SÜREKLİ GÖZLEM YAPAN GPS İSTASYONLARI AĞI VE ULUSAL DATUM DÖNÜŞÜMÜ PROJESİ (TUSAGA-AKTİF / CORS-TR) ÖZET

Transkript

1 SÜREKLİ GÖZLEM YAPAN GPS İSTASYONLARI AĞI VE ULUSAL DATUM DÖNÜŞÜMÜ PROJESİ (TUSAGA-AKTİF / CORS-TR) Ayhan CİNGÖZ (a), Ömer YILDIRIM (b), Kamil EREN (c), Turgut UZEL (ç), Onur LENK (d), M.Ali GÜRDAL (e), Sedat BAKICI (f), Bahadır AKTUĞ (g) (a) Yük.Müh.Yzb. Harita Genel Komutanlığı, 06100, Ankara, ayhan.cingoz@hgk.mil.tr (b) Dr.Müh. Tapu ve Kadastro Gn.Md.lüğü, 06100, Ankara, omeryildirim2002@gmail.com (c) Prof.Dr. İstanbul Kültür Üniversitesi, 34510, İstanbul, keren@ags-gorup.com (ç) Prof.Dr. İstanbul Kültür Üniversitesi, 34510, İstanbul, t.uzel@iku.edu.tr (d) Dr.Müh.Alb. Harita Genel Komutanlığı, 06100, Ankara, onur.lenk@hgk.mil.tr (e) Dr.Müh.Alb. Harita Genel Komutanlığı, 06100, Ankara, mehmetali.gurdal@hgk.mil.tr (f) D.Bşk. Müh. Tapu ve Kadastro Gn.Md.lüğü, 06100, Ankara, sbakici@tkgm.gov.tr (g) Dr.Müh.Yzb. Harita Genel Komutanlığı, 06100, Ankara, bahadır.aktug@hgk.mil.tr ÖZET Sürekli Gözlem Yapan GPS İstasyonları Ağı ve Ulusal Datum Dönüşümü Projesi (TUSAGA-Aktif / CORS-TR) İstanbul Kültür Üniversitesi (İKÜ) yürütücülüğünde, Harita Genel Komutanlığı (HGK) ve Tapu ve Kadastro Genel Müdürlüğü (TKGM) müşterek müşteri olmak üzere, 08 Mayıs 2006 tarihinde başlamış olup, Aralık 2008 itibariyle tamamlanması ve proje ile oluşturulacak sistemin faaliyete geçirilmesi hedeflenmiştir. Projenin öncelikli hedefleri, tüm Türkiye de yaklaşık 145 sabit GPS istasyonu kurularak Diferansiyel GPS ve Gerçek Zamanlı Kinematik (RTK) GPS düzeltme verileri sağlamak, bu verilerle gerçek zamanlı ve santimetre mertebesinde hassas konumlama yapmaya olanak vermek ve farklı koordinat sistemleri arasındaki (ED50/WGS-84) dönüşüm parametrelerini hassas olarak belirleyerek kadastral uygulamalar, haritacılık, jeodezik ve bilimsel çalışmalar başta olmak üzere savunma ve kalkınma amaçlarına yönelik konum bilgisi sağlamaktır. Söz konusu proje ile elde edilecek hassas konum bilgisinin savunma teknolojileri ile ilgili olarak; her türlü harp silah ve aracının yönlendirilmesi, araç ve personel takibi, seyrüsefer sistemlerindeki konumlama donanımlarının (INS, Gyro vb.) kalibrasyonu, birlik intikallerinin takip ve kontrolü, Ateş Destek Birimleri, harekât alanının sevk ve idaresi, arama ve kurtarma faaliyetleri gibi hassas konumlama gerektiren birçok uygulamada kullanılabileceği değerlendirilmektedir. Anahtar Kelimeler: TUSAGA-Aktif (CORS_TR), DGPS/RTK, NTRIP, GPS

2 ABSTRACT Project of Research and Implementation Related to the Establishment of Network Based Stationary Real-Time Kinematic (RTK) GPS Terminals and Determination of Cellular Transformation Parameters (CORS-TR / TUSAGA- Aktif) has been proposed by Istanbul Kültür University (IKU), jointly with the General Command of Mapping (GCM) and the General Directorate of Land Registry and Cadastre (GDLRC). The project s started at 08 May 2006 and shall be concluded at September The Objectives of the project are; to provide DGPS and RTK GPS data corrections and determine real time precise coordinates throughout Turkey via establishing approximately 145 CORS-TR stations, to