Tektonik plakalar hareket ettiğinde Google Maps’e ne olur? (2020)

 (nautil.us)
1 puan yazan GN⁺ 2024-03-25 | 1 yorum | WhatsApp'ta paylaş
  • Harita uygulamaları yeryüzünün sabit olduğu varsayımı üzerine kurulmuş gibi görünür, ancak gerçekte tektonik plaka hareketleri ve depremler nedeniyle koordinatlar ile görüntülerin hizası sürekli kayabilir
  • Tüketici tipi GPS ile hava ve uydu görüntülerinin coğrafi referanslanması ayrı ayrı birkaç metrelik hatalar üretebilir; Google Earth yüksek çözünürlüklü görüntüleri üzerine yapılan araştırmalarda da 1–50 m konum hatası saptanmıştır
  • ABD’de ölçüm amaçlı NAD 83 ile GPS ve Google Maps’in kullandığı WGS 84 birlikte kullanılır; yerel referans sistemleri ile küresel referans sistemleri arasındaki fark zamanla birikir
  • Güney Kaliforniya gibi plaka sınırlarının üzerinde yer alan bölgelerde koordinat güncellemesi daha karmaşıktır; depremlerden sonra yollar ve kıyı çizgileri gibi gerçek arazi öğeleri birkaç metre yer değiştirebilir
  • Harita güncellemeleri bütçe, ölçüm uygulamaları ve ekipman hassasiyetiyle sınırlı olduğundan hemen yansıtılması zordur; harita eskidikçe Dünya’nın dinamik bir gezegen olduğu daha belirgin görünür

Hareket eden yeryüzü üzerindeki haritalar

  • Yeryüzündeki yerler, tektonik plaka hareketleri ve depremler nedeniyle tamamen sabit koordinatlara sahip değildir
  • Google Maps, araç navigasyonu ve diğer harita hizmetlerinin hedefe yönlendirme yapabilmesi için yer koordinatlarını sürekli doğru tutması gerekir
  • Coğrafyacılar, jeologlar ve jeodezistler harita doğruluğunu koruyan altyapıyı işletir; ancak hareket eden araziyi her zaman anında yakalamak zordur
  • Bu fark, ekrandaki haritada göze çarpan konum hataları olarak ortaya çıkabilir

GPS ve görüntü hizalamasından kaynaklanan hatalar

  • Ken Hudnut, bir yol kavşağının tam ortasında GPS alıcısıyla dursanız bile Google Earth’te kavşak merkezinden sapmış görünebileceğinizi anlatır
  • Hataların iki ana kaynağı vardır
    • Tüketici tipi GPS donanımı birkaç metre veya daha fazla konum belirsizliğine sahiptir
    • Haritalar ve uydu görüntüleri, enlem-boylam ızgarasına oturtulmalarını sağlayan coğrafi referanslama kalitesine bağlı olarak benzer ölçekte sapabilir
  • 2008 tarihli bir araştırma, gelişmiş ülkelerdeki 31 şehrin Google Earth görüntülerini inceleyerek 1–50 m aralığında konum hataları buldu
  • Yazarın bizzat kontrol ettiği bir örnekte Google Maps, evin arkasındaki terasın konumunu yaklaşık 10 m farklı gösterdi; Google Earth’te farklı tarihlerdeki görüntüler karşılaştırıldığında ise evin konumu 20 m’ye kadar hareket etmiş gibi görünüyordu
  • Bu tür hatalar çoğunlukla jeolojik değişimin kendisinden değil, hava ve yörünge görüntülerini koordinat ızgarasına yerleştirme sürecinin zorluğundan kaynaklanır

