Gps Hakkında Genel Bilgiler

[yasarsolakxyz]

GENEL GPS :

GPS alıcıları ile bilindiği gibi Dünya üzerindeki 3 boyutlu koordinatlar (X, Y, Z), zaman ve Kullanıcı aynı zamanda hareketli ise hızı da hesaplanabilmektedir. GPS Sisteminde kullanıcının tipine ve metoda göre milimetreden - desimetreye, metre altından 3-5 metreye kadar farklı sonuçlar alınabilmektedir. GPS Sistemini teknik olarak toprak ile çalışma alanı olan tüm mühendislik disiplinleri projelerini hızlı ve hassas olarak gerçekleştirmek amacıyla bir araç olarak yoğun kullanmaktadırlar (Harita, jeoloji, jeofizik, maden, ziraat, biyoloji, inşaat, elektrik - elektronik, arkeoloji). Ayrıca GPS alıcılarının fiyatlarının düşmesi, teknolojinin daha hassas hala gelerek uygulama alanlarının genişlemesi ile hızlı bir şekilde günlük hayatımıza da girmiştir. Yürüyüşlerde, doğa sporlarında hem güvenlik hem de zevk amacıyla amatör ve profesyonel dağcılar, sporcular tarafından; denizde yerini bulmak, güvenli seyir yapmak, balık avlama ve dalma yerlerine daha sonra tekrar gelebilmek için tekne ve yat sahiplerince; avcılar tarafından kullanılmaktadır.
 
POST PROCESS YÖNTEM:

Nirengi-Poligon gibi her türlü kontrol noktalarında ve detay alımı noktalarında GPS gözlemleri, GPS Alıcılarına / Data kartlarına kayıt edilir. Ölçülen noktaların cinsine ve istenilen duyarlılığa göre Statik, Hızlı Statik, Kinematik ve vb. gibi farklı Ölçü Metotları uygulanır. Ölçü metotlarına göre de birkaç saniyeden, birkaç saate varan farklı gözlem süreleri uygulanır. Her çalışma günü akşamı PC' de datalar GPS yazılımları ile işlendikten sonra sonuçlar veya koordinatlar üretilir. Burada elde edilen koordinatların duyarlığı, kullanılan Alıcı tipine, Gözlem süresine, Uyduların konumu ve sayısına, Ölçü tipine, Ölçüsü yapılan noktanın çevresinin açık olmasına veya uydu görme durumuna göre değişir. Hatta yukarıdaki etmenlere bağlı olarak bir kısım noktaya veya ölçülen objeye duyarlı koordinat verilemediği bile olabilir.    

 
REAL TIME KINEMATIC YÖNTEM:

Arazide, gerçek zamanlı uygulamalardan olan Aplikasyon ve Alım çalışmaları bu yöntemin en bilinen uygulamalarındandır. Poligon noktaları, detay noktaları ve topoğrafik harita amaçlı noktalar bu yöntem ile hızlı ve duyarlı bir şekilde ölçülür. Post-proses amaçlı standart GPS konfigurasyonuna ilave olarak Radyo-Modem ve RTK amaçlı kontrol ünitesi ile sistem desteklenmelidir. Gerçek zamanlı sistemde koordinatlar arazide anında üretilir, ofiste ayrıca hesap gerektirmez. Arazide Yeterli Uydu görülen konumda, Radyo-modem linki de sağlanmış ise Gezici Alıcı ekranında görülen koordinatlar cm duyarlılığında doğrudur.
Gerçek zamanlı sistemin en önemli donanımlarından olan Radyo-modem kullanımı için Telekominikasyon Kurumu' ndan Sistem kurma izni ve frekans tahsisi için başvuruda bulunulması gerekmektedir. Firmamız başvurular konusunda yardımcı olmaktadır, Fakat imzalar ve dilekçe Son Kullanıcı adına olmak zorundadır.    
Kullanıcı için Gerekli izinler alındıktan sonra Firmamızın Radyo-modem İthalat ve Sistem Kurma İzni ile İthalat işlemine başlanmaktadır. Böylece kullanacağınız Radyo-modem sistemi LEGAL olmaktadır. Yukarıda bahsedilen uygulamalar için Diferansiyel algoritmalar veya metotlar kullanılır, Yani En Az İki GPS Alıcısı gerekmektedir. Tek bir adet GPS Alıcısı ile yapılan Uygulamalar Duyarlı, Jeodezik Uygulamalarda kullanılan metot değildir. Bu yüzden Jeodezik çalışmalarda GPS Takımı en az 2 GPS Alıcısından oluşmalıdır; Fakat en ekonomik GPS Takımı 3 veya 4 GPS Alıcısından oluşması üretimi artırmaktadır.
 
