Mekânsal kutup veri merkezi tasarımı ve Web CBS uygulaması
Spatial polar data center design and webgis application
Yazar: MÜGE ŞENEL
Danışman: DOÇ. DR. HASAN HAKAN YAVAŞOĞLU
İstanbul Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Geomatik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Geomatik Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol = Computer Engineering and Computer Science and Control ; Jeodezi ve Fotogrametri = Geodesy and Photogrammetry ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Açık kaynaklı yazılım = Open source software ; Bilgisayar yazılımları = Computer softwares ; Mobil harita = Mobile map ; Ölçekli haritalar = Scaled map

Özet:
Antarktika, dünyanın güney kutbu bölgesini kaplayan beyaz kıta, toprak büyüklüğü bakımından yüzölçümü yaklaşık 14 milyon kilometrekaredir ve bunun çoğunu büyük bir buz tabakası oluşturmaktadır. Bu tabaka, dünya genelindeki karasal buzun yaklaşık %90'ını oluşturur ve dünyadaki tatlı suyun %70'ini içerir. Antarktika, aşırı soğuk ve sert iklim koşullarına sahiptir bu da kıtanın büyük bir bölümünde yıl boyunca buz ve karın hakim olmasına neden olur. Kış aylarında sıcaklıklar -80 °C'ye kadar düşebilir ve yaz aylarında bile ortalama sıcaklıklar genellikle sıfırın altındadır. Antarktika'da ekosistem oldukça sınırlıdır ve hayatın büyük bir bölümü denizde bulunur. Kıyılarda bulunan penguenler, foklar ve deniz kuşları, bölgenin ana hayvanlarından bazılarıdır. Ayrıca, Antarktika suları, balinalar için besin açısından elverişli bir alan olarak bilinir. Antarktika, doğal güzellikleri, zorlu koşulları ve bilimsel keşifler için büyük bir potansiyele sahip olan önemli bir kıtadır. İklim değişikliği, atmosfer bilimi, astrofizik, biyoloji ve ekoloji gibi birçok bilimsel alan için mükemmel bir laboratuvardır. Dünya üzerindeki pek çok ülke, bilimsel araştırmalar yapmak için Antarktika'ya giderek araştırma istasyonları kurmuştur. 1959 yılında imzalanan Antarktika Antlaşması, kıtada sadece barışçıl amaçlarla bilimsel araştırmalara izin vermektedir ve askeri faaliyetlere karşı bir koruma sağlar. Aynı zamanda, kıtanın ortaklaşa yönetilmesi ve doğal kaynakların korunması konusunda bir çerçeve sunar. İnsanlık için değerli bilgilerin elde edilmesine katkı sağlayan bu benzersiz ve hassas ekosistem, korunması ve sürdürülebilir şekilde kullanılması gereken önemli bir varlık olarak kabul edilir. Günümüzde yaklaşık 30 ülkenin 100'e yakın araştırma istasyonunun bulunduğu kıtada bilimsel projeler sayıları artarak yürütülmeye devam etmektedir. Antarktika'nın doğal yapısı, çalışma koşullarının zorluğu ile lojistik imkânlarının azlığı bilimsel çalışmaları etkilese de sahip olduğu değerli bilgiler nedeniyle vazgeçilmez bir konumdadır. Bu bilgilere ulaşmak amacıyla 2017 yılından itibaren Antarktika'ya Türk Antarktika Seferleri (TAE) düzenlenmektedir. Bu