amerikan düşey datumunu yeniden tanımlamak için gravite

AMERİKAN DÜŞEY DATUMUNU YENİDEN TANIMLAMAK İÇİN GRAVİTE
(GRAV-D) PROJESİ ÜZERİNE BİR İNCELEME
(AN EVALUATION ON THE GRAVITY FOR THE REDEFINITION OF THE
AMERICAN VERTICAL DATUM (GRAV-D) PROJECT)
Hasan YILDIZ, Mehmet SİMAV, Ahmet DİRENÇ, A.İhsan KURT, Ali TÜRKEZER,
Mustafa KURT
Harita Genel Komutanlığı, Dikimevi, ANKARA
ÖZET
Gravimetrik jeoid modelini düşey datum olarak kullanmayı hedefleyen Amerikan Düşey
Datumunu Yeniden Tanımlamak için Gravite (GRAV-D) projesi öncesi, gerekçeleri, projenin
mevcut durumu, projede elde edilen ilk sonuçları ve proje yürütücüsünün değerlendirmeleri
kapsamında incelenmiştir. Ayrıca, GRAV-D projesinde hesaplanacak Kuzey Amerika
gravimetrik jeoid modelinin hidroloji, depremler vb. etkenlerden hangi zaman ölçeğinde ne
kadar değişeceği hakkında Jacob vd. (2011) tarafından gerçekleştirilen güncel bir makalenin
sonuçları kısaca sunulmuştur. Jacob vd. (2001) GRAV-D jeoid modelinin doğruluğu ve
duyarlılığının GRAV-D jeoidinin ne şekilde güncelleneceğini ifade etmektedir. Jacob vd.
(2001) GRAV-D projesinde hesaplanması planlanan gravimetrik jeoidin, jeoid baz doğruluğu
2 cm olarak varsayılırsa, kıtasal ölçekteki hidrolojik etkenler, insan kaynaklı kullanım
nedeniyle yeraltı suyu çekilmesi ve hatta en büyük ölçekli depremler nedeniyle bu duyarlılık
seviyesinde anlamlı olarak değişmeyeceğini göstermiştir. Bu sonuç sık depremlere ve
özellikle kıyısal kara alanları (turizm nedeniyle) ile kurak tarımsal alanlarında anlamlı ölçüde
yeraltı suyu çekilmelerine maruz kalan Türkiye’de de düşey datum olarak gravimetrik bir
jeoid modeli kullanılmasının faydasını işaret etmektedir.
ABSTRACT
Gravity for the Redefinition of the American Vertical Datum (GRAV-D) project aiming to
use gravimetric geoid model as the vertical datum is evaluated on the basis of its past,
rationale, present status and the assesment of the project manager. Furthermore, the results of
a recent manuscript by Jacob et al. (2011), investigating how will the North American
gravimetric geoid model of the GRAV-D project change due to hydrology and earthquakes
and other factors, is briefly presented. Jacob et al. (2011) showed that the accuracy and
precision of the GRAVD geoid model will determine how it should be updated. Jacob et al.
(2011) suggested, supposing the baseline accuracy of the gravimetric geoid model is 2 cm,
that hydrology at the continental scale, anthropogenic groundwater withdrawal, and even the
largest earthquakes should not significantly alter the geoid at that level of precision. This
result indicates the benefit of the use of a gravimetric geoid model as the vertical datum also
in Turkey being exposed to frequent earthquakes and significant groundwater withdrawal
observed particularly in coastal land areas (due to tourism) and in arid agricultural areas.
1. GİRİŞ
ABD’de ilk jeodezik nivelman Kıyı Ölçmeleri Kurumu tarafından 1856-1857 tarihlerinde
ölçülmüştür. Nivelman verilerinin genel dengelemeleri sonucunda 1900, 1903, 1907 ve 1912
yıllarında datumlar elde edilmiştir. NGS, bu eski datumları yenilerine dönüştürmek için bir
hizmet vermemektedir. ABD’nin ilk resmi düşey datumu NGVD29 (National Geodetic
Makale, yalnızca yazarların bireysel görüşlerini ifade etmekte olup, Türk Silahlı Kuvvetlerinin görüş, konum,
strateji ya da fikirlerini yansıtmamaktadır.
1
Vertical Datum of 1929)’dur. “Sıfır yüksekliği” 26 mareograf istasyonunda sabitlenmiştir
(Şekil 1). NGVD29 jeoitten olan yerel Ortalama Deniz Seviyesi Değişimleri bilgisini
sağlamamaktadır ve bu nedenle de gerçek anlamda bir “jeoid tabanlı” bir düşey datum
değildir (Martin, 2011).
Şekil 1: Ulusal Jeodezik Düşey Datum 1929 (NGVD29) için ABD ve Kanada’da 26
mareograf istasyonu referans olarak alınmıştır (Martin, 2011).
Kuzey Amerika Düşey Datumu 1988 (NAVD88) Rimouski, Kanada’daki “Father Point”
mareograf istasyonuna (tek istasyon) sabitlenmiştir (Şekil 2 ve Şekil 3). Bu datum doğu
ABD’deki USGS topografik haritalarındaki 1929/1988 farklarını minimize edecek şekilde
seçilmiştir. Bu nedenle, NAVD88’in “sıfır yükseklik yüzeyi” jeoide yakınlığından dolayı
seçilmemiştir. Ancak, birkaç desimetre ile jeoide yakındır (Martin, 2011). NAVD88’de bir
mareograf istasyonuna dayalı olarak yüksekliklerin belirlenmesi NGVD29’daki yerel deniz
seviyesi değişim problemini ortadan kaldırmıştır. Diğer taraftan ise NAVD88’de tek bir
mareograf istasyonunun kullanılması kıta boyunca kısıtlanmamış hata birikimi oluşmasının
yolunu açmıştır. NAVD88’in H=0 yüzeyinin jeoide paralel olduğu varsayılmıştır. NAVD88
Helmert Ortometrik Yükseklik sistemini kullanmaktadır.
