Adnan Menderes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü
Abstract
Günümüzde, bitki hastalıkları tarımsal üretimi etkileyen önemli sorunlardan birisi olarak karşımıza çıkmaktadır. Bitkileri hastalıklardan ve zararlı otların etkilerinden korumak hem tarımda üretimi artırmak hem de tarımın kalitesini yükseltmek için büyük önem taşımaktadır. Tarımsal ürünler, ülkemizde ve dünyada çeşitli ilaçlama yöntemleri kullanılarak korunabilmektedir. Bu yöntemlerin başında gelen ilaçlama yolu ile bitki koruma yöntemi üretimin kalitesini geliştirmek ve rekolteyi artırmak amacıyla yaygın olarak kullanılmaktadır. Ancak bitkilerin korunmasında uygulanan geleneksel ilaçlama yöntemlerinin bitkilere ve toprağa büyük ölçüde zarar verdiği gözlenmektedir. Son yıllarda gelişmiş ülkelerdeki tarımsal uygulamalarda robotların kullanımı hızla artmakta, tarımsal alanlarda özellikle uzaktan algılama ve hassas tarım çalışmalarında bu robotların kullanıldığı görülmektedir. Dahası, tarımsal üretimde yararlanılan fayda-maliyet oranı da dikkate alındığında, günümüzde hassas tarım uygulamalarında robotların kullanılmasının kaçınılmaz hale geldiği anlaşılmaktadır. Günümüz gereksinimleri ve gelişen teknoloji göz önüne alınarak planlanmış olan bu çalışmada, ülkemizde yaygın olarak kullanılan tarımsal mücadele yöntemlerinin maliyetlerini, tarımsal üretimin miktarını ve kalitesini önemli ölçüde etkileyecek geleneksel ilaçlama yöntemlerine alternatif olabilecek bir tarımsal mücadele sistemi geliştirilmiştir. Çalışmada, yakın mesafeden doğrudan hedeflenen bitki üzerine ilaçlama yapılması, ilaçlama sırasında toprağa ve bitkilere verilen zararın en aza indirgenmesi hedeflenmiştir. Bu doğrultuda, özgün tasarım multispektral kamera, ilaçlama ünitesi, Yer Kontrol İstasyonu (YKİ) ve eşgüdümlü çalışabilen İnsansız Hava Aracı (İHA) ile İnsansız Yer Aracından (İYA) oluşan tarımsal mücadele mekanizması tasarlanmış ve geliştirilmiştir. Bu mekanizma, tarımsal ilaçlama uygulamaları için geleneksel yöntemlere kıyasla daha ileri düzey bir alternatif yöntem olarak ortaya çıkmaktadır.TABLE OF CONTENTS
ÖZET ................................................................................................................ vii
ABSTRACT ....................................................................................................... ix
ACKNOWLEDGEMENTS ................................................................................ xi
1 . INTRODUCTION .......................................................................................... 1
2. LITERATURE REVIEW ............................................................................. 6
2.1 Robotics ..................................................................................................... 9
2.2 Unmanned Ground Vehicles ..................................................................... 11
2.3 Unmanned Aerial Vehicles ....................................................................... 11
2.4 Remote Sensing Technology .................................................................... 17
2.4.1 Remote Sensing Platforms ................................................................. 19
2.4.2 Plant Disease Detection ..................................................................... 22
2.4.3 Normalized Difference Vegetation Index ........................................... 27
3 . MATERIAL AND METHOD ....................................................................... 29
3.1 Ground Control Station ............................................................................ 32
3.2 Unmanned Ground Vehicle ...................................................................... 37
3.2.1 Specifications of the UGV ................................................................. 38
3.2.2 The Chassis and Sensor Holder .......................................................... 40
3.2.3 FEM Analysis .................................................................................... 43
3.3 Multispectral Camera for Plant Disease Detection .................................... 44
3.3.1 Spectral Imaging ................................................................................ 46
3.3.2 Multispectral Camera – Spektra TSL128RN ...................................... 47
3.3.3 The hardware of the Device ............................................................... 49
3.3.4 Calibrating Steps of the Device .......................................................... 52
3.3.5 Software for the Device ..................................................................... 56
3.3.6 Measurements using NDVI Devices .................................................. 58
3.4 Unmanned Aerial Vehicle ........................................................................ 62
3.4.1 The Chassis and Arm ......................................................................... 66
3.4.2 FEM Analysis ................................................................................... 69
3.4.3 Modal Analysis ................................................................................. 70
3.4.4 Performance of the Propellers ............................................................ 73
3.4.5 Flight Duration and Maximum Conditions ......................................... 82
3.4.6 Strain Measurement ........................................................................... 84
3.4.7 Other Parts ........................................................................................ 92
3.4.8 Specifications of the UAV ................................................................. 95
3.4.9 Flight Tests ....................................................................................... 96
3.5 Spraying Unit –Sprayer and Tank ............................................................. 99
4 . RESULTS AND DISCUSSION .................................................................. 103
4.1 The UGV ............................................................................................... 103
4.2 The Multispectral Camera ...................................................................... 105
4.3 The UAV ............................................................................................... 115
4.4 The Sprayer............................................................................................ 135
xv
4.5 UGV and Multispectral Camera .............................................................. 138
4.6 Aerial Spraying UAV ............................................................................. 145
5 . CONCLUSIONS......................................................................................... 154
REFERENCES ................................................................................................ 156
RESUME......................................................................................................... 16
