deprem kayitlarinin İrdelenmesİ İÇİn aÇik kaynakli ... · dünya genelinde sismik...

4. Uluslararası Deprem Mühendisliği ve Sismoloji Konferansı

11-13 Ekim 2017 – ANADOLU ÜNİVERSİTESİ – ESKİŞEHİR

DEPREM KAYITLARININ İRDELENMESİ İÇİN AÇIK KAYNAKLI

ÇEVRİMİÇİ BİR SERVİS

Ahmet Anıl Dindar1

, Burcu Ayar2 ve A. Can Zülfikar

3

1 Yard.Doç.Dr., İnşaat Müh. Bölümü, Gebze Teknik Üniversitesi, Gebze, Kocaeli

2 Yüksek Lisans Öğrencisi, İnşaat Müh. Bölümü, Gebze Teknik Üniversitesi, Gebze, Kocaeli

3 Yard.Doç.Dr., İnşaat Müh. Bölümü, Gebze Teknik Üniversitesi, Gebze, Kocaeli

Email: [email protected]

ÖZET:

Deprem mühendisliği konularından bir tanesi Kuvvetli Yer Hareketlerinin İncelenmesi için kapsamlı çalışmalar

yapılmaktadır. Bu çalışmalar sonucunda, ham haldeki yer hareketlerinin filtrelenmesi, zaman serilerinin

üretilmesi, zaman ve frekans alanlarında mühendislik parametrelerinin hesaplanması işlemleri için olgunlaşmış

algoritmalar çok çeşitli bilgisayar programlarının içinde yer alır hale gelmiştir. Kullanıcı dostu olması amacıyla

bir arayüz ile erişilen bu programlar aslında yeni araştırmacılar, deprem mühendisliği eğitimi alan öğrenciler için

birer engeldir. Tekrarlı analizler yapacak olan araştırmacıların arayüz ile erişimi kısıtlanmış algoritmaları çoklu

olarak kullanması mümkün değildir. Öte yandan yurtdışı kaynaklı programlara erişim kısıtlanmış sürelerle

sağlanabilmektedir. Oysa ki algoritmaların işletim sisteminden bağımsız, açık kaynaklı, geliştirilebilir yazılımlar

içinde yer alması stratejik olarak daha değerlidir. Bu çalışma, Gebze Teknik Üniversitesi Deprem ve Yapı

Mühendisliği Lisansüstü Programlarında eğitim alan öğrencilerin gelişmesinde katkıda bulunduğu web tabanlı

ve açık kaynak felsefesine dayanan “Deprem Kaynaklarının İrdelenmesi İçin Çevrimiçi Servis” programı

hakkında bilgiler içermektedir. İlk sürümü oluşturulan program üzerinde yapılan testler başarılı sonuçlar

vermiştir. Önerilen programa ait kullanımı ve kaynak kodları bu çalışmada yer almaktadır.

ANAHTAR KELİMELER: Kuvvetli Yer Hareketi Verileri, Çevrimiçi Erişim, Açık Kaynak, Python

AN OPEN SOURCE ONLINE SERVICE FOR THE EVALUATION OF THE

EARTHQUAKE RECORDS

ABSTRACT:

Extensive studies have been conducted in process of the Strong Ground Motion Records as a part of

Earthquake Engineering. Detailed algorithms of filtering, derivation of the time series, calculation of

the engineering parameters in the time and frequency domains from using raw records have been

implemented into various computer programs. Even though these programs have been user-friendly

due to their interface, indeed, they are obstacles for the new researchers and students studying

earthquake engineering. It is not possible to benefit from these programs through their UIs for the

repeating analysis. On the other hand, the programs developed in foreign countries limits the access for

certain time. However, operating system free, open source, extendible software those including these

algorithms are strategically invaluable. This study explains “An Online Service for the Evaluation of

the Earthquake Records” contributed by the students from Earthquake and Structure Graduate Program

in Gebze Technical University. The preliminary tests conducted on the first version of the program are

considered as successful. The use of the program and the source codes are provided within this study.

