İnsansız Hava Araçları, Çeşitleri, uygulama alanları

Transkript

1 İnsansız Hava Araçları, Çeşitleri, uygulama alanları Doç. Dr. Oğuz Güngör Karadeniz Teknik Üniversitesi Harita Mühendisliği Bölümü Uzaktan Algılama Anabilim Dalı Trabzon 1

2 İHA ların Tarihi! İHA lar geçmişte ilk olarak askeri amaçlar ve uygulamalar için geliştirilmiştir.! İHA ların geliştirilmesinde amaç, araştırma, keşif, gözetleme ve düşman alanlarının haritalanması idi.! Sivil haritacılık amaçalı ilk İHA kullanımı 70 li yılların sonunda olmuştur. 2

3 Fotogrametride ilk İHA uygulaması 1979 yılında, uzaktan elle kontrol edilen Hegi firmasına ait sabit kanatlı bir uçakla 150 metre yüksekten arkeolojik bir alan üzerinde 11 m/sn hızla gerçekleştirilmiştir. Kaynak:Henri Eisenbeiß, UAV Photogrammetry, Doktora Tezi, ETH Zürih, 2009) 3

4 1980 yılında Wester-Ebbinghaus, fotogrametrik amaçlar için ilk kez döner kanatlı İHA kullanmıştır. Bu cihaz 3 kg. ağırlık taşıyabilen Schlüter (Bell 222) marka bir helikopterdi. Kaynak:Henri Eisenbeiß, UAV Photogrammetry, Doktora Tezi, ETH Zürih, 2009) 4

5 İHA (İnsansız Hava Aracı)?????! Yabancı Literatürde aşağıdaki farklı terimler kullanılmaktadır:! UAV (Unmanned Aerial Vehicle)! UAS (Unmanned Aerial System)! Drone! Quadcopter! Multicopter! Remotely Piloted Vehicle (RPV)! Remotely Operated Aircraft (ROA)! Remotely Piloted Aircraft systems (RPAS)! Peki hangi terim hangi çeşit araç için kullanılmaktadır 5

6 Drone mı UAV mı?! Günümüzde drone terimi hem sabit kanatlı, hem de helikopter gibi pervaneleri tüm araçların genel adı gibi algılanmaktadır.! Aslında Drone ve UAV kelimeleri teknik açıdan eşanlamlı olarak kabul edilmektedirler.! Fakat Drone kelimesinin kökenine bakıldığında aslında aynı şeyi tarif etmediği anlaşılmaktadır. 6

7 ! Drone lar aslında askeri araçlardır.! Drone lar yerdeki bir silahla veya başka bir uçak tarafından düşürülmek amacıyla düz bir hat boyunca uçurulan küçük uçaklardır.! 1935 yılında Amerikan ordusunda görevli bir amiral olan William H Standly, İngiliz kraliyet ordusuna ait bir gösteride uzaktan kontrol edilen ve hedef olması amacıyla üretilmiş DH 82B Queen Bee isminde bir insansız hava aracı görür.! Amerikaya döndüğünde benzer bir aracın yapılması emrini verir ve bu araca yine arı anlamına gelen Drone denir.! Dolayısıyla Drone kelimesi yerden veya başka bir uçaktan kontrol edilen uçan araçlar için kullanılmaktadır. 7

8 UAV (Bizdeki karşılığı İHA)! UAV ise bir çubuk ve dümen ile yerden kontrol edilen ve uçurulan insansız araçlar için kullanılmaktadır.! UAS ise Hem hava aracını, hem yer kontrol ünitesini hem de bu ikisi arasındaki iletişimi sağlayan sistemin tamamını içermektedir.! Fakat bu terimler arasındaki kavram karmaşası yabancı literatürde de sürmekte, drone, UAV veya UAS kavramları birbirlerinin yerine kullanılmaktadır. 8

9 Geleneksel Fotogrametri, Uzaktan Algılama ve İHA! İHA lar popüler olmadan önce görüntüler ya insanlı uçaklardan (klasik fotogrametri) ya da uydulardan elde ediliyordu. 9

10 ! Her geçen gün haritacılık faaliyetlerinde çok daha yüksek detayda ve doğrulukta veriye ihtiyaç duyulmaktadır.! Bu ihtiyacın uydudan çekilen görüntülerle karşılanması çözünürlük kısıtlaması nedeniyle ve insanlı uçaktan çekilen görüntülerle karşılanması ise daha çok maliyetle alakalı sorunlar nedeniyle mümkün olamamaktadır. 10

