Uydu verisi ve peyzaj metrikleri kullanılarak şehir yapılarının karşılaştırılması: Karabük ili merkez ve Safranbolu ilçeleri örneği
Comparison of city structures by using satellite data and landscape metrics: Karabuk city center and Safranbolu district samples
Yazar: DUYGU ŞİMŞEK
Danışman: PROF. DR. ELİF SERTEL
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Geomatik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2016
Konu: Jeodezi ve Fotogrametri = Geodesy and Photogrammetry

Özet:
Karabük ili, Merkez ilçesi sınırları dahilinde bulunan "Karabük Demir-Çelik Fabrikası" ve "Dünya Kültür Mirası" olarak ilan edilen Safranbolu İlçesinde bulunan,  kentsel sit alanı ve arkeolojik kent kalıntıları  ile birlikte, ülke sanayisine ve turizmine önemli katkıları olan bir ilimizdir. Merkez ve Safranbolu ilçeleri birbirine sınır komşusu olup, ilin nüfus yoğunluğu en fazla olan iki ilçesidir. Yerleşimin olduğu alanlar konumsal olarak birbirinin devamı niteliğindedir. Coğrafi koşulları neredeyse aynı olan bu iki bölgenin sanayi ve turizm açısından oluşan farklı kimliklerinin mekansal olarak kent gelişimini nasıl etkilediğinin araştırılması bu çalışmanın amaçlarındandır.
Günümüzde, yüksek çözünürlüklü uydu görüntülerinin kullanımı ile yüksek doğruluklu mekansal veri üretimi yapılabilmektedir. Uydu görüntülerinden tematik bilgilerin üretimi süreci, diğer yöntemlerle karşılaştırıldığında, ekonomik ve zamansal çözümler sunması ile birlikte öne çıkmaktadır. Uydu görüntüleri  bir çok çalışmada kullanılmaktadır. Bu çalışmalardan bazıları, bu tez çalışmasında da değinilen, şehir planlama ve peyzaj ekolojisi çalışmalarıdır. 
Peyzaj metrikleri analizi, şehir yapılarının zamansal değişiminin incelenmesi ve şehirlerin yapısal karakterlerinin sayısal olarak ifade edilmesinde kullanılabilmektedir. Şehirler için, uydu görüntüsünden üretilen arazi kullanım/örtüsü haritasından yapılan metrik hesapları ile daha doğru ve güvenilir sonuçlara hızlı ve ekonomik şekilde ulaşılabileceği görülmektedir.
Çalışmada, Karabük ilinin Merkez ve Safranbolu ilçelerini kapsayan, 2016 yılına ait, 1.5 m çözünürlüklü Spot6 ve Spot7 uydu görüntüleri kullanılmıştır. Uydu görüntüleri ve yardımcı veriler ile arazi kullanım/örtüsü haritaları oluşturulmuştur. Sınıflandırma işleminde, kentsel yapıyı daha ayrıntılı olarak ifade eden "şehir atlası" sınıf tanımları ve metodolojisi kullanılmıştır. Sınıflandırma işleminde obje abanlı sınıflandırma yöntemi kullanılmıştır. İlçelerin tümü ve yerleşim alanları için ayrı ayrı şehir atlas'ları oluşturulmuş ve bu bölgelerin yapı ve formlarının karşılaştırılabilmesi için çeşitli peyzaj metrikleri hesaplanmıştır. Peyzaj metriklerinin hesaplanması için  FRAGSTAT v4 yazılımı kullanılmıştır. Toplam 6 adet peyzaj metriği hesaplanmıştır. Bu metrikler sırasıyla; sınıf seviyesinde hesaplanan, Leke Yoğunluğu (PD),  Kenar Yoğunluğu (ED), En Büyük Leke İndisi (LPI), Öklit En Yakın Komşuluk Mesafesi (ENN), Alan Ağırlıklı Ortalama Leke Fraktal Ölçüsü (FRAC_AM) ve peyzaj seviyesinde hesaplanan Bitişiklik (CONTAG) indisidir.
Yapılan çalışma sonucunda, uydu görüntülerinden oluşturulan tematik haritalar kullanılarak hesaplanan peyzaj metriklerinin, kentsel alanlarda anlamlı sonuçlar verdiği görülmüştür. Yönetim ve planlama çalışmalarında bu çalışmada ortaya konan sonuçların ve yapılacak benzer çalışmaların oldukça yararlı olacağı öngörülmektedir.

Abstract:
Kardemir iron and steel factory located within the borders of the central district of Karabük province, as well as Urban Site and Archeological City residences in the province of Safranbolu, which is declared as World Cultural Heritage, have been important contributors to the country's industry and tourism. The districts of Merkez and Safranbolu are adjacent to each other and are the two districts with the highest population density. The settlement areas of the districts, are positionally continuous. It is the purpose of this study to investigate how the different identities of these two regions, which have almost the same geographical conditions, influence the urban development spatially.
