Marmaray Sismik Alarm Sistemi

Transkript

1 Marmaray Sismik Alarm Sistemi Süleyman TUNÇ, Can ZÜLFİKAR, Ali PINAR ve Erdal ŞAFAK 3 1 Elektronik ve Hab. Yük. Müh. Kandilli Rasathanesi ve Deprem Arş. Ens. Boğaziçi Üniversitesi, İstanbul 2 Dr. Deprem Mühendisliği, Kandilli Rasathanesi ve Deprem Arş. Ens. Boğaziçi Üniversitesi, İstanbul 3 Prof. Dr. Deprem Mühendisliği, Kandilli Rasathanesi ve Deprem Arş. Ens. Boğaziçi Üniversitesi, İstanbul suleyman.tunc@boun.edu.tr ÖZET: Marmara Ray (Marmaray) raylı tüp tünel geçişi ve istasyonlar projesi, imalatı tamamlanan ilk batırma tüp tünel elemanı (E11 nolu eleman) Boğaz tabanında kazılan hendeğe 24 Mart 2007 tarihinde yerleştirilerek başlamıştır. Projenin amacı, İstanbul'un Asya ve Avrupa yakasındaki demiryolu hatlarını, İstanbul Boğazı altına kurulan bir tüp geçit ile birleştirmektir. Böylece öncelikle İstanbul' un günden güne artan trafik sorununu hafifletmek hedeflenmiştir. Buradan yola çıkılarak, deniz seviyesinden 60 m derinde ve 11 adet batırma tüp bölümünden oluşan toplam 1400 m uzunluğunda bir tüp deniz tabanına konumlandırılmıştır. Her bir batırma tüp tünel elemanın iki ucuna iki adet ivmeölçer (accelerometer) ve orta kısmına bir adet iki yönlü eğimölçer (inclonemeter) ve kara bağlantı tünellerine de ikişer adet ivmeölçer kurulmuştur. Bunlara ilave olarak, 9 adeti Üsküdar, 9 adeti Sirkeci olmak üzere sismik bağlantı noktalarına 18 adet yer değiştirme ölçerler (LVDT) kurulmuştur. Kurulmuş olan tüm bu sensörler ile tünelin sağlık izleme sistemi (SHM) yapılmaktadır. Batırma tüp tünel elemanlarına konumlandırılan 26 adet ivmeölçerlerin yanı sıra, 10 adet Boğaziçi Üniversitesi, Kandilli Rasathanesi ve Deprem Araştırma Enstitüsüne ait Erken Uyarı istasyonlarında gelen veriler ile tünele ait Erken uyarı sinyali üretilmekte ve operatörlerin bulunduğu (OCC) merkezine iletilmektedir. Bu sinyal dört farklı alarm olarak ayarlanmış olup, alarmlardan biri Boğaziçi Üniversitesi, Kandilli Rasathanesi ve Deprem Araştırma Enstitüsü nden gelen erken uyarı sinyali için ayrılmıştır. ANAHTAR KELİMELER: Marmaray Erken Uyarı Sistemi, Sağlık izleme Sistemi, ivmeölçer, eğimölçer, yer değiştirme ölçer, batırma tüp tünel ve deprem, alarm. 1. TASARIM VE ALT YAPI 1.1. Giriş Sentez Yer ve Yapı Mühendisliği Ltd Şti, Marmaray da kullanılan Seismic Alarm System (SAS) içerisinde bulunan sensörler ve ağın yapısını, uyarı için kullanılacak yazılımı tasarlamış ve uygulamıştır. Bu tasarımda; Maltepe ve Halkalı istasyonlarında 3 er adet sayısal ivmeölçer, tünel için 26 adet ivmeölçer, 13 adet eğimölçer(tuff Tilt 420 Biaxial Inclinometer) ile 18 adet yer değiştirme ölçer kurulmuştur. Kurulan ivmeölçerler Guralp Systems e ait CMG-5TC, sayısallaştırıcılar CMG-DM24S6+EAM dir. Tünelin Sirkeci ve Üsküdar çıkışlarında server, Maltepe ve Halkalıda kurulacak olan merkezlerde de server odası hazırlanmıştır. Henüz Halkalı ve Maltepe istasyonlarının inşaatı bitmediğinden sistemler geçici olarak Üsküdar da bulunan Master Control Room (MCR) a kurulmuştur. MCR da, Tünelden gelen verileri kaydeden yedekli iki adet server, bu verileri değerlendiren CMG-NAM ve sonuçların görüntülendiği ve alarm çıkışları olan server da operatör odasına konmuştur.

