Hedef takip eden drone projesi

[taydin]

Gelecekte fırsatım olursa üzerinde uğraşmak istediğim bir projeyi sizlerle paylaşmak istiyorum. Dikkat edin, üzerinde uğraşmak istediğim diyorum, çünkü oldukça zor bir proje ve birçok disiplinde aynı anda çalışmayı gerektiriyor. Bu konu üzerinde (fizibilite, gereken teknolojiler vs) hem teorik hem de pratik düzeyde tartışmak istiyorum.

Projeyi önce kısıtlı bir uygulama alanı ile anlatmak istiyorum. Ama nihai uygulama alanları bundan çok daha öte, çok daha geniş olacaktır. Hem sivil hem de askeri alanda çok büyük faydalar sağlayabilecek bir proje.

Şimdi 10,000m2 bir bahçemizin olduğunu düşünelim. Bu bahçede de mevya ağaçlarımız var. Ama meyve ağaçlarıne sürekli kargalar dadanıyor ve meyvelere sürekli zarar veriyor. Korkuluk koyduk, ama ona alıştılar, hiç iplemiyorlar. Ağaçlara CD astık, ona da alıştılar, hatta CD'leri gagalıyorlar artık Bahçeyi bir file ile örtme şansımız yok, bahçe çok büyük. Her ağacı file ile örtmek de maliyet açısından uygun değil.

O yüzden şöyle bir çözüm düşünüyoruz: Bütün bahçeyi görebilecek yükseklikteki (mesela 5m diyelim) bir direğin tepesine bir drone koyuyoruz. Bu drone'un üzerinde 360° görüş açısına sahip dome kamera var. Drone, direğin tepesinde otururken aynı zamanda şarja bağlı, sürekli şarjda tutuluyor.

Drone işlemcisinde çalışan bir algoritma, etrafta hareket eden cisim algılıyor. Tespit ettiği anda da o cismin koordinatlarını tespit ediyor. sonra da o koordinatlara gidip rahatsız edici bir alarm sesi veya patlama sesi gibi bir ses çıkarıyor

 

[taydin]

Böyle bir projenin yapımında çok büyük zorluklar var. Benim gördüğüm en büyük zorluk, hareket eden cismi tespit etmek ve onun koordinatlarını belirlemek. Koordinat derken, bahçenin içindeki koordinatlarından bahsediyoruz. Bahçe dışındaki cisimleri gözardı edeceğiz. Bunu gereken hassasiyetle yapmak çok zor olacak. Ama bu yapılsa bile yeterli olmayacak, bu işlemi yeterince hızlı olarak da yapmak lazım, yoksa tam koordinatları tespit ettin, ama karga çoktan bahçenin diğer ucuna gitti oradaki armutları yiyor

Böyle bir koordinat tespiti nasıl yapılabilir onunla ilgili bazı fikirler önereceğim ve başka fikirleri olan varsa tartışalım.

 

[taydin]

Önce drone'un kendi konumunu nasıl bulabileceğine bakalım. Mesela GPS kullansak olur mu? Bence olmaz, çünkü GPS'in hem hassasiyeti çok iyi değil, hem de güncel koordinat bilgisi almak uzun sürüyor. GPS çok zayıf bir sinyal, kötü hava şartlarından çok etkilenir. Koordinat belirlemek için en az 3 uydudan sinyal alınmalı ve bu alınan sinyalin hassasiyeti de 30 metre civarındadır Eğer daha fazla uydudan sinyal alınırsa, hassasiyet artıyor.

İkinci seçenek, bahçenin dört köşesine direkler koymak ve buralara ultrasonik alıcı vericiler yerleştirmek. Drone, bütün yönlere bir ultrasonik "ping" gönderecek, bütün direkler de bu ping'e yanıt verecek. Ping ile yanıt arasındaki süreye göre, drone'un hangi direğe ne kadar mesafede olduğunu tespit edeceğiz. Bu şekilde koordinat tespiti yapabiliriz, ama burada da zorluklar var:

1) Bu şekilde aldığımız koordinat bilgisi iki boyutlu olacaktır (X ve Y). Z boyutu hakkında hassas bilgi edinemeyiz. Ama bu çok da sorun değil, çünki Z ölçümünü yeryüzüne doğru bir ping gönderip onun yanıtını zamanlayarak elde edebiliriz. Veya direklerden birisini çok daha uzun yapıp en tepeye bir ultrasonik alıcı verici daha yerleştiririz, buradaki ping mesafesine göre de oldukça hassas bir Z koordinatı elde ederiz.

2) Diyelim bahçenin ortasında bir yerdeyiz. Ping gönderdik, bütün direkler cevap verdi. Ortaya yakın bir yerde olduğumuz için ping yanıtları kısmen üst üste binecek. Bunları nasıl birbirinden ayıracağız? Belki her direk için ayrı bir ultrasonik frekans kullanabiliriz. Böylece filtrelerle direkleri ayırt edebiliriz. Veya ping'i her direk için ayrı ayrı göndeririz, böylece sadece bir direk cevap verir. Ama bu da koordinat bellirlemeyi baya yavaşlatır.

