Ứng dụng kỹ thuật fractal mô phỏng hiện tượng sét

LVTN: Ứng Dụng Kỹ Thuật Fractal Mô Phỏng Hiện Tượng Sét GVHD: Ts Lê Tiến Thường LỜI CẢM ƠN Với lòng chân thành mình, em trân trọng biết ơn Thầy hướng dẫn TS LÊ TIẾN THƯỜNG, người đưa ý tưởng ban đầu giúp em có cách nhận định đắn việc chọn đề tài, với kiến thức sâu rộng thầy tận tình hướng dẫn cho em cách phân tích vấn đề phương pháp nghiên cứu có hiệu quả, thiếu sót, yếu em để đưa lời khuyên cần thiết q báu suốt trình thực luận án Em xin cám ơn Ban Giám Hiệu, Khoa Đào Tạo Sau Đại Học Thầy, Cô trường Đại Học Kỹ Thuật tổ chức chương trình đào tạo, trực tiếp tham gia giảng dạy để em có kiến thức phương pháp nghiên cứu học tập Em xin cám ơn Ban Giám Đốc Công Ty Cổ Phần Dịch Vụ Bưu Chính Viễn Thông Sài Gòn, Phòng Kỹ Thuật & Công Nghệ, Phòng Tổ Chức chấp thuận tạo điều kiện để em tham gia hoàn thành khoá học Cuối tác giả xin gửi lời cám ơn đến gia đình, bạn bè đồng nghiệp đãõ nhiệt tình giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi để tác giả thực tốt công việc chọn -// - Chương VI: Kết mô HVTH: Trần Thị Hồng Đào LVTN: Ứng Dụng Kỹ Thuật Fractal Mô Phỏng Hiện Tượng Sét GVHD: Ts Lê Tiến Thường ABSTRACT Cloud_to_ground lightning discharges have been attracted much considerable attention by many researchers for a long time because of their damages to people or construction structures on the ground Lightning is a leading cause of outages in electric power and telecommunications systems, and it also is a major source of interference in many types of radio communications The peak power and total energy in lightning are very large So far, it is often not possible to simulate in the laboratory either the geometrical developments of a lightning channel or the full extent of lightning damages The objective of this thesis is to develope an efficient method based on the fractal geometry theory for simulating the random geometrical development of a lightning channel, and hence, this method does not attempt to model cloud physics, atmospheric condittions, or the physics of lightning discharges A computerbased program The content of the thesis is presented in six chapters: The first chapter of the thesis deals with the fractal geometry theory This approach is appropriated for describing images of natural objects such as mountains, sea, trees, etc In this part, the theory of fractal geometry is presented not only as mathematic issues but also as understandable conceptions, so it is easy to understand what the fractal geometry is Some methods for generating fractal images are also presented in this part The second chapter of the thesis addresses the physical foundation of lightning phenomenons In this chapter, the physics of lightning and the electrical structures of thunderstorms are described and considered As a result, the Chương VI: Kết mô HVTH: Trần Thị Hồng Đào LVTN: Ứng Dụng Kỹ Thuật Fractal Mô Phỏng Hiện Tượng Sét GVHD: Ts Lê Tiến Thường fractal nature of lightning is obtained Some significant results of the research on lightning phenomenon are also summarized and presented The third chapter reviews and evaluates lightning models including some aspects of their application The primary feature of these models is electric and magnetic field strength of lightning The estimated results of these models are closed to the practically measured values However they not effectively describe the geometry of lightning due to their complex electromagnetic field representation In the fourth chapter, an efficient method based on the fractal geometry theory is developed and presented for simulating the