InSAR ve GNSS/GPS Teknikleri ile Elde Edilen Düşey Yer Değiştirme Vektörlerinin Karşılaştırılması

Abstract

Herhangi bir kuvvetin etkisi ile bir cisimde ya da yüzeyde oluşan şekil, konum ve boyut değişikliklerine deformasyon adı verilmektedir. Deformasyonlar yersel jeodezik yöntemlerle belirlenebileceği gibi, SAR (Sentetik Açıklıklı Radar) görüntülerinin işlenmesi gibi uzaktan algılama teknikleri ile de belirlenebilmektedir. İnterferometrik sentetik açıklıklı radar (InSAR) tekniği jeodezik ve uzaktan algılama çalışmalarında kullanılan bir radar tekniğidir. InSAR tekniğinde aynı bölgeye ait farklı zamanlarda elde edilen iki adet SAR görüntüsü kullanılmaktadır. Deformasyon analizi için kurulacak ve farklı epoklarda ölçülecek jeodezik ağlarda ölçme planı, yaklaşık koordinatlar ve ölçü ağırlıklarının sabit kalması önerilmektedir. Farklı epoklarda ölçülen jeodezik ağlar ayrı ayrı Gauss-Markov modelinde ve tüm iz minimum koşulu altında serbest dengelenmektedir. Bu çalışmanın amacı, 6 Şubat 2023 tarihinde Kahramanmaraş ilinde Mw 7.7 ve Mw 7.6 büyüklüklerinde meydana gelen depremlerin etkisiyle oluşan yer değiştirme vektörlerinin InSAR ve GNSS teknikleriyle belirlenmesi ve istatistiksel olarak analiz edilmesidir. Çalışma için GNSS tekniğinde, TUF1, FEEK, ONIY, MAR1, EKZ1, ANTE, MLY1 ve GURU TUSAGA-Aktif istasyonlarından oluşan bir jeodezik GNSS/GPS ağı kurulmuştur. InSAR tekniğinde ise deprem bölgesini kapsayan bir alan içerisinde, 1-28 Şubat 2023 tarih aralığında, deprem öncesi ve sonrası için iki SAR görüntüsü kullanılmıştır. EKZ1 istasyonunda GNSS tekniği kullanarak 457.41 cm yer değiştirme ve InSAR tekniği kullanarak uydu bakış açısı yönünde -13.51 cm yer değiştirme elde edilmiştir. İstatistiksel testlerde, EKZ1 ve MAR1 istasyonlarında GNSS ve InSAR tekniklerinden elde edilen düşey yer değiştirme vektörleri kullanılmıştır. EKZ1 ve MAR1 istasyonlarındaki düşey yer değiştirme vektörleri arasındaki fark, sırasıyla 5.73 cm ve 2.16 cm olarak elde edilmiştir. Bununla birlikte her iki teknikten elde edilen sonuçların istatistiksel anlamda benzer olmadığı belirlenmiştir.

Keywords

• Jeodezik Ağlar
• GNSS/GPS
• InSAR
• Düşey Yer Değiştirme

Supporting Institution

Bu çalışma TÜBİTAK 2209-A Üniversite Öğrencileri Araştırma Projeleri Desteği Programı 1919B012400572 numaralı proje tarafından desteklenmiştir.

Project Number

1919B012400572

Thanks

Bu çalışma TÜBİTAK 2209-A Üniversite Öğrencileri Araştırma Projeleri Desteği Programı 1919B012400572 numaralı proje tarafından desteklenmiştir. Çalışmada kullanılan TUSAGA-Aktif verileri için Tapu Kadastro Genel Müdürlüğü’ne teşekkür ederiz.

Comparison of Vertical Displacement Vectors Determined with InSAR and GNSS/GPS Techniques

Abstract

Changes in shape, position and size occurring on an object or surface because of any force are named deformation. Deformations can be determined by terrestrial geodetic methods, as well as by remote sensing techniques such as processing of SAR (Synthetic Aperture Radar) images. Interferometric synthetic aperture radar (InSAR) technique is a radar technique used in geodetic and remote sensing studies. In the InSAR technique, in the same region, two SAR images obtained at different times are used. It is recommended that the observation plan, approximate coordinates, and observation weights remain constant in the geodetic networks established for deformation analysis and measured at different epochs. The geodetic networks measured at different epochs are individually evaluated in the Gauss-Markov model with the full trace minimum condition. The aim of this study is to obtain and statistically analyse the displacement vectors formed by the earthquakes with magnitudes of Mw 7.7 and Mw 7.6 that occurred in Kahramanmaraş province on the 6th of February 2023, using InSAR and GNSS techniques. In this study, a geodetic GNSS/GPS network consisting of TUF1, FEEK, ONIY, MAR1, EKZ1, ANTE, MLY1 and GURU TNPGN-Active stations was established. In the InSAR technique, two SAR images were used for in between 1-28 February 2023, before and after the earthquake, within an area covering the area affected by earthquakes. At the EKZ1 station, a displacement of 457.41 cm was obtained using the GNSS technique, and a displacement of -13.51 cm in the line of sight direction was obtained using the InSAR technique. The vertical displacement vectors obtained by the GNSS and InSAR techniques at the EKZ1 and MAR1 stations have been used for the statistical tests. The differences between the vertical displacement vectors at the EKZ1 and MAR1 stations were computed as 5.73 cm and 2.16 cm, respectively. Consequently, it was determined that the results obtained from both techniques were not statistically similar.

