Otonom su üstü araçlarla kıyı sahillerin gözetimi
Monitoring of coastal shores using autonomous surface vehicles
Yazar: UFUK ŞANVER
Danışman: PROF. DR. AYDIN YEŞİLDİREK
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Mekatronik Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Mekatronik Mühendisliği = Mechatronics Engineering

Özet:
Otomasyon tamamen veya kısmen insanlarca yapılan işlemlerin, insan müdahalesi olmadan yapılması olarak tanımlanabilir. Otomasyonun giderek yaygınlaşan bir kullanım alanına sahip olmasından diğer tüm alanlar gibi taşıtlar alanı da etkilenmektedir. Otonom taşıt araçları için pek çok alt sistem ve otonom görev uygulamaları da tasarlanmakta ve gerçekleştirilmektedir. 
Yaşadığımız çevrede istenmeyen bir durum oluştuğunda hızlı müdahale edilebilmesi için kıyı sahillerin düzenli olarak gözetlenmesini bir ihtiyaç haline getirmektedir. Otonom taşıt araçları bu alanda görev almaya uygun araçlardır.
Bu tez çalışmasında, otonom su üstü araçlar ile kıyı sahillerinin gözetimine yönelik bir sistem tasarlanmış ve gerçekleştirilmiştir. Tez çalışmasının yapıldığı dönemde Marmara Bölgesinde deniz yüzeyinde gerçekleşen büyük ölçekli çevre felaketi müsilaj patlaması olduğundan müsilaj kirliliğine özel olarak odaklanılmıştır. Ayrıca yakıt kirliliği de ele alınan bir başka konudur.
Bu tez çalışmasında tasarlanıp gerçekleştirilen sistem; otonom görev yapan, insansız su üstü aracının (İSÜA) -tanımlanan güzergahta- kıyı sahil gözetim devriyesi esnasında kirlilik unsurlarını belirleme amacını taşımaktadır. Kirlilik unsurunun tespitinde farklı yöntemler bir arada kullanılmıştır. Müsilaj kirliliğine yönelik geliştirilen sistemde üç aşamalı özgün bir yaklaşım uygulanmıştır. Öncelikle özgün görüntü işleme yöntemi ile müsilaj bulunmaya aday bölgeler belirlenmiştir. Ardından geliştirilen özgün monoküler vizyon yaklaşımından yararlanarak kirliliğe aday bölgenin su üstü aracına göre konumu belirlenmiş, düz Dünya modelinden yararlanılarak da ilgili bölgenin gerçek Dünya koordinatı yaklaşık olarak hesaplanmıştır. Koordinatı hesaplanan bölgeye ilgili insansız su üstü aracı yönlendirilmiş, kimyasal ölçüm algılayıcıları ile algılama yapılmış ve ayrıca çevrimdışı ölçüm için de numune alınmıştır. Görüntü işleme verisi ile kimyasal ölçüm verileri bir arada değerlendirilerek kirlilik olup olmadığına karar verilmiştir. Bu veri füzyonu işleminde özgün bir yaklaşım uygulanmıştır. Ayrıca çevrimdışı olarak numuneler mikroskop aracılığıyla incelenmiş, özgün olarak geliştirilen yöntemle kirlilik olup olmadığı çıkarımında bulunulmuştur.
Ele alınan bir diğer kirlilik türü ise petrol türevi ürünlerin (motorin vb.) kirliliği ile amonyum peroksit kirliliğidir. Bu amaçla biri polipropilen teksitl malzemesine dayanan diğeri ise aerogel kaplamadan yararlanan iki özgün kapasitif algılayıcı geliştirilmiştir. Geliştirilen algılayıcılar ile ölçüm yapılmış, motorin vb. ürünlerin algılayıcıların ölçtüğü sığa değerini standart deniz suyuna göre düşürdüğü, amonyum peroksitin ise yükselttiği belirlenmiştir. Algılayıcıların karakteristikleri elde edilmiş ve yapılan ölçümlerde $\%98$ oranında başarı elde edilmiştir. Algılayıcıların geçici olarak oturacakları değer aralıklarına yerleşme süresi 8 saniye olmuştur. Geliştirilen özgün değerlendirme ünitesi ile kapasitif algılayıcı değerler mikrodenetleyici-tabanlı bir sistem aracılığıyla değerlendirilmiş ve kirlilik olup olmadığı hakkında üretilen sonuç karaya RF haberleşmesinden yararlanılarak iletilmiştir.

Abstract:
Automation can be defined as the performance of operations that are completely or partially performed by humans, without the use of human power. The field of vehicles, like all other fields, is also affected by the increasingly widespread use of automation. Many subsystems and autonomous mission applications are also designed and implemented for autonomous vehicles.
Regular surveillance of coastal beaches becomes a necessity in order to intervene quickly when an undesirable situation occurs in the environment we live in. Autonomous vehicles are suitable vehicles to take part in this field.
The system designed and implemented in this thesis study; It aims to identify pollution elements during the coastal surveillance patrol of the autonomous, unmanned surface vehicle (USV) - on the defined route. Different methods were used together to detect the element of pollution. A unique three-stage approach was applied in the system developed for mucilage contamination. First of all, candidate regions for mucilage were determined using a unique image processing method. Then, using the unique monocular vision approach developed, the location of the pollution candidate area relative to the surface vehicle was determined, and the real Earth coordinate of the relevant area was approximately calculated using the flat Earth model. The relevant unmanned surface vehicle was directed to the area whose coordinates were calculated, detection was made with chemical measurement sensors, and samples were also taken for offline measurement. It was decided whether there was contamination by evaluating the image processing data and chemical measurement data together. In addition, the samples were examined offline through a microscope, and it was deduced whether there was any contamination using the originally developed method.
Another type of pollution considered is pollution of petroleum-derived products (diesel oil, etc.) and ammonium peroxide pollution. For this purpose, two unique capacitive sensors have been developed, one based on polypropylene textile material and the other using aerogel coating. Measurements were made with the developed sensors, diesel etc. It was determined that the products decreased the capacitance value measured by the sensors compared to standard sea water, while ammonium peroxide increased it. With the developed unique evaluation unit, capacitive sensor values were evaluated through a microcontroller-based system, and the result produced about whether there was pollution was transmitted to the land using RF communication.