random structure of lightning phenomenon A simple and efficient branching algorithm is designed and introduced The program written in the Matlab environment for simulating the random and unpredictable behaviour of lightning is developed based on the proposed branching algorithm and is presented in the fifth chapter Furthermore, other subprograms are included in this chapter Some appropriate results of the simulation that are depicted for the fractal-based lightning structure are shown and evaluated in the sixth chapter -// - Chương VI: Kết mô HVTH: Trần Thị Hồng Đào LVTN: Ứng Dụng Kỹ Thuật Fractal Mô Phỏng Hiện Tượng Sét GVHD: Ts Lê Tiến Thường TÓM TẮT NỘI DUNG ĐỀ TÀI Trong số hai loại tia chớp sét phổ biến, đám mây-mặt đất (CG : cloud-to-ground) mây- mây (IC: intracloud), tia chớp phóng từ đám mây xuống mặt đất quan tâm nghiên cứu nhiều từ lâu tác hại đối sống người Sét nguyên nhân tượng áp hệ thống thông tin hệ thống điện nguồn gây nhiễu nhiều loại thông tin vô tuyến Công suất tổng lượng sét lớn Vì mà chưa thể giả lập phòng thí nghiệm phát triển hình học kênh sét phạm vi tác hại Mục tiêu đề tài xây dựng công cụ dựa máy tính có khả thể dạng hình học thực tế tia sét, chưa quan tâm đến việc tính toán điện tích trường điện từ tia sét Báo cáo đề tài trình bày toàn chương Chương báo cáo đề tài liên quan đến hình học fractal, dạng hình học thích hợp cho việc xây dựng hình ảnh đối tượng tự nhiên núi, mây, biển, cối, Trong phần này, lý thuyết hình học fractal trình bày dạng định lý toán học mà dạng khái niệm dễ hiểu nhằm giúp cho người đọc dễ dàng hình dung chất hình học fractal Một số cách thức tạo sinh ảnh fractal nội dung quan trọng trình bày phần Chương thứ hai trình bày sở vật lý tượng sét Trong phần ta xem xét chất vật lý tượng sét, cấu trúc điện đám mây giông vần đề quan trọng khác liên quan đến sét Từ giúp tìm đặc tính hình học thích hợp cho công việc mô sét Chương thứ ba điểm qua loại mô hình kỹ thuật giả lập cho trường điện từ sét Các mô hình quan tâm chủ yếu chất trường điện từ sét đưa kết tương Chương VI: Kết mô HVTH: Trần Thị Hồng Đào LVTN: Ứng Dụng Kỹ Thuật Fractal Mô Phỏng Hiện Tượng Sét GVHD: Ts Lê Tiến Thường đối gần với kết đo đạc thực tế Tuy nhiên chúng chưa thể hình dạng thực tế quan sát sét Chương thứ tư đề tài phát triển phương pháp giả lập phát triển ngẫu nhiên cấu trúc hình học kênh sét dựa phương thức tạo sinh ảnh fractal nhờ hệ thống hàm lặp với xác suất giải thuật lặp ngẫu nhiên Từ xây dựng giải thuật có khả tạo hình ảnh giả lập hình dạng sét giống với hình ảnh thu từ thực tế Chương thứ năm trình bày chi tiết chương trình máy tính soạn thảo môi trường Matlab theo giải thuật phát triển chương thứ tư Ngoài ra, các chương trình phụ tạo gía trị xác suất ngẫu nhiên, xây dựng giao diện với người sử dụng trình bày chi tiết phần Một số kết tiêu biểu đề tài báo cáo chương -// - Chương VI: Kết mô HVTH: Trần Thị Hồng Đào LVTN: Ứng Dụng Kỹ Thuật Fractal Mô Phỏng Hiện Tượng Sét GVHD: Ts Lê Tiến Thường MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ABSTRACT TÓM TẮT NỘI DUNG ĐỀ TÀI MỤC LỤC CHƯƠNG I FRACTAL I-1 I.1 MỘT SỐ CÁC ĐỊNH NGHĨA VỀ FRACTAL I-1 I.2 SÔ LƯC VE HÌNH HỌC EUCLIDEAN I-1 I.3 SO SÁNH HÌNH HỌC FRACTAL VÀ HÌNH HỌC EUCLIDE I-2 I.4 CÁCKHÁINIỆMVÀTÍNHCHẤTCƠBẢNTRONGFRACTALS I-2 I.4.1 Kháiniệmvềchiều I-2 I.4.2 Tính chất đặc trưng ảnh Fractal I-4 I.4.2.1 Đặc tính tự tương tư ï(Self-similarity) I-4 I.4.2.2 Đặc tính tự ương tự thống kê (statistical self–similarity) I-7 I.4.2.3 Đặc tính tự affine (Self–affinty) I-8 I.4.2.4 Ước tính chieàu fractal I-8 I.4.3 Các hệ thống hỗn độn (Chaotic systems) I-13 I.4.4 Nguyeân tắc phát