JDF 361 Alet Bilgisi Ders Notları

Yrd. Doç. Dr. Kurtuluş Sedar GÖRMÜŞ

Zonguldak-2015

Dersin Amacı

• Öğrencilerin arazi çalışmalarında kullanmaları gereken ölçme ekipmanlarının tanıtılması, ekipmanların kullanım ve çalışma prensipleri ile ilgili konuların detaylı bir şekilde öğrenciye aktarmak.

Ders İçeriği

• Geometrik optik, Optik kanunları. Mercekler ve Prizmalar, Dürbün,Teodolit, yapısı, eksen şartları, eksen hatalarının düzeltilmesi, teodolitin kurulması.

• Nivolar, genel yapıları, eksenleri, eksen hatalarının düzeltilmesi. Nivoların kullanılması. Elektronik uzunluk ölçen aletler, genel yapıları, kullanılmaları.

• Ölçülen uzunluklara getirilmesi gereken düzeltme ve indirgemeler. EDM aletlerle çeşitli uygulamalar, Sayısal nivolar

Ders Yeterlilikleri (Öğrenme Çıktıları)

1 Geometrik optik ve Optik kanunlarını hakkında yorum yapabilir.

2

Mercekler ve Prizmalar hakkında bilgi sahibi olur, Dürbün,Teodolit yapısını bilir, eksen şartlarını öğrenir, eksen hatalarının düzeltilmesi ve teodolitin merkezlendirmesini yapabilir.

3 Nivolar, genel yapıları, eksenleri, eksen hatalarının düzeltilmesi ve Nivoların kullanılmasını konularına hakim olur.

4

Elektronik uzunluk ölçen aletler, genel yapıları, kullanılmalarını öğrenir. Ölçülen uzunluklara getirilmesi gereken düzeltme ve indirgemeler ile EDM aletlerle çeşitli uygulamalar yaparak öğrenir.

Teodolitler

• Teodolit: Yatay doğrultu ve düşey açıların ölçülmesinde kullanılır

Teodolitler'in Sınıflandırılması

Teodolitler'in Yapısı

Teodolit Eksenleri

Düşey Eksen (Asal eksen)

• Düşey eksen, teodolitin gövdesini taşır ve gövdenin dönme ekseni ile yatay açı dairesinin merkezini birleştirir. Düşey eksen farklı teodolitler de çeşitli şekillerdedir. Eski teodolitler de konik eksen kullanılmaktaydı. Üst yapı alt yapı ile konik bir yatak ile birleştiriliyordu. Yeni teodolitler de ise daha pratik olan ve seri üretime daha uygun olan silindirik eksenler kullanılmaktadır. Eksenler genellikle sertleştirilmiş çelikten yapılmaktadır.

Muylu Ekseni

• Muylu ekseni düşey açı dairesini taşıyan ve dürbünün düşey doğrultuda aşağıya-yukarıya hareket etmesini sağlayan eksendir. Muylu ekseni dürbünün tam ortasından geçmektedir ve dürbünün muylu ekseni etrafında takla atmasını sağlayacak şekilde yerleştirilir. Aletlerde muylu ekseni düşey eksene ve dürbünün gözlem eksenine dik olarak yerleştirilir.

Gözlem Ekseni (Kolimasyon ekseni)

• Objektifin merkezi ile kıl ağının merkezini birleştiren doğrudur.

Bölüm Daireleri

Düşey doğrultu bölüm dairesi

• Düşey bölüm dairesi muylu eksenine diktir ve muylu ekseni bölüm dairesinin merkezinden geçer. Düşey bölüm dairesinde yatay bölüm dairesi gibi yapılır fakat yarıçapı yatay bölüm dairesinden daha küçüktür.

Düşey Eksen Hatası

• Düzeç ekseninin düşey eksene dik olmamasına düşey eksen hatası denilir. Bu hata aletsel bir hata değildir; sadece teodolitin iyi kurulup düzeçlenmemesinden ileri gelmektedir. Bu hatadan kaçınmak için aletin düzeçlenmesine özen gösterilmeli ve ölçü esnasında belli aralıklarla düzeçlerin doğru olup olmadığı kontrol edilmelidir. Ayrıca ölçü esnasında aletin düzecini bozacak çarpma, titreşim gibi dış etkilere dikkat edilmelidir.

Kısaca GNSS… • Jeodezik amaçlı konum belirleme teknikleri tarih boyunca gelişim ve

değişim göstermiştir. Günümüz teknolojisinin vardığı noktada, en yaygın olarak kullanılan konum belirleme tekniği GPS ya da GNSS (Global Navigation Satellite System) Sistemi’dir.

• Herhangi bir zamanda, dünyanın herhangi bir yerinde bulunan bir kullanıcının konumunu belirleyen ve en az 4 uydudan kod-faz varış zamanının ölçülmesi esasına dayanan bir uydu ölçme sistemidir.

