DETERMINING SHORELINES USING GPS, KARABURUN EXAMPLE

Transkript

1 GPS İLE KIYI ÇİZGİSİNİN BELİRLENMESİ, KARABURUN ÖRNEĞİ N. O. AYKUT 1, U. DOĞAN 1, E. ATA 1, A. ARI 2 1 Yıldız Teknik Üniversitesi, İnşaat Fakültesi, Jeodezi ve Fotogrametri Mühendisliği Bölümü, Yıldız, İstanbul, oaykut@yildiz.edu.tr, dogan@yildiz.edu.tr, ata@yildiz.edu.tr 2 Yıldız Teknik Üniversitesi, İnşaat Fakültesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü, Yıldız, İstanbul, aari@yildiz.edu.tr Özet Dünya nüfusunun üçte ikilik kısmı kıyı şeritlerindeki yerleşim alanlarında yaşamaktadır. Dünyada olduğu gibi ülkemizde de kıyılar yerleşim, turizm, üretim, sanayi, ulaşım gibi değişik amaçlar için kullanılmakta ve bu çerçevede tahribatlara uğramaktadırlar. Kıyılarda meydana gelen en önemli tahribatlardan biri de suni kıyı besleme veya denizden bilinçsizce kum çıkarılmasıdır. Kıyılarda bilinçsizce gerçekleştirilen fiziksel müdahaleler sonucunda, kıyıların hidrodinamik ve ekolojik yapısı bozulmakta ve bunların sonucunda kıyı erozyonu ya da istenmeyen katı madde yığılmaları meydana gelmektedir. Kıyılarda oluşan bu değişimlerin izlenmesi ve nedenlerinin anlaşılması amacıyla kıyı çizgisinin periyodik olarak belirlenmesi gerekmektedir. Kıyı çizgisi gelişiminin belirlenmesi için tasarlanan sayısal modellerin beklenen sonuca ulaşması ancak saha ölçümlerinin doğru yapılması ile mümkün olmaktadır. Bu çalışmada kıyı çizgisine ait ölçüler RTK GPS yöntemiyle yapılarak, üç kilometre uzunluğundaki kıyı çizgisi çok kısa bir zamanda belirlenmiştir. Böylelikle diğer yöntemler ile karşılaştırıldığı düşünülürse hem zamandan, hem de emekten tasarruf edilmiştir. Anahtar kelimeler : Kıyı, kıyı çizgisi, RTK GPS. Abstract DETERMINING SHORELINES USING GPS, KARABURUN EXAMPLE The 2/3 of world population lives at sea side. As all around the world and also in our country, coastal areas are used for living, tourism, transportation, industry etc. Therefore, coastal areas are destroyed. Coastal hydrodynamics and ecology have become worst because of destruction. For determining these changes at coastal areas, we must measure the coastal lines periodically. Planning numerical models for determining shorelines evolution reaches expected results if the coastal surveying is done correctly. In this project, about 3 kilometers length of shoreline was determined by Real Time Kinematic GPS method in 2 hours. Keywords : Coast, shoreline, RTK GPS Kasım 2005, İTÜ İstanbul 329

