Unmanned aerial vehicle
178 theses under this subject heading
İnsansız hava araçları için PEM tipi yakıt pili üretilmesi ve test edilmesi
Yakıt pilleri ağırlık-uçma süresi oranı bakımından hâlihazırda kullanılan aynı ağırlıktaki lityum polimer pillere oranla 3 kata varan daha fazla uçma süresi sağlayabilmesi ve yakıt pilindeki gelişmelerin hızla devam etmesi nedeniyle, bu enerji kaynağının insansız hava araçlarında kullanılması çok iyi bir seçenek olarak görünmektedir. Bu konudaki gelişmeler ve başarılar da yakıt pilinin yaygınlaşmasını ve uygulanabileceği alanların genişlemesini sağlayacaktır. Bu amaçlar ışığında T.C. Bilim Sanayi ve Teknoloji Bakanlığı tarafından desteklenen proje kapsamında yapılan çalışmalarda elde edilen bilgilerle insansız hava araçlarında kullanılmak üzere 50, 110, 150 ve 200 Wattlık hava soluyan tipi proton geçirgen zarlı hidrojen yakıt pili üretilmiştir. Yakıt pilinin performansı ana olarak zar elektrot montajı performansına bağlı olduğundan bu yakıt pillerinde kullanılacak zar elektrot montajlarının performanslarının arttırılması çalışmaları yapılmıştır. Bu amaçla farklı kalınlıklarda kataliz tabakaya sahip zar elektrot montajları test edilmiş; ağırlık altında farklı sıcaklıklarda sıkıştırılmanın, katot kataliz tabakasının saçınım sistemi kullanılarak platinle kaplanmasının, gaz difüzyon tabakalarının iyonomer ve kataliz karışımıyla zar elektrot montajına yapıştırılmasının ve gaz difüzyon tabakalarının saçınım sistemi kullanılarak platinle kaplanmasının zar elektrot montajlarının performansı üzerindeki etkisi incelenmiştir. Yakıt pillerinin montajı sırasındaki sıkıştırma miktarının, yakıt pilinin çalışması esnasında basınçlandırma valfının kullanılmasının ve bu basınçlandırma valfının açık ve kapalı kalma sürelerinin hava soluyan tipi proton geçirgen zarlı hidrojen yakıt pili performansı üzerindeki etkisi incelenmiş ve üretilen yakıt pilinin performansının zamana karşı değişimi gözlenmiştir. Sonuç olarak bu çalışma ile bilgimiz dahilinde insansız hava uçağında kullanılabilecek kalitede yakıt pilleri ilk defa ülkemizde üretilmiştir.
Çok rotorlu insansız hava aracı tasarımı ve kablosuz algılayıcı ağlarda kaynak ataması eniyilemesi
Bu tez, Doç. Dr. Coşku Kasnakoğlu ve Doç. Dr Bülent Tavlı ile yapılan iki farklı ana daldaki çalışmaları içermektedir. Tezin ilk kısmında, günümüzde yaygın olarak geliştirilmeye çalışılan insansız hava araçlarından dört pervaneli hava aracının özgün tasarımının yapılış ve uygulanış aşamaları ele alınmıştır. Sistemin donanımı sıfırdan var edilmiştir. Geliştirici tabanlı bir yazılım geliştirilecek, eksenler üzerinde deneysel ve sayısal yöntemlerle kontrolü yapılmıştır. Sonrasında sistem verilerinin kullanılması ile daha iyi bir kontrolcü tasarlanması sağlanmıştır. Son olarak ise tasarlanan cihaz, hazır bir otopilot sistemi ile denenmiş ve daha iyi bir kontrolcü tasarımı için üzerinde çalışmalar yapılmıştır. Tezin ikinci kısmında ise Kablosuz Algılayıcı Ağ?lardaki (KAA) geri dönüş yol uzunluğunun tek yönlü bağlantılar üzerindeki yaşam süresi etkisi özgün bir Karmaşık Tamsayılı Programlama (KTP) ile incelenmiştir. Kablosuz ağ çalışmalarında, bağlantıların önemli bir kısmının fiziksel sebeplerden dolayı (örneğin, alıcı-verici karakteristiği) tek yönlü bağlantı olduğu gösterilmiştir. Tek yönlü bağlantıların ağ üzerinde kullanılabilinmesi için tokalaşmanın tamamlanması, yani çok atlamalı geri dönüş yolunun kurulması gerekmektedir. Oluşturulan özgün KTP modelinin üzerinde sayısal olarak çalışılmasıyla, KAA?nın parametre uzayı incelenmiştir. Sonuçlar geri dönüş yol uzunluğunun, ağ yaşam süresini önemli derece etkilediğini göstermiştir. Ayrıca, geri dönüş yollarında birden fazla röle düğümünün kullanılması, ağ yaşam süresini önemli ölçüde arttırmadığı gözlemlenmiştir.
Dört rotorlu bir insansız hava aracının modellenmesi ve PID kontrolcü tasarımı
Çağımızda insansız hava araçlarının oldukça yaygın bir kullanım alanı bulunmaktadır. İnsansız hava araçları arama kurtarma, yangınla mücadele, kargo taşıma, tarımsal ilaçlama, haritalama, bilimsel araştırma ve savunma sanayii alanlarında kullanılmaktadır. İnsansız hava araçları üzerinde pilot bulundurmaması nedeniyle insanlı uçaklar için sert ve tehlikeli olabilecek manevraları yapabilmektedir. Ayrıca üretim maliyetlerinin insanlı uçaklara göre daha düşük olması onları daha avantajlı hale getirmektedir. Dört rotorlu insansız hava araçları ise dikine iniş kalkış yapabilmesi, havada asılı kalabilmesi, sert manevra kabiliyeti, açık ve kapalı alanlarda uçabilmesi ve küçük boyutları sayesinde popüler hale gelmiştir. Dört rotorlu bir insansız hava aracının dinamikleri uzaydaki bir cismin 6 serbestlik dereceli hareketidir. Euler açıları olan yalpa, yunuslama, sapma açıları ve üç boyutlu uzayda lineer hareketleri ifade eden x, y ve z eksenleri 6 serbestlik derecesini oluşturmaktadır. Quadrotorun rotorlarının birbirinden bağımsız olarak kontrol edilebilmesi bu hareketlerin yapılmasına olanak sağlamaktadır. Bu tez çalışması kapsamında öncelikle quadrotorun doğrusal olmayan matematiksel modeli çıkartılmıştır. Sonraki adımda matematiksel model Simulink ortamında gerçeklenmiştir. Daha sonra gerçek bir quadrotora ait fiziksel parametreler sisteme girilmiştir. Quadrotorun yükseklik, yalpa, yunuslama ve sapma açıları için farklı kontrolcü tasarımları yapılmıştır. Bu tez çalışması kapsamında oransal integral türevsel (PID) kontrolcü tasarımı kullanılmıştır. Tasarlanan PID kontrolcüler Simulink ortamındaki sisteme eklenmiştir. PID kontrolcüde çıkıştan geri besleme ile gelen sinyal referans sinyali ile karşılaştırılmakta ve farkından bir hata oluşmaktadır. PID kontrolcü oluşan hatayı en aza indirgemeye çalışacak bir etki yaparak çıkışa göndermektedir. Hata en aza indirilinceye kadar sürekli olarak çıkıştan girişe geri besleme ile hatalar belirlenmekte ve kontrolcü etkisini çıkışa göndererek hata azaltılmaktadır. PID kontrolcü oransal kazanç Kp, integral kazancı Ki ve türevsel kazanç Kd olmak üzere üç kazanç parametresine sahiptir. Oransal kazanç yükselme zamanını azaltmakta ancak sürekli hal hatasını kaldırmamaktadır. İntegral kazancı sürekli hal hatasını azaltmakta ancak geçici hal tepkisinin daha kötü olmasına neden olmaktadır. Türevsel kazanç ise aşımı azaltmakta ve sistemin kararlılığını arttırmaktadır. Bu tez çalışması kapsamında farklı referans sinyalleri için farklı PID kontrolcü tasarımları yapılmıştır. Yükseklik, ve pozisyon kontrolü için tasarlanan kontrolcülerin söz konusu farklı referans değerlerini başarılı bir şekilde takip ettiği görülmüştür. Ayrıca PID Tuning yöntemiyle de kontrolcü tasarımı yapılmıştır. Bu yöntemde PID katsayıları Matlab tarafından otomatik olarak belirlenmektedir. Ancak bu yöntemle belirlenen kontrolcülerin quadrotorun fiziksel parametreleriyle uyumsuz olduğu anlaşılmıştır çünkü rotorların üretebileceği maksimum tork değeri aşılmaktadır. Bu tez çalışmasında parametre belirsizliği altında kontrolcülerin performansı da incelenmiştir. Qudrotorun kütlesi (m) ve eylemsizlik momentleri (Ix, Iy ve Iz) için parametre belirsizliği uygulanmıştır. Tasarlanan PID kontrolcülerin parametre belirsizliği altında birim basamak ve sinuzoidal referans değerlerini başarılı bir şekilde takip ettiği görülmüştür. Tasarlanan konrolcülerin gürültüye karşı dayanıklılığı da incelenmiştir. Sistemin giriş ve çıkışlarına ayrı ayrı gürültü verilerek, kontrolcülerin performansı incelenmiştir. Sonuç olarak tasarlanan kontrolcülerin gürültüye de dayanıklı olduğu görülmüştür. PID Tuning ile tasarlanan kontrolcüler için de parametre belirsizliği ve gürültü uygulanmıştır. Ancak kendi tasarladığımız kontrolcülerin PID Tuning ile tasarlanan kontrolcülere kıyasla parametre belirsizliğine ve gürültüye karşı daha dayanıklı olduğu anlaşılmıştır.
