geospatial_beun_2016

Veri Tabanı Yönetim Sistemleri Dersi
Konumsal Veri Tabanı Teorik ve Uygulamalı Ders Notları
2016
Coğrafi Veri Nedir?



Özel bir veri tipidir.
Yeryüzünde bulunan kaynaklarla ve nesnelerle ilgili
veya bu nesne ve kaynaklar ile yapılan eylemlerle
ilgili olduğunu ifade eder.
Koordinatlar ile tanımlanıp saklanır.
Coğrafi Veri Tipleri Nelerdir ?

Öznitelik Verisi; Konumsal bir nesne ile ilişkili
özelliği, karakteristiği veya olayı temsil eden konum
bilgisi içermeyen verilerdir.
 Değerleri
nümerik, metin, tarih veya mantıksal gösterim
biçiminde olabilir.

Konumsal Veri; Yeryüzünde herhangi bir nesnenin coğrafi
konumunu belirlemek için kullanılır.
 Nesnelerin
yeryüzündeki mutlak ve göreceli konumları, nokta,
çizgi ve poligon gibi basit grafik elemanları kullanılarak
tanımlanır.
 Örneği, elektrik direği nokta, yollar çizgi, göller poligon
Konumsal Veri Modelleri Nelerdir ?

Raster Veri Modeli; Konumsal nesneleri hücrelere bağlı
olarak temsil eder. Genellikle hava fotoğrafları, uydu
görüntüleri, taranan polyester haritaların dijital
gösterimleri için kullanılır.
 Raster
veride her bir pikselin koordinatı satır ve sütun
numarasıyla belirlenirken, koordinat başlangıcı olarak sol üst
köşe orjin olarak kullanılır.

Vektör veri modeli; Konumsal nesneleri noktalar, çizgiler
ve poligonlar olarak temsil eder.
 Noktalar
x,y koordinatlarından, çizgiler birbirine bağlı
doğrular halinde x,y koordinatlarından, poligonlar ise
birbirine bağlı kapatılmış doğrular halinde x,y
koordinatlarından oluşur.
Konumsal Veritabanın Avantajları ?




Tüm konumsal veriler tek ve merkezi bir veritabanında
tutulur
Veri girişi ve güncellemelerinde kullanıcı hatasını daha
aza indirgemesi
Konumsal nesnelerin hem topolojik hem de diğer
ilişkileriyle birlikte tanımlanması
Kullanıcı tarafından konumsal veriye aynı anda ulaşılıp
güncellenebilmesi
Konumsal veritabanın İlişkisel
veritabanı sistemine kazanımları






Konumsal nesnelerin geometrik alanlarını veritabanı bilgi
içeriğinde tutma
Bait ve özelleşmiş harita üretimini destekleme
Konumsal nesneler arası topolojik ilişkilerin tanımlanması
ve saklanması
Konumsal nesnelere daha hızlı ulaşılmasını sağlama
Konumsal karşılaştırma veya yakınlık gibi konumsal
ilişkileri belirlemeye yarayan işlevsellik
Konumsal sorguları destekleyen araçlar barındırma
Tablo Türleri
Verikümeleri Tabloları,
Konumsal veritabanında
yer alan veri kümeleri bir
veya birden çok
tablodan oluşur. Asıl
verilerin saklandığı
tablolar bunlardır. Veri
kümeleri sistem
tablolarında belirtilen
tanımlamalar ve kurallar
doğrultusunda veriyi
yönetir.
Birlikte Çalışarark Konumsal
Veritabanını Yönetirler
Sistem Tabloları,
Sistem tabloları konumsal
veritabanı içinde yer
alan içeriğin takibini ve
tanımlanmasını
sağlar.Konumsal
veritabanı özellikleri,
veri geçerlilik kurallarını
ve davranışların
uygulanması için gerekli
metaveri bilgileri içerir
ve yönetir.
COGRAFİ VERİ
KONUMSAL VERİ
VEKTÖR VERİ
RASTER VERİ
KONUMSAL NESNE
VERİ KÜMELERİ
RASTER VERİ
KÜMELERİ
ÖZNİTELİK VERİ
ÖZNİTELİK
VERİKÜMELERİ
Konumsal veritabanı kümeleri
1. Öznitelik veri kümeleri (tablo):