Keywords

• Geodetic networks
• GNSS/GPS
• InSAR
• Vertical Displacement.

Project Number

1919B012400572

References

1. Agnarsson, M., & Dubois, T. (1993). Deformation analysis of the puriscal landslide, Trita/Geod-93/3030. [Master of Science Thesis, Royal Institute Technology Department of Geodesy and Photogrammetry] http://cidbimena.bvs.hn/docum/crid/Septiembre2004/pdf/eng/doc6192/doc6192-e.pdf.
2. Atasoy, V. (1984). Jeodezik deformasyon ölçülerinin irdelenmesi. [Yüksek Lisans Tezi, Karadeniz Teknik Üniversitesi].
3. Besoya, M., Govil, H., & Bhaumik, P. (2021). A review on surface deformation evaluation using multitemporal SAR interferometry techniques. Spatial Information Research, 29, 267–280. https://doi.org/10.1007/s41324-020-00344-8
4. Bulbul, S., Gundogan, T., Inal, C., Bascifci, F., & Yildirim, O. (2023). Monitoring deformations caused by Pazarcık (Mw = 7.7) and Ekinözü (Mw = 7.6) earthquakes in Kahramanmaraş on 6 February 2023 with GNSS. The European Physical Journal Plus, 138, 1110. https://doi.org/10.1140/epjp/s13360-023-04759-8
5. Caspary, W. F. (2000). Concepts of network and deformation analysis, Editted by J.M. Rüeger, Third (corrected) Impression, Monograph 11. Sydney: Scholl of Geomatic Engineering, The University of New South Wales.
6. Çakır, Z. (2003). Analysis of the crustal deformation caused by the 1999 İzmit and Düzce earthquakes using synthetic aperture radar interferometry. [Doctoral Thesis, Istanbul Technical University].
7. Çetin, E. (2010). 1 Ekim 1995 Dinar depremi faylanma parametrelerinin InSAR ve sismoloji verileriyle belirlenmesi. (Yayın No. 266236) [Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Teknik Üniveristesi]. YÖK Ulusal Tez Merkezi.
8. Ergintav, S., Vernant, P., Tan, O., Karabulut, H., Özarpacı, S., Floyd, M., Konca, Ö., Çakır, Z., Acarel, D., Çakmak, R., Vasyura-Bathke, H., Doğan, U., Kurt, A.İ., Özdemir, A., Ayruk, E.T., Turğut, M., Özel, Ö., & Farımaz, İ. (2024). Unexpected far-field deformation of the 2023 Kahramanmaraş earthquakes revealed by space geodesy. Science, 386(6719), 328-335. https://doi.org/10.1126/science.ado4220.

