JEODEZİ DE MODERN GÖZLEM YÖNTEMLERİ ve ALETLERİ Doç

JEODEZİDE
MODERN GÖZLEM YÖNTEMLERİ
ve ALETLERİ
Doç. Dr. Turgut 1SZEL
Yıldız Üniversitesi
Jeodezik ölçmede gözlem tekniklerinin modernleştirilmesi, şüphesiz yeni aletlere bağlıdır. Bu konuda ilk büyük gelişme, elektromağnetik uzaklık ölçerlerle olmuştur.
UZUNLUK ÖLÇME ALETLERİ
Elektromanyetik dalgalar yardımıyla uzunluk ölçen aletleri, ölçme uzunluğuna, kullandıkları dalgaların cinsine veya ölçme yöntemlerine göre sınıflara ayırmak mümkündlür.
Ölçme uzunluğuna göre bir sınıflandırma yapılırsa :
Çok kısa mesafe ölçerleri :
Enterferans yöntemiyle ölçüm yapan bu aletlere, Hetolett Pachard LASER enterferometresi örnek gösterilebilir. Bu aygıt, 50-60 m
ye kadar uzunlukları ± (1-2x 10—ıom) incelikle ölçebilir. Aynı türe
giren ikinci alet ise VAISALA enterferanskomparatoru olabilir.
VAISALA yaptığı aletle aldığı ilk sonuçları, ilk kez 1923 yılında ya.
yı.ılamıştır. Baz ölçümü ve standart baz oluşturulmasında kullanılan
. bu aletle elde edilen incelik ± 1x10—7 D kadardır.
Kısa mesafe EDIvI aletleri :
Genellikle 3 km ye kadar uzunluk ölçen aletler bu sınıfa alınabilir. Günümüzde bu aletlerde kaynak olarak gaz LASER (Helyum Neon), katı LASER (Yakutlu) ve yarı iletken LASER (Galyum Arsenid
diyod) kullanılmaktadır. Bunlardan GA As diyod, kızılötesi ışın yay156
diğı için, gözle görülmez. Öteki ikisi, parlak kırmızı ışık yayarlar, Işık
kaynağı kullandığı için elektrooptik veya optoelektronik uzunluk ölçerler denen bu aletlerle elde edilen incelik çoğunlukla;
m = ± (5 mm + 5 x 10-* D)
kadardır.
Yalnız Ksenon flaş tüp (yakutlu LASER) kullanan Kem Mekometer 3000'in verdiği ölçüm inceliği,
m = ± (0,2 mm + 1 X I®-6 D) dir ki bu aletten özellikle
deformasyon ölçümlerinde yararlanılabilir.
Orta mesafe EDM aletleri
15 km ye kadar uzunlukları ölçebilen bu aletlerde kaynak olarak, He Ne LASER veya (Ga As diyod) yarı iletken LASER kullanılmaktadır. Ölçüm inceliği,
m = ± (5 mm + 5 X 10-6 D)
kadardır.
Uzun mesafe EDIVI aletleri
60 km ye kadar uzunlukları, genellikle elektrooptik EDM aletleri
ile ölçülür. LASER'in ölçüm için elverişli özelliklerinden yararlanılarak, incelikli ölçümler yapılır. Genellikle He Ne gaz LASER kullanılan bu aletlerle elde edilen incelik,
m = ± {5 mm + 5 X 10-6 D)
kadardır.
Işığın standart eğrilik yarıçapı 7 R, mikrodalgaların standart eğrilik yarıçapı 4 R dir. Buna göre daha uzun mesafelerin, mikrodalga.
lar yardımıyla ölçülebileceği ortaya çıkar. Gerçekten de mikrodalga
aletleri ile 150 km ye kadar uzunluklar
m = ± (15 mm + 5 X 10~* D)
incelikle ölçülebilmektedir.