Referans noktaları ve ölçüm işaretleri

  • Harita görüntülerini koordinat ızgarasına hizalamak için yerde kurulu referans noktalarına ihtiyaç vardır
  • ABD National Geodetic Survey (NGS), sabit GPS gözlem istasyonları ağını sürdürür; son iki yüzyılda açıkta kalan ana kaya, beton sütunlar ve sabit yapılara metal disk biçiminde ölçüm işaretleri yerleştirmiştir
  • Haritalarla gerçek araziyi eşleştirme süreci kusursuz değildir
    • Ölçüm işaretlerinin koordinatları hatalı olabilir
    • Bazı koordinatlar tamamen yanlış da olabilir
    • NGS ve diğer kurumlar ölçüm işaretlerini çok seyrek yeniden kontrol eder
  • Bütçe kısıtları nedeniyle NGS’nin, işaretlerin hâlâ yerinde olup olmadığını bizzat kontrol edecek personel göndermesi zordur; geocacher’ların hobi olarak işaretleri bulup rapor göndermesi, işaret kurtarma bilgilerinin güncel tutulmasına yardımcı olur

NAD 83 ve WGS 84

  • Enlem-boylam ızgarası olan datum, doğal olarak verilmiş bir şey değil; Dünya’nın şekil modeline göre sabitlenmesi gereken bir koordinat referans sistemidir
  • ABD iki ana datum’u birlikte kullanır
    • NAD 83: NGS tarafından geliştirildi; çoğu harita ve Kuzey Amerika ölçümü için optimize edilmiştir
    • WGS 84: Askerî kurumlar tarafından sürdürülür; Google Maps ve GPS buna dayanır ve küresel kapsamı önceler
  • NAD 83, 1927 referans sisteminin yerini alarak 6 Aralık 1988’de devreye alındı; daha doğru Dünya şekli modeli nedeniyle bazı konumların koordinatları 100 m’ye kadar değişti
  • Eski NAD 27 tabanlı haritalar hâlâ mevcuttur
  • 1960’larda ABD Donanması ilk uydu navigasyon sistemini geliştirirken eski Kuzey Amerika referans sistemini dışa doğru tahmin ederek 0 derece boylamı belirledi; daha sonra bu meridyenin Greenwich Kraliyet Gözlemevi’ndeki tarihî başlangıç meridyeni işaretinin yaklaşık 100 m doğusunda çizildiği anlaşıldı

Küresel referans sistemi ve plakaya bağlı referans sistemi

  • NGS ve askerî taraf, kendi datum’larını uyumlu hâle getirmek için işbirliği yaptı; ancak sonrasında iki sistem yeniden ayrışarak haritalar ile GPS koordinatları arasında uyumsuzluk yarattı
  • WGS 84, belirli bir tektonik plakaya bağlı olmayan küresel bir standarttır ve fiilen Dünya’nın derin iç kısmına sabitlenmiştir
  • Jeodezistler, enlem ve boylamı belirli plaka hareketlerinden ayırmak için tektonik plakaların birbirine geçmiş dişliler gibi hareket ettiğini ve tüm dönüş hızları toplandığında sonucun sıfır olduğunu varsayar
  • Koordinatlar belirli bir plakaya bağlanmazsa, ölçülen konumlar ve bunların üzerine yapılan haritalar zamanla birbirinden ayrılır
  • Buna karşılık NAD 83, Kuzey Amerika levhası üzerine serilmiş bir ağ gibi hareket eder; plaka yer değiştirdikçe datum da onunla birlikte gider
  • Bu tür yerel datum’lar, sürücülerin ve ölçüm uzmanlarının büyük ölçekli plaka hareketleri ile kutup hareketini fazla düşünmeden yol bulma ve arazi sınırı çalışmaları yapmasını sağlar

NAD 83’ün biriken uyumsuzluğu ve 2022 güncelleme planı

  • NAD 83, Dünya’nın şekli ve boyutu hakkındaki gelişmiş bilgileri yansıtacak şekilde baştan aşağı yenilenmedi
  • Dru Smith’e göre NAD 83 kendi içinde tutarlı ve hassastır; ancak Dünya’nın merkezi olması gereken (0,0,0) koordinatı yaklaşık 2 m sapmıştır
  • Ölçüm uzmanlarını rahatlatma pahasına, Kuzey Amerika’nın enlem-boylam ızgarası dünyanın geri kalanından giderek uzaklaşır
  • NGS 2022’de bir güncelleme planladı; bu güncellemenin Kuzey Amerika kıtasındaki noktaları 1 m’den fazla kaydırması öngörülüyordu