• Sistem, temel olarak jeodezideki en eski tekniklerden biri olan “geriden kestirme” esasına dayanır. Geriden kestirme, konumu bilinmeyen bir noktadan konumu bilinen noktalara yapılan gözlem ve hesapları kapsar.

• Konumu bilinen noktalar GPS uydularıdır. Bilinmeyenler, bulunulan noktanın yer merkezli (earth-fixed) kartezyen koordinatlarıdır (X,Y,Z). Matematik kuralı olarak bu 3 bilinmeyenin çözümü için 3 ölçü değeri yetiyor gibi gözükse de, saat hatalarını ortadan kaldırmak için en az 4 tane konumu bilinen uyduya ihtiyaç vardır. GPS, 4 boyutlu bir sistemdir (3D+zaman).

GNSS’DEKİ SON GELIŞMELER • 1973’lü yıllarda Amerikan askeri ihtiyaçlarını karşılamak amacı ile ilk temelleri atılan GPS sistemine

alternatif sistemler planlanmış ve planlanmaya devam edilmektedir. Bunlardan şu anda Rusya Federasyonunun uyduları olan GLONASS sistemi aktif olarak kullanılabilmektedir. Sistem uzay, kontrol ve kullanıcı bölümü olarak üç ana bileşenden oluşmaktadır. Uzay bölümünde 3 yörünge ve her bir yörüngede 8 uydu olmak üzere 24 uydu olacak şekilde planlanmıştır. Fakat uydu sayısı günümüzde planlanandan çok daha azdır. Tam olarak operasyonal hale gelmese de bu sistem, uyumlu alıcılar ile beraber GPS sistemi ile kombine olarak kullanılırsa daha iyi uydu dağılımı ve daha iyi hassasiyet sağlamaktadır.

• GPS ve GLONASS sistemlerine diğer bir alternatif olarak Avrupa Birliği tarafından GALİLEO sistemi tasarlanmıştır. GALİLEO tasarısı 1999 yılında Almanya, Fransa, İtalya ve İngiltere'den gelen dört farklı tasarı önerisini değerlendirilmesiyle başlamıştır. 26 Mayıs 2003 tarihinde Avrupa Birliği ve Avrupa Uzay Ajansı tasarıyı resmi olarak üstlenmiştir. Sistemin uzay bölümü 27’si aktif ve 3’ü yedek olmak üzere 30 uydudan oluşacaktır. Günümüzde 23 uydu aktif olarak kullanıma açıktır.

• Ayrıca Çin Hükümeti, Asya ve Batı Pasifik kesimi için geliştirdiği BeiDou sistemi navigasyon ihtiyaçlarını karşılamak için hem GPS hem de GLONASS sinyallerini barındıracak şekilde planlanmıştır. Sistemde, Çin üzerinde yeryüzünden 36000 km uzaktaki yörüngelerinde 8 adet uydu aktif olarak görev yapmaktadır. Sistemin devamı niteliğinde olan global çözüm sağlayacak olan COMPASS (BeiDou-2) için yersabit 5 yörüngeye 35 uydu fırlatılması düşünülmüş ve sistem tam operasyonal hale 2020’den sonra geçmesi planlanmaktadır.

• Bu sistemlerin haricinde Hindistan hükümetinin Indian Regional Navigational Satellite System (IRNSS) ve Japonların Quasi-Zenith Satellite System (QZSS) teknolojileri de mevcuttur. IRNSS, Hindistan ve yakın çevresinde çözüm sağlayacak ve 2014 yılından itibaren operasyonal hale gelmesi planlanmaktadır. QZSS ise Japonya etrafında kullanılmakta olup ilk uydusu 2010 yılında yörüngesine yerleştirilmiş ve 2013 yılında tam operasyonal hale geçmesi planlanmaktadır.

GPS Ölçme Yöntemleri

• GPS’de ölçülen noktaların cinsine, istenen duyarlılığa ve amaca göre farklı ölçme metotları uygulanır. Sonuçta elde edilen koordinatlar alıcı tipine, gözlem süresine, uyduların konumu ve sayısına, ölçü tipine göre değişir.

• Bir noktanın doğrudan doğruya dünya üzerindeki konumu (enlem, boylam, yükseklik veya X,Y,Z) belirleniyorsa buna mutlak konum belirleme (Point Positioning) denir.

• Mutlak konum belirlemede tek bir alıcı ile normal olarak dört yada daha fazla uydudan kod gözlemleri yapılarak üzerinde alıcı kurulu olan noktanın koordinatları belirlenmektedir.