İnsansız hava aracının boylamasına durum vektörlerinin kalman filtresi ve luenberger gözleyici ile kestirilmesi
Günümüz dünyasında insansız hava araçlarına duyulan ilgi sürekli olarak artmaktadır. Ortamdan bağımsız olarak esnek hareket kabiliyetine sahip olmaları, piste ihtiyaç duymadan dikey iniş ve dikey kalkış kabiliyetlerinin olması, kullanım alanlarına göre kullanıcıya yüksek doğruluk, zaman ve maliyet açısından tasarruf sağlamaları nedeniyle hem askeri hem sivil alanda insansız hava araçları önemli bir araştırma ve ilgi konusu haline gelmiştir. Sürücüsü olmaması sebebiyle bu dinamik sistemlerin etkili bir kontrol mekanizmasına sahip olmaları gerekmektedir. Etkili bir kontrol sağlamak için, sistem dinamiklerini yöneten durum vektörlerinin doğru bir şekilde kestirim edilmesi gerekmektedir. Böylece hava aracının gelecek kontrol girişleri en doğru şekilde ayarlanarak sistemin gerçek zamanlı ölçüm verisine sahip olması sağlanır. Fakat dinamik bir sistemin durum vektörlerinin kestirim edilmesi o kadar da kolay değildir. Sistemden elde edilen gürültülü ölçümler, sistem modelindeki belirsizlikler ve sistemin karmaşıklığı durum vektörlerinin kestirim edilmesini zorlaştırır. Literatürde durum kestirimi için çok çeşitli yöntemler mevcuttur. Bu tez çalışmasında, doğrusallaştırılmış boylamasına durum uzayı gösterimi ile ifade edilen insansız hava aracının hücum açısı, yunuslama oranı, hava hızı ve yunuslama açısı durum vektörlerinin kestirimi için Kalman Filtresi'nin doğrusal versiyonu ve Luenberger Gözleyici seçilmiştir. Öncelikle insansız hava aracının boylamasına durum uzayı gösterimi MATLAB ortamında modellenmiş ve daha sonra söz konusu filtre ve gözleyici MATLAB ve SIMULINK ortamında tasarlanmıştır. Tasarlanan filtre ve gözleyici için sisteme hem sabit değerlere sahip giriş sinyalleri hem de farklı frekanslı sinüs sinyalleri verilmiştir. Daha sonra Kalman Filtresi ve Luenberger Gözleyici için gürültülü ve gürültüsüz ortamda simülasyonlar yapılmıştır. En son olarak, Kalman Filtresi ve Luenberger Gözleyici'nin modellenen hava aracının durum vektörlerini kestirim etme performansları kıyaslanmıştır. Elde edilen simülasyon sonuçlarına göre Kalman Filtresi hava aracının durum vektörlerini kestirim etme konusunda stokastik ortamda Luenberger Gözleyici'den daha yüksek bir performans gösterirken, ortamda düzensizlik olmadığı durumlarda Luenberger Gözleyici Kalman Filtresi'nden çok daha başarılı bir şekilde sistemin durum değişkenlerini kestirim etmiştir.
Küresel konumlama sistemi kaybı olan ortamlarda insansız hava araçları için geliştirilen alternatif seyrüsefer tekniği
İnsanlı ve insansız uçaklarda küresel konumlama sistemindeki (GPS) kayıp, uçağın seyrüseferini etkilemektedir, fakat insanlı uçaklarda pilot tarafından seyrüsefer devam edebilirken, insansız uçaklarda uçağın kırımı gibi bir sonuç ile karşılaşılabilinmektedir. Bu sebeple, küresel konumlama sistemi olmayan ortamlarda uçakların seyrüseferlerine devam edememesi en sık görülen seyrüsefer sorunlarından birisidir. GPS kaybı durumunda, ataletsel seyrüsefer sistemi (INS) ile uçaklar seyrüseferine bir süre devam edebilse bile, uçaklardaki sürüklenmeden kaynaklı konumundaki hata gittikçe artmaktadır ve uçak takip edebilmesi gereken rotadan uzaklaşmaktadır. Bu sebeple bu tezde GPS bilgisinden beslenmeyen uçak üzerine yeryüzünü görecek şekilde yerleştirilmiş faydalı yük kamerası ile insansız hava aracının (İHA) konumunu bilmesini sağlayan bir sistem geliştirilmiştir. Bir tanesi uçak üzerine yerleştirilmiş faydalı yük kamerasından, bir diğeri de uydudan alınmış GPS konumu bilinen görsellerin olduğu iki adet görüntü verileri bulunmaktadır. Çeşitli öznitelik çıkarma sinir ağı modelleri ve iki görüntü seti içerisinde normalleştirilmiş değişken ortak enformasyon kullanılarak İHA'nın konumunun tespit edebilen bir yöntem geliştirilmiştir. Uydudan gelen görüntü setindeki görseller GPS konumları ile birlikte etiketlenip, İHA aracına verilmektedir. Bu iki görüntü seti öznitelik belirleme ve sınıflandırma için kullanılan sinir ağından geçirilip, öznitelikleri belirlendikten sonra, bu öznitelikler tasarlanan iki adet sinir ağından daha geçirilmektedir. İlk sinir ağında geçirildikten sonra, uydu görsellerinin İHA'dan gelen görsellerin içinde olup olmadığı tespit edilip, eğer İHA'dan gelen görüntü içerisinde uydu görselleri var ise, ikinci sinir ağından daha geçirilip, İHA konumunun uydu görselleri üzerinden eşleştirilmesi yapılmaktadır. İkinci sinir ağından alınan sonuçlara ile birlikte iki görüntü seti içerisinde normalleştirilmiş değişken ortak enformasyon kullanılmaktadır. İkinci sinir ağından gelen konum bilgisi sonucuna, normalleştirilmiş ortak enformasyon hesabında daha fazla ağırlık verilerek, eşleşmenin maksimum olduğu bölge aranmaktadır. GPS kaybı durumunda, İHA'dan alınan görseller içerisinde önceden verilmiş etiketlenmiş uydu görselleri aranıp ve uydu görselinden gelen obje, İHA görüntüsü üzerinden tespit edildiği anda, uydu görselinin GPS bilgisi, insansız hava aracına verilmektedir. Önerilen algoritmayı test etme amacıyla İHA tarafından toplanmış görüntüler ve uydudan alınmış görseller içeren iki veri seti bulunmuş ve etiketleme işlemleri yapılmıştır. Önerilen algoritma farklı öznitelik çıkarma sinir ağları kullanılarak, İHA görüntülerinin birleştirildiği ve birleştirilmediği senaryolarda test edilmiştir. Ortak enformasyon işlemi sonrasında elde edilen sonuçların, sinir ağının çıktılarına kıyasla, ortalama kareli hata ve kesişim kümesi oranları bakımından daha üstün olduğu gözlemlenmiştir.