Konumsal bir nesne ile ilişkili konumsal
olmayan verilerdir ve konum bilgisi
içermezler.
Tablo
şeklinde
sunulan
öznitelik verileri konumsal nesnelerin
nitelik ve nicelik gibi karakteristik
özelliklerinden yararlanmak için kullanılır.
2. Konumsal nesne veri kümeleri (feature dataset):
Ortak koordinat sistemi paylaşan konumsal nesne
tablolarından (feature class) oluşur. Konumsal nesne
tabloları konumsal nesnelerin nokta, çizgi ve poligon
geometrilerini saklayan konumsal tip (şekil) alanına
sahip tablolardır. Bu tablolarda her satır konumsal bir
nesnedir. Konumsal nesne tabloları konumsal veri
kümeleri dışında da tek başına konumsal
veritabanında kullanılabilir.
3. Raster veri kümeleri (raster dataset):
Raster verileri veritabanı ortamında saklayan, işleyen
ve yöneten veri kümeleridir.
Bu temel veri kümeleri yaratılması konumsal
veritabanının tasarlanması ve oluşturulmasında ilk
adımdır. Bu aşamadan sonra oluşturulan veri
kümelerine gereksinimler doğrultusunda veri
modelleri genişletilebilir ve yeni yetenekler
eklenebilir. Topoloji ve alt tip gibi yeni davranışların
eklenmesi
bu
işlemlere
örnek
olarak verilebilir.
Ödev


Konumsal referansslarda çözünürlük kavramını
açıklayınız.
Raster veride konumsal hassasiyet nedir ? Ve
arttırmak için ne yapılmalıdır ?
Konumsal Veritabanı Tasarımı
1.Gereksinimlerin Analiz Edilmesi:
 Tasarımda en önemli basamak, hedefe uygun
gereksinimlerin saptanmasıdır. Bu adımın
amacı konumsal veritabanından yararlanacak
CBS uygulamaları, kurum ve çalışanların
ortak bir bakış açısına dayanarak, kullanım
gereksinimlerinin doğru analiz edilmesidir.
Gereksinim analizlerinin doğru olarak
gerçekleştirilebilmesi için kurumun işleyişi,
tasarım hedefi doğrultusunda a’dan z’ye
incelenmeli ve diğer tasarım basamaklarına
yol göstereceği için belgelenmelidir.
 Görev ve iş tanımlarının iyi belirlenmesi
konumsal veritabanı tasarımı için başlangıç
noktasıdır. Bu aşamadan sonra hedef
doğrultusunda hangi görev ve iş tanımlarının
yer alacağı belirlenmeli ve her iş tanımı içinde
yer alan bütün iş adımlarının gereksinim
duyduğu, ürettiği veriler konumsal veritabanı
tasarımı içinde tanımlanmalıdır.


Böylece ilgili veriler daha ayrıntılı olarak belirlenmiş
olacaktır. Gereksinim duyulan veya üretilen verilerin
hangilerinin konumsal veritabanında tutulacağını ve
nerelerden temin edileceğinin belirlenmesi gerekir.
Böylece veri akışı netleşmiş olur.

Çalışma yapılırken cevaplanması gereken sorular;
Konumsal veritabanından kimler yararlanacaktır?
 Hangi iş adımlarında konumsal veritabanı kullanımına gerek
vardır?
 İş adımlarına göre gereksinim duyulan veriler nelerdir ve hangi iş
adımları tarafından sağlanacak veya nerelerden temin edilecektir?
 Aynı şekilde her iş adımının ürettiği veriler nelerdir?
 Bu verilerden hangileri konumsal veritabanında saklanmalı ve nasıl
düzenlenmelidir?
 Yetkilendirme veya özel erişim gerektiren veriler olacak mıdır?
 Bilgi işlem altyapısı oluşturulacak tasarımı destekleyecek midir?
 Veritabanını kim yönetecek, kim değişiklilere onay verecektir?

