ULUSAL SÜREKL GÖZLEM YAPAN GPS STASYONLARININ KURULMASI VE HÜCRESEL DÖNÜ ÜM PARAMETRELER N N BEL RLENMES (TUSAGA-AKT F/CORS-TR) PROJES

Transkript

1 ULUSAL SÜREKL GÖZLEM YAPAN GPS STASYONLARININ KURULMASI VE HÜCRESEL DÖNÜ ÜM PARAMETRELER N N BEL RLENMES (TUSAGA-AKT F/CORS-TR) PROJES 1. G R TUSAGA-Aktif projesi TÜB TAK destekli bir kamu AR-GE projesi olup, Tapu ve Kadastro Genel Müdürlü ü (TKGM) taraf ndan 31 May s 2005 tarihinde TÜB TAK a önerilmi ve stanbul Kültür Üniversitesi ( KÜ) taraf ndan yürütülmek üzere desteklenmesine karar verilmi tir. Harita Genel Komutanl (HGK), 04 OCAK 2006 tarihinde TKGM ile birlikte imzalanan birli i Çerçeve Protokolü ile projeye TKGM ile birlikte mü terek mü teri s fat yla dahil olmu tur. Projenin ba lang ç tarihi 08 May s 2006 olup, süresi 2.5 y ld r. Söz konusu proje 01 Temmuz 2011 tarihi itibari ile TÜB TAK B k.l taraf ndan kabul edilmi tir. Sistem kapsam nda, Türkiye geneline da lm (KKTC de 4 istasyon dahil) 146 sabit GPS istasyonu kurulmas tamamlanm t r. HGK ve TKGM de kurulan kontrol ve analiz merkezinde; istasyonlardan Internet yolu ile al nan GPS verilerinden diferansiyel GPS (DGPS) ve gerçek zamanl kinematik (RTK) konum belirlemeye olanak sa layacak düzeltme verileri hesaplanarak kullan c lara yay nlanmaktad r. Proje ile ayr ca, WGS-84 ve ED50 koordinat sistemleri aras ndaki dönü üm parametreleri tüm Türkiye için do ru ve duyarl olarak belirlenmesi, ba ta haritac l k olmak üzere, jeodezik uygulamalar n daha kolay gerçekle tirilmesi hedeflenmektedir. TUSAGA-Aktif sisteminin i letilmesi ve düzeltme parametrelerinin hesaplanmas TKGM ve HGK da kurulan kontrol merkezlerinden yap lmaktad r. Tüm istasyonlardan toplanan veriler ADSL ve GPRS/EDGE yolu ile veri merkezine aktar lmakta ve bu merkezlerde düzeltme parametreleri hesaplanarak arazideki kullan c lara aktar lmaktad r. Gerçek Zamanl Kinematik düzeltme verileri RTCM3.1 ve CMR ileti im formatlar nda olup, GPRS ve NTRIP (Network Transport of RTCM through Internet Protocol) vas talar ile gezici al c lara gönderilmektedir. TUSAGA-Aktif istasyon yerlerinin seçiminde zemin yap s, elektrik, telefon, nternet ve güvenlik hususlar dikkate al nm ve tüm Türkiye de gerçekle tirilen arazi ke ifleri neticesinde Devlet Meteoroloji leri Genel Müdürlü ü Meteoroloji stasyonlar, Üniversiteler, Belediyeler ile Kamu Kurum ve Kurulu lar na ait bina ve araziler seçilmi tir. stasyon da l m ekil-1 de verilmi tir. ekil-1: Kurulumu tamamlanan 146 sabit GNSS istasyonu yerleri. -1-

