Μάριος Μάριος Μάριος Μάριος Μάριος Μάριος Μάριος Μάριος Βαφειάδης Βαφειάδης Βαφειάδης Βαφειάδης Βαφειάδης Βαφειάδης Βαφειάδης Βαφειάδης Καθηγητής Καθηγητής Καθηγητής Καθηγητής Καθηγητής Καθηγητής Καθηγητής Καθηγητής ΑΠΘ ΑΠΘ ΑΠΘ ΑΠΘ ΑΠΘ ΑΠΘ ΑΠΘ ΑΠΘ Θεσσαλονίκη Θεσσαλονίκη Θεσσαλονίκη Θεσσαλονίκη Θεσσαλονίκη Θεσσαλονίκη Θεσσαλονίκη Θεσσαλονίκη2013 2013 ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΚΑΙ ΚΑΙ ΚΑΙ ΚΑΙ ΚΑΙ ΚΑΙ ΚΑΙ ΚΑΙ ΑΝΑΛΥΣΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΩΝ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΩΝ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΩΝ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΩΝ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΩΝ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΩΝ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΩΝ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ
ΜΑΘΗΜΑ 4γ Απόκτηση, Επεξεργασία και Διαχείριση Περιβαλλοντικών Δεδομένων: Στατιστικές Μέθοδοι και Τεχνικές Κωδικός ΠΠΒΑ.4γ Κατηγορία Υποχρεωτικό Εξάμηνο Χειμερινό Διδ. Μονάδες 1/3 Ώρες 26 Διδάσκων Μ. Βαφειάδης
Περιεχόμενο-Σκοπός Η απόκτηση των βασικών και πρακτικών γνώσεων για την συλλογή, την επεξεργασία και την ανάλυση περιβαλλοντικών δεδομένων. Στόχοι Μετά από την επιτυχή παρακολούθηση του μαθήματος, ο μεταπτυχιακός φοιτητής θα είναι ικανός: να γνωρίζει πώς να συλλέξει και να οργανώσει τα δεδομένα που χρειάζεται για μια μελέτη, να εφαρμόζει τις κατάλληλες μεθόδους και τεχνικές για την επίλυση περιβαλλοντικών προβλημάτων, να χειρίζεται λογισμικό απλό και ειδικό λογισμικό για την ανάλυση δεδομένων.
Αντικείμενα Μέθοδοι και όργανα συλλογής δεδομένων Μέθοδοι αναλύσεως δεδομένων Κλασικές μέθοδοι στατιστικής ανάλυσης. Απλή και πολλαπλή παλινδρόμηση. Ανάλυση χρονοσειρών Ανάλυση πολυδιαστάτων και χωρικών μεταβλητών. Γεωστατιστική. Χρήση γενικού και ειδικού λογισμικού.
ΟΡΓΑΝΩΣΗ ΤΟΥ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ Αντικείμενο Μέθοδος Ημερολόγιο Εξάσκηση Εργασίες Εξέταση
Αντικείμενο Πληροφορία-Δεδομένα Συλλογή και διαχείριση δεδομένων Τυχαίες μεταβλητές/πιθανότητες Στατιστική μεθοδολογία Ανάλυση χρονοσειρών Ανάλυση δεδομένων στον χώρο Πολυδιάστατες μέθοδοι
Μέθοδος Παρουσίαση των θεμάτων Αναζήτηση πληροφοριών-στοιχείων Ατομική εργασία σε πραγματικά προβλήματα Πρακτική εφαρμογή σε ΗΥ Παρουσίαση των εργασιών και συζήτηση στην τάξη Γραπτή εξέταση
Ενδεικτικό Ημερολόγιο 2013-2014 7 Οκτ. Εισαγωγή, Δεδομένα 22 Οκτ. Δεδομένα, Βάσεις δεδομένων 29 Οκτ. Τυχ.Μεταβλητές Μεταβλητές-Πιθανότητες 5 Νοε. Στατιστική μεθοδολογία Ι 12 Νοε. Στατιστική μεθοδολογία ΙΙ 19 Νοε. Στατιστική μεθοδολογία ΙΙI 26 Νοε. Ανάλυση χρονοσειρών I 03 Δεκ. Ανάλυση χρονοσειρών II 10 Δεκ. Πολυδιάστατες μέθοδοι 17 Δεκ. Πολυδιάστατες μέθοδοι 14 Ιαν. Ανάλυση δεδομένων στον χώρο 21 Ιαν. Ανάλυση δεδομένων στον χώρο? Σύγχρονες μέθοδοι αναλύσεως της πληροφορίας
