FARKLI GNSS AĞ VE İSTASYONLARINDAN GERÇEKLEŞTİRİLEN STATİK KONUMLAMANIN İSTANBUL ÖLÇEĞİNDE İRDELENMESİ E. AVCIOĞLU 1, M. SOYCAN 2 1 Himtek Mühendislik İnş. Tic. San. Ltd. Şti., İstanbul ercan@himtek.com.tr 2 Yıldız Teknik Üniversitesi, İnşaat Fakültesi, Harita Mühendisliği Bölümü, İstanbul soycan@yildiz.edu.tr Özet Sürekli çalışan sabit GNSS istasyonlarından oluşan referans ağları, günümüzde temel jeodezik altyapının önemli bileşenleri arasında yer almaktadır. Bu ağlar özellikle ölçme, haritalama, CBS vb. birçok mühendislik uygulamasında, profesyonel GPS/GNSS kullanıcıları için zaman, maliyet ve doğruluk kriterleri açısından efektif çözüm sunmaktadır. Bu nedenle birçok devlet, organizasyon ve kurum GPS teknolojisinin gelişmeye başladığı yıllardan itibaren yüksek hassasiyette konum bilgisinin elde edilmesi amacıyla yerel ve bölgesel ölçekte sabit GNSS istasyonlarından oluşan referans ağları kurmaya başlamışlardır. Ülkemizde de son yıllarda sabit GNSS referans istasyonları ve bunlardan oluşan ağların sayısı hızla artmaktadır. Farklı nitelik ve amaçlar için kurulan bu ağların bir standart bütünlüğü içinde yapılandırılmaması, bazı sorunları da beraberinde getirmektedir. Bu nedenle gerçekleştirilen bu çalışmada, İstanbul yerel ölçeğinde faaliyet gösteren farklı referans ağları (TUSAGA-Aktif, İSKİ-UKBS, IGS) arasında datum farklılıklarının konum doğruluğuna etkisinin incelenmesi amaçlanmıştır. Bu amaçla ITRF96, ITRF2005 ve ITRF2008 datumunda çözüm sağlayan farklı referans ağları için sayısal bir uygulama gerçekleştirilerek, bunun aşamaları ve sonuçları irdelenmiştir. Anahtar kelimeler: GPS, GNSS, ITRFyy, Ölçü sonrası veri değerlendirme STATIC POSITIONING PERFORMED FROM DIFFERENT GNSS NETWORKS AND STATIONS INVESTIGATION IN ISTANBUL SCALE Abstract Reference networks consisted continuously operating reference station is the major components of the basic geodetic infrastructure. These networks offers an effective solution in terms of cost, time and accuracy criteria for professional GPS/GNSS users in surveying, mapping, GIS etc. many engineering application. Therefore, many governments and institutions start establish GPS / GNSS reference networks in local and regional scale to achieve high accuracy solution. In our country, the number of permanent GNSS reference stations and networks is rapidly increasing. These established networks have different qualification and purpose that not configured in a standard integrity that brings some problems. Therefore, in this study aimed to investigate positioning accuracy effect of the datum differences of the reference networks (TUSAGA-Aktif, İSKİ-UKBS, IGS) operating at İstanbul level. For this purpose, different reference networks that have different datum specification (ITRF96, ITRF2005, ITRF2008) investigated and analyzed. Keywords: GPS, GNSS, ITRFyy, Post-Processing