KEYWORDS Strong Ground Motion Records, Online Access, Open Source, Python



1. GİRİŞ

Günümüzde mühendislik çalışmalarında araziden toplanan verilerin incelenmesi ve bu elde edilen sonuçlar

ışığında uygulamaya yönelik olarak yeni yaklaşımların sergilenmesi esastır. Deprem mühendisliği alanı bu

yaklaşımın en net görüldüğü branştır. Doğal bir olay olan deprem yani kuvvetli yer hareketinin mühendislik

yapılarına olan etkilerinin bilinmesi ve oluşan zararlar indirgenmesi için arazide bulunan kayıt cihazlarının

önemi büyüktür. Ancak daha önemli olan elde edilen kayıtların sağlıklı incelenmesidir.

Deprem mühendisliği ve sismolojinin ortak noktası olan kuvvetli yer hareketlerinin incelenmesi alanında

günümüzde bir boşluk bulunmaktadır. Üniversitelerin lisansüstü programlarında yer alan dersler kapsamında

deprem kayıtlarının anlamlandırılması konusu anlatılmakla beraber veri işleme amacıyla kullanılan yöntem ve

araçlar nispeten kısıtlıdır. İnternet sayesinde iletişim ve paylaşımın geçmiş zamanlara göre çok daha fazla olması

olumlu bir gelişme olarak düşünülse de aslında bu durum bir tehlikedir. Öğrenciler, kuvvetli yer hareketi

derslerinde deprem verisi incelemek amacıyla kullanacakları araç olarak çoğunlukla yurtdışında geliştirilmiş

olan yazılımlara yönelmektedir. Sonuca hızlı erişmek için inkâr edilemeyecek şekilde pratik olan bu yönelim

aslında bilgi birikimi ve becerinin geliştirilmesi stratejisinde ciddi bir olumsuzluk yaratmaktadır. Zira veri

inceleme ihtiyacını kolaylıkla çözmek demek aslında inceleme alanındaki olası bir geliştirmeyi yapamama ve

hatta literatüre eklenen gelişmeleri temin edilen programın içine katılmasını beklemek gibi bir duruma

dönüşmektedir. Deprem Mühendisliği alanındaki araştırmacı öğrencilerin bu acı duruma düşmesi açıkçası yakın

zamanda daha da önem kazanacak olan Performans Esaslı Değerlendirme ve Tasarım konularında ciddi bir

açmaza yol açacaktır. Dolayısıyla orta vadede profesyonel mühendislik hizmetlerinde de aksaklıklar yaşanacak

ve gelişmiş analiz/tasarım yaklaşımlarına geçişler zorlu olacaktır.

Bu çalışmanın amacı, zaman içinde gözlemlenen; hazır paket programlarının kullanımlarını artmasına karşısında

bir önlem alma, eğitim kurumlarının asli görevlerinden olan bilgi üretme ve yaygınlaştırmayı destekleme ve açık

kaynak/erişim felsefesine bağlı olarak geliştirilen yazılımla ilgili bilgi vermektir.

2. KUVVETLİ VERİ HAREKETLERİ VERİ TABANLARI VE VERİ İŞLEME ARAÇLARI

Dünya genelinde sismik hareketlilik ve veri toplama sistemleri incelendiğinde gelişmiş ülkelerde bilinçli bir

yapılanmanın olduğu görülmektedir. 1920’lerden itibaren kayıt ölçerlerin sahaya yerleştirilmeye başlanmış,

alınan veriler ışığında bölgesel depremsellik analizleri yapılmış, kayıtların incelenmesi sonucunda depreme

dayanıklı yapı tasarımında talep kavramı şekillenmiştir. Deprem afetinin etkin olduğu bölgelerde yoğunlukla

yerleştirilen deprem izleme istasyonları, Şekil 1, sayesinde toplanan deprem verileri anlık olarak işlenmektedir.