Εξάσκηση Έρευνα στη βιβλιοθήκη και το Διαδίκτυο Σύντομη παρουσίαση θεμάτων Επίλυση προβλημάτων στο μάθημα Ατομική εξάσκηση σε ΗΥ Ατομικοί έλεγχοι γνώσεων σε ΗΥ Μεγάλη εργασία
Εργασίες Βιβλιογραφική έρευνα Έρευνα στο Διαδίκτυο Μελέτη-Παρουσίαση ενός θέματος Διαχείριση δεδομένων σε ΗΥ Μικρές ασκήσεις με δεδομένα Μεγάλη εργασία (υπολογιστική)
Εξέταση Μικρές εργασίες Μεγάλη εργασία (γραπτή και προφορική παρουσίαση) Τελική γραπτή εξέταση
Εργαλεία ΗΥ με LINUX ή MS Windows Λογιστικά Φύλλα (Open Office Calc, GNUMERIC ή MS EXCEL) ------------------------------------------------ Grapher, Surfer, Quickgrid, SURGE... Statistica,STATS4U, Statistical Lab... [Santis, Simstat, ]
Η βασική συνιστώσα της γνώσεως για ένα πρόσωπο, έμβιο ον, αντικείμενο ή γεγονός
Πορεία της γνώσεως για τον φυσικό κόσμο Πληροφορία: εξωτερική «αντικειμενική» πηγή Ιδεατό σχήμα: εσωτερική υποκειμενική πηγή Μαθηματική έκφραση: «αντικειμενικό» ομοίωμα
Φορέας της πληροφορίας
Πρωτογενή Δεδομένα: πηγαία ανεπεξέργαστη πληροφορία Κείμενα Αριθμοί Εικόνες Αντικείμενα
Επεξεργασμένα Δεδομένα Κείμεν α Αριθμο ί Εικόνε ς Αντικείμεν α
Τα δεδομένα μας δημιουργούν τρία μεγάλα προβλήματα: Απόκτηση των δεδομένων (απόκτηση της πληροφορίας) Διαχείριση των δεδομένων (οργάνωση της πληροφορίας) Ανάλυση των δεδομένων (αξιοποίηση της πληροφορίας)
Η ΛΥΣΗ! Ψηφιακά Δεδομένα
Ακρίβεια, λεπτομέρεια, αξιοπιστία κλπ, κλπ, Πώς μπορούμε να κάνουμε τις καλύτερες μετρήσεις με την μεγαλύτερη δυνατή ευκολία; Αγοράζοντας τα πλέον σύγχρονα όργανα; Αγοράζοντας τα ακριβότερα όργανα; Αγοράζοντας τα πιο πολύπλοκα όργανα; Πληρώνοντας για εξειδίκευση των παρατηρητών;
Κανόνες για επιτυχείς μετρήσεις Γνώση του φυσικού μεγέθους Γνώση των μεθοδολογιών μετρήσεων Εμπειρία μετρήσεων Προτίμηση σε δοκιμασμένη τεχνολογία Οργάνωση μετρήσεων Τεχνική υποστήριξη Πολλαπλά όργανα μετρήσεων
Χαρακτηριστικά οργάνων μετρήσεων Α. Ποιότητα μετρήσεων Ακρίβεια (Accuracy) Ακρίβεια (Precision) Λεπτομέρεια (Detail) Διακριτότητα(Χρονικό ή χωρικό διάστημα ώστε δύο μετρήσεις να είναι ανεξάρτητες) (discrimination) Ταχύτητα (Αριθμός μετρήσεων/μονάδα χρόνου) (Speed) Σταθερότητα (Stability) Ευαισθησία (Sensibility) Αξιοπιστία (Reliability) Επαναληψιμότητα (Repeatability) Επαναληψιμότητα (Reproductability) Γραμμικότητα (Linearity)
Ακρίβεια (Accuracy) Πόσο κοντά είναι οι τιμές των μετρήσεων στην πραγματική (αλλά άγνωστη τιμή). Χαρακτηριστικό παράδειγμα με τον παρακάτω στόχο:
Ακρίβεια[Ορθότητα](Precision) Διασπορά των τιμών για μια σειρά μετρήσεων της αυτής τιμής ενός φυσικού μεγέθους. Χαρακτηριστικό παράδειγμα με τον παρακάτω στόχο:
Δεν μπορεί να είναι όλα ιδανικά!