çalışmada, kutup bölgelerine yönelik bilimsel hedeflerin devamlılığı için önemli bir altyapı olan web tabanlı Coğrafi Bilgi Sistemi (WebCBS) ile entegre edilmiş bir kutup veri merkezi geliştirilmiştir. WebCBS, kullanıcıların mekansal verileri kullanıcı dostu ve etkileşimli bir şekilde görselleştirmesine, analiz etmesine ve yorumlamasına olanak tanımaktadır. Jeoloji, Jeofizik, Coğrafya, Hidroloji, Meteoroloji, Oşinografi, Buzul Bilimi, Atmosfer Fiziği, Kimya, Mikrobiyoloji, Uzaktan Algılama gibi farklı konu ve disiplinlerde yürütülen projeler ve önceki seferlere ait ham/işlenmiş veriler bu bilgi sistemine dahil edilmiştir. Antarktika'daki çalışmalar özellikle küresel ısınmanın etkilerini gözlemlemeye odaklanmıştır. Deniz buzu, deniz seviyesi ve kıyı değişimlerini gözlemleyebilmek için geçmiş ve güncel verilerin izlenmesi şarttır. Veriler ayrıca sismik, volkanik, tektonik ve GNSS izlemeyi de kapsar. Antarktika Antlaşması'nın önerdiği şekilde, kullanıcı dostu bir web sitesi tasarlanmış ve proje konumları veriler ve yayınlarla birlikte kullanıcı erişimine açılmıştır. Veri tabanında yer alacak alanlar için varlık-ilişki diyagramı oluşturulmuştur. Bu diyagramdaki alanlar, PgAdmin'de SQL sorguları kullanılarak tablo hâline getirilmiştir. Ardından GeoServer'da çalışma alanı ve depolama alanı oluşturulmuş, PostGIS ile bağlantı kurulmuştur. PgAdmin uygulamasından gelen mekânsal ve mekânsal olmayan veri katmanları GeoServer çalışma alanına eklenmiştir. GeoServer'a aktarılan veriler, Open Geospatial Consortium (OGC) standartlarına göre Web Map Service (WMS) ve Web Feature Service (WFS) ile bir OpenLayers web haritasında sunulmuştur. Ayrıca masaüstü QGIS uygulaması ve GIS Cloud aracılığı ile bir mini web haritası tasarlanmıştır. Bu mini web haritası, kıtadaki GNSS ve Meteorolojik Gözlem İstasyonlarını göstermektedir. Eclipse yazılımında kodlama için dinamik bir web projesi kullanılmıştır. Java ile back-end kodlaması yapılarak verileri ön uç ile entegre etmek için arka ucun bir parçası olarak SQL kullanılmıştır. Web sitesinin görsel tarafını oluşturmak için ön uç kodlaması HTML, CSS ve JavaScript ile yapılmıştır. Mekânsal veriler, sunucu ve istemci arayüzü, WebCBS'nin temel bileşenleri olarak bir araya getirilmiştir. Sonuç olarak, araştırmacıların kayıt olabileceği, proje, veri ve yayın ekleyebileceği ve projeleri harita üzerinde görüntüleyebileceği, tamamen açık kaynak kodlu yazılımlar ile bir WebCBS platformu geliştirilmiştir. Bu platform Türkiye Kutup Veri Merkezi olarak adlandırılmış, bir simülasyon haline getirilmiştir. Kullanıcı kaydı ile erişiline sistemde, veriler indirilebilir, analiz edilebilir ve kullanılabilir durumdadır. Türkiye'nin Kutup Bilimi'ne verdiği önem bu veri merkezinin varlığı ile vurgulanmış, yeni araştırmalar için teşvik unsuru ve kapsamlı bir rehber olması planlanmıştır.

