Haritacı 4.0

Bugün hangi teknik becerilere ihtiyaç var?

Prof. Rudolf Staiger • March 30, 2023

GIM-International

Çeviri : Sedat Bakıcı

Yüzyıllar boyunca, dört sanayi devriminin tümü ölçme araçlarını ve genel olarak ölçme mesleğini etkilemiştir. Bu makale, en son endüstri devrimi; Endüstri 4.0 nedeniyle haritacıların hangi beceri ve yeteneklerini geliştirmesi gerektiğini incelemektedir.

Haritacılık, en az 500 yıl öncesine ve belki de 3.000 yıl öncesine kadar geriye giden klasik bir meslektir. Haritacılıkta ölçme aletlerinin teknik gelişimi son 400 yılda çok iyi belgelenmiştir ve nivo ve teodolitler gibi klasik aletlerimizin çoğunun gelişimi Orta Çağ’a kadar izlenebilir. Haritacılık alanındaki teknolojik ilerleme, sanayi devrimlerinin gelişmelerine paralel olarak sürüyor ve sürmeye devam ediyor. Kullanılan ölçme cihazları ve yetenekleri geliştikçe, haritacıların bunları arazide kullanmak için kendilerini geliştirmeleri gerekmektedir.

Modern zamanlarda haritacılığın ana itici güçleri askeri faaliyetler ve kadastrodur. Günümüzün haritacıları dijital nivo, elektronik takeometre (totalstation) ve GNSS alıcılarını kullanmaktadır. Bu sistemler, haritacıların jeodezik verileri (açılar, mesafeler, yükseklik farklılıkları ve koordinatlar) eskisinden daha hızlı ve daha doğru bir şekilde elde edilmesini sağlarlar.

Zaman İçinde Haritacılık Aletleri

Antik Evre: Antik çağ haritacılık aletleri hakkında çok az ayrıntı bilinmektedir, ancak basit cihazlar oldukları düşünülmektedir (örneğin Roma groması). Bu aşama 1590 yılında optik teleskopun icadıyla sona erdi.

Optik Evre: Teknik gelişmeler 300 yıldan fazla bir süre boyunca (1590-1924), yatay ve dikey açıların ölçülmesini sağlayan teleskoplar, mikroskoplar, daireler ve eksenler gibi optik-mekanik bileşenlere sahip aletler üretti. Genel olarak bu ilerleme hızı yavaştı. Aletler, 20. yüzyılın başlarına kadar bugünün teknolojisine kıyasla kullanışlı veya kullanımı kolay hale gelmedi. Bir teodolit kurmak, ölçüm faaliyetleri başlamadan önce her bir noktada yaklaşık bir saatlik montaj ve ayarlamayı içeriyordu. Daha sonra Heinrich Wild (Heerbrugg, İsviçre’deki WILD’ın kurucu ortağı), dahiyane bir şekilde haritacıların teodoliti kurduktan hemen sonra ölçmeye başlamalarına izin veren T2’yi icat etti. Bu sadece tüm modern ölçme aletleri için başlangıç noktası değil, aynı zamanda optik evrenin de doruk noktasıydı. Bu gelişme sonrası, WILD T3 ve T4 ve KERN DKM3 dahil olmak üzere daha ünlü optik teodolitler birbirini takip etti.

Elektro-optik Evre: Bu dönem, elektronik mesafe ölçümünün, elektronik veya dijital hesap makinelerinin ve jeodezik ölçümlerin ve verilerin dijital olarak depolanması ile karakterize edildi. 1989 yılına kadar sürdü.

Çoklu-sensör Evresi: Bu aşama 1990 yılında ilk dijital nivonun, ilk rahatça taşınabilir GPS alıcılarının ve ilk tek kişinin kullanabildiği totalstationun piyasaya sürülmesiyle başladı. Hala bu aşamadayız.

4 Endüstri Devriminin Etkisi 

İlk iki sanayi devriminin (Şekil 2) jeodezik aletlerin teknik ilerlemesi üzerinde önemli bir etkisi olmamıştır. Bununla birlikte, üçüncü sanayi devrimi, sadece ölçme cihazlarının kendilerinde değil, aynı zamanda elektronik mesafe ölçerlerin (EDM), ölçümlerin dijital olarak depolanması ve dijital hesap makinelerinin gelmesi nedeniyle haritacıların tüm çalışma yaklaşımında da önemli değişikliklere neden oldu.  Sonraki yıllarda, uygulama yazılımlarının gelişmesi çok önem kazandı ve haritacıların iş profilini tamamen değiştirdi.