Λεπτομέρεια (Detail) Εξαρτάται από την κλίμακα μετρήσεως του οργάνου ή των αριθμό των σημαντικών ψηφίων που παριστούν το αποτέλεσμα της μετρήσεως Για παράδειγμα, οι παρακάτω τιμές αριστερά περιέχουν μεγαλύτερη λεπτομέρεια από τις αντίστοιχες δεξιά: 54678 54700 54732 54700
Διακριτότητα (discrimination) (Χρονικό ή χωρικό διάστημα ανάμεσα σε δύο ανεξάρτητες μετρήσεις) Ένα όργανο μπορεί να καταγράφει τιμές με εξαιρετική ταχύτητα, όμως αυτές λόγω αδράνειας των αισθητήρων του να είναι όλες ίδιες για μεγαλύτερο ή μικρότερο χρονικό διάστημα
Ταχύτητα (Speed) (Αριθμός μετρήσεων/μονάδα χρόνου) Εξαρτάται από την αδράνεια του οργάνου και τον χρόνο που χρειάζεται για την καταγραφή και αποθήκευση των τιμών των μετρήσεων.
Σταθερότητα (Stability) Τα χαρακτηριστικά του οργάνου δεν παρουσιάζουν συστηματικές αποκλίσεις με τον χρόνο
Ευαισθησία (Sensibility) Η ελάχιστη μεταβολή στο μετρούμενο μέγεθος ώστε να αλλάξει η ένδειξη του οργάνου μετρήσεως. Η ελάχιστη τιμή του μετρούμενου μεγέθους για την ενεργοποίηση του οργάνου. Η διαφορά μεταξύ των ενδείξεων του οργάνου μετρήσεως, όταν αυτό προσεγγίζει την ίδια τιμή από μικρότερες και από μεγαλύτερες τιμές.
Αξιοπιστία (Reliability) Ένα κανονικά ρυθμισμένο και συντηρημένο όργανο, όποτε και αν ελεγχθεί θα διατηρεί τα υπόλοιπα χαρακτηριστικά του. Στην πράξη σημαίνει οτι το όργανο δεν θα παρουσιάζει τυχαίες αποκλίσεις ή συστηματική αλλαγή των χαρακτηριστικών του με τον χρόνο.
Επαναληψιμότητα (Repeatability) Για την ίδια σειρά μετρήσεων κάτω από τις ίδιες ακριβώς συνθήκες δίνει τις ίδιες ακριβώς τιμές.
Επαναληψιμότητα (Reproductability) Για την ίδια σειρά μετρήσεων κάτω από διαφορετικές συνθήκες δίνει τις ίδιες ακριβώς τιμές.
Γραμμικότητα (Linearity) Η ευαισθησία, η ακρίβεια και γενικά όλα τα χαρακτηριστικά του οργάνου, καθώς και η κλίμακα στην απεικόνιση των τιμών που μετράει είναι σταθερές και ανεξάρτητες από την απόλυτη τιμή της μετρήσεως.
