Jeodezi Nedir? (Tanımı, Çeşitleri)

Jeodezi, yeryüzünün ölçümleri ile ilgilenen bilim dalıdır. Yeryüzündeki ölçümler, noktalar, konumlarla ilgili bütün işlemler jeodezinin ilgili alanıdır.

Jeodezi, yerkürenin şekli ve ölçüleri ile ilgilenen bir bilim dalıdır. Genel anlamda yerkürenin şeklini tespit etmek ve yeryüzünü ölçme işlemleri ile ilgilenir. Topografya ve haritacılığın ilkelerini içerir. Jeodezi; dünyanın dönüşü ve gelgitler, bölgelere göre değişen yerçekimi ve kutuplar gibi konuları inceler. Dünyanın büyüklüğünün ve şeklinin doğru bir şekilde araştırılmasını sağlamak, yeryüzünün büyüklüğünü ve şeklini matematiksel hesaplamalarla ölçmekle ilgilenen bilim dalıdır.

Yeryuvarının modellenmesini ve dış alanında dört boyutlu presizyonlu koordinat sistemlerini tanımlar. Yerkürenin referans ağlarını oluşturan mekânsal bilgileri bu ağ ve sistemlerle ilişkilendiren ve zamana bağlı değişimlerini izleyen bilim dalıdır. Dünyanın fiziksel şeklini aslına en yakın modelleme şeklinde geoit denir. Bu modelleme yüzeyi düzensiz olduğu için matematiksel olarak kullanılamaz. Bu sebeple bu yüzey yerine en doğru yüzey olarak “elipsoit” adı verilen yüzey kabul ediliyor. Bu yüzeyi uzayda konumlandırma ve koordinat sistemlerini bu yüzey üzerinde tanımlama işlemleri için ise jeodezi bilimi kullanılır. Aslında halk arasında pek bilinmeyen bir bilimi konu alıyoruz. Askeri faaliyetlerden tünel ve köprü inşaatlarına, arsa veya parsel belirlemeden navigasyon sistemlerine kadar birçok alanda kullanılan jeodeziyi masaya yatıralım.

Tarihçe

Tarih boyunca bilim adamları ve filozoflar dünyanın şeklini belirlemeye çalışmışlardır. Aristoteles, dünyanın büyüklüğünü hesaplamaya çalışan ilk kişi olarak biliniyor. Bu nedenle “en erken jeodezist” olarak kabul ediliyor. Yunan filozofu Eratosthenes, dünyanın bugün kabul edilen ölçümünden biraz farkla dünyanın çevresini tanımladı. Jeodezi ilmine en büyük katkıyı Ortaçağ’da Müslüman bilim adamları yapmıştır. Ünlü İslam âlimlerinden El-Biruni, jeodezi ilminin kurucusu olarak biliniyor. Bilimsel çalışmalarına 17 yaşında başlayan El-Biruni, jeodezi ve coğrafya bilimleri ile ilgili 15 cilt kitap yazmıştır. Dünyanın çevresinin 40 bin kilometre olduğunu hesaplayan El-Biruni’nin, dağların yükseklikleri ve elipsoit ile ilgili çeşitli çalışmaları vardır. El-Biruni, Yunan filozoflarından Aristo, Arşimet ve Demokritus’un çalışmalarından etkilenmiştir. Güneşin yüksekliği ve şehrin boylamını hesaplayan, güneşin hareketlerinden, mevsimlerin ne zaman başladığını belirleyen, dünyanın çapını, bugünkü değere çok yakın olarak bulan El-Biruni, bu çalışmaları sebebiyle “jeodezi biliminin kurucusu” olarak kabul ediliyor. Müslüman bilim adamları, dünyanın çapını, dağların yüksekliğini, yerleşim yerlerinin enlem ve boylamlarını matematiksel olarak ölçmeye çalışmış, bu yönde çeşitli aletler geliştirmişlerdir.

