Bu çalışma, otomatik liman vinçlerinde LiDAR ile oluşturulan üç boyutlu haritanın limanın mühendislik dünya koordinat sistemine uzun süre boyunca güvenilir biçimde bağlanmasını amaçlayan bir yöntem sunmaktadır. Sorunun kaynağı yalnızca LiDAR haritasındaki klasik konum sapması değildir. Vincin bom ucundaki salınımlar, zayıf geometrik özellikler, kısmi görüş, hareketli kepçe ve gemi parçaları, değişen dökme yük yüzeyi ile PLC konum zincirindeki hatalar; aynı fiziksel noktanın dünya koordinatlarında zaman içinde yer değiştirmiş gibi görünmesine neden olabilmektedir.

Araştırmacılar, portal vincin kalıcı ve rijit yapısal parçalarından oluşturulan bir nokta bulutu işaretleyicisini LiDAR haritasındaki karşılığıyla kaydetmiştir. İşaretleyicinin PLC ve GNSS ile desteklenen dünya konumu ön bilgisi, kayıt sonucuyla birleştirilerek harita-dünya dönüşümü için bir aday üretilmiştir. Ancak her kayıt sonucu doğrudan kabul edilmemiştir. Artık hata dağılımı, aykırı olmayan eşleşme sayısı ve oranı, işaretleyici yüzeyinin ne kadarının kapsandığı ve dönüşümün önceki güvenilir duruma göre ne kadar değiştiği birlikte değerlendirilmiştir.

Sistem her aday dönüşümü üç durumdan birine ayırmaktadır: Kabul (Accepted), Bekletme (Hold) veya Reddetme (Rejected). Kabul durumunda yeni dünya dönüşümü uygulanmakta; Bekletme durumunda yeni aday kullanılmayarak son güvenilir dönüşüm korunmakta; Reddetme durumunda ise geometrik veya zamansal olarak tutarsız adayın sisteme girmesi engellenmektedir. Bu yaklaşımın temel amacı, matematiksel olarak yakınsayan fakat fiziksel dünya açısından yanlış olabilecek “yanlış ama kendinden emin” kayıtların hatch geometrisi ve malzeme yüzeyi gibi sonraki çıktıları bozmasını önlemektir.

Gerçek bir liman portal vincinden alınan 7,2 saatlik eş zamanlı veride önerilen yöntem, yalnız PLC konum zincirini kullanan karşılaştırmaya göre harita-dünya dönüşümünün öteleme RMS titreşimini 0,105 metreden 0,030 metreye, uzun dönemli sapma hızını ise 0,32 m/dakikadan 0,04 m/dakikaya düşürmüştür. Bu değerler sırasıyla yaklaşık yüzde 71 ve yüzde 87,5 azalmaya karşılık gelmektedir. Dönme RMS titreşimi 0,40 dereceden 0,10 dereceye, dönme P95 değeri ise 0,95 dereceden 0,25 dereceye gerilemiştir.

Harita biriktirme yaklaşımı, tek LiDAR karesine göre hatch sınırlarının zamansal kararlılığını yüzde 78,0’dan yüzde 93,5’e yükseltmiş; hatch merkezinin RMS titreşimini 0,38 metreden 0,15 metreye ve ani sınır sıçramalarının oranını yüzde 16,5’ten yüzde 4,8’e düşürmüştür. Malzeme yüksekliği modellemesinde 4 metrelik ızgara ve p90 yüzdelik değeri, ince yüzey ayrıntısı ile zamansal kararlılık arasında çalışmanın önerdiği en dengeli yapı olmuştur.

Bununla birlikte çalışma, sistemin bütün limanlarda veya bütün vinç türlerinde aynı sonucu vereceğini göstermemektedir. Deneyler tek bir operasyonel portal vinç sistemi üzerinde yürütülmüş; ağır görüş kaybı, eksik kayıtlar ve iletişim kesintileri değerlendirme veri kümesinden çıkarılmıştır. Malzeme modeli gerçek yük hacmi ya da tartım verisiyle doğrulanmamış, kavrama noktası önerileri ve gerçek otomatik vinç hareketleri deneysel olarak sınanmamıştır.

Türkiye açısından çalışma; liman vinçleri, dökme yük terminalleri, gemi ambarı algılama, vinç güvenliği ve dünya koordinatında kararlı nokta bulutu üretimi için önemli bir mimari örnek sunmaktadır. Türkiye’de uygulanabilmesi için yerel liman koordinat altyapısı, GNSS erişimi, PLC veri biçimleri, portal vinç geometrileri, bom titreşimleri, toz ve deniz sisi koşulları, iş sağlığı ve güvenliği gereksinimleri ile gerçek yük hacmi ölçümleri kullanılarak yeniden doğrulanmalıdır. Mevcut sonuçlar, sistemin emniyet sertifikalı veya insan gözetimi olmadan kapalı çevrimli yükleme-boşaltmaya hazır olduğunu kanıtlamamaktadır.

Araştırmanın çözmeye çalıştığı temel sorun nedir?

Bir liman vincine bağlı LiDAR, gemi ambarını, güverteyi, dökme yük yüzeyini ve vincin kendi parçalarını üç boyutlu noktalar hâlinde ölçmektedir. Ancak LiDAR’ın her ölçümü başlangıçta sensörün kendi koordinat çerçevesindedir. Bu noktaların hatch sınırları, emniyet mesafeleri veya kavrama konumları için kullanılabilmesi amacıyla limanın mühendislik dünya koordinatlarına dönüştürülmesi gerekir.