Maden Ocağı Örneği


Konumsal veritabanından öncelikli olarak kaynakları
konumsal olayları araştıran ilgililer tarayacaklarından
madencilik, çevre bilimleri gibi alanlarda çalışanlar
yararlanacaklardır.
Oluşturulacak bu veritabanında konum tabanlı
aramalar ile ilgili bütün iş adımları konumsal
veritabanını kullanacaktır. Yeni girilen bir kaynağın
üstveri girişlerinin yapılması ve kayıt altına alınması
konumsal veritabanı kullanılarak yapılmalıdır. Ayrıca
harita, uydu fotoğrafı, görüntü ekleme gibi iş
adımlarında da uyumlu harita ölçeği, projeksiyon ile
koordinat bilgisinin girilmesi gerekmektedir.
2.Varlık ve İlişkilerin Tanımlanması:

Mantıksal
olarak
düzenlenen
verilerin
konumsal
veritabanı
veri
modellerine
dönüştürülmesinin ilk adımı olan varlık ve
ilişkilerin tanımlanmasına geçilir. Bunun için
veritabanı tasarımında kullanılan Varlık-İlişki
(entity-relationship:E-R) modeli veya şablon
tasarımlar kullanılabilir.



Varlık-ilişki modeli konumsal veritabanı
tasarımda varlıkları ve varlıklarla ilgili
mantıksal ilişkilerin kurulmasını sağlar.
Bu model mantıksal olarak gruplanan verilerin
varlıkları temel alarak çözümlenmesine
dayanır.
Varlıklar ve varlıklar arası ilişkilerin özellikleri
incelenerek varlık-ilişki diyagramları
oluşturulur. Bu diyagramlar üzerinden
konumsal veritabanı elemanları ve şeması
oluşturulur.
Varlık-ilişki modelinde;



Varlık, var olan birbirlerinden ayırt edilebilen nesneleri
ifade eder. Örneğin kitap, harita, fotoğraf vb. nesnelerin
hepsi birer varlıktır.
Varlık kümesi, aynı türdeki varlıkların oluşturduğu kümeyi
ifade eder. Örneğin kitaplar, haritalar, fotoğraflar vb.
nesnelerin
hepsi
varlık
kümesidir.
Varlık-ilişki
diyagramlarında dikdörtgen olarak gösterilir.
Öznitelik, varlıkları tanımlayan ve birbirinden ayırt eden
özellikleri ifade eder. Örneğin haritanın adı, ölçeği,
koordinatları vb. özelliklerin hepsi birer özniteliktir. Varlıkilişki diyagramlarında elips veya oval bir daire olarak
gösterilir.
 Anahtar öznitelik,
her varlık için eşsiz
tekrarlamayan özniteliği ifade eder. Örneğin
koordinat her nokta için farklıdır ve anahtar
özniteliktir. Varlık-ilişki diyagramında anahtar
özniteliğin altı çizilerek gösterilir.
 İlişki,
en az iki varlığın birbirleriyle olan
bağlantısını ifade eder. Örneğin kitaplar ve
kitapta bulunan haritalar arasında bir sahiplik
ilişkisi vardır. İlişkiler Varlık-İlişki diyagramında
dörtgen ile gösterilir.
3.Varlıkların Coğrafi Gösterimin Seçilmesi:


Varlık ilişki modeliyle tanımlanan varlıkların
gösteriminin nasıl yapılacağı ve birbirleriyle olan
konumsal ilişkileri konumsal veritabanı tasarım
aşamasında belirlenir.
Başlangıçta varlık ilişki modeliyle tanımlanmış varlıklar
harita üzerinde gösterilip gösterilmeyeceğine göre
gruplanır. Harita üzerinde gösterilecek varlıklar için iki
gösterim modelinden (raster, vektör) biri seçilir.
Seçilen gösterim modeline göre gösterilecek her
varlığın ölçek aralıkları belirlenir.