2 1. Giriş Kıyılar, doğal dengeyi bozan kullanımlar nedeni ile tahribata uğramaktadır. Kıyıların ekolojik yapısı suni kıyı beslenme, denizden bilinçsizce kum çıkarılması gibi fiziksel müdaheler ile bozulmakta ve kıyı erozyonu meydana gelmektedir (Özener, vd., 2003). Kıyı çizgisinin değişiminin belirlenmesi, etkin kıyı alanı yönetimi için önemli bir kriter olup, çevrenin korunması ve sürdürülebilir gelişme için de gereklidir. Bu değişimin belirlenmesi için tasarlanan sayısal modellerde kullanılan verilerin sağlıklı olması gerekmektedir. Bu verilerin yetersizliği ve kıyı yapılarının yanlış projelendirilmesi kıyı alanlarında geri dönüşü olmayan bazı sorunlar yaratmaktadır (Arı, vd., 2005). Kıyı çizgisinin belirlenmesi için tasarlanan sayısal modellerin beklenen sonuca ulaşması ancak saha ölçümlerinin doğru yapılması ile mümkün olmaktadır. Günümüzde kıyı çizgilerinin belirlenmesinde fotogrametri, uzaktan algılama, yersel ve uydu tekniklerinden yararlanılmaktadır. Yapılan çalışmanın amacına ve beklenen doğruluğa göre yöntemler de farklılık göstermektedir. Teknolojideki değişime paralel olarak uydu teknikleri de ilerlemekte ve kullanıcılar için yeni ölçme yöntemleri geliştirilmektedir li yıllarda kullanılmaya başlanan GPS bu gelişimin en yararlı ürünlerinden biridir yılında faaliyete geçmesi beklenen GALILEO ile uydu tekniklerinin uygulama alanlarının daha da artacağı beklenmektedir. Kıyı çizgisinin değişiminin belirlenmesi ve kumlanma probleminin çözümü amacıyla Karadeniz kıyısında bulunan Karaburun da, TÜBİTAK tarafından desteklenen proje Yıldız Teknik Üniversitesi, İnşaat Mühendisliği Bölümü tarafından 2003 yılında başlatılmıştır. Farklı disiplinleri bir araya getiren bu projeye Jeodezi ve Fotogrametri Mühendisliği Bölümü, 2004 ölçme kampanyası ile katılmıştır. Bu bildiride, proje kapsamında yürütülmekte olan jeodezik çalışmalar anlatılmaktadır. 2. GPS ile Konum Belirleme Yöntemleri GPS ile yapılan ölçmelerde çoğunlukla koordinatı bilinmeyen noktaların koordinatları, koordinatı bilinen birkaç nokta referans alınarak bağıl ölçmeler ile belirlenmektedir. Bu ölçmelerde bilinmeyen noktaların koordinatları ölçme sonrası değerlendirmeler ile hesaplanmaktadır. Ancak hidrografik ölçmeler, taşıtların navigasyonu, dozerlerin yönlendirilmesi gibi uygulamalarda gerçek zamanlı veriye ihtiyaç bulunmakta ve toplanan üç boyutlu konum verileri, uygulama sırasında girdi olarak kullanılmaktadır. Artık haritacılık dışındaki çalışmalarda da ihtiyaç duyulan GPS ile konum belirlemeyi iki ana kısımda incelemek mümkün olabilir. Bunlardan biri, yerkabuğu hareketlerinin belirlenmesi, köprü, baraj, gökdelenler gibi mühendislik yapılarındaki deformasyonların tespiti gibi yüksek doğruluk beklenilen ölçme ve jeodezik amaçlı çalışmalar, bir diğeri ise navigasyon uygulamalarıdır (Şekil 1). Bilim adamları ve mühendisler bu sebeple ölçme ve navigasyon uygulamalarında rahatlıkla kullanılabilecek doğruluğu arttıracak yeni teknikler geliştirmişlerdir. Gerçek zamanlı kinematik (RTK) GPS yöntemi kullanılarak taşıyıcı faz gözlemleri ile santimetre doğruluğunda gerçek zamanlı ölçme yapmak mümkün olmaktadır (Langley, 1998). Şekil 2 de GPS ile konum belirlemede kullanılan yöntemlerin doğrulukları görülmektedir Kasım 2005, İTÜ İstanbul 330

3 Şekil 1. GPS ile konum belirleme yöntemleri (Langley, 1998). Şekil 2. Yöntemlerin doğrulukları (Seeber, 2000) Kasım 2005, İTÜ İstanbul 331

