TARİFNAME RADAR SEVİYE ÖLÇERLİ AKILLI RÖGAR KAPAĞI Teknik Alan Buluş, kanalizasyon, yağmur suyu, atık toplama gibi kentsel dağıtım ve atık yönetim şebekelerinde, harici kablolu bir enerji hattı, harici iletişim hattı veya harici bir duyarga bağlantısı gerektirmeksizin, tak-çalıştır şeklinde devreye giren, güvenli ve hassas ölçümleri, çok düşük güç tüketimi ile aktarabilen, birlikte çalıştığı diğer birimlerden gelen verilerin zamana ve mekana göre değişimi değerlendirilerek tahmin, erken uyarı, analiz, planlama ve yönetim işlerinde güvenle kullanılabilen bir cihaz ile ilgilidir. Buluş, V-band ve üzerindeki frekanslarda, çok parçalı anten ile RADAR tekniğine dayalı ölçüm verilerini özel bir algoritma ile işleyerek, makine öğrenmesine dayalı bilgi, gözlem ve şebeke yönetim hizmetlerinin verilmesini sağlayan bütünleşik bir cihazdır. Atık su, yağmur suyu gibi şebekelerin içindeki sıvı seviyesinin ayrıca bir duyarga takılmasına gerek kalmaksızın elektriksel olarak yalıtkan maddelerden yapılmış bütünleşik bir kapağın içinden yapılmasını sağlarken, şebeke üzerinden veri alış-verişini yapar. Olay tabanlı görev yönetim sistemi sayesinde çok düşük enerji tüketimi ile uzun yıllar bakımsız ve güvenlikle işlev gösterebilir. Önceki Teknik Kentlerde atık su, yağmur suyu gibi akışkan tahliyesi için kullanılan kanalların yanı sıra kablo ve malzeme dağıtımı sağlayan şebekeler bulunmaktadır. Bunların birçoğuna servis genellikle yol ve kaldırımlar üzerindeki rögar kapakları üzerinden sağlanmaktadır. Rögar kapaklarından seviye ölçümü ile şebekeler hakkında bilgi almak eskiye dayanan bir fikirdir. Buluş konusu cihaz, V-Bandı ve üzerindeki frekanslarla mm-dalga boyu RADAR modülünden gelen ham ölçüm verilerini düşük güç tüketimli bir işaret işleme devresi ile analiz ederek LPWAN (Low-Power Wide- Area-Network) tipi standart bir veri toplama şebekesine veri aktarımına bağlı önemli işletme üstünlüklerini ve yenilikçi hizmetleri yüksek güvenilirlikle sağlayabilmektedir. Geleneksel metal rögar kapakları giderek kompozit kapaklarla değiştirilmektedir. Buluş konusu cihazda devrelerin kompozit kapaklar içlerine konulması, radyo frekanslı (RF) iletişimde kayıpları azaltmakta ve RADAR ile duyarga fonksiyonlarını yerine getirmesini kolaylaştırmaktadır. Buluş konusu cihaz, düşük güç tüketimine bağlı olarak harici bir hat bağlantısı gerekmeden şebekenin planlı bir noktası ile merkezi bir sistem üzerinden eşleştirilerek takılmakta ve akıllı şehir yönetimi için gerekli çok sayıda işlevi bir arada yerine getirmeyi sağlamaktadır. Bu işlevler, şebekenin seçilen bir noktası ve veya kent içinde bölgesel olarak, sel ve taşkın tahmini, risk yönetimi, envanter güvenliği, anomali algılama, nesne algılama, giriş yetkilendirme, yetkisiz giriş veya hasar belirleme, arıza tespiti, kestirimci bakım yönetimi, kapasite aşım tahmini, kaçak tespiti ve planlamayı kapsamaktadır. Bu amaçla ultrasonik seviye ölçümü, optik ölçüm ve daha düşük frekanslarda RADAR tekniği ölçümü dahil çok sayıda çeşitte ticari ve akademik denemeler olmuştur. Bu çözümlerin içinde ilk defa buluş konusu cihaz, kompozit kapaklara entegre edilerek, dış koşullara yüksek dayanıklılık sağlarken, hiçbir harici bağlantı gerektirmeksizin kendisi LPWAN veri iletişimi veya bluetooth bağlı bir cep telefonu üzerinden eşleştirme yapılarak devreye sokulabilmekte, yüksek doğrulukla, bakım ya da pil değişimine ihtiyaç duymadan uzun süre çalışabilmekte, bozucu ve harici nesneleri ayrı değerlendirerek yüksek doğrulukla olay türü sınıflandırılmış veri üretebilmektedir. Buluş konusu cihazda, şebeke üzerindeki cihazlardan gelen veri sunucu üzerinde makine öğrenmesine dayalı değerlendirilerek şebeke seviyesindeki olay tespiti ve tahminler sağlanmaktadır. US20110148631A1 numaralı “Manhole Security Cover” başlıklı 23 Haziran 2011 yayın tarihli patent, radyo frekanslı iletişim ile rögar kapağının