Çok uzun mesafe ölçerler
150 km den daha uzak yeryüzü noktaları arasındaki mesafeler,
dolaylı yolla ölçülür. 800 km ye kadar olan uzaklıkların ölçülmesi,
157
kıtaların bu dolaylı ölçüm yönteminde, taşıyıcı olarak radyo dalgalan
kullanılır. Kendi arasında :
Dönel Yöntemler
GEE—H, OBDE, SHORAN, HIRAN, E.P.I ve bir bakıma DECCA
ve LAMBDA,
Hiperbolik Yöntemler
GEE, LORAN ve TORAN,
İki uzunluk mode'u
DECCA—LAMBDA, DECCA Hİ Fix, DECCA Sea-Fix ve LORAC-C
sistemleri olarak sınıflandırılabilir.
İstenmeyen gök yansımalarının oluşturduğu girişimler, radyo dalgaları yardımıyla uzaklık ölçümünü kötü bir şekilde etkiler. Bu
nedenle elde edilen ölçüm inceliği pek fazla değildir. Örneğin HIRAN
yöntemininki
m = ± (0,9 m + 10 x 10-6 D)
kadardır.
Ultra uzun mesafe ölçerler ile VLBI yöntemlerine ilişkin açıklamaları, biraz ertelemede yarar olacaktır.
AÇI ÖLÇERLER
Özellikle 1970'ten sonra; elektronik açı ölçümü konusundaki çalışmalar yoğunlaşmıştır. Bu arada, entegre devreler, bellekler mikroişlemeilerin devreye girmesi; ayrıca elektrooptik komporentlerin geliştirilmesi, çok yönlü işlevi olan elektronik takeometre düşüncesinin
gerçekleşmesini sağlamıştır.
Bir elektronik takeometre (EOT) dört ana modülden oluşur Bunlar :
Uzaklık ölçme modülü Yatay açı
ölçme modülü Düşey açı ölçme
modülü
Mikro 'işlemci modülü
dür.
158
Uzaklık ölçme modülü, bir kısa mesafe elektrooptik uzaklık ölçeridir. Mikro işlemci, her türlü oluşma ve değerlendirme işlemini
üstlenir.
Yatay ve düşey açı okuma sistemleri aynıdır. Günümüzde (otomatik) elektronik açı okuma iki düzenle yapılmaktadır. Bunlar :
Elektrooptik açı okuma düzeni
Elektro-mekanik açı okuma düzenidir.
Her iki düzende de kodlu disklerden yararlanılır.
Düşey açı okunmasında yataylama ve sıfırlama iki ayrı elektronik sensorla sağlanır.
EOT'la erişilen ineelik,
"uzunluk = ± (5 mm + 5 X 10— 6 D)
m
yatay =
kadardır.
m
düşey ^ ± 10cc
Daha incelikli elektronik açı okuma için çeşitli öneriler vardır.
Bunların başında PRILEPl'in enterferans yöntemi gelir. Günümüzde
henüz, teodolitin verdiği inceliğe erişen bir alet gerçekleşmemiştir.
KONUM BELİRLEYEN ALETLER
Konum belirleyen aletlere, VLBI'da katarak, modern arazi ölçme
sistemleri denebilir.
Uydu - LASER sistemi
Eskiden, aya doğrultu ölçümleri yapılarak dünyanın şekline ilişkin parametreler ile, çekim alanı hesaplanmaya çalışılırdı. Şimdi,
yapay dünya uyduları sayesinde daha incelikli değerler elde edilebildiği için, bu uğraşılar gerilerde kalmıştır.
1969 yılında uzaya fırlatılan APOLLO 11 ve ondan sonra APOLLO
14, 15 ve LUNA 21 île LUNAKHOD 2, ayın yüzeyine LASER yansıtıcıları
yerleştirdiler. Böylece pulslü LASER'Ier yardımıyla dünya ile ay
arasındaki uzaklık, istenen incelikte ölçülmeye başlandı. Bu gözlemler, 1969 yılından beri Texas Üniversitesi'nin Me. Donald Gözlemevi'nde sürekli olarak yapılmaktadır. Şimdi, gezici Uydu-LASER sistemleri devreye girmiştir.