tô màu Fractal I-14 I.4.5 Sự sử dụng số phức Fractal I-15 I.5 FRACTAL PHONG CAÛNH I-16 I.5.1 L-systems I-16 I.5.2 Các hệ thống hàm lặp (IFS_Iterated Function Systems) I-17 I.5.3 Tómlại I-20 I.6 CƠ SỞ TOÁN HỌC CỦA HÌNH HỌC FRACTAL I-20 I.6.1Khoâng gian Metric: I-20 I.6.1.1 Định nghóa không gian Metric I-20 I.6.1.2 Định nghóa không gian Metric tương đương I-21 I.6.2 Tập ompact, bị chặn, mở, biên, miền I-21 Chương VI: Kết mô HVTH: Trần Thị Hồng Đào LVTN: Ứng Dụng Kỹ Thuật Fractal Mô Phỏng Hiện Tượng Sét GVHD: Ts Lê Tiến Thường I.6.3 Hệ thống hàm lặp cấu trúc FRACTAL I-23 I.6.3.1 Định nghóa phép biến đổi, phép biến đổi lặp I-23 I.6.3.2 Các nhóm phép biến đổi thường gặp I-24 I.6.3.3 Điểm bất động – nh xạ co – Định lý ánh xaï co I-35 I.6.3.4 Aùnh xa ïco không gian FRACTAL I-37 I.6.3.5 Độ đo không gian FRACTAL I-38 I.6.3.6 Hệ thống động I-39 I.6.3.7 Tạo ảnh FRACTAL đưa vào hệ thống động I-42 I.6.3.8 Noäi suy FRACTAL I-44 I.6.3.9 Số chiều FRACTAL I-45 I.7 CÁCH THỨC TẠO SINH AÛNH FRACTAL I-47 I.7.1 PHƯƠNG PHÁP TẠO ẢNH FRACTAL XÁC ĐỊNH VÀ PHƯƠNG PHÁP DÙNG HỆ THỐNG HÀM LẶP IFS: I-47 I.7.1.1Tạo ảnh FRACTAL nhờ vào hệ hàm lặp giải thuật sinh I-47 I.7.1.2Tạo ảnh FRACTAL nhờ hệ thống hàm lặp với xác suất giải thuật lặp ngẫu nhiên I-48 I.7.1.3Tạo ảnh FRACTAL nhờ hệ thống hàm lặp, tập sinh giải thuật sinh I-49 I.7.2 CÁCH THỨC TẠO SINH ẢNH FRACTAL NGẪU NHIÊN: I-53 I.7.2.1 Phương pháp tạo ảnh FBM (Fractional Brownian Motion) I-53 I.7.2.2 Phương pháp độ dịch chuyển (lớp1) I-54 I.7.2.3 Phương pháp lọc Fourier I-54 I.7.2.4 Phương pháp bước nhảy độc lập I-55 I.8 MỘT SỐ HÌNH ẢNH TẠO ĐƯC BẰNG FRACTAL I-56 CHƯƠNG II CƠ SƠ VẬT LÝ VỀ HIỆN TƯNG PHÓNG SÉT II-1 II.1 BẢN CHẤT VẬT LÝ CỦA HIỆN TƯNG SÉT .II-2 II.1.1 Cấu trúc điện đám mây giông .II-2 II.1.2 Tia chớp –CG .II-3 II.1.2.1 Tiến trình phóng seùt II-3 Chương VI: Kết mô HVTH: Trần Thị Hồng Đào LVTN: Ứng Dụng Kỹ Thuật Fractal Mô Phỏng Hiện Tượng Sét GVHD: Ts Lê Tiến Thường II.1.2.2 Cấu trúc hình học sét có dạng hình .II-7 II.1.3 Tia chớp +CG .II-8 II.1.3.1 Đặc tính chung II-8 II.1.3.2 Dòng đỉnh II-10 II.1.3.3 Tốc độ return stroke II-12 II.1.3.4 Tóm lại .II-12 II.1.4 Sét lưỡng cực II-13 II.2 CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU QUAN TRỌNG II-15 II.2.1 Trường thời gian dòng điện sét II-15 II.2.2 Vò trí nguồn vô tuyến sét .II-20 II.2.3 Kích khởi sét nhân taïo II-21 II.3 NHỮNG THÔNG SỐ TỐT NHẤT CỦA SỰ PHÁT TRIỂN PHÓNG ĐIỆN LEADER II-22 II.3.1 Công thức giải vấn đề: II-22 II.3.2 Sự hình thành luồng (vuøngstreamer) II-24 II.3.3 Sự độ leader streamer II-26 II.3.4 Những thông số tối öu cuûa leader II-27 II.4 CẤU TRÚC ĐIỆN CỦA ĐÁM MÂY GIÔNG II-31 II.4.1 Những quan sát liên quan đến phần tử mang điện II-31 II.5 KẾT LUẬN II-33 CHƯƠNG III CÁC MÔ HÌNH SÉT .III-1 III.1 MÔ HÌNH KHÍ ĐỘNG LỰC HOÏC III-1 III.2 MÔ HÌNH TRƯỜNG ĐIỆN TỪ .III-1 III.3 MÔ HÌNH PHÂN BỐ DOØNG III-2 III.4 MÔ HÌNH KỸ THUẬT III-4 III.4.1 Mô hình TCS, BG, TL III-6 III.4.2 Mô hình MTLL MTLE III-7 III.4.3 Moâ hình hóa anten III-10 III.4.4 Đánh giá chung cho mô hình III-12 Chương VI: Kết mô HVTH: Trần Thị Hồng Đào LVTN: Ứng Dụng Kỹ Thuật Fractal Mô Phỏng Hiện Tượng Sét GVHD: Ts Lê Tiến Thường CHƯƠNG IV ỨNG DỤNG FRACTAL VÀO VIỆC MÔ HÌNH HÓA SÉT IV-1 IV-1 CẤU TRÚC HÌNH CÂY CỦA SÉT IV-1 IV-2 TẠO ẢNH FRACTAL NHỜ HỆ THỐNG HÀM LẶP VỚI XÁC SUẤT VÀ GIẢI THUẬT LẶP NGẪU NHIÊN IV-2 IV-3 ỨNG DỤNG FRACTAL MÔ PHỎNG HIỆN TƯNG SÉT IV-3 IV-4 ĐÁNH GIÁ SỐ CHIỀU CỦA HÌNH ẢNH MÔ PHỎNG IV-4 IV-5 LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT IV-5 CHƯƠNG V VIẾT CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG V-1 V.1 CHƯƠNG TRÌNH CHÍNH V-2 V.2 CÁC