شماره ركورد
24948
شماره راهنما
MAP3 19
عنوان
تسريع مدل تابعي و تصادفي مناسب در برآورد مؤلفه¬هاي جز مشترك سريهاي زماني مختصات ايستگاه¬هاي دائم
مقطع تحصيلي
دكتري
رشته تحصيلي
مهندسي نقشه برداري- ژئودزي
دانشكده
مهندسي عمران و حمل و نقل
تاريخ دفاع
1404/05/08
صفحه شمار
85 ص .
استاد راهنما
عليرضا اميري سيمكوئي
كليدواژه فارسي
آناليز هارمونيك كمترين مربعات , برآورد سريع مولفههاي واريانس با كمك كمترين مربعات , مولفههاي جزء مشترك , سريهاي زماني ايستگاههاي دائم GNSS
چكيده فارسي
تحليل سريهاي زماني ايستگاههاي دائم GNSS اطلاعات ارزشمندي درباره زمين را در اختيار محققين قرار ميدهد. پژوهشگران علوم مهندسي با استفاده از ابزارهاي رياضي و آمار احتمالات سعي در رسيدن به اطلاعات از اندازهگيريها در مدت زمان كوتاه و هزينه كم هستند. بدين ترتيب زمان محاسبات مولفهي مهمي در پردازش سريهاي زماني است كه پژوهشگران، تحقيقات بسياري پيرامون اين موضوع داشتهاند. با گذشت زمان از تاسيس ايستگاههاي دائم GNSS، ميتوان سريهاي زماني طولاني مدت از مولفههاي (East، North و Up) ايستگاههاي دائم در اختيار داشت كه با تحليل و آناليز آنها به اطلاعات مفيدي در زمينه شناخت زمين دست يافت. مدلسازي سريهاي زماني ايستگاههاي دائم GNSS از اهداف پژوهشگران متعددي است كه منجر به شناخت بيشتر پديدههاي زميني است. بدين منظور سريهاي زماني به دو قسمت مدل تابعي و مدل تصادفي تقسيمبندي ميشود كه با ابزارهاي رياضي نظير كمترين مربعات ميتوان آنها را مدلسازي كرد و مولفههاي معنيدار هر قسمت را ميتوان با استفاده از حالتهاي تكمتغيره و چندمتغيره شناسايي كرد. بدين منظور براي شناسايي مولفههاي مدل تابعي از آناليز هارمونيك كمترين مربعات در حالتهاي تك و چندمتغيره استفاده شد. همچنين با استفاده از اين روش مولفههاي جزء مشترك موجود در سريهاي زماني با حالت چندمتغيره اين روش شناسايي و مدلسازي شدند. همچنين با تحليل طيف محاسبه شده با اين روش، منجر به وجود نويز رنگي در سريهاي زماني ايستگاههاي دائم شد.
روش برآورد مولفههاي واريانس با كمك كمترين مربعات ابزار كارآمدي براي مدلسازي مدل تصادفي است. اين روش توانايي برآورد مدل تصادفي بصورت تكمتغيره و چندمتغيره را داراست. علاوه بر اين، با اعمال قيد نامنفي واريانسها ميتوان مولفههاي واريانس نويزها را مثبت برآورد كرد. همچنين مولفههاي برآورد شده را ميتوان با آزمونهاي آماري اعتبارسنجي كرد كه در اينصورت نتايج بدست آمده از منظر آمار و احتمالات نيز معتبر خواهد بود. يكي از معايب روش برآورد مولفههاي واريانس با كمك كمترين مربعات پيچيدگي معادلات و زمانبر بودن محاسبات بود كه با قطريسازي ماتريسهاي واريانس-كواريانس نويزها رفع شد. با بكارگيري عملگر تجزيه مقادير منفرد (SVD) و اعمال تبديل متغير روي ماتريس واريانس-كواريانس نويزها، قطري و باعث تسريع در محاسبات ميشوند. با بازنويسي معادلات، پيچيدگي معادلات روش كلاسيك كاهش و سادهتر شدند. با اعمال نوآوري پيشنهاد شده ويژگيهاي بارز و مزيتهاي آن حفظ ميشوند و مزيتهاي ديگري نظير سرعت بالاي محاسبات و معادلات ساده نيز به آن اضافه شدند. تبديل متغير پيشنهادي محدوديتي در حالتهاي تكمتغيره و چندمتغيره اعمال نميكند و در هر دو حالت باعث تسريع در محاسبات ميشوند. تعداد 500 سريهاي زماني روزانه با طول 5، 10، 15 و 20 ساله با نويزهاي رنگي معلوم شبيه سازي شدند و مولفههاي واريانس آنها در حالتهاي كلاسيك و سريع برآورد شدند. مدت زمان محاسبه مولفههاي واريانس در حالت تكمتغيره كلاسيك به ترتيب 5950، 41800، 142950 و 357750 ثانيه و در حالت سريع به ترتيب 85.3، 266.4، 566.3 و 963.2 ثانيه براي سريهاي زماني شبيهسازي شده با طولهاي 5، 10، 15 و 20 سال كه مدل تصادفي آن تنها يك نويز رنگي دارد، بدست آمدند. همانند مقايسه اخير براي سريهاي زماني شبيه سازي شده با مدل تصادفي كه دو نويز رنگي دارد نيز انجام كه به ترتيب 20925، 131530، 409625 و 1141000 ثانيه در حالت كلاسيك تك متغيره و 180.3، 543.2، 1142 و 1933.5 ثانيه در حالت سريع آن زمان براي محاسبه مولفههاي آن صرف شدند. بطور كلي با استفاده از تبديل متغير پيشنهادي علاوه بر سادهتر شدن معادلات، باعث كاهش چشمگير زمان برآورد مولفههاي واريانس با كمك كمترين مربعات ميشود كه باعث كمك بيشتر براي پردازش سريهاي زماني طولاني مدت ايستگاههاي دائم GNSS ميشود.
كليدواژه لاتين
Least square harmonic estimation , Fast non-negative least square variance component estimation , Common mode component , Time series of permanent stations.
