Contribution of airborne gravimetry to regional geoid determination by least squares collocation
Hava gravimetresinin en küçük kareler kollokasyon yöntemi ile bölgesel geoit belirlenmesine katkısı
- Tez No: 637602
- Danışmanlar: DOÇ. DR. BİHTER EROL, PROF. DR. RİCCARDO BARZAGHI
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Jeodezi ve Fotogrametri, Geodesy and Photogrammetry
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2020
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Geomatik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Geomatik Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 87
Özet
Uzun yıllar boyunca, dünya yüzeyinde bulunan bir noktanın ortometrik yüksekliği nivelman yöntemiyle elde edilmiş olan noktalar arasındaki yükseklik farklarına dayanarak hesaplanmıştır. Nivelman yönteminin doğası ve pratik sınırlamaları, bu yöntemin zorlu, kullanımının kısıtlı ve maliyetli olmasına sebep olmuştur. Teknolojinin gelişmesiyle birlikte Küresel Uydu Navigasyon Sistemleri (GNSS) kullanımı daha yaygın bir hale gelerek, konum ve yüksekliklerin belirlenmesinde önemli bir araç olmuştur. Ancak, bu uydu sistemleri ile elde edilen yüksekliklerin referans yüzeyi elipsoit olmasından dolayı pratik uygulamalarda ihtiyaç duyulan ortometrik yükseklik bilgisinin sağlanmasında yetersiz kalır. Bu sisteme dayanarak yüksek doğruluklu, verimli ve düşük maliyetli bir yükseklik sisteminin kurulabilmesi için yüksek doğruluklu bir gravimetrik geoit modeline ihtiyaç duyulur. Bu gravimetrik geoit model sayesinde elde edilmiş yüksekliklerin GNSS yöntemi kullanılarak elde edilmiş olan elipsoit yüksekliklerinden çıkarılması ile pratik uygulamalarda ihtiyaç duyulan ortometrik yükseklik bilgisi elde edilebilmektedir. Geoidin tanımı yapılacak olur ise, fiziksel anlamda ortalama deniz yüzeyine yakınsayan ve karaların altından devam ettiği varsayılan özel bir eş potansiyel yüzeyi olarak yapılabilir. Bir eş potansiyel yüzey olan geoidin belirlenmesi, yeryüzünde konumu bilinen noktaların geoit yüksekliği bilgisinin sayısal olarak elde edilmesidir. Bu modellemenin yapılabilmesi için jeodezik sınır değer probleminin geoit yüzeyine indirgenmiş ölçülerin Stokes integrali veya benzer formüller yardımıyla çözülmesi gerekir. Bununla birlikte, teoride geoit yüksekliklerine benzer bir başka yükseklik tanımı daha yapılmaktadır. Ancak bu yükseklikler, geoit yüksekliklerine kıyasla, referans yüzeyi ortalama deniz seviyesini değil, topoğrafyayı takip eder. Bu yüksekliklerin referans yüzeyine quasi-geoit denir. Topoğrafya ile bu referans yüzeyi olan quasi-geoit arasındaki mesafeye ise yükseklik anomalisi denir. Geoit yükseklikleri ile elipsoit yüksekliklerinin arasında kurulan ilişki gibi benzer bir ilişki yükseklik anomalileri ile elipsoit yükseklikleri arasında da kurulabilir. Bu noktadan ve Bouger gravite anomalilerine dayanarak geoit yükseklikleri ile yükseklik anomalileri arasında bir ilişkinin de kurulması mümkündür. Bu yükseklik anomalilerinin hesaplanmasında, geoit için geçerli olan yöntemlere bazı modifikasyonların yapılması yeterli olmaktadır. Yeryüzündeki her noktada tam ve sürekliliği sağlayan gravite ölçüsünün varsayımı gerçekçi ve mümkün değildir. Bu durum, pratikte lokal alan için verilen noktalarda çözüm yapılarak sağlanır. Geoit modelleme sırasında jeofiziksel yapıyı daha iyi belirtebilmek için veri sıklığı ve dağılımı büyük önem taşır. Gelişen teknoloji ile birlikte, gravite ölçmelerini kolaylaştıran farklı yöntemler ortaya çıkmaya başlamıştır. Özellikle son yıllarda kullanımı artan hava gravimetresi (airborne gravimetry), değişken topografya yapısına sahip, yersel ölçüm yapılamayan yerlerde veri elde etmek için kullanılmaya başlanmıştır. Bu anlamda bölgesel geoit hesaplarına oldukça büyük katkılarda bulunarak, doğruluğun arttığı görülmüştür. Uçaktan