Batimetri, hidrografi ve oşinografi

Batimetrik ölçme sistemleri ve yöntemleri hakkında

Batimetri Kelimesinin Tanımı

Bu sayfada batimetri kelimesi, sualtı topoğrafyasının çıkartılmasına (topoğrafik haritasının yapımına) yönelik yapılan ölçümlerdir.

Batimetrik Ölçmeler

Batimetrik ölçmeler altta belirtilen yöntemlerden uygun olanı ile yapılırlar. Kullanılan cihaz ve yöntemler ihtiyaç, teknolojik gelişmelere paralel olarak seçilirler ve uygulanırlar. Dolayısıyla hangi amaca hizmet edeceği bilinmeden uygun cihaz, yöntem ve sistemlerin kati olarak belirtilmesi doğru olmaz. Ancak genel amaca hizmet edebilmesi açısından aşağıda belirtilen yöntemlerin doğru olarak kullanılması, ilgili uygun görüş ve önerileri de alınarak sağlanabilir.

Bu bölümde söz konusu batimetrik ölçümler Harita Mühendisliği ile alakalı olarak mühendislik projelerinde kullanılmak üzere ve proje yönetimlerinin ihtiyaç duyacağı deniz dibi veya sualtı topoğrafik haritalarının yapılmasına yönelik olacaktır. Deniz araçlarının seyir güvenliği amacı ile yapılacak çalışmalarda kullanılacak yöntem ve araçlar Deniz Kuvvetler Komutanlığı, Seyir Hidrografi ve Oşinografi Dairesi Başkanlığı tarafından yayınlanan genelge ve standartlara uygun olarak yapılırlar ve onay merci olarak yapılan çalışmalar ilgili mevzuat gereği görüş ve onaylarına sunulurlar. Seyir amaçlı olan çalışmalarda, seyir güvenliğini riske atması münasebeti ile daha çok en yüksek noktalar ana ilgi noktasıyken, mühendislik çalışmalarında topoğrafyanın en hassas detaylarıyla çıkartılması beklenir.

Burada belirtilen yöntemler mühendislik çalışmalarına yönelik, su altı topoğrafyasının çıkartılması amacı ile seçilecek olan yöntem ve sistemleri kapsar. Bu yöntemler de 3 ana kategoride toplanmıştır.

1 – Mekanik iskandil yöntemleri

2 – Akustik sonar ile ölçme yöntemleri

3 – Diğerler yöntemler (ilgi alanımızın dışında tutulmuştur)

Mekanik iskandil yöntemler

Bu sistem çok eskiden beri kullanılagelmiş ve halen geçerliliği bulunan bir sistemdir. Özellikle her türlü tartışmalı sistemlerin tek dayanağı olarak halen kullanılmaktadır. Bu yöntemler genellikle kara-kutu olarak imal edilen Akustik Derinlikölçer (AD)sistemlerinin yegâne ve vazgeçilmez kontrol yöntemidir. Karadaki çelik şerit metre ile yapılan ölçümlere eşdeğerdir.

Yöntemin çok garanti ve en klasik yöntem olması nedeniyle tamamen vazgeçilmesi beklenemez ancak, çoklu nokta ölçümlerinde, oynak bir platform üzerinden salınacak olan iskandilin fiziksel güç ve hava ve su koşullarının çalışmayı zorlaştırması nedeniyle pek pratik bir yöntem değildir. Ayrıca yatayda konumsal veri ile beraber ilişkilendirilmesi sırasında çok fazla kaba hatalara sebebiyet verdikleri için, sadece akustik sonarların kullanımı mümkün olmayan alanların topoğrafyasının çıkartılmasında ve bu alanların ölçümünde kullanımına izin verilmelidir. Bu alanlar da bataklık veya 1 metreden daha sığ alanlardır.

Akustik Sonar Sistemler

Akustik sonar sistemler çok farklı sistemlerden oluşsalar da temelde ve yaygın olarak iki kategoride toplanmışlardır. Bu sistemler de kullanım amaçlarına yönelik olarak seçilerek çalışmalarda kullanılabilirler. Akustik sonarlar temel fizik kuralı ile çalışırlar ve Derinlik = Hız / Zaman formülü kullanılarak derinlikler hesaplanır. Zaman gidiş ve geliş süresi olup (iki yöne seyahat zamanı), yol ise toplam sesışını yolunun yarısıdır.

