InSAR YÖNTEMĐYLE DÜŞEY YÖNLÜ
YÜZEY DEFORMASYONLARININ BELĐRLENMESĐ: KONYA ÖRNEĞĐ
Fatma CANASLAN YÜKSEK LĐSANS TEZĐ HARĐTA MÜHENDĐSLĐĞĐ
ANABĐLĐM DALI Konya, 2010
T.C
SELÇUK ÜNĐVERSĐTESĐ FEN BĐLĐMLERĐ ENSTĐTÜSÜ
InSAR YÖNTEMĐYLE DÜŞEY YÖNLÜ
YÜZEY DEFORMASYONLARININ BELĐRLENMESĐ: KONYA ÖRNEĞĐ
Fatma CANASLAN YÜKSEK LĐSANS TEZĐ
HARĐTA MÜHENDĐSLĐĞĐ ANABĐLĐM DALI
Bu tez 02 / 08 / 2010 tarihinde aşağıdaki jüri tarafından oy birliği ile kabul edilmiştir.
Yrd.Doç.Dr.Aydın Üstün Danışman
Doç. Dr. Đ. Öztuğ Bildirici Yrd. Doç. Dr.Ekrem Tuşat
T.C
SELÇUK ÜNĐVERSĐTESĐ FEN BĐLĐMLERĐ ENSTĐTÜSÜ
InSAR YÖNTEMĐYLE DÜŞEY YÖNLÜ
YÜZEY DEFORMASYONLARININ BELĐRLENMESĐ: KONYA ÖRNEĞĐ
FATMA CANASLAN YÜKSEK LĐSANS TEZĐ
HARĐTA MÜHENDĐSLĐĞĐ ANABĐLĐM DALI KONYA, 2010
iv ÖZET
YÜKSEK LĐSANS
InSAR YÖNTEMĐYLE DÜŞEY YÖNLÜ
YÜZEY DEFORMASYONLARININ BELĐRLENMESĐ: KONYA ÖRNEĞĐ
Fatma CANASLAN
Selçuk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Harita Mühendisliği Anabilim Dalı Danışman: Yrd. Doç. Dr. Aydın ÜSTÜN
2010, 60 Sayfa Jüri
Yrd. Doç. Dr. Aydın ÜSTÜN Doç. Dr. Đ. Öztuğ Bildirici Yrd. Doç. Dr.Ekrem Tuşat
Son yıllarda interferometrik yapay açıklı radar tekniği, yeryüzünde meydana gelen deformasyonların incelenmesinde yeni bir araç olarak kullanılmaktadır. Üretebildiği yüksek kaliteli topografya bilgisi ile deformasyon belirlenmesinde jeodezi bilimine yeni bir yön getiren bu teknik, geri dönen sinyallerin gecikmelerini kullanarak sinyal işleme tekniğiyle bunları yüksek çözünürlüklü görüntülere dönüştürmektedir. Aynı zamanda, diğer yöntemlerden farklı olarak geniş bir çalışma alanı sağlamakta ve santimetre hassaslığında sonuç vermektedir. Bu nedenle de yerbilimi araştırmacıları, söz konusu bu tekniği başta yer kabuğu deformasyonu çalışmaları olmak üzere diğer alanlarda da uygulamaktadırlar.
Bu açıklamalar ışığında hazırlanan tez çalışmasında ise Konya Kapalı Havzası için zeminde meydana gelen zamana bağlı yükseklik değişimlerinin InSAR yöntemiyle incelenmesi amaçlanmıştır. Bu amaç doğrultusunda, interferometrik yapay açıklıklı radar tekniği meydana gelen zemin çökmelerinin incelenmesi için kullanılmış ve bunun için de ENVISAT uydusuna ait radar görüntü çiftlerinden Haziran 2006’dan Haziran 2009’a kadar olan dönemi kapsayan 16 interferogram oluşturulmuştur. Oluşturulan interferogramlar benzeşim düşüklüğü ve atmosferden kaynaklandığı düşünülen sinyal gecikmeleri içermesine rağmen üç yıllık süreçte gözlenen konum değişikliklerinin, beklenildiği gibi radar bakış yönünde yaklaşık 113 milimetreye ulaşan zemin çökmelerini ortaya çıkardığı tespit edilmiştir.
Anahtar Kelimeler: Radar, yapay açıklıklı radar, radar sistemleri, uzaktan algılama, radar görüntüleri
v ABSTRACT
MS THESIS
DETECTING OF LAND SUBSIDENCE USING InSAR TECHNIQUE: A CASE STUDY IN KONYA
Fatma CANASLAN
THE GRADUATE SCHOOL OF NATURAL AND APPLIED SCIENCE OF SELCUK UNIVERSITY
THE DEGREE OF MASTER OF SCIENCE IN GEOMATICS ENGINEERING
Advisor: Asst. Prof. Dr. Aydın USTUN 2010, 60 Pages
Jury
Asst. Prof. Dr. Aydın USTUN
Assoc. Prof. Dr. Đ. Öztuğ BĐLDĐRĐCĐ Asst. Prof. Dr. Ekrem TUŞAT
In recent years, interferometric synthetic aperture radar technique has been used as a new tool for investigating deformation that occurs in earth surface. This technique which brings an original direction for geodesy by producing high quality topography information uses delays of the return signals and transforms them into high resolution images by signal processing techniques. At the same time, unlike other methods, this technique provides a wide workspace and provides with a sensitivity of centimeters. Thus Earth science researchers use this technique in studies of surface skin and the other fields. In life of foregoing, investigating of time bound height changes which happen in the ground for close reservoir of Konya with InSAR method was aimed in this study. To implement this aim we used interferometric synthetic aperture radar technique for analyzing land subsidence and for this purpose we developed 16 interferograms which was selected in ENVISAT radar images doubles that include the period from June 2006 to June 2009. Although this interferograms involve delays of signal that result from low coherence and atmosphere, as expected we ascertained that the changes of position observed reveal land subsidence, which reach approximately 113 millimeters, in direction of radar view in a three years period.
Keywords: Radar, Synthetic Aperture Radar, Radar Systems, Remote Sensing, Radar images .
vi ÖNSÖZ
Bu tez Selçuk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü’ndeki yüksek lisans eğitimimin yaklaşık son 2 yılını ayırdığım Đnterferometrik Yapay Açıklıklı Radar tekniği hakkında öğrendiklerimi özetler niteliktedir.
Tezim, konu üzerinde harcadığım emek dışında, yetişmem için katkıda bulunanların da emekleri sonucudur. Çalışmamda tez danışmanlığımı üstlenen ve çalışmamın her aşamasında bilgi ve deneyimleriyle bana yol gösteren sayın hocam Yrd.Doç.Dr.Aydın Üstün’e ve kendi çalışmalarından vakit ayırarak radar görüntüleri üzerinde çalışabilir hale gelmemi sağlayan Yrd. Doç. Dr. Ziyadin Çakır’a teşekkür ederim. Ayrıca, başta benden maddi ve manevi yardımlarını esirgemeyen ailem olmak üzere tüm hocalarıma ve arkadaşlarıma buradan şükranlarımı sunuyorum.
