ماشین بردار پشتیبان
در نشریات گروه جغرافیا-
زمینه و هدف
شهرنشینی یک روند جهانی است که به طور قابل توجهی بر توسعه پایدار شهری و کیفیت زندگی شهری تاثیر می گذارد. ارزیابی پراکندگی شهری برای برنامه ریزی شهری پایدار حیاتی است و با اهداف کلیدی اهداف توسعه پایدار سازمان ملل متحد همسو است. هدف از پژوهش حاضر که از نوع توصیفی-تحلیلی است، شناسایی و سنجش شدت پراکنده رویی شهری در شهر دیوانیه از کشور عراق با استفاده از فناوری جغرافیایی و شاخص های چشم انداز برای ارزیابی، نقشه برداری و کمی کردن گستره پراکندگی شهری در دیوانیه از سال 1990 تا 2024 می باشد.
روش شناسیلذا برای دستیابی به هدف مورد نظر، از الگوریتم یادگیری ماشین نظارت شده توسط ماشین بردار پشتیبان (SVM) همراه با معیارهای چشم انداز استفاده شده است. در این راستا ابتدا تصاویر ماهواره ای مربوط به سال های 1990، 2000، 2011، 2020 و 2024 به کمک ماهواره Landsat استخراج و با استفاده از الگوریتم SVM در نرم افزار ENVI4.8 طبقه بندی و تغییرات آشکار شدند. همچنین، با کاربست متریک های چشم انداز با استفاده از نر مافزار Fragstats 4.2، پرا کنده رویی شهری در شهر دیوانیه بررسی و استخراج شد.
یافته ها و نتیجه گیرینتایج نشان داد، میزان ساخت در شهر دیوانیه در دوره مطالعه 34 ساله، از 2069 هکتار در سال 1990 به 4420 هکتار در سال 2024 رسیده است. به عبارتی این شهر شاهد رشد 6/113 درصد بوده است. این مطالعه همچنین از طریق معیارهای چشم انداز کشف کرد که الگوی پراکندگی شهری در دیوانیه با همه اشکال پراکندگی شهری، یعنی جهش، پر کردن، نوار/روبان، و توسعه کم تراکم مشخص می شود.
کلید واژگان: پراکندرویی شهری، تغییر پوشش زمین، ماشین بردار پشتیبان، شاخص های چشم انداز، دیوانیهJournal of Sustainable Urban and Regional Development Studies, Volume:6 Issue: 3, Autumn 2025, PP 199 -215Background and ObjectiveUrbanization is a global trend that significantly impacts sustainable urban development and the quality of urban life. Assessing urban sprawl is critical for sustainable urban planning and aligns with the key objectives of the United Nations sustainable development goals. The present descriptive-analytical study aims to identify and measure the intensity of urban sprawl in the city of Al-Diwaniyah, Iraq.
MethodologyUsing geographic technology and landscape indicators, the study assesses, maps, and quantifies the extent of urban sprawl in Al-Diwaniyah from 1990 to 2024. Therefore, to achieve the desired goal, a supervised machine learning algorithm using a support vector machine (SVM) along with landscape criteria was used. In this regard, first, satellite images for the years 1990, 2000, 2011, 2020, and 2024 were extracted using the Landsat satellite and classified and changes were revealed using the SVM algorithm in ENVI4.8 software. Also, by applying landscape metrics using Fragstats 4.2 software, urban sprawl in the city of Al-Diwaniyah was examined and extracted.
Findings and ConclusionThe results showed that the amount of construction in Al-Diwaniyah city increased from 2069 hectares in 1990 to 4420 hectares in 2024 during the 34-year study period. In other words, the city witnessed a growth of 113.6%. The study also discovered through landscape criteria that all forms of urban sprawl, leapfrog, infill, strip/ribbon, and low density development characterize the urban sprawl pattern in Diwaniyah.
Keywords: : Urban Sprawl, Land Cover Changes, Support Vector Machine, Landscape Metrics, Al Diwaniyah -
زمینه و هدف
سیلاب ها یکی از پدیده های طبیعی هستند که می توانند خسارات زیادی به زیرساخت ها، مزارع و محیط زیست وارد کنند. این پدیده به طور عمده به دلیل بارش های سنگین، ذوب برف ها یا ترکیبی از این عوامل رخ می دهد. بنابراین هدف از این پژوهش پهنه بندی خطر سیلاب و ارتباط آن با کاربری اراضی با استفاده از مدل فرایند تحلیل شبکه در حوضه آبخیز رضی چای در استان اردبیل است.
روش شناسی:
دراین پژوهش با استفاده از تصاویر ماهواره ای لندست 8 مربوط به سال 2022، نقشه DEM 30 متر استر، نقشه توپوگرافی با مقیاس 1:50000، نقشه زمین شناسی با مقیاس 1:250000 و همچنین استفاده از سایر اطلاعات تفضیلی حوضه مورد مطالعه 10 پارامتر تاثیرگذار در رخداد سیل که شامل: ارتفاع، شیب، جهت شیب، پوشش گیاهی، سازندهای زمین شناسی، فاصله از رودخانه، جهت جریان، کاربری اراضی، بارش، تراکم زهکشی مورد استفاده قرار گرفته و برای تعیین اهمیت هر متغیر از مدل فرآیند شبکه تحلیلی (ANP) استفاده شد.