En basit yaklaşım, PLC tarafından bildirilen bom konumu ve açılarından bir dönüşüm zinciri kurmaktır. Fakat bom ucundaki LiDAR şu etkiler altında kalabilir:

• Bom ve sensör taşıyıcısındaki mekanik salınım
• Montaj ve kalibrasyon sapmaları
• Enkoder ve tutum ölçümü gürültüsü
• Vincin dönme ve bom kaldırma hareketleri
• Hareketli kepçe, gemi ve terminal araçlarının oluşturduğu geçici noktalar
• Toz, yağmur, sis ve çok yollu yansımalardan kaynaklanan kararsız LiDAR dönüşleri
• Dökme malzeme yüzeyinin yükleme ve boşaltma sırasında sürekli değişmesi

Bu etkiler, LiDAR haritası kendi içinde tutarlı görünse bile haritanın dünya koordinatlarındaki konumunun zamanla kaymasına neden olabilir. Çalışma bu nedenle yalnızca “en iyi dönüşümü hesaplama” problemini değil, hesaplanan dönüşümün güvenilir olduğuna dair yeterli kanıt bulunup bulunmadığını ele almaktadır.

Harita içi tutarlılık ile dünya koordinatı tutarlılığı neden aynı değildir?

LiDAR SLAM yöntemleri, ardışık taramaları birbirine kaydederek kendi içlerinde tutarlı bir harita oluşturabilir. Bu haritanın koordinat başlangıcı ve yönelimi çoğunlukla sistemin ilk durumuna veya SLAM’in iç seçimine bağlıdır. Harita düzgün olsa bile limanın mühendislik koordinatlarına göre doğru yerde bulunmayabilir.

Yaygın SLAM değerlendirmelerinde tahmini yörünge, hata ölçümünden önce referans yörüngeye tek bir rijit dönüşümle hizalanabilmektedir. Bu yaklaşım hareket tahminindeki göreli tutarlılığı ölçmek için yararlıdır; fakat sistemin çevrimiçi olarak doğru ve denetlenebilir bir dünya koordinatı koruyup koruyamadığını doğrudan göstermez.

Liman otomasyonunda dünya koordinatı yalnız görselleştirme amacı taşımaz. PLC, emniyet denetimi, hatch sınırları, gemi geometrisi, malzeme yüksekliği ve kavrama konumu aynı koordinat sisteminde anlaşılmalıdır. Bu nedenle harita ile fiziksel dünya arasındaki bağlantının güvenilirliği sistem mimarisinin temel bir parçasıdır.

Çalışmada hangi koordinat çerçeveleri kullanılmıştır?

Bir A çerçevesinden B çerçevesine rijit dönüşüm T_A→B ile gösterilmektedir. Dönüşüm, üç boyutlu öteleme ile dönmeyi birlikte içeren SE(3) yapısındadır.

Harita-dünya dönüşümü nasıl hesaplanmıştır?

Önceden oluşturulan yapısal işaretleyici nokta bulutu P_tag, harita içinde beklenen konum çevresinde seçilen ilgi bölgesine kaydedilmektedir. Bu kayıt işlemi işaretleyiciden haritaya dönüşümü üretir:

\[ T_{\mathrm{tag}\rightarrow M} \]

İşaretleyicinin dünya koordinatlarındaki konumu T_tag→W, PLC tarafından GNSS sistem düzeyi referansı kullanılarak sağlanmaktadır. Haritadan dünyaya aday dönüşüm şu biçimde oluşturulmuştur:

\[ T_{M\rightarrow W} = T_{\mathrm{tag}\rightarrow W} \cdot \left(T_{\mathrm{tag}\rightarrow M}\right)^{-1} \]

Bu denklem matematiksel olarak bir harita-dünya dönüşümü üretmektedir. Ancak çalışmanın temel yeniliği, üretilen her dönüşümün doğru kabul edilmemesidir. Dönüşüm önce geometrik ve zamansal kanıtlarla sınanmaktadır.

15. sayfadaki sistem iş akışı ne göstermektedir?

Çalışmanın 15. sayfasındaki Şekil 1, yöntemi dört ana işlem grubu hâlinde göstermektedir:

1. Haritalama: LiDAR akışı, LiDAR–ataletsel odometri ve haritalama modülüne girer; harita F_M çerçevesinde tutulur.
2. İşaretleyici tabanlı hipotez üretimi: Haritadaki uygun ROI seçilir, yapısal işaretleyici bu bölgeye kaydedilir ve PLC/GNSS dünya ön bilgisiyle aday T_M→W dönüşümü oluşturulur.
3. Kanıttan karara geçiş: Artıklar, eşleşmeler, uzamsal kapsama ve önceki güvenilir dönüşüme göre zamansal değişim incelenir.
4. Dünya koordinatlı çıktılar: Geçitten çıkan dönüşüm hatch geometrisi, dökme malzeme modelleme, kavrama noktası önerisi, PLC arayüzü ve emniyet mantığına aktarılır.

Akış şemasında sistemin yalnız dönüşüm matrisi değil, dönüşümün geçerlilik durumu ile tanısal kanıt açıklamasını da ürettiği gösterilmektedir.

\[ O_t = \left( T^{t}_{M\rightarrow W}, s_t, \Sigma_t \right), \qquad s_t \in \{\mathrm{Accepted},\mathrm{Hold},\mathrm{Rejected}\} \]

Burada Σ_t, aday dönüşümü destekleyen geometrik ve zamansal kanıtların açıklayıcı kümesini temsil etmektedir.

LiDAR haritalama modülü liman sahnesine nasıl uyarlanmıştır?

Araştırmacılar temel haritalama sistemi olarak LIO-Livox yapısını kullanmıştır. Bu sistemin normal özellik çıkarımı, araç çevresinde görülen keskin köşeler ve kenarlar gibi yapısal özelliklere dayanır. Portal vincin bom ucundaki LiDAR ise yukarıdan aşağıya baktığı için sahnede geniş ve düzgün yüzeyler baskın olabilmektedir.

