FARKLI JEODEZİK ÖLÇME YÖNTEMLERİ İLE YÜKSEKLİK DEĞİŞİMLERİNİN İNCELENMESİ B. GELİN 1, S.O. DÜNDAR 1, S. ÇETİN 2, U. DOĞAN 2 1 Yıldız Teknik Üniversitesi, İnşaat Fakültesi, Harita Mühendisliği, İstanbul bengisugelin@gmail.com, sefaonurdundar@hotmail.com 2 Yıldız Teknik Üniversitesi, İnşaat Fakültesi, Harita Mühendisliği, Jeodezi Anabilim Dalı, İstanbul sdacetin@yildiz.edu.tr, dogan@yildiz.edu.tr Özet Bu çalışmada, farklı jeodezik ölçme yöntemleri kullanılarak elde edilen yükseklik değişimleri incelenmiş ve yöntemlerin yükseklik farkları üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Bu kapsamda Yıldız Teknik Üniversitesi Davutpaşa Kampüsü nde eğimli ve düz arazide 13 noktadan oluşan iki farklı ağ tasarlanmıştır. Ağdaki nokta yükseklikleri arasındaki farklar, GNSS (Global Navigation Satellite Systems) ve geometrik nivelman yöntemleri kullanılarak belirlenmiştir. Bu ağ noktalarında yaklaşık 2-3 saat eş zamanlı olarak GPS ile statik ve İSKİ-CORS a bağlanılarak kinematik ölçmeler yapılmıştır. Bu veriler değerlendirilerek, noktalara ilişkin elipsoidal yükseklikler elde edilmiş ve EGM08 jeoit modeli kullanılarak ortometrik yükseklikleri belirlenmiştir. Ayrıca belirtilen noktalarda geometrik nivelman ölçmeleri yapılmış ve noktaların yükseklik farkları dengeleme ile hesaplanmıştır. Yapılan ölçümler sonucunda elde edilen yükseklik farkları karşılaştırılarak düz bölgede yapılan GPS statik ölçmeler ile geometrik nivelman ölçmeleri arasındaki farkın en fazla 2.68 ± 0.51cm iken İSKİ-CORS ve nivelman ölçmeleri arasındaki yükseklik farkı değişiminin en fazla 3.04 ± 0.51 cm olduğu, eğimli bölgede yapılan ölçmelerde ise nivelman ve GPS statik ölçmeler arasındaki farkın en fazla 1.7 ± 0.47 cm, nivelman ve İSKİ-CORS yöntemleri arasındaki farkın ise en fazla 2.35 ± 0.47cm olduğu görülmüştür. Anahtar Kelimeler: GPS/GNSS, Nivelman, kinematik ölçüm, statik ölçüm, ortometrik yükseklik, EGM08 INVESTIGATION OF ELEVATION CHANGE WITH DIFFERENT GEODETIC MEASUREMENT METHODS Abstract In this paper, height differences obtained via geodetic measurement methods were examined and the effects of these methods on the height differences were investigated. The height differences were determined using GNSS (Global Navigation Satellite Systems) and levelling methods. Two different networks, one is a sloping land and the other is a flant land, each consist of seven sites, have been designed in Yildiz Technical University Davutpasa Campus. In these network sites, static measurements with GPS for 2-3 hours and kinematic measurements by connecting to ISKI-CORS were done. After
2 ellipsoidal heights were obtained with the data sets, orthometric heights were calculated with using EGM08 geoid model. Besides, levelling measurements were carried out and the orthometric heights were determined with least squares method. All measurements were compared with each other and the results were handled for two different measurement areas, flat and sloping land. Maximum difference between GPS static and levelling measurement is 2.68 ± 0.51cm, between İSKİ-CORS and levelling is 3.04 ± 0.51 cm for straight land. For the sloping land, maximum differences between GPS static and levelling and between ISKI-CORS and levelling are 1.7 ± 0.47 cm, 2.35± 0.47 cm respectively. Key Words: GPS/GNSS, levelling, kinematic measurement, static measurement, ortometric height, EGM08 1. Yöntem Şekil 1. Nokta