Düzce Üniversitesi BM697 - Yüksek Lisans Seminer Dersi Sunumu

1. Akıllı Telefonlardaki
İvmeölçer Sensörü Kullanılarak
Yolların Bozukluk Tespiti
Levent SABAH
BM697 - Yüksek Lisans Seminer Dersi Sunumu

2. Düzce Üniversitesi Bilgisayar Mühendisliği BM697 - Yüksek Lisans Seminer Dersi Sunumu | Levent SABAH
GİRİŞ
• Günümüzde sosyal ve ekonomik gelişmelerle birlikte bir zorunluluk olarak yolların kalite
durumu devamlı takip edilmeli ve gerekli durumlarda bakım ve onarımları hızlı bir şekilde
tespit edilmeli ve sorunlar çözülmelidir.
• Klasik yöntemlerle yollardaki bozuklukların tespiti ya ilgili kuruma kişilerin şikayetlerini
bildirmeleri ya da saha ekiplerinin rutin kontrolleri sırasında tespit edilip merkeze
bildirilmesi ile takibi yapılmaktadır.
• Bu yöntem zaman açısından yavaş bir çözümdür. Ayrıca konumsal olarak bir tarif bilgisi
olsa bile, etkili analizler için coğrafi konum şeklinde de işlenmelidir.
• Bu sayede coğrafi bilgi sistemleri kullanılarak güncel yol bozukluklarının olduğu noktalar
ve yolların bozuk olan belirli aralıklarının gösterilebileceği çizgi şeklindeki coğrafi bilgiler
ile anlık olarak harita üzerinden yorumlama yapılabilmektedir.

3. Yol Bozukluk Tespiti
Yöntemleri

4. Düzce Üniversitesi Bilgisayar Mühendisliği BM697 - Yüksek Lisans Seminer Dersi Sunumu | Levent SABAH
Yüksek Para Maliyetli
GEO RADAR YER RADARI- JEORADAR (GROUND PENETRATION RADAR - GPR)
Yer Radarı (GPR); yeraltı yapılarının çeşitli frekanslardaki ( 1-1000 MHz) radyo dalgaları kullanılarak belirlemesi
esasına dayanır.
Radar sistemi sinyal üreticisi, verici ve alıcı antenler ile bir kayıt birimi içerir.Yer radarı, bir kaynak tarafından yer
içine gönderilen ve zaman içinde değişen elektromanyetik alanları kullanarak yer altı incelemesi yapar. Değişken
zamanlı elektromanyetik alanlar, elektrik ve manyetik alanların bileşiminden oluşur. Bu iki alan, yer altında
bulunan materyallerin etkisi altında değişir ve birbirlerini etkiler. Yer radarı tekniğinde, bu iki alandaki
değişimlerin yardımıyla, yer altındaki yapıların elektriksel özellikleri gözlemlenir.
Yol Araştırmalarında Kullanım Alanı
• Asfalt ve Beton Kaldırımların Kalınlıklarının Haritalanmasında
• Yol kaplamasının (asfalt vb) Kalite Kontrolünde
• Yol vb Yapıların Altındaki Boşlukların Belirlenmesinde
• Asfalt, Beton vb Yapılardaki Deformasyonların Belirlenmesinde

5. Düzce Üniversitesi Bilgisayar Mühendisliği BM697 - Yüksek Lisans Seminer Dersi Sunumu | Levent SABAH
https://www.amazon.com/Easyrad-Gpr-ground-penetrating-
Radar/dp/B00DG7FF2M ($6,500.00)

6. Düzce Üniversitesi Bilgisayar Mühendisliği BM697 - Yüksek Lisans Seminer Dersi Sunumu | Levent SABAH
Yüksek Zaman Maliyetli
• Kişiler bozuklukların fotoğrafını çeker, ek olarak yol tarifi, adres
bilgileriyle ilgili kuruma e-posta, mesajlaşma programları iletir.
• Bunun için katılımcı sayısının çok olması gerekir.
• Yetkililer açısından da şikayet kaydının oluşturulup sistematik bir
şekilde çözüme ulaştırılması zaman alıcıdır.

