Akademik Bilisim15_UAV in Agriculture V1.0

Tarımda Teknolojik Evrim; İnsansız Hava Araçları
Arif Behiç Tekin1, Marco Fornalè2, Murat Turhan1, Massimo Maso3
Ege Üniversitesi, Ziraat Fakültesi Tarım Makinaları ve Teknolojileri Mühendisliği Bölümü, İzmir
Electronic Engineer – member ASSORPAS (Italian Asociation RPAS)
3
Remote Sensing Analyst - GIS (Università IUAV Venezia)
1
2
[email protected], [email protected]
[email protected], [email protected]
Özet: Günümüzde, araştırmacılar gerçek zamanlı olarak uzaktan algılama ile bitki ve toprak
özelliklerini algılama amacıyla yeni sensörler ve araçların kullanılmasına odaklanmaktadır.
Geleneksel olarak veri toplamada uydular ve hava araçları kullanılmaktadır. Bazı uydu
sensörlerinin çözünürlükleri artırılmış olsa da, bulutla örtülü alanlar ve bitki yetiştirme süreci
sırasında tekrarlı ölçümlerin yapılması konuları hala önemli endişeler arasında yer almaya
devam etmektedir. Uçaklarla yütülen uzaktan algılama yüksek çözünürlüklü veri toplamaya
olanak sağlamasının yanı sıra istenildiği zaman tekrarlı uçuşlara da izin vermektedir. Geniş
alanlarda ölçüm yapılması gerekliliği, yüksek maliyet ve esnek olmayan çalışma saatleri bu
uygulamadaki çekincelerdir. Son günlerde, bir zamanlar ordunun kullandığı makineler olan
insansız hava araçları sivil hayata girmektedir. Küçük insansız hava araçlarındaki gelişmeler
ürün izleme ve yönetimi için yeni çözümler sunmaktadır. Bu makale insansız hava araçları
teknolojisinin ve uzaktan algılama da kullanılan farklı tip sensörlerin tarımda kullanılması ile
ilgili son günlerde yaşanan gelişmeleri özetlemeyi hedeflemektedir.
Anahtar Sözcükler: Hassas Tarım, İnsansız Hava Aracı, Uzaktan Algılama
Technological Revolution in Agriculture; Unmanned Air Vehicles
Abstract:
Nowadays, researchers are focusing on the implementation of new sensors and instruments, to
be able to remotely detect crop and soil properties in real time. Traditionally, satellites and
aircrafts have been used to gather data. Although, the spatial resolution of some satellite
sensors has been improved, it still keeps on several major concerns such as taking repeated
measurements during the crop cycle and cloud cover condition. Airborne remote sensing with
aircrafts allows taking high resolution data and independent timing of aerial passes. The
necessity of covering large areas, high cost and inflexible time schedule are concern for the
application. Lately, once strictly military machine, unmanned air vehicle have been entering
into civilian life. The development of small unmanned air vehicle have offered to new solution
for crop management and monitoring. The paper aimed to summarize the recent development
in terms of unmanned air vehicle technology, usage of different types of sensors for remote
sensing in agriculture.
Keywords: Precision Agriculture, Unmanned Air Vehicle, Remote Sensing
1. Giriş
Askeri uçaklar ya da insansız savaş hava
araçları (İHA) hikayesi muhtemelen uçakların
tarihi kadar uzundur. Askeri liderler, özellikle
insan kayıplarını önleme olanağı bulunması
durumunda, uzak mesafeden düşmanlarına
ulaşmayı sürekli hayal etmişlerdir. ABD silah
sanayi, tahmin edildiği gibi, askeri amaçlı
hava görüntüleme fikrini ilk uygulamış olsa
da, diğer ülkeler de onu takip etmiştir.
İlginç biçimde, daha önceleri Wright
kardeşler havacılıkla ilgili kontrollu uçuş
sırlarını dünyaya öğretirken, insansız hava
araçları ile ilgili farklı girişimlerde
yürütülüyordu.
Balonlar,
Venedik'te
Avusturya ordusu tarafından 1849 yılında ve
Japon kuvvetleri tarafından 1945 yılında
Fugo askeri operasyonlarında kullanılan
ilginç örnekler olarak tarihte yer aldı.