2 1. Giriş 1990 ların başlarından itibaren GPS teknolojisi, jeodezik çalışmalar için vazgeçilmez bir araç haline gelmiştir. Bu tarihlerden itibaren kurumlarının geleneksel klasik jeodezik kontrol ağları, yerini aşamalı olarak GPS teknolojisi kullanılarak ölçülmüş yer kontrol noktalarından oluşan ağlara bırakmıştır. Bunun devamında ise sürekli çalışan sabit GPS/GNSS referans istasyonları ve bunların oluşturduğu ağların kurulması, GNSS teknolojisinin etkin kullanımı için sürece farklı bir katkı sağlamıştır. Bu noktada Uluslararası GNSS Servisi (IGS) nin bu alandaki katkıları son derece önemlidir. IGS in amacı, GNSS uygulamalarındaki gelişmeleri yakından izleyerek, devletlerin ve ticari organizasyonların işletimsel faaliyetlerine destek sağlamaktır. IGS bu amacını, sürekli gözlem yapan 400 ün üzerinde GNSS istasyonundan oluşan uluslararası ağı, bir düzineden fazla bölgesel veri merkezi, 3 küresel veri merkezi, 7 analiz merkezi ve çok sayıda bölgesel analiz merkezi ile gerçekleştirmektedir. (Dow vd., 2009) IGS in global anlamda yürüttüğü çalışmalar dinamik olarak tanımlanan Uluslararası Yersel Referans Çerçevesi (ITRF) nin oluşuma ve sürekli güncellenmesine de önemli bir katkı sağlamaktadır. Dolayısıyla birçok ülke ulusal datumlarını ITRF ile uyumlu hale getirebilmek için yeniden tanımlamıştır. ITRF in sürekli güncellenen dinamik yapısı, ülkemizde de bu datumda hizmet veren referans ağlarının IGS ağıyla uyumunun önemini ortaya koymaktadır. Ülkemiz sınırları içerisindeki ulusal ölçekte oluşturulan referans ağı olan Türkiye Ulusal Sabit GNSS İstasyonları Ağı -Aktif (TUSAGA-Aktif) 2009 yılında hizmete girdiği günden bu yana, 7 gün 24 saat hem gerçek zamanlı (RTK) hem de post processing (büroda değerlendirme) ile hızlı, ekonomik ve duyarlı biçimde konum belirlemeye olanak sağlamaktadır. (URL-1) TUSAGA-Aktif sistemde referans istasyonlarına ait analizler, ITRF2008 referans sisteminde yapılmakta olup, Türkiye Ulusal Temel GPS Ağı (TUTGA) nın referans sistemi olan ITRF1996 ya dönüşüm yapılarak 2005.0 epoğuna getirilmekte ve bu şekilde yayınlanmaktadır. (Mekik vd., 2003) İstanbul ölçeğinde düşünüldüğünde akla gelen en önemli referans ağı ise hiç şüphesiz ki İstanbul Su ve Kanalizasyon İdaresi nin 2008 yılında hizmete açtığı İSKİ Uydulardan Konum Belirleme Sistemi (İSKİ- UKBS) dir. İSKİ-UKBS, tüm İstanbul u kapsayan ve GNSS teknolojilerinin gerçek zamanlı, etkin ve verimli kullanımına imkan veren 10 istasyonla hizmet vermeye devam etmektedir. Bu sistemde IGS ve TUTGA noktalarına dayanarak yapılan değerlendirmelerde 2005.0 epoğu ve ITRF2005 sistemi referans alınmıştır. (URL-2)
