OTOMATİK METEOROLOJİK GÖZLEM İSTASYONLARI İÇİN …...OTOMATİK METEOROLOJİK GÖZLEM İSTASYONLARI İÇİN VERİ KALİTE KONTROL SİSTEMİ TASARIMI Doç. Dr. İbrahim SÖNMEZ

OTOMATİK METEOROLOJİK GÖZLEM İSTASYONLARI İÇİN

VERİ KALİTE KONTROL SİSTEMİ TASARIMI

Doç. Dr. İbrahim SÖNMEZ

Ondokuz Mayıs Üniversitesi Havacılık ve Uzay Bilimleri Fakültesi Meteoroloji Mühendisliği Bölümü

1

İçerik

Neden Kalite Kontrol?

Meteoroloji Genel Müdürlüğü (MGM) ölçüm sistemi

Otomatik Meteorolojik Gözlem İstasyonu (OMGİ)

MGM’de çalıştırılan Kalite Kontrol Sistemi(KKS)

Uygulanan kalite kontrol testleri

Veri bayraklama sistemi

Örnek uygulama

Araştırma

Sonuç/Özet

2

3

Neden Kalite Kontrol ?

Farklı düzeylerde günlük hayatımızın içindedir.

MGM Hizmetleri

4

MGM Gözlem Sistemi

5

1237

OMGİ

68

Havaalanı

OMGİ

78

Deniz OMGİ

1383

OMGİ

16

Radar

( 13 Adet C-Band

1 Adet Mobil X-Band

2 Adet Deniz Radarı)

35

Yıldırım Tespit ve Takip Sistemi

10

Yüksek

Atmosfer

Gözlem Sistemi

(9 Adet sabit

1 Adet Mobil)

1444

Gözlem

Sistemi

Toplam 1444 adet gözlem noktasında ölçüm yapmakta.

Gözlem Sistemi – Son Durum

6

Periyot Parametre

1 D

akika

sck1dk

nem1dk

rzgyon1dk

rzghiz1dk

ygs1dk

gunsur1dk

gunsidgl1dk

gunsiddr1dk

gunsiddf1dk

OMGİ Ölçüm Parametreleri

7

8

Periyot Parametre Parametre

10

Dakikalık

Anlık Sıcaklık 5 cm Toprak Sıcaklığı (anlık)

Maksimum Sıcaklık 10 cm Toprak Sıcaklığı (anlık)

Minimum Sıcaklık 20 cm Toprak Sıcaklığı (anlık)

Toprak Üstü Min. Sıcaklığı (5 cm) 50 cm Toprak Sıcaklığı (anlık)

Anlık İşba 100 cm Toprak Sıcaklığı (anlık)

Anlık Nem 20 cm Toprak Nemi (anlık)

Anlık Buhar Basıncı Toplam Güneşlenme Süresi

Anlık Basınç Toplam Global Güneşlenme Şiddeti

Toplam Yağış Toplam Direk Güneşlenme Şiddeti

Vektörel Rüzgar Yönü Toplam Difizyon Güneşlenme Şiddeti

Ortalama Rüzgar Hızı 1 m deki Açık Siper Sıcaklığı (anlık)

Maksimum Rüzgarın Yönü 2 m deki Açık Siper Sıcaklığı (anlık)

Maksimum Rüzgar Hızı 1 m deki Açık Siper Nem (anlık)

Maksimum Rüzgarın Saati 2 m deki Açık Siper Nem (anlık)

OMGİ Ölçüm Parametreleri

Veri yoğunluğu & trafiği

Toplam 1305 istasyon (OMGİ + H-OMGİ) için, Parametreler : 1 dk periyotlu : 9 parametre 10 dk periyotlu : 12 parametre

1 Dakikalık ve 10 dakikalık ölçümleri dikkate alınırsa, toplam ölçüm sayısı: 1 dakika : 11.745 10 dakika : 131.805 30 dakika : 395.415 1 saat : 790.830 6 saat : 4.744.980 12 saat : 9.489.960 1 gün : 18.979.920 9

10

Veri Kalite Kontrol

Ölçüm hataları (Alaka ve Levis, 1967) Sistematik hatalar Rastgele hatalar

Veri kalite kontrol 2 farklı şekilde ele alınabilir: 1. Ölçüm sistemine/parametresine 2. Ölçüm başına

Hatalı veri, Ölçüm aleti, rasatçı veya veri taşıma kaynaklı olabilir Kaynağı önemsenmeksizin, miktarı/hangi ölçüm

olduğu önemlidir Hatalı ölçümün VEYA hata miktarının belirlenmesi,

kalite kontrol sisteminin(KKS) temel amacıdır.