Bağıl Konum Belirleme Birden fazla noktanın birbirine göre konumlarının belirlenmesine ise bağıl konum belirleme (Relative Positioning) denir. Bağıl veya diğer adıyla göreli konum belirlemede koordinatı bilinen bir noktaya GÖRE diğer nokta yada noktaların konumları belirlenir.. Faz Gözlemlerini Kullanarak yapılan göreli Konum Belirlemede 5 farklı yöntem vardır.. *Statik Ölçü Yöntemi *Hızlı Statik (Rapid/Fast) Ölçü Yöntemi *Tekrarlı Ölçü Yöntemi *Dur-Git Ölçü Yöntemi *Kinematik Ölçü Yöntemi

Statik Ölçme Yöntemi • 20km’den uzun bazların çözümünde kullanılır. Güvenilir ve yüksek duyarlık istenen

çalışmalarda kullanılır. Ölçü süresi uzundur ve baz uzunluğu ile orantılıdır. Kayıt aralığı 10 sn’dir. (Jeodezik kontrol ölçmeleri, deformasyon ölçmeleri)

• Bu yöntemde iki yada daha fazla sayıda alıcı ile en az bir saat eş zamanlı ölçü yapılması gerekir.

Hızlı Statik Ölçme Yöntemi

• 20km’ye kadar olan bazlar için uygundur. Gözlem süresi daha kısadır. Bu yöntemde bir alıcı, konumu bilinen nokta üzerindedir, diğeri (rover) koordinatı bilinmeyen noktalar üzerinde 5-15 dk bekletilerek gezdirilir.

• Güvenilirliği arttırmak için 2 sabit alıcıdan iki vektör ile ya da 1 alıcıdan iki farklı zamanda 2 vektör ile noktaya ulaşılmalıdır. Kayıt aralığı 5-10 sn’dir. (Kontrol ölçmeleri, poligon ağı ölçmeleri)

Tekrarlı Ölçme Yöntemi • Bu yöntem Statik ile Kinematik arası bir yöntemdir. Bu yöntemde her bir

nokta en az 10’ar dakikalık süreler ile iki defa ölçülmeli ve bu iki ölçü arasında en az 1 saat fark olmalıdır.

• İki ölçü en fazla 4 saat içerisinde tekrar edilmelidir.Ölçüler değerlendirilirken bu iki bağımsız ölçü kümesi sanki her noktada tek bir gözlem varmış gibi ele alınmakta ve her iki ölçüde mevcut tüm uydular kullanılmaktadır.

Dur-Git Ölçme Yöntemi

Bu yöntemde yine bir alıcı konumu bilinen nokta üzerinde sabit ve sürekli olarak

izleme yapmaktadır.

Birinci noktada hızlı statik ölçümü yapılıyormuş gibi birkaç dakika gözlem yapılır.

Birkaç dakikalık faz belirsizliği çözümü gözlemi yapıldıktan sonra ikinci

kapatılmadan uydu gözlemi devam ederek diğer noktalarda birkaç epokluk (10-20

sn) gözlemler yapılır.

Gezici alıcının uydu gözlemesinde kesinti olması durumunda (4 uydu altına

düşme) İşleme tekrar başlanır…

Kinematik Ölçme Yöntemi • Dur-Git yönteminin daha genel bir şeklidir. Burada amaç noktaların ölçülmesi değil de hareket

eden antenin gezi yolunun belirlenmesidir.

• Bu yöntemde de başlangıç faz belirsizliğinin çözülmesi gerekir. Yöntem hızlı ve ekonomik bir ölçü tekniği olup özellikle hareket halinde ve hidrografik ölçmelere uygundur.

• Dur-git, Sürekli Kinematik ve Kinematik on-the-fly bu yöntemlerin alt dallarıdır..

DGPS Ölçme Yöntemi • DGPS tekniğinde biri sabit diğeri gezici olmak üzere en az iki alıcıya gereksinim

vardır. Sabit alıcı konumu hassas bilinen nokta üzerine kurulur ve gezen alıcının

konumu belirlenir.

• Sabit alıcı, gözlem yaptığı tüm uydulara ait uydu-alıcı uzaklıklarını hesaplar ve

kendi duyarlı konumundan yararlanarak hesapladığı pseudorange’ler ile karşılaştırır.

Aradaki farklar gözlem hatasıdır ve bu farklar gezici alıcının hesapladığı konumlara

düzeltme olarak gelir.

• Düzeltmeler gezici alıcılara portatif telsizler, yer istasyonları veya uydular

vasıtasıyla yayınlanır..

Gerçek Zamanlı Kinematik GPS (RTK) • GZK-GPS tekniği, yöntem olarak DGPS (Diferential GPS)'e benzemektedir. Yöntemlerin birbirinden farkı,

GZK-GPS’in taşıyıcı dalga faz gözlemlerini, DGPS’in ise kod ölçüsünü kullanmasıdır. Bu metot, gerçek zamanda hassas diferansiyel GPS (PDGPS) olarak da tanımlanabilir.