159
Neodiyum YAG LASER'le gönderilen pulsun gidiş-dönüş zamanından uzaklık hesaplanır. Erişilen 'incelik ± 10 cm kadardır. Bu
gözlemlerden ayrıca UTl (üniversal time 1), dünyanın polar hareketi,
gelgitler, büyük kitleler arasındaki tektonik hareketler de saptanabilmektedir.
VLBİ Very Long Baseline Interferomety
Kuasar (quasar_quasi.stellar gibi) ekstragolaktik radyo-kaynakları, santimetre veya desimetre dalga-boylu elektromagnetik dalgalar yayınlamaktadır. Bu dalgalar, büyük antenlerce alınıp, radyo astronomide kullanılabilir. Böyle bir sistemde, birbirinden oldukça
uzak (örneğin birkaç bin kilometre aralıklı) Pı ve P2 ile gösterilen iki
radyo-teleskop, sistemin temelini oluşturur. Radyo teleskopla (antenler), alıcı olarak görev yaparlar. Bunların her biri bir faz ölçere
bağlanmışlardır. Böyle bîr sistemle uzaydaki bir radyo-kaynağına
gözlem yapılırsa, bu kaynağın açısal boyutu ve yapısına İlişkin bilgiler alınabildiği için, bu iki istasyon arasındaki uzaklık da, hemen
hemen ± 10 cm incelikle belirlenebilmektedir. Şekil : 1,2.
160
Şefâ! : 2
Ayrıca uydu bağlantılı sistem de kullanılırsa daha incelikli değerler elde edilebileceği umulmaktadır. Şekil : 3.
Şekil : 3
Günümüzde kullanılan VLBI sistemleri ve bunlara ilişkin özellikler, çizelgede görülmektedir.
161
Uydu Doppler Sistemi
Birçok devletin, halen dünyanın etrafında dönen çok sayıda yapay uydusu vardır. Bunlar, çeşitli amaçlar için uzaya fırlatılmıştır.
Amerika Deniz Kuvvetleri'nin 6 TRANSİT uydusu, dünyanın etrafındaki kutupsal yörüngede, sürekli olarak dönmektedirler. Yükseklikleri yaklaşık 1000 km kadar -olan bu uydular, devamlı olarak, 400
MHz ve 150 MHz lik yüksek stabiliteli iki taşıyıcı frekans üzerinden
kendi yörüngesini tanımlayan, bir seri veri yayınlarlar. Bu verileri
toplayan, değerlendiren ve tekrar uyduya gönderip bunların yayınlanmasını sağlayan bir uydu izleme ağı vardır.
Uydulardan gelen veri akımı, yer istasyon noktası üzerine konan
anten ve ana bağı değerlendirme üniti yardımı ile, istasyon noktasının üç boyutlu koordinat değeri elde edilmektedir. Değerlendirmede
doppler etkisinden yararlanılmaktadır.
Ölçüler, «point positioning^ ve «translocation» olarak adlandırılan, gerçek ve rölatif mode'larda yapılır.
Elde edilen incelik, geçiş sayısına bağlıdır. Ama belirli bir süre
sonra ve translokasyon yöntemiyle ± 0,15 m kadardır.
GPI (Globa! Posftioning System)
«NAVSTAR Global Positioning System», herhangi bir zamanda,
dünya üzerindeki herhangi bir noktanın konumunu üç boyutlu olarak
saptamak için, Amerika Hava Kuvvetleri'nce geliştirilmiştir. Uzay
sistemi, üç yörünge düzleminde eşit olarak yerleşen ve peryodları
12 saai. olan 24 yapay uydudan oluşmaktadır.
Her uyduda atomik frekans standartları bulunur. Bunlar, yüksek
frekans stabilitesi ile presizyonlu zaman bilgisi sağlar. Uydular, iki
(1575,4 MHZ ve 1227,6 MHz) band üzerinden yayın yaparlar. Uyduların konumuna, zamana ilişkin veriler, üç ayrı kodla bu dalgalar
üzerinde yayınlanırlar.
