Bu tez çalışmasındaki sonuçlar, verilerin gözlemsel ve FDTD düz çözümü ile değerlendirilmesinden ve PSO ile ters çözüm hesaplamalarından elde edilmiştir. Kentlerde su iletiminde kullanılan boruların tespitine bir adım ileri gidilerek malzemenin türünün de belirlenmesi adına katkı koyulması amaçlanarak bu tez çalışması yapılmıştır.
Bu tez çalışmasında ilk olarak yaklaşık 10 cm derinliğe gömülü yaklaşık 2.5 cm çapında su iletiminde kullanılan boruların (çelik ve plastik) ve içerisindeki malzemelerin (su, hava, buz) kuru kum, ıslak kum ve beton içerisindeki yansımaları incelenmiştir. Deneysel test modelinde yapılan ölçümler ve zaman ortamında sonlu farklar ile iki boyutta modellenen radargramlardan aşağıdaki tespitler elde edilmiştir: 1) Su dolu plastik borular çevre ortamdan bağımsız olarak ilk ve içerisinde oluşturduğu yansımalar ile ayırt edilebilirler.
2) Hava dolu plastik borular zayıf ve tek yansıma sinyali ile ilişkilendirilebilirler. Hava dolu plastik borularda borunun içerisinde oluşan ardışık yansımalar gözlemlenmemektedir.
3) Çelik borular gözlemlenebilen en yüksek yansıma genliğini oluştururlar ve EM dalga çeliğin içerisine nüfuz edemediğinden boru içerisinden her hangi bir yansıma gözlemlenmez.
4) Donmuş (buz dolu) plastik boruların yansımaları en zayıftır. Bu nedenle pratik uygulamalarda donmuş plastik borunun tespitinin güvenirliliği zayıftır.
Bu sonuçlar, yer radarı sinyalinin genliklerinin dikkatli yorumlanması ile malzeme tespitinin/ayrımının mümkün olduğunu ortaya koymaktadır.
İkinci olarak ise, yer radarı izlerinden PSO yöntemi ile yer içerisindeki yapıların fiziksel ve derinlik parametreleri hesaplanmıştır. İki tabakalı bir ortam için gürültü eklenmemiş ve gürültü eklenmiş yer radarı izlerine PSO ters çözümü uygulanmış ve parametrekestirimi yapılmıştır. Ters çözüm sonucu elde edilen parametrelerin giriş
modelindeki parametrelerle aynı ya da ilgili parametrelere çok yakın olduğu görülmüştür.
1B ortamda PSO ile ters çözüm işlemi pratik uygulama olarak dördüncü bölümde detaylı olarak incelenen gömülü boruların fiziksel parametrelerini (dielektrik sabiti, manyetik geçirgenlik, iletkenlik) ve derinliklerini hesaplamak için de uygulanmıştır. PB-HD, PB-SD ve PB-BD modellere PSO ters çözümü uygulanarak parametre kestirimi yapılmıştır. Bu sayede iletim hattında olası bir donma ya da tıkanıklık olma durumunda, boş (hava dolu), su dolu veya donmuş olmasının yer radarı sinyalinden kestirimi yapılmıştır. Ters çözüm sonucu elde edilen değerlerin ilgili malzemelerin literatürdeki değerleri ile çok yakın olduğu görülmüştür. Ayrıca boruların alt ve üst derinlik değerleri de borunun gömüldüğü derinliğe çok yakın değerler olarak hesaplanmıştır.
Bir boyutlu ortamda PSO yöntemi ile yer altı parametrelerinin kestirimi yer radarı izindeki örnek sayısı ile popülasyon ve nesil sayısına bağlıdır. Burada, PSO uygulanan izlerin ters çözümü ise 30 dakika ile 45 dakika aralığındaki sürelerde hesaplanmıştır. Daha güçlü bilgisayarlar ile bu süre düşürülebilmesi mümkündür. Çalışma sonucunda ulaşılan bir diğer sonuç da, ters çözüm yöntemi ile hesaplanan parametrelerden dielektrik sabitine doğrudan ulaşılarak malzemenin su içeriği izlenebilirliğidir. Benzer şekilde, iletkenliğin hesaplanması ile de herhangi bir malzemenin içindeki tuz oranı belirlenebilir. Sonuç olarak, bu çalışma bir çok araştırma alanında (mühendslik, çevre, alt yapı, tarım, hasarsız tespit) yer radarı verilerinin yorumlanması açısından önemli bilgiler içermektedir.