Çoklu-Sensor Evresi

Çoklu sensör aşaması, 1990 yılında ilk dijital nivonun, ilk kullanılabilir GPS alıcılarının ve ilk tek kişilik totalstation’un ortaya çıkmasıyla başladı. İlk yıllarda, takeometri ve uydu tabanlı ölçme (yani GPS) arasında teknolojik bir yarış gerçekleşti. Bugün bu rekabet bitti ve GNSS alıcıları yaygın olarak total istasyonları ile birlikte kullanılmakta. Son 30 yılda, endüstri haritacılık sektörüne büyük teknolojik ilerleme sağlamıştır ve bu dönem hala devam etmektedir (bkz. Şekil 3).

Genel olarak, bu evrede her türlü ölçüm cihazı önemli ölçüde daha üretken, daha doğru ve daha çok amaçlı hale gelmiştir. Verimlilik, tek bir ölçümün süresi, ölçülebilir mesafe aralığı, akü şarjı başına ölçülen mesafe sayısı ve operatörün yüksek kaliteli ölçümler için gereken becerileri gibi çeşitli yönlere ve kriterlere dayanır. Aynı zamanda, daha küçük boyutlu, daha düşük ağırlıkta reflektör ve tripodlar gibi kullanışlı aksesuarlara sahip cihazlar sayesinde kullanıcıların az emek harcamasında kayda değer azalmalar olmuştur.  Bu evrede maliyetler sadece finansal yatırım açısından değil, aynı zamanda operatörleri eğitmek için gereken süre açısından da azalmıştır.

Geçmişte ve günümüzde ölçüm süreçleri

Geçmişte, ölçme aletlerinin operatörleri ‘rasıt(gözlemci)’ olarak adlandırılıyordu, çünkü ölçümler ve ölçümün kalitesi üzerinde doğrudan bir etkiye sahiplerdi. Optik nivo ve teodolitlerin operatörleri keskin gözlü, her hava koşuluna çalışabilen ve elle yapılan hesaplamalarda deneyimliydi aynı zamanda yetenekli mekanikçilerdi. Rasıt ham gözlemleri okur ve hazırlanmış ölçüm karnelerine çok sayıda tekrarla (silsile) cihaz hataların etkisini ortadan kaldırdı (örneğin, yatay açı dairesinin üzerindeki hataları eliminasyonu için dürbünü takla attırarak, açı ölçüm dairesinin her bölümünde ve saat ibresinin ters yönünde de ölçüm yaparak). Bu tür tekrarlar sadece rasıt’ın kişisel hatalarını azaltmakla kalmadı, aynı zamanda kaba hatalara ve hesap hatalarına karşı etkili kontrol sağladı.

Günümüzün operatörleri, rasıt olmaktan ziyade, geometrik sensörlü mobil bilgisayar kullanıcılarıdır. Cihazın yerinde kurulumu dışında, ölçümler üzerinde doğrudan etkileri yoktur. Ölçüm süreci tamamen otomatiktir ve kullanıcının ulaştığı sonuç değerleri, karmaşık geometrik ve fiziksel düzeltme modellerine dayanarak sayısal olarak hatalardan arınmış bir veya daha fazla sensörden gelen çoklu otomatik okumaların ürünüdür. Günümüzde, arazideki ölçümlerin%80’i herhangi bir yedeklik olmadan gerçekleştirilmektedir, çünkü ölçüm cihazlarının teknik özellikleri dahilinde düzgün çalıştığı göz önüne alındığında, sistem tarafından tek bir ölçümün teorik doğruluğu yeterlidir. Kullanıcılar genellikle sonuçlarının herhangi bir sapma olmadan gerçek değerler olduğuna inanırlar. Bilinen değerlere karşı gerekli kontroller genellikle yapılmaz.

Dört ölçüm teknolojisi

Kullanıcılar günümüzde farklı ölçüm teknolojilerinin arasından seçim yapabilirler. Bunlar dört kategoriye ayrılabilir (bkz. Şekil 4).

Tek nokta koordinatı üretimi: Totalstation ve GNSS alıcıları, tek nokta koordinatı elde etmek için ana cihazlardır, bu da her bir noktanın ayrı bir geometrik nesneyi temsil ettiği anlamına gelir. Entegre atalet ölçüm birimlerine (IMU) sahip anten ve reflektör jalonları, bunların tam dik tutulmasını gerektirmez.  Bu özellik sadece erişilemeyen noktaların ölçülmesine izin vermekle kalmaz, aynı zamanda daha fazla doğruluk ve hız sunar.

