Generative modeling of strong ground motion records using attention-based variational autoencoders
Dikkat tabanlı varyasyonel otokodlayıcılar kullanılarak güçlü yer hareketi kayıtlarının üretici modellemesi
- Tez No: 1017757
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ERDEM AKAGÜNDÜZ, DR. ÖĞR. ÜYESİ SALİH TİLEYLİOĞLU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Mühendislik Bilimleri, Deprem Mühendisliği, Engineering Sciences, Earthquake Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Enformatik Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Modelleme ve Simülasyon Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Kuvvetli yer hareketi değişkenliğinin güvenilir bir şekilde karakterize edilmesi, modern sismik tehlike değerlendirmesinin her aşamasında temel bir gerekliliktir. Buna karşın, kaynak, yol ve zemin koşullarının pek çok kritik kombinasyonu için deneysel kayıt sayısı yetersiz kalmaya devam etmektedir. Bu tez, veri güdümlü bir yaklaşımın istasyona özgü kuvvetli yer hareketini ne ölçüde modelleyebildiğini araştırmakta ve bu soruya nicel bir yanıt üretmek üzere yapılandırılmış bir değerlendirme çerçevesi geliştirmektedir. Modelleme tarafında, üç bileşenli NGA-West2 ivme kayıtlarını altı kanallı STFT spektrogramları olarak kodlayan ve dikkat tabanlı darboğaz mekanizmasıyla güçlendirilmiş bir evrişimli kodlayıcı aracılığıyla kompakt bir gizli uzay temsili öğrenen, dikkat mekanizması destekli bir değişimsel otokodlayıcı (VAE-Attn) önerilmektedir. İstasyon duyarlı gizli uzay örnekleme stratejisi, Gauss gizli uzayı içinde istasyon düzeyinde istatistikleri kullanarak sınırlı istasyon verisinden zemine özgü topluluklar üretmekte ve böylece açık zemin parametrelerine gerek kalmaksızın büyütme özelliklerini örtük biçimde yakalamaktadır. Değerlendirme tarafında ise zaman tanım alanı doğrulamasını (maksimum yer ivmesi, anlamlı süre, değişim katsayısı) iki boyutlu şiddet-şekil gruplama ve periyot bazında medyan karşılaştırması yoluyla yalancı spektral ivme (PSA) analizi ile birleştiren bir çerçeve önerilmektedir. Çerçeve iki düzeyde işlemektedir: gerçek, yeniden oluşturulmuş ve üretilmiş kayıtlar üzerinden spektral doğruluğu ölçen düzeltilmemiş zemin değerlendirmesi ile tüm veri kümelerinin ortak bir kaya referansına (VS30 = 863 m/s) dönüştürülerek Southern California Earthquake Center Broadband Platform fizik tabanlı simülasyonlarıyla doğrudan kıyaslanmasını sağlayan kayaya dönüştürülmüş değerlendirme. Değerlendirme, VS30 değerleri 244 ile 927 m/s arasında değişen beş Güney Kaliforniya istasyonuna uygulanmıştır. Sonuçlar, VAE-Attn modelinin PSA dağılımları ve zaman tanım alanı özellikleri bakımından gerçek kayıtlarla tutarlı dalga biçimleri ürettiğini ve veri güdümlü yaklaşımın fizik tabanlı simülasyonlarla rekabet edebilir bir performans sergilediğini göstermekte; bu durum, söz konusu yaklaşımı zemine özgü kuvvetli yer hareketi modellemesinde tamamlayıcı bir araç olarak sunmaktadır.
Özet (Çeviri)
Reliable characterization of strong ground motion variability is fundamental at every stage of modern seismic hazard assessment. However, the empirical record remains sparse for many critical combinations of source, path, and site conditions. This thesis explores how well a data-driven approach can model station-specific strong ground motion and develops a structured evaluation framework to quantify the answer. On the modeling side, an attention-enhanced variational autoencoder (VAE-Attn) is proposed that encodes three-component NGA-West2 acceleration waveforms as six-channel STFT spectrograms and learns a compact latent representation through a convolutional encoder augmented with an attention-based bottleneck. A station-aware latent sampling strategy produces site-specific ensembles from limited per-station data by using station-level statistics within the Gaussian latent space, implicitly capturing amplification characteristics without explicit site parameters. On the evaluation side, a framework is proposed that combines time-domain validation (peak ground acceleration, significant duration, coefficient of variation) with pseudo-spectral acceleration (PSA) analysis through two-dimensional intensity-shape binning and period-wise median comparison. The framework operates at two levels: an uncorrected site evaluation across real, reconstructed, and generated records that measures spectral accuracy, and a rock converted evaluation in which all datasets are converted to a common rock reference (VS30 = 863 m/s) for direct benchmarking against physics-based simulations from the Southern California Earthquake Center Broadband Platform. The evaluation is applied to five Southern California stations spanning VS30 values from 244 to 927 m/s. Results show that the VAE-Attn model produces waveforms with PSA distributions and time-domain properties consistent with real recordings, and that the data-driven approach achieves performance competitive with physics-based simulations, offering a complementary tool for site-specific strong ground motion modeling.
Benzer Tezler
- Seismic performance of tunnel in liquefiable soil
Sıvılaşabilen zemin tüneli sismik performansı
MOHSEN FATHIEH
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Deprem Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiDeprem Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYFER ERKEN
- Deterministik yaklaşımla Türkiye'nin sismik tehlike analizi
Seismic hazard analysis for Turkey using the deterministic approach
MÜGE AKIN
Yüksek Lisans
Türkçe
2001
Jeoloji MühendisliğiAnkara ÜniversitesiJeoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. KAMİL KAYABALI
- Earthquake damage prediction of large-scale structures based on long-term microtremor monitoring and their numerical modeling
Uzun dönem mikrotremor gözlemleri ve sayısal analiz modeline dayalı büyük ölçekli yapılar için deprem hasar tahmini
SEÇKİN ÖZGÜR ÇİTAK
Doktora
İngilizce
2008
Deprem MühendisliğiKyushu UnıversıtyAfet Yönetimi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HİROSHİ KAWASE
- Numerical study on the effect of tunnel on liquefiable soil on the surface settlement
Sıvılaşan zeminlerde tünelin yüzey oturmasına etkisinin sayısal analizi
SELDA ATAROD
Doktora
İngilizce
2025
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYFER ERKEN
- Üst tabaka kalınlığının sıvılaşma davranışına etkisinin sayısal analizlerle incelenmesi
Investigation of the effect of upper layer thickness on liquefaction behavior through numerical analyses
BURAK OKUR
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. RECEP İYİSAN