Varlık-ilişki modelinden farklı olarak konumsal varlık ilişki
modelinde;
 Konumsal
varlık, var olan birbirlerinden ayırt
edilebilen tanımlı bir geometri ve koordinat
sistemine sahip nesneleri ifade eder.
 Konumsal varlık kümesi, aynı türdeki varlıkların
oluşturduğu kümeyi ifade eder. Konumsal varlıkilişki
diyagramlarında
dikdörtgen
içinde
geometri,koordinat sistemi, konumsal ilişkiler ve
topoloji dikdörtgen olarak gösterilir.
4.Konumsal Veritabanını Organize Etme
 Bu basamağın amacı, varlıkların konumsal
veritabanı içinde nasıl temsil edileceğini
belirlemek ve yer alacak konumsal veri
kümelerini tanımlamak, adlandırmak ve
konumsal nesneleri organize etmektir.
Konumsal gösterimi belirlenen her bir varlık
için konumsal veritabanı karşılığı bir temsil
atanır ve konumsal veritabanı elemanları
olarak organize edilir.


Konumsal olmayan varlıklar tablolar halinde, raster
olarak gösterilecek varlıklar raster veri kümesi,
raster katalog veya mozaik veri kümesi olarak,
vektörel olarak gösterilecek varlıklar geometrisine
karşılık gelen konumsal nesne tabloları halinde
organize edilir.
Ayrıca gerekirse konumsal nesne tablolarına
özellikler
eklenerek
geliştirilir.
Varlık-ilişki
diyagramlarında
tanımlanan
mantıksal
ve
konumsal ilişkiler, ilişki tutarlılık tabloları
topoloji kullanılarak tanımlanır.
?
ve
5.Konumsal Veritabanı Tasarımının Gerçeklenmesi

Konumsal veritabanı tasarımının örnek bir
uygulamasının (prototip) gerçeklenmiş halinin
görüntülenmesi
ve
tasarımının
belirginleştirilmesi
sağlanır.
Konumsal
veritabanının
örnek
bir
uygulamasının
gerçeklenmesi
ile
tasarımın
kullanım
gereksinimlerini sağlayıp sağlamadığı test edilmiş
olur.

Konumsal veritabanı üzerinden verilerin
nasıl güncelleneceği ve iş adımlarıyla
bütünleşip bütünleşmediği tespit edilir ve
bu sonuçlara dayanılarak, konumsal
veritabanı tasarımı revize edilerek ve
belirginleştirilir. Ayrıca gerçeklenen örnek
uygulama üzerinden konumsal nesne
tabloları ve raster veri kümeleri için gerekli
ölçek aralıkları belirlenir. Konumsal
veritabanı tasarımı belgelenir.
Ödev

Kampüs alanı bahar şenlikleri için Farabi Kampüsü
girişlerinden şenlik alanına yapacağınız yol (yaya,
taşıt) güzergahlarını tanımlayan Konumsal
Veritabanı Tasarımını gerçekleştiriniz. (Herhangi bir
VT programı kullanmayınız.)
Veritabanı Sistem Şeması
Topoloji Kavramı


Coğrafi Bilgi Sistemi yazılımlarını diğer Bilgisayar
Destekli Çizim yazılımlardan ayıran en önemli
özellik coğrafi analiz, diğer bir ifade ile konumsal
analitik işlemleri gerçekleştirebilme yeteneğidir.
Topoloji kavramı varlıkların, birbirleriyle olan
ilişkilerini inceleyen bir matematik dalıdır.



