Enhancement of situational awareness in physical security using mixed reality
Fiziksel güvenlikte karma gerçeklikle durumsal farkındalığın artırılması
- Tez No: 866262
- Danışmanlar: DOÇ. DR. GÖKHAN İNCE
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol, Computer Engineering and Computer Science and Control
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Bilgisayar Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 91
Özet
Güvenlik personeli sık sık sis, karanlık ve görüşlerini bulanıklaştırabilecek ve onları maddi ve manevi tehlikeye atabilecek diğer dikkat dağıtıcı unsurlarla karşı karşıya kalabilirler. Bu dikkat dağıtıcı unsurlar, çevresel faktörlerin yanlış yorumlanmasına, dost ve düşman ayrımında yanlış sonuçlara yol açma potansiyeline sahiptir. Bunlara ek olarak, olayların insanlar üzerinde fiziksel yaralanmalar ve ciddi vakalarda ölümler dahil olmak üzere olumsuz etkileri olabilir. Yapılan son araştırma bulgularına göre, etkili araçlar olarak hizmet edebilecek çok sayıda farklı teknoloji bulunmaktadır. Bu araçlar, güvenlik personelinin sahadaki bilgilerini geliştirerek onlara çeşitli faydalar ve imkanlar sağlar. Bu faydalar arasında gece görme yetisinin arttırılması, dost ve düşman ayrımının yapılması, zorlu koşullarda efektif sonuçlar alınması yer alır. Alana özgü kullanılabilecek araçları dahil etmek, bu dikkat dağıtıcı unsurları etkili bir şekilde azaltabilir. Bahsedilen araçlar arasında telsizler, GPS cihazları, mobil cihaz uygulamaları ve karma gerçeklik cihazları yer almaktadır. Şu anda, bu teknolojilerin her biri belirli gereksinimleri karşılamak için kullanılmaya devam etmektedir. Yine de çoklu uygulama alanları nedeniyle diğerlerinden daha avantajlı olan mobil cihaz uygulamaları ve karma gerçeklik cihazlarının öne çıktığı görülmektedir. Bu iki teknolojinin kendi avantajları ve dezavantajları bulunur. Mobil cihaz uygulamaları kolay kullanılabilirlik ve alışılmış arayüzleri ile bir avantaj sağlarken, güvenlik personeli için elde ek bir yük olması sebebi ile dikkat dağınıklığı yaratacağından bir zorluk teşkil etmektedir. Karma gerçeklik cihazları ise güvenlik personelinin zorlu çevresel şartlarda algısını arttırması ve eldeki yükü hafifletmesinden dolayı avantaj sağlar. Diğer yandan alışılmamış bir arayüzünün olması kullanılabilirliği azalttığı için bir dezavantaj olmaktadır. Bu avantajlar ve dezavantajlar üzerine yeteri kadar çalışma bulunmaması literatürde bulunan eksiklerden biridir. Durumsal farkındalığı artırmak ve güvenlik personeline faydaları en üst düzeye çıkarmak için daha etkili bir aracın belirlenmesi, öne çıkan iki alternatif arasında hangisinin daha yararlı olduğu üzerinde de kesin bir sonuca varılamamıştır. Yukarıda bahsedilenler eksiklikler göz önüne alındığında, bu teknolojiler arasındaki algı farklılıklarını incelemek, değerlendirmek ve hangisinin kullanımının yararlı olacağını belirlemek bu tezin birincil amacı olarak seçilmiştir. Bunun için mobil cihazlar ve karma gerçeklik gözlükleri için ilk aşamada ayrı ayrı uygulamalar geliştirilmiştir. Bu çalışma ile güvenlik personelinin sahada kullanacağı en faydalı uygulama belirlenmeye çalışılmıştır. Bu amaç ışığında, mobil cihazlara kıyasla karma gerçeklik gözlüklerinin etkinliğini göstermek ve bu iki teknoloji arasındaki kullanıcı algısının hangisinde daha çok artacağının karşılaştırmalı bir analizini yapmak amaçlanmıştır. Radar bir nesnenin konumundan, açısından ve uzaklığından radyo dalgalarını kullanan