Dünya yüzeyi/topoğrafyası sürekli değişmektedir. Binalar, barajlar, köprüler, setler ve diğer altyapılar da değişken dış yüklere ve deforme olmalarına neden olabilecek zemin değişikliklerine maruz kalırlar.

Şiddetli rüzgarlar, depremler veya sellerin neden olduğu gibi anormal deformasyon felakete neden olabilmektedir. Bu nedenle, erken uyarı işaretlerini tespit etmek ve felaketleri önlemek için altyapı ve çevresindeki zeminin hareketindeki eğilimleri izlemek önemlidir.

Bu hareketler yerden ve uzaydan izlenebilmektedir. Özellikle GNSS kullanan yersel yöntemler doğru ve güvenilir ölçümler sağlar. Bununla birlikte, bazı eksiklikleri vardır: Zaman alıcı, emek yoğun ve pahalıdırlar. Ayrıca, deformasyonları daha geniş alanlarda izlemek için zeminin tamamını ölçüm aletleriyle kaplamak gerekir. Böyle bir yoğunluk gerçekçi değildir.

Radar interferometrisi, GNSS alıcıları gibi yeryüzü aletleriyle birlikte kullanılarak öngörüleri geliştirebilir ve ölçeklendirebilir. Radar interferometrisi ile, sentetik açıklıklı radar (SAR) alımlarının zaman serilerini analiz ederek erişilemeyen bölgelerde bile deformasyonları incelemek mümkündür.

Radar interferometrisinin altyapının izlenmesinde kullanılması çeşitli avantajlar sunar:

• SAR algılayıcıları hava durumu veya günün saati ile sınırlı değildir,
• Tarihsel veriler, geçmiş yersel ölçüm verileri eksik olduğunda önceki deformasyon oranlarını izlemek için kullanılabilir,
• Geniş alanların sürekli izlenmesi için uygun maliyetli bir yöntemdir.

İnterferometri, hedef nesnelerin belirli özelliklerini elde etmek için girişim desenlerinin kullanılmasıdır. İnterferometri, uzayın incelenmesi (astronomi) ve Dünya’nın gözlemlenmesi (DG) gibi çeşitli alanlarda uygulama alanı bulmaktadır.

DG uygulamaları için, havadan veya uzaydan gelen radar algılayıcıları mikrodalga sinyallerini Dünya yüzeyine iletir ve geri saçılan sinyallerin hem genliğini hem de fazını SAR görüntülerinde kaydeder.

Aynı alanın farklı açılardan çekilen iki SAR görüntüsü, karşılık gelen pikseller arasında bir zaman veya faz farkına sahip olacaktır. Faz farkı, bir dalganın diğer bir dalgaya kıyasla geride kaldığı veya önde gittiği zamandır. Mikrodalgaların hedefe farklı yol uzunlukları kat etmesi nedeniyle oluşur çünkü:

• Nesneler arasındaki arazi/yükseklik farkları,
• Gözlemler arasındaki zemin/nesne deformasyonu,
• Sinyal yolları arasındaki sıcaklık, nem ve basınç gibi atmosferik koşullardaki farklılıklar.

Sonuç olarak, Dünya yüzeyindeki kaymaları tespit etmek için interferometriden yararlanılır. Deformasyon ani (örneğin volkanik faaliyetler veya toprak kaymaları nedeniyle) veya yavaş (örneğin arazi çökmesi ve yükselmesi nedeniyle) olabilir. Diferansiyel interferometri (DInSAR) ani deformasyonu ölçmek için uygunken, PSI yavaş ve ince hareketleri izlemek için kullanılır.

Görüntü çiftlerindeki karşılık gelen pikseller arasındaki faz farklarının karşılaştırılması, SAR interferometrisi (InSAR) olarak bilinen bir süreçte bir SAR interferogramı verir.

Gökkuşağı rengindeki girişim desenleriyle karakterize edilen interferogram, Sayısal Yükseklik Modeli (SYM) oluşturmak ve arazi değişikliklerini izlemek için kullanılan üründür.

