Araştırma Makalesi
BibTex RIS Kaynak Göster

Design, analysis, and application of ground and air systems monitoring critical missions: Example system forest fire

Yıl 2025, Cilt: 31 Sayı: 2, 212 - 219, 29.04.2025

Öz

While this study analyzes various planning strategies, communication network systems, and fire extinguishing technologies presented in the literature for combating forest fires, it reveals the need to test and evaluate these systems in real-world conditions. As a result of the literature review carried out in this context, an unmanned aerial vehicle (UAV) was designed and produced to determine the minimum requirements. Three-dimensional solid modeling of the design was performed using SOLIDWORKS and CATIA programs. Considering critical mission processes such as forest fires, the performance features of the UAV are maximum take-off weight, range, flight time, cruise speed, stall speed, wingspan, length, communication distance, and thrust were evaluated using the ANSYS analysis program. The construction of the UAV was carried out by structural assembly method, using a laser cutting machine and glue. In line with the requirements determined for the electronic systems of the UAV, the flight control card and power control card were designed, and PCB production was carried out. The flight control unit, image processing and communication unit, and power control and propulsion unit are integrated as sub-electronic units. In addition, a ground control station has been developed to observe the system status information of the UAV and to assign the UAV. A detailed procedure has been prepared for a forest fire scenario to evaluate the performance of the UAV in critical missions in real-world conditions. As a result of the scenario, the UAV has completed the entire procedure and has proven that it can be successful in critical missions.

Kaynakça

  • [1] Cao D, Ramirez CD. “Air pollution, government pollution regulation, and industrial production in China”. Journal of Systems Science and Complexity, 33, 1064-1079, 2020.
  • [2] Müller MM, Vila-Vilardell L, Vacik H. “Forest fires in the alps-state of knowledge, future challenges and options for an integrated fire management”. EUSALP Action Group, 8, 2020.
  • [3] Sung KW, Mutafungwa E, Jantti R, Choi M, Jeon J, Kim D, Kim J, Requena JC, Nordlöw A, Sharma S, Destino G, Deng Y, Mahmoodi T, Ullmann M, Nahler A, Kyung Y, Kim S, Seo S, Kim SL. “PriMO-5G: making firefighting smarter with immersive videos through 5G”. 2019 IEEE 2nd 5G World Forum (5GWF), Dresden, Germany, 30 September- 02 October 2019.
  • [4] Burhanuddin LAB, Liu X, Deng Y, Challita U, Zahemszky A. “QoE Optimization for Live Video Streaming in UAV-toUAV Communications via Deep Reinforcement Learning”. IEEE Transactions on Vehicular Technology, 71(5), 5358-5370, 2022.
  • [5] Halat M, Özkan Ö. “Olası İstanbul depreminin hasarlarının gözlenmesi için İHA rotalama probleminin bir genetik algoritma ile eniyilenmesi”. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 27(2), 187-198, 2021.
  • [6] Altun M, Türker M. “Çok yüksek çözünürlüklü renkli İHA görüntülerinden kentsel alanlarda araç tespiti”. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 26(2), 371-384, 2020.
  • [7] Han S, Özer B, Alioğlu B, Polat Ö, Aktin AT. “A mathematical model for the delivery routing problem via drones”. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 25(1), 89-97, 2019.
  • [8] Qingping L, Queralta JP, Gia TN, Zou Z, Westerlund T. “Multi Sensor Fusion for Navigation and Mapping in Autonomous Vehicles: Accurate Localization in Urban Environments”. Unmanned System, 8(3), 229-237, 2020.
  • [9] Khoshnoud F, Esat II, Silva CW, Rhodes JD, Kiessling AA, Quadrelli MB. “Self-Powered solar aerial vehicles: towards infinite endurance UAVs”. Unmanned System, 8(2), 95-117, 2020.
  • [10] Chen X, Hopkins B, Wang H, O’neill L, Afghah F, Razi A, Fule P, Coen J, Rowell E, Watts A. “Wildland fire detection and monitoring using a drone-collected RGB/IR image dataset”. IEEE Access, 10, 121301-121317, 2022.
  • [11] Lei T, Luo C, Sellers T, Wang Y, Liu L. “Multitask allocation framework with spatial dislocation collision avoidance for multiple aerial robots”. IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, 58(6), 5129-5140, 2022.
  • [12] Zhang H, Dou L, Xin B, Chen J, Gan M, Ding Y. “Data collection task planning of a fixed-wing unmanned aerial vehicle in forest fire monitoring”. IEEE Access, 9, 109847-109864, 2021.
  • [13] Tian X, Meng C, Ma J, Ma B, Wang Y, Chen W. “Research on structure and fire control system of fire fighting UAV based on polymer gel fire bomb”. 2022 IEEE 10th Joint International Information Technology and Artificial Intelligence Conference (ITAIC), Chongqing, China, 17-19 June 2022.
  • [14] Shaffer JA, Carrillo E, Xu H. “Hierarchal application of receding horizon synthesis and dynamic allocation for UAVs Fighting Fires”. IEEE Access, 9, 78868-78880, 2018.
  • [15] Marantos P, Koveos Y, Kyriakopoulos KJ. “UAV state estimation using adaptive complementary filters”. IEEE Transactions on Control Systems Technology, 24(4), 1214-1226, 2015.
  • [16] Honeywell. “3-Axis Digital Compass IC HMC5883L”. https://cdn-shop.adafruit.com/datasheets/HMC5883L_3 -Axis_Digital_Compass_IC.pdf (25.06.2023)
  • [17] Hofmann-Wellenhof B, Lichtenegger H, Wasle E. GNSSGlobal Navigation Satellite Systems. GPS, Glonass, Galileo and more. 1st ed. Vienna, Austria, Springer Vienna, 2008.
  • [18] Alarcón F, García M, Maza I, Viguria A. “A Precise and GNSS-Free Landing System on Moving Platforms for Rotary-Wing UAVs”. Sensors, 19(4), 886, 2019.
  • [19] Cheng R, Gao J. “On cardinality constrained mean-CVaR portfolio optimization”. The 27th Chinese Control and Decision Conference (2015 CCDC), Qingdao, China, 23-25 May 2015.
  • [20] EBYTE. “E32-433T30D Product Specifications”. https://www.ebyte.com/en/product-view-news.aspx?id =108 (25.06.2023).
  • [21] National Institute of Standards and Technology. “Advanced Encryption Standard (AES)”. Maryland, USA, Processing Standards Publication, NIST FIPS 197-upd1, 2023.
  • [22] STMicroelectronics. “STM32H750VB Product Overview”. https://www.st.com/en/microcontrollers-microprocess ors/stm32h750vb.html (25.06.2023).
  • [23] SunnySkyUSA. “SunnySky X3520 Brushless Motors”. https://sunnyskyusa.com/products/sunnysky-x3520-br ushless-motor (25.06.2023).
  • [24] Lee CH, Lee WH, Kim SM. “Development of iot-based realtime fire detection system using raspberry Pi and fisheye camera”. Applied Sciences, 13(15), 8568, 2023.
  • [25] Altowaijri AH, Alfaifi MS, Alshawi TA, Ibrahim AB, Alshebeili SA. “A privacy-preserving ıot-based fire detector”. IEEE Access, 9, 51393-51402, 2021.