bir radyolokasyon sistemidir. Uçakları, gemileri, uzay araçlarını, güdümlü füzeleri ve motorlu araçları tespit etmek ve izlemek, hava oluşumlarını ve araziyi haritalamak için kullanılır. Bu tezde yürütülen çalışmanın gerçek bir nüfuz radar sistemi kullanılarak gerçekleştirilmesi amaçlanmıştır. Nüfuz radarı kullandığı farklı dalga boyları ile ince nesnelerin arkalarına ulaşabilir. Nüfuz radarları genellikle ormanlık alanlarda ve mayın tespitlerinde sıkça kullanılmaktadır. Radarın sensör birimi belirli bir frekansla karakterize edilen bir sinyal üretir ve daha sonra algılanan nesneleri tanımlamak ve sınıflandırmak için alınan sinyalleri inceler. Bu analiz, alanla ilgili veriler sağlar. Bu verilerin işlenmesinden sonra bulgular çıkarılır. Bu bulgular, koordinat sistemi ve işlenmiş sinyal çıktıları ile ilgili verilerden oluşur. Radarda bulunan sınıflandırma algoritması bu bilgileri girdi olarak alır ve bir sonraki bilgi döngüsünü bekler. Sonraki sinyal bilgisi alındığında, algoritma tespit edilen sinyalin bir hedef mi yoksa yanlış alarm mı olduğuna ilişkin bir karar verebilir. Algoritmanın çıktısı belirli bir hedefe karşılık geliyorsa, coğrafi konum ve sınıf (örneğin, insan, hayvan, araç) gibi ek bilgiler hesaplanır. Bu tez kapsamında 4 uygulama geliştirilmiştir. İlk olarak, gerçek radar kullanımı, test sırasında güvenlikle ilgili endişeler yaratması ve radar kullanımıyla ilgili pratik zorluklar çıkarması nedenleriyle, bir radar simülasyon uygulaması geliştirilmesine karar verilmiştir. Simülasyon uygulaması radarın çalışma sırasında ortaya çıkaracağı bulguları oluşturur. Bir diğer uygulama ise web sunucu uygulamasıdır. Web sunucu uygulaması diğer uygulamalar arasında bir bağlantı kurmak için geliştirilmiştir. Radar simülasyonu, mobil ve karma gerçeklik uygulamaları arasındaki haberleşmeyi gerçekleştirmek için oluşturulmuştur. Radar simülasyonu oluşturduğu bulguları düzenli aralıklar ile web sunucu uygulamasına gönderir. Diğer iki uygulama da bu verileri görselleştirmek için kullanır. Hareketli bir hedefi göstermeyi amaçlayan iki uygulama daha geliştirilmiştir. Uygulamalardan biri, bir mobil cihazda kullanılmak üzere tasarlanırken, diğeri bir karma gerçeklik gözlüklerinde kullanılmak üzere tasarlanmıştır. Mobil uygulama, güvenlik personeli için bir fiziksel güvenlik uygulaması olarak işlev görmesi amacıyla 2 boyutlu harita tabanlı bir kullanıcı arayüzü ile tasarlanmıştır. Uydulardan alınan arazi görüntüleri bir alt katman olarak kullanılmıştır. Uydu görüntülerinin kullanımına ek olarak, kullanıcının konumu ve takip edilen konumlar haritaya eklenmiştir. Kullanıcının konumu mobil cihazın GPS'i aracılığıyla elde edilmiştir. Takip edilen konum ise web sunucu uygulamasından alınmaktadır. Diğer uygulama olan karma gerçeklik uygulamasının temel amacı, izlenen nesnelerin konumlarını üç boyutlu bir ortamda görsel olarak temsil etmek için kullanılır. Buna gerçek zamanlı dijital bilgilerin fiziksel ortam üzerine bindirilmesini sağlayan karma gerçeklik teknolojisinin kullanılmasıyla ulaşılır. Uygulama, kullanıcı ile hedef arasındaki mesafeyi göstererek etkileşimli ve bilgilendirici bir kullanıcı deneyiminin oluşmasını sağlar. Bu araştırmada kullanılan mobil uygulama bir akıllı telefon üzerinde çalışırken, karma gerçeklik uygulaması HoloLens 2 üzerinde çalışmaktadır. Bu uygulamalar ile güvenlik personelinin karşılaşacağı gerçek hayat senaryolarında karma gerçeklik gözlüklerinin anlaşılırlığı artırmada mobil uygulamalara