GÖRÜNTÜ İŞLEME TEKNİĞİ YARDIMIYLA ELDE EDİLEN DENEYSEL SONUÇLARIN HİBRİD SAYISAL DALGA MODELİNİN PERFORMANS ANALİZİNDE KULLANIMI

Year 2019, Volume: 8 Issue: 3, 183 - 196, 20.12.2019

Kutsi Savaş Erduran , Ahmet Şakir Dokuz , Uğur Ünal

https://doi.org/10.28948/ngumuh.634708

Cited By: 1

Abstract

   Bu çalışmanın iki amacı vardır. İlk olarak,
dalga yayılımlarının modellenmesinde kullanılan sayısal hibrid dalga modelinin
performansının iki farklı şekilde elde edilen deneysel çalışma sonuçları kullanılarak
belirlenmesi, ikincisi ise deney sonuçlarının sayısallaştırılmasında kullanılan
yöntemlerden biri olan görüntü işleme tekniğinin benzer çalışmalarda
kullanılabilirliğinin araştırılmasıdır. Sayısal model, Boussinesq
denklemlerinin hibrid çözümüne dayanmaktadır. Hibrid çözüm, sonlu hacim
yönteminin, Boussinesq denklemlerinin konservatif kısmına uygulanması ve sonlu
fark yönteminin, daha yüksek dereceli dispersif terimleri içeren geri kalan
terimlere uygulanmasıyla oluşturulmuştur. Bu çalışmada öncelikle Niğde Ömer
Halisdemir Üniversitesi inşaat mühendisliği bölümü hidrolik laboratuvarında
bulunan kanalda çeşitli dalga özelliklerine sahip bir dizi dalga yayılım deneyi
gerçekleştirilmiştir. Daha sonra, gözle okuma ve görüntü işleme tekniği ile
elde edilen dalga yayılım deneylerine ait su yüzü profillerinin sayısal sonuçlarının,
hybrid sayısal model sonuçları ile karşılaştırılması yapılarak modelin
performans analizi yapılmıştır. Ayrıca, görüntü işleme tekniğinin deneyler
esnasında gözlenen su yüzü profillerinin sayısal değerlerinin elde edilmesinde
ne derecede kullanılabilir olduğunun değerlendirilmesi yapılmıştır. 

Keywords

hibrid sayısal dalga modeli, fiziksel dalga modeli, görüntü işleme tekniği, Boussinesq denklemleri, sonlu farklar ve sonlu hacim yöntemleri

PERFORMANCE ANALYSIS OF A HYBRID NUMERICAL WAVE MODEL BASED ON EXPERIMENTAL RESULTS OBTAINED BY IMAGE PROCESSING TECHNIQUE

Abstract

   The aim of
this study has two folds; to determine the performance of numerical hybrid wave
model used in modelling of wave propagation by comparing the numerical results
with the experimental results, which obtained in two different ways and to
investigate the applicability of image processing technique, which has implemented
to digitize the observed water surface profiles during the experiments, to
similar studies. The numerical model is based on a hybrid solution of the
Boussinesq equations. The hybrid solution has formed by the application of the
finite volume method to the conservative part of the recast Boussinesq
equations and finite-difference method to the remaining terms including the
higher order dispersive terms. In this study, firstly, a series of experiments
with various wave characteristics has been conducted in a flume in the hydraulic
laboratory of civil engineering department at Niğde Ömer Halisdemir University.
Then, the performance of the model was assessed by comparing the digitized water
surface profiles obtained by reading and implementing image processing techniques. In addition, the extent of the applicability of image processing
technique to digitize water surface profiles was evaluated. 