Fatma CANASLAN KONYA–2010
vii ĐÇĐNDEKĐLER ÖZET...iv ABSTRACT ...v ÖNSÖZ...vi ĐÇĐNDEKĐLER ...vii
SĐMGELER VE KISALTMALAR ...ix
ŞEKĐL LĐSTESĐ ...xi
ÇĐZELGE LĐSTESĐ ... xiii
1. GĐRĐŞ ...1
2. ĐNTERFEROMETRĐK SAR ...4
2.1 InSAR Çalışmalarının Tarihsel Gelişimi ... 4
2.1.1 SAR çalışmalarında kullanılan uydulara genel bakış... 4
2.2 Geometrik ve Matematiksel Esaslar... 8
2.2.1 Radar kavramı ve görüntüleme özellikleri ... 9
2.2.2 Yapay açıklı Radar (SAR) ... 10
2.2.3 Interferometrik SAR (InSAR)... 17
3. DÜŞEY YÖNLÜ YÜZEY DEFORMASYONLARININ INSAR TEKNĐĞĐ ĐLE BELĐRLENMESĐ...21
3.1 Interferometrik SAR Teknikleri ... 21
3.1.1 Hareket doğrultusuna dik (across-track) interferometri tekniği... 21
3.1.2 Hareket doğrultusunda (along-track) interferometri ... 23
3.1.3 Tekrar-geçiş (repeat pass) interferometri yöntemi ... 24
3.2 Veri Değerlendirmede Çevresel Etkiler ... 27
3.2.1 Piksel çözünürlüğü ... 27
3.2.2 Yörünge etkisi ... 28
3.2.3 Topografyanın etkisi ... 29
3.2.4 Deplasmanların etkisi... 31
3.2.5 Atmosferik Etki ... 31
4. KONYA KAPALI HAVZASI’NDA DÜŞEY YÖNLÜ YÜZEY DEFORMASYONLARININ ĐNTERFEROMETRĐK YAPAY AÇIKLIKLI RADAR YÖNTEMĐ ĐLE ĐZLENMESĐ ...34
4.1 Konya Kapalı Havzası... 34
4.2 Konya Kapalı Havzasının Đklimsel Özellikleri ... 35
4.3 Düşey Yönlü Yüzey Deformasyonu ve Jeodezik Yöntemlerle Đzlenmesi ... 36
4.4 Interferometrik SAR Verilerinin Özellikleri ve ENVISAT ASAR Verilerinin Seçimi... 39
viii
4.5 InSAR Veri Đşleme Adımları ... 47
4.6 Konya Kapalı Havzası’nda Zemin Çökmelerini Gösteren Đnterferogramlar ... 49
5. SONUÇ ve ÖNERĐLER...55
KAYNAKLAR...57
ix SĐMGELER VE KISALTMALAR Simgeler c : Işık Hızı t ∆ R θ : : :
Sinyalin yolculuk süresi Eğik mesafe Bakış Açısı H B : : Uçuş yükseklği Baseline ξ : Eğim açısı λ : Dalga Boyu r1,r2 : Menziller
By,Bx : Baseline bileşenleri α : Yörüngeler arası açı
B B⊥ Ry s y γ γ v : : : : : : : : Paralel Bileşen Dik bileşen Menzildeki Çözünürlük Eğik mesafe
Yer (Arazi) Mesafesi Bakış Açısı
Sinyaller arasındaki faz farkı Uçağın hızı
h : Yüzey yüksekliği
r
δ
: Bakı açısı istikametindeki menzil değişikliğid
: Yer değiştirme vektörü ˆ
r
l : Yüzeydeki noktadan radara olan birim vektör
S1,S2 : Sinyal alma tarihleri e : Bozucu etken Kısaltmalar ALOS ASAR : :
Advanced Land Observation Satellite Advanced Synthetic Aperture Radar ATSR : Along Track Scanning Radiometer
DEM : Digital Evelation Model
DESCW DMA
: :
Display Earth Remote Sensing Swath Coverage of Windows Defence mapping Agency
DORĐS : Delft Institute of Earth Observation and Space Systems
DSĐ : Devlet Su Đşleri
ECHO Elsie : Earth Change Hazard Observatory ENVISAT
EOLISA
: :
European Enviropment Satellite Earth Observation Link Stand Alone ERS-1 : European Remote Sensing Satellite- 1 ERS-2 : European Remote Sensing Satellite- 2
ESA : European Space Agency
x
InSAR : Đnterferometrik SAR
JERS-1 : Japanese Earth Resourse Satellite-1
KKH : Konya Kapalı Havzası
MERIS : Medium Resolution Imaging Specrometer NASA
PSInSAR
: :
National Aeronautics and Space Administration
Permanent Scatterer Interferometric Synthetic Aperture Radar RADAR : Radio Detection And Ranging
RADARSAT : Radio Detection and Ranging Satellite
SAM : Sayısal Arazi Modeli
SAR : Synthetic Aperture Radar
SIR-C : Shıttle Imagining Radar C SLAR
SLC
: :
Side Looking Airbone Radar Single Look Complex
SYM : Sayısal Yükseklik Modeli
SRTM : Shuttle Radar Topography Mission VIRR : Visible and Đnfrared Radiometer
xi ŞEKĐL LĐSTESĐ
Sayfa
Şekil 2.1: Radar anteninin yapay olarak boyunun uzatılması……….………11
Şekil 2.2: Kısaltım (foreshortening)……….………...12
Şekil 2.3: Örtüşme (overlap)……….………...13
Şekil 2.4: Gölgeleme ……….……….13
Şekil 2.5: Arazi noktasının görüntülenmesi……….………...14
Şekil 2.6: Eğik uzunluklar ……….………...15
Şekil 2.7: Radarın yeryüzünü görüntülemesi……….……….16
Şekil 2.8: Eğik uzunluk ve yatay uzunluk………...16
Şekil 2.9: Eğik uzunluk ve yer uzunluğu arasındaki ilişki……… .17
Şekil 2.10: Đnterferometrik yapay açıklıklı radar için geometrik yorum ……..……... ..18
Şekil 2.11: S1 ve S2 radar antenleri arasındaki baz (B) vektörü………...…20
Şekil 3.1: Baz ile hareket doğrultusunun geometrik (dik) gösterimi……… ..21
Şekil 3.2: Hareket doğrultusuna dik interferometri ………....22
Şekil 3.3: Baz ile hareket doğrultusunun geometrik (paralel) gösterimi……….23
Şekil 3.4: Hareket doğrultusunda interferometri ……… ....23
Şekil 3.5: Tekrar-geçiş interferometri……… ….. ..24
Şekil 3.6: Tekrar geçiş interferometri geometrisi……… …...25
Şekil 3.7: Yapay açıklık tekniği ile ortaya koyulan çözünürlükteki gelişme……… ...28
Şekil 3.8: Bir interferogramda meydana gelen yörüngesel örgeler………... .…29
Şekil 3.9: Karadağ üzerindeki topografik örgeler………. ….30
Şekil 3.10: Çalışmada kullanılan Sayısal Yükseklik Modeli...31
Şekil 3.11: Atmosferik etkinin bulunmaması durumunun incelenmesi………. ....32
Şekil 3.12: Bir interferogramda görülen atmosferik örgeler………... ...33
Şekil 4.1: Konya Kapalı Havzası……… ...…34
Şekil 4.2: KKH GPS test ağında belirlenen zemin çökmeleri………38
Şekil 4.3: Görüntüler arasındaki zaman farkı ve uydu yörüngeleri arasındaki dik mesafe açısından birbirlerine göre konumları ……….…… ...43
Şekil 4.4: Uygulamanın yapılacağı Envisat ASAR görüntüsünün (iz: 207 ve çerçeve: 2853) sayısal yükseklik modeli üzerindeki konumu……….…..44
xii
Şekil 4.6: Kullanılacak uydu ve istenilen zaman aralığına göre çalışma alanına
girecek iz ve çerçevelerin araştırılması……….…45
Şekil 4.7: Dik baz uzunluğu durumunun incelenmesi………45
Şekil 4.8: DESCW’de kesinleştirilen görüntülerin EOLISA programı yardımıyla özelliklerinin belirlenmesi………..46
Şekil 4.9: Görüntü önizleme ve görüntü siparişi……….…...46
Şekil 4.10: InSAR veri işlem akış şeması………..….48
Şekil 4.11: Net bir sonuç göstermeyen interferogramlar……….…...49
Şekil 4.12: Atmosferik etki sonucu oluşan interferogramlar………..…50
Şekil 4.13: Yörüngesel ve topoğrafik örgelerden oluşan interferogramlar………..…..50
Şekil 4.14: Uygun tarihli görüntü çiftlerinden elde edilen interferogramlar………..…51
Şekil 4.15: 15/07/2008–21/04/2009 çiftinden oluşturulan filitrelenmiş diferansiyel interferogramın faz ve genlik bileşenlerinin bir arada gösterimi………....53
Şekil 4.16: 15/07/ 2008–21/04/ 2009 çiftinden oluşturulan benzeşim (koherans) haritası...54
xiii ÇĐZELGE LĐSTESĐ
Sayfa Çizelge 2.1: Đnterferometre tekniğine uygun radar uydularının özellikleri …...6 Çizelge 4.1: KKH’ya ait ENVISAT ASAR verilerinin elde edilme tarihleri ile
oluşturulan matris……… .…...42 Çizelge 4.2: Đnterferogramlara ait interferometrik özellikler ve deformasyon
1. GĐRĐŞ
Radar interferometre yeryüzünün belli bir kesiminin radar yöntemiyle elde edilmiş iki görüntüsü arasındaki faz farklarını kullanarak haritasının çıkarılmasını sağlayan ölçme tekniğidir. Piksel bazlı faz farklarıyla oluşturulan interferogram, yer ve radar uydusu arasındaki uzaklığın eşyükselti eğrili bir haritasıdır. Söz konusu haritalar radarın bakış yönünde eşsiz bir piksel yoğunluğuna (~ 100 piksel/km2) ve ~ 1 cm’lik doğruluğa sahiptir (Massonnet ve Feigl, 1998). Đnterferometrik radar uyduları yaklaşık bir aylık (35 gün) aralıklarla aynı bölgenin radar görüntülerini alır. Değişik zamanlarda ve farklı konumlardan alınan bu görüntüler, bölgenin topoğrafik, atmosferik, fiziksel ve kimyasal özellikleriyle birlikte, bu özelliklerde zamanla gerçekleşen değişimler de kaydedilmiş olur. Ancak radar yöntemiyle elde edilen bu verilerin, yöntemin uygulanış tekniği ile ilişkili parametrelere bağımlı (duyarlı) olduğu unutulmamalıdır.
Radar tekniğinin uydularda kullanılmasıyla ortaya çıkan SAR (Synthetic Aperture Radar) başka bir deyişle yapay açıklıklı radar tekniği mikrodalga frekanslarda çalışır. Bu özellik sistemin her türlü hava koşulunda gece ve gündüz yüzeyin geometrik ve elektriksel özelliklerini görüntü olarak alabilecek şekilde çalışmasını sağlar (Rosen vd., 1998).
SAR sistemleri sağladıkları yüksek çözünürlük sayesinde oldukça geniş bir kullanım alanına sahiptirler ancak hedefin konumunu sadece iki boyutlu koordinat sisteminde belirleyebilir. Buna karşın, örtüşen SAR görüntüleri arasındaki faz farkları kullanılarak InSAR (Đnterferometrik Yapay Açıklıklı Radar) teknolojisinin gelişimi üç boyutlu arazi modelinin oluşturulabilmesine olanak sağlamıştır. InSAR ilk olarak Ayın topoğrafyasını çıkarmak üzere yeryüzüne konumlandırılmış radarlar kullanılarak gerçekleştirilmiştir (Massonet vd., 1993).
Massonet ve Thierry (1993), InSAR’ın yer yüzü deformasyonlarının ölçülmesinde de kullanılabileceğini göstermişlerdir. Kaliforniya’da 1992’de meydana gelen Landers depremine ait, Avrupa Uzay Ajansı’ndan elde edilen ERS görüntüleri kullanılarak oluşturulan interferogramlar InSAR’ın jeodezik araç olarak büyük potansiyele sahip olduğunu ortaya çıkaran ilk örneklerdir. Bu tarihlerden itibaren tekniğin değişik uygulamalar için de geliştirildiği bir sürece girilmiştir.