CHƯƠNG TRÌNH PHỤ V-8 V.2.1 Chương trình giao diện với người sử dụng V-8 V.2.2 Chương trình tạo giá trị ngẫu nhiên V-15 V.2.3 Chương trình thực thao tác vẽ sét .V-17 V.2.4 Chương trình nhập giá trị hoành độ điểm khởi đầu V-17 V.2.5 Chương trình nhập giá trị tung độ điểm khởi đầu .V-17 V.2.6 Chương trình nhập giá trị độ rộng đoạn sét V-17 V.2.7 Chương trình nhập giá trị độ dài đoạn sét V-18 V.2.8 Chương trình nhập giá trị sai số V-18 V.2.9 Chương trình nhập giá trị góc quay V-18 V.2.10 Chương trình nhập giá trị xác suất phân nhánh V-18 V.2.11 Chương trình quay lại thông số mặc định .V-18 V.2.12 Chương trình thoát V-19 V.2.13 Chương trình tạo giao diện giới thiệu .V-19 CHƯƠNG IV ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ VI-2 IV.1 GIAO DIỆN VỚI NGƯỜI DÙNG VI-2 IV.2 MỘT SỐ HÌNH ẢNH KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VI-3 KẾT LUẬN – HƯỚNG PHÁT TRIỂN TÀI LIỆU THAM KHẢO Chương VI: Kết mô HVTH: Trần Thị Hồng Đào LVTN: Ứng Dụng Kỹ Thuật Fractal Mô Phỏng Hiện Tượng Sét GVHD: Ts Lê Tiến Thường CHƯƠNG II CƠ SỞ VẬT LÝ VỀ HIỆN TƯNG PHÓNG SÉT Chương II: Cơ sở vật lý tượng phóng sét II-0 HVTH: Trần Thị Hồng Đào LVTN: Ứng Dụng Kỹ Thuật Fractal Mô Phỏng Hiện Tượng Sét GVHD: Ts Lê Tiến Thường V.2.7 Chương trình nhập giá trị độ dài đoạn sét global l1; global edit_l_; edit_l_ = findobj(gcf, 'Tag', 'edit_l'); tam6 = get(edit_l_, 'String'); l1 = str2num(tam6); V.2.8 Chương trình nhập giá trị sai soá global ss; global edit_ss_; edit_ss_ = findobj(gcf, 'Tag', 'edit_ss'); tam7 = get(edit_ss_, 'String'); ss = str2num(tam7); V.2.9 Chương trình nhập giá trị góc quay global g1; global edit_g1_; edit_g1_ = findobj(gcf, 'Tag', 'edit_g1'); tam4 = get(edit_g1_, 'String'); g1 = str2num(tam4); V.2.10 Chương trình nhập giá trị xác suất phân nhánh global xacsuat; global edit_xacsuat_; edit_xacsuat_ = findobj(gcf, 'Tag', 'edit_xacsuat'); tam5 = get(edit_xacsuat_, 'String'); xacsuat = str2num(tam5); V.2.11 Chương trình quay lại thông số mặc định push_reset_ = findobj(gcf, 'Tag', 'push_reset'); delete(H2); set(edit_xs_, 'String', '0'); set(edit_ys_, 'String', '15'); set(edit_w_, 'String', '2.5'); set(edit_g1_, 'String', '16'); set(edit_xacsuat_, 'String', '0.035'); set(edit_l_, 'String', '0.15'); set(edit_ss_, 'String', '0.01'); set(text_so_chieu_D_, 'String', '0'); Chương V: Viết Chương Mô Phỏng Hiện Tượng Sét V-18 HVTH: Trần Thị Hồng Đào LVTN: Ứng Dụng Kỹ Thuật Fractal Mô Phỏng Hiện Tượng Sét GVHD: Ts Lê Tiến Thường V.2.12 Chương trình thoát my_figure = gcbf; answer = questdlg('Do you really want to quit?', 'Quit?', 'Yes', 'No', 'Cancel', 'Yes' if strcmp(answer, 'Yes') delete(my_figure); delete(H2); end V.2.13 ); Chương trình tạo giao diện giới thiệu function fig = TAOGIAODIEN2() load TAOGIAODIEN2 h0 = figure('Units','normalized', 'BackingStore','off', 'Color',[0.243137254901961 0.415686274509804 0.674509803921569], 'Colormap',mat0, 'FileName','C:\MATLABR11\work\TAOGIAODIEN2.m', 'Name','MÔ HÌNH HÓA HIỆN TƯNG PHÓNG SÉT ỨNG DỤNG KỸ THUẬT FRACTAL', 'NumberTitle','off', 'PaperPosition',[18 180 576 432], 'PaperUnits','points', 'Position',[0 0.9440104166666666], 'Tag','Fig1', 'ToolBar','none'); h1 = axes('Parent',h0, 'CameraUpVector',[0 0], 'CameraUpVectorMode','manual', 'Color',[0.149019607843137 0.411764705882353 0.674509803921569], Chương V: Viết Chương Mô Phỏng Hiện Tượng Sét V-19 HVTH: Trần Thị Hồng Đào LVTN: Ứng Dụng Kỹ Thuật Fractal Mô Phỏng Hiện Tượng Sét GVHD: Ts Lê Tiến Thường 'ColorOrder',mat1, 'Position',[0 0.002758620689655172 0.99609375 0.9958620689655172], 'Tag','Axes1', 'XColor',[0 0], 'YColor',[0 0], 'ZColor',[0 0]); GD = imread('TAOGIAODIEN73.BMP'); h2 = image('Parent',h1, 'CData',GD, 'Tag','anhgoc', 'XData',[-19 179.5], 'YData',[199.5 0]); h2 = text('Parent',h1, 'ButtonDownFcn','ctlpanel SelectMoveResize', 'Color',[0 0], 'HandleVisibility','off', 'HorizontalAlignment','center', 'Interruptible','off', 'Position',[79.9018645731109 -6.657420249653256 9.160254037844386], 'Tag','Axes1Text4', 'VerticalAlignment','cap'); set(get(h2,'Parent'),'XLabel',h2); h2 = text('Parent',h1, 'ButtonDownFcn','ctlpanel SelectMoveResize', 'Color',[0 0], 'HandleVisibility','off', 'HorizontalAlignment','center', 'Interruptible','off', 'Position',[-26.28066732090285 99.58391123439667 9.160254037844386], 'Rotation',90, 'Tag','Axes1Text3', 'VerticalAlignment','baseline'); set(get(h2,'Parent'),'YLabel',h2); h2 = text('Parent',h1, Chương V: Viết Chương Mô Phỏng Hiện Tượng Sét V-20 HVTH: Trần Thị Hồng Đào LVTN: Ứng Dụng Kỹ Thuật Fractal Mô Phỏng Hiện Tượng Sét GVHD: Ts Lê Tiến Thường 'ButtonDownFcn','ctlpanel SelectMoveResize', 'Color',[0 0], 'HandleVisibility','off', 'HorizontalAlignment','right', 'Interruptible','off', 'Position',[-20.19627085377821 200 9.160254037844386], 'Tag','Axes1Text2', 'Visible','off'); set(get(h2,'Parent'),'ZLabel',h2); h2 = text('Parent',h1, 'ButtonDownFcn','ctlpanel SelectMoveResize', 'Color',[0 0], 'HandleVisibility','off', 'HorizontalAlignment','center', 'Interruptible','off', 'Position',[59.92149165848871 141.5533980582524 9.160254037844386], 'Tag','Axes1Text1', 'VerticalAlignment','bottom'); set(get(h2,'Parent'),'Title',h2); h1 = uicontrol('Parent',h0, 'Units','normalized', 'BackgroundColor',[0.352941176470588 0.211764705882353 0.196078431372549], 'Callback','ve_chuong_trinh_chinh', 'FontName','VNI-TIMES', 'FontSize',20, 'FontWeight','bold', 'ListboxTop',0, 'Position',[0.6669921875 0.7255172413793103 0.314453125 0.08413793103448275], 'String','CHƯƠNG TRÌNH CHÍNH', 'Tag','Pushbutton1'); if nargout > 0, fig = h0; end Chương V: Viết Chương Mô Phỏng Hiện Tượng Sét V-21 HVTH: Trần Thị Hồng Đào LVTN: Ứng Dụng Kỹ Thuật Fractal Mô Phỏng Hiện Tượng Sét GVHD: Ts Lê Tiến Thường CHƯƠNG VI KẾT QUẢ MÔ PHỎNG Chương VI: Kết mô VI-0 HVTH: Trần Thị Hồng Đào LVTN: Ứng Dụng Kỹ Thuật Fractal Mô Phỏng Hiện Tượng Sét CHƯƠNG VI VI.1 GVHD: Ts Lê Tiến Thường ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ GIAO DIỆN VỚI NGƯỜI DÙNG Chương trình có hai giao diện trình bày hình VI-1 VI-2 Hình VI-1 giao diện giới thiệu đề tài Muốn thoát khỏi giao diện để vào chương trình thực mô phỏng, người sử dụng cần nhấp chuột vào nút “CHƯƠNG TRÌNH CHÍNH” Hình VI-1: Giao điện giới thiệu đề tài C NG G TTR RÌÌN NH HC CH HÍÍN NH H CH HƯ ƯƠ ƠN Chương VI: Kết mô : Khi nhấp chuột vào nút này, hình giao diện chuyển sang trang giao diện để thực việc mô sét trình bày hình VI-2 VI-1 HVTH: Trần Thị Hồng Đào LVTN: Ứng Dụng Kỹ Thuật Fractal Mô Phỏng Hiện Tượng Sét GVHD: Ts Lê Tiến Thường Hình VI-2: Giao diện cho phép nhập giá trị đầu vào thực việc mô sét Các thông số “hoành độ điểm kích khởi sét xs”, “tung độ điểm kích khởi sét ys”, “độ rộng kênh w”, “góc quay tia sét kênh g1”, “xác suất xs”, “chiều dài đoạn sét l1”, “sai số để dừng chương trình ss” thông số đầu vào chương trình, cho phép người sử dụng nhập giá trị mong muốn Bắt đầu : Thực vẽ sét Quay lại : Trở lại giá trị mặc định ban đầu thông số đầu vào Thoát : Thoát khỏi chương trình mô sét GIAO ĐIỆN NỀN : Thoát khỏi chương trình mô sét Chương VI: Kết mô VI-2 HVTH: Trần Thị Hồng Đào LVTN: Ứng Dụng Kỹ Thuật Fractal Mô Phỏng Hiện Tượng Sét VI.2 GVHD: Ts Lê Tiến Thường MỘT SỐ HÌNH ẢNH KẾT QUẢ MÔ PHỎNG Tùy theo xác suất phân nhánh nhập vào, ta thu hình ảnh sét