DEPREM KAYITLARININ İRDELENMESİ İÇİN AÇIK KAYNAKLI ÇEVRİMİÇİ BİR SERVİS

Transkript

1 ÖZET: DEPREM KAYITLARININ İRDELENMESİ İÇİN AÇIK KAYNAKLI ÇEVRİMİÇİ BİR SERVİS Ahmet Anıl Dindar 1, Burcu Ayar 2 ve A. Can Zülfikar 3 1 Yard.Doç.Dr., İnşaat Müh. Bölümü, Gebze Teknik Üniversitesi, Gebze, Kocaeli 2 Yüksek Lisans Öğrencisi, İnşaat Müh. Bölümü, Gebze Teknik Üniversitesi, Gebze, Kocaeli 3 Yard.Doç.Dr., İnşaat Müh. Bölümü, Gebze Teknik Üniversitesi, Gebze, Kocaeli adindar@gtu.edu.tr Deprem mühendisliği konularından bir tanesi Kuvvetli Yer Hareketlerinin İncelenmesi için kapsamlı çalışmalar yapılmaktadır. Bu çalışmalar sonucunda, ham haldeki yer hareketlerinin filtrelenmesi, zaman serilerinin üretilmesi, zaman ve frekans alanlarında mühendislik parametrelerinin hesaplanması işlemleri için olgunlaşmış algoritmalar çok çeşitli bilgisayar programlarının içinde yer alır hale gelmiştir. Kullanıcı dostu olması amacıyla bir arayüz ile erişilen bu programlar aslında yeni araştırmacılar, deprem mühendisliği eğitimi alan öğrenciler için birer engeldir. Tekrarlı analizler yapacak olan araştırmacıların arayüz ile erişimi kısıtlanmış algoritmaları çoklu olarak kullanması mümkün değildir. Öte yandan yurtdışı kaynaklı programlara erişim kısıtlanmış sürelerle sağlanabilmektedir. Oysa ki algoritmaların işletim sisteminden bağımsız, açık kaynaklı, geliştirilebilir yazılımlar içinde yer alması stratejik olarak daha değerlidir. Bu çalışma, Gebze Teknik Üniversitesi Deprem ve Yapı Mühendisliği Lisansüstü Programlarında eğitim alan öğrencilerin gelişmesinde katkıda bulunduğu web tabanlı ve açık kaynak felsefesine dayanan Deprem Kaynaklarının İrdelenmesi İçin Çevrimiçi Servis programı hakkında bilgiler içermektedir. İlk sürümü oluşturulan program üzerinde yapılan testler başarılı sonuçlar vermiştir. Önerilen programa ait kullanımı ve kaynak kodları bu çalışmada yer almaktadır. ANAHTAR KELİMELER: Kuvvetli Yer Hareketi Verileri, Çevrimiçi Erişim, Açık Kaynak, Python AN OPEN SOURCE ONLINE SERVICE FOR THE EVALUATION OF THE EARTHQUAKE RECORDS ABSTRACT: Extensive studies have been conducted in process of the Strong Ground Motion Records as a part of Earthquake Engineering. Detailed algorithms of filtering, derivation of the time series, calculation of the engineering parameters in the time and frequency domains from using raw records have been implemented into various computer programs. Even though these programs have been user-friendly due to their interface, indeed, they are obstacles for the new researchers and students studying earthquake engineering. It is not possible to benefit from these programs through their UIs for the repeating analysis. On the other hand, the programs developed in foreign countries limits the access for certain time. However, operating system free, open source, extendible software those including these algorithms are strategically invaluable. This study explains An Online Service for the Evaluation of the Earthquake Records contributed by the students from Earthquake and Structure Graduate Program in Gebze Technical University. The preliminary tests conducted on the first version of the program are considered as successful. The use of the program and the source codes are provided within this study. KEYWORDS Strong Ground Motion Records, Online Access, Open Source, Python