Akustik sonarlar dizayn edildikleri amaca göre dar açılı veya geniş açılı olabilmektedir. Çok geniş açılı sistemler genellikle balık bulucu veya gemilere takılarak seyir amaçlı kullanılmaktadırlar. Nedeni ise, daha geniş bir alanda yansımaları görmek ve olabildiğince çevredeki yüksek noktaları ölçebilmek şeklindedir. Bu tip Echosounderler bildiğimiz kadarıyla IMO (Internasyonel Maritime Organization) sertifikalarına tabidirler ve IHO (International Hydrogaphy Organization) spesifikasyonlarına uygun değillerdir. Dar açılı sistemler ise daha çok hidrografik ölçmelerde kullanılırlar.

Akustik sonarlar, sesin çıktığı noktandan itibaren konik bir açı içerisinden gelen sesleri dileyerek sağdan soldan gelen yansımaları elemine ederler. Dolayısıyla nadire (düşeye) yönlendirilmiş bir akustik sonar cihazı, o koni içerisine düşen ilk yansıma noktasını ölçü noktası olarak kaydeder ve o nokta ölçülen derinlik olur. Bu da şu anlama gelir, bulunduğunuz nokta yakınlarında yüksek bir nokta var ise o nokta derinlik olarak kaydedilir. Bu da, gerçekte ait olan derinliğin sizden daha uzakta bir noktada bulunduğu ve dolayısıyla haritada bulunduğundan daha farklı bir yerde görülecektir. Bu durum bulanık veya henüz çökelmemiş sediment olan alanlar için geçerli olmayabilir. Buralardan farklı ve olumsuz yansımalar alınabilir bu durumu kapsam dışında tutuyoruz.

#

Yukarıdaki şekilde gösterildiği üzere, A noktası ölçülmek istenen nokta iken, B noktası ölçülmektedir. Burada en düşey nokta C ise hiç bir zaman ölçülememektedir.

Aynı problemi düz bir alanda incelediğimizde ise alttaki şekilde görüldüğü üzere her daim A noktası – ki tam nadir (düşey) de bulunur ve her daim derinlik olarak kaydedilir. B ve C noktalarına okunma alınması durumunda da eğik mesafe ölçülmüş olurdu. Bu da sık sık, ölçme aracı sallandıkça olduğundan hep daha derin noktalar ölçmüş olurduk.

#

Bu açı küçüldükçe eğik okumalar sıklaşacağından, hareket sensörüne ihtiyaç duyulur. Ancak, bazı gereksinimler dar açılı derinlikölçerler kullanılmasını zorunlu kılar. Buna örnek verecek olursak, su altında yapılan boru hattı güzergahlarıFı veya yüksekliklerin şiddetli değiştiği alanlardır. Ancak, ciddi hassasiyet kaybı olmaksızın teksesışınlı sistemler genel amaca yönelik olarak en yaygın olarak 7-10 derece aralığında imal edilirler.

Teksesışınlı derinlikölçerler bu amaçla yaygın olarak kullanılmaktadırlar. Özellikle %100 su tabanı taraması gerektiği durumlarda ise çoksesışınlı derinlikölçerler kullanılırlar. Bunlar dar açılı teksesışınlı derinlikölçerlere özdeştirler ancak yayılımları teksesışınlılardan faklı olarak sadece düşeyde olmayıp bulunulan noktada hem sağa, hem sola doğru onlarca ses ışınlarından oluşurlar. Bazan bir hat üzerine konuşlanmış ve hepsi de düşeye bakar şekillerde de olabilmektedir. Ancak özünde her bir sesışını dar açılı bir derinlikölçerdir.