4 3. Gerçek Zamanlı Kinematik (RTK) GPS Yöntemi Gerçek zamanlı kinematik yöntem eş zamanlı ölçümlere olanak sağlayan ve bu amaçlar için kullanılmak üzere tasarlanmış bir ölçü yöntemidir (Aydın, vd., 2004). İşleyiş ve konfigürasyon açısından diferansiyel GPS (DGPS) e benzerlik göstermekte ve bu sebeple Presizyonlu DGPS (PDGPS) olarak da adlandırılmaktadır (Alkan, 1998). 3.1 Yöntemin Temel Prensibi RTK GPS uygulamalarında, koordinatları daha önceden bilinen bir noktada GPS alıcılarından biri sabit olarak sürekli gözlem yaparken, diğer hareketli GPS alıcısı da konum çözümünü gerçekleştirir (Şekil 3). Sabit alıcı ile uydu arasındaki herhangi bir t zamanında ölçülen taşıyıcı faz uzunluğu ile, uydu-alıcı arasındaki koordinat farklarından hesaplanan geometrik uzunluk karşılaştırılır. Taşıyıcı faz ölçülerine getirilecek düzeltme ve düzeltme oranı hesaplanarak gezici alıcılara radyo dalgalarıyla iletilir (Aydın, vd., 2004). Gezici alıcılar, kodlanarak radyo dalgaları üzerine modüle edilmiş olan düzeltmeleri alarak, kendi taşıyıcı faz ölçülerine düzeltme olarak getirirler. Böylelikle gezici alıcıların hassas olarak konumları belirlenir. Şekil 3. RTK GPS konfigürasyonu Gerçek zamanlı kinematik uygulamalarda genellikle taşıyıcı faz moduyla çalışılır. Taşıyıcı faz ölçüleriyle yüksek doğruluk elde etmek için uydular ile hareketli alıcılar arasındaki dalga boyunun tamsayı değerini hesaplamak gerekmektedir. Kinematik uygulamalarda bu değer, ölçüye başlanmadan önce biraz beklenerek, statik ölçmeler yapılarak çözülmektedir. Ölçü sonrası değerlendirmelerde ise bu çözüm değerlendirme programları ile yapılmaktadır. Ancak hidrografik ölçmeler gibi hareketli alıcının sabit duramayacağı uygulamalarda tam sayı bilinmeyeni OTF (On-The-Fly) tekniği ile çözülmektedir. Kinematik OTF, başlangıç tam sayı belirsizliğinin statik olarak çözümünü gerektirmeden, hareket halindeki bir taşıttaki alıcıda yapılan ölçülerle bu belirsizliğin tespitini mümkün kılmaktadır Kasım 2005, İTÜ İstanbul 332

5 OTF yöntemi ile çözümün başarısı, uydu sayısı ve geometrisine, kullanılacak verinin türüne ve kalitesine, sabit ile hareketli alıcılar arasındaki uzaklığa ve atmosferik hatalara bağlıdır. OTF çözümünün performansını azaltan en önemli etken ise sinyal yansımasıdır (Alkan, 1998). Yansıma etkisi, etkiyi azaltan antenler kullanılarak en aza indirilebilir ya da modellenerek ölçülerden uzaklaştırılır. 4. Kıyı Çizgisi ile İlgili Genel Tanımlamalar Kıyı çizgisi ile ilgili genel tanımlar aşağıda sıralanarak (Şakar, 1999), Şekil 4 de bir arada gösterilmiştir. Şekil.4 Kıyı çizgisi ile ilgili gösterimler Kıyı Çizgisi: Deniz, tabii ve suni göl ve akarsularda, taşkın durumları dışında, suyun karaya değdiği noktaların birleşmesinden oluşan çizgidir. Kıyı Kenar Çizgisi: Deniz, tabii ve suni göl ve akarsularda, kıyı çizgisinden itibaren kara yönünde su hareketlerinin oluşturduğu kumluk, çakıllık, kayalık, taşlık, sazlık, bataklık ve benzeri alanların doğal sınırıdır. Kıyı: Kıyı çizgisi ile kıyı kenar çizgisi arasında kalan alandır. Sahil Şeridi: Kıyı kenar çizgisinden itibaren kara yönünde yatay olarak en az 100 metre genişliğindeki alandır Dar kıyı: Kıyı çizgisi ile kıyı kenar çizgisinin çakışık olduğu kıyıdır. 5. RTK GPS ile Kıyı Çizgisinin Belirlenmesi 5.1 Proje Bölgesinin Tanıtılması Projenin bölgesi İstanbul un Kuzeybatısında Karadeniz sahilinde bulunan Karaburun sahilidir (Şekil 5). İstanbul dan yaklaşık bir buçuk saat mesafe uzaklıkta olan bu sahil kasabasında kıyı çizgisindeki değişimlerin belirlenmesi ve bu değişimlere neden olan fiziksel kıyı olaylarının tespiti amaçlanmaktadır Kasım 2005, İTÜ İstanbul 333

