Geniş alanlı tesviyeli mühendislik yapılarında yüzey deformasyonlarının uydu bazlı jeodezik yöntemlerle izlenmesi
A study on monitoring of surface deformations in leveled large-surface engineering buildings using satellite based geodetic methods
Yazar: ERHAN UÇAKER
Danışman: PROF. DR. RAHMİ NURHAN ÇELİK
İstanbul Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Geomatik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Geomatik Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Jeodezi ve Fotogrametri = Geodesy and Photogrammetry
Dizin: Küresel konumlandırma sistemleri = Global positioning system ; Yatay deformasyon = Horizontal deformation ; Yüzey deformasyonu = Surface deformation

Özet:
Medeniyetin gelişiminden bu yana insanlık birçok faaliyetini gerçekleştirmek için yapılar inşa etmiştir. Piramitlerden tapınaklara, antik şehirlerden saraylara, bütün yapıları inşa ederken bilimi, bilimin dili olan matemetiği kullanmıştır. Bilim geliştikçe matematik de ilerlemiş, gitgide ortaya çıkan yapılar daha kompleks hale gelmiştir. Bu yapılar son yüzyıla gelindiğinde nüfus artışı ile birlikte çok sayıda insana ev sahipliği yapar hale gelmiştir. Bu durum, yapıların çok daha sağlam yapılmasını zorunlu kılmakla birlikte, bilimin bize sağladığı ışık sayesinde yapıların sağlamlığı mühendisler tarafından kontrol edilebilir duruma gelmiştir. 
Bir mühendislik yapısı inşaat sürecinde ve inşaatı tamamlandıktan sonra rüzgar, güneş, mevsimsel etkiler, tektonik hareketler, yapının yerine oturması gibi sebeplerle hareket edebilir. Bu hareketler yapının stabilizasyonunu etkileyebilir. Bu sebeple, bu hareketlerin doğru yöntemler ve analizler ile takip edilmesi gereklidir. Bu hareketleri tespit etmek için gerçekleştirilen ölçmelere deformasyon ölçmeleri, ölçmeler sonucu elde edilen verilerin değerlendirilmesine de deformasyon analizi denilmektedir. 
Deformasyon ölçme yöntemleri geoteknik yöntemler ve jeodezik yöntemler olarak ikiye ayrılmaktadır. Geoteknik yöntemler kullanılarak yapının belirlenen herhangi bir noktasına ilişkin yorum yapılabilirken, jeodezik yöntemler deformasyon olgusuna bir ağ tasarımı ile yaklaştığı için yapının genelinde ya da bir bölümünde meydana gelen değişimlere ilişkin yorumlar yapılabilmektedir. Teknik anlamda, geoteknik yöntemler kullanılarak rölatif deformasyonlar belirlenebilirken, jeodezik yöntemler sayesinde mutlak deformasyonlar da tespit edilebilmektedir. 
Bu çalışmada jeodezik yöntemler kullanılarak deformasyonların belirlenmesi konusu incelenmektedir. Jeodezik yöntemler ile incelenen yapıyı matematiksel olarak anlamlı şekilde modelleyebilmek için bir mikro jeodezik ağa ihtiyaç duyulur. Deformasyon beklenen yerlerde tesis edilecek jeodezik noktalarda gözlem yapılması ve sonuçların analiz edilmesi amacıyla gerçekleştirilen çalışmalarda, bu jeodezik noktaların oluşturduğu ağ, deformasyon izleme ağı olarak adlandırılır. Bu ağ kullanılarak gerçekleştirilecek olan deformasyon izleme ve analizi çalışmalarına uygun bir jeodezik ölçme tekniği belirlenmelidir. Bu çalışmada uydu bazlı jeodezik yöntemler kullanılarak elde edilen veriler değerlendirilerek deformasyon analizleri gerçekleştirilmiştir.
Bu çalışmada hedeflenen temel amaç, birçok farklı yapısal karaktere sahip olan mühendislik yapıları içerisinde geniş yüzeyli mühendislik yapılarında meydana gelen deformasyonların belirlenmesidir. Deformasyonlar belirlenirken elde edilen verileri değerlendirebilecek programlardan yararlanılmıştır.