với nhiều phân nhánh hay tia sét đơn không phân nhánh trình bày Hình VI-3, Hình VI-4 Hình VI-5 Xác suất phân nhánh: 0.035 Độ rộng kênh : 2.5 Chiều dài đoạn sét : 0.15 Xác suất phân nhánh: 0.035 Độ rộng kênh : 2.5 Chiều dài đoạn sét : 0.15 Xác suất phân nhánh: 0.035 Độ rộng kênh : 2.5 Chiều dài đoạn sét : 0.15 (a) Xác suất phân nhánh: 0.035 Độ rộng kênh : 2.5 Chiều dài đoạn sét : 0.15 (c) (b) (d) Hình VI-3: Các dạng tia sét không phân nhánh có phân nhánh (a) Không phân nhánh, điểm tương tác kênh có hoành độ x = -3; (b) Không phân nhánh, điểm tương tác x = -1,6; (c) Có nhánh chính, điểm tương tác x = - 0,3; (d) Có ba có ba nhánh phụ hai nhánh phụ, điểm tương tác x = Chương VI: Kết mô VI-3 HVTH: Trần Thị Hồng Đào LVTN: Ứng Dụng Kỹ Thuật Fractal Mô Phỏng Hiện Tượng Sét Xác suất phân nhánh: 0.25 Độ rộng kênh : 2.5 Chiều dài đoạn sét : 0.2 (a) GVHD: Ts Lê Tiến Thường Xác suất phân nhánh: 0.25 Độ rộng kênh : 2.5 Chiều dài đoạn sét : 0.2 (b) Xác suất phân nhánh: 0.25 Độ rộng kênh : 2.5 Chiều dài đoạn sét : 0.25 (d) Xác suất phân nhánh: 0.25 Độ rộng kênh : 2.5 Chiều dài đoạn sét : 0.25 (c) Hình VI-4: Các dạng tia sét nhiều phân nhánh (a) Sự phân nhánh tăng xuống thấp dần, điểm tương tác kênh có hoành độ x = -2,8; (b) Sự phân nhánh giảm xuống thấp, điểm tương tác kênh x = 2,8; (c) Sự phân nhánh từ xuống thấp, điểm tương tác x = 2; (d) Sự phân nhánh tăng theo chiều từ xuống, điểm tương tác x = Chương VI: Kết mô VI-4 HVTH: Trần Thị Hồng Đào LVTN: Ứng Dụng Kỹ Thuật Fractal Mô Phỏng Hiện Tượng Sét GVHD: Ts Lê Tiến Thường Xác suất phân nhánh: 0.25 Độ rộng kênh : 2.5 Chiều dài đoạn sét : 0.2 (b) Xác suất phân nhánh: 0.32 Độ rộng kênh : 2.5 Chiều dài đoạn sét : 0.2 (a) Hình VI-5: Các dạng tia sét nhiều phân nhánh (a) Sự phân nhánh từ xuống dưới, có nhiều nhánh chính, điểm tương tác kênh có hoành độ x = -4,6; (b) Kênh phân nhánh ít, có nhiều nhánh phụ, điểm tương tác kênh x = 1,75 Các kết giả lập tia sét nhiều phân nhánh Hình VI-4 Hình VI-5 có tập thông số đầu vào (như trình bày kèm theo hình) kết có có đặc điểm hình dạng điểm tương tác kênh sét khác Kết giả lập tia sét đơn Hình VI-3 (a), (b), (c) (d) tương tự Điều chứng tỏ chương trình tương đối thành công việc giả lập trạng thái ngẫu nhiên không dự đoán tượng sét Hình ảnh mô thu có hình dạng tương đối phù hợp với hình ảnh thực tế sét Chương VI: Kết mô VI-5 HVTH: Trần Thị Hồng Đào LVTN: Ứng Dụng Kỹ Thuật Fractal Mô Phỏng Hiện Tượng Sét GVHD: Ts Lê Tiến Thường KẾT LUẬN – HƯỚNG PHÁT TRIỂN Sét nguyên nhân tượng áp hệ thống thông tin hệ thống điện nguồn gây nhiễu nhiều loại thông tin vô tuyến Vì tác hại nghiêm trọng sét, việc phòng chống sét vấn đề đặt lên hàng đầu công trình xây dựng hệ thống thông tin, hệ thống điện dù lớn hay nhỏ Công suất tổng lượng sét lớn Vì mà chưa thể giả lập phòng thí nghiệm phát triển hình học kênh sét phạm vi tác hại Do vậy, đề tài “Ứng dụng kỹ thuật fractal để mô tượng sét” xây dựng công cụ dựa máy tính có khả giả lập dạng hình học thực tế tia sét đề tài có ý nghóa thực tiễn cao Đề tài không trình bày lý thuyết toán học phức tạp hình học Fractal mà giới thiệu khái niệm hình học Fractal giúp dễ dàng việc tìm hiểu loại hình học Ứng dụng Fractal để giải vấn đề đặt đề tài chọn lựa Fractal thích hợp với việc mô tả đối tượng thiên nhiên hình học Euclide gặp khó khăn vấn đề Đề tài đưa lý thuyết liên quan đến tượng phóng sét mây đất Một số số liệu đo đạc từ thí nghiệm, nghiên cứu thu thập trình bày đề tài Tuy nhiên, khách quan, nhiều hạn chế dù nhà vật lý học liên tục nghiên cứu từ nay, tượng sét ẩn số người Còn nhiều điều chưa hiểu hết sét tia sét khởi đầu bên đám mây, nhân tố thực