KAYNAKLAR
Allred B. J., Location of Agricultural Drainage Pipes and Assessment of Agricultural Drainage Pipe Conditions Using Ground Penetrating Radar, Journal of
Environmental and Engineering Geophysics, 2010, 15(3), 119–134.
Allred B. J., A GPR Agricultural Drainage Pipe Detection Case Study: Effects of Antenna Orientation Relative to Drainage Pipe Directional Trend, Journal of
Environmental and Engineering Geophysics, 2013, 18(1), 55–69.
Annan A. P., Radio Part I-Theoretical Depth, Geophysics, 1973, 38(3), 557–580. Annan A. P., Waller W. M., Strangway D. W., Rossiter J. R., Redman J. D., Watts R. D., Dielectric Earth for Horizontal Electric, Geophysics, 1975, 40(2), 285–298. Annan P., Electromagnetic Principles of Ground Penetrating Radar, Editors: Jol H.M., Ground Penetrating Radar: Theory and Applications, Elsevier, Slovakia, 3- 40, 2009.
Balanis C., Advanced Electromagnetic Engineering, John Wiley & Sons Comp, Arizona State Üniversitesi, 1989.
Balkaya Ç., An Implementation of Differential Evolution Algorithm for Inversion of Geoelectrical Data, Journal of Applied Geophysics, 2013, 98, 160–175.
Başokur A. T., Akça I., Siyam N. W. A., Hybrid Genetic Algorithms in View of the Evolution Theories with Application for the Electrical Sounding Method,
Geophysical Prospecting, 2007, 55(3), 393–406.
Cassidy, N.J., Electrical and Magnetic Properties of Rocks, Soils and Fluids, Editors: Jol H.M., Ground Penetrating Radar: Theory and Applications, Elsevier, Slovakia, 41-72, 2009.
Cassidy N. J., Eddies R., Dods S., Void Detection beneath Reinforced Concrete Sections: The Practical Application of Ground-Penetrating Radar and Ultrasonic Techniques, Journal of Applied Geophysics, 2011, 74(4), 263–276.
Clerc M., Kennedy J., The Particle Swarm-Explosion, Stability, and Convergence in a Multidimensional Complex Space, IEEE Transactions on Evolutionary
Computation, 2002, 6(1), 58–73.
Cook J. C., Radar Transparencies of Mine and Tunnel Rocks, Geophysics, 1975, 40(5), 865–885.
Daniels D. J., Ground Penetrating Radar, 2nd ed., Institution of Electrical Engineers, Institution of Electrical Engineers., London, 2004.
De Domenico D., Campo D., Teramo A., FDTD Modelling in High-Resolution 2D and 3D GPR Surveys on a Reinforced Concrete Column in a Double Wall of Hollow Bricks, Near Surface Geophysics, 2013, 11(1), 29–40.
El-Araby H. M., A New Method for Complete Quantitative Interpretation of Self- Potential Anomalies, Journal of Applied Geophysics, 2004, 55(3–4), 211–224.
Fernández Alvarez J. P. F., Fernández Martínez J. L., Menéndez Pérez C. O., Feasibility Analysis of the Use of Binary Genetic Algorithms as Importance Samplers Application to a 1-D DC Resistivity Inverse Problem, Mathematical
Geosciences, 2008, 40(4), 375–408.
Fernández-Martínez J. L., García-Gonzalo E., Naudet V., Particle Swarm Optimization Applied to Solving and Appraising the Streaming-Potential Inverse Problem, Geophysics, 2010a, 75(4), WA3-WA15.