Konumları Bu çalışma kapsamında oluşturulan noktalarda 26.02.2016 tarihinde GPS ile statik ölçmeler (yaklaşık 2 saat) gerçekleştirilmiştir (Şekil 1). GPS ölçmelerinde Trimble Netr9 alıcılar ile Trimble hassas jeodezik antenler kullanılmıştır. Ölçüler ticari bir yazılım olan Leica Geo Office kullanılarak değerlendirilmiştir. Ölçülerin değerlendirme aşamasında, IGS istasyonu ISTA, TUSAGA-AKTİF istasyonu ISTN, ve Yıldız Teknik Üniversitesi İnşaat Fakültesi çatısında sürekli olarak çalışan EUREF'e bağlı YLDZ istasyonu verileri temin edilerek kullanılmıştır. YLDZ, ISTA ve ISTN istasyonları sabit alınarak yapılan değerlendirmede (Hofmann-Wellenhof vd., 2008) 13 noktaya ait dengeli koordinatlar ITRF96 referans
3 sisteminde elde edilmiş ve GPS ile 13 noktada yapılan statik ölçmelerde, belirlenen tüm noktaların elipsoidal yükseklikleri bulunmuştur. Ayrıca, elde edilen coğrafi koordinatlar kullanılarak, EGM08 jeoit modeli ile jeoit yükseklikleri bulunmuş ve ortometrik yüksekliğe geçiş sağlanmıştır (Featherstone vd., 1998). Ağdaki noktalarda gerçekleştirilen eğimli ve düz bölge için nivelman ölçümleri Leica marka sayısal nivoyla gidiş-dönüş olarak 0.6 mm kapanma hatasıyla tamamlanmıştır. Her nokta için yaklaşık ortometrik yükseklikler bulunmuş, bu yaklaşık yükseklikler dengelenerek kesin yükseklikleri ve standart sapmaları elde edilmiş, fazla ölçü payları hesaplanmış ve uyuşumsuz ölçü testleri (Demirel, 2009) yapılmıştır. Test sonucunda tüm ölçülerin uyuşumlu olduğu görülmüş ve noktalar arası yükseklik farkları bulunmuştur. Kinematik ölçüm (Saghravani vd., 2009, Paar vd., 2014) ile İSKİ-CORS' a bağlanılarak her nokta için 5 epok ölçüm yapılmış ve her noktanın yukarı, sağa ve yükseklik değerleri elde edilmiştir. Bu değerler coğrafi koordinatlara dönüştürülmüş (Vasic, 2014) dönüştürülen coğrafi koordinatlar kullanılarak EGM08 jeoit modeli ile ortometrik yükseklikleri elde edilmiştir. Bu aşamada iki farklı yol izlenmiş, ilk olarak tüm noktalarda ITRF2005, epok 2005.00 daki ortometrik yükseklikler bulunmuş ve noktalar arası yükseklikler elde edilmiş, ikinci olarak tüm noktalar ITRF96 epok 2005,00 a taşınarak ortometrik yükseklik bulunmuş (Kahveci ve Yıldız, 2005) ve bu yükseklik değerleriyle yükseklik farkları elde edilmiştir. Sonuçta bu iki yöntemle elde edilen yükseklik farklarının eşit olduğu görülmüştür. Bu farklar, ölçüm yöntemleri ve ölçülen arazinin durumu göz önünde bulundurularak sonuçlara ulaşılmıştır. 2. Sonuç ve Öneriler Tablo 1. Düz Bölge için Elde Edilen Yükseklik Farkları (cm) Nokta Nivelman GPS İSKİ - CORS Numaraları 101-102 32.39 33.88 33.90 101-103 33.56 35.10 38.02 101-104 69.10 69.24 76.60 101-105 107.10 109.92 114.18 101-106 121.36 123.61 127.66 101-107 158.11 157.83 164.85 Düz bölgede yapılan nivelman ölçümlerinde kapanma hatasının ve noktaların standart sapmalarının 1 mm yi geçmediği göz önünde bulundurularak statik ve kinematik ölçümler karşılaştırıldığında, statik ölçüm ile nivelman ölçümleri (Sheng, 2005) arasındaki farkın en fazla 2.68 ± 0.51cm cm iken İSKİ-CORS ve nivelman ölçümü arasındaki değişimin en fazla 3.04 ± 0.51 cm olduğu görülmüştür. Bu bölgeye bakıldığında nokta yükseklik farkları arasındaki farklar genel olarak belirlenen hata sınırı içerisinde kalsa
