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Mot-clé - Exemple

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jeudi, novembre 22 2007

L'assimilation de données

Chose promise, chose due. Alors, voici une vision générale de ce qui occupe les plus longues de mes heures : l'assimilation de données.

Ce billet regroupe les différents billets publiés sur le contexte général de l'assimilation de données sous forme d'une table des matières hiérarchisée. Peut-être verrez-vous d'ici quelques temps fleurir des billets sur le cadre plus particulier de mon travail : l'assimilation de données océanographique avec une méthode variationnelle. Qui sait ?

Bonne lecture...






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jeudi, novembre 15 2007

Méthode d'assimilation - L'exemple du naufragé

Revenons aux mésaventures de notre naufragé introduites précédemment. Finalement, ne sachant comment atteindre le rivage, il se résout à évaluer la distance le séparant du rivage toutes les heures. Il dispose ainsi de \[i\] mesures de la distance du canot au rivage (\[v^o_i\]) entre l'instant de son naufrage \[t_0\] et la dernière mesure au temps \[t_i\]. Cette évaluation est supposée sans biais et sa variance, notée comme précédemment \[s^o\], est supposée stationnaire. Les coordonnées réelles du canot sont \[(u_i,v_i)\],tandis que celle issues de l'analyse \[(u_i^a,v_i^a)\] et celles de la prévision \[(u_i^f,v_i^f)\]. A l'instant du naufrage (\[t_0\]), la position du canot est \[(u_0^a,v_0^a)=(0,0)\]. Entre deux mesures aux instants \[t_i\] et \[t_{i+1}\],le canot dérive mais sa direction n'est pas connue. Le naufragé imagine donc un modèle d'évolution comme un modèle de diffusion autour de son point d'origine. Il peut donc écrire le modèle (linéaire en l'occurrence) tel que \[\mathbf{M}_{i \to i+1}=\mathbf{I}\]) et l'erreur modèle, qu'il suppose importante, telle que

\[ \mathbf{Q}_i=\left( \begin{array}{cc} s^m & 0 \\ 0 & s^m \end{array} \right)\],

où \[s^m\] est proportionnel au temps écoulé entre \[t_{k+1}\] et \[t_0\].

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Interpolation statistiques - L'exemple du naufragé

Pour illustrer les différents concepts abordés, un exemple sera très utile. Supposons qu'à la suite d'une tempête, un marin naviguant en suivant la ligne de côtes, s'échoue sur des récifs. Le bateau étant bien équipé, il relève sa dernière position sur le GPS et monte dans le canot de sauvetage. Malheureusement, ce canot est dépourvu de rames. Les vagues et le vent l'emportent donc loin de son navire échoué. Définissons un référentiel de tel sorte que l'axe x soit parallèle à la côte et l'axe y lui soit perpendiculaire. La position du navire échoué dans ce référentiel est défini comme le point de référence de coordonnées (0,0). La position du canot de sauvetage est donc connu à l'instant \[ t_0=0 \]. Un peu plus tard, à l'instant t, le naufragé estime au jugé la distance qui le sépare de la côte. Le naufragé sait que son estimation est empreinte d'une erreur et il estime la variance de cette erreur \[s^o\]. Il se rappelle, par ailleurs, la position de l'épave et sait que le canot de sauvetage a dérivé malgré l'absence de courants marins prédominants dans cette région. Il suppose donc que la probabilité qu'il se trouve maintenant à la position \[(u^b,v^b)\] suit une loi normale de variance \[s^b\] qui dépend linéairement du temps écoulé. Après réflexion, il estime aussi que le processus de mesure au jugé n'est pas corrélé à celui de la dérive du canot. Il résume donc sa situation en faisant un schéma (Fig. 3).

La géométrie de la situation du naufragé
Fig. 3 : La géométrie de la situation du naufragé.

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lundi, novembre 12 2007

Introduction - Un exemple plus théorique

Une autre façon de penser l'assimilation de données est de la comparer aux méthodes traditionnelles de la recherche scientifique.

En général, face à un système inconnu, la première démarche est d'essayer de comprendre comment il fonctionne. Ceci se traduit par le développement d'un modèle qui va tenter de simuler toutes les composantes internes du système. Ce modèle, aussi perfectionné soit-il, nécessite des paramètres d'entrée. Une fois le modèle abouti, il est ensuite comparé à des résultats expérimentaux. En supposant que le modèle est adapté, les comparaisons entre les sorties du modèle et les mesures expérimentales permettent d'améliorer les entrées du modèle. Il s'agit donc d'un problème inverse.

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Introduction - Un exemple simple : la météorologie

La première question que l'on peut se poser est : "A quoi sert l'assimilation de données ?". Une question bien peu scientifique car ne répondant pas à la question "Comment ?". Et pourtant, c'est souvent la première question posée lorsque l'assimilation de données fait irruption dans une discussion. Certes, c'est un sujet peu abordé d'ordinaire, mais que certains chercheurs ou doctorants travaillant dans le domaine rencontrent fréquemment.

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