determine datum transformation models and computations between different coordinate systems (ED50/WGS-84) and serve data for geodetic, terrestrial mapping and cadastre applications. In terms of Defence Technologies; DGPS and RTK corrections acquired via this Project are thought to be used by many applications requiring precise position information such as; guidance of all kinds of army vehicles and weapons, pursuit of vehicle and personel, calibration of positioning equipment in navigation systems, pursuit and control of military unit movements, fire support units, dispatch and management of maneuvers, search and rescue activities. Keywords: TUSAGA-Aktif (CORS-TR), DGPS/RTK, NTRIP 1. GİRİŞ 10 Mart 2005 de Türkiye Bilimsel ve Teknolojik Araştırma Kurumu (TÜBİTAK) 1007 kodlu Kamu Kurumları Araştırma ve Geliştirme Projelerini Destekleme Programı adıyla yeni bir program başlatmıştır. Bu programda belirtilen hedefler doğrultusunda, Ağ prensibinde çalışan Gerçek Zamanlı Kinematik (RTK) GPS prensipli sabit GPS istasyonlarının kurulması ve datum dönüşüm parametrelerinin belirlenmesine ilişkin araştırma ve uygulama projesi İstanbul Kültür Üniversitesi (İKÜ) tarafından önerilmiş, Harita Genel Komutanlığı (HGK) ve Tapu ve Kadastro Genel Müdürlüğü (TKGM) müşterek müşteri olarak projeye dahil olmuştur. Söz konusu proje 08 Mayıs 2006 tarihinde başlamış ve Aralık 2008 itibariyle tamamlanarak proje ile oluşturulacak sistemin faaliyete geçirilmesi hedeflenmiştir. Projenin öncelikli hedefleri, tüm Türkiye de yaklaşık 145 sabit GPS istasyonu kurularak RTK düzeltme verileri sağlamak ve bu verilerle gerçek zamanlı ve santimetre mertebesinde hassas konumlama yapmaya olanak vermek ve farklı koordinat sistemleri arasındaki (ED50/WGS-84) dönüşüm parametrelerini hassas olarak belirleyerek kadastral, haritacılık, jeodezik ve bilimsel çalışmalar için veri sunmaktır (Şekil-1).

3 Şekil-1: Kurulması planlanan TUSAGA-Aktif (CORS-TR) istasyonları. TUSAGA-Aktif sisteminin işletilmesi ve düzeltme parametrelerinin hesaplanması tek bir merkezden yapılacaktır. Kurulacak tüm istasyonlardan toplanacak veriler ADSL ve GPRS/EDGE (ADSL çalışmadığı zamanlarda devreye girecek) yolu ile veri merkezine aktarılacak ve burada düzeltme parametreleri hesaplanarak tüm kullanıcılara aktarılacaktır. RTK düzeltme verileri en güncel RTCM (Radio Technical Commission for Aeronautics) iletişim formatında olacak ve GSM, GPRS, NTRIP (Internet Protokolü Üzerinden RTCM Verisinin Ağ Dağıtımı) vasıtalarından biri veya birkaçı yardımıyla gezici alıcılara gönderilecektir ( TUSAGA-Aktif ağının haritacılık sektöründe yoğun olarak kullanılması planlanmış olsa da, gerçek zamanlı olarak toplanacak GPS verisinin, ulaşımdan altyapı hizmetlerine, coğrafi bilgi sistemlerinden Savunma Teknolojilerine kadar birçok alanda yaygın olarak kullanılabileceği düşünülmektedir. Proje ile oluşturulacak sistem faaliyete geçtiğinde, coğrafi bilgi üreten tüm kurumların ve özellikle TKGM nin ve Belediyelerin ülke genelinde RTK ile hızlı ve hassas konum belirleme ihtiyacı karşılanacak ve konumlama hizmetlerinde tasarruf sağlanacaktır. TUSAGA-Aktif istasyonlarının yerlerinin seçiminde zemin yapısı, elektrik, telefon, İnternet ve güvenlik hususları dikkate alınmış ve tüm Türkiye de gerçekleştirilen arazi keşifleri neticesinde Devlet Meteoroloji İşleri Genel Müdürlüğü Meteoroloji İstasyonları, Üniversiteler, Belediyeler ile Kamu Kurum ve Kuruluşlarına ait bina ve araziler seçilmiştir. 