Akademik Veri Yönetim Sistemi
Üçüncü H.(Yürütücü), Ateş O., Bilir H.
TÜBİTAK Projesi, 1512 - Girişimcilik Aşamalı Destek Programı, 2020 - 2021
Dünya çevresinde tam kapasite ile çalışan ya da kurulumu devam eden 4 küresel (GPS, GLONASS, Galileo, BeiDou) ve 2 bölgesel (QZSS, NavIC) konumlama sistemi bulunmaktadır. Bu sistemler; uzay, kontrol ve kullanıcı segmenti olmak üzere üç bileşenden oluşmaktadır. Uydularla konum belirleme, uydudan yayınlanan konumlama sinyallerinin yayılma zamanı ölçülerek yapılır. 3 boyutlu hassas konumlama için alıcının aynı anda en az 4 uydudan sinyal alması gerekmektedir. Konumlama uydularının başlıca bileşenleri atomik saat ve radyo navigasyon görev yüküdür. Konumlama sinyallerinde ağırlıklı olarak L bandı kullanılmaktadır. GPS ve Galileo’nun yer istasyonları küresel yayılıma sahipken diğer sistemlere ait istasyonlar genellikle kendi ülke sınırları içerisindedir.[Ek_5]
GPS ilk olarak askeri amaçla icat edilmiş, daha sonra günlük hayatın bir parçası haline gelmiş küresel konumlama sistemidir. Çalışma prensibi uyduların yaydığı radyo sinyalleri ile Dünya üzerinde bulunan bir noktadaki GPS alıcısı arasındaki haberleşme süresinin ölçülmesine, aradaki mesafenin hesaplanarak konumun yaklaşık bir biçimde belirlenmesine dayanır. Uydu tarafından yayımlanan bu sinyaller farklı kanaldan alıcıya ulaşır, özellikle iyonosfer katmanında sinyallerde gecikmeler gözlemlenir, bu ölçüm hassasiyetini düşüren en önemli etkenlerden birisidir.
Mersin Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsünde 2018 de yayınlanan bir yüksek lisans tezinde [Ek_7] TUSAGA-Aktif düzeltme verileriyle yapılan ölçümlerde, referans istasyonundan yaklaşık 20 km uzaklıkta 10 santimetrenin altında konum hassasiyetinin yakalanabileceği gösterilmiştir. Tüm bu çalışmalar göz önüne alındığında sistemin ücretli veya ücretsiz DGNSS/DGPS istasyonları yardımıyla istenilen ölçüm hassasiyetini yakalayabileceği görülmektedir.
Bunlara ek olarak sistem üzerinde yer alan ivmeölçer ve magnetometer yardımıyla, gerçek zamanlı hatalı konum verilerini tespit etmek ve düzenlemek mümkündür.
İvmeölçerler üzerlerine düşen statik(yerçekimi) veya dinamik (aniden hızlanma veya durma) ivmeyi ölçmektedirler. Sensörden alınan değer m/s2 veya yerçekimi (g-kuvveti) türünden ifade edilir. Eğer uzayda veya herhangi bir çekim alanının kapsamında değilseniz sensör üzerine 1 g'lik bir yerçekimi kuvveti etki etmektedir. İvmeölçerlerin ölçüm skalası ± 1g, ± 2g, ± 4g ... gibi değerler ile ifade edilmektedir ve üç eksene kadar ölçüm yapabilen türevleri vardır. İvmeölçerler 3 eksende anlık ivme bilgilerini verir, bu sayede sporcunun zıplama, yer düşme, hızlanma ve yavaşlama gibi üst vücut çevikliği ile ilgili bilgi veren verilerin ölçülmesini sağlar. Sporcuların fiziksel limitleri göz önüne alındığında ortalama 3m/s2 ‘lik bir ivmelenmeyi hassas bir şekilde ölçmek gerekmektedir. NXP firmasının ürettiği MMA8452Q kodlu sensör incelendiğinde, 2g ölçüm aralığında, 12-bit çözünürlükte 1g/1024 hassasiyetle ölçüm almanın ve bu sayede sporcunun fiziksel aktivitelerini modellemenin mümkün olduğu görülmektedir.
Jiroskop ve ivmeölçerler tek başlarına yeterince ve güvenli bilgi vermezler. Bu yüzden yaygın olarak bu iki sensör birleştirerek kullanılır, bu kullanım şekli IMU (Inertial Measurement Unit) olarak adlandırılır. Ayrıca ivmeölçerler kuvvete karşı çok duyarlı olduğundan en ufak titreşimlerde çok yüksek gürültüler oluşturmaktadırlar. Jiroskop bu kuvvetlerden etkilenmediği için ivmeölçer verilerini filtrelemek için kullanılabilir. Filtreleme için çeşitli algoritmalar bulunmaktadır. En yaygın olarak kullanılan çeşitlerinden bir tanesi kalman filtresidir. Sistemin bir önceki çıkışları ile yeni ölçüm değerleriyle yeni çıkışları tahmin edecek şekilde çalışmaktadır. Literatürde GPS, ivmeölçer ve jiroskop içeren sistemlere özel, farklı filtreleme yöntemleri için de çalışmalar bulunmaktadır. Proje kapsamında yapılacak olan araştırma çalışmalarından bir tanesi, GPS, IMU ve yerel DGPS/DGNSS istasyonlarını kullanarak hassas bir konum belirleme algoritması geliştirmektir.