11

Wolfson vd(1978): Anlık sinoptik rasat kalite kontrolu. Mantıksal ve Aralık testleri uygulandı.

Wade(1987): Basınç, sıcaklık, RH ve rüzgar verilerinin kalite kontrolünü Barnes tekniğini yardımıyla tanımladı.

Meek ve Hatfield(1994): Bir tek istasyon için, Limit, Değişim ve Varyans testi uyguladı.

Gandin(1998): Sabit basınç yüzeyleri yükseklik ve sıcaklık değerleri için kalite kontrol testleri önerdi.

Vejen vd. (2002): İskandinav ülkeleri için kalite kontrol raporu. Aralık, Tutarlılık ve Alansal testler tanımlandı.

Shafer ve diğerleri (1999): Oklahoma Mesonet için, Aralık, Basamak, Benzer Alet, Israrlılık ve Alansal testleri tanımladı.

Sönmez ve Doggett (2003), Sönmez vd. (2005,207), : Batı Texas Mesonet için, Aralık, Basamak, Benzer Alet, Israrlılık ve Alansal testleri tanımladı.

Literatür araştırması

Oklahoma & Batı Texas Mesonet

New

Mexico

Texas

Arkansas Oklahoma

12

13

Nasıl bir Kalite Kontrol Sistemi?

Kalite kontrol sisteminin temel özellikleri:

Kontrollerin ölçüm bazında yapılması,

Bağımsız testlerin tanımlanması & her bir ölçüm için çalıştırılması,

Test eşik değerlerinin istasyon bazlı ve aylık kullanılması

Ölçümün sıhhat derecesini tanımlayan bayrakların üretilmesi & orijinal ölçüm değerlerinin değiştirilmemesi.

Bayrak Kodu Tanım Açıklama

‘N’ Çalıştırılmadı Test henüz çalıştırılmadı

‘I’ İyi Ölçüm testi geçti

‘S’ Şüpheli Ölçüm hakkında şüphe var

‘K’ Kötü Ölçüm hatalı

‘Y’ Uygulanamadı Test uygulanamadı

14

Ölçümün kendi içinde VEYA ilgili parametreler ile tutarlılığını kontrol eder.

Kriterlerin tanımlanması:

Bilirkişi Aletsel özellikler Literatür

1-) MANTIK TESTİ

Ölçümlerin bayraklanması:

EĞER Ölçüm Kontrol Şartını sağlıyor İSE Ölçüm :’İyi’

EĞER Ölçüm Çapraz Kontrol Şartını sağlamıyor İSE Ölçümler :’Kötü’

Kalite Kontrol Testleri

15

1-) Mantık Testi Uygulaması

Parametre Test Kriteri Çapraz Mantık

Kontrolü

rzgyon1dk rzgyon1dk=0 İSE rzghiz1dk=0 X

ygs1dk ygs1dk :çift sayı olmalı

gunsur1dk gunsur1dk=0 (gece saatleri için)

sck10dk sck10dk = sckmin10dk sck10dk >=işba10dk

X

rzgyon10dkort rzgyon10dkort=0 İSE rzghiz10dk=0 X

rzghiz10dkort rzghiz10ort

16

Ölçümlerin klimatolojik ve aletsel sınırlar içerisinde olup olmadığını kontrol eder

Sınır değerlerin elde edilmesi: Klimatolojik gözlemler Alet bilgileri

2-) ARALIK TESTİ

|------------|----------------------------------------*------------------|------------------|

Ölçüm

Genel Temayül:

Klimatolojik

Üst Limit

Aletsel

Üst Limit

Klimatolojik

Alt Limit

Aletsel

Alt Limit


17

|----------------------|---------------*---------------|----------------------|

Alt Limit-Delta Alt Limit Ölçüm Üst Limit Üst Limit+Delta

Klimatolojik Alt-Üst Limitlerin belirlenmesi :

EBİM veri tabanındaki Klima ve OMGİ ölçümleri kullanıldı.