2 2. TUSAGA-AKT F S STEM N N GENEL ÖZELL KLER TUSAGA-Aktif istasyon yerlerinin seçiminde zemin yap s, elektrik, telefon, nternet ve güvenlik hususlar dikkate al nm ve tüm Türkiye de gerçekle tirilen arazi ke ifleri neticesinde Devlet Meteoroloji leri Genel Müdürlü ü Meteoroloji stasyonlar, Üniversiteler, Belediyeler ile Kamu Kurum ve Kurulu lar na ait bina ve araziler seçilmi tir. stasyonlarda birer adet GNSS (GPS+GLONASS ve GALILEO sitemine haz r) al c s, ADSL/GPRS bütünle ik modem, akü, akü arj aleti, y ld r m koruma adaptörü, telefon hat korumas, termostatl 4 adet fan, sigorta ve standart donan m kabini ile d ar da (çat, teras, kule veya yerde) al c ya ba l bir jeodezik GNSS anteni bulunmaktad r ( ekil-2). (a) (b) (c) ekil-2: TUSAGA-Aktif Kuruca ile stasyonu, (b) Donan m Kabini, (c) HGK Kontrol ve Analiz Merkezi. Sistemde, sabit GPS istasyonlar ile kontrol merkezi aras ndaki ileti im, ADSL/GPRS üzerinden sa lanmaktad r. Ayr ca, ADSL hatt nda meydana gelebilecek veri kesikliklerinde mevcut bir modem devreye girmekte ve veri iletimi, GPRS ile kesintiye u ramadan devam etmektedir. ekil-3: Sabit GPS istasyonlar ndan kontrol merkezine veri aktar m ; lem s ras 1: Uydulardan al nan ham veri; 2:Kontrol Merkezine aktar lan ham veri. -2-

3 Kontrol merkezlerinde bulunan sunucular, tüm istasyonlardan bir saniye aral kl gelen ham gözlem verilerden yararlanarak atmosferik modelleme yapmakta ve hassas düzeltme verileri hesaplamaktad r. Söz konusu düzeltme verileri arazide, TUSAGA-Aktif sistemi ile uyumlu kullan c lara ait gezici al c lara internet üzerinden aktar lmaktad r. Kullan c kendi al c s nda, koordinat belirleme i lemini ba latt andan itibaren, bu gezici al c için kontrol merkezinden üretilen düzetme bilgisi GPRS ileti imi ile her bir saniye de bir olmak üzere gelir ve istenilen noktada hassas koordinatlar belirlenmi olur ( ekil-3). ekil-3: Kontrol merkezi ile kullan c lar aras ndaki ileti im. Kontrol merkezlerinde bulunan sunucular, tüm istasyonlardan gelen anl k verilerden yararlanarak atmosferik gecikme parametrelerini (iyonosfer ve troposfer) ve hassas düzeltme verilerini hesaplamaktad r. Söz konusu düzeltme verileri, sisteme abone olan arazideki gezici al c lara internet üzerinden aktar lmaktad r. Bu ekilde tek frekansl bir GNSS al c s metre alt do rulukta, çift frekansl bir GNSS al c s 1-13 santimetre do rulukta konum belirleyebilmektedir. 3. VER AKTARIM FORMATI Veri aktar m format olarak NTRIP kullan lmaktad r. NTRIP; diferansiyel düzeltme verisi veya di er tür GNSS verisinin sabit veya gezici kullan c lara internet üzerinden yay nlanmas için Almanya Jeodezi ve Karto rafya Kurumu (BKG) taraf ndan geli tirilmi internet tabanl genel ve ba ms z bir protokoldür. NTRIP; GSM, GPRS, EDGE veya UMTS gibi Mobil IP a lar üzerinden internete kablosuz ula m desteklemekte, ayn zamanda RTCM komitesi taraf ndan da önerilen bir standartt r. NTRIP sistemi üç yaz l m bile eninden olu ur; NtripClient, NtripServer ve NtripCaster. NtripServer GPS referans istasyonundan veri almakta ve bunu NtripCaster a iletmektedir. NtripCaster bir telefon santrali gibi davranmakta ve NtripClient lar istedikleri veri dizilerine ba lamaktad r. Bu türde bir yap yüzlerce gezici al c ya ayn anda düzeltme verisi gönderilebilmesi amac yla geli tirilmi en yayg n veri aktar m tekni idir. Bu protokol GNSS RTK çal malar na yönelik verinin yan s ra, kod, ta y c faz gözlemleri, anten ve çevresel parametreleri de içermektedir. Daha da önemlisi, bu format üzerinde de i ikliklere olanak verecek ekilde geli tirilmi tir (GALILEO, GPS L2C, L5 sinyalleri gibi). Ayr ca sistemden faydalanan aktif kullan c lar e zamanl olarak ekran üzerinden takip edilebilmektedir. Örne in Türkiye nin de i ik bölgelerinde sistemden faydalanan toplam 88 adet kullan c ekil-4 de görülmektedir. -3-

