عنوان پایان‌نامه
کاربرد ترکیب اطلاعات در مکانیابی بهینه ایستگاههای باران سنجی
- رشته تحصیلی
- مهندسی عمران - مهندسی و مدیریت منابع آب
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 2296;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 78070;کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 2296;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 78070
- تاریخ دفاع
- ۲۱ شهریور ۱۳۹۵
- دانشجو
- مسعود بهبودیان
- استاد راهنما
- رضا کراچیان
- چکیده
- در برنامه ریزی های مدیریت منابع آب، داده‌های مربوط به توزیع مکانی و زمانی بارش از مهمترین داده‌های مورد نیاز محسوب می شوند. برای جمع‌آوری داده‌های بارش ، می توان از شبکه های پایش باران سنجی متراکم و با دقت اندازه گیری مناسب استفاده نمود. از آنجا که راه اندازی و بهره‌برداری از ایستگاه های پایش بارش هزینه بر می باشند، بهینه سازی طراحی شبکه پایش به‌منظور افزایش کیفیت و دقت برآوردهای منطقه ای بارش، ضروری به نظر می رسد. علاوه بر اطلاعات به‌دست‌آمده از ایستگاه های پایش موجود باران سنجی، از اطلاعات انواع ماهواره های هواشناسی نیز می توان به‌عنوان منابع اطلاعاتی ارزشمند دیگر در طراحی شبکه های پایش استفاده کرد. اطلاعات ماهواره های هواشناسی علی رغم مزایایی همچون اندازه گیری های پیوسته و نیز قدرت تفکیک مکانی و زمانی نسبتاً مناسب، لازم است بر اساس اطلاعات ایستگاه های باران سنجی کالیبره شوند. این اطلاعات می توانند به‌منظور پر کردن خلأهای اطلاعاتی موجود در ایستگاه های پایش نیز مورد استفاده قرار گیرند. از آنجا که هر کدام از منابع اطلاعاتی دارای مزایا و معایب خاص خود می باشند، ترکیب اطلاعات منابع مخلتف می تواند نتایج بهتری داشته باشد. از این رو کاربرد روش های ترکیب اطلاعات به‌منظور به‌کارگیری منابع اطلاعاتی مختلف در دسترس منجر به افزایش دقت تخمین ها خواهد شد. در میان انواع روش های ترکیب اطلاعات توسعه‌یافته در مطالعات گذشته، رویکرد ترکیب اطلاعات بیزی به دلیل تنظیم مسأله در یک چارچوب مناسب احتمالاتی از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است. در این پایان نامه، برای ارزیابی کارایی الگوریتم پیشنهادی، از داده‌های موجود در باران‌سنجهای واقع در استان خراسان رضوی استفاده شده است. در گام اول، اطلاعات چند ماهواره هواشناسی دارای محصول بارش جمع آوری شدند. اطلاعات نقطه ای باران سنج ها به منظور مقایسه با داده های ماهواره ای با استفاده از روش زمین آماری کریجینگ، به اطلاعات پیکسلی تبدیل شدند. سپس اطلاعات ماهواره ها حذف اریب شده و به‌منظور پرکردن خلأهای اطلاعاتی موجود در ایستگاه های پایش استفاده شده است. در مرحله بعد، با اعمال روش میانگین گیری بیزی اطلاعات ماهواره های هواشناسی ترکیب شدند. نتایج آماره های خطا بیانگر بهتر بودن نتایج ترکیب نسبت به اطلاعات مدل های ماهواره ای مختلف می باشند. پس از مشخص شدن مدل ترکیبی به عنوان بهترین مدل تخمین بارش، نقشه های توزیع مکانی به‌دست‌آمده از اطلاعات ترکیبی به منظور افزایش دقت تخمین ها استفاده شدند. سرانجام، پس از تدوین یک مدل بهینه سازی و استفاده از اطلاعات نقشه های ترکیبی به‌دست‌آمده بر اساس رویکرد بیزی، به مکانیابی بهینه ایستگاه های شبکه پایش باران سنجی پرداخته شد. در این خصوص، معیارهایی چون حداقل سازی هزینه و حداقل سازی مجموع جذر واریانس خطای تخمین، تعیین شده و به‌عنوان اهداف مدل بهینه سازی مورد استفاده قرار گرفتند. نتایج طراحی نشانگر تراکم نامناسب ایستگاه¬های باران سنجی موجود در منطقه است به گونه ای که در بخشی از منطقه مورد مطالعه، تراکم ایستگاه باران سنجی زیاد و بخشی از مناطق تنک بودند. بر اساس نتایج مدل تدوین شده، تعدادی ایستگاه برای حذف پیشنهاد گریدند و تعدادی ایستگاه جدید نیز مکانیابی شدند.
- Abstract
- Rainfall is one of the most important elements of the water cycle availability of rainfall data is also vital in appropriate planning and management of water resources. To accurately estimate the spatial distribution of precipitation, a very dense rain-gauge monitoring network can be used but it severely increases the installation and operational costs of the network. Therefore, it is necessary to optimize the location of rain-gages. In addition to the rain-gauge data, a variety of rainfall products of meteorological satellites are also available in recent years. These data can be used in order to fill the existing gaps in rain-gauge data. In spite of continuous measurements of meteorological satellites and their high spatial and temporal resolution, their rain products must be calibrated using rain-gauge data. As each of source of information has its own advantages and disadvantages, an appropriate combination of information obtained from different sources may provide more accurate information with less uncertainty. Among a variety of information fusion techniques developed in previous studies, Bayesian information fusion technique has a strong theoretical background and been successfully applied to different engineering applications. In this thesis, in addition to rain-gauge data, rain products of several meteorological satellites (i.e. PERSIANN-CCS, TRMM3B42RTV7, TRMM3B42V7, and CMORPH) are used. At first, by utilizing the kriging technique, the rain-gauge data are regionalized to be comparable with satellite’s data. To generate a spatial rainfall map with more accuracy, after bias correction of satellite’s data, they are combined with rain-gauge data using the Bayesian information fusion technique. Finally, the map is used in a simulation- optimization model, which gives the optimal locations for rain-gauges, considering two main criteria (i.e. minimizing both the number of stations and the total variance of estimation errors). The proposed methodology was applied to a large basin in the Khorasan Razavi basin in Iran. The results show that the current spatial density of rain-gauges in the region is insufficient. Thus, it is suggested to remove 39 existing rain-gauges and add 67 new stations in the proposed locations.
