Farklı algılayıcı sistemlerle obje hareketlerinin belirlenebilirliği üzerine bir araştırma
A research on the detectability of object movements using different sensors
Yazar: MEHMET EREN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ RAMAZAN GÜRSEL HOŞBAŞ
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Harita Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Geomatik Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Jeodezi ve Fotogrametri = Geodesy and Photogrammetry
Dizin: Deformasyon = Deformation ; Düşey ilerleme = Vertical transportation ; Frekans = Frequency ; Küresel konumlandırma sistemleri = Global positioning system ; Video kamera = Video camera ; Yapı dinamiği = Structural dynamics ; Yer değiştirme = Displacement

Özet:
Bu tez kapsamında, yapı dinamiklerinin belirlenmesi için görüntü tabanlı ölçme yönteminin ek bir donanım veya algılayıcı sistem olmaksızın kullanılabilmesi ve GNSS ölçümleri ile küçük genlikli düşey hareketlerin farklı değerlendirme stratejisiyle belirlenmesi amaçlanmıştır. Bu bağlamda, tarafımızca tasarlanan ve köprüyü temsil eden Çelik Kiriş Deney Düzeneğindeki ölçme işleminde kullanılması düşünülen algılayıcı sistemler (Mikro Elektro Mekanik Sistemler (MEMS) tipi ivme ölçer, GNSS ve video kamera) bir takım test ve kalibrasyon işlemine tabi tutulmuştur. İlk olarak kameranın düşey hareketi yakalamaktaki başarısını belirlemek amacıyla, kameranın veri toplayacağı hareketli nesnenin arkasına bire bir ölçekli mira ve benzeri yapay hedefler yerleştirilmiştir. Ardışık fotoğraf çerçeveleri üzerinden yapılan mira okumalarının, MATLAB 2018b yazılımında değerlendirilerek elde edilen yer değiştirmeleri ile diğer algılayıcı sistemlerin oldukça uyumlu olduğu gözlemlenmiştir. Daha sonra, sarsma masası deneyi ile tez kapsamında kullanılacak kamera ve MEMS'in (referans veri olması planlanan) kalibrasyon ölçümleri yapılmış elde edilen yer değiştirme verileri sarsma masası deneyine ait ölçüm işleminde referans olarak belirlenen Lineer Değişken Diferansiyel Transformatörler (LVDT) ölçümleri ile aralarındaki korelasyon %99 üzerinde ve her bir algılayıcı için tüm ölçüm verilerinden hesaplanan standard sapma (σ) değerleri LVDT, Mikro Elekro-Mekanik System (MEMS) ve kamera verileri için sırasıyla 70.64 mm, 70.26 mm ve 70.24 mm hesaplanmıştır. İki farklı zamanda gerçekleştirilen Çelik-Kiriş deneylerinden ilk ölçüme ait algılayıcı sistemler; ivme ölçer, biri CORS diğeri statik ölçüm yapan iki GNSS alıcısı ve kamera ile toplanan verilerin değerlendirilmesi ile elde edilen düşey yer değiştirmelerin genliğinin 10 mm veya daha büyük olduğu bölgede deplasman değerleri birbirleri ile uyumlu olarak belirlenmiştir. Hareketin 10 mm'den küçük genlikli olduğu bölgeye ait zaman serisindeki sinüs dalga formunun bozulduğu, video kamera verileri yardımı ile 1-2 mm deplasmanın algılanabildiği ancak verilerde refraksiyon kaynaklı kirlenmeler görülmüştür. İkinci ölçme işleminde ise ivme ölçer ve iki GNSS alıcısı (sadece GPS+GLONASS uydu sistemlerinden veri toplayan Topcon Hiper SR ve GPS+GLONASS+BEIDOU+GALLILEO uydularının verilerini toplayan Topcon Hiper VR GNSS alıcısı) ile veriler toplanmıştır. Verilerin değerlendirilme stratejisinde, her iki alıcının GPS+GLONASS uydu sistemiyle işlenmesi durumunda deplasman grafiği üzerinde fark edilebilir bir iyileşme görülmemektedir. Ancak SR'nin GPS+GLONASS, VR'nin ise GPS+GLONASS+BEIDOU+GALLILEO ile değerlendirilmesi durumunda zaman serisinde 5 mm ve üzeri genlikli hareketin dalga formunda önemli bir bozulma olmadığı değerlendirilmiştir. Referans algılayıcı olan ivme verilerinin zaman serisindeki sinüs dalga formunda 0.3 mm genlik değerinde bile bozulma olmadığı gözlemlenmiştir.

Abstract:
Within the scope of this thesis, it is aimed to use the image-based measurement method without any additional hardware or sensor system to determine the structure dynamics, and to determine the small amplitude vertical movements with different evaluation strategies by using GNSS measurements. In this context, the sensor systems (Microelectromechanical Systems (MEMS) type accelerometer, GNSS and video camera) designed by us and intended to be used in the measurement process in the Steel Beam Test Apparatus representing the bridge were subjected to a number of tests and calibrations. First of all, in order to determine the success of the camera in tracking vertical movement, a scaled artificial target similar to rod was placed behind the moving object from which the camera will collect data. It has been observed that the displacements obtained by evaluating the observed rod values on sequential photo frames in MATLAB 2018b software are quite compatible with other sensor systems. Then, the calibration measurements of the camera and MEMS (planned to be the reference data) to be used in the thesis with the shaking table experiment were performed, and the displacement data obtained were found to have a correlation of over 99% with the Linear variable differential transformer (LVDT) measurements determined as a reference in the measurement process of the shaking table experiment, and each sensor  (Standard Deviation) σ values computed from all measurement data for LVDT, Micro Electro-Mechanical System (MEMS) and camera data were calculated as 70.64 mm, 70.26 mm and 70.24 mm, respectively. The sensing systems of the first measurement from the Steel Beam experiment carried out at two different times; In the region where the amplitude of vertical displacements obtained by evaluating the data collected by two GNSS receivers, one of which is CORS and the other static measurement, accelerometer and camera, displacement values are compatible with each other and frequency values are calculated in the region where the amplitude of vertical displacements is 10 mm or greater. It has been observed that the sine waveform of the displacement in the time series of the region of motion with an amplitude of less than 10 mm is distorted, with the help of video camera data, motions of 1-2 mm displacement can be detected, but the data due to refraction is contaminated. In the second measurement, data were collected with an accelerometer and two GNSS receivers (Topcon Hiper SR GNSS receiver, which only collects data from GPS+GLONASS satellite systems, and Topcon Hiper VR, which collects data from GPS+GLONASS+BEIDOU+GALLILEO satellites). In the data evaluation strategy, if both receivers are processed with the GPS+GLONASS satellite system, there is no distinguishable distinction on the displacement graph. However, when SR was processed with GPS+GLONASS and VR with GPS+GLONASS+BEIDOU+GALLILEO, it was evaluated that there was no significant deterioration in the waveform of motion with an amplitude of 5 mm and above in the time series. It has been observed that there is no deterioration in the sine waveform in the time series of the acceleration data, which is the reference sensor, even at the amplitude value of 0.3 mm.