InSAR tekniğinde iki SAR görüntüsü radar interferogramı oluşturmak üzere karşılaştırılır. Đnterferogram hedef alanın yüksekliği (topoğrafyası) ile ilgili bilgi sağlayabileceği gibi iki görüntü alımı arasında meydana gelen yer menzil mesafesinde oluşacak küçük değişimler hakkında da bilgi verir. SAR görüntüsü bir radar kaynağından gönderilen sinyallerin hedef yüzeyden yansıdıktan sonra kaydedilen genlik ve faz değerlerini içerir. Genlik, hedefin yansıma özelliklerini ifade ederken; faz, hedefe olan uzaklığa bağlı bir değerdir. InSAR iki SAR görüntüsündeki birbirine karşılık gelen piksellerin faz farklarını belirler ve interferogram oluşturur (Bürgmann vd., 2000). InSAR tekniği topografya ve yeryüzü deformasyonunu ölçmek için kullanılabilir.
InSAR tekniğiyle haritanın elde edilmesi fotogrametrideki yaklaşıma benzerdir. Stereoskopide, arazinin bir çift görüntüsü iki farklı noktadan alınır. Farklı alım noktaları nedeniyle elde edilen paralaks, topoğrafyanın yeniden oluşturulmasını sağlar. InSAR tekniğinde, SAR görüntüleri arasındaki paralaks, iki SAR görüntüsünde kaydedilmiş faz bilgilerinin farkına karşılık gelir. Tekniğin sayısal arazi modeli elde etmek için kullanıldığı en güzel örnek mekik radar topoğrafya görevidir (SRTM: Shuttle Radar Topography Mission). SRTM yaklaşık 60° kuzey ve güney enlemleri arasındaki kuşakta yüksek çözünürlüklü topoğrafik veri elde etmek için planlanmış bir görevdir. Bu görev, Şubat 2000’de Endeavour uzay mekiğinin üzerine yerleştirilmiş iki radar yardımıyla 11 günde tamamlanmıştır (Farr vd., 2007).
InSAR yardımıyla gerçekleştirilen uygulamalar bilim ve toplumun ilgi alanına giren konulara farklı bir bakış açısı sağlar ve elde edilen bilgi yeryuvarının yapısının ve geçirdiği değişimin anlaşılması açısından çok anlamlıdır. Magmanın yüzey hareketlerinden, plaka hareketlerine ve buz katmanlarının izlenmesine kadar yeryuvarının geometrik görünümünde meydana gelen konumsal ve zamansal değişimin izlenmesinde InSAR büyük avantaj sağlar. GPS gibi noktasal yer değişikliğinin üç boyutlu bileşenlerini ölçemese de InSAR ile elde edilen 20-100 m’lik yüksek piksel çözünürlüğü, uygulamanın çok daha geniş ölçeklerde ve daha detaylı olarak gerçekleştirilmesini sağlar. Veri toplama işinin ilgili bölgede bulunmayı ve yersel çalışmayı gerektirmemesi, bu tekniğin bir diğer önemli avantajıdır. Bu durum sadece ekonomik bir kazanç sağlamakla sınırlı kalmaz, aynı zamanda volkanik bölgeler gibi riskli yerlerde yaşanabilecek güvenlik sınırlarını da ortadan kaldırır.
Bu çalışmada InSAR yöntemi ile Konya Kapalı Havzası’nda yeraltı suyu çekilmesi sonrası oluştuğu varsayılan yüzey deformasyonları incelenmektedir. Bölgenin
belirli bir deformasyon dağılımının ve niteliğinin (büyüklüğünün) incelenmesi hedeflenmektedir. Türkiye’de 2000’li yıllardan itibaren uygulama bulan bu tekniğin esaslarının iyi anlaşılabilmesi için genel olarak radar ve SAR tekniklerinin gelişimi, sonra da InSAR tekniğinin dayandığı teori sunulmuştur. Uygulamanın anlatıldığı kısımda ise görüntü seçiminde dikkat edilecek önemli noktalara değinilmiştir. Avrupa Uzay Ajansı’ndan (ESA) sağlanan ENVISAT görüntüleri zemin çökmelerinin belirlenmesi amacıyla kullanılacaktır. Delft Üniversitesi’nde geliştirilen DORIS yazılımı ile radar görüntü çiftleri arasında interferogramlar oluşturulacak ve bu interferogramlar yardımıyla zemin çökmeleri konumsal ve zamansal ölçekte belirlenmeye çalışılacaktır.
2. ĐNTERFEROMETRĐK SAR
2.1 InSAR Çalışmalarının Tarihsel Gelişimi
Radar, Amerika Birleşik Devletleri tarafından 1920’li yıllarda, gemi ve uçakların izlenmesi amacıyla geliştirilmiştir. Ancak bu radar, yer bazlı bir radar olup, 1930’larda uçağa takılan izleme radarları geliştirilmiştir. Bu tip radarların çok büyük anten boylarına ihtiyaç duyması nedeniyle, 1950’lerde Yapay Açıklıklı Radar sistemi geliştirilmeye başlanmıştır (Akoğlu, 2001). NASA tarafından oşinoğrafik araştırmalar amacıyla, 26 Haziran 1978 tarihinde uzaya gönderilen Seasat uydusu ile bilimsel anlamda ilk kez yapay açıklıklı radar yöntemi ile yeryuvarının görüntülenmesine başlanmıştır (Massonet ve Feigl, 1998).
1990’lı yıllarda SAR sistemleri, uydu platformlarına yerleştirilerek uzaya gönderilmeye başlanmıştır. Böylece, daha büyük alanların izlenmesi ve görüntülenebilmesi mümkün hale gelmiştir. Interferometrik SAR yönteminin yeryüzünün hareketlerini ölçmeye yönelik yararlı bir araç olduğunu ortaya koyan ilk çalışma Gabriel vd., (1989) tarafından yayınlanmıştır. Çalışmalarında, Kaliforniya’nın Imperial Vadi’sinde arazinin seçmeli olarak sulanması sonucu oluşan yer kabarmasını Seasat uydusunun L-bandı radar sisteminin görüntüleri ile incelemişlerdir. Daha önce de belirtilen Kalifornia’daki Landers depremi çalışmalarından sonra SAR ile çalışan yerbilimcilerin sayısı hızla artmıştır (Akoğlu, 2001). Avrupa Uzay Ajansı’nın ERS, Japonya’nın JERS, Kanada’nın Radarsat uydularının ve SIR-C / X-SAR mekik uçuşlarından elde edilen radar görüntüleri ile depremler, volkanlar, buzullar, yer kaymaları, yeryüzündeki çökmeler ve levha sınırlarındaki deformasyonlar gibi birçok farklı konuda araştırmalar yapılmış ve halen de yapılmaya devam edilmektedir. Yapay açıklıklı radarın tarihçesi hakkında daha ayrıntılı bilgi Curlander ve McDonough’da (1991) bulunabilir.
2.1.1 SAR çalışmalarında kullanılan uydulara genel bakış
Radar sistemleri; X (3 cm), C (6 cm) ya da L bant (24 cm) silsilelerinde elektromanyetik dalgaları iletir ve alır. Söz konusu bant genişliklerindeki dalgalar atmosferik katmanlar boyunca önemli kayıplar vermeden, her hava koşulunda sorunsuz
olarak yayılırlar. Üstün tekniklerle bezenmiş iletilen ve geri gelen bu dalgalar sayesinde hızlı olayların görüntülenmesi ya da bulutlu yerlerin haritalanması mümkündür.
Günümüzde, interferometrik uygulamalar için radar görüntüleri sağlayan önemli uydular bulunmaktadır. Çizelge 2.1 bu uyduların interferometrik özellikleri hakkında bilgiler içermektedir.
Ç iz el g e 2 .1 : Đn te rf er o m et re t e k n iğ in e u y g u n r ad ar u y d u la rı n ın ö ze ll ik le ri F ır la tm a D al g ab o y u B an t Y ö rü n g e T ar am a al an ı B ak ış a çı sı ( o ) Y er se l K ıs al tm a T ar ih i (m m ) p er iy o d u (G ü n ) (S w at h g en iş li ğ i) (k m ) sı k lı ğ ı çö zü n ü rl ü k (m ) S E A S A T 1 9 7 8 2 3 5 L 3 1 0 0 2 3 2 3 E R S -1 1 9 9 1 5 6 .7 C 3 – 3 5 – 1 6 8 1 0 0 2 3 2 5 E R S -2 1 9 9 5 5 6 .7 C 3 5 1 0 0 2 3 2 5 JE R S -1 1 9 9 2 2 3 5 L 4 4 7 0 3 5 2 0 R A D A R S A T 1 9 9 5 5 7 .7 C 2 4 5 0 -5 0 0 2 0 -5 0 1 0 -1 0 0 S IR -C 1 9 9 4 - X ,C ,L D eğ iş k en 1 5 -9 0 1 5 -5 5 1 0 -2 0 0 E N V ĐS A T 2 0 0 1 5 6 .7 C 3 5 1 0 0 -4 0 5 D eğ iş k en 1 5 -1 0 0 0 S R T M 2 0 0 0 5 6 C 3 5 3 0 -3 5 0 g en iş 2 0 -3 0 A L O S 2 0 0 5 2 3 5 L 4 4 2 0 -3 5 0 - 7 -1 0 0 E C H O E ls ie 2 0 0 3 2 3 5 – 5 6 .7 L ,C 3 – 8 – 3 5 - D eğ iş k en E v et
NASA tarafından oşinoğrafik araştırmalar amacıyla, 26 Haziran 1978 tarihinde uzaya gönderilen SEASAT uydusu, dört aylık bir kullanımdan sonra teknik bir arıza nedeniyle devre dışı kalmıştır. 800 km yörünge yüksekliği olan Seasat uydusunda algılayıcı sistem olarak SAR (yapay açıklıklı radar) ile görünür kızılötesi bölgede çalışan radyometre (VIRR: Visible and Infrared Radiometer) kullanılmıştır. Uydu dünya çevresindeki bir turunu 14 günde tamamlamıştır. Bir çerçevedeki görüntü alanı 4000 × 4000 km ve bir resim elemanı büyüklüğü 25 × 25 metredir (URL2).
