Endüstriyel Ortamlarda Güvensiz Davranışların Video Üzerinden Tespiti İçin Yeni Bir Derin Öğrenme Modeli Geliştirilmesi

---

Tezin Türü: Doktora

Tezin Yürütüldüğü Kurum: Bilecik Şeyh Edebali Üniversitesi, FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ, ELEKTRONİK VE BİLGİSAYAR MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI, Türkiye

Tezin Onay Tarihi: 2024

Tezin Dili: Türkçe

Öğrenci: OĞUZHAN ÖNAL

Danışman: Emre Dandıl

Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu

Özet:

Üretim sahalarında, işletmelerde, fabrikalarda ve dolayısıyla insanın olduğu her yerde ihmal ve yeterince önemsememe nedeniyle güvenli olmayan davranışlar ortaya çıkabilmektedir. Bu tür alanlarda, güvenli olmayan tehlikeli davranışlar, birçok kaza da dahil olmak üzere ölüm veya yaralanmaların başlıca sebeplerindendir. İşyerlerinde geleneksel iş güvenliği uygulamaları ve düzenli güvenlik denetimleri yapılmasına rağmen, iş sağlığı ve güvenliği protokollerinin ihlal edilmesi sonucu birçok kaza meydana gelmektedir. Bu kazalar işyerlerinde, çalışma ortamının dinamikleri ve zorlukları ile beraber mevcut güvenlik izleme prosedürlerinin yeterince uygulanamadığını göstermektedir. Tehlikeli ortamlarda kazaların ve kayıpların önlenmesine yönelik çözümler, yıllar boyunca olay sayısını azaltmış olsa da insan davranışlarına bağlı olarak tamamen ortadan kaldırılamamaktadır. Ayrıca, bu tür üretim ortamları oldukça karmaşıktır, aydınlatma sorunları vardır ve aşırı dinamiktir. Çalışma ortamlarındaki tehlikeleri kontrol etmek için çeşitli sistemler olmasına rağmen, gerçek zamanlı yaklaşımların çok az olduğu açıktır. Özellikle, birçok bilgisayar tabanlı otomatik çözüm olmasına rağmen, bu sistemlerin eğitim ve tespit süreci düşük doğruluğa sahiptir, çok maliyetlidir ve fazla zaman gerektirir. Diğer taraftan, endüstriyel işyerlerinde, iş sağlığı ve güvenliğinin en önemli unsurlarından birisi olan Kişisel Koruyucu Donanım (KKD) kullanımı büyük önem arz etmektedir. Bu tez çalışmasında, öncelikle, çoklu sınıflar belirleyerek, YOLO (You Only Look Once) öğrenme algoritması kullanılarak KKD'lerin uygun kullanılıp kullanılmadığı tespit edilmiştir. Bu aşamada, KKD'lere yönelik olarak yedi sınıf belirlenmiş ve bu sınıflara ilişkin özgün veriseti oluşturulmuştur. KKD'lerin tespiti için yürütülen deneysel çalışmalarda, YOLO mimarisi kullanılarak ortalama doğruluk (mean average precision, mAP) değeri %91.18 olarak başarılmıştır. Ayrıca, diğer ölçüm metrikleri Kesinlik (Precision), Duyarlılık (Recall), F1-skoru, kesiştirilmiş bölgeler (Intersection over Union, IoU) ve ortalama kayıp (Loss) için sırasıyla 0.89, 0.91, 0.90, 70.35 ve 1.1147 sonuçları elde edilmiştir. Tez çalışmasının ikinci aşamasında, işyerlerindeki güvensiz hareketlerin gerçek zamanlı sınıflandırılması için derin öğrenme modelleri destekli, hibrit bir bilgisayarla görme yaklaşımı Unsafe-Net (Önal & Dandıl, 2024a) geliştirilmiştir. Unsafe-Net altyapısı için öncelikle bir fabrikadan 39 günlük video görüntüsü toplanarak bir veriseti oluşturulmuştur. Oluşturulan bu veriseti 2024 yılında Data in Brief dergisinde yayınlanarak kullanıma sunulmuştur (Önal & Dandıl, 2024b). Çalışma için özel olarak oluşturulan veriseti kullanılarak, hızlı ve doğru sonuçlar elde etmek için nesne algılama ve video anlamlandırılmasında YOLOv4 ve Evrişimsel Uzun Kısa Süreli Bellek (Convolutional Long Short-Term Memory, ConvLSTM) derin öğrenme mimarileri birleştirilmiştir. Tez çalışmasının bu aşamadaki deneysel çalışmalarında, önerilen Unsafe-Net mimarisi kullanılarak çalışma sahalarında güvensiz davranışların sınıflandırma doğruluğu %95.81 olarak başarılmıştır ve videolardan eylem tanıma için ortalama süre 0.14 saniye olarak hesaplanmıştır. Ayrıca Unsafe-Net mimarisinin altyapısında kullanılan YOLO algoritması sayesinde, ortalama video süresi 1.87 saniyeye düşürülerek gerçek zamanlı tespit hızı da artırılmıştır. Geliştirilen sistem Eskişehir'de faaliyet gösteren bir fabrika ortamında kurulmuş olup, güvensiz davranış gerçekleştiğinde, gerçek zamanlı olarak çalışanların sistem tarafından hem sesli hem de görsel olarak anında uyarılması sağlanmıştır. Ayrıca, sistemin fabrika ortamına kurulması ile çalışanlar belirli bir süre izlenmiş ve güvensiz davranışların tekrarlanma oranının kısa sürede yaklaşık olarak %75 oranında azaldığı tespit edilmiştir.