4 yer kontrol ve izleme merkezi, bu uyduları sürekli olarak izler,
alınan bilgiler ve gözlem değerleri, değerlendirilerek her uyduya ilişkin yörüngesel bilgiler, tekrar uydulara bildirilir.
Normal bir GPS alıcısı, uydulardan gelen bu bilgilerden kendi
konumunu incelikle saptar. Sadece geodezik amaçla kullanılan GPS
alıcıları, Çizelge : 'de belirtilmiştir.
162
ÇİZELGE
Adı _____Organizasyon
Durumu
Boyutu
Gözlem
CMA-782 Canadion
Mevcut
5^n~pörtatif Pseudorange
Marconi Co.
satışa sunuldu.
Doppler faz
SII-501© Stanford
Minibüse
>
Telecominications
*
monte edilmiş
Inc.
Magnavox
Texas
Instrument
Geliştiriliyor
Portatif
»
»
SERIES
Jet PropuMon
Laboratory
Test
ediliyor
Minibüse
Faz farkı
monte edilmiş uzaklık
MITES
Massachusetts
Institute of
Technology
Geliştiriliyor
Portatif
Faz farkı
Halen uyzaydo 7 NAVSTAR uydusu vardır. Sistem, 1987 yılında
tam olarak devreye girecektir. Ölçme inceliği ± 10 cm olarak tahmin edilmektedir.
fnensipti Ölçme Sistemi
Inersiyal ölçme sistemi, bir helikopter veya bir minibüs içerisine
yerleştirilmiş bir ivme ölçer, bir jiroskop ve bir yerçekimi ivmesini
ölçer alet ile, bir işlemci biriminden oluşur.
Bu sistemle, noktaların koordinatları ve noktalardaki çekül sapmaları, yerçekimi ivmesi, 1070'lerin sonundan itibaren hızla gelişen
b u y ö n te m l e e l d e e d i l e n k o n u m i n c e l i ğ i ± 3 0 ± 5 0 c m , g r a v i te
± 2 mgal, defleksiyon inceliği yaklaşık 2" kadardır. IPS-1 (inertial
positioning system) ile elde edilen bu değerler, 2 saatlik bir süre
içerisinde yapılan, 35 km lik bir uzunluğa ilişkindir.
SPAN's Litton Autosu!wegor aleti ile 80 km lik bir uzaklık için,
± 30 cm den daha iyi bir incelik elde edilmiştir. İleri bir analizle
bunun 10 cm <ien daha aşağıya düşeceği umulmaktadır.
Honeyvvell GEO/SPIN IPS-2 ve Ferranti FILS sistemleri, en yeni
iki inersiyaj sistem aletidir.
163
Şekil :4
Günümüzde kullanılan bağıl feodezik konum belirleme yöntemleri ile, bunlara ilişkin özet bilgiler, çizelge ı Tepegöz : 5, 6, T.S. 6 da
görülmektedir.
ÂZİMUT ve YÖM BELİRLEYEN ALETLER
Yön belirleyen aletler arasında jiroskop S : 35 ve navigasyon
sistemlerini sayabiliriz.
Navigasyon,sistemlerine, çok uzun mesafe ölçerler başlığı altında kısaea değinilmiştir. Bunlardan bir kısmı deniz ölçümlerinde
kullanılmaktadır.
Günümüzde, geliştirilmiş gözlem yöntemleri ve matematik modeller sayesinde modern jirolarla, jiro - azimutlarını ± 10 cc den daha
ı'ıncelikle ölçülmektedir. En son gelişmiş aletler, entegre mikro _
işlemci ile donatılarak tam otomatik hale getirilmiştir. «Sekunder kreisel» Gyromat (WBK, Boçhum), bu gelişme için bir örnektir. Bu
alet, azimutu, birkaç dakikalık ölçüm sonunda vermektedir.
