SIMU ve GNSS ölçülerinin entegrasyonuna dayalı mobil yersel gravimetri

Yer gravite alanı; mutlak ve bağıl gravimetreler kullanılarak yerden, havadan ve uzaydan belirli bir çözünürlük ve doğrulukla, durağan (statik) veya hareketli (mobil) olarak gözlemlenebilmektedir. Her bir gravimetri yönteminin gözlenebilir sinyal büyüklüğü, çözünürlük, kapsama alanı ve maliyet açısından birbirlerine göre üstün ve zayıf tarafları bulunmaktadır. Serbest düşüş ilkesine dayalı mutlak gravimetre ve yaylı bağıl gravimetrelerle gerçekleştirilen statik yersel gravimetri, doğruluk ve gözlemlenebilir sinyalin büyüklüğü açısından çok daha üstün bir teknik olmakla birlikte, mobil ve bant-sınırlı hava, deniz ve uydu gravimetrisi yöntemlerine kıyasla zaman alıcıdır. Yersel gravimetri, çekim kaynağına yakınlık nedeniyle gravite alanının kısa, orta ve uzun dalga boyuna ait tüm bilgiyi içermektedir. Mobil hava, deniz ve uydu gravimetrisinde hareketli platformalar (uçak, bot, uydu vb.) belirli bir hızda ve belirli bir yükseklikten (deniz hariç) gözlem yapabildiğinden, gravite alanı çözümleri platformun göreceli yüksek hızından ve bunun yanında ters ve kötü konulmuş aşağı yönlü uzanım işleminden (deniz hariç) olumsuz yönde etkilenmektedir. Mobil hava ve deniz gravimetrisi, yersel ve uydu gravimetrisi arasında yer alan ve her ikisinin de zayıflıklarını telafi etmeyi amaçlayan bir tekniktir. Uydu gravimetresi ise küresel kapsama sahiptir ve 50-500 km yarı-dalga boyunda gravite alanının uzun dalga boylu bileşenine ait bilgi sağlamaktadır. Teorik olarak, kara aracına yerleştirilecek mobil bir gravimetrik sistemle; yeryüzü üzerinde, düşük hızda ve kesintisiz olarak, ancak statik yersel tekniklere yakın doğrulukta fakat çok daha yüksek çözünürlükte ve daha kısa sürede gravite verisi toplanabilmesi mümkündür. Tez çalışmasında, söz konusu bu potansiyel avantajları ortaya çıkarabilecek mobil bir yersel gravimetri sistemi prototipi geliştirilmiştir. Analitik Ataletsel Navigasyon Sistemi (SIMU) ve Küresel Navigasyon Uydu Sistemleri (GNSS) entegrasyonuna dayalı olarak geliştirilen sistem, Ankara ili sınırları içerisinde yaklaşık 45 km uzunluğundaki 23 yer kontrol noktasından oluşan güzergâh üzerinde test edilmiştir. SIMU/GNSS entegrasyonu; 18 durum vektörlü, gevşek bağlamalı-kapalı döngü genişletilmiş Kalman filtresi (EKF) kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Düşey yöndeki gravite bozukluğu, ataletsel sensör hatalarına benzer şekilde sistem durum vektörüne stokastik süreç olarak eklenmiştir. GNSS konum ve hızlarının yanında, başlangıç ve bitiş noktalarındaki yersel statik gravite gözlemleri ile sıfır-hızlar ilave gözlem olarak EKF'ye tanıtılmıştır. İleri yönlü EKF durum vektörü çözümleri Rauch–Tung–Striebel (RTS) yöntemi ile yumuşatılmıştır. Mobil gravimetri ile kestirilen gravite bozukluğu değerleri, yer kontrol noktalarındaki hassas gravite bozukluğu değerleri ile karşılaştırılarak kapanma hataları belirlenmiştir. İlk sonuçlara göre, yersel mobil gravimetri yöntemiyle ortalama 4.2 ± 2.1 mGal doğrulukla düşey gravite bozukluğu üretilebildiği görülmüştür. Kapanma hatalarının nedenleri arasında; başlangıç ve bitiş hariç ara kontrol noktalarda sıfır-hız ve gravite ölçü güncellemesi yapılmaması, belirli alanlarda GNSS kesintisi, SIMU sıcaklık stabilizasyonunda yaşanan beklenmedik sorun, analizde kullanılan stokastik modeller ve EKF parametrelerini sıralamak mümkündür. Özellikle GNSS kesintilerinin yaşandığı şehir içindeki kontrol noktalarında farkların bir miktar daha fazla çıktığını söylemek mümkündür. Veri toplamanın başlangıcından sonuna kadar SIMU iç sıcaklığında yaklaşık 8°C değişim meydana gelmiştir. Sıcaklık değişimi, ivmeölçer atımlarının artmasına dolayısıyla gravite çözümlerinde sürüklenme etkisinin görülmesine neden olmaktadır. Bunun yanında, GNSS kesintileri nedeniyle ölçü güncellemesi yapılamadığından SIMU sensör hatalarının EKF kestirimlerindeki hatalar büyümekte, gravite çözümlerine olumsuz yönde etki etmektedir. Bundan sonraki aşamada; SIMU sıcaklık stabilizasyon sistemindeki hatanın giderilerek testlerin yenilenmesi, uygulamada kullanılan yazılımın ara noktalarda sıfır-hız ve gravite ölçü güncellemesi yapabilecek şekilde iyileştirilmesi, analizlerde farklı stokastik modellerin denenmesi ve EKF parametrelerinin yeniden ayarlanması, sisteme odometre, çoklu GNSS anteni vb. gibi ilave sensör entegrasyonlarının yapılması planlanmaktadır.