یافته ها و نتیجه گیریازمیان پارامترهای مورد مطالعه، لایه های شیب (با ضریب 30 درصد)، ارتفاع (با ضریب 21 درصد)، کاربری اراضی (با ضریب 17 درصد) وزن بیش تری را کسب کردند. در نتیجه وقوع سیلاب در حوضه آبریز رضی چای را به شدت کنترل می کنند. نتایج نشان می دهد که حدود 36 درصد از حوضه آبریز رضی چای در مناطق پرخطر و بسیار پرخطر قرار دارد. این پهنه ها در قسمت پایین حوضه، به طور معمول در تقاطع دو آبراهه اصلی حوضه قرار دارند. با توجه به پراکندگی فضایی سکونتگاه ها در منطقه می توان گفت که اکثر سکونتگاه های قسمت پایین حوضه در معرض سیلاب قرار دارند.
کلید واژگان: سیلاب، ANP، کاربری اراضی، ماشین بردار پشتیبان، رضی چای، استان اردبیلBackground and ObjectiveFloods are one of the natural phenomena that can cause significant damage to infrastructure, farmlands, and the environment. This phenomenon primarily occurs due to heavy rainfall, snowmelt, or a combination of these factors. Therefore, the aim of this study is to map flood hazard zones and examine their relationship with land use using the Analytic Network Process (ANP) model in the Razi Chay watershed in Ardabil Province.
MethodologyIn this study, data from Landsat 8 satellite imagery from 2022, a 30-meter ASTER DEM map, a 1:50,000 scale topographic map, a 1:250,000 scale geological map, and other detailed information of the studied watershed were utilized. Ten parameters influencing flood occurrence were analyzed, including elevation, slope, slope aspect, vegetation cover, geological formations, distance from the river, flow direction, land use, precipitation, and drainage density. The Analytic Network Process (ANP) model was employed to determine the importance of each variable.
Findings and ConclusionAmong the studied parameters, slope (with a weight of 30%), elevation (with a weight of 21%), and land use (with a weight of 17%) were assigned the highest weights, indicating their significant influence in controlling flood occurrence in the Razi Chay watershed. The results show that approximately 36% of the Razi Chay watershed falls within high-risk and very high-risk zones. These areas are typically located in the lower part of the watershed, often at the confluence of the two main streams. Considering the spatial distribution of settlements in the region, it can be concluded that most of the settlements in the lower part of the watershed are exposed to flood risks
Keywords: Flood, ANP, Land Use, Support Vector Machine, Razi Chay, Ardabil Province -
سابقه و هدف
سیب زمینی چهارمین محصول کشت شده در جهان است. با توجه به اهمیت استراتژیک این محصول در تامین امنیت غذایی، تهیه نقشه های دقیق از سطوح زیرکشت آن اطلاعات ضروری برای تخمین و پیش بینی میزان عملکرد محصول در مقیاس های متفاوت را فراهم می کند. اگرچه تا کنون رویکردهای متفاوت سنجش از دور، مبتنی بر سنجنده های اپتیکی یا مایکروویو، به طور گسترده برای پایش مزارع گوناگون (شامل سطح زیرکشت محصولات، شرایط و پیش بینی عملکرد آنها) به کار رفته، با استفاده از داده های سنجش از دور و یادگیری ماشین کمتر برای شناسایی مزارع سیب زمینی اقدام شده است. در این راستا، پژوهش حاضر به شناسایی و نگاشت محصول سیب زمینی در قطب تولید آن در کشور پرداخته است و سعی در مهیا سازی اطلاعات دقیق سطوح زیرکشت این محصول، برای حوزه مدیریت کلان کشاورزی را دارد.