4 ekil-4: TUSAGA-Aktif Kullan c lar n n Sistemde E Zamanl Takibi. 4. TUSAGA-AKT F S STEM LE GERÇEKLE T R LEN B L MSEL ÇALI MALAR An lan sistem kapsam nda, HGK kurulan kontrol ve analiz merkezinde istasyonlardan gelen olan ham GPS verileri ile Uluslar aras GPS Servisi (IGS) verilerinden yararlan larak istasyonlara ait duyarl koordinat ve h z bilgileri hesaplanmaktad r. TUSAGA/TUSAGA-Aktif istasyonlar na ait ayl k birle tirilmi ölçülerden yararlanarak elde edilen ITRF ve Avrasya sabit sistemlerinde hesaplanan yatay nokta h zlar ekil-5 ve 6 da, dü ey h zlar ise ekil-7 de görülmektedir. ekil-5: Nokta H zlar (ITRF) -4-

5 ekil-6: Nokta H zlar (Avrasya Sabit) ekil-7: Nokta H zlar (Dü ey) TUSAGA-Aktif a n n haritac l k sektöründe yo un olarak kullan lmas planlanm olsa da, gerçek zamanl toplanan GPS verisinin, ula mdan altyap hizmetlerine, co rafi bilgi sistemlerinden savunma teknolojilerine, meteorolojik hava tahmini uygulamalar ndan iyonosfer tabakas n n anl k modellenmesi ve haritalanmas çal malar na kadar birçok alanda yayg n olarak kullan lmaktad r. Bu kapsamda gerçekle tirilen çal malar ise a a da sunulmu tur. 5. ATMOSFER K ÇALI MALAR Hassas koordinat elde edilmesinde atmosfer tabakas iki bile en olarak ele al nmaktad r. Bunlar iyonosfer ve troposfer tabakalar d r. Yer merkezinden km uzakl kta yer alan GPS sinyalleri, uydulardan yay mland ktan sonra s ras yla içinden geçtikleri yonosfer ve Troposfer tabakalar nedeniyle bir tak m etkilere maruz kal r. yonosferin tabakas n n neden oldu u gecikme da t c bir etkiye sahiptir ve mevcut GNSS sinyalleri L1 ve L2 ta y c dalga boylar n n her ikisine de ayn etkiyi yapt ndan çift frekansl al c larla bu etki büyük oranda giderilebilmektedir. Geriye kalan atmosferik gecikme (troposferik -5-

