Su parametrelerinin çevrimiçi izlemesi ve CBS kullanılarak değerlendirilmesi amacı ile otonom insansız yüzey aracı geliştirilmesi
Development of autonomous unmanned surface vehicle for online monitoring and evaluation of water parameters using GIS
- Tez No: 951371
- Danışmanlar: PROF. DR. NAMIK KEMAL SÖNMEZ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Çevre Mühendisliği, Mekatronik Mühendisliği, Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol, Environmental Engineering, Mechatronics Engineering, Computer Engineering and Computer Science and Control
- Anahtar Kelimeler: Coğrafi bilgi sistemleri, Coğrafi konum, Deniz araçları, Gerçek zamanlı izleme, Kablosuz sensör ağları, Konumsal bilgi sistemi, Mobil konum izleme, Otonom araçlar, Su kalitesi, İnsansız araçlar, Geographical information systems, Geographical position, Naval vessels, Real-time monitoring, Wireless sensor networks, Spatial information system, Mobile location tracking, Autonomous vehicles, Water quality, Unmanned vehicles
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Akdeniz Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Uzaktan Algılama ve Coğrafi Bilgi Sistemleri Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu tez çalışmasında, deniz ve göl gibi su alanlarında fiziksel su parametrelerinin gerçek zamanlı ve otonom biçimde izlenmesini sağlayan bir İnsansız Yüzey Aracı (İYA) sistemi geliştirilmiştir. Sistem; sıcaklık, pH, iletkenlik, çözünmüş oksijen ve oksidasyon-redüksiyon potansiyeli gibi temel su kalitesi parametrelerini ölçebilen çoklu sensörler ile GPS, LiDAR, dijital pusula, haberleşme modülleri, batarya ve enerji birimlerinden oluşmaktadır. Yazılım altyapısı, İYA üzerinde Python (Raspberry Pi), ölçüm biriminde C (Atmega 324P), kontrol biriminde C++ (Arduino Uno), kontrol merkezinde ise C#, JavaScript, HTML ve CSS kullanılarak geliştirilmiştir. Motor kontrolü, engellerden kaçınma, veri iletimi ve görev yürütme işlemleri Python ile gerçekleştirilmiştir. İYA, hem manuel hem de otonom modda çalışacak şekilde tasarlanmış ve web tabanlı bir arayüz üzerinden yönetilmektedir. Kullanıcı, harita tabanlı arayüz aracılığıyla görev noktaları tanımlayabilmekte; sistem bu noktalara ulaşıp gerekli ölçümleri yapmakta ve verileri gerçek zamanlı olarak kontrol paneline iletmektedir. Veri iletimi; donanım düzeyinde ZigBee ve GSM modülü, uygulama düzeyinde ise SignalR ve RESTful API gibi iletişim teknolojileri aracılığıyla sağlanmaktadır. Ayrıca, laboratuvar koşullarında test edilebilecek şekilde numune alma işlevi de sisteme entegre edilmiştir. Toplanan su verileri, Coğrafi Bilgi Sistemleri kapsamında IDW, Kriging, Spline ve Doğal Komşu gibi farklı enterpolasyon yöntemleriyle işlenmekte ve anlık alansal dağılım haritaları oluşturulabilmektedir. Bu sayede, çevresel değişimlerin mekânsal analizi mümkün hale gelmektedir. Gerçekleştirilen dört farklı saha testinde İYA, toplam 2237,26 metre yol katetmiş ve kuş uçumu mesafe ile karşılaştırıldığında yaklaşık %96,5 oranında en uygun rota izlenebilmiştir. Görevler yaklaşık 79 dakikada tamamlanmış, bunun 44 dakikası su parametrelerinin ölçümü ve numune alımı süreci olarak gözlemlenmiştir. Toplam 24 görev noktasından görev noktalarına 3 metrelik toleransla ulaşımda %66 başarı elde edilmiştir. Engel tanıma testlerinde, karşısına çıkan 10 engelin 6'sı çarpmadan geçilmiş; otonom sürüş modunda ise tüm engellerden başarılı şekilde kaçınılmıştır. Saha testlerinde elde edilen 120 farklı su parametre değeri, kontrol paneli üzerinden gerçek zamanlı işlemlerden geçirilip IDW, Kriging, Spline ve Doğal Komşu gibi farklı enterpolasyon yöntemleriyle alansal dağılım haritaları oluşturulmuştur. Buna ek olarak gerçek zamanlı harita özerinde parametre değerleri gösterilmiştir. Bu tez çalışması, düşük maliyetli, modüler ve kullanıcı dostu yapısıyla çevresel izleme sistemlerine yenilikçi bir yaklaşım sunmakta hem akademik araştırmalar hem de uygulamalı çalışmalar için etkin ve sürdürülebilir bir çözüm oluşturmaktadır.
