Geri Dön

Doğrusal olmayan kıyı ve okyanus dinamiklerinin seyrek tanılanması (Sinecod): Sindy algoritması kullanarak öncü analizler

Sparse identification of nonlinear coastal and ocean dynamics (Sinecod): Pioneering analyses using Sindy algorithm

PDF İndir

  1. Tez No: 885715
  2. Yazar: TAYYİBE ERİŞTİ
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. CİHAN BAYINDIR
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Deniz Bilimleri, Mühendislik Bilimleri, İnşaat Mühendisliği, Marine Science, Engineering Sciences, Civil Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2024
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Kıyı Bilimleri ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Kıyı Bilimleri ve Mühendisliği Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 88

Özet

Okyanus ve kıyı bölgelerindeki hidrodinamik etkilerin modellemesi, kıyı erozyonu, kirlilik ve müsilaj yayılımı gibi önemli olayları anlamak ve tahmin etmek için kritik öneme sahiptir. Bu tür alanlarda, gemi ve tekne sürüklenmesi, akıntı bloklaması gibi çeşitli olayların mekanizmalarını anlamak, kritik altyapı ve doğal kaynakların korunması için hayati önem taşır. Bu amaçla, hesaplamalı analiz teknikleri ve deneysel sistemler, örneğin Lagrange sürüklenicisi ve kablosuz duyarga ağları gibi çeşitli yöntemler kullanılmaktadır. Son yıllarda, ARGO gibi çok uluslu projelerin uygulanmasıyla birlikte, küresel ölçekte eşzamanlı Lagrange sürüklenicisi gözlemleme çalışmaları da gerçekleştirilmektedir. Bunlar, deniz hidrodinamiğinin daha iyi anlaşılması ve modellemesi için önemli veri sağlamaktadır. Ancak, deniz koşullarının sürekli değişmesi, hesaplamalı yöntemlerin batimetri haritaları üzerinde tekrarlanmasını gerektirmekte ve bu da modelleme sürecini yavaşlatabilmektedir. Karmaşık veri ve parametrelerin kullanılması bazen tutarsız sonuçlar doğurabilir. Rüzgâr, dalga, akıntı ve batimetri gibi birçok değişkenin etkileşimi, modelleme çalışmalarında belirli zorluklar yaratabilir. Bu nedenle, daha güvenilir ve tutarlı sonuçlar elde etmek için modelleme tekniklerinin ve veri kullanımının geliştirilmesi sürekli olarak araştırılmaktadır. Bu çalışmada, kıyı ve okyanus hidrodinamik süreçlerinin mekanizmalarını modelleme amacıyla Seyrek Nonlineer Dinamik Sistem (SINDy) algoritmasının kullanılabilirliğini araştırılmıştır. SINDy yaklaşımı, nesnelerin ve partiküllerin sürüklenme yollarını, hesaplama veya ölçüm teknikleriyle belirlenen en az sayıda seyrek bileşenli basit diferansiyel denklemlerle açıklamayı hedefler. Bu amaçla Pasifik Okyanusu'ndaki bir sürükleniciden elde edilen verileri analiz ederek sürüklenme yollarını ve zaman serilerini yeniden oluşturuyoruz. Özellikle okyanus ve kıyı hidrodinamik etkilerin modellemesinde SINDy