مواد و روش هاازآنجاکه بیشتر محصولات کشاورزی، در طول دوره کشت، ویژگی های طیفی زمانی منحصربه فردی دارند، این پژوهش با استفاده از تصاویر سری زمانی و بدون آستانه گذاری صریح، روشی را برای تمایز دادن مزارع سیب زمینی از سایر محصولات مطرح کرده است. طبق این روش، با استفاده از لایه های مبتنی بر فنولوژی محصول سیب زمینی و نیز یادگیری ماشین، به شناسایی این محصول روی آورده شد. به منظور بهینه سازی پارامترهای داخلی الگوریتم، براساس داده های زمینی نوع محصول در سایت مورد مطالعه که مجموعا شامل 1648 نمونه از مزارع سیب زمینی و سایر محصولات می شود، آموزش و ارزیابی مدل انجام شد. این داده ها با استفاده از گیرنده GPS دستی نمونه برداری شد. در این پژوهش، نگاشت مزارع سیب زمینی با استفاده از تصاویر ماهواره سنتینل 2 و الگوریتم ماشین بردار پشتیبان انجام شد. با تهیه لایه های ورودی مناسب که شامل شاخص فنولوژیکی محصول سیب زمینی و شاخص آماری میانه NDVI (سری زمانی تصاویر ماهواره سنتینل 2) در بازه های مشخص می شود، مزارع سیب زمینی با دقت شناسایی شد. درادامه، این لایه ها به منزله ورودی های ماشین بردار پشتیبان به کار رفت. به منظور آموزش مدل بهینه برای ماشین بردار پشتیبان با استفاده از کرنل RBF، مقادیر gamma و C با روش 5-fold cross validation بهینه سازی شد. سپس این مقادیر، در فرایند اجرای الگوریتم، با استفاده از سامانه رایانش ابری گوگل ارث انجین به کار رفت. کارآیی روش پیشنهادی در شهرستان های همدان و بهار که بیشترین میزان کشت این محصول را در ایران دارند، ارزیابی شد.
نتایج و بحث:
براساس نتایج، مقادیر بهینه برای پارامترهای داخلی مدل C=70 و γ=0.3 محاسبه شد. این مقادیر در تابع RBF، به منظور شناسایی سطوح زیرکشت محصول سیب زمینی، در نظر گرفته شد. با اجرای الگوریتم طبقه بندی و سپس اعمال فیلتر Majority، نقشه سطوح زیرکشت سیب زمینی برای منطقه مورد مطالعه تهیه شد. این نقشه بیشترین تراکم کشت محصول سیب زمینی را در محدوده مرزی دو شهرستان (شمال غرب شهرستان همدان و شرق شهرستان بهار) نشان داد. سطح زیرکشت سیب زمینی برای سال زراعی 1399-1400، در شهرستان همدان، برابر 1/4527 هکتار و در شهرستان بهار، برابر 3/6088 هکتار به دست آمد. در ارزیابی نتایج، صحت کلی و ضریب کاپا به ترتیب برای همدان، 9/90% و 82/0 و برای بهار، 3/93% و 87/0 براساس ماتریس خطا برآورد شد. نتایج پژوهش حاضر به کارآیی الگوریتم ماشین بردار پشتیبان در شناسایی سطوح زیرکشت محصول سیب زمینی اشاره دارد و همچنین نشان داده است که شاخص های منطبق بر فنولوژی سیب زمینی را می توان، به منزله ویژگی های متمایزکننده در شناسایی بهتر مزارع این محصول، استفاده کرد.
نتیجه گیریشناسایی مزارع سیب زمینی، با استفاده از لایه های ورودی شاخص های منطبق بر فنولوژی محصول در الگوریتم ماشین بردار پشتیبان، نشان داد این روش می تواند صحت شناسایی سطوح زیرکشت این محصول را در سطح پایلوت بهبود ببخشد. ازاین رو می توان، برای شناسایی سایر محصولات مهم کشاورزی و نیز در دیگر مناطق، رویکردی مشابه را پیش گرفت و نتایج را ارزیابی کرد. همچنین پیشنهاد می شود کارآیی داده های مایکروویو و سایر الگوریتم های یادگیری ماشین در پژوهش های آینده مورد توجه قرار گیرد.
کلید واژگان: شناسایی محصول، سیب زمینی، سری زمانی تصاویر ماهواره سنتینل 2، سامانه گوگل ارث انجین، ماشین بردار پشتیبانIntroductionPotato is the fourth most cultivated crop worldwide. In terms of its strategic role in food security, accurate potato mapping provides essential information for national crop censuses and potato yield estimation and prediction at any scale. Although remote sensing (RS) approaches based on optical and/or microwave sensors have been widely employed to monitor cultivated lands (including crop area, conditions, and yield forecasting), the identification of potato planting areas using RS data and machine learning has not been much addressed. As a result, the present research addresses the literature gap by suggesting an effective potato mapping approach in Iran's main production center and tries to provide accurate information on the cultivated areas of this crop for the field of agricultural management.
Material and MethodsSince most crops have specific spectral and temporal characteristics during their cultivation period, this research has presented a method to discriminate potato fields from other crops using time series images without explicit thresholding. Is. This method identified this product by using layers based on potato phenology and machine learning. We employed the ground truth data of the crop types from the studied site, which included a total of 1648 samples of potato fields and other crops, to optimize the internal parameters of the algorithm, train, and evaluate the model. A handheld GPS receiver was used to collect this data. This research employed Sentinel-2 satellite images and the Support Vector Machine (SVM) algorithm to map potato fields. To accurately identify potato fields, we prepared appropriate input layers, including the phenological index of the potato crop and the median statistical index of NDVI (time series of Sentinel-2 satellite images) at specific intervals. We used these layers as inputs to the SVM. We optimized the gamma and C values using the 5-fold cross-validation method to train the optimal model for SVM using the RBF kernel. We then used these values in the algorithm implementation process under the Google Earth Engine cloud computing platform. We assessed the efficacy of the suggested approach in the Iranian cities of Hamedan and Bahar, key sites for the cultivation of this particular crop.