Özet (Çeviri)
In this thesis, an Unmanned Surface Vehicle (USV) system has been developed to enable real-time and autonomous monitoring of physical water parameters in aquatic environments such as seas and lakes. The system comprises multiple sensors capable of measuring key water quality parameters including temperature, pH, conductivity, dissolved oxygen and oxidation-reduction potential as well as components such as GPS for location tracking, LiDAR for obstacle detection, a digital compass for directional control, communication modules, a battery, and a power system. The software infrastructure has been developed using Python on the Raspberry Pi for the USV, C on the Atmega 324P microcontroller for the water measurement unit, C++ on the Arduino Uno for the control unit, and C#, JavaScript, HTML, and CSS for the web-based control center. Tasks such as motor control, obstacle avoidance, data transmission, and mission execution are performed using Python on the USV. The USV is designed to operate in both manual and autonomous modes and is managed through a web-based interface integrated into the control center. Through the map-based interface, the user can define mission points; the system then navigates to these points, conducts the necessary measurements, and transmits the data to the control panel in real time. Data transmission is achieved through communication technologies such as ZigBee and the GSM module at the hardware level, and SignalR and RESTful API at the application level. Additionally, the system includes a sample collection mechanism suitable for testing in laboratory conditions. The collected water quality data are processed within the scope of Geographic Information Systems using various interpolation methods, including IDW, Kriging, Spline, and Natural Neighbor, to generate real-time spatial distribution maps. This capability allows for the spatial analysis of environmental changes. In four different field tests, the USV travelled a total distance of 2,237.26 meters. When compared to the straight-line (as-the-crow-flies) distance, it was observed that the USV followed an optimal route with an accuracy of approximately 96.5%. The missions were completed in approximately 79 minutes, of which 44 minutes were dedicated to measuring water parameters and collecting samples. Out of 24 designated task points, the vehicle successfully reached 66% of them within a 3-meter tolerance. In obstacle detection tests, 6 out of 10 obstacles encountered were avoided without collision; in autonomous driving mode, all obstacles were avoided. A total of 120 different water parameter values obtained during field tests were processed in real-time through the control panel, and spatial distribution maps were generated using various interpolation methods such as IDW, Kriging, Spline, and Natural Neighbor. In addition, the parameter values were displayed in real time on the map. This thesis contributes a novel approach to environmental monitoring systems through a low-cost, modular, and user-friendly design, offering an effective and sustainable solution for both academic research and practical field applications.
Benzer Tezler
- An online opto-electronic sensor for abrasive waterjet nozzle internal diameter monitoring
Çevirim içi opto-elektronik sensor kullanılarak aşındırıcılı su jeti nozulünün iç çapının ölçülmesi
MEHMET GÜLŞEN
Yüksek Lisans
İngilizce
1991
Makine MühendisliğiSyracuse Unıversıtyİmalât ve Konstrüksiyon Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. RADOVAN KOCACEVIC
- Personality in conversational user interfaces: extroverted and introverted chatbots
Sohbete dayalı kullanıcı ara yüzlerinde kişilik: dışa ve içe dönük sohbet botları
GONCA İREM ÇAKIROĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Endüstri Ürünleri Tasarımıİstanbul Teknik ÜniversitesiEndüstri Ürünleri Tasarımı Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ÇİĞDEM KAYA
- Ardışık kesikli reaktörler ile deri endüstrisi atıksularında karbon ve azot gideriminin araştırılması
Sequencing batch reactor treatment of tannery wastewater for carbon and nitrogen removal
SELDA MURAT
Yüksek Lisans
Türkçe
2002
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. DERİN ORHON
- Characterization and analysis of weak urban grey water
Zayıf nitelikli kentsel gri suyun karakterizasyonu ve analizi
ESRA GİRESUNLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYŞE BİLSEN BELER BAYKAL
- State of charge estimation of lithium-ion batteries using machine learning approach
Makine öğrenmesi yaklaşımı kullanılarak lityum iyon pillerin şarj durumu tahmini
OSMAN ALPER ALTUN
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EMİNE AYAZ