9. European Space Agency. (2021). Copernicus RUS training materials. Retrieved June 14, 2024, from https://eo4society.esa.int/resources/copernicus-rus-training-materials/
10. Goldberg, D. E., Taymaz, T., Reitman, N.G., Hatem, A. E., Yolsal-Cevikbilen, S., Barnhart, W. D., Irmak, T. S., Wald, D. J., Ocalan, T., Yeck, W. L., Ozkan, B., Jobe, J. A., Shelly, D. R., Thompson, E. M., DuRoss, C., Earle, P. S., Briggs, R. W., Benz, H. M., Erman, C., … & Altuntas, C. (2023). Rapid characterization of the February 2023 Kahramanmaraş, Turkey, earthquake sequence. The Seismic Record, 3(2), 156-167, https://doi.org/10.1785/0320230009.
11. Goldstein, R. M., & Werner, C. L. (1998). Radar interferogram filtering for geophysical applications, Geophysical Research Letters, 25(21), 4035-4038.
12. Gül, Y., Poyraz, B., & Poyraz, F. (2024). Comparison of the monitoring of surface deformations in open-pit mines with Sentinel-1A and TerraSAR-X satellite radar data. Environmental Monitoring and Assessment, 196, 581. https://doi.org/10.1007/s10661-024-12717-9.
13. Hanssen, R. F. (2001). Radar interferometry: data interpretation and error analysis (Vol. 2). Springer Dordrecht. https://doi.org/10.1007/0-306-47633-9
14. He, L., Feng, G., Xu, W., Wang, Y., Xiong, Z., Gao, H., & Liu, X. (2023). Coseismic kinematics of the 2023 Kahramanmaraş. Turkey earthquake seguence from InSAR and optical data. Geophysical Research Letters, 50. https://doi.org/10.1029/2023GL104693.
15. Helz, R. L. (2005). Monitoring ground deformation from space. US department of the interior, US Geological Survey. https://pubs.usgs.gov/fs/2005/3025/2005-3025.pdf
16. Jia, Z., Jin, Z., Marchandon, M., Ulrich, T., Gabriel, A. A., Fan, W., Sheaper, P., Zou, X., Rekoske, J., Bulut, F., Garagon, A., & Fialko, Y. (2023). The complex dynamics of the 2023 Kahramanmaraş, Turkey, M w 7.8-7.7 earthquake doublet. Science, 381(6661), 985-990.
17. Karaca, Ş. O., & Erten, G. (2023). Coseismic DInSAR analysis and elastic dislocation modelling of the 24 January 2020 Elazig-Sivrice earthquake. Turkish Journal of Remote Sensing, 5(1), 01-13.
18. Kobayashi, T., Munekane, H., Kuwahara, M., & Furui, H. (2024). Insights on the 2023 Kahramanmaraş ¸earthquake, Turkey, from InSAR: fault locations, rupture styles and induced deformation. Geophysical Journal International, 236(2), 1068–1088, https://doi.org/10.1093/gji/ggad464.
19. Koch, R. (1999). Parameter estimation and hypothesis testing in linear models (2nd edn) Berlin, Heidelberg, New York: Springer.
20. Konakoglu, B. (2021). Deformation analysis using static, kinematic and dynamic geodetic deformation models with GNSS: Deriner Dam, Artvin, Turkey. Experimental Techniques, 45, 645–660. https://doi.org/10.1007/s40799-020-00435-z
21. Küreç, P. (2010). Yüzey ağlarının değerlendirilmesi. (Yayın No. 275768) [Yüksek Lisans Tezi, Kocaeli Üniversitesi]. YÖK Ulusal Tez Merkezi.
22. Küreç Nehbit, P. (2018). GPS/GNSS ağları için sürekli bir gerinim izleme ve kalite değerlendirme stratejisi. (Yayın No. 526668) [Doktora Tezi, Kocaeli Üniversitesi]. YÖK Ulusal Tez Merkezi.
23. Küreç Nehbit, P. (2026). Comparison of the shear strain and the deformation test value obtained for the triangular areas affected by Kahramanmaraş earthquakes with a magnitude of Mw 7.7 and Mw 7.6 with the different GNSS networks. Bulletin of Earthquake Engineering, 24(6),3447-3463. https://doi.org/10.1007/s10518-026-02404-0
24. Melgar, D., Taymaz, T., Ganas, A., Crowell, B., Öcalan, T., Kahraman, M., Tsironi, V., Yolsal-Çevikbilen, S., Valkaniotis, S., Irmak, T. S., Eken, T., Erman, C., Özkan, B., Dogan, A. H., & Altuntaş, C. (2023). Sub- and super-shear ruptures during the 2023 Mw 7.8 and Mw 7.6 earthquake doublet in SE Türkiye. Seismica,2(3). https://doi.org/10.26443/seismica.v2i3.387
25. Neumann, I., & Kutterer, H. (2006, 22-24 May). Congruence tests and outlier detection in deformation analysis with respect to observation imprecision, 3rd IAG. In: 12th FIG Symposium, Baden.
26. Okuwaki, R., Yagi, Y., Taymaz, T., & Hicks, S. P. (2023). Multi-scale rupture growth with alternating directions in a complex fault network during the 2023 south-eastern Türkiye and Syria earthquake doublet. Geophysical Research Letters, 50, e2023GL103480. https://doi.org/10.1029/2023GL103480.