yetkisizi açma-kapama durumunun izlenmesi sağlanmaktadır. Buradaki buluşta ise harici bir enerji hat bağlantısı olmaksızın, rögar kapağı içindeki RADAR ile altındaki mesafe değişimleri değerlendirilmekte ve bunun beraberinde çok düşük güç tüketen bir devre ile rögar kapak hareketleri de algılanabilmektedir. CN103761880A numaralı “Urban traffic flow monitoring system based on manhole cover” başlıklı 30 Nisan 2014 yayın tarihli patent, rögar kapağı üzerindeki bir duyarga ile üzerinden geçen araçların algılanması ve radyo frekanslı iletişimle bir izleme merkezine gönderilmesini sağlamaktadır. Buradaki buluş ile hem alıcı duyarga mekanizması hem de çalışma şekli farklıdır. CN103761880A numaralı buluşta öncelik üzerinden geçen araçların sayılması olduğu için kızıl ötesi yansıma algılaması tekniği kullanılmaktadır. Buradaki buluşta ise özellikle rögar kapağı altındaki seviye değişimi izlendiğinden mm dalga boyu radar kullanılmaktadır. Buradaki buluşta istenirse anten doğrultuları çoklanarak her iki yöne de (rögar kapağından aşağı ve yukarı doğrultuda) hareket ve hız algılanabilmektedir. Ayrıca buradaki buluşta özellikle NB-IoT standardını da içeren LPWA (Low Power Wide Area) tekniklerinden biri kullanılarak ticari iletişim ağları ile çok düşük güç tüketimli ve geniş alan kaplamalı veri aktarımı sağlanmaktadır. US4116061A numaralı “Sewer line analyzer probe” başlıklı 26 Eylül 1978 yayın tarihli patentten başlayarak kanalizasyon ya da yağmur suyu toplama kanalları gibi sistemlerde seviye ölçümüne dayalı analiz ve uyarı yapılması üzerine buluşlar bulunmaktadır. Bu gruptaki buluşların buluş konusu cihazdan temel farkı, buluş konusu cihaz ile mm dalga boyu ile ölçüm ve LPWAN ile haberleşmenin iletken olmayan bir rögar kapağında bir arada kullanılması ile ortaya çıkan, harici enerji bağlantısız sürekli, temassız ve güvenli, izleme, kontrol ve yönetim sağlanabilmesidir. Milimetre dalga boyu radar tekniği önceki yıllarda farklı amaçlarla seviye ölçümlerinde kullanılmıştır. Ancak ilk defa özellikle V-Bandı ve üzerindeki frekanslardaki RADAR modülü ile mesafenin farklı zaman pencerelerinde değişim deseni gözlenerek ve LPWAN iletişim modülü ile birlikte harici bağlantı olmaksızın güvenlikle ve tak-çalıştır (plug&play) cihazlar ile kentsel kanal sistemlerinin yönetimi imkanı buluş konusu cihaz ile oluşmuştur. Buluşun Amacı Bu buluşun amacı, kanalizasyon, yağmur suyu, atık toplama gibi kentsel dağıtım ve atık yönetim şebekelerinde, harici kablolu bir enerji hattı, harici iletişim hattı veya harici bir duyarga bağlantısı gerektirmeksizin, tak-çalıştır şeklinde devreye giren, güvenli ve hassas ölçümleri, çok düşük güç tüketimi ile aktarabilen, birlikte çalıştığı diğer birimlerden gelen verilerin zamana ve mekana göre değişimi değerlendirilerek tahmin, erken uyarı, analiz, planlama ve yönetim işlerinde güvenle kullanılabilen bir cihazın gerçekleştirilmesidir. Buluşun Ayrıntılı Açıklaması Bu buluşun amaçlarına ulaşmak için gerçekleştirilen cihaz, ekli şekillerde gösterilmiş olup, bu şekiller: Şekil 1- Şebeke izlemede buluş konusu cihazın fiziki yerleşim ve haberleşme modelinin görünümüdür. Şekil 2- Buluş konusu cihazda yer alan kapak ve yuva bileşenlerinin görünümüdür. Şekil 3- Buluş konusu cihazda anten ve opsiyonel güneş paneli bağlantısının görünümüdür. Şekil 4- Yetki denetimli buluş konusu cihazının perspektif görünümüdür. Şekil 5- Buluş konusu cihazın bir uygulamasının kesit görünümüdür. Şekil 6- Buluş konusu cihazın elektronik devre blok şemasının görünümüdür. Şekil 7- Buluş konusu cihazda, RADAR modülü ön işleme sonrası tipik mesafe- genlik ölçüm örüntüsünün görünümüdür. Şekil 8- Buluş konusu cihazda seviye ölçümünde işaret işleme blok diyagramının görünümüdür. Şekil 9- Gözlem yapılan şebekede çok noktalı buluş konusu cihaz işletim örneği görünümüdür. Şekil 10- Çok noktalı buluş konusu cihaz zaman serisi