Küresel konumlama sistemi kampanya tipi ölçülerinden elde edilen hızların doğruluk analizi
Accuracy analysis of velocities obtained from global positioning system campaign measurements
Yazar: YENER TÜREN
Danışman: PROF. DR. DOĞAN UĞUR ŞANLI
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Harita Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Geomatik Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Jeodezi ve Fotogrametri = Geodesy and Photogrammetry

Özet:
GPS kampanya ölçmeleri, zemin deformasyonunun izlenmesinde geçmişten günümüze kullanılmaktadır. Kalıcı GPS istasyonların kurulması pahalı olduğundan ve istenen sıklıkta tesis edilemediklerinden kampanya ölçümlerine sık sık başvurulur. Sabit istasyonların yakınında kampanya ölçümleri yaparak elde edilen hızlar karşılaştırılabilir. Küresel ölçekte bunu yapmak zor ve maliyetli olacağından, Uluslararası GNSS Servisi'ne (IGS) ait sürekli gözlem yapan GPS istasyonlarından elde edilen verileri kullanarak, kampanya ölçümlerinin süresi, örnekleme aralığı vb. simüle edilebilir. Böylece, kampanya verilerinin zemin deformasyonunun izlenmesine katkısı ortaya çıkarılabilir.
Bu çalışmada, ilk olarak GPS kampanya ölçümlerinden elde edilen zaman serilerinin spektral karakterleri araştırılmıştır. 24 saatlik gözlem süresi üzerinden seçilen IGS istasyonlarındaki kampanya ölçümlerinde mevsimsel etkiler göz önünde bulundurularak, tektonik plakaların deformasyon hız oranlarını daha doğru bir şekilde belirlemek amacıyla yapılan bir çalışmadır. Dünya genelinde yayılan 11 IGS istasyonunun sürekli verilerini 2000-2016 arasında aylık ve dört aylık kampanyalara bölünmüştür. IGS istasyonlarındaki deformasyon oranları 15 yıl süre ile tahmin edilmiştir. Bu istasyonlar için sürekli zaman serileri çözümleri, Jet Propulsion Laboratory (JPL), NASA tarafından sağlanmıştır. Fourier analizi yapılarak verilerdeki önemli periyodiklikler belirlenmiştir. GPS kampanyalarından (örneklemenin ayda bir ve dört ayda bir yapıldığı) belirlenen hızları (yani deformasyon hızları) günlük ölçümlerden elde edilen sürekli hızlarla karşılaştırılmıştır. 15 yıllık GPS kampanya zaman serisinde bir yılda 12 ölçüm olacak şekilde tahmin edilen hızlar, sürekli verilerden tahmin edilen hız ile % 100'lük bir başarı göstermektedir. Örneklemenin her dört ayda bir yapıldığı yıllık GPS zaman serilerinden tahmin edilen deformasyon hızı oranları, sürekli zaman serileri ile yaklaşık % 82 oranında uyum içindedir. 
Çalışmanın ilk bölümüne ek olarak ikinci bölümünde, yeryüzü üzerinde dağılmış 40 IGS istasyonuna ait 4 yıllık zaman serileri kullanılmıştır. Günlük gözlemlerden elde edilen sürekli verileri, aylık ve dört aylık kampanya ölçümleri olacak şekilde simüle edilmiştir. Ayrıca literatürde yer alan bilgilere dayalı anten kurulum hataları göz önünde bulundurulmuştur. Bu çalışmanın ana sonucuna göre, GPS kampanya ölçümlerinin düşey hız tahmin doğruluğu, gözlem süresini 24 saate uzatarak, literatürde yer alan 8-12 saatlik gözlem sürelerinden elde edilenlere göre yaklaşık % 85 oranında arttırılmıştır. Türetilen dört aylık GPS kampanya ölçümlerinin deformasyon hız oranları, ayda bir tekrarlanan ölçümlerden biraz daha düşük doğruluk (ortalama % 8 daha zayıf) üretmiştir.

Abstract:
GPS campaign measurements are used from the past to the present in monitoring ground deformation. Since permanent stations are expensive to install and cannot be installed as often as desired, campaign measurements are often used. Velocities can be compared by making campaign measurements near permanent stations. Since it will be difficult and costly to do so on a global scale, the duration of campaign measurements, sampling interval, etc., using data from GPS stations can be simulated which are constantly monitoring by the International GNSS Service (IGS). Thus, the contribution of campaign data to monitoring ground deformation can be revealed.
In this study, spectral properties of GPS campaign measurements were investigated first. The aim of this study is to determine the deformation of tectonic plates at selected IGS stations in a more accurate way by considering seasonal effects of campaign measurements and increasing the observation period to 24 hours. Continuous data of 11 IGS stations spreading across the world were decimated between 2000-2016 with monthly and four monthly campaigns, and the deformation rates at IGS stations were estimated for 15 years. Continuous time series solutions for these stations are provided by the Jet Propulsion Laboratory (JPL), NASA. Fourier analysis was performed to determine the important periodicities in the data. The velocities (i.e., deformation velocities) determined from GPS campaigns (sampling monthly and four monthly) were compared with continuous data. The velocities (ie, ground deformation), which are estimated to be 12 measurements in a year from the 15-year GPS campaign time series, show 100 % success with the estimated velocity from continuous data. The deformation rates estimated from the annual GPS time series, where sampling takes place every 4 months, are approximately 82 % consistent with continuous time series.
In the second part of the study, in addition to the first section, the continuous data of 40 IGS stations spreading across the world were decimated to campaigns between 2012 and 2016 and the deformation velocities at IGS stations were estimated from the 4 year continuous time series. In addition, antenna installation errors based on the information in the literature have been considered. According to the main result of this study, the vertical velocity estimation accuracy of GPS campaign measurements was increased by approximately 85 % by extending the observation period to 24 hours. GPS campaign measurements repeated every four months produced only slightly worse accuracy (i.e., an average of 8 % poorer) than those of the measurements repeated once a month.