Coğrafı̇ bı̇lgı̇ teknolojı̇lerı̇ ı̇le akıllı şehı̇r tasarımı
Designing geographic information system framework for smart cities
Yazar: ABDULLAH SAİD TÜRKSEVER
Danışman: PROF. DR. TAHSİN YOMRALIOĞLU
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Geomatik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Geomatik Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Jeodezi ve Fotogrametri = Geodesy and Photogrammetry

Özet:
Dünya nüfusunun 2014 yılında 7 milyarın üzerinde olduğu ve insanların yüzde 54'ünün şehirlerde yaşadığı tahmin edilmektedir. Bu oran 1960'da yüzde 34 iken önümüzdeki on beş yıl içerisinde ise bu oranın yüzde 1.84 artması beklenmektedir. Büyük kentlerdeki hızlı nüfus artışı pek çok sorunu da beraberinde getirmektedir. Bu sorunlar kentlerdeki ekonomik ve sosyal hayatı olumsuz yönde etkilediği gibi kent sakinlerinin yaşam kalitesini düşürmektedir. Artan nüfus ile birlikte şehirlerde enerji ve kaynak ihtiyacında da artışlar olacak ve şehirlerin alt yapıları yükseliş eğiliminde olan nüfusa karşı yetersiz kalacaktır. Akıllı şehirler yaklaşımı, şehrin problemlerine sensor, nesnelerin interneti, her şeyin interneti, bulut bilişim ve büyük veri işleme gibi yenilikçi teknolojileri kullanarak akılcı çözümler üretme potansiyeline sahip olması nedeniyle ülkelerin ve uluslararası kuruluşların politika metinlerinde ön plana çıkmaya başlamıştır. Başta ulaştırma ve enerji olmak üzere, kentsel altyapıların ve şebekelerin insan müdahalesine gerek duymadan kendi kendine yönetilebilmesi mantığına dayanan bu yaklaşımla, insanların yaşam standartlarında önemli ölçüde iyileşme sağlanması amaçlanmaktadır. 
Akıllı şehir yaklaşımının temelinde insan, sosyal sermaye ve Bilgi ve İletişim Teknolojileri (BİT) altyapısının oluşturulması ve bu öğelerin birbiriyle bağlantılı hale getirilmesi vardır. Akıllı şehir yaklaşımı ile birlikte sürdürülebilir ekonomik kalkınma ve daha iyi yaşam kalitesi sağlamak amaçlanmaktadır. Akıllı şehir; Akıllı Ekonomi, Akıllı Toplum, Akıllı Hareketlilik, Akıllı Yönetişim, Akıllı Çevre ve Akıllı Yaşam olmak üzere 6 temel bileşende incelenmektedir. Bu temel bileşenleri göz önünde bulundurularak akıllı şehir olma idealinde geleceğe yönelik kararlı, bağımsız ve farkındalığı yüksek vatandaşları içeren şehirler Akıllı Şehirler olarak tanımlamaktadır. Bu yaklaşımla birlikte şehir için yapılan bilgi iletişim teknolojileri (BİT) ve BİT alt yapılarının sürdürülebilir ekonomik kalkınmayı ve doğal kaynakların akıllı yönetim ile daha etkin yönetilmesi beklenmektedir. Akıllı şehirler sahip oldukları donanımsal ve yazılımsal alt yapıları ile yüksek hayat kalitesi ve şehrin daha verimli yönetilmesini sağlamak için mekansal bir zekaya sahip olmaları gerekmektedir. Uzun vadede yaşam kalitesinin yüksek seviyede tutulması ve doğal kaynakların etkin bir biçimde kullanılması ancak konum nitelikli zekaya sahip olan şehirlerde mümkündür. Mekansal zeka; konuma dayalı bilginin toplanması ve işlenmesi, gerçek zamanlı uyarıya sahip olması (real time alert), tahmin yürütme, makine öğrenmesi (machine learning), kolektif zeka ve problem çözümlerinin paylaştırılmasını içeren bilişsel ve kavramsal bir süreçtir. Akıllı şehir yaklaşımının teorik altyapısının oluşturulması ve pratik anlamda verinin toplanması, işlenmesi, analize edilmesi ve sunulmasında Coğrafi Bilgi Sistemleri (CBS) büyük önem taşımaktadır. CBS ile birlikte şehirlerin yönetimi daha etkili bir şekilde sağlanmasına rağmen hala CBS teknolojisinin sahip olduğu potansiyel tam olarak kullanılmamaktadır. Güncel, doğruluğu yüksek ve  bütüncül veriler Akıllı Şehirlerin tasarlanması, modellenmesi ve planlanmasında kritik önem taşımaktadır. Yeryüzüne ait verilerin toplanması ve işlenmesinde Geomatik Bilimi ve CBS bu anlamda önemli bir role sahiptir. 

