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Una nuova tecnica neurale per l'analisi e la previsione di sequenze da radar meteorologico

Informazioni tesi

  Autore: Andrea Baldin
  Tipo: Tesi di Laurea
  Anno: 1996-97
  Università: Università degli Studi di Pavia
  Facoltà: Ingegneria
  Corso: Ingegneria Elettronica
  Relatore: Paolo Gamba
  Lingua: Italiano
  Num. pagine: 124

Negli ultimi trenta anni sono state elaborate una quantità di teniche per la previsione degli spostamenti di strutture osservate in immagini radar.
La tecnica proposta in questa tesi, alternativa ai metodi tradizionali basati sul metodo della correlazione, è in grado di seguire e prevedere le aree, i prototipi dei centri delle masse nuvolose o altri parametri relativi a echi radar dal contorno chiuso che si assumono rappresentativi di celle nuvolose, e si basa sull’utilizzo di un particolare tipo di rete neurale chiamato RBF (dall’inglese Radial Basis Function).
Si dimostra come, grazie ad una prima rete di questo tipo, sia possibile individuare le formazioni nuvolose presenti in una struttura radar e gestirle come entità distinte e caratterizzate ognuna da un numero ridotto di parametri. L’insieme dei valori dei parametri relativi a tutte le formazioni presenti costituisce la sintesi dell’immagine radar di partenza. L’evoluzione nel tempo dei valori assunti dai parametri, i quali hanno un significato geometrico preciso, costituiscono le serie temporali da estrapolare per ottenere la previsione.
Il principale vantaggio conseguente alla disponibilità di una sintesi delle immagini, è la possibilità di avere un approccio diversificato nei confronti dei parametri che la costituiscono, conoscendo a priori gli andamenti tipicamente esibiti da tali parametri.
L’operazione di previsione viene effettuata grazie ad una seconda rete RBF adattata allo scopo e applicata alle serie temporali a disposizione.
I risultati sperimentali ottenuti evidenziano come, disponendo di un numero di immagini di partenza sufficientemente ampio, la rete di previsione riesca sempre a fornire buoni risultati, e come questi non siano influenzati da quei comportamenti anomali delle strutture nuvolose che costituiscono la principale limitazione all’applicazione dei metodi tradizionali.
Tali risultati, inoltre, diventano incoraggianti se si considerano gli ampi spazi di miglioramento lasciati dalla rete di previsione. E’, per esempio, possibile applicare ai prototipi utilizzati un algoritmo chiamato OLS [7], che permette di diminuire notevolmente i tempi di lavoro necessari senza intaccare le prestazioni della rete; tali prestazioni, inoltre, possono subire miglioramenti [5] dall’applicazione della rete non solo ai dati grezzi, ma anche alle serie temporali differenziate, ottenendo cioè una rete GRBF (Gradient RBF).
Nella cosapevolezza del fatto che i risultati ottenuti, pur essendo positivi, non arrivano a giustificare la sostituzione di questo approccio a quelli tradizionali, si può comunque affermare di aver dimostrato la versatilità delle reti RBF e la loro particolare predisposizione all’applicazione nella meteorologia. I margini di sviluppo disponibili, inoltre, giustificano le speranze in una futura affermazione di questo metodo.

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4 INTRODUZIONE. Negli ultimi trenta anni sono state elaborate una quantità di teniche per la previsione degli spostamenti di strutture osservate in immagini radar. Queste tecniche possono essere suddivise in due grandi gruppi principali. Il primo gruppo comprende quei metodi che utilizzano il metodo della correlazione per cercare la migliore corrispondenza fra due differenti mappe radar ottenute in un certo intervallo di tempo. Il secondo include le tecniche che sono in grado di seguire e prevedere le aree, i prototipi dei centri delle masse nuvolose o altri parametri relativi a echi radar dal contorno chiuso che si assumono rappresentativi di celle nuvolose. La tecnica proposta in questa tesi, alternativa ai metodi tradizionali basati sul metodo della correlazione, appartiene al secondo gruppo e si basa sull’utilizzo di un particolare tipo di rete neurale chiamato RBF (dall’inglese Radial Basis Function). Si dimostra come, grazie ad una prima rete di questo tipo, sia possibile individuare le formazioni nuvolose presenti in una struttura radar e gestirle come entità distinte e caratterizzate ognuna da un numero ridotto di parametri. L’insieme dei valori dei parametri relativi a tutte le formazioni presenti costituisce la sintesi dell’immagine radar di partenza.

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