Tarımda Teknolojik Evrim; İnsansız Hava Araçları

Arif Behiç Tekin1, Marco Fornalè2, Murat Turhan1, Massimo Maso3

1Ege Üniversitesi, Ziraat Fakültesi Tarım Makinaları ve Teknolojileri Mühendisliği Bölümü, İzmir

2 Electronic Engineer – member ASSORPAS (Italian Asociation RPAS)

3 Remote Sensing Analyst - GIS (Università IUAV Venezia)

behic.tekin@ege.edu.tr, mfornale@agriculturaluav.eu muratturhan35@gmail.com, masmax@gmail.com

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 Hava Araçlarının Sınıflandırılması (Dayanıklılık, Taşıma Kapasitesi)

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, http://www.agriculturaluav.eu (2015).

[2] Haddon, D.R., and Whittaker, C.J., "UK-CAA Policy For Light UAV Systems", Design & Production Standards Division, Civil Aviation Authority, UK (2004).