3 Aynı bölgede yer alan referans ağlarının farklı datumlarda olması, elde edilen ürünlerin de farklı olmasına neden olmaktadır. İstanbul özelinde düşünüldüğünde bu durum, farklı ağlara dayalı olarak gerçekleştirilen mühendislik uygulamalarının bir arada değerlendirilememesine neden olmaktadır. Ayrıca farklı datumlarda elde edilen veriler, daha sonraki zamanlarda başka kurumlar tarafından kullanılamamaktadır. Uluslararası Yer Dönme ve Referans Sistemleri Servisi (IERS), ITRF sistemleri arasında güncel datum dönüşüm parametrelerini yayınlamaktadır. Ancak yerel bazda düşünüldüğünde bu parametrelerin hassas çalışmalardaki kullanılabilirliği tartışmaya açıktır. Bu durum farklı ağların entegrasyonu ve datum birliği meselelerini de gündeme getirmektedir. Bu bağlamda gerçekleştirilen bu çalışmada İstanbul ölçeğinde yer alan farklı referans ağlarının sonuç koordinatlarına etkisinin incelenmesi amacıyla bir uygulama gerçekleştirilmiş ve de elde edilen sonuçlar irdelenmiştir. 2. Sayısal Uygulama GPS/GNSS istasyonlarının gözlem verileri kullanılarak yapılan post-processing (büroda değerlendirme) işlemi hassas konum belirlemede kullanılan önemli bir yöntemdir. Geleneksel olarak bu veri değerlendirme metodu ile yüksek hassasiyette (cm-mm) konum bilgisi elde edilebilmektedir (Kahveci vd., 2011). İstanbul ölçeğinde düşünüldüğünde sürekli gözlem yapan üç farklı referans ağından söz edilebilir. Bunlar IGS, TUSAGA-Aktif ve İSKİ-UKBS ağlarıdır. Bu ağlardan TUSAGA-Aktif ve İSKİ-UKBS nin, gerçek zamanlı kinematik (RTK) uygulamalara imkan veren (Ağ-RTK ya da CORS) işlevi de bulunmaktadır. Bu üç ağın tanımlı olduğu datumlar birbirinden farklıdır. TUSAGA-Aktif sistemi ITRF-96 datumunda ve 2005.00 epoğunda tanımlı iken, İSKİ-UKBS referans ağı ITRF-05 datumunda ve 2005.00 epoğunda tanımlıdır. IGS istasyonlarının ise internet üzerinden farklı datum ve epoklarda koordinatları elde edilebilmektedir. Bu datum farklılığı RTK yöntemiyle anlık konum belirlemede büyük oranda gözlemlenebilmektedir. İstanbul ölçeğinde yapılan bu uygulamada, datum farklılıklarının konum doğruluğuna olan etkisini irdelemek amacıyla söz konusu üç farklı ağa dayandırılarak dengelenen bir noktanın sonuç koordinatları hesaplanmış ve aralarındaki farklar incelenmiştir. İstanbul Yıldız Teknik Üniversitesi İnşaat Fakültesi Harita Mühendisliği Bölümü nde bulunan YTUH sabit GNSS referans istasyonu (Şekil 1) uygulama noktası olarak seçilmiştir. Bu doğrultuda, YTUH istasyonunun 2014 yılı Nisan ayı 21, 22 ve 23. günlerine ait 24 saatlik kesintisiz gözlem verisi ile
4 çalışılmıştır. Yine bu günlere ait 2 adet IGS istasyonu, 6 adet TUSAGA-Aktif istasyonu ve 6 adet İSKİ- UKBS istasyonunun 30 sn lik RINEX verileri kullanılmıştır. (Şekil 2) Şekil 1. YTÜ Davutpaşa Kampüsü İnşaat Fakültesi Çatısında Bulunan YTUH Sabit GNSS Referans İstasyonu Şekil 2. YTUH İstasyonu ve Diğer Sabit GNSS Referans İstasyonlarının Konumları