Güney Kaliforniya gibi plaka sınırları üzerindeki bölgeler

  • Güney Kaliforniya, Kuzey Amerika levhası ile Pasifik levhası üzerinde yer aldığı için “dünyanın geri kalanı” ile arasındaki fark daha karmaşıktır
  • Pasifik levhası, Kuzey Amerika’nın geri kalanına kıyasla her yıl kuzeybatıya doğru birkaç inç hareket eder
  • Plaka sınırı keskin bir çizgi değildir; bu yüzden gerçek hareket miktarı konuma göre karmaşık biçimde değişir
  • La Jolla’daki California Spatial Reference Center, bir gözlem istasyonları ağı işletir ve eyalet içindeki referans noktası koordinatlarını düzenli olarak günceller
    • Son güncelleme 2018’de yapılmıştır
    • Ölçüm uzmanları bu koordinatları kullanarak kendi ölçümlerini NAD 83’e bağlar
  • Yehuda Bock, koordinatların sık değişmesinin ölçüm uzmanları için karmaşıklık yaratacağını; bu yüzden periyodik güncellemenin bir uzlaşma olduğunu düşünür
  • Yerel sınır belirleme için bu büyük bir sorun olmayabilir; ancak California yüksek hızlı treni gibi büyük ölçekli projelerin tektonik hareketi takip etmesi gerekir

Depremlerin haritada bıraktığı izler

  • Depremler, haritayı bir fay hattı boyunca çaprazlamasına kesip bir tarafı diğerine göre itmiş gibi yer değiştirmeler yaratabilir
  • 1992 Landers depremi merkez üssü yakınında, Palm Springs’in kuzeyindeki 34.189838, -116.433842 koordinatlarında Google Earth’ün geçmiş görüntüleri karşılaştırılarak fay boyunca yatay hareket görülebilir
    • Temmuz 1989 görüntüsü ile Mayıs 1994 görüntüsü karşılaştırıldığında, fayın üzerinden geçen Aberdeen Road’un hizasının belirgin biçimde değiştiği görülür
    • Fay yakınındaki arazi depremle birkaç metre yer değiştirmiştir
  • GPS ağları depremleri gerçek zamanlı olarak da yakalayabilir
  • 2011 Tohoku depremi verileriyle hazırlanan bir video, merkez üssüne yakın kıyı çizgisinin yatayda 4 m’ye kadar hareket ettiğini ve dalganın Japonya’ya ve tüm dünyaya yayıldığını gösterir

Harita güncelleme hızı ve gerçek kısıtlar

  • Tektonik aktivite düzeltmelerinin haritalara yansıması zaman alır
  • USGS National Geospatial Technical Operations Center, açık hava meraklılarının kullandığı USGS topoğrafik haritalarını üretir; haritalar 3 yılda bir güncellenir
  • Bütçe kesintileri içinde 3 yıllık döngüyü korumak zor olmuştur
  • Güncellemeler arasında oluşan küçük hataların çoğu zaman haritacılık ve GPS ekipmanı hatalarının içinde kaybolduğu düşünülür
  • GPS teknolojisi daha sık küçük düzeltmeler uygulanabilecek düzeye ulaşmıştır; gelecekte haritalar gerçek zamana yakın hızlarda güncellenebilir
  • Eski haritalar, Dünya’nın statik bir arka plan değil, sürekli hareket eden dinamik bir gezegen olduğunu ortaya koyar

