• Nenhum resultado encontrado

Frontváltozások előrejelzése lokális meteorológiai adatokból

No documento Közösségi adatgyűjtésen alapuló (páginas 99-104)

4. Dinamikus térképfrissítés 82

4.1.3. Frontváltozások előrejelzése lokális meteorológiai adatokból

A fenti tesztszekvencia eredményeinek felhasználásával belátható tehát, hogy a „nincs front”→ „instabil hidegfront” átmenet az, amely esetében szignifikánsan megnövekszik a balesetek száma a közutakon mind lakott területen, mind azon kívül. Ebben a fejezetben a közösségi közreműködés által összegyűjthető, lokális meteorológiai adatok, illetve az

Az instabil hidegfront állapot esetén magasabb átlagértéknövekedés.

4.3. ábra. Középértékek összevetése. Vizsgált eset: lakott terü- leten kívüli balesetek száma, nincs átmenet instabil hi- degfrontról, illetve átmenet „nincs front” állapotról „in- stabil hidegfront” állapotra

A null hipotézis elutasításaa minták eloszlása közötti különbség szignifikáns.

4.4. ábra. Eloszlások hasonlóságának vizsgálata. Vizsgált eset: la- kott területen kívüli balesetek száma, nincs átmenet in- stabil hidegfrontról, illetve átmenet „nincs front” álla- potról „instabil hidegfront” állapotra

időjárási frontátmenetek közötti kapcsolatok vizsgálatára végrehajtott kutatásomat írom le.

Módszertan

A 4.2. táblázatból leolvasható, hogy a vizsgált frontátmeneti esetek közül csak olyan esetben volt megállapítható szignifikáns növekedés a baleseti számokban, amikor az átme- net kezdő vagy végállapota instabil hidegfront volt. A közelgő fronttípusok javaslására itt definiált metódusban így ezen állapot előrejelzését tűztem ki célul.

A frontelőrejelző algoritmus mögött húzódó feltételezés a következő: az ország kü- lönböző részein – vagy esetemben különböző városaiban – tapasztalt lokális meteorológi- ai paraméterek változásának összevetésén keresztül valószínűsíthető az aktuális időjárási frontállapot. Kutatásomban 5 magyar város (Szombathely, Pécs, Budapest, Debrecen és Szeged) lokális időjárási paramétereit használtam fel. Ezek közül a „szomszédos” városok napi átlagos hőmérséklet-különbségének megfigyelése érdekében 7 további változót számí-

Vizsgálati eset Normalizált baleseti számok változása Frontátmenet Átmenet

nélküli eset (bázis)

Lakott területen kívül

Lakott területen belül

Adatpontok száma

NFIH IH Növekedés (0,013) Növekedés (0,001) 295

NFSH SH Növekedés (0,075) Növekedés (0,041) 74

NFSM SM Csökkenés (0,167) Csökkenés (0,854) 234

NFIM IM Növekedés (0,529) Növekedés (0,457) 174

IHNF NF Növekedés (0,008) Csökkenés (0,180) 878

SMIH IH Növekedés (0,804) Növekedés (0,049) 260

IMIH IH Növekedés (0,002) Növekedés (0,518) 290

SHIH IH Növekedés (0,191) Növekedés (0,698) 214

4.2. táblázat. Tesztszekvencia kimenetei a vizsgálati esetekre. Az aláhúzott változások szignifikáns növekedést jelölnek. Szignifikancia szintje: 5%. A tesztsta- tisztika értékei a változás iránya után zárójelben jelölve.

tottam ki, majd adtam hozzá a 4.1.1. fejezetben bemutatott adatbázishoz. A párba állított városok, amelyekre az adatokat kiszámítottam a következők voltak:

• Budapest — Debrecen;

• Budapest — Pécs;

• Budapest — Szeged;

• Budapest — Szombathely;

• Pécs — Szombathely;

• Pécs — Szeged;

• Szeged — Debrecen.

A különbségképzés irányát a városok relatív földrajzi pozíciója alapján határoztam meg. A Magyarországot érintő meteorológiai folyamatokra – különösen az időjárási fron- tokra – jellemző, hogy északnyugat felől közelítik meg az országot, illetve innen délkeleti irányban haladnak. Ezt figyelembe véve úgy állítottam a különbségképzés irányát, hogy amennyiben hideg időjárás közelíti meg az országot északnyugat-nyugat felől, akkor a hőmérséklet-különbségek negatívak legyenek az érintett városok között.

Több további változót is bevezettem a frontelőrejelzések robusztusságának növelése érdekében. Az egyik ilyen a hőmérséklet-csökkenés jelző, egy bináris jelző (egy flag), melynek értéke akkor igaz – vagyis 1 –, amennyiben abszolút értelemben a legnagyobb hőmérséklet-különbség negatív értéket jelent. Ellenkező esetben hamis – vagyis 0. Ezen túl definiáltam egy éves szintű változót is, mely a választott párosított városok közötti abszolút hőmérséklet-különbségek éves mintasorának felső percentiliseit tartalmazta. A kutatás során több értéket is teszteltem, végül a 80. percentilis bizonyult a leghatékonyabb választásnak. A kalkulált éves értékeket a 4.3. táblázat tartalmazza.

