Evaluation of architectural models and applications of smart cities

Abstract

Teknolojinin ilerlemesi ve dünya üzerindeki kentsel alanların genişlemesiyle beraber, farklı ve yeni ihtiyaçlar ortaya çıkmıştır. Özellikle içinde yaşadığımız modern çağ, daha iyi bir yaşama sahip olmak için toplumları bazı somut adımlar atmaya teşvik etmektedir. İçerisinde farklı işleyiş mekanizmaları barındıran kentsel yaşam kavramı, gün geçtikçe daha karmaşık ve kontrol edilemez bir hale gelmektedir. Yoğun nüfus ve bunun paralelinde ortaya çıkan ek ihtiyaçlar, yönetim sistemlerinin ve karar verme makamlarının iş yükünü ciddi surette artırmaktadır. Büyük toplumlar, büyük ekonomiye ve bu doğrultuda kullanıma açılması beklenen büyük hizmetlere gereksinim duymaktadır. Var olacak hizmet sisteminin kurulabilmesi için, bu konuların ileri gelen uzmanlarına önemli görevler düşmektedir. Hedeflenen noktalara ulaşabilme ve yüksek beklentileri karşılama yolundaki en büyük yardımcılar ise hiç şüphesiz, teknoloji ve onun sunduğu imkânlardır. Günümüz şartlarında insan hayatı, teknolojiyle iç içe geçmiş vaziyettedir. Geçmişte insanoğlunun kendi imkânlarıyla yapmak zorunda olduğu pek çok şey artık, teknolojinin sağladığı kolaylaştırıcı unsurlarla yapılmakta ve bu durum gün geçtikçe etkisini artırmaktadır. Öte yandan, günlük hayatı yaşarken teknolojinin nimetlerinden yararlanmak sadece insanlar için değil, daha geniş ölçekte ülkeler için de vazgeçilmez bir hale gelmiştir. Temelde bireysel olarak ortaya çıkan ihtiyaçlar, insanların bir arada yaşama zorunluluğunun etkisiyle genişleyerek toplumlara ve akabinde ülkelere sirayet etmektedir. Geçmişten günümüze kadar artarak devam eden bu durum, teknolojinin hâkim olduğu modern çağın da en önemli esaslarından birisi haline gelmiştir. İlerleyen zaman içinde değişen şartlar, insanların tarihi süreç içerisine yayılan göç faaliyetlerini etkisi altına almakta, kentsel alanların cazibe noktası haline gelmesine sebep olmaktadır. Kırsal alanların kısıtlayıcı şartlarından sıyrılıp kentsel yaşama merhaba diyen insanlar tarafından gerçekleştirilen yoğun göç dalgaları, demografik yapının kısa zaman içinde kentsel alanlar üzerinde yoğunlaşmasına neden olmaktadır. Kentsel alanlardaki bu hızlı büyüme aynı zamanda, kent hayatının kalitesine zarar veren ve dikkat edilmesi gereken ciddi sorunlara yol açmaktadır. Bu noktada incelenmesi gereken en önemli husus, geniş bir payda üzerinde yayılım gösteren kentsel yapı olgusunun meydana gelmesini sağlayan farklı dinamiklerdir. Söz konusu durum kentsel yapının ve buna olarak kentsel hayatın çok yönlülüğü olarak da ifade edilebilir. Sözü edilen bu çok yönlü kentsel çevrede daha kaliteli ve yıpratıcı faktörlerden arındırılmış bir hayatın yaşanabilmesi için, kentsel yapıyı oluşturan bileşenler, kent sakinlerinin hayatlarını kolaylaştıracak biçimde düzenlenmelidir. Bu doğrultuda, durmadan büyüyen kentsel alanlarda yaşayan insanların ihtiyaçlarına daha iyi cevap verebilmek maksadıyla projeler geliştirilmiş, çalışmalar yapılmış ve netice itibarıyla akıllı şehir kavramı ortaya çıkmıştır.Bu tezde öncelikli olarak; akıllı şehir kavramının ne demek olduğu, akıllı şehir kavramının niçin önemli olduğu ve hangi özelliklerin bir şehri akıllı hale getirdiği vurgulanmıştır. Akıllı şehir kavramı hakkında sabit ve bilim çevresinin mutabık kaldığı belirli bir tanımlama bulunmamaktadır. Bu konuda çalışma ve araştırmalar yapan uzmanlar, akademisyenler, araştırmacılar ve kuruluşlar tarafından farklı tanımlamalar geliştirilmiştir. Literatürde bu açıdan büyük bir zenginlik ve çeşitlilik söz konusudur. Akıllı şehirlerin önemi, sahip olduğu anlamsal muhteva ile doğrudan ilişkilidir. İlgili muhteva kapsamında öne sürülen karakteristik özellikler, aynı zamanda akıllı şehircilik hareketinin vizyonunu ve misyonun belirlemektedir. Bu bağlamda yapılan literatür araştırması ile bahsi geçen belirgin özellikler vurgulanmış, bir şehrin niçin akıllı olması gerektiği ifade edilmiştir.Devamında, akıllı şehirlere dönüşüm teknik açıdan ele alınarak belirli sistem mimarilerinden oluşan akıllı şehir kavramının teknik yapısı irdelenmiştir. Akıllı şehirlerin inşa edilmesinde gerekli olan bu teknik yapı, hali hazırda devam eden ve devam edecek olan çalışmaların çerçevesini teşkil