‘Analiz’ ara yüz programından yararlanıldı

Her bir istasyon için aylık elde edildi

59 * 12* 206

(parametre * ay * istasyon)

2-) Aralık Testi Uygulaması

18

|----------------------|---------------*---------------|----------------------|


İstasyon : DATÇA Parametre : Toprak üstü minimum sıcaklığı


19

|----------------------|---------------*---------------|----------------------|



İstasyon Ay

Alt

Limit

(oC)

Üst

Limit

(oC)

17290 1 -4,0 23,1

17290 2 -4,5 24,0

17290 3 -1,8 28,0

17290 4 2,8 31,3

17290 5 7,4 40,0

17290 6 12,6 41,3

17290 7 17,5 44,2

17290 8 16,6 45,0

17290 9 10,8 40,0

17290 10 5,1 38,9

17290 11 -1,6 31,0

17290 12 -2,8 23,1

İstasyon Ay

Alt

Limit

(oC)

Üst

Limit

(oC)

17130 1 -24,9 16,6

17130 2 -24,2 20,4

17130 3 -19,2 26,6

17130 4 -7,2 31,6

17130 5 -1,6 34,4

17130 6 3,8 37,0

17130 7 4,5 40,8

17130 8 5,5 40,0

17130 9 -1,5 35,7

17130 10 -9,8 33,3

17130 11 -17,5 24,7

17130 12 -20,3 20,4

(Ankara) (Bodrum)

20

Periyot Parametre -Delta +Delta Mutlak Min Mutlak Max

Dakikalık

sck1dk -3,5 3,5 -60,0 60,0

nem1dk -10 10 1 100

rzgyon1dk 0 0 0 360

rzghiz1dk 0 40 0 600

ygs1dk 0 10 0 120

gunsur1dk 0 0 0 1

gunsiddr1dk 0 2000 0 15000

|----------------------|---------------*---------------|----------------------|


Delta ve Mutlak min-max tayini: Klimatoloji ve bilirkişi


21

|----------------------|---------------*---------------|----------------------|


Kontrol Bayraklama

EĞER ÜsttkAlt LimitGözlemLimit , İSE Ölçüm : ‘İyi’

EĞER DeltaLimitGözlemLimit ÜsttkÜst , VEYA

AlttkAlt LimitGözlemDeltaLimit , İSE Ölçüm : ‘Şüpheli’

EĞER DeltaLimitGözlem Üsttk , VEYA

DeltaLimitGözlem Alttk , İSE Ölçüm : ‘Kötü’



22

Birbirini takip eden iki gözlem arasındaki ardışık farkın makul sınırlar içinde olup olmadığını kontrol eder.

Maksimum basamak miktarının elde edilmesi:

Bilirkişi tecrübesi

Ölçümlerin istatistiksel incelenmesi

Aletsel özellikler

3-) BASAMAK TESTİ

DeltaFarkGözlemGözlem tktk max1,,

Genel Temayül:


23

Farkmax değerlerinin belirlenmesi:

k parametresi, m istasyonu & p ayı için;

m istasyonu için p ayına ait tüm ölçümleri dikkate al

Aralık testine göre tüm ‘Kötü’ ölçümlerin ayıkla

Geriye kalan ölçümlerin ardışık mutlak farkları hesapla

Elde edilen matrisin histogramı (sınıf aralığı ve frekanslarını) hesapla

Sınıf aralığının fonksiyonu olarak kümülatif histogram parametrelerini elde et

Kümülatif frekans değerinin %99 olduğu sınıf aralık değerini eşik değeri olarak ata

İşlemi her bir istasyon ve ay için tekrarla


3-) Basamak Testi Uygulaması

24

Farkmax değerlerinin belirlenmesi:



25

Parametre: sıcaklık1dk İstasyon Ay Farkmax(

oC) Delta(oC)