Depremler, toprak kaymaları vb. nedenlerle oluşan yüzey deformasyonu interferogramda faz farkına neden olur. Bu tür hareketleri, topografik fazı (bir referans SYM’den çıkarılan) interferogramdan çıkararak ölçebiliriz. Sonuç, diferansiyel bir interferogramdır.

DInSAR, santimetre düzeyinde doğrulukla geniş alanlardaki yüzey değişikliklerini izlemek için yararlı olsa da, yılda birkaç milimetre olan altyapı çökmesi gibi düşük deformasyon oranlarına maruz kalan alanlar için uygun değildir.

Düşük oranlı deformasyon alanlarında doğru deformasyon oranları elde etmek için, atmosferik katkılar gibi diğer faz bileşenlerini tahmin etmek ve etkilerini gidermek esastır. DInSAR bireysel interferogramların analizini içerdiğinden, diğer faz bileşenlerini doğru bir şekilde tahmin edemez.

Persistent Scatterer Interferometry (PSI) tekniği bu sınırlamanın üstesinden gelir.

Persistent Scatterer Interferometry (PSI) Nedir?

PSI, Dünya yüzeyindeki küçük değişiklikleri ölçmek ve izlemek için aynı alan üzerinden alınan birden fazla SAR görüntüsünü kullanan bir uzaktan algılama tekniğidir. Persistent Scatterer Interferometric Synthetic Aperture Radar (PSInSAR) olarak da bilinir.

PSI, yüzey hareketlerini diğer faz bileşenlerinden ayırmak için uygun veri işleme ve analiz yöntemlerini kullanır. Uzun bir süre boyunca güçlü ve sabit bir yansımaya sahip piksellerin tanımlanmasını içerir: Kalıcı Saçıcılar (PS’ler). PS’ler yüksek bir korelasyona sahiptir ve bu nedenle tutarlı oldukları söylenebilir.

Tutarlılık (coherence), interferogramdaki faz gürültüsünün bir ölçüsüdür.

Görüntü çiftlerinde karşılık gelen pikseller birbirine benziyorsa, korelasyon yüksektir ve tutarlılık da yüksektir. Bunun tersi de doğrudur. Karşılık gelen pikseller benzer değilse, faz önemli ölçüde değişecek ve tutarlılık düşük olacaktır. Böyle bir görüntünün korelasyonsuz olduğu söylenir.

PS’ler genellikle binalar, köprüler ve kayalar gibi sert nesnelerdir. Bu nedenle PSI, deformasyonla ilgili altyapı hasarını tahmin etmek ve önlemek için idealdir.

Bunun için PSI tabanlı altyapı izleme için aynı alanı kapsayan birden fazla radar görüntüsüne ihtiyaç duyulur ve topografik ve atmosferik hatalar doğru bir şekilde tahmin edilir ve ortadan kaldırılır; bu da yer değiştirme bileşeninden ayrılır. Örneğin, C-bant SAR görüntülerini kullanan PSI analizi en az 15-20 görüntü gerektirir.

Ek olarak, seçilen görüntüler, uydu görüntüleme yönüne dik herhangi iki edinim noktası arasındaki mesafenin (dik baz olarak bilinir) kritik baz değerinden fazla olmamasını sağlayacak şekilde olmalıdır.

PSI Tekniğinin Sınırlamaları

Sadece algılayıcının bakış doğrultusunda (LOS’da), yani algılayıcıyı nesneye bağlayan hat boyunca deformasyon oranını ölçebiliriz.

PSI yalnızca PS’ler üzerindeki deformasyonu ölçer. Zamansal de-korelasyona maruz kalan alanlar için uygun değildir; örneğin bitki örtülü alanlar veya hızla kentleşen alanlar. Bu tür alanlar ölçüm için kullanılabilecek sabit noktalardan veya yapılardan yoksundur.

Bir köşe reflektörü kullanılmadığı sürece bir nesneye veya nesnenin bir kısmına PS atamak zordur; bu da bir yapının belirli bir kısmının deformasyon analizinde kullanımını sınırlar.

Her algoritmada olduğu gibi, PSI da insan hatasına açıktır, özellikle de kararlı olduğu varsayılan seçilen referans noktaları kararsız olduğunda, ölçümlerde hatalar ortaya çıkabilir.

Altan YILMAZ