Fernández Martínez J. L., Gonzalo E. G., Fernández Álvarez J. P., Kuzma H. A., Menéndez Pérez C. O., PSO: A Powerful Algorithm to Solve Geophysical Inverse Problems Application to a 1D-DC Resistivity Case, Journal of Applied Geophysics, 2010b 71, 13–25.
Feynman R., Feynman Lectures on Physics. Volume 2: Mainly Electromagnetism
and Matter, Addison-Wesley, 1964.
Forsythe G. E., Wasow W. R., Finite difference methods for patial differential
equations, John Wiley and Sons Inc., New York, 1960.
Georgakopoulos S. V., Birtcher C. R., Balanis C.A., Renault R.A., Higher-order finite-difference schemes for electromagnetic radiation, scattering and penetration, Part 1: theory, IEEE Antennas and Propagation Magazine 2002, 44, 134 -142.
Irving J., Knight R., Numerical Modeling of Ground-Penetrating Radar in 2-D Using MATLAB, Computers and Geosciences, 2006, 32(9), 1247–1258.
Irving J., Improving tomographic estimates of subsurface electromagnetic wave velocity obtained from ground-penetrating radar data, Doctor of Philosophy, Stanford University, Stanford, 2006.
Jol H. M., Smith D. G., Ground Penetrating Radar Surveys of Peatlands for Oilfield Pipelines in Canada, Journal of Applied Geophysics, 1995, 34(2), 109–123.
Kadıoğlu S., Definition of buried archaeological remains with a new 3D visualization technique of a ground-penetrating radar data set in Temple Augustus in Ankara, Turkey, Near Surface Geophysics, 2010, 8 397-406.
Kadioglu S., Kadioglu Y. K., Akyol A. A., Monitoring Buried Remains with a Transparent 3D Half Bird’s Eye View of Ground Penetrating Radar Data in the Zeynel Bey Tomb in the Ancient City of Hasankeyf, Turkey, Journal of Geophysics
Kaplanvural İ., Yer Radarı Verilerinin Modellenmesi ve Yorumlanması, Yüksek Lisans Tezi, Kocaeli Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Kocaeli, 2012, 301629.
Kaplanvural İ., Pekşen E., Özkap K., Volumetric Water Content Estimation of C-30 Concrete Using GPR, Construction and Building Materials, 2018, 166, 141-166.
Kara K.B., Yer Radarı Verilerinin Çok Hızlı Benzetimli Tavlama Yöntemi İle Ters Çözümü, Yüksek Lisans Tezi Kocaeli Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Kocaeli 2017, 494779.
Kennedy J., Eberhart R., Particle Swarm Optimization, Proceedings., IEEE
International Conference on Neural Networks, Perth, Australia, 27 Nov-1 Dec.1995.
Knödel K., Krummel H., Lange G., Einleitung, Handbuch Zur Erkundung Des
Untergrundes von Deponien Und Altasten/BGR, Springer Berlin Heidelberg, Berlin,
Heidelberg, 1997.
Kurt B.B., Zaman Ortamında Sonlu Farklar Yöntemi İle İki Boyutlu Yer Radarı Modellemesi, Yüksek Lisans Tezi, Ankara Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara, 2009, 259084.
Kuzuoglu M., Mittra R., Frequency dependence of the constitutive parameters of causal perfectly matched anisotropic absorbers, IEEE Microwave and Guided Wave
Letters,1996, 6, 447–449.
Luebbers R. J. and Hunsberger F., FDTD for Nth-order dispersive media, IEEE
Transactions on Antennas and Propagation, 1992, 40, 1297-1301.
Mala Geoscience, Basic Radar Theory Fundamentals of Ground Penetrating Radar, Mala Geoscience Company, Sweden, 2003.
Mechbal Z., Khamlichi A., Determination of Concrete Rebars Characteristics by Enhanced Post-Processing of GPR Scan Raw Data, NDT and E International, 2017, 89, 30–39.
Naser M., Junge A., Influence of Pipe Filling, Geometry and Antenna Polarisation on GPR Measurements, Proceedings of the 13th Internarional Conference on Ground
Penetrating Radar, Lecce, Italy, 21-25 June 2010.
