الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه(شماره حساب)ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.comشامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر --مقالات آماده سفارش داده شده پس از تایید به ایمیل شما ارسال خواهند شد.
قیمت
قیمت این مقاله: 48000 تومان
(ایران ترجمه - Irantarjomeh)
توضیح
بخش زیادی از این مقاله بصورت رایگان ذیلا قابل مطالعه می باشد.
شماره
۱۰
کد مقاله
IND10
مترجم
گروه مترجمین ایران ترجمه – irantarjomeh
نام فارسی
سیستم هشدار قبل از وقوع سیل:
ماژول های طراحی، پیاده سازی و محاسباتی
نام انگلیسی
Flood early warning system: design, implementation and computational modules
تعداد صفحه به فارسی
۳۷
تعداد صفحه به انگلیسی
۱۰
کلمات کلیدی به فارسی
سیل در نواحی شهری، سیستم هشدار قبل از وقوع سیل، مدلسازی، ثبات سد، شبیه ساز سیل، سد مجازی، هوش مصنوعی، ابرهای عصبی
کلمات کلیدی به انگلیسی
UrbanFlood; early warning system; flood; modeling; dike stability; Flood Simulator; Virtual Dike; artificial intelligence; neural clouds
مرجع به فارسی
کنفرانس بین المللی علوم محاسباتی
دانشگاه آمستردام، هلند
اچ آر والینگفورد، انگلستان
دپارتمان علوم کامپیوتر لهستان
دانشگاه پلی تکنیک پترزبرگ، دانشگاه ITMO روسیه
الزویر
مرجع به انگلیسی
International Conference on Computational Science, University of Amsterdam, The Netherlands; St.Petersburg State Polytechnic University, Russia, c TNO, The Netherlands; UK, Department of Computer Science & ACC Cyfronet AGH, Poland; Siemens , Russia; National Research University ITMO, St. Petersburg, Russia; Elsevier
کشور
هلند، انگلستان، لهستان، روسیه
سیستم هشدار قبل از وقوع سیل: ماژول های طراحی، پیاده سازی و محاسباتی
چکیده
در این مقاله ما یک نمونه از سیستم هشدار قبل از وقوع سیل (EWS) که در پروژه UrbanFlood FP7 توسعه یافته است را مورد بررسی قرار می دهیم. این سیستم اقدام به کنترل شبکه های حسگری می نماید که در مناطق سیلابی (آب گذرها، سدها، خاکریزها، غیره) نصب شده اند. این سیستم قابلیت تشخیص موارد غیر متعارف حاصله از سیگنال های تشخیص گر را داشته و بر مبنای آن قابلیت محاسبه احتمال شکست یک سد یا سیل شکن و توانایی شبیه سازی سناریوهای محتمل مثل شکافتگی در سد و انتشار سیلاب را نیز خواهد داشت. کلیه اطلاعات مرتبط و نتایج شبیه سازی به یک سیستم تعاملی پشتیبانی از تصمیم تغذیه می شوند و با این کار قابلیت کمک به مدیران سد و مقامات مسئول شهری جهت اتخاذ تصمیمات مقتضی در شرایط اضطراری بوجود آمده و امکان ارزیابی روتینی کیفیت سد نیز حاصل می گردد. علاوه بر این موارد، یک مدل محاسباتی مجازی سد نیز برای تحقیقات پیشرفته در خصوص ثبات سد و مکانیزم های شکست ایجاد شده است که قابلیت آموزش و بکارگیری ماژول های هوش مصنوعی با توجه به پارامترهای سیگنال ارسال شده، بر اساس موارد ثبت شده از عدم وجود ثبات در سدها را خواهد داشت. این مقاله اقدام به تشریح طراحی و عملکرد کلی سیستم Urban Flood EWS، همراه با رویه های محاسباتی، ضرایب مشخص، تعاملات آنها از طریق میان افزارهای فضای اطلاعاتی و نتایج اولیه نظارت و بررسی EWS و معیارهای عملکرد در این رابطه، می نماید.