Χαρακτηριστικά οργάνων μετρήσεων Β. Ποιότητα Οργάνου. Αυτοπροστασία (Self Protection) Αυτόματη ρύθμιση (Auto Range / Self Calibration) Κατανάλωση ενέργειας (Power Consumption) Κατανάλωση αναλωσίμων (Consumables) Ευκολία συντηρήσεως (Serviceability) Αντοχή (Resistance, Weather proof, Water Proof) Ποιότητα και αντοχή στην γήρανση των υλικών του (Quality of construction materials)
Χαρακτηριστικά οργάνων μετρήσεων Γ. Πρακτικότητα Απλότητα χειρισμού Οθόνη και μενού πληροφοριών Συνδεσιμότητα(Connectivity) Πρόσθετος εξοπλισμός υποστηρίξεως Τεχνική υποστήριξη και εξυπηρέτηση Ευκολία, ταχύτητα, κόστος προμήθειας ανταλλακτικών Διάρκεια συσκευής ή αισθητήρων
ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ
Βροχογράφος Pronamic 05/11/2013
Συλλογή δεδομένων 05/11/2013
05/11/2013
05/11/2013 Μονάδα ελέγχου και καταγραφής δεδομένων (Data Logger)
Συλλογή δεδομένων 05/11/2013
Ποταμός Αξιός 05/11/2013
Μέτρηση Παροχής 05/11/2013
Μέτρηση Παροχής 05/11/2013
Μέτρηση Παροχής 05/11/2013
Καμπύλη Στάθμης-Παροχής 05/11/2013
Μηχανικός Σταθμηγράφος στον Ποταμό Λουδία 05/11/2013
Συλλογή δεδομένων THALIMEDES Ηλεκτρομηχανικός σταθμηγράφος 05/11/2013
Σταθμηγραφικός Σταθμός στο Πόρτο Καρράς 05/11/2013
Σταθμός ελέγχου ποιότητας νερού Photo: G.Hadjispyrou ERT Φράγμα εκτροπής του Αξιού (Γέφυρα Θεσσαλονίκης) 05/11/2013
Συλλογή δεδομένων 05/11/2013
Συλλογή δεδομένων WATMON (WATer MONitor) 05/11/2013
Δίκτυο συλλογής δεδομένων 05/11/2013
ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΚΕΝΤΡΙΚΟΥ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΗ
Αυτοματοποιημένη συλλογή και επεξεργασία δεδομένων 05/11/2013
Μέτρηση των κατακρημνίσεων 05/11/2013
Συλλογή δεδομένων 05/11/2013
Συλλογή δεδομένων 05/11/2013
Αναλογικά όργανα καταγραφής 05/11/2013
05/11/2013 Ανάλυση δεδομένων 1/1967 238 241 242 158 292 ---- 235 275 265 243 159 103 445 500 436 ---- 80 ---- ---- ---- 9 162 40 245 232 ---- ---- ---- 90 391 422 2/1967 81 70 0 47 32 ---- 65 90 54 159 74 57 80 350 156 ---- 0 ---- ---- ---- 30 21 170 60 110 ---- ---- ---- 0 0 30 3/1967 571 302 496 472 449 ---- ---- 252 328 533 425 256 190 385 117 ---- 464 ---- ---- ---- 160 404 555 655 808 ---- ---- ---- 649 240 220 4/1967 301 172 220 200 238 ---- 351 226 156 324 131 317 310 430 243 ---- 352 ---- ---- 570 116 172 270 310 347 ---- ---- ---- 245 257 272 5/1967 778 667 1215 680 834 ---- 715 853 1307 1070 1320 1086 910 990 725 ---- 1205 ---- ---- 1012 1073 1130 1295 1305 940 ---- ---- ---- 1444 1263 1187 6/1967 166 250 243 252 309 ---- 485 461 249 517 268 237 300 605 737 ---- 332 ---- ---- 500 301 144 240 590 289 ---- ---- ---- 694 307 332 7/1967 846 826 907 683 984 ---- 875 1270 893 1358 1358 1386 740 1340 935 ---- 895 ---- ---- 1060 1248 873 1275 1050 ---- ---- ---- ---- 1356 1671 776 8/1967 222 371 18 61 45 ---- 85 181 320 263 385 505 310 140 299 ---- 62 ---- ---- 115 ---- 20 155 10 ---- ---- ---- ---- 265 263 196 9/1967 1251 584 873 618 869 ---- 255 449 451 550 415 177 680 1000 634 ---- 572 ---- ---- 665 925 567 745 525 ---- ---- ---- ---- 232 522 194 10/1967 211 210 159 716 353 ---- 438 433 570 428 670 743 380 190 349 ---- 1352 ---- ---- 770 530 923 250 1190 ---- ---- ---- ---- 842 571 504 11/1967 132 102 149 320 320 ---- 625 198 214 571 268 261 ---- 290 153 ---- 220 ---- ---- 750 280 315 310 