REALIZATION OF MOBILE GRAVITY SOLUTIONS BY MULTI-SENSOR INTEGRATION
Mobil gravite çözümlerinin çoklu sensör entegrasyonu ile gerçekleştirilmesi
- Tez No: 952844
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ MURAT DURMAZ, DOÇ. DR. HASAN YILDIZ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Jeodezi ve Fotogrametri, Geodesy and Photogrammetry
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Hacettepe Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Geomatik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 137
Özet
Sıcaklık stabilizasyonuna sahip Analitik Ataletsel Navigasyon Sistemi (SIMU) kullanılarak gerçekleştirilen yersel mobil gravimetri, dinamik ortamlarda yüksek doğrulukta gravite verisi elde etmek için etkili bir yöntem olarak öne çıkmaktadır. Bu tez çalışmasında, Türkiye'nin Ankara ili sınırları içerisindeki Cebeci-Elmadağ güzergahında, yaklaşık 45 km uzunluğundaki bir test rotasında, iCORUS-2 SIMU sisteminin GNSS ile entegrasyonu gerçekleştirilmiştir. Güzergâh üzerinde yer alan 25 gravite noktasından 12'si dönüş yolunda tekrar ziyaret edilerek test tasarımı optimize edilmiştir. Sıcaklık dalgalanmalarının ölçüm doğruluğu üzerindeki etkisini en aza indirmek amacıyla geliştirilen iTempStab teknolojisi, iCORUS-2 sistemine entegre edilmiştir. Çalışma, sıcaklık stabilizasyonuna sahip bir SIMU ile yapılan araç tabanlı yersel mobil gravimetri ölçümlerine odaklanmaktadır. Ölçüm verilerinin değerlendirilmesinde, SIMU ve GNSS verileri, navigasyon referans çerçevesinde çalışan ve kapalı döngü düzeltmeleri içeren gevşek bağlı (loosely coupled) 18 durumlu hata durumu uzaylı Genişletilmiş Kalman Filtresi (EKF) ile birleştirilmiştir. Elde edilen gravite bozukluğu çözümleri, ileri yönlü SIMU/GNSS entegrasyonundan sonra RTS (Rauch-Tung-Striebel) düzeltme yöntemi kullanılarak yumuşatılmıştır. Düşey gravite bozuklukları birinci, ikinci ve üçüncü dereceden Gauss-Markov modelleri kullanılarak stokastik olarak modellenmiş ve bu modellemelerin EKF sistemi içindeki etkisi detaylı şekilde analiz edilmiştir. Yersel mobil gravimetri yönteminin hava tabanlı yöntemlere kıyasla en önemli avantajlarından biri, düşey gravite bozukluğu, sıfır gravite bozukluğu birinci ve ikinci türevi ve sıfır hız ölçümleri gibi parametreler için sistemin statik güncellemeler alabilmesidir. Bu tür statik güncellemeler, EKF'ye ölçüm güncellemesi olarak dahil edilerek sistemin genel doğruluğunu artırmada kritik rol oynamaktadır. Bu çalışmada, söz konusu güncellemelerin istatistiksel etkileri analiz edilerek değerlendirilmiştir. Güncellemeler 2 km ile 7 km arasında 1 km aralıklarla uygulanmış ve elde edilen sonuçlar, hiç güncelleme yapılmayan senaryo ile karşılaştırılmıştır. Güncellemesiz durumda, birinci, ikinci ve üçüncü dereceden GM modelleri için hesaplanan RMSE değerleri sırasıyla 1.933 mGal, 1.060 mGal ve 1.362 mGal olarak bulunmuştur. Özellikle birinci dereceden modelin yüksek RMSE değeri, ataletsel sensör hatalarının zamansal korelasyonlarını yeterince temsil edemediğini göstermektedir. Öte yandan, ikinci dereceden modelle, aynı koşullar altında üçüncü dereceye göre %22.2 oranında daha düşük RMSE elde edilmiştir. Güncellemelerin yaklaşık 2 km aralıklarla yapılmasıyla, üçüncü dereceden GM modelle elde edilen 0.948 mGal'lik RMSE değeri, ikinci dereceden GM modelle 0.841 mGal'ye düşerek %11.3'lük bir iyileşme sağlamıştır. Bu sonuç, uygun stokastik model yapısının seçiminin yanı sıra, güncelleme sıklığının da mGal altı doğruluk seviyelerine ulaşmak için kritik bir parametre olduğunu ortaya koymuştur. Ayrıca, 2 km'lik güncelleme aralığı, ölçüm doğruluğu ile operasyonel uygulanabilirlik arasında dengeli bir yaklaşım sunduğu için mobil saha kampanyaları açısından ideal bir çözüm olarak değerlendirilmiştir. Çalışmada, sıcaklık stabilizasyonunun yanı sıra, sık gravite ölçüm güncellemelerinin veri doğruluğu ve tutarlılığı üzerinde belirgin bir iyileşme sağladığı görülmüştür. Ayrıca yalnızca sıfır hız güncellemeleri veya yalnızca düşey gravite bozukluğu ve sıfır gravite gravite bozukluğu birinci ve ikinci türevi güncellemelerinin kullanıldığı kısmi güncelleme senaryoları da değerlendirilmiştir. Bu yapılandırmalar, güncellemesiz duruma göre doğrulukta iyileşme sağlasa da, tam güncelleme stratejileri ile ulaşılan doğruluk seviyesine erişememiştir. Teoride, yersel mobil gravimetri sistemi ile düşük hızda fakat sürekli bir şekilde gravite verisi elde edilmesi mümkündür. Ayrıca, yersel mobil gravimeter ile yersel statik gravimetri yönteminden elde edilen gravitenin çok daha hızlı bir şekilde sıklaştırılması mümkündür. Bu kapsamda geliştirilen yersel mobil gravimetri sistemi pratik uygulamalar için potansiyele sahiptir. Sonuç olarak, bu tez çalışması yalnızca yersel mobil gravimetri yönteminin jeofiziksel araştırmalar için sahip olduğu potansiyeli doğrulamakla kalmamış, aynı zamanda hassas gravite verilerine ihtiyaç duyulan birçok uygulama alanında bu yöntemin etkinliğini ve uygulanabilirliğini ortaya koymuştur.
