LEE- Geomatik Mühendisliği Lisansüstü Programı

Bu topluluk için Kalıcı Uri

http://hdl.handle.net/11527/19289

Gözat

Konu "akıllı kentler" ile LEE- Geomatik Mühendisliği Lisansüstü Programı'a göz atma
  • Öge
    Mekânsal dijital ikizlere yönelik yapı modeli üretiminde prosedürel modelleme yönteminin tasarımı ve geliştirilmesi
    (Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2024-10-23) Şenyurdusev, Güçlü ; Doğru, Ahmet Özgür ; 501172617 ; Geomatik Mühendisliği
    İki boyutlu (2B) ve iki buçuk boyutlu (2,5B) haritalar günümüze kadar yaygın olarak kullanılmaktaydı. Ancak son yıllarda yeni geliştirilen teknolojiler sayesinde bu ürünlerin yerini giderek yaygınlaşan üç boyutlu (3B) uygulamalar almaktadır. Yine son yıllarda "Akıllı Şehircilik" kavramının ortaya çıkışı ile birlikte yerel yönetim alanında faaliyet gösteren bir çok kamu kurumu ve özel sektör şirketi bu alandaki gelişmeleri yakından takip etmektedir. Bu nedenle, kent yönetimi ve kentsel planlama alanındaki çalışmalarda temel mekânsal verilerin kullanımı ihtiyacı giderek artmıştır. Bu çalışmalarda yaygın olarak "Dijital İkiz" kavramı içerisinde üretilen şehirlerin bire bir ölçekli 3B modelleri kullanılmaktadır. 3B kent modelleri kullanılarak; kent silüetinin çıkarılması, kentsel dönüşüm projelerinin görselleştirilmesi, değişim analizleri, gürültü analizleri, güneşlenme ve gölge analizleri, sel ve taşkın analizleri, gürültü dağılım analizleri, rüzgar analizleri gibi birçok çalışma yüksek doğruluk ve etkili görselleştirme ile yapılabilmektedir. Ayrıca meydana gelme olasılığı bulunan bir çok durum çeşitli simülasyonlar tasarlanarak sayısal ortamda analiz edilebilmektedir. Böylece yaşanması istenmeyen durumların henüz daha meydana gelmeden önce önlenebilmesi imkanı da bulunabilmektedir. Dahası, şehir içerisinde inşa edilmesi planlanan büyük altyapı ve üstyapı projelerinin de bu dijital ikizler içerisine yerleştirilmesi ile çevreye olan olumsuz etkilerinin daha yaşanmadan önce engellenebilmesi ve projelerin bu analiz sonuçları ile revize edilerek inşa edilmesi mümkün hale gelebilecektir. Bu şekilde şehir ölçeğindeki detaylı 3B analizlerin bilgisayar simülasyonları üzerinden gerçekleştirilebilmesi ile kent yönetimi ve karar destek sistemleri için bir çok alternatif çözüm üretilebilmektedir. Kentsel ölçekte oluşturulan 3B simülasyonların sağladığı en önemli kazanımlardan biri de, perspektif etkisi yüzünden görüntülenemeyen bölgelerin üç boyutlu sayısal model içerisinde her yönden ve detaylı şekilde incelenebilmesidir. Ek olarak sanal gerçeklik (VR) ve arttırılmış gerçeklik (AR) görüntüleme sistemlerinin kullanımı oldukça yaygınlaşmıştır. Son yıllarda mekânsal verilerin de bu cihazlar ile görüntülenebilmesini sağlayan yeni uygulamalar geliştirilmeye başlanmıştır. Hiç şüphesiz bu durum yakın gelecekte coğrafi bilgi sistemlerinin (CBS) gelişimini derinden etkileyecektir. Bu cihazların CBS alanındaki kullanımlarının yaygınlaşmaya başlaması ile "mekânsal verilerin görselleştirilmesi ve deneyimlenmesi" yakın gelecekte oldukça bir önemli bir çalışma alanı olarak karşımıza çıkacaktır. Bu nedenle tez çalışmasının temel amacı; bir kentin dijital ikizinin üretimine altlık teşkil edecek olan 3B kent modelinin hızlı ve yüksek doğruluğa sahip bir şekilde prosedürel yöntem ile üretilebilmesi konusunun araştırılmasıdır. Bu kapsamda yapılan çalışmalarda öncelikli olarak detaylı bir literatür taraması gerçekleştirilmiştir. Bu şekilde 3B kent modeli üretim yöntemleri, kullanım alanları, üretim ve kullanım alanlarında karşılaşılan problemler detaylı bir şekilde ortaya çıkarılmıştır. Son yıllarda uydu görüntüleme teknolojileri, hava ve mobil lazer tarayıcı