göre daha etkili olup olmadığını belirlemek amaçlanmıştır. Ek olarak, çalışma, deneyler ve çözülmüş anketler aracılığıyla iki tür uygulama arasındaki kullanılabilirlik düzeyindeki potansiyel farklılıkları araştırmayı amaçlamaktadır. Mevcut koşullara bağlı olarak, güvenlik personeli, ormanlık bir sınır bölgesinin güvenliğini sağlama sorumluluğunu üstlenir. Güvenlik personelinin karşılaştığı zorluklardan biri, hedefin kesin konumunu doğrudan görsel olarak teyit etmeden, sadece telsizden aldığı tanımlamalara dayanarak hedefin yerini belirleme görevidir. Gerçek senaryoya çok benzeyen deneysel senaryonun oynanacağı yer olarak ormanlık bir bölge seçilmiştir. Bu özel alanın seçilmesinin amacı, katılımcılara güvenlik personelinin karşılaştığı koşullarla karşılaştırılabilir koşullar sağlamaktır. Güvenlik personelinin karşılaştığı ek zorluklardan biri de görevlerini yerine getirirken silah taşıma zorunluluğudur. Bu durumun simüle edilmesi, telsizle etkin iletişimi engelleyen ve GPS gibi ek ekipmanların kullanımını sınırlayan silah taşımanın getirdiği doğal zorluklar nedeniyle aynı derecede önem taşımaktadır. Güvenlik personelinin görevini simüle etmek için gerçek senaryoya çok benzeyen deneysel senaryonun oynanacağı yer olarak ormanlık bir bölge seçilmiştir. Bu özel alanın seçilmesindeki amaç, katılımcılara güvenlik personelinin deneyimlediği koşullarla karşılaştırılabilir koşullar sağlamaktır. Deneye katılan katılımcılar, yaşları 21 ila 35 arasında değişen, mobil veya karma gerçeklik uygulamaları ile bu koşullarda daha önce deneyimi olmayan toplam 30 kişi seçilmiştir. Katılımcılar rastgele iki gruptan birine atanmıştır. Gruplardan sırayla seçilen katılımcılar, belirlenen yerde konumlanarak deneye başlar ve testin amacı doğrultusunda mobil cihazı alır veya karma gerçeklik gözlüğünü takar. Deney başlamadan önce, güvenlik personelinin kullandığı silahı simüle etmek amacıyla katılımcıya bir el ağırlığı verilir. Bu senaryonun temel hedefi, belirlenen bir hedefi, bir zaman dilimi içinde izlemek, belirlenen ana rotadan ne kadar saptığını görmek ve hedefin yerini tespit etmektir. Aynı zamanda güvenlik personelinin söz konusu kişiyi takip etmek üzere ormanda dolaşmasını sağlamaktır. Deney sonucunda katılımcılara anket verilerek yapılan çalışma üzerine geri dönüşler alınmıştır. Yapılan testlere ve anketlere dayanarak, karma gerçeklik uygulamasının kullanımının gelişmiş bir durumsal farkındalıkla sonuçlandığı gözlemlenmiştir. Bunun en temel nedeni, algının daha fazla olmasından gelmektedir. Anket sonuçlarına göre, mobil uygulamanın öğrenilmesi karma gerçeklik uygulamasına göre daha kolaydır. Öte yandan, karma gerçeklik uygulaması kullanıcıları, mobil uygulama kullanıcılarına kıyasla bu sistemi kullanarak daha hızlı üretken olabileceklerine inanmaktadır. Buna ek olarak, bu amaçla oluşturulmuş çalışmalarda sıkça kullanılan NASA TLX anketi ve PSSUQ sonuçlarına ilişkin t-testi analizine göre, karma gerçeklik uygulaması kullanıcıları sistemin bir takip sistemi için tüm işlev ve yeteneklere sahip olduğunu bildirirken, mobil uygulama kullanıcıları aynı memnuniyet düzeyine sahip değildir. Ayrıca, PSSUQ sonuçlarına göre karma gerçeklik uygulaması kullanıcıları mobil uygulama kullanıcılarına kıyasla bu sistemden daha fazla memnun kalmıştır. Yapılan deney sonuçlarına dayanarak, karma gerçeklik teknolojisinin kullanımının, güvenlik personelinin durumsal farkındalığını artırma potansiyeline sahip olduğu sonucuna varılmıştır.