Modern jeodezinin temeli, Alman jeodezi uzmanı Friedrich Robert Helmert tarafından 1880 yılında atılmıştır. Helmert’in Aachen Teknik Üniversitesi’nde profesörken yazdığı “Die mathematischen und physikalischen Theorieen der höheren Geodäsie” adlı kitabı, modern jeodezinin temeli olarak kabul ediliyor. Helmert’in jeodeziyi konu alan kitabı; jeodezinin matematiksel yönleri, bir elipsoit üzerinde jeodezik çözümleri içeriyor. Helmert’in jeodezi tanımı, bugün de geçerlidir.

Tanım

Jeodezi, yer ölçmek veya bölmek anlamında bir kelimedir. “Jeo” yer, “dezi” ölçmek anlamındadır. “Yeryüzünün tamamının ölçülmesi bilimi” olarak tanımlanır. Yeryuvarının üç boyutlu zamana bağlı değişken uzayda tanımlanması veya ölçülmesi bilimidir. Bu tanım, yeryuvarının gravite alanının belirlenmesini içerir. Jeodezi için, “yeryuvarının ve diğer gök cisimlerinin dış gravite alanı ile biçimini ve ortalama yer elipsoidini zamanın fonksiyonu olarak yeryüzünde ve dışında yapılmış gözlemlerden belirlemek” tanımı da yapılabilir. Modern jeodezi; geometrik, fiziksel, astronomik ve uydu jeodezisi gibi kollara ayrılmaktadır. Geometrik, astronomik ve fiziksel kollar, “klasik jeodezi” olarak da tanımlanır.

Yeryüzü, kendi ekseni etrafında dönüşünün yol açtığı merkezkaç kuvvetinin etkisi ile basıklaşır ve sapma eğiliminde bir görünüm kazanır. Bu görünüme geoit (jeoit) adı verilir. Bu şeklin ortalama çapı 12 bin 742 kilometredir. Bu durum, ekvator çapı ile kutuplar arası uzaklık arasında yaklaşık olarak binde 3 oranında bir basıklığa yol açar. Merkezkaç kuvvetin etkisi ile oluşan basıklık, 43 kilometredir. Yerin biçimine en uygun geometrik şekil olarak referans kabul edilen “Jeodezik Referans Sistemi 1980 (GRS80)” elipsoidinin yarı büyük ekseni 6.378.137 metre, basıklığı ise 1/298,25722’dir. Yeryüzü ölçülerinde referans olarak bu elipsoit dikkate alınır.

Geoit Nedir?

Yerkürenin merkezkaç kuvvetlerin etkisi ve kütle çekim altında aldığı şekle, genel olarak “geoit” veya “jeoit” adı veriliyor. Geoit, dünyanın şeklini en uygun şekilde tarif eden geometrik şekildir. Dünyanın yerçekimi sahası düzeyinin okyanus yüzeyi ile çakıştığı en uygun şekildir. Geoit yüzeyi, karaların altından da ilerlediği varsayılan “durgun okyanus suları” ile temsil ediliyor. Bu sebeple geoit, haritalardaki topoğrafik yüksekliklerin başlangıcı olarak kabul ediliyor. Başka bir ifadeyle; tarihsel alışkanlıklar ve uygulamalardaki kolaylık sebebiyle yeryüzünün topoğrafik yüksekliklerinin deniz seviyesine göre belirlenmesine genel olarak “geoit” adı veriliyor. Yeryüzü kütle çekimi alanının deniz seviyesine en yakın olduğu yüzey de geoit yüzeyidir. Geoit yüzeyi, herhangi bir noktada çekül eğrisine diktir.

Geoit, ideal bir elipsoitten farklı bir geometrik şekildir ve bu tanımlama yeryüzü ile ilgili araştırmalar için gerekli olmuştur. Geoidin uzaydaki yeri, ortalama bir yer elipsoidi referans alınarak tanımlanır. Elipsoidin yüzey normalleri boyunca ölçülen geoit yüzeyinin yükseklikleri, -110 m ile 85 metre arasındadır. Bunun sebebi, yeryüzünün iç yapısının tümüyle homojen olmamasıdır. Yerçekimi farklılıkları yüzünden deniz seviyesinin yerçekimi, GRS80'e oranla daha yüksektir. İvmenin daha çok olduğu alanlarda ise daha alçaktır.

Elipsoit Nedir?

