Arazi Ölçmeleri IV Dersi Uydu Jeodezisi ve GNSS Öğr.Gör. Yener TÜREN Trakya Üniversitesi Edirne Teknik Bilimler MYO Mimarlık ve Şehir Planlama Bl. Harita ve Kadastro Prg.
Jeodezi Nedir? Jeoloji Yer Bilimi Jeodezi Yer Ölçme Jeofizik Yer Fiziği Jeotermal Yer Isısı Yeryuvarının modellenmesiyle, yeryuvarında koordinat sistemlerini tanımlayan, referans ağlarını oluşturan, mekansal bilgileri bu ağ ve sistemlerle ilişkilendiren, zamanı bağlı değişimlerini izleyen, yerkürenin şeklini tespit ve yeryüzünü ölçme işlemlerini, konu edinen bir bilim dalıdır. 2
Jeodezi Nedir? Pratik Jeodezi Uydu Jeodezisi Matematiksel Jeodezi Jeodezik Astronomi Fiziksel Jeodezi 3
Uydu Yörüngeleri LEO (Low Earth Orbit) Alçak uydu yörüngesi, Ekvatora uzaklığı 700-1400 km Uzaktan Algılama, Uydu Teleofonları ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- MEO (Medium Earth Orbit) Orta uydu yörüngesi Ekvatora uzaklığı 2000-35000 km Jeodezi ve Navigasyon -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- GEO (Geostationary Earth Orbit) Eşzamanlı uydu yörüngesi Ekvatora uzaklığı 36.000 km İletişim ve Haberleşme ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- HEO (High Eliptic Orbit)- Yüksel Eliptik Yörünge Ekvatora uzaklığı değişken Astronomi uyduları --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- PEO (Polar Eath Orbit) Kutup dünya yörüngesi Kutuplarda etkili Meteoroloji uyduları 4
5 Üstün, A. Uydu Jeodezisi Ders Notları,2014
Konum Belirleme GNSS (Global Navigation Satellite System) Küresel Navigasyon ve Uydu Sistemleri GPS Glonass Galileo ABD Rusya AB Compass/Beidou Çin 6
Uzaktan Algılama Yer yüzünden belli uzaklıkta, atmosferde veya uzaydaki platformlara yerleştirilmiş ölçüm aletleri aracılığıyla, yeryüzü ve nesneleri hakkında bilgi alma ve bunları analiz etme tekniği, ya da nesnelerle fiziksel temasta bulunmadan herhangi bir uzaklıktan yapılan ölçümlerle nesneler hakkında bilgi edinme bilimidir. Landsat-8 Lidar Teknolojileri Spot-5 TerraSAR X Ikonos Quickbird Envisat-1 Aster 7
Yerçekim Alanı Belirleme Fiziksel yeryüzünde gravite ölçümünün anlamı, yeryüzüne doğru serbest hareket eden cismin ivmesinin ölçülmesidir. Almanya ABD Champ Grace Goce AB 8
9 Üstün, A. Uydu Jeodezisi Ders Notları,2014
Yerden Uyduya Ölçme GNSS (Global Navigation Satellite System) Küresel Navigasyon ve Uydu Sistemleri DORIS (Doppler Orbitography and Radio Positioning Integrated by Satellite) Uydu Doppler Orbitografi ve Tümleşik Radyo Konumlandırma SLR (Satellite Laser Ranging) Uydu Lazer Uzaklık Ölçmeleri 10
Uydudan Yere Ölçme STAR (Satellite Altimeter Radar) Uydu Altimetre Radarı InSAR (Interferometric Synthetic Aperture Radar ) İnterforemetrik Yapay Açıklıklı Radar SAG (Satellite Gradiometry) Uydu Gradyometresi 11
Uydudan Uyduya Ölçme Uydudan uyduya, konum,uzunluk ve hız ölçümü yapılmaktadır. 12
GNSS Uygulamarı GNSS (Global Navigation Satellite System) Küresel Navigasyon ve Uydu Sistemleri GPS Glonass Galileo ABD Rusya AB Compass/Beidou Çin 13
GNSS Uygulamarı GNSS (Global Navigation Satellite System) Küresel Navigasyon ve Uydu Sistemleri GPS(1960-1994) GLONASS (1976-2011) GALILEO (2005-2019) COMPASS (2000-2020) Uydu sayısı 24 24 27+3 30+ 5 GEO Yörünge sayısı 6 3 3? Büyük yarı eksen 26600 km 25440 km 29600 km? 21500 km Yörünge dönüş 11:58 H 11:15 H 14:07 H? 12:35 H Eğiklik 55 deg 64 deg 56 deg? 55 deg Uydu kütlesi 1100 kg (IIR) 1400 kg 700 kg? 2200 kg Güneş paneli alanı 14 m2 23 m2 13 m2??? 14
GNSS Uygulamarı GNSS Global Navigation Satellite System Küresel Navigasyon ve Uydu Sistemleri 15
GNSS Uygulamarı GPS (Global Positioning System) Küresel Konumlama Sistemi Uzay Kontrol Kullanıcı 16
GNSS Uygulamarı GPS (Global Positioning System) Küresel Konumlama Sistemi 17
GPS Uygulamaları İster navigasyon amaçlı olsun isterse jeodezik amaçlı olsun Gerçek Zamanlı Kinematik (Real Time Kinematic) (RTK) GPS, kullanıcıların ölçme anında cm/mm (CORS ile) seviyesinde doğruluk elde edebildikleri, taşıyıcı dalga faz gözlemlerini kullanarak tıpkı diferansiyel GPS teki gibi konumlama yapan bir yöntemdir. 18
Navigasyon Hava Kara Deniz 19
Navigasyon Akıllı haritalar coğrafik analistler tarafından güncellenir. 20
Navigasyon/SBAS Satellite-Based Augmentation Systems Uydu Bazlı Alan Büyütme Sistemleri WAAS ABD/Nasa Wide Area Augmentation System Geniş Alan Güçlendirme Sistemi Uydu sayısı : 2 ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- MSAS Japonya MTSAT Satellite Augmentation System MTSAT Uydusu Güçlendirme Sistemi Uydu sayısı : 2 -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- EGNOS AB/Esa European Geostationary Navigation Overlay Service Avrupa Yersabit Navigasyon Kapsama Servisi Uydu sayısı : 3 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- SDCM Rusya The System for Differential Corrections-Monitoring Diferansiyel Düzeltme ve İzleme Sistemi Uydu sayısı : 1 --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- GAGAN Hindistan GPS And GEO Augmented Navigation System GPS Destekli Yer Büyütmeli Navigasyon Sistemi Uydu sayısı : 1 21
Sonuç/Özet Jeodezide uydu ölçmeleri ve navigasyon sistemleri; Konum belirleme ile yön bulma kavramlarına yeni bir anlayış getirmiştir. Ayrıca yeryuvarına ilişkin jeodezik bilgilerin elde edilmesinde yüksek oranda katkı sağlamaktadır. 22
Tekniklerin Doğruluklarının Karşılaştırılması
GPS nedir? NAVSTAR/GPS (Navigation Signal Timing And Ranging Global Positioning System) ABD savunma bakanlığı tarafından geliştirilen elinde GPS alıcısı olan bir kullanıcının uydu sinyalleri yardımıyla dünyanın her hangi bir yerinde ve her hangi bir zamanda her türlü hava koşullarında küresel bir koordinat sisteminde yüksek duyarlıkta ekonomik olarak anında ve sürekli konum, hız, rota ve zaman belirlemesine imkan sağlayan bir radyo navigasyon sistemidir.