17023 1 1,5 0,2

17023 2 1,5 0,2

17023 3 1,7 0,2

17023 4 1,7 0,2

17023 5 1,6 0,2

17023 6 1,3 0,2

17023 7 1,5 0,2

17023 8 1,4 0,2

17023 9 1,4 0,2

17023 10 1,4 0,2

17023 11 1,7 0,2

17023 12 1,7 0,2


İstasyon Ay Farkmax(%) Delta(%)

17020 1 12 5

17020 2 11 5

17020 3 13 5

17020 4 13 5

17020 5 14 5

17020 6 13 5

17020 7 12 5

17020 8 12 5

17020 9 13 5

17020 10 12 5

17020 11 14 5

17020 12 13 5

Parametre: nem1dk

(Zo

ng

uld

ak)

(Bart

ın)


26


Kontrol Bayraklama

EĞER DeltaFarkGözlemGözlem tktk max1,, İSE tkGözlem , ve

1, tkGözlem : ‘Kötü’

EĞER max1,, FarkGözlemGözlem tktk İSE tkGözlem , ve

1, tkGözlem : ‘Şüpheli’

EĞER max1,, FarkGözlemGözlem tktk İSE tkGözlem , ve

1, tkGözlem : ‘İyi’



27

Arızalı ve/veya takılı kalan ölçüm aletini tespit için kullanılır

Gözlemi ∆ pencere aralığındaki ölçümler olmak üzere;

4. ISRARLILIK TESTİ

0}max{}min{ ii GözlemGözlem sağlayan ∆max

Genel Temayül:


∆max hesabı :

Aylık ve parametre bazında histogram yardımıyla hesaplandı.

28

AYLAR

Parametre 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

sck1dk 300 300 300 300 300 180 180 180 300 300 300 300

nem1dk 1440 1440 1440 1440 1440 1440 1440 1440 1440 1440 1440 1440

rzgyon1dk 120 120 120 120 120 120 120 120 120 120 120 120

rzghiz1dk 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30

ygs1dk 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30

gunsidgl1dk 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20

gunsiddr1dk 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30

sck10dk 30 30 30 30 30 18 18 18 30 30 30 30

4-) Israrlılık Testi Uygulaması

29


Gözlemi ∆ pencere aralığındaki veriler olmak üzere;

4-) Israrlılık Testi Uygulaması

Kontrol Bayraklama

EĞER ∆> ∆max Gözlemi: ‘Kötü’ (i=1:N )

EĞER ∆< ∆max Gözlemi: ‘İyi’ (i=1:N )

30

Benzer parametre VEYA farklı seviyelerdeki aynı parametre ölçümleri kiıyaslamak için kullanılır.

u ve v parametre & t zaman değişkenini göstermek üzere,

Genel Temayül:

5. BENZER ALET TESTİ

max,, FarkGözlemGözlem tvtu


31


Benzer Alet testi uygulanan parametre çiftleri:

1) Hava Sıcaklığı – 1 m. Açık Siper Sıcaklığı

2) Hava Sıcaklığı – 2 m. Açık siper Sıcaklığı

3) 1 m. Açık Siper Sıcaklığı – 2 m. Açık Siper Sıcaklığı

4) Hava Nemi – 1 m. Açık Siper Nemi

5) Hava Nemi – 2 m. Açık siper Nemi

6) 1 m. Açık Siper Nemi – 2m. Açık Siper Nemi

7) 5 cm Toprak Sıcaklığı – 10 cm Toprak Sıcaklığı




5-) Benzer Alet Testi Uygulaması

32


AYLAR

Parametre çifti 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

sck10dk & acsp1msck10dk 8,0 8,0 8,0 8,0 8,0 8,0 8,0 8,0 8,0 8,0 8,0 8,0

sck10dk & acsp2msck10dk 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0

acsp1msck10dk & acsp2msck10dk 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0

nem10dk & acsp1mnem10dk 4,0 4,0 4,0 4,0 4,0 4,0 4,0 4,0 4,0 4,0 4,0 4,0

nem10dk & acsp2mnem10dk 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0

acsp1mnem10dk & acsp1mnem10dk 4,0 4,0 4,0 4,0 4,0 4,0 4,0 4,0 4,0 4,0 4,0 4,0

tpsck5cm10dk & tpsck10cm10dk 12,0 12,0 12,0 20,0 20,0 20,0 20,0 20,0 20,0 12,0 12,0 12,0