Makale, yalnızca yazarların bireysel görüşlerini ifade etmekte olup, Türk Silahlı Kuvvetlerinin görüş, konum,
strateji ya da fikirlerini yansıtmamaktadır.
2
Şekil 2: Kuzey Amerikan Düşey Datumu 1988 (NAVD88) Kanada’da yer alan tek bir
mareograf istasyonuna sabitlenmiştir (Martin, 2011).
Şekil 3 : NAVD88 Nivelman Ağı.
Makale, yalnızca yazarların bireysel görüşlerini ifade etmekte olup, Türk Silahlı Kuvvetlerinin görüş, konum,
strateji ya da fikirlerini yansıtmamaktadır.
3
NGVD29 ve NAVD88 datumları arasındaki dönüşümlere ihtiyaç duyan kullanıcıları
desteklemek amacıyla NGS, VERTCON programını geliştirmiştir (Mulcare, 2004). Her iki
yükseklik sistemi arasındaki farkların büyüklükleri Şekil 4’de gösterilmiştir. VERTCON
enlem ve boylamı verilen bir konumda her iki yükseklik sistemindeki ortometrik yükseklikler
arasındaki farkları hesaplamaktadır. Model her iki sistemde de yüksekliği mevcut 381,833
noktadaki datum farklılığı değerlerinden türetilmiştir. Bu farklılıklar sadece yükseklik
sistemleri arasındaki fiziksel farklılıkları değil aynı zamanda nivelman verilerindeki
distorsiyonların da ortadan kaldırılmasını yansıtmaktadır. Datum farklılıkları bir gride
dönüştürülmüş ve kullanıcıların istediği konum için bu grid kullanılarak kestirim
yapılabilmektedir.
Şekil 4 : NAVD88 ve NGVD29 datumları arasındaki farklar (cm)
(http://www.ngs.noaa.gov/TOOLS/Vertcon/vertcon.html)
Şekil 4’de gösterilen farkların bir kısmının NAVD88’de tek mareograf istasyonuna,
NGVD29’da ise çok mareograf istasyonuna dayalı olarak düşey datum belirlenmesinden
kaynaklandığı düşünülmektedir. Ancak eğer iki sistemde de aynı başlangıç noktası
kullanılsaydı (örneğin her ikisi de aynı mareograf istasyonundaki aynı ortalama deniz seviyesi
değeri kullanılarak belirlenseydi) da her iki yükseklik sistemindeki mevcut noktaların
zamanla fiziksel olarak yer değiştirmesi ve her iki nivelman ağında da zamanla oluşan
distorsiyonlar nedeniyle her iki yükseklik sistemi arasında bir dönüşüm yüzeyinin
belirlenmesi gerekeceği düşünülmektedir.
NAVD88’deki problemler Smith vd. (2011a) tarafından aşağıdaki gibi ifade edilmektedir:
a. NAVD88 uydu çağı öncesi bir üründür (625,000 km nivelman NGVD29’a
eklenmiştir)
Makale, yalnızca yazarların bireysel görüşlerini ifade etmekte olup, Türk Silahlı Kuvvetlerinin görüş, konum,
strateji ya da fikirlerini yansıtmamaktadır.
4
b. Değişen dünyamızda konumları sürekli olarak değişen pasif röper noktaları ile
yükseklik bilgisi sağlamaktadır.
c. GPS elipsoit yüksekliklerinin ±2-3 cm lik hataları ile karşılaştırıldığında NAVD88 ve
GRACE jeoidleri arasında metre seviyesinde bir fark bulunmaktadır (Şekil 5), bunun
NAVD88’deki uzun dalga boylu hatalardan kaynaklandığı düşünülmektedir (Wang vd.,
2011a).
1990’lı yılların ortalarından sonra GPS’in yaygın kullanımı ile birlikte ABD’de hibrid jeoid
modelleri kullanılmaya başlanmıştır. Ancak, NGS, NAVD88’deki problemler nedeniyle
ABD’de gelecekte hibrid jeoid modeli kullanmaya son vermeye karar vermiştir (Shields,
2010).
Şekil 5: NAVD88’deki GRACE uydusundan elde edilen jeoide dayalı olarak hesaplanmış
uzun dalga boylu hatalar (Wang vd., 2011a).
Uzun vadede NAVD88 düzeltmeye yönelik olarak iki alternatif üzerinde durulmuştur :
a. NAVD88’in bazı ve tüm noktalarında yeniden nivelman ölçüsü yapılması
NAVD88’in yeniden nivelman ölçüm maliyeti 200 milyon $ ile 2 milyar $ arasında
değişmektedir. Ancak bu seçenek nivelman röper noktalarının kullanılmasıyla ilgili
problemleri ortadan kaldırmamaktadır. NAVD88’in nivelman ölçülerinin yeniden
yapılmasının,
(1)
(2)
(3)
(4)
nivelman röper noktalarının seyrekliğini,
nivelman noktalarının sürekli devam eden çökme ve yükselmelerini,
nivelman noktalarının tahribatını,
Kanada’nın NAVD88’ı kullanma kararını,
Makale, yalnızca yazarların bireysel görüşlerini ifade etmekte olup, Türk Silahlı Kuvvetlerinin görüş, konum,
strateji ya da fikirlerini yansıtmamaktadır.