• Yöntemin basit mantığı, referans istasyonundaki GPS alıcısı ile uydu arasındaki herhangi bir t epoğunda ölçülen taşıyıcı faz uzunluğu ile uydu-alıcı arasındaki koordinat farklarından hesaplanan geometrik uzunluk karşılaştırılması ve taşıyıcı faz ölçülerine getirilecek düzeltme değerini hesaplanarak gezici alıcılara iletmesinden ibarettir.

• Gezici alıcılar, kodlanarak radyo dalgaları üzerine modüle edilmiş olan bu düzeltmeleri alarak kendi taşıyıcı faz ölçülerine düzeltme olarak getirirler

• GZK-GPS yöntemi ile konum belirlemede yüksek duyarlık elde etmek istenirse, en az beş uyduyu eş zamanlı gözlemlemek gerekmektedir. Hesaplamalar gerçek zamanda olduğu için, herhangi bir nedenle (faz sıçraması, yüksek yapılar, ağaçlar, vb.) uydu sayısı 4’e düştüğünde gezici alıcı hesabı durdurur ve kullanıcıyı sinyalle uyarır. Böyle durumlarda, tamsayı faz belirsizliği kısa bazlarda, (20 km’den kısa) birkaç dakikada çözülerek gözlemlere yeniden başlanır.

• GZK-GPS ile konumlamada karşılaşılan zorluklardan birisi de düzeltmelerin referans alıcıdan gezici alıcılara yayınlanması için iletişimin sağlanmasıdır. Kullanılan radyo modemler sayesinde düzeltmeler gezici alıcıya gönderilir. Gezici alıcılar ise aldıkları düzeltme değerleri ile kendi hesapladığı koordinat değerlerine düzeltme getirerek daha duyarlı konum bilgilerine ulaşırlar. Radyo sinyalinin maksimum yayılım mesafesi radyo vericisinin gücüne bağlı olarak, 50 km’ye kadar ulaşmaktadır, fakat uygulamada sinyalin yolu üzerindeki herhangi bir engel yayımlanma mesafesini etkileyeceğinden, bu mesafeden düzeltme verisi almak mümkün olmamaktadır.

RTCM Düzeltme Değerleri

Uydu 1 Uydu 2

Uydu 3 Uydu 4

Uydu 5

Gezici Alıcı Referans Alıcı

Tusaga-Aktif…

• “Sürekli Gözlem Yapan GNNS Istasyonları Agı ve Ulusal Datum Dönüsümü Projesi (TUSAGA-Aktif /CORS-TR)” Istanbul Kültür Üniversitesi (IKÜ) yürütücülügünde, Harita Genel Komutanlıgı (HGK) ve Tapu ve Kadastro Genel Müdürlügü (TKGM) müsterek müsteri olmak üzere, 08 Mayıs 2006 tarihinde başlamış olup, Aralık 2008 itibariyle tamamlanmasıyla faaliyete geçmiştir.

• Tüm istasyonlardan toplananan veriler ADSL ve GPRS/EDGE (ADSL çalısmadıgı zamanlarda devreye girecek) yolu ile veri merkezlerine aktarılmakta ve burada düzeltme parametreleri hesaplanarak tüm kullanıcılara sunulmaktadır. Gerçek Zamanlı Kinematik (RTK) düzeltme verileri RTCM (Radio Technical Commission for Aeronautics) iletisim formatında olup ve GSM, GPRS, NTRIP (Internet Protokolü Üzerinden RTCM Verisinin Ag Dagıtımı) vasıtalarından biri veya birkaçı yardımıyla gezici alıcılara gönderilmektedir .

CORS-TR İstasyonları (146 İstasyon, 80-100 km mesafelerde)

GNSS Yazılımları

• Ticari GNSS Yazılımları – Thales GNSS

– Topcon Turbo Survey

– Topcon Tools

– Leica Geo Office

– GeoGenius

• Akademik GNSS Yazılımları – Gamit/GLOBK

– Bernese

– GIPSY

Prezisyonlu Nivelman

• Prerzisyonlu Nivelman 1 km’de ±1 mm’den daha iyi prezisyon gerektiren ölçmelerde kullanılır.

• Prizmalı düzeçler, kama biçiminde gözleme çizgileri ve ½ cm bölümlü invar miralar ile yapılan prezisyonlu nivelmanın karesel ortalama hatası ±0.4mm/km dir.

Prezisyonlu Nivo

İnvar Mira

Mira Okumaları

Geri Ana Okuma 925

1 G

eri

An

a O

kum

ası

Mikrometre;345

Geri Ana Okuma ; 925.345

Teşekkür Ederim….