33


Kontrol Bayraklama

EĞER max,, FarkGözlemGözlem tvtu İSE tuÖlçüm , ve

tvÖlçüm , : ‘Kötü’

EĞER max,, FarkGözlemGözlem tvtu İSE tuÖlçüm , ve

tvÖlçüm , : ‘İyi’



6-) ALANSAL TEST (literatüre)

Tarama yöntemi:Barnes(1964) :

Shafer ve diğerleri (1999):

Oklahoma Mesonet

Krigging yöntemi:

Vejen ve diğerleri (2002):

İskandinav ülkeleri

• Z(x)=M(x)+e(x)

• M = trend, e=“salınım

• M(x,y,h,l,s) = a0 + a1x + a2y + a3x2+ a4y2+ a5xy + a6h + a7s

m

1ii

m

1iii

e

w

z)d(w

Z

2

i

R

d4

i e)d(w

R di

obser. m of Variance : valueObserved:Z valueEstimated :ZZZ

o

eoe

34

35

Sıcaklık ve basınç parametreleri için uygulanmıştır

Her bir istasyon için aynı mikro klima içinde olacak şekilde 3’er komşu tayin edilmiştir.

Komşu listesi her parametre için ayrı yapıldı

Merkez istasyon ölçümü, komşu 3 istasyon ölçümü ile kıyaslanmıştır.

6. ALANSAL (UZAYSAL) TEST


36

Farkmin ve Farkmax değerleri önceden

tanımlandığı şekilde

elde edilmiştir

Farkmin ve Farkmax

değerleri her bir

istasyon ve ay için

hesaplanmıştır.

A

D

B C

6-) Alan Testi Uygulaması

37

İST Ay Komşu1 Fark1min Fark1max Komşu2 Fark2min Fark2max Komşu3 Fark3min Fark3max

17022 1 17611 132 189 17613 41 104 17023 121 179

17022 2 17611 131 188 17613 39 102 17023 119 176

17022 3 17611 127 187 17613 33 102 17023 114 175

17022 4 17611 125 184 17613 30 96 17023 113 171

17022 5 17611 124 180 17613 30 95 17023 112 170

17022 6 17611 119 174 17613 26 89 17023 109 162

17022 7 17611 119 178 17613 29 94 17023 110 167

17022 8 17611 120 176 17613 26 91 17023 109 166

17022 9 17611 122 181 17613 28 96 17023 111 168

17022 10 17611 128 181 17613 37 100 17023 116 172

17022 11 17611 129 186 17613 39 101 17023 118 176

17022 12 17611 131 190 17613 41 106 17023 119 179

17022(Zonguldak) için komşu basınç Farkmin & Farkmin değerleri:

Zonguldak (Ereğli) (Devrek) (Çaycuma)


38


u parametre değişkenini, t ölçüm anını ve x,y ve z merkez istasyon civarında bulunan komşu istasyonları göstermek üzere;


39

Sunum Veritabanı

Arşivleme Veritabanı

Data Bayrak

Kalite Kontrol Programı

Ana

Program

Aralık Testi

Basamak Testi

Israrlılık Testi

Benzer Alet Testi

Mantık Testi

Alansal Testi

İstasyon Numarası/Numaraları Başlangıç ve/veya Bitiş Tarihleri

Parametre Numarası/Numaraları

Test Numarası/Numaraları

Veri akışı ve KKS uygulaması

İstasyon

(MGM) (MGM)