ABD de, şubat 1863 te, iki yıllık iç savaşın
başlamasının ardından, bir mucit Charles
Perley adlı hava bombardımanı için insansız
bir araç patenti aldı. Perley’in tasarımı
zamanlama mekanizmasına bağlı patlayıcı
yükü taşıyabilen bir sıcak hava balonuydu.
Taraflar, savas sırasında Perley’in balonları
ile sınırlı basarı elde ettiklerini bildirdiler.
Aynı yıl, Douglas Archibald büyük bir
uçurtma ile ilk başarılı hava fotoğraflarını
çekmiştir. Askerler, Archibald'ın
1883
yılında yenilik olarak geniş ölçüde yayınlanan
çalışmasını, savaşta kullanılma potansiyeli
olan bir tasarım olarak gördüler.
Dr Peter Cooper ve Elmer A. Sperry 1917
yılnda uçağın sabit yükseklikte uçmasına
yardımcı
olan
otomatik
jiroskopik
dengeleyiciyi icat ettiler, sonrasında ise
Curtiss N-9 eğitim uçağını bir radyo kontrollü
IHA'na dönüştürerek teknolojik devrime yol
açtılar.
Aynı yıllarda ahşap ve bırandadan yapılmış,
ağırlığı 135 kg olan "Kettering Bug" bomba
yükü taşıyabilir hale getirildi. Charles F.
General Motors'un Kettering tekerlekli
platformundan havalanarak programlanmış
hedefe doğru dikey dalış sağlayabilen, bir
Bug'u tasarlamıştır. 1935’de Quen Bee,
kalktığı yere dönebilir ve tekrar kullanılabilir
hava hedefi olarak hizmet vermek üzere
tasarlanmıştır.
Hollywood aktörü Reginald Denny 1937
yılında Los Angeles Radioplane Şirketi
(bugünkü Northrop / Grumman) kurdu. Aynı
dönemde, İngiltere'de havacılığa meraklı olan
eski Kraliyet Uçan Kolordu hava topçusu
Denny Lockheed Şirketi mühendisleri ve
radyo uzmanlardan oluşan büyük bir ekip ile
uzaktan kumandalı büyük uçakları geliştirme
çalışmalarına başladı.
II. Dünya savaşının başlarında, Adolf Hitler
"askeri olmayan hedeflere" karşı kullanılacak
bir uçan bomba (V1) devreye soktu.
1960 yılında, A.B.D. Hava Kuvvetleri, ilk
gizli uçak programına başladı ve keşif
görevleri için İHA geliştirme görevini
üstlendi. Mühendisler S-2C jet motorlu
Firebee’nin hava girişi üzerine özel bir panel,
gövdeye radar sinyallerini emici battaniyeler
yerleştirerek, ve yeni geliştirilen bir anti-radar
boya ile uçağı kaplayarak izlenebilirliğini
azalttılar.
A. B. D 'nin AQM-34 Ryan Firebee
İHA'sından etkilenen İsrail gizlice, 1970
yılında A.B.D.' den 12 Firebees satın alıp
modifiye ederek, Firebee 1241 İHA'larını
tasarladı.
1978 de, İsrail Uçak Sanayi (IAI) tek piston
motorlu, fiberglastan yapılmış 13 metrelik
kanat açıklığına sahip bir uçak üretti.
Scout'un fiberglas çerçevesi, küçük boyutu ile
birlikte, son derece düşük radara yakalanma
riski ile izlenmesi neredeyse imkansız bir
araçtı.
İsrail 1980'lerin sonlarında Pioneer İHA’sını
inşaa etti. Çok hafif olan bu İHA İsrail'in
sayısız başarılarına tanık olduktan sonra,
A.B.D. Donanması, Deniz Piyadeleri ve Ordu
derhal modern Amerikan askeri güçlerininde
kullanılmak üzere 20 den fazla satın aldı. Bu
araçlar Bosna ve Körfez savaşlarında
görüntüleme için kullanıldılar, Bu İHA
günümüzde İsrail'de ve ABD'de halen
kullanılmaktadır.
Balkan semalarında ve son zamanlarda
Afganistan ve Orta Doğu'da havadaki
değerininin kanıtlanması ile, General Atomics
Havacılık Sistemlerinin ürettiği 60 dan fazla
RQ-1 Predator ABD Hava Kuvvetlerinin
demirbaşına eklenmiştir.
2.