11 Uydu Görüntülerinin Dezavantajları! Veri toplama süreci çok zaman almakta, anlık görüntü ihtiyacı çoğunlukla karşılanamamakta.! Hava şartlarına bağımlı:! Optik uydular bulutlu günlerde görüntü çekememekte! Düşük uzamsal çözünürlük:! En iyi uzamsal çözünürlük pankromatik görüntüler için 30 cm, çok bantlı görüntüler için 1.20 m civarında 11

12 İnsanlı Uçak görüntülerinin Dezavantajları! Uzamsal çözünürlük ve doğruluk yeterli, fakat görüntülerin büyük uçak kaldırılarak çekilmesi pahalı bir süreç.! Ayrıca büyük uçaklarla daha detaylı alım istendiğinde istenilen manevraları yapabilmek her zaman mümkün olamamakta. 12

13 Düşük İrtifalı İHA ların Avantajları! Düşük irtifalı uçuşlar sayesinde bulutlu bir günde de görüntü alınabilir.! Hatta hafif yağışlı bir günde dahi görüntü alımına imkan sağlayan sistemler mevcut! Yapılaşmış alanlarda farklı yönlerden binaların görüntüleri alınarak 3-Boyutlu modeller üretilebilir.! Çok daha ucuz sistemlerle (Amatör veya SLR dijital fotoğraf makineleri ile) haritacılık uygulamalarının ihtiyaç duyduğu yüksek doğrulukta SAM, SYM ve Ortofoto veriler üretilebilir. 13

14 Peki İhalar Nasıl mümkün oldu?! Donanım anlamında havacılık, robotik ve optik alanındaki son gelişmeler optik sistemlerin daha küçük üretimini küçük uçak ve multikopter gövdelerinin üretimini mümkün kılmıştır. (Huckridge and Ebert 2008; Schafroth et al. 2009)! Ayrıca tam otonom navigasyon, otomatik iniş-kalkış, engel tanıma ve ondan sakınma gibi yazılım sistemleri uçuşun güvenli ve etkin gerçekleştirmesini sağladı.! Hassas GPS ve Jiroskop sistemlerinin geliştirilmesi de İHA ların gelişiminde ve yaygınlaşmasında ana etkenlerdendir.! Ayrıca dijital fotogrametri yazılımlarındaki gelişmeler de İHA fotoğraflarının işlenmesine imkan sağlamıştır. 14

15 Proje alan büyüklüğü ve alınacak detay sayısı açısından 15

16 İHA Çeşitleri! UVS International üç ana kategoriye ayırmaktadır:! Taktik İHA lar: Bunlar alçak ve orta irtifada uçan, ağırlıkları bir kaç kilogramdan 1000 kg a kadar değişebilen, birkaç km ila 5 km arasında menzile sahip, onlarca dakikadan 2-3 gün arası uçuş süresine sahip olabilen İHA lardır.! Stratejik İHA lar: metre ve daha yüksek irtifalarda uçabilen 2-4 gün süreyle havada kalabilen İHA lardır.! Özel Görev İHA ları: Askeri amaçlarla üretilen, ölümcül, otomatik savaş makineleridir. 16

17 Motor Tipine Göre İHA lar! Motorsuz İHA lar! Balon! Uçurtma! Planör! Planör paraşüt! Motorla Çalışan İHA lar! Motorlu balon! Elektrik motorlu pervaneli! İçten yanmalı motorlu pervaneli! Motorlu paraşüt 17

18 ! Sabit kanatlı İHA lar Kanat Tipine Göre İHA Çeşitleri! Döner kanatlı İHA lar 18

19 Döner Kanatlılar! Tek kanat! Aynı eksende iki kanat! Dört pervaneli (Quadrocopter)! Çok pervaneli (multicopter) 19

20 ! Elden fırlatılanlar Fırlatma Yöntemine göre İHA lar ise! Bir kutu içinde fırlatılıp havada kanatlarını sonradan açanlar! Mancınık düzeneği ile bir fırlatma rampasından fırlatılanlar 20