Veri

Talebi

Bayrak sunumu

Bayrak Değeri Bayrak Tanımı Bayrak Açıklaması

-1 ---- Test çalıştırılmadı

0 İyi Gözlem testi geçti

1 Şüpheli Gözlem hakkında şüphe var

2 Kötü Gözlem hatalı

-9 ---- Test uygulanamadı

0 0 1 0 1 2

Parametre Ölçüm

Sıcaklık 12.8

Basınç 978.6

Nem 102

Man

tık

Ara

lık

Basam

ak

Isra

rlıl

ık

Ben

zer

Ale

t

Ala

n

0 1 0 0 -1 -9

0 2 2 0 -1 -1

40

41

Örnek Uygulama İstatistikleri

42

Örnek Uygulama İstatistikleri

MGM - Operasyonel Aylık bazda,

Veri tabanına veri akarımı tamamlanmakta

KKS testleri uygulanmakta(tanımlı bayraklar üretilmekte)

KKS bayrak bilgileri veri satışı/sunumu için kullanılmakta

Şüpheli/Kötü bayraklara sahip veriler uzman kişiler tarafından incelenmekte.

Bu ölçümlerin yeni eşik değeri mi işaret ettiği yoksa gerçekten hatalı kayıt mı olduğu değerlendirilmekte

Değerlendirme sonucuna göre, Test eşik değerleri (-Gerek duyulursa )güncellenmekte

Kalite kontrol sistemi yeniden çalıştırmakta

Testlerdeki muhtemel iyileştirme için geri besleme sağlanmakta 43

Bayraklama sisteminin faydaları

Bayrak bilgisi dinamiktir

Yenilenen test kriterleri/eşik değerlerine göre yeniden çalıştırılarak güncellenmeye müsaittir.

Veri sunumu/satışı açısından, belirlenecek kriterlere göre verinin süzgeçlenmesini mümkün kılar

Bakım çalışmalarının yönetilmesi için yol göstericidir.

Özellikle bazı testler(aralık,ısrarlılık gibi) arızalı sensörün doğrudan tespitini mümkün kılar.

Parametrelere ait bayrakların zamansal değişimleri izlenerek bakıma ihtiyacı olan sensörler kolayca tespit edilebilir.

0 0 1 0 1 2

Man

tık

Ara

lık

Basam

ak

Isra

rlıl

ık

Ben

zer

Ale

t

Ala

n

44

45

0 50 100 150 200 250 300 350 4000

500

1000

1500

2000

2500

3000

Julian Day

Occurr

ence F

requency

J. Day : 337,338,339

J. Day : 357, 358

J. Day : 30, 31

Günlere göre dağılım WS2m & WS10m Saçılma diagramı

Araştırma (Sönmez vd., 2005)

46

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

Sites

Occura

nce fre

quency

OLTO FLOY

AMHE

ABER

RALL

HART SILV ROAR

WHIT

İstasyonların Uzaysal Dağılımı İstasyonlara göre dağılım


47

Dec 3 Dec 4 Dec 5 Dec 60

50

100

Rela

tive H

um

idity (

%)

Dec 3 Dec 4 Dec 5 Dec 6-4

-2

0

2

4

WS

2m

-WS

10m

(m

/s)

Dec 3 Dec 4 Dec 5 Dec 6-10

0

10

20

Tem

pera

ture

(O

C) Temp at 1.5m

Temp at 9m

İstasyon: FLOY 2 Aralık, 19:20 – 6 Aralık, 18:20, 2002


2

4

6

8

WS

at

2m

(m

/s)


2

4

6

8

10

WS

at

10m

(m

/s)


48

Sonuçlar/Özet Ölçüm bir milli servettir, dolayısıyla bakımı ve

muhafazası özenle yapılmalıdır.

KKS için, orijinal ölçümler korunarak bağımsız testler yardımıyla ölçüm sıhhatinin derecelendirilmesi temel prensiptir.

Sunulan bayraklama sistemi birçok açıdan kullanışlıdır

Dinamik olması

Veri sunum noktasında esneklik sağlar

Sensör bakımlarının daha etkin planlanmasına yardımcı olur.

49

Sorular / Öneriler / Yorumlar

OTOMATİK METEOROLOJİK GÖZLEM İSTASYONLARI İÇİN …...OTOMATİK METEOROLOJİK GÖZLEM İSTASYONLARI İÇİN VERİ KALİTE KONTROL SİSTEMİ TASARIMI Doç. Dr. İbrahim SÖNMEZ

Documents