Please use this identifier to cite or link to this item: https://apothesis.eap.gr/handle/repo/34542
Title: Εφαρμογή στατιστικών διαγραμμάτων ελέγχου σε κλιματικά δεδομένα
Authors: Καρασιώτος, Χαρίλαος
Advisor: Μηλιένος, Φώτιος
Keywords: Άνεμος - Wind;Διαγράμματα ελέγχου μεταβλητών - Control charts for variables;Διαγράμματα ελέγχου ιδιοτήτων - Control charts for attributes;ARIMA
Issue Date: 16-Sep-2017
Abstract: Σκοπός της παρούσης διπλωματικής εργασίας είναι η εφαρμογή μεθόδων στατιστικού ποιοτικού ελέγχου στη μελέτη κλιματικών δεδομένων. Συγκεκριμένα, θα μελετηθεί η χρήση διαγραμμάτων ελέγχου στην επιτήρηση/επίβλεψη της ταχύτητας του ανέμου για την περιοχή της Θεσσαλονίκης. Είναι γεγονός ότι η ολοκλήρωση πολλών σύγχρονων κατασκευών, απαιτεί την πραγματοποίηση πολλών μελετών για πληθώρα παραμέτρων που μπορεί να επηρεάζουν π.χ. τη στατικότητα, την αντοχή ή γενικότερα, το χρόνο ζωής τους. Χαρακτηριστικό παράδειγμα είναι η κατασκευή μεγάλων γεφυρών, όπου οι μελέτες πρέπει να καταλήξουν σε ασφαλή συμπεράσματα για τη σεισμική δραστηριότητα της περιοχής, της ταχύτητας του ανέμου, τα επίπεδα βροχόπτωσης, υγρασίας κτλ. Ένα άλλο παράδειγμα αποτελεί και η εγκατάσταση μονάδων ανανεώσιμων πηγών ενέργειας όπως είναι τα φωτοβολταικά πάρκα και οι ανεμογεννήτριες. Προϋπόθεση για τον ακριβή προσδιορισμό της απόδοσης των μονάδων αυτών, αποτελεί π.χ. η μελέτη της ηλιοφάνειας και της ταχύτητας του ανέμου, της υπό εξέταση περιοχής. Μια τέτοια προσέγγιση όμως δεν πρέπει να είναι στατική, με την έννοια ότι θα πρέπει ανά τακτά χρονικά διαστήματα να επιβεβαιώνονται οι υποθέσεις πάνω στις οποίες βασίστηκε η αρχική μελέτη. Σε τυχόν αποκλίσεις από τις αρχικές προβλέψεις, θα πρέπει οι υπεύθυνοι του έργου να είναι σε θέση να προσδιορίσουν τους ακριβείς λόγους που συμβαίνει κάτι τέτοιο. Παρόλο που στη συγκεκριμένη εργασία εστιάζουμε στη μελέτη της ταχύτητας του ανέμου, τα εργαλεία και η μεθοδολογία που θα παρουσιαστούν μπορούν κάλλιστα να φανούν χρήσιμα όχι μόνο και σε άλλα κλιματικά δεδομένα, αλλά ακόμη π.χ. και σε διάφορους περιβαλλοντικούς δείκτες. Ο λόγος είναι ότι τέτοια στοχαστικά φαινόμενα παρουσιάζουν παρόμοια χαρακτηριστικά, τα οποία είναι τις περισσότερες φορές δύσκολο να αντιμετωπιστούν, από τη θεωρία στην οποία βασίζονται τα κλασσικά διαγράμματα ελέγχου. Πράγματι, τα δεδομένα που μελετήθηκαν στη συγκεκριμένη διπλωματική εργασία, παρουσίαζαν έντονη αυτοσυσχέτιση και απόκλιση από την κανονική κατανομή. Το γεγονός αυτό δημιούργησε προβλήματα στη χρήση γνωστών διαγραμμάτων, όπως το Ι-ΜR και το EWMA, έχοντας ως αποτέλεσμα πολλά σημεία να βρίσκονται εκτός ορίων καθώς υπήρχε έντονη η τάση μεγάλες (μικρές) τιμές να συνοδεύονται από αντίστοιχα μεγάλες (μικρές) τιμές (επακόλουθο της αυτοσυσχέτισης). Το πρόβλημα αυτό ήταν έντονο όταν η υπό εξέταση μεταβλητή ήταν η μέγιστη ημερήσια ταχύτητα ανέμου. Η βιβλιογραφία σε τέτοιες περιπτώσεις προτείνει, ως μια πιθανή λύση, την προσαρμογή αρχικά ενός κατάλληλου μοντέλου χρονοσειράς στα δεδομένα. Το μοντέλο το οποίο χρησιμοποιήθηκε ήταν ένα ARIMA μοντέλο, στα υπόλοιπα (residuals) του οποίου εφαρμόστηκαν γνωστά