21 ! Uçuş öncesi plan yapımı İHA ile Harita Üretiminde İşlem Adamları! Uçulacak arazide keşif, bindirme oranlarının, uçuş yüksekliğinin belirlenmesi, gerekli ise YKN lerin tesisi ve koordinatlarının ölçülmesi, vb.! Kullanılacak kameranın hassas kalibrasyonunun yapımı! Görüntüler alınırken kaydedilen GPS ve INS verileri ve görüntü eşleştirme teknikleri ile görüntülerin yöneltilmesi! Fazla ölçüler kullanılarak kaba hata içeren noktaların belirlenmesi 21

22 ! Demet dengelemesi yöntemi ile görüntüler ve arazi arasındaki geometrik ilişkilerin kurulması (dış yöneltme elemanlarının hesaplanması).! Dış yöneltme elemanları ve farklı görüntülerdeki eş noktalar kullanılarak 3-Boyutlu nokta bulutu ve Sayısal Yüzey Modeli oluşturulması.! Çeşitli filtreleme teknikleri ile yüzey üstü noktaların tespiti ve atılmasıyla Sayısal Arazi Modeli Üretimi! İstenirse ortofoto üretimi! İstenirse SAM kullanılarak eşyüksek eğrili (1/1000, 1/2000, vb. ölçekli) haritalar üretimi 22

23 İHA lar ile üretilen Ürünler! 3-D Nokta bulutu 23

24 Üzerine Doku Eklenmiş 3-D Model 24

25 Sayısal Yüzey Modeli (SYM) Sayısal Arazi Modeli (SAM) 25

26 Ortofoto 26

27 Hacim Hesabı Eşyüksek Eğrili Harita 27

28 Boy-kesit En-kesit 28

29 İHA ların Uygulama Alanları! Haritacılık ve inşaat işlerinde: Halihazır harita yapımı, yol yapımı (Zhang 2008), kadastro yapımı (Manyoky et al. 2011), termal analizler (Hartmann et al. 2012), Arazinin ve üzerindeki doğal veya insan yapımı nesnelerin 3-boyutlu modellerinin üretilmesi ile kazı-dolgu hacim hesabı, en-kesit, boy kesit çıkarımı, 3-boyutlu analizler, vb.! Arkeoloji ve Mimarlık: Alçak irtifa görüntü tabanlı yaklaşımlarla arazinin ve üzerindeki yapıların 3-Boyutlu ölçülmesi ve modellenmesi (Çabuk et al. 2007; Lambers et al. 2007; Oczipka et al. 2009; Verhoeven 2009; Chiabrando et al. 2011; Rinaudo et al. 2012). 29

30 İHA ile Haritaclık Uygulamaları! Tarım: hassas tarım uygulamarı, çok çabuk ve doğru hasar analizi, tarladaki potansiyel tehlikelerin tahmini(newcombe 2007).! Ormancılık: amenajman planları, yangın gözetleme, bitkilerin takibi, tür tanımlama, hacim hesaplama, ağaçlandırma alanlarının tespiti ve ağaçlandırılması (Grenzdörffer et al. 2008; Martinez et al. 2006; Réstas 2006; Berni et al. 2009b). 30

31 ! Çevre: Sık ve düşük maliyetli uçuşlarla arazinin ve su kaynaklarının farklı zamanlarda izlenmesi, değişim analizi (Thamm and Judex 2006; Niethammer et al. 2010), volkanların izlenmesi (Smith et al. 2009), kıyıların izlenmesi, doğal kaynakların belgelenmesi.! Acil Durum Yönetimi: Doğal afetlerde erken hasar tespiti ve kurtarma planı yapımı(chou et al. 2010; Haarbrink and Koers 2006; Molina et al. 2012). Kimyasal veya diğer kirlenmiş bölgeler üzerinde uçarak bilgi toplayabilme.! Trafik izleme: İzleme, seyahat zamanı tahmini, araç izi çıkarma, şerit işgali izleme, kazalara anında müdahele imkanı (Puri et al. 2007). 31

32 ! İHA görüntüleri ayrıca yersel yöntemlerle üretilen verilerle birleştirilerek 3-Boyutlu modeldeki boşlukları doldurmada ve ortofoto üretmede de kullanılmaktadır (Pueschel et al. 2008; Remondino et al. 2009). İHA lar ayrıca endüstriyel uygulamalar için de kullanılabilmektedir. Örneğin: Hava kirliliği izleme, endüstriyel ölçme, vb. 32