gravite ölçülerinin topoğrafyaya indirilip, yersel veri ile birleştirilmesi, yüksek doğruluklu gravimetrik geoit hesabı için ihtiyaç duyulan verinin oluşturulması anlamında büyük önem taşır. Bununla birlikte, yersel ve hava gravite verilerinin çözünürlük, bu verilerin kapladıkları alan ve gravite ölçmelerinin yapıldığı yükseklikler gibi birçok yapısal farkları uyuşumsuzluklara neden olabilir. Bu nedenle, bu iki veri setinin uygun bir şekilde birleştirilmesi geoit belirleme için önemli bir basamaktır. Bu tez kapsamında, yukarıda belirtilenlere dayanarak yersel ve hava gravite veri kombinasyonunun yapılması ve hava gravimetrisinin geoit belirlemede olan katkısı incelenmiştir. Bu çalışmada, halihazırda bulunan artık yersel ve topoğrafyaya indirgenmiş airborne gravite anomalileri kullanılarak Colorado/ABD bölgesinde En Küçük Kareler Kollokasyonu yaklaşımı ile geoit modellemesi yapılmıştır. Bu artık gravite anomaliler, global jeopotansiyel modelden elde edilen uzun ve topografik veriden elde edilen kısa dalga boyu katkılarının çıkarılması ile elde edilmiştir. Sadece yersel, sadece hava gravimetresi ve bu verilerin kombinasyonundan oluşan bir veri seti kulanılarak üç adet quasi-geoit modeli hesaplanmıştır. Hesaplamalar En Küçük Kareler Kolokasyonu (EKK) yöntemi ile gerçekleştirilmiştir. Hesaplamalarda EKK metodunun kullanmasının sebebi, bu yöntemin bozucu potansiyele bağlı herhangi bir fonksiyonun tahmininde farklı veri tipleri, bir diğer anlamda farklı karakteristik özelliklere sahip olan veriler ve seyrek noktalardan oluşan veri setleri ile çalışabilmesidir. Bunun yanı sıra, ampirik değerlere dayanarak çözüm için veriye uygun bir model sunuyor olması da bu yöntemin kullanılmasındaki önemli noktalardan biridir. Hesaplamalar için elde edilmiş kovaryans modeli, hem yersel hem topoğrafyaya indirgenmiş airborne artık gravite anomalilerinin ampirik kovaryans değerlerine uyum sağlamasından dolayı, veri kombinasyonu ve quasi-geoit hesaplamalarının hepsinde bu kovaryans modeli kullanılmıştır. Öncelikli olarak sadece yersel ve sadece hava gravimetresine dayanan modeller 36- 38 N ve 251.5- 257 E sınırları içerisinde kalan 2x2 grid üzerinde hesaplanmıştır. Sadece hava gravite verilerine ve sadece yersel verilere dayanarak hesaplanan yükseklik anomalilerinden sonra temizlenmiş yersel gravite anomalileri, topoğrafya yüzeyinde bulunan artık airborne gravite anomalileri ile yine EKK yöntemi kullanılarak, 36- 38 N ve 251.5- 257 E sınırları içerisinde kalan 2x2 grid üzerinde birleştirilmiştir. Fakat bu birleştirilmiş veriye dayanan modelin hesabında, olası kenar etkilerinden kaçınmak için veri birleşiminde kullanılan alan sınırları, 36.2 - 37.8 N ve 251.8- 256.8 E şeklinde değiştirilmiştir. Elde edilen modeller, bölgedeki bağımsız bir veri seti olan arşivsel GPS/Nivelman nokta ağı içindeki 87 nokta kullanılarak test edilmiştir. Bunun için hesaplanmış yükseklik anomalileri, bu noktalarda geoit yüksekliklerine dönüştürülmüştür. Sonuç olarak belirtilen 87 nokta üzerinde, sadece yersel, sadece hava gravimetresi ve birleştirilmiş veri ile hesaplanan modellerden sırası ile 6.6 cm, 6.4 cm ve 6.3 cm doğruluk elde edilmiştir. Elde edilen istatistiklerde de görüldüğü üzere en iyi sonuç birleştirilmiş veri setinden hesaplanan modelden alınmıştır. Bu durum, hava gravimetresinin kendisinden beklenen katkıyı sağladığını göstermektedir. Özellikle dağlık bölgelerde bu katkı gözlenmektedir. Bunun sebebi ise, hızlı değişen topoğrafyanın yersel gravite ölçmelerini kısıtlamasıdır. Fakat arşivsel GPS/Nivelman noktaları 5-6 cm'nin altındaki sonuçları test etmek için yeterli doğruluğa sahip değildir. Bu doğruluk probleminden dolayı daha net bir yourm ve kıyaslama sunulamadığı için, elde edilen modeller bu bölgede test amaçlı ölçülmüş yeni veri seti ile test edilmelidir.