GPS in Üstün Tarafları Noktalar arası görüş zorunluluğu kalmış olup GPS alıcı anteninin uydu sinyalinin izleyebilmesi için gökyüzünü görmesi yeterlidir. Nokta yer seçiminde noktaların en yüksek yerlerde durması gibi zorunluluklar ortadan kalkmıştır. Gereksinim duyulan ve GPS ölçüsünün yapılmasına olanak veren her yerde nokta tesisi yapılmaktadır. (BÖHveHBUY göre AGA nokta yer seçiminde dikkat edilecek hususlar gözetilerek) Gece gündüz ölçüm yapılabilmektedir. GPS ölçümlerinin yapılması hava koşullarından bağımsız hale gelmiştir. GPS ölçülerinin hızlı yapılması ve aletlere kullanım kolaylığı, ölçücü hatalarının olmaması (anten yüksekliği ölçümü hariç) nedenleriyle ekonomik bir yöntemdir. Gerçek zamanlı (anlık) konum, hız ve zaman bilgisi sağlayabilmektedir. Üç boyutlu nokta koordinatları elde edilebilmektedir. Doğruluk derecesi klasik tekniklerle (total station ile uzunluk ve doğrultu ölçümü, uzun mesafe nivelman, trigonımetrik nivelman gibi) edilenlere göre eşit yada daha iyidir.
NAVSTAR/GPS TRANSIT sistemin gelişmiş bir biçimidir. Herhangi bir yer ve zamanda Her türlü hava koşullarında Global bir koordinat sisteminde Yüksek duyarlıkta Ekonomik olarak Anında ve sürekli konum, hız ve zaman belirlemesine olanak veren bir radyo navigasyon sistemidir.
GNSS İN UYGULAMA ALANLARI a. Askeri Kullanım Alanları Kara, deniz ve hava araçlarının navigasyonu Arama Kurtarma *Hedef bulma *Füze güdümü *Uçakların görüşün sınırlı yada hiç olmadığı hava koşullarında iniş ve kalkışı
Asayiş GNSS İN UYGULAMA ALANLARI b. Sivil Kullanım Alanları Kara, deniz ve hava araçlarının navigasyonu Jeodezik ve Jeodinamik ölçmeler Kadastral Ölçmeler Kinematik GPS destekli fotogrametrik çalışmalar Yerel ve global deformasyon ölçmeleri (baraj, yol, viyadük v.b) Araç Takip sistemleri Uçakların görüşün sınırlı yada hiç olmadığı hava koşullarında iniş ve kalkışı Aktif kontrol ağları (CORS) CBS veri tabanlarının geliştirilmesi Turizm, tarım, ormancılık, spor, arkeoloji
GPS in Dezavantajı ise, Alıcı anteni mutlaka açık gökyüzünü görmelidir. Başka bir deyişle, GPS sinyalleri radyo sinyalleri gibi kuvvetli olmadığından kapalı yerlerde, çok sık ağaçlıklı bölgelerde ve madenlerde kullanılamamaktadır.
Sistem, temel olarak jeodezideki en eski tekniklerden biri olan geriden kestirme esasına dayanır. Geriden kestirme, konumu bilinmeyen bir noktadan konumu bilinen noktalara yapılan gözlem ve hesapları kapsar. Konumu bilinen noktalar GPS uydularıdır. Bilinmeyenler, bulunulan noktanın yer merkezli (earth fixed) kartezyen koordinatlarıdır (X,Y,Z). Matematik kuralı olarak bu 3 bilinmeyenin çözümü için 3 ölçü değeri yetiyor gibi gözükse de, saat hatalarını ortadan kaldırmak için en az 4 tane konumu bilinen uyduya ihtiyaç vardır. GPS, 4 boyutlu bir sistemdir (3D+zaman).