2. TUSAGA-AKTİF (CORS-TR) SİSTEMİNİN GENEL ÖZELLİKLERİ Proje kapsamında kurulacak istasyonlarda birer adet GNSS (GPS+GLONASS) alıcısı ve alıcıya bağlı bir jeodezik GNSS anteni bulunacaktır. Kurulacak olan sistemde, sabit GPS istasyonları ile kontrol merkezi arasındaki iletişim ADSL üzerinden sağlanacaktır.

4 Ayrıca, ADSL hattında meydana gelebilecek veri kesikliklerinde mevcut bir Router ile GPRS modem devreye girecek ve veri iletimi GPRS/EDGE ile yapılacaktır. Kontrol merkezinde bulunacak sunucu (server) tüm istasyonlardan gelen anlık verilerden yararlanarak atmosferik modelleme yapacak ve DGPS/RTK düzeltme verileri hesaplayacaktır. Söz konusu düzeltme verileri ise arazide bulunan gezici alıcılara GPRS üzerinden aktarılacaktır. Bu şekilde tek frekanslı bir GPS alıcısı DGPS verisini kullanarak metre altı doğrulukta, çift frekanslı bir GPS alıcısı ise RTK verisini kullanarak 1-10 santimetre doğrulukta konum belirleyebilecektir. Veri aktarım formatı olarak NTRIP kullanılacaktır. NTRIP; diferansiyel düzeltme verisi veya diğer tür GNSS verisinin sabit veya gezici kullanıcılara Internet üzerinden yayınlanması için Almanya Jeodezi ve Kartoğrafya Kurumu (BKG) tarafından geliştirilmiş olup, Hypertext Transfer Protokolu (http) esaslı genel ve bağımsız bir protokoldür. NTRIP; GSM, GPRS, EDGE veya UMTS gibi Mobil IP ağları üzerinden internete kablosuz ulaşımı desteklemekte, aynı zamanda RTCM tarafından da önerilen bir standarttır. NTRIP sistemi üç yazılım bileşeninden oluşur; NtripClient, NtripServer ve NtripCaster. NtripCaster gerçek http server yazılımı olup, NtripClient ve NtripServer http client olarak davranır. NtripServer GPS referans istasyonundan veri almakta ve bunu NtripCaster a iletmektedir. NtripCaster bir telefon santralı gibi davranmakta ve NtripClient ları istedikleri veri dizilerine bağlamaktadır. Bu türde bir yapı yüzlerce gezici alıcıya aynı anda düzeltme verisi gönderilebilmesi amacıyla geliştirilmiştir (Şekil-2) Günümüzde DGPS ve RTK kullanıcıları için bir çok veri aktarım formatı kullanılmakla birlikte en yaygın kullanılanı RTCM veri aktarım formatıdır [1]. DGPS/RTK Gezici Alıcı NTRIP Client HTTP HTTP NTRIP Server RS232 Referans Alıcısı.. GPRS NTRIP CASTER COM port.. DGPS/RTK Gezici Alıcı BlueTooth ADSL / GPRS NTRIP Client HTTP HTTP NTRIP Server Ref. Alıcısı Şekil-2: NTRIP genel yapısı RTCM in SC-104 isimli komitesi tarafından 2004 yılı Şubat ayında diferansiyel GNSS hizmetleri için RTCM 3.0 protokolü kullanıma sunulmuştur. RTCM 3.0 ün daha önceki versiyonlardan en önemli farkı RTK mesajlarını desteklemesidir. Bu protokol GNSS RTK çalışmalarına yönelik verinin yanı sıra, kod, taşıyıcı faz gözlemleri, anten ve çevresel parametreleri de içermektedir. Daha da önemlisi, bu format üzerinde değişikliklere olanak verecek şekilde geliştirilmiştir (GALILEO, GPS L2C, L5 sinyalleri gibi) [2].