CBS içinde depolanan konumsal verilerle, sistem
arasında konumsal analizlere ve sorgulamalara olanak
tanıyan bir yapay mantık kurar.
Coğrafi bilgi sistemlerinde topoloji; coğrafi varlıkların
birbirleriyle nasıl ve ne şekilde ilişkilendirildiğini
geometriden bağımsız şekilde gösterme biçimi olarak
tanımlanır.
Coğrafi Bilgi Sistemi yazılımlarını diğer Bilgisayar
Destekli Çizim yazılımlarından ayıran en önemli
fonksiyon, topoloji yapısıdır. Diğer yazılımlarda
zorunluluğu olmayan topoloji yapısı, cbs yazılımlarının
temel özelliği ve zorunluluğudur.
“TOPOLOJİYİ DESTEKLEMEYEN
YAZILIM BİR CBS YAZILIMI KESİNLİKLE
OLAMAZ.”
Topoloji Kavramı – 2



Grafik nesneler arasında benzerlik dönüşümü, afin
dönüşümü ve projektif dönüşüm olarak isimlendirdiğimiz,
temelde üç farklı dönüşüm vardır. Bu dönüşümlerde ki
bilinmeyen sayıları, projektif dönüşüme gidildikçe
artmaktadır. Bu artış nesnelerin şekillerinde ki deformasyonu
artırmaktadır.
Her dönüşümün sonucunda ortaya koyduğu nesne, asıl
nesnenin farklı bir takım özelliklerini korurken bir takım
özelliklerini ise kaybetmesine sebep olur.
Diğer dönüşümlerden farklı olarak “topolojik dönüşümlerde
geometrik şekiller metrik özelliklerinden tamamen bağımsız
olarak dönüşüme tabi olmaktadır. Nitekim topoloji, varlıkların
metrik özelliklerinden çok birbirleriyle olan ilişkileri ile
ilgilenen bir matematik dalı olarak tarif edilmiştir.”
(Yomralıoğlu, 2000).
Topoloji Eşdeğer

Bir topolojik dönüşüm ile birbirine dönüştürülebilen
iki şekle topolojik eşdeğer’dirler denir. Geometrik
şekillerin topolojik dönüşümler sonucu korunan
özelliklerine topolojik özellikler denir.
Esnek Yüzey

Elinizde, iki boyutlu bir yüzey üzerinde -esnek bir
kâğıt olabilir- çizili bir kare şekli olduğunu düşünün.
Bu kâğıdı katlamadan veya yırtmadan sağa, sola
veya köşelere doğru istediğiniz kadar çektiğinizi
hayal edin. Her uyguladığınız çekme kuvveti sonucu,
kâğıt üzerinde oluşacak şekil, başlangıçtaki şeklin
topolojik dönüşüm sonucu ortaya çıkmış topolojik
eşdeğeridir.
Aşağıdaki resimde gördüğünüz gibi bir kare, bir daire üzerine
akdi. Burada kare-daire veya daire-kare dönüşümünde cismin
metrik özellikleri korunmadı ve cisim deformasyona uğradı. Fakat
topolojik özelliklerinde -sağında veya solunda olma, kapalılık vb.
diyebiliriz- bir değişme olmadığı için bunların birbiri için topolojik
dönüşüme tabi olmuş hali diyebiliriz.
Topolojik Tablo Verisi Gösterimi
Şekil 6. İmar adası isimli şekli bilgisayar ekranına
çizebilmesi için programın minimum olarak köşe noktalarına
ve bunları birbirine bağlayan çizgilerin bilgisine ihtiyacı vardır.
Tablo 2′ den bilgileri alan program Tablo 1’den koordinatları
alarak bunu ekranınıza görsel olarak aktarabilir.
Topolojik Veri Yapısı




Nokta Topolojisi: Her nokta bağlı olduğu çizgilerle
tariflenir.
Çizgi Topolojisi: Çizgilerle ilgili noktalar ve
çokgenlerin ilişkisini tarif eder.
Çokgen Topolojisi: Saat yönünde hareket ederek
tariflenir, adacıklar da sıfır değeri ile belirlenebilir.
Koordinat Tablosu Tanımlanmış nesnelerin
koordinatlarının mevcut olduğu tablodur.
Topoloji Nasıl Oluşur ?

