Akıllı şehir dijital ikiz örnek veri altyapısının oluşturulması: 3B kampüs örneği

Abstract

Günümüz kentleri, artan nüfus baskısı, karmaşık altyapı sistemleri ve sürdürülebilirlik ihtiyaçları doğrultusunda çok katmanlı ve dinamik yapılar hâline gelmiştir. Bu karmaşıklık, fiziksel çevrelerin dijital ortamlarda modellenmesini ve analiz edilmesini gerektiren yeni planlama yaklaşımlarını beraberinde getirmiştir. Bu bağlamda, dijital ikiz teknolojileri; fiziksel varlıkların sanal ortamda eş zamanlı temsilini sağlayarak şehirlerin ve yerleşkelerin izlenmesi, değerlendirilmesi ve yönetilmesine olanak tanıyan veri odaklı bir çözüm sunmaktadır. Bu tez çalışması, Gebze Teknik Üniversitesi (GTÜ) kampüsünün mevcut fiziksel yapılarının, altyapısının ve mekânsal bileşenlerinin üç boyutlu (3B) bir dijital ikiz modeline dönüştürülmesini amaçlamaktadır. Söz konusu model; kampüs yönetimi, ulaşım planlaması, erişilebilirlik ve sürdürülebilirlik gibi çeşitli tematik analizler için mekânsal karar destek aracı olarak işlev görmektedir. Araştırma kapsamında öncelikle ArcGIS Pro yazılımı kullanılarak kampüse ait binalar, taşıt yolları, bisiklet ve yaya yolları, yeşil alanlar, sosyal tesisler gibi öğeler vektörel olarak sayısallaştırılmış ve her mekânsal varlığa ait öznitelik bilgileri tanımlanarak kapsamlı bir Coğrafi Bilgi Sistemleri (CBS) veri altyapısı oluşturulmuştur. Bu veriler, ardından CityEngine yazılımına aktarılarak 3B modellemeye dönüştürülmüştür. Modelleme sürecinde, bina fonksiyonlarına ve yükseklik verilerine göre CGA (Computer Generated Architecture) kuralları tanımlanarak otomatik üretim tekniklerinden faydalanılmıştır. Modelin gerçekçiliğini artırmak amacıyla yalnızca kural tabanlı modelleme değil, aynı zamanda manuel müdahaleler de gerçekleştirilmiştir. Manuel kısımda, kampüsün cephe görüntüleri "crop image" tekniğiyle yapı yüzeylerine foto-gerçekçi dokular uygulanmış ve modelin mekânsal doğruluğu kadar görsel temsil gücü de artırılmıştır. Sonuç olarak, bu çalışma, CityEngine yazılımının dijital ikiz geliştirme süreçlerinde hem otomatik hem manuel modelleme yöntemleriyle nasıl entegre kullanılabileceğini ortaya koymakta ve akıllı kampüs planlaması için etkileşimli, esnek ve görsel açıdan güçlü bir altyapı sunmaktadır.Contemporary cities have evolved into multi-layered and dynamic structures due to increasing population pressure, complex infrastructure systems, and the growing need for sustainability. This complexity has necessitated the development of new planning approaches that involve modeling and analyzing physical environments in digital platforms. In this context, digital twin technologies offer a data-driven solution that enables real-time virtual representations of physical assets, thereby facilitating the monitoring, evaluation, and management of cities and campuses. This thesis aims to transform the existing physical structures, infrastructure, and spatial components of the Gebze Technical University (GTU) campus into a three-dimensional (3D) digital twin model. The proposed model functions as a spatial decision-support tool for various thematic analyses such as campus management, transportation planning, accessibility and sustainability. As part of the research, buildings, vehicle roads, bicycle and pedestrian paths, green areas, and social facilities within the campus were first vectorized using ArcGIS Pro software. Attribute data for each spatial element was defined, thereby constructing a comprehensive Geographic Information System (GIS) database. These data were then imported into CityEngine software and transformed into a three-dimensional model. During the modeling process, CGA (Computer Generated Architecture) rules were developed based on building functions and height data to utilize procedural modeling techniques. In addition to rule-based modeling, manual interventions were applied to enhance the realism of the model. In the manual phase, photo-realistic textures were added to building facades using the "crop image" technique, which significantly improved not only the spatial accuracy of the model but also its visual representational power. In conclusion, this study demonstrates how CityEngine software can be effectively integrated into digital twin development processes using both procedural and manual modeling methods, offering an interactive, flexible, and visually compelling foundation for smart campus planning.