Today, the use of high-resolution satellite imagery allows the production of highly accurate spatial data. The production process of thematic information from the satellite images comes to the forefront with offering economic and temporal solutions when compared to other methods. Satellite imagery is used in many scientific studies. Two of them are urban planning and landscape ecology studies.
Currently, there are studies to create land use and cover maps from satellite data. One of them is the Urban Atlas project. Urban Atlas is a map of land use/cover that provides detailed information on the usage patterns of urban areas. The Urban Atlas Project is part of the "European Earth Observation Program-Copernicus" (formerly known as "GMES") funded by the European Commission with the support of the European Regional Development Fund (ERDF) and jointly produced by the Member States with the support of the European Space Agency. Urban atlas data is generated using high resolution satellite imagery. With the method used, highly accurate and comparable land use data is produced in urban areas. One of the main objectives of the urban atlas is to help local and regional authorities face the challenges they face in urban planning. It is indicated that, it can be by, examination of urban sprawl, monitoring and evaluation of urban development and its dynamics, observation of urban green area quantities, monitoring land use / cover change in urban areas, examination of the growth of industrial areas, establishing and evaluating relationships between urban growth and population development and similar studies.
Analysis of landscape metrics can be used to examine the temporal variation of urban structures and to quantify the structural characteristics of cities. It is predicted that more accurate and reliable results can be obtained quickly and economically for the cities by metric calculations made from the land use / cover map produced from the satellite image.  
Land use / cover maps were created using up-to-date satellite images of these two regions for the purpose of the work, and various landscape metrics were calculated in order to compare structures and forms of the regions by using this generated data.
In the study, 1.5 m resolution Spot6 and Spot7 satellite images of 2016 covering the districts of Central and Safranbolu of Karabük were used. Land use / cover maps were created with satellite images and auxiliary data. In the classification process, urban atlas class definitions and methodology are used, which expresses urban construction in more detail. Object classification method is used in the classification process. Urban atlas were created separately for all districts and districts' settlement areas, and various landscape metrics were calculated to compare the structure and forms of these regions
For the calculation of landscape metrics, FRAGSTAT software was used and a total of 6 landscape metrics were calculated; Patch Density (PD), Edge Density (ED), Largest Patch İndex (LPI), Euclidean Nearest Neighbour Distance (ENN), Area- Wighted Mean Fraktal Dimension İndex (FRAC_AM) and Contagion (CONTAG) metrics.
In studies, first of all, up-to-date satellite images of Spot6 and Spot7 which covering the study field have been determined. Secondly, datas that provides additional information,  have been provided and examined, convenient with the metodology of classification of the urban atlas. In the classification process, the datas of roads and especially the urban atlas artificial classes have been determined  to assign the related classes with the most accurate way. For this purpose, the zoning  plans, cadastral maps and OpenStreetMap road datas provided from the related institutions such as municipalities and ministries have been examined. For the natural surfaces, forest, pasture fields and 2B fieds supplied from official institutions have been examined.
With this examination, usability of the datas have been researched whether they could be within classification, as well as general information of the field has been received. Imperviousness maps have been examined to determine the sub classes of urban texture for the work field.  
It was decided to use, zoning plans and OpeenStreetMap road data for determining road and artificial surface classes, forest maps for forest areas and NDVI images produced from Spot6 and Spot7 images with higher resolution instead of 20m resolution ımperviousness map to determine urban urban fabric classes. In addition, Google Earth is used for visual interpretation.
In the study, Erdas Imagine 2015, ArcMap 10.2.1, eCognition Developer 9.2 and FRAGSTAT v4 softwares used.
The settlement areas and the rural areas belonging to the provinces are structurally different. It has been decided to classify these regions separately for ease of operation and more accurate results. 
Classification was done in eCognition Developer 9.2 using object-based classification method. Segmentation is the first stage of the classification.  Zoning plans and OpenstreetMap datas used as vektor layer in segmentation process for obtain lineer segmented objects in images. Classification process is done with both using thematic layer and indicies and function with using objects' texture and spectral informations.
The classification results are generated as vector data. This data was edited in ArcMap software to create land cover/use maps for two districts' residential areas and all districts areas. Metric calculations done by using raster images of these maps. The tables are arranged and graphically displayed so that the result values can be interpreted more easily.
The metric results show that, Safranbolu district which is distinguish with its touristic identitiy from Karabuk has high urban development property. CONTAG metric results are very close to each other for Safranbolu and Karabuk. It shows that, heterogenity and genaral form of the distircts similar to each other.