Results and DiscussionBased on the results, the optimal values for the internal parameters of the model (C = 70 and γ = 0.3) were calculated. We included these values in the RBF function to identify the cultivated areas of the potato crop. By implementing the classification algorithm and then applying the majority filter, a map of the areas under potato cultivation was prepared for the study area. This map showed the highest density of potato cultivation in the border area of two cities (northwest of Hamedan city and east of Bahar city). The calculated total area for potato farming was 4527.1 hectares in Hamedan city and 6088.3 hectares in Bahar city. The estimated overall accuracy and Kappa coefficient are 90.9% and 0.82 for Hamedan and 93.3% and 0.87 for Bahar, respectively. The present research's results demonstrate the effectiveness of the SVM algorithm in detecting potato cultivation areas, highlighting the potential of using indicators corresponding to potato phenology as distinguishing features for improved identification.
ConclusionBy employing the SVM method, we effectively identified potato fields by utilizing layers of indicators that correspond to crop phenology. At the trial stage, it was demonstrated that this method can improve the potato acreage mapping process. Therefore, a similar approach can be evaluated for identifying other important crops in other regions. It is also suggested that the efficiency of microwave data and other machine learning algorithms be considered in future research.
Keywords: Crop Mapping, Potato, Sentinel-2 Time Series, Google Earth Engine Platform, Support Vector Machine -
ریزش بهمن یکی از پدیده هایی است که رخداد آن سبب ایجاد خسارات زیادی به ویژه در مناطق کوهستانی می شود. بنابراین ارزیابی و شناخت عوامل موثر بر وقوع رخداد ریزش بهمن در مناطق کوهستانی امری ضروری است. هدف از این پژوهش مقایسه عملکرد مدل های مختلف یادگیری ماشینی در پهنه بندی خطر ریزش بهمن در جاده خلخال به شاهرود است. مدل ماشین بردار پشتیبان و مدل پرسپترون چند لایه یکی مدل های نوین یادگیری ماشینی است که توانایی حل مسائل پیچیده را دارد. برای شناسایی عوامل مهم در رخداد ریزش بهمن با توجه به مطالعات میدانی 8 عامل شناسایی شده است که شامل: 1- ارتفاع 2- پوشش گیاهی 3- جهت شیب 4- فاصله از گسل 5- فاصله از جاده 6- پهنه برفی 7- کاربری اراضی 8-شیب، است. بعد از پیش پردازش ها تمام لایه ها وارد نرم افزار SPSS MODELER شده و مدل سازی با 8 نورون ورودی 8 نورون میانه و 1 خروجی طراحی شده است. نتایج این پژوهش نشان داد که خروجی وزنی در مدل ماشین بردار پشتیبان بیشترین ارزش وزنی را برای لایه پهنه برفی با مقدار 26/0 و برای لایه شیب و فاصله از جاده به ترتیب مقدار 18/0 و 15/0، همچنین در مدل پرسپترون چندلایه نیز بیشترین ارزش وزنی برای عامل پهنه برفی با مقدار 20/0 و بعدازآن نیز لایه های فاصله از جاده، شیب هر دو مقدار 17/0 و 13/0 تعلق گرفته است. هم چنین در بخش اعتبار سنجی مدل ها نیز، نتایج نشان داد که خروجی مدل ماشین بردار نسبت به پرسپترون چندلایه دارای اعتباری بالایی بوده و مقدار AUC مدل ماشین بردار عدد 926/0 در بخش آموزش و 936/0 در بخش تست شبکه را نمایش می دهد که گویای این است عملکرد مدل ماشین بردار پشتیبان در پهنه بندی خطر ریزش بهمن عالی بوده و نتایج آن دارای دقت بالایی است.