5
(5) kıta boyunca nivelmandaki 1 metre hata birikimini neden olan faktörü (sebebi ne
olursa olsun) ortadan kaldırmayacağı değerlendirilmiş ve bu seçeneğin uygun olmadığı
sonucuna varılmıştır.
b. NAVD88’in Yerini Başka bir Sistemin Alması
NAVD88’in bilinen tüm problemlerini onaracak bir düşey datum tanımlamak için bir yöntem
aranmış ve en uygun seçeneğin bir gravimetrik jeoid ile düşey datumun tanımlanması ve
GNSS teknolojisi ile gerçekleştirilmesi olduğu sonucuna varılmıştır. Bunun nedeni ise, bu
seçeneğin ABD, Hawaii ve teorik olarak Kanada ve Meksika’nın farklı olan datumlarına,
nivelman noktalarının seyrekliğine, başlangıç noktasından itibaren oluşan hata birikimine
çözüm bulabileceğinin düşünülmesidir. Bunun için GRAV-D projesinin oluşturulmasına karar
verilmiştir.
GRAV-D projesinin dezavantajının, datumun bir noktada en iyi ihtimalle sadece 2 cm hata ile
belirlenebilecek olması (GNSS hatası + jeoid hatası) olacağı ifade edilmektedir. Aslında bu
doğruluk datum noktasından itibaren nivelman hata birikimi olan NAVD88’den daha iyidir.
Ek olarak GRAV-D ile bir GNSS alıcısı ile ortometrik yükseklik elde edilebilecektir. Ancak,
hiçbir şeyin yerel alanlarda göreli yükseklik belirlemede jeodezik nivelmanın yerini
alamayacağı da iyi bilinmektedir. GRAV-D’nin bu anlamda jeodezik nivelmanın yerine
geçmesi beklenmemektedir. Ancak GRAV-D her yerde hızlı bir şekilde 2 cm doğrulukla
düşey datuma ulaşılmasını sağlayabilecek ve kullanıclar tarafından ihtiyaç duyulduğunda
GRAV-D ile ortometrik yüksekliği belirlenecek bir başlangıç röper noktasından istenilen
roper noktasında çok hassas bir biçimde nivelman ölçüsü yapılabilecektir.
2. GRAV-D PROJESİNİN OLUŞTURULMASI (2007)
Amerikan Ulusal Jeodezik Ölçe Kurumu (NGS) tarafından 40 milyon ABD doları bütçesi
olan “Amerikan Düşey Datumunu Yeniden Tanımlamak için Gravite” (Gravity for the Redefinition of American Vertical Datum-GRAV-D) (Şekil 6; NGS, 2007) projesi
oluşturulmuştur.
Şekil 6: GRAV-D projesini tanıtımında kullanılan resim (NGS, 2007).
GRAV-D projesi ABD’nin düşey datumunu yeniden belirlemek amacıyla gravite ölçmeyi,
gravimetrik jeoidi düşey datum olarak kullanmayı ve gravimetrik jeoidin zamana bağlı
Makale, yalnızca yazarların bireysel görüşlerini ifade etmekte olup, Türk Silahlı Kuvvetlerinin görüş, konum,
strateji ya da fikirlerini yansıtmamaktadır.
6
değişimlerini belirlemek için zamana bağlı gravite değişimlerini izlemeyi hedeflemekte ve üç
temel bileşenden oluşmaktadır (NGS, 2007) :
a. Yüksek Konumsal Çözünürlüklü Gravite Ölçüleri Yapılması:
Bu bileşen büyük ölçüde uçaktan yapılan gravite ölçülerine dayalıdır. Yüksek bir konumsal
çözünürlükte yapılacak uçaktan gravite ölçüleriyle, mevcut yersel gravite verilerindeki
hataların düzeltilmesi ve gravite veri tabanının iyileştirilmesi hedeflenmiştir. GRAV-D projesi
kapsamında uçaktan gravite ölçüleri yapılması planlanan alanlar Şekil 7 ve Şekil 8’de
gösterilmiştir.
Şekil 7: GRAV-D projesi kapsamında uçaktan gravite ölçüleri yapılması planlanan alanlar-1
(Roman ve Childers, 2011)
Şekil 8: GRAV-D projesi kapsamında uçaktan gravite ölçüleri yapılması planlanan alanlar-2
(Roman ve Childers, 2011)
Makale, yalnızca yazarların bireysel görüşlerini ifade etmekte olup, Türk Silahlı Kuvvetlerinin görüş, konum,
strateji ya da fikirlerini yansıtmamaktadır.
7
b. Gravitenin Düşük Konumsal Çözünürlükte Zamana Bağlı Değişiminin Belirlenmesi:
Gravitedeki zamanla değişimi izlemek amacıyla, mutlak gravite noktalarında tekrarlı ölçülerin
yapılması planlanmıştır. GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment) uydusundan
yaklaşık 400 km çözünürlükte jeoidin değişimi izlenebilmektedir. Tekrarlı mutlak gravite ve
GRACE uydu verilerinin analiziyle, jeoidin zamana bağlı değişiminin modellenmesi
hedeflenmiştir.
c. Gravite Alanındaki Yerel Değişimlerin İzlenmesi:
Gravite alanındaki yerel değişimleri, tekrarlı mutlak gravite ve GRACE uydu verilerinin
analiziyle izlemedeki zorluklardan dolayı, gravite alanındaki yerel değişimlerin bölgesel
göreli gravite ölçüleriyle izlenmesi ve jeoid modellerinin zamana bağlı değişiminin
hesaplanması hedeflenmiştir.
