Deprem etkisiyle oluşan boru hasarlarının coğrafi bilgi sistemleri (CBS) ve kümeleme analizi ile değerlendirilmesi

Abstract

Son yıllarda meydana gelen depremlerden (Northridge, Adapazarı, Düzce, Kocaeli vb.) sonra altyapı sistemleri büyük zarar görmüştür. Altyapı (candamarı) sistemleri içinde yer alan boru hatları, su başta olmak üzere doğal gaz, petrol, atık su gibi malzemelerin iletiminde buna ilaveten haberleşme ve elektrik gibi sistemlerin dağıtımında kullanılmaktadır. Bu çalışmada deprem etkisiyle oluşan boru hasarları, coğrafi bilgi sistemleri (CBS) ve kümeleme analiziyle değerlendirilmiştir. 1994 Northridge depremi, 1906 San Fransisco depreminden beri Amerika Birleşik Devletleri'nde bir su dağıtım şebekesinde meydana gelen en büyük zararı vermiştir. Toprak (1998), Northridge Depremi ve Los Angeles şehri için yaptığı çalışmada boru onarım yerleri, boruların cins ve boyut özellikleri ile ilgili bilgileri CBS veri tabanı olarak ARC/INFO yazılımı ile hazırlamıştır. Bu çalışma kapsamında Toprak (1998) veri seti tamamıyla gözden geçirilmiş ve bu veri setin için farklı metotlar kullanılarak yeni hasar ilişkileri farklı en büyük yatay hız ve grid aralıkları için geliştirilmiştir. Ayrıca probabilistik hasar görebilirlik eğrileri diye tanımlanan ve boru hasar görme olasılığıyla PGV değerleri arasındaki ilişkileri gösteren eğriler çıkartılmıştır. Kümeleme analizi, bir veri setine ait elemanların, benzer özelliklerine göre homojen gruplara ayrılmasını sağlayan çok değişkenli istatistik teknikler içinde yer alan bir analiz yöntemidir. Son yıllarda gittikçe popüler hale gelen kümeleme analizi; örüntü tanıma, yapay zekâ, bilgi teknolojisi, görüntü işleme, biyoloji ve tıp gibi birçok bilimsel alanda kullanılmasına rağmen altyapı sistemlerinde kullanılmasına rastlanılmamıştır. İlk olarak kümeleme analizinin bu alanda kullanılmasını Toprak ve diğ. (2009) gerçekleştirmiştir. Kümeleme analizi birçok alt kola ayrılmakla beraber bu çalışmada bazı kümeleme algoritmaları açıklandıktan sonra hazır veri setleri üzerinde bulanık c-ortalamalar metodunu kullanarak, kümeleme geçerlilik indekslerinin uygulaması yapılmıştır. Hazır veri setlerinden çıkan sonuçlar ışığında boru hasarlarının konuma göre bulanık c-ortalamalar yöntemiyle kümeleme analizi yapılmıştır. Ayrıca boru hasarlarını çıkarımlı kümeleme analiziyle değerlendirilmiş, çıkarımlı kümeleme parametrelerinin kümelemeye etkisi tartışılmıştır. Northridge depreminden sonra oluşan yoğun hasar bölgeleri kümeleme analiziyle elde edilmiştir.

The recent large eartquakes (Northridge, Adapazarı, Düzce, Kocaeli etc.) caused damage in the infrastructure systems of many cities. The pipelines which are considered part of the infrastructure systems (lifeline systems) distribute materials such as water, natural gas, oil and waste water. In this study, damages caused by the earthquakes are evaulated by using geographic information systems (GIS) and cluster analysis. The 1994 Northridge earthquake water supply system database was used in this study. The 1994 Northridge earthquake caused the most extensive damage to a US water supply system since the 1906 San Francisco earthquake. Toprak (1998) presented location of pipe repairs, types and sizes of pipes as GIS database in ARCINFO software for the Northridge earthquake and Los Angeles city. In this study, new pipeline damage relationships were obtained with new methods for different PGV intervals and grid sizes from the data set of Toprak (1998). In addition relations between probability of failure and PGV (probabilistic damage curves) were obtained.Cluster analysis is one of analysis method which belongs to a multivarite statistical techniques and it can be used to separate the elements in a homogeneous groups according to similar characteristics. In recent years although use of cluster analysis became very popular in many scientific fields such as pattern recognition, artificial intelligence, information tecnology, image processing, biology and medicine, applications for infrastructure system has been very limited. Toprak et. al (2009) presented the use of cluster analysis for the pipeline systems first time. There are many cluster analysis techniques along with sub-branches. In this study, two main clustering algorithm, namely fuzzy c-means and subtractive clustering have been utilized. Validation indexes were used to determine the number of cluster for the fuzzy c-means. In addition, pipeline damages were evaluated with subtractive clustering and effects of subtractive clustering parameters were discussed. The areas of intense pipeline damage for the 1994 Northridge earthquake were obtained with cluster analysis after.