Özet (Çeviri)
Collecting precise gravity information under changing conditions can be efficiently achieved through vehicle-based mobile gravimetry, which employs a Strapdown Inertial Measurement Unit (SIMU) with thermal stabilization. The implementation of GNSS in conjunction with the SIMU system (iCORUS-2) was carried out along a nearly 45 km test corridor between Elmadağ and Cebeci, within the Ankara region of Türkiye, and is detailed in this thesis. The test design was optimized by revisiting 12 of the 25 gravity stations on the return path. The iTempStab technology, developed to minimize the impact of temperature fluctuations on measurement accuracy, was integrated into the iCORUS-2 system. The thesis focuses on vehicle-based terrestrial mobile gravimetry measurements using a SIMU system with thermal stabilization. For data assessment, measurements from the SIMU and GNSS systems—functioning within the navigation reference frame and utilizing closed-loop corrections—were fused through a loosely integrated Extended Kalman Filter featuring 18 error-state. Gravity disturbance estimates obtained from forward SIMU/GNSS integration were further processed by employing the Rauch-Tung-Striebel (RTS) method for smoothing. Vertical gravity disturbances were stochastically modeled using first-, second-, and third-order Gauss-Markov (GM) processes, and their effects within the EKF framework were thoroughly analyzed. Compared to airborne methods, a major advantage of terrestrial mobile gravimetry is its ability to provide static updates for parameters like zero velocity, vertical gravity disturbance, and the first and second-order derivatives of gravity disturbance. These static updates, incorporated as measurement updates into the EKF, played a critical role in improving the overall accuracy of the system. Their statistical effects were assessed by applying update intervals ranging from 2 km to 7 km, and the outcomes were compared with the scenario where no updates were made. In the no-update scenario, the RMSE values calculated for the first-, second-, and third-order GM models were 1.933 mGal, 1.060 mGal, and 1.362 mGal, respectively. The high RMSE value in the first-order model indicated its inability to adequately represent temporal correlations in inertial sensor errors. On the other hand, the second-order model achieved an RMSE 22.2% lower than the third-order model under the same conditions. Applying updates approximately every 2 km, the RMSE found as 0.948 mGal by using third-order GM model reduced to 0.841 mGal using second-order GM model, yielding an improvement of 11.3%. These results underline the importance of both selecting an appropriate stochastic model and determining a suitable update frequency to achieve sub-mGal accuracy. Furthermore, the 2 km update interval was considered an optimal solution for field campaigns, offering a practical balance between measurement accuracy and operational feasibility. In addition to thermal stabilization, frequent gravity measurement updates led to noticeable improvements in data accuracy and consistency. Partial update scenarios, where either using only zero velocity updates or using only vertical gravity disturbance and zero first and second order derivatives of gravity disturbance updates were also evaluated. Although these configurations improved accuracy compared to the no-update case, they did not reach the accuracy level achieved by full update strategy. In theory, a mobile gravimetric system integrated into a land vehicle enables continuous gravity data collection at low vehicle speeds with accuracy considered adequate for densification of gravity measured by static terrestrial techniques in a shorter time. The terrestrial mobile gravimetry system developed in this thesis has the potential for practical applications. In conclusion, the findings of this thesis confirm the effectiveness and feasibility of terrestrial mobile gravimetry in a wide range of high-precision gravity data measurement applications, while also emphasizing its potential in both geophysical and geodetic applications.
Benzer Tezler
- Sabancı Center Akbank Kulesi için bir sistem analizi
The System analysis for Akbank Tower of Sabancı Center
OSMAN SALICI
Yüksek Lisans
Türkçe
1997
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiYapı Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ERDOĞAN UZGİDER
- Otomasyon ile mobil yazılımların testlerinin fiziksel ve sanal cihazlar üzerinde gerçekleştirilmesi
Realization of mobile software tests on physical and virtual devices with automation
SÜLEYMAN ARİF ERDEM
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolÇanakkale Onsekiz Mart ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ENGİN ŞAHİN
- Mobil platform üzerinden kişisel sağlık izleme sisteminin gerçeklenmesi
Realization of personal health monitoring system on mobile platform
HÜSEYİN ŞENTÜRK
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolKocaeli ÜniversitesiBiyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. EMİNE BOLAT
- Elektromagnetizma – benzer algoritması kullanılarak kablosuz algılayıcı ağlarının optimizasyonunun gerçekleştirilmesi
Realization of optimization of wireless sensor networks by electromagnetism-like algorithm
RECEP ÖZDAĞ
Doktora
Türkçe
2015
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİnönü ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALİ KARCI
- Öğretmen-aile iletişimi ve işbirliğinde mobil uygulama geliştirilmesi ve kullanımı
Mobile application development and use in teacher-family communication and cooperation
SAVAŞ TUNÇER
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Eğitim ve ÖğretimFırat ÜniversitesiBilgisayar ve Öğretim Teknolojileri Eğitimi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BÜNYAMİN ATICI