Investigation of Real-Time GNSS VADASE Approach Capability of Capturing Dynamic Displacements

Gerçek Zamanlı GNSS VADASE Yaklaşımının Dinamik Deplasmanları Yakalayabilme Kabiliyetinin İncelenmesi

Barış KARADENİZ, Cemal Özer YİĞİT, Ahmet Anıl DİNDAR, Fırat BEZİR, Mert BEZCİOĞLU, Özgür AVCI

Abstract

This study investigates the performance of the VADASE (Variometric Approach for Displacement Analysis Stand-alone Engine) approach, which is capable of detecting dynamic motions utilizing a single GNSS (Global Navigation Satellite Systems) receiver without requiring precise satellite orbit and clock products in real-time, and the contribution of multi-GNSS observations to this technique. In order to evaluate the efficiency of the VADASE technique in detecting dynamic motions, harmonic oscillations at 5 mm amplitude and frequency values ranging from 0.25 Hz to 3.5 Hz, representing possible structural movements, were produced using a single axis shake table. Moreover, 1995 Kobe earthquake was simulated to investigate the performance of the VADASE method in capturing seismic waveforms. VADASE results based on GPS (Global Positioning Systems) and GPS/Glonass/Galileo/BeiDou observations at 20 Hz sampling rate were compared to relative positioning, Precise Point Positioning (PPP) and GNSSindependent sensor Linear Variable Differential Transformer (LVDT) data in both frequency and time domains. Considering the results of the analysis, the findings show that the VADASE approach can be used reliably in the estimation of harmonic oscillation frequencies. Moreover, harmonic oscillation and earthquake simulation experiments have clearly revealed that the VADASE approach with multi-GNSS observations can capture dynamic motions more precisely, and multi-GNSS observations improve the dynamic behavior detection performance of only-GPS observations by 30% on average. The outcomes of the study show that the high-rate real-time VADASE approach can effectively monitor dynamic motions for structural health monitoring and GPS/GNSSseismology applications, and can be reliably used for earthquake and structural health early warning and rapid risk assessment, and also, it can be integrated with other sensors.

Özet

Bu çalışmada, tek GNSS (Global Navigation Satellite Systems) alıcısı kullanarak, internet bağlantısı ile hassas uydu yörünge ve saat hatası gibi bilgilere ihtiyaç duymadan dinamik hareketleri anlık olarak tespit etme yeteneğine sahip olan VADASE (Variometric Approach for Displacement Analysis Stand-alone Engine) yaklaşımının performansı ve bu yönteme çoklu-GNSS gözlemlerinin katkısı araştırılmıştır. VADASE tekniğinin dinamik hareketleri yakalayabilme kabiliyetini değerlendirmek için, tek eksenli bir sarsma tablası kullanılarak olası yapı hareketlerini temsil eden 5 mm genliğe ve 0.25 Hz ile 3.5 Hz arasında değişen frekans değerlerine sahip harmonik salınımlar üretilmiştir. Ayrıca, yöntemin sismik dalga formlarını tespit edebilme performansını araştırmak amacıyla 1995 Kobe depremi simüle edilmiştir. 20 Hz örneklem aralığında GPS (Global Positioning Systems) ve GPS/Glonass/Galileo/BeiDou gözlemlerine dayalı olarak elde edilen VADASE sonuçları, frekans ve zaman alanlarında bağıl konum belirleme, Hassas Nokta Konumlama (PPP) ve GNSS-bağımsız bir sensör olan LVDT (Linear Variable Differential Transformer) verileri ile karşılaştırılmıştır. Gerçekleştirilen analiz sonuçları göz önüne alındığında, bulgular harmonik salınım frekanslarının tahmininde VADASE yaklaşımının güvenilir bir şekilde kullanılabileceğini göstermektedir. Ayrıca harmonik salınım ve deprem simülasyonu deneyleri, çoklu-GNSS gözlemleri ile VADASE yaklaşımının dinamik hareketleri daha hassas bir şekilde yakalanabildiğini ve çoklu-GNSS gözlemlerinin sadece-GPS gözlemlerinin dinamik davranışları belirleme performansını ortalama olarak %30 oranında iyileştirdiğini net bir şekilde ortaya koymuştur. Çalışmanın sonuçları, yüksek-frekanslı gerçek zamanlı VADASE tekniğinin yapı sağlığı izleme ve GPS/GNSS-sismolojisi uygulamaları için dinamik hareketleri etkin bir şekilde izleyebildiğini, yöntemin deprem ve yapı sağlığı erken uyarı amaçlı ve hızlı risk değerlendirmesinde güvenilir bir şekilde kullanılabileceği ve diğer sensörlerle entegre edilebileceğini göstermiştir.