İnsansız
Sınıflandırılması
Kapasitesi)
Hava
Araçlarının
(Dayanıklılık, Taşıma
Bir çok çalışma grubu, insansız hava araçları
topluluğu
tarafından
sınıflandırılmada
referans olarak kullanılmak üzere farklı
öneriler getirmektedir. European Association
of Unmanned Vehicles Sytems (EUROVS)
İnsansız Hava Araçlarını sınıflandırmak üzere
uçuş yüksekliği, hız, azami kalkış ağırlığı,
boyut gibi parametlere dayalı geniş bir kitle
tarafından kabul gören bir sınıflandırma
referansı hazırladı. Ne var ki, hazırlanan bu
belge sınıflandırma amaçlı sertifikasyonda
kullanılmaktan çok insansız hava araçları
kategorilerini
gösteren
üniversal
bir
kataloğun üretilmesi amacını taşımaktadır.
Tablo 1, EUROVS’dan türetilmiştir ve olağan
görevleri ile birlikte var olan farklı İHA’ları
göstermektedir. Tablo 1 dört ana katogoriyi
tanımlamaktadır: Mikro/Mini İHA, Taktiksel
İHA, Stratejik İHA ve Özel Görev İHA lar.
2.1 Mikro/Mini İHA
Bu grup en küçük insansız hava araçlarından
oluşmakta olup, burada yer alan araçlar 300
metrenin altındaki yüksekliklerde uçmaktadır.
Bu sınıftaki ürünlerin tasarımı kırsalda
kanyonlarda, hatta bina içlerinde koridor
boyunca uçabilen, dinleme ve kayıt cihazları
yanı sıra radyo alıcı/verici ve minyatür
kameraları taşıyan İHA’ların geliştirilemesine
odaklanmaktadır. DARPA (The U.S. Defense
Advanced Research Agency) mikro İHA’ları
ayırt edebilmek için bir liste sınıflandırma
listesi yayınlamıştır. Sınıflandırma kriterleri
Şekil
1’de
verilmektedir.
Literatürde
rastlanan çoğu İHA’nın tabloda verilen,
DARPA’nın aklındaki, bazı sistemlere sahip
olmadığı ve performans kriterlerini henüz
karşılayamadığı
görülmektedir.
Aeroenvironment tarafından üretilen Black
Widow ve Microbat, EMT tarafından üretilen
FanCopter ve BAE Systems tarafından
üretilen MicroStar da bu kapsamdadır.
Tablo 2’de ki arzu edilen perfomans
hedefinin hala başarılamış olmasının nedeni
dikey iniş ve kalkış eksikliğidir. Yakın
gelecekte micro İHA’lar daha yaygın ve
kullanışlı olacaktır. Dolayısıyla, Mikro ve
Mini İHA’ların tamamen otonom akıllı hava
robotları haline geleceği ile ilgili beklentiler
olumludur.
2.2 Taktiksel IHA
Bu kategoride, yüksek irtifada (3000 – 8000
metre) uçan ağır İHA’lar bulunmaktadır.
Mikro ve Mini İHA’ların aksine çoğunlukla
sivil ve ticari amaçlı uygulamalar için
kullanılmakta
ve
öncelikle
askeri
uygulamaları desteklemektedir. Tablo 1’deki
kriterlere bakıldığında bu katogori altı alt
sınıfa ayrılmaktadır; Yakın, kısa, orta, uzun
mesafe, uçuş süresi ve orta irtifa uzun mesafe
İHA’lar. Uydu haberleşmesinin (SATCOM)
olmadığı durumlar bu tip İHA’ların
çalışabilecekleri yakın, kısa ve orta mesafeyi
sınırlamaktadır. SATCOM ekipmanlarının
olmaması büyük oranda boyut, ağırlık ve
anten maliyetlerine bağlıdır.
Buna rağmen, uzun mesafe İHA’ları daha
büyük boyutları ve yüksek kapasiteleri
nedeniyle bu gelişmiş teknolojiyi kullanmak
durumundadır.
Tablo 1. Mini İHA Kriterleri
2.2 Stratejik IHA
Bu sınıfta yer alan yüksek irtifa İHA’lar daha
uzun mesafelerde ve yüksek uçuş sürelerinde
uçabilmektedir. Aslında bu büyük platformlar
daha ağır yük taşıyabilirken, daha uzak
mesafelere ve yüksek uçuş zamanlarında
uçabilmeleri daha fazla enerji gerektirmesi
bakımından anlamlıdır. Bu tip platfromlar bu
nedenle Yüksek İrtifa Uzun Mesafe (High
Altitude Long Endurance – HALE) olarak
kullanılmaktadır.
