Farklı veri güncelleme frekansına sahip gps hız sensörlerinin performansının belirlenmesi

Abstract

GPS esaslı hız sensörlerinin kullanımı son yıllarda önemli düzeyde artışgöstermektedir. Ancak bu sensörlerin özellikle değişken hızlarda doğruluk değerikonusunda yeterli bilgi bulunmamaktadır. Bu çalışma; ticari olarak satılan farklı verigüncelleme frekansına sahip düşük maliyetli üç adet GPS hız sensörünün (1 Hz, 5 Hz, 7Hz) sabit ve değişken hızlarda doğruluğunun araştırılması için yapılmıştır.Çalışmada traktör üzerine yerleştirilen ek tekerlek üzerinde bulunan bir optikesaslı mil devir sensörü ile referans hız verisi sağlanmıştır. Mil devir ölçer ve üç adetGPS'ten gelen verileri okumak ve kaydetmek için Arduino Uno veri toplama kartı veArduino IDE ortamında bir yazılım geliştirilmiştir. Hız denemeleri 3 farklı gün, 3 farklızaman, 4 hız kademesinde 4 tekrarlı olmak üzere toplam 144 kez yapılmıştır. Her birdenemede önce artan hız, sonra sabit hız ve azalan hız durumunda sensörlerden gelenhız verileri bilgisayara kaydedilmiştir.Artan hız (pozitif ivme) durumunda, GPS hız sensörleri verilerin iletimindekigecikme (latency) sebebiyle referans hıza göre daha düşük değerler verirken, sabit hızdahız değerleri birbirine yakın olup, azalan hız (negatif ivme) durumunda GPS hızsensörlerinin referans hızdan daha yüksek değerler verdiği görülmüştür. Artan hız veazalan hız durumunda hız farkı ile ivme arasında önemli düzeyde bir korelasyon olduğugörülmüştür (R 2 >0.70). Büyük ivme değeri hızın ani değiştiğini göstermektedir ki budurumda GPS hız sensörlerinden verilerin iletimindeki gecikme (latency) sebebiyle hızfarkı da fazla olmaktadır. Sabit hızda oransal hız farkının en fazla GPS1 için -%2.3,GPS5 için -%1.8 ve GPS7 için -%1.4 seviyelerinde olduğu görülmüştür. Ayrıca 7 Hzfrekansa sahip GPS hız sensörünün hız farkının 1 Hz ve 5 Hz frekansa sahip GPSsensörlerinin hız farkı değerinden daha düşük olduğu görülmüştür.Sonuç olarak, bu çalışma veri güncelleme frekansının GPS hız sensörleri ile hızölçümünde önemli bir parametre olduğunu göstermiştir. Hem artan, hem sabit, hem deazalan hız durumunda, 1 Hz, 5 Hz ve 7 Hz frekansa sahip GPS hız hata değerleriarasındaki farkın istatiksel olarak önemli olduğu (p<0.05) tespit edilmiştir. Ortalamaoransal hata değerlerinin, ivmeye bağlı olarak GPS1 için %46, GPS5 için %16 ve GPS7için %12 seviyelerine kadar çıktığı bulunmuştur. Yüksek güncelleme frekansına sahipGPS hız sensörleri, artan hız, sabit hız ve azalan hız durumunda hız değerini daha doğrubir şekilde ölçebilmektedir. Bu sebeple özellikle hızın anlık olarak değiştiği durumlardahız ölçümü için yüksek güncelleme frekansına sahip GPS hız sensörlerinin kullanımıönerilmektedir.

The use of GPS-based speed sensors has increased significantly in recent years.However, there is not enough information about the accuracy of these sensors,especially at variable speeds. This study was carried out to test three commerciallyavailable low-cost GPS speed sensors with different data update frequency (1 Hz, 5 Hz,7 Hz) under constant and variable speed conditions.In the study, reference speed data was provided by an optical shaft encoderlocated on the auxiliary wheel placed on a farm tractor. The Arduino Uno dataacquisition card and the program written on Arduino IDE have been developed to readand record data from the shaft encoder and the three GPS speed sensors. The speedtrials were performed 144 times in 3 different days, 3 different times, 4 speed levels and4 repetitions. In each test, the velocity data from the four sensors were recorded withincreasing speed, then with constant and decreasing speeds on a computer.In the case of increasing speed (positive acceleration), the GPS speed sensors gavelower values than the reference speed due to the latency of the data, while the speedvalues at the constant speed are close to each other and in the decreasing speed(negative acceleration), the GPS speed sensors gave higher values than the referencespeed. A significant correlation was found between speed difference and acceleration inboth increasing speeds and decreasing speeds (R 2 > 0.70). The large accelerationindicates a sudden change in speed, therefore, a bigger differences in speed. It wasfound that the maximum speed difference at constant speed was -%2.3 for GPS1, -%1.8for GPS5 and -%1.42 for GPS7. Also, the speed difference of GPS speed sensors withfrequency of 7 Hz was found to be lower than the GPS sensors with 1 Hz and 5 Hzfrequency.As a result, this study showed that the data update frequency is an importantparameter for speed measurement with GPS speed sensors. In the case of increasing,constant and decreasing speeds, the difference between the GPS speed error values of 1Hz, 5 Hz and 7 Hz was statistically significant (p<0.05). Depending on the accelerationlevel, average GPS speed error was found to be up to %46 for GPS1, up to %16 forGPS5 and up to %12 for GPS7. GPS speed sensors with high update frequency canmeasure the speed more accurately in the case of increasing, constant and decreasingspeed conditions. Thus, it is recommended to use GPS speed sensors with high updatefrequency for speed measurement, especially when the speed changes momentarily.