THE INVESTIGATION ON A LOW COST TWO -DIMENSIONAL SEMI-AUTOMATIC LASER SCANNING SYSTEM

Transkript

1 DÜŞÜK MALİYETLİ 2 BOYUTLU YARI OTOMATİK LAZER TARAMA SİSTEMİNİN KULLANILABİLİRLİĞİNİN ARAŞTIRILMASI M.E.AKÇAL 1, T.BAYBURA 2, U.FİDAN 3, A.F.YURAN 4 1 Afyon Kocatepe Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Harita Mühendisliği Bölümü, Afyonkarahisar, mustafaemreakcal@gmail.com 2 Afyon Kocatepe Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Harita Mühendisliği Bölümü, Afyonkarahisar, tbaybura@aku.edu.tr 3 Afyon Kocatepe Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Biyomedikal Mühendisliği Bölümü, Afyonkarahisar ufidan@aku.edu.tr 4 Afyon Kocatepe Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Biyomedikal Mühendisliği Bölümü, Afyonkarahisar fatihyuran@aku.edu.tr Özet 21.yy teknolojisine uygun olarak yüksek algılama gücüne sahip donanımlar yardımıyla konuma bağlı noktasal veri üretiminin öneminin artmasıyla, lazer tarayıcı cihazlar geliştirilmiştir. Bu cihazlar şu an platforma monte edilerek (sabit bir istasyon; araç, tren, vd.) farklı durumlara göre oluşan ölçme hızları ve buna bağlı olarak meydana gelen nokta yoğunluğunu daha az insan gücüyle ve zamandan kazanarak veri toplamamızı sağlamaktadır. Ancak mevcut durumda kullanım hem sınırlı alanlarda hem de çok fazla maliyet gerektirdiğinden dolayı yararlanma imkânımızı kısıtlamaktadır. Projemizde kendimize ait yarı otomatik lazer tarama sistemi aracılığıyla kesit oluşturabilme amaçlanmaktadır. Gerekli verilerin toplanması arazi kesitlerinin somut hale getirilmesinde haritacılık çalışmalarında çok önemli sonuçlara ulaşmamıza yarar sağlayacaktır. Kuracağımız sistem yardımıyla oluşturacağımız kesitler ile daha hızlı şekilde mevcut ihtiyacın karşılanması sağlanacaktır. Bu sayede günümüzde kullanılan yöntemlere alternatif olarak yapılacak uygulamalarında söz edildiği gibi zaman ve insan gücünün düzeyi minimum seviyeye indirilerek, yersel ölçme tekniğini kısa zamanda ve istenilen, amaca uygun doğrulukta kullanacak bir sistemi daha ucuz maliyetle kullanmak. Anahtar kelimeler: Enkesit ölçmeleri, düşük maliyetli yarı otomatik lazer tarama sistemi. THE INVESTIGATION ON A LOW COST TWO -DIMENSIONAL SEMI-AUTOMATIC LASER SCANNING SYSTEM Abstract 21.century technology high power equipment in accordance with the detection data with the help of pointwise depending on the location of the production of the importance with the increase in laser scanner devices have been developed. These devices now mounted on the platform (fixed station; car, train, et al.) according to measuring the speeds of different situations and, consequently, the intensity of the spot by winning less manpower and time to collect data that occur. However, in the present case because both required the use of both cost too much in limited areas, we restrict the opportunity to benefit. Our project our own semi-automatic laser scanning system through cross-sectional is intended to Ekim 2016, Yıldız Teknik Üniversitesi, İstanbul

2 2 create. The project has a very important share in the creation of the necessary data collection and mapping studies are very important in making concrete to achieve results on the sections of the land will benefit. With the system you will install the sections that will be created with the help of more quickly to meet the current need will be provided. In this way the method that is used today as an alternative to the applications to be made and the level of time and manpower are reduced to the minimum level as mentioned in terrestrial measurement technique suitable for the purpose and the desired accuracy at a cheaper cost with a system that would use. Keywords: Cross-section surveying, low-cost semi-automatic laser scanning system. 1.Giriş Yersel lazer tarama teknolojisinin mesleğimizde ölçüm aracı olarak bir araştırma alanı haline gelmesi son 10 yılda olmuştur. Hızlı ve minimum giderle, obje hakkında eksiksiz geometrik ve görsel bilgiye ulaşmak lazer tarama teknolojileri ile olmaktadır. Geleneksel ölçüm metotları, tüm yer ölçümü veya gerçek zamanlı (RTK) GPS ölçümleri, objenin hızlı bir şekilde geometrik ve görsel bilgilerine ulaşmak için çok uygun değildir. Bunlar sadece tek nokta ölçümüne izin verir (Şekil 1). Şekil 1.Tek nokta ölçümüne örnek Bu nedenle genellikle yavaştır. Modern reflektörsüz total stationlar ve diğer gelişen teknolojilerde nokta bazlı tarama fonksiyonları ise; sürenin fazlalığı, elde edilen nokta sayısının azlığı, taranan objenin gerçek modeline uygun nokta kümelerinin elde edilemeyişi yersel lazer tarama teknolojisini ön plana çıkarmıştır. 3D lazer tarayıcı teknolojisi yeni bir gelişim yönünün önünü açmıştır. Bu yüzden, birçok bilim adamı ve üretici firma, bu teknolojinin öneminin farkına varıp daha fazla ilgi duymaya başlamışlardır. Son yıllarda, bu konuyla ilişkili pek çok teknoloji ve ürünler piyasaya çıkmıştır. Bugünlerde firmalar bu teknoloji için araştırma yapmak, sistemi geliştirmek ve 3B sisteminin yerini alabilecek kendi ürünlerini yaratabilmek