Şekil 1. İHA Sınıflandırma Kriterleri
HALE platformlar 2500 – 12000 kg taşıma
kapasitesi ve 20000 metre uçuş yüksekliği ile
stratejik öneme sahiptir. Onlar kalkış ve inişi
kendiliğinden
gerçekleştirecek
düzeyde
yüksek otonoma sahiptir. Görvi sırasında her
an yer istasyonu HALE’ i kontrol
edebilmektedir.
Northrop
Grumman
tarafından üretilen Global Hawk, 35 saat uçuş
süresi ile inanılmaz performas sunan bilinen
en iyi HALE İHA’sıdır.
Son yıllarda mikro elektro mekanik
sistemlerdeki
gelişmeler,
tüm
İHA
teknolojilerin ölçeklendirilerek boyutlasal
küçülmesinin önündeki engelleri ortadan
kaldırmaya, küçük, yüksek fonksiyonlu
navigasyon
donanımınlarını,
sıcaklık
sensölerini ve kameralarının geliştirilmesi ile
izin verecektir.
Mini İHA’lara tekrar bakılacak olursa, Tablo
1 de sınıflandırıldığı gibi 30 kg’ın altında 150
-300 metre yükseklik aralığında ortalama 2
saat uçan araçlar olarak tanımlanabilir.
4. Görüntü İşleme ve Fotogrametik
Uygulamalar ve Haritalama
İnsansız hava araçları ile görüntü alma amaçlı
yapılan sıradan bir saha uçuşu uçuş ya da
görev planlaması, GCPs ölçümü, görüntü
alma, kamera kalibrasyonu ve oryantasyon ve
üç boyutlu veri türetimi için görüntü işlemeyi
gerektirmektedir. İHA ile yapılan görüntü
alma amaçlı bir uçuş, doğaya ait bir
gerçekliğin konumsal değişiminin sensör
grubundan oluşan mobil bir platform ile veri
toplama olarakta tanımlanabilir. Amaç,
kayıtlı verilerden nesnelere ait bilgilerin
türetilmesidir. Bu bilgi harita ya da sayısal
arazi modelleri formunda kullanıcıya
verilebilir. İHA ile görüntü alma işlemi
aşağıdaki adımlardan oluşmaktadır;
 Platform ile uçuş
 Veri toplama
 Veri işleme
 Nesne bilgilerinin çıkarılması
 Nesne bilgilerinin kullanıcıya tahsisi
4.1 Uçuş planlama
Görev planı (uçuş ve veri toplama), ilgi
duyulan alandan başlayarak, gerekli yer
ölçüm aralığı, dijital fotoğraf makinelerine ait
içsel parametreleri bilerek, ofiste özel
yazılımlar kullanılarak yapılmaktadır.
Böylece, görüntü boyutu ve odaklama
mesafesi bilinerek uçuş yüksekliği hesaplanır.
Görüntü toplama gövde de bulunan
GNSS/INS ile sağlanırken, kamera perspektif
merkezleri (waypoints) enine ve boyuna
geçişlerdeki örtme paylarını sabitleyerek
hesaplanır. Platformların kalkış ve inişleri
doğrudan aracın özelliklerine bağlıdır ama
normalde yerdeki bir pilot yardımıyla uzaktan
kontrol edilir. Uçuş sırasında, platfrom
normalde gerçek zamanlı konum, hız, irtifa,
mesafe, GNNS statüsü, akü ya da yakıt
durmu, rotor hızı gibi uçuş bilgileri kontrol
istasyonu
tarafından
gözlenmektedir.
Sistemlerin
çoğu
waypoint
verilerini
kullanarak görüntü algılama yaparken, düşük
maliyetli sistemler önceden programlanmış
aralıklarla yapmaktadır.