4 da (BÖHBÜYY, 2013), bölgenin fazla ağaçlıklı olması, sinyal yansıma ve faz kesiklikleri etkilerinin fazla olmasından dolayı, bazı noktalarda ölçümler arasındaki farkların 3 cm nin üzerinde olduğu belirlenmiştir (Tablo 1). Örneğin, en yoğun ağaç bulunan 105 ve 106 numaralı noktalardaki ölçmelerde nivelman ile GPS ölçme yöntemlerinden elde edilen farkların arttığı görülmektedir. Tablo 2. Eğimli Bölge için Elde Edilen Yükseklik Farkları (cm) Nokta Nivelman GPS İSKİ - CORS Numaraları 104-201 148.46 148.17 148.47 104-202 339.40 338.79 339.27 104-203 725.78 724.91 724.46 104-204 1118.41 1117.55 1116.74 104-205 1766.08 1763.50 1762.31 104-206 1998.72 1995.33 1997.30 Eğimli bölgede yapılan ölçümlerde, nivelman ve statik ölçüm arasındaki farkın en fazla 1.7± 0.47 cm, nivelman ve İSKİ-CORS arasındaki farkın en fazla 2.35± 0.47 cm olduğu görülmüştür. Nivelman ve statik ölçüm arasındaki karşılaştırma sonucunda her ne kadar 1.7± 0.47 cm değeri bulunsa da, diğer farkların 1cm nin altında kaldığı görülmektedir (Tablo 2). Düz ve eğimli bölgeler arasında yapılan karşılaştırma sonucunda, normal şartlar altında düz bölgede yapılan ölçümlerden elde edilen farkların, eğimli bölgede gerçekleştirilen ölçmelerden daha iyi sonuç vermesi beklense de genel olarak bu durumun tam tersi olduğu görülmüştür. Bunun nedeninin, her ne kadar nokta seçiminde sinyal yansıma hatası, faz kesikliği (Leick, 2004) vb etkileri oluşturulabilecek bölgelerden kaçınılmaya çalışılsa da, düz ölçüm bölgesinin tamamen ağaçlıklı bir yol üzerinde bulunmasından kaynaklandığı düşünülmektedir. Ayrıca 104 nolu her iki bölge için ortak olan noktanın statik ölçüm süresinden kaynaklı nivelmanla olan karşılaştırmada doğruluğunun çok daha iyi olduğu görülmüş, ölçme süresi arttıkça elde edilen doğruluğun arttığı sonucuna varılmıştır. Yüksek ölçüm doğruluğu gerekmeyen mühendislik çalışmalarında, Büyük Ölçekli Harita ve Harita Yapım Yönetmeliği' nde yazan sınır değerlerin içinde kalacak şekilde nivelman ölçümüne alternatif olarak GPS ölçümlerinin kullanabileceği sonucuna varılmıştır. Kaynaklar Büyük Ölçekli Harita ve Harita Bilgileri Üretim Yönetmeliği (2013). Ankara. Demirel, H. (2009). Dengeleme Hesabı, 3. Baskı, Yıldız Teknik Üniversitesi, İstanbul.
5 Featherstone, W. E., Dentith, M. C. ve Kirby, J. F. (1998). Strategies for the Accurate Determination of Orthometric Heights from GPS, Survey Review, 34, 267. Hofmann-Wellenhof, B., Lichtenegger, H., Wasle, E. (2008). GNSS-global navigation satellite systems: GPS, GLONASS, Galileo, and more", New York.. Kahveci, M. ve Yıldız, F. (2005). "GPS Global Konum Belirleme Sistemi (Global Positioning System) Teori- Uygulama", Genişletilmiş 2. Baskı, Ankara. Leick, A. (2015). GPS Satellite Surveying, 4th edition, Hoboken Nj. Paar, R., Novakovic, G. ve Kolovrat, D. (2014). Vertical Component Quality Comparison of GPS RTK Method in Combination with Laser System vs. Conventional Methods for Height Determination INGEO 2014 6th International Conference on Engineering Surveying Prague, Czech Republic. Saghravani, S. R., Sa ari, B. M., Saghravani, S. F. (2009). Accuracy Comparison of RTK-GPS and Automatic Level for Height Determinatin in Land Surveying MASAUM Journal Of Reviews and Surveys, Volume 1 Issue 1, September 2009. Sheng, L. (2005). The Feasibility of Replacing Precise Levelling with GPS for Permafrost Deformation Monitoring, A Thesis for MSc, University of Calgary, Alberta. Vasic, D. (2014). "Estimating the influence of point heights in computing datum transformation parameters",university of Belgrade, Belgrade.