Kritik görevlerin gözetimini yapan yer ve hava sistemlerinin tasarım, analiz ve uygulaması: Örnek sistem orman yangını

Yıl 2025, Cilt: 31 Sayı: 2, 212 - 219, 29.04.2025

Öz

Bu çalışma, orman yangınlarıyla mücadele için literatürde sunulan çeşitli planlama stratejileri, haberleşme ağı sistemleri ve yangın söndürme teknolojilerini analiz ederken, bu sistemlerin gerçek dünya koşullarında sınanma ve değerlendirilme ihtiyacını ortaya koymaktadır. Bu kapsamda gerçekleştirilen literatür taraması sonucunda minimum gereklilikler tespit edilerek bir insansız hava aracı (İHA) tasarlanmış ve üretilmiştir. Tasarımın üç boyutlu katı modellemesi SOLIDWORKS ve CATIA programları kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Orman yangınları gibi kritik görev süreçleri de dikkate alınarak İHA’da bulunması gereken performans özellikleri; maksimum kalkış ağırlığı, menzil, uçuş süresi, seyir hızı, stall hızı, kanat açıklığı, uzunluk, iletişim mesafesi ve itki kullanılarak ANSYS analiz programında değerlendirilmiştir. İHA'nın inşası, bir lazer kesim makinesi ve tutkal kullanılarak, yapısal montaj yöntemi ile gerçekleştirilmiştir. İHA'nın elektronik sistemleri için belirlenen gereklilikler doğrultusunda uçuş kontrol kartı ve güç kontrol kartının tasarımı yapılmış ve PCB üretimi gerçekleştirilmiştir. Alt elektronik birimler olarak ise uçuş kontrol birimi, görüntü işleme ve haberleşme birimi ve güç kontrol ve tahrik birimi entegre edilmiştir. Ayrıca İHA’nın sistem durum bilgisini gözlemlemek ve görevlendirmek için de bir yer kontrol istasyonu geliştirilmiştir. İHA’nın gerçek dünya koşullarında kritik görevlerdeki performansını değerlendirmek amacıyla bir orman yangını senaryosu için detaylı bir prosedür hazırlanmıştır. Senaryo sonucunda İHA tüm prosedürü tamamlamış ve kritik görevlerde başarılı olabileceğini kanıtlamıştır.