 

[taydin]

Belki ultrasonik ping yerine RF ping kullanabilir diye düşünebilirsiniz. Ama ultrasonik ping'in ilerleme hızı saniyede 300 metre iken, RF ping'in ilerleme hızı, saniyede 300,000 km Bizim çalıştığımız mesafelerde, o sinyalin gitmesiyle gelmesi neredeyse bir olacak. RF ping ile olmaz bu iş.

 

[taydin]

RF ping ile olmaz, ama RF ile şöyle bir sistem yapabiliriz: 4 ayrı frekansta RF sinyal göndeririz her yöne. Her frekans bir direğe karşılık geliyor. Her direk, kendi sinyalini alır ve aynen, hiçbir değişiklik yapmadan geri gönderir. Burada sinyal gönderimi ping şeklinde değil, sürekli bir gönderim var, ve sürekli de bir sinyal cevabı alıyoruz.

Drone 4 ayrı RF sinyali alır, bunları filtrelerle 4 ayrı sinyale ayırır. Sonra da giden sinyal ile gelen sinyal arasındaki faz farkına bakabiliriz. Bu faz farkı, doğrudan mesafe ile doğru orantılı olacaktır. Ancak ışık hızının yüksekliğinden dolayı, bu faz farkı çok az olacaktır, burada çok hassas bir ölçüm yapmamız gerekir.

Bu yöntemin çok büyük avantajı var: Elimizde sürekli, kesintisiz bir koordinat bilgisi olacak.

Aslında 3 direk sinyali bile yeterli olur bu sistem için, ama dördüncü direğin olması, ölçüm hatasını paylaştıracağı için daha hassas bir koordinat sonucu almamızı sağlar.

 

[taydin]

Başka bir yöntem de görsel olarak koordinat belirleme olabilir. Bunun için çift kamera sistemi lazım. İki tıpatıp aynı kamera ile her bir direği bulmamız lazım ve çift kameraların aldığı görüntülerdeki yatay kayma miktarından, direğin bize olan mesafesini tespit edebiliriz. Ama bunun epey zorlukları var:

1) Alınan görüntüde direkleri tespit etmemiz lazım, bu da ileri düzey görüntü işleme gerektirir.

2) Hassasiyetin iyi olması için kameraların çok yüksek çözünürlük sağlamaları lazım.

 

[taydin]

Drone'un kendi koordinatlarını tespit etmesi için daha başka yöntemler de düşünülebilir. Ama şimdi hareket eden cismin koortinatlarının tespit edilmesine bakalım:

Burada çok büyük zorluk var. Görüntüde hareket eden bölgeyi tespit edeceğiz. Sonra bunun bize olan mesafesini bulacağız. Eğer mesafeye göre hareket eden cisim bahçenin içinde ise, o cismin olduğu yere gideceğiz ve caydırıcı unsurları devreye sokacağız.

Eğer bunu daha da geliştirmek istersek, sadece görüntüde hareket eden bölgeyi tespit etmekle kalmayacağız, o hareket eden bölgenin bir kuş olduğunu da tespit edeceğiz. Yoksa bahçede biz yürürken drone bize de saldırabilir

 

[taydin]

İşin görüntü işleme kısmı için OpenCV kullanılabilir. Algoritmaları çalıştırmak için de yüksek performans bir kart lazım. Şöyle birşey olabilir:

NVIDIA JETSON AGX XAVIER

İşin en büyük zorluğu, görüntü işleme algoritmalarının geliştirilmesi. Bu işe göre, koordinat belirleme işi kolay kalıyor.

 

[tsahin]

Drone kuşa yaklaşınca muhtemelen kuş drone'un ürettiğin şiddetli rüzgar ve vızırtı sesinden dolayı kaçacaktır. Peki diyelim büyük bir tarlayı yaban domuzuna karşı koruyoruz. Domuzu nasıl kaçıracağız?

 

[taydin]

İşin o seviyesine ulaştıktan sonra birçok opsiyon var. En zoru drone'un hedefi tespit etmesi ve takip etmesi. Bu başarılırsa ben bu işi bitmiş sayıyorum

 

[serkan_48]

Ucan nesnelere karsi zaafim var. Cok uzun zamandır model helikopter yapmak ve ucurmak istiyordum. Burada bir modelci grupla tanistim ve ekipmanlarini inceleme firsatim oldu. Aklimda istedigim gibi bir model şekillendi ancak maliyeti yaklasik 3000 - 4000 tl gibi bir rakama cikiyordu ve butcemi zorlasamda onunla ucmqk ayri bir beceri gerektirdiginden hevesim kursagimda kaldi.