Avrupa Uzay Ajansı’nın (ESA) ilk uzaktan algılama uydusu olan ERS-1, 17 Temmuz 1991 tarihinde yörüngeye yerleştirilmiştir. Bu uydunun esas amacı çevrenin bilimsel incelenmesine katkıda bulunmaktır. ERS-1 ileri mikro dalga tekniği kullanarak her türlü hava koşullarından etkilenmeden çevreyi global olarak ve tekrarlı bir biçimde gözlemler. Aynı zamanda dünyanın uzak bölgeleri olarak kabul edilen kutup bölgelerinden ve güney okyanusundan bilgiler aktarabilir. Güneşi kesintisiz olarak gören, kutba yakın, dairemsi bir yörüngeye sahiptir. ERS-1, 2 ila 3 yıllık yaşam süresi için tasarlanmış ve onu izleyen ERS-2’de daha sonraki 2-3 yıllık periyod için veri sağlamak amacıyla planlanmıştır. Çizelge 2.1’de de gösterildiği gibi ERS-1’in yörünge periyodu 3,35 ve 168 günlük dönme sürelerinden oluşmaktadır. Herhangi 35 günlük devrin iki farklı verisi işlenerek bir interferogram oluşturulabilir ve yine iki farklı 168 günlük devrin iki farklı verisi ile de bir interferogram oluşturulabilir ancak iki farklı 3 günlük devrin verileri ile bir interferogram oluşturulamaz (Massonet ve Feigl, 1998). ERS-1 ve ERS-2’den bir çift oluşturmak için, iki uydunun aynı 35 günlük yörünge devrini kullanılır.
JERS–1 uydusu Japonya Ulusal Uzay Geliştirme Ajansı (NASDA-National Space Development Agency) tarafından 11 Şubat 1992’de yörüngeye yerleştirilmiştir. Bu uydu, ulusal arazi incelemeleri, ormancılık, balıkçılık, çevresel koruma, afetsel korumalar ve kıyısal takip amaçlı kullanılan bir yer gözlem uydusudur. 568 km yükseklikteki güneş-senkronize yörüngesi üzerinde bir tam dönüşünü 44 günde tamamlamaktadır. JERS1, üzerinde bulunan yüksek performanslı SAR (Synthetic Aperture Radar) ve Optik Sensörü (OPS) yardımıyla 1998 yılına kadar veri toplamıştır (URL 3). JERS–1 1994’de Kaliforniya’da meydana gelen Northridge depremini görüntülemek için kullanılmıştır (Rossi vd.,1996).
RADARSAT uydusu, 1994 yılında Kanada Uzay Ajansı tarafından fırlatılmış ve dünyanın yerden işletilebilir ilk radar uydusu olduğu ifade edilmiştir. RADARSAT
veri setindeki çeşitli çözülme ve yaklaşma açıları, interferometrik uygulamaların gerektirdiği, aynı şartlar altında görüntüler elde etme olasılığını düşürmektedir. ERS-1 ve RADARSAT uydularının interferometrik yetenekleri benzer olsa da birlikte bir interferogram oluşturamazlar. 14 Aralık 2007 yılında fırlatılan RADARSAT–2 uydusu, RADARSAT–1 için önerilen gelişmiş özellikleriyle ön plana çıkmaktadır.
SIR-C uzay mekiği sürekli olarak farklı dalga boylarında ve polarizasyonlarında veri toplayabilme kapasitesi ile zamanının en gelişmiş özellikli platformudur. Đlk uçuşunu 1994’de yapmış ve ikinci uçuşunu da yine 1994’de Ekim ayında gerçekleştirmiş ve bu uçuşu neticesinde başarılı tekrar-geçiş interferometrik deneyler yapılmasını sağlamıştır (Rosen vd., 1998)
ESA tarafından işletilen Avrupa’nın en önemli yer gözlem uydusu ENVISAT, 1 Mart 2002 yılında yörüngesine oturtulmuştur. Yörüngesine yerleştirildiğinde 26 m’lik uzunluğu ve 8211 kg’lık ağırlığı ile Avrupa’nın en büyük uydusu olarak bilinir. Yerden 800 km yükseklikte bulunan ENVISAT bir tam periyodunu 35 günde tamamlar. Hızlı veri aktarım özelliği sayesinde acil uyarı uydusu olarak da kullanılmaktadır. Atmosfer, okyanus, kıyılar, arazi ve buzul gözlemlerinin yanı sıra iklimsel ve çevresel değişimlerin izlenmesine de olanak sağlar. Tüm bu gözlemler, on adet yüksek teknoloji algılayıcı ile yapılmaktadır (URL 4). ENVISAT algılayıcılarının taradığı elektromanyetik aralık, mikro dalgadan, cm boyundaki ulturaviyole dalga aralığına kadar geniş bir yelpazeyi kapsar. Avrupa Uzay Ajansı ENVISAT ile ERS uydularıyla başlatılmış radar temelli gözlemlerin devamlılığını sağlamıştır. Bu devamlılık çevresel ve iklimsel olayların takibinde hayati bir öneme sahiptir.
SRTM, 60° kuzey ile 56° güney enlemleri arasında kalan yeryüzü bölümünün; kesintisiz ve yüksek çözünürlüklü topoğrafik veri setinin elde edilmesinin amaçlandığı bir uydu görevidir. SRTM ile yeryuvarının kara yüzeyinin %80’i haritalanmıştır. Üretilen SRTM verilerinin düşey doğruluğu 16 m’den daha iyidir (URL 5).
2.2 Geometrik ve Matematiksel Esaslar
InSAR uygulamalarına geçmeden önce interferometrik SAR tekniği ana hatlarıyla aktarılmaya çalışılacaktır. SAR hakkında daha geniş bilgi, Elachi (1987) ve Curlander ve McDonough’un (1991) çalışmalarında verilmektedir. Interferometrik SAR hakkında daha geniş bilgi ise, ilk defa bu teoriyi yayınlayan Graham’ın (1974)
makalesinde ve ondan sonra konuyu inceleyen ve tekniği geliştiren, Zebker ve Goldstein (1986), Massonnet ve Feigl (1998) ve Bürgmann vd.’nin (2000) yayınlarda bulunabilir.
2.2.1 Radar kavramı ve görüntüleme özellikleri
RADAR kelime olarak Đngilizce Radio Detecting And Ranging kelimelerinin baş harflerinden oluşmuş bir kısaltmadır. Radyo (hedef) algılama ve mesafe tayini anlamına gelen bu sistem gece veya gündüz, her türlü hava koşulunda radyo sinyalleri ile uzaydaki cisimlerin mesafe, konum ve/veya yükseklikleri hakkında bilgi verir.
Güçlü bir frekans üretici tarafından üretilmiş mikrodalga radar tekniğinin temelini oluşturur. Radar anteninden hedefe gönderilen ve hedefe çarptıktan sonra geri yansıyan mikrodalga sinyal çok hassas bir alıcı tarafından toplanıp kayıt ünitesine kaydedilir. Radarın çalışma esası ses dalgalarının yansımasına benzemektedir. Sesi yansıtan bir ortamda bağırılması halinde (örneğin bir kayalık vadide veya mağarada) bir yankı işitilir. Buna göre sesin havadaki yayılma hızı biliniyorsa hareketli bir nesnenin uzaklığı ve hareket yönü belirlenebilir. Buradan bir radar kaynağı ile hedef arasında sinyalin gidişi ve dönüşü arasındaki geçen süre ∆ ve ışık hızı c olmak üzere hedef t
uzaklığı,
1 2
R= c t∆ (2.1)
eşitliği ile hesaplanır.
InSAR tekniği için kullanılan radar görüntüleme sisteminin özellikleri şu şekilde sıralanmaktadır:
• Radar görüntüleme sistemi aktif bir sistemdir. Bu nedenle güneş ışığından bağımsız olarak her türlü hava şartlarında yeryüzünü görüntüleyebilmektedir.
• Yeryüzü topografyasını ve morfolojisini, deniz ve kara ortamlarındaki morfolojik değişimleri çok hassas algılayabilmektedir.
• Suyu ve bağıl nemi hassas bir şekilde algılayabilmektedir.
• Nem ve düşük yoğunluklu toprağın izin verdiği oranda yeraltı özellikleri ile ilgili bilgiler edinilebilmektedir.
Radar sistemi; yerden yansıyan radar sinyalinin gücüne bağlı olarak, piksel değeriyle tanımlanan bir görüntü üretir (Akabalı 2002).
Radar sinyallerinin yansımasını etkileyen bir takım parametreler mevcuttur. Bunlar:
• Radar teknolojisinin gözlemsel parametreleri (frekans, polarizasyon ve yansıyan sinyallerin geliş açısı)
• Yeryüzünün fiziksel parametreleri (yüzey pürüzlülük oranı, geometrik şekil ve nemlilik)
Radar görüntüleri pek çok noktanın diziliminden veya resim elemanlarından oluşur. Yeryüzündeki bir alan için radar sinyallerinin geri yansımaları, radar görüntüsünde pikseller şeklinde olmaktadır. Düşük enerjili geri yansımalar, görüntüde ‘karanlık alanlar’ olarak, yüksek enerjili geri yansımalar ‘daha açık alanlar’ olarak gösterilir. Parlaklık, radar antenine yansıyan yüksek miktardaki enerjiyi, koyuluk ise yansıyan düşük miktardaki enerjiyi ifade etmektedir.
2.2.2 Yapay açıklı Radar (SAR)
Yapay açıklıklı radar (Sythetic Aperture Radar: SAR) bir hava aracının uçuş güzergâhını kullanarak olabilecek en büyük antenin ve yayın açıklık yüzeyinin (aperture) elektronik benzetimini (simulation) yapabilen radar sistemidir. Yapay olarak genişleyen (uzayan) algılama süreci boyunca sinyal gönderim-alım çevrimleri (PRT ler, PRT = Darbe Tekrarlama Zamanı), hava aracının hassas göreceli konum koordinatları ile birlikte elektronik ortama kaydedilir. Bu çevrimler (cycles) belirli bir sayıya ulaştığında kaydedilen veriler bilgisayarda işlenir. Her bir çevrimde ortaya çıkan değişik Doppler frekansları hedefin geometrisinin çiziminde hesaba katılır. Böylece gerçek bir antenin açıklık açısının elverebildiğinin çok ötesinde yüksek açısal çözünürlüklü bir radar resmi elde edilir.
