Application of kalman filters in the analysis of surface water flowrate data
Yüzeysel su debi verilerinin analizinde kalman filtrelerinin uygulamaları
- Tez No: 643235
- Danışmanlar: PROF. DR. ŞEREF NACİ ENGİN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol, Çevre Mühendisliği, Computer Engineering and Computer Science and Control, Environmental Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2020
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kontrol ve Otomasyon Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Kontrol ve Otomasyon Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 61
Özet
Türkiye'nin kuzeybatısında bulunan Ergene Havzası, tarımıyla ve sanayisiyle ön plana çıkmaktadır. Her yıl maruz kaldığı sel olayları ise bu başarısına bir darbe olmakla birlikte, özellikle köylerde ve su seviyesinde bulunan diğer yerleşim birimlerinde hayatı tehdit etmektedir. İklimi dolayısıyla özellikle sonbahar kış aylarında aldığı aşırı yağış ile her an sel tehlikesi ile karşı karşıya kalmakta, nehrin debisinin \%60' ını oluşturan sanayi atıkları ile her geçen gün daha da zor duruma düşmektedir. Bu doğal afete karşı önlemler alınmaya çalışılmasına, kapsamlı araştırmalar yapılmasına rağmen bir sonuç üretilememiştir.“Ergene Havzası Koruma Eylem Planı”ile sanayi atıklarından kurtulması beklenen Ergene Nehri'nin küresel ısınma, bilinçsiz sulama gibi etmenlerin hala etkisi altında olması sel tehditlerini devam ettirmekte ve debi kontrolünü zorlaştırmaktadır. Küresel ısınmanın artışı ile birlikte su yönetimi önemli bir konu haline gelmiş ve bu alanda birçok çalışmalar yapılmıştır. Bunler öncelikle çevre mühendisliği bölümünden başlamış, konun ciddiyetinin farkedilmesi ile diğer branşlar da konuya dahil olmuştur. Bu hedef doğrultusunda, fiziksel haritalar ile iç içe geçmiş, sayısız faktörlerin verileriyle kuvvetlendirilmiş modeller ile başlayan çalışmalar, bugün“Yapay Sinir Ağları”,“Kalman Filtresi”gibi matematiksel yöntemlerin de katılımı ile devam etmektedir. Sahip oldukları kapsamlı bilgi düşünüldüğünde fiziksel modellerin başarısı sürpriz olmamakla birlikte, gerekli verinin boyutu çok fazla olduğu için alternatif bulma çalışmaları başlamış ve matematiksel yöntemlerin de kullanılabileceği gösterilmiştir. Bu metotlar öncelikle değişken sayısını azaltmaya yönelmiş ve bunu kısmi ya da tam doğrusallaştırmanın da içinde bulunduğu yöntemlerle yapmışlardır. Gerçek zamanlı, riskli modellerde uzun süredir kullanılan ve başarısını birçok kez göstermiş olan Kalman filtresi, debi tahmininde de yaygın olarak kullanılan yöntemlerden biri olmuştur. Sistemde, doğrusallaştırma ve ölçüm gibi aşamalarda ortaya çıkan belirsizlikler ile başa çıkabilme yeteneği onu Amerika, Çin, Yeni Zellanda, Senegal gibi Dünya çapında kullanılır hale getirmiştir. Bu çalışmada da Doğrusal ve Ensemble Kalman Filtreleri, tek başlarına ve fiziksel modeller ile birlikte kullanılmıştır. Debi ve yağış verilerinin öncelikli değişenler olarak kullanılmasının yanı sıra sanayi atıkları da eklenmiş ve sonuçlar karşılaştırılmıştır. Kalman filtrelerinin kuvvetli olduğu alanlarda başarılı oldukları, nehrin karakteristik dışı değişimlerinde ise zorlandıkları gözlenmiştir.
Özet (Çeviri)
Ergene River Basin is located at the north-west of Turkey, shines with its agriculture and industry. Frequent flood occurrences, that tend to happen every a few years, hurt success of the area and threaten the daily life especially in villages and settlements. Basin is always under threat of flood in fall and winter due to extreme rainfall as a result of its climate and waste-water that forms 60\% of the river flow, worsens the situation. Against this natural disaster, comprehensive studies are done and precautions are taken but floods could not be prevented.“Ergene Havzası Koruma Eylem Planı”launched with the aim of removal of waste-water from the river but due to being under effects of factors such as global warming and uneducated irrigation, floods keep being a constant threat and control of flow is still a hard topic with too many unknowns. Importance of water management is increasing worldwide as the awareness about global warming increases and it is followed by numerous studies that targeted this topic. Even though, these originates from civil engineering, with the realization of importance of the situation, other branches quickly joined the subject. For this purpose, studies that are started with the models that are empowered with the data of countless variables and utilize physical maps, today continues with mathematical models that use methods,“Neural Networks”and“Kalman Filter”. Considering their comprehensive knowledge about the area and geography, success of the physical models is not surprising but due to the amount of required data, search of less demanding models started and as a result, it is shown that mathematical models are capable of predicting stream-flow. These methods primarily focuses on reduction of amount of variables and manages it with methods such as partial or full linearization. Kalman Filter that has been used in real-time, risky processes for along time and proved to be successful, has been become one of the commonly used methods in stream-flow prediction. Because of its ability of dealing with the uncertainties caused during linearization and measurement process made it viable in many cases and studies utilizing Kalman Filter has been published in countries such as USA, China, New Zealand. In this study, Linear and Ensemble Kalman Filters are used alone and with physical models. Stream-flow and precipitation are used as primary variables and in some cases waste-water is used and their results have been compared. It has shown that Kalman Filters perform well if system is reacting according to its normal characteristics but outside of their comfort zone they struggle.
Benzer Tezler
- Heyelanlar için bir dinamik deformasyon ve bir dinamik hareket yüzeyi modelinin oluşturulması
Developing a dynamic deformation model and a dynamic movement surface model for landslides
TEMEL BAYRAK
Doktora
Türkçe
2003
Jeodezi ve FotogrametriKaradeniz Teknik ÜniversitesiJeodezi ve Fotogrametri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. MUALLA YALÇINKAYA
- Preparation and characterization of heat-resistant and easy-to-clean coating by sol-gel method
Sıcaklık dayanımı olan ve kolay temizlenebilen kaplamanın sol-jel yöntemi ile hazırlanması ve karakterizasyonu
GÖKNİL YILDIRIMER
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MEHMET ŞEREF SÖNMEZ
PROF. DR. ESRA ÖZKAN ZAYİM
- Fabrication of nanostructured metal oxide materials and their use in energy and environmental applications
Nanoyapılı metal oksit malzemelerin üretimi ve enerji ve çevre uygulamalarında kullanımı
MEHMET DURMUŞ ÇALIŞIR
Doktora
İngilizce
2020
Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ALİ KILIÇ
- Boyalara ve kaplamalara nano metal oksit katkısının fiziksel, antikorozif ve antibakteriyel etkilerinin incelenmesi
Determination of physical, antiorrosive and antibacterial effects of nano metal oxide additives to paints and coatings
EZGİ KIZILKONCA DURAN
- Synthesis of poly(methyl methacrylate) reinforced by graphene nanoplates
Grafen nano plakalar ile güçlendirilmiş poli(metil metakrilat) sentezi
ELİF KOCAÇINAR
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NİLGÜN BAYDOĞAN