GPS SİNYALİ ÖZELLİKLERİ Uydulardan yararlanılarak yapılan GPS ölçmelerinde, elektromanyetik dalgalar kullanılarak uydulardan kullanıcılara veri akışı sağlanmaktadır. Her GPS uydusu konum belirleme amaçlı olarak iki temel frekansa sahip olup bunlar L1(Link1) ve L2(Link2) dir. L1 ve L2 frekansları 10.23 MHz olan temel frekansın 154 ve 120 tam katları alınarak elde edilmiş olup, L1 frekansı 1575.42 MHz ve L2 frekansı 1227.60 MHz.dir. 2010 yılından itibaren Block IIF uyduları üzerinden L5 sinyali yayınlanmaya başlandıktan sonra üç frekanslı alıcılar kullanılamya başlanacaktır. Frekansı, 1176.45 MHz dir. Bunlara ek olarak, S Bantı ile Kontrol Bölümü ile uydular
GPS sisteminde çift frekans olmasının nedeni; L1 frekansının herhangi bir nedenle kesilmesi ya da elektronik karıştırmaya maruz kalması durumunda L2 frekansının yedek frekans (backup) görevi görmesi Çift frekans özelliğinden yararlanarak iyonosferik düzeltme olanağı sağlaması olarak sıralanabilir.
49 GPS Uydu Sinyali Bileşenleri Bileşenin Adı Frekansı (MHz) Dalga Boyu (λ) Temel Frekans L1 Taşıyıcı L2 Taşıyıcı P-Kod C/A-Kod W-Kod Navigasyon Mesajı f o =10.23 154xf o =1575.42 120xf o =1527.60 f o =10.23 f o /10=1.023 f o /20=0.5115 f o /204600=50.10-6 ------- ~19.0 cm ~24.4 cm 29.3 m 293 m -------- --------
L1 taşıyıcı frekansı üzerine iki PRN kodu ve navigasyon mesajı verileri modüle edilmiştir. Bu PNR kodları C/A (Coarse/Acquisition) kod P (Precise/Protected Code) kod olarak isimlendirilmektedir. L2 taşıyıcı frekansı ise yalnızca tek bir (P kod) ve navigasyon mesajı verileri modüle edilmiştir.
GPS ALICI VE ANTEN SİSTEMLERİ GPS alıcısı uydu sinyalini kaydeder, kaydedilen sinyali işler (signal processing), anlık (realtime) uygulamalar için koordinat dönüşümleri yapar, ihtiyaç anında navigasyon için gerekli bilgileri hesaplar.
Farklı yapılarda anten tipleri mevcut olup bunlardan en çok kullanılan choke ring, microstrip dipole ve helix modelleridir. Microstrip anteni uzun süre en çok tercih edilen anten modelidir. Bunlar tek ve çift frekanslarda ölçü yapabilmekte, küçük boyutlu, dayanıklı ve basit yapıdadır. Günümüzde, özellikle gerçek zamanlı ulusal sabit GNSS ağlarında choke ring antenler tercih edilmektedir. Dipole antenler tek frekanslı konfigürasyona sahip anten modelidir. Helix anten tipi microstrip antenler gibi L1 ve L2 frekanslarının her ikisinde de sinyal toplayabilmesine karşılık yüksek profilli bir görünüme sahiptir. 57
58
GPS sisteminin kullanıcı bölümü
GPS ALICI TİPLERİ Günümüzde GPS alıcılarını farklı şekillerde sınıflandırmak (kanal sayısına göre, kullanım amacına göre, izlenen uydu sinyaline göre vb.) olanaklıdır. 1 ) Frekans sayısına göre ; Tek frekanslı alıcılar (L1) Çift frekanslı alıcılar(l1,l2) Çok frekanslı alıcılar (L1/L1C, L2/L2C,L5 v.b) 2) Gözlenen ve kaydedilen veri tipine göre; C/A kod kaydeden alıcılar, C/A kod + L1 fazı kaydeden alıcılar, C/A kod + L1,L2 fazlarını kaydeden alıcılar, C/A kod + P kod/y kod+ L1,L2 fazlarını kaydeden alıcılar
3. Alıcı kanallarının teknik özelliklerine göre; Çok kanallı (multi channel) alıcılar Sıralı izlemeli (sequential) alıcılar. Hızlı sıralı izlemeli (Multiplex) alıcılar.
4. Kullanım amacına göre; Askeri amaçlı, Sivil amaçlı, Navigasyon amaçlı, Zaman transferi amaçlı, Jeodezik amaçlı.
Koordinat sistemleri Jeodezinin en önemli görevlerinden birisi de yeryüzü noktalarının 3 boyutlu koordinatlarının belirlenmesidir. Söz konusu koordinatlar belirli bir koordinat sistemine göre belirlenmektedir. Genel olarak iki temel koordinat sistemi mevcuttur. Bunlar; 1. Uzay sabit (Inertial space fixed) 2. Yer sabit (Earth fixed) Sistemidir. Günümüzde referans sistemleri, Uluslararası Geodezi Birliği (IAG) organizasyonunda, Uluslar arası Astronomi Birliği (IAU) işbirliği ile Uluslararası Yer dönme servisi (IERS) tarafından sürdürülmektedir.
Z Greenwich Kuzey Kutbu Alıcı Konumu (X u, Y u, Z u ) Uydu Konumu (X s, Y s, Z s ) 0 İlkbahar noktası doğrultusu X Ekvator Y ECEF Koordinat Sistemi
GPS İLE ELDE EDİLEN YÜKSEKLY KSEKLİK h=h+n h= ELIPSOIDAL YÜKSEKLİK H= GEOID YÜKSEKLİĞİ N= GEOID ONDÜLASYONU
DÜNYA JEODEZİK SİSTEMİ 1984 (WGS 84) ABD Savunma Bakanlığı (DoD) GPS ile konumlamada yersel referans sistemi olarak WGS 84 (World Geodetic System 1984) sistemini kullanmaktadır. GPS Uydularından yayınlanan Navigasyon Mesajı içindeki uydu yörünge bilgileri (efemeris) WGS 84 sistemindedir. WGS 84 ile ITRF sistemleri arasındaki ilişkiyi belirlemek ve WGS 84 sisteminin doğruluğunu artırmak için 24 IGS ve 10 DoD noktasında yapılan eşzamanlı GPS ölçüleri ile 8 IGS noktasının ITRF91 koordinatları sabit alınarak DoD noktalarının koordinatları yeniden hesaplanmıştır. Böylece ITRF e göre hesaplanmış WGS 84 koordinatları yaklaşık 10 cm doğrulukla belirlenmiştir.