điều khiển phát triển hình học tia sét, đâu nhiễu vô tuyến HF VHF sinh sét, v.v… Tất vấn đề liên quan đến tượng sét phải nghiên cứu tiếp tục tương lai Từ kiến thức tích lũy sét hình học Fractal, đề tài xây dựng tương đối thành công giải thuật phân nhánh đơn giản hiệu quả, có vận dụng sở vật lý để đảm bảo tính xác kết thu Từ đó, chương trình máy tính, soạn thảo môi trường lập trình Matlab, có khả giả lập dạng phân nhánh ngẫu nhiên, không dự đoán tượng sét KẾT LUẬN VII-1 HVTH: Trần Thị Hồng Đào LVTN: Ứng Dụng Kỹ Thuật Fractal Mô Phỏng Hiện Tượng Sét GVHD: Ts Lê Tiến Thường xây dựng tương đối thành công với kết thu có hình dạng tương đối phù hợp hình ảnh thực tế tia sét Với nhiều hình dạng sét khác tạo từ tập giá trị thông số đầu vào, đề tài thể phát triển hình học ngẫu nhiên sét Chương trình xây dựng cho phép người sử dụng thay đổi thông số đầu vào để giả lập nhiều dạng tia sét từ tia sét kênh không phân nhánh, tia sét có phân nhánh tia sét có nhiều phân nhánh Hướng phát triển: Đề tài dừng lại mức độ giả lập cấu trúc hình học ngẫu nhiên, chưa quan tâm đến việc tính toán điện tích trường điện từ tia sét Hiện tượng sét ẩn số, trước tượng làm rõ hoàn toàn, sô liệu đo đạc từ thực tế phần thỏa mãn óc sáng tạo suy đoán nhà khoa học Bản chất trường điện từ sét giả thiết, suy đoán Trong tương lai, thực việc nghiên cứu giả lập chất trường điện từ sét thêm vào kết đạt đề tài cho sản phẩm hữu ích cho công nghiên cứu chế tạo thiết bị chống sét, đặc biệt dựa vào phát triển thiết bị chống sét tích cực có khả cảm ứng thay đổi trường điện từ môi trường xung quanh xuất sét, từ dò thấy trường điện môi trường xung quanh đạt đến giá trị ngưỡng, tia tiên đạo dương phóng hướng lên để thu hút tạo đường dẫn chủ động đưa sét xuống đất, đảm bảo nguy sét đánh nhỏ KẾT LUẬN VII-2 HVTH: Trần Thị Hồng Đào LVTN: Ứng Dụng Kỹ Thuật Fractal Mô Phỏng Hiện Tượng Sét GVHD: Ts Lê Tiến Thường TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] V A Rakov, “Lightning electric and magnetic fields”, University of Florida, Gainesville ,USA http://plaza.ufl.edu/rakov/Zurich99/Zurich99.htm [2] E Philip Krider, “Physics of lightning”, University of Arizona, http://books.nap.edu/books/0309036801 [3] K Todd Reed and Brian Wyvill, “Visual Simulation of Lightning”, January 7, 1994 Internet [4] Martin A Uman, “ All about lightning”, Dover Pulishcations, New York, 1996 [5] “ Lightning Physics”, http://regentsprep.org/Regents/physics/phys03/alightnin/default.html [6] V.A Rakov, “ Characterization of lightning electromagnetic fields and their modeling”, University of Florida, Gainesville, USA Internet [7] W David Rust, “Positive Cloud_to_Ground Lightning”, http://plaza.ufl.edu/rakov/Zurich 97/Zurich97a.htm [8] “Iterated function systems”, http://www.geom.umn.edu/java/Ifoft/IFSs [9] “Iterated function systems, iterated of random mappings”, http://www.abo.fi/~ghognas/ifs.htm [10] “Fractal Lightning: Stochastic Model”, http//:fisica.ciencias.uchile.cl/alejo/fractal_antenna/node7.html [11] “Fractal Dimension”, http://math.bu.edu/DYSYS/chaos-game/node6.html [12] Paul Bourke, “An Introduction to Fractals”, http://www.swin.edu.au/astronomy/pbourke/fractals/fracintro [13] “Fractal”, http://www.mathsnet.net/fractals.html [14] “Fractal and the Fractal Dimension”, http://www.vanderbilt.edu/AnS/psychology/cgsci/chaos/workshop/Fractals.html [15] Vladimir A Rakov and Martin A Uman, “ Review and evaluation of lightning return stroke models including some aspects of their application”, http://plaza.ufl.edu/rakov/Zurich 97/Zurich97b.htm [16] M.S.NAIDU, V.KAMARAJU, ‘High Voltage Engineering’, McGraw-Hill, 