2 Şekil 1. Tünel içi sensör yerleşimi Şekil 2. Tünel içi bağlantıları

3 1.2. Ağ alt yapısı ve veri protokolü Veriler, Tünel içinden fiberoptik kablo üzerinden MCR a gelmektedir ve Network Time Protocol (NTP) üzerinden sensörler senkronize olmaktadır. Boğaziçi Üniversitesi, Kandilli Rasathanesi ve Deprem Araştırma Enstitüsü ne (KEWC) ait erken uyarı istasyonları Türktelekom fiberoptik ağı üzerindedir, Üsküdar MCR da Türktelekom a fiberoptik kablo ile bağlı olduğundan, Erken uyarı istasyonları da fiberoptik üzerinden MCR a gelmektedir. Ayrıca bu bağlantı 3G üzerinden yedeklenmiştir. Şekil 3. Ağ topolojisi CMG-DM24S6EAMU Server a UDP üzerinden, GCF formatında gerçek zamanlı veriyi ve text formatında durum bilgisi gönderir. Block Recovery Protocol (BRP) özelliği ile iletilmeyen ya da bozulan paketleri TCP üzerinden kurtarır. Şekil 4. Veri protokolü ve ağ şeması

4 2. SAS SİSTEMİNDE KULLANILAN EKİPMANLAR 2.1. Sayısallaştırıcı Tünellerde sayısallaştırıcı olarak Guralp Systems e ait CMG-DM24S6EAMU kullanılmıştır, Şekil 5. 6 kanal olan bu sayısallaştırıcı 24 bit çözünürlükte olup, 3 kanalı var olan sensör, diğer üç kanalı da yedek olarak tasarlanmıştır. Sismik kanalların yanısıra altı adet yardımcı kanal mevcuttur ve EAM ile birleştirilen bu sayısallaştırıcıya böylelikle ağ ve USB kullanımı sağlanmıştır. Güvenlik nedeni ile yanmaz metal kutu içerisine alınmıştır. Şekil 5. CMG-DM24S6EAMU Sayısallaştırıcı Şekil 6. Sayısallaştırıcı ve ivme sensör/eğimölçer montaj ekipmanı 2.2. Yerdeğiştirme ölçer Yerdeğiştirme ölçerler, Batırma tünelinin Üsküdar tarafındaki sismik bağlantı bölgesinden 3, Sirkeci tarafında 3 olmak üzere toplam 6 noktadan oluşmaktadır. Her bir noktaya 3 er adet yerdeğiştirme ölçer konulmuş olup, toplam 18 adet yerdeğiştirme ölçerin verileri CMG-DM24S6EAMU da sayısallaştırılarak, Server lara gelmektedir. Şekil 7 de bağlantı için tasarlanmış olan ekipmanlar görülmektedir.

5 Şekil 7. Yerdeğiştirme ölçer montaj ekipmanları 2.3. Analog ivmeölçer Batırma tünellerinde toplam 26 adet 3 bileşen analog ivmeölçer kullanılmıştır. Bu sensörler CMGDM24S6EAMU ların üç kanalına bağlanmıştır. Şekil 8. Analog sensor montaj ekipmanı 2.4. Sayısal İvmeölçer Maltepe ve Halkalı istasyonlarında kullanılmak üzere 3 er adet sayısal ivmeölçer kullanılacaktır. İnşaatların devam etmesi dolayısı ile henüz bunlar kurulmamıştır, Şekil 9.