ölçme sistemleri (LiDAR), uçak, helikopter ya da insansız hava araçlarına (İHA) entegre edilebilen fotogrametrik görüntüleme sistemleri gibi alanlarda yaşanan teknolojik gelişmeler ile birlikte yüksek hassasiyetteki mekânsal verilerin üretimi giderek kolaylaşmakta ve maliyetler eski yıllara oranla giderek düşmektedir. Bununla birlikte yeni geliştirilen ve geleneksel yöntemlere kıyasla daha hızlı veri üretim imkânı sunan teknikler son yıllarda yaygın olarak kullanılmaya başlamıştır. Buna bağlı olarak da farklı tekniklerin kullanılması ile elde edilen mekânsal verilerin, daha hızlı ve etkili bir şekilde 3B olarak görselleştirilmesine duyulan ihtiyaç da aynı oranda artmaktadır. Gelişen teknolojiler ile birlikte daha fazla miktarda veri, daha yüksek kalitede ve daha hızlı bir şekilde üretilebilmektedir. Ancak mekânsal veri üretimi alanında gerçekleştirilen çalışmalar sonrası elde edilen verilerin boyutu son yıllarda oldukça artmıştır. Dahası bu kadar büyük boyutlu verilerin etkin bir şekilde işlenmesi ve depolanması ise yeni bir problem ve çalışma alanı halini almıştır. Bu amaçla kurulan ve sayıları her geçen gün artan büyük veri merkezleri ve süper bilgisayarlar ile bu verilerin değerlendirilmesi ve depolanması için çözüm arayışları devam etmesine karşın bu kadar büyük verilerin işlenebilmesi de belirli bir zaman almaktadır. Karşılaşılan bir diğer problem ise farklı teknikler kullanılarak üretilen yüksek hassasiyetli mekânsal verilerin çok büyük boyutlu olması nedeniyle sunum ve görüntüleme aşamalarında yaşanmaktadır. Yoğun nokta bulutu verilerinin, yüksek hassasiyetli ortofoto ve sayısal yükseklik modelleri kullanılarak üretilen sayısal arazi modellerinin bilgisayar ortamında görüntülenebilmesi ve web üzerinden sunulabilmesi için verilerin çeşitli tekniklerle daha küçük parçalara bölünerek depolanması ve kullanıcıya görüntülenmek istendiği anda parça parça sunulması çözümü geliştirilmiştir. Bu sayede web platformları üzerinden yapılan görselleştirme çalışmalarında belirgin performans artışları sağlanabilmiş olsa da, veri boyutu hala çözülmeyi bekleyen önemli bir sorun olarak varlığını korumaktadır. Son yıllarda birçok çalışmada bütün bir şehre ait verilerin, gereken mekânsal ve zamansal çözünürlüklerde üç boyutlu olarak üretilmesi ihtiyacı bulunmaktadır. Fotogrametri gibi etkili yöntemlerle büyük alanların ölçülmesi ve modellenmesi mümkün olsa da, bu verilerin kent ölçeğinde üretilebilmesi için yapılan çalışmaların sonuçları genellikle bir ila iki yıl içinde tamamlanabilmektedir. Buna rağmen pek çok verinin güncel kalabilmesi için sürekli ve hızla yenilenmesi gerekmektedir. Bu süreçte 2B mekânsal verileri temel alan ve bu verilerden hızlı bir şekilde 3B model oluşturulabilmesine imkan veren yeni bir modelleme tekniği de ortaya çıkmıştır. Prosedürel modelleme yöntemi olarak adlandırılan bu yöntem ile bir 3B modeli oluşturmak için ihtiyaç duyulan parametreler 2B CBS verileri içerisinde depolanan öznitelik verilerinden sağlanmaktadır. Böylece mevcut 2B CBS verilerinden kentsel objelerin 3B modelleri üretilebilmektedir. Tez kapsamında gerçekleştirilen araştırmalar ile son yıllarda adından sıkça söz edilen ve kullanımı giderek artan prosedürel modelleme yönteminin, bir kentin 3B model olarak üretilebilmesi için hızlı ve etkili bir çözüm olup olamayacağı sorusuna cevap aranmaktadır. Prosedürel modelleme yönteminin bazı avantajları bulunmaktadır. Bunların en başında ise hiç şüphesiz bir modelin görselleştirilmeye ihtiyaç duyulduğu anda üretilmesi gelir. Ayrıca, aynı CBS verileri temel alınarak ve farklı parametreler kullanılarak birbirinden farklı 3B modeller türetilebilir. Prosedürel modelleme ile