Elipsoit, ikinci dereceden referans yüzeydir. Herhangi bir düzlemle ara kesitleri elips şeklindedir. İdeal bir elipsoit ile geoit arasında okyanuslarda ± 1 metre; karalarda ortalama ± 100 metre fark olabilir. Yeryuvarı ölçmeleri ve ülke ölçmelerinin hesapları için dayanak (veya referans) yüzeyleri gereklidir. Basit denkleminden dolayı kutuplarda bastırılmış bir dönel elipsoit jeodezik dayanak yüzeyi olarak, yer kütlelerinin düzensiz dağılımından elde edilen geoitten daha uygundur. Yeryuvarı için tanımlanan pek çok elipsoit bulunuyor. İhtiyaca ve bölgeye göre, yeryuvarının fiziksel yüzeyi geoide en iyi uyan elipsoidin seçilmesi oldukça önemli. Bu elipsoidin belirlenmesi, jeodezinin önemli konularından biridir. Elipsoidin belirlenmesi ile yeryuvarı matematiksel olarak modellenebilmektedir.

Geoit ile elipsoit arasındaki bazı farklara da dikkat çekelim:

• Elipsoit; basit matematiksel ifadeler kullanır, iki parametre ile tanımlanabilir, ölçme aletleri ile algılanamaz.
  
• Geoit; karmaşık fiziksel ifadeler kullanır, sonsuz sayıda parametre ile tanımlanır, ölçme aletleri ile algılanabilir.
  

Jeodezik Veriler (Datum)

Dünya Jeodezi Sistemi'nde (WGS), yıllar boyunca kullanılmakta olan birkaç farklı veri (datum) bulunuyor. Bunlar WGS 84, 72, 70 ve 60'dır. WGS 84, dünya çapında en yaygın kullanılan datumlardan biridir. 1980'lerde Amerika Birleşik Devletleri Savunma Bakanlığı, 1980 yılında Jeodezik Referans Sistemi'ni (GRS 80) ve Doppler uydu görüntülerini kullanarak daha yeni ve doğru bir dünya jeodezik sistemi oluşturdu. Günümüzde “WGS 84” olarak bilinen sistem budur. WGS 84, referans olarak "sıfır meridyeni" kullanıyor; ancak yeni ölçümler sebebiyle daha önce kullanılan “asal meridyen”den 100 metre (0,062 mil) kaydırıldı.

WGS 84'e benzer olan bir diğer datum ise, Kuzey Amerika Datumu 1983’tür (NAD 83). Bu datum, Kuzey ve Orta Amerika jeodezik ağlarında kullanılan resmi yatay referans noktasıdır. WGS 84 gibi, GRS 80 de elipsoide dayanıyor ve böylece ikisinin de benzer ölçümleri bulunuyor. NAD 83 de, uydu ve uzaktan algılama görüntüleri kullanılarak geliştirildi ve günümüzde çoğu GPS ünitesinde varsayılan referans noktasıdır. NAD 83'ten önce NAD 27 ve Clarke 1866, elipsoide dayalı yatay referans noktalarıydı. NAD 27, halen Amerika Birleşik Devletleri topoğrafik haritalarında kullanılıyor.

Avrupa Datumu 1950 (ED50), Batı Avrupa'nın çoğunu içeren verilerdir ve İkinci Dünya Savaşı'ndan sonra güvenilir bir sınır haritası çizelgesine ihtiyaç duyulduğu için geliştirilmiştir. ED50'nin enlem ve boylam çizgileri WGS84'e benzer; ancak ED50’de çizgiler, Doğu Avrupa'ya doğru hareket ederken daha da uzaklaşır.

Jeodezi Çeşitleri

Geometrik Jeodezi: Jeodezi ile ilgili problemleri geometrik usullerle çözer. Hesaplamalarda özel aletler kullanılır. Yatay ve dikey açılar, mesafeler hassas teodolitler ve çeşitli cihazlarla ölçülür.

Fiziksel Jeodezi: Dünyanın çekim kuvvetini esas alır. Yeryüzünün elipsoit yapısının çeşitli noktalarındaki düzlük ve yüksekliklerinin ölçülmesi ile ilgilenir. Dünyanın belirli noktalarındaki yerçekimi ölçümleri ile ilgilidir.