διαγράμματα ελέγχου. Να σημειωθεί ότι ένα μοντέλο με ικανοποιητική προσαρμογή στα δεδομένα, θα παράγει υπόλοιπα που θα ακολουθούν την κανονική κατανομή και θα είναι ασυσχέτιστα. Ταυτόχρονα, εάν το μοντέλο αυτό παραμένει το ίδιο στο πέρασμα του χρόνου, τα υπόλοιπα θα παρουσιάζουν μια σταθερότητα στη μέση τιμή και τη διασπορά τους (με απουσία αυτοσυσχέτισης). Ως ένας δεύτερος εναλλακτικός να αντιμετωπιστεί, κυρίως το πρόβλημα της αυτοσυσχέτισης και έπειτα της κανονικότητας των δεδομένων, ήταν να μελετηθούν οι μέγιστες τιμές της ταχύτητας του ανέμου, όχι ανά ημέρα, αλλά ανά βδομάδα ή ανά μήνα. Τα αποτελέσματα από την προσέγγιση αυτή ήταν ενθαρρυντικά καθώς και στις δύο περιπτώσεις (ανά βδομάδα και ανά μήνα) τα δεδομένα εμφάνιζαν μη σημαντικές αυτοσυσχετίσεις και μικρές αποκλίσεις από την κανονική κατανομή. Ως εκ τούτου, στις περιπτώσεις αυτές δε θεωρήθηκε αναγκαίο να προσφύγουμε στην προσαρμογή μοντέλων και μελέτης των υπολοίπων τους. Αναλυτικότερα, στην πρώτη ενότητα της συγκεκριμένης εργασίας, γίνεται μια εισαγωγή για τον άνεμο και τα φορτία των πιέσεων που αυτός προκαλεί. Εστιάζουμε στον τρόπο επίδρασης του ανέμου στο σχεδιασμό των κατασκευών, λαμβάνοντας κυρίως υπόψη τη μέθοδο υπολογισμού που χρησιμοποιείται στον Ευρωκώδικα 1. Στη δεύτερη ενότητα παρουσιάζονται βασικές τεχνικές και μέθοδοι του Στατιστικού Έλεγχου Διεργασιών. Τονίζεται η χρησιμότητά τους στους διάφορους κλάδους της οικονομίας, και όχι μόνο, και αναλύεται ο τρόπος λειτουργίας τους. Παρουσιάζονται επίσης τα κυριότερα Διαγράμματα Ελέγχου που χρησιμοποιούνται τόσο για Μεταβλητές όσο και για Ιδιότητες και αναφέρεται πότε είναι κατάλληλη η χρήση του κάθε διαγράμματος. Στο Παράρτημα 1 βρίσκονται τύποι και πίνακες με τιμές συντελεστών απαραίτητων για τον υπολογισμού των ορίων ελέγχου των διαγραμμάτων. Επίσης παρουσιάζονται στοιχεία από τη θεωρία ανάλυσης χρονοσειρών με χρήση μοντέλων ARIMA, τα οποία θα βοηθήσουν στην κατανόηση της μεθοδολογίας που ακολουθείται στην ανάλυση των δεδομένων. Στην τρίτη ενότητα της εργασίας παρουσιάζεται η ανάλυση των δεδομένων που συλλέχθηκαν από την ιστοσελίδα meteo.gr για το διάστημα από Μάρτιο 2012 ως και Νοέμβριο 2016. Γίνεται στατιστική ανάλυση, με χρήση του στατιστικού πακέτου Minitab, σε τρεις διαφορετικές μεταβλητές: τη μέγιστη ημερήσια ταχύτητα ανέμου, τη μέγιστη εβδομαδιαία ταχύτητα ανέμου και τη μέγιστη μηνιαία ταχύτητα ανέμου. Με βάση τη θεωρία και τα κριτήρια που αναφέρονται στη δεύτερη ενότητα, επιλέγεται κατάλληλο διάγραμμα ελέγχου για την πραγματοποίηση της ανάλυσης. Τέλος παρουσιάζονται συνοπτικά τα συμπεράσματα της εργασίας, από τα οποία προκύπτει ότι οι ταχύτητες ανέμου για την περιοχή της Θεσσαλονίκης δεν αποτελούν ιδιαίτερο κίνδυνο για το είδος των υφιστάμενων κατασκευών, καθώς φαίνεται να παραμένουν εντός των αναμενόμενων ορίων.
Appears in Collections:ΔΙΠ Διπλωματικές Εργασίες

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
Εφαρμογή στατιστικών διαγραμμάτων ελέγχου σε κλιματικά δεδομένα.pdfΚυρίως άρθρο2.95 MBAdobe PDFView/Open


Items in Apothesis are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.