5 3. TUSAGA-AKTİF (CORS-TR) SİSTEMİNİN SAVUNMA TEKNOLOJİLERİNDEKİ KULLANIM OLANAKLARI TUSAGA-Aktif (CORS-TR) projesi ile sağlanacak DGPS ve RTK düzeltme bilgileri; * Her türlü harp silah ve aracının yönlendirilmesinde, * Araç ve personel takibinde (gizli veya açık), * Birlik intikallerinin takip ve kontrolünde, * Seyrüsefer sistemlerindeki konumlama donanımların (INS, Gyro vb.) kalibrasyonunda, * Ateş Destek Birimlerinde, * Harekât alanının sevk ve idaresinde, * Arama ve kurtarma faaliyetlerinde, * Mayınların harita üzerinde işaretlenmesi ve temizlenmesinde, * Hedef istihbarat uygulamalarında, * Sınır belirleme ve güvenliğinde, * İç güvenlik harekatında, * Hassas Meteorolojik bilgilerin elde edilmesinde, * İyonosferde doğal veya yapay (füze) sebeplerle meydana gelen değişimlerin belirlenmesinde, * Harita ve coğrafi veri üretiminde hızlı veri toplama çalışmalarında, kısacası, savunma teknolojileri kapsamında hassas konum bilgisi gerektiren tüm uygulamalarda kullanılabileceği değerlendirilmektedir. Örneğin muharebede, hedef koordinatlarının süratli ve yeterli duyarlıkta (doğrulukta) tespit edilerek, atış kontrol sistemlerine mümkün olan en kısa sürede iletilmesi çok önemlidir. Bir hedef koordinat belirleme sisteminde, öncelikle termal ya da başka bir yolla tespit edilen hedef, görünmeyen dalga boyunda bir Lazer ışını ile işaretlenir; hedefe olan mesafe (menzil), istikamet ve yükseliş açıları hesaplanır. Hedefe gözetleme yapılan yerin, yani mevziin koordinatları ise manuel olarak ya da harici bir GPS alıcısı üzerinden elektronik olarak girilir. Böylece sistem, GPS alıcısından alınan mevzi koordinatlarına hedefe ait istikamet ve yükseliş açıları ile mesafe bilgisini de ekleyerek hedef koordinatlarını hesaplamakta ve sayısal olarak başka sistemlere aktarılmaktadır. Söz konusu GPS alıcısının Gerçek Zamanlı Kinematik düzeltme bilgilerini alabilen bir alıcı olması durumunda, mevzi koordinatları ve dolayısıyla hedef koordinatları daha hassas olarak belirlenebilecektir (Şekil-3). Şekil-3: Hedef Koordinat Belirleme Sistemi (

6 ABD, körfez harekatı öncesi Irak ta öncelikle yatay ve düşey yer kontrol ağlarının mevcut olup olmadığını araştırmıştır. Araştırmalar neticesinde, Irak ta İngilizler (1917) ve Polonyalılar (1975) tarafından değişik amaçlarla ve değişik bölgeler için oluşturulmuş kontrol ağlarının olduğu, ancak ülke boyutunda ve tüm ihtiyaçlara cevap verebilecek yeterli doğruluğa sahip bir ağın mevcut olmadığı saptanmıştır. Ayrıca klasik ölçü teknikleri kullanılarak tesis edilmiş kontrol noktalarının bir çoğunun tahrip olduğu belirlenmiştir. Bu nedenle, gereksinim duyulacak güncel ve doğru coğrafi bilgiyi elde etmek üzere öncelikle çift frekanslı jeodezik alıcı ve antenlerden oluşan 6 istasyonlu Sabit GPS istasyonları ağı kurulmuştur (Şekil-4). Bu ağ ile coğrafi bilgi sistemleri, seyrüsefer sistemleri, topoğrafik harita üretimi, arazi analizleri ve kadastral ölçümler gibi tüm konuma bağlı uygulamalarda kullanılmak üzere bir altlık ağ tesis edilmiştir. Tesis edilen söz konusu GPS tabanlı kontrol ağına; Irak Konumsal Referans Sistemi (IGRS) adı verilmiştir. Bu sistemin sadece savaş ve terör