Çalışma kapsamında, gerçek bir projeye ait verilerin rölatif farklar korunacak şekilde simule edilmesi ile oluşturulan periyot ölçüleri kullanılarak deformasyon analizleri gerçekleştirilmiştir. Verilerin incelenmesi sürecinde ilk olarak, 3 referans noktası ve 20 deformasyon noktasından oluşan jeodezik ağ, 1 yıl süre ile 0'ıncı periyottan başlamak üzere toplam 12 periyot halinde izlenmiştir. Statik ölçme yöntemi ile oluşturulan GNSS verileri "Leica Infinity" programı kullanılarak değerlendirilmiştir. Her bir periyot için baz çözümleri gerçekleştirilmiş, baz çözümlerinin tamamlanmasının ardından jeodezik ağ referans nokta koordinatları değişmez koordinat olarak alınarak ağ dengelemesi yapılmıştır. Dengelenmiş koordinat listeleri oluştuktan sonra sonuçlar PANDA programına aktarılarak deformasyon analizleri gerçekleştirilmiştir.
Analizler yapılırken, jeodezik ağ 3 farklı bölgeye ayrılıp, her bir bölge kendi içindeki hareketlere bağlı olarak değerlendirilmiştir. Tüm bölgelerde yer alan noktalarda yatay eksende bir nokta hariç herhangi bir deformasyon tespit edilmezken, düşey eksende anlamlı kabarmalar ve çökmeler olduğu saptanmıştır. PANDA programı kullanılarak oluşturulan deformasyon vektörleri ve deformasyon analizi raporu sunulmuştur.
Bu çalışma dört ana bölümden oluşmaktadır. İlk bölümde deformasyon ölçmeleri ve analizleri ile ilgili genel bir çerçeve sunulmaktadır. Çalışmanın amaç ve hedefleri tanımlanmakta ve bu bağlamda izlenen yol anlatılmaktadır. 
İkinci bölümde ilk olarak belirlenen ölçme yöntemi olan uydu bazlı jeodezik ölçme yöntemlerinden bahsedilmektedir. GPS, GLONASS ve Galileo gibi farklı ülke ve ülke birlikleri tarafından oluşturulan GNSS sistemleri, mevcut durumları, uydu sayıları gibi parametreleri ile birlikte açıklanmıştır. Sonrasında GNSS sistemlerine altlık oluşturan, uluslararası ve ulusal ölçekte oluşturulan GNSS ağları hakkında genel bir bilgi verilmektedir. Devamında deformasyon ölçmelerinin yöntemleri anlatılarak ölçme tekniklerinden bahsedilmektedir.
Üçüncü bölümde gerçekleştirilen uygulamaya ilişkin öncelikle GNSS değerlendirme stratejisi ortaya koyularak oluşturulan mikro jeodezik ağın tasarlanmasına ilişkin süreçler ortaya koyulmaktadır. 3 referans noktasından çıkış alınacak şekilde tasarlanan deformasyon noktalarına ilişkin ölçme ve değerlendirme süreçlerinin anlatılacağı programların kullanım detaylarına değinilmiştir. Leica Infinity programında gerçekleştirilen baz çözümleri ve dengeleme süreçlerinin anlatılmasının ardından PANDA programı ile deformasyon analizlerinin nasıl gerçekleştirildiği detaylı bir şekilde görseller ile desteklenerek açıklanmıştır. Elde edilen tüm sonuçlar çizelgeler ve grafiklerle görselleştirilmiş ve deformasyon vektörlerinin yer aldığı PANDA deformasyon analizi sonucu oluşturulmuştur. Tüm bu süreçlerin ardından analizlere ilişkin sonuçlar daha önce belirlenen bölgeler dikkate alınarak ayrı ayrı yorumlanmakta ve hangi noktada ne miktarda hareketin anlamlı bir deformasyona işaret ettiği detaylıca açıklanmaktadır.
Sonuç bölümü olan dördüncü bölümde ise ilk başlıkta belirlenen amaç ve hedefler doğrultusunda gerçekleştirilen süreçlere değinilmekte ve uydu bazlı jeodezik ölçmelerin mühendislik uygulamalarının gerçekleştirilmesindeki öneminden bahsedilmektedir.