İlgili okumalar

1 yorum

 
GN⁺ 2024-03-25
Hacker News yorumları

  • Bu arada NASA'nın küresel hareket vektörleri verisi var: https://sideshow.jpl.nasa.gov/post/series.html

  • Daha net bir standart arıyorsanız International Terrestrial Reference System and Frame var: https://en.m.wikipedia.org/wiki/International_Terrestrial_Re...
    Günümüzde kullanılan daha iyi referans sistemleri, bu sistemin belirli bir yılına, yani epoch referans çerçevesine bağlı
    Örneğin Avustralya'nın GDA2020 sistemi, epoch 2020.0'daki ITRF2014'e dayanıyor; önceki GDA94 ise epoch 1994.0'daki ITRF1992 tabanlıydı. İkisi arasındaki fark yaklaşık 1,8 m
    https://www.ga.gov.au/scientific-topics/positioning-navigati...

  • Benzer gönderiler üzerine tartışmalar olmuştu:
    What Happens to Google Maps When Tectonic Plates Move? https://news.ycombinator.com/item?id=22146454 (25 Ocak 2020 — 2 puan, 0 yorum)
    What happens to Google Maps when tectonic plates move? https://news.ycombinator.com/item?id=22145303 (24 Ocak 2020 — 188 puan, 53 yorum)
    What Happens to Google Maps When Tectonic Plates Move? https://news.ycombinator.com/item?id=12216474 (3 Ağustos 2016 — 2 puan, 0 yorum)

    • Son gönderide neredeyse hiç tartışma yoktu. Ne de olsa 0 yorumdu :D

  • Dünyadaki jeodezik datumları daha derinlemesine incelemek isterseniz bunun için özel bir site var: https://www.asprs.org/asprs-publications/grids-and-datums
    Birçok ülkenin datum geçmişini ve bugünkü durumlarına nasıl geldiklerini görebilirsiniz. Kuru bir okuma, ama aynı zamanda epey ilginç

    • Mesleğim haritacılık; “kuru ama ilginç” ifadesi tam yerinde
      Bu alanda sevdiğim yönlerden biri tarih. İnsanların dünyanın şeklini daha iyi anlamaya çalışması ve bu şekli düz haritalara uydurup daha iyi ölçmeye çalışması büyüleyici

  • Yazar Google ile konuşmadığı için, bu yazıyı okuyunca Google'ın bunu gerçekte nasıl ele aldığını öğrenemiyoruz

    • Google destek ekibinden yanıt alana kadar levha tektoniğinin zaten epey hareket etmiş olacağını da hesaba katmak gerek

  • OpenStreetMap'in bunu nasıl ele aldığını merak etmiştim; en azından 1 Nisan'da şöyle ele alıyorlarmış: https://blog.openstreetmap.org/2017/03/31/osm-plate-tectonic...
    Bu konuda daha fazla bilgisi olan varsa paylaşsa iyi olur :-)

    • Tüm nesnelere düzeltme uygulayıp uygulamayacaklarını merak etmiştim; yazıda ima edildiği kadarıyla yalnızca 0,5 m hareket oluşacak kadar eski nesneleri düzeltecekler gibi görünüyordu
      Düzenleme: Ah, 1 Nisan yazısıymış. Yine de uygulanabilir görünüyordu

  • Yazıda geçmiyor ama Güney Kaliforniya'da gayrimenkul sınır koordinatlarının hareket hesaba katılarak nasıl kaydedildiğini merak ediyorum
    Levha tektoniğinin görece kararlı olduğu ülkemizde ülke çapında tek bir koordinat sistemi kullanılıyor
    Yerel referans noktalarından itibaren mesafe olarak kaydedilmesi gerekir gibi geliyor; geçen yıl Türkiye'deki gibi yolları ikiye ayıran bir hareket olursa ne olur, onu da merak ediyorum
    https://nationalpost.com/news/world/turkey-syria-earthquake-...