Akıllı Şehirler'in ihtiyaç duyduğu mekansal bilgi sistemlerinin altyapısının etkileşim deneyimine sahip, gerçek zamanlı tepki verebilen, mobiliteye sahip (mobility), kontrol ve otonomiye (autonomy) becerilerine sahip olması gerekmektedir. Akıllı Şehirler üretilen verilerin mekansal ve zamansal olarak gerçek zamanlı bir şekilde sunulmasını gerekmektedir. Mekansal ve zamansal coğrafi bilgilerin (temporal- spatial information) üretildiği, depolandığı, işlendiği, sunulduğu ve bilgilerin gerçek zamanlı olarak erişebildiği mekansal bilgi sistemleri 4 Boyutlu Coğrafi Bilgi Teknolojileri olarak adlandırılmaktadır (4B CBT). 
Bu çalışmanın temel amacı; akıllı şehirlerin geliştirilmesinde temel bir ihtiyaç olan mekansal bilgi sistemi altyapısının akıllı şehirlere uyumlu bir hale getirilmesi adına Akıllı Şehir Mekansal Bilgi Sistemi Altyapı Modeli'nin tasarlanmasıdır. Akıllı şehirlerdeki mekansal bilgi sistemi ihtiyacını karşılamak üzere akıllı şehir konsepti, akıllı şehirlerin temel bileşenleri, akıllı şehirlerde kullanılan teknolojiler ve akıllı şehir uygulamaları incelenerek akıllı şehirlerin gereksinimleri irdelenmiştir. Literatürde iyi örnek olarak nitelendirilen Barcelona, Amsterdam, Singapur ve Cenova örneği karşılaştırmalı olarak incelenerek akıllı şehirlere geçiş sürecinde öncelikli olarak ihtiyaç duyulan teknoloji ve alt yapılar belirlenmiştir. Bu bağlamda; uluslararası alanda en yaygın olarak kabul gören ITU ve ISO'nin Akıllı Şehirler ile ilgili ortaya koydukları standartlar göz önünde bulundurularak Akıllı Şehir Mekansal Bilgi Sistemi Altyapı Modeli'nin hedefleri, veri ihtiyacı ve organizasyon şeması, modelin tasarlanmasında kullanılacak yöntem ve akıllı şehirlerdeki farklı sistemlerin entegrasyonunun nasıl sağlanacağı detaylı olarak açıklanmıştır. Bu çalışmanın amacına ulaşabilmesi için; Akıllı şehir mekansal bilgi sistemi ihtiyaç analizi yapılarak akıllı şehir konsepti incelenmiştir ve akıllı şehir temel kavramları açıklanmıştır. Akıllı şehirlerin temel bileşenleri, akıllı şehirlerde kullanılan teknolojiler ve akıllı şehir uygulamaları incelenerek akıllı şehirlerin gereksinimler irdelenmiştir. Akıllı şehirlere yönelik standartlar, literatürde iyi örnek olarak nitelendirilen Barcelona, Amsterdam, Singapur ve Genova örnekleri ve Türkiye'deki Akıllı Şehir uygulamalarının mevcut durumu incelenerek Akıllı şehir gereksinimleri tespit edilmiştir. 

Akıllı Şehir Mekansal Bilgi Sistemi Altyapı Modeli'nin hedefleri, veri ihtiyacı ve organizasyon şeması, modelin tasarlanmasında kullanılacak yöntem ve akıllı şehirlerdeki farklı sistemlerin entegrasyonunun sağlanacağı ITU-T ve ISO standartlarına uygun Akıllı Şehir Mekansal Bilgi Sistemi Altyapı Modeli tasarlanmıştır.

Abstract:
Cities, or large urban conurbations, bring many positive benefits to communities and economies – locally, nationally and globally. Beneficial impacts range from the objective, e.g. economic impacts, to the cultural, for example – providing a context to support vibrant arts, music, literary & drama communities. There is a cost to these benefits. The accelerating growth of cities and their disproportionate consumption of physical and social resources is assessed by the United Nations to be the greatest challenge to mankind since we became social. Cities are currently occupied by c.51% of the global population of 7+billion but consume c.80% resources disproportionately consuming physical and social resource. 

By 2050 the global population is forecast to grow to 9+ billion, 80% of which will inhabit cities. The increase in demand for all resources is unsustainable, as are traditional delivery mechanisms, which are unresponsive and too costly. To maintain quality of life expectations in the developed world, and match these in the developing world, we urgently need to identify and implement innovative delivery systems to more effectively manage and control resource use in the built environment – particularly cities. Smart city systems are emerging as a major response to the joint challenges of resource management and economic recovery in cities – nationally and globally. These systems will displace traditional delivery vehicles for physical and social resources, potentially providing cost effective and innovative delivery channels.
Today, urban population accounts for 54 percent of the total global population with a trend to more urbanization when urban population accounts for 34 percent in 1960.It is expected to be increased 1.84 percentage in the following five years.  