algoritmasının uygulanabilirliğini inceliyoruz. Çalışmamız, bölgesel hidrodinamik denklemleri hızlı ve doğru bir şekilde tahmin edebilen bir SINDy tabanlı algoritmik yaklaşımın önerilebileceğini savunmaktadır. Tezin birinci bölümünde konu ve kapsamı, amacı ve önemine değinilmiş, metodolojki genel olarak anlatılmıştır. İkinci bölümünde, SINDy algoritması ile yapılmış önceki çalışmalar kapsamlı bir şekilde incelenmiştir. Özellikle, SINDy algoritmasının teorik temelleri, mevcut uygulamaları ve hidrodinamik modelleme alanındaki potansiyel katkıları ele alınmıştır. Hidrodinamik sistemlerde kullanılan farklı modelleme teknikleri karşılaştırılarak, SINDy algoritmasının bu alanda sunduğu yenilikler ve avantajlar vurgulanmıştır. Üçüncü bölümde, çalışmanın metodolojik yaklaşımı detaylı bir şekilde açıklanmıştır. Öncelikle, Lagrange sürüklenici verilerinin elde edildiği kaynaklar belirtilmiş ve bu verilerin SINDy algoritmasıyla nasıl analiz edileceği adım adım açıklanmıştır. Veriler Amerika Ulusal Okyanus ve Atmosfer İdaresi (NOAA) Fiziksel Okyanusografi Bölümü (PhOD) web portalından elde edinilmiştir. Portal, https://www.aoml.noaa.gov/phod/gdp/realtime-data.php adresinden erişilebilir. SINDy algoritmasının temel prensipleri ve uygulama süreçleri, trigonometrik terimlerin kullanılması ve kullanılmaması durumlarına göre iki farklı senaryo altında incelenmiştir. Bu bölümde, kullanılan veri analiz teknikleri ve hesaplamalı yöntemler detaylandırılmıştır. Dördüncü bölümde, yapılan analizler sonucunda elde edilen bulgular sunulmuş ve SINDy algoritmasının kıyı hidrodinamiği modellemesine uygunluğu tartışılmıştır. Elde edilen sonuçlar, SINDy algoritmasının karmaşık modellemeye gerek kalmadan bölgesel kıyı hidrodinamiği denklemlerini hızlı ve doğru bir şekilde belirleyebileceğini göstermektedir. Bu sonuçların, kıyı hattı erozyon gelişim süreçleri, kirlilik yayılımı, gemi ve tekne sürüklenmesi gibi olayların modellemesinde kullanılabileceği vurgulanmıştır. Ayrıca, SINDy algoritmasının pratik uygulamaları, potansiyel kullanım alanları ve gelecekteki araştırma fırsatları değerlendirilmiştir. Bu bağlamda, elde edilen verilerin gemi kazaları ve çeken akıntı boğulmaları gibi durumlarda da kullanılabileceği öne sürülmektedir. Bu tez çalışması, SINDy algoritmasının okyanus ve kıyı hidrodinamik süreçlerinin modellemesinde etkin bir araç olabileceğini göstermektedir. Çalışmanın bulguları, okyanus ve kıyı mühendisliği yanında nehir hidroliği gibi çeşitli alanlarda da önemli katkılar sunabilecektir. Gelecekteki araştırmalarda, bu algoritmanın daha geniş veri setleri ve farklı hidrodinamik koşullar altında test edilmesi önerilmektedir. Bu sayede, modelleme tekniklerinin geliştirilmesi ve uygulama alanlarının genişletilmesi mümkün olacaktır.