89 Tablo 1: WGS-84 Parametreleri Parametre Adı Sembolü Büyüklüğü Dönel elipsoidin büyük b k yarı ekseni a 6 378 137,0 m Yerçekimi ekimi sabiti GM 3 986 004,418x10 8 m 3 sn -2 Yerin ortalama açısal a hızıh w 7 292 115,0x10-11 rad sn -1 Basıkl klık f 1/298,2572223563
GPS UYDU YÖRÜNGELERİ (EFEMERİSLER) Anlık (real time) konum belirleme uygulamalarında GPS Navigasyon Mesajının bir parçası olarak yayınlanan yayın (broadcast) efemerisi ve saat bilgileri kullanılmaktadır. Diğer taraftan, GPS verilerinin ölçü sonrası büroda değerlendirilmesi (post process) aşamasında duyarlı GPS yörünge ve saat bilgilerinin kullanılması tercih edilmektedir.
Hassas Efemeris (Precise Ephemeris) Duyarlı yörünge ve saat bilgileri çok sayıda devlet kurumu ve bilimsel kuruluşlar tarafından hesaplanarak interne aracılığı ile tüm kullanıcılara ücretsiz olarak sunulmaktadır Bu duyarlı yörünge ve saat bilgilerini üreten kurum v kuruluşlardan en çok bilinenleri verilmiştir. Bunların dışında duyarlı yörünge bilgisi üreten çok sayıda kurum ve kuruluş saymak olanaklıdır
NGSOwwwwn.aaa wwww : GPS haftasını, örn. 1024 n : Haftanın gününü örnek; n = 0 Pazar n = 1 Pazartesi n = 6 Cumartesi aaa : Dosya türünü, örnek; SP3 (efemeris) SUM (özet bilgi) ERP (yer dönme parametreleri)
GPS İLE GÖZLENEN BÜYÜKLÜKLER GPS ile gözlenmekte olan iki temel büyüklük şunlardır: l Kod (Pseudorange) l Taşıyıcı Dalga Fazı (Carrier Beat Phase)
Temel GPS gözlemlerine dayalı olarak türetilen fark gözlemleri Kod ve faz gözlemlerinden yararlanarak oluşturulan farklar yardımıyla alıcı saati hataları, uydu saati hataları ve faz başlangıç belirsizliği (ambiquity) gibi bir çok ortak hata kaynağı giderilmektedir. Gözlem fark kombinasyonları farklı şekillerde oluşturulabilmektedir. Bunlar genel olarak; Alıcılar arasında Uydular arasında Ölçü epokları arasında ya da L1 ve L2 frekansları arasında yapılmaktadır.
Tekli farklar (single differences) Tekli farklar denince, iki farklı alıcı noktasında aynı uyduya eş zamanlı olarak yapılan faz gözlemleri arasındaki farklar anlaşılmaktadır. Alıcılar arasında tekli fark gözlemleri
Tekli farklar için, Φ U1 A1A 2 ( t) = Φ U1 (t) Φ U1 A 2 A1 (t) eşitliği yazılabilir. Burada operatörü fark gözlemleri anlamında kullanılmıştır. Bu yöntemde temel olarak uydu saatlerindeki hatalar giderilmektedir. Tekli fark, uydular arasında aynı bir alıcı için oluşturulursa bu durumda alıcı saati hataları giderilmiş olur.
İkili farklar (double differences) İkili farklar, iki tekli farkın farkı olarak tanımlanabilir. Başka bir deyişle, aynı epokta iki farklı uydu için oluşturulan tekli farklar arasındaki farktır. Alıcı uydu ikili fark gözlemi
İkili fark gözlemleri, U1U 2 A1A 2 ( t) = U1 (t) U 2 A1A 2 eşitliği ile ifade edilmektedir. A1A 2 (t) Bu yöntemle uydu ve alıcı saati hatalarının her ikisi birden giderilmektedir. Genellikle, GPS ölçülerini değerlendirme yazılımlarında temel gözlem eşitliği olarak kullanılmaktadır. Bu yöntemde ayrıca kısa baz uzunluklarında troposferik ve iyonosferik etkiler de giderilmekte veya en aza indirilebilmektedir.
Üçlü farklar (triple differences) Üçlü fark, iki farklı epokta oluşturulan iki ikili fark arasındaki fark olarak tanımlanmaktadır. Uydu alıcı üçlü fark gözlemi
Üçlü fark gözlemleri için genel eşitlik, U1U2 U1U2 U1U2 A1A2 ( t i, t i+ 1) = A1A2 (t i+ 1) A1A2 (t i yazılır. Üçlü fark gözlemlerinin oluşturulmasındaki teme amaç taşıyıcı dalga faz başlangıcı belirsizliğinin (ambiguity) giderilmesidir. )
RINEX Genel olarak gözlem kütükleri her alıcı firmasının kendi özel binary formatında kaydedilmekte olup, bunlar en az navigasyon mesajı ve gözlem (faz ve kod) dosyalarından oluşmaktadır. RINEX formatı 4 farklı ASCII dosyadan oluşmaktadır. Gözlem veri dosyası GPS Navigasyon Mesajı Dosyası Meteorolojik veri dosyası GLONASS Navigasyon Mesajı dosyası Dosya tipleri başlık ve veri bölümünden oluşmaktadır.
Ölçülerin RINEX formata dönüştürülmesi Standart bir GPS gözlem dosyası adı (RINEX formatında) ssssdddf.yyt yapısında olmalıdır. ssss : ölçü noktasının 4 karakterli kısa adı veya 4 rakamlı numarasını ddd : yılın gününü, f : gözlem grubu (oturum, session) numarasını, yy : gözlem yılını, t : dosya tipini (O:gözlem, N: Navigasyon, M: Meteorolojik) ifade etmektedir.