Bu nedenle iki özellik grubu kullanılmıştır:

• Tip-I yapısal özellikler: Klasik köşe ve kenar noktaları
• Tip-II yükseklik tutarlılığı özellikleri: Kuşbakışı ızgara hücrelerinde hesaplanan dayanıklı yükseklik istatistiklerinden üretilen bölgesel eşleşmeler

Tip-I özellikler belirgin hatch sınırları veya vinç yapıları görüldüğünde güçlü geometrik ankrajlar sağlamaktadır. Tip-II özellikler ise keskin köşelerin azaldığı, kısmi görünürlük veya yukarıdan bakış nedeniyle yapısal ayrıntının zayıfladığı durumlarda daha geniş alanlı yükseklik kısıtları sağlamayı amaçlamaktadır.

Tip-I ve Tip-II özelliklerinin davranışı nasıldır?

Kararlı ve yapısal ayrıntının görülebildiği bölümde yalnız Tip-I yapılandırması en yüksek eşleşme oranını ve en düşük RMSE değerini üretmiştir. Yalnız Tip-II, medyan artığı 0,172’den 0,140’a düşürmüş fakat hata dağılımının kuyruğu daha geniş kalmıştır.

Birleşik yapı, Tip-II’ye göre RMSE ve P95 artığını azaltmış; Tip-I’e göre medyan artığı iyileştirmiştir. Çalışmanın yorumu, Tip-I’in görünür yapısal sınırlar üzerinde güçlü fakat daha yerel ankrajlar, Tip-II’nin ise zayıf gözlenebilirlikte daha sürekli bölgesel destek sunduğu yönündedir.

26. sayfadaki haritalama karşılaştırması ne göstermektedir?

Şekil 5’te üç farklı sahne için yalnız Tip-I haritalama ile Tip-I+II birleşimi karşılaştırılmıştır. Birleşik yapı:

• Birinci sahnede hatch sınırlarını daha keskin ve sürekli korumuştur.
• İkinci sahnede hatch çevresini ve güverte üzerindeki aracı daha bütünlüklü üretmiştir.
• Üçüncü sahnede hareketli kepçeden gelen geçici noktaların kalıcı harita artığına dönüşmesini sınırlandırmıştır.

Bu görseller nicel doğruluk ölçümü değildir; ancak birleşik özelliklerin sahne bütünlüğünü ve değişken görünürlük koşullarındaki harita desteğini nasıl etkilediğini göstermektedir.

Yapısal işaretleyici nasıl oluşturulmuştur?

İşaretleyici, portal vincin LiDAR’a yakın, rijit ve operasyon boyunca tekrar tekrar görülebilen parçalarından oluşturulmuştur. Temsil edici çalışma aralıklarından nokta bulutları biriktirilmiş, konumsal ön bilgiler ve zamansal kalıcılık kullanılarak vinç yapısı ayrılmıştır.

Kepçe veya başka hareketli parçaların noktaları kalıcılık ve geometrik tutarlılık kontrolleriyle bastırılmıştır. Görüş yönüne bağlı kendi kendini örtme etkisini azaltmak için yalnız farklı çalışma döngülerinde gözlenmeye devam eden parçalar korunmuştur. Son nokta bulutu küçültülerek işaretleyici çerçevesinde saklanmıştır.

28. sayfadaki Şekil 6, işaretleyiciyi yan ve üst görünüşten göstermektedir. Geometri, tek bir düzlem yerine farklı yönlerdeki yüzeyleri ve düşey yapıları içerdiği için kayıt sırasında daha ayırt edici bir mekânsal destek sunmayı amaçlamaktadır.

Kayıt sonucunun güvenilirliği hangi kanıtlarla değerlendirilmiştir?

Çalışmanın temel savı, düşük geometrik artıkların tek başına güvenilirlik kanıtı olmadığıdır. Eşleşmeler küçük bir parça üzerinde yoğunlaşmışsa dönüşüm yerel olarak iyi fakat dünya koordinatı bakımından yanlış olabilir. Bu nedenle artık, iç eşleşme desteği, kapsama ve zaman tutarlılığı birlikte değerlendirilmiştir.

Kayıt örnekleri kanıt birleşiminin önemini nasıl göstermektedir?

İkinci örneğin sağ tarafındaki yüksek güvenli kayıt; 3.770 iç eşleşme, 1,000 iç eşleşme oranı, 1,000 yatay kapsama, 0,1922 m RMSE ve 0,2908 m P95 artık üretmiştir. Bu, işaretleyici yüzeyinin tamamına yakın bir bölümünün dönüşümü desteklediği güçlü bir kanıt zinciridir.

Birinci örneğin sağ tarafında ise iç eşleşme sayısı 2.100’e, oran 0,5570’ye ve kapsama 0,7557’ye düşmüş; RMSE 0,4597 metreye, P95 artık 0,8810 metreye yükselmiştir. Bu birleşik bozulma, eşleşmenin küçük veya yetersiz bir parçaya dayandığını göstermektedir.

Üçüncü örnekte yalnız tek bir işaretleyici görünmesine rağmen 3.721 eşleşme, 0,9870 iç eşleşme oranı, 0,9888 kapsama ve 0,2647 m RMSE ile dengeli destek elde edilmiştir. Dolayısıyla tek veya çift taraf görünürlüğünden çok, görülen geometrinin ne kadar kapsamlı ve tutarlı destek sağladığı önem taşımaktadır.

Kabul, Bekletme ve Reddetme durumları nasıl çalışmaktadır?