Özet (Çeviri)
Security personnel frequently run into hazards like fog, darkness, and other distractions that might blur their vision and put them in danger. These distractions have the potential to lead to a misinterpretation of environmental factors, mistaken perception of ally or enemy. Additionally, these phenomena can have adverse impacts on human beings, including physical injuries and, in severe cases, fatalities. According to recent research findings, there exist numerous mobile technologies that can serve as effective tools. These tools offer benefits to security personnel by improving their knowledge in the field. By incorporating supplementary field-specific data, these distractions can be effectively mitigated. The mentioned tools include walkie talkies, GPS devices, smart phone applications, and extended reality devices. Each option have their own set of advantages and disadvantages. Presently, each of these technologies remains employed to fulfill specific requirements. Nevertheless, smart phone applications and extended reality devices, which are more advantageous than others due to their multiple application areas, stand out. The determination of the more effective tool for enhancing situational awareness and maximizing benefits for military personnel remains unresolved between the two prominent alternatives. Given the subject matter at hand, the primary objective of this thesis is to examine and assess the variances in perception between purpose-built applications specifically created for mobile devices and head mounted displays, individually. The objective of this study is to perform a comparative analysis of user perception in order to illustrate the efficacy of mixed reality (MR) glasses in comparison to mobile devices. This study focuses on the development of two applications that share the common goal of capturing a moving target. One application is designed for use on a mobile device, while the other is intended for utilization on a mixed reality helmet. The objective of this study is to assess the efficacy and user perception of these applications through their utilization in relevant security-related scenarios, followed by the completion of surveys by the participants. The central objective of the mixed reality application is to provide a highly engaging and immersive encounter by utilizing a radar-based system to visually represent the positions of tracked objects within a three-dimensional environment. The previously stated objective is accomplished through the utilization of MR technology, which enables the superimposition of real-time digital information onto the physical environment. The application utilizes algorithms and computational methods to accurately determine the distance between the user and the target, thereby facilitating an interactive and informative user experience. The objective of this study is to determine whether mixed reality glasses are more effective than mobile applications in enhancing intelligibility. Additionally, the study aims to investigate potential differences in usability level between the two types of applications through experiments and solved questionnaires. The mobile application utilized in this research operates on an Android smartphone, whereas the mixed reality application has been specifically designed to be run on head mounted display. This study involves the installation of a web server application on a designated server, which takes the responsibility of managing database operations. Furthermore, a computer-based simulation application has been developed to emulate authentic radar data. This simulation utilizes the geographical characteristics of the encompassing landscape to generate a designated location and its corresponding path. Subsequently, the determined route is transmitted to the web server, with each individual destination being sent separately. Through the establishment of a mechanism for the exchange of specific data among the web server, mixed reality (MR) technology, and mobile applications, both applications were able to operate in a synchronized manner. In this way, users are able to readily compare applications. In order to simulate a security task, an experimental scenario is designed and implemented within a forested environment. The objective of this task refers to the utilization of radar technology for the purpose of monitoring the movement of a person. The key objective of this scenario is to monitor and locate a designated, while enabling security personnel to traverse the forest in pursuit of said individual. In our experimental findings, it was observed that the utilization of MR technology yields a notable improvement in the situational awareness of security personnel in comparison to the mobile application. Furthermore, it has been observed that users exhibit a higher level of effectiveness and engagement when interacting with the mixed reality application compared to the mobile application. This increased level of user experience translates into enhanced performance in terms of overall satisfaction and reduced error rates.
Benzer Tezler
- The use of gamification to enrich the park experience for the visitors: Istanbul Atatürk urban forest park case study
Ziyaretçilerin park deneyimini zenginleştirmek için oyunlaştırma kullanımı: İstanbul Atatürk kent ormanı örneği
SARVIN ESHAGHI
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Peyzaj Mimarlığıİstanbul Teknik ÜniversitesiPeyzaj Mimarlığı Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MUHAMMED ALİ ÖRNEK
- An integrated urban regeneration approach for historic city centers: Tire and Melaka cases
Tarihi kent merkezlerinin dönüştürülmesinde bütünleşik bir yaklaşım: Tire ve Melaka örnekleri
TUĞÇE ERTAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
Mimarlıkİzmir Katip Çelebi ÜniversitesiKentsel Dönüşüm Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. YAKUP EGERCİOĞLU
- A situational awareness framework for connected autonomous vehicles
Bağlantılı otonom araçlar için durum farkındalık sistemi
DERYANUR TEZCAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Mekatronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜLAY ÖKE GÜNEL
- Enhancement of the engine room resource management concept via the integrated model of training effectiveness and evaluation
Eğitim etkinliği ve değerlendirmesi bütünleşik modeli ile makine dairesi kaynak yönetimi konseptinin iyileştirilmesi
BULUT OZAN CEYLAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Denizcilikİstanbul Teknik ÜniversitesiDeniz Ulaştırma Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. METİN ÇELİK
- A novel framework for disaster resilient smart cities: Using big data analytics
Afete dayanıklı akıllı şehırler için özgun bir çerceve: Büyük veri analitiği kullanımı
SYED ATTIQUE SHAH
Doktora
İngilizce
2019
Bilim ve Teknolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiCoğrafi Bilgi Teknolojileri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. DURSUN ZAFER ŞEKER