155 ---- ---- ---- ---- 339 518 258 12/1967 97 118 81 195 279 ---- 565 226 17 331 256 290 235 450 572 ---- 122 ---- ---- ---- 158 180 176 1350 ---- ---- ---- ---- 979 318 326 1/1968 289 223 364 406 279 ---- 557 154 35 359 305 253 325 680 258 ---- 156 ---- ---- 890 25 260 751 995 744 ---- ---- ---- 434 559 449 2/1968 756 582 728 742 602 ---- 195 489 437 744 634 547 520 850 503 ---- 335 ---- ---- 670 850 697 725 490 492 ---- ---- ---- 908 662 803 3/1968 277 293 150 138 144 160 135 56 63 6 45 15 260 300 252 ---- ---- ---- ---- 300 10 28 52 180 114 ---- ---- ---- 0 57 81 4/1968 159 119 185 157 61 245 67 88 115 85 77 46 40 10 12 ---- ---- ---- ---- 165 ---- 181 185 225 190 ---- ---- ---- 0 62 85 5/1968 750 539 328 454 543 0 315 738 518 503 739 396 ---- ---- ---- ---- 175 ---- ---- 590 540 652 590 810 743 ---- ---- ---- 601 895 692 6/1968 219 314 390 425 391 365 109 457 942 1131 1333 773 ---- ---- ---- ---- 355 ---- ---- 235 743 379 620 960 694 ---- ---- ---- 753 546 917 7/1968 18 0 0 40 0 0 0 17 144 236 71 41 0 30 6 ---- 0 ---- ---- 0 ---- 0 180 0 0 ---- ---- ---- 0 12 3 8/1968 220 39 141 150 208 70 260 372 552 241 102 116 ---- 140 168 ---- 275 ---- ---- --- 165 226 155 174 170 ---- ---- ---- 280 342 112 9/1968 430 204 512 295 268 280 470 273 235 241 243 51 ---- 400 136 ---- 805 600 316 490 265 76 220 406 630 ---- ---- ---- 90 171 69 10/1968 489 308 437 500 787 770 800 601 587 934 474 493 ---- 310 291 ---- 575 870 532 378 390 446 400 797 551 ---- ---- 490 1421 251 302 11/1968 886 612 1461 2930 989 1000 820 1315 1271 2226 1833 2020 923 1030 1201 ---- 1534 1810 2010 1648 1270 1837 1775 961 890 ---- 1510 880 2262 1319
Ανάλυση δεδομένων 05/11/2013
Ανάλυση Δεδομένων Αδρανή 12,00% 10,00% 8,00% Ποσοστό % 6,00% 4,00% Series1 Linear (Series1) 5 per. Mov. Avg. (Series1) 2,00% 0,00% 1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 εβδομάδες 05/11/2013
Ανάλυση δεδομένων Περιγραφική στατιστική ανάλυση μηνιαίων υψών βροχής στη Μεσοχώρα Station Valid N Mean Min Max Std.Dev. SKEWNESS kurtosis KATAFYTO 431 117.5 0.0 552.0 99.9 1.44 2.23 MATSOUKI 295 142.7 0.0 593.0 117.9 1.22 1.27 MESOCHOR 332 139.3 0.0 647.3 136.5 1.54 2.17 METSOVO 462 127.7 0.0 473.5 91.7.94.65 PAHTOURI 349 164.9 0.0 980.3 164.9 1.72 3.50 PALIOCHO 375 106.7 0.0 598.6 93.7 1.39 2.51 PERTOULI 474 125.4 0.0 595.8 102.9 1.19 1.57 STOURNAR 306 144.9 0.0 703.8 129.7 1.35 1.83 TYRNA 490 140.3 0.0 1006.7 130.2 1.66 4.82 VAKARI 384 139.2 0.0 827.7 130.6 1.73 4.05 VATHYREM 390 163.0 0.0 926.3 159.7 1.74 3.61 05/11/2013
600 500 400 300 200 100 0-100 -200-300 05/11/2013 Ανάλυση Δεδομένων Box & Whisker Plot ±1.96*Std. Dev. ±1.00*Std. Dev. Mean KATAFYTO MATSOUKI MESOCHOR METSOVO PAHTOURI PALIOCHO PERTOULI STOURNAR TYRNA VAKARI VATHYREM
Ανάλυση δεδομένων 400 Prec. mm/month MESOCHORA (ACHELOOS HEADWATER) BASIN MEAN ANNUAL PRECIPITATION REGIME 300 200 100 0 Months 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Stations-altitude (msl) Katafyto - 980 Matsouki -1079 Mesochora - 780 Metsovo -1157 Pachtouri - 950 Palaiochori -1050 Pertouli- 1160 Stournareika-860 Tyrna -900 Vakari -1150 Vathyrema - 920 05/11/2013
Υδρολογική Ανάλυση Mean February precipitation distribution (1960-1990) 05/11/2013
Ανάλυση Λεκάνης απορροής 05/11/2013
Υδρολογική Προσομοίωση 05/11/2013