Investigation of digital elevation model uncertainty in GIS-based solar radiation models using Markov chain Monte Carlo simulation
Markov zinciri Monte Carlo benzetişimi kullanarak CBS'ye dayalı güneş ışınımı modellerindeki sayısal yükseklik modelı belirsizliklerinin incelenmesi
- Tez No: 355286
- Danışmanlar: PROF. DR. HAFİZE ŞEBNEM DÜZGÜN, PROF. DR. ŞEVKET VOLKAN EDİGER
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Enerji, Energy
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2013
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Jeodezi ve Coğrafi Bilgi Teknolojileri Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 228
Özet
Bu çalışmada, CBS?ye dayalı güneş ışınımı modellerindeki SYM belirsizliğinin etkisinin saptanması için sayısal yükseklik modelindeki (SYM) mekansal otokorelasyonu göz önüne alan bir Markov zinciri Monte Carlo benzetişimi yaklaşımı geliştirilmiştir. Bu yöntem, Metropolis-Hasting algoritmasının oluşturulmasında, önsel (a priori) bilgi olarak Shuttle Radar Topography Mission (SRTM) SYM haritası hata olasılığıdağılımı fonksiyonunu ve çalışma alanının SRTM SYM?nin variogram model parametrelerini kullanmaktadır. Literatürden elde edilen verilerin istatistiksel analizi, SRTM SYM verisinin ortalaması 4.209 m ve standart sapması 0.054 m olan lognormal dağılıma sahip olduğunu göstermiştir. Eşik değeri ?125.74?, menzili ?1,556.85? ve nugget değeri ?0? olan bir eksponansiyel variogram modeli çalışma alanının SYM haritasının mekansal otokorelasyonun betimlemektedir. Toplamda 1.080 adet benzetişim 2m?lik zincirler ve 80?lik bellek süresi ile çalıştırılmış benzetişimlerin %7,41?i gözardı edilmiştir. Çok değişkenli potansiyel ölçek azaltma faktörü olarak 0.99 değeri, 1.080 adet benzetişim sonrasında elde edilmiştir ki bu Markov zincirinin 1.1 değeri ile duraylı bir dağılıma yaklaştığını göstermektedir. Bu nedenle elde edilen sonuçların lognormal pdf dağılımdan elde edildiği anlaşılmıştır. Variogram üretiminin %95 güven aralığı kontrol edildiğinde, T2=1.751 değerinin 23.19 F-istatistik değerinden küçük olması nedeni ile variogram benzetişimlerinin geçerli olduğu görülmüştür. Önerilen bu yöntem MaTLAB ortamında kodlanmış ve çalıştırılmıştır. Benzetişim sonuçlarına göre, önerilen çerçeve, daha iyi SYM haritalarını temsiline olanak sağlamaktadır. Benzetişim ile elde edilen SYM ve diğer girdiler Solar Analyst ve r.sun modellerinin çalıştırılmasında kullanılmıştır. Her iki modelden de alınan sonuçlar gösterdiki özgün SYM haritası yerine benzetişim ile elde edilen SYM haritasının kullanarak daha iyi performanslar elde edilmiştir. Solar Analyst için, doğrudan ve küreselışınım değerlerinin SYM?deki belirsizlikten daha az etkilenediği görülürken, yaygın ışınım ve doğrudan güneşlenme süresinin daha çok etkilendiği belirlenmiştir. ?r.sun? için, SYM?deki belirsizliklerin güneş ışınımı çıktılarına daha az etkisi olduğu belirlenmiştir. İki modelin karşılaştırılmasında Solar Analyst modelinin SYM?deki belirsizliklere daha duyarlı olduğu görülmüştür. İlginç birşekilde, çalışmada SYM belirsizliklerinin daha düşük olduğu nispeten düz arazilerde güneş ışınımı tahminlerinde yüksek belirsizlikolduğu bulunmuştur. Bu durum SYM belirsizliklerinin tek ilgili parametre olmadığına isaret etmektedir.