کلمات کلیدی: سیل در نواحی شهری، سیستم هشدار قبل از وقوع سیل، مدلسازی، ثبات سد، شبیه ساز سیل، سد مجازی، هوش مصنوعی، ابرهای عصبی
سیستم هشدار قبل از وقوع سیل: طراحی پیاده سازی محاسباتی
۱- مقدمه و طراحی کلی سیستم هشدار قبل از وقوع سیل
سیلاب های فاجعه آمیز اخیر در سراسر دنیا سبب حصول تعداد زیادی از پروژه هایی شده است که هدف آنها ایجاد سیستم های محافظت قدرتمندتر و هوشمندانه تر در برابر سیل می باشد. بسیاری از پروژه ها، که در بین آنها FLOODsite، FloodControl 2015 و International Levee Handbook نیز وجود دارند سعی در حل مسایل مرتبط با کنترل سیلاب می نمایند. یکی از چالش برانگیزترین این مشکلات طراحی سیستم هشدار قبل از وقوع سیل (EWS) برای ممانعت از سیل و مدیریت بلایا می باشد.
طراحی یک EWS نیازمند دسترسی به برخی از فناوری ها و بهره گیری از حیطه های تخصصی به شرح ذیل می باشد:
طراحی ادوات حسگر، نصب و حفظ و نگهداری فنی سیستم های دفاع در برابر سیلاب
بکارگیری ICT برای انتقال، فیلترینگ و آنالیز داده های حسگر
کاربرد میان افزار برای اتصال داده های حسگر، مستندات مربوطه، ابزارهای تحلیلی و نرم افزار مدلسازی
مدل های محاسباتی و مولفه های شبیه سازی برای آنالیز ثبات سد، تشخیص شکست سد، شبیه سازی دینامیک احتمالی سیل و بهینه سازی استراتژی های تخلیه
فناوری های تصویری پیشرفته تعاملی
ایجاد سیستم پشتیبانی از تصمیم که قابلیت کمک به مقامات دولتی و شهروندان در خصوص انتخاب تاکتیک های درست مقابله با سیلاب و مدیریت موقعیت های اضطراری را داشته باشد.
سیستم دسترسی از راه دور بر مبنای بهره گیری از اینترنت به منظور بکارگیری سیستم هشدار قبل از بروز سیل و سیستم پشتیبانی از تصمیم.
پروژه UrbanFlood EU FP7 به عنوان اولین تلاشی به شمار می آید که کلیه ویژگی های مطرح شده، در سیستم جامع EWS با قابلیت بررسی صدها هزار کیلومتر از سیستم های تدافعی سیلاب، را دارا می باشد. جهت مشخص نمودن مقیاس یک سد با توجه به سیستم pan-European لازم است تا چندین ویژگی کلی طراحی در سیستم UrbanFlood را مد نظر قرار داد:
تولید سریع و نیمه اتوماتیک EWS’s برای سدهای جدید، قابلیت پیاده سازی آسان و آمادگی جهت بکارگیری کامل آن در سیستم سلسله مراتبی سطح بالاتر EWS
سیستم انطباقی که قابلیت استفاده از EWS متعدد برای بسیاری از سدهای واحد را خواهد داشت و یا دارای انواع مختلف EWS برای یک سد است. یک مسئله شناخته شده در این خصوص وجود سازگاری بین استانداردها، پلتفرم ها و ماژول های مختلف می باشد.
سیستم هشدار قبل از وقوع سیل: طراحی پیاده سازی محاسباتی
برای اعمال تحقیقات پیشرفته در زمینه مکانیزم های ثبات و شکست سد، یک نرم افزار مجازی سد ایجاد گردید که بر مبنای مفاهیم تشریح شده در مراجع [۲۲، ۲۳، ۲۴] بوده است. بر این مبنا نقش سد مجازی در دو حیطه مشخص می گردد: (۱) این سیستم قابلیت کمک به متخصصین جهت ایجاد و کالیبره نمودن مدل های مهندسی ساده از طریق شبیه سازی های اساسی و چند مقیاسی با جزئیات منحصر به فرد آن در زمینه مکانیک سازه ای همراه با بکارگیری دینامیک سیالات را خواهد داشت و (۲) این سیستم قابلیت تولید سیگنال های «حسگر مجازی» که در شرایط هشدار سد مشاهده می شود را برای آموزش و تعیین ماژول های هوش مصنوعی را خواهد داشت. شبیه سازی های سد مجازی بر مبنای روش المان محدود می باشد و نیازمند منابع محاسباتی اساسی (سوپر کامپیوترها در حالت کاربرد شبیه سازی های سه بعدی مرتبط با تعامل ساختار سیال) می باشد. با توجه بدین موارد ما به مرکز سوپر کامپیوتر SARA دسترسی یافته و اقدام به پیاده سازی برخی از مولفه های شبیه سازی ابرهای SARA با کاربرد یک راهکار مرتبط با سیستم Big Grid نمودیم.
