Farklı veri güncelleme frekansına sahip gps hız sensörlerinin performansının belirlenmesi
Determination of the performance of GPS speed sensors with different data update frequencies
Yazar: MUSTAFA AKKAMIŞ
Danışman: DOÇ. DR. MUHARREM KESKİN
Hatay Mustafa Kemal Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyosistem Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Ziraat = Agriculture

Özet:
GPS esaslı hız sensörlerinin kullanımı son yıllarda önemli düzeyde artış
göstermektedir. Ancak bu sensörlerin özellikle değişken hızlarda doğruluk değeri
konusunda yeterli bilgi bulunmamaktadır. Bu çalışma; ticari olarak satılan farklı veri
güncelleme frekansına sahip düşük maliyetli üç adet GPS hız sensörünün (1 Hz, 5 Hz, 7
Hz) sabit ve değişken hızlarda doğruluğunun araştırılması için yapılmıştır.
Çalışmada traktör üzerine yerleştirilen ek tekerlek üzerinde bulunan bir optik
esaslı mil devir sensörü ile referans hız verisi sağlanmıştır. Mil devir ölçer ve üç adet
GPS'ten gelen verileri okumak ve kaydetmek için Arduino Uno veri toplama kartı ve
Arduino IDE ortamında bir yazılım geliştirilmiştir. Hız denemeleri 3 farklı gün, 3 farklı
zaman, 4 hız kademesinde 4 tekrarlı olmak üzere toplam 144 kez yapılmıştır. Her bir
denemede önce artan hız, sonra sabit hız ve azalan hız durumunda sensörlerden gelen
hız verileri bilgisayara kaydedilmiştir.
Artan hız (pozitif ivme) durumunda, GPS hız sensörleri verilerin iletimindeki
gecikme (latency) sebebiyle referans hıza göre daha düşük değerler verirken, sabit hızda
hız değerleri birbirine yakın olup, azalan hız (negatif ivme) durumunda GPS hız
sensörlerinin referans hızdan daha yüksek değerler verdiği görülmüştür. Artan hız ve
azalan hız durumunda hız farkı ile ivme arasında önemli düzeyde bir korelasyon olduğu
görülmüştür (R 2 >0.70). Büyük ivme değeri hızın ani değiştiğini göstermektedir ki bu
durumda GPS hız sensörlerinden verilerin iletimindeki gecikme (latency) sebebiyle hız
farkı da fazla olmaktadır. Sabit hızda oransal hız farkının en fazla GPS1 için -%2.3,
GPS5 için -%1.8 ve GPS7 için -%1.4 seviyelerinde olduğu görülmüştür. Ayrıca 7 Hz
frekansa sahip GPS hız sensörünün hız farkının 1 Hz ve 5 Hz frekansa sahip GPS
sensörlerinin hız farkı değerinden daha düşük olduğu görülmüştür.
Sonuç olarak, bu çalışma veri güncelleme frekansının GPS hız sensörleri ile hız
ölçümünde önemli bir parametre olduğunu göstermiştir. Hem artan, hem sabit, hem de
azalan hız durumunda, 1 Hz, 5 Hz ve 7 Hz frekansa sahip GPS hız hata değerleri
arasındaki farkın istatiksel olarak önemli olduğu (p<0.05) tespit edilmiştir. Ortalama
oransal hata değerlerinin, ivmeye bağlı olarak GPS1 için %46, GPS5 için %16 ve GPS7
için %12 seviyelerine kadar çıktığı bulunmuştur. Yüksek güncelleme frekansına sahip
GPS hız sensörleri, artan hız, sabit hız ve azalan hız durumunda hız değerini daha doğru
bir şekilde ölçebilmektedir. Bu sebeple özellikle hızın anlık olarak değiştiği durumlarda
hız ölçümü için yüksek güncelleme frekansına sahip GPS hız sensörlerinin kullanımı
önerilmektedir.

Abstract:
The use of GPS-based speed sensors has increased significantly in recent years.
However, there is not enough information about the accuracy of these sensors,
especially at variable speeds. This study was carried out to test three commercially
available low-cost GPS speed sensors with different data update frequency (1 Hz, 5 Hz,
7 Hz) under constant and variable speed conditions.
In the study, reference speed data was provided by an optical shaft encoder
located on the auxiliary wheel placed on a farm tractor. The Arduino Uno data
acquisition card and the program written on Arduino IDE have been developed to read
and record data from the shaft encoder and the three GPS speed sensors. The speed
trials were performed 144 times in 3 different days, 3 different times, 4 speed levels and
4 repetitions. In each test, the velocity data from the four sensors were recorded with
increasing speed, then with constant and decreasing speeds on a computer.
In the case of increasing speed (positive acceleration), the GPS speed sensors gave
lower values ​​than the reference speed due to the latency of the data, while the speed
values ​​at the constant speed are close to each other and in the decreasing speed
(negative acceleration), the GPS speed sensors gave higher values ​​than the reference
speed. A significant correlation was found between speed difference and acceleration in
both increasing speeds and decreasing speeds (R 2 > 0.70). The large acceleration
indicates a sudden change in speed, therefore, a bigger differences in speed. It was
found that the maximum speed difference at constant speed was -%2.3 for GPS1, -%1.8
for GPS5 and -%1.42 for GPS7. Also, the speed difference of GPS speed sensors with
frequency of 7 Hz was found to be lower than the GPS sensors with 1 Hz and 5 Hz
frequency.
As a result, this study showed that the data update frequency is an important
parameter for speed measurement with GPS speed sensors. In the case of increasing,
constant and decreasing speeds, the difference between the GPS speed error values ​​of 1
Hz, 5 Hz and 7 Hz was statistically significant (p<0.05). Depending on the acceleration
level, average GPS speed error was found to be up to %46 for GPS1, up to %16 for
GPS5 and up to %12 for GPS7. GPS speed sensors with high update frequency can
measure the speed more accurately in the case of increasing, constant and decreasing
speed conditions. Thus, it is recommended to use GPS speed sensors with high update
frequency for speed measurement, especially when the speed changes momentarily.