Ground Deformation Control In Ankara Batıkent Mesa Region: Metro Line Control

Abstract

Subway systems in large cities play a crucial role in enhancing the sustainability and livability levels of urban areas by offering a solution to heavy traffic and transportation problems. Subway tunnels are critical transportation infrastructures that are constructed to serve residential areas, and thus, they have a direct relationship with residential areas in terms of construction and operation. This study is designed to generate precise data by analyzing ground deformation of metro systems using the Persistent Scatterer (PSI) Interferometry method and utilizing free dataThe Batıkent-Törekent metro line in Ankara is identified with the M3 code. At the location where M3 metro passes, ground deformation has been detected. In the analysis of the relevant location, both ascending and descending Sentinel-1 satellite datasets were used. The StaMPS (Stanford Method for Persistent Scatterers)/PSI (approach was utilized in the study. It was found that the results obtained from the ascending datasets were more sensitive. Observations were made in two different periods using ascending datasets: 2015-2016 and 2017-2022. Deformations were observed in the Line of Sight (LOS) direction in the locations where rail systems and tunnels were present. Eight months after the observation, due to the ground deformation in the area, passenger safety was at risk, and a ground strengthening work was carried out, resulting in a 16-day shutdown of the metro system in this location. The results of this study provide concrete contributions to the literature on the possibility of accurate ground measurement using free data

Keywords

• ground deformation
• railway monitoring
• Batıkent
• time series

Project Number

2021.KB.FEN.037

"Ankara Batıkent Mesa Bölgesinde Zemin Deformasyon Kontrolü: Metro Hattı Kontrolü

Abstract

Büyük şehirlerdeki metro sistemleri, ağır trafik ve ulaşım sorunlarına bir çözüm sunarak kentsel alanların sürdürülebilirlik ve yaşanabilirlik düzeylerini artırmada önemli bir rol oynar. Metro tünelleri, yerleşim bölgelerine hizmet etmek için inşa edilen kritik ulaşım altyapılarıdır ve bu nedenle inşaat ve işletme açısından yerleşim bölgeleriyle doğrudan ilişkilidir. Bu çalışma, Persistent Scatterer (PSI) Interferometri yöntemi kullanılarak metro sistemlerinin yer deformasyonunu analiz ederek ve ücretsiz verileri kullanarak hassas veri üretmek için tasarlanmıştır. Ankara'daki Batıkent-Törekent metro hattı M3 koduyla tanımlanmaktadır. M3 metro geçtiği konumda yer deformasyonu tespit edilmiştir. İlgili konumun analizinde hem yükselen hem de alçalan Sentinel-1 uydu verileri kullanılmıştır. Çalışmada, Stanford Method for Persistent Scatterers (StaMPS)/PSI yaklaşımı kullanılmıştır. Yükselen veri setlerinden elde edilen sonuçların daha hassas olduğu bulunmuştur. Yükselen veri setleri kullanılarak iki farklı dönemde gözlemler yapılmıştır: 2015-2016 ve 2017-2022. Raylı sistemlerin ve tünellerin bulunduğu yerlerde Line of Sight (LOS) yönünde deformasyonlar gözlemlenmiştir. Gözlem yapıldıktan sekiz ay sonra, bölgedeki yer deformasyonu nedeniyle yolcu güvenliği risk altındaydı ve bu konumda bir zemin güçlendirme çalışması yapılarak metro sistemi 16 gün kapatılmıştır. Bu çalışmanın sonuçları, ücretsiz veri kullanarak doğru yer ölçümlerinin mümkün olabileceği konusundaki literatüre somut katkılar sağlamaktadır.