6 gecikme) ise da t c özelli e sahip de ildir ve tek bir GPS al c s kullan larak bu gecikme miktar tam olarak modellenememektedir. Bununla birlikte, hassas uydu bilgisinin kullan ld, a yap s nda, birden fazla al c kullan larak yap lan GPS gözlemleri ile, olu an bu a da bir bütün olarak bu gecikme miktar hesaplanabilmektedir a. GPS Tabanl Ya a Dönü ebilir Su Buhar n n Elde Edilmesi Troposfer atmosferin en alt tabakas olup, yer yüzeyi ile ba lar ve kal nl ekvatorda yakla k 18 km iken kutba do ru azalarak kal nl 8 km ye kadar dü er. Tüm meteorolojik ko ullar n etkili oldu u hava olaylar bu tabakan n yakla k 3-4 km lik alt k s mlar nda meydana gelir. Atmosferin toplam kütlesinin %75 ini içeren ve bu yönüyle atmosferin di er katmanlar na göre en yo un olan katman olan troposfer, atmosferde bulunan tüm su buhar ve nemi içermektedir. Meteorolojik uygulamalarda, atmosferdeki su buhar n n konumsal ve zamansal olarak da l m n n hassas olarak temsil edilmesi oldukça güçtür. Ayn zamanda sera gaz özelli ine de sahip olan su buhar miktar n n bilinmesi, yak n ve orta dönemli hava tahmini ve iklim çal malar nda çok önemli yer tutmaktad r. YDS, tan m olarak; herhangi iki yükseklik aras ndaki dik kolon boyunca toplam atmosferik su buhar miktar olup genel olarak, bu aradaki suyun yo unla t dü ünüldü ünde elde edece i e de er kolon yüksekli i olarak da tan mlan r. Say sal olarak, 1 kg/m 2 su buhar 1 mm YDS de erine e ittir. GPS ölçümleri yard m yla hesaplanan YDS de erlerinin meteorolojik amaçl kullan labilece ini göstermi tir. GPS verisi yard m yla YDS elde edilmesi çal malar na k saca, GPS Meteorolojisi denmektedir. Konumu bilinen noktalarda kurulan GPS al c lar n n toplad GPS verileri YDS hesaplanmas nda kullan labilmektedir. Atmosferik çal malar, GPS yard m yla hesaplanan YDS de erlerinin yap lan hava tahminlerinin do rulu unu artt rd n göstermektedir. Temelde daha hassas konumlama yapabilmek amac yla kurulan ancak çok farkl disiplinlere altl k veri sa layan TUSAGA-Aktif a nda kurulan sabit GPS istasyonlar nda toplanan GPS verilerinden yararlanarak YDS hesaplanmas çal malar na DM ile koordineli olarak ba lanm ve çe itli uygulamalar gerçekle tirilmi tir. Söz konusu GPS meteorolojisi uygulamalar n daha hassas olarak yapabilmek ve GPS veri de erlendirilmesindeki en önemli hata kaynaklar ndan birisi olan troposferin daha iyi modellendirilmesini sa lamak maksad yla TUSAGA-Aktif istasyonlar ndan 74 adedi GPS istasyon tesisi bak m ndan uygun görülen meteoroloji istasyonlar nda tesis edilmi tir. TUSAGA-Aktif sisteminin May s 2009 itibariyle tam olarak faaliyete geçmesi ile birlikte GPS tabanl YDS elde edilmesi çal malar na h z verilmi tir. Özellikle ani ya ve ta k n olaylar n n görüldü ü bölgelerde GPS-YDS de i imleri takip edilmi tir. Örnek olarak Trakya bölgesinde Eylül 2009 da meydana gelen sel felaketine ili kin GPS-YDS de i imleri a a da verilmi tir. Saray stasyonu (29 Eyl-13 Ekm 2009 Saray stasyonu (29 Eyl-13 Ekm

7 32 28 YDS (mm/kg) K rklareli stasyonu (29 Eyl-13 Ekm stanbul stasyonu (22 Ekm-28 Ekm 2008) (29 Eyl-13 Ekm Zaman (gün) ekil-8: GPS tabanl YDS de i imleri. Bir ba ka uygulama ise Karadeniz bölgesi için yap lm t r Temmuz 2009 tarihlerinde Bart n, Zonguldak ve Rize ba ta olmak üzere Karadeniz bölgesinin büyük k sm nda görülen sa anak ya lar n ayn bölgedeki TUSAGA-Aktif a na ait GPS istasyonlar ndan elde edilen YDS de erleri ile test edilip edilemeyece i ara t r lm t r. Gerçekle tirilen hesaplamalar neticesinde, ekil-9 da görülen istasyonlar yard m yla, ayn tarihlerdeki YDS verileri 15 dakika aral kl hesaplar yap lm ve DM taraf ndan yap lan 6 ar saatlik ya tahmini haritalar yla bire bir örtü tü ü gözlemlenmi tir. kilogram ekil-10: Karadeniz bölgesi GPS-YDS de i imi (10-22 Temmuz 2009) b. GPS tabanl yerel iyonosfer haritas n n yap lmas yonosfer tabakas hassas konum belirlemenin yan s ra k sa dalga haberle me ve ileti im sinyalleri üzerinde de önemli etkileri olan bir atmosfer tabakas d r. yonosfer yeryüzünden 50 ile 550 km aras ndaki yükseklikte yer almaktad r. Güne ten gelen UV nlar bu tabakada iyonizasyona sebep olur. Söz konusu iyonizasyon neticesinde ortaya ç kan serbest elektronlar GPS sinyalleri üzerinde, kod ölçülerini geciktirici, faz ölçülerini ise h zland r c bir etki gösterir. Bu etki toplamda GPS sinyalinin uydudan al c ya olan mesafe ölçüsünde 3-15 m. aras nda hataya sebep olur. Hassas konumlama çal malar nda bu hatan n modellenmesi gerekmektedir. yonosferdeki elektron yo unlu u Radyosonda ad verilen bir cihaz kullan larak hesaplanabilmektedir. Bu yöntemde radyosonda cihaz n n üretti i sinyalin frekens artt r larak iyonosfer tabakas na gönderilmekte yans yan sinyallerin hangi yükseklikten yans d ve frekans de eri kay t alt na al narak iyonosfer tabakas n n e ik frekans yüksekli i belirlenmektedir. Ancak radyosonda cihaz yla sadece ölçüm yap lan yer için hesap yap labilmektedir. Türkiye gibi geni bir co rafya da yonosfere dönük hesap yap labilmesi için homojen da lm bir çok Radyosonda cihaz na ve bu cihaz kullanacak uzman personele ihtiyaç vard r. -7-