3 3 için çok fazla para ve insan gücü sarf etmektedir. Bizim çalışmamızda bu alanda daha düşük maliyetle uygulama yapılması ve hassasiyet, doğruluk, hız, kullanılabilirlik yönünden test edilecektir. 2. Materyal ve Yöntem 2.1. Materyal Lazer tarama daha az insan gücüyle ve zamandan kazanarak veri toplamamızı sağlamaktadır. Ancak mevcut durumda kullanım sınırlı ve fazla maliyet gerektirdiğinden dolayı yararlanma imkânımızı kısıtlamaktadır. Projemizde ülkemiz ulaşımının önemli bir kısmını oluşturan alanda veya bir yapı projesi inşaatında (tünel, köprü, vb) veya madencilik çalışmalarında tasarımı kendimize ait yarı otomatik lazer tarama sistemi aracılığıyla kesit oluşturabilme amaçlanmaktadır (Şekil 2). Şekil 2.Labaratuvar ortamında denenmesi Gerekli verilerin toplanmasında ve meydana gelecek toprak hareketlerinin hesaplanması, proje oluşturma aşamasında çok önemli paya sahip olup, arazi kesitlerinin somut hale getirilmesinde haritacılık çalışmalarında çok önemli sonuçlara ulaşmamıza yarar sağlayacaktır (Şekil 3).

4 4 Şekil 3.Sistemle yapılan ölçümler Kurulan sistem yardımıyla oluşturacağımız kesitler hızlı bir şekilde mevcut ihtiyacın karşılanması sağlanacaktır. Tünel yapım çalışmalarında kullanacağımız sistemi benzer şekilde madencilik ölçmelerinde de kullanarak alternatifli çalışma alanlarına yaymak bir diğer hedef arasındadır. Bu sayede günümüzde kullanılan yöntemlere alternatif uygulamalarda söz edildiği gibi zaman ve insan gücünün düzeyi minimum seviyeye indirilerek, yersel ölçme tekniğini kısa zamanda, istenilen amaca uygun doğrulukta kullanacak bir sistemi daha ucuz maliyetle tasarlayıp, kullanmak. Proje sonucunda elde edilen verilerin ölçme tekniğinde lazer tarama sisteminin yaygın bir yöntem haline getirilebilir olması incelemeler sonucunda anlaşılacaktır. Sistem ölçme tekniği çalışmalarına alternatif olacak, ucuz, istenilen doğrulukta ve kullanılabilirlik açısından ele alınıp alınamayacağı sorularına cevap bulunacaktır Yöntem Sistem Bileşenleri Sistem 8 ana bileşenden oluşturmaktadır. Bunlar; Dizüstü Bilgisayar, Çizgi Lazermetre, Leadshine Stepping Motor, Çok Eksenli Step Sürücüsü, Alet Sehpası, El Arabası, 2 Adet 12V Akü ve Elektronik Teodolit

5 Microsoft Visual Studio Destekli Yazılımı Sistemin yazılım kısmı kesitlerin oluşturulmasında büyük önem taşıyor. Motorun step hareketinde lazer metre değeri kayıt ediliyor ve veri anlık olarak takip edilebiliyor. Bu kullanıcıya istediği anda ölçüyü durdurup devam ettirme olanağı sağlıyor. Bununla beraber sistemin düzece alınması için motorun step hareketlerini de yazılım sayesinde kontrol ediyoruz. Ham ölçü verisini Excel formatında, Açı değerlerini derece cinsinden, uzunluk değerlerini ise mm cinsinde kayıt edebiliyoruz (Şekil 4). Şekil 4. Platform ve Sistemin Bileşenleri Ölçümler Sistemin ölçümlerine başlamadan önce lazer metrenin ölçüm merkezini motorun dönüş orijinine matematiksel olarak ötelenmesini sağladık. Bu formüller aşağıda kısaca belirtilmiştir (Şekil 5).