Nokta bulutlarının üretimi: Lazer tarayıcılar ilk olarak 25 yıl önce piyasaya çıktı. Lazer tarayıcılar çok kısa sürede tüm nokta bulutlarını üretirler. Tek noktanın belirli bir anlamı olmasa da, nokta bulutunun alt kümeleri düzlemler, küreler ve silindirler gibi geometrik öğeleri temsil eder. Günümüzde genellikle dijital kameralarla birleştirilen lazer tarayıcılar, sabit, mobil, insansız ve otonom lazer tarama alt kategorilerinde eşsiz üretkenlik ve çok yönlülük sunmaktadır. Lazer tarayıcıların yüksek ölçüm hızı (saniyede bir milyon nokta), geleneksel tekniklerin teknolojik ve ekonomik sınırlamalar nedeniyle başarısız olacağı tamamen yeni uygulama alanları açmıştır.

Yeni teknolojilerin kullanımı: Son zamanlarda yere nüfuz eden radar (GPR), radar interferometrisi (RI) ve deformasyon ölçümleri için fiber optik (FODM) dahil olmak üzere yeni ölçüm teknolojileri ortaya çıkmıştır. Sayılan son iki teknoloji, ardışık ölçümler yoluyla nesnelerdeki küçük değişikliklerin (deformasyon analizi) tespitine odaklanır.

Serbestçe erişilebilen uzaktan algılama verilerinin kullanımı: Kopernik Hizmetleri gibi herkes tarafından ücretsiz olarak kullanılabilen yüksek kaliteli, güncel uzaktan algılama veri kümeleri, Avrupa Birliği’nin açık kaynak stratejisini takiben ortaya çıkmıştır. Ancak, bu veri kümeleri uygun analiz yazılımları (büyük veri ve AI) gerektirir, çünkü indirilebilecek en küçük veri kümesi 1,6 GB’dir.

Eski beceriler

Bugünün haritacılarının hangi becerilere ihtiyaç duyduğu sorusuna cevap bulmak için, hangi becerilerin modası geçmiş olduğunu inceleyerek başlamak yararlıdır. En eski haritacılarının nasıl çalıştığına dair çok az ayrıntı olmasına rağmen, Haritacı 2.0 ve 3.0’ın keskin gözlü, hava koşullarına dayanıklı ve elle yapılan hesaplamalarda deneyimli olduğunu biliyoruz. Hesaplama araçları zamanla değişti, ancak birçok manuel çalışma hala kaldı. Haritacı 4.0 için artık çok farklı bir durum var, çünkü ölçümler tamamen otomatik hale geldi (örneğin otomatik hedef bulma, izleme ve lazer tarama ile) ve hesaplamaları yapmak için çok sayıda yazılım mevcuttur. Bununla birlikte, sahadaki çalışma süresi on yıllar öncesine göre çok daha kısa hale geldi ve otonom sistemler söz konusu olduğunda genellikle neredeyse sıfıra indirildi.

Haritacı 4.0

Peki Haritacı 4.0’ın hangi becerilere ihtiyacı var? Doğru ve güvenilir veriler elde etmek için, önceki nesil Haritacılar alet kullanımında ustalaşmak için çok zaman ve çaba harcadılar. 

Alet kullanımında ustalaşmak son yıllarda daha kolay hale gelirken, bugünün haritacıları artık sadece alet kullanımında değil, aynı zamanda verilerin elde edilmesi, işlenmesi ve analizinden nihai sonucun görselleştirilmesine ve doğrulanmasına kadar tüm sürece hakim olmak zorundadır (bkz. Şekil 6).

Dahası, dördüncü sanayi devrimini yönlendiren internetin, her yerde bulunan bağlantının ve bilgi işlem gücünün etkisi nedir? Modern haritacının zaten Yapay Zeka (AI), büyük veri, Nesnelerin İnterneti (IoT), uzman sistemler ve bulut bilişim gibi teknolojilerin önemli parçalarını kullandığını söylemek çok doğrudur.

