Kalman filtre tabanlı sensör füzyon tekniği kullanılarak su kayıp ve kaçak konum kestirim robotu
Tezin Türü: Doktora
Tezin Yürütüldüğü Kurum: İnönü Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Bilgisayar Mühendisliği, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2017
Tezin Dili: Türkçe
Öğrenci: ABDULLAH ERHAN AKKAYA
Danışman: Muhammed Fatih Talu
Özet:Giderek artan insan nüfusu ve yerleşim bölgesi sayısı, suya olan talebi günden güne artırmaktadır. Gelecek nesillerin de içilebilir su kaynaklarından faydalanabilmesi için su tasarrufu gerekmektedir. Suyu korumanın bir yolu boru hatlarında meydana gelen boru çatlakları ve arızalarından kaynaklanan su kayıplarını azaltmaktır. Bu arızaların tespit edilerek mümkün olan en kısa zamanda onarılması, su kaybının yanında gelir kaybının da önlenmesi için oldukça önemlidir. Dağıtım şebekelerinde yüksek maliyete sahip genel onarım işlemleri yerine, arızanın kesin konumunun bulunup sadece o bölgede çalışma yapılması onarım maliyetlerini azaltacaktır. Yüzeysel boru dinleme cihazları bu ihtiyaca bir çözüm olarak görünse de, dış ortam seslerinden etkilendiğinden tercih edilmemektedir. Ayrıca yeraltı su kaçaklarının büyük çoğunluğunun küçük çapta olması, bu kaçakların saptanmasını oldukça zorlaştırmaktadır. Ticari olarak mevcut olan GPS temelli sistemler yüksek maliyetlere sahiptir. Bu tez çalışmasının genel amacı daha küçük çaplı borularda ve GPS sistemine ihtiyaç duymadan çalışabilecek bir kaçak tespit robotu üretmektir. Robot boru içerisinde suyun itme kuvvetiyle hareket etmektedir. Robotun tasarımı, üretimi, kaçak konumu tahmin yazılımları ve test çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Robotun boru içerisindeki hareket güzergâhı, atalet sensörü verisinin (jiroskop, ivmeölçer, manyetik alan ölçer) Genişletilmiş Kalman Filtresiyle birlikte kullanımıyla hesaplanmıştır. Genişletilmiş Kalman Filtresi, jiroskop ölçümlerinin kümülatif toplamından elde edilen hatanın düzeltilmesi için jiroskop, ivmeölçer ve manyetik alan sensörlerinin füzyonunda kullanılmıştır. Elde edilen kuaterniyon değeri kullanılarak ivmeölçer değeri düzeltilmiş sonrasında ise konum hesaplanmıştır. Kaçak konum tahmini, anlık kaydedilen ses verisindeki tepe noktalara karşılık gelen konumun tespitini içermektedir. Üretilen robot henüz su geçirmez muhafaza içerisine alınmadığından, prototipin test çalışmaları yer üzerinde gerçekleştirilmiştir. Prototip robot kullanılarak farklı hareket senaryoları üzerinde konumu belli olan kaçak bölgelerinin tespiti çalışmaları yapılmıştır. Yapılan çalışmalar neticesinde ortalama 120 metre uzunluğuna sahip bir hat üzerindeki kaçak konumunun ortalama 0,30 metre hatayla tespit edilebildiği görülmüştür. Sonuç olarak, kaçak tespitinin yüksek doğrulukta ve ekonomik bir şekilde yapılabildiği görülmüştür. Konum tahmin yazılımının genelleştirilerek sensör bağımsız hale getirilmesi, robotun sızdırmazlık çalışması ve yapay öğrenme teknikleriyle konum tahminin öğrenilmesi çalışmaları devam etmektedir.