GPS yönlendirmeli tarımsal bir robotun geliştirilmesi ve anız yoğunluğunun belirlenmesi örneğinde kullanımı üzerine bir araştırma
A research on the development of GPS guided an agricultural robot and use the sample of stubble density determination
Yazar: İLKER ÜNAL
Danışman: DOÇ. DR. MEHMET TOPAKCI
Akdeniz Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Tarım Makineleri Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2012
Konu: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol = Computer Engineering and Computer Science and Control ; Mekatronik Mühendisliği = Mechatronics Engineering ; Ziraat = Agriculture

Özet:
Bu çalışmada,tarla ortamında hareket edebilen,diferansiyel sürüş sistemine sahip bir mobil robot tasarlanmıştır.Mobil robot,hareketini iki adet DC motordan alan lastik tekerlekli bir araçtır.Tasarlanan mobil robotun otonom olarak ilerletilmesi ve yönlendirilmesi için GPS sistemi kullanılmıştır.GPS sisteminden gelen verilerin değerlendirilebilmesi için navigasyon yazılımı geliştirilmiştir.Mobil robotun ilerleme ve dönüşleri,motorların ileri veya geri aynı ya da farklı hızlarda çalıştırılması ile sağlanmıştır. Kontrol sinyalleri robot üzerine yerleştirilen panel bilgisayardan gönderilmiştir.Robotun istenilen noktaya yönlendirilmesi için azimuth (kertiz) ve heading (istikamet) açıları kullanılmıştır.Robotun istenilen noktaya ilerletilmesi için,bulunulan nokta ile hedef nokta arasındaki mesafe hesaplanmıştır.Geliştirilen navigasyon yazılımı ile anlık olarak heading açısı,azimuth açısı ve iki nokta arasındaki mesafe hesaplanmıştır.Heading ve azimuth açısı arasındaki fark 0'a ve mesafe 0'a yaklaştığında mobil robot hedef noktaya ulaşmaktadır.Çalışmada,mobil robota işlevsellik kazandırmak amacıyla anız yoğunluğu tespiti için görüntü işleme yazılımı geliştirilmiştir.Mobil robotun üzerine yerleştirilen bir dijital fotoğraf makinası kullanılarak tarla üzerindeki anız görüntüleri elde edilmiştir.Elde edilen görüntüler grayscale formata çevrilmiştir.Bu sayede,anızı tanımlayan renk değeri belirlenmiştir.Anıza ait renk değerinin toplam görüntü içerisindeki yoğunluğu belirlenerek o görüntüye ait anız yoğunluğu değeri hesaplanmıştır.Tarla denemeleri,2012 yılı temmuz ve ağustos aylarında iki farklı tarlada yürütülmüştür.Her bir deneme için 30 farklı GPS noktası kullanılmıştır.Her bir deneme,10 nokta için 3 tekerrürlü şekilde gerçekleştirilmiştir.Denemelerde,mobil robotun durduğu nokta ile hedef nokta arasındaki mesafe ölçülmüştür.Böylece,mobil robotun hedef nokta hassasiyeti belirlenmiştir.Ayrıca her bir nokta için görüntü işleme yöntemi ile anız yoğunluğu oranları belirlenmiştir.Belirlenen anız yoğunluğu oranları,kesişen hat yöntemi ile karşılaştırılmıştır.Elde edilen sonuçlar,istatistiksel olarak aritmetik ortalama ve bağımsız örnek t testine tabi tutulmuştur.Yapılan denemeler sonucunda,geliştirilen mobil robotun,doğrusal hedef nokta hassasiyeti ortalama 10 - 12 cm,dağınık hedef nokta hassasiyeti ise ortalama 15 - 17 cm olarak ölçülmüştür.Anız yoğunluğu belirleme işleminde,birinci ve ikinci deneme için,her iki yönteme ait sonuçların birbirinden farklılık göstermediği tespit edilmiştir (P=0.193,P=0.578).ANAHTAR KEL?MELER: Mobil Robot, GPS, Navigasyon, Görüntü ??leme, Anız Yoğunluğu

Abstract:
In this study,mobile robot that can move on the field was designed and conducted.The mobile robot is a four-wheel vehicle which steered with two DC motors.GPS system was used for steering and driving autonomously for mobile robot.The navigation software was developed for processing data,which came from the GPS system.The mobile robot?s drives and turns were achieved by the same or different DC motors? speed.The control signals for the dc motors were sent by the panel computer which was placed on the vehicle.Azimuth and heading angles are used to guide the vehicle to the desired point.For the driving of the vehicle to the target point,distance between the current point of the mobile vehicle and the target point is calculated.By the help of developed navigation software,heading angle,azimuth angle and the distance between the current and target point were continuously calculated.When the difference between the heading and the azimuth angle,and the distance becomes closer to zero,mobile vehicle is reached to target point.In this study,for the determination of the stubble density,image processing software has been developed with the aim of adding functionality to the mobile vehicle.The stubble images in the field have been obtained by the using digital camera which was mounted mobile vehicle.The colored stubble images have been converted to grayscale images by the using developed software.In this way,the stubble color value was determined.Thus,the intensity of stubble color value in the grayscale image was counted and so,the ratio of the stubble was determined by the software.Field experiments were conducted in two different fields in July and August 2012.30 different GPS point were used for each trial.Each experiment was carried out 3 replicates for 10 points.The distance between mobil robot?s stop point and target point was measured.So,target point precision of the mobil robot was determined.In addition,the stubble density ratios were determined for each point by the method of image processing.The stubble density ratios which were determined in tests by the image processing were compared with the line transects method.To evaluate the test results,independent sample t test and arithmetic mean was conducted.In the results of the experiments,it was founded that the lineer target point precision ranged from 10 to 12 cm and the distributed target point precision ranged from 15 to 17 cm In the process of determining the stubble density,differences between the results of both methods were not found in the first experiment (P = 0.193).In the second experiment,similarly,differences between the results of both methods were not found (P=0.578).KEY WORDS: Mobile Robot, GPS, Navigation, Image Processing, Stubble Density