Mini sınıf elektrikli insansız hava araçları için batarya kapasitesi kestirimi
Yeniden doldurulabilir ikincil bataryalar; cep telefonu, dizüstü bilgisayar gibi elektronik cihazların, taşınabilirlik ihtiyacını karşılamak amacıyla birincil bataryaların ekonomik ve uzun ömürlü alternatifleri olarak piyasaya çıkmış olsa da günümüzde hava araçlarından otomobillere kadar elektrikle çalışan her türlü sisteme güç vermektedir. İkincil bataryalara, yeniden doldurulabilme yeteneği aynı zamanda limitlerinin dışına zorlandığında kolayca yanma ve patlama gibi güvenlik zafiyetini de beraberinde getirmiştir. Yeniden doldurulabilir bataryaları güvenli ve verimli olarak kullanmak amacıyla durumunu anlık olarak izleyen ve kontrol edebilen batarya yönetim sistemleri görev yapmaktadır. Batarya yönetim sistemleri, sensörler vasıtasıyla yük altındaki bir bataryanın terminalinden akımını, gerilimini sürekli olarak ölçer. Bataryanın deşarjı esnasında aşırı boşalmasını ve çok yüksek akım çekilmesini önler. Aynı şekilde şarj esnasında da aşırı şarj olmasını ve yüksek akım ile şarj edilmesini engellemek için çalışmaktadır. Şarj esnasında limitlerin dışına çıkılmasını önlemek dışında, birden fazla hücrenin seri ya da paralel bağlanması ile elde edilmiş batarya paketinde, hücrelerin dengeli olarak şarj edilmesinden de sorumludur. Batarya yönetim sistemleri, güvenliği sağlama görevinin yanı sıra; bataryanın anlık kapasitesi, sağlığı, kalan ömrü gibi durumlarını hesaplamak için tahmin algoritmaları çalıştırmaktadır. Tahmin edilmeye çalışılan batarya durumları içerisinden batarya kapasitesi, bataryayı kullanan aracın görevine başlamadan önce uygun planlamayı yapabilmesi ve görev esnasında uygun stratejiyi belirleyebilmesi için oldukça kritik bir parametre olarak ön plana çıkmaktadır. Batarya kapasitesini hesaplamak için literatürde; Coulomb sayacı, açık devre gerilim tahmini, elektrokimyasal empedans spektroskopi, elektriksel eşdeğer devre modelleri, elektrokimyasal hücre modelleri, uyarlamalı filtre temelli kestirim ya da yapay zekâ temelli tahmin yöntemleri bulunmaktadır. Bu çalışma kapsamında, kestiricinin donanımı ve gerçek zamanlı yazılımı hazırlanarak, sabit kanatlı elektrik motor tahrikli insansız hava aracı üzerinde denenmiştir. Tahmin algoritmasının gerçek zamanlı olarak bir mikrodenetleyici üzerinde koşması sebebiyle, önerilen tahmin yöntemlerinden, doğruluk hassasiyet ve karmaşıklık takası göz önünde bulundurularak, uyarlamalı filtre temelli kestirim yöntemi olan Kalman filtresi uygulanmıştır. Batarya model parametrelerinin ölçülmesi ve test edilmesi amacıyla laboratuvar ortamı kurulmuş ve benzetim çalışmaları yapılmıştır. Hava aracı üzerinde bulunan batarya kestirici donanımının uçuş testi ile doğrulaması yapılarak sonuçları değerlendirilmiştir.
İnsansız konvansiyonel kuyruk rotorlu helikopter otomatik uçuş kontrolü
Son yıllarda, basit sabit-kanatlı insansız hava aracı sistemleri, savaş meydanlarında oyun değiştirici rolleriyle ön plana çıkmaktadır. Bunun sonucunda ise döner kanatlı dünyasında tasarlanabilecek ucuz, basit ve hafif helikopter platformlarının, keşif, gözetleme ve askeri özel kurye taşıma gibi önemli görevler için kullanımları gündeme gelmiştir. Bu çalışma ile konvansiyonel kuyruk rotorlu döner kanatlı bir insansız hava aracı (RİHA) konsepti için MATLAB ve SIMULINK ortamında helikopter uçuş kontrol sistemi geliştirilerek otomatik uçuş, iniş ve kalkış yaptırılması hedeflemektedir. Helikopter matematik modeli olarak, literatürde denge çubuğu olmayan bir genel maksat helikopterinin simülatörde benzetiminin yapılabilmesi için üretilmiş bir model tercih edilmiştir. Yapı olarak doğrusal olmayan bu matematiksel model, paket programın doğrusal analiz aracı kullanılarak giriş ve çıkış kanallarına göre doğrusallaştırılmıştır. Çalışmanın sonunda, trim noktaları olan askı uçuşu, ileri uçuş, iniş ve kalkışın farklı irtifalar için otomatik olarak başarılabilmesi amaçlanmıştır. Uçuş kontrol sisteminde, öncelikle iç kararlılık döngüsü kurularak eksenel dengeyi sağlayan bir eksen sönümleme kontrolcüsü katmanı (SAS) tasarlanmıştır. Ardından, konum-tutma amaçlı dış kararlılık döngüsü kurularak helikopterin hedeflenen hız, yükseklik ve yönelim durumlarına getirilip konum korunmasının (ATT) gerçekleştirildiği amaçlanmıştır. Kontrolcülerin, içsel olarak sol yana doğru kayan modeli trim noktalarındaki durum ve giriş değerlerine göre ideal rotaya yaklaştırabilme performanslarına bakılmıştır. Bunun sonucunda, performansların iyileştirilmesi için en uygun kontrolcü kazançları saptanmıştır. P, PI ve PID gibi klasik kontrol yöntemleri kullanılmıştır.
İnsansız hava araçları için minimum gecikme koşulu altında optimum yol atama yöntemleri
Günümüzde bilgiye erişim oldukça önemli bir ihtiyaçtır. Kablosuz haberleşme sistemlerinin çeşitli uygulamaları bu ihtiyacı karşılayabilmektedir. Son zamanlarda akademideki ve sanayideki çalışmalarda önemli yeri olan İnsansız Hava Araçları (İHA), insanların hayatlarını birçok alanda kolaylaştırdığı gibi kablosuz haberleşme alanında da çeşitli uygulamalar ile bilgiye erişimi kolaylaştırmaktadır. Bu tez kapsamında, bilgiye erişimin zaman açısından kritik uygulamalar için sensör ağlarında İHA destekli bir sistem ile yapılması incelenmiştir. İHA ile veri toplama, birçok pratik uygulamaya sahip yeni bir teknolojidir. İHA'nın topladığı verinin olabildiğince hızlı bir şekilde kullanılacağı veri merkezine getirilmesi gerekmektedir. Yapılan akademik çalışmalarda İHA'nın topladığı veriyi veri merkezine getirmesindeki gecikme, problemlere bilgi yaşı (Age of Information, AoI) parametresi ile amaç veya kısıt olarak girmektedir. Bu çalışmada bilgi yaşı, hem haberleşme süresinin hem de uçuş süresinin etki ettiği bir performans metriği olarak kullanılmaktadır. Literatürde çok fazla bulunan İHA'nın sensörleri teker teker gezip veri toplama işlemini gerçekleştirmesi fikri yerine, bu çalışmada sensörler gruplar halinde ele alınmıştır. Gruplandırma fikrinin performansa etkisini görmek için bu çalışmada ikili sensör grupları üzerinde çalışılmıştır. Veri merkezinden yola çıkan İHA, gruplardaki sensörler arasında oluşan doğru parçaları üzerinde bir noktada havada durarak çoklu erişim kanalı ile veri toplayıp ardından veri merkezine geri dönmeyi amaçlamaktadır. İkili sensör gruplarının oluşması ile İHA, her sensörü ayrı ayrı ziyaret etmeyeceğinden gideceği yörüngede daha kısa yol izleyebilecek ve çoklu erişim kanalı haberleşmesiyle daha kısa haberleşme sürelerine ulaşabilecektir. Sensörlerde biriken en yüksek bilgi yaşı parametresini en aza indirmek için iki yörünge tasarım algoritması önerilmiştir. Her iki algoritmada da İHA, çoklu erişim kanalı aracılığıyla her gruptaki sensörlerle iletişim kurar. İlk algoritmada İHA, doğru parçası üzerinde haberleşme süresi optimal noktada havada durur ve veri toplama işlemini gerçekleştirir. İkinci algoritmada, yol uzunluğu optimal noktalarda havada durarak veri toplamaktadır. Algoritmalar, zaman paylaşımlı haberleşme senaryolarıyla ve tüm sensörlerin ayrı ayrı ziyaret edildiği durumla karşılaştırılmıştır. Sonuçlar, sensörler birbirinden çok uzak olmadığında ve paket uzunlukları uzun olduğunda çoklu erişim haberleşmesine göre yörünge tasarımının optimal olduğunu, paket uzunlukları kısa olduğunda yol uzunluğu optimal yörüngesinin daha iyi olduğunu ortaya koymaktadır.