4.2 Kamera Kalibrasyonu ve Görüntü
Nirengilmesi
Kamera
kalibrasyonu
ve
görüntü
oryantasyonu, görüntüden herhangi bir
yeniden ölçülü yapılandırmanın temel iki ön
gerekliliğidir. Fotogrametrik uygulamalarda
her iki adımın birbirinden ayrı uygulanması
tercih edilmektedir. Aslında, her iki adım
farklı blok geometrileri istemektedir. Bu
nedenle
farklı
adımlar
da
gerçekleştirildiğinde daha optimum sonuçlar
elde edilebilmektedir. Diğer yandan, düşük
çözünürlüğün gerektiği bir çok uygulamada,
kalibrasyon ve oryantasyon sellf-calibrating
bundle adjustment kullanılarak aynı anda
hesaplanabilmektedir. Uçuş kalibrasyonu
gerçekleştirilsede,
genelde
kamera
kalibrasyonu laboratuvarda yapılmaktadır.
Kamera
kalibrasyonu
ve
görüntü
oryantasyonu işlemleri mümkün olduğunca
çok görüntüden görünebilir yaygın özellikleri
gerektirmektedir.
Bu
gün,
hava
fotoğrafçılığında
bu
işlem
otomatik
nirengileme
(AAT)
yönteminden
yararlanılarak yapılmaktadır. Yakın mesafe
fotogrametride, bu işlem daha büyük görüntü
ölçeği, yakınsak görüntü geometrisi, düzensiz
bindirme, güçlü geometrik ve radyometrik
değişimler nedeniyle daha karmaşıktır. Bir
çok durumda, İHA lar tarafından alınan
görüntü blokları yakın mesafeye hava
bloklarından daha yakındır. Sonuç olarak,
standard AAT işlemleri düzgün sonuç
vermemektedir. Günümüzde yakın mesafe
uygulamalarında, uzmanlar tarafından düğüm
noktalarını birleştirmeye dayalı manuel
tanımlama için kullanılan işlem veya
sinyalize edilmiş belirteçler daha iyi
değerlendirilmekte ve kullanılmaktadır. Son
yıllarda istikrarlı ve gereksiz düğüm noktası
setlerinden yakın menzilli görüntülerin
otomatik olarak çıkarılmasına yönelik
fotogrametrik yöntemler geliştirilmektedir.
Bazı ticari ürünler kullanıma sunulmaktadır.
Toplanan GNSS/IMU verileri otomatik nokta
çıkarımına yardımcı olmakta ve teorik olarak
doğrudan çekilen görüntüleri koordinatla
ilişkilendirmektedir.
Fakat,
daha
belirginleştirmek için kamera poz ve konum
ayarı, genellikle yakınsanmış dış yönelim
parametrelerinden başlayarak, görüntü yığını
ayarı hesaplanmaktadır. Düşük metrik kalite
gereksinimi olan diğer uygulamalarda,
örneğin acil durumlardaki hızlı veri toplama
ve haritalama uygulamalarında, GNSS/IMU
hassasiyeti yeterlidir. Fakat,
uydu
görünürlüğünün çok kısıtlı ya da mümkün
olmadığı ortamlar gibi bazı görüntü alma
uygulamaları vardır ki geo-referencing
tekniğinin kullanımı uygun değildir. Bu
durumlarda GNSS konumlama sistemi de
otmatik uçuş modu için kullanılamamaktadır.
Dolayısıyla oryantasyon safhası saf görüntü
bazlı yaklaşıma dayalıdır.
4.3 Görüntü İşleme
İnsansız hava araçları tarafından alınan
görüntüler genellikle sonraki aşamalar için
rektefiye edilip birleştirilerek ortho-mosaic e
dönüştürülmek zorundadır. Genelde, en iyi
sonuçlar fotogrametrik işlem ile elde
edilebilir. İlk adım olarak, sayısal arazi
modeli türetilir ve bu model üzerine
görüntüler yansıtılır. Son adım olarak
dokunun ortografik yeniden yansıtılması
uygulanır. Buna rağmen, düzenli görüntü
bloğu ayarı fotogrametrik hesaplama için
başarılamazsa (Örneğin manuel kontrollü
İHA kullanıması durumunda) tek görüntü
işleme bu tip verileri ele almada umut vaad
eden bir uygulama olabilir.
4.4 Nesne Bilgisinin ve Yüzey Yapısının
Çıkarılması
Görüntüler yönlendirildikten sonra, üç
boyutlu yeniden inşaada ve modelleme
işleminde izleyen adımlar yüzey ölçümü ve
özellik çıkarımıdır. Bilinen dış oryantasyon
ve kamera kalibrasyon parametrelerinden
başlayarak görüntü otomatik görüntü
eşleştirme teknikleri ya da insan yapımı
özelliklerin ve vektörel bilgilerin çıkarılması
yoluyla digital olarak inşaa edilir. İnteraktif
yaklaşım kaba nokta bulutunu (Coarse point
cloud) verirken 3 boyutlu doğru veri
yaratmak için yapılandırmada ve düzeltmede
gereklidir.