Bir SAR- radar bilgisayarı A uçuş noktasından C uçuş noktasına kadar ki T zamanı içindeki tüm darbe tekrarlama sürelerinin yansımalarının genliklerini ve faz açılarını kaydeder. Bir hedef (örneğin bir gemi) radar tarafından ilk kez yakalandığında gönderilen darbelerin yansımaları kaydedilmeye başlanır. Bu işlem, platform öne doğru hareket ederken hedef radar ışınları altında kaldığı sürece devam eder. Platformun bu süre içinde kat ettiği yol antenin benzetimleşmiş (simulated) veya yapay boyunu tayin eder. Eğer platform yeterince yol alamazsa antenin açıklık açısı yapay olarak küçülmüş olacaktır. Ölçüm sırasında geçen süre ve darbe tekrarlama esnasında meydana gelen en uzun mesafe (örneğin; A ile D arasında) birbirlerini dengelerler, böylece şerit (swath) üzerinde olabildiğince sabit bir açısal çözünürlük yakalanabilir (Şekil 2.1).
Şekil 2.1: Radar anteninin yapay olarak boyunun uzatılması (URL 1)
SAR tekniği ile ölçülen radar kaynağı ve yeryüzü arasındaki uzaklık (eğik), radar dalgalarının geri yansıdığı yerlerde bulunan topoğrafik düzensizliklerden (bina, yapay yükseklikler, tepe, vb.) olumsuz etkilenir. Uzunluk değerlerinin yanlış belirlenmesinin nedeni yüzey düzensizliklerinin neden olduğu göreli sinyal
gecikmeleridir. Aşağıda bakış doğrultusundaki eğik uzunlukların yanlış ölçülmesi sonucu radar görüntülerinde oluşan bozulmalar açıklanmaktadır.
• Kısaltım (foreshortening) denilen olay arazideki gerçek uzunluğun radar görüntüsünde olduğundan daha kısa algılanmasıdır. Örneğin, bir dağın b tepe noktasının a ve c dip noktalarına göre eşit bir eğimle yükseldiğini düşünelim. Dağın a ve b noktaları arasında kalan a-b yatay mesafesi, eşit durumdaki b-c yatay mesafesine göre resimde daha kısa görünür (Şekil 2.2). Bunun nedeni a dip noktası radara en yakın konumda olduğundan ilk giren nokta olacaktır. b tepe noktası ise yüksekliğinden dolayı görüntüde a noktasına daha yakın buna karşın c dip noktası ise en uzun sinyal dönüş süresine sahip olacağından b noktasına a’nın olduğundan daha uzak görünecektir. Radar görüntüsündeki bu göreceli farklılığa kısaltım denir.
Şekil 2.2: Kısaltım (foreshortening) (URL 1)
• Örtüşme (overlapping) denilen olay bir arazi parçasını, örneğin bir dağın, b tepe noktasının eğik uzaklığının a dip noktasına göre daha kısa olacak şekilde bir eğime sahip olması durumunda meydana gelir. Radara tepeden yansıyan sinyalin dipten yansıyana göre daha erken
döneceğinden a-b aralığı tersine çevrilerek b’-a’ olarak algılanacak, yani biri diğerini örtecektir (Şekil 2.3).
Şekil 2.3: Örtüşme (overlap) (URL 1)
• Gölgeleme durumu ise; bir açı ile radar ışımasına maruz kalan arazi yükseltilerinin ayrıca bir gölgeleme etkisi meydana getirilmesiyle oluşur. Bu gölgenin boyu, güneşin batışında olduğu gibi, geliş açısı büyüdükçe daha da artar (Şekil 2.4).
Yapay açıklıklı radarlar, gerçek açıklıklı radarların sınırlamalarını ortadan kaldırmak için geliştirilmiş sistemlerdir. Bu radarlar ile, kısa anten boyları ve uzun dalga boyları kullanarak iyi azimut çözünürlüğüne ulaşılabilmektedir. Ayrıca bu sistemlerde azimut çözünürlüğü, eğik uzunluktan bağımsızdır (Akabalı 2002).
Yapay açıklık radarlarında açıklık, radarın hareket etmesi yardımıyla sağlanmaktadır. Radar hareket halinde iken, bir yeryüzü noktası birçok farklı konumdan algılanır. Algılanan bu sinyaller dijital ortamda değerlendirilerek yapay bir açıklık sağlanmış olur. Aynı zamanda bu durum SAR teknolojisinin temelini oluşturmaktadır.
Şekil 2.5’deki bir P arazi noktası, radarın A noktası konumundan başlayarak B noktası konumuna kadar görüntülenmektedir. Bu sayede, radarın A noktasından B noktasına hareketi süresince, P arazi noktası birçok farklı konumdan algılanmış olur (Köse, 2006).
Şekil 2.5: Arazi noktasının görüntülenmesi
Bir radar sistemi, veri toplama özelliğinden dolayı araziyi perspektif bir bakış hattı ile algılar ve radar anteni ile yer noktası arasındaki eğik düzlem üzerine doğrusal bir geometri ile görüntüler (Scharrer, 2007). Radar verisinin iki farklı gösterimi söz konusudur:
Eğik uzunluk radar görüntüsü, radar anteni ile yeryüzü hedef noktası arasındaki
eğik uzunlukların ölçüldüğü görüntüdür. Şekil 2.6’da SAR sensörü tarafından ölçülen eğik uzunlukların geometrik gösterimi sunulmaktadır.
Şekil 2.6: Eğik uzunluklar
Şekil 2.6’da O noktası radar sensörü ve A, B, C, D, E noktaları yeryüzü noktalarıdır. Ayrıca AB , BC , CD , DE
uzunlukları eşittir. Ancak radar anteni ile noktalar arasındaki uzunluklar, OA<OB<OC<OD<OE
şeklinde olmaktadır. Eğik uzunluk radar görüntüsünde ise yeryüzündeki bu noktalar arasındaki mesafeler:
AB OB OA BC OC OB CD OD OC DE OE OD = − = − = − = − (2.2)
şeklinde elde edilmektedir. Bu nedenle radar görüntüsü üzerinde bu mesafeler,
AB<BC<CD<DE
şeklinde olmaktadır.
Yatay uzunluk radar görüntüsü ise, radar sensörünü taşıyan platformun yer izi
ile hedef noktaları arasındaki uzunlukların ölçüldüğü ve seçilen bir referans düzlemine uygun pozisyonda yerleştirildiği görüntüdür.
Radar ölçümlerinin sonucu olarak eğik mesafe radar verileri elde edilir. Bu verilerin yatay uzunluğa dönüştürülmesi gerekmektedir. Radarın yeryüzünü görüntüleme biçimi ve uçuş doğrultusuna dik yöndeki yatay ve eğik uzunluklar ile bu uzunlukların geometrik ilişkileri Şekil 2.7 ve 2.8’de ayrıntılı olarak verilmektedir.
Şekil 2.7: Radarın yeryüzünü görüntülemesi (Akabalı, 2002)
Eğik uzunluk ve yatay uzunluk arasındaki matematiksel, ilişki Şekil 2.9’dan görüldüğü gibi Pisagor bağıntısından kolayca çıkarılabilir.
Şekil 2.9 Eğik uzunluk ve yer uzunluğu arasındaki ilişki
Şekil 2.9’a göre; H radar antenin yüksekliği (nadir noktası ile arasındaki düşey uzunluk), s eğik uzunluk, y yatay uzunluk, γ bakış açısı olmak üzere;
2 2 2 y H s = + (2.3) y sin s γ = (2.4)
eşitlikleri geçerlidir. Bu bağıntılardan yararlanılarak eğik uzunluklar yatay uzunluklara dönüştürülebilir.
2.2.3 Interferometrik SAR (InSAR)
Đnterferometrik SAR yöntemi jeodezi çalışmaları ile karşılaştırılabilecek ölçme doğruluğuna sahip olmasına rağmen yüzeydeki deformasyonun 3 boyuttaki tüm
bileşenlerini ortaya çıkaramamaktadır. Deformasyonun sadece radarın bakış yönündeki bileşeni bilinebilmektedir.
SAR tekniği ile alınan radar görüntüsü, yansımaların genliklerini ve fazlarını içeren 2 boyutlu bir kayıt türüdür. Genlik bilgisi yüzeyin yansıtma yeteneğinin bir göstergesi, faz bilgisi ise hem o yüzeydeki nesnelerin radara uzaklığının bir göstergesi hem de yüzeydeki hareketlerin kayıtçısıdır. Đnterferometrik SAR yönteminde en az iki SAR görüntüsünün faz farklarına bakılır ve böylelikle interferogram oluşturulur. Başarılı bir interferogram oluşturulması piksel genişliğinden daha hassas olacak şekilde iki görüntünün birbirine göre hizalanmasını gerektirir. Bu sayede her iki görüntüdeki noktaların birbirlerine göre bağıl faz farkları bulunabilir. Farklı bakış açılarından alınmış iki görüntü arasındaki bağıl faz farkı bilgisi ile yüzeydeki nesnelerin bakış açısındaki uzaklıklarındaki değişiklikleri ve böylelikle de görüntüleme geometrisi biliniyorsa SAR görüntüsüne eş çözünürlükte yüzey topoğrafyası elde edilebilir (Akoğlu, 2001).
Aynı bakış noktasından fakat değişik zamanlarda elde edilen iki görüntünün arasındaki faz farkı kullanılarak şayet yüzeyden yansıyan sinyallerdeki fazlarda gecikmeler varsa bunlar hassas bir şekilde ölçülebilir. Bu sayede eğer yeryüzündeki noktalar radardan, bu iki görüntünün alındığı tarihler arasında uzaklaştılar veya ona yakınlaştılarsa faz değişimleri olacaktır ki bunlar santimetre altında bir hassasiyet seviyesi ile ölçülebilir.