6 6 Şekil 5. Sisteminde Yapılan Düzeltmeler Lazerin ölçüm merkezini motorun dönüş orijinine getirebilmek için ölçülen mesafeye sabit olarak 73 mm ekleme yaparak X-Z düzlemine indirgemiş oluyoruz. Bu z doğrultusu birlikte ile oluşan hipotenüs hesaplanmasını ve x eksenine dik bir ölçü elde etmemizi sağlıyor. (öllçüllllll mmmmmmmmmmmm + 73 mmmm)² + (zz eeeeeeeeeeee)² Dik eksen ile oluşacak acıyı hesaplamak için oluşan üçgende tan(öllçüllllll mmmmmmmmmmmm + 73 mmmm)/( zz eeeeeeeeeeee) Formülü yardımıyla iç açısını hesaplıyoruz ve 90'dan çıkarılması ile semte eklenecek olan açıyı hesaplamış oluyoruz. Sistem nadir noktasından dönüşe başladığı için semt açımız 180'den azalarak 0 dereceye ulaşıyor. Buda bilgisayara kayıt edilen açı değerini 180 ve 540 den çıkarma işlemine ile elde ediliyor. Semt açıklarına hipotenüs doğrusu ile dik doğrultu arasında kalan açı değerini eklenmesi gerçek semt hesaplanmış oluyor. Bu işlemden sonra temel ödevler yardımıyla koordinatların bulunmasını sağlıyoruz. sin(ssssmmtt) (hiiiiiiiiiiiiüss mmmmmmmmmmmmmmmm) cos(ssssssss) (hiiiiiiiiiiiiüss mmmmmmmmmmmmmmmm) Bundan sonra laboratuvar ortamında ölçüleri m*2.710 m olan sabit bir platform içerisinde 20 ölçüm gerçekleştirildi. Daha önceden robotik total station ile yapılan ölçümler baz alınıp hesaplanan alanı kurulan sistemimizle ölçümlerini aldık. Bu birbirinden farklı ölçümlerin grafiksel gösterimi aşağıdaki gibidir (Şekil 6).

7 7 Şekil 6. Laboratuvar Ortamında Yapılan Ölçümlerin Grafik Gösterimi Laboratuvar ölçümlerinden sonra sistemin normal şartlarda denenmesi ve ölçüm sırasındaki olanaklarının incelenmesi için açık drenaj kanalı içerisinde ölçümler gerçekleştirildi. Bu ölçümler esnasında sistemin ölçüme hazır hale gelmesi ve taşınması hususunda incelemeler yapıldı (Şekil 7). Şekil 7. Drenaj Kanalında Yapılan Ölçümlere Ait Örnekler

8 8 3. Sonuç Ve Öneriler Projede günümüz teknolojisini ihtiyacımızı karşılayacak şekilde ucuza tasarlayıp, mesleki açıdan fayda ve kolaylıklar sağlayacak sistemi yaygın hale getirmektir. Mevcut sistemlere alternatif olarak ulaşımda, köprü ve kanal projelerinde, madencilik alanında gerekli kesitlerin oluşturulmasına; maliyet, istenilen doğruluk, hız ve kullanılabilirlik açısından geliştirilmesi amaçlanmaktadır. Sistemin ölçü sonuçlarında elde ettiğimiz verilerin doğruluğunu elektronik modern takeometreler ve günümüzde mevcut olan lazer tarama cihazları aracılığıyla karşılaştırılıp ihtiyacı karşılayacak bir sistemin kazanılması sağlanacaktır. Lazer tarama sistemini daha ucuza mal edip daha hızlı bir şeklide mühendislik alanında kesit alımlarının elde edilmesinde ve kullanımını yaygın hale getirmek. Bununla beraber zamandan tasarruf sağlayarak, birçok proje alt yapısını oluşturan ölçme tekniğinde daha hızlı ve detaylı kesit oluşturularak elde edilecek sonuçların karşılaştırılması bir puanlama sistemi oluşturularak, elde edilen verilerin yapılacak puanlama sonucuna göre doğruluk, hassasiyet, maliyet ve kullanılabilirlik kavramları ön planda tutularak yapılacak değerlendirmeden oluşmaktadır. Teşekkür Bu çalışma Afyon Kocatepe Üniversitesi Bilimsel BAP tarafından desteklenmekte olup halen devam eden çalışmalarda desteklerini esirgemeyen, sistemin çalıştırılması ve denenmesi sırasında büyük emekleri olan Ahmet DURMUŞ, Mustafa Mert AYDIN ve Uğurcan GERBOĞA ya da teşekkürlerimizi sunarım. Kaynaklar Akyol,O. (2011) Düşük Maliyetli Lazer Tarayıcı Sistemi Tasarımı, İ.T.Ü. FBE. G.karşidağ (2011) Yersel lazer tarama ölçmelerinde, doğruluk analizi çalişmasi tez sunumu, İTÜ FBE. İ.Özdemir (2013) Yersel lazer tarama ile tek ağaç özelliklerinin belirlenmesi, SDÜ, Isparta muhendisligiyersel lazer tarayicilar.html