2 1. GİRİŞ Günümüzde mühendislik çalışmalarında araziden toplanan verilerin incelenmesi ve bu elde edilen sonuçlar ışığında uygulamaya yönelik olarak yeni yaklaşımların sergilenmesi esastır. Deprem mühendisliği alanı bu yaklaşımın en net görüldüğü branştır. Doğal bir olay olan deprem yani kuvvetli yer hareketinin mühendislik yapılarına olan etkilerinin bilinmesi ve oluşan zararlar indirgenmesi için arazide bulunan kayıt cihazlarının önemi büyüktür. Ancak daha önemli olan elde edilen kayıtların sağlıklı incelenmesidir. Deprem mühendisliği ve sismolojinin ortak noktası olan kuvvetli yer hareketlerinin incelenmesi alanında günümüzde bir boşluk bulunmaktadır. Üniversitelerin lisansüstü programlarında yer alan dersler kapsamında deprem kayıtlarının anlamlandırılması konusu anlatılmakla beraber veri işleme amacıyla kullanılan yöntem ve araçlar nispeten kısıtlıdır. İnternet sayesinde iletişim ve paylaşımın geçmiş zamanlara göre çok daha fazla olması olumlu bir gelişme olarak düşünülse de aslında bu durum bir tehlikedir. Öğrenciler, kuvvetli yer hareketi derslerinde deprem verisi incelemek amacıyla kullanacakları araç olarak çoğunlukla yurtdışında geliştirilmiş olan yazılımlara yönelmektedir. Sonuca hızlı erişmek için inkâr edilemeyecek şekilde pratik olan bu yönelim aslında bilgi birikimi ve becerinin geliştirilmesi stratejisinde ciddi bir olumsuzluk yaratmaktadır. Zira veri inceleme ihtiyacını kolaylıkla çözmek demek aslında inceleme alanındaki olası bir geliştirmeyi yapamama ve hatta literatüre eklenen gelişmeleri temin edilen programın içine katılmasını beklemek gibi bir duruma dönüşmektedir. Deprem Mühendisliği alanındaki araştırmacı öğrencilerin bu acı duruma düşmesi açıkçası yakın zamanda daha da önem kazanacak olan Performans Esaslı Değerlendirme ve Tasarım konularında ciddi bir açmaza yol açacaktır. Dolayısıyla orta vadede profesyonel mühendislik hizmetlerinde de aksaklıklar yaşanacak ve gelişmiş analiz/tasarım yaklaşımlarına geçişler zorlu olacaktır. Bu çalışmanın amacı, zaman içinde gözlemlenen; hazır paket programlarının kullanımlarını artmasına karşısında bir önlem alma, eğitim kurumlarının asli görevlerinden olan bilgi üretme ve yaygınlaştırmayı destekleme ve açık kaynak/erişim felsefesine bağlı olarak geliştirilen yazılımla ilgili bilgi vermektir. 2. KUVVETLİ VERİ HAREKETLERİ VERİ TABANLARI VE VERİ İŞLEME ARAÇLARI Dünya genelinde sismik hareketlilik ve veri toplama sistemleri incelendiğinde gelişmiş ülkelerde bilinçli bir yapılanmanın olduğu görülmektedir lerden itibaren kayıt ölçerlerin sahaya yerleştirilmeye başlanmış, alınan veriler ışığında bölgesel depremsellik analizleri yapılmış, kayıtların incelenmesi sonucunda depreme dayanıklı yapı tasarımında talep kavramı şekillenmiştir. Deprem afetinin etkin olduğu bölgelerde yoğunlukla yerleştirilen deprem izleme istasyonları, Şekil 1, sayesinde toplanan deprem verileri anlık olarak işlenmektedir. Bu sayede deprem sonrası afet durumlarının belirlenmesi ve alınacak kararlarda destek mekanizması olarak bu sistemler çalışmalara destek vermektedir.

3 Şekil 1 Dünya genelindeki sismik izleme istasyon dağılımı. Renk ölçeği 10 lik alandaki istasyon sayısını ifade etmektedir. ((IRIS) 2017a) Dünya genelinde deprem verisi toplayan ve işleyen birçok kurum bulunmaktadır. Gelişen teknoloji ve küreselleşeme olgusundan katkısıyla bu kurumların verilerine hızlı ve güvenilir şekilde erişmek mümkün olmaktadır. Deprem mühendisliği alanında bilinen ve referans gösterilen en önemli veri tabanı Pasifik Deprem Mühendisliği Araştırma Merkezi (PEER) tarafından işletilmekte olan yer hareketi veri tabanıdır ((PEER) 2017) ların sonundan itibaren toplanan yer hareketlerini internet ortamında paylaşan PEER sistemi 2010 dan itibaren web sitesi üzerinden veri paylaşımının yanında tamamlamış olduğu araştırmalar neticesinde kazandığı bilgi ve beceriyle veri işleme (seçme ve ölçekleme) araçlarını da hizmete sokmuştur, Şekil 2. Araştırmacılar, çalışmalarında kullanmak üzere PEER veri tabanından kullanacakları kayıtlar için hem seçme hem de ölçekleme işlemini bir arada yapabilmektedir. PEER veri tabanı yer hareketi veri tabanı sistemleri içerisinde günümüzde en öne çıkan sistem sahiptir. Şekil 2 PEER veri tabanı sorgulama ekranı. Deprem mühendisliği alanında hizmet veren ikinci geniş veritabanı ABD de yerleşik bulunan kurumların ortaklığı ile çalıştırılmakta olan Mühendislik Kuvvetli Yer Hareketi Veri Merkezi dir ((CESMD) 2017). CESMD veri tabanında tarihi ve güncel depremlerin ham ve filtrelenmiş kayıtlarına ulaşmak mümkündür, Şekil 3. PEER sisteminin aksine CESMD sisteminde veri işleme araçları bulunmamaktadır.