Keywords

numerical hybrid wave model, physical wave model, image processing technique, Boussinesq equations, finite difference and finite volume methods

References

• [1] ERGİN, A., “Denizlerimiz ve Kıyılarımız”, I. Ulusal Kıyı Mühendisliği Sempozyumu, 1-2, Samsun, Türkiye, 1996.
• [2] KIRKGÖZ, M.S., “Kıyı Erozyonunun Boyutları”, Kıyı ve Liman Mühendisliği Türkiye Mühendislik Haberleri, 421, 71-73, 2002.
• [3] http://www.oecd.org/officialdocuments/publicdisplaydocumentpdf/?cote=OCDE/GD(97)83&docLanguage=En (erişim tarihi 16.10.2019).
• [4] UN Atlas of the Oceans, “Percentage of Total Population Living in Coastal Areas”, Report for the United Nations, 2010.
• [5] NWOGU, O., “Alternative Form of Boussinesq Equations for Nearshore Wave Propagation”, Journal of Waterway, Port, Coastal and Ocean Engineering, 119, 618-638, 1993.
• [6] BEJI, S., NADAOKA, K., A “Formal Derivation and Numerical Modelling of the Improved Boussinesq Equations for Varying Depth”, Ocean Engineering, 23, 691-704, 1196.
• [7] BOUSSINESQ, J., “Theorie Des Ondes Et Des Ramous Qui Se Propagent Le Long D’un Canal Rectangulaire Horizontal”, Journal de Mathematique Pures et Appliquees Deuxieme Serie, 17, 55-108, 1872.
• [8] FRAZAO, S.S., ZECH, Y., “Undular Bores and Secondary Waves-Experiments and Hybrid finite-Volume Modelling”, Journal of Hydraulic Research, 40, 33–43, 2002.
• [9] ANGNUURENG, D,B., RANASINGHE, R. “Shoreline Resilince to Individual Storms and Storm Clusters on a Meso-Macrotidal Barred Beach”, Geomorphology, 290, 265-276, 2017.
• [10] SPLINTER, K,D., HOLMAN, R., “Observations and Modelling of Shoreline and Multiple Sandbar Behaviour on a High-Energy Meso-Tidal Beach”, Continental Shelf Research, 159, 33-45, 2018.
• [11] HOLMAN, R.A., SALLANGER, A.H., LIPPMANN, T.C., HAINES, J.W., “The Application of Video Image Processing to the Study of Nearshore Processes”, Oceanography, 6(3), 78-85, 1993.
• [12] AAGAARD, T., HOLM, J., “Digitization of Wave Run-up Using Video Records”, Journal of Coastal Research, 5(3), 547-551, 1989.
• [13] DİNGEMANS, M., “Water Wave Propagation Over Uneven Bottoms”, Advance Series in Ocean Engineering 13(2), World Scientific Singapore, 1997.
• [14] ERDURAN, K.S., ILIC, S., KUTIJA, V., “Hybrid Finite-Volume Finite-Difference Scheme for The Solution of Boussinesq Equations”, International Journal for Numerical Methods in Fluids, 49, 1213-1232, 2005.
• [15] MADSEN, P.A., SORENSEN, O.R., “A New Form of The Boussinesq Equations with Improved Linear Dispersion Characteristics Part 2A Slowly-Varying Bathymetry”, Coastal Engineering, 18, 183-204, 1992.
• [16] ROE, P.L., “Approximate Riemann Solvers, Parameter Vectors and Difference Schemes”, Journal of Computational Physics, 43, 357-372, 1981.
• [17] YAMAMOTO, S., KANO, S., DAIGUJI, H., “An Efficient CFD Approach for Simulating Unsteady Hypersonic Shock-Shock Interferance Flows”, Computers and Fluids, 27, 571-580, 1998.
• [18] WEI, G., KIRBY, J.T., “Time-Dependent Numerical Code for Extended Boussinesq Equations”, Journal of Waterway Port, Coastal and Ocean Engineering, 121, 251-261, 1995.
• [19] https://www.gunt.de/en/products/wave-generator/070.16241/hm162-41/glct-1:pa-148:pr-692 (erişim tarihi 18.08.2019).
• [20] CANNY, J., “A Computational Approach to Edge Detection”, IEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, 6, 679-698, 1986.
• [21] BISWAS, R., Sil, J., “An Improved Canny Edge Detection Algorithm based on Type-2 Fuzzy Sets”, Procedia Technology, 4, 820-824, 2012.