GRAV-D projesinin oluşturulmasının nedenleri aşağıda sunulmuştur (NGS, 2007):
a. Veri Boşlukları: ABD’de kıyıdan denize doğru 100 km genişliğindeki alanlarda çok az
sayıda gravite ölçüsü mevcuttur. Denizlerde gravite verilerinin türetilmesinde kullanılan uydu
altimetre tekniği derin sularda gravite verileri elde etmek için faydalı bir yöntemdir. Ancak,
kıyı bölgelerde iyi sonuçlar vermemektedir. Diğer taraftan kıyısal deniz alanları gemiden
gravite ölçüleri yapmak için çok sığdır ve bu bölgelerde gemi ile gravite ölçüleri yapmak da
mümkün değildir.
b. Eski Gravite Verileri: Mevcut gravite ölçülerinin büyük bir kısmı NGS tarafından geçen
yüzyılın ortalarında gerçekleştirilmiş ve en güncel gravite ölçüleri 1970-1980’li yıllarda
yapılmıştır. Geçen 30-50 yılda olduğu bilinen yerkabuğu hareketleri dikkate alındığında
mevcut verilerin günümüz gravite alanı ihtiyacını karşılamayacağı ve kullanıcıların güncel
yükseklik bilgisi ihtiyacını gidermek için yeterli olmadığı sonucuna varılmıştır.
c. Gravite Verilerindeki Devamsızlıklar:
NGS’in veri tabanında yaklaşık 2 milyon gravite ölçüsü olmasına rağmen, ölçüler çok farklı
kaynaklardan elde edilmiştir.
ç. Verilerin Konumsal Dağılımındaki Dengesizlikler:
Birçok veri NGS personelinin arazi çalışmaları dışındaki diğer kaynaklardan toplanmıştır. Bu
nedenle, konumsal dağılımda dengesizlikler bulunmaktadır. Ülkenin bazı bölgelerinde sık
aralıklarla, bazı bölgelerde ise seyrek şekilde dağılmış gravite ölçüleri bulunmaktadır.
d. Zamanla Gravite Değişimi ile ilgili Bilgi Eksikliği:
Kritik bölgelerde yapılacak tekrarlı mutlak gravite ölçüleri ve GRACE uydu gravite
verilerinin analizi ile gravitenin zamana bağlı değişmesinden kaynaklanan gravimetrik jeoidin
zamana bağlı değişimin izlenmesi ve modellenmesi hedeflenmiştir.
e. Mevcut Düşey Datumu Sürdürmedeki Güçlükler:
Makale, yalnızca yazarların bireysel görüşlerini ifade etmekte olup, Türk Silahlı Kuvvetlerinin görüş, konum,
strateji ya da fikirlerini yansıtmamaktadır.
8
Kullanıcılar, ABD’nin mevcut düşey datumu olan North American Vertical Datum-1988
(NAVD88)’ne göre olan yüz binlerce nivelman noktasının yüksekliklerine NGS’in
yayımladığı nokta protokolleri ile ulaşmaktadır. Nivelman noktalarının yükseklikleri düzenli
olarak kontrol edilemediğinden, bu noktalar zaman içinde, inşaat ve yapılaşma çalışmaları
nedenleriyle tahrip olmakta veya yerinden oynamaktadır. Bu nedenle, düşey datuma bağlı
yükseklikleri nivelman noktaları yoluyla kullanıcılara sunmanın sürdürülebilir olmadığı
değerlendirilmiştir. Bunun yerine NGS tarafından GNSS ve gravite ölçülerine dayalı olarak
hesaplanacak gravimetrik jeoid modeli ile, kullanıcılara daha kaliteli ve daha hızlı bir hizmet
sunulması hedeflenmiştir. Yukarıda açıklanan nedenlerle, NGS’te hassas gravimetrik jeoid
belirleme öncelikli bir proje haline gelmiştir. NGS’in 2008-2018 dönemine ilişkin 10 yıllık,
vizyon, misyon ve strateji dokümanına göre, NGS tarafından 2018 yılına kadar,
(a) Amerika kıtası boyutunda 1 cm doğruluklu bir gravimetrik jeoid modelinin
hesaplanması,
(b) GNSS teknolojisi ve gravite alanının modellenmesiyle ortometrik yükseklikler için
yeni bir düşey datum belirlenmesi,
(c) Yeni belirlenecek düşey datum ile mevcut NAVD88 datumu arasında dönüşüm
bilgilerinin belirlenmesi,
(ç) Belirlenecek jeoid modelinin hem belirli bir epokta tanımlanmış jeoid yüksekliğini
hem de jeoidin zamanla değişim bilgisini (hızını) içermesi,
(d) Hesaplanacak jeoidin ortalama deniz seviyesinin yükselmesini de dikkate alması,
(e) Jeoid modelinin (düşey datumun) güncel kalmasını sağlamak amacıyla gravite alanının,
tekrarlı mutlak gravite, göreli gravite ve uçaktan gravite ölçüleri yaparak ve uydu gravite
verileri (GRACE) kullanılarak izlenmesi öngörülmüştür.