Kaynakça

  • [1] Cao D, Ramirez CD. “Air pollution, government pollution regulation, and industrial production in China”. Journal of Systems Science and Complexity, 33, 1064-1079, 2020.
  • [2] Müller MM, Vila-Vilardell L, Vacik H. “Forest fires in the alps-state of knowledge, future challenges and options for an integrated fire management”. EUSALP Action Group, 8, 2020.
  • [3] Sung KW, Mutafungwa E, Jantti R, Choi M, Jeon J, Kim D, Kim J, Requena JC, Nordlöw A, Sharma S, Destino G, Deng Y, Mahmoodi T, Ullmann M, Nahler A, Kyung Y, Kim S, Seo S, Kim SL. “PriMO-5G: making firefighting smarter with immersive videos through 5G”. 2019 IEEE 2nd 5G World Forum (5GWF), Dresden, Germany, 30 September- 02 October 2019.
  • [4] Burhanuddin LAB, Liu X, Deng Y, Challita U, Zahemszky A. “QoE Optimization for Live Video Streaming in UAV-toUAV Communications via Deep Reinforcement Learning”. IEEE Transactions on Vehicular Technology, 71(5), 5358-5370, 2022.
  • [5] Halat M, Özkan Ö. “Olası İstanbul depreminin hasarlarının gözlenmesi için İHA rotalama probleminin bir genetik algoritma ile eniyilenmesi”. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 27(2), 187-198, 2021.
  • [6] Altun M, Türker M. “Çok yüksek çözünürlüklü renkli İHA görüntülerinden kentsel alanlarda araç tespiti”. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 26(2), 371-384, 2020.
  • [7] Han S, Özer B, Alioğlu B, Polat Ö, Aktin AT. “A mathematical model for the delivery routing problem via drones”. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 25(1), 89-97, 2019.
  • [8] Qingping L, Queralta JP, Gia TN, Zou Z, Westerlund T. “Multi Sensor Fusion for Navigation and Mapping in Autonomous Vehicles: Accurate Localization in Urban Environments”. Unmanned System, 8(3), 229-237, 2020.
  • [9] Khoshnoud F, Esat II, Silva CW, Rhodes JD, Kiessling AA, Quadrelli MB. “Self-Powered solar aerial vehicles: towards infinite endurance UAVs”. Unmanned System, 8(2), 95-117, 2020.
  • [10] Chen X, Hopkins B, Wang H, O’neill L, Afghah F, Razi A, Fule P, Coen J, Rowell E, Watts A. “Wildland fire detection and monitoring using a drone-collected RGB/IR image dataset”. IEEE Access, 10, 121301-121317, 2022.
  • [11] Lei T, Luo C, Sellers T, Wang Y, Liu L. “Multitask allocation framework with spatial dislocation collision avoidance for multiple aerial robots”. IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, 58(6), 5129-5140, 2022.
  • [12] Zhang H, Dou L, Xin B, Chen J, Gan M, Ding Y. “Data collection task planning of a fixed-wing unmanned aerial vehicle in forest fire monitoring”. IEEE Access, 9, 109847-109864, 2021.
  • [13] Tian X, Meng C, Ma J, Ma B, Wang Y, Chen W. “Research on structure and fire control system of fire fighting UAV based on polymer gel fire bomb”. 2022 IEEE 10th Joint International Information Technology and Artificial Intelligence Conference (ITAIC), Chongqing, China, 17-19 June 2022.
  • [14] Shaffer JA, Carrillo E, Xu H. “Hierarchal application of receding horizon synthesis and dynamic allocation for UAVs Fighting Fires”. IEEE Access, 9, 78868-78880, 2018.
  • [15] Marantos P, Koveos Y, Kyriakopoulos KJ. “UAV state estimation using adaptive complementary filters”. IEEE Transactions on Control Systems Technology, 24(4), 1214-1226, 2015.
  • [16] Honeywell. “3-Axis Digital Compass IC HMC5883L”. https://cdn-shop.adafruit.com/datasheets/HMC5883L_3 -Axis_Digital_Compass_IC.pdf (25.06.2023)
  • [17] Hofmann-Wellenhof B, Lichtenegger H, Wasle E. GNSSGlobal Navigation Satellite Systems. GPS, Glonass, Galileo and more. 1st ed. Vienna, Austria, Springer Vienna, 2008.
  • [18] Alarcón F, García M, Maza I, Viguria A. “A Precise and GNSS-Free Landing System on Moving Platforms for Rotary-Wing UAVs”. Sensors, 19(4), 886, 2019.
  • [19] Cheng R, Gao J. “On cardinality constrained mean-CVaR portfolio optimization”. The 27th Chinese Control and Decision Conference (2015 CCDC), Qingdao, China, 23-25 May 2015.
  • [20] EBYTE. “E32-433T30D Product Specifications”. https://www.ebyte.com/en/product-view-news.aspx?id =108 (25.06.2023).
  • [21] National Institute of Standards and Technology. “Advanced Encryption Standard (AES)”. Maryland, USA, Processing Standards Publication, NIST FIPS 197-upd1, 2023.
  • [22] STMicroelectronics. “STM32H750VB Product Overview”. https://www.st.com/en/microcontrollers-microprocess ors/stm32h750vb.html (25.06.2023).
  • [23] SunnySkyUSA. “SunnySky X3520 Brushless Motors”. https://sunnyskyusa.com/products/sunnysky-x3520-br ushless-motor (25.06.2023).
  • [24] Lee CH, Lee WH, Kim SM. “Development of iot-based realtime fire detection system using raspberry Pi and fisheye camera”. Applied Sciences, 13(15), 8568, 2023.
  • [25] Altowaijri AH, Alfaifi MS, Alshawi TA, Ibrahim AB, Alshebeili SA. “A privacy-preserving ıot-based fire detector”. IEEE Access, 9, 51393-51402, 2021.
Toplam 25 adet kaynakça vardır.