Geçmişte, haritacılıkta yöntem belirlemek nispeten basitti. Sadece birkaç ölçüm yöntemi vardı ve mevcut durumun aksine, her görev için belirli bir cihaz olduğu için farklı cihaz türleri arasında seçim yapmaya gerek yoktu. Genel olarak, tüm veri toplama süreci yönetmelikler tarafından yönlendirilir ve kontrol edilirdi ve ölçüm süreçleri ile ilgili bireysel kararlara yer yoktu. Ölçümler ile sadece noktaların yatay konumları veya yükseklikleri belirlenirdi ve nihai sonuçlar ya önceden belirlenmiş sabit ölçekli bir harita ya da sayısal bir analizdi (Şekil 9).

Bugün, hem olasılıklar hem de güncel talepler daha geniş ve daha çeşitlidir. Bir ölçme projesi kabaca üç aşamaya ayrılabilir: planlama ve tasarım, veri toplama ve veri işleme (Şekil 10). Eski zamanlarda art arda uygulanırdı. Ancak günümüzde, uygulama aşamasından önce çok daha uzun bir planlama aşaması geçmektedir ve veri işlemenin ilk kısmı veri toplama aşamasına paralel olarak çalışmaktadır. Veri toplama ve işleme için kullanılan ekipman çok daha verimli olduğundan, projeler geçmişe göre çok daha hızlı bitirilebilmekte. Aynı zamanda, sonuçlar planlama, farklı ölçeklerde ve farklı ayrıntı düzeylerinde haritalama, hacim belirleme vb. gibi daha çeşitli amaçlar için kullanılabilir.

Bu, Haritacı 4.0’ı yetenekli bir rasıttan coğrafi veriler oluşturan ve üreten bir proje yöneticisine dönüştürdü. Her projenin başlangıcında, Haritacının nihai sonucun türü ve şekli de dahil olmak üzere projeyi tanımlaması gerekir. Veri toplamadan sonuç ürüne kadar sonraki her adım detaylı belirlenmelidir. Haritacı 4.0, projenin ekonomik bileşenleri, en iyi veri toplama stratejisinin önündeki teknik kısıtlamalar (örneğin, yalnızca gece saatlerinde ölçüm yapmak mümkünse) ve ilgili güvenlik düzenlemeleri hakkında her şeyi bilmesi gerekir.

Proje veri toplama stratejisi oluşturulduktan sonra, Haritacı 4.0’ın ölçüm hedeflerine (örneğin doğruluk, nokta yoğunluğu, veri toplama hızı, sensörler ve ölçümler arasındaki gerekli mesafeler) ulaşılıp ulaşılamayacağını kontrol etmesi gerekir. 

Becerilerin özeti

Haritacı 4.0’ın mevcut ihtiyaçları karşılamak için ihtiyaç duyduğu yetenekler şu şekilde özetlenebilir:

Ölçüm teknolojileri: Veri toplama ve işleme stratejisini en iyi şekilde seçmek için tüm potansiyel ölçüm sistemleri ve teknolojileri hakkında sınırlamaları ve kısıtlamaları (hem yasal hem de teknik) dahil olmak üzere kapsamlı bilgi gereklidir. Verilerin kalitesi ve belirli çıktı formatları hakkında bilgi de gereklidir.

Matematik: Matematiksel bilgi özellikle geometriyi, istatistikleri, en küçük kareler dengelemesini ve hata tespitini kapsamalıdır.

İşletme: Karar sürecine farklı ölçüm seçenekleri arasında karşılaştırmalı bir maliyet hesaplaması eklemek için, maliyetlerin hesaplanması ile ilgili bilgi ve deneyime ihtiyaç vardır.

Programlama Becerisi: Bir proje genellikle haritacının alınan veya işlenen verileri filtrelemesini, seçmesini, aktarmasını veya değiştirmesini gerektirir. Bu nedenle, uygun programlama dillerinde programlama yetenekleri gereklidir.

Sosyal Beceriler: Bir harita üretim projesinin başarısı, özellikle planlama aşamasında, haritacı ve müşteri arasındaki yakın ve yapıcı ortaklığa bağlıdır. Bu, iletişim becerileri, sunum becerileri ve takım çalışması gibi sosyal becerilerle desteklenir.

Sonuç

Haritacıların benzersiz özelliği, büyük doğal veya yapay nesnelerin yüksek doğruluklu ve ayrıntılı geometrik bilgilerini elde etme yetenekleri olmuştur. This has not changed over the last century. However, the surveyor of today has become a versatile producer and manager of precise geometrical data. Whereas in the past it was the only task, mastering the instrument is nowadays reduced to just one task out of many.