verilerinden makine öğrenmesi ile güncel olay eşleştirme ve gelecek olay tahminin görünümüdür. Şekillerdeki parçalar tek tek numaralandırılmış olup, bu numaraların karşılıkları aşağıda verilmiştir. (1) Akıllı kapak ünitesi (2) Rögar kapağı yuvası (3) Elektronik cihaz yuvası sızdırmaz alt kapağı (4) Milimetre (mm) dalga boyu RADAR modülü (5) Elektronik kontrol ünitesi (6) Batarya (7) Elektronik cihaz yuvası (8) Elektrik kontrollü kilit mekanizması (9) Kilit kutusu (10) Kilit dili karşılığı (11) Sızdırmazlık contası (12) Güneş enerji paneli (13) LPWAN iletişim anten yuvası (14) Seviyesi izlenen şebeke hattı (15) RADAR modülü verici işareti (16) LPWAN ile düşük güçlü RF veri iletişimi (17) Seviyesi izlenen şebeke içinde akış (18) LPWAN veri iletişim şebeke istasyonu (19) Şebeke yönetimi etkinleştirici (actuator) bağlantıları (20) Montaj yüzeyi (21) İnternet hizmet sunucusu (22) Merkez sunucu (23) Veritabanı (24) Kişisel hizmet ve iletişim için mobil uygulama ve bilgisayarlar (25) İzlenen akışkan hattında harici cisim (26) İzlenen yüzeyden yansıyan RADAR işareti (27) Gerilimi regüle edilmiş besleme dahili besleme hattı (28) Gerilim regülatörü (29) SMPS (Switch mode converter) dönüştürücü (30) Batarya şarj regülatörü (31) Kablosuz şarj alıcı modülü (32) Kablosuz şarj endüktif enerji aktarımı (33) LPWAN tipi RF alıcı-verici modülü (NB-IoT, m-IoT vb) (34) Kablosuz mobil şarj ünitesi (35) Opsiyonel sıcaklık duyargası (36) Opsiyonel hareket duyargası (37) Sayısallaştırılmış veri okuma için ortak iletişim hattı (38) Gömülü mikroişlemci (39) Bluetooth modülü (40) RADAR anteni (41) Eğim (tilt) değişikliği duyargası (42) RADAR ölçümünde en yakın yansıma mesafesi (43) RADAR ölçümünde çevresel yansıma (ikinci) mesafesi (44) RADAR ölçümünde ana düzey yansıma mesafesi (45) Alçak geçiren adaptif dijital filtre (46) Gürültü ve bozucu süzülmüş sayısal işaret (47) Ölçüm işaret düzenleme, doğrusallaştırma ve kalibrasyon (48) Kalibre edilmiş ve doğrusallaştırılmış ölçüm verisi (49) Mesafe spektral dağılım çıkartımı ile bozucu ayrıştırma (50) Gerçek RADAR yankı yüzeyleri mesafe dağılımı (51) Dahili analitik modülü (52) Ana yüzey üzerinde ortalama seviye dışı nesne ve olay sınıf kaydı (53) Ana yüzey yankısında alçak geçiren sayısal filtre (54) S ₁ [n]: Birinci akıllı kapakta seviye ölçümünün zamana göre değişimi (55) S ₃ [n]: Üçüncü akıllı kapakta seviye ölçümünün zamana göre değişimi (56) S ₅ [n]: Beşinci akıllı kapakta seviye ölçümünün zamana göre değişimi (57) S _p [n]: “p” inci akıllı kapakta seviye ölçümünün zamana göre değişimi (58) S ₅ [n]: İkinci akıllı kapakta seviye ölçümünün zamana göre değişimi (59) S ₄ [n]: Dördüncü akıllı kapakta seviye ölçümünün zamana göre değişimi (60) S ₁ [n-1]: Birinci akıllı kapakta seviye ölçüm değeri S ₁ [n]’nin bir örnek önceki ölçüm değeri (61) S ₁ [n-m+1]: İkinci akıllı kapakta seviye ölçüm değeri S ₁ [n]’nin “m-1” örnek önceki ölçüm değeri, (62) S ₂ [n-1]: İkinci akıllı kapakta seviye ölçüm değeri S ₂ [n]’nin bir örnek önceki ölçüm değeri, (63) S ₂ [n-m+1]: İkinci akıllı kapakta seviye ölçüm değeri S ₂ [n]’nin “m-1” örnek önceki ölçüm değeri, (64) S ₃ [n-1]: Üçüncü akıllı kapakta seviye ölçüm değeri S ₃ [n]’nin bir örnek önceki ölçüm değeri, (65) S ₃ [n-m+1]: Üçüncü akıllı kapakta seviye ölçüm değeri S ₃ [n]’nin “m-1” örnek önceki ölçüm değeri, (66) İzlenen şebeke verilerinin seçilen bir koordinat ve olay tipi tahmini için makine öğrenmesi (ML) sisteminin gözetimli eğitim veri girişi (67) İzlenen şebeke verilerinin seçilen bir koordinat (x,y) ve olay tipine (e) göre tahmin çıkışı (68) İzlenen şebeke verilerinin seçilen bir koordinat (x,y) ve olay tipine (e) göre seçilen bir süre (ΔT) için değer tahmin çıkışı (69) Yapay zeka/makine öğrenmesi (AI/ML) modülü (70) Örnekleme periyodu Buluş konusu cihazda, ölçüm, ön işlem, enerji yönetimi ve iletişimi rögar kapağına tümleştirilmiş