Neal A., Ground-penetrating radar and its use in sedimentology: principles, problems and progress, Earth Science, 2004, 66, 261-330.
Ni S.-H., Huang Y.-H., Lo K.-F., Lin D.-C., Buried Pipe Detection by Ground Penetrating Radar Using the Discrete Wavelet Transform, Computers and
Geotechnics, 2010, 37(4), 440–448.
Orlando L., Pezone A., Colucci A., Modeling and Testing of High Frequency GPR Data for Evaluation of Structural Deformation, NDT & E International, 2010, 43(3), 216-230.
Özkap K., Arkeojeofizik Çalışmalarda GPR Verilerine Güncel Veri-İşlem Yöntemlerinin Uygulanması, Yüksek Lisans Tezi, Kocaeli Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Kocaeli, 2008, 233158.
Öztürk K., Elektrik ve Elektromagnetik Prospeksiyon Yöntemleri Temel Kavramlar,
Uygulama ve Yorumlama , İstanbul Üniversitesi, İstanbul, 1995.
Paasche H., Tronicke J., Nonlinear Joint Inversion of Tomographic Data Using Swarm Intelligence, Geophysics, 2014, 79(4), R133–R149.
Pekşen E., Yas T., Kayman A. Y., Özkan C., Application of Particle Swarm Optimization on Self-Potential Data, Journal of Applied Geophysics, 2011, 75(2), 305–318.
Pekşen E., Yas T., Kıyak A., 1-D DC Resistivity Modeling and Interpretation in Anisotropic Media Using Particle Swarm Optimization, Pure and Applied
Geophysics, 2014, 171(9), 2371–2389.
Prego F. J., Solla M., Puente I., Arias P., Efficient GPR Data Acquisition to Detect Underground Pipes, NDT & E International, 2017, 91, 22–31.
Rossiter J. R., LaTorraca G. A., Annan A. P., Strangway D. W., Simmons G., Radio Interferometry Part II - Experimental Depth Sounding : Results, Geophysics, 1973, 38(3), 581–599.
Rossiter J. R., Strangway D. W., Annan A. P., Watts R. D., Redman J. D., Detection of Thin Layers by Radio Interferometry, Geophysics, 1975, 40(2), 299–308.
Sadiku M.N.O., Elements of Electromagnetics, 2nd ed., Oxford Series in Electrical and Computer Engineering, Oxford, 1995.
Schwarz B., Gajewski D., Accessing the Diffracted Wavefield by Coherent Subtraction, Geophysical Journal International, 2017, 211(1), 45–49.
Schön J. H., Physical Properties of Rocks: Fundamentals and Principles of
Petrophysics, 2nd ed., Elsevier, Amsterdam 2015.
Sears F.W., Zemansky M.W., and Young H.D., University Physics, 6th Ed. Addison- Westley Publishing Company, 1982.
Shaw R., Srivastava S., Particle Swarm Optimization: A New Tool to Invert Geophysical Data, Geophysics, 2007, 72(2), F75-F83.
Shi Y., Eberhart R. C., Parameter Selection in Particle Swarm Optimization,
International Conference on Evolutionary Programming California, USA, 25-27
March 1998.
Tosti F., Patriarca C., Slob E., Benedetto A., Lambot S., Clay Content Evaluation in Soils through GPR Signal Processing, Journal of Applied Geophysics, 2013, 97, 69– 80.
Trelea I. C., The Particle Swarm Optimization Algorithm: Convergence Analysis and Parameter Selection, Information Processing Letters, 2003, 85(6), 317–325.
Tronicke J., Paasche H., Böniger U., Crosshole Traveltime Tomography Using Particle Swarm Optimization: A near-Surface Field Example, Geophysics, 2012, 77(1), R19–R32.
Umapathy P., Venkataseshaiah C., Arumugam M. S., Particle Swarm Optimization with Various Inertia Weight Variants for Optimal Power Flow Solution, Discrete
Dynamics in Nature and Society, 2010, 2010, 1-15.