27. Özkan, A., Solak, H. İ., Tiryakioğlu, İ., Şentürk, M. D., Aktuğ, B., Gezgin, C., Poyraz, F., Duman, H., Masson, F., Uslular, G., Yiğit, C. Ö., & Yavaşoğlu, H. H. (2023). Characterization of the co-seismic pattern and slip distribution of the February 06,2023, Kahramanmaraş (Turkey) earthquakes (Mw 7.7 and Mw 7.6) with a dense GNSS network. Tectonophysics, 866, 230041, https://doi.org/10.1016/j.tecto.2023.230041.
28. Öztürk, E., Konak, H., & Atasoy, V. (2006). Deprem bölgelerinde yerkabuğu hareketlerinin izlenmesi, Harita Dergisi, 155, 52-63.
29. Öztürk, E., & Şerbetçi, M. (1992). Dengeleme hesabı cilt III (144/40). Trabzon: Karadeniz Teknik Üniversitesi Yayınları.
30. Öztürk, E., & Şerbetçi, M. (1995). Dengeleme hesabı cilt II (2. Baskı) Trabzon: Karadeniz Teknik Üniversitesi Yayınları.
31. Pelzer, H. (1971) Zur Analyse geodätischer deformationsmessungen. Nr. 164, München, DGK.
32. Pleterski, Ž., Ambrožič, T., Mulahusić, A., Tuno, N., Topoljak, J., Hajdar, A., Hamzić, A., Đidelija, M., Kulo, N., Rak, G., Marjetič, A., & Kregar, K. (2025). Squared Msplit estimation in deformation analysis–2D geodetic network case study. Geodetski Vestnik, 69(2), 115-147. https://doi.org/10.15292/geodetski-vestnik.2025.02.115-147
33. Poyraz, F., & Hastaoğlu, K.Ö. (2020). Monitoring of tectonic movements of the Gediz Graben by the PSInSAR method and validation with GNSS results. Arabian Journal of Geoscience, 13, 844. https://doi.org/10.1007/s12517-020-05834-5
34. Sakkas, V. (2021). Ground deformation modelling of the 2020 Mw6.9 Samos earthquake (Greece) based on InSAR and GNSS data. Remote Sensing, 13(9), 1665. https://doi.org/10.3390/rs13091665.
35. Solak, H.İ., Gezgin, C., Kilinç, A. S., Tiryakioğlu, İ., Baybura, T., Aladoğan, K., & Çakanşimşek, E., B. (2025). Kahramanmaraş deprem dizisinin Erzurum ve çevresinde meydana getirdiği kosismik deformasyonlar ve bölgenin sismik parametre analizi. Geomatik, 10(3), 375-392. https://doi.org/10.29128/geomatik.1652700.
36. Stein, R., S., Toda, S., Özbakir, A. D., Sevilgen, V., Gonzalez-Huizar, H., Lotto, G., & Sevilgen, S. (2023). Interactions, stress changes, mysteries, and partial forecasts of the 2023 Kahramanmaraş, Türkiye, earthquakes, Temblor, http://doi.org/10.32858/temblor.299.
37. Şengün, Y.S. (2010). InSAR ölçülerinin doğruluk Araştırması, Harita Dergisi, 143, 19-25.
38. Şireci, N. (2021). Konya şehir alanı yüzey deformasyonlarının InSAR yöntemiyle incelenmesi. Tez No: 684529 [Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi].
39. Şişman, Y. (2021). Çözümlü örneklerle dengeleme desabı, (Sayı: 1) Konya: Atlas Akademi yayınları.
40. Tapu ve Kadastro Genel Müdürlüğü & Harita Genel Müdürlüğü. (t.y.). TUSAGA-Aktif. 17 Şubat 2025’te https://www.tusaga-aktif.gov.tr/ adresinden alındı.
41. Utkucu, M., Uzunca, F., Durmuş, H., Nalbant, S., & Sert, S. (2023). The Pazarcık (Mw=7.8 and Elbistan (Mw=7.6) Kahramanmaraş earthquakes in the southeast Türkiye [Technical Report, Sakarya University Disaster Management Application and Research Center and Department of Geophysics].
42. Welch, B. L. (1938). The significance of the difference between two means when the population variances are unequal, Biometrika, 29(3/4), 350–62. https://doi.org/10.2307/2332010.
43. Wessel, P., Luis, J. F., Uieda, L., Scharroo, R., Wobbe, F., Smith, W. H. F., & Tian, D. (2019). The generic mapping tools version 6. Geochemistry, Geophysics, Geosystems, 20(11), 5556–5564. https://doi.org/10.1029/2019GC008515.
44. Yague-Martinez, N., Prats-Iraola, P., Gonzalez, F. R., Brcic, R., Shau, R., Geudtner, D., Eineder, M., & Bamler, R. (2016). Interferometric processing of sentinel-1 TOPS data. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 54(4), 2220–2234.
45. Yalçınkaya, M., & Bayrak, T. (2005). Comparison of static, kinematic and dynamic geodetic deformation models for Kutlugün landslide in northeastern Turkey. Natural Hazards, 34, 91-110.
46. Yolsal‐Çevikbilen, S., Taymaz, T., Irmak, T. S., Erman, C., Kahraman, M., Özkan, B., Eken, T., Öcalan, T., Doğan, A.H., & Altuntaş, C. (2024). Source geometry and rupture characteristics of the 20 February 2023 Mw 6.4 Hatay (Türkiye) earthquake at southwest edge of the East Anatolian Fault. Geochemistry, Geophysics, Geosystems, 25, e2023GC011353. https://doi.org/10.1029/2023GC011353.