GRAV-D projesinde hesaplanacak olan gravimetrik jeoid
- GNSS ile elipsoit yükseklikleri hesaplanacak ve bundan gravimetrik jeoid değeri
çıkarılarak yeni sistemde ortometrik yükseklik elde edilecek.
- Pasif röper noktalarına ihtiyaç duyulmayacak
- Ancak, pasif bir noktanın yeni sistemde yüksekliğinin belirlenmesinde de
kullanılabilecektir.
Leveson (2009) tarafından CORS ve GRAV-D’nin sosyo-ekonomik faydaları araştırılmış ve
GRAV-D’nin tamamlanmasının 15 yılda 4.8 milyar $ ABD’ye fayda sağlayacağı
değerlendirilmiştir. Bunun 2.2 milyar $’ı iyileştirilmiş sel havzaları yönetimi nedeniyle
oluşacak kayıpların engellenmesi nedeniyledir.
3. GRAV-D PROJESİNDE NEDEN UÇAKTAN GRAVİTE TEKNİĞİ TERCİH
EDİLMİŞTİR ?
GRAV-D projesinde neden uçaktan gravite tekniğinin tercih edildiğinin iyi anlaşılması
gerektiği değerlendirilmektedir. GRAV-D projesinde:
Makale, yalnızca yazarların bireysel görüşlerini ifade etmekte olup, Türk Silahlı Kuvvetlerinin görüş, konum,
strateji ya da fikirlerini yansıtmamaktadır.
9
- Ülke genelinde hızlı ve tutarlı olarak gravite ölçüleri yapmak
- Yersel ve kıyıya yakın okyanus verilerini birbiriyle bağlamak için (Şekil 9)
- Nokta-nokta yersel ölçülerle 200 km x 200 km çözünürlükteki GRACE ölçüleri arasındaki
boşlukları doldurmak için.
uçaktan gravitenin en iyi teknik olacağı değerlendirilmiştir (URL1).
Uçaktan gravite verileri mevcut verilerin yerini almayacaktır, fakat mevcut yersel gravite
verilerinin ülke boyunca tutarlı olmasını sağlayacaktır (URL1).
Yersel gravite
Deniz gravitesi
Şekil 9: Uçaktan gravite mevcut yersel verilerle okyanuslardaki mevcut gemi ve altimetreden
türetilen gravite verilerini bağlayacak ve gravite veri boşluklarını doldurabilecek tek tekniktir
(URL1).
On yıllar boyunca yapılan gravite ölçüleri birbiriyle tutarsızdır. Uçaktan gravite bu
tutarsızlıkları ortadan kaldırmak için bir baz sağlayacaktır. Şekil 10 NGS gravite veri
tabanındaki 1755 yersel gravite ölçüsü arasındaki çapraz geçişleri göstermektedir. Bunlar
basitçe ölçüler arasındaki yanlış eşleşmeleri göstermektedir. GRAV-D uçuşlarının 2 mGal
doğruluklu gravite ölçüleri vermesi beklenmektedir ve uçaktan gravite verilerinin, mevcut
yersel
gravite
verileri
arasındaki
bu
seviyedeki
tutarsızlıkları
gidereceği
değerlendirilmektedir. 2008 yılında Alabama’da üç farklı yükseklikte (1700 m, 6300 m
ve11000m) gerçekleştirilen uçaktan gravite ölçüleri EGM2008 ve NGS tarafından
gerçekleştirilen yersel gravite ölçüleri ile karşılaştırarak test edilmiştir (Wang vd., 2011b).
1700 m ve 6300m’de toplanan gravite veri ölçüm güzergah aralıkları 10 km ve 11000 m’deki
aralık 5 km’dir. Yersel ölçülerle yapılan karşılaştırma sonucunda;
Üç farklı yükseklikte toplanan uçaktan gravite verileri yersel gravite ölçüleriyle
karşılaştırıldığında aralarındaki RMS 1.6-3.3 mGal’dir. Farklardan ortalama çıkarıldıktan
sonra uyum 1.3-1.7 mGal olarak belirlenmiştir (Wang vd., 2011).
Makale, yalnızca yazarların bireysel görüşlerini ifade etmekte olup, Türk Silahlı Kuvvetlerinin görüş, konum,
strateji ya da fikirlerini yansıtmamaktadır.
10
Şekil 10: NGS gravite veri tabanındaki 1755 yersel gravite ölçüsü arasındaki çapraz geçişler
(URL1).
Saleh vd. (2011) NGS’in yersel gravite verilerinin 1 cm doğruluklu bir jeoidi desteklemeye
yeterli olup olmadığını anlamak için yersel gravite ölçülerindeki hataları ve bunların jeoide
olan etkisini araştırmıştır. Saleh vd. (2011) NGS veri tabanında yer alan ABD’de 1.4 milyon
noktadaki gravite ölçülerini kullanmış ve sonuç olarak; NGS yersel gravite verilerinin,
1) Desimetre jeoid hatalarına neden olan uzun dalga boylu hatalar
2) 20 cm jeoid hatalarına karşılık gelen gravite hataları (gravity-biases)
3) Rocky dağlarının üzerinde ve batısında yüksek frekanslı, coğrafi olarak korelasyonlu
olan ve 1 desimetre jeoid hatasına neden olan hatalar içerdiğini tespit etmiştir.