Jiro-teodolitler konusundaki en yeni gelişme, LASER-iiroteodolitleri üzerinedir. Stuttgart'ta 1981 Eylül'ünde yapılan simpozyurr.da,
164
—Koherent optik elyof jiroskobu
— Ring LASER jiroskobu
konularında çok ilginç deney sonuçları üzerinde tartışılmıştır.
LASER teodoSiîlert
LASER, çok dar, koherent ve yoğun bîr ışık verdiğinden, özellikle
tünel ve galeri yapımında, doğrultu gösterici olarak kullanılır. Bunun
için genellikle birkaç mili'vvatt güeünde bir He Ne (Helyum Neon) gaz
LASER'den yararlanılır. Bu LASER xürü, parlak kırmızı bir ışık • verir
ve bu ışık karanlıkta veya görüş imkâmnın azaldığı yerlerde bile
görülebilir. Dolayısıyla iş makinalarının operatörleri, çalışacakları
alanı, rahatlıkla seçebilirler. Doğrultu gösterici olarak
— LASER aküleri
— LASER adaptörü'
den yararlanılabilir.
:
YÜKSEKLİK ve YÜKSEKLİK FARKI BELİRLEYEN ALETLER
LASER nivoları
Birinci derece jeodezik ağlarda ve bazı özel mühendislik yapılarının deformasyon ölçümlerinde, nivelmanda ulaşılabilen en yüksek incelik istenir.
Ayrıca, dürbünün optik çözümienmesindeki bazı engeller ve
atmosferik türbülans yüzünden oluşan nivo mira okuma hatası,
50 m den daha uzak mesafelerde hızla büyür.
19601ı yılların sonlarına doğru, LASER ışınlarının özelliklerinden
nivelmanda da yararlanmak üzere çalışmalar yoğunlaştırılmıştır.
Özellikle CHRANOWSKI (Kanada) SCHOLOSTRÖM (İsaco) ' ve
SCHLEMMER (B. Alman)'m bu konuda başarılı araştırma ve çalış,
maları vardır.
LASER nivosu, bir LASER ışını gönderici ile üzerinde rnerkezleme detektörü ve sayısal okuma düzeni bulunan bir nivodan oluşur.
Okumalar, doğrudan doğruya nivo üzerinden yapılır.
LASER nivosu ile iki yeni olanak sağlanmıştır.
—■ Geometrik nivejmandaki yeni işleri okuma aralıkları 50 m
den 100 m ve 200 m ye çıkmıştır.
165
— Daha incelikli nivelman yapılabilmektedir :
100 m uzaklık ± 0,2 mm/km gidişdönüş nivelman ± 0.32 mm/km
CHRANOVVSKI, ve öğrencilerinin bu aletle yaptığı deneyle, nehir
geçişinde, klasik yönteme oranla çok daha başarılı sonuçlar alınabileceğini ortaya koymuştur.
Oydu Altimetresi
Bazı yapay uydulara yerleştirilen özel altimetre araçları yardımıyla, okyanus yüzeylerinin topografyası elde edilmektedir.
Uydulardan gönderilen radar pulsleri, okyanusun yüzeyine çarpar ve geri yansır. Radar pulslerinin bu gidiş-dönüş zamanından uydu ile okyanus yüzeyi arasındaki uzaklık,
ha = v.t/2
formülüyle hesaplanabilir. Uydunun o andaki koordinat değerleri
(xu, y», zu) belli olduğundan okyanus yüzeyinin konumu hesaplanabilir, Şekil : 5.
Şekil : 5
1973'te SKYLAB'in başarısından sonra radar altimetresi ile ilk
dünya ölçümü, GEOS yapay uydusu ile gerçekleşmiştir. 1978'de yörüngesine yerleştirilen SEASAT 1 ile elde edilen incelik ± 0,1 m
kadardır.
Günümüzde kullanılan bu tür yapay uydulardan sadece okyanus yüzeylerinin topografyası değil aynı zamanda okyanus dalgala166