Özet (Çeviri)
In this study, a Markov chain Monte Carlo (MCMC) simulation approach that incorporates digital elevation model's (DEM) spatial autocorrelation is developed with the aim of assessing the impact of DEM uncertainty in GIS-based solar radiation models. The method utilized the error probability distribution function (pdf) of Shuttle Radar Topography Mission (SRTM) DEM, and variogram model parameters of the study area's SRTM DEM as a priori information for the formulation of Metropolis-Hasting algorithm. Statistical analysis of the data extracted from the literature revealed that SRTM DEM error exhibit lognormal distribution with a mean of 4.209 m and standard deviation of 0.054 m. An exponential variogram model with sill of 125.74, range of 1,556.85) and nugget of 0 represent the spatial autocorrelation of the study area DEM. A total of 1,080 simulations is executed using chains and the initial burn-in period of 80, representing 7.41% of the simulation is discarded. Multivariate potential scale reduction factor (MPSRF) of 0.99 is obtained after executing 1,080 MCMC simulations which indicates that the MCMC sampler has converged to a stationary distribution, being less than 1.1. Thus, the results are assumed to be drawn from lognormal pdf. Whereas, the check for variogram reproduction based on 95% confidence level indicate that the variogram simulation remains valid since T2=1.751 is less than the corresponding F-statistic of 23.19. The proposed methodology is coded and executed in MaTLAB Environment. Based on the simulation results, it is observed that the proposed framework allows better representation of the DEM data. The realized DEMs together with other inputs were used to run the Solar Analyst and r.sun models. The results of both models showed a better performance using the realized DEMs than the original SRTM DEM. For Solar Analyst, DEM uncertainty has greater effect on diffuse radiation and direct duration, while, direct and global radiations are less affected. For r.sun, the DEM uncertainty has less influence on solar radiation outputs. Comparison of the two models shows that Solar Analyst is more sensitive to uncertainty than r. sun. Interestingly, the study reveals that relatively flat terrains where DEM uncertainty seems to be low also exhibit high uncertainty in solar radiation estimates. This indicates that DEM may not be the only input associated with uncertainty.
Benzer Tezler
- Veri türü, kalitesi ve üretim yöntemine göre sayısal yükseklik modeli (SYM) standartlarının belirlenmesi
Investigation of digital elevation model standards according to source and quality of data and production method
MUSTAFA ERDOĞAN
Doktora
Türkçe
2007
Jeodezi ve Fotogrametriİstanbul Teknik ÜniversitesiJeodezi ve Fotogrametri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÖNÜL TOZ
- Uydu görüntülerinden elde edilen sayısal yükseklik modellerinde doğruluk araştırması
Accuracy investigation of digital elevation models generated from satellite imagery
EKREM UÇAR
Yüksek Lisans
Türkçe
2001
Jeodezi ve Fotogrametriİstanbul Teknik ÜniversitesiDOÇ. DR. DURSUN ZAFER ŞEKER
- Yalova civarındaki yamaç duraysızlıklarının uzaktan algılama tekniği ile incelenmesi
Investigation of the slope instabilities in the Yalova region using the remote sensing technique
MUSTAFA KEMAL TÜFEKÇİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2001
Jeoloji MühendisliğiAnkara ÜniversitesiJeoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. KAMİL KAYABALI
- Farklı kaynaklardan elde edilen sayısal yükseklik modellerinin ortofoto doğruluğuna etkilerinin araştırılması
Accuracy assessment of the effect of digital elevation models generated from different sources on orthophoto
LEVENT ARSLANBEK
Yüksek Lisans
Türkçe
2009
Jeodezi ve FotogrametriAfyon Kocatepe ÜniversitesiJeodezi ve Fotogrametri Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. MEVLÜT GÜLLÜ
- Güney Karadeniz şelfinde Cide-Sinop açıklarının batimetri ve sismik yansıma verileri ile araştırılması
Investigation of Cide-Sinop offshore, Southern Black Sea shelf by bathymetry and seismic reflection data
YELİZ İŞCAN ALP
Doktora
Türkçe
2018
Jeofizik Mühendisliğiİstanbul ÜniversitesiJeofizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ASIM OĞUZ ÖZEL
DOÇ. DR. NESLİHAN OCAKOĞLU GÖKAŞAN