Bu sayede deprem sonrası afet durumlarının belirlenmesi ve alınacak kararlarda destek mekanizması olarak bu

sistemler çalışmalara destek vermektedir.



Şekil 1 Dünya genelindeki sismik izleme istasyon dağılımı. Renk ölçeği 10˚’lik alandaki istasyon sayısını ifade

etmektedir. ((IRIS) 2017a)

Dünya genelinde deprem verisi toplayan ve işleyen birçok kurum bulunmaktadır. Gelişen teknoloji ve

küreselleşeme olgusundan katkısıyla bu kurumların verilerine hızlı ve güvenilir şekilde erişmek mümkün

olmaktadır. Deprem mühendisliği alanında bilinen ve referans gösterilen en önemli veri tabanı Pasifik Deprem

Mühendisliği Araştırma Merkezi (PEER) tarafından işletilmekte olan yer hareketi veri tabanıdır ((PEER) 2017).

1990’ların sonundan itibaren toplanan yer hareketlerini internet ortamında paylaşan PEER sistemi 2010’dan

itibaren web sitesi üzerinden veri paylaşımının yanında tamamlamış olduğu araştırmalar neticesinde kazandığı

bilgi ve beceriyle veri işleme (seçme ve ölçekleme) araçlarını da hizmete sokmuştur, Şekil 2. Araştırmacılar,

çalışmalarında kullanmak üzere PEER veri tabanından kullanacakları kayıtlar için hem seçme hem de ölçekleme

işlemini bir arada yapabilmektedir. PEER veri tabanı yer hareketi veri tabanı sistemleri içerisinde günümüzde en

öne çıkan sistem sahiptir.

Şekil 2 PEER veri tabanı sorgulama ekranı.

Deprem mühendisliği alanında hizmet veren ikinci geniş veritabanı ABD’de yerleşik bulunan kurumların

ortaklığı ile çalıştırılmakta olan Mühendislik Kuvvetli Yer Hareketi Veri Merkezi’dir ((CESMD) 2017).

CESMD veri tabanında tarihi ve güncel depremlerin ham ve filtrelenmiş kayıtlarına ulaşmak mümkündür, Şekil

3. PEER sisteminin aksine CESMD sisteminde veri işleme araçları bulunmamaktadır.



Şekil 3 CESMD veri tabanı sorgulama ekranı.

Deprem mühendisliği alanında kullanılan veriler, sismogramlardan elde edilen ivme kayıtlarıdır. İvme kayıtları

arazideki sistemlerde ham halleriyle kayıt edildiklerinden mühendislerce kullanılması için fiziksel büyüklüklere

çevrilmesi ve filtreleme işlemlerinin yapılması gereklidir. Yukarıda örnekleri verilen veri tabanlarında yer

hareketleri fiziksel büyüklük yani ivme cinsinden paylaşılmaktadır. Öte yandan sismoloji alanındaki

çalışmalarda yer hareketleri diğer dalga formları cinsinden saklanmaktadır. Bu alanda en gelişmiş veri tabanı

Sismoloji için Kurulan Araştırma Kurumları (IRIS) sistemidir ((IRIS) 2017b). Sismoloji alanında eğitim ve

araştırma faaliyetleri için kaynak ve bilgi sağlayan kuruluşu ABD’nin Bilimsel Araştırma Fonu

desteklemektedir. IRIS’in web sitesindeki zaman serileri çok değişik formatlarda bulunmakla beraber, web

arayüzü aracılığıyla istenen formatta veri üretmek de mümkündür. Bu açıdan düşünüldüğünde IRIS sistemi,

sismoloji ve deprem mühendisliği alanlarında veri paylaşımı ve işlemesi açısından en etkili veritabanı ve

hizmetlerine sahip olduğu görülmektedir.