سیستم هشدار قبل از وقوع سیل: طراحی پیاده سازی محاسباتی
۲- رویه محاسباتی سیستم هشدار قبل از وقوع سیل در مناطق شهری (UrbanFlood)
رویه محاسباتی EWS بر مبنای شکل ۱ سازماندهی شده است: ماژول کنترل حسگر اقدام به دریافت جریان داده ها از حسگرهای نصب شده بر روی سد می نماید. داده های خام حسگر به وسیله تشخیص گر ناهنجاری ها بر مبنای هوش مصنوعی، که خود مشخص کننده ناهنجاری ها در رفتار سد یا خرابی های حسگر می باشد، فیلتر می گردد. ماژول آنالیز اطمینان پذیری نیز اقدام به محاسبه شکست سد در حالت بروز ناهنجاری در سطوح بالای آب و یا بروز طوفان یا بارش باران شدید می نماید. در صورتی که احتمال شکست بالا باشد، شبیه ساز Breach اقدام به پیش بینی دینامیک شکست احتمالی سد نموده و دبی تخلیه آب از طریق ایجاد رخنه یا شکافتگی را محاسبه نموده و علاوه براین زمان کلی سیلاب را نیز مشخص می سازد. پس از آن، ماژول های شبیه ساز سیل اقدام به مدلسازی دینامیک آب گرفتگی می نماید. برای متخصصین حرفه ای، مؤلفه سد مجازی موجود می باشد. کلیه ماژول های EWS با جزئیات آنها در بخش ۶-۲ تشریح می شوند.
سیستم هشدار قبل از وقوع سیل: طراحی پیاده سازی محاسباتی
۳- تشخیص گر ناهنجاری با استفاده از هوش مصنوعی
سدهایی که از نظر ساختاری با ثبات هستند به عنوان سدهایی تلقی می گردند که در وضعیت شرایط طبیعی می باشند. برای سیستم های دفاع در برابر سیلاب در زندگی حقیقی، هیچ گونه سوابق مشخصی برای پارامترهای حسگر «به صورت غیر عادی» در شرایط بحرانی قبل از شکست وجود ندارد. برای تشخیص «ناهنجاری»، ما می بایست از مفهوم دسته بندی یک جهته بر مبنای روش ابرهای عصبی (NC) استفاده نماییم. دیدگاه NC به ما اجازه تشخیص ناهنجاری ها بر مبنای رویه های اندازه گیری شده قبلی در ارتباط با رفتار «عادی» استفاده شده جهت آموزش را خواهد داد. پس از فاز آموزش، جزء هوش مصنوعی (AI) اقدام به پردازش برآوردهای حاصله از حسگرها در یک مود زمان واقعی می نماید و احتمالات ناهنجاری را محاسبه می کند. یکی از مزیت های اصلی روش های هوش مصنوعی در آنالیز داده های محیطی قابلیت کاربرد یک دیدگاه داده محور عاری از مدل می باشد، که تنها نیازمند داده های برآورد شده است.