DGPS GPS ile elde edilen anlık doğruluk birçok amaç için yeterli olmakla birlikte bazı navigasyon uygulamalarında daha yüksek doğruluğa ihtiyaç vardır. İstenen navigasyon amaçlı doğruluklara DGPS gibi bazı özel tekniklerle ulaşılabilmektedir. DGPS tekniğinde biri sabit diğeri gazici olmak üzere en az iki alıcı olması gerekir. Sabit alıcı anteni konumu daha önceden duyarlı olarak belirlenmiş bir noktaya kurulur. Ve gezen alıcının konumu belirlenir. Her iki noktada da en az dört ortak uyduya eş zamanlı GPS gözlemi yapılmalıdır. Sabit alıcıdaki düzeltmeler hesaplanır ve gezici alıcıdaki ölçülere aktarılır.
DİFERANSİYEL GPS (DGPS)
DGPS ve Diğer Yöntemlerin Karşılaştırılması
Tüm dünyada olduğu gibi Türkiye de de uydu teknikleri jeodezik ağların artık ayrılmaz bir parçasını oluşturmaktadır. Jeodezik amaçlı kullanımı 1980 li yıllara dayanan GPS gözlemleri, zaman içerisinde klasik ülke temel nirengi ağı ölçülerinin yerini almış ve bu kapsamda (belirli sürelerde oturumlar yapılarak) statik GPS ağları kurulmuştur. Bunun en önemli örneğini Türkiye Ulusal Temel GPS Ağı (TUTGA) oluşturmaktadır. TUTGA jeodezik amaçlı statik bir ağ olup, gerçek zamanlı uygulamalar için kullanılmamaktadır. Bu ise uydu tekniklerinden gerçek zamanlı olarak faydalanma olanağını kısıtlamaktadır.
TUSAGA Aktif ağı, yüksek doğruluklu (global ölçekte cm doğruluğunda), çok amaçlı (jeodezi, jeofizik, jeodinamik, ölçme, navigasyon, CBS, meteoroloji vb.), aktif ve gerçek zamanlı, uluslar arası sistemler ve standartlarla (IERS, IGS, ITRF vb.) uyumlu bir ağ olarak hizmet vermektedir.
Sistem Tasarımı 24 saat yayın (RTK ve post-process) yapılması İstasyonlar arası ortalama 80-100 km olması Noktaların sağlam ve lojistiği uygun yerlerde seçilmesi Türkiye plaka tektoniğini gözönünde bulundurulması Tüm ülke genelinde atmosferin bir bütün olarak modellenmesi İletişim CORS Kontrol Merkezi İletişimi ADSL GPRS / EDGE Kontrol Merkezi Gezici Alıcılar lar İletişimiimi GSM GPRS / EDGE NTRIP GSM, RADYO
CORS TR Dağılımı (146 İstasyon) İstasyonlar arası ortalama 80 km, maximum 100 km)
CORS TR Kapsama Alanı (146 İstasyon) İstasyonlar arası ortalama 80 km, maximum 100 km)
MALAZ-TR istasyonu (Zemin, Beton, 2m lik Pilye Örneği)
AKSRY-TR istasyonu (Kiremit, İnce, 3m Pilye Örneği)
ISTN-TR (IKU) istasyonu (Teras, İnce, 4m Pilye Örneği)
CORS-TR Kullanıcılar ları TKGM /HGK Nirengi ağları, yer kontrol noktaları vd jeodezik çalışmaları Harita ölçülerinde Tesis kadastrosu çalışmaları Kadastro yenilemesi Parselasyon ve diğer kadastro çalışmalarında BELEDİYELER Halihazır haritalar Altyapı ve diğer coğrafi çalışmalar e-belediye DİĞERLERİ Haritacılık, coğrafi bilgi ve altyapı ile uğraşan tüm diğer kurum ve kuruluşla Harita şirketleri ve büroları, Vatandaşlar, vd
BAKANLIKLAR ve diğer kuruluşlar Milli Savunma Bakanlığı, Bayındırlık ve İskan Bakanlığı, Tarım, Orman ve Çevre Bakanlığı, İçişleri Bakanlığı, Kültür ve Turizm Bakanlığı, Ulaştırma Bakanlığı, Enerji Bakanlığı, İller Bankası, Afet İşleri Genel Müdürlüğü (deformasyon / deplasman Belirlenmesi), Deniz Müsteşarlığı, TCK, TCDD, DSİ, TEAŞ / TEDAŞ, GAP İdaresi, Askeri Kuruluşlar, vd. BİLİMSEL KURULUŞLAR - ÜNİVERSİTELER TÜBİTAK Üniversiteler Araştırma Kurumları Meteoroloji Genel Müdürlüğü
GPS Uygulamaları İster navigasyon amaçlı olsun isterse jeodezik amaçlı olsun Gerçek Zamanlı Kinematik (Real Time Kinematic) (RTK) GPS, kullanıcıların ölçme anında cm/mm (CORS ile) seviyesinde doğruluk elde edebildikleri, taşıyıcı dalga faz gözlemlerini kullanarak tıpkı diferansiyel GPS teki gibi konumlama yapan bir yöntemdir. 18
1 ALICI 4 >= UYDU MUTLAK KONUM BELİRLEME KOD ÖLÇMELERİ YAPARAK KOORDİNAT BELİRLENİR SİNYALİN UYDUDAN ÇIKIŞINDAN, ALICIYA ULAŞINCAYA KADAR GEÇEN ZAMAN IŞIK HIZI İLE ÇARPILARAK UYDU- ALICI MESAFESİ (PSEUDORANGE) HESAPLANIR VE UYDULARIN BİLİNEN KOORDİNATLARI YARDIMIYLADA UZAY GERİDEN KESTİRME YAPILARAK NOKTANIN KONUMU BELİRLENİR
BAĞIL KONUM BELİRLEME GÖRELİ KONUMLAMADA İKİ AYRI NOKTADA KURULMUŞ ALICILARLA AYNI UYDULARA EŞZAMANLI KOD VEYA FAZ GÖZLEMLERİ YAPILIR. ELDE EDİLEN DOĞRULUK MUTLAK KONUMLAMADAN ÇOK İYİDİR. ALICI TÜRÜ, ÖLÇME SÜRESİ GÖZLENEN UYDU GEOMETRİSİ, UYDU SAYISI VE KULLANILAN EFEMERİS BİLGİLERİNE BAĞLI OLARAK ÖLÇÜLEN BAZIN DOĞRULUĞU 0.01ppm-100ppm ARASINDA DEĞİŞİR. REFERANS ALINAN NOKTANIN KONUMU WGS-84 SİSTEMİNDE 15-20m DOĞRULUKLA BİLİNMELİDİR.