Keywords

• zemin deformasyonu
• raylı sıstemler gözlemi
• batıkent
• zaman serisi

Supporting Institution

Dokuz Eylül Üniversitesi Bilimsel Araştırmalar Koordinasyon Birimi

Project Number

2021.KB.FEN.037

References

1. Bao, X., Zhang, R., Shama, A., Li, S., Xie, L., Lv, J., ... Liu, G. (2022). Ground Deformation Pattern Analysis and Evolution Prediction of Shanghai Pudong International Airport based on PSI Long Time Series Observations. Remote Sensing, 14(3), 610.
2. Crosetto, M., Monserrat, O., Cuevas-González, M., Devanthéry, N., Crippa, B. (2016). Persistent scatterer interferometry: A review. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing, 115, 78-89.
3. D’Aranno, P. J., Di Benedetto, A., Fiani, M., Marsella, M., Moriero, I., Palenzuela Baena, J. A. (2021). An application of persistent scatterer interferometry (psi) technique for infrastructure monitoring. Remote Sensing, 13(6), 1052.
4. Erdem, E., Kılıç, A., Tokgöz, Ö. (2014). Geological characteristics and geotechnical properties of Ankara Complex rocks in Batıkent, Ankara, Turkey. Arabian Journal of Geosciences, 7(2), 677-690.
5. F. Gama, F., Mura, J. C., R. Paradella, W., G. de Oliveira, C. (2020). Deformations prior to the Brumadinho dam collapse revealed by Sentinel-1 InSAR data using SBAS and PSI techniques. Remote Sensing, 12(21), 3664.
6. Ferretti, A., Prati, C., Rocca, F. (2001). Permanent scatterers in SAR interferometry. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 39(1), 8-20.
7. Yaşar, H., Eronat, A.H., Özbakır, İ. (2022). Batıkent Metro Zemin deformasyonunun SAR görüntüleriyle Tespit Edilmesi, Premium E-Journals of Social Sciences , 6(6): 512-519.
8. Hooper, A., Bekaert, D., Spaans, K., M. Arikan. (2012). Recent advances in SAR interferometry time series analysis for measuring crustal deformation. Tectonophysics, 514-517, 1-13.

9. Iglesias, R., Mallorqui, J. J., Monells, D., López-Martínez, C., Fabregas, X., Aguasca, A., ... Corominas, J. (2015). PSI deformation map retrieval by means of temporal sublook coherence on reduced sets of SAR images. Remote Sensing, 7(1), 530-563.
10. Kim, S., Kwak, Y., Jung, H. S. (202). Ground deformation monitoring using persistent scatterer interferometry and InSAR time-series analysis for metro tunneling. Tunnelling and Underground Space Technology, 107, 103504.
11. Özgür, N., Koçyiğit, A. (2009). Geotechnical properties of Ankara complex rocks in Batıkent region. Journal of Applied Sciences, 9(7), 1322-1332.
12. Panitz, C., Rabbow, E., Rettberg, P., Kloss, M., Reitz, G., Horneck, G. (2010, May). Planetary and Space Simulation Facilities (PSI) at DLR. In EGU General Assembly Conference Abstracts (p. 15602).
13. Razi, P., Sumantyo, J. T. S., Perissin, D., Kuze, H., Chua, M. Y., Panggabean, G. F. (2018). 3D land mapping and land deformation monitoring using persistent scatterer interferometry (PSI) ALOS PALSAR: Validated by Geodetic GPS and UAV. IEEE Access, 6, 12395-12404.
14. Sarıkaya, M. A., Duman, T. Y., Gökten, E. (2012). Engineering geological properties of the Ankara complex around Batıkent, Ankara. Bulletin of Engineering Geology and the Environment, 71(2), 273-289.
15. Sumantyo, J. T. S., Setiadi, B., Perissin, D., Shimada, M., Mathieu, P. P., Urai, M., Abidin, H. Z. (2016). Analysis of coastal sedimentation impact to Jakarta giant sea wall using PSI ALOS PALSAR. IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters, 13(10), 1472-1476.
16. Yıldırım Y. (2015). An evaluation of geotextile applications for the improvement of soil in the Batıkent metro line, Ankara, Turkey. Geomechanics and Engineering, 8(5), 637-651.
17. ESA. (2023). Sentinel-1. European Space Agency. Retrieved https://sentinel.esa.int (20.07.2022).