5. PROJE YÜRÜTÜCÜ TARAFINDAN PROJESİNİN MEVCUT DURUMUNUN
DEĞERLENDİRİLMESİ
Childers (2012) tarafından projenin mevcut durumu ile ilgili olarak, 2011 yılı sonu itibariyle
planlanan toplam alanın %15.6’sında uçaktan gravite ölçülerinin tamamlandığı ifade
edilmektedir. Diğer taraftan en az yıllık %10’luk işin hizmet alımı yöntemiyle özel firmalara
yaptırılmasının planlandığı ifade edilmektedir. Son olarak ise Şekil 11’de gösterilen bölgede
gerçekleştirilen jeoid eğimi doğrulama ölçülerinin sonuçları verilmiştir.
Makale, yalnızca yazarların bireysel görüşlerini ifade etmekte olup, Türk Silahlı Kuvvetlerinin görüş, konum,
strateji ya da fikirlerini yansıtmamaktadır.
11
325 km
218 nokta
1.5 km
aralıklı
Şekil 11: 2011 yazında Jeoid Eğimi Doğrulama Ölçülerinin Gerçekleştirildiği Bölge
(Childers, 2012).
2011 yazında, uçaktan gravite ölçülerinin de katkısıyla hesaplanan gravimetrik jeoidin
doğruluğunu belirlemek amacıyla ölçüler gerçekleştirilmiştir. Bunun için Şekil 11’de
gösterilen 325 km lik hat seçilmiştir. Hat boyunca 1.5 km aralıklı olarak 218 ölçü noktası
tesisi yapılmıştır. Bu hat üzerinde GPS+ Nivelman ve ETH Zürih DIADEM zenit kamerası ile
yapılan çekül sapması bileşenleri ölçüleri kullanılarak, uçaktan gravite ölçüleri dahil
edilmeden ve dahil edildikten sonraki verilerle hesaplanan gravimetrik jeoid modelleri test
edilmiştir (Childers, 2012). Söz konusu test sonuçları Smith vd. (2011b)’de ayrıntılı olarak
verilmektedir.
Jeoid Eğimi Doğrulama Ölçülerinin analizi neticesinde;
•
•
•
Uçaktan gravite ölçülerinin kullanılması jeoid eğimi doğruluğunu hemen hemen 325
km’den kısa tüm mesafelerde iyileştirdiği,
NGS gravimetrik jeoidinin sadece uçaktan gravite ölçüleri dâhil edildiğinde 1 cm
doğruluğu sağladığı, diğer gravimetrik jeoid modellerinin hiç birisi 1 cm doğruluğu
sağlayamadığı,
Gravimetrik jeoid modelleri ve GPS’in uzun mesafe nivelmana iyi bir alternatif
olduğu sonucuna varılmıştır.
Makale, yalnızca yazarların bireysel görüşlerini ifade etmekte olup, Türk Silahlı Kuvvetlerinin görüş, konum,
strateji ya da fikirlerini yansıtmamaktadır.
12
Projenin mevcut durumu ile ilgili olarak Proje Yürütücüsü Dr.Dru Smith’den projenin mevcut
durumu ile değerlendirmeleri alınmıştır (Smith, 2012). Dr.Dru Smith tarafından,
a. 2008 yılı sonlarında projenin başlangıç aşamalarında problemler yaşadıklarını ancak şu
anda uçaktan gravite veri toplama ve analiz çalışmalarını iyileştirdikleri,
b. Süreç içerisinde gravite ölçü çalışmalarına tamamen ayrılan bir uçak olmamasından
dolayı zorluk yaşamalarına rağmen, şu anda bu konuda tam bir üretime geçtikleri,
c. Uçaktan gravite verilerinin analizinin NGS tarafından geliştirilen NEWTON isimli
uçaktan gravite analiz yazılımı programı ile gerçekleştirildiği,
ç. Uçaktan gravite verilerinin yersel doğruluğunun kontrol edildiği ve sonuçların
beklenenden daha iyi olduğu ifade edilmiştir (Smith, 2012).
Dr.Dru Smith tarafından 2011 yılında gerçekleştirilen “Jeoid Eğimi Doğrulama Ölçüsü
2011” deki amaç ve deneyimleri ve gelecekteki test planları ile ilgili olarak,
a. “Jeoid Eğimi Doğrulama Ölçüsü 2011”deki ölçülerinin gerçekleştirildiği hattın 300 km
uzunlukta seçilmesinin nedenlerinin,
(1) Ölçülerin anlamlı bir uzunluktaki hat boyunca test edilmesine ihtiyaç duyulması
(özellikle GRACE ve GOCE jeoidlerinin dalga boylarını aşacak şekilde bir hat uzunluğunun
esas alınması,
(2) Nivelman ve GPS ölçülerinin makul bir zamanda ve maliyetle tamamlanma
zorunluluğu,
(3) Daha uzun dalga boylarında GRACE ve GOCE’un gravimetrik jeoidi kontrol
etmesinin beklenmesi,
(4) GPS+gravimetrik jeoid yaklaşımının yüksek doğruluklu olması nedeniyle
kullanıcıların bir kişinin 100 km’den daha uzun bir mesafede nivelman yapmasının
beklenmemesi olduğu,
b. NGS tarafından gelecekte en az iki tane daha benzer bir “Jeoid Eğimi Doğrulama
Ölçüsü” yapılmasının planladığını, bir sonraki “Jeoid Eğimi Doğrulama Ölçüsü”nün
muhtemelen 2013 yılında gerçekleştirileceği ve gelecekte yapılması planlanan her iki ölçünün
de muhtemelen 300 km uzunlukta olacağı ifade edilmiştir (Smith, 2012). 2013 yılındaki jeoid
eğimi testinin daha yüksek ve engebeli bir arazide gerçekleştirilmesi planlanmıştır (Smith
vd., 2011a).
