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

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.

Anahtar Kelimeler:

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

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,

PDF

___

[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.