akıllık kapak ünitesi (1) ile sağlanmaktadır. Buluş konusu cihaz, olay ve zaman tetiklemesinin yanında, NB-IoT gibi düşük güçlü iletişimi destekleyen bir LPWAN standardındaki bir radyo frekanslı telsiz RF iletişim protokolü üzerinden uyandırılarak da ölçme RADAR modülü verici işareti (15) LPWAN ile düşük güçlü RF veri iletişimi (16) yapabilmektedir. Buluş konusu sistemde açıklanan özelliklerle düşük güç tüketiminin ve yüksek güvenilirliğin sağlanması hedeflenmektedir. Düşük güç tüketimi ile uzun süreli bakımsız çalışma için, bekleme (standby) veya uyku (sleep) modlarında çok düşük güç tüketimli gömülü bir mikroişlemci (38) olay ya da kural tabanlı olarak uyandırılarak, V-bandı RADAR anteni (40) ihtiyaca göre kesintili olarak çalıştırılmakta ve LPWAN tipi RF alıcı-verici modülü (33) ile çok düşük güç tüketimli ticari geniş alan iletişim şebekesi üzerinden veri gönderilmesi sağlanmaktadır. Burada açıklanan diğer tespit, tahmin ve kestirim işlemleri (Şekil 10) merkez sunucu (22) üzerinde yapılmaktadır. Ölçme için örnek alma ve gönderme işlemleri farklı koşul ya da periyotlarla yapılabilir. Örneğin dakikada bir ölçüm alıp 20 dakikada bir veya iletişim protokolünde istendiği anda şeklinde çoklu koşul tanımlanarak ihtiyaç ile enerji tüketimi arasında optimizasyon sağlanabilmektedir. Böylelikle dahili bir batarya ile değişim olmaksızın yıl seviyesinde kesintisiz veri gönderilebildiği gibi küçük bir güneş enerji paneli (12) ile dahi süre sınırsız ve tam bakımsız işletme sağlanabilmektedir. Buluşta, kullanılan batarya (6) şarj edilebilir tip olarak seçilirse, ilk başlatma veya dahili enerjinin kritik seviyenin altına indiği bir durumda başlatmayı sağlamak üzere kablosuz mobil şarj ünitesi (34) bağlanabilmektedir. Güneş panelinden gelen gerilim bir SMPS (Switch mode converter) dönüştürücü (29) ile dahili elektronik sistemin beslenebilmesi ve bataryanın şarjı için gereken seviyeye getirilmektedir. Kablosuz şarj halinde kablosuz şarj alıcı modülü (31) ile bu sağlanmaktadır. Her iki kaynaktan da gelebilen elektrik akımı diyot devresi ile birleştirilmekte (Şekil 6) şarj regülatörü (30) tarafından batarya karakteristiğine göre kontrol edilerek batarya şarj edilmektedir. Şarj edilebilir batarya yerine Alkali vb. şarj olmayan pil kullanıldığı durumda bu kısmın bağlantısına ihtiyaç yoktur. Her iki halde de gömülü mikroişlemci (38), RADAR modülü (4), LPWAN tipi RF alıcı-verici modülü (33) modem diğer çevre bilimlerinin bluetooth modülü (39) çalışması için gereken gerilim gerilimi regüle edilmiş besleme dahili besleme hattı (27) bataryaya bağlı hat üzerindeki gerilim regülatörü (28) ile sağlanmaktadır. Gömülü tip mikroişlemci (38), özellikle V-band ve üzerindeki frekanslarda çalışan birçok parçalı (patch) RADAR antenli (40) mikro RADAR modülünü (4) çalıştırmaktadır. RADAR modülü geleneksel RADAR tekniğinde olduğu gibi gönderilen RADAR modülü verici işareti (15) bunun farklı doğrultu ve mesafelerdeki yankılanarak gelen izlenen yüzeyden yansıyan RADAR işareti (26) kısmının işaret işleme teknikleri ile gecikme süresine dayalı değerlendirmesi ile çalışmaktadır. Buradaki buluşta kullanılan işaret işleme tekniği, bu yankı desenleri içinde normalizasyon ve örüntü tanımaya dayalı sınıflandırma özellikleri kullanılarak hedeflenen kullanışlılık için gerekli hassasiyet V-Bandı ve üzerindeki frekanslarda elde edilebilmektedir. RADAR modülünden gelen, yankı mesafesi ile orantılı ham sayım verisi, her tarama periyodu için bir dizi yön-mesafe dağılımı şeklindedir. (Şekil 7) Bu gelen veri içinde en derin mesafe olan hedef seviye ölçümü RADAR ölçümünde ana yüzey yansıma mesafesi (44) dışında farklı yakınlıklardaki çevresel yansıma noktalarından alınan ölçümler de bulunmaktadır. Bunlardan bir kısmının zamana göre değişimi RADAR ölçümünde çevresel yansıma mesafesi (43) ölçülmek istenen seviye civarındaki nesnelerin