Otomatik yöntemler incelenen yüzey
görüntüsünü tanımlamak için yoğun nokta
bulutu (dense point cloud) üretir. Bu bulut
interpolasyon ile belki sadeleştirilerek gerçek
görüntü için yapılandırılır. Nesne yüzeyini ve
düzensizlikleri tanımlamak için, güçlü
görüntü
eşleme
algoritmaları
yeterli
çözünürlükte üç boyutlu nokta bulutunu
çıkarmada yeterli olabilir. Böylece, nokta
yoğunluğu düz alanlardaki nokta sayısını
azaltmak ya da köşeleri korumak için
ayarlanabilir. Aynı zamanda, zayıf yapıdaki
tüm alanlarda doğru eşleme sonucu garanti
edilebilir.
4.5 Nesne Bilgilerinin Kullanıcıya Tahsisi
Son olarak, orto-image üretilebilir ve sonraki
işlem, analiz ve kararlar için kullanıcıya
verilebilir.
5. İHA’ların Sivil Amaçlı Kullanımı
Bir çok alanda kullanılmakta olan İHA’ların
gelecekte kullanım alanlarına yenileri
eklenecektir. Kullanılmalarının olası olduğu
alanlar aşağıda özetlenmektedir;
• Orman yangını haritalama;
• Tarımsal Görüntüleme;
•
Afet Yönetimi;
• Termal kızıl ötesi enerji hattı
araştırmaları;
• Kanun uygulama;
• Telekominikasyon;
• Hava durumu görüntüleme;
• Hava fotoğrafçılığı/haritalama;
• Televizyon
haberlerin,
spor
etkinlikleri, film çekimi;
• Çevresel izleme;
• Petrol ve doğal gaz arama; ve
• Yük taşımacılığı
Görüldüğü gibi İHA’ların geniş bir alanda
sivil amaçlı kullanılmaktadır. Bu makale bu
alanlar arasında yer alan tarımsal amaçlı
uygulamalara odaklanmaktadır.
Hassas tarım, tarım sektörünün iki bileşenini
uzaktan algılama ve hassas uygulamayı
(doğru yere doğru zamanda doğru miktarda
girdi uygulama) kapsamaktadır. Bir çok
sensör bitki sağlığı, büyüme durumu ve
problemli
alanların
tespiti
için
kullanılmaktadır. Bu tip sensröler yer araçları
kadar hava platformları ve uydulara da monte
edilebilmektedir. Üreticiler bitkileri ve tarım
alanlarını daha etkin kaplayabilmek amacıyla
özellikle ilaçlama da kullanılmaktadır. Bu,
çiftçilere gereksinim duyulan yere ilaç ve
gübre uygulamasına izin vererek uygulanan
miktarda ve dolayısıyla maliyette tasarruf
olanağı sunmaktadır.
5.1 İHA’ların Tarımda Kullanımı (Hassas
Tarım ve Hassas Üzüm Yetiştiriciliği)
Hassas Tarım son yıllarda tarımda
uygulanmaya başlayan yeni bir bitki yönetim
yaklaşımıdır. Yeni yönetim yaklaşımıyla,
doğadaki heterojenliği dikkate alarak
homojen
bir
yönetim
yaklaşımından
kaçınılmaktadır. Örnekle açıklanacak olursa;
yabancı ot, hastalık ve zararlıların kontrolü
için kullanılacak kimyasal maddelerin israfını
en küçüklemeye yardımcı olmaktadır. Ayrıca,
bitkilerin gerektiği kadar besin maddesi
almalarını sağlayarak daha etkin üretimi
sağlamaktadır. Diğer bir tanımla bilişim
teknolojilerinin kullanılması yoluyla üretimi
ve kaliteyi artırma amaçlı yönetim stratejisi
olarak düşünülebilir. Bu yönüyle geleneksel
tarımdan farklılık göstermektedir, çünkü daha
hassas değişkenliği tanımlayarak yersel veri
yönetimi ile ilişkilendirmektedir. Dolayısıyla
çiftçilere tamamen yeni bir bakış açısı ile
üretim yapmaya yol açar.