koşullarında hizmet vermeyeceği, aynı zamanda Irak ın yeniden yapılandırılmasında da kullanılacağı ifade edilmektedir [3]. Şekil-4: Irak Sabit GPS İstasyonları Ağı Sabit GPS istasyonları ile kurulan ağ kapsamında tüm Irak için radyo modemler yardımıyla DGPS ve RTK hizmeti verilmektedir. Bu hizmet, çok küçük güç tüketimine sahip (8-10 watt) alıcılarda güneş panelleri ve kesintisiz güç kaynakları desteği ile 24 saat/365 gün kesintisiz olarak verilmektedir. İstasyonlarda toplanan ham GPS verileri Bağdat ta bulunan kontrol merkezine İnternet yolu ile aktarılmaktadır. Böylelikle santimetre doğruluğunda elde edilen konum bilgileri ile, mayın temizleme, uzaktan algılama ve silah mevziilerinin (topçu, radar, v.s.) konumlandırılması gibi askeri uygulamalar ile ülke temel GPS ağı noktalarının tesisi ve koordinatlandırılması ( nokta) ve yol yapımı gibi sivil projeler gerçekleştirilmektedir.

7 DGPS ve RTK verilerinin kullanılabildiği diğer bir alan ise araç/personel izleme ve bu şekilde oluşturulan Yönetim Sistemleridir. Bu sistemlerde araçlar dijital harita üzerinden takip edilebilmekte, araçların bulundukları yerin konum bilgileri, hızları ve faaliyetleri istenen periyotlarda kurulan izleme merkezinde harita üzerinden izlenebilmektedir. Bunun için araçlar üzerinde birer adet GPS monteli iletişim kiti, anteni ve GSM kartı olması yeterlidir. Her nekadar bu tür uygulamalarda veri iletiminde kriptolu veya kriptosuz telsizler de kullanılmakta ise de, halihazırda proje ile oluşturulacak sistemde veri iletimi GPRS üzerinden yapılacağından araçlar üzerindeki GPS alıcıları DGPS için tek frekanslı, RTK için ise çift frekanslı alıcılar olmalıdır. TUSAGA-AKTİF (CORS-TR) ağına benzer ağlar ABD, Almanya, Japonya gibi birçok gelişmiş ülkede aktif olarak kullanılmaktadır. Örneğin Almanya da kurulan SAPOS (Satellite Positioning Service of the German State Survey) ağı ülke boyutunda 250 istasyon ile hizmet vermektedir [4]. Düzeltme verileri RTCM formatında GSM ve 2 metre genişliğinde radyo frakansı ile yayınlanmaktadır. Söz konusu veriler kara ve deniz ulaşımı, güvenlik, mühendislik, hassas tarım ve ormancılık gibi bir çok alanda kullanılmaktadır (Şekil-5). Şekil-5: SAPOS/Almanya ağının kullanım alanları. ABD tarafından geliştirilen GPS teknolojisinin modernizasyonuna 1999 yılında başlanmıştır. Bu modernizasyon projesinin ilk ürünü GPS Block 2R-M1, diğer ürünü ise Block IIF uydularıdır. Yeni uydular sayesinde sivil kullanıcılar için halihazırda mevcut olan L2 üzerinde C/A kod yayını ile mevcut L1 ve L2 taşıyıcılara ilave olarak L5 taşıyıcı frekansı da (2012 yılına kadar 18 uydu tarafından yayınlanabilmesi planlanmaktadır) olacaktır. Burada modernizasyondan amaç, ormanlık alan, şehir merkezi gibi uydu görünürlüğünün açık alanlara oranla daha zayıf olduğu şartlarda daha fazla uydu sayısı ile güçlü sinyallerin izlenebilmesidir. Ayrıca Amerikan GPS sitemine ek olarak Rus GLONASS (Ocak 2008 itibariyle ancak 13 uydu faal olarak hizmet verebilmektedir) ve Avrupa nın uzayla ilgili en büyük projesi olan GALILEO nun devreye girmesiyle gökyüzünde daha çok uydu bulunacağından daha duyarlı konum belirlemek mümkün olacaktır.