Van der Kruk J., Streich R., Green A.G., Properties of surface waveguides derived from separate and joint inversion of dispersive TE and TM GPR data, Geophysics, 2006, 71(1), K19-K29.
Weast R. C., Handbook of Chemistry and Physics, 59th ed., CRC Press, Ohio, 1978. Wunderlich T., Wilken D., Andersen J., Rabbel W., Zori D., Kalmring S., Byock J., On the Ability of Geophysical Methods to Image Medieval Turf Buildings in Iceland, Archaeological Prospection, 2015, 22, 171-186.
Yee K.S., Numerical solution of initial boundary problems involving Maxwell’s equations in isotropic media, IEEE Trans. Ant. Prop. 1966, 14(3), 302-309.
Yilmaz Ö., Seismic Data Analysis Vol I, Society of Exploration Geophysicists, Tulsa, 2001.
Yuan S., Wang S., Tian N., Swarm Intelligence Optimization and Its Application in Geophysical Data Inversion, Applied Geophysics, 2009, 6(2), 166–174.
Zeng X., GPR Characterization of Buried Tanks and Pipes, Geophysics, 1997, 62(3), 797-806.
KİŞİSEL YAYIN VE ESERLER
SCI, SCI-Exp İndeks Dergilerdeki Makaleler
Kaplanvural İ., Pekşen E., Özkap K., Volumetric Water Content Estimation of C-30 Concrete Using GPR, Construction and Building Materials, 2018, 166, 141-146. Aşçı M., Kurtulus C., Kaplanvural İ., Mataracıoğlu M. O., Correlation of SPT-CPT Data from the Subsidence Area in Golcuk, Turkey, Soil Mechanics and Foundation
Engineering, 2015, 51(6), 268-272.
SCI, SCI-Exp İndeks Dışındaki Diğer Uluslararası Dergilerdeki Makaleler Aşçı M., Kaplanvural İ, Karakaş A., Şahin Ö.K., Kurtuluş C., Correlation of physical and mechanical properties with ultrasonic pulse velocities of sandstones in Çenedağ, Kocaeli- Turkey, International Journal of Advanced Geosciences, 2017, 5(2), 109-115.
Ulusal Dergilerdeki Makaleler
Kurtuluş C., Kaplanvural İ., Çiçek S., Özatıcı S., Erdem G.E., Bıçkıdere (Gölkay Park) Taban Yapısının Yer Radarı (GPR) ile Araştırılması, Uygulamalı Yer Bilimleri
Dergisi, 2013, 12(1), 38-43.
Kitap Bölümü
Pekşen E., Kaplanvural İ., Barış Ş., Yas T., Livaoğlu H., Avcılar - Firuzköy Yarımadası 1. Derece Arkeolojik Sit Alanında Yapılan Jeofizik Araştırmalar, Editör: Aydıngün Ş., Arkeoloji ve Sanat Yayınları, İstanbul, İstanbul Küçükçekmece Göl
Havzası Kazıları (Bathonea), 145-152, 2017.
Erkul E, Stümpel H, Pekşen E, Yas T., Kaplanvural İ., Barış Ş., Küçükçekmece Göl Havzası (Bathonea) Kazılarında Yapılan Jeofizik Araştırmalar, Arkeoloji ve Sanat Yayınları, İstanbul, İstanbul Küçükçekmece Göl Havzası Kazıları (Bathonea), 165- 174, 2017.
Uluslararası Sözlü Bildiriler
Kaplanvural İ., Pekşen E., Instantaneous frequency using fractional derivatives of gpr data, EGU General Assembly, Vienna, Austria, 12-17 April 2015.
Kaplanvural İ., Pekşen E., Yer Radarı Yöntemi ile C-30 Beton Sınıfına Ait Numunenin Su İçeriğinin İzlenmesi, Uluslararası Kocaeli Deprem Sempozyumu, Kocaeli, Türkiye, 10-12 Haziran 2015.
Kaplanvural İ., Pekşen E., Erkul E., Wunderlich T., Farklı Boyutlu ve Malzemeyle Dolu Boruların Yer Radarı Yöntemi ile Araştırılması, The 20th International
Geophysical Congress & Exhibition of Turkey, Antalya, Turkey, 25-27 November
2013.