  • Milyonlarca yıl sonra bile bir şekilde tanıdık biçimde insanlar hayatta kalmışken, tamamen farklı doğal bitki örtüsü ve fauna barındıran iki levhanın birbirine yaklaştığı bilim kurgu ortamını sık sık düşünüyorum.
    Örneğin yerli bitkileri koruma yanlısı çok kişinin olduğu California ile Avustralya birbirine 50 mil mesafeye yaklaşırsa, haberler bitki ve hayvanları karşılıklı taşımamayı işlemeye başlar. 20 milin altına yaklaştıklarında rüzgâr ve fırtınalar zaten bir kısmını taşımış olurdu ama iki taraftaki insanlar hâlâ direnebilir. Gerçekten ilk temas anında, o dünyanın geleceğini değiştiren devasa bir anlaşma yaptırım gücüyle ortaya çıkabilir.
    Ya da sadece çitler kurup, kıyıda yaşamayı yasaklayıp bu yapay kıta sınırını sonsuza kadar koruyabilirler.

    • İnsan toplumundaki değişimi yöneten döngülerin iki tane olduğunu düşünüyorum: nesil ölçeğinde yaklaşık 10 yıllık döngü ve yaşam süresi ölçeğinde yaklaşık 80 yıllık döngü.
      Her nesil yeni değerleri benimser; bir nesil öldüğünde o değerler de kaybolur. Levha tektoniği o kadar yavaş ki gerçeklik, bu bilim kurgu hikâyesinden çok daha sıkıcı olurdu. İki bölgenin “yeterince yakın” kaldığı yüz binlerce yıl, iki grubun bütünleşme ve çatışmayı yüzlerce kez tekrar etmesi için yeterli.
    • California ve Avustralya gibi farklı bitki örtülerinin milyonlarca yıl sonra buluşması kurgusu, zaten 150 yıl önce aradaki boşluğu aşmıştı.
      https://www.independent.com/2011/01/15/how-eucalyptus-came-c...
    • O zamana kadar insanlık hayatta olmayacak.
      Romanda keşfetmek için ilginç bir ortam, ama gerçeğe dönüşme olasılığı yok.
    • Avustralya ağaçları zaten California genelinde yaygın biçimde dikilmişken, çocukken okaliptüsün yerli olduğunu sanarak büyümüş biri olarak insanların bu kadar temkinli davranacağını pek sanmıyorum.

  • 2000’lerde Los Angeles’tan Berkeley’ye giderken taşınabilir bir Garmin GPS kullandığımı hatırlıyorum.
    Arabanın hız göstergesi bozuktu, bu yüzden yolculuk sırasında hız göstergesi olarak da kullanabiliyordum; ama haritada gösterilen konum sürekli yaklaşık 50 fit kadar sapıyordu. Şimdi düşününce bunun levha tektoniği hareketinden mi, yoksa cihazın kendi hatasından mı kaynaklandığını merak ediyorum.
    O arabayı düşündükçe gerçekten hurda olduğuna şaşıyorum; yine de üstü açılır olduğu için eğlenceliydi. Eşimse onu ölüm tuzağı olarak görüyordu.

    • GPS’in doğal veya insan yapımı hataları, birkaç dakika boyunca oldukça kararlı kalan bir konum ofseti gibi görünme eğilimindedir.
      Yaklaşık 10 yıl önce Avustralya’da Sydney yakınlarındaki Blue Mountains’ta çok canyoning ve bushwalking yaptım; arabayla hareket ederken bile Garmin GPSMAP’i sürekli açık tutardım. 20’den fazla yolculukta dağ yolu otoyolunda gittiğim bölümler çakışıyordu, fakat izler birbirinin üstüne binmiyordu. Hepsi yolun kıvrımıyla uyumlu düzgün rotalardı ama her birinin farklı bir ofseti vardı ve genelde harita verisinden 2–5 m kadar uzaktaydı. Bu 20’den fazla rotanın medyanı harita verisiyle çok iyi örtüşüyordu.
    • Eskiden ülkeler silah amaçlı kullanamasın diye GPS kasıtlı olarak ofsetliydi. Elbette sahibi olan ülke bunun dışındaydı.
    • Hurda bir arabaya sahip olmak yetişkinliğe geçiş ritüelidir.
      Araba hararet yaparsa ne yapacağını, lastik değiştirmeyi, sigorta değiştirmeyi, yanan yağ kokusuyla soğutma suyu kokusunu ayırt etmeyi, takviye kablosuyla çalıştırmayı ve çekici çağırmayı öğrenirsin. Önemli yaşam becerileri.
    • 50 fit, levha tektoniği hareketi için biraz büyük görünüyor. Levhalar kabaca yılda santimetre mertebesinde hareket eder.
      Tırnak uzama hızına benzer.
      https://oceanservice.noaa.gov/facts/tectonics.html