Astronomik Jeodezi: Gerçek yön jeodezisi olarak bilinir. Astronomik ve jeodezik koordinatlar arasındaki fark, “dikey sapması” olarak tarif edilir. Dünyanın herhangi bir noktasındaki dik doğrultuyu ekvator ve Greenwich’ten geçen sıfır boylam düzlemine göre konumu esas alınır. Bu yön, o noktanın “astronomik enlem ve boylamı” olarak tanımlanır.

Uydu Jeodezisi: Uydular aracılığıyla yapılan jeodezik çalışmalardır. Uydu jeodezisi, 1957 yılında ilk uydunun fırlatılması ile gündeme gelmiştir. Bu yöntemle oldukça doğru ve sağlıklı sonuçlar alınabilmektedir. Jeodezi incelemeleri, geometrik ve yerçekimi kuvvetleri ile uydu ve lokal istasyonlar arasında yapılır. Uydular mesafeleri, lazer ışınları veya fotoğraflarla tespit eder. Uydu jeodezisi ile yerçekimi kuvvetleri daha hassas olarak belirlenebilir. Bu yöntemler dünyanın geoit yapısının elipsoitten farkları 10 metre sapma ile ölçülebilir.

Ünlü Jeodezistler

Jeodezi, M.Ö. 500’lü yıllardan günümüze kadar birçok bilim adamının gündeminde olan bir bilim dalıdır. Ünlü jeodezistlerden bazıları şunlardır:

• Pisagor, Antik Yunanistan (M.Ö. 580-490)
  
• Eratosthenes, Antik Yunanistan (M.Ö. 276-194)
  
• Hipparchus, Antik Yunanistan (M.Ö. 190-120)
  
• El-Ma'mun, Bağdat, Irak / Mezopotamya, (786-833)
  
• Ebu Rayhan Biruni, Horasan, İran / Samanid Hanedanlığı (973-1048)
  
• Muhammed el-İdrisi, Arabistan ve Sicilya (1100-1166)
  
• Pedro Nunes, Portekiz, (1502-1578)
  
• Gerhard Mercator, Belçika ve Almanya (1512-1594)
  
• Pierre Bouguer, Fransa ve Peru (1698-1758)
  
• Alexis Clairaut, Fransa (1713-1765)
  
• Ino Tadataka, Tokyo, (1745-1818)
  
• Pierre-Simon Laplace, Fransa, (1749-1827)
  
• George Everest, İngiltere ve Hindistan (1790-1866)
  
• Carl Friedrich Gauss, Almanya (1777-1855)
  
• Johann Jacob Baeyer, Almanya (1794-1885)
  
• Wilhelm Jordan, Almanya, (1842-1899)
  
• Henri Poincaré, Fransa (1854-1912)
  
• Friedrich Robert Helmert, Almanya (1843-1917)
  
• Loránd Eötvös, Macaristan, (1848-1919)
  
• Maria Ivanovna Yurkina, Rusya, (1923-2010)
  
• Hellmut Schmid, İsviçre, (1914-1998)
  
• Thaddeus Vincenty, Romanya, (1920-2002)
  
• Arne Bjerhammar, İsveç, (1917-2011)
  
• Erik Grafarend, Almanya (1939).
  

Jeodezi Kuruluşları

Jeodezi çalışmalarında öncü ve otorite olan uluslararası kuruluşlar şunlardır;

• International Association of Geodesy (IAG)
  
• International Union of Geodesy and Geophysics (IUGG)
  
• International Astronomical Union (IAU)
  
• Bureau International de L’Heure (BIH)
  
• International Earth Rotation Service (IERS)
  
• Bureau Gravimetrique International (BGI)
  
• International GPS Service for Geodynamics (IGS)
  
• International Geoid Service (IGeS).
  

Jeodezi Hakkında Kısa Bilgiler

• Jeodezi; haritacılık, jeoloji, astronomi ve teorik fizik gibi bilim dallarının gelişmesine katkıları olan bir bilim dalıdır.
  