Yeryüzünü düz kabul edersek SAR interferometrisinde kullanılan geometri Şekil 2.10’daki gibidir:
Şekilde görüldüğü üzere S1 ve S2 antenleri B olarak gösterilen bir aralığa
(baseline) sahip iki paralel rotada ilerlemektedirler. Yüzeydeki aynı nesneye S1
anteninden r1 ve S2 anteninden de r2 olarak tanımlanan yan bakış uzaklıkları
ölçülmektedir. Bakış açısı θ ve uçuş yüksekliği H’dır. h ise hedef noktanın yüksekliğidir. Bu değer aşağıdaki formüller yardımıyla hesaplanabilir.
(
)
12 22 2 1 2 2 çözümleme r r B sin r B B λϕ θ α π − − + − = ≈ (2.5) 4 çözümleme arcsin Bλϕ
θ α
π
= − (2.6) h=H −r cos1 θ (2.7)Yukarıdaki formülde geçen ϕçözümleme ilerleyen bölümlerde daha ayrıntılı bahsedilecek olan çözümleme (unwrapped) işleminin (interferogramdaki faz değerlerinin ilk örgeden başlayıp 2
π
'nin katları ile çarpılarak sürekli hale getirilmesi) interferometrik referans faz değerini, λise radar sinyalinin dalga boyunu ifade etmektedir.Daha önce de değinildiği gibi SAR verilerinde faz bileşeni de bulunmaktadır. Aynı yüzey noktasından antenlere gelen iki radar sinyali arasındaki faz farkı;
(
2 1)
(
)
4 4 sin cos y z r r B B π π ϕ θ θ λ λ = − = − (2.8) eşitliğinden hesaplanabilir.(2.8)’den görüldüğü gibi interferometri geometrisinin anahtar parametresi antenler arası uzaklık değeridir. Bu uzaklığın bileşenleri By ve Bz Şekil 2.11’de
Şekil 2.11: S1 ve S2 radar antenleri arasındaki baz (B) vektörü. Baz vektörü S1’de oluşturulan yerel
koordinat sistemi eksenlerine göre By ve Bz bileşenlerine ayrılabileceği gibi bakış doğrultularına göre (B) ve (B⊥) biçiminde de gösterilebilir (Gens, 1998).
S1 ve S2’de alınmış bir veri (görüntü) çiftinin kullanılabilir olup olmadığını çiftin
baz değeri belirler. Örneğin bir bölgenin radar görüntülerinden sayısal yükseklik modeli oluşturmak (digital elevation model-DEM) istenirse B değeri 150–300 metre arası olmalıdır. Yüzey deformasyonlarının inceleneceği çalışmalarda ise 30–70 metre arası olmalıdır. Pratik olarak interferometri yapılabilmesi için ise 600 metrenin altında olmalıdır (Zou vd., 2009). Bu uzaklık değeri arttıkça faz gürültüsü görüntü eşleşmesini engeller. Şayet bu uzaklık sınır değerine ulaşırsa görüntüler arası benzeşim (coherence) tamamen kaybolur. Eşik değer Bc ;
2 2 cos c y r B R
λ
θ
= (2.9) eşitliğinden bulunabilir.Ry eğik uzunluktaki çözünürlüğü simgelemektedir. Özellikle radar verilerinden
hazırlanan topoğrafik haritaların hassasiyeti için baz değeri potansiyel hata kaynaklarından biridir ve hassas olarak bilinmesi gerekmektedir (Zebker vd., 1997).
3. DÜŞEY YÖNLÜ YÜZEY DEFORMASYONLARININ INSAR TEKNĐĞĐ ĐLE BELĐRLENMESĐ
3.1 Interferometrik SAR Teknikleri
SAR verilerinin elde edilme aşamasında üç ana teknik kullanılmaktadır. Bu teknikleri ayıran en önemli parametre baz hattının yönüdür. Ayrıca teknikler isimlerini antenin platforma yerleştirilme durumuna göre aldıkları için veri toplamada ikinci önemli nokta antenin platformdaki konumudur. Bu üç teknik, across-track (hareket doğrultusuna dik), along-track (hareket doğrultusunda) ve repeat pass (tekrar- geçiş) interferometre tekniği olarak adlandırılmaktadır. Üç yöntemle de elde edilen verilerin karşılaştırılmasında çok önemli bir fark bulunmamaktadır.
3.1.1 Hareket doğrultusuna dik (across-track) interferometri tekniği
Bu teknikte 2 SAR anteni aynı platforma monte edilmiştir. SAR verileri; aynı anda ve aynı bazdan (B) hedef alana (P) ait veri alabilirler. Burada baz hattı uçuş yönüne diktir (Şekil 3.1). Teknik, genellikle uçaklarla yapılan çalışmalarda kullanılır. Bu yüzden elde edilen master ve slave görüntüler farklı konumlardan elde edilseler de aynı tarihlerde kaydedilmiş olurlar (Zou vd., 2009).
Buradaki temel problem; yöntemin uçaklar ile gerçekleştirilmesi ile ortaya çıkan, uçağın rotadan sapma ihtimalinin uydulara göre daha olası olmasıdır. Uçak rotadan çıktığı anda kaydedilen görüntü topoğrafyadaki eğimin etkisinden ayırt edilemez.
Şekil 3.2’de görüldüğü gibi antenler uçuş doğrultusuna dik gelecek şekilde platforma yerleştirilir. θ bakış doğrultusu altında hedef noktasının yatay uzaklığı (uçuş doğrultusuna dik);
1
y=r sinθ (3.1)
eşitliği ile hesaplanabilir. Diğer yandan h yüksekliği için,
h=H −r cos1 θ (3.2)
eşitliği geçerli olur. Bu teknik Sayısal Yükseklik Modeli (SYM) oluşturmak için de elverişlidir. Aynı zamanda hareket doğrultusunda interferometre tekniği ile elde edilen verilerle birlikte kullanımında okyanus dalgaları da ölçülebilir (Zou vd., 2009).
Şekil 3.2: Hareket doğrultusuna dik interferometri (Gens, 1998).
Yöntemin matematik esasları ve daha fazla bilgi Moccia ve Vetrella’nın (1992) çalışmalarında bulunabilir.
3.1.2 Hareket doğrultusunda (along-track) interferometri
Aynı platformda iki SAR anteninin kullanıldığı bir diğer yöntemdir. Kısıtlı bir kullanıma sahip olmakla birlikte genellikle uçaklar ile yapılan SAR uçuşlarında uygulanmaktadır. okyanuslardaki akıntıların incelenmesi, hareket eden cisimlerin takip edilmesi gibi amaçlar için kullanılmaktadır. Diğer yönteme göre en önemli farkı baz hattının uçuş yönüne paralel olmasıdır (Şekil 3.3).
Şekil 3.3: Baz ile hareket doğrultusunun geometrik (paralel) gösterimi
Tekniğe ait geometrik özellikler Şekil 3.4’de görüldüğü gibidir.
Yöntemin matematiksel esasları bir öncekinden farklı değildir. Sadece eksen yönleri değişmiştir. Denizlerdeki akıntıların incelendiğini düşünürsek sinyaller arasındaki faz farkı ϕ akıntının hareketi ile meydana gelecektir. Hareket eden yüzey sudaki dalgaların faz hızına göre bir Doppler atımına sebep olacaktır. Yöntem ile sadece hareket eden kısımlar radar görüntüsünde görünecektir. Bir noktanın veya nesnenin hızı
u ile faz farkı arasındaki ilişki,
4 x u B v π ϕ λ = (3.3) eşitliğiyle tanımlanır. Burada v uçağın hızını, λ dalga boyunu ve Bx’de baz uzunluğu
bileşenidir.
Đnterferometrik ölçümlerin duyarlılığı uygun baz seçimine bağlıdır. Yukarıda bahsedilen iki yöntemde de 2 SAR anteni aynı platformda olduğu için uygun baz uzunluğunu seçmek mümkün olmayacaktır.
3.1.3 Tekrar-geçiş (repeat pass) interferometri yöntemi
Bu yöntemde tek bir hava aracı ve bu araca yerleştirilmiş tek SAR algılayıcısı söz konusudur. Hedef bölge üzerinden uydunun biraz farklı bir bakış açısı ile tekrar geçmesi ikinci bir anten işlevi görür. Bu yöntem için uçuş yörüngelerinin çok hassas olarak bilinmesinin önemi büyüktür. Uyduların bu yöntemde tercih edilmesinin nedeni bundandır. Şekil 3.5 tekrar-geçiş interferometrisinin genel yapısını, Şekil 3.6 ise yönteme ait geometrik özellikleri ortaya koymaktadır.
Şekil 3.6: Tekrar geçiş interferometri geometrisi (Gens, 1998).