sınıflandırılmasında kullanılmaktadır. Örneğin yağmur suyu izleyen bir sistemde ortalama derinlik 5dk ortalamada %5’ten fazla değişmemiş iken dakika mertebesinde %20’lik bir değişiklik örnekler arasında bir şekil örüntüsü oluşturuyorsa bu yüzen bir nesne ile ilişkilendirilerek boyutlandırılabilir ve sistem boyunca farklı noktalardan geçişi takip edilebilir. Bir buluş konusu cihazdaki seviye değişim örüntüsü S ₁ [n] (54) ile aynı hattaki diğerleri S ₂ [n] (58), S ₄ [n] (59) arasında geçmişte oluşmuş regresyonel ilişki anomali gösteriyorsa, bu tür değişimler de sınıflandırılarak, tıkanma, kaçak gibi sorunların teşhisinde kullanılabilmektedir. Diğer yandan kapak civarındaki, ana seviye dışında, yakın mesafedeki yankıların RADAR ölçümünde en yakın yansıma mesafesi (42) sürekli veya örüntüsel değişimi de anlamlandırılabilmektedir. Örneğin bir hayvan ya da insanın içeriden kapağa doğru tırmanması veya kapak holünde bir deformasyon ya da göçük örüntüsel analiz ile ayrıştırılmaktadır. Bu analizin birinci seviyesi buluş konusu cihaz içindeki işaret işleme sürecinde (şekil 8) diğer uzun zaman pencereli değerlendirmeleri ise merkez sunucu (22) üzerinde çalıştırılan yapay zeka/makine öğrenmesi (AI/ML) modülleri (69) ile yapılmaktadır. Akıllı kapak ünitesi (1), geleneksel rögar kapakları gibi rögar kapağı yuvasına (2) yerleştirilmesi sonrası tam kapalı çalışabilmesi için gömülü işlemcinin bulunduğu elektronik kontrol ünitesi (5) yalıtılmış bir hazne içinde bulunmaktadır. Pil ve opsiyonel güneş enerji panelinin (12) terminal bağlantısı ve elektrik kontrollü kilit mekanizması (8) kontrol bağlantıları da bu kutu içinden sızdırmaz kablolar ile bağlantılıdır. Akıllı kapak ünitesi (1) yüksek mukavemet ve elektromagnetik olarak geçirgenliği nedeniyle kompozit malzemeden yapılmaktadır. Kompozit kapağın alt tarafındaki yuvaya yerleşik elektronik cihaz yuvası (7), sızdırmazlık contası (11) ile elektronik cihaz yuvası sızdırmaz alt kapağı (3) kapatılmıştır. Böylelikle akıllı kapak ünitesi (1) harici bir bağlantısız, tümleşik bir ölçme, veri işleme ve iletişim birimi halini almaktadır. Rögar kapağının yapısında kullanılan malzemenin LPWAN modemin RADAR modülün (4) çalıştığı RADAR anten (40) frekanslarındaki geçirgenliğine göre, kazancın arttırılmasına ihtiyaç duyulduğu bir durum olursa, iletişimde daha az zayıflatma ile tam kapalılık koşulu bozulmadan, farklı bir malzeme ile dolgu yapılarak LPWAN iletişim anten yuvası (13) kapağın üstü doğrultusunda RF iletişim sağlanabilmektedir. Akıllı kapak ünitesi (1) rögar kapak yuvasına (2) ilk yerleşimi sırasında, elektronik olarak verilmiş tekrarsız kimlik numarası (Unique ID) ile rögar noktasının sistemdeki yeri yetkili bir erişimle kişisel hizmet ve iletişim için mobil uygulama ve bilgisayarlar (24) merkez sunucu (22) üzerindeki bir servis yazılımı ile eşleştirilmekte ve veritabanına (23) kaydedilmektedir. Bunun için bir cep telefonu ile bulunduğu yerde bluetooth modülü (39) ile bağlantı sağlanarak başlatma ve eşleştirme güvenlik protokolü işletilebildiği gibi doğrudan LPWAN veri iletişim şebeke istasyonu (18) üzerinden de erişimle işlem sağlanabilmektedir. LPWAN şebekesi üzerinden erişimle işlem yapılabilmesi için elektronik kontrol ünitesi (5) içindeki LPWAN tipi RF alıcı- verici modülü (33) daha öncesinde e-sim ya da benzeri bir yöntemle abonelik bilgisinin kaydedilmiş olması gereklidir. Buluş konusu cihaz üzerindeki opsiyonel elektrik kontrollü kilit mekanizması da (8) LPWAN üzerinden merkezden veya yetkilendirilmiş bir akıllı telefon uygulaması ile yerinde kontrol edilebilmekte veya açık-kapalı eğim (tilt) değişikliği duyargası (41) durumu görülebilmektedir. Bunun için görev, kişi, yer ve zaman bazında farklı geçerlilikte yetkiler yine bir merkez sunucu (22) uygulaması üzerinden yönetilebilmektedir. Buluş konusu cihaz birimleri sisteme kaydedildikten sonra, erişim ve