Neyse bu hevesimi daha ucuza nasil yaparim diye bakiyorum simdi de model uçaklar ilgi alanima giriyor . Benim icin helikopter kadar zevkli olmasada merakimi giderecek olmasi iyi.

Derken bir arkadaşım dron yapalim dedi. Bense en sevmedigim ucan cisimdir dron fakat hic uçamamaktansa en azindan bir dron uurmak mantikli geldi. Bakalim artik.

@taydin abi donanimi ben yapayim sen yazilimi yap testlerini beraber yapalim.

Herkese kolay gelsin.

 

[taydin]

Böyle bir proje birçok disiplinde aynı anda çalışmayı gerektiriyor. Aslında dediğin gibi bir ekip olsa iş daha kolay hallolur. Mesela drone'un kendi koordinatlarını belirlemesi ayrı bir proje, drone'un kuş tespit etmesi ayrı bir proje, kuşun bize göre relatif koordinatlarının bulunması da gene ayrı bir proje.

Bunların üçü yapıldıktan sonra geri kalan herşey piyasada hazır ürünlerle yapılabilir.

 

[serkan_48]

Haklısın abi,

Keşke yakın olsaydık kafa dengi insanlarla bir şeyler üretmek güzel olurdu.

 

[taydin]

Önce hedefi belirlemek lazım. Ayı, Kuş, Domuz, Sansar, Kurt vs.. Bunların hepsi dahil olacak mı?

İlk başta kuş Ama bu görüntü işleme ile ilgili ve algoritma değişikliği ile istediğimiz herşeyi takip ederiz.

 

[Gokrtl]

İlk başta kuş Ama bu görüntü işleme ile ilgili ve algoritma değişikliği ile istediğimiz herşeyi takip ederiz.

Birde bunun izin işleri filan var biliyorsun değil mi abi? Eskisi gibi kafana göre uçuramıyorsun.

 

[taydin]

Birde bunun izin işleri filan var biliyorsun değil mi abi? Eskisi gibi kafana göre uçuramıyorsun.

Kilo limiti var. Bellik bir kilodan aşağı izin gerekmiyor Gökhan.

Ama komşulara da anlatmak lazım bu dronu niye kullandığımı. Yoksa röntgenci sapık diye komşulardan meydan dayağı yeme riski var

 

[taydin]

Şimdi düşününce özellikle büyük arazilerde ciddi sorun bu dediğiniz. Ucuz bucağı olmayan tarlalara sahip ticari işletmeler var. Sadece Türkiye için düşünmeyelim. Tüm dünyada aynı sorun var.
Fakat şöyle bir problem var. Görüntü işleme ile olmaz sadece.
Çünkü koca tarlayı görecek kamera sistemi yoktur. Belki 100'lerce kamera ile ancak olur. Veya belirli periyoltlarla drone'un dolaşması gerekir filan ama çok mantıklı olmaz.

Dolayısıyla iş RADAR noktasına gelir.
Radar sistemi olursa görüntü işleme kısmı çok çok basit olacak hatta gerekmeyebilirde..

Koordinat belirleme, arazide belli noktalarda bulunan direkler ile diye düşünüyorum ben. Mesela 100 x 100 m arazi için dört köşede direk olabilir. Ama 1000 x 1000 m arazi için daha fazla direk koymak lazım. Mesela bir ızgara yapısı ile 16 direk. Bu direklere göre dron kendi koordinatını belirleyebilir.

 

[taydin]

Uçan nesnenin kuş olduğunu da OpenCV ye tespit ettirebiliriz. Çok kesin bir belirleme yapmasına da gerek yok. Şöyle bir tespit yeterli:

Koordinatları bizim arazinin üzerinde olan ve hareket eden uçan bir nesne var. Kuşun türünün ne olduğu, veya kuş olmayıp başka dron olmuş çok farketmez. Peşine düşeceğiz.

 

[taydin]

Dron'un kendi koordinatlarını belirlemede çok sıkıntı yaşamayız bence. Ama uçan nesnenin koordinatını nasıl belirleyeceğiz? Benim aklıma gelen, iki tane geniş açılı paralel kamera kullanmak ve görüntü işleme ile nesnenin drone'a göre relatif koordinatlarını tespit etmek. Ona göre de bir takip yörüngesi hesaplamak.

 

[Endorfin35+]

Relatif bir sistem olmalı 4 adet lidar sensör ile yükseklik ve yer değiştirme hesaplanmalı. Aşağı doğru piramit bir alan lidar ile taranmali. Drone a açı vererekte praimitin yüzeye yaptiği açılar değiştirilir burdanda bir şeyler yakalanır. Lidar sensörlerin görüş açılı ile kamera görüntüsü eşletirilmeli. Görüntünü yer değişimi ve sensörler rasındaki bilgi ile pid kurılmalı...

Birde icatlar ihtiyaçtan doğar. Senin babçe nerde