Dinamik sistemlerde zaman serileri analizi ile öğrenme tabanlı bilgi çıkarımı

Birçok sistemden çalışma durumu ile ilgili bilgi çıkarabilmek için zaman üzerinde örnekler alınmaktadır. Zaman serisi olarak ifade edilen bu veriler ilgili sistemin çalışması hakkında faydalı bilgiler verir. Zaman serileri analiz edilerek farklı çalışma durumlarının sınıflandırılması, kümeleme, motif keşfi ve anomali tespiti yapılabilmektedir. Bu tezde, dinamik bir sistem olarak elektrikli trenlerde trenin hareketi için gerekli enerjiyi sağlayan pantograf-katener sisteminden zaman üzerinde veriler alınmıştır. Pantograf-katener sistemden alınan verilere, zaman serileri analizi ve sinyal işleme tabanlı yöntemler uygulanarak arkla ilişkili özellikler ayıklanmıştır. Daha sonra makine öğrenmesi teknikleri, arkları tespit edebilmek için bu özelliklere uygulanmıştır. Tezde, pantograf-katener sistemlerde zaman üzerinde alınan sinyallerden ark tespitinin yapılabilmesi için iki temel yöntem sunulmuştur. Birinci yöntemde, tren üzerine sabitlenen bir kamera ile pantograf-katener sisteminden görüntüler alınmakta ve Otsu metodu uygulanarak görüntü pantograf, ark ve arka plan olarak bölütlenmektedir. Görüntüdeki ark oluşum yüzdesi bir zaman serisine dönüştürülmekte ve zaman serisinin iki boyutlu faz uzayı oluşturulmaktadır. Faz uzayında Parçacık Sürü Optimizasyonu ile ark olayları tahmin edilmektedir. İkinci yöntemde ise matematiksel morfoloji tabanlı özellik çıkarımı ve bulanık integral tabanlı ark tespiti yapılmaktadır. Bu amaçla iki adet akım, bir adet gerilim ve iki adet foto tüp sinyali elde edilmiştir. Sinyallere uygulanan matematiksel morfoloji ile sağlam ve ark oluşan sinyallerin birbirinden daha kolay ayırt edilmesi sağlanmıştır. İki akım ve bir gerilim sinyalinden çıkarılan özellikler, destek vektör makinası tabanlı sınıflandırıcılara gönderilerek her bir sınıflandırıcı için bir başarı oranı hesaplanmıştır. Ardından sınıflandırıcı sonuçları bulanık integral ile birleştirilerek ark tespit performansı artırılmıştır. Bu çalışma sonucunda, pantograf-katener sistem gerçek zamanlı olarak temassız teknikler ile izlenmiş ve temas noktasındaki ark oluşumları yüksek doğruluk oranlarıyla tespit edilmiştir. Bu tez çalışması 112E067'nolu TÜBİTAK 1001 programı kapsamında yürütülen araştırma projesi ile desteklenmiştir. Yapılan çalışmalar uluslararası konferans ve dergilerde sunulmuştur. Anahtar Kelimeler: Pantograf-Katener sistemler, Görüntü işleme, Zaman serileri analizi, Gerçek zamanlı izleme, Bulanık integral.