yönetim yetkileri, ağ iletişiminin sorunlu olması durumlarına karşı mobil cihazlarla taşınabilen tek kullanımlı şifreler ya da acil durum ve afet hallerinde geçerli özel yetkiler şeklinde yönetilebilmektedir. Böylelikle, buluş konusu sistem kritik altyapıların güvenlikle yönetilmesi için kullanıldığında, normal zamanda yüksek verimlilikle işletim için bağlı diğer iletişim vb. altyapıların kesintisinde zafiyet oluşmasının önüne geçilmektedir. Bu amaçla buluş konusu cihaz modülündeki gömülü mikroişlemci (38) içindeki sistem yazılımı LPWAN ya da Bluetooth ile erişimden gelen özel kodlar ile mod değiştirerek, afet ve kesintili çalışma koşullarına özel yetki, kontrol ve işlemlere izin vermektedir. Örneğin bir itfaiye birimi gerekli hallerde, normal koşullarda kendi erişim yetkisi olmayan kilit kutusu (9) içerisindeki kilit kontrollü bir cihazı açıp yağmur suyu hattından su çekebilmektedir. Buluş konusu cihazı yaygın seviye ölçüm otomasyon sistemlerinden ayıran önemli bir fark işaretin her noktadaki örüntüsel ölçüm ve değerlendirme biçimi (Şekil 8) ile bunların bir sistem (Şekil 9) üzerindeki grup olarak işlenmesindedir. Bu işletimin buluş konusu cihaz üzerindeki kısmında, her bir tarama periyodunda alınan yön kodlu RADAR yankı mesafe dağılım verisi (şekil 7) alçak geçiren bir adaptif dijital filtre (45) ile süzülmektedir. Böylelikle hareket hedef ölçüm bant genişliği dışındaki gürültüler azaltılmaktadır. Buluş konusu cihaz ilk çalıştırıldığında koşullandırma ve kalibrasyon moduna alınabilmektedir. Bu modda iki işlev gerçekleştirilir. Birincisi normalizasyon diğeri ise kalibrasyondur. Gelen mesafe verisi sayım (count) şeklindedir ve ilk konum sonrasında genel çevresel bozukluklardan kaynaklı yankıların ölçüm dışına alınarak normalizasyon yapılmaktadır. Bunun için buluş konusu cihaz takıldığında yetkili bir erişimle normalizasyon komutu verilmesi, kanalda sıra dışı bir nesne değişikliği yokken, ortalama dip seviye dışındaki yansımaların yerlerini kaydederek daha sonraki işlemlerin dışına alınmasını sağlamaktadır. Bu amaçla dip dışı nesne-mesafe ayrıştırmasında statik yapısal değerlerin normalizasyonu da dahili analitik modülü (51) ile gerçekleştirilerek ana yüzey üzerinde ortalama seviye dışı nesne ve olay sınıf kaydına (52) dışlanan işaret olarak geçirilmektedir. Buluş konusu cihaz için şekil-8 ve şekil-10’da görülen işaret işleme sistemlerinin istenen hassasiyet ve güvenilirlikle işletilebilmesi için dahili mm- dalga boyu RADAR’ın V-bandı ve üzerindeki frekanslarda olması kritik önem taşımaktadır. Aksi halde, daha düşük frekanslarda gönderilen RADAR işareti ve yankısının saçınım profilindeki bozulma, hassasiyet ve güvenilirlik başarımının düşmesine neden olabilmektedir. Sistem ilk devreye alınması sonrası normalizasyon (gürültü olmayan fakat ana hedef dışı yapısal yankıların dışlanması) beraberinde sayım şeklindeki mesafe metre cinsinden dijital filtre edilmiş mesafe dağılımı veri seti (46), doğrusallaştırma ve kalibrasyon (47) ile birlikte birden fazla noktadaki ölçümlerle grup çalışmasındaki işlemlerin (şekil 10) gerektirdiği tutarlılık sağlanmakta ve böylelikle şebeke üzerindeki (şekil 9) gözlemlere dayalı teşhis, tahmin ve olay sınıflandırma doğruluğu da artmaktadır. Kalibrasyon ve doğrusallaştırma (linearization) için iki yöntem uygulanabilmektedir. Birincisi kapak açık iki noktalı kalibrasyon tekniğidir. Buna göre, önce en uzak mesafedeki yansıtma ofset olarak alınır ve sıfır noktası kabul edilir. Yansıtma yüzeyi fiziki olarak ölçülen ikinci bir seviyede iken ofsete göre olan farkı metre cinsinden mesafe ile orantılanır ve ardından RADAR modülünün söz konusu ortam için davranışını karakterize edilen, bilinen bir doğrusallaştırma fonksiyonun seçilir. Uygulamada kalibrasyon sırasında ofset noktasına göre gereken seviye değişimi, bir yansıtma yüzeyinin yapay olarak tam fiziki ölçüm aralığını