İHA’lar Yamaha şirketinden ilaçlama
amacıyla
insansız
bir
helikopterin
geliştirilmesi isteği ile 1980’lerde Japonya
nın
öncülüğünde
tarımsal
amaçlı
kullanılmaya başlanmıştır. Sonraları uzaktan
algılama da uydu ve hava platfromlarından
kaynaklı problemlerin üzerinden gelinmesi
amacıyla tarımda yer almaya başlamıştır.
Hassas Tarımda, kritik bitki gelişim
dönemlerinde yüksek yersel çözünürlük ve
sık görüntü alabilme temel kısıtlardır. Bu
nedenle, İHA’lar çoğunlukla yabancı otların
olumsuz
etkilerini,
gübreleme
uygulamalarınındaki problemleri görüntülü
tetkik için kullanılmaktadır.
İHA’lar üzüm yetiştiriciliğinde, toprak
heterojenliğini, zararlı etkisini, meyve
olgunluk farklılığını ve dona karşı izlemede
kullanılmaktadır.
Hassas üzüm yetiştiriciliği (bağcılık) üzüm
verimi ile kalite değişkenliğini dikkate
almaktadır. Bu heterojenlik genellikle iklim
ve
toprak
değişkenliğinden
kaynaklanmaktadır. Buna rağmen toprak
nemi, hastalık ve çevresel zararlılar da güçlü
etkiye sahiptir. Tarımsal uygulamalarda üzüm
kalitesini etkileyebilmektedir. Dolayısıyla
ilgili
tarımsal
faaliyetler
doğru
çözünürlükteki bilgi ile desteklenerek
değişkenliği
dikkate
alacak
şekilde
seçilmektedir. Hassas üzüm yetiştiriciliği,
şarap kalitesini artıracak şekilde doğru
çözünürlükteki bilgiye dayalı yönetim
stratejisini simgelemektedir. Üzüm kalitesi,
ürün değeri olarak üzüm yetiştiriciliğini
etkileyen en önemli faktördür. Sensör
ağlarına odaklanıldığında, diğer tarımsal
ürünlerde de benzer amaçlar güdülse de,
bağdaki sensör dağılımı ve veri toplama
frekansı farklılık göstermektedir. Örneğin,
düşük sıcaklıkla karşılaştığında bağ daha
duyarlıdır. Gerçek zamanlı sıcaklık izleme
geçmiş yıllara ait verilerle birleştirildiğinde
don etkisini önleyebilmektedir. Nem dağılım
desenlerinin analizi bazı bitki patojenlerinin
ve küllemeden korunma için etkin bir yol
sağlayabilmektedir.
6. Ege & Sevilen Projesi
Bu projenin amacı, Kızıl ve Yakın Kızıl ötesi
bantlara duyarlı modifiye edilmiş digital
kameranın monte edildiği hafif İHA
kullanılarak Sevilen Şarapçılığın sahip
olduğu parsellerin NDVI (Normalized
Difference Vegetation Index) haritasını
üretmektir. Üretilen haritalar agronomik
stratejilerin uygulanmasında kullanılarak
şarap kalitesinin ve dolayısıyla karlılığın
artırılması hedeflenmektedir [1]
Bu amaçla aşağıdaki adımlar atılacaktır;

Uzaktan algılama gereksinimlerine
uygun bir hafif İHA’nın imalatı

NDVI için gerekli bantlarda dijital
kameranın kalibrasyonu

Uzaktan
algılama:
Vejetasyon
haritası (VI, NDVI, GNDVI ve
diğerleri) ve Dense Point Cloud ile
Dijital Elevation Modelin üretilmesi

Hassas Bağcılık işlemlerinin Sevilen
uzmanlarınca birlikte yürütülmesi

Hassas Bağcılığın avantajlarını
edinmek için türetilmiş haritaların
işlenmesi

Agronomik stratejilerin üretilen
haritalara bağlı olarak yürütülmesi
Sevilen Şarapları ile yürütülecek proje
öncesinde Tekirdağ da sabit kanatlı İHA
kullanılarak ön denemeler yürütülmüştür.
Denemeler sırasında çekilen 7 resim (Şekil 2)
IMU verisi ile düzeltilerek GoogleMaps den
elde edilen altlık ile örtüştürülmüştür (Şekil
3). Sonrasında vejetasyon haritası işlenerek
görünmez dalga boyları renklendirme yoluyla
(false coloring) görünür hale getirilmiştir
(Şekil 4 ).