7. Düzce Üniversitesi Bilgisayar Mühendisliği BM697 - Yüksek Lisans Seminer Dersi Sunumu | Levent SABAH
Önerilen Sistem
• Yol bozukluklarının hızlı ve az maliyetli olarak tespit edilmesi için sürüş esnasında
akıllı telefonların sensörlerinin kullanılması.
• Bu sistem ile akıllı telefonlara için yazılacak bir mobil uygulama ivmeölçer,
jiroskop, gps sensörlerinden elde edilecek ham veriler ile yol bozukluklarının
tespit edilmesi.
• Anlık olarak tespit edilecek olan yol bozukluklarının merkezi sisteme aktarılması,
yönetici onayına sunulması, onaylanan yol bozukluklarına saha ekiplerinin
yönlendirilmesi.
• Anlık olarak yollar, bozuk yollar, üzerinde çalışılan yolların harita üzerinde dinamik
olarak gösterilmesi.

8. Düzce Üniversitesi Bilgisayar Mühendisliği BM697 - Yüksek Lisans Seminer Dersi Sunumu | Levent SABAH
Ek Özellikler
• Mobil uygulama yüklü olan sürücülere bulundukları konum takip edilerek
olumsuz hava şartları, trafik kazaları, yol çalışmaları gibi bilgilerin iletilmesi. Yetkili
kullanıcı sisteme yol çalışmalarını başlangıç ve bitiş tarih, saat ile birlikte yolu
seçerek yolun hangi aralığında (2000-2150 metre arası gibi) çalışma var sisteme
ekler.
• Ayrıca trafik kazalarının noktaları sisteme eklenir. Uygulamanın yüklü oldğu
kullanıcılar sisteme konumsal nokta kaydı ve opsiyonel olarak fotoğraf yüklemeli.
• Webservisler ile hava durumu kontrol edilerek olumsuz hava şartlarının olduğu
bir lokasyona gidiyorsa sürücü bilgilendirilir.
• Bu sistem ile meydana gelen trafik kazaları ve yollar ile yol çalışmaları harita
üzerinde gösterilir.
• Geçmişe dönük olarak yolların mevcut durumları ile kazaların ilişkisi incelenebilir.

9. Literatür Özeti

10. Düzce Üniversitesi Bilgisayar Mühendisliği BM697 - Yüksek Lisans Seminer Dersi Sunumu | Levent SABAH

11. Düzce Üniversitesi Bilgisayar Mühendisliği BM697 - Yüksek Lisans Seminer Dersi Sunumu | Levent SABAH
Teknik Gereklilikler
• Olaylar gerçek zamanlı tespit edilebilmelidir. Ek özellikler olarak daha sonra
işlenmek üzere ham verilerde toplanmalıdır.
• İvmeölçer özellikli android akıllı telefon kullanılmalıdır.
• Sistem, farklı parametrelerle farklı akıllı telefon modellerinde
çalışabilmelidir.
• Akıllı telefon yeterli düzeyde iletişim görevini yapabilmelidir.
• Telefonun tüm kaynakları kullanılmamalıdır.
• Sistem binek otomobiller, minivan ve otobüs gibi farklı dört tekerlekli araç
türlerinde sürüş sırasında olayları tespit edebilmelidir.
• Sistem kendi kendini kalibre edebilmelidir. Farklı araçlar bir çukurla
karşılaştığında farklı sensör verileri üretebilir.

12. Kullanılan Algoritmalar

13. Düzce Üniversitesi Bilgisayar Mühendisliği BM697 - Yüksek Lisans Seminer Dersi Sunumu | Levent SABAH
Z-THRESH Algoritması
• Z eksenindeki ivme genlik eşik
aşımının tespiti.
• Eşik değerlerine göre çukur
türleri belirlenebilir (büyük,
küçük gibi)
• Algoritma, ivmeölçerin Z ekseni
konumu hakkındaki bilginin
bilinmekte olduğunu
varsaymaktadır.
• Çalışmada cihaz, kontrollü
yerleştirme yapılmıştır.