etmektedir. Teknolojik ilerlemelere paralel olarak geliştirilen bu yapı farklı mimarileri içermektedir. Verinin nasıl ve nerede işleneceği, nerede depolanacağı, nerede revize edileceği, veri bazlı ilişkisel düzenin nasıl kurulacağı, verilerin uygulama sahalarına nasıl aktarılacağı ve somut hizmet faaliyetlerine nasıl dönüştürüleceği farklı katmanlar vasıtasıyla tanımlanarak akıllı şehir mimarileri tasarlanmaktadır. Bu sistemlerin uygun şekilde tasarımlanması ciddi manada önem arz etmektedir. Kentsel dokuların kendi içlerindeki özgün yapıları ve karakteristik özellikleri göz önünde bulundurularak tasarlanan akıllı şehir mimarileri, çalışma sürecinde hem zamandan hem de bütçeden tasarruf sağlamaktadır. Uygulama sahasında istenen sonuçların elde edilmesi, akıllı şehircilik hareketi kapsamındaki teknik altyapının kavramsal açıdan iyi bir şekilde anlaşılmasına bağlıdır. Bu doğrultuda, literatür kapsamında akıllı şehir hizmetlerinin en iyi şekilde uygulanmasına yönelik olarak önerilmiş çeşitli sistem mimarileri incelenmiştir. İlgili sistem mimarilerinin hangi kısımlardan oluştukları ve yararları detaylıca ifade edilmiştir. Ardından, akıllı şehir kavramıyla teknoloji arasındaki ilişki ele alınmıştır. Çünkü mevcut ilişkinin yeterli bir biçimde anlaşılması, pek çok teknolojik yapıyı içeren bu karmaşık bilmecenin çözümüne ışık tutacaktır. Bu bakımdan, bilgi ve iletişim teknolojisi en belirgin temeli teşkil etmektedir. Akıllı şehir sistemleri; içerisinde pek çok aracın, sensörün ve farklı türlerde aygıtın bulunduğu kapsamlı yapılardır. Bu bileşenler arasındaki eş zamanlı ve geniş kapsamlı bir iletişim, akıllı şehirlerin sürdürülebilirliği ve verimliliği açısından hayati bir önem arz etmektedir. Bu iletişim esnasında meydana gelen veri alışverişleri sonucunda, çok yüksek boyutlara sahip veri havuzları oluşmakta ve bu durum yeni sorunları beraberinde getirmektedir. Teknolojik bileşenlerin en önemlilerinden biri olarak kabul edilen veri çeşitlerinin anlaşılması ve bunların rasyonel adımlarla yönetilerek kontrol edilebilir bir şekle sokulması, en çok dikkat edilmesi gereken konulardan biri olarak göze çarpmaktadır. Bahsedilenler doğrultusunda; büyük verinin idare edilmesi ve depolanması, kentsel verinin yönetimi, büyük veri analitiklerini değerlendirilmesi, açık verinin ne olduğu, hedeflenen verimlilikte bulut bilişim teknolojisinden faydalanma ve veri temelli sorunlar bu tez kapsamında akıllı şehirlerin teknolojik boyutuyla alakalı incelenen diğer konulardır.Yine bu tez kapsamında, akıllı şehir gelişiminin genel durumu 3B görselleştirme açısından ele alınmıştır. Çünkü 3B görselleştirme ve onun bileşenleri, nitelikli bir akıllı şehir sisteminin diğer temel öğeleridir. 3B şehir modelleme; günümüzde araştırmacıların ilgisini çeken, yükselen bir eğilimdir. Bahsedilen bu modeller şehir topografyası, kentleşmeye dayalı özel dinamikler ya da kentleşme açısından sorunlu bölgeler hakkında yeterli bilgi elde etmek bakımından oldukça önemlidir. Bunun yanında, sadece akıllı şehirlerin modellenmesiyle ilgili değil, aynı zamanda 3B görselleştirmeyle de alakalı birincil ihtiyaçları karşılayacak, hedeflenen mahiyetlerde konumsal veri altyapılarının tesis edilmesinin önemi ifade edilmiştir. Dahası, akıllı şehirlere yönelik 3B görselleştirme gelişiminin önünü açan temel kavramsal tanımlar, 3B görselleştirme destekli akıllı şehir projelerinin üretilmesi için Avrupa ülkeleri tarafından yürütülen I-SCOPE projelerinin kapsam ve misyonu bu tez kapsamında açıklanmıştır. Son olarak bu tez bünyesinde; akıllı şehirler vizyonu ile devam eden uygulama çalışmaları arasındaki tutarlılığı detaylarıyla ortaya koyabilmek için, bazı mevcut akıllı şehir projeleri mercek altına alınmıştır. Dünyanın ve Türkiye'nin farklı yerlerine ilişkin yapılan akıllı şehircilik çalışmaları; akıllı hareketlilik, akıllı ekonomi, akıllı insan, akıllı yaşam, akıllı çevre ve akıllı yönetim parçalarından oluşan ve akıllı şehircilik hareketinin odak noktası olarak değerlendirilen akıllı şehirciliğin karakteristik özellikleri ışığında irdelenmiştir. Dünya çapındaki ve Türkiye'deki akıllı şehir projelerinin bu metotla değerlendirilmesi, sözü edilen karakteristik özellikler bakımından önemli eksiklikleri gözler önüne sermiştir. Bu eksiklikler sonuç bölümünde iki ayrı tablo halinde belirtilmiştir. Ayrıca yine tezin sonuç bölümünde, yapıcı çözümler olarak göz önünde bulundurulabilecek bazı öneriler ve geleceğe dönük çalışmalardan bahsedilmiştir.