Şekil 4 IRIS zaman serisi işleme arayüzü.



Ülkemizde kuvvetli yer hareketi veri tabanı oluşturulması ve paylaşılması, modern anlamda, TÜBİTAK’ın

desteğiyle 2005-2009 yılları arasında gerçekleştirilen “Ulusal Kuvvetli Yer Hareketi Şebekesi Veri Tabanının

Uluslararası Ölçütlere Göre Derlenmesi (105G016)” projesi kapsamında olmuştur. Bir Kamu Araştırma ve

Geliştirme projesi olan çalışma sırasında ülkemiz genelinde bulunan kuvvetli yer hareketi izleme ağı

güncellenmiş, merkezi bir sunucuda çevrimiçi veri toplanması ve verilerin gerçeğe yakın zamanlı işlenmesi

sağlanmıştır. Projenin tamamlanmasıyla ülkemizde gerçek anlamda sürdürülebilir ilk kuvvetli yer hareketi veri

tabanı oluşturulmuştur Şekil 5.

Şekil 5 Ulusal Kuvvetli Yer Hareketi Veri Tabanı Sistemi’nin ilk hali.

2010 yılından itibaren ulusal veri tabanı sistemini temel alacak şekilde Deprem Ön Hasar Tahmin Sistemi

geliştirilmiş ve bu kapsamda veri tabanında yapılan iyileştirmeler sonucunda ülkemizde ve civarında oluşan

depremlerin ivme kayıtları kısa zamanda yayınlanır hale gelmiştir Şekil 6. Bu gelişme deprem mühendisliği

alanında araştırma ve eğitim faaliyeti sürdüren araştırmacılar ve öğrenciler için ulusal bir kaynak anlamına

geldiğinden ulusal gelişim strateji açısından önemlidir. Günümüz analiz ve tasarımlarında kullanılan temel giriş

bilgisinin deprem kayıtları olduğunu unutmadan bu alanda daha yapılması gereken nice çalışmaların olduğunu

belirtmekte fayda vardır.

Şekil 6 Ulusal Kuvvetli Yer Hareketi Veri Tabanı Sistemi’nin güncel hali

Ulusal Kuvvetli Yer Hareketi Veri Tabanında (UKYHVT) deprem verileri ham haliyle yer almakta olup

seçilmesi ve işlenmesi için bir servis bulunmamaktadır. Bu çalışmada adım atılan açık kaynaklı ve çevrimiçi

çalışan yazılım algoritmasının UKYHVT’de eksik olan bir hizmeti yerine getirmesi olasılığı bulunmaktadır.



3. ÖNERİLEN PROGRAMIN İÇERİĞİ VE KAPSAMI

Ham halde bulunan deprem verilerini işlemek amacıyla oluşturulan yazılım Python dilinde geliştirilmiştir.

Python, günümüzde araştırmacılar için öğrenilmesi ve kullanımı sonra derece kolay olan açık kaynaklı ücretsiz

bir yazılım aracıdır. Yazılımın geliştirilmesi stratejisi oluşturulurken aşağıdaki adımlar dikkate alınmıştır:

1. Takip edilebilir bir yapısı olmalı,

2. Döngüler ve rutinler tek bir dosya içerisinde yer almalı,

3. Bağlılık gerektiren rutin sayısının az olmasına özen gösterilmesi,

4. Geliştirilmeye uygun olması.

Belirtilen önceliklere göre yapılan düzenlemeler sonucunda programın ilk hali ortaya çıkartılmış ve yapılan

testlerde başarılı sonuçlar alınmıştır. Program, yerelde bir Python işlemci ile çalıştırılabildiği gibi, html sayfa

işlemcisi olarak hizmet veren Jupyter sunucusu aracılığıyla çevrimiçi olarak da kullanmak mümkündür.

Programın akış şeması Şekil 7’de verilmiştir.

