Gerçek zamanlı kinematik GPS yöntemiyle yapıların dinamik davranışlarının incelenmesi
Analysis of buildings dynamic behaviours with real-time kinematic GPS method
Yazar: HÜSEYİN PEHLİVAN
Danışman: PROF. DR. ÖMER AYDIN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Jeodezi ve Fotogrametri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2009
Konu: Jeodezi ve Fotogrametri = Geodesy and Photogrammetry

Özet:
RTK GPS tekniği günümüzde yüksek frekansta kayıt alabilme özelliği ile yatayda 1 cm ve düşeyde 2 cm'ye ulaşan doğruluk imkanı vermektedir. Bu gelişme, yüksek katlı yapıların güvenilir bir biçimde izlenmesi için büyük bir imkân sağlamıştır. Ülkemizde de yüksek bina sayısı özellikle büyük şehirlerde giderek artmaktadır. Bu çalışmada RTK GPS tekniği ile bir kulenin uzun ve kısa periyodlu davranışlarının izlenmesi ve deformasyon parametrelerinin analizi amaçlanmıştır.Çalışmada kullanılan RTK GPS donanımının bir test düzeneğinde performansı test edilerek, 1.25 saniyeden 5 saniyeye kadar olan kısa periyotlu salınımların ölçülebildiği görülmüştür.Bu tez kapsamında, yapısal izleme için RTK GPS ve yardımcı ölçme aletleri kullanılarak bir ölçme sistemi tasarlanmıştır. Ölçme sistemi test edildikten sonra test alanı olarak seçilen yapıya kurulmuş ve 20 günlük veri toplanmıştır. Orijinal GPS verileri 20 Hz örnekleme kapasitesine sahip iki adet GPS alıcısı kullanılarak kaydedilirken, rüzgar (yönü ve şiddeti), sıcaklık değerleri 1 dakika aralıklı olarak kayıt edilmiştir. Eğim değişimi veriside Nivel20 sensörü ile aynı zaman diliminde toplanmıştır. İki günlük yersel ölçme ile kulenin yerdeğiştirme hareketi totalstation (TS) kullanılarak 2 dakikalık kayıt aralığında ölçülmüştür. Bu şekilde deplasmanların farklı sensörlerle karşılaştırılması amaçlanmıştır.9 gün süreyle eşzamanlı ölçülen; Eğim, GPS, rüzgar ve sıcaklık zaman serilerinden çokdeğişkenli kontrol grafiği oluşturulmuş ve beklenmeyen değişimlerin gerçekleştiği zaman dilimleri belirlenmiştir. Bu günlere ait eğim ve GPS serileri zaman boyutunda incelenerek yerdeğişimlerinin aynı günlerde farklılık gösterdiği görülmüştür. Bu sonuca göre Hotelling'in T2 istatistiğine dayanan çok değişkenli kontrol grafiklerinin uzun süreli yapısal izleme ölçümlerinde kontrol amaçlı kullanılabilirliği denenmiştir. 9 günlük GPS ve Nivel20 sensörlerinden deplasman 40.9 mm, eğim değişimi 0.7613 mrad olarak hesaplanmıştır. GPS ve Nivel20 verileri arasında matematiksel ilişki kurulmuştur.Eşzamanlı ölçülen 8 saatlik GPS-Nivel20-Totalstation serileri zaman bölgesinde incelenerek polinom modelleri hesaplanmıştır. Üç farklı ölçme yöntemi ile X ve Y yönlü değişimler karşılaştırılmıştır. H1 ve H2 noktaları arası uzunluğun ortalama değeri 2 mm farkla GPS ve total station verilerinden hesaplanmıştır. Totalstation genlikleri (dx:5 mm, dy:19 mm), GPS genlikleri (dx:15.5 mm, dy:13.4 mm) hesaplanmıştır. Toplam deplasmanlar TS: 19.65 mm, GPS: 20.50 mm hesaplanmıştır. X ve Y yönlü genlikler farklı bulunmuştur ancak toplam deplasmanların yaklaşık eşit olduğu görülmüştür. Bu sonucun iki koordinat sisteminin dönüklüğünden kaynaklandığı düşünülmüştür.15 günlük kule ölçümlerinden alınan, H1 ve H2 izleme noktalarında toplanan zaman serileri Hızlı Fourier Dönüşümü ile frekans boyutuna dönüştürülerek yapının uzun ve kısa periyotlu davranışları harmonik analizle belirlenmiştir. Analiz sonuçlarına göre kulenin; 15 günlük zaman serilerinden 24, 12, 11.25, 6, 4, 3 saat uzun periyotlu (alçak frekanslı), 4 ve 6 saniye kısa periyotlu (yüksek frekanslı) harmonik salınımları hesaplanmıştır. Ayrıca 9 gün eşzamanlı ölçülen Nivel20 ve GPS serilerindende 24 ve 12 saat periyotlu harmonik değerler hesaplanmıştır.Anahtar Kelimeler: RTK GPS, Deformasyon, mühendislik yapıları, Hızlı Fourier Dönüşümü, yapısal izleme.