14. Düzce Üniversitesi Bilgisayar Mühendisliği BM697 - Yüksek Lisans Seminer Dersi Sunumu | Levent SABAH
Z-DIFF Algoritması
Z-THRESH'nin aksine, belirli eşik seviyesinin üstündeki
değerler arasındaki farkla iki ardışık ölçüm için bir arama
yapılmıştır.
Böylece, algoritma dikey hızlanma verilerinde hızlı
değişiklikler tespit etti.
Algoritma, önceki yaklaşıma benzer şekilde Z ekseni
konumunun belirlenmesini gerektirir.

15. Düzce Üniversitesi Bilgisayar Mühendisliği BM697 - Yüksek Lisans Seminer Dersi Sunumu | Levent SABAH
STDEV(Z) Algoritması
Olaylar, belirli eşik seviyesinin üzerinde standart sapma değeri
olan ölçümlerle temsil edilir.

16. Düzce Üniversitesi Bilgisayar Mühendisliği BM697 - Yüksek Lisans Seminer Dersi Sunumu | Levent SABAH
G-ZERO Algoritması
Olaylar, her üç eksen değeri belirli eşik seviyesinin altında olan
ölçüm birleşmeleri ile temsil edilir.

17. Düzce Üniversitesi Bilgisayar Mühendisliği BM697 - Yüksek Lisans Seminer Dersi Sunumu | Levent SABAH

18. Düzce Üniversitesi Bilgisayar Mühendisliği BM697 - Yüksek Lisans Seminer Dersi Sunumu | Levent SABAH

19. Düzce Üniversitesi Bilgisayar Mühendisliği BM697 - Yüksek Lisans Seminer Dersi Sunumu | Levent SABAH
CROWD- SENSING (Kitle kaynaklı algılama)
Kitle kaynaklı algılama, algılayıcılarla donatılmış akıllı cihazlar kullanan
çok sayıda katılımcının gözlenmek istenen durum ile ilgili veri toplaması
ve böylelikle çok sayıda kaynak kullanılarak daha güvenilir olarak
durumla ilgili çıkarımların yapılmasına izin veren bir yöntemdir.
Bu tip bir yöntem kullanılarak, herhangi bir altyapı çalışmasına gerek
olmadan geniş ölçekli ve sürekli veri toplanması mümkün
olabilmektedir.

20. Düzce Üniversitesi Bilgisayar Mühendisliği BM697 - Yüksek Lisans Seminer Dersi Sunumu | Levent SABAH
Böylesi bir sistemin getirdiği en büyük avantajlardan biri, altyapı ya da iş
gücü gerektiren işlerin katılımcılar tarafından dağıtık bir şekilde
gerçekleştirilmesi ile zaman ve maliyet gereksinimlerinin önemli ölçüde
düşürülmesidir

21. Düzce Üniversitesi Bilgisayar Mühendisliği BM697 - Yüksek Lisans Seminer Dersi Sunumu | Levent SABAH
Sistemin temel bileşeni, akıllı telefonlardaki dahili ivmeölçerler ile yol
yüzeyindeki tümsek ve çukurların oluşturduğu etkiler sonucu
ivmelenmedeki değişimin algılanıp değerlendirilerek yolun kalitesinin
ölçülmesini sağlayan bir mobil uygulamadır.
Uygulama, ivmeölçer verisinin yanı sıra aracın konumunu da GPS
kullanarak takip etmektedir. Uygulamadan toplanan veriler filtrelenip
çıkarımlar yapıldıkça veriler kablosuz arayüzler üzerinden bir sunucuya
aktarılmakta ve daha sonra yol bozukluklarının yakalandığı noktaların
konumları Google Maps API’si kullanılarak gösterilebilmektedir.