Şekil 7 Program akış şeması

Programın ilk sürümü kapsamında aşağıda belirtilmiştir;

1. Ulusal Kuvvetli Yer Hareketi Veri formatının okunması,

2. İletilen deprem verisinin başlık satırlarından metadatanın okunması,

3. İvme değerlerinin yönlere göre bileşenlere ayrıştırılması,

4. Ham verinin trend çizgisi ve Butterworth Band Pass filtrelemesinin yapılması,

5. Filtrelenmiş ivme verisinden hız ve yer değiştirme serilerinin türetilmesi,

6. Frekans Genlik Spektrumunun çıkartılması,

7. Elastik Tepki Spektrumlarının çıkartılması,

8. Etkin sürenin Arias Intensity değerinden elde edilmesi.

4. PROGRAMIN UYGULAMA ÖRNEĞİ

Programın ilk sürümü üzerinde yapılan testlerde başarılı sonuçlar alınmıştır, Şekil 8.



Şekil 8 Çevrimiçi çalışan programın kaynak kodu açık ve kapalı halleri

Program belirtilen akış şemasındaki işlemleri kısa süre içinde tamamlamakta olup ortaya çıkan MS Word

formatındaki rapor içeriği düzeltilebilir bir haldedir. Programın kullanımı ile ilgili olarak hazırlanmış multimedia

gösterimine https://youtu.be/eGqAEPm9TQI adresinden ulaşmak mümkündür.

Şekil 9 Programın çalıştırılması.

Programın kaynak kodlarına erişim https://github.com/ahmetanildindar/TRKYH_Veritabani_programi linki

üzerinden olmaktadır. Yukarıda belirtilen linkin bulunduğu web alanında kullanıcıların sorularını cevaplamak,

oluşan problemleri yanıtlamak üzere çeşitli araçlar bulunmakta olup ilerleyen zamanlardaki gelişmeler bu alanda

paylaşılacaktır.

5. SONUÇLAR

Kuvvetli yer hareketi verilerinin incelenmesi deprem mühendisliği alanında önemli bir konudur. Bu konuda

lisanüstü öğrencilerinin kullanacağı yazılım araçlarında gözle görülür şekilde dışarıya bağımlılık ve

geliştirmeme eksikliği bulunmaktadır. Bu eksiklik profesyonel mühendislik hizmetlerini zaman içinde

https://youtu.be/eGqAEPm9TQI

https://github.com/ahmetanildindar/TRKYH_Veritabani_programi



etkileyecek olması sebebiyle stratejik bir konudur. Dünya genelinde örnekleri bulunan veri tabanlarıyla

karşılaştırıldığında oldukça avantajlı ve potansiyeli yüksek durumda olan Ulusal Kuvvetli Yer Hareketi Veri

Tabanındaki kayıtları esas alan bir açık kaynaklı yazılım geliştirilmiş olup, ilk sürümü üzerinde yapılan testler

başarılı sonuçlar vermiştir. Yakın zamanda bu programın temel alındığı web tabanlı anlık veri işleme

hizmetlerinin oluşturulması planlanmaktadır.

KAYNAKLAR

(CESMD), Center for Engineering Strong Motion Data. 2017. “Center for Engineering Strong Motion Data

(CESMD).” Accessed July 23. http://www.strongmotioncenter.org.

(IRIS), Incorporated Research Institutions for Seismology. 2017a. “GSN Maps.” Accessed July 23.

http://www.iris.edu/hq/programs/gsn/maps.

———. 2017b. “Incorporated Research Institutions for Seismology (IRIS).” Accessed July 23.

http://www.iris.edu.

(PEER), Pacific Earthquake Engineering Research Center. 2017. “PEER Ground Motion Database.” Accessed

July 23. http://ngawest2.berkeley.edu/.

deprem kayitlarinin İrdelenmesİ İÇİn aÇik kaynakli ... · dünya genelinde sismik...

Documents