u-Blox firmasın CAM-M8Q kodlu GNSS/GPS anten modülünün sağladığı boyut avantajları yanında (9.6 x 14.0 x 1.95 mm), iç anten yapısı sayesinde harici anten olmadan kompakt bir tasarım imkanı sunması, 0.05 m/s hız ölçüm doğruluğu, yerel doğrulama olmadan 2.5m ‘ye kadar ölçüm hassasiyeti özellikleri sebebiyle projede kullanılmasına karar verilmiştir. u-Blox firması simülasyon, yazılım güncelleme ve ayarların GPS üzerine aktarılması için u-Center isimli ücretsiz bir program sağlamaktadır. Bu sayede işlemci üzerinde yapılacak küçük bir yazılımla (UART BRIDGE) terminal üzerinden GPS ile iletişim yapılabilmekte, bu özellik yazılım sürecinin hızlanmasını ve modülün tüm özelliklerinin etkili bir şekilde kullanılabilmesini sağlamaktadır.
Cihaz üzerine, UART üzerinden haberleşme yapılacak hazır bluetooth kiti yerleştirilecektir. Bluetooth ile harici nabız kemerinden veri alma senkronize bir şekilde sağlanacaktır. Projede harici Bluetooth kiti kullanmak, cihaz üzerindeki antenler arasındaki girişimi engelleme, devrenin RF tasarımını kolaylaştırma, bluetooth ve nabız kemeri özelliğini opsiyonel tutma, ileride laktat ölçümü gibi harici sensörleri sisteme dahil edebilme avantajlarını sağlamaktadır.
Sensörlerden ve GPS den okunan değerler filtreledikten sonra cihaz üzerindeki SD karta kayıt edilirler. FAT32 formatında tanımlanmış 2GB hafızalı SD karta, 10 Hz ile örneklenmiş veriler kaydedilir. Aktivite sonrası cihaz taşıma ve veri aktarma istasyonuna yerleştirilir. Sistem cihazı taşınabilir kayıt cihazı olarak tanımlar (USB Mass Storage Device), SD karttaki verileri sırasıyla okur ve aktarım istasyonundaki harici belleğe kaydeder. Kullanıcı, USB kablo ile aktarım istasyonuna bağlandığında, bilgisayar, aktarma istasyonunu taşınabilir kayıt cihazı olarak algılar (USB Mass Storage Device) ve txt dosyası içinde takım halinde ve bireysel tüm verilere ulaşabilir.
Antrenman verileri kullanıcı tarafından bilgisayar bağlantısı ile web ortamına yüklenir. Bu noktada kullanılacak olan server ve veritabanı kulüplerle yapılan sözleşme ile belirlenir. Proje kapsamında hedeflenen pazar daha çok alt yaş kategorileri ve 2. Ve 3. Lig spor kulüpleri olduğu için gerekli veri koruma sözleşmeleri yapılarak, veri tabanı hizmetinin sistem ile birlikte kullanıcılara sağlanacağı öngörülmektedir. Proje tamamlandığında kişisel verilerin korunumu kanunu çerçevesinde, yapılması gereken her türlü sözleşme, veri kullanımının, veri depolamanın ve işlemenin gerektirdiği her türlü yasal yükümlülük, ülke içinde yapılması gereken her türlü yatırım ve istihdam girişimci tarafından yapılacaktır. Prototip geliştirme süresince, Django/Python kodlarının çalıştırılabileceği pythonanywhere adlı hosting firmasından alan kiralaması yapılacaktır. Web uygulaması ve analiz yazılımı Django web çatısında Python, Html, CSS ve Javascript dilleri kullanılarak yapılacaktır.
Django, Python programlama dili ile yazılmış MTV (Model, Templete, View) mimari desenini kullanan, yüksek seviyeli ve açık kaynak bir web çatısıdır. Django Projesi’nin temel hedefi, karmaşık bir yapıda olan ve bir veritabanı kullanan web uygulamalarının geliştirilmesini kolaylaştırmaktır. Bir özgür yazılım olan bu çatı, açık kaynak kodu ve geniş kütüphanesi sayesinde her geçen gün daha popüler hale gelmektedir. Normalde Python ile bir web uygulaması yazıldığında, bu uygulamanın yönlendirme, yetkilendirme, erişim, şablon sistemi, önbellek sistemi gibi hemen her şey yazılımcı tarafından ayrı ayrı tasarlanması gerekmekteydi. Django bu noktada bir web uygulamasında olması gereken hemen hemen tüm yetenekleri açık kaynak kodlu bir şekilde hazır olarak sağlamaktadır. Model katmanının Python diliyle tasarlanıyor olması, ücretsiz kütüphaneler yardımıyla veri analizlerinin hızlı ve güvenilir bir şekilde yapılmasını sağlamaktadır. Hazır yetkilendirme yapısı, antrenör ve sporcular için ayrı yetkilendirmeler belirleme ve ayrı ekranlar tasarlama işlemlerinin kolay ve hızlı bir şekilde yapabilme imkânını sağlamaktadır.