dc.contributor.advisor | Durmaz, Murat | |
dc.contributor.author | Yıldız, İrem | |
dc.date.accessioned | 2021-10-13T08:14:38Z | |
dc.date.issued | 2021 | |
dc.date.submitted | 2021-06-20 | |
dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/11655/25549 | |
dc.description.abstract | Short term forecasting of Ionosphere is not only an important topic for both near
real-time applications such as single frequency point positioning and navigation, but
also monitoring the ionosphere by data assimilation methods. In this study, short
term forecasting of global ionosphere on the basis of Trigonometric B-splines is stud-
ied with both Deep Learning methods such as LSTM and also conventional methods
such as SARIMA. In addition, dimension reduction with Principal Component Anal-
ysis is also investigated. The Trigonometric B-spline coefficient time series of Global
Ionosphere is obtained by generating coefficients using approximately 20 years of IGS
global ionosphere maps in IONEX format. After examining the data, two different
methods are proposed on the basis of trends. One is assuming the trend as constant,
and the other is a combination of linear and annual trend by Facebook Prophet li-
brary. Performance of LSTM and SARIMA models are investigated in the forecasting
of individual B-spline coefficient, and also in terms of forecasting Spatial Mean and
Principal Components. In addition, a block based LSTM model is also proposed. Best
model for each method is established by means of hyper parameter search. Then these
best models are compared on days of both quiet and storm ionospheric conditions.
According to the results, the combination of dimension reduction with SARIMA model
performs better in both quiet and storm days, with 56.17% and 32.59% improvement
with respect to persistent ionosphere model, respectively. The proposed block based
LSTM model and PCA LSTM provide close results to the SARIMA model with 15%
and 21% improvement especially around 00:00 UT. In addition, up to 56% improvement is achieved in the PCA SARIMA model in 2010 on selected days. Although LSTM
provides a blackbox model building, feature engineering based on SARIMA model
parameters in LSTM models may provide better results. | tr_TR |
dc.language.iso | en | tr_TR |
dc.publisher | Fen Bilimleri Enstitüsü | tr_TR |
dc.rights | info:eu-repo/semantics/openAccess | tr_TR |
dc.subject | Vertical total electron content | tr_TR |
dc.subject | Lonosphere forecasting | tr_TR |
dc.subject | LSTM | tr_TR |
dc.subject | Sarıma | tr_TR |
dc.subject | PCA | tr_TR |
dc.subject.lcsh | Geomatik mühendisliği | tr_TR |
dc.title | Forecasting of Global Vertical Total Electron Content Based on Trigonometric B-Spline with Long Short Term Memory | tr_TR |
dc.title.alternative | Trigonometrik B-Spline Tabanlı Küresel Dikey Toplam Elektron İçeriğinin Uzun Kısa Süreli Bellek (LSTM) ile Tahmini | |
dc.type | info:eu-repo/semantics/masterThesis | tr_TR |
dc.description.ozet | İyonosferin kısa dönemli tahmini, hem tek frekanslı konumlandırma ve navigasyon yarı
gerçek zamanlıya uygulamalar için hem de veri asimilasyon yöntemleri ile iyonosferin
izlenmesi için önemli bir konudur. Bu çalışmada, küresel iyonosferin Trigonometrik B-
spline temelinde kısa dönemli tahmini, hem LSTM gibi Derin Öğrenme yöntemleri hem
de SARIMA gibi geleneksel yöntemlerle incelenmiştir. Ayrıca Temel Bileşen Analizi ile
boyut küçültme de incelenmiştir. Küresel İyonosfer’in Trigonometrik B-spline katsayı
zaman serisi, IONEX formatında yaklaşık 20 yıllık IGS küresel iyonosfer haritaları kul-
lanılarak katsayılar üretilerek elde edilmiştir. Veriler incelendikten sonra trend bazında
iki farklı yöntem önerilmiştir. Biri trendin sabit olduğunu varsayarken, diğeri Facebook
Prophet tarafından lineer trend ve yıllık trendin bir kombinasyonu kullanır. LSTM ve
SARIMA modellerinin performansı, bireysel B-spline katsayısının tahmininde ve ay-
rıca Mekansal Ortalama ve Temel Bileşenlerin tahmin edilmesi açısından çalışılmıştır.
Ayrıca blok tabanlı bir LSTM modeli önerilmiştir. Her yöntem için en iyi model, hi-
per parametre araması yoluyla belirlenir. Daha sonra her yöntemin en iyi modeli hem
normal hem de fırtınalı iyonosferik koşullardaki günlerde karşılaştılmıştır.
Sonuçlara göre SARIMA modeli ile boyut küçültme kombinasyonu, hem normal hem
de fırtınalı günlerde, persistence iyonosfer modeline göre sırasıyla %56.17 ve %32.59
iyileştirme ile daha iyi performans göstermektedir. Önerilen blok tabanlı LSTM modeli,
özellikle 00:00 UT civarında normal günlerde %15, PCA LSTM model ile 21% iyileş-
tirme ile SARIMA modeline yakın sonuçlar vermektedir. Ayrıca 2010 yili için seçilmiş
günlerde PCA SARIMA modelde 56%’lara varan iyileşme sağlanmıştır. LSTM bir kara
kutu model yapısı sağlamasına rağmen, LSTM modellerinin eğitiminde SARIMA modelinin parametrelerine dayali öznitelik mühendisliği yapılarak daha iyi sonuçlar elde
edilebilir. | tr_TR |
dc.contributor.department | Geomatik Mühendisliği | tr_TR |
dc.embargo.terms | Acik erisim | tr_TR |
dc.embargo.lift | 2021-10-13T08:14:38Z | |
dc.funding | Yok | tr_TR |