Uyduların yörünge konum bilgilerinden hesaplanan B baz büyüklüğünden veya radar algılayıcılarla ölçülen hedef eğik uzunlukları r1 ve r2 arasındaki farktan yararlanılarak antenler arası mesafe bulunabilir. Faz farkı bilgisine ise
4 B π ϕ λ − ∆ = (3.4) formülü ile ulaşılabilir.
Tekrar geçiş geometrisini kullanarak bir bölgenin bir sayısal yükseklik modeli çıkartılmak istenirse, ilk aşama iki SAR görüntüsündeki her resim elemanına karşılık gelen yer noktasının yüksekliği h’ı hesaplayabilmek olacaktır. Radarın dalga boyu zaten bilinmektedir. Hassas uydu yörünge verilerinden de uydunun uçuş yüksekliği H ve anten açıklığı B de hesaplanabilmektedir. (3.4)’den faz farkı ∆ϕ interferogramı oluşturmaktadır. Đki radar görüntüsünün alındığı tarihler arasında hedef yüksekliklerin
ve diğer özelliklerinin aynı kaldığı atmosferik etkilerden dolayı gecikme kabul edilir ve anten konfigürasyonu hassas olarak bilindiği varsayılırsa hesaplanan faz farkları incelenen bölgenin yüksekliklerinin bulunmasını sağlar. Đki görüntüdeki noktaların birbiriyle karşılaştırılması ile elde edilen faz iki SAR görüntüsünün yayılma fazları arasındaki farka eşit bir interferogram oluşturulmuş olur. Đnterferogram, faz farkından dolayı örgelerin interferans dokusudur. Fazın ya da örgenin interferogramdaki her bir döngüsü, dalga boyunun yarısı kadar uydu yeryüzü uzaklığındaki değişimlere karşılık gelir (Çakır, 2003). Đnterferogramın genlik değerleri ise radar görüntülerinin geri yansıma değerlerinin bir sonucudur. Đnterferogramlarda genellikle genlikler gri tonlama ile ve faz büyüklükleri de renkli olarak (bir birimlik renk ölçeği (örge) 2
π
’lik bir faz değişikliğini gösterecek şekilde) sunulurlar. Đstenirse interferogramdaki faz değerleri ilk örgeden başlayarak 2π
'nin katları biçiminde sürekli hale getirilebilir başka bir deyişle fazlar çözümlenir.Eğik uzunluklar (r1, r2) arasındaki farklar, ilgili faz farklarının radar sinyalinin
dalga boyu ile çarpılması ile hesaplanabilirler. Görüntüdeki bir noktanın konumunun tayin edilebilmesi için yörünge bilgisi, anten açıklığı vektörü ve interferometrik eğik uzunluğun bilinmesi yeterlidir.
Đnterferometrik fazdan elde edilen yükseklik bilgisi ve SAR’dan elde edilen 2 boyutlu konum bilgisi ile sayısal yükseklik modeli oluşturulabilir.
Bu tez çalışmasında, interferometrik yapay açıklıklı radarı ile topoğrafya dışında ölçülmeyi hedeflenen bir diğer büyüklük de iki görüntünün alındıkları tarihler arasında yüzeyde meydana gelen düşey yönlü deformasyonlar veya depremler gibi nedenlerden dolayı meydana gelen değişikliklerdir. Yeryüzünde meydana gelen değişiklikler ve bundan dolayı bakış yönündeki menzil değişikliği arasında şu ilişki vardır:
r
r d r
δ
= ⋅ℓ (3.5)Eşitlikte δrbakış doğrultusundaki eğik uzunluk değişimini, dr
yer değiştirme vektörünün eğik uzunluk doğrultusundaki bileşenini ve lr
ise aynı doğrultudaki birim vektörü simgelemektedir (Akoğlu,2001). Eğik uzunluk yönünde iki görüntü tarihi arasında 1 cm hareket etmiş olan bir piksel, gidiş dönüş mesafesi 2 cm kadar değişmesine neden olur. 2 cm’lik değişim ENVISAT uydusu için dalga boyunun yaklaşık %40’ına karşılık gelmektedir. Bu büyüklükteki faz kayıklığı rahatlıkla gözlenebilir. Radarın bakış doğrultusunda yarım dalga boyu kadar bir hareket
interferogramda bir örge oluşturur ki, bu da yine ENVISAT uydusu için 28 mm’lik bir hareket demektir. Tekniğin bu derece bir ölçme inceliğine sahip olması yerbilimcilerin ilgisini uyandırmaktadır. Elbette deformasyonu hesaplamak için topoğrafik, yörüngesel ve atmosferik etkiler gibi bozucu etkilerin fazda önceden kaldırılmış olması gerekmektedir.
3.2 Veri Değerlendirmede Çevresel Etkiler
Đnterferometrenin temel ilkesi, radar görüntüleri arasındaki farklılıkları kullanmaktır. Konum farkına (örneğin bir düzlemdeki iki anten, görüntüleri eş zamanlı olarak elde eder) veya zaman farkına (örneğin bir anten görüntüleri iki farklı zamanda elde eder) sahip görüntü fazları uygun bir eşleştirmeden sonra karşılaştırabilir. Ortaya çıkan faz farkı ‘interferogram’ olarak adlandırılan yeni bir görüntü türü olur. Đnterferogramların oluşmasını sağlayan faz ölçümlerini birçok fiziksel olay etkiler. Bunlar,
piksel çözünürlüğü, yörünge etkisi, topografyanın etkisi, deplasmanların etkisi,
atmosferik etki, şeklinde sıralanabilir.
3.2.1 Piksel çözünürlüğü
Bir radar görüntüsünde piksel ile gösterilen resim elemanı resme giren diğer piksellerin temsil ettiği yüzeylerden farklılıklar gösterir. Elde edilen genlik görüntüsü yeryüzünün değişik fiziksel özelliklerine göre görüntüde yer yer tonlama farklılıkları gösterir. Örneğin yeryüzündeki bir su birikintisinin genlik görüntüsü ile farklı bir toprak cinsinin genlik görüntüsü arasında gözle ayırt edilebilen gri tonlama farklılıkları gözlenebilir.
Şekil 3.7: Yapay açıklık tekniği ile ortaya koyulan çözünürlükteki gelişme.
Şekil 3.7’de sol panel 17 Mart 2009’da alınmış Konya kent merkezinin güneyinden başlayıp Çumra, Yalıhüyük ve Güneysınıra kadar uzanan ENVISAT genlik görüntüsüdür. Resim alanı kuzeydoğu-güneybatı yönünde 100 × 100 km’lik bir çerçeveyi içine almaktadır. Bu görüntüde, karanlık (koyu) renkler düşük genlikli yüzey alanını gösterdiğinden Suğla Gölü açık bir şekilde ayırt edebilmektedir. Sağ panelde ise aynı bölgenin ikinci bir radar görüntüsü ile işlenmiş hali görülmektedir. Görüntünün üst orta kısımında Konya kent merkezi daha parlak görülmekte ve görüntünün alt kısımlarındaki dağlar sol resime göre daha net seçilebilmektedir.
Burada önemli olan nokta, radarın bakış yönünün iki görüntü açısından aynı olmasıdır. Aksi takdirde temel hedefler (yerin gerçek görünümü) pikselin hareket doğrultusunda (along-track) farklı bir şekilde toplanacaktır. Đnterferogram, iki gözlem yönü arasındaki açı ile doğrusal olarak indirgenir.
3.2.2 Yörünge etkisi
Uydular hareketlerini belirli (önceden belirlenmiş) yörünge (Kepler) parametreleri ile gerçekleştirirler. Ancak uydular, yerin basıklığı ve kitle dağılımındaki düzensizlikler ve bozucu diğer nedenlerden ötürü belirtilen yörüngeden az ya da çok uzaklaşırlar. Yörüngede, Kepler parametrelerinin dışında gerçekleşen konum değişiklikleri hassas yörünge düzeltmesi yapılarak etkisi ortadan kaldırılmalıdır.
Böyle bir yörüngesel hatanın sonuncunda görüntü (interferogram), bozuk çıkar. Yani örgeler oluşmaz ve renkler birbirini takip eden ve kapanmayan eğrilerden oluşur. (Şekil 3.8)
Şekil 3.8: Bir interferogramda meydana gelen yörüngesel örgeler
3.2.3 Topografyanın etkisi
Radar farklı iki bakış noktasından topografyayı gözlemlediği için, yörüngesel etkinin büyük bir kısmının ortadan kaldırılması ile temel bir stereoskopik etkiyi gözler önüne serer. Bu topografik etki, eşyükselti eğrileri gibi topografyanın şeklini alan ve ışık dalgalarının karışması ile üretilen örgeler oluşturur (Şekil 3.9).
Şekil 3.9: Karadağ üzerindeki topoğrafik örgeler
Đnterferogramdaki eşit faz hatları olarak örgeler tıpkı topoğrafik bir haritadaki eş yükseklik eğrileri gibidir. Bunlar “topoğrafik örgeler” olarak adlandırılır. Arazinin nereye doğru yükseldiğini belirlemek için bir başlangıç seçmek veya topoğrafik örgeler üretmek için ihtiyaç duyulan yükseklik değişimini kullanmak uygundur. Topoğrafyanın etkisinin kaldırılabilmesi için ya farklı bir kaynaktan oluşturulmuş olan bir sayısal yükseklik modeli ya da deformasyon içermeyen bir radar görüntüsü kullanılmalıdır. Bu çalışmada sayısal yükseklik modeli olarak SRTM verisi kullanılmış ve beklenen sonuçlar elde edildiği için de SYM olarak başka bir görüntü çifti kullanılmaya ihtiyaç duyulmamıştır. Bu çalışma için kullanılan ve uygun veri çiftlerinden elde edilen SYM Şekil 3.10’ da verilmektedir.
Şekil 3.10: Çalışmada kullanılan Sayısal Yükseklik Modeli
3.2.4 Deplasmanların etkisi
Topoğrafik ve yörünge etkilerinin ortadan kaldırılması, radar ve hedef arasındaki görüş çizgisi boyunca gerçekleşen yer hareketlerini ortaya çıkarır. Yerin bir bölümündeki konum değişikliği görüntüler arasında faz kayıklığı olarak görülür. Matematiksel olarak bu durumun ifadesi daha önce bölüm 3.1.3 de verilen (3.5) eşitliği ile daha da net anlaşılabilir. Eşitlik bakış doğtultusundaki eğik uzunluk değişiminin, yer değiştirme vektörü ve aynı doğrultudaki birim vektörü yardımıyla belirlenmesi esasına dayanmaktadır (Massonnet vd., 1998).