Dört rotorlu bir insansız hava aracının modellenmesi, gauss gürültüsü ve parametre belirsizliği altında lyapunov tabanlı ve geri adımlamalı kontrolcü tasarımı
Günümüzde insansız hava araçları oldukça geniş bir alanda kullanılmaktadır. Terörle mücadele, keşif ve gözetleme, yangın ve doğal afetlerle mücadele, arama kurtarma, haritalama, maden arama, bilimsel araştırma, kargo taşıma, nakil amacıyla organ taşıma, tarımsal ilaçlama, fotoğrafçılık, hobi ve sportif amaçlı uçuşlar insansız hava araçlarının kullanım alanına girmektedir. İnsansız hava araçları, insanlı uçaklara kıyasla üretim maliyetinin daha düşük olması, içinde pilot bulundurmaması ve küçük boyutları sayesinde daha sert manevralar yapabilmesi nedeniyle daha avantajlıdır. İnsansız hava araçları, kanatlı insansız hava araçları ve dikey iniş kalkış yapabilen insansız hava araçları olarak iki kategoride düşünülebilir. Dikey iniş kalkış yapabilen insansız hava araçları, iniş ve kalkış esnasında piste ihtiyaç duymama, havada asılı kalabilme, kendi ekseni etrafında dönebilme, havada takla atabilme ve sert manevralar yapabilme kabiliyetine sahiptir. Bu özellikleri dikey iniş kalkış yapabilen insansız hava araçlarını sabit kanatlı insansız hava araçlarına kıyasla daha avantajlı hale getirmektedir. Quadrotor insansız hava araçları da dikey iniş kalkış yapabilen dört rotorlu araçlardır. Quadrotor insansız hava aracının sistem dinamikleri katı bir cismin uzaydaki 6 serbestlik dereceli hareketine benzemektedir. Bu 6 serbestlik derecesi açısal hızların oluşmasını sağlayan ve Euler açıları olarak bilinen yalpa, yunuslama, sapma açıları ile üç boyutlu uzayda lineer hareketleri tanımlayan x, y, z eksenlerinden oluşmaktadır. Bu tez çalışması kapsamında öncelikle quadrotor insansız hava aracının doğrusal olmayan modeli oluşturulmuştur. Oluşturulan bu model MATLAB/Simulink yazılımı kullanılarak bilgisayar ortamında gerçeklenmiştir. Daha sonra quadrotorun irtifasının, yalpa, yunuslama ve sapma açılarının kontrolü için farklı kontrolcü tasarımları gerçekleştirilmiştir. Tez çalışması kapsamında tüm bu zor koşullara karşı en dayanıklı şekilde çalışacak gürbüz kontrolcü tasarımı elde edilmeye çalışılmıştır. Öncelikle endüstride yaygın olarak kullanılması nedeniyle PID kontrolcü tasarımı gerçekleştirilmiştir. Bu kontrolcü için PID Tuning metodu kullanılarak optimum kontrolcü katsayıları elde edilmiştir. Daha sonra endüstride yaygın olarak kullanılan PID kontrolcüden daha gürbüz bir kontrolcü yaklaşımı elde edilmeye çalışılmıştır. Bu amaçla öncelikle Lyapunov kararlılık teoremine dayanan Lyapunov tabanlı kontrolcü tasarımı gerçekleştirilmiştir. Daha sonra Lyapunov kararlılık teoreminin öz yinelemeli bir uyarlaması olan geri adımlamalı kontrolcü tasarımı gerçekleştirilmiştir. Tasarlanan kontrolcüler normal koşullar altında, beyaz Gauss gürültüsü altında, parametre belirsizliği altında, eşzamanlı parametre belirsizliği ve beyaz Gauss gürültüsü altında, pembe gürültü altında, kahverengi gürültü altında, mavi gürültü altında, mor gürültü altında ve sinüzoidal bozucu altında test edilmiştir. Ayrıca kontrolcülerin sert manevra yapabilme kabiliyetlerini test etmek için üçgen referans ve sinüzoidal referans takibi simülasyonları yapılmıştır. Tasarlanan kontrolcülerin yükselme zamanı, aşım ve oturma zamanı verileri karşılaştırılmıştır. Elde edilen veriler geri adımlamalı kontrolcünün bütün koşullarda en az aşıma ve en kısa oturma zamanına sahip olduğunu göstermiştir. Böylece yapılan simülasyonlar ve elde edilen veriler sonucunda geri adımlamalı kontrolcü tasarımının klasik PID kontrolcüden ve Lyapunov tabanlı kontrolcüden daha gürbüz olduğu ispatlanmıştır.
Dörtlü rotor konfigürasyonuna sahip bir insansız hava aracının model öngörülü kontrol yöntemi ile uçuş performansının incelenmesi
Dört rotorlu İnsansız Hava Araçları (İHA) ulaşım, savunma ve eğlence gibi sektörlerde sıklıkla kullanılmaktadır. Bu İHA'lar genellikle değişen hava koşullarında karmaşık manevralar gerçekleştirmek için karmaşık uçuş algoritmaları kullanılarak kontrol edilir. Bu gibi durumlarda istenilen uçuş performansını gözlemlemek için ileri düzeyde bir kontrolcünün tasarlanması ve bu kontrolcünün uçuş performansına etkisinin belirsizlik analizleri ile incelenmesi gerekmektedir. Bu tez çalışması, dört rotorlu bir İHA'nın altı serbestlik dereceli (6-DOF) uzayda modellenmesini ve kontrolünü amaçlamaktadır. Oluşturulan 6-DOF modelde İHA'nın değişen hava koşulları, hassas olmayan sensör ölçümleri ve bilinmeyen aerodinamik özellikleri altındaki uçuş performansını incelenmek amacıyla Monte Carlo belirsizlik analizi kullanılmıştır. Modelleme ve kontrolcü tasarımı MATLAB & Simulink yazılımı kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Modelleme 6-DOF uzayda yapıldığı için, 3 adet kuvvet denklemi ile öteleme dinamiği modellemesi ve 3 adet moment denklemi ile dönme dinamiği modellemesi yapılmıştır. Elde edilen model üzerine iki döngülü bir kontrolcü yapısı tasarlanmıştır. Bu kontrolcünün dış döngüsünde bir pozisyon kontrolcüsü, iç döngüsünde ise bir rotasyon kontrolcüsü yer almaktadır. Pozisyon kontrolcü, 3 eksenin her birinde 2 durum değişkenini kontrol edebilen bir durum uzayı kontrolcüsüdür. Durum uzayı tipindeki pozisyon kontrolcüsünün her bir ekseninin ayrı ayrı kontrol edilebilmesi için Kutup Yerleştirme tekniği ile kontrolcüler tasarlanmıştır. Rotasyon kontrolcüsü ise, 6 durum değişkenini bir arada kontrol edebilecek şekilde tasarlanan daha karmaşık yapıda bir durum uzayı kontrolcüsüdür. Sistemin farklı kontrol teknikleri altında performansının karşılaştırılabilmesi için, rotasyon kontrolcüsü Model Öngörülü Kontrol, Kutup Yerleştirme ve Doğrusal Kuadratik Regülatör (Linear Quadratic Regulator, LQR) teknikleri ile ayrı ayrı tasarlanmıştır. Tasarlanan model içerisinde bu 3 kontrolcünün her biri anahtarlanarak kullanıma alınabilmektedir. Modelleme kontrolcü tasarımlarının tamamlanmasının ardından tekli koşularla kontrolcülerin gürbüzlüğü incelenmiştir. Ayrıca, İHA'nın uçuş performansını değerlendirmek için belirsiz koşullar altında istenen açı, konum ve hız değerlerindeki sapmalar incelenmiştir. Benzetim sonuçları bir araya toplanarak 3 rotasyon kontrolcüsünün birbirine olan üstünlükleri ortaya çıkartılmıştır. Sonuç olarak, yapılan bu tez çalışması ile dört rotorlu bir İHA'nın uçuş performansı farklı kontrol teknikleri altında incelenmiştir.
Sulu tarım alanlarında bitki deseni ve sulama uygulamalarının izlenmesinde insansız hava araçlarının kullanım olanaklarının araştırılması
Hayatımıza girdiğinden bu yana İnsansız Hava Araçları (İHA) tarım, orman, endüstri ve madencilik gibi birçok alanda kullanılmaktadır. İHA'ların diğer Uzaktan Algılama teknolojilerine göre sahip oldukları, düşük masraflı, yüksek çözünürlüklü, tekrar görüntüleme aralığı vb. özellikleri nedeniyle tarımsal alanlarda kullanımları hızla artmaktadır. Bu çalışma ile İHA'ların sulama şebekelerinde bitkisel üretiminin izlenmesinde kullanım olanakları araştırılmıştır. Çalışma sırasında görüntüleme işleminde 6 kanatlı bir İHA ve üzerine monte edilmiş multispektral ve termal kameralar kullanılmıştır. Çalışmada ilk olarak, multispektral görüntüler kullanılarak Temrezli sulama şebekesine ait bitki deseni ortaya konmuştur. Bitki deseni, % 47 buğday % 36,6 ayçiçeği, % 6,9 çeltik, % 3,7 yem bitkisi, % 1,5 mısır ve % 0,3 sebze-karpuz olarak saptanmıştır. Sulanan parsellerin ve sızma kayıplarının belirlenmesi amacıyla multispektral ve termal kameraların kullanım olanaklarının incelemesi sonucunda her iki kameranın da kullanım olanakları olsa da termal kamera görüntülerin daha etkin sonuçlar verdiği saptanmıştır. Yapılan çalışmada sulanan parsellerde sulama ile çıplak toprak ve bitki yüzey sıcaklık değerlerinde bitkiye göre değişmekle birlikte en az 6-7 oC'lik sıcaklık düşmelerinin ölçüldüğü görülmüştür. Çalışma sonunda, yüksek çözünürlüğe sahip İHA görüntülerinin sulama yapılan parsellerin ve kanal sızma kayıplarının belirlenmesinde etkin rol alabileceği saptanmıştır.