کلید واژگان: ریزش بهمن، یادگیری ماشینی، ماشین بردار پشتیبان، پرسپترون چندلایهAvalanche is the fast and downward movement of large masses of snow and avalanches can endanger human lives and cause huge financial losses. Therefore, zoning and evaluating areas prone to avalanches is one of the necessities of environmental planning to prevent crises and The reduction of human and financial losses in different regions. The connection road between Khalkhal and Shahrood sector has attracted special attention due to the development of the communication network in the region and its economic, tourism, and transit importance. This route is located in a mountainous area with special geomorphic and geological conditions, and the occurrence of avalanches in this area has caused many human and financial losses every year. For this reason, the evaluation and zoning of avalanche-prone areas on the Khalkhal Road to the Shahrood section is very important.One of the most basic stages of conducting any research is collecting data and information. In this research, various data and information have been used, including a geological map of Ardabil province with a scale of 1.250000, from which the information about faults was extracted, topographic map of Khalkhal. With a scale of 1/20000, the road map is extracted from this map, the field data of the avalanche points has been collected through the field survey and GPS device, and the important remote sensing data and information include vegetation, land use, elevation map, slope map, slope direction map It was calculated from the images of Sentinel 2 and ALOS-PALSAR satellites. This research is based on field, analytical, and statistical works. Arc GIS, SPSS Modeler, and ENVI software were used to prepare the layers and implement the research model.According to field studies and analysis of satellite images to identify factors affecting avalanches on the road from Khalkhal to Shahrood, 8 layers in order: 1- Height 2- Vegetation 3- Slope direction 4- Distance from the fault 5- Distance from the road 6- Snow area 7- Land use 8- Slope was used with the standard raster format and all the layers were collected together after production and a single raster image was created. After finishing the classification process, modeling was done in SPSS Modeler software with 8 input neurons, 8 intermediate neurons and 1 output, and 70% of the data were allocated for model training and 30% of the data for model testing. The type of algorithm of SVM and MLP model is after error propagation. At the same time, this algorithm is very efficient and makes the model learn as well as possible, and the model process is completed when the minimum amount of error is reached.The results show that in the support vector machine model, the highest weight value for the snow layer is 0.26 and for the slope layer and the distance from the road is 0.18 and 0.15, respectively, which indicates that avalanches and hazards It is more dependent on these variables. Also, in the multi-layer perceptron model, the highest weight value was assigned to the snow area factor with a value of 0.20, followed by the layers of the distance from the road, both values of 0.17 and 0.13.Also the area of risk classes shows that in the support vector machine model, the most class in terms of risk is 36.34 square kilometers and in the multi-layer perceptron model it is 45.83 square kilometers, which shows that the multi-layer perceptron model is better than the volume vector machine model. A large part of the area is classified as high-risk class. Also, in the support vector machine model, the value of 61.57 square kilometers for the high-risk class and 49.32 square kilometers for the multi-layer perceptron model is classified, which shows that there is a big difference between the area values of the models that the support vector machine model had a realistic performance and was able to correctly identify the areas where there was an avalanche process and the risks arising from it, while the multilayer perceptron model did not have a good performance in the high-risk section. In the medium risk section, the results of the gear mark area values are that the support vector machine model with an area of 23.93 and the multilayer perceptron model with a value of 25.83 square kilometers are classified and there is not much difference between the values of the areas, but in the low risk category, the multilayer perceptron model with The area of 15.73 square kilometers is slightly different from the area of the support vector machine model with an area of 14.87 square kilometers.According to the results of two models regarding avalanche risk zoning in Khalkhal axis to Shahroud, also according to the mechanism of avalanche and the risks arising from it, it has been found out by field studies that the morphology of the slopes overlooking the road, the slopes of the central part in the area of Eskistan village due to the angle A slope of 20 to 35% and too close to the sacred road with snow and its accumulation during the winter seasons with the least mobility causes avalanches. The occurrence of avalanches in the region is in the form of slides and masses and does not have a powder state, because the length of the range and also the road factor have a great impact on the occurrence of this avalanche model. The cause of this provocation is known to be the avalanche. The results of the support vector machine model with relatively few deviations from the multi-layer perceptron model have high reliability and have been able to identify dangerous areas well. . Also, the overlap of the identified areas with real points is high in both models, but the results related to the identification of avalanche-prone areas in the support vector machine model have better performance than the multilayer perceptron and can identify the areas realistically and carefully. Therefore, both of these models can be used to identify areas prone to avalanches.
Keywords: Avalanche, Machine Learning, Support Vector Machine, Multilayer Perceptron -
فرسایش خاک ممکن است به از بین رفتن کیفیت خاک و در نتیجه، کاهش بهره وری خاک منجر شود. یکی از راه کارهای اساسی برای مهار و کاهش اثرات مخرب فرسایش، شناسایی مناطق مستعد فرسایش در مناطق است. به همین دلیل تعیین مناطق مستعد به فرسایش نقش مهمی در مدیریت فرسایش در منابع طبیعی دارد. تحقیق حاضر درصدد است تا با استفاده از دو روش یادگیری ماشینی جنگل تصادفی و ماشین بردار پشتیبان و 3327 نقطه وقوع فرسایش، مناطق مستعد به فرسایش را در استان اصفهان را تعیین نماید. عوامل محیطی در چهار گروه اصلی شامل عوامل توپوگرافی، عوامل اقلیمی، عوامل زیستی و عوامل انسان ساخت تهیه شدند. بررسی شاخص AUC نشان داد که هر دو مدل دارای دقت مناسبی بوده هرچند مدل جنگل تصادفی (AUC = 0.97) دارای دقت بالاتری نسبت به مدل ماشین بردار پشتیبان (AUC = 0.86) بود. بر اساس نتایج مدل ماشین بردار پشتیبان، حدود 6/11 درصد در کلاس پرخطر و حدود 6/68 درصد در کلاس خطر کم فرسایش قرار دارد. همچنین در مدل جنگل تصادفی حدود 1/20 درصد در کلاس پرخطر و حدود 2/49 درصد در کلاس خطر کم قرار دارد. در این زمینه، نتایج به دست آمده می تواند با ارائه گستره ای از مناطق استان اصفهان و بهره گیری از این دو مدل، به تصمیم گیران و برنامه ریزان در تدوین برنامه ای مدیریتی و نیز اتخاذ اقداماتی راهبردی در جهت کنترل فرسایش کمک کند.