3.2.5 Atmosferik Etki
Eğer iki görüntü farklı zamanlarda elde edilirse, o zaman atmosferik bir etki söz konusudur. Troposfer ve iyonosferdeki fark; radar ve yolun görünen uzaklığını farklı
zamanlarda elde edilmiş görüntüler üzerinde etkileyebilir. Ancak elde edilen birinci (master) ve ikinci (slave) görüntüler yılın (birbirini takip eden) aynı tarihlerinde alınırlarsa bu durumda görüntüyü etkileyen bozucu etken (o tarihlerdeki atmosferik etki) her iki resimde aynı olacağından interferogramın oluşumu sırasında bunlar birbirini götürerek görüntü üzerindeki saçılımlar ortadan kalkacaktır. (Şekil 3.10)
Şekil 3.11: Atmosferik etkinin bulunmaması durumunun incelenmesi
Atmosferik etkinin en az olması isteniyorsa birinci ve ikinci görüntünün aynı hava şartlarına denk gelen günlerde alınması gerekmektedir. Bu seçime meteorolojiden bilgi edinilerek varılabilir. Ancak her şeye rağmen yine de aynı gün içinde bile atmosfer koşulları değişebilir. Atmosferik etki fazla ise interferogram saçılımlardan oluşur (Şekil 3.11).
Şekil 3.12: Bir interferogramda görülen atmosferik örgeler
Troposferik etkiler; fırtına bulutları ve rüzgârdan kaynaklanan türbülansın oluşturduğu değişimlerdir. Đyonosferik değişiklikler de radar yayılımını etkileyebilir. Sonuç olarak atmosferdeki heterojen bir değişiklik bile (basınç, nem ve sıcaklık) sinyalin içinden geçmesi gereken troposferin inceliğini modüle eden karşılaştırılmış bir kabartı ile ortaya çıkarılabilir. Bu etkilerin hepsi bir interferogramdaki faz değişikliği olarak görünür. Gece görüntülerinden elde edilen interferogramlar “uyumlu” sonuç verirken, gündüz görüntülerinden elde edilen interferogramlar daha az ve daha küçük atmosferik yapay olgular gösterirler. Bunun nedeni bitki örtüsünün hareketsiz durumu veya istatistiksel olarak gece daha sabit bir atmosfer olması olabilir (Massonet ve Feigl, 1998).
4. KONYA KAPALI HAVZASI’NDA DÜŞEY YÖNLÜ YÜZEY
DEFORMASYONLARININ ĐNTERFEROMETRĐK YAPAY AÇIKLIKLI RADAR YÖNTEMĐ ĐLE ĐZLENMESĐ
4.1 Konya Kapalı Havzası
Konya Kapalı Havzası Anadolu yarımadasının iç kesiminde yaklaşık 62 000 km2’lik bir alanı kapsayan ve Konya, Karaman, Niğde ve Aksaray illerini içine alan Türkiye’nin en büyük kapalı havzasıdır. Đç Anadolu’nun tipik iklimsel özelliklerini taşıyan havzanın toprakları düz veya hafif dalgalı topoğrafyada eski göl ve deniz tortulları ile volkanik kayaçlar üzerinde oluşmuştur. Havzanın Karaman il sınırları içindeki kesiminde ise volkanik kayaçlarla kaplı Karadağ gibi yükseltiler ve Tersiyer çökeller bulunmaktadır (Göçmez vd., 2004). Kapalı Havzayı güneyden bir yay biçiminde Toros dağları sınırlar. Ovalık iç kesimlerin yüksekliği 850-1000 m arasında değişirken (tüm havzanın yaklaşık %65’i) yükseklikler Toros dağlarında 3900 m’ye kadar çıkmaktadır. Havzayı besleyen su kaynaklarının büyük çoğunluğu Toros dağlarından beslenen akarsular ve yeraltı sularıdır.
Havza, arazi kullanım özellikleri ve kalitesi yönünden değerlendirildiğinde %48.4’ü sürülebilir tarım arazisi niteliğindedir. Türkiye’deki yıllık çekilebilir yeraltı suyu rezervi 13,66 km³/yıl’dır. Konya kapalı havzasında ise bu oran ülke genelinin %10’una karşılık gelmektedir. Konya kapalı havzasının rezervinin tarımsal sulamada kullanılan kısmının %80’i DSĐ olanakları ile sulamaya sunulmakta olup, kalan rezervin %20’si ise kişisel teşebbüsler tarafından kullanılmaktadır. Tarımsal sulamada kullanılan su miktarı ise genelin %70’ine ulaşmaktadır (Đşçioğlu ve Hamarat, 2004).
Bölgenin yıllık yağış ortalaması 398 mm olmakla birlikte ovanın büyük bir kesiminde yıllık yağış oranı 270 - 320 mm arasında kalmaktadır. Uzun yıllar tahıl ambarı olarak bilinen Konya ovasında kuru tarımın yapılması imkânsız hale gelmiştir. Bölge 2 750 000 ha tarım arazisine, 1 670 hm³ yeraltı, 5 950 hm³ yerüstü olmak üzere 7.620 hm³ su potansiyeline sahiptir. Aktif kullanılabilir su potansiyeli 3.185 hm³ olmasına rağmen, izinsiz açılan kuyulardan dolayı fiili kullanım bunun çok üzerinde olmaktadır.Havza, önemli su potansiyeline sahiptir, ancak son yıllarda yağışların azlığı ve bilinçsiz kullanım nedeniyle yeraltı su seviyeleri gittikçe düşmekte, yeraltı suyu rezervleri tükenmekte ve havzadaki şartlar kuraklığa doğru yaklaşmaktadır (Göçmez vd.,2008)
4.2 Konya Kapalı Havzasının Đklimsel Özellikleri
Konya ve çevresinde yazları sıcak ve kurak kışları soğuk ve karlı karasal iklim tipi hâkimdir. Konya Meteoroloji istasyonu verilerine göre Thornthwaite formülü yardımıyla bölgenin iklim tipi E B11 db3 (kurak, mezotermal, su fazlası olmayan okyanus tesirine yakın) iklim tipidir (Göçmez ve ark., 2004). Her mevsim suyun aktığı akarsular; Çarşamba çayı, Meram deresi, Sille deresi, May deresi (Hatunsaray deresi), Đnsuyu Deresi, Gümüşler deresi, Đvriz çayıdır. Gölleri ve sulak alanları ise Tuz gölü, Beyşehir gölü, Akşehir gölü, Çavuşcu gölü, Suğla gölü, Ters akan gölü, Bolluk Gölü, Kulu Gölü, Meke gölü, Acı Göl, Hotamış gölü, Ereğli sazlıklarıdır. Ayrıca Konya Kapalı Havzasında dünya harikası diyebileceğimiz obruklar ve traverten konileri de su taşıyan yapılar olarak bilinmektedir.
Konya Kapalı Havzası’nda 2007 yılında ortalama yıllık yağış 280.8 mm olup, oldukça düşüktür. Havza için hazırlanan yağış dağılım grafiğine göre 1984-1988 ve 1994-1996 yılları arası yağışlı dönemleri 1988-1994 ve 1999–2006 yılları arası ise
kurak dönemleri göstermektedir. 1998 yılından itibaren 10 yıldır kurak dönemdir. 2007 yılındaki yağış değerleri uzun yıllar ortalamasının bile altındadır.
Yapılan ölçümlerde yeraltı suyu seviyesinin dönem başı Ocak 2006’daki seviyeler, dönem sonu Aralık 2006’daki seviyelere göre değerlendirildiğinde bir sene boyunca havzaya düşen yağışlar yeraltı suyu seviyesini yükseltmemiştir. Seviyelerde 1-6 m düşüş gözlenmiştir (Göçmez vd., 2008).
Havza, bitki yetişme döneminde hem miktar hem de dağılış olarak yeterli ve düzenli yağış almamaktadır. Bu durum; Konya ovasında tarımsal üretimde sulamayı zorunlu kılmaktadır. Konya havzasında su kaynaklarını yeraltı ve yerüstü su kaynakları oluşturmasına rağmen Konya havzası su potansiyeli bakımından fakir sayılabilecek bir konuma sahiptir.
4.3 Düşey Yönlü Yüzey Deformasyonu ve Jeodezik Yöntemlerle Đzlenmesi
Üzerinde yaşadığımız doğal ortamda veya insan eliyle inşa edilen yapay objelerde ortaya çıkabilecek geometrik değişimlerin sonucu, insan hayatının güvenliği ile doğrudan ilgilidir. Zaman içerisinde hareket ettiği bilinen doğal ve yapay sistemlerin geometrik değişimlerinin izlenmesi, belirlenmesi ve tanımlanması mühendislik faaliyetlerinin bir parçasıdır. Gerek yer kabuğu hareketlerini, gerekse mühendislik yapıları ve çevresinde meydana gelebilecek geometrik değişimleri belirlemek amacıyla yapılan ölçmeler “deformasyon ölçmeleri” olarak isimlendirilir.
Deformasyon ölçmelerinde farklı tekniklerin bir arada kullanıldığı alanlardan birisi de düşey yönlü yüzey deformasyonlarının bir başka değişle zemin çökmelerinin izlenmesidir. Zemin çökmesi, çevresel ve jeolojik etkiler altında zeminin düşey yönde aşağıya doğru yaptığı hareket olarak tanımlanır. Hidrojeolojik süreçler başlıca neden olarak görülse de, yeraltı sularını ve madenleri yeryüzüne çıkaran insan faktörü içinde bulunduğumuz yüzyılda daha belirleyici bir rol oynamıştır. Zemin çökmeleri zaman zaman önemli ölçüde can ve mal kaybına yol açan tabi olaylar olup, gerek bina, yol, baraj, köprü ve liman gibi çeşitli mühendislik yapılarında, gerekse çevresinde önemli derecede zararlara yol açabilmekte ve bazı durumlarda topoğrafyada derin izler bırakabilmektedir. Zemin çökmeleri esas olarak yeterince kararlı olmayan toprak (tortul) katmanlarının yeraltından çıkarılan su veya benzeri kaynaklarının boş bıraktığı yerlere doğru hareket etmesiyle gelişir. Boşaltılan yeraltı kaynağının sağladığı destek