Bir insansız hava aracı için takipçi uçuş kontrolcüsünün uzun kısa süreli bellek tabanlı olarak geliştirilmesi
Bu tezde, simülasyon ortamında dört-rotorlu insansız hava araçları (İHA) kullanılarak lider-takipçi problemi üzerinde çalışılmıştır. Lider-takipçi problemi İHA'ların birlikte çalışmaları gereken senaryolar için oldukça önemlidir. Tez kapsamında, lider ve takipçi İHA'ların aralarında herhangi bir iletişim olmaksızın uçtukları durumda; takipçinin, lider İHA'yı takip etmesini sağlayan otonom uçuş kontrolcüsü, yalnızca takipçi üzerindeki kameradan alınan görüntüler kullanılarak geliştirilmiştir. Takipçi İHA'nın, lider İHA'dan herhangi bir şekilde konum, hız veya hareket yönü gibi bir veriyi iletişim kanallarıyla alamadığı bu durumda salt kamera görüntülerinin kullanımıyla bu kontrolcünün geliştirilebilmesi için; zaman serisi verilerini işleyebilen Uzun Kısa Süreli Bellek (LSTM) tabanlı bir çözüm önerilmiştir. Bu çözümde takipçinin lideri takip edebilmesi için sahip olması gereken yatış hızının, dalış hızının ve lider İHA'ya göre yükseklik farkının kamera görüntüleri kullanılarak tahmin edilmesi ve bu tahmin edilen bu bilgilere göre takipçi İHA'nın kontrolünün sağlanması hedeflenmiştir. Bu hedef doğrultusunda, LSTM tabanlı modelin eğitimi için gerekli olan veriseti Microsoft AirSim simülasyon ortamında lider ve takipçi İHA'lar çeşitli rotalarda, takipçi lideri takip edecek şekilde uçurularak hazırlanmıştır. Bu verisetinde, uçuş boyunca takipçi İHA'nın üzerindeki kameradan alınan görüntüler, takipçinin bu görüntülerle eş zamanlı yatış hızı, dalış hızı ve lidere bağıl olarak yükseklik farkı bilgileriyle birlikte kaydedilmiştir. LSTM tabanlı modelin performansını arttırmak amacıyla kameradan alınan görüntüler, LSTM katmanına beslenmeden önce zaman dağılımlı bir evrişimsel sinir ağından (CNN) geçirilmiştir. Bu kısımda düşük gecikme süreli bir model olması sebebiyle MobileNet tercih edilmiştir. Ayrıca, çözülmek istenen problemde görüntüler üzerinde işlemler gerçekleştirildiğinden dolayı uzamsal ilişkiler önemli olduğu için, LSTM katmanı normal LSTM'den farklı olarak literatürdeki Evrişimsel LSTM (ConvLSTM) katmanı olarak seçilmiştir. Hazırlanan veri seti ile takipçinin sahip olması gereken yatış hızını, dalış hızını ve lidere göre yükseklik farkını tahmin etmek amacıyla 3 ayrı model eğitilmiştir. Bu modeller, test aşamasında kullanılırken tahmin edilen yatış hızı ve dalış hızı bilgileri takipçiye hedef hız olarak beslenmiştir. Tahmin edilen yükseklik farkı bilgisi de takipçinin uçması gereken hedef yüksekliğin belirlenmesinde kullanılmıştır. Bu şekilde geliştirilen kontrolcünün performansı, lider İHA'nın (1) sağa ve sola manevralar yaparak sabit bir yükseklikte uçtuğu bir rotada, (2) üstten bakıldığında 8 şeklini çizecek şekilde sabit bir yükseklikte uçurulduğu bir rotada ve (3) spiral şeklindeki dairesel ve aynı zamanda yükselmeyi de içeren yörüngede uçurulduğu bir rotada test edilmiştir. Elde edilen sonuçlar, LSTM tabanlı kontrolcünün takipçinin hem yatay eksende ihtiyaç duyduğu yatış ve dalış hızlarını hem de dikey eksendeki yükseklik farkını başarılı bir şekilde tahmin edebildiğini göstermektedir. Böylece takipçi, liderin karmaşık ve dinamik hareketlerine güvenilir şekilde uyum sağlayarak takibini gerçekleştirmiştir. Bu çalışma, doğrudan iletişime ihtiyaç duymayan ve yalnızca görsel verilerle çalışan otonom lider-takipçi sistemiyle literatüre önemli bir katkı sunmaktadır. Bu yaklaşım, özellikle çoklu İHA sistemlerinde, iletişim kopukluklarına karşı dayanıklı bir çözüm sunmakta ve sahada uygulanabilirliği artırmaktadır.
İHA ile meyvelerin olgunlaşmasının takibi ve çürük teşhisi
Tarım, insanlar için temel bir üretim sektörü olarak kabul edilmekte olup, sürekli olarak teknolojik ilerlemeler sayesinde önemli gelişmeler kaydetmiştir. Tarım, ülkelerin kalkınmasında etkili bir unsurdur nitekim ekonomisi tarıma dayalı olan bir çok ülke vardır. Tarımsal ekonomik ilerlemenin artırılabilmesi için modern ve teknolojik yöntemlerin kullanılması gerekmektedir. Bunun sonucunda tarımsal verimde önemli bir artış sağlanır ve ülkelerin ekonomisine büyük destek olur. Meyvelerin verimliliğin artırılması, olgunlaşmış ürünlerin kalitesini ve miktarını iyileştirerek tüketicilerin fiziksel sağlığını ve satın alma motivasyonlarını etkileyebilir. Ayrıca, piyasa fiyatının belirlenmesinde de önemli bir faktördür. Bu tez çalışması, tarım sektöründe meyve tespiti, analizi ve sayımı konularında YOLOv8 evrişimsel yapay sinir ağı modelinin etkinliğini araştırmaktadır. Çalışmada toplam 2223 görsel kullanılarak dört farklı meyve türü olan Elma, Portakal, Muz ve Nar sınıfları üzerinde çalışılmıştır. Modelin belirgin başarısı, özellikle meyvelerin olgunlaşma aşamalarını doğru bir şekilde belirleme yeteneği olarak öne çıkmaktadır. Eğitim süreci 60 döngü boyunca gerçekleştirilmiş olup, öğrenme hızı 2,5 ms olarak belirlenmiştir. Eğitim sürecinde modelin kayıp değeri sürekli olarak azalırken doğruluk değeri artmıştır. Detaylı değerlendirmeler sonucunda, modelin meyve türleri bazında başarı oranları şu şekildedir: Elma için %95,3, Portakal için %98,9, Muz için %93,8 ve Nar için %98,8. Modelin genel başarı oranı %97,09 olarak hesaplanmıştır, bu da modelin karmaşık ve değişken meyve özelliklerini doğru bir şekilde sınıflandırma yeteneğini vurgulamaktadır. Elde edilen sonuçlar, YOLOv8 modelinin tarım sektöründeki meyve tespiti ve sınıflandırma görevlerinde güvenilir bir performans sergileyebildiğini ve çeşitli meyve türlerini başarıyla ayırt edebildiğini göstermektedir. Ayrıca, İnsansız Hava Aracı (İHA) tarafından elde edilen görüntülerin deneysel analizi, YOLOv8 modelinin tarımsal uygulamalarda etkin bir şekilde kullanılabilirliğini ortaya koymuştur. Model, farklı meyve konumlarındaki tespiti, nitel analizi ve sayımını içeren çeşitli tarımsal uygulamalarda başarı elde etmiştir. Bu bulgular, modelin tarım sektöründe İHA görüntülerini analiz ederek meyve tespiti konusunda güvenilir bir performans sergilediğini ve tarımsal uygulamalarda etkili bir araç olarak kullanılabileceğini vurgulamaktadır.
İHA haberleşmesi için havadan havaya kanal modellerinin incelenmesi
İnsansız hava araçları (İHA), sürekli gelişen teknolojileri ve düşük maliyet, küçük boyut, hafiflik, yüksek manevra kabiliyetleri ve hızlı kurulum gibi özelliklere sahip olmalarından dolayı, ulaşım, taşıma, tarım, telekomünikasyon, sağlık, medya, eğlence vb. gibi askeri, sivil ve ticari alanlarda, tekli veya çoklu (sürü) kullanımlarda oldukça geniş bir kullanım alanına sahip olmaya başlamışlardır. Gerek yerden İHA'ya gerek İHA'dan İHA'ya güvenilir bir haberleşme bağlantısı sağlanabilmesi için, haberleşme kanalının karakteristik özellikleri belirlenmeli ve haberleşme için gerekli parametreler bu karakteristik özellikler doğrultusunda seçilmelidir. Bu tezde, İHA'ların haberleşme alanında kullanım senaryoları için, ışın izleme yöntemine dayanan "İki Işınlı Model" ile, İHA'dan İHA'ya haberleşmede, havadan havaya haberleşme kanalının analizi yapılmaktadır. Kullanılan model ile farklı İHA irtifaları ve farklı İHA'lar arası mesafeler, farklı anten tipleri, farklı çevresel faktörler vb. gibi değişkenlere sahip çeşitli senaryolar ile alıcıya gelen doğrudan-görüş-hattı sinyali ve çoklu yol etkisini temsil eden, farklı yollardan yayılarak alıcıya gelen, yerden yansıyan sinyal incelenerek belirtilen senaryolar için haberleşme kanalının karakterizasyonu yapılmaktadır. Farklı uçuş senaryoları için kullanılan model ile teorik çıkarımları yapılan kanal karakterizasyonlarına ek, bu çalışmada, kullanılan platformların tanıtımı yapılarak, iki özdeş İHA arası haberleşme için farklı senaryolarda yapılan saha ölçüm çalışmalarının ön aşamalarından bahsedilmekte ve elde edilen saha ölçüm sonuçlarının yorumlamaları ve teorik sonuçlar ile karşılaştırılmaları yapılmaktadır.