• Türkçede “yer ölçümü” veya “yerin bölümlere ayrılması” gibi anlamları olan “jeodezi” kelimesinin tarihte ilk kez eski Yunan filozoflarından Aristoteles tarafından kullanıldığı belirtiliyor.
  
• Türkiye'de üniversitelerin Geomatik Mühendisliği, Harita Mühendisliği ve Jeodezi ve Fotogrametri Mühendisliği bölümlerinde jeodezi eğitimi veriliyor.
  
• Bazı üniversitelerde yer bilimleri fakülteleri bünyesinde jeodezi bölümü bulunuyor. Bu bölümde, jeodezik ağlar ile zamana bağlı yeryüzü değişimlerinin izlenmesi ve modellenmesi, GPS ve InSAR teknikleri, astrojeodezik yöntemler uygulanıyor. Ayrıca, gravite ağları ile yükseklik optimizasyonu, doğal afet çalışmaları, jeodinamik problemlerin çözümü gibi projeler yürütülüyor.
  
• Tapu ve kadastro bölümlerinden mezun olan meslek liseliler, genellikle jeodezi bölümlerini tercih ediyor.
  
• Harita ve kadastro mühendisliği, geomatik mühendisliği gibi bölümler genel olarak “jeodezi” olarak biliniyor. Jeodezi bölümlerinden mezun olanlar sektörde “haritacı” olarak tanınıyor.
  
• Geoit sapmasının en yüksek olduğu nokta Büyük Okyanusu (85 metre), en alçak olduğu nokta ise Hint Okyanusu'dur (-106 metre).
  
• Yüzey şekilleri, geoide göre yaklaşık 20 kilometrelik bir aralık içinde yer alır. Buna göre, geoide göre en yüksek nokta 8 bin 850 metre ile Everest Tepesi, en alçak nokta -10.910 metre ile Mariana Çukuru’dur.
  
• Uluslararası Jeodezi Birliği’nin 1967’de yayınladığı ölçülere göre; dünya tam bir küre olarak kabul edilirse yarıçapı yaklaşık 6.371.023 metredir. Dönel elipsoit olarak kabul edilirse iki asal ekseni vardır. Büyük eksendeki yarıçapı 6.378.160 metre, küçük eksendeki yarıçapı da 6.356.774 metredir.
  
• GPS, navigasyon, füze konuşlandırma ve kıble tayini gibi işlemler, dünyanın enlem ve boylamları, küreselliği ve elipsoitliği gibi veriler dikkate alınarak jeodezik ölçümlerle yapılır.
  
• Binlerce camide jeodezi ölçümleri ile doğru kıble tayini yapılabiliyor. Klasik yöntemlerle kıble tayininde, jeodezik ölçümlere göre 20-30 derece sapma yaşanabildiği belirtiliyor.
  
• Kentlerin oluşumu ve konumlandırılması, arsa sınırlarının belirlenmesi, tapu sicillerinin oluşturulması, askeri, turistik, deniz, orman, maden, hazine ve mera gibi karakteristik özellikli alanların ölçümü, konumlandırılması ve tespiti, bu alanlarla ilgili haritalandırma çalışmaları, karayolları yapımı ve ölçümleri, yer altı ve sualtı çalışmalar (petrol ve doğalgaz aramaları gibi), köprü, metro ve baraj yapımı için gerekli ölçümler, elektrik santralleri etüt çalışmaları ve doğal afet önleme çalışmaları gibi onlarca alanda jeodezik veriler kullanılıyor.
  
• Günümüzde modern jeodezik ölçme teknikleri kullanılıyor. Özellikle yapay uydulara dayalı ölçme teknikleri, modellemelerde kullanılan plaka tektonik modelleri, SLR (Satellite Laser Range) ölçümleri, VLBI (Very Long Baseline İnterferometre) ölçümleri yeryuvarının modellenmesinde etkin şekilde kullanılıyor.
  
• Eș potansiyel yüzey; eşit potansiyele sahip noktaların oluşturduğu yüzeydir. Çekül eğrisi (gravite doğrultusu), bu yüzeylere diktir. Bu yüzeyler birbirine paralel değildir. Gravite değerlerinin daha güçlü olduğu kutba yakın bölgelerde eş potansiyelli yüzeyler birbirine daha yakındır.