e.ogren-sen.com > Doğru > Araştirma
ANTALYA VE SAMSUN MAREOGRAF İSTASYONLARI ARASINDAKİ JEOİT DEĞİŞİMİNİN GPS NİVELMANI YARDIMIYLA BELİRLENMESİ
Aydın ÜSTÜN, Hüseyin DEMİREL
Yıldız Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yıldız-İSTANBUL
Geliş Tarihi: 27.03.2003
DETERMINATION OF THE GEOID PROFILE BETWEEN ANTALYA AND SAMSUN TIDE GAUGES BY GPS/LEVELLING
The orthometric height at any point can be found provided that the location of the geoid and the ellipsoidal height with respect to a geocentric ellipsoid are known. In recent years, the obtaining of orthometric heights via GPS rather than levelling has become a research topic on which is spoken much. This study deals with the determination of geoid heights using the GPS derived ellipsoidal heights and the orthometric heights based on the precise leveling technique. A case study was performed on the first order levelling line of the Turkish National Vertical Control Network 1999 (TNVCN99) between Antalya and Samsun tide-gauges. The precision of the GPS/leveling geoid profile, which is length of 1000 km, is below 7 cm (along the line). The geoid profile determined by two techniques with high precision was compared with national (TG91 and TG99A) and global (OSU91A and EGM96) geoid models used for the orthometric height determination by GPS in Turkey. According to the results of comparison, the RMS agreements of TG91, TG99A, OSU91A and EGM96 models are 0.739, 0.118, 1.635 and 1.233 m, respectively. After the combining TG91 and nationwide GPS/levelling data, it is seen that the inconsistency between gravimetric geoid and local vertical datum, and the systematic distortions with long wavelength in TG91 are vanished.
Bir referans elipsoidine göre jeoidin konumu ve yeryüzündeki bir noktanın elipsoidal yüksekliğinin bilinmesi durumunda ortometrik yüksekliğe geçiş olanaklıdır. Hassas nivelmana gerek kalmadan ortometrik yüksekliklerin GPS yardımıyla belirlenmesi, son yıllarda üzerinde en çok durulan araştırma konularının başında gelmektedir. Bu çalışma, tersine bir yöntem izleyerek jeoit yüksekliklerini belirlemeyi ele almaktadır. Uygulama, Antalya ve Samsun mareograf istasyonları arasında, Türkiye Ulusal Düşey Kontrol Ağı 1999 (TUDKA99) birinci derece nivelman geçkisinde gerçekleştirilmiştir. Yüksek presizyonlu iki ölçme tekniği yardımıyla belirlenen 47 noktalı GPS/nivelman jeoit kesitinin duyarlığı 7 cm’nin altındadır. Yaklaşık 1000 km uzunluğundaki bu kesitte, Türkiye için GPS yardımıyla ortometrik yükseklik belirlemede kullanılan ulusal (TG91 ve TG99A) ve global (OSU91A ve EGM96) jeoit modellerinin doğruluğu araştırılmıştır. Mutlak jeoit yükseklikleriyle yapılan karşılaştırma sonuçlarına göre; TG91, TG99A, OSU91A ve EGM96 jeoit modelleri ile GPS/nivelman jeoidi arasındaki RMS uyumu, sırasıyla 0.739, 0.118, 1.635 ve 1.233 m’dir. Gravimetrik jeoit, GPS ve nivelman verileri birleştirilerek TG99A’nın oluşturulmasıyla, TG91 ile yerel düşey datumdan geçen GPS/nivelman jeoidi arasındaki tutarsızlık ve TG91’deki uzun dalga boylu sistematik bozulmaların ortadan kalktığı görülmektedir. Yapılan karşılaştırmalar duyarlı jeoit belirleme çalışmalarında GPS/nivelman verilerinin önemini açıkça ortaya koymaktadır.
Yükseklik denildiğinde yeryüzündeki bir nokta ile başlangıç yüzeyi arasındaki ilişki anlaşılır. Bu ilişki fiziksel, geometrik ya da başka görüşlere uygun olarak tanımlanabilir. Özel bir eşpotansiyel yüzey olan ve durgun okyanus yüzeyi ile yaklaşık çakıştığı kabul edilen jeoit, yükseklik sistemleri için ideal bir başlangıç yüzeyidir. Bu yüzey başlangıç kabul edilir ve yeryüzündeki bir nokta ile ilişkilendirilirse jeodezinin gereksinimlerine uygun yükseklik tanımı yapılmış olur. Nokta ile jeoit arasında kalan çekül eğrisinin uzunluğu ile gösterilen ortometrik yükseklik, uygulamada en çok kullanılan yükseklik türlerinden biridir (Şekil 1). Geleneksel olarak düşey kontrol ağı noktaları arasında geometrik yükseklik farkları hassas nivelman yöntemiyle ölçülmekte, gravite gözlemleri yardımıyla bu farklar ortometrik yüksekliklere dönüştürülmektedir. Nivelman sonuçlarının indirgenmesi, yükseklik ağlarının tasarımı, değerlendirilmesi ve matematiksel modellere ilişkin kuramsal esaslar  ve ’de ayrıntılı olarak verilmiştir.