6 Şekil 9. Sayısal İvmeölçer 2.5. Eğimölçer Batırma tünellerinin ortasına 11 adet, karasal tünellere 2 adet olmak üzere toplam 11 adet eğimölçer monte edilmiştir, Şekil 10. Bu sensörler CMG-DM24S6EAM üzerindeki 2 giriş kullanılarak verileri server a gönderilmektedir. İki bileşenli olan bu sensörler 4-20 ma lik çıkışlarına uygun dirençler bağlanarak çıkışları gerilime dönüştürülmüştür. Şekil 10. Tuff Tilt 420 Inclinometer (Eğimölçer)

7 Şekil 11. Tuff Tilt 420 Inclinometer (Eğimölçer) Montaj Ekipmanı 2.6. CMG-NAM Hem KEWC den hemde batırma tünelerinden gelen verileri değerlendiren ve Operatör odasındaki PC ye alarm sinyali üreten özel olarak üretilmiş, Linux işletim sistemi kurulu bir server dir. Şekil 12 CMG-NAM örnek bağlantısı 3. SİSMİK ALARM SİNYALİ Alarm sistemi 2 farklı tetikleme üzerinden çalışmaktadır. Bu tetiklemelerden biri Kandilli Rasathanesi Deprem Araştırma Enstitüsü ne ait erken uyarı istasyonlarının aldığı değerler üzerinde, diğeri ise Batırma tünellerinden gelen veriler üzerinden. Program masaüstünde bulunan Şekil 13 deki ikona tıklayarak çalışmaktadır. Şekil13 Program çalışmaya başlayınca önce CMG-NAM ile arasındaki iletişimi kontrol etmektedir. Eğer İletişim yok ise, program siyah ekrana düşecektir ve uyarıyı log a yazacaktır, Şekil 14.

8 Şekil 14. CMG-NAM ile iletişim kurulur kurulmaz, program rengini siyahtan yeşile çevirerek bu durumu log a yazacaktır, Şekil 15. Şekil 15. Tetikleme seviyeleri ve ayarları CMG-NAM üzerinden Web ara yüzünden yapılmaktadır. İstasyonların bilgileri, kalibrasyon değerleri, alarm için gerekli olan seviyelerin belirlenmesi gibi yapılandırma ayarları burada yapılmaktadır, Şekil 16, 17, 18, 19, 20.

9 Şekil 16. Batırma tünelindeki sensörlere ait örnekleme aralıkları Şekil 17. Batırma tünellerindeki sensörler için 39 gal seviye tetikleme ayarı

10 Şekil 18. Batırma tünellerindeki sensörler için 340 gal seviye tetikleme ayarı Şekil 19. Tetikleme ağırlığı ve süre ayarı

11 Şekil 20.Tetikleme sonucunda hesaplanacak değerler 3.1. Kandilli erken uyarı sisteminden gelen verilerden elde edilen tetikleme Boğaziçi Üniversitesi, Kandilli Rasathanesi ve Deprem Araştırma Enstitüsü ne ait olan 10 adet Erken Uyarı istasyonlarından gelen veriler, Türktelekom bağlantısı üzerinden doğrudan SAS server a oradan da CMGNAM e iletilmektedir. CMG-NAM üzerindeki tetikleme algoritması, her bir istasyondan gelen veriler 15 hz lowpass filtreden geçirildikten sonra 2 gal üzerindeki seviye için ağırlık numarası 1000 olarak atanmaktadır. Toplamda bu ağırlık numarası 4000 olduğunda (12 sn içinde), bu değer en az 4 adet istasyonun aynı zaman diliminde tetiklenmiş olması ile elde edilir tetikleme meydana gelerek, operatörün önünde bulunan server da mavi renkli ve uyarının Boğaziçi Üniversitesi, Kandilli Rasathanesi ve Deprem Araştırma Enstitüsü nden geldiği bildirilecektir, Şekil 21. Şekil 21.Kandilli Rasathanesi Deprem Araştırma Enstitüsü Erken Uyarı Sinyali