4 Şekil 3 CESMD veri tabanı sorgulama ekranı. Deprem mühendisliği alanında kullanılan veriler, sismogramlardan elde edilen ivme kayıtlarıdır. İvme kayıtları arazideki sistemlerde ham halleriyle kayıt edildiklerinden mühendislerce kullanılması için fiziksel büyüklüklere çevrilmesi ve filtreleme işlemlerinin yapılması gereklidir. Yukarıda örnekleri verilen veri tabanlarında yer hareketleri fiziksel büyüklük yani ivme cinsinden paylaşılmaktadır. Öte yandan sismoloji alanındaki çalışmalarda yer hareketleri diğer dalga formları cinsinden saklanmaktadır. Bu alanda en gelişmiş veri tabanı Sismoloji için Kurulan Araştırma Kurumları (IRIS) sistemidir ((IRIS) 2017b). Sismoloji alanında eğitim ve araştırma faaliyetleri için kaynak ve bilgi sağlayan kuruluşu ABD nin Bilimsel Araştırma Fonu desteklemektedir. IRIS in web sitesindeki zaman serileri çok değişik formatlarda bulunmakla beraber, web arayüzü aracılığıyla istenen formatta veri üretmek de mümkündür. Bu açıdan düşünüldüğünde IRIS sistemi, sismoloji ve deprem mühendisliği alanlarında veri paylaşımı ve işlemesi açısından en etkili veritabanı ve hizmetlerine sahip olduğu görülmektedir. Şekil 4 IRIS zaman serisi işleme arayüzü.

5 Ülkemizde kuvvetli yer hareketi veri tabanı oluşturulması ve paylaşılması, modern anlamda, TÜBİTAK ın desteğiyle yılları arasında gerçekleştirilen Ulusal Kuvvetli Yer Hareketi Şebekesi Veri Tabanının Uluslararası Ölçütlere Göre Derlenmesi (105G016) projesi kapsamında olmuştur. Bir Kamu Araştırma ve Geliştirme projesi olan çalışma sırasında ülkemiz genelinde bulunan kuvvetli yer hareketi izleme ağı güncellenmiş, merkezi bir sunucuda çevrimiçi veri toplanması ve verilerin gerçeğe yakın zamanlı işlenmesi sağlanmıştır. Projenin tamamlanmasıyla ülkemizde gerçek anlamda sürdürülebilir ilk kuvvetli yer hareketi veri tabanı oluşturulmuştur Şekil 5. Şekil 5 Ulusal Kuvvetli Yer Hareketi Veri Tabanı Sistemi nin ilk hali yılından itibaren ulusal veri tabanı sistemini temel alacak şekilde Deprem Ön Hasar Tahmin Sistemi geliştirilmiş ve bu kapsamda veri tabanında yapılan iyileştirmeler sonucunda ülkemizde ve civarında oluşan depremlerin ivme kayıtları kısa zamanda yayınlanır hale gelmiştir Şekil 6. Bu gelişme deprem mühendisliği alanında araştırma ve eğitim faaliyeti sürdüren araştırmacılar ve öğrenciler için ulusal bir kaynak anlamına geldiğinden ulusal gelişim strateji açısından önemlidir. Günümüz analiz ve tasarımlarında kullanılan temel giriş bilgisinin deprem kayıtları olduğunu unutmadan bu alanda daha yapılması gereken nice çalışmaların olduğunu belirtmekte fayda vardır. Şekil 6 Ulusal Kuvvetli Yer Hareketi Veri Tabanı Sistemi nin güncel hali Ulusal Kuvvetli Yer Hareketi Veri Tabanında (UKYHVT) deprem verileri ham haliyle yer almakta olup seçilmesi ve işlenmesi için bir servis bulunmamaktadır. Bu çalışmada adım atılan açık kaynaklı ve çevrimiçi çalışan yazılım algoritmasının UKYHVT de eksik olan bir hizmeti yerine getirmesi olasılığı bulunmaktadır.