With the advancement of technology and the expansion of urban areas in the world, various and new requirements have been shown up. Particularly, the modern era we live is obliged the people to take some concrete steps for having a better life. Benefitting from the products of technology during the casual life has been indispensable for not only people, but also countries at larger scale. This situation is one of the most important basics of modern life. The rapid growth in urban areas results in some important problems which affect also adversely the life quality at the same time. To have a better life in a sophisticated urban environment, constituents of the urban structure should be orchestrated in the way of what facilitates the life of citizens. To this end, the term of smart city has been emerged to meet the needs of people living in ever-growing urban areas. In this thesis, it has been firstly emphasized what the smart city means, why the concept of smart city is important and which aspects make a city smarter. Following, it has been investigated the technical structure of smart city concept which composes of certain system architectures. The concept of smart city is embodied different characteristics and systems. Appropriate design of these systems is seriously important. In this regard, various system architectures proposed in the literature oriented to the implementation of smart city services in the best way has been studied. It has been expressed in depth which components form the relevant system architectures and what these system architectures are used for.Afterwards, it has been tackled the relationship between the smart city concept and the technology, because understanding of this relationship in a good way will shed light upon the solution of this complicated puzzle composed of numerous technologic factors. To this end, information and communication technologies constitute the most dominant factor. Smart city systems are comprehensive structures in which there are lots of tools, sensors and other kinds of devices. A ubiquitous and simultaneous communication between these components is vital for sustainability and effectiveness of smart cities. Handling and storing of big data, the management of urban data, the assessment of big data analytics or the utilization from cloud computing with expected productivity are other remarkable subjects which have been studied within this thesis related to the smart city concept in technologic perspective.Thereafter, the general situation of the smart city development has been handled in terms of 3D visualization, since 3D visualization and its components are other basic parts of a qualified smart city system. Today, 3D city modelling is a rising trend which attracts the researchers. These models are quite important to have enough information about the urban fabric, specific dynamics or problematic zones of it in terms of the urbanization. Besides, it has been highlighted the importance of the establishment of expected spatial data infrastructures that will meet principal requirements of not only smart city modelling, but also 3D visualization. Moreover within this thesis; it has been clarified the basic terms giving way to the development of 3D visualization associated with the smart cities, the coverage and mission of I-SCOPE projects being carried out to be produced the smart city models with 3D visualization by European countries. Finally, some existing smart city projects have been scrutinized within the body of the thesis for mapping out the level of consistency among the vision of smart cities and ongoing application studies. The evaluation of smart city projects around the world and in Turkey has shown existing deficiencies associated with the characteristics of the vision of smart cities. These deficiencies have been individually expressed in the tables. Besides, the recommendations, which may be considered as the constructive solutions and future works have been specified in the last chapter of the thesis.