İnsansız hava araçlarında araç rotalama problemi
İnsansız Hava Araçları (İHA) günümüzde askeri ve toplum faydasına gibi birçok alanda kullanılan pilotsuz hava araçlarıdır. Sağladıkları maliyet, hız ve risk taşımama özelliklerinden dolayı kullanımları sıkça tercih edilmektedir. Görevini gerçekleştirirken İHA'ların rotalarının belirlenmesi görev performansında büyük önem taşımaktadır. Bu çalışmada İHA'ların toplum faydasına kullanımının önemine dikkat çekmek ve insanlığa sağladığı faydalar gösterilmek istenmiştir. Bu sebeple, İHA'lar, özellikleri ve kullanım alanları ile literatürde yer alan araç rotalama çalışmaları incelenmiştir. Daha sonra yapılan iki uygulama ile İHA'ların ulaşılması zor köylere sağlık malzemeleri taşımaları ve ormanlık alanlarda yangın gözetleme görevini gerçekleştirmeleri üzerine çalışılmıştır. Bu uygulamalarda örnek test senaryolarının karşılaştırılması ile İHA'ların özelliklerinin ve kullanıldıkları durumların değişmesinin performanslarına etkisi incelenmiştir.
Isparta yağ gülü (Rosa damascena mill.) bahçelerinin insansız hava araçları (İHA) ile izlenmesi ve verim tahmin modellerinin geliştirilmesi
Bu tez çalışması, organik ve konvansiyonel tarım yapılan Isparta gülü (Rosa Damascena Mill.) yetiştirilen alanlarda verim üzerinde etkili parametrelerin dönemsel olarak belirlenmesi ve spektral ölçümlerle birleştirilerek verim tahmin modellerinin geliştirilmesi amacıyla, 2019-2020 vejetasyon döneminde yürütülmüştür. Çalışmada deneme ve test alanı içerisindeki Isparta gülünün fenolojik, morfolojik ve biyokimyasal değişimleri dönemsel olarak incelenmiş, vejetasyon süreci boyunca biyotik ve abiyotik stres faktörlerinin etkileri belirlenmiştir. Hiperspektral veriler kullanılarak organik ve konvansiyonel tarım yapılan Isparta gülünün spektral imzaları oluşturulmuştur. Organik ve konvansiyonel tarım yapılan Isparta gülünün erken dönem verim değerlendirmesi için İnsansız Hava Araçları (İHA) kullanılarak multispektral görüntülerden NDVI, NDRE, MCARI, TGI, VARI, GNDVI, GRVI, SAVI, LCI, bitki vejetasyon indisleri türetilmiş ve verim üzerine etkili toprak nemi, pH, EC ve toprak sıcaklığı özellikleri çoklu doğrusal regresyon (MLR), çok değişkenli uyarlanabilir regresyon eğrileri (MARS), karar ağaçları (CHAID, ExCHAID, CART, Random Forest) ve yapay sinir ağları (YSA) algoritmalarına fonksiyonlanarak tahmin modelleri geliştirilmiştir. Organik Isparta gülü verim tahmini için erken dönem (69. Gün); MARS 1 (0.907 R2), ExCHAID 1 (0.888 R2), CART 1 (0.931 R2) ve RF 1 (0.909 R2) modellerinin kullanılabilir olduğu belirlenmiştir. Konvansiyonel Isparta gülünde 84. Günde (3. Dönem) MRL 3 (0.999 R2), MARS 3 (0.903 R2), CHAID (0.861 R2), ExCHAID 3 (0.861 R2), CART 3 (0.995 R2) ve RF 3 (0.868 R2) modellerinin verim tahmininde kullanılabileceği belirlenmiştir. Çalışma sonucu ülkemiz Tarım 4.0 geçiş sürecine yönelik organik ve konvansiyonel tarım sistemleri altında yetiştirilen Isparta gülünün İHA ile verim tahmininde farklı vejetasyon dönemleri için kullanılabilir modeller üretilmiştir. Bunula birlikte özellikle sürdürülebilir tarım sistemlerinde erken dönem verim tahmini için İHA ve spektral verilerin kullanılması gerektiği önerilmiştir.
İnsansız hava aracıyla elde edilen hava fotoğraflarından kızılçam ağaçlarının çap ve boylarının ölçülmesi
İnsansız hava araçlarındaki (İHA) algılayıcı sistemlerle alınan hava fotoğrafları, fotogrametrik yazılımlar yardımıyla işlenerek nokta bulutu ve ortomozaik gibi veriler üretilebilmekte ve böylece orman ekosistemlerindeki bazı ölçümlerin uzaktan algılanan veriler üzerinde yapılması mümkün olabilmektedir. Orman kaynaklarından efektif faydalanmanın sürdürülebilirliği açısından bir ormanlık alanda kesilen ya da herhangi bir nedenle devrilen ağaçların kabuklu gövde hacimlerinin pratik bir şekilde tahmini gerekir. Bu çalışmada İHA fotoğraflarından üretilen ortomozaik ve nokta bulutu verilerinde, kesilmiş kızılçam (Pinus brutia Ten.) ağaçlarının çap ve boy ölçümlerinin yapılarak kabuklu gövde hacimlerinin tahmini amaçlanmıştır. Çalışma, Isparta Orman Bölge Müdürlüğü'ne bağlı Sütçüler Orman İşletme Müdürlüğü, Çandır Orman İşletme Şefliği sınırlarında bulunan iki farklı kızılçam meşceresinde gerçekleştirilmiştir. Bu alanların İHA fotoğraflarından üretilen nokta bulutu ve ortomozaikler üzerinde toplam 175 adet kesilmiş kızılçam ağacının göğüs çapı (d1.3) ve boyları ölçülmüştür. Elde edilen değerler kullanılarak hacim tahminleri yapılmış, bu tahminler arazide ölçülen verilerle karşılaştırılmıştır. Elde edilen bulgulara göre, İHA fotogrametrisi ve referans veriler arasında çap ölçümünde en düşük 0.78, en yüksek 0.92, boy ölçümünde en düşük 0.96 ve en yüksek 0.99, hacim tahminlerinde de en düşük 0.70 ve en yüksek 0.93 korelasyon değeri bulunmuştur. Sonuç olarak, pratik bir uzaktan algılama platformu olarak tercih edilen İHA'lardan elde edilen uzaktan algılama verilerinin yerde yatık haldeki kızılçam ağaçlarının çap ve boy ölçümlerinde kullanılabileceği ve ağaç hacimlerinin İHA fotogrametrisiyle başarılı bir şekilde tahmin edilebileceği ortaya konulmuştur.
Derin öğrenme ile çam kese böceği yuvası tespit edebilen ilaçlama dronu geliştirilmesi
Çam kese böceği, (Thaumetopoea pityocampa ve Thaumetopoea wilkinsoni) özellikle Orta Doğu, Orta ve Güney Avrupa ve Kuzey Afrika'da ormanları tehdit eden önemli zararlı türlerinden biridir. Ülkemizde de Akdeniz, Ege, Marmara ve Karadeniz bölgelerinde bulunan bu zararlı, iğne yapraklı ağaçların ibrelerini yiyerek beslenir. Ağaçların ibrelerinin azalması konakçısı oldukları ağaçların çap, boy ve hacim olarak büyümesini yavaşlatarak ağacın hastalıklara açık hale gelmesine ve ağacın ekonomik değerini kaybetmesine yol açmaktadır. Ayrıca, bu böcekler alerjen etkisi sebebiyle insanlara ve diğer canlılara zarar verebilmektedir. Ülkemizdeki ormanların yarıdan fazlasının iğne yapraklı türlerden oluştuğu için çam kese böceğinin orman yangınlarından daha fazla ormanlara zarar verdiği saptanmıştır. Bu kapsamda, çam kese böceği larvalarının yer aldığı keseleri drone vasıtasıyla havadan tespit ederek ilaçlamayı hedefleyen bir mücadele aracı geliştirilmiştir. Bu sayede, tüm ağacı ilaçlayarak oluşabilecek ekolojik ve maddi zararlar sadece hedef bölgenin ilaçlanmasıyla minimuma indirilmiştir. Yapılan çalışmada, görüntüleri alabilmek için özel tasarım drone üzerine yerleştirilmiş bir kamera ve ilaçlama işlevini yerine getirecek bir sıvı püskürtme sistemi yer almaktadır. Görüntüler üzerindeki keseleri tespit etmek için derin öğrenme tekniğinden faydalanılmıştır. YOLOv7 ağı kullanılarak, daha önceden oluşturulmuş veri setinin eğitim ve test işlemleri gerçekleştirilmiştir. Çam keselerini bulmada mAP@0.5 başarı metriği %92.5 olarak tespit edilmiştir. Tespit edilen çam keselerinin içerisinde bulunan çam kese böceği larvalarının imhasında biyopestisit kategorisinde yer alan bir fungus türü kullanılmıştır.