bir 3B modelin üretilebilmesi için basit bir referans poligonuna ihtiyaç duyulmaktadır. Üç boyutlu modellerin bu şekilde depolanması hem veri boyutu azaltır, hem de üretilen modeller belirli algoritmalar eşliğinde ürertildiği için operatörden kaynaklı çizim hataların önüne geçilir. Bu şekilde en az poligon sayısına sahip, en ideal modeller üretilebilir. Tezde kapsamlı literatür araştırmasına ek olarak belirli çalışma alanlarında pilot çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Bunlardan ilkinde açık veri kaynaklarından biri olan OpenStreetMap (OSM) verileri kullanılarak İstanbul Tarihi Yarımada bölgesinin 3B kent modeli üretimi ve gerçekçi bir 3B görselleştirme çalışması yapılmıştır. Bu çalışma ile ileri düzeyde 3B görselleştirme ve temel düzeyde planlama, kent silüeti çıkarma, güneşlenme, gölge, bakı ve görünürlük gibi analizlerin yapılabileceği bir 3B kent modeli elde edilmiştir. Bir yapı modeli üretilirken eğer çatı payı ve cephe çıkma bilgileri mevcut ise LOD2 detay seviyesindeki yapı modellerine bu detaylar da dahil edilebilmektedir. Bir diğer çalışma ile yine OSM verileri kullanılarak İstanbul Tarihi Yarımada bölgesinde LOD2 seviyesinde daha detaylı bir 3B kent modeli üretimi yapılmıştır. Çalışma alanındaki tüm yapılara ait çatı payı ve cephe çıkma verileri mevcut olmadığından dolayı ilgili veriler rastgele üretilmiştir. Bu çalışmadaki temel amaç; yapılara ait detaylı verilerin bulunması durumunda İstanbul Tarihi Yarımada bölgesinde prosedürel modelleme yöntemi ile LOD2 seviyeli bir 3B kent modeli üretiminin hız ve performansını gözlemlemektir. Bu çalışma sonucunda prosedürel modelleme yönteminin detaylı yapı modelleri üretiminde de hızlı sonuç verdiği görülmüştür. Gerçekleştirilen bir diğer çalışmada prosedürel modelleme yönteminin dijital ikiz üretimindeki kullanımı test edilmiştir. Bu çalışma ile İstanbul Su ve Kanalizasyon İdaresi (İSKİ) bünyesinde bulunan ve kurum personeli tarafından düzenli olarak güncellenen yaklaşık 20.159 km içme suyu, 17.483 km atıksu, 5.104 km yağmur suyu ve 1.449.207 adet abone bina verilerinin dinamik olarak 3B üretimi ve bir dijital ikiz uygulaması içerisinde konumlandırılması sağlanmıştır. Bir şehir içinde farklı bina türleri ve bu binaların birçok farklı varyasyonu vardır. Literatürde belirli bir yapının prosedürel modelleme ile kolaylıkla modellenebileceği, ancak farklı spesifik yapıların tek bir prosedürel modelleme algoritması ile üretilmesinin çok daha zor süreçler gerektireceği belirtilmektedir. Bu amaçla gerçekleştirilen bir diğer pilot çalışmada ise; İstanbul'daki yapılar arasından tarihi duvar çeşmeleri katmanı belirlenmiştir. Tarihi duvar çeşmeleri ayrıntılı olarak incelenerek belirli temel bileşenlere ve bu temel bileşenlerin alt bileşenlerine ayrılmıştır. Daha sonra bu bileşenlerin parametre değerlerine dayalı olarak prosedürel bir modelleme algoritması geliştirilmiştir. Bu çalışma ile birçok farklı duvar çeşmesinin kapsamlı olarak tasarlanmış tek bir prosedürel modelleme algoritması kullanılarak hızlı ve yüksek doğrulukla 3B olarak modellenebileceği gösterilmiştir. Sonuç olarak bu tez çalışmasında, son yıllarda akıllı şehircilik çalışmalarının olmazsa olmazlarından biri haline gelen ve içerisinden mekânsal pek çok analize imkân sağlayabilecek olan 3B kent modellerinin prosedürel tekniklerle üretilmesinin avantajları ve dezavantajları değerlendirilmiştir. Ek olarak, açık verilerin kullanımı ve bu verilerin 3B görselleştirme teknikleriyle nasıl işlendiğine dair bazı örnekler verilmiş, bunun yanında gerçek bir şehrin dijital ikizinin oluşturulması sürecinde yaşanan bazı sorunlar da tartışılarak elde edilen sonuçlar değerlendirilmiştir.