5 Veri değerlendirme ve analiz işleminde Topcon Tools yazılımı yardımıyla YTUH noktası üç farklı sisteme dayalı olarak ayrı ayrı dengelenmiştir. Dengelemede kullanılan IGS, TUSAGA-Aktif ve İSKİ-UKBS istasyonlarının 2005.00 epoğundaki koordinatları ayrı ayrı sabit kabul edilerek YTUH istasyonunun koordinatları 1789. GPS haftasının 111, 112 ve 113. günleri için hesaplanmıştır. Şekil 3, Şekil 4 ve Şekil 5 te görüldüğü üzere dengelemeye yalnızca YTUH istasyonu ile sabit istasyonlar arasındaki GPS gözlemleri dahil edilmiştir. Şekil 3. Dengeleme Hesabına Katılan IGS İstasyonları ve Gözlem Bazları Şekil 4. Dengeleme Hesabına Katılan TUSAGA-Aktif İstasyonları ve Gözlem Bazları
6 Şekil 5. Dengeleme Hesabına Katılan İSKİ-UKBS İstasyonları ve Gözlem Bazları GPS gözlem verilerinin yataydaki doğruluk sınırı 0,05 m, düşeydeki doğruluk sınırı da 0,10 m olarak belirlenmiştir. Yapılan dengelemeler sonucunda hesaplanan koordinatlar Tablo 1 de gösterilmektedir. Referans Ağlar/ Günler Tablo 1. Dengeleme Sonucunda Elde Edilen Kartezyen Koordinatlar YTUH Kartezyen Koordinatları X (m) Y (m) Z (m) Std. Sp. n (m) Standart Sapma Std. Sp. e (m) Std. Sp. u (m) 1789/111 4219305.24312 2328099.95803 4164468.64779 0.00608 0.00562 0.01402 IGS (ITRF08) TUSAGA-Aktif (ITRF96) 1789/112 4219305.23969 2328099.95634 4164468.64234 0.00620 0.00561 0.01396 1789/113 4219305.24186 2328099.95969 4164468.64777 0.00564 0.00519 0.01259 Ortalama 4219305.24156 2328099.95802 4164468.64597 *0.00142 *0.00137 *0.00256 1789/111 4219305.27444 2328099.97101 4164468.60215 0.00219 0.00204 0.00495 1789/112 4219305.27607 2328099.96908 4164468.60656 0.00209 0.00190 0.00461 1789/113 4219305.27502 2328099.97093 4164468.60434 0.00218 0.00196 0.00475 Ortalama 4219305.27518 2328099.97034 4164468.60435 *0.00067 *0.00089 *0.00180 İSKİ-UKBS (ITRF05) 1789/111 4219305.25092 2328099.94830 4164468.64941 0.00226 0.00206 0.00515 1789/112 4219305.25376 2328099.94755 4164468.65073 0.00285 0.00258 0.00640 1789/113 4219305.25352 2328099.94928 4164468.65205 0.00221 0.00194 0.00489 Ortalama 4219305.25273 2328099.94838 4164468.65073 *0.00129 *0.00071 *0.00108 *Tekrarlı ölçülerin ortalamalarından elde edilen standart sapmalar
7 Tablo 2. Dengeleme Sonucunda Elde Edilen Coğrafi Koordinatlar Referans Ağlar/ Günler YTUH Coğrafi Koordinatları Standart Sapma Enlem ( ' ") Boylam ( ' ") h (m) Std. Sp. n Std. Sp. e Std. Sp. u 1789/111 41 01 24.262754 N 28 53 19.467464 E 128.01851 0.60800 m 0.00562 m 0.01402 m IGS (ITRF08) TUSAGA-Aktif (ITRF96) 1789/112 41 01 24.262702 N 28 53 19.467472 E 128.01205 0.00620 m 0.00561 m 0.01396 m 1789/113 41 01 24.262760 N 28 53 19.467552 E 128.01827 0.00564 m 0.00519 m 0.01259 m Ortalama 41 01 24.262739 N 28 53 19.467496 E 128.01628 *0.000026'' *0.000040'' *0.00299 m 1789/111 41 01 24.260921 N 28 53 19.467303 E 128.01397 0.00219 m 0.00204 m 0.00495 m 1789/112 41 01 24.261018 N 28 53 19.467197 E 128.01724 0.00209 m 0.00190 m 0.00461 m 1789/113 41 01 24.260965 N 28 53 19.467288 E 128.01576 0.00218 m 0.00196 m 0.00475 m Ortalama 41 01 24.260968 N 28 53 19.467262 E 128.01566 *0.000040'' *0.000047'' *0.00134 m İSKİ-UKBS (ITRF05) 1789/111 41 01 24.262749 N 28 53 