İnsansız hava aracı ile yangın bölgesinin tespiti ve müdahalesinin yapay zeka ile tahminlenmesi
Orman yangınları günümüzde, canlı yaşam alanlarını tehdit eden afetlerin başında gelmektedir. Küresel ısınmadaki artış, hava kalitesinin bozulması, hayvan ve bitki çeşitliliğindeki azalmalar, orman yangınlarının oluşturduğu başlıca zararlardır. Orman yangınlarının oluşturduğu tehditler ile mücadele edebilmek için tüm devletler çeşitli politikalar geliştirmekte ve ciddi maddi harcamalar yapmaktadırlar. Bu mücadelede kullanılan teknolojik ürünlerin geliştirilmesi ve orman yangınlarına daha hızlı ve kesin çözümün bulunabilmesi elzemdir. Gerçekleştirilen tez çalışmasında bu sorunlardan hareketle yapay zeka tabanlı bir insansız hava aracı sistemi geliştirilmiştir. Geliştirilen sistem olası yangın bölgesinde devriye gezerek otonom uçuş ve analiz yapma yeteneklerine sahiptir. Sistem üzerinde bulunan kamera ile anlık olarak görüntüler yer birimine aktırılmakta ve işlenmektedir. İşlenen görüntüler de yangın ve duman emareleri aranmaktadır. Olası bir yangın durumunda sistem otonom olarak yangın bölgesinde uçuş gerçekleştirmekte ve yangına müdahale etmek üzere görev icra etmektedir. Yangın anında yapay zeka modelleri ile rüzgar hızı, İHA hızı, İHA irtifası bilgileri işlenerek bir yatay atış tahmini yapılmaktadır. Tahmin sonucunda İHA hareket halinde iken yangın söndürme topunun bırakılması gereken an hesaplanmaktadır. Oluşan yatay atışın X ekseninde ne kadar yol alacağı model tarafından tahmin edilmektedir. X ekseninden alınacak yolun bitiş noktası yangın merkezi için tahminlenmektedir. Böylece doğru bir atış ile yangın söndürme topunun alevli bölgeye düşürülmesi hedeflenmiştir.
Askeri lojistik dağıtımında araç rotalama problemi için hipersezgisel algoritma geliştirilmesi
Günümüzün savaş taktik ve stratejileri insan gücünden ziyade akıllı silahların (yapay zekâ destekli) kullanılmasına yönelik planlanmaktadır. "Bilgi Çağı" ya da "Dijital Çağ" ile birlikte askeri yazılımlar şu alanlarda gelişme göstermiştir; yeni silahlar, kara harp sistemleri, iletişim sistemleri, gelişmiş optik ve lazerler, görüntü işleme sistemleri, yapay zekâ destekli otonom veya otonom olmayan robot teknolojileri vb. Bu alanlardaki gelişmeler ülkelerin güvenlik sistemlerini önemli ölçüde geliştirmekte ve farklı ülkelerin geleneksel savaş stratejileri yerine gelişmiş seviye stratejiler geliştirmesine neden olmaktadır.Bu çalışmada, askerlerin operasyon sırasında karşılaştıkları malzeme (silah, patlayıcı, yiyecek-içecek, sağlık vb.) sıkıntısından dolayı malzeme teminini kolaylaştıracak bir araç rotalama ve depo yönetim sistemi geliştirilmiştir. Askerin konumunun belirlenmesi ve haritalanabilmesi için Google Haritalar API, mevcut konumunun fiziksel koşullarının öğrenilebilmesi ve işlenebilmesi için RoboFlow API, web uygulamasının geliştirilmesinde ise Microsoft SQL Server ile birlikte C# kullanıldı. Uygulamanın ilk aşamasında askerin coğrafi konumunu ve bulunduğu yerin fiziki koşullarını (dağlık, ormanlık, yol, su vb.) belirlemek amacıyla hava aracı kullanılmıştır. Elde edilen bu görüntüler, RoboFlow API aracılığıyla YOLOv8 mimarisini kullanan denetimli öğrenmeyle eğitilmiş yapay zekâ tarafından işlenir. Uygulamanın ikinci aşamasında askerden ihtiyaç duyulan malzemelerin bilgisi alınır ve depolardaki stok miktarlarına göre genetik algoritma ve tabu arama algoritması tabanlı bir hiper-sezgisel kullanılarak en iyi rotalar oluşturulur. Geliştirilen bu uygulama sayesinde hiper-sezgisel algoritmalar kullanılarak elde edilen sonuçlar, hiper-sezgisel algoritma kullanılmadan elde edilen sonuçlarla karşılaştırıldığında programın çalışma süresinin ve iterasyon sayısının azaldığı görülmüştür. Gelecek çalışmalarda makine öğrenmesi ve açıklanabilir yapay zekâ üzerinde durulması düşünülmektedir.
Açıklanabilir yapay zekâ yöntemleri kullanarak drone ile kargo taşımacılığı üzerine örnek bir uygulama
Teknolojinin gelişmesi ile birlikte insansız hava araçlarının (İHA) kullanımı ve kullanım alanlarının çeşitliliği artmaktadır. Günümüzde askeri alanda olduğu kadar sivil ve ticari alanda da sıklıkla tercih edilmektedir. Kullanım alanlarının artması ile birlikte İHA'lara yapay zekâ uygulamaları entegre edilmiştir. İHA'nın kullanıldığı ve gelecekte de büyük oranda kullanımının artacağı öngörülen alanlardan biri de kargo taşımacılığıdır. Yapay zekâya sahip İHA ile belirli bir başlangıç noktasından hedef noktaya taşıma gerçekleştirildiği sırada engel tespiti yapması ve engellerden kaçınarak rotasını değiştirmesi beklenmektedir. Engel ile karşılaştığı sırada verdiği kararların arkasındaki mantığı anlamak için açıklabilir yapay zekâdan yararlanılmıştır. Tez çalışmasında, AR.Drone kullanılarak ROS ve Gazebo simülasyonunda ortam oluşturulmuştur. İHA'nın ortamı tanıması ve başlangıç noktasından hedef noktasına engellere takılmadan ulaşması için haritalama ve yol planlama işlemi gerçekleştirilmiştir. Haritalama üç boyutlu doluluk ızgarası yaklaşımına sahip OctoMap kütüphanesi ile yapılmıştır. Engel tespiti için derin öğrenme modeli olan evrişimli sinir ağı (CNN) kullanılmıştır. Açıklanabilir model olarak LIME ve Grad-CAM mimarisi tercih edilerek görüntülerde hangi bölgenin tahmine katkıda bulunduğu gözlemlenmiştir.
Mevcut betonarme yapı düzensizliklerinin yapay zekâ ve görüntü işleme teknikleri kullanarak belirlenmesi
Bu çalışmada, yapısal düzensizlik çeşitlerinden B2 yumuşak kat düzensizliği ve A3 planda çıkıntı bulunması gibi yapı sorunlarının görüntü işleme ve yapay zekâ yöntemleri kullanılarak tespit edilmiş ve sınıflandırılması yapılmıştır. Yapılarda ortaya çıkan bu düzensizlikler, özellikle depreme dayanıklılık ve yapısal güvenlik açısından büyük önem taşımaktadır. Teknolojik gelişmeler, yapıların incelenmesinde geleneksel yöntemlere göre daha hızlı ve hassas analizler yapılmasına imkân tanımaktadır. Sahada yapılacak gözlem ve veri toplama işlemleri insansız hava aracı (İHA) kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Bu yöntem, düzensizlik barındıran yapıları yüksek çözünürlüklü görüntülerle detaylı olarak inceleme fırsatı sunmaktadır. Elde edilen görüntüler, daha sonra görüntü işleme teknikleri kullanılarak işlenmiş ve analiz edilmiştir. Görüntü işleme adımlarının ardından, farklı yapay zekâ modelleri kullanılarak düzensizlik tespitine yönelik en uygun modelin belirlenmiştir. Çalışmanın sonunda, en doğru sonuçları veren yapay zekâ modeli seçilmiş ve bu model düzensizlik sınıflandırması için kullanılmıştır. Bu yaklaşımla, yapı güvenliği analizlerine daha sistematik ve teknolojik bir boyut kazandırılması amaçlanmaktadır.
