Skip to main content
SUPERVISOR
Mohammad saeed Saeedi,Mohammad Reza Ahmadzadeh,Ahmad-Reza Azimian
محمدسعید سعیدی (استاد مشاور) محمدرضا احمدزاده (استاد مشاور) احمدرضا عظیمیان (استاد راهنما)
 
STUDENT
Ahmad Zamani Foroushani
احمدرضا زمانی فروشانی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1381
This study presents a number of data-driven models for wind-wave process at the Caspian Sea . The problem associated with these models is to forecast significant wave heights for several hours ahead using buoy measurements. Models are based on Artificial Neural Network (ANN) and Instance Based Learning (IBL).To capture the wind-wave relationship at measurement sites, these models use the existing past time data describing the phenomenon in question. Three feed-forward ANN models have been built for time horizon of 1, 3 and 6 hours with different inputs. The relevant inputs are selected by analyzing the Average Mutual Information (AMI). The inputs consist of priori knowledge of wind and significant wave height. The other six models are based on IBL method for the same forecast horizons. Weighted k-Nearest Neighbors (k-NN) and Locally Weighted Regression (LWR) with Gaussian kernel were used. In IBL based models, forecast is made directly by combining instances from the training data that are close (in the input space) to the new incoming input vector. These methods are applied to two sets of data at the Caspian Sea . Experiments show that the A yield slightly better agreement with the measured data than IBL. A can also predict extreme wave conditions better than the other existing methods. Non-linear data assimilation for a wind-wave dynamical surrogate model in a reduced space is presented in next part of this study. This surrogate provides a fast emulation of a wind-wave model. Such a fast dynamical surrogate is used for the evaluation of the system states in a small period of time. The system state consists of wave height and wave direction in reduce space which is affected by reduce space wind field. The projection from full space to reduced space is done by a principal component analysis. It is computationally efficient to couple this surrogate with an Ensemble Kalman filter (EnKF). Ensemble methods require the evaluation of dynamics for a large number of statistical ensembles. Application of the procedure is demonstrated through 6 month hindcast study of wind waves over a Caspian Sea using third-generation wave model and analysis ECMWF wind field. Also a dynamic Artificial Neural Network for surrogate model of wind-wave process is used in this work. The trained network is embedded into the stochastic environment and the EnKF is used to find estimates of the system states. Experiments show that the proposed DA technique corrects the prediction of the wind-waves with a modest execution time.
: امروزه مدل های مبتنی بر داده ها کاربرد وسیعی در شاخه های مختلف علوم از جمله علوم جوی و اقیانوس شناسی پیدا کرده است. در کار حاضرمبانی دو دسته مهم از این مدل ها شامل شبکه عصبی مصنوعی و روش یادگیری لحظه ای مطرح شدهو کاربرد روش های فوق در پیش بینی امواج ناشی از باد در دو منطقه اندازه گیری در جنوب دریای خزر ارائه خواهد شد. ورودیهای مدل های فوق سرعت باد، جهت باد وتاریخچه اندازه گیری موج درمنطقه بوده و خروجی مدل مربوط به پیش بینی ارتفاع موج شاخص در زمان های کوتاه مدت می باشد. انتخاب مناسب نوع و تعداد ورودی های مدل ها از طریق روش آماری "همبستگی اطلاعاتی" انجام شده است.نتایج حاصل از این بررسی نشان ‌‌‌‌‌‌می دهدکه روش شبکه عصبی در مقایسه با روش یادگیری لحظه ای از دقت بهتری برخوردار بوده و این روش قادر است تحولات سریع در رژیم امواج را در زمان های طوفانی بهتر دنبال نماید. استفاده از سرعت اصطکاکی درساختن مدل پیش بینی، بکارگیری مدل های چندگانه برای هر زمان پیش بینی، در نظر گرفتن جهت میدان باد در ورودیهای مدل و استفاده از روش IBL برای اولین بار، از جمله نوآوریهای بکار رفته در این تحقیق در مقایسه با کارهای مشابه قبلی ا ست. در بخش بعدی کاربرد خاص از روشهای ماشینی در تهیه مدل جانشین باد و موج و ترکیب آن با روش تلفیق‌‌‌‌‌‌داده های امواج ارائه می شود. برای تهیه مدل جانشین از شبکه عصبی بازگشتی و برای تلفیق داده ها از روش فیلتر کالمن در فضای کاهش یافته استفاده شده است. استفاده از روشهای تلفیق مرحله ای‌‌‌‌‌‌داده ها در مدلهای موج عمدتا به روشهای درون یابی بهینه و مشتقات آن اختصاص دارد و عملا اجرای فیلتر کالمن در مورد مدلهای موج در حالتهای ساده انجام شده است. در این تحقیق با استفاده از کاهش ابعاد مدل موج واستفاده از مدل جانشین شرایطی را فراهم می آوریم که بتوان از فیلتر کالمن غیر خطی در تلفیق داده های موج استفاده کرد. سابقه بکارگیری این روش برای مدلهای موج موجود نبوده و از این نظرتحقیق فوق اولین تجربه در رابطه با داده های مدل موج می باشد. غیرخطی بودن مدل موج و زیاد بودن نسبی تعداد نقاط شبکه در مدل موج باعث می‌شود که اعمال مستقیم روش کالمن میسر نباشد. به همین دلیل، با استفاده از روش مولفه های اصلی، بعد فضای مدل موج کاهش یافته و سپس یک مدل جانشین در فضای کاهش یافته، برای مدل موج ساخته می‌شود. مدل جانشین، از سرعت بالایی برخوردار است و به همین دلیل از آن می‌توان در روشهایی نظیر روش فیلتر کالمن گروهی که برای مسائل غیرخطی طراحی شده است، استفاده کرد. ورودی مدل جانشین تاریخچه داده های میدان باد و موج در فضای کاهش یافته بوده و خروجی آن نیز‌‌‌‌ داده های میدان موج در آینده است. در کار حاضر نتایج اعمال روش فوق بر روی داده‌های حاصل از اجرای مدل موج در دریای خزر در یک دوره شش ماهه ارائه شده است. نتایج بدست آمده حاکی از آن است که با تعداد 15 مولفه اصلی ابعاد میدان های باد و موج قابل کاهش یافتن است. در این شرایط مجذور مربعات خطای کاهش ابعاد میدان های باد و موج به ترتیب 5/2 متر بر ثانیه و 35/0 متر می باشد. خطای مدل جانشین موج نیز تابع زمان بوده و در اکثر اوقات کمتر از 5/0 متر است. همچنین نشان داده شدکه پس از استفاده از فیلتر کالمن گروهی، خطای میدان موج تصحیح شده بین خطای کاهش ابعاد مدل و خطای مدل جانشین قرار می گیرد.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی