Pusat Teknologi Instrumentasi dan Otomasi (PTIO) - Institut Teknologi Bandung
Abstract
Surface winds in various locations are measured simultaneously using a multisite anemometer network. This network is susceptible to system failures due to sensor damage, causing a data gap during sensor removal and reinstallation. This research develops a wind speed estimation model on a multisite anemometer using the Temporal Convolutional Network (TCN) algorithm. TCN processes time domain signals in parallel, thus significantly cutting the computation time. Minutely wind speed data set was obtained from four anemometers at Juanda International Airport in Surabaya from January 1, 2022 – December 24, 2023. The model design comprises data pre-processing, dominant wind direction analysis, hyperparameter determination, training, and testing on actual data. TCN estimation models are divided into easterly, westerly, transitional, and all-directional models. These wind speed estimation models strongly correlate with actual data, with correlation coefficients of 0.70, 0.77, and 0.87. Overall, the accuracy of the TCN-based estimation model conforms to World Meteorological Organization (WMO) requirements for wind speed measurements. It achieves RMSE<5 m/s and MAE<3 m/s. As for computation duration, TCN processes the training for 87 seconds per epoch and completes the estimation in 37 seconds, much faster than CNN-BiDLSTM’'s training duration of 2206 seconds per epoch and estimation completion of 548 seconds.Parameter angin permukaan di berbagai lokasi diukur menggunakan jaringan anemometer. Jaringan ini sering mengalami kegagalan sistem yang disebabkan oleh kerusakan sensor. Hal ini menyebabkan adanya gap data pada jeda waktu antara pelepasan dan pemasangan sensor. Penelitian ini berupaya mengembangkan model estimasi kecepatan angin pada jaringan anemometer menggunakan algoritma Temporal Convolutional Network (TCN). TCN memproses sinyal domain waktu secara paralel, sehingga mempersingkat komputasi secara signifikan. Dataset kecepatan angin per menit diperoleh dari empat anemometer di Bandara Internasional Juanda Surabaya periode 1 Januari 2022 – 24 Desember 2023. Desain model estimasi meliputi pra-pemrosesan data, analisis arah angin dominan, penentuan hyperparameter, training dan pengujian terhadap data aktual. Model estimasi TCN dibagi menjadi model timuran, baratan, peralihan dan semua arah. Model estimasi kecepatan angin timuran, peralihan dan semua arah memiliki korelasi kuat terhadap data aktual dengan nilai koefisien korelasi berturut-turut yaitu 0,70; 0,77 dan 0,87. Secara keseluruhan, akurasi model estimasi berbasis TCN sudah memenuhi persyaratan WMO untuk pengukuran kecepatan angin yaitu capaian RMSE<5 m/s dan MAE<3 m/s. TCN mampu memproses pelatihan 87 detik per epoch dan menyelesaikan estimasi dalam 37 detik, jauh lebih cepat dari CNN-BiDLSTM dengan durasi pelatihan 2206 detik per epoch dan estimasi dalam 548 detik