سیستم هشدار قبل از وقوع سیل: طراحی پیاده سازی محاسباتی
۴- آنالیز قابلیت اطمینان سد
جهت آغاز اخطارهای مرتبط و شبیه سازی متعاقب محاسبات سیلاب، آستانه های وابسته مشخص گردیدند که بر مبنای احتمال شکست ساختار سدهای تحت بررسی می باشد. برای ساختارهای سد سیلابی، احتمال شکست غالبا بر مبنای شرایط مرتبط با بارگذاری هیدرولیکی (همانند سطح آب سیلاب و عملکرد موج) مشخص می گردد، که توزیع های احتمال حاصله تحت عنوان منحنی های شکنندگی خوانده می شوند. چنین مواردی غالبا با استفاده از آنالیز اطمینان پذیری استاندارد توسعه می یابند، به طور مثال به مراجع ۶، ۷ و ۸ رجوع کنید. در آنالیز قابلیت اطمینان سازه های متعارف، شکست سازه ای به هنگامی رخ خواهد داد که بارهای عمل کننده بر روی آن سازه بیشتر از ظرفیت یا مقاومت سازه شوند. احتمال شکست غالبا به شکل کلی ذیل ارائه می گردد (۹):
سیستم هشدار قبل از وقوع سیل: طراحی پیاده سازی محاسباتی
۵- فروپاشی سد و شبیه سازی های سیل
ماژول شبیه ساز سیل اقدام به پیش بینی دینامیک سیل و به هنگامی می نماید که سد با شکست سازه ای مواجه شده باشد. چنین موردی شامل دو محاسبه خواهد بود: ارزیابی میزان تخلیه از طریق درزهای به وجود آمده و محاسبه میزان گسترش سیلاب، این دو محاسبه به صورت مجزا انجام گردیده و بر این مبنا انتظار می رود که بتوان از این ادوات برای کاربرد در مدلهای دیگر در آینده بدون تغییر عملکرد ماژول شبیه ساز سیل استفاده نمود.
محاسبه میزان تخلیه شده از طریق شکاف یا روزنه ایجادی را می توان به عنوان یک مدل ساده شده بر مبنای مفهوم ذیل بر شمرد: شکاف ها با توجه به یک پهنای مشخص ایجاد می گردند که این پهنا به هنگامی که سطح آب گذر آن بصورت خطی با توجه به زمان کاهش می یابد تا آنکه به سطح پی یا پنجه سد برسد، پس از آن این سد بدون تغییر باقی مانده و پهنای شکاف بر مبنای یکی از دو معادله تجربی ذیل افزایش می یابد:
سیستم هشدار قبل از وقوع سیل: طراحی پیاده سازی محاسباتی
۶- سد مجازی
سد مجازی در حقیقت یک لابراتوار شبیه سازی چند مدله و چند مقیاسه پیشرفته برای کاربران متخصص و توسعه دهندگان مدل سد می باشند. این لابراتوار مجازی جهت تعیین اعتبار کلیه مدل های شامل شده در مراحل مدلسازی به کار گرفته می شود و تحت عنوان یک فیلد تحقیقاتی برای برنامه ریزی تجربی و درک فرایندهای فیزیکی بنیادین مدنظر است که بر روی ثبات سد و شکست آن تاثیر گذار خواهند بود. مقایسه نتایج شبیه سازی با داده های تجربی همچنین مشخص کننده خواص مواد و پارامترهای مدل محاسباتی می باشد که به بهترین وجهی معرف سدهای حقیقی هستند، که در آنها کلیه ویژگی ها و ناهمگنی ها و موارد خاص آنها در نظر گرفته می شوند. در اولین مرحله این پروژه، ما نسبت به بررسی ثبات سازه ای LiveDike که به عنوان یک سد دریایی در Eemshaven می باشد اقدام نمودیم. این سد قابلیت محافظت از یک بندر ساحلی در Groningen را خواهد داشت. این سد مجهز به حسگرهای خاص خود می باشد و همچنین جریان داده به صورت زمان واقعی نیز مهیا شده است. حسگرهای کنترل کننده فشار منافذ و شیب سد نیز در ۴ سطح مقطع این سد نصب شده اند. این سطوح مقطع در مدلهای دو بعدی تحت بار جذر و مدی آب شبیه سازی شده اند. نتایج این شبیه سازی در تطابق با حسگرهای فشار منافذ و داده های مرتبط قرار گرفته تا آنکه قابلیت کالیبره نمودن پارامترهای این مدل وجود داشته باشد.
سیستم هشدار قبل از وقوع سیل: طراحی پیاده سازی محاسباتی
۷- پیاده سازی EWS: جامعیت در فضای اطلاعات عمومی
به منظور سازماندهی مولفه های منحصر به فرد در یک سیستم هشدار قبل از وقوع سیل، UrbanFlood فراهم آورنده فضای اطلاعات عمومی (CIS) می باشد، که خود به عنوان یک چارچوب کلی برای ایجاد و میزبانی هر نوع از سیستم های EWS به شمار می آید که بر مبنای یک چرخه چهار مرحله ای کار می کند:
نظارت: داده ها در زمان واقعی از حسگرها جمع آوری شده و به EWS تغذیه می شوند.