Dr.Dru Smith tarafından ayrıca;
a. Jeoid Eğimi Doğrulama Ölçüsü 2011’nde nivelman ölçüleri yapmanın büyük bir çaba
gerektirdiğinin anlaşıldığı,
b. Çok küçük bir çökmenin bile seçilen hattaki nivelman ölçülerini olumsuz etkilediğinin
tespit edildiği,
c. 300 km hat boyunca yapılan GPS, nivelman, gravite ölçülerinin başarılı olarak
tamamlanmasının nedeninin GPS ve nivelman ve gravite ölçülerinin hemen hemen aynı
Makale, yalnızca yazarların bireysel görüşlerini ifade etmekte olup, Türk Silahlı Kuvvetlerinin görüş, konum,
strateji ya da fikirlerini yansıtmamaktadır.
13
zaman diliminde yapılmasından ve böylece ölçü noktalarının hareket etmesine zaman
bırakılmamasından kaynaklandığı,
ç. “Jeoid Eğimi Doğrulama Ölçüsü 2011”nün gerçekleştirildiği hat üzerinde daha önceden
var olan nivelman noktaları kullanılarak yapılan karşılaştırmada eski nivelman noktalarının
yüksekliklerinin 12 cm’e kadar yer değiştirdiğinin tespit edildiği ve bu durumun ölçü
noktalarının gelecekte de yer değiştirmeye devam edeceğini gösterdiği ifade edilmiştir
(Smith, 2012).
4. GRAVİMETRİK JEOİDİN ZAMANLA DEĞİŞİMİ
Jacob vd. (2011) tarafından GRAVD gravimetrik jeoid modelinin zamanla değişiminin nasıl
izleneceğini GRAVD jeoid modelinin doğruluğunun belirleyeceği ifade edilmektedir. Jacob
vd. (2011) tarafından eğer GRAV-D jeoid modelinin baz doğruluğu 10 mm olarak alınırsa
sadece mega büyüklükteki depremlerin (Mw> 9) doğruluk ile eşdeğerde bir deprem anı jeoid
değişimine neden olacağı ve diğer tüm depremlerin jeoid modelini anlamlı olarak
değiştirmeyeceği ifade edilmiştir. Jacob vd. (2011) Jeoid baz doğruluğu 2 cm olarak
varsayılırsa, kıtasal ölçekteki hidrolojik etkenler, yer altı suyu çekilmesi ve hatta en büyük
ölçekli depremler nedeniyle gravimetrik jeoidin bu duyarlılık seviyesinde anlamlı olarak
değişmediğini göstermiştir.
GRAV-D projesi kapsamında gravimetrik jeoidin zamanla değişiminin, jeoidin doğruluğu ile
ilintili olarak az olması beklenmekle birlikte özellikle buzul sonrası etki ve volkanik etkiler
nedeniyle jeoidin düşük çözünürlükte tekrarlı mutlak gravite ölçüleri ve GRACE uydu verileri
izlenmesi planlanmıştır. Her yıl mutlak gravite ağı ölçülmesi planlanan noktalar Şekil 12’de
gösterilmiştir.
Şekil 12: Jeodin değişimini izlemek amacıyla her yıl mutlak gravite ölçülmesi planlanan
noktalar (Eckl vd., 2009).
.
Söz konusu bu noktalarda zamanla gravite değişiminin modellenmesi ve bu değişimlerin
zamanla jeoid değişimlerine dönüştürülmesi planlanmaktadır.
Makale, yalnızca yazarların bireysel görüşlerini ifade etmekte olup, Türk Silahlı Kuvvetlerinin görüş, konum,
strateji ya da fikirlerini yansıtmamaktadır.
14
5. SONUÇ VE ÖNERİLER
Bu çalışmada ABD tarafından gerçekleştirilen GRAV-D projesi incelenmiştir.
Türkiye, Amerika kadar coğrafi olarak büyük olmamakla birlikte, yükseklik sistemleri
açısından bakıldığında Amerika ile Türkiye’nin bazı benzerlikleri bulunmaktadır:
a. Amerika ve Türkiye sık depremlerin yaşandığı jeodinamik olarak aktif ülkelerdir.
b. Amerika ve Türkiye dağlık ülkelerdir.
c. Amerika okyanuslarla çevrili, Türkiye üç tarafı denizlerle çevirili ve her iki ülke de uzun
kıyısal alanlara sahiptir.
ç. Amerika ve Türkiye’de anlamlı ölçüde yer altı suyunun çekilmesinden etkilenen
ülkelerdir.
GRAV-D projesinde gravimetrik jeoidin düşey datum olarak kullanılması planlanmıştır.
Gravimetrik jeodin GNSS kullanıcıları tarafından doğrudan, kolay, kesintisiz ve her yerde
kullanımı gibi faydalarının yanında gravimetrik jeoidin depremler ve yer altı suyu
çekilmesinden (gravimetrik jeoidin baz doğruluğu 2 cm olarak alındığında) anlamlı olarak
etkilenmemesi nedeniyle, Türkiye’nin de gravimetrik jeodi düşey datum olarak tercih
etmesinin yararlı olacağı değerlendirilmektedir.