Haritacılıkla ilgili yapılan tüm projeler ile birkısım başka projelerde bilindiği gibi asıl olan yüzey ağıdır. Yüzey ağları memleket nirengileri (koordinatı bilinen noktalar), ana nirengiler, dizi nirengiler ve poligonlardan oluşmaktadır. Bu noktalara ilişkin gözlemler yapılıp koordinatlarını bilinen noktalara göre hesaplarsak yüzey ağımızı oluşturmuş oluruz. Noktalardaki bu gözlemler ise klasik veya modern teknolojiler ile olur. GPS uydu teknikleri ile gözlemler yapmak ise modern teknolojilere girer.
GPS uydu teknolojisinde temel olarak 3 tür metod vardır. Statik, Rapid statik ve kinematik.
 
Statik Ölçme Yöntemi:

Güvenilir ve yüksek duyarlıklı sonuçların istendiği çalışmalarda kullanılır. Ayrıca 15 km.' den daha uzun bazların ölçümünde veya projemiz için asıl temeli oluşturacak 0. Derece diye tabir ettiğimiz yüksek duyarlıklı ağlarda diğer ölçü metodları güvenilir sonuç veremeyebileceğinden Statik ölçü metodu kullanılmalıdır.

Statik ölçü metodu ile tam sayı belirsizliğini çözebilmek için baz uzunluğuna göre uzun süreli gözlemler gerekmektedir ( 0.5 - 3 saat gibi). Uzun süreli gözlemler esnasında uyduların pozisyonları, geometrileri devamlı değişmektedir. Bu değişim PC ile değerlendirme yapılırken tam sayı belirsizliğinin çözülmesini ve bilinmeyen noktanın pozisyonunun duyarlı bir şekilde hesaplanmasını sağlar. Fakat akademik veya duyarlı çalışmalar dışında ve genelde bazların 15 km' den daha kısa olduğu düşünülürse çoğunlukla Rapid statik yöntem kullanılacaktır. Bu ölçü metodu çift frekanslı jeodezik alıcılar ile yapılır.
 
Rapid Statik Yöntem:

GPS gözlemleri prosüdür olarak Statik GPS gözlemleri ile aynıdır. Fark sadece gözlem süresinin farklı olmasıdır. Daha detaylı anlatacak olursak L2 frekansı ve duyarlı P kod kullanılarak tam sayı bilinmeyenin çözümü Statik gözlemlere nazaran daha kısa sürede gerçekleşir. Rapid statik GPS gözlemlerin Statik GPS gözlemlerine göre en büyük avantajı sürenin daha kısa olmasından dolayı üretim ve verimin artmasıdır.
Gözlemlerin kısa süreli olmasından dolayı Statikte olduğu gibi istenilen yüksek duyarlıklara ulaşamayabiliriz. Fakat yine de tamsayı bilinmeyenin çözümünden sonra statik kadar olmasa da iyi duyarlık elde edilebilmektedir. Rapid statik GPS gözlemleri 15 km ve daha kısa bazlarda kullanmak gerekir. 10 km lik bir baz için uygun şartlarda 10 dakikalık bir ölçü ve her bir km artımında 1 dakikalık süre artışı kafi gelmektedir. Fakat 15 km'nin üzeride bazlar için statik gözlemler gibi düşünüp uzun süreli ölçmeler yapmak gerekir.

Rapid statik GPS gözlemlerinde bir alıcı (base) bilinen bir nokta üzerinde data toplar iken diğer alıcı (rover) koordinatı bilinmeyen noktalar üzerinde gezdirilir. Baz uzunluğuna ve uydu sayısına göre 5- 15 dakikalık gözlemler yeterlidir. Bu şekliyle rapid statik kinematik metoda benzer bir şekil almış oldu. Yani bilinen bir noktadan bilinmeyen bir noktaya 1 vektör ile çözüme ulaşılmış oldu. Bilinmeyen noktanın duyarlığını, güvenirliğini artırmak için 2 sabit alıcıdan 2 vektör ile veya bir alıcıdan 2 farklı zamandaki 2 vektör ile gözlemler yapmak gerekir. Rapid Statik GPS gözlemleri arazi çalışması, Statik GPS gözlemleri arazi çalışması ile aynıdır.
 