A. Üstün, H. Demirel YTÜD 2003/3
on yıllarda, yeryüzündeki noktaların üç boyutlu konumu uydular yardımıyla yüksek doğrulukla belirlenebilmektedir. Özellikle GPS tekniğinin nivelman yöntemine göre ekonomik ve pratik oluşu yükseklik belirlemeye yeni bir boyut kazandırmış; GPS nivelmanı adı verilen yöntemin doğmasına neden olmuştur. Bu yöntemle ulaşılması zor ve aralarındaki uzaklık çok büyük olan nokta yüksekliklerinin ekonomik olarak elde edilmesi olanaklı hale gelmiştir [3, 4].
Şekil 1. Elipsoidal yükseklik (h), ortometrik yükseklik (H) ve jeoit yüksekliği (N)
GPS ile elde edilen j, l, h jeodezik koordinatları için referans yüzeyi, yermerkezcil dönel elipsoittir. Elipsoidal yükseklik h, P noktasından geçen elipsoit normalinin P ve elipsoit arasındaki uzunluğu ile ölçülür. Elipsoidal ve ortometrik yükseklikler arasındaki matematiksel ilişkiyi, jeoit-elipsoit aykırılığı, başka bir deyişle jeoit yüksekliği N sağlar (Şekil 1). e çekül sapmasının (elipsoit normali ve çekül eğrisi arasındaki açı) yüksekliğe etkisi göz ardı edilebilecek kadar küçük olduğundan elipsoidal, ortometrik ve jeoit yükseklikleri arasında,
GPS nivelmanı, ortometrik yükseklik belirlemede geleneksel yöntem olarak kabul edilen hassas nivelman tekniğine seçenek oluşturabilir mi? Yanıt, elipsoidal ve jeoit yüksekliklerine ilişkin hata büyüklüklerinde aranmalıdır. GPS ile üç boyutlu konum belirlemede yükseklik bileşeninin doğruluğu yatay bileşen kadar iyi olmasa da yeni ölçme ve değerlendirme stratejilerindeki gelişmeler nedeniyle sistem, elipsoidal yükseklikler bakımından pratik amaçlar için doğruluk gereksinimini yeterince karşılamaktadır [5, 6, 7]. Elipsoidal yüksekliklerin yeterli doğrulukla elde edilebilmesi, bütün gözlerin N’ye çevrilmesine neden olmaktadır. Bir referans elipsoidine göre jeoit belirleme, jeodezik sınır değer probleminin konusudur. Bölgesel ya da ulusal ölçekte gravimetrik jeoit, global jeopotansiyel model ve sayısal arazi modeliyle desteklenen yersel gravite gözlemleriyle belirlenir . Ancak problemin çözümü, topoğrafik kitle yoğunluğu için varsayım öngörülmesini zorunlu kılar. Temel olarak bu varsayım ortometrik yükseklik için gerekli varsayımla aynıdır. Ancak gravimetrik jeoit modeli, kullanılan verilere bağlı olarak sistematik bozulmalara karşı çok duyarlıdır ve olası hatalardan kolay etkilenir. Bütün bu olumsuz etmenler nedeniyle gravimetrik jeoit belirleme problemine tam olarak tatmin edici bir çözüm getirilememiştir . Ancak yine de ortometrik ve elipsoidal yüksekliği bilinen kontrol noktaları, gravimetrik jeoitteki sistematik bozulmaları gidermede kullanılabilir. Böylelikle hem geniş ölçekte iyi bir kontrol sağlayan hem de gravite alanının yerel özelliklerini iyi yansıtan bir jeoit modeli belirlenebilir (örn. [10, 11, 12]).
Antalya ve Samsun Mareograf İstasyonları...
Bu çalışmanın amacı, Türkiye Ulusal Düşey Kontrol Ağı (TUDKA) birinci derece nivelman geçkisi boyunca ulusal (TG91 ve TG99) ve global (EGM96 ve OSU91A) jeoit modelleriyle bağlantılı olarak GPS nivelmanının kullanılabilirliğini araştırmaktır. Bu amaçla; (i) Antalya-Samsun mareograf istasyonları arasında 20-25 km aralıklarla seçilmiş TUDKA noktalarında GPS nivelmanı uygulamasının gerçekleştirilmesi, (ii) GPS nivelmanında elipsoidal yükseklik belirleme duyarlığının analiz edilmesi, (iii) geçki boyunca GPS/nivelman jeoidinin belirlenmesi ve duyarlığının irdelenmesi, (iv) GPS/nivelman jeoidinin, Türkiye Ulusal (TG91 ve TG99) ve global (OSU91A, EGM96) jeoit modelleriyle karşılaştırılması ve (v) GPS ile ortometrik yükseklik belirlemeye yönelik bölgesel ve global jeoit modellerinin kullanılabilirliğinin incelenmesi, örnek bir geçki boyunca GPS nivelmanı doğruluğunun belirlenmesi burada ele alınan konular arasında yer almaktadır.
4. araştirma bulgulari ve tartişma 7
Bilimsel Araştırma Ve Yöntemleri Ders Notları