Sayısal zenit kamera bileşenlerinin test ve kalibrasyon ölçmeleri
Calibration and testing of digital zenith camera components
- Tez No: 467159
- Danışmanlar: DOÇ. DR. MUSTAFA TEVFİK ÖZLÜDEMİR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Jeodezi ve Fotogrametri, Geodesy and Photogrammetry
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2017
- Dil: Türkçe
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Geomatik Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 136
Özet
Yüksek doğruluklu global bir geoit modeli oluşturulması kuşkusuz jeodezi çalışmaları arasında çağımızın en büyük uğraşlarından birisidir. Nitekim GNSS'yi en etkin şekilde kullanabilmenin yolu yüksek doğruluklu geoit belirleme ile mümkündür . Farklı geoit belirleme yöntemleri arasında çekül sapmalarının önemi 17. yüzyıldan itibaren bilinmesine rağmen ölçme zorlukları çekül sapmalarının arka planda kalmasına neden olmuştur. 20. yüzyılın ikinci yarısından itibaren CCD teknolojisinin icadıyla birlikte birçok alanda büyük gelişmelerin önü açılmış ve jeodezi bu gelişmelerden etkilenen alanlardan birisi olmuştur. CCD teknolojisi ile birlikte astro-jeodezik çekül sapmalarının belirlenmesinde geleneksel yöntemin neden olduğu zorluklar ortadan kalkmış ve tamamen otomatize sistemler geliştirilmesi mümkün hale gelmiştir. Aynı zamanda yüksek doğruluklu yıldız kataloglarının yardımıyla astronomik koordinatların elde edilme doğruluğu artmıştır. Yüksek kuantum çözümüne sahip CCD kameralar ve GPS donanımlarıyla birlikte geliştirilen Sayısal Zenit Kamera Sistemleri (SZKS) Avrupa genelinde Almanya, Polonya, Sırbistan, Avusturya, Letonya, İsviçre, Asya'da Çin ve son olarak Türkiye'de üretilmiş ve gözlemleri başarılı olarak gerçekleştirmiştir. Kerem Halıcıoğlu tarafından geliştirilen ve Türkiyenin ilk ulusal SZKS olma özelliğini taşıyan bu sistem 2015 yılında tamamlanmış ve İstanbul metropoliten Alanının Anadolu yakasında 4 noktada başarılı şekilde astro-jeodezik çekül sapmaları belirlenmiştir. ACSYS (Astro-geodetic Camera System) bir prototip sistem olarak tasarlanmış olmasına rağmen kısmen otomatik olarak çalışmaktaydı. Donanımsal özellikleri nedeniyle uzun ölçme hazırlık aşamaları gerekmekteydi. Ölçme süresinin asgari düzeye indirilmesi, astro-jeodezik çekül sapmasının elde edilme doğruluğunun arttırılması için 2016 yılının başlangıcından itibaren ilk ulusal SZKS'de donanım ve yazılım modernizasyonuna gidilmiştir. Modernizasyon sürecinde görüntü elde etme ve işleme süreçlerinin otomatize hale getirilmesi ve yenilenen SZKS taşıyıcı altyapı sistemi ile birlikte temin edinilen Yüksek Prezisyonlu Eğimölçer (High Resolution Tiltmeter-HRTM) ve yıldız görüntülerinin odaklanması için kullanılan focuser sisteminin entegrasyonu gündeme gelmiştir. Bu tez çalışması kapsamında yenilenen ulusal SZKS'nin tüm mekanik ve optik bileşenlerinin test ve kalibrasyon ölçüleri gerçekleştirilmiş, donanımların sisteme entegrasyonundan önce karakteristik özellikleri ortaya konulmaya çalışılmış ve yenilenen sistemin ölçme hassasiyeti ve doğruluğu belirlenmeye çalışılmıştır. Sıcaklık ve nem değişiminin eğimölçerler üzerindeki etkileri incelenmiş, farklı çevre koşullarında sistemin gözlem stabilitesi test edilmiştir. Sistem bileşenlerinin kalibrasyon çalışmaları için teleskop kalibrasyonu, CCD kameranın shutter gecikmesi, azimut ve göksel kalibrasyon çalışmaları, görüntü kalibrasyonu ve son olarak eğimölçer kalibrasyonu tamamlanmıştır. Teleskop kalibrasyonu için teleskop gökyüzünde parlak bir yıldıza yönlendirilmiş, görüntü sistematik olarak bozulmuş ve bozulan görüntünün oluşturduğu daire görüntüleri kaydedilmiştir. İşlem sonucunda iç ve dış aynalar tarafında oluşan daire merkezlerinin çakıştığı görülmüştür. CCD kameranın shutter gecikmesini belirlemek için ise MaximDL yazılımı kullanılmıştır. Kandilli Rasathanesi Deprem Araştırma Enstitü'sünde yapılan deneylerde shutter gecikmesi 0.02 saniye olarak belirlenmiştir. Zenit kamera sistemi ile elde edilen çekül sapmaları azimuta bağımlıdır bu yüzden azimut kalibrasyonu yapılarak gözlem yapılan her bir yıldıza ait azimut değeri belirlenmiştir. Görüntü kalibrasyonü ile görüntülerde bulunan termik, kozmik, kamera veya atmosferik kaynaklı gürültüler (noise) elimine edilmiştir. Görüntülerdeki yıldızların belirlenmesi için ise Astrometry.net yazılımı kullanılmıştıştır. Eğimölçer kalibrasyonları üzerinde en çok uğraşılan konu olmuştur. İmal ettirilen bir plaka üzerine yerleştirilen iki eğimölçer ile yaklaşık 30 gün boyunca eğim değerleri kaydedilmiş ve farklı çevre koşulları, sıcaklık gibi etkenlerin eğimölçerler üzerindeki ilişkisi incelenmiştir. Plaka üzerine yerleştirilen eğimölçerler ile aynı çevresel koşullarda gözlem yapıldığı için değerlendirmelerde eğimölçerlerin birlikte ve bağımsız kullanımları incelenmiştir. HRTM'nin yüksek performans ile kullanılabilmesi için Rterm ACSYS Levelling Software programı Matlab kullanılarak geliştirilmiştir. 