Kabul – Accepted

Artıklar düşük, eşleşme desteği yeterli, kapsama dengeli ve aday dönüşüm önceki güvenilir durumla uyumluysa yeni dönüşüm kabul edilir. Dönüşüm doğrudan veya isteğe bağlı zamansal yumuşatmayla dünya referansını günceller.

Bekletme – Hold

Aday açık biçimde yanlış değildir; fakat güncelleme yapacak kadar ayırt edici kanıt bulunmamaktadır. Sistem aday dönüşümü uygulamaz ve son güvenilir T_M→W dönüşümünü kullanmayı sürdürür. Böylece düşük kazançlı veya marjinal kayıtların kareler arası titreşim oluşturması önlenir.

Reddetme – Rejected

Geometrik tutarsızlık, zayıf kapsama, ağır artık kuyruğu, dejenerasyon veya önceki güvenilir duruma göre açıklanamayacak bir sıçrama bulunuyorsa aday reddedilir. Yanlış dönüşümün dünya koordinatına ve sonraki algı görevlerine girmesi engellenir.

Raporlama tutarsızlığı: Yöntem açıklamasında Reddetme sırasında son güvenilir dönüşümün korunmaya devam ettiği belirtilmektedir. Şekil 1’de ise “geçersiz kılma / hizmeti düşürme ve yedek süreci tetikleme” ifadesi bulunmaktadır. Gerçek uygulamada hangi güvenlik davranışının kullanıldığı ve aşağı akış çıktılarının Reddetme durumunda nasıl işaretlendiği ayrıntılı bir durum makinesiyle verilmemiştir.

Deney veri kümesi nasıl oluşturulmuştur?

Boşta çalışma dönemleri, eksik kayıtlar, ağır örtülme ve iletişim kesintileri veri kümesinden çıkarılmıştır. Bu filtreleme kullanılabilir saha verisi sağlamaktadır; fakat yöntemin en ağır algı kayıplarındaki başarısı değerlendirilen sonuçlardan çıkarılamaz.

Hangi karşılaştırma yöntemleri kullanılmıştır?

B0 ile karşılaştırma yapısal işaretleyici ankrajının katkısını, B1 ile karşılaştırma ise doğrudan kayıt yapmanın ötesinde kanıt kapısının katkısını göstermektedir.

Harita-dünya dönüşümünün zamansal kararlılığı nasıl değişmiştir?

Yalnız işaretleyici ankrajı kullanan B1, PLC zincirine göre kısa dönemli titreşimi ve uzun dönemli sapmayı azaltmıştır. Ancak her adayın kabul edilmesi, zayıf kayıt anlarında P95 dönme titreşiminin 0,75 derece düzeyinde kalmasına neden olmuştur.

Kanıt kapısı eklendiğinde B0’a göre:

• Öteleme RMS titreşimi yaklaşık %71,4 azalmıştır.
• Öteleme P95 değeri %72 azalmıştır.
• Dönme RMS titreşimi %75 azalmıştır.
• Dönme P95 değeri yaklaşık %73,7 azalmıştır.
• Uzun dönemli sapma hızı %87,5 azalmıştır.

Önemli ölçüm sınırı: Bu tablo bağımsız bir yüksek doğruluklu dünya dönüşümüne göre mutlak konum hatasını raporlamamaktadır. Titreşim, ardışık harita-dünya dönüşümleri arasındaki değişimden; sapma hızı ise zaman içinde biriken öteleme değişiminin eğiminden hesaplanmıştır. Sonuçlar güçlü biçimde zamansal kararlılığı göstermektedir, fakat tek başına dünya koordinatının mutlak olarak doğru olduğunu kanıtlamaz.

Geçit zaman çizelgesi nasıl davranmıştır?

Yaklaşık 180 saniyelik ve 3 Hz hızındaki örnek bölümde yaklaşık 540 durum kararı üretilmiştir.

Sistemin büyük bölümünün Bekletme durumunda çalışması bir hata değildir; tasarımın bilinçli olarak sürekli güncelleme yerine seyrek fakat yüksek güvenli düzeltmeler kullanmasının sonucudur. İlk harita oluşurken Reddetme olayları daha sık görülmüş, harita yoğunlaştıkça geçiş dönemi oluşmuş ve kararlı bölümde seyrek Kabul olayları arasında uzun Bekletme aralıkları ortaya çıkmıştır.

Bu strateji titreşimi azaltmaktadır. Bunun karşılığında uzun Bekletme dönemleri, gerçek ve yavaş dünya dönüşümü değişikliklerinin sisteme geç aktarılmasına neden olabilir. En uzun 39,3 saniyelik Bekletme dizisi ve 27,5 saniyelik toparlanma süresi, gerçek zamanlı emniyet fonksiyonları tasarlanırken dikkate alınmalıdır.

Hatch geometrisi hangi senaryolarda değerlendirilmiştir?

Hatch köşeleri, bulunabildiği durumlarda RTK ile kalibre edilmiş dünya koordinatlı referanslarla karşılaştırılmıştır. Standart koşul en düşük hatayı üretmiş; dinamik girişim senaryosunda P95 köşe hatası 1,10 metreye ve alan hatası yüzde 3,45’e yükselmiştir.

Uzun süreli ve iki hatch içeren S4 senaryosunda ortalama köşe hatasının 0,360 metre, sınır kararlılığının yüzde 90,1 olması; sistemin değerlendirme aralığında belirgin bir aşağı akış sapma birikimi oluşturmadığını desteklemektedir. Ancak S4’ün 420 karesi 3 Hz’de yaklaşık 140 saniyeye karşılık gelir; 7,2 saatlik toplam veri kümesinin tamamında her kare için RTK hatch doğrulaması yapılmış değildir.