Abstract:
The RTK GPS technique enables us to have an accuracy of 1 cm at horizantal and 2 cm at vertical by recording at high frequencies nowadays. Monitoring multi-floor buildings became possible with the help of this development. The number of high buildings especially in big cities is gradually increasing in our country. In this research, monitoring the long and short periodic behaviours of a tower and analysing its deformation parameters with RTK GPS technique were aimed.The performance of RTK GPS equipments used were tested in a test mechanism and it was found that short periodic oscillations from 1.25 seconds up to 5 seconds can be measured.In this research a measurement system was designed with RTK GPS and collateral measurement devices for structural monitoring. After tested, the measurement system constructed in the building which selected as the test area and data collected for 20 days. While original GPS data recorded by two GPS receivers with the sampling capacity of 20 Hz, wind (direction and impetus) and temperature values recorded within 1 minute intervals. Also the slope variation data collected by Nivel20 sensor within same time intervals. The displacement motion of the tower measured by Totalstation (TS) within 2 minutes record intervals by local measurement of two days.The comparison of deplacements with the help of different sensors was aimed in such a way. A multivariable control graphic of Nivel20, GPS, wind and temperature time series measured within 9 days simultaneously constructed and time intervals of unexpected variations determined. The slope and GPS series regarding those days examined at the time dimension and it was found that displacements varied in same days. According to this result, the convenience of multivariable control graphics based on Hotelling T2 statistics for the purpose of controlling long term structural monitoring measurement tested. Deplacement Sgps calculated as 40.9 mm and Snivel calculated as 0.7613 mrad from GPS and Nivel20 sensors for 9 days. A mathematical correlation established between GPS and Nivel20 data.The GPS-Nivel20-Totalstation series measured simultaneously for 8 hours examined in time dimension and polynom models calculated. The X and Y directed variations compared by three different measurement methods. The average value of length between H1 and H2 points calculated by GPS and Totalstation data with a difference of 2 mm. The amplitudes of Totalstation (dx:5 mm, dy:19 mm) and GPS (dx:15.5 mm, dy.13.4 mm) calculated. Total deplacements TS calculated as 19.65 mm and GPS calculated as 20.50 mm. The X and Y directed amplitudes were found to be different but total deplacements were determined to be approximately same.The time series collected from H1 and H2 monitoring points for 15 days of tower measurements converted to frequency dimension with Quick Fourier Transformation and the long and short periodic behaviours of building determined with harmonic analysis. According to analysis results, from time series of 15 days, 24, 12, 11.25, 6, 4, 3 hours long periodic (low frequency) and 4, 6 seconds short periodic (high frequency) harmonic oscillations of the tower calculated. Also from Nivel20 and GPS series measured for 9 days simultaneously, the same harmonic values with periods of 24 and 12 hours calculated.Keywords: RTK GPS, deformation, engineering structures, fast fourier transformation, structural monitoring.