KAYNAKLAR
Childers, V. (2012) GRAV-D Project Update (2012), Federal Geodetic Control Subcommittee
Meeting, January 10, 2012 Meeting.
http://www.fgdc.gov/participation/working-groups-subcommittees/fgcs/events/fgcs-meetingjan-2012
Eckl, M.C., Smith, D., Childers, V. Roman, D. (2009) GRAV-D Project A Height Mod.
Project , Fairbanks, Alaska, September 9, 2009.
www.ngs.noaa.gov/heightmod/AK2GRAVDEckl.ppt
Mulcare, D.M. (2004) NGS Toolkit, Part 9: The National Geodetic Survey VERTCON Tool,
Professional Surveyor Magazine, 24 (3).
www.ngs.noaa.gov/TOOLS/Vertcon/vertcon.html
Jacob, T., Wahr, J., Gross, R., Swenson, S., Geruo, A., (2011) Estimating geoid height
change in North America: past, present and future, Journal of Geodesy, DOI 10.1007/s00190011-0522-7.
Leveson, I. (2009) Socio-Economic Benefits Study: Scoping the Value of CORS and GRAVD, Prepared for the National Geodetic Survey National Oceanic and Atmospheric
Administration U.S. Department of Commerce.
http://www.ngs.noaa.gov/PUBS_LIB/Socio-EconomicBenefitsofCORSandGRAV-D.pdf
NGS, (2007) The GRAV-D project: gravity for the redefinition of the American vertical
Makale, yalnızca yazarların bireysel görüşlerini ifade etmekte olup, Türk Silahlı Kuvvetlerinin görüş, konum,
strateji ya da fikirlerini yansıtmamaktadır.
15
datum, Report, National Geodetic Survey, http://www.ngs.noaa.gov/GRAV-D/pubs/GRAVD_v2007_12_19.pdf.
Martin, D. (2011) Modernization of the National Spatial Reference System, Massachusetts
Association of Land Surveyors and Civil Engineers, September 23, 2011.
www.aot.state.vt.us/geodetic/Advisor/Advisordoc/MALSCE_NSRS_10.pdf
Saleh, J., Li, X., Wang, Y.M., Roman, D., Smith, D. (2011) Error Analysis of the NGS
Gravity Database , Poster: G06-2729 , Presented on 04 July 2011, IUGG 2011, Melbourne,
Australia.
http://www.ngs.noaa.gov/web/science_edu/presentations_library/files/iugg2011.ppt
Shields, R. (2010) The Height Modernization Program in the United States and the Future of
the National Vertical Reference Frame, FIG Congress 2010, Facing the Challenges – Building
the Capacity, Sydney, Australia, 11-16 April 2010.
http://www.fig.net/pub/fig2010/papers/ts10i%5Cts10i_shields_4494.pdf
Smith, D. (2012) Kişisel Görüşme, Şubat 2012.
Smith, D., Véronneau, M., Avalos-Naranjo, D., Roman, D., Wang, Y.M., Huang, J. (2011A)
Progress
Toward
a
Unified
Geoid-Based
Vertical
Datum for North America, XXV IUGG General Assembly July 4, 2011 Melbourne, Australia.
http://www.ngs.noaa.gov/web/science_edu/presentations_library/files/2011_07_04_progress_
toward_unified_north_american_vertical_datum_-_iugg.pptx
Smith, D., Holmes, S., Li, X., Wang, Y., Archer-Shee1, M., Singh, A., Middleton, C.,
Winester, D., Roman, D., Bürki, B., Guillaume, S. (2011b) Initial Results of the Geoid Slope
Validation Survey of 2011, American Geophysical Union, San Francisco, CA.
http://www.ngs.noaa.gov/web/science_edu/presentations_library/files/2011_12_09_agu__initial_restuls_of_the_geoid_slope_validation_survey_of_2011.pptx
Roman, D.R, Childers, V.A. (2011) Impact of Airborne Gravity Surveys on Geoid Modeling
in Alaska Part I: A New National Vertical Datum, 45th Annual Alaska Surveying & Mapping
Conference February 21-25, 2011.
www.ngs.noaa.gov/web/science_edu/presentations_library/files/2011_grav-d_aksmc_i.ppt
Wang, Y. M., Saleh J., Li, X., Roman, D.R. (2011a) The US Gravimetric Geoid of 2009
(USGG2009) : model development and evaluation. Journal of Geodesy. DOI 10.1007/s00190011-0506-7.
Wang , Y.M., Huang C-H, Preaux S.A., Saleh, J., Holmes, S.A., Li, X., Roman, D. (2011b)
Error analysis of the airborne gravity data collected over Alabama in 2008, Geophysical
Research Abstracts, Vol. 13, EGU2011-13767, 2011EGU General Assembly 2011.
www.ngs.noaa.gov/web/science_edu/presentations_archive/files/airborne_gravity.pptx
URL1 : Redefinition of the U.S. Vertical Datum: Replacing NAVD 88, Informational packet
including GRAV-D updates.4
http://www.ngs.noaa.gov/web/science_edu/presentations_archive/files/2010-10-12-genericnew-vertical-datum-(including-grav-d-info)-slides.pdf
Makale, yalnızca yazarların bireysel görüşlerini ifade etmekte olup, Türk Silahlı Kuvvetlerinin görüş, konum,
strateji ya da fikirlerini yansıtmamaktadır.
16