Hatch geometrisinin zamansal kararlılığı nasıldır?

Dinamik girişim hatch geometrisinde en yüksek değişkenliği üretmiştir. Bu durum, kanıt kapısının dünya referansını korumasına rağmen aşağı akış hatch çıkarımının yoğun örtülme ve aykırı noktalardan tamamen bağımsız olmadığını göstermektedir.

Harita tabanlı hatch algılama tek kareye göre ne sağlamıştır?

Harita biriktirme ROI içindeki nokta desteğini yaklaşık 4,7 kat artırmıştır. Ani sınır sıçraması yaklaşık yüzde 71, merkez titreşimi yaklaşık yüzde 61 ve alan değişkenliği yaklaşık yüzde 39 azalmıştır.

Şekil 12’de tek kare örneklerinin daha seyrek ve kesintili sınır noktaları içerdiği, harita tabanlı örneklerin ise daha sürekli hatch kenarları oluşturduğu görülmektedir. Ancak üst ve alt sıradaki görseller aynı zamanın eşlenmiş kareleri değildir; çalışma bunların tipik görsel özellikleri göstermek amacıyla bağımsız seçildiğini açıklamaktadır.

Dökme malzeme yüksekliği nasıl modellenmiştir?

Hatch içindeki malzeme noktaları korunan T_M→W dönüşümüyle dünya koordinatına aktarılmış ve yatay ızgara hücrelerinde yükseklik alanı oluşturulmuştur. Araştırmacılar 2, 4 ve 6 metrelik hücreler ile medyan ve p90 istatistiklerini karşılaştırmıştır.

Medyan, hücre içindeki merkezi yüzey yüksekliğini temsil ederken p90, noktaların yüzde 90’ının altında kaldığı daha yüksek bir yüzey tahmini üretmektedir. Boş hücreler yerel enterpolasyonla doldurulmuştur.

2 metrelik ızgara daha fazla yerel ayrıntı korumuş fakat seyrek noktalar ve geçici örtülmelere daha duyarlı olmuştur. 6 metrelik ızgara en düşük zamansal değişkenliği sağlamış fakat yerel yüzey topografyasını daha fazla yumuşatmıştır. 4 m+p90, 7,1 cm zamansal standart sapma, yüzde 8,8 kararsız hücre ve 0,92 biçim sadakatiyle çalışmanın tercih ettiği dengeli ayardır.

Doğrulama sınırı: Biçim sadakati, bağımsız bir lazer taraması veya ölçülmüş gerçek yüzeye göre değil, 2 m+p90 yapılandırmasının referans kabul edildiği göreli bir ölçümdür. Çalışma gerçek dökme yük hacmini, tonajı veya tartım değerini karşılaştırmamıştır. Bu nedenle sonuçlar kararlı bir yükseklik alanı üretilebildiğini desteklemekte, gerçek stok hacmi doğruluğunu kanıtlamamaktadır.

Harita voksel boyutu neden önemlidir?

Harita noktalarının daha kaba voksellerle seyreltilmesi işlem yükünü azaltabilir. Ancak işaretleyici geometrisinin ayrıntıları da kaybolmaktadır.

Voksel boyutu 0,50 metreden 1,20 metreye yükseldiğinde RMSE yaklaşık yüzde 133 artmıştır. Buna karşılık iç eşleşme oranı 0,8146’dan 0,9387’ye yükselmiştir. Bu ters davranış, iç eşleşme oranının tek başına güvenilirlik göstergesi olarak kullanılmaması gerektiğini açık biçimde göstermektedir. Kaba geometriler çok sayıda fakat düşük ayırt ediciliğe sahip eşleşme üretebilir.

ROI kırpma sonuçları ne göstermiştir?

Yarım ROI yapılandırmalarında sayısal başarı oranı yüksek kalmasına rağmen yatay kapsama önemli ölçüde düşmüştür. Bu sonuç, “kayıt başarıyla yakınsadı” bilgisinin dönüşümün yeterli geometrik destekle üretildiğini göstermediğini yeniden ortaya koymaktadır.

Sistem gerçek zamanlı çalışmış mıdır?

LiDAR 3 Hz hızında veri üretmiştir. Nokta bulutunun alınmasından harita-dünya durumu O_t çıktısına kadar uçtan uca gecikme yaklaşık 0,2–0,3 saniye olarak bildirilmiştir. Endüstriyel bilgisayardaki tüm işlem zinciri sürekli veri verildiğinde yaklaşık 5 FPS işlem kapasitesine ulaşmıştır.

İşlem kapasitesi sensörün 3 Hz veri hızından yüksektir. Bununla birlikte donanımın işlemci, bellek ve grafik işlemci özellikleri ayrıntılı olarak verilmemiştir. Başka bir endüstriyel bilgisayarda aynı gecikmenin elde edileceği doğrudan çıkarılamaz.

Çalışmanın güçlü yönleri nelerdir?

• Harita-dünya dönüşümünü yalnız matematiksel kayıt problemi değil, doğrulanabilir bir güven kararı olarak ele almıştır.
• PLC/GNSS dünya ön bilgisini LiDAR haritasındaki kalıcı yapısal geometriyle birleştirmiştir.
• Artık değerlerini, eşleşme desteğini, uzamsal kapsamayı ve zaman tutarlılığını aynı geçitte kullanmıştır.
• Belirsiz durumlar için zorunlu güncelleme yerine açık Bekletme durumu tanımlamıştır.
• Yanlış ama sayısal olarak yakınsayan dönüşümlerin aşağı akış görevlerine aktarılmasını engellemeyi hedeflemiştir.
• Yukarıdan bakan liman LiDAR’ına özel yükseklik tutarlılığı özellikleri eklenmiştir.
• Yalnız PLC zinciri ve her kaydı kabul eden işaretleyici yöntemi ayrı ayrı karşılaştırılmıştır.
• Gerçek yükleme ve boşaltma operasyonlarından 7,2 saatlik saha verisi kullanılmıştır.
• Hatch geometrisi ve malzeme yükseklik modeli gibi aşağı akış çıktılarında sonuçlar raporlanmıştır.
• Voksel ve ROI ablasyonları, tek bir güven göstergesinin neden yanıltıcı olabileceğini göstermiştir.
• Kabul/Bekletme/Reddetme durumlarının zaman içindeki davranışı ayrıca raporlanmıştır.