30 günlük gözlem süresinde kullanılan eğim düzeneğinin sıcaklık değişimlerinden etkilendiği düşünülerek eğimölçerler Kandilli Rasathanesi ve Deprem Araştırma Enstitüsü Deprem Laboratuvarı'nda sarsma tablası ve hava odası kullanılarak tekrar incelenmiştir. Çalışma sonucunda sıcaklık ve eğimölçerler arasında ihmal edilemeyecek düzeyde korelasyon olduğu belirlenmiştir. Yenileme çalışmaları devam eden SZKS'ye ait ön bilgiler sunulmuş, sistem donanım ve yazılımları detaylı olarak incelenmiş ve modernizasyon sonrası yenilenen SZKS'ye ait çalışmalar incelenmiştir. Bu çalışma TÜBİTAK Bilimsel ve Teknolojik Araştırma Projelerini Destekleme Programı tarafından 115Y237 numaralı proje kapsamında desteklenmektedir.
Özet (Çeviri)
Determination of a high accuracy geoid models is doubtlessly one of the main tasks among geodesists in our age. Thus the most efficient way to use the developing GNSS technology is dependent on the development of a geoid model with an accuracy at cm level. Thouch the importance of vertical deflection determination out of other geoid modelling methods has been known since the beginning of the 17th century, it was ignored because of difficult measurement procedures. Starting from the second half of the 20th century, thanks to the invention of CCD (Charged Couple Device) technology, many disciplines, including geodesy, went under great changes. With the invention of CCD technology, the difficulties of traditional observation methods have been overcome with the progress that had taken place with the use fully or partly automatic systems. At the same time thanks to the star catalogues covering all the sky, determination of astronomical coordinates has become easier. With the integration of GNSS and CCD technology, Digital Zenith Camera Systems (DZCS) have been developed in many European countries such as Germany, Poland, Serbia, Austria, Latvia, Swiss, Turkey and China in Asia. Using Turkey's first national DZCS, developed by Kerem Halıcıoğlu in 2016, deflections of vertical were successfully determined at 4 points on the Anatolian side of Istanbul. In the first DZCS of Turkey, retrieval and processing of star images were done partly automatically. Levelling of the whole system and turning it to the azimuth direction were done manually by the observer. Therefore, skilled and experienced observers were needed and due to hardware shotcomings, long observation periods were required. To minimize the observation period and increase the accuracy of vertical defletion, with the beginning of 2016, DZCS of Turkey went under modernization process. The main objective of the modernization process is to minimize the observation period by implementing a fully automatic system and increase accuracy of vertical deflection by removing disprutive effect like wind, levelling etc. Levelling the system is one of the major point when determining the astro-geodetic deflection of vertical using DZCS, because the mathematical models apply only to the zenit point. Thus DZCS should be oriented towards local plump line. Levelling process in the old DZCS was done manually using a pair of Nivel 210 inclination sensors and a standart tripod. It generally took one hour or more. Resolution of Nivel 210 inclination sensor is 0.001 mrad. To meet the growing need for a better levelling accuracy, one of the Nivel 210 sensors was substituted with a High Resolution Tiltmeter (HRTM) of which resolution is smaller than 1 nrad. Also instead of standart tripod system, a carrier based system was produced. For sharpening the star images, which obtained from DZCS, a new temperature sensitive focuser was provided. Kerem Halıcıoğlu used Pinpoint Astrometry Engine Software V.5 (PAE) for matching stars in the images to the star catalogues. Instead of PAE, new star matching software Astrometry.net was used. The calibration phase consisted of two steps. Firstly, all components were calibrated using different calibration methods. Secondly testing of all components was carried out. All calibration and testing procedures were carried out in Bogazici University's Kandilli Observatory and Earthquake Research Institute. Star images have been used for calibration of the telescope. Telescope is directed to shining star in the sky. Star images were systematically corrupted and saved. Corrupted stars in the images lose point view and become circle. If the centres of the circles formed in the innner and outer mirrors coincide, calibration of telescope is completed. Observation results showed that centres of two mirrors coincided. When obtaining astro-geodetic deflections of vertical, time is one of the most important factor. Therefore, shutter latency should be determined. A test environment was created in Bogazici University and using MaximDL software, shutter latency was determined 