Özet (Çeviri)
With the development of technology, the use of Global Navigation Satellite Systems (GNSS) has become a widely recognized and essential element for the determination of the 3D position and time. Along with the satellite-based positioning techniques, the geoid based vertical datum studies for higher accuracy on height component has gained importance as well. In order to establish high-accuracy, high-resolution geoid models while considering the cost of the research, gravity data is started to be observed from different platforms. In recent years, airborne gravimetry has begun to be used to obtain gravity data over the places where the topography is challenging and therefore the ground-based measurements are hard to conduct. To determine an accurate geoid model, accurate, dense, and homogeneously distributed gravity data is required. These requirements can be achieved by combining airborne and terrestrial gravity data. However, the characteristic difference of these two data sets (e.g. resolution, data coverage, the altitude of the observations) can cause inconsistencies in challenged areas. For this reason, this dissertation is dedicated to the investigation of terrestrial and airborne gravity data combination, and the contribution of airborne gravimetry in geoid determination. In this study, terrestrial and airborne gravity data with the preliminary analysis are used in geoid computations of Colorado. Three geoid models with terrestrial only, airborne only, and combined gravity data are separately calculated over the area 36-38 N and 251.5–257 E using Least Squares Collocation (LSC) technique. These computations are carried out by using a covariance model that fits empirical covariances of both residual surfaces and downward continued airborne gravity anomalies since it is seen that the empirical covariances of both data sets are close to each other. The computed models are externally validated on 87 historical sparse GPS/Leveling benchmarks. As a result, 6.6 cm, 6.4 cm, and 6.3 cm accuracy in terms of standard deviation is achieved for terrestrial only, airborne only, and combined models respectively. It is found that airborne gravity data shows the expected contribution especially in areas where the terrestrial data set is poor. The numerical and statistical outcomes are presented and discussed.
Benzer Tezler
- High-resolution gravimetric geoid modeling in the era of satellite and airborne gravimetry
Uydu ve hava gravimetrisi çağında yüksek çözünürlüklü gravimetrik geoit modelleme
MUSTAFA SERKAN IŞIK
Doktora
İngilizce
2022
Jeodezi ve Fotogrametriİstanbul Teknik ÜniversitesiGeomatik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BİHTER EROL
- Eski bir askeri sahada İHA sistemleri kullanılarak patlamış ve patlamamış mühimmatların tespiti için havadan manyetik ile araştırılması
Aerial magnetic search for the detection of explosed and unexplosed munitions using UAV systems in an old military field
COŞKUN ERTUĞRUL
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Jeofizik MühendisliğiSakarya ÜniversitesiJeofizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ AYHAN KESKİNSEZER
- Sparsity-driven coupled imaging and autofocusing for interferometric SAR
İnterferometric SAR için seyreklik-odaklı ortak görüntüleme ve odaklama
OĞUZCAN ZENGİN
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiSabancı ÜniversitesiDOÇ. DR. MÜJDAT ÇETİN
- Nokta bulutu verilerinin yerel geoit modellerinin değerlendirilmesinde kullanılması üzerine bir inceleme
An investigation on the use of point cloud data in evaluation of local geoid models
EMRAH ÖZÖGEL
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Jeodezi ve Fotogrametriİstanbul Teknik ÜniversitesiGeomatik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SERDAR EROL
- Vibro-acoustic modeling of a commercial vehicle to reduce the interior noise level
Ticari bir aracın kabin içi ses seviyesinin azaltılması için vibro-akustik modelleme
GÜLŞEN KAMÇI
Yüksek Lisans
İngilizce
2009
Makine MühendisliğiKoç ÜniversitesiMakine Mühendisliği Bölümü
YRD. DOÇ. DR. İPEK BAŞDOĞAN