Évszám 80. percentilis (C)

2001 3,3258

2002 3,1604

2003 3,3850

2004 3,2433

2005 3,1242

2006 3,2575

2007 3,2658

2008 2,8896

2009 3,2208

2010 3,1158

4.3. táblázat. A kiválasztott városok közötti abszolút hőmérséklet-különbségek összesí- tett éves mintasorának 80. percentilis értékei

A 4.1.1. fejezetben bemutatott adatbázisból kinyerhető értékek alapján a vizsgált időszakban a két leggyakrabban előforduló fronttípus a „nincs front” és az „instabil hideg- front” voltak. A paraméterek empirikus behangolását követően a szűrésre legalkalmasabb feltételeknek a következők bizonyultak:

• a napi középhőmérséklet Szombathelyen alacsonyabb, mint Budapesten;

• a hőmérséklet-csökkenés bináris jelző értékeigaz;

• a párosított városok közötti hőmérséklet-különbség abszolút értékeinek maximuma a 80. percentilisben van.

Eredmények

Egy viszonylag hatásosnak mondható instabil hidegfrontot előrejelző megoldást sike- rült definiálnom az adatbázis fenti feltételek mentén megvalósított szűrése eredményeként, melyet a 4.5. ábra mutat.

(a)Szűrés előtt (b) Szűrés után

4.5. ábra. 2009-es fronttípusok relatív gyakoriságának hisztogram- jai

A szűrőalgoritmust a 2000. és 2010. közötti periódus minden évére lefutattam az adat- bázisban tárolt adatokra. A kiértékelés eredményeit a 4.4. táblázat mutatja; a táblázatban ηaz algoritmus hatékonysága, mely százalékpontban adja meg az instabil hidegfronti na- pok részarányának változását:

η=αfαpf, (4.1)

aholαpf ésαf az instabil hidegfronti állapotok részaránya rendre a szűrés előtt és a szűrés után. A részarány az alábbi egyenlet szerint határozható meg:

αi= IHi N Fi+IHi

(4.2) A 4.2. egyenletben az N Fi a vizsgált periódus „nincs front” állapotú, IHi pedig ugyanezen periódus „instabil hidegfront” állapotú napjainak száma. iértéke jelzi, hogy a szűrés előtti, vagy az azutáni állapotok összesítését veszem figyelembe: i∈ {pf,f}.

Évszám

Szűrés előtt Szűrés után

η Nincs

front

Instabil hideg-

front

Részarány (αpf)

Nincs front

Instabil hideg-

front

Részarány (αf)

2001 35,6% 23,1% 39,35% 36,8% 42,1% 53,36% 14,01

2002 34,1% 22,9% 40,18% 34,6% 26,9% 43,74% 3,56

2003 51,9% 17,7% 25,43% 30,4% 17,4% 36,40% 10,97

2004 37,3% 22,5% 37,63% 45,5% 27,3% 37,50% -0,13

2005 42,1% 21,8% 34,12% 20,0% 24,0% 54,55% 20,43

2006 42,0% 23,1% 35,48% 56,3% 15,6% 21,70% -13,79

2007 42,3% 22,2% 34,42% 25,0% 32,1% 56,22% 21,80

2008 43,5% 25,5% 36,96% 33,3% 44,4% 57,14% 20,19

2009 43,5% 20,8% 32,35% 23,5% 41,2% 63,68% 31,33

2010 45,4% 26,3% 36,68% 29,7% 32,4% 52,17% 15,49

4.4. táblázat. A fronttípusok szűrésére ajánlott algoritmus eredménye

A teljes vizsgált időtartományon az általam javasolt előrejelző-algoritmus 12,39 szá- zalékpontos átlagos hatékonyságot tudott elérni, vagyis mérsékelten képes lokális meteoro- lógiai adatok alapján a frontmentes állapot helyett megjelenő instabil hidegfronti állapot megjóslására. A 4.4. táblázatban megjelenő kiugróη értékek egyik magyarázata az időjá- rási frontváltozások kaotikus jellege.

Egy másik fontos szempont, amit feljebb röviden érintettem, hogy az itt leírt algo- ritmus paramétereinek behangolása empirikus módon, az adatbázis ismeretében, kézileg történt. Az ilyen osztályozás jellegű feladatok robusztus megoldására kiváló módszert

jelentenek a neurális hálók, melyek elegendő tanító adat elérhetősége esetén a paraméter- optimalizációs tanítási folyamat során képesek jóval túlszárnyalni az itt leírtakhoz hasonló, emberi heurisztikán alapuló algoritmusokat.

Azonban az itt bemutatott eredményekből is látszik, hogy képes lehet egy lokális idő- járási adatokat alapul vevő előrejelző rendszer a baleseti statisztikákat szignifikánsan befo- lyásoló időjárási frontok változására bizonyos konfidenciával figyelmeztetni. Amennyiben egy ilyen rendszer bemenetén az adatok elérhetősége közösségi közreműködés révén biz- tosított, akkor az eredményként előálló veszélyattribútumok hozzárendelhetők a felhőben tárolt térképekhez (lásd LDM modell – 1.2. ábra – átmeneti réteg). Ezzel egy CrowdMap- ping jellegű rendszer adatait felhasználó autonóm jármű trajektóriatervező, navigációs, illetve ADAS algoritmusai jelentőségteljes, balesetek megelőzésére alkalmas információhoz férhetnek hozzá.

4.2. Dinamikus akadályfelügyelet autonóm járművek számá-

No documento Közösségi adatgyűjtésen alapuló (páginas 99-104)