6 Şekil 5. Proje bölgesi ve kıyı şeridi 5.2 Proje Bölgesinde Jeodezik Ölçme ve Değerlendirmeler Ölçmelere başlamadan önce bölgede istikşaf çalışması ile mevcut arazi durumu göz önüne alınarak planlama yapılmıştır. Yapılan istikşaf sonucunda Karaburun da kıyıya yakın yerlerde bulunan mevcut nirengi noktaları saptanmıştır. Ölçümü yapılacak yaklaşık 3 km boyunca uzanan kıyı çizgisine paralel şekilde yaklaşık 400 metre aralıklarla noktalar belirlenmiş ve baz hattı oluşturulmuştur. Kıyıya dik her 400 metrede bir derinlik verisi toplanacağı düşünülmekteydi. Kıyı çizgisinin belirlenmesi gerçek zamanlı kinematik yöntem ile yapılacağından sabit (referans) alıcının kurulacağı noktaların da koordinatlarının belirlenmesi gerekmekteydi ve tarihlerinde 2 adet Ashtech Z-Surveyor (YTÜ) ve 4 adet Trimble 4000 SSI ve SSE (TUBİTAK-MAM) GPS aletleri kullanılarak Fl.5s.54m.15M özellikteki Karaburun fener mevkiindeki N noktasında ve baz hattı boyunca tesis edilen 9 noktada GPS ölçüleri gerçekleştirilmiştir. GPS ölçüleri 15 saniye kayıt aralığında 4 saatlik oturumlar şeklinde toplanmıştır (Şekil 6). Şekil 6. Statik ölçüm Bu periyotlarda toplanan GPS ölçüleri Bern Üniversitesi (İsviçre) tarafından geliştirilen Bernese 4.2 GPS yazılımı ile değerlendirilmiştir. Uluslararası Jeodinamik GPS Servis (IGS) hassas GPS efemerisleri ve yer dönme parametreleri IGS in veri merkezinden elde edilerek değerlendirmede kullanılmıştır. SOPAC Kasım 2005, İTÜ İstanbul 334

7 (Scripps Orbit and Permanent Array Center) tarafından hesaplanan IGS noktalarından ISTA ( o N, o E) noktasının ölçü epoğundaki ITRF2000 koordinatları üzerine sıkı koşul konarak (datum tanımı) ağın diğer noktalarının ITRF2000 koordinatları belirlenmiştir. 5.3 Kıyı Çizgisinin Ölçümü tarihinde Ashtech Z-Surveyor GPS alıcıları ve ekipmanları kullanılarak, RTK GPS yöntemiyle, baz hattında tesis esilen noktaların bazıları referans istasyonu olarak seçilerek, diğer alıcı ile kıyı çizgisi boyunca yürüyerek, ITRF2000 koordinat sisteminde 10 metre aralıklar ile kıyı çizgisinin ölçümü yapılmıştır. Toplanan veriler bilgisayara aktarılarak, Netcad haritacılık yazılımında kıyı çizgisi çizilmiştir (Şekil 7). Şekil yaz kampanyasına ait Karaburun kıyı çizgisi Projenin devam etmesi ve 2005 yılında yapılacak ölçümlerin, bildirinin hazırlandığı sırada daha tamamlanmadığından 2. periyot ölçülere bu çalışmada yer verilmemiştir. 6. Sonuç ve Öneriler Kıyılarımızın özellikle kumsallık bölgelerinde, dere ve akarsu ağızlarında, kıyı çizgileri doğal ya da yapay etkiler nedeniyle sürekli değişmektedir. Kıyı çizgisi gelişimin belirlenmesi için tasarlanan sayısal modellerin beklenen sonuca ulaşması ancak saha ölçümlerinin doğru yapılması ile mümkün olmaktadır. Yersel yöntemler ile yapılan ölçmelerde kullanılan poligon noktaların birbirlerini görme zorunlulukları nedeniyle arazide çok sayıda poligon noktası tesis edilmekte, dolayısıyla çalışmalar yavaş ilerlemektedir. RTK GPS yöntemi ile, referans noktası bir dairenin merkezi olarak düşünüldüğünde kullanılan modemin gücüyle doğru orantılı olarak km yarıçapındaki bir alanda noktaların birbirini görme zorunluluğu Kasım 2005, İTÜ İstanbul 335