#

Bu tip derinlikölçerler dar açılı olduklarından keskin sualtı topografik yapıların çıkartılmasında ve yüzeyin daha hassas elde edilmesi için gerekli sistemdir. Sistemin çalışması için sofistike yazılım ve sensörler gereklidir. Aynı anda çok daha geniş bir alanın taranması çok büyük bir avantaj sağlasa da, uygun sensör ve sistemler kullanılmadığı takdirde hiçbir zaman beklenen hassasiyet karşılanmaz. Ayrıca sensözlerin birbirleriyle ilişkisinin sağlanması için de çok detaylı ve titiz bir şekilde yapılması gereken kalibrasyonlar vardır. Temelde bir çoksesışınlı sistemde bulunması gereken sensörler şunlardır.

  • Sağa-sola ve öne arkaya hareketleri ölçen hareket sensörü (roll ve pitch) ve yukarı ve aşağı ani hareketleri ölçen ivme sensörü (heave)
  • Ölçme aracını sağa sola dönüşlerini ölçen doğrultu sensörü (jiroskop veya vektör GPS)

Yukarında belirtilen sensörlerin hassasiyetleri doğrudan ölçüm kalitesine etki ettiklerinden bunların spesifikasyonları yapılacak işe uygun olup olmadıkları araştırılarak seçilirler. Ayırca, bütün bu sensörlerin ilişkilerini gösteren kalibrasyonların yapılması da doğru sistemlerin kullanılması kadar elzemdir.

Bu kalibrasyonlar da şunlardır.

  • Jiroskop/Gyro/Doğrultu sensörü kalibrasyonu
  • Hareket sensörü kalibrasyonu (sağa-sola ve öne arkaya hareketler / roll ve pitch)
  • Çoksesışınlı sensör kalibrasyonu (roll, ptch, yaw)
  • Zaman ofseti kalibrasyonu (latency)

Kalibrasyonların uyumunun ve doğruluğunun test edilmesi için detaylı kontrol ölçümleri yapılmalıdır.

Akustik sonarlar verilerinin eş zamanlı konumsal verilerle ilişkilendirilmesi için uygun yazılım ve donanımlar kullanılmalıdır.

Tek-ses-ışınlı akustik derinlikölçer (singlebeam echosounders) teknik özellikleri

Ölçü hassasiyeti ile doğrudan alakalı olan bir nokta da kullanılan ses kaynağının frekansıdır. Frekans düştükçe hassasiyet azalacağından derinliğe uygun bir frekans seçimi ölçü kalitesi açısından elzemdir.

  • Tavsiye edilen teksesışınlı derinlikölçerler ve frekansları altta verilmiştir.
  • Minimum hassasiyet gereksinimi 0.1m ± Derinlik x %0.1
  • Dalga yayılım açısı 6-10 derece (talebe bağlı)

Yaklaşık Derinlik (m)

Teksesışınlı Derinlikölçer

Minimum

Maksimum

Yaklaşık Frekans

0

30

250 KHz. ± 50 KHz

30

100

200 KHz. ± 50 KHz

100

200

100 KHz.± 25 KHz

200

400

50 KHz. ± 25 KHz

Çoksesışınlı Akustik Sonarlar (Multibeam Echosounders)

Çoksesışınlı sistemler de kullanıldıkları derinliğe ve hassasiyete bağlı olarak proje bazlı tanımlanıp genellikle işveren onayı alınır. Çok farklı konfigürasyonlar ve sistemler bir araya getirilebileceği için mutlaka her sistem kendi içerisinde değerlendirmeye alınmalıdır. Burada sadece doğru sistemlerin varlığı gerekli olmakla birlikte, doğru kurulum ve kullanım da bir o kadar önemlidir.Özellikle en dış sesışınları ölçme aracının hareket ve kalibrasyon hatalarından çok etkilendikleri için bazen bu sesışınlarının bloke edilmesi veya filtre edilmesi gibi durumlar ölçme kalitesini etkilemektedir. Dolayısıyla bu tip sistemleri, kullanıcısından bağımsız spesifiye etmek imkansıza yakın derecede zordur. Bu nedenle, proje gereksinimleri ile sistemin karşılaştırılması gerekir.