کلید واژگان: استان اصفهان، جنگل تصادفی، فرسایش خاک، مدل سازی، ماشین بردار پشتیبانUrban weathering refers to the processes of loosening, decay, and eventual deterioration of materials used in various urban constructions. This study focuses on assessing the degree of weathering in gravestones from the Joy-e-Horhor and Khold-e-Barin cemeteries in Yazd. A combination of petrographic analyses and longitudinal monitoring of Schmidt hammer rebound values for hundreds of gravestones was employed to achieve this. The findings indicate that in addition to the petrographic characteristics of the stones, such as mineralogical composition, mineral diversity, and rock texture and fabric, local climatic conditions significantly influence the weathering and degradation of these materials. Key processes contributing to the loss of stone durability include temperature fluctuations leading to thermal expansion and contraction, the albedo effect of the stone, wet-dry cycling, and the crystallization and dissolution of secondary minerals like calcite and gypsum. Gravestones made of travertine and marble, characterized by a predominance of calcite minerals and light-colored surfaces, exhibit higher resistance to weathering compared to other lithologies, provided they are not exposed to excessive moisture or frequent washing. In contrast, low-grade metamorphic rocks such as slate and phyllite are the least suitable for gravestones due to their high density of fractures and cleavage planes. Similarly, dark-colored igneous rocks are prone to rapid durability loss, as the differential thermal expansion and contraction of their constituent minerals in response to temperature changes accelerate their weathering processes.
Keywords: Isfahan Province, Random Forest, Modeling, Soil Erosion, Support Vector Machine -
با توجه به وسعت زیاد کشور ایران و گستردگی مناطق پتانسیل دار ذخایر معدنی (وجود کمربند ولکانیکی ارومیه دختر) و لزوم شناسایی و مدیریت صحیح این ذخایر، استفاده از سیستم اطلاعات مکانی به همراه مدل های پیش بینی کننده داده و دانش محور، نقش بسیار مهمی به منظور تهیه نقشه پتانسیل از احتمال یافتن ذخایر معدنی در یک مکان خاص دارد. هدف این تحقیق پیش بینی ذخایر مس پورفیری در منطقه دهج - بزمان استان کرمان با استفاده از دو روش جنگل های تصادفی [1] و ماشین بردار پشتیبان [2] است. به این منظور، از یک پایگاه داده مکانی متشکل از نقشه های جنس واحدهای سنگی، ساختارها، آلتراسیون، ژئوشیمی، ژئوفیریک و موقعیت 24 کانسار مس پورفیری شناخته شده در منطقه استفاده شد. با توجه به نتایج حاصل شده، مدل جنگل های تصادفی توانست با صحت 93.33 درصد مناطق امید بخش ذخایر مس پورفیری را پیش بینی کند. همچنین، در نقشه پتانسیل بدست آمده از این مدل، مناطق هدف 14 درصد از منطقه مورد مطالعه را در برگرفته است، که در آن 92 درصد ذخایر شناخته شده مشخص شده اند. علاوه بر این، به منظور مقایسه نقشه پتانسیل ذخایر مس پورفیری منتج از روش جنگل های تصادفی، از روش ماشین بردار پشتیبان و روش های دانش محور همپوشانی شاخص و منطق فازی استفاده شد. در نقشه های پتانسیل ذخایر مس پورفیری بدست آمده از سه روش ماشین بردار پشتیبان، همپوشانی شاخص و منطق فازی به ترتیب مناطق هدف 17،16،14 درصد از منطقه مورد مطالعه را در برگرفته است که در آن ها 79،83،87 درصد ذخایر شناخته شده وجود دارند. براساس نتایج این تحقیق، مدل جنگل های تصادفی از نظر صحت پیش بینی از کارایی بالاتری نسبت به مدل های دیگر برخوردار بوده و مدل های ماشین بردار پشتیبان، همپوشانی شاخص و منطق فازی به ترتیب در رتبه های بعدی قرار دارند.