آنالیز: یک یا چند سیستم کاربردی یا رویه کاری مختص EWS-specific در این بحث شامل شده تا قابلیت اعمال آنالیز جریان های داده حسگر وجود داشته باشد، همانند تشخیص ناهنجاری ها یا شبیه سازی بر مبنای مدل های تخصصی.
بررسی و قضاوت در زمینه ارزش ها: نتیجه این آنالیز بر مبنای قواعد خاص EWS-specific مورد بررسی و قضاوت قرار می گیرد تا آنکه قابلیت ارزیابی سطح خطر وجود داشته باشد یا آنکه قابلیت تعیین ضروریت عملکردهای خاصی که باید انجام شوند مشخص گردد.
مصلحت ها و قواعد: در صورتی که موارد خاصی بر مبنای ارزش های مشخص شده به عنوان مباحث الزامی مطرح گردند، رویه های کاربردی خاص EWS-specific را می بایست به منظور توصیه عملکردهای مرتبط برای کاربران در تعامل با سیستم پشتیبانی از تصمیم گیری تشریح نمود یا آنکه به صورت اتوماتیک موارد مرتبط را اعمال کرد تا بر روی این سیستم تاثیر داشته باشند.
سیستم هشدار قبل از وقوع سیل: طراحی پیاده سازی محاسباتی
۹- نتیجه گیری و تحقیقات آتی
در این مقاله ما نسبت به تشریح نمونه ای از سیستم هشدار قبل از وقوع سیل (EWS) اقدام نمودیم که شامل یک ماژول هوش مصنوعی برای تشخیص ناهنجاری های حسگر داده و همچنین متشکل از مجموعه ای از مدل ها برای آنالیز ثبات سد، وجود درز / رخنه در سد و انتشار سیلاب می باشد. کلیه مولفه های EWS در یک روند کاری هوشمندانه از طریق فضای اطلاعاتی عمومی به یکدیگر متصل بوده و دسترسی به صورت تعاملی / محاوره ای از رابط سیستم پشتیبان تصمیم گیرنده کاربر نهایی فراهم بوده است. علاوه بر این، ما سد مجازی، یک ابزار مدل سازی پیشرفته، به منظور مطالعات اصلی ثبات سد همراه با دینامیک جریان، را عرضه نمودیم. به علاوه ما اقدام به شبیه سازی LiveDike در Eemshaven تحت شرایط جذر و مد دریایی و سیلاب نمودیم. متعاقبا، ما با استفاده از شبیه ساز سیلاب در یک سناریوی رخنه RingDijk آزمایشاتی را انجام دادیم که در آن تیم دانشگاه آمستردام شرکت داشته و عملیات در محیط پارک علمی انجام شد.
شبیه ساز سد مجازی اقدام به مدل سازی خاک های ناهمگن / غیر یکنواخت در داخل سدها و شرایط حقیقی طوفان های دریایی می نماید. متعاقبا ما اقدام به مدل سازی مکانیزم های شکست سد بر مبنای آزمایشات IJkDijk، شامل عدم ثبات شیب، لوله کشی و فرسایش سد می نماییم. علاوه بر این، ما سعی در بررسی دیدگاه تئوری شناسایی سیستم می نماییم تا قابلیت ایجاد مدل های ساده بر مبنای مدل سازی و آنالیز داده های حسگر به صورت پیشرفته را داشته باشیم. در نهایت، سد مجازی به یک فضای اطلاعات عمومی ارتقا یافته تا قابلیت دریافت داده های ورودی حسگر به صورت اتوماتیک را داشته باشد و بتوان نتایج شبیه سازی زمان واقعی جهت نمایش آنها بر روی یک جدول چند لمسی یا یک رابط سیستم وبی را ایجاد نمود.
لطفا به جای کپی مقالات با خرید آنها به قیمتی بسیار متناسب مشخص شده ما را در ارانه هر چه بیشتر مقالات و مضامین ترجمه شده علمی و بهبود محتویات سایت ایران ترجمه یاری دهید.