Çoksesışınlı sistemlerin minimum düzeyde Internasyonel Hidrografi Örgütü’nün yayınladığı “IHO STANDARDS FOR HYDROGRAPHIC SURVEYS, SPECIAL PIBLICATION, No 44” kriterlerinin sağlanması gerekir.

Ses hızı profili

Akustik sonarların kullanılacağı alanda ses hızı profilinin derinlik bazında çıkartılıp okunan her bir derinliğin o derinliğe ait ses hızı profili kullanılarak düzeltilmesi gerekir. Bu teksesışınlı sistemlerde tek bir rakam olarak kullanılabilmekte ancak, hacim hesaplamalarına yönelik tüm ölçümlerde ses hızı profilleme cihazı kullanılarak her bir derinlik o kolonda bulunan ses hızı ile düzeltilecektir. Bunun için parametrik ölçüm yapan ve sonuçlarından ses hızı hesaplayan oşinografik cihazlar yerine, direkt ses hızı öcümü yapan cihazlar kullanılması tercih edilmelidir. Nedeni ise, bu tip cihazların parametrik ölçümlerde kullanılan cihazlar gibi sürekli bakım ve kalibrasyon gerektirmemeleridir. Bu tip cihazların yıllık kalibrasyonlarının veya test raporlarının üreticisi ve bağımsız firmalar tarafından yapılması gereklidir.

Bu sistem kullanılmaksızın mühendislik hesaplamalarına yönelik batimetrik ölçüm yapılmamalıdır. Parametrik ölçümler yapaılarak sen hızı tahmini de yapılabilmektedir ancak bu sistemler tatlı sularda önerilmez bunun yerine direkt ölçüm yapabilen cihazlar kullanılmalıdır. Bu cihazlara örnek AML Base X sistemidir, hem tatlı suda hem tuzlu suda güvene kullanılabilir.

Su seviyesi yükseklikleri ve konumlandırma

Batimetrik ölçmelerde eşel kotu yerine RTK yükseklikleri kullanılması durumunda BOHYY de belirtilen GNSS ile topoğrafik ölçme şartname ve mesafeleri kullanılacaktır. Bunun için mutlaka sabit ve gezici RTK sistemleri kullanılacaktır. Bu yötem su seviyesinin çok hızla değiştiği nehir, üretimdeki hidroelektrik baraj gölleri gibi alanlarda kullanılabileceği gibi, dalga hareketlerinin fazla olduğu kıyı kesimlerinde de kullanılabilir.

Bunun dışında ölçüm alanında mareograf ve su seviyesi kotları kullanılarak batimetrik verileri düzeltilir.Su seviyesinin ölçüldüğü alan ile ölçülen alan arasındaki mesafe rüzgâr hızı ve yönüne de bağlı olarak idarenin görüşü de alınarak en fazla 10 km olması önerilmektedir. Seyir amaçlı ölçümlerde bu mesafe daha da artırılabilir ve 100 km mesafenin bile üzerine çıkabilir.

Engebeli alanların batimetrisi yapılırken konumsal doğruluğun önemi artmaktadır. Dolayısıyla, bir kaç metre hatanın çok önemli olmadığı durumlarda halihazırda kullanılan EGNOS bağlantılı DGPS sistemler kullanılabilir. Bu tip DGPS sistemler engebeli ve şevli alanların ölçümü için tercih edilmemelidir. Bu tip alanlarda RTK kullanılması ilgili idarenin onayına tabi olarak tercih edilmelidir.

Su seiyesi ölçümlerinde Kordil'in geliştirdiği TG05 Tide Gauge sistemi, ölçülen su seviyesi yüksekliklerini belirli aralıklar ile kaydedip aynı aralıklar ile SMS ile mobil iletişim kapasiteli cihazlara gönderebilmektedir.

Bu sayfadaki bilgiler referans kullanılmaksızın hazırlanmış olup sayfadaki bilgilerin doğruluğu veya geçerliliği hakkında herhangi bir garanti verilmez ancak iyi niyetle hazırlanmışlardır. Bu sayfadaki bilgiler referans verilmeksizin kullanılamaz, referans verilmeksizin kullanılması yasalara aykırıdır.