BAĞIL KONUM BELİRLEME EN AZ 2 ALICI 4 >= UYDU EŞ ZAMANLI KOD YA DA FAZ GÖZLEMLERİ YAPILIR KOORDİNATLARI BİLİNEN BİR NOKTAYA GÖRE BİR BAŞKA NOKTANIN KOORDİNATLARININ BELİRLENMESİ SÖZ KONUSUDUR İKİ NOKTA ARASINDAKİ BAZ VEKTÖRÜ (bab) BELİRLENİR
BAĞIL KONUM BELİRLEMEDE ÖLÇME YÖNTEMLERİ STATİK ÖLÇME YÖNTEMİ HIZLI STATİK ÖLÇME YÖNTEMİ TEKRARLI ÖLÇME YÖNTEMİ DUR-GİT ÖLÇME YÖNTEMİ KİNEMATİK ÖLÇME YÖNTEMİ
BAĞIL KONUM BELİRLEMEDE ÖLÇME YÖNTEMLERİ Bütün GNSS ölçü teknikleri diferansiyel teknikleri kullanır. Bu şu demektir; referans olarak kabul kabul edilen koordinatı belli sabit bir noktadan koordinatı bilinmeyen ölçülmek istenen gezici noktaya bir baz doğrusu ölçülür. Bu işlem iki yöntemle gerçekleştirilir. 1. Sonradan veri işleyerek (Post-processing): Bu yöntemde GNSS uydularından elde edilen ham datalar alıcıda kaydedilir ve ofis ortamında yazılım kullanarak işlenir. 2. Gerçek zamanda, anlık veri işleyerek: Bu yöntemde arazide çalışılırken veri toplanır ve aynı anda veri işlenerek yeterli hassasiyette doğru koordinat üretilir
STATİK ÖLÇME YÖNTEMY NTEMİ İKİ YADA DAHA FAZLA ALICI İLE EN AZ BİR R SAATLİK K EŞZAMANLI E ÖLÇÜ YAPILIR. YÜKSEK Y DOĞRULUK İSTENDİĞİNDE, UZUN BAZLAR SÖZ S Z KONUSU OLDUĞUNDA, UNDA, SİSTEMATS STEMATİK ETKİLER LERİN N DİKKATE D ALINMASI DURUMUNDA EN UYGUN YÖNTEMDY NTEMDİR
Statik k (durağan) an) Ölçü Yöntemi 1. Uzun bazların ölçülmesinde kullanılır. 2. Bu teknik ile bazlar 5mm + 1 ppm hassasiyetinde ölçülebilir. 3. Ölçü süresi; en az 1 saat ve daha fazla. 4. Baz uzunluğuna bağlı, orantılı bir şekilde olarak ölçü süresi artırılır. 5. 20 km nin üzerindeki bazların ölçülmesinde kullanılır.
Statik k (durağan) an) Ölçü Yöntemi Uygulama alanları: Çok geniş arazilerde jeodezik kontrol ağların ölçümü Ulusal ve Kıtasal ağların ölçümü Tektonik hareketin izlenmesi Güçlü yer hareketlerinin (Deprem, fay hattı volkanizma, heyelan) izlenme Yüksek doğruluk gerektiren özel ölçmeler
Statik k (durağan) an) Ölçü Yöntemi
Hızlı Statik Ölçme YöntemiY
Hızlı Statik Ölçme YöntemiY 1. 20 km nin altındaki kısa bazların ölçülmesinde kullanılır. 2. Bu teknik ile bazlar 5 10 mm + 1 ppm hassasiyetinde ölçülebilir. Uygulama alanları: Kontrol ölçmeleri Kontrol ağının sıklaştırılması Hassas poligon ölçümü, yerel ağların ölçülmesinde kısa bazlar için yüksek doğruluk arzu edildiğinde kullanılmaktadır. Statik ölçmeye karşın avantajları; Kolay, hızlı, etkili, ekonomik, fakat sadece kısa bazların ölçülmesinde kullanılmaktadır.
Hızlı Statik Ölçme YöntemiY
İki Alıcı Kullanarak HızlH zlı statik YöntemY Rover 4 Rover 5 Rover 6 Rover Rover 3 Reference 7 Rover Rover Ref 1 Rover 8 2 1 Referans and 1 Gezici 1
İki Alıcı Kullanarak HızlH zlı statik YöntemY Rover Rover 4 5 Rover 6 3 Rover Rover 7 Reference Rover Ref 1 Rover Ref2 2 Alıcının 2. Referansa taşınması ve 1 1
İki Alıcı Kullanarak HızlH zlı statik YöntemY Reference Rover Rover 4 5 Reference Rover 6 Reference Rover 3 Reference Reference Rover 7 Ref 1 Reference Rover Rover Ref2 2 1 Referans and 1 Gezici (Kurbağa Atlaması) 1
TEKRARLI ÖLÇME YÖNTEMY NTEMİ BİR R YADA İKİ SAATLİK ÖLÇME SÜRESS RESİNİN BAŞLANGI LANGIÇ VE SONUNDA DEĞİŞ ĞİŞEN UYDU GEOMETRİSİNDEN YARARLANMAK İÇİN N BİR B NOKTANIN BİR B R KAÇ DAKİKA KA SÜRE S İLE İKİ DEFA ÖLÇÜLMESİ ESASINA DAYANIR. ALICILARIN BİR B R NOKTADAN DİĞD İĞERİNE YER DEĞİŞ ĞİŞTİRİRKEN RKEN UYDU İZLEMEYE DEVAM ETMESİ MECBURİYET YETİ YOKTUR. HER BİR B R NOKTA EN AZ ONAR DAKİKALIK KALIK SÜRELER S İLE İKİ DEFA ÖLÇÜLMELİ VE BU İKİ ÖLÇME ARASINDA EN AZ BİR B SAATLİK K FARK OLMALIDIR.