Düğüm (node) ve Hat (arc): Yukarıdaki örnekte
şehir isimleri ile ifade edilmiş olan, güzergah
tercihinin yapıldığı yol ayrımı noktalarının her biri,
gerçekte “düğüm” (node) noktası olarak
adlandırılmaktadır. İki düğüm noktasını birleştiren ve
bir yada birden fazla doğru parçasının birleşimine
ise “hat” (arc) adı verilmektedir. Burada dikkat
edilmesi gereken düğüm noktalarının, doğru
parçalarının değil hatların birleşim noktaları
olduğudur.
BAĞLILIK (Connectivity) – arc-node topoloji
 Doğru üzerindeki noktaların koordinat çiftleri doğrunun
geometrisini tanımlar ve bunlara vertexler denir.
 İlk ve son çiftler düğüm (node) olarak adlandırılırlar. Sorgu
ihtiyacı sırasında seçilen iki nokta arasında ki detayları
bulacak ve bunların koordinat bilgilerini de diğer tablodan
çekerek bir uzunluk hesaplaması yapacaktır.
 İşte bu sayede tüm varyasyonları deneyip size en kısa
mesafe gibi bir sonucu döndürme yeteneğine sahip olacak.
 Bu yapı ile metro-demiryolu güzergahları ile istasyonlar
arasındaki ilişkilerle, kanalizasyon, su, elektrik, telefon
hattı, akarsu- yol kesişimi gibi, bağlantı yapısına sahip her
türden ağ analizlerinin yapılması mümkün olmaktadır.
ALAN tanımı (Polygon) – polygon-arc topoloji


Poligon-Hat (polygon-arc) topolojik veri yapısı,
poligonların (alanların) tanımlanmasını (area
definition) sağlayan ve bunların bilgisayarda
saklanmasını sağlayan bir veri yapısıdır.
Poligonlar birer kapalı şekildir ve sınırlarını hatlar
(arc) belirler. Buna göre, numaralandırılan her bir
poligona ait, o poligonu çevreleyen hatların bir
listesi oluşturulur. Bu sayede şu gibi soruların
yanıtlarını verebilir.
• 1 no’lu mahallenin çevresinden hangi yollar
geçmektedir?
• 1 nolu mahallenin komşuları hangi mahalelerdir?
• Bu şehirde toplam kaç mahalle vardır ve bunlar
nelerdir?
YANLILIK (Contiguity) – sağ-sol topoloji


“From-nodes” ve “to-nodes” hakkında tüm eğriler
bilgi depolarlar.
Bir eğriyi paylaşan tüm poligonlar komşudurlar.
Yavaş bir yapıya sahip olmasına karşın, bundan
başka bir model ile sınırın hangi tarafında, hangi
poligonun olduğunu belirlemek de mümkün değildir.
“Bu güzergah boyunca yolun sağında kalan
mahalleler hangileridir?” gibi bir soruyu ancak sağsol topolojisi ile belirleyebiliriz.
Topoloji Kuralları (Çizgi)

Dangle olmamalı ( Must not have dangles )

Gereksiz bölünme olmamalı ( must not have pseudo-nodes)










Kesişme olmamalı (must not intersect)
Kendi kendine kesişmemeli (must not self overlap)
Üstüste binmemeli (must not overlap with)
Diğeri tarafından kapsanmalı (must be covered by )
Sınırlarla Çevrilmeli (must be covered by boundary of)
Çizgi sonları uç nokta ile kapatılmalı (endpoint must be covered
by )
Tek parça olmalı ( must be single part )
Kesişme olmamalı ( must not intersect )
Kendi üzerine binmeme ( must not self overlap )
Üst üste binmeme (must not overlap)
Topoloji Kuralları (Alan)
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Üst üste binmeme (Must not overlap)
Poligon sınırları çizgiyle kapatılmalı (Boundary must be covered
by)
Birbirini kapsamalı (Must be covered by feature class of)
Poligonlar Örtüşmeli (Must cover each other)
Alan sınırları örtüşmeli (Area boundary must be covered by
boundary of)
Birbiriyle üstüste gelmemeli (Must not overlap with)
Poligon poligonu kapsamalı (Must be covered by)
Nokta içerir (Contains Point)
Boşluk olmamalı (Must not have gaps)