Pekşen E., Yas T., Kaplanvural İ., Livaoğlu H., Barış Ş., Aydıngün Ş., İstanbul Küçükçekmece Göl Havzası Antik Bathonea Kenti Arkeojeofizik Çalışmalarından İlk Sonuçlar, The 20th International Geophysical Congress & Exhibition of Turkey,
Antalya, Turkey, 25-27 November 2013.
Erkul E., Kaplanvural İ., Wilken D., Wunderlich T. Meier T., GPR and infrared thermography measurements and modeling to detect weathering products, 9th International Conference on Archaeological Prospection, İzmir, Turkey, 19-24
September 2011. Ulusal Sözlü Bildiriler
Kaplanvural İ., Pekşen E., Yer Radarı İzinin Parçacık Sürü Optimizasyonu (PSO) ile 1B Dalga Formu Ters Çözümü, 7. Yer Elektrik Çalıştayı, Eğirdir, Isparta, 7-9 Mayıs 2018.
Kaplanvural İ., Yas T., Pekşen E., Özkap, K., Parçacık Sürü Optimizasyonu ile Radargramlar Üzerinden Otomatik Hız Hesabı, 6. Yer Elektrik Çalıştayı, Kocaeli, Türkiye, 23-25 Mayıs 2016.
Kaplanvural İ., Pekşen E., Yer Radarı Çalışmaları İle Yapı Elemanlarının Görüntülenmesi, Jeofizik Mühendisliğinde Hasarsız Yapı İnceleme Çalıştayı, Kocaeli, Türkiye,15 Ekim 2015.
Özkap K., Pekşen E., Kaplanvural İ., Yer radarı çalışmaları ile ilgili 1980-2015 yılları arasında yapılmış yayınların bibliyometrik analizi, 6. Yer Elektrik Çalıştayı, Kocaeli, Türkiye, 23-25 Mayıs 2016.
Kaplanvural İ, Erkul E., Wilken D., Wunderlich T., Pekşen E., Bozuşmuş Kumtaşı Kolonunda Yer Radarı Çalışması, 5. Yer Elektrik Çalıştayı, Enez, Edirne, Türkiye, 26-28 Mayıs 2014.
Kaplanvural İ., Pekşen E., Erkul E., Yer Radarı Verilerinin İki Boyutta Sonlu Farklar Yöntemi İle Modellenmesi, 4. Yer Elektrik Çalıştayı, İzmir, Türkiye, 21-23 Mayıs 2012.
Pekşen E., Kaplanvural İ., Yas T., Yön Bağımlı Ortamlarda Doğru Akım Özdirenç Yöntemi, 3. Yer Elektrik Çalıştayı, Ilgaz, Kastamonu, Türkiye, 26-28 Mayıs 2010
ÖZGEÇMİŞ
1987 yılında İstanbul’da doğdu. İlk, orta ve lise öğrenimini İstanbul’da tamamladı. 2004 yılında girdiği Kocaeli Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Jeofizik Mühendisliği Bölümü’nden 2009 yılında Jeofizik Mühendisi olarak mezun oldu. 2009 yılında Kocaeli Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Jeofizik Mühendisliği Anabilim Dalı’nda Yüksek Lisans öğrenimine başladı ve 2012 yılında mezun oldu. 2010 yılının Aralık ayından itibaren Kocaeli Üniversitesi Mühendislik Fakültesi, Jeofizik Mühendisliği Bölümü’nde Araştırma Görevlisi olarak görev yapmaktadır. Eylül 2010 – Ağustos 2011 tarihleri arasında Erasmus Staj Öğrenimi bursu ile 11 ay, Kasım 2016-Kasım 2017 tarihleri arasında da Tübitak Doktora Sırası Yurtdışı Araştırma Bursu (2214-A) ile 1 yıl boyunca çalışmalarına Almanya’nın Christian Albrechts - Kiel Üniversitesi’nde devam etti.