Kinematik GPS Yöntemi:

Taşıyıcı faza ilişkin tam sayı belirsizliğinin çözümü açısından diğer GPS ölçü metodlarından farklılık gösterir. Kinematik ölçü metodu ile tam sayı bilinmeyeni bilinen baz kullanılarak çözülür. Bir bazın bilinmesi demek aynı zamanda o baza bağlı iki noktanın koordinatlarının bilinmesi demektir. Gezici alıcının koordinatı bilinen bir noktada 5 dakikalık gözlem yapması ile tam sayı bilinmeyeni çözülmüş olur (Initialization) ve bundan sonra saniyeler içinde bilinmeyen noktaların pozisyonları duyarlı şekilde belirlenebilir. Tam sayı bilinmeyeni çözüldükten sonra en önemli husus alıcının devamlı açık kalması ve gözlemler bitinceye kadar en az 4 uydudan data toplamasıdır. Kinematik yöntem ile saniyeler içerisinde duyarlı sonuç elde etmek mümkündür fakat, bina araları, ormanlık sahalar ve değişik engeller ile gökyüzünün sınırlandırıldığı koşullarda uydu sayısı 4 uydunun altına inebileceğinden çalışmak zordur. Bir de alıcı sürekli açık olacağından bir noktadan bir noktaya alıcının mobilizasyonu zor olabilir. Onun haricinde bu yöntem ile üretim diğer yöntemlere göre çok fazladır.

Gözlemler esnasında uydu sayısı 4 uydunun altına indiğinde çözülen parametre kaybedildiğinden parametrenin tekrar çözülmesi gerekmektedir.

Bu da :
- Daha önce GPS gözlemleri yapılmış yani bilinen baz kullanılarak
- Rapid statik gözlem ile bilinmeyen noktada en az 5 dakikalık gözlem ile
tam sayı bilinmeyeni çözülebilir. İki yöntem arasındaki fark 1. Metodun daha kısa bir süre gerektirmesidir. Hatta belli aralıklarla rapid statik gözlemler yapıp ağı güçlendirmek, verimi ve duyarlığı artırmak sonuç açısından çok iyidir. Ayrıca kinematik gözlemlerde sabit ile gezici alıcı arası 10 km.' den yukarı olmaması tavsiye edilir.

Kinematik ölçü metodu iki türdür. Birinde alıcı açıldıktan sonra örneğin 10 sn' de bir ölçü al denilip 3 boyutlu arazi modellerinin çıkartılmasında veya yol ve benzeri güzergahların ölçülmesinde kullanılır. Alıcı hareketlidir ve Alıcının hızına göre 10 sn' de bir nokta ölçümü yapılmış olur. İkincisinde ise alıcı yine hareketli ve açık, fakat Tam sayı belirsizliğinin çözülmesinden sonra her detay noktasında en az 2 epok (10 sn' de bir ölçü alınıyor ise 20 sn., 1 sn' de bir ölçü alınıyor ise 2 sn. Bekleme süresi) ölçü yeterli olmaktadır. Özellikle Gerçek zamanlı konfigurasyondaki data kontrol ünitesinde mevcut semboloji ile arazide kroki tutmanıza gerek olmamakta ve ok ile sembol (yol, şev altı, üstü, ağaç, rogar, elektrik direği ... gibi) bulunup enter tuşuna basmak ile ölçü tamamlanmış olmaktadır.
Duyarlık olarak GPS metotları genelde
Post-Processing (Gerçek zamansız)
Statik 5 mm + 1 ppm
Rapid Statik 5 -10 mm + 1 ppm
Kinematik 10 - 20 mm + 1 ppm
seviyesinde sonuç verirler

Sonuçlar:

Görüldüğü gibi her metodun farklı gözlem süreleri ve duyarlık değerleri vardır. Bir de statik ve rapid statik gözlemlerde alet sehpası kurulup merkezlendirme hatası minimuma indirilirken, kinematik metotta jalon ve/veya sehpası kullanılır ki buradan da kullanıcıya bağlı olarak 3-5 mm merkezlendirme hatası gelir. Bu yüzden diğer İdarelerin (TKGM, İller Bankası, DSİ) de uyguladığı gibi Ana, Dizi ve poligon ağı şeklinde değerlendirme ve dengelemeler farklı farklı yapılır.