TEKRARLI ÖLÇME YÖNTEMY NTEMİ (Merkezsel Baz) BİR R ALICI KONUMU BİLİNEN B BİR B REFERANS NOKTASI ÜZERİNDE İKEN BAŞKA BİR B R ALICI HERHANGİ BİR NOKTADAN BAŞLAYIP DİĞD İĞER NOKTALARI GEZER. HER BİR B R NOKTADAKİ ÖLÇME SÜRESS RESİ YAKLAŞIK 10 DAKİKADIR. KADIR. GEZEN ALICI İKİNCİ ÖLÇME TURUNDA AYNI NOKTALARA 1-1 4 SAAT İÇİNDE TEKRAR UĞRAMALIDIR. U İKİNCİ ÖLÇMEDE İZLENECEK YOL BİRİNCB NCİNİN N AYNISIDIR. GEZİCİ ANTENİNİN ÖLÇME SÜRELERS RELERİ DIŞINDA INDA AÇIK A OLMALARI GEREKMEZ.
Hareketli (Kinemati( Kinematik) Ölçme YöntemleriY
Kinematik k (Hareketli) Ölçme YöntemiY 1. Dur-Git Yöntemi (Stop & Go) Sürekli Hareketli (Continous Kinematic) Havada Hareketli (Kinematic on the fly)
Kinematik k (Hareketli) Ölçme YöntemiY Bu hareketli ölçme yöntemlerinde y aşağıa ğıdaki üç teknikten biri kullanılarak larak taşı şıyıcı faz başlang langıç belirsizliği i (ambiguit( ambiguity) çözülür. 1. Koordinat bilinen bir noktada statik başlang langıç çevrimi (static initialization) 2. Koordinat bilinmeyen bir yerde statik başlang langıç çevrimi 3. Havada hareket halinde başlang langıç çevrimi (on the fly initialization)
Dur Git Ölçme YöntemiY Statik aralıkl klı kinematik ölçme yöntemidir. y Bu teknik ile bazlar 10 20 mm + 1 ppm hassasiyetinde ölçülebilir Dur Modu Ölçüye başlamadan önce ilk iki teknikten birisi ile taşı şıyıcı faz başlang langıç belirsizliğinin inin çözülmesi gerekir. Gezici Başlang langıç Çevrimi Ref. Station
Dur Git Ölçme YöntemiY 4 5 Git Modu Taşı şıyıcı faz başlang langıç belirsizliğini ini çözmek için i in kafi derecede veri toplanınca nca kullanıcı alıcısını gezdirmeye başlayabilir. 3 Alıcının ölçü boyunca sürekli s en az 4 uyduya kilitlenmesi gerekir. Ziyaret edilen her bir noktada en az 1 epokluk veri yeterlidir. Uyduya kilit kaybı yaşan anırsa gezici alıcı yeniden başlang langıç çevrimi yapmalıdır. Uygulama alanları Açık k arazide detay ve mühendislik m ölçmelerinde Ref. Station 2 1 Rover Gezici Initialized Başlang langıç Çevrimi 2
Sürekli Hareketli Ölçme Yöntemi Y (Continuous( Kinematic) Ölçü hassasiyeti 10-20mm + 1 ppm Dur Modu Gezici alıcı ilk önce başlang langıç çevrimi yapmalarıdır. r. Gidiş Modu Taşı şıyıcı faz başlang langıç belirsizliğini ini çözmek için i in kafi derecede veri toplanınca nca kullanıcı alıcısını gezdirmeye başlayabilir.
Sürekli Hareketli Ölçme Yöntemi Y (Continuous( Kinematic) Gidiş Modu Alıcının ölçü boyunca sürekli s en az 4 uyduya kilitlenmesi gerekir. Ziyaret edilen her bir noktada en az 1 epokluk veri yeterlidir. Uyduya kilit k kaybı yaşan anırsa gezici alıcı yeniden başlang langıç çevrimi yapmalıdır. Gezici alıcı belirli bir zaman aralığı ığında veri kaydı yaparak koordinat üretir. 23 : 10 :18 23 : 10 : 20 23 : 10 :14 23 : 10 :12 23 : 10 :16 23 : 10 :18 23 : 10 : 20 23 : 10 :24 23 : 10 :22 23 : 10 :26 23 : 10 :27 23 : 10 : 28 23 : 10 :30
Havada Hareketli (Kinematic( on the Fly) Ölçme Yöntemi Ölçü hassasiyeti 10-20mm + 1 ppm Gidiş Modu Bu teknik statik başlang langıç çevrimine ihtiyaç duymaz Hareket halinde iken gezici alıcı L1 &L2 frekansları her ikisi üzerinden en az 5 uyduya ölçü süresince kilitli kalmalı ki taşı şıyıcı faz başlang langıç belirsizliği çözüls lsün.