Özet (Çeviri)

Modeling the hydrodynamic effects in oceans and coastal regions is crucial for understanding and predicting significant events such as coastal erosion, pollution dispersion, and mucilage spread. Various phenomena like ship and boat drifts, current blockages, among others, play vital roles in preserving critical infrastructure and natural resources. To achieve this, computational analysis techniques and experimental systems, such as Lagrangian sürüklenicis and wireless sensor networks, are employed. In recent years, multinational projects like ARGO have implemented globally synchronized Lagrangian sürüklenici observation studies. These initiatives provide essential data for better understanding and modeling marine hydrodynamics. However, the continuous variability of marine conditions necessitates repeated computational methods on bathymetric maps, which can slow down the modeling process. The use of complex data and parameters can sometimes lead to inconsistent results. Interactions between variables like wind, waves, currents, and bathymetry pose specific challenges in modeling studies. Therefore, research continually focuses on improving modeling techniques and data utilization to achieve more reliable and consistent results. This study investigates the applicability of the Sparse Identification of Nonlinear Dynamics (SINDy) algorithm for modeling the mechanisms of coastal and ocean hydrodynamic processes. The SINDy approach aims to describe the drift paths of objects and particles using the minimum number of sparse component simple differential equations determined by computational or measurement techniques. We analyze data obtained from a sürüklenici in the Pacific Ocean to reconstruct drift paths and time series, particularly examining the feasibility of the SINDy algorithm in modeling ocean and coastal hydrodynamic effects. The first chapter of the thesis discusses the topic and scope, emphasizing its purpose and importance, while providing a general overview of the methodology. In the second chapter, previous studies utilizing the SINDy algorithm are comprehensively reviewed. This includes discussing the theoretical foundations, current applications, and potential contributions of the SINDy algorithm in hydrodynamic modeling. Different modeling techniques used in hydrodynamic systems are compared, highlighting the innovations and advantages offered by the SINDy algorithm in this field. The third chapter details the methodological approach of the study. It outlines the sources from which Lagrangian sürüklenici data were obtained and step-by-step explains how these data were analyzed using the SINDy algorithm. Data were sourced from the National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) Physical Oceanography Division (PhOD) web portal, accessible at https://www.aoml.noaa.gov/phod/gdp/realtime-data.php. The fundamental principles and application processes of the SINDy algorithm are examined under two different scenarios based on the use or omission of trigonometric terms. This section elaborates on the data analysis techniques and computational methods employed. In the fourth chapter, findings from the analyses conducted are presented, and the suitability of the SINDy algorithm for modeling coastal hydrodynamics is discussed. The results indicate that the SINDy algorithm can accurately and rapidly determine regional coastal hydrodynamic equations without the need for complex modeling. These findings underscore the potential applications of the algorithm in modeling processes such as coastal erosion development, pollution dispersion, ship and boat drifts, among others. Additionally, practical applications of the SINDy algorithm, potential use cases, and future research opportunities are evaluated. In this context, it is suggested that the obtained data could also be utilized in situations such as ship accidents and rip current drownings. This thesis demonstrates that the SINDy algorithm can be an effective tool for modeling ocean and coastal hydrodynamic processes. The findings of this study could contribute significantly not only to coastal and harbor engineering but also to various fields such as river hydrology. Future research should focus on testing this algorithm with larger datasets and under different hydrodynamic conditions to enhance modeling techniques and expand application areas.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    426472

    Dynamics of the Turkish straits system :A numerical study with a finite element ocean model based on an unstructured grid approach

    Türk boğazlar sisteminin dinamiği: Farklı tipoloji ağ temelli sonlu elemanlar okyanus modeli ile sayısal çalışma

    ÖZGÜR GÜRSES

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2016

    Deniz BilimleriOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Fiziksel Oşinografi ve Deniz Biyolojisi Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. EMİN ÖZSOY

  2. Tez No

    648242

    Visible light communication techniques for future generation underwater networks

    Başlık çevirisi yok

    MOHAMMED ELAMASSIE

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2020

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiÖzyeğin Üniversitesi

    Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    Prof. Dr. MURAT UYSAL

  3. Tez No

    389462

    Kazıklı kıyı yapılarının doğrusal olmayan davranışı ve şekil değiştirmeye göre tasarımı

    Deformation based design and nonlinear behavior of pile supported wharf structures

    ZİYA KADIOĞLU

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2015

    İnşaat MühendisliğiGebze Teknik Üniversitesi

    Deprem ve Yapı Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. BİLGE SİYAHİ

  4. Tez No

    518853

    Comparison of 2d and 3d models in application to long wave motion and its interaction with a vertical wall

    Uzun dalga hareketi ve dikey duvar ile etkileşimine uygulanan 2b ve 3b modellerin karşılaştırılması

    GİZEM EZGİ ÇINAR

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2018

    İnşaat MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. AHMET CEVDET YALÇINER

    DR. ÖĞR. ÜYESİ CÜNEYT BAYKAL

  5. Tez No

    540266

    Geoteknik kıyı mühendisliğinde poroelastik deniz tabanı zemini-yapı sistemlerinin tekrarlı yükler altında sayısal modellenmesi

    Numerical modeling of poroelastic seabed soil–structure systems under cyclic loading in geotechnical coastal engineering

    ESRA TATLIOĞLU

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2018

    İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MUSAFFA AYŞEN LAV

    DOÇ. DR. MEHMET BARIŞ CAN ÜLKER

Geri Dön