İlk paragrafta bahsedildiği gibi zaten GPS gözlemleri sadece bir ölçü metodudur. Daha önceleri açı, mesafe gözlemleri yapılıyor idi, şu an daha duyarlı 3 boyutlu uzay vektörleri gözlemi yapılıyor. (3 boyutlu vektör sadece mesafe anlamına gelmeyip bir takım vektör çarpımları ve trigonometri kullanılarak yatay-düşey açı, mesafe, kot farkı ... hesaplamak mümkün.) Bu yüzden yine mantık ve hesaplamalar klasikte olduğu gibi aynı, sadece gözlemlenen ham veriler, hesap ve dengelemeye giren parametreler ve algoritmalar farklıdır.
 
GPS teknikleri ile relatif konumlamanın çok duyarlı olduğu (1-2 ppm ve daha küçük) birçok projede ispatlanmıştır. Sonuçta doğrudan elde edilen koordinatlar ya Kartezyen (X, Y, Z) veya elipsoid koordinatları (j = enlem, l = boylam ve h = elipsoid yüksekliği) olarak düşünülebilir. Bu nedenle iki nokta arasındaki yükseklik farkı da elipsoid yükseklik farkıdır. Halbuki, harita ve ölçme uygulamalarında bizim yaygın olarak kullandığımız sistem H = ortometrik (ortalama deniz seviyesinden) yüksekliklerdir. Elipsoid yüksekliği ile ortometrik yüksekliği arasında aşağıdaki bağ mevcuttur.

H = h - N

burada, H, h ve N karşılıklı olarak ortometrik, elipsoid ve geoid yüksekliklerini ifade etmektedir. Şakül sapmaları ihmal edildiğinde iki nokta arasındaki ( A ve B ) kot farkı için aşağıdaki ifade yazılabilir.

HB - HA = (hB - hA) - (NB - NA)

Eğer 2 istasyon arasındaki geoid ve elipsoid yükseklik farkları (dN ve dh) biliniyorsa (1.1) ifadesinden ortometrik yükseklik farkını hesaplamak mümkündür. Elipsoide ait dh farkı GPS ölçülerinden bilindiğine göre sorun geoid yükseklik farkı dN' nin hesaplanmasındadır. Geoid yükseklik farkını bileşenlerine ayırmak mümkündür. Böylece,

dN = dNGM + dNdg + dNh

burada dNGM terimi geoidin 100 km üzerindeki çok düzgün değişen uzun dalgaboylu kısmını (metrelerle ifade edilen büyüklükte), dNdg terimi 20-200 km dalgaboylu (dm' ler büyüklüğünde) kısmını ve nihayet dNh terimi ise topoğrafyanın sebeb olduğu 20 km altında dalgaboylu (cm' ler büyüklüğünde) kısmını temsil etmektedir.

dN geoid yükseklik farkının hesabı için 3 yaygın teknik kullanılmaktadır.

a) Gravimetrik Hesap : Yeterli sıklıkta gravite değeri varsa, geoid yükseklik farkını cm ' ler mertebesinde hesaplamak mümükündür.

b) Yerel Geoid Geçirme (Yüzey geçirme) : 5-10 km aralıklarla istasyonlarda GPS ölçüleri ve ortometrik yükseklikler mevcutsa, bu noktalarda önce geoid yüksekliklerini hesaplamak ve sonra da bu geoidden analitik bir yüzey geçirerek diğer GPS noktalarında geoid yüksekliklerini ve dolayısıyla ortometrik yükseklikleri hesaplamak mümkündür.

c) Global Geoid Hesabı : Potensiyel katsayılarını ve küresel harmonik açılımı kullanalarak global geoid yüksekliklerini hesaplamak mümkündür. Global Geoid genelde geoidin uzun dalgaboylu bileşenlerini temsil etmekte olup kısa dalgaboylu (yani yerel geoid bileşenleri) bileşenler filitrelenmektedir. En son katsayılardan birisi olan OSU91B paketi kullanıldığında elde edilen geoid yükseklikleri mutlak olarak 2-3 metre civarında ve birkaç yüz km' ye kadar olan aralıklarda relatif olarak birkaç dm civarında bir duyarlığa sahip olduğu söylenebilir.