8 Ancak, 30 uydudan oluşacak GALILEO projesinin tam olarak hizmet verebilmesinin 2012 yılından sonra mümkün olabileceği anlaşılmaktadır [5]. Konumlama maksatlı uydulardaki gelişmeler, halihazırdaki yalın GPS ve frekanslarla yeterli uydu görülemeyen yüksek binalarla çevrili şehir merkezlerinde ve ağaçlık bölgelerde daha hassas konumlama olanağı sağlayacaktır. Böylelikle doğru bir konumlama için gerekli olan en az 4 uydu ihtiyacı büyük ölçüde giderilmiş olacak ve yalın GPS, DGPS ve RTK uygulamalarında elde edilecek doğruluk daha da artacaktır. 4. SONUÇ TUSAGA-AKTİF (CORS-TR) projesinin Aralık 2008 itibariyle tamamlanması öngörülmektedir. Proje ile tüm Türkiye de yaklaşık 145 sabit GPS istasyonu kurularak kadastral uygulamalar, haritacılık ve jeodezik çalışmalar başta olmak üzere kalkınma amaçlarına yönelik gerçek zamanlı ve santimetre mertebesinde konum bilgisi sağlanacaktır. Ancak dünyadaki uygulamalar, DGPS ve RTK düzeltme bilgilerinin yalnızca sivil sektöre hizmet sunan kalkınma teknolojilerinde değil, aynı zamanda savunma teknolojilerinde de yoğun olarak kullanıldığını göstermektedir. Halihazırda, yalnızca GPRS/EDGE üzerinden sunulması planlanan ve RTCM formatında yayınlanacak düzeltme verileri, GPRS modeme sahip tek frekanslı (DGPS için) ve çift frekanslı (RTK için) alıcılar ile alınabilecektir. Söz konusu alıcılar yardımıyla savunma teknolojileri çerçevesinde; her türlü harp silah ve aracının yönlendirilmesi, araç ve personel takibi ve seyrüsefer sistemlerindeki konumlama donanımlarının (INS, Gyro vb.) kalibrasyonu, birlik intikallerinin takip ve kontrolü, Ateş Destek Birimleri, harekât alanının sevk ve idaresi, arama ve kurtarma faaliyetlerinin daha hassas olarak gerçekleştirilebileceği değerlendirilmektedir. KAYNAKÇA [1] Kahveci,M, Yıldız,F (2005), GPS Teori-Uygulama, Nobel Yayın Dağıtım. Ankara, Kasım, [2] Parkinson, B. W., Spilker, J.J. Jr., (1996), Global Positioning System: Theory and Applications, vols. 1 and 2, American Institute of Aeronautics, 370 L Enfant Promenade, SW, Washington, DC, [3] Cheves Media, (2005), The American Surveyor, Kasım, [4] [5] Grewal, S.Mohinder, et.al.,(2001), Global Positioning Systems, Inertial Navigation, and Integration, John Wiley & Sons, Inc. New York,USA,2001