19.466938 E 128.02118 0.00226 m 0.00206 m 0.00515 m 1789/112 41 01 24.262736 N 28 53 19.466851 E 128.02365 0.00285 m 0.00258 m 0.00640 m 1789/113 41 01 24.262755 N 28 53 19.466921 E 128.02498 0.00221 m 0.00194 m 0.00489 m Ortalama 41 01 24.262746 N 28 53 19.466904 E 128.02327 *0.000008'' *0.000038'' *0.00157 m *Tekrarlı ölçülerin ortalamalarından elde edilen standart sapmalar Sonuçlara bakıldığında, farklı datumlardaki referans ağlarla yapılan dengelemelerin sonuç koordinatlarına olan etkisi açıkça görülmektedir. Koordinat farkları, hassas mühendislik çalışmalarında tolere edilemeyecek büyüklüktedir. 3. Sonuç ve Öneriler Bu çalışma, farklı datumları kullanan farklı referans ağlarına dayalı olarak büroda değerlendirme yöntemi ile dengelenen YTUH noktasının sonuç koordinatlarındaki farklılıkları ortaya koymaktadır. Buna göre IGS, TUSAGA-Aktif ve İSKİ-UKBS referans ağılarına dayalı olarak dengelenen YTUH noktasının X ve Y koordinatında 2-3 cm; Z koordinatında ise 4-5 cm lik farklar görülmektedir. Koordinatlar projeksiyon sistemine indirgendiğinde ise bu fark yatayda 5-6 cm olmaktadır. Bu uygulama sonucunda, farklı ITRF datumlarında tanımlı iki farklı ağdaki sabit istasyonların aynı çalışmada birlikte kullanılamayacağı görülmüştür. Bu durum ülkemiz açısından değerlendirildiğinde maliyet ve zaman israfına yol açmaktadır.
8 Datum farklılıklarının nokta konum doğruluğuna etkisinin azaltılabilmesi için global dönüşüm parametreleri kullanılabilir. Bunun yanında yerel bazda dönüşüm koordinatları hesaplanabilir. Bu dönüşüm parametreleri anlık olarak ağ merkezlerinden yayınlanabilir ve anlık olarak düzeltme imkanı sağlanabilir. Bütün bunların yanında dönüşüm parametreleri kullanıcı el ünitesine girilebilir veya ölçü sonrası veri değerlendirme çalışmalarında kullanılabilir. Farklı referans ağlarının bir arada çalışabilmesini sağlayacak çalışmaların yürütülmesi ve bu çalışmaların ilgili kurum ve kuruluşlarca desteklenmesi gerekmektedir. Bu doğrultuda IGS gibi uluslararası kurumlardan yararlanılabilir. Ayrıca datum birliğinin sağlanması, referans ağlarının ulusal ve uluslararası ağlara entegrasyonu gibi konulardaki çalışmaların yürütülmesi ve finanse edilmesi için bağımsız bir kurumun oluşturulması da gereklilikler arasındadır. Kaynakça Dow, J. M., Neilan, R. E., & Rizos, C. (2009). The international GNSS service in a changing landscape of global navigation satellite systems. Journal of Geodesy, 83(3-4), 191-198. Kahveci, M., Karagöz, H., & Selbesoğlu, M. O. (2011). Statik ve RTK GNSS ölçüm ve hesaplamalarının karşılaştırılması. HKM Jeodezi, Jeoinformasyon ve Arazi Yönetimi Dergisi, 104,3-13. Mekik, Ç. ve Arslanoğlu, M., (2003). Gerçek Zamanlı Kinematik GPS Konumlarının Doğruluk Analizi ve Bir Örnek Uygulama, 9. Türkiye Harita Bilimsel ve Teknik Kurultayı, Ankara. URL-1 URL-2 http://www.tkgm.gov.tr/tr/icerik/tusaga-aktif http://ukbs.iski.gov.tr