Geçiş kanalları ile kanal içi pervane sistemleri üzerinde pasif akış kontrolü sağlanması ve performansının değerlendirilmesi
Geçiş kanalları ve kanal içi pervane sistemleri havacılık tarihi boyunca pervane ucunda oluşan kayıpların önlenmesi, gürültünün azaltılması, pervanenin uygun şartlarda çalışması için akışın yönlendirilmesi ve güvenlik gibi birçok alanda araştırılmış ve kullanılmıştır. Özellikle günümüz yolcu uçaklarında kullanılan turbofan motorların kanal içerisinde yüksek by-pass oranlı bir fanı barındırması ve bu fan ile itkisinin %80 oranını karşıladğı düşünüldüğünde kanal içi fan sistemleirnin önemi bir kez daha ortaya çıkmış olur. Öte yandan kanal içi fan sistemleri özellikle 2. Dünya Savaşı sonrasında artan kişisel kullanım hava araçlarının ve VTOL özelliğie sahip hava araçlarının geliştirilmesinde önemli rol oynamıştır. Günümüzde de VTOL özelliğe sahip elektrikli hava aaraçlarının gündeme gelmesi özellikle elektrik kanal içi fan (EDF) sistemlerini yeniden gündeme taşımıştır. Kanal içi fan sistemleri belirli ileri hız rejimlerinde, verim artışı, itki artışı ya da buna bağlı olarak boyutta küçülme, ses engelleme, güvenlik gibi konularda öne çıksa da çapraz akış içerisinde kaldığı durumlarda performans konusunda oldukça büyük sorunlar yaşamaktadır. Yüksek hücum açısı ile kalkış ya da iniş yapan bir yolcu uçağının motorunun bu kopma nedeniyle yeterli akışı alamaması, bir insansız hava aracının istenmeyen türbülans, titreşim ve momentlere mağruz kalması gibi birçok konuda sıkıntı yaşanmaktadır. Kanal yapısının da bir kanat profili olduğu göz önüne alınarak günümü uçaklarının yüksek hücum açılarına çıkarken kullandıkları yardımcı aerodinamik yüzeyler ve metodlar araştırılmış ve slot, slat ve jet akışı ile yönlendirme gibi konseptler bulunmuştur. Mekanik hareketli yüzeylerin bu tür dairesel yapılarda kullanılmasının zorlukları ve bu sistemlerin oluşturacağı ağırlıklar göz önüne alınarak pasif şekilde aerodinamik yönlendirme yapan tasarımlardan slot kanal tasarımı ana tasarım olarak seçilmiştir. Kanal için kullanılan NACA 4312 kanat profili üzerine tasarlanan slot sistemi duct ekseninde her yönden gelecek akışı yönlendirecek şekilde dairesel olarak tasarlanmıştır. Çalışma kapsamında kanal içi elektrikli fan sistemi bir MAV için modellenmiş ve 5 inch çapında 3 palli bir pervane seti ile deneyler yapılarak ileri uçuşta düşük sürükleme yaratacak, çapraz akış altında standart kanal yapısına göre daha iyi performans gösterecek ve bunları yaparken mümkün olduğu kadar mekanik bir yapı içermeyecek bir çözüm olarak slot tasarımlı kanal tasarımı yapılmıştır. Bu tasarım, açık pervane, standart kanal tasarımı ve toroid kanal tasarımı ile karşılaştırmalı olarak deneysel olarak incelenmiştir. Deneylerin gerçekleştirilmesi esnasında alınacak verilerin miktarı nedeniyle yarı otomatik veri alabilen bir itki test sistemi geliştirilmiştir. Bu itki test sisteminde rüggar tüneli hızı ayarlanması ardından manuel şekilde verilen gaz seviyesi üzerine itki, devir, voltaj ve akım değerleri otomatik olarak kaydedilmektedir. Bunun için kullanılan sensörlerle birlikte itki test standı ana yapısı bir yük hücresine bağlı moment kolu üzerine tasarlanmış olabildiğince basit ancak ölçümler için de oldukça hassas bir sistem olarak geliştirilmiştir. Standart kanal tasarımı deneyler esnasında açık pervaneye göre oldukça iyi bir performans göstermiştir; ancak serbest akış hızı arttıkça kanalın sürüklemesi kanalın itki kuvvetine sağladığı desteği geride bırakacak kadar artmıştır. Açık pervane sistemi ise akışa paralel durumlarda itki seviyesi azalmış ancak çapraz akış altında serbest akım hızı arttıkça itki seviyesi artmıştır. Bu beklenmedik sonuç için pervane hız vektörleri ile serbest akış arasındaki ilişki incelendiğinde çıkan verinin doğruluğundan emin olunmuştur. Toroid tasarım ise statik itki konusunda en iyi itki katkısını sağlamış ve çapraz akışlarda ise en düşük seviyede akış kopması yaşamıştır; ancak toroid kanal yapısı da akışa dik kesit alanının büyüklüğü nedeniyle olduça yoğun sürükleme kuvveti yaratmış ve bu sürükleme kuvveti nedeniyle statik akışta ve çapraz akışlarda istenilen beklentiyi verememiştir. Hücum kenarı daire çapının çok yüksek olması sebebiyle çapraz akış altında en hızlı yeniden yapışmayı sağlayan tasarım olmuştur. Beklenildiği üzere akışa dik kesit alanı küçük ancak yardımcı akış yönlendirici aerodinamik yapılarıyla akışa yön verebilecek slot tasarımlı kanal için fan sistemi toroid kanal kadar iyi çapraz akış performansı, normal duct kadar düşük paralel akış sürüklemesi sağlayamasa da hibrit bir tasarım olarak MAV ve VTOL hava araçları gibi yoğun şekilde çapraz akış içerisinde hareket eden sistemlerde performası önemli ölçüde arttıracağı gözlemlenmiştir. Bu aşamadan sonraki çalışmalarda viskoz etkileri daha az gözlemlemek adına daha büyük çaplı kanal tasarımları ile deney yapılabilir ve yapılan çalışmalar farklı CFD analizleri ile de tekrarlananabilir.
Farklı yüzey tiplerinde ve farklı yüksekliklerde fotogrametrik yöntemlerle üretilen ortofotoların konum doğruluğu analizi
İHA fotogrametrisi, son yıllarda gerek Harita Mühendisliği gerekse diğer disiplinler için oldukça güncel bir çalışma konusu olmuştur. Özellikle geniş alanlar için detaylı ölçüm olanağı sunması sayesinde doğru veriye hızlı ulaşım noktasında önemli bir yöntem haline gelmiştir. İHA fotogrametrisinin çıktı ürünlerinden birisi olan ortofotolar (ortomozaik) genelde iki boyutlu çalışmalarda; proje ve planlara altlık olma, alan üzerindeki belli zaman aralığındaki değişimleri izleme, vektörel veri tabanlarına altlık görsel oluşturma vb. gibi amaçlarla kullanılmaktadır. Ayrıca üç boyutlu verilerin görsel yorumlamasını kolaylaştırma amacıyla da kullanılabilmektedir. Bu açıdan bakıldığında üretilen ortofotoların geometrik çözünürlüğün kullanılacağı çalışmaya göre değişiklik göstermesi beklenmektedir. Geometrik çözünürlüğün artışı detay sınıflarının tespitini arttıracağı gibi donanımdaki işlem yükünü de arttıracaktır. Bu yüzden ortofotoların üretimi esnasında ihtiyaca göre en doğru parametrelerin seçilmesi uygun alacaktır. Ayrıca üretilen verilerin geometrik çözünürlüğü kadar konum doğruluğu da önemlidir. Çalışma, Adıyaman ili Merkez ilçesinde farklı yüzey tiplerini bir arada bulunduran 20.2 hektarlık bir alanda gerçekleştirilmiştir. Çalışma alanı içerisine Yer Kontrol Noktaları (YKN) ve Analiz Noktalarını (AN) oluşturmak üzere 17 adet nokta işaretlenmiştir. İHA ile 100 ve 200 metre uçuş yüksekliklerinde, kamera açıları düşey ve eğik ayarlı olmak üzere 4 uçuş gerçekleştirilmiştir ve YKN sayısının ve uçuş tipinin veri üzerindeki yatay ve düşey konum doğruluğu irdelenmiştir. Yapılan istatistiksel analizler sonucunda en az hataya sahip sonuç 100 metre yükseklikten düşey kamera açısıyla çekilen fotoğrafların sahaya homojen olarak dağılmış olan YKN tasarımıyla dengelenmesi ile elde edilmiştir ve 0.07m karesel ortalama hata değeri hesaplanmıştır. En fazla hataya sahip sonuç ise 200 metre yükseklikten eğik kamera açısıyla çekilen fotoğrafların saha köşelerine dağılmış olan YKN tasarımıyla dengelenmesi ile elde edilmiştir ve 0.12 m karesel ortalama hata değeri hesaplanmıştır. Bu sonuçlar İHA fotogrametrisinin konum doğruluğu açısından oldukça yüksek doğruluğa sahip veriler ürettiğini ve değişken parametre seçimleri ile doğruluğun daha da arttırılabileceğini göstermektedir.