Havada Hareketli (Kinematic( on the Fly) Ölçme Yöntemi Uydulardan gelen sinyal bir engelle karşılaşınca kilit kaybı yaşanacaktır. Engel kalkınca gezici alıcı L1 &L2 frekansları her ikisi üzerinden tekrar en az 5 uyduya kilitlenir. Böylelikle uyduları izleme kısa bir süre içinde devam edecektir. 23 : 10 :08 23 : 10 : 10 23 : 10 :14 23 : 10 :12 23 : 10 :16 23 : 10 :18 23 : 10 : 20 23 : 10 :24 23 : 10 :22 23 : 10 :26 23 : 10 :27 23 : 10 : 28 23 : 10 :30
Havada Hareketli (Kinematic ( on the Fly Yöntemi Kinematic on the Fly) Ölçme Bu teknik en az uydu sayısının n (5) gerekli olduğu u noktalarda konum hesaplanmasına na olanak verir. 23 : 10 :52 23 : 10 :53 23 : 10 : 51 23 : 11 :00 23 : 10 :59 23 : 10 :55 23 : 10 :54 23 : 10 :57 23 : 11 : 01 23 : 10 :58 23 : 10 : 56 23 : 11 :02 23 : 10 :30 23 : 10 :27 23 : 10 :26 23 : 10 : 28 23 : 10 :14 23 : 10 :12 23 : 10 :24 23 : 10 :22 23 : 10 :18 23 : 10 : 20 23 : 10 :16 23 : 10 : 20 23 : 10 :18
Anlık, Gerçek ek Zamanlı Hareketli (Real Time Kinematic) Ölçme YöntemiY 1. Gerçek ek Zamanlı Kod ölçüsü 2. Gerçek ek Zamanlı Faz Ölçüsü Sonradan veri işleme i gerektirmez. Sonuçlar hemen elde edilebilir. Çift frekanslı alıcı ve her iki alıcıda sinyal iletişimini imini sağlayan radyo modeme ihtiyaç vardır. r. İki modda çalışır RT-Receiver Receiver Format RT-Standard Format
Gerçek ek Zamanlı Hareketli Ö.. Y. A B
Real Time Survey
Real Time Survey
Tavsiye Edilen Kayıt t Aralıklar kları Ölçü tipi Kayıt Aralığı Statik Hızlı Statik Dur Git Kinematik Havada kinematik 10 sec 5-10 sec 1-5 sec 0.1 sec or more 0.1 sec or more
GPS UYDULARI Rubidium, Cesium, Hydrogen Mesers ATOMİK K SAATLERİ GPS ALICILARI Kristal Quartz SAATLERİ GPS ZAMANI ile UTC ZAMANI arasında senkronizasyon 100 ns. GPS UYDULARI arasındaki senkronizasyon 20 ns.
GPS HATA KAYNAKLARI GPS hataları; 1.gürültü (noise; karışıklık, tesadüfi hata), 2.sapma (bias; kayıklık) 3.kaba hatanın (blunder)
GPS HATA KAYNAKLARI
GPS HATA KAYNAKLARI GPS HATA KAYNAKLARI 1. Uydudan Kaynaklanan Hatalar Uydu yörünge hatası Uydu saat hatası Seçimli doğruluk erişimi (Selective Availability, SA) 2. Alıcıdan Kaynaklanan Hatalar Alıcı saat hatası Anten faz merkezi değişimi Alıcı frekans gürültüsü 3. Sinyal Yayılımına Bağlı Hatalar İyonosfer ve Troposfer Etkileri Sinyal yansımaları (multipath) Faz sıçramaları (cycle slip)
İDARELERCE BENİMSENEN GENEL KABULLER. ÜÇÜNCÜ DERECE SIKLAŞTIRMA NOKTALARI; STATİK ve HIZLI STATİK ARA, TAMAMLAYICI ve DİZİ NİRENGİLER; HIZLI STATİK POLİGON ve DETAY NOKTALARI; KİNEMATİK (STOP&GO, RTK VEYA HIZLI STATİK) 20 Km. DEN UZUN BAZLAR ÇİFT FREKANSLI ALICI ve STATİK ÖLÇÜ YÖNTEMİYLE ÖLÇÜLÜR.
İDARELERCE BENİMSENEN GENEL KABULLER. STATİK ÖLÇMELER: EN AZ 4 UYDU ÇİFT FREKANSLI ALICI İLE 1 SAATLİK OTURUM, TEK FREKANSLI ALICI İLE 2 SAATLİK OTURUM VERİ KAYIT ARALIĞI EN FAZLA 15 SANİYE YÜKSEKLİK AÇISI 10-20 DERECE PDOP < 4 GDOP < 7
İDARELERCE BENİMSENEN GENEL KABULLER. HIZLI STATİK ÖLÇMELER: EN AZ 5 UYDU ÇİFT FREKANSLI ALICI VERİ KAYIT ARALIĞI EN FAZLA 15 SANİYE YÜKSEKLİK AÇISI 10-20 DERECE BAZ UZUNLUĞU EN FAZLA 20 Km. PDOP < 4 GDOP < 7 GÖZLEM SÜRESİ, BAZ UZUNLUĞU VE PDOP DEĞERİNE GÖRE 10-30 DAKİKA
İDARELERCE BENİMSENEN GENEL KABULLER. PLANLAMA; KURULAN AĞLAR EN YAKIN NOKTALARDAN BİRİBİRİNE BAĞLANIR ÜÇGEN YADA DÖRTGEN KAPALI ŞEKİL OLUŞTURULUR SERBESTLİK DERECESİ YÜKSEK OLMALIDIR 25 Km ÇEVREDEKİ 1. ve 2. DERECE, 10 Km ÇEVREDEKİ 3. DERECE ÜLKE NİRENGİ NOKTALARI AĞA DAHİL EDİLİR NOKTALAR TV., RADYO VERİCİLERİNDEN, DUVAR, TEL ÖRGÜ, ÇATI GİBİ GÖRÜŞÜ ENGELLEYEN DETAYLARDAN UZAKTA OLMALIDIR.
Kaynaklar [1] Kahveci M., Yıldız F. Global Konum Belirleme Sistemleri Teori-Uygulama Nobel Yayınları, Ankara Kasım 2005. [2] Üstün A. Uydu Jeodezisi Ders Sunu ve Notları Kocaeli Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Harita Mühendisliği Bölümü, Kocaeli Şubat 2012. 2
Sunu bitti Dinlediğiniz için TEŞEKKÜRLER 23