1995, ISBN 0-07-462286KẾT LUẬN VII-3 HVTH: Trần Thị Hồng Đào LVTN: Ứng Dụng Kỹ Thuật Fractal Mô Phỏng Hiện Tượng Sét GVHD: Ts Lê Tiến Thường [17] Leslie K Vandeman, “Fractala Geometry – The Exploration Of Iterated Algorithms”, http://www.honors.unr.edu/~fenimore/wt202/vandeman/ [18] “Fractal Geometry”, http://archive.ncsa.uiuc.edu/Edu/Fractal/Fgeon.html [19] Vladimir A Rakov and Martin A Uman, “ Bursts of Pulses in Lightning Electromagnetic Radiation: Observations and Implications for Lightning Test Standards”, IEEE transactions on electromagnetic compatibility, vol 38, No.2, May 1996 http://plaza.ufl.edu/rakov/Zurich 97/Zurich97c.htm [20] Darren Redfern, Colin Cambell, “The MATLABR Handbook”, Springer, 1997, ISBN 0-387-94200-9 [21] Duane Hanselman, Bruce Littlefield, “Mastering-MATLABR 5”,Prentice-Hall, 1998, ISBN 0-13-858366-8 [22] A Uman, V.A Rakov, “An Antenna Theory Model For The Lightning Return Stroke”, in Pro Int Zurich Symp On Electromagnetic Compatibility, Zurich, Switzerland, 1997c http://plaza.ufl.edu/rakov/Zurich97c.htm#top [23] A Uman, V.A Rakov, “Comments On The Significance Of Retardation Effects In Calculating The Radiating The Radiated Electromagnetic Fields From An Extending Discharge”, in Pro Int Zurich Symp On Electromagnetic Compatibility, Zurich, Switzerland, 1997b http://plaza.ufl.edu/rakov/Zurich97b.htm#top [24] V A Rakov, “Lightning Electromagnetic Fields Modeling And Measurements”, in Pro Int Zurich Symp On Electromagnetic Compatibility, Zurich, Switzerland, 1997a http://plaza.ufl.edu/rakov/Zurich97a.htm#top [25] Paul R Krehbiel, “The Electrical Structure of Thunderstorms”, New Mexico Institute of Mining and Technology http://books.nap.edu/books/0309036801 [26] N.I.Petrov, “Optimal Parameters Of Leader Discharge Development”, 8th International Symposium on High Voltage Engineering, Yokohama, Japan August 237, 1993 [27] K.Kudo, ‘Fractal Analysis of Electrical Trees’, IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, Vol.5 No.5, October 1998 [28] Paul Bourke, ‘An Introduction to Fractals’, 1991, http://www.swin.edu.au/astronomy/pbourke/fractals/fracintro KẾT LUẬN VII-4 HVTH: Trần Thị Hồng Đào LVTN: Ứng Dụng Kỹ Thuật Fractal Mô Phỏng Hiện Tượng Sét GVHD: Ts Lê Tiến Thường [29] Claude Tricot, ‘CURVES AND FRACTAL DIMENSION’, Springer-Verlag, 1993, ISBN 0-387-94095-2 [30] V A Rakov, “Positive and Bipolar Lightning Discharges: A Review”, in Pro Int Zurich Symp On Electromagnetic Compatibility, Zurich, Switzerland, 1997a [31] “Box Dimension”, http://www.weihenstephan.de/ane/dimensions/3_2 Box Dimension.html [32] “Fractals and Self-Similarity”, http://www.weihenstephan.de/ane/dimensions/subsection3_3_5.html [33] “Compass Dimension”, http://www.weihenstephan.de/ane/dimensions/3_1 Compass Dimension.html [34] “The Fractory”, http://library.thinkquest.org/3288/gnrte2.html [35] “Fractal Dimension”, http://www.weihenstephan.de/ane/dimensions/3_3 Fractal Dimension.html [36] “ Pentadentrite” http://www KẾT LUẬN VII-5 HVTH: Trần Thị Hồng Đào ... Ứng Dụng Kỹ Thuật Fractal Mô Phỏng Hiện Tượng Sét GVHD: Ts Lê Tiến Thường CHƯƠNG IV ỨNG DỤNG FRACTAL VÀO VIỆC MÔ HÌNH HÓA SÉT IV-1 IV-1 CẤU TRÚC HÌNH CÂY CỦA SÉT IV-1 IV-2 TẠO ẢNH FRACTAL. .. vật lý tượng phóng sét II-36 HVTH: Trần Thị Hồng Đào LVTN: Ứng Dụng Kỹ Thuật Fractal Mô Phỏng Hiện Tượng Sét GVHD: Ts Lê Tiến Thường CHƯƠNG III CÁC MÔ HÌNH SÉT Chương III: Các mô hình sét III-0... Thị Hồng Đào LVTN: Ứng Dụng Kỹ Thuật Fractal Mô Phỏng Hiện Tượng Sét GVHD: Ts Lê Tiến Thường Như mô hình đưa để hình tượng hoá trình phóng sét mô hình lý thuyết, dự đoán Trước tượng làm rõ hoàn