عنوان لاتين
Speed-up of functional and stochastic model identification on common-mode component estimation of permanent stations position time series
گروه آموزشي
مهندسي نقشه برداري
چكيده لاتين
Analysis of time series of permanent GNSS stations provides researchers with valuable information about the Earth. Researchers in engineering sciences try to obtain information from measurements in a short time and at low cost using mathematical tools and probability statistics. Thus, computation time is an important component in processing time series, and researchers have conducted many studies on this subject. With the passage of time since the establishment of permanent GNSS stations, long-term time series of components (East, North, and Up) of permanent stations can be obtained, and useful information in the field of understanding the Earth can be obtained by analyzing them. Modeling time series of permanent GNSS stations is one of the goals of many researchers, which leads to a greater understanding of terrestrial phenomena. For this purpose, time series are divided into two parts: functional model and stochastic model, which can be modeled with mathematical tools such as least squares, and the significant components of each part can be identified using univariate and multivariate modes. For this purpose, the least squares harmonic analysis was used in univariate and multivariate modes to identify the components of the functional model. Also, using this method, the common component components in the multivariate mode of this method were identified and modeled. Also, by analyzing the spectrum calculated with this method, it was found that there was colored noise in the time series of permanent stations. The method of estimating variance components with the help of least squares is an efficient tool for modeling a random model. This method has the ability to estimate a random model in univariate and multivariate forms. In addition, by applying the non-negative variance constraint, the noise variance components can be estimated positively. Also, the estimated components can be validated with statistical tests, in which case the results obtained from the perspective of statistics and probabilities will also be valid. One of the disadvantages of the method of estimating variance components using least squares was the complexity of the equations and the time-consuming calculations, which were overcome by diagonalizing the variance-covariance matrices of the noises. By using the singular value decomposition (SVD) operator and applying variable transformation to the variance-covariance matrix of the noises, they are diagonalized and accelerate the calculations. By rewriting the equations, the complexity of the equations of the classical method was reduced and simplified. By applying the proposed innovation, its prominent features and advantages are preserved, and other advantages such as high speed of calculations and simple equations are added to it. The proposed variable transformation does not impose any restrictions in univariate and multivariate modes and accelerates the calculations in both modes. 500 daily time series with lengths of 5, 10, 15 and 20 years were simulated with known-colored noises and their variance components were estimated in the classical and fast modes. The calculation time of variance components in the classical univariate mode was 5950, 41800, 142950 and 357750 seconds, respectively, and in the fast mode was 85.3, 266.4, 566.3 and 963.2 seconds, respectively, for simulated time series with lengths of 5, 10, 15 and 20 years, whose random model has only one colored noise.
تعداد فصل ها
6
فهرست مطالب pdf
144051
نويسنده