Ayrıntılar

Birincil Dil Türkçe
Konular Bilgisayar Yazılımı
Bölüm Makale
Yazarlar

Hikmetcan Özcan

Enes Kesen Bu kişi benim

Suhap Şahin

Yayımlanma Tarihi 29 Nisan 2025
Yayımlandığı Sayı Yıl 2025 Cilt: 31 Sayı: 2

Kaynak Göster

APA Özcan, H., Kesen, E., & Şahin, S. (2025). Kritik görevlerin gözetimini yapan yer ve hava sistemlerinin tasarım, analiz ve uygulaması: Örnek sistem orman yangını. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 31(2), 212-219.
AMA Özcan H, Kesen E, Şahin S. Kritik görevlerin gözetimini yapan yer ve hava sistemlerinin tasarım, analiz ve uygulaması: Örnek sistem orman yangını. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi. Nisan 2025;31(2):212-219.
Chicago Özcan, Hikmetcan, Enes Kesen, ve Suhap Şahin. “Kritik görevlerin gözetimini yapan yer ve hava sistemlerinin tasarım, analiz ve uygulaması: Örnek sistem orman yangını”. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi 31, sy. 2 (Nisan 2025): 212-19.
EndNote Özcan H, Kesen E, Şahin S (01 Nisan 2025) Kritik görevlerin gözetimini yapan yer ve hava sistemlerinin tasarım, analiz ve uygulaması: Örnek sistem orman yangını. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi 31 2 212–219.
IEEE H. Özcan, E. Kesen, ve S. Şahin, “Kritik görevlerin gözetimini yapan yer ve hava sistemlerinin tasarım, analiz ve uygulaması: Örnek sistem orman yangını”, Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, c. 31, sy. 2, ss. 212–219, 2025.
ISNAD Özcan, Hikmetcan vd. “Kritik görevlerin gözetimini yapan yer ve hava sistemlerinin tasarım, analiz ve uygulaması: Örnek sistem orman yangını”. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi 31/2 (Nisan2025), 212-219.
JAMA Özcan H, Kesen E, Şahin S. Kritik görevlerin gözetimini yapan yer ve hava sistemlerinin tasarım, analiz ve uygulaması: Örnek sistem orman yangını. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi. 2025;31:212–219.
MLA Özcan, Hikmetcan vd. “Kritik görevlerin gözetimini yapan yer ve hava sistemlerinin tasarım, analiz ve uygulaması: Örnek sistem orman yangını”. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, c. 31, sy. 2, 2025, ss. 212-9.
Vancouver Özcan H, Kesen E, Şahin S. Kritik görevlerin gözetimini yapan yer ve hava sistemlerinin tasarım, analiz ve uygulaması: Örnek sistem orman yangını. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi. 2025;31(2):212-9.





Creative Commons Lisansı
Bu dergi Creative Commons Al 4.0 Uluslararası Lisansı ile lisanslanmıştır.