8 yonosferdeki elektron yo unlu unu hesaplanman n di er bir yöntemi de sabit GPS istasyonu verilerini kullanarak gerçekle tirilir. Koordinatlar hassas olarak sürekli hesaplanan sabit GPS istasyonlar yla GPS uydular aras ndaki mesafenin ölçüm an nda bulunan mesafeden fark genel olarak atmosferik etkidir. Atmosferik etkide troposferik etki ç kar ld ktan sonra geriye kalan etki iyonosferik etkidir. Dünya yüzeyine da lm sabit GPS istasyon verilerini kullanarak, küresel analiz merkezleri (CODE, IGS vb.) taraf ndan iyonosfer de i im grafikleri olu turulmaktad r ( ekil-11). Bu modellere küresel harmonik aç l m fonksiyonu uygulanmak suretiyle yerel iyonosferdeki Toplam Elektron çeri i (TE ) de eri hesaplanmaktad r. Ancak küresel model olu turulurken örne in Türkiye den bir adet sabit GPS istasyonu kullan lmakta dolay s yla küresel modelden hesaplanan yerel iyonosfere ait TE de erinin zamansal ve konumsal çözünürlü ü dü ük olmaktad r. ekil-11: IGS in yay nlad dünya iyonosfer haritas ile yerel iyonosfer haritas Ülkemizde yeterli say da Radyosonda cihaz n n bulunmamas ve küresel analiz merkezleri taraf ndan olu turulan modellerin yeterli hassasiyeti içermemesi sebebiyle, Harita Genel Komutanl, Hacettepe Üniversitesi ve Bilkent Üniversitesi i birli inde bir TÜB TAK (105E171) projesi geli tirilmi ve Türkiye deki sabit GPS istasyonlar için Al c Yanl l k ve Dikey Elektron Yo unlu u de erleri hesaplanm t r. Söz konusu de erler halihaz rda uluslararas jeodezi kurumlar taraf ndan i letilen Sabit GPS istasyonlar için hesaplanmakla birlikte yerel sabit GPS istasyonlar için al c yanl l k de eri bulunmamaktad r. Uygulama kapsam nda Türkiye'deki istasyonlar için ilk kez al c yanl l k de erleri hesaplanm t r. ekil 10 da sunulan küresel modelden elde edilen haritada Türkiye üzerindeki iyonosfer sadece genel bir leke eklinde görülmektedir. Bununla birlikte TUSAGA-Aktif tabanl haritadaki TE da l m n n konumsal çözünülürlü ü çok daha hassast r. 6. SONUÇ TUSAGA-Aktif sistemi 15 Haziran 2011 tarihinden itibaren ücretli olarak hizmet vermeye ba lam t r. Sistemin bak m-onar m ve idamesi ile ilgili çal malar, HGK ve TKGM personelinden olu an TUSAGA-Aktif Yürütme Kurulu taraf ndan yürütülmektedir. -8-