Çalışmanın temel sınırlılıkları nelerdir?

• Çalışma hakem değerlendirmesinden geçmemiş bir preprinttir.
• Deneyler tek bir operasyonel liman portal vinci sistemi üzerinde yürütülmüştür.
• Farklı üreticilere, boyutlara ve yapısal geometrilere sahip vinçlerde genelleme gösterilmemiştir.
• Ağır örtülme, eksik günlükler ve iletişim kesintileri değerlendirme verisinden çıkarılmıştır.
• Farklı hava koşullarının sonuçları ayrı yağmur, sis, toz veya gece alt grupları hâlinde raporlanmamıştır.
• Harita-dünya kararlılığı, bağımsız bir sürekli yüksek doğruluklu dünya dönüşümü referansına göre mutlak hata biçiminde ölçülmemiştir.
• PLC/GNSS işaretleyici dünya ön bilgisinin sistematik olarak yanlış olması durumunda geçidin davranışı değerlendirilmemiştir.
• Geçit, geometrik olarak tutarlı fakat dünya ön bilgisi bakımından yanlı bir dönüşümü mutlaka tespit edemez.
• Kabul, Bekletme ve Reddetme eşikleri ile varsa zamansal yumuşatma katsayıları tam ve yeniden uygulanabilir bir parametre tablosuyla verilmemiştir.
• Uzun Bekletme dizileri gerçek dönüşüm değişikliklerinin sisteme geç ulaşmasına neden olabilir.
• Reddetme durumundaki gerçek aşağı akış güvenlik davranışı metin ve akış şeması arasında tamamen tek anlamlı değildir.
• İşaretleyici modeli çevrim dışı olarak özel vinç yapısından çıkarılmıştır; oluşturma sürecinin ne kadar otomatik olduğu açıklanmamıştır.
• İşaretleyicinin fiziksel değişim, bakım, korozyon veya mekanik onarım sonrasındaki dayanıklılığı incelenmemiştir.
• RTK hatch referansları bütün 7,2 saat boyunca ve bütün kareler için mevcut değildir.
• Dinamik girişim senaryosunda P95 hatch köşe hatası 1,10 metreye ulaşmıştır.
• Malzeme yüksekliği bağımsız gerçek yüzey veya hacim ölçümüyle doğrulanmamıştır.
• Biçim sadakati 2 m+p90 yapılandırmasının referans kabul edildiği göreli ölçümdür.
• Gerçek yük tonajı, tartım sistemi veya hacim doğruluğu raporlanmamıştır.
• Kavrama noktası önerisi yöntem akışında yer almakta, ancak deneysel sonuçlarla doğrulanmamaktadır.
• Gerçek vinç kontrol komutları, çarpışma önleme başarısı veya kapalı çevrimli yükleme-boşaltma deneyi yapılmamıştır.
• Sistem bir emniyet bütünlük seviyesi veya endüstriyel işlevsel güvenlik standardına göre değerlendirilmemiştir.
• İşlem bilgisayarının ayrıntılı donanım özellikleri verilmemiştir.
• Açık veri deposundan söz edilmesine rağmen doğrudan depo bağlantısı paylaşılmamıştır.
• Kodun yalnız yazarlardan talep edilebileceği belirtilmiştir; açık kaynak deposu verilmemiştir.
• Metinde “map-to-world” ifadesinin bazı cümlelerde tekrarlanması ve şekillerde LaTeX komutlarının metin olarak görünmesi gibi editoryal sorunlar bulunmaktadır.

Çalışma neyi desteklemektedir?

• Portal vincin kalıcı yapısal parçaları, LiDAR haritasını dünya koordinatına bağlamak için nokta bulutu işaretleyicisi olarak kullanılabilir.
• PLC/GNSS ön bilgisi ile marker-to-map kaydı birleştirilerek çevrimiçi harita-dünya aday dönüşümü oluşturulabilir.
• Artık hatası tek başına kayıt güvenilirliğini belirlemek için yeterli değildir.
• İç eşleşme desteği ile uzamsal kapsamanın birlikte azalması, parçaya dayalı ve belirsiz kayıtların belirlenmesine yardımcı olabilir.
• Zamansal geçit, marjinal kayıtların dünya koordinatını sürekli oynatmasını azaltabilir.
• Bekletme durumu son güvenilir dünya dönüşümünü koruyarak kısa süreli gözlem bozulmalarında çıktı sürekliliği sağlayabilir.
• Önerilen yapı, değerlendirme bölümünde PLC zincirine ve her adayı kabul eden kayda göre daha düşük dönüşüm titreşimi ve sapma üretmiştir.
• Harita biriktirme, tek LiDAR karesine göre hatch sınırı desteğini ve zamansal kararlılığı artırmıştır.
• 4 m+p90 ızgara, incelenen ayarlar içinde malzeme yüzeyi ayrıntısı ile zamansal kararlılık arasında dengeli sonuç vermiştir.
• Aşırı voksel büyütme, eşleşme oranı yükselse bile geometrik kayıt hatasını artırabilir.