8 olmadan ölçüm yapılabilmektedir. Kıyı çizgilerinin yersel yöntemler ile ölçümü fazla zaman, emek ve işgücü almasına karşın RTK GPS yöntemiyle daha az zamanda, daha az emek ve işgücü harcayarak ölçüm yapmak mümkün olmaktadır. Proje bölgesindeki yaklaşık 3 kilometre uzunluğundaki kıyı çizgisi 2 saat gibi kısa bir zamanda yürüyerek ölçülmüştür. RTK GPS yöntemiyle dar kıyı niteliğinde olan Üsküdar, Salacak mevkiinde yapılan bir başka uygulamada, gerçek zamanlı kinematik olarak toplanan verileriyle, 1/1000 ölçeğinde hava fotoğraflarından üretilmiş olan halihazır haritaların uyuştuğu görülmüştür. Bu ölçümlerde maksimum farkın 5 cm civarında olduğu belirlenmiştir (Aydın, vd., 2005). Bu fark kıyı çizgilerinin belirlenmesi için uygun bir doğruluk değeridir. Karaburun da kıyı niteliğinin dar kıyı olmaması nedeniyle böyle bir karşılaştırma yapılmamıştır. 7. Kaynaklar Alkan, R.M., (1998), Prezisyonlu Hidrografik Çalışmalar için GPS Yöntemi ile Bat-Çık (Heave) Etkisinin Giderilmesi, Doktora tezi, İTÜ Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul. Arı, A., Yüksel Y., Çevik, E., (2005),Kıyı Çizgisi Değişiminde Kullanılan Sayısal Modellerin Değerlendirilmesi, 5.Ulusal Kıyı Mühendisliği Sempozyumu, Bodrum. Aydın, Ö., Aykut, N.O., Akpınar, B., Ata, E. (2005), RTK GPS Yöntemiyle Kıyı Çizgisinin Ölçülmesi, 5.Ulusal Kıyı Mühendisliği Sempozyumu, Bodrum. Aydın, Ö., Ata, E., Pırtı, A., (2004), RTK Sisteminin Poligon Ölçmelerinde Kullanımı, Sigma Mühendislik ve Fen Bilimleri Dergisi, Sayı 1, Yıldız, İstanbul,s Hofmann, W., Lichtenegger, J., ve Collins, J., GPS Theory and Practice, 5 th Edition, 2001, SpringerWien NewYork. Langley, R.B., (1998), RTK GPS, GPS World, September, pg.70. Özener, H., Doğru, A., Yılmaz, O., Turgut, B., Gürkan, O., Börekçi, O. ve Otay, E., Kilyos Kıyı Şeridinin Belirlenmesi, Türkiye 9. Harita Bilimsel ve Teknik Kurultayı, 31 Mart-4 Nisan, 2003, Ankara. Rizos, C., (2001), Precise GPS Positioning: Prospects and Challenges, 5.th İnt.Symposium on Satellite Navigation Technology&Applications, Australia. Seeber, G., Real-Time Satellite Positioning on the Centimeter Level in the 21st Century Using Permanent Reference Stations, 2000, University Hannover. Şakar, M., (1999), İmar Mevzuatı, 4.basım, Yayın no:324, ISBN , Beta Basım Yayım Dağıtım A.Ş.,Cağaloğlu, İstanbul Kasım 2005, İTÜ İstanbul 336