Abstract:
Since the development of civilization, human beings have built structures to carry out many activities. They used mathematics, which is the language of science, while constructing all buildings from pyramids to temples, from ancient cities to palaces. As science developed, mathematics advanced, and the structures became even more complicated. In the last century, these structures have become home to a large number of people with the increase in population. This situation obliges that the structures must be much more robust. For example, engineering structures such as highways, airports, viaducts and ports built in the mid-20th century were suitable for the conditions of that period. However, these structures became inadequate due to the significant increase in the number of people and vehicles such as automobiles, planes and ships. Therefore, it has become essential to prevent possible accidents caused by the structure that may occur during and after the construction. This situation is critical as it directly affects the safety of life and property of people and the cost spent on engineering structures. Thanks to the light that science provides us, the strength of the structures has become controllable by engineers.
An engineering structure can move during the construction process and after the construction is completed due to reasons such as wind, sun, seasonal effects, tectonic movements, and the settlement of the structure. Since these movements can affect the stabilization of the structure, they must be controlled using correct methods and correct analysis. Measurements performed to detect these movements are called deformation measurements, and the evaluation of the data obtained as a result of the measurements is called deformation analysis.
Deformation measurement methods are divided into two as geotechnical methods and geodetic methods. Geotechnical methods can be used to analyze any determined point of the structure. On the other hand, geodetic methods can be useful to determine the changes occurring in the whole or part of the structure as they analyze the deformation within a network design. Moreover, while relative deformations can be determined technically using geotechnical methods, absolute deformations can also be determined by geodetic methods.
In this study, determining deformations using geodetic methods will be examined. In order to perform the deformation analysis, the measurement data of a real engineering structure was simulated, taking into account the principle of preserving the project data. Relative conditions were maintained during the simulation process. A micro geodetic network is needed to be able to model the studied structure using geodetic methods in a mathematically meaningful way. The network formed by these geodetic points is called the deformation monitoring network, and for the studies carried out to make observations at geodetic points should be established in places where deformation is expected and to analyze the results. 
A geodetic measurement technique should be suitable for deformation monitoring and analysis. In this study, deformation analysis will be carried out by evaluating the data obtained using satellite-based geodetic methods.
The main aim of this study is to determine the deformations that occur in large-surface engineering structures within engineering structures that have many different structural characteristics. Programs that can evaluate the data will be used while determining the deformations.
In the process of data analysis, firstly, the geodetic network consisting of 3 reference points and 20 deformation points was monitored for a period of 1 year, starting from the 0th period, in a total of 12 periods. GNSS data generated by the static measurement method were evaluated using the "Leica Infinity" software. Base solutions were implemented for each period. After the completion of the base solutions, network adjustment was performed by taking the geodetic network reference point coordinates as invariant coordinates. After the adjusted Cartesian coordinate lists were originated, the results were transferred to the PANDA software, and deformation analyzes were performed.
While performing the analyzes, the geodetic network was divided into 3 different regions, and each region was evaluated depending on the movements within itself. While no deformation was detected on the horizontal axis in the points located in all regions except one point, significant swelling and collapses were found in the vertical axis. The deformation vectors and deformation analysis report created using PANDA software will be presented.
This study consists of four main chapters in total. In the first chapter, a general framework regarding deformation measurements and analysis will be presented. The aims and objectives of the study will be defined, and the path followed in this context will be explained.
In the second chapter, satellite-based geodetic measurement methods, which is the measurement method determined first, will be mentioned. GNSS systems created by different countries such as GPS, GLONASS and Galileo will be explained along with their current status and parameters such as the number of satellites. Afterwards, general information will be given about the GNSS networks established at international and national scales that form the basis of GNSS systems. Later, methods of deformation measurement will be explained, and measurement techniques will be mentioned.
In the third chapter, the processes related to the design of the micro geodetic network created by setting out the GNSS evaluation strategy will be mentioned. The details of the usage of the programs will be explained. After explaining the base solutions and adjustment processes performed in the Leica Infinity program, how the deformation analysis is carried out with the PANDA software will be explained in detail and supported by figures. All the obtained results will be visualized with charts and graphics, and the result of PANDA deformation analysis, including deformation vectors, will be created. After all these processes, the results of the analysis will be interpreted separately by considering the previously determined regions, and it will be explained in detail at which point and how much movement indicates a significant deformation.
In the fourth chapter, which is the concluding chapter, the processes carried out in line with the goals and objectives specified in the first title will be mentioned, and the importance of satellite-based geodetic measurements in engineering applications will be mentioned.