Çalışma neyi kanıtlamamaktadır?

• Dünya koordinatındaki mutlak konum hatasının her zaman 3 santimetre olduğunu kanıtlamamaktadır.
• 0,030 m değeri mutlak dünya doğruluğu değil, öteleme dönüşümünün RMS kareler arası titreşimidir.
• Sistemin GNSS veya PLC ön bilgisindeki tutarlı sistematik hatayı düzelteceğini garanti etmemektedir.
• Bütün liman vinçlerinde aynı işaretleyici geometrisinin kullanılabileceğini göstermemektedir.
• Yoğun sis, şiddetli yağış veya tamamen kaybolan işaretleyici gözleminde güvenilir çalışmayı kanıtlamamaktadır.
• Malzeme hacmini veya gemideki gerçek yük kütlesini ölçüm doğruluğuyla belirlediğini göstermemektedir.
• Önerilen kavrama noktalarının güvenli veya üretken olduğunu gerçek vinç hareketleriyle göstermemektedir.
• Çarpışma riskini azalttığını olay veya güvenlik performansı verileriyle kanıtlamamaktadır.
• İnsan operatör olmadan tam otomatik liman yükleme-boşaltmaya hazır olduğunu göstermemektedir.
• Yöntemin endüstriyel işlevsel güvenlik sertifikasyonu aldığını göstermemektedir.
• 7,2 saatlik verinin bütün operasyonel ömür ve mevsim koşullarını temsil ettiğini kanıtlamamaktadır.
• Yükseklik tutarlılığı özelliklerinin bütün sahnelerde klasik köşe ve kenar özelliklerinden üstün olduğunu göstermemektedir.

Türkiye’de uygulama için hangi doğrulamalar gerekir?

• Farklı Türk limanlarında ve farklı portal vinç modellerinde çok sahalı veri toplama
• Liman mühendislik koordinat sistemi ile GNSS datumunun hassas kalibrasyonu
• PLC üreticilerine göre konum, açı ve zaman damgası arayüzlerinin uyarlanması
• LiDAR, PLC, GNSS ve IMU arasında donanımsal zaman eşitleme
• Bom salınımı, yapısal esneme ve sensör taşıyıcı mekanizmasının ayrı ölçülmesi
• Yoğun toz, deniz sisi, yağmur, gece ve doğrudan güneş koşullarının ayrı stres testleri
• Birden fazla yapısal işaretleyiciyle yedekli ankraj
• İşaretleyici yapısındaki bakım ve mekanik değişimlerin otomatik tespiti
• Mutlak harita-dünya dönüşümünün total station veya yüksek doğruluklu RTK ağıyla doğrulanması
• Gerçek hatch ölçüleri ve gemi planlarıyla farklı gemi sınıflarında doğrulama
• Dökme yük yüzeyinin bağımsız lazer taraması, fotogrametri veya tartım sistemiyle karşılaştırılması
• Kavrama noktalarının operatör gözetiminde gölge modda sınanması
• Reddetme ve uzun Bekletme durumları için emniyetli duruş ve hizmet düşürme kurallarının tanımlanması
• İşlevsel güvenlik, siber güvenlik ve emniyet bütünlüğü değerlendirmesi
• Gecikme, ağ kesintisi ve sensör arızası enjeksiyon testleri

Çalışmanın Yöntemi ve Bulguları

Teknik yöntem özeti

Temel matematiksel yapı

İşaretleyiciden haritaya kayıt:

\[ P_{\mathrm{tag}} \xrightarrow{\text{kayıt}} T_{\mathrm{tag}\rightarrow M} \]

Haritadan dünyaya aday dönüşüm:

\[ T_{M\rightarrow W} = T_{\mathrm{tag}\rightarrow W} \cdot \left( T_{\mathrm{tag}\rightarrow M} \right)^{-1} \]

Durumlu sistem çıktısı:

\[ O_t = \left( T^t_{M\rightarrow W}, s_t, \Sigma_t \right) \]

\[ s_t \in \{ \mathrm{Kabul}, \mathrm{Bekletme}, \mathrm{Reddetme} \} \]

Ana sayısal sonuçlar

Kanıt–karar–çıktı ilişkisi

Sonuçların en dikkatli bilimsel yorumu

Çalışma, sabit ağır endüstriyel ekipmanlarda LiDAR haritasını dünya koordinatına bağlamanın yalnız nokta bulutu kaydıyla çözülmemesi gerektiğini göstermektedir. Kayıt algoritmasının sayısal olarak yakınsaması, dönüşümün fiziksel dünya açısından güvenilir olduğu anlamına gelmemektedir.

İşaretleyici geometrisi, PLC/GNSS ön bilgisi ve çok kaynaklı kanıt geçidi birlikte kullanıldığında harita-dünya dönüşümünün zamansal titreşimi ve sapma eğimi önemli ölçüde azaltılmıştır. En büyük katkı, ortalama hatayı küçültmenin yanında zayıf gözlemlerde hatalı güncellemelerin sisteme girmesini sınırlamaktır.

Bununla birlikte çalışma mutlak dünya koordinat doğruluğunu bütün çalışma boyunca bağımsız bir referansla kanıtlamamaktadır. Malzeme yüzeyi sonuçları gerçek hacimle, kavrama önerileri gerçek yükleme hareketleriyle ve emniyet katkısı olay verileriyle doğrulanmamıştır. Bu nedenle araştırma uçtan uca otomatik vinç çözümünden çok, dünya koordinatlı algı için güvenilir bir ara katman ve saha fizibilitesi sunmaktadır.