This exponential increase in urban population will aggravate the complexities of the social fabric in cities, and makes charting a path to sustainability a very urgent task. Currently, the urban ecosystem is experiencing turmoil with increased urbanization, pollution, overcrowding, climate change, outdated infrastructures, etc. These challenges greatly hinder growth within the urban domain.In view of the above, cities are increasingly embarking on the journey towards smart cities to mitigate urbanization problems. Urban stakeholders are actively developing strategies and institutional policies directed towards the goal of becoming smart  to manage resources more efficiently, while addressing socio-economic development challenges and reducing inequalities.




"Smart cities" is a term denoting the effective integration of physical, digital and human systems in the built environment to deliver a sustainable, prosperous and inclusive future for its citizens.In today's world of planning, there appears to be a visible trend in the use of the "smart" prefix. For example, cities around the world are branding themselves as, or striving to become "smart cities". Planners and policy-makers espouse "smart growth". Infrastructure planning involves "smart grids" for energy, "smart networks" for information and communications technologies (ICT) and "smart mobility" in transportation. The "smart" term has also been stretched by technology firms like IBM, where being "smart" is trounced by being "smarter"'. Being "smart", or "smarter", is perhaps seen as the next frontier for city planning, policy-making and management. Digital systems provide a mechanism for efficiently matching physical and social resource demand against availability through integrated real time monitoring and response. The efficient matching of resource demand against supply availability enables effective city management and economic activity. The reliable data models from real time demand-supply matching can additionally be used to inform long term planning of resource availability. A flexible design approach allows for options to be embedded upfront in the system for possible use at later stages.


Many definitions of the Smart City focus almost exclusively on the fundamental role of ICT in linking city-wide services. For example, one suggestion is that a city is smart when is the use of ICT makes the critical infrastructure components and services of a city – which include city administration, education, healthcare, public safety, real estate, transportation, and utilities – more intelligent, interconnected, and efficient.
Other definitions, while retaining ICT's important role, provide a broader perspective, such as the following wide working definition: A city may be called 'Smart' 'when investments in human and social capital and traditional and modern communication infrastructure fuel sustainable economic growth and a high quality of life, with a wise management of natural resources, through participatory governance. Smart cities can be identified along six main axes of dimensions: a smart economy, a smart environment, smart mobility, smart people, smart living, and smart governance.

Cities are complex, and for them to become smarter – more economically, socially and environmentally sustainable and prosperous – they will need to holistically address a range of issues including: planning and economic development, resilient clean air, water and food supply, integrated data and security systems, responsive transport networks, environment protection and sustainable resource management, risk management, sustainable waste management systems, energy management, sustainable buildings; and cultural-social interaction.

Usually, a smart city rests on three pillars: economic development, earth environmental issues, and social equity; and sustainability can be achieved only if all three aspects are equally considered. From the perspective of geomatics, a smart city is the full integration of a digital city, the Internet of Things and cloud computing technology. A digital city provides a 3D geospatial framework for cities, while the Internet of Things embedded in the ubiquitous sensor network realizes the real-time sensing, measuring, and data transmitting of still or moving objects. Cloud computing, performing like a human brain, is responsible for massive and complex calculations, data mining, and analysis; and it then helps in the automatic discovery of patterns, rules, and knowledge and provides remote monitoring, control, and feedback to the real world for intelligent city management and public services.
 The implementation of smart city projects is based on a number of steps including the construction of the urban digital model, data collection using the sensing layer, then data analysis, interactive data visualisation and system control. GIS plays a crucial role in each step of the implementation of smart city projects such as designing, modeling and management in the city. From a smart city perspective, the smart city should include real-time information intelligence equipment, such as human senses, or a human behavior organ system and a response and disposal thematic system. The main purpose of smart city construction is to support intensive, intelligent, green, and low-carbon new urbanization development, and enable the market to have a decisive role in the allocation of resources. The concept of Temporal-Spatial information Infrastructure (4D GIS) denotes the processes, integration, mining analysis, and sharing of time-stamps geographic data. It also includes related policy, regulations and standards, technology, facilities, mechanism, and human resources. 
The aim of this study is to define the extent of the concept of Smart Cities as its main supporting technology, the digital city geo-spatial framework has to be upgraded to the temporal-spatial information infrastructure (4D GIS). First, this study discovers the concept and basic framework of smart city and defines the concept of 4D GIS. Secondly, the study aims to understand the required technology for smart city implementation, and smart city applications in Turkey and in the World. Lastly, this study defines requirements, needs and organizational structure for designing Geographic Information Framework for smart cities based on ITU Telecommunication Standardization Sector (ITU) and International Organization for Standardization (ISO) standards.