0.02 second. According to the studies carried out in Europe, astro-geodetic deflection of vertical depend on the azimuth values. After azimuth calibration, azimuths of all stars in the images were determined. Due to the thermal, cosmic, atmospheric and camera effects, star images include noises. To eliminate this noise from images, which include same disruptive effects were used. The calibration of inclination sensors has been the most time consuming issue. Firstly, in accordance with the Nivel 210 user's manual, a calibration plate was prodeced. Using calibration plate and a standard tripod an observation system was created to investigate temperature dependent characteristics of inclination sensors, sensors stability and environmental effects on the inclination sensors. Nearly 30 days observations were carried out. Leica SpiderQC software enables data acquisition from Nivel 210 inclination sensor. Tilt and temperature values are saved automatically and these values can be seen simultaneously. Although Hterm software provides data received from the HRTM inclination sensor, it does not have an automatic saving feature and the corresponding values an only can be seen as electronic bit. Also by the use of Hterm, 300 seconds data is lost on avarage on hour. To fully control the HRTM, save data automatically, to synchronize it with the Nivel 210 and to decreasse the data loss, a software, namely Rterm ACSYS Levelling Software V.1, was developed using Matlab. Thanks to the Rterm software, data loss dropped from 30 seconds to 3 seconds, tilt and temperature values can be seen simultaneously. However, the connection has not been established for the Nivel 210 inclination sensor via Matlab and the reason is not clear yet. Because the laboratory is used in working hours, the observation between 07:00 and 19:00 were not processed. 30 days observations results showed a high correlation between temperature and inclination sensors output. However, this correlation could be taking place as a result of tripod expansion. To determine whether or not there is a correlation between temperature changes and tilt values, a vibration table and air chamber was used in Bogazici University's Earquake Laboratory. Effects of rapid temperature changes on inclination sensors were investigeted. According to the results from obtained air chamber, there is a correlation between temperature and tilt values and this correlation can't be negligible because temperature may change in observation time, which last nearly two hours or more. In addition, using vibration table both inclination sensors response to the acceleration were determined. Natural frequency of the Nivel 210 and HRTM were found as 1 and 0.1 Hz, respectively. A new star detecting and matching software called Astrometry.net was used with new star catalogue. In this thesis, integration of all components to the modernized DZCS of Turkey, creation process of an optimal structure, the first results of modernized DZCS of Turkey and future plans are discussed. This study was supported by TUBITAK Scientific and Technological Research Projects Funding Program with the grant number 115Y237.
Benzer Tezler
- Sayısal Zenit kamera sistemi ile astro-jeodezik çekül sapmalarının belirlenmesi
Determination of astro-geodetic deflections of the vertical using digital Zenith camera system
KEREM HALICIOĞLU
Doktora
Türkçe
2015
Jeodezi ve Fotogrametriİstanbul Teknik ÜniversitesiGeomatik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. RASİM DENİZ
PROF. DR. HALUK ÖZENER
- Assessment of global gravity models in coastal zones: A case study using astrogeodetic vertical deflections in İstanbul
Global gravite modellerinin kıyı bölgelerinde değerlendirilmesi: İstanbul astrojeodezik çekül sapmaları örneği
MÜGE ALBAYRAK
Doktora
İngilizce
2020
Astronomi ve Uzay Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiGeomatik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUSTAFA TEVFİK ÖZLÜDEMİR
- Sayısal zenit kamera sisteminin modernizasyonu ve otomasyonu
Modernization and automatization of the digital zenit camera system
BURAK BAŞOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Jeodezi ve Fotogrametriİstanbul Teknik ÜniversitesiGeomatik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUSTAFA TEVFİK ÖZLÜDEMİR
DR. KEREM HALICIOĞLU
- Uydu ile hassas görüntülemede iz düşüm yönlendirme metodu
Line of sight track guidance method for precise satellite imagery
ERHAN TOPAL
Doktora
Türkçe
2016
Astronomi ve Uzay Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALİM RÜSTEM ASLAN
PROF. DR. ORHAN AKYILMAZ
- Savaş gemilerinde egzoz gazlarının yayılımının deneysel ve sayısal olarak incelenmesi
An experimental and numerical investigation of exhaust smoke dispersion on naval ships
ERİNÇ DOBRUCALI
Doktora
Türkçe
2013
Gemi Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SELMA ERGİN