temsil edecek yeterlilikte yapay olarak yer değiştirmesi ile de sağlanabilir. Diğeri bir kalibrasyon ve doğrusallaştırma yöntemi, bilinen bir doğrusallaştırma modeli seçilmeden doğrudan çok noktalı kalibrasyon yapılmasıdır. Buna göre farklı seviyelerdeki mesafelerde, test yansıtma noktası ölçek (range) boyunca gezdirilerek sayım (counts) cinsinden (Şekil 7), dönüştürücü çözünürlüğüne göre milyon sayım (M) katlarına varabilen değerlerle kayıt alınır. Burada test yansıtma yüzeyine karşılık gelen gerçek mesafe değerleri eşleştirilerek ara noktalar çok noktalı regresyonla birleştirilir. Böylelikle kalibre edilmiş ve doğrusallaştırılmış yankı mesafe dağılımı da (48) elde edilir. Normalizasyon dışındaki işlemler çoğunlukla buluş konusu cihazın imalatında da uygulanabilmekte ve değişim gerektirmemektedir. Dahili analitik modülü (51) işlenmiş mesafe dağılımının üzerindeki grup tepe değerlerinin ayrıştırılması mesafe spektral dağılım çıkartımı ile bozucu ayrıştırma (49) ile elde edilen bağımsız ve ayrıklaştırılmış (discrete) gerçek radar yankı yüzeyleri mesafe dağılımı (50) mesafelerini kullanmaktadır. Dahili analitik modülü ana şebekesi dışındaki nesne tanımlarını zamana göre örüntü değişimi olarak sınıflandırarak ana yüzey üzerinde ortalama seviye dışı nesne ve olay sınıf kaydına (52) aktarmaktadır. Böylelikle iletişim anında dip seviye değişimi S ₁ [n] (54) örüntü örneklemi yanında bu ana yüzey üzerinde ortalama seviye dışı nesne ve olay sınıf kaydındaki (52) nesne/olay ve zaman ilişkileri de gönderilebilmektedir. Buradaki notasyonda S _i [n], i. akıllı kapak ünitesinin n. ölçüm değerini göstermektedir. Periyodik ölçüm halinde n=0,1,2… şeklinde ilerleyen değer, T örnekleme periyodu (70) olmak üzere sırasıyla t=nT={0,T,2T,3T,…} şeklindeki anlardaki ölçüm kısaca S _i [n] şeklinde gösterilmiştir. Buna göre S _i [n-1] bir önceki ölçüm değerini göstermekte olup, örnekleme periyodik yapılmış ise T örnekleme süresi kadar önceki değere karşı düşer. Benzeri şekilde S _i [n-p], p tane önceki ölçümü göstermekte olup, özel olarak periyodik örnekleme yapılmış ise t=pT süre önceki ölçüm değerini ifade etmektedir. Buluş konusu cihaz bluetooth ya da LPWAN üzerinden de uyandırılarak talep üzerine işlem yapabilmektedir. Bu durumda giriş dijital filtrelerin (45), ana yüzey yankısında alçak geçiren sayısal filtre (53) çıkış değerlerinin kararlı olacağı kadar sayıda RADAR mesafe ölçüm her bir uyandırma anı için ayrıca grup olarak yapılmalıdır. Dip seviye ölçümü, bulunduğu şebeke hattının (14) ortalama seviyesi dışında, seviyesi izlenen şebeke içinde akışın (17) debisi ve yüzerek taşınan izlenen akışkan hattındaki harici cisim (25) gibi nedenlerle dalgalılık gösterebilir. Diğer ölçme gürültüsü dışındaki mekanik dalgalanma vb. değişimler daha düşük kesim frekanslı (Örneğin 0.1Hz vb.) ikinci bir filtre süzülerek dip seviyesi ve değişimi daha doğru belirlenebilir. Böylelikle, normalizasyon sonrası anlık dip seviye ölçüm değeri ile radar ölçümünde ana yüzey yansıma mesafesi (44) ortalama dip seviye ölçüm değeri arasındaki farktan dalgalanma (ripple) oranı da tespit edilebilir. Dalgalanma oranı debi hakkında da yaklaşık bir veri toplanmasını sağlayabilmektedir. Buluş konusu cihaz, RADAR’ı konumlandırma biçimine göre mesafe yanında hız verisi de sağlayabilmektedir. Bir şebeke sistemi (Şekil 9) montaj yüzeyi (20) üzerinde farklı noktalarındaki cihaz verileri ve bunların zamana göre değişim örüntüleri S ₁ [n] (54), S ₂ [n] (58), S ₃ [n] (55), S ₄ [n] (59), S ₅ [n] (56), S _p [n] (57) merkez sunucuda çok sayıda farklı amaçla kullanılabilmektedir. Bunlardan, tahmin, anomali tespiti, erken uyarı, alarm, kestirimci bakım veya karar desteğini içeren önemli bir grubu makine öğrenmesi ve yapay zeka uygulamalarına dayanmaktadır. Bu amaçla merkez sunucu (22) sisteminde çalışan makine öğrenmesi uygulamaları her bir ölçme noktasındaki