Kaynak ve Yöntem Notu

Çalışmanın tam özgün adı: Evidence-Gated Map-to-World Coordinate Anchoring for Industrial LiDAR Perception in Automated Port Crane Operations

Yazarlar ve doğru sıraları: Yikang Shi; Yaqian Li; Haibin Li; Wenming Zhang; Tao Song; Zhongqiang Wu

Sorumlu yazar: Haibin Li

Sorumlu yazar e-posta adresi: hbli@ysu.edu.cn

Eş birinci yazar bilgisi: Çalışmada eş birinci yazarlık veya eş katkı beyanı bulunmamaktadır.

Birinci kurum: School of Electrical Engineering, Yanshan University, Qinhuangdao 066000, Hebei Province, China

İkinci kurum: Hebei Key Laboratory of Industrial Computer Control Engineering, Yanshan University, Qinhuangdao 066000, Hebei Province, China

Üçüncü kurum: Hebei Key Laboratory of Measurement Technology and Instrumentation, Yanshan University, Qinhuangdao 066000, Hebei Province, China

Yazar-kurum eşleşmeleri:

• Yikang Shi: 1, 2 ve 3
• Yaqian Li: 1, 2 ve 3
• Haibin Li: 1, 2 ve 3
• Wenming Zhang: 1, 2 ve 3
• Tao Song: 1 ve 2
• Zhongqiang Wu: 1

Makale DOI’si:10.2139/ssrn.7199668

Yayın platformu: SSRN

SSRN kayıt numarası: 7199668

Resmî kaynak bağlantısı:https://ssrn.com/abstract=7199668

Yayın yılı: 2026

Dergi: Yüklenen sürüm için hakemli bir dergi adı bulunmamaktadır.

Kaynak türü: Endüstriyel LiDAR, nokta bulutu kaydı, SLAM ve liman otomasyonu alanında gerçek saha verisine dayanan preprint araştırma makalesi

Hakemlik durumu: Çalışmanın her sayfasında preprintin hakem değerlendirmesinden geçmediği belirtilmektedir.

Finansman: Hebei Education Department Science Research Project, CXY2024024; Provincial Key Laboratory Performance Subsidy Project, 22567612H

Çıkar çatışması: Yazarlar çalışmanın içeriğiyle ilgili rekabet eden çıkar bulunmadığını beyan etmiştir.

Etik kurul: Uygulanabilir olmadığı belirtilmiştir.

Katılım ve yayın onayı: Uygulanabilir olmadığı belirtilmiştir.

Yazar katkıları: Yikang Shi araştırma deneylerini tasarlamış ve makale yazımını yürütmüştür. Diğer yazarların yönlendirme ve gözetim sağladığı belirtilmiştir. Her yazarın veri toplama, yazılım, analiz veya doğrulamadaki ayrı rolü ayrıntılı CRediT sınıflarıyla verilmemiştir.

Veri erişimi: Veri ve materyallerin yazarlardan veya açık bir veri deposundan edinilebileceği belirtilmiştir; ancak metinde doğrudan erişilebilir bir depo bağlantısı veya veri kümesi DOI’si verilmemiştir.

Kod erişimi: Kodun yazarlardan talep edilerek edinilebileceği belirtilmiştir. Açık kaynak kod deposu bağlantısı bulunmamaktadır.

Bu Türkçe makale, yüklenen 49 sayfalık çalışmanın metni, denklemleri, tabloları, sistem şemaları, portal vinç fotoğrafları, nokta bulutu görselleri, kayıt sonuçları, geçit zaman çizelgesi, hatch geometrisi ve malzeme yüksekliği haritaları incelenerek hazırlanmıştır. Bilimsel yöntem ve sonuçlar yalnızca çalışmanın sunduğu verilerden aktarılmıştır. Dış kaynaklar bilimsel bulgu eklemek amacıyla değil, çalışma başlığı, DOI ve yayın platformunun bibliyografik kimliğini doğrulamak için kullanılmıştır.

Çalışmanın en güçlü sonucu, yalnız PLC poz zincirine göre harita-dünya dönüşümünün öteleme RMS titreşiminin 0,105 metreden 0,030 metreye ve sapma hızının 0,32 m/dakikadan 0,04 m/dakikaya düşürülmesidir. Bu sonuçlar dönüşümün zamansal kararlılığını göstermektedir; mutlak dünya konumunun her anda 0,030 metre doğrulukta olduğunu göstermez.

Hatch geometrisi RTK referanslarıyla belirli senaryolarda değerlendirilmiş olsa da malzeme yüksekliği modeli bağımsız gerçek yüzey, hacim veya tonaj ölçümüyle doğrulanmamıştır. Kavrama noktası önerisi ve PLC kontrollü otomatik yükleme-boşaltma yalnız sistem kullanım alanı olarak tanımlanmış, saha deneyiyle kanıtlanmamıştır.

Metinde bazı editoryal tekrarlar ve LaTeX biçimlendirme sorunları bulunmaktadır. “Map-to-world” ifadesinin bazı cümlelerde arka arkaya tekrarlanması, akış şemasında metin komutlarının görünmesi ve Reddetme durumunun aşağı akış davranışının farklı bölümlerde tam olarak aynı biçimde açıklanmaması hakemli sürüm öncesinde düzeltilmesi gereken raporlama konularıdır.

Bilimsel uyarı: Çalışma hakem değerlendirmesinden geçmemiştir. Sonuçlar tek bir portal vinç sistemi, seçilen saha aralıkları ve belirlenen algoritma parametreleriyle sınırlıdır. Yöntemin emniyet açısından kritik otomatik vinç kontrolünde kullanılabilmesi için çok sahalı doğrulama, bağımsız mutlak koordinat ölçümü, sensör arızası testleri, işlevsel güvenlik analizi ve kapalı çevrimli saha deneyleri gereklidir.