کلید واژگان: سیستم اطلاعات مکانی، نقشه پتانسیل مس پورفیری، جنگل های تصادفی، ماشین بردار پشتیبانIntroductionThe exploration and preparation of the potential map of mineral reserves requires the use of various methods and techniques, based on the geological and mining knowledge of the investigated area, and the use of predictive models of mineral potential (Bonham-Carter, 1994; Carranza et al., 2008a). According to the investigations, the common models of map integration that are used in the discovery of mineral reserves in the initial exploration stage include index overlap model, fuzzy operators, weighted indicators and smart methods such as random forests and artificial networks. Determining the values of weights and scores that show the relative importance of the effective factors is the primary requirement in combining the maps and preparing the mineral potential map (Agterberg, 1992; Brown et al., 2000).The purpose of this research is to prepare a potential map of copper deposits in Dehj-Bazman region using two methods of random forest and support vector machine. In addition, in order to compare the potential map of porphyry copper reserves resulting from the random forest method, the support vector machine method and the knowledge-based methods of index overlap and fuzzy logic were used.
Materials & MethodsThe area studied in this research is a part of the magmatic belt of Kerman region, known as the Dehj-Sardouye belt. The information layers controlling mineralization in Dehj-Bazman area include rock units, structures, alterations, geochemistry, geophysics and copper deposits. In practical applications of machine learning algorithms, mineral potential mapping is essentially a bimodal classification problem, such that each undiscovered area is classified as prospective or non-prospective according to some combination of mapping criteria (Zuo, 2011). The final results are a set of predictive maps that show target areas with high ore formation potential.In order to model, training was done. Before training the random forest model, the input data set and the target variable should be prepared and then the model should be trained. The target variables for entering the random forest model and support vector machine were determined as deposit points (values of 1) and non-deposit points (values of 0). Then the genetic algorithm was used to adjust the parameters.Evaluation of the predictive performance of random forest model and support vector machine can be described by the ambiguity matrix. In this matrix, there are four components, which are defined as: (1) a deposit sample that is correctly classified as a deposit (TP); (2) a deposit sample incorrectly classified as a non-deposit sample (FN), (3) a non-deposit sample correctly classified as a non-deposit sample (TN), and (4) a non-deposit sample that is wrongly classified as a deposit sample (FP) (Liu et al., 2005; Tien Bui et al., 2016): (8) (9) (10) (11) (12) After training and evaluating different models, the best model was obtained by adjusting different parameters and it was used to integrate factor maps in order to predict areas with high potential of porphyry copper deposits. Also, knowledge-based methods of fuzzy logic and index overlap were used to combine factor maps to compare with the results of intelligent methods.
Results & DiscussionAt this stage, the desired information layers were collected and prepared in the GIS environment, and then factor maps were prepared. Accuracy, sensitivity, specificity, predicted positive value, predicted negative value, kappa index and OOB error were used to evaluate the performance of random forest model and support vector machine. Also, the importance of the predictor variables in the random forest model was evaluated through the mean decrease in accuracy and the mean decrease in node impurity or the Gini impurity index (Breiman, 2001). According to the results, the most important predictor in the random forest model is the geochemical map, while the structures factor has the least impact in predicting the preparation of the mineral potential map with the final random forest model.In the potential maps of porphyry copper deposits obtained from two methods of random forest and support vector machine, the target areas cover 14% of the studied area, in which there are 92% and 87% of known deposits, respectively. Finally, the efficiency of machine learning methods and knowledge-based methods were compared. In order to produce porphyry copper potential map with knowledge-based methods, the judgment of expert experts was used to assign weights to each criterion map. For this purpose, weights of 0.3, 0.25, 0.25, 0.1, 0.1 were assigned to produce maps of alteration factor, geochemistry, geology, geophysics and structures respectively. In the potential map obtained from the method of index overlap and fuzzy logic (fuzzy sum), the areas predicted as copper mines cover 16 and 17 percent of the studied area, respectively, in which 83 and 79 percent of the existing mines are located.
ConclusionThis research was conducted with the aim of evaluating and comparing the effectiveness of random forest method and support vector machine method and knowledge-based methods to prepare porphyry copper potential map of Dehaj-Bozman region of Kerman province. Based on the results, the random forest model works well in the field of porphyry copper potential map preparation with geochemical, geophysical, geological, alteration and structures datasets. In addition, the random forest algorithm can estimate the importance of factor maps.The results of this research show that the geochemical factor map is the most important and the structure factor map is the least important in predicting the data-driven model of random forests. This estimate of importance is consistent with geological knowledge about porphyry copper mineralization in Dehj-Buzman region. In order to produce porphyry copper potential map with knowledge-based methods, the judgment of expert experts was used to assign weights to each criterion map. According to the obtained results, the performance of the random forest model is better than the vector machine model, and also, the performance of the support vector machine model is better than the knowledge-based methods.