22. Düzce Üniversitesi Bilgisayar Mühendisliği BM697 - Yüksek Lisans Seminer Dersi Sunumu | Levent SABAH
Sistem Mimarisi / Metodoloji
Sistemin temel bileşeni olan mobil uygulama,
Android işletim sistemi kullanılarak geliştirilmiştir.
Uygulama GPS verisi ve araç hızıyla beraber 3
eksende ivme değişimlerini takip eder. İvme
ölçerden veriler 50-70 ms aralıklarla alınır. Alınan
veriler üzerinde sadece değişimler olduğunda
sunucuya veri gönderimi yapılır. Değişim limiti altı
veriler gürültü olarak kabul edilmiştir. Android SDK
üzerinden daha sık okuma metotları da
bulunmaktadır ancak bu uygulama için bu değer
aralığı yeterlidir ve daha sık okumanın daha fazla
enerji tüketimine yol açması sebebiyle tercih
edilmemiştir.

23. Düzce Üniversitesi Bilgisayar Mühendisliği BM697 - Yüksek Lisans Seminer Dersi Sunumu | Levent SABAH
Telefon üzerinde ivmeölçerin ölçüm uzayı
Veri toplama sırasında kullanıcı
telefonunu aracın ön paneline yatay
olarak yerleştirir. Araç tutucular
fazladan titreşime ve dolayısıyla
gürültüye neden olduğundan
kullanılması öngörülmemiştir.
Telefon ekranı gökyüzüne doğru baktığı
varsayıldığından +Z ve -Z ivmelenme
değerleri sonuçlarda önemli bir etken
olacaktır.
Bütün 3 eksendeki ivmelenme değerleri
değişim sırasında sunucuya
gönderildiğinden daha sonradan farklı
analiz yöntemleri uygulanabilecektir.

24. Düzce Üniversitesi Bilgisayar Mühendisliği BM697 - Yüksek Lisans Seminer Dersi Sunumu | Levent SABAH
Uygulama, her ölçüm yaptığı değeri sunucuya göndermek yerine
sadece değişim olduğunu algıladığı bir limitin üstünü dikkate alacaktır.
Bu değer yapılan gerçek zamanlı testlerde normal akıcı trafik ve mevcut
bileşenler için ±1.5g olarak öngörülmüştür (yapılan denemelerle bu
değer deneysel olarak elde edilmiştir). Buna göre Z eksenindeki
ivmelenme bu değer altında olduğunda veri gürültü olarak algılanmış ve
göz ardı edilmiştir.

25. Düzce Üniversitesi Bilgisayar Mühendisliği BM697 - Yüksek Lisans Seminer Dersi Sunumu | Levent SABAH
3 eksendeki ivmelenme ve bu 3 eksene ait
bileşke ivmelenme kuvveti hesaplanarak anlık
olarak gösterilmektedir.
• Uygulamanın sunucuya bağlanması için TCP
sunucu-istemci modeli kurulmuştur. GPS
koordinatları, hız bilgisi, sensör ölçüm değerleri
gibi mesajların sıralı gönderimi için bir yöntem
tasarlanmıştır. Protokol GPS, üç eksendeki
ivmeölçümlerini ve hız bilgisini veri formatına
göre paketleyip sunucuya göndermektedir. Veri
kısmında sırasıyla ivmelenme x, ivmelenme y,
ivmelenme z, hız, enlem, boylam ve araç tipi
verisi bulunmaktadır.

26. Düzce Üniversitesi Bilgisayar Mühendisliği BM697 - Yüksek Lisans Seminer Dersi Sunumu | Levent SABAH
Haritada Ham Verinin Gösterimi

27. Düzce Üniversitesi Bilgisayar Mühendisliği BM697 - Yüksek Lisans Seminer Dersi Sunumu | Levent SABAH
Örnek tümsek analizi
İncelenen veriye göre +Z ekseninde bir ivmelenme olmuş ve
ardından yaklaşık olarak aynı kuvvette bir etki de –Z ekseninde
negatif ivmelenmeye neden olmuş ve bunun sonucunda hızda
bir yavaşlanma gözlemlenmiştir. Bu desen bir tümsek
karakteristiği olarak algılanıp sonuçlar buna göre
değerlendirilebilir.