  • Yaklaşık 9 yıl önce üniversitede bunu araştırırken aklımda kalan ilginç bazı bilgiler var.
    Konum değişimine yol açan tek şey levhaların yatay hareketi değil.
    WGS 84 ve diğer datumlar, içeride elipsoit referans modeli kullanır. Bu elipsoit yeryüzünü yaklaşık olarak temsil edecek şekilde seçilir, ancak basit bir şekil olduğundan dağları veya Dünya’nın biçimindeki düzensizlikleri iyi yansıtamaz.
    Bu yüzden dağlardaki konum doğruluğu yalnızca daha düşük olmakla kalmaz; dağlar büyüdükçe zaman içinde daha da hatalı hâle gelir. Elbette bu değerler çok küçüktür ve levhaların birkaç cm hareket etmesiyle kıyaslandığında pek bir şey değildir.
    Bir başka ilginç nokta da Dünya sabit bir eksen etrafında döndüğü için elipsoidin de zamanla daha az isabetli hâle gelmesidir. Dönme kuvveti Dünya’yı yukarıdan aşağıya, yani kutup bölgelerinde basık hâle getirir ve ortasını genişletir. Bu da muhtemelen ihmal edilebilir düzeydedir.
    Günümüzde elipsoitler sanırım uydularla ölçülüyor, ama geçmişte bunun elle yapılması gerekiyordu ve çok daha yerel bir nitelik taşıyordu. Haritacılık hükümetler için her zaman çok önemli olduğundan bu konuda zengin bir tarih var.
    Bu yüzden bugün bile birçok yerde veriler WGS84 dışındaki sistemlere dayanır. Bunlar ya GPS icat edilmeden önceki gayrimenkul sınırları gibi tarihsel verilerdir ya da belirli bir ülke veya eyaletin ihtiyaçlarına daha iyi uyan yerel datumlar ve yerel elipsoitler kullanıldığı içindir.
    Bir gün Dünya’nın şeklinin matematiksel bir ifadesi yerine devasa, küresel bir arama tablosu kullanıyor olabiliriz.
    Üniversitede yaptığım çalışma, Almanya geneli bir arama ızgarası ile Almanya geneli datumun matematiksel yaklaşımını karşılaştırmaktı. Bu arama ızgarası eyalet devlet kurumları tarafından oluşturulmuştu ve daha yerel datumları içerebildiği için daha doğruydu. Teknik olarak, her eyaletin en doğru yöntemi seçip sonuçları ülke çapında bir arama tablosunda birleştirdiği bir ön hesaplama olarak görülebilir.
    Bu karşılaştırmanın sonucunda, Almanya geneli datum ile eyalet düzeyindeki datumlar koleksiyonu arasındaki farkın 4 m’ye kadar çıktığı görüldü.
    Düzenleme: “hatalılık” kelimesini çıkarıp “fark” olarak değiştirdim. Bunların hepsi göreceli. Asıl nokta, coğrafi verilerle çalışırken kaynak ve hedef datumu bilmeniz gerektiği. Aksi hâlde işler bozulur.