güncel veri S ₁ [n] (54), S2[n] (58),. Sp[n] (57), bunların birim öteleyici (z ^-1 ) ile birer periyot geciktirilmiş örnekleme periyodu (70) değerleri S ₁ [n-1] (60), S ₂ [n-1] (62),.. S ₃ [n-1] (64), ve (m-1) tane geciktirilmiş değerleri S ₁ [n-m+1] (61), S ₂ [n-m+1] (63),. S ₃ [n-m+1] (65), olmak üzere, güncel değer dahil toplam m tane değeri zaman serileri halinde yapay zeka/makine öğrenmesi modüllerine (69) girilir. Makine öğrenmesi uygulamaları öğrenme ve test şeklinde iki kipte çalışabilmektedir. Yeni bir bilinen olay geldiğinde koordinat (x,y) veya şebekedeki konumu ile olay tipi (e) ve değeri gözetimli izlenen şebeke verilerinin seçilen bir koordinat ve olay tipi tahmini için makine öğrenmesi (ML) sisteminin gözetimli veri girişine (66) etiket değeri olarak uygulanır. Zaman serisi tahminlerinde geçmiş değerler ötelenmeden önce yeni değer de gözetimli öğrenme için eğitim verisi olarak kullanılabilmektedir. Makine öğrenmesi için amaca göre derin öğrenme, LSTM, CNN, PECNET gibi yöntemler uygun hiper-parametre seçimi ile kullanılabilmektedir. Yapay zeka/Makine öğrenmesi modülleri (69) sürekli çalışma kipi veya test kipinde girişindeki zaman serilerine göre eğitilmiş model üzerinden çıkışında mevcut olay tipini, yerini (x,y) veya anomaliyi tahmin çıkışı verebildiği izlenen şebeke verilerinin seçilen bir koordinat (x, y) ve olay tipine (e) göre tahmin çıkışı (67) gibi (Nowcasting), belirli bir ΔT süresi sonra alınacak değerlerin tahminini de (Forecast) izlenen şebeke verilerinin seçilen bir koordinat (x,y) ve olay tipine (e) göre seçilen bir süre (ΔT) için değer tahmin çıkışı (68) belirleyebilmektedir. Bu tahmin değerleri de kayıtçı veritabanına (23) aktarılmakta ve internet hizmet sunucusu (21) üzerinden ilgili kişisel hizmet ve iletişim için mobil uygulama ve bilgisayarlar (24) ve şebeke yönetimi etkinleştirici bağlantıları (19) tarafından sistem yönetiminde kullanılabilmektedir. Rögar kapaklarında çok karşılaşılan bir sorun yetkisiz kişiler tarafından açılmanın tespiti ve önlenmesi, yetkili kişilerce de işlem zamanlarının belirlenebilmesidir. Buluş konusu cihaz elektronik kontrol ünitesinde (5) opsiyonel olarak takılan çok eksenli hareket duyargası (36) istenirse üç ya da tek eksenli olarak kapağın hareketini belirleyerek sayısallaştırılmış veri okuma için ortak iletişim hattı (37) gömülü mikroişlemciye (38) aktarmakta ve bu yolla işlemcinin çok düşük güç modundan uyandırılarak ilgili kontrol ve iletişimi sağlanabilmektedir. Çok eksenli hareket duyargasından (36) alınan ivme verilerinin integrali alınarak hız ve deplasman hesaplanabildiği için göçük, yapısal değişim, menfez ya da rögar kanalında hasar, deprem ya da patlamanın ivme tayini için de kullanılabilmektedir. Çok eksenli hareket algılayıcıdan bağımsız ya da birlikte eğim değişim (tilt) duyargası (41) da doğrudan gömülü mikroişlemciye (38) lojik olarak hareket bildirimi ve kesme dahil (interrupt) hızlı uyandırma için kullanılabilmektedir. Kentsel atık veya hizmet şebekelerinde sıcaklık dağılımı ve zamana göre değişim desenlerinin kanallardaki seviye ve hareket beraberinde izlenmesi bakım ve işletme için önemli bilgileri sağlayabilmektedir. Bu amaçla, buluş konusu cihazda dahili sıcaklık duyargası (35) ortak sayısallaştırılmış veri okuma için ortak iletişim hattından (37) üzerinden gömülü mikroişlemci (38) tarafından okunabilmektedir. İç-dış sıcaklık farkları rögar kapağındaki tıkanıklık, içerideki gaz birikimi, seviyenin aşırı yükselmesi, kanal içinde organik madde artışı, yangın ya da dış sıcaklığın düşmesiyle montaj yüzeyi (20) sıcaklığı-iç sıcaklık farkının artması gibi durumların tespitinde kullanılabilmektedir. Sıcaklık duyargasında (35) elektronik kontrol ünitesinin (5) çalışma durumuna göre bağlamsal değişimlerden, dahili elektronik parça ya da sistem sorunlarının otomatik kestiriminde (diagnostic) de faydalanılmaktadır.