6 3. ÖNERİLEN PROGRAMIN İÇERİĞİ VE KAPSAMI Ham halde bulunan deprem verilerini işlemek amacıyla oluşturulan yazılım Python dilinde geliştirilmiştir. Python, günümüzde araştırmacılar için öğrenilmesi ve kullanımı sonra derece kolay olan açık kaynaklı ücretsiz bir yazılım aracıdır. Yazılımın geliştirilmesi stratejisi oluşturulurken aşağıdaki adımlar dikkate alınmıştır: 1. Takip edilebilir bir yapısı olmalı, 2. Döngüler ve rutinler tek bir dosya içerisinde yer almalı, 3. Bağlılık gerektiren rutin sayısının az olmasına özen gösterilmesi, 4. Geliştirilmeye uygun olması. Belirtilen önceliklere göre yapılan düzenlemeler sonucunda programın ilk hali ortaya çıkartılmış ve yapılan testlerde başarılı sonuçlar alınmıştır. Program, yerelde bir Python işlemci ile çalıştırılabildiği gibi, html sayfa işlemcisi olarak hizmet veren Jupyter sunucusu aracılığıyla çevrimiçi olarak da kullanmak mümkündür. Programın akış şeması Şekil 7 de verilmiştir. Şekil 7 Program akış şeması Programın ilk sürümü kapsamında aşağıda belirtilmiştir; 1. Ulusal Kuvvetli Yer Hareketi Veri formatının okunması, 2. İletilen deprem verisinin başlık satırlarından metadatanın okunması, 3. İvme değerlerinin yönlere göre bileşenlere ayrıştırılması, 4. Ham verinin trend çizgisi ve Butterworth Band Pass filtrelemesinin yapılması, 5. Filtrelenmiş ivme verisinden hız ve yer değiştirme serilerinin türetilmesi, 6. Frekans Genlik Spektrumunun çıkartılması, 7. Elastik Tepki Spektrumlarının çıkartılması, 8. Etkin sürenin Arias Intensity değerinden elde edilmesi. 4. PROGRAMIN UYGULAMA ÖRNEĞİ Programın ilk sürümü üzerinde yapılan testlerde başarılı sonuçlar alınmıştır, Şekil 8.

7 Şekil 8 Çevrimiçi çalışan programın kaynak kodu açık ve kapalı halleri Program belirtilen akış şemasındaki işlemleri kısa süre içinde tamamlamakta olup ortaya çıkan MS Word formatındaki rapor içeriği düzeltilebilir bir haldedir. Programın kullanımı ile ilgili olarak hazırlanmış multimedia gösterimine adresinden ulaşmak mümkündür. Şekil 9 Programın çalıştırılması. Programın kaynak kodlarına erişim linki üzerinden olmaktadır. Yukarıda belirtilen linkin bulunduğu web alanında kullanıcıların sorularını cevaplamak, oluşan problemleri yanıtlamak üzere çeşitli araçlar bulunmakta olup ilerleyen zamanlardaki gelişmeler bu alanda paylaşılacaktır. 5. SONUÇLAR Kuvvetli yer hareketi verilerinin incelenmesi deprem mühendisliği alanında önemli bir konudur. Bu konuda lisanüstü öğrencilerinin kullanacağı yazılım araçlarında gözle görülür şekilde dışarıya bağımlılık ve geliştirmeme eksikliği bulunmaktadır. Bu eksiklik profesyonel mühendislik hizmetlerini zaman içinde

8 etkileyecek olması sebebiyle stratejik bir konudur. Dünya genelinde örnekleri bulunan veri tabanlarıyla karşılaştırıldığında oldukça avantajlı ve potansiyeli yüksek durumda olan Ulusal Kuvvetli Yer Hareketi Veri Tabanındaki kayıtları esas alan bir açık kaynaklı yazılım geliştirilmiş olup, ilk sürümü üzerinde yapılan testler başarılı sonuçlar vermiştir. Yakın zamanda bu programın temel alındığı web tabanlı anlık veri işleme hizmetlerinin oluşturulması planlanmaktadır. KAYNAKLAR (CESMD), Center for Engineering Strong Motion Data Center for Engineering Strong Motion Data (CESMD). Accessed July (IRIS), Incorporated Research Institutions for Seismology. 2017a. GSN Maps. Accessed July b. Incorporated Research Institutions for Seismology (IRIS). Accessed July (PEER), Pacific Earthquake Engineering Research Center PEER Ground Motion Database. Accessed July 23.