12 3.2 Marmaray Tüp tünel içerisinde bulunan ivmeölçerlerden elde edilen tetikleme Marmaray tüp tünelin duvarlarına konulmuş olan ivmeölçerlerden gelen veriler, doğrudan CMG-NAM e yönlendirilmiş durumdadır. Bu verilerden 3 adet tetikleme seviyesi elde edilmektedir. CMG-NAM üzerindeki Tetikleme algoritması, her bir istasyondan gelen veriler 20 hz lowpass filtreden geçirildikten sonra; a) 39 gal a kadar olan seviye için ağırlık numarası 1000 olarak atanmaktadır. Toplamda bu ağırlık numarası 9000 olduğunda (10 sn içinde), bu değer en az 9 adet istasyonun aynı zaman diliminde tetiklenmiş olması ile elde edilir tetikleme meydana gelerek, OCC de operatörün önünde bulunan server da level1 olarak isimlendirilmiş, sesli ve görsel bir uyarı oluşturacaktır. Bu uyarının önem ağırlığı Boğaziçi Üniversitesi, Kandilli Rasathanesi ve Deprem Araştırma Enstitüsü nden gelen uyarının üstündedir. Yani bu uyarı geldiğinde, diğeri görünmeyecek, arka planda bekleyecektir. (operatör iptal etmediği sürece), Şekil 22. Şekil 22. Alarm seviye 1 b) 39 gal ile 340 gal arasındaki seviye için ağırlık numarası 1000 olarak atanmaktadır. Toplamda bu ağırlık numarası 9000 olduğunda (10 sn içinde), bu değer en az 9 adet istasyonun aynı zaman diliminde tetiklenmiş olması ile elde edilir tetikleme meydana gelerek, OCC de operatörün önünde bulunan server da level2 olarak isimlendirilmiş, sesli ve görsel bir uyarı oluşturacaktır. Bu uyarının önem ağırlığı Boğaziçi Üniversitesi, Kandilli Rasathanesi ve Deprem Araştırma Enstitüsü nden gelen uyarının ve Marmaray Tüp tünelden gelen level1 adlı uyarının üstündedir. Yani bu uyarı geldiğinde, diğerleri görünmeyecek, arka planda bekleyecektir. (operatör iptal etmediği sürece), Şekil 23.

13 Şekil 23. Alarm seviye 2 c) 340 gal üzerindeki seviye için ağırlık numarası 1000 olarak atanmaktadır. Toplamda bu ağırlık numarası 9000 olduğunda (10 sn içinde), bu değer en az 9 adet istasyonun aynı zaman diliminde tetiklenmiş olması ile elde edilir tetikleme meydana gelerek, OCC de operatörün önünde bulunan server da level3 olarak isimlendirilmiş, sesli ve görsel bir uyarı oluşturacaktır. Bu uyarının önem ağırlığı Boğaziçi Üniversitesi, Kandilli Rasathanesi ve Deprem Araştırma Enstitüsü nden gelen uyarının ve Marmaray Tüp tünelden gelen level1 ve level2 adlı uyarının üstündedir. Yani bu uyarı geldiğinde, diğerleri görünmeyecek, arka planda bekleyecektir. (operatör iptal etmediği sürece), Şekil 24. Şekil 24. Alarm Seviye 3 Alarmı susturmak için klavyenin ESC tuşuna basılmalıdır. Tuşa basıldıktan sonra eğer ses devam ederse, bu yeni bir tetikleme seviyesinin algılandığı anlamına gelmektedir. Programı kapatmak için sağ üst taraftaki X işareti kullanılmalıdır. Yanlış kapatmaları engellemek için program burada bir şifre soracaktır, bu şifre berman olarak tanımlanmıştır, Şekil 25.

14 Şekil 25. Programdan çıkış 4. ÖRNEK DEPREM VERİSİ AEGEAN_SEA :25:01 Ege Denizi, M=6.5 depremine ait, ivmeölçer, eğimölçer ve yer değiştirme ölçere ait veriler Şekil 26, 27 ve 28 de gösterilmiştir. Şekil 26. İvmeölçer verisi

15 Şekil 27. Eğimölçer verisi Şekil 28. Yer değiştirme verisi

16 Şekil 29. Tren geçişlerini gösteren veri