GPS verisinin alınamadığı ortamlarda otonom gemilerin konum tespiti için bir algoritma tasarımı
Design of an algorithm for position detection of autonomous ships in GPS data unavailable environments
Yazar: CANER ÇELİK
Danışman: PROF. DR. YAŞAR BECERİKLİ
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Bilgisayar Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol = Computer Engineering and Computer Science and Control
Dizin: Otonom araçlar = Autonomous vehicles ; Otonom sistemler = Autonomous systems ; Pusula = Compass ; Sayısal görüntü işleme = Digital image processing

Özet:
Bu proje, geminin GPS (Global Positioning System, Küresel Konumlama Sistemi) verisini alamadığı durumlarda otonom görevlerini yerine getirebilmesi için algılayıcı kaynaştırma algoritmalarının tasarımını, uygulanmasını ve test edilmesini ele alıyor. Algılayıcı kaynaştırma, farklı algılayıcıların verilerini bir araya getirerek geminin çevresini ve konumunu anlamasını ve görevlerini başarıyla yerine getirmesini sağlayan önemli bir konudur. Bu çalışma, gemilerin daha güvenli ve etkili bir şekilde otonom görevlerini yerine getirmesine yardımcı olmayı hedeflemektedir.

Navigasyon hem su üstü hem de su altı araçları için çok önemlidir. Araçlar konum verilerini kullanarak yönlerini belirleyebilirler. Denizciler geçmişte konum belirleme dışında başka yöntemler de kullanmışlardır. Denizcilerin doğru yönü seçebilmeleri için Deniz Seyrüseferi, Pusula ile Yön Belirleme, Yerel ve Göksel Seyrüsefer konularında eğitim almaları gerekir.

Ancak insansız su üstü araçlarında, yönün belirlenmesi için GPS gibi global konum belirleme sistemleri dışındaki yöntemlere ihtiyaç duyulur. Bu proje kapsamında, otonom bir gemi için yön tayini ve konum belirleme çalışmaları yapabilen bir sistem geliştirilmiş ve maket bir gemide test edilmiştir.

Bu projede insansız deniz aracı, başlangıç noktasından, belirlenen rotaya ilerlemek için pusula kullanmıştır. Daha sonra seyir esnasında görüntü işleme yapılarak geminin konumu belirlenmiştir. Son olarak, gemi otonom bir şekilde rotasını tamamlamıştır. Test ortamında koordinatları bilinen adalar, şamandıralar ve kıyılar gibi noktalar sisteme eklenmiştir. Araç bu noktalara ulaştığında rota yeniden hesaplanmıştır.

Otonom gemi projesi kapsamında toplanan veriler detaylı bir şekilde analiz edilerek geminin yönü, konumu ve rotada kalma yeteneği üzerindeki performansı değerlendirilmiştir. İleride yapılacak çalışmalarda farklı ölçüm yöntemleri ve algoritmalar kullanılarak farklılıkların analiz edilmesi ve en verimli yöntem ile geliştirme sürecine devam edilmesi hedeflenmektedir.

Bu çalışma, denizde otonom araçların güvenli ve etkin bir şekilde seyir yapabilmesine yönelik önemli adımlardan birini oluşturmaktadır ve ileriye dönük araştırmalara da temel olabilecek potansiyele sahiptir.

Abstract:
This project addresses the design, implementation and testing of sensor fusion algorithms to enable the ship to perform autonomous missions when it cannot receive GPS (Global Positioning System) data. Sensor fusion is an important issue as it combines data from different sensors, enabling the ship to understand its surrounddings and location and successfully perform its missions. This study aims to help ships perform autonomous missions more safely and effectively.

Navigation is very important for both surface and underwater vehicles. Vehicles can determine their direction using this position data. In the past, mariners have used other methods other than position determination. In order for seafarers to choose the right direction, they should be trained in Marine Navigation, Direction Determination by Compass, Local and Celestial Navigation.

However, in unmanned surface vehicles, methods other than global positioning systems such as GPS are needed to determine the direction. Within the scope of this project, a system capable of direction determination and position determination for an autonomous ship was developed and tested on a model ship.

In this project, the unmanned marine vehicle used a compass to navigate from the starting point to the determined route. Then, the position of the ship was determined by image processing during the navigation. Finally, the ship completed its route autonomously. In the test environment, points such as islands, buoys and coasts with known coordinates were added to the system. When the vehicle reached these points, the route was recalculated.

The data collected within the scope of the autonomous ship project has been analysed in detail and its performance on the ship's direction, position and ability to stay on course has been evaluated. In future studies, the differences will be analysed by using different measurement methods and algorithms and it is aimed to continue the development process with the best method.

This study constitutes one of the important steps towards the safe and effective navigation of autonomous vehicles at sea and has the potential to be the basis for future research.