Keywords: Geospatial Information System, Porphyry Copper Potential Map, Random Forest, Support Vector Machine -
یکی از اولویت های مهم وزارت جهاد کشاورزی، تهیه نقشه نوع محصول کشاورزی برای تخمین میزان سطح زیرکشت محصولات استراتژیک و برآورد سالیانه میزان تولید آنهاست. در دهه های اخیر، فناوری سنجش از دور به دلیل تهیه تصاویر و داده های به هنگام با تفکیک پذیری های متنوع مکانی، زمانی و طیفی و با بهره گیری از الگوریتم های یادگیری ماشین بهبودیافته در تخمین میزان سطح زیرکشت محصولات کارایی زیادی را نشان داده است. در پژوهش حاضر با استفاده از سری زمانی تصاویر ماهواره لندست-8 و الگوریتم های یادگیری ماشین پیشرفته یک چهارچوب تهیه نقشه نوع محصول کشاورزی مرودشت استان فارس ارائه شد. الگوریتم های به کار گرفته شده شامل الگوریتم درخت تصمیم، جنگل تصادفی، جنگل دورانی، ماشین بردار پشتیبان و آنالیز انحراف زمانی پویا بود. نتایج نشان داد که روش های آنالیز انحراف زمانی پویا و جنگل تصادفی نسبت به روش های دیگر کارایی بسیار بیشتری (با افزایش دقت کلی به میزان 10% تا 12% بیشتر) در تهیه نقشه نوع محصول کشاورزی منطقه مطالعه شده داشتند. همچنین، در این پژوهش قابلیت باندهای 2 تا 5 ماهواره لندست-8 در شناسایی کارا و مطمئن همه محصولات این منطقه با استفاده از روش های مذکور اثبات شد.
کلید واژگان: هیه نقشه نوع محصول کشاورزی، تخمین سطح زیرکشت، ماهواره لندست-8، یادگیری ماشین، جنگل تصادفی، ماشین بردار پشتیبان، آنالیز انحراف زمانی پویا، سنجش از دورOne of the key priorities of the Ministry of Agriculture Jihad is the mapping of croplands to estimate crop acreage and annual yield. In recent decades, remote sensing technology has proven to be highly effective in estimating the extent of crop cultivation through the use of timely images and synchronized data with diverse spatial, temporal, and spectral resolutions, leveraging advanced machine-learning algorithms. This study presented a framework for crop mapping in Marvdasht, Fars Province, by utilizing time series of Landsat-8 satellite images and advanced machine-learning algorithms. The employed algorithms included Decision Tree (DT), Random Forest (RF), Rotation Forest (RoF), Support Vector Machine (SVM), and Dynamic Time Warping (DTW) analysis. The results indicated that the dynamic time warping and random forest methods outperformed others, achieving significantly higher accuracy (with an overall accuracy improvement of 10-12%) in generating the agricultural land-use map of the study area. Furthermore, this research demonstrated the effectiveness of Bands 2-5 of Landsat-8 satellite in confidently identifying all crops in this region using the mentioned methods.
Keywords: Crop Mapping, Crop Acreage Estimation, Landsat-8 Satellite, Machine Learning, Random Forest (RF), Support Vector Machine (SVM), Dynamic Time Warping (DTW), Remote Sensing -
فرسایش خاک یک مشکل جهانی است که منابع آب و خاک را تهدید می کند و تغییرات کاربری اراضی یکی از عوامل مهم در فرسایش خاک است. هدف از این پژوهش ارزیابی میزان هدررفت خاک در کاربری های اراضی حوزه آبخیز نیرچای با استفاده از مدل RUSLE در استان اردبیل است. به منظور اجرای این تحقیق ابتدا تصویر ماهواره ای منطقه مورد مطالعه مربوط به سال 1400 و ماه خرداد از مرکز تحقیقات زمین شناسی آمریکا دریافت و پس از تصحیحات اتمسفری و رادیومتریک با استفاده از روش طبقه بندی نظارت شده به شیوه ماشین بردار پشتیبان اقدام به تهیه نقشه کاربری اراضی شد. سپس به منظور برآورد میزان فرسایش از مدل RUSLE استفاده شد. جهت تجزیه و تحلیل و تولید نقشه ها در اجرای این تحقیق نیز از نرم افزارهای SPSS 21، Excel، ArcGIS 5.4، Archydro و ENVI 5.3 استفاده شد. لایه پارامترهای مدل RUSLE شامل لایه فرسایندگی باران، لایه خاک، لایه توپوگرافی، لایه پوشش گیاهی و عامل حفاظتی خاک هم چنین آمارهای مختلف مربوط به ایستگاه های باران سنجی، هیدرومتری، نقشه های توپوگرافی 1:50000، زمین شناسی 1:100000 هم چنین DEM (20 متر منطقه) و نیز بهره گیری از سیستم اطلاعات جغرافیایی GIS و سنجش از دور استفاده شده است. نتایج این مطالعه نشان داد که مقدار متوسط فرسایش سالانه خاک برای کل حوضه در دامنه بین 5/0 تا 25/14 تن در هکتار در سال متغیر است. هم چنین بررسی روابط رگرسیونی بین فاکتورهای مدل RUSLE و مقدار فرسایش سالانه خاک نشان داد که فاکتور توپوگرافی (LS) با بالاترین مقدار ضریب تعیین R^2=0/93 بیش ترین اهمیت را در برآورد فرسایش سالانه خاک به وسیله مدل RUSLE دارد.