Şekil 2 : Hava fotoğrafı örneği
7. EU Ülkelerinde İHA Kullanım Kuralları
Sivil hava araçları ve pilotları yerel havacılık
otoriteleri (ABD, örn; FAA) veya uluslar üstü
kuruluşlar
(örn;
Eurocontrol,
ICAO)
tarafından dayatılan, birçok düzenlemelere
tabi tutulmaktadır. Bu düzenlemelerin çoğu
pilotun var olması gibi seçeneklerle güvenliği
önde tuttuğu için hava taşımacılığı yani
seyahat en güvenli yollardan biridir. Bu
nedenledir ki uçağın pilotsuz olmasının,
yetkilileri
endişelendirmesi
oldukça
normaldir [2].
Şekil 3: OrthoPhoto, IMU düzeltme +
GoogleMaps örtüştürme
Şekil 4: İşlenmiş ve renklendirilmiş
görüntü
İnsansız hava araçlarının normal hava
trafiğinde kabul görmemesinin başlıca nedeni
İHA sistemlerinin henüz mantık kurma ve
sakınma/kaçma yeteneğinin olmamasıdır.
İHA'ların askeri kullanıcılar tarafından
kullanış şekli, birçok girişimler tarafından
sivil hava trafiğine entegre edilmiştir. Net bir
düzenleme yapılıncaya kadar, tüm uçuşlar,
deniz üzerinde (hava trafik koridorları
dışında) hava testi aralığında, ya da ayrılmış
hava sahasında yer almak zorundadır. Çoğu
ülkede, alçak irtifada, 150-200 m altında
kalınırsa hava trafik kontrolü yardımına
ihtiyaç duymadan uçuş yapılabilir. Bu irtifa,
uzaktan algılama topluluğunun ilgi duyduğu
ve bir çok deneysel İHA’nın kullanıldığı
aralıktır.
Neredeyse tamamen boş olan hava aralığının
bir bölümü çok yüksek irtifada (15 km
üzerinde) yer almaktadır. Ancak oraya, uçak
hava trafiği tarafından işgal edilen hava
katmanlarını
geçerek
çıkılması
gerekmektedir, bu yüzden o irtifaya çıkış ve
inişler için ayrılmış bir koridor gerekecektir.
Uçak ve Yer Kontrol İstasyonu ile güvenli
haberleşmeyi sağlayacak yeterli güvenilir
radyo frekansının ayrımı zorunludur. Henüz,
Uluslararası Telekomünikasyon Birliği (ITU)
tarafından İHA'lara tahsis edilen böyle bir
frekans bulunmamaktadır. Bu da, İHA sistemi
ile çalışıldığında her ülkede farklı radyo
frekanslarını
kullanmak
zorunda
kalınabileceği anlamına gelmektedir.
İngiltere, 2002 de başlattığı çalışmayı
tamamlayarak 2012 de İHA’ların kullanımı
ile ilgili ulusal regulasyonu başlatan ilk
ülkedir. Bu nedenle İngiltere İHA
regulasyonlarının
geliştirilmesi
ve
uygulanması ile ilgili oldukça fazla deneyim
kazanmıştır. Dolayısıyla, İngiltere iyi
geliştirilmiş regulasyonları ve uzun süreli
deneyimleri nedeniyle örnek seçilmiştir.
Özetlenecek olursa, İHA’lar canlı ve cansız
varlıklara herhangi bir zarar vermeden
uçurulmak zorundadır. Yatkıtsız maksimum
ağırlığı 20 kg, gözle görülebilir mesafede,
insanlardan ve onlara ait mülklerden uzakta
ve ticari olmamak kaydıyla kullanılmaları
izin
gerektirmemektedir.
Diğer
tüm
uygulamalar, ticariler dahil, kalabalık
alanlarda ve çevrelerinde kullanılması CCA
tarafından verilmiş izne bağlıdır. Bu bilgiler
İHA’lar ile yapılacak çalışmalarda dikkat
edilmesi gereken önemli bir noktaya ışık
tutmaktadır.
8. Kaynaklar
[1] Anonim,
(2015).
http://www.agriculturaluav.eu
[2] Haddon, D.R., and Whittaker, C.J., "UKCAA Policy For Light UAV Systems",
Design & Production Standards Division,
Civil Aviation Authority, UK (2004).