Abstract:
Antarctica, the southernmost continent on Earth, remains one of the most enigmatic and least explored regions on the planet. Its vast expanse, covering approximately 14 million square kilometers, is predominantly cloaked in a thick ice sheet, serving as a repository for a significant portion of the world's freshwater resources. The ice sheet, with depths reaching up to 2,500 meters, not only contributes to the regulation of global sea levels but also holds invaluable clues about the planet's climatic history encapsulated within its layers. This ice sheet constitutes around 90% of the world's total ice and holds about 70% of the planet's fresh water. Antarctica experiences extremely cold and harsh climate conditions. The majority of the continent is covered with ice and snow throughout the year. Winter temperatures can drop as low as -80°C, and even during the summer months, average temperatures often remain below freezing. The Antarctic ecosystem is relatively limited, and much of the life in the region is found in the surrounding seas. Penguins, seals, and seabirds are some of the main animal species found along the coasts. Additionally, the waters around Antarctica are known for being rich in nutrients, making them an important feeding ground for whales. The continent holds great importance for scientific research. Antarctica serves as an excellent laboratory for studying climate change, atmospheric science, astrophysics, planetary science, and many other scientific fields. Numerous countries have established research stations in Antarctica to conduct scientific studies and exploration. The Antarctic Treaty, signed in 1959, ensures that the continent is used solely for peaceful and scientific purposes, and it prohibits military activities. It also establishes a framework for the cooperative management and preservation of natural resources in the region. Antarctica is a significant continent with its natural beauty, extreme conditions, and potential for scientific discoveries. This unique and delicate ecosystem contributes to the acquisition of valuable knowledge for humanity and is considered an important asset that needs to be preserved and sustainably managed. The scientific research conducted in Antarctica holds significant value and importance for humanity. Furthermore, ongoing research initiatives in Antarctica are shedding light on the continent's unique geological features and evolutionary history. Recent discoveries of fossilized remains and ancient sedimentary rocks provide valuable insights into Antarctica's past as a temperate forested landmass and its subsequent transformation into an icy wilderness. Understanding the processes driving these dramatic changes is crucial for unraveling the mysteries of Earth's geological evolution and informing future conservation efforts in Antarctica and beyond. With approximately 100 research stations from 30 countries on the continent, numerous projects are carried out across various disciplines. Despite the challenging natural environment, unique nature, and limited logistical facilities, Antarctica remains indispensable due to the valuable knowledge it provides. In pursuit of accessing this knowledge, Turkish Antarctic Expeditions (TAE) have been organized to Antarctica since 2017. As part of these efforts, a web-based Geographic Information System (WebGIS) and a polar data center have been established to ensure the continuity of scientific knowledge. WebGIS combines the power of geographic information systems (GIS) with the accessibility and convenience of web-based applications. WebGIS allows users to visualize, analyze, and interpret spatial data in a user-friendly and interactive manner. Projects conducted in different fields such as Geology, Geophysics, Geography, Hydrology, Meteorology, Oceanography, Glaciology, Atmospheric Physics, Chemistry, Microbiology, and Remote Sensing, along with raw/processed data from previous expeditions, have been incorporated into this information system. The research in Antarctica particularly focuses on observing the effects of global warming. Monitoring past and current data is crucial to observe changes in sea ice, sea levels, and coastal variations. The data collection also includes seismic, volcanic, tectonic, and GNSS monitoring. Following the recommendations of the Antarctic Treaty, a user-friendly website has been designed, allowing access to projects, data, and research publications. An entity-relationship diagram has been created for the areas to be included in the database, and these fields have been transformed into tables using SQL queries in PgAdmin. A working area and storage area have been established in GeoServer, and a connection has been made with PostGIS. Spatial and non-spatial data layers from the PgAdmin application have been added to the GeoServer workspace. The data transferred to GeoServer is presented on an OpenLayers web map using the Web Map Service (WMS) and Web Feature Service (WFS) according to Open Geospatial Consortium (OGC) standards. Additionally, a mini web map has been designed in collaboration with QGIS desktop application and GIS Cloud, showing GNSS and Meteorological Observation Stations on the continent. For coding, a dynamic web project was used in Eclipse software, and JavaScript was used for backend coding. SQL was used as part of the backend to integrate the data with the front end. HTML, CSS, and JavaScript were used for front end coding to create the visual side of the website. Spatial data, server, and client interface are the key components of WebGIS which are combined in this study. In conclusion, a WebGIS platform has been developed, allowing researchers to register, add projects and publications, and visualize data on a map. The data is downloadable, analyzable, and usable. In tandem with scientific exploration, the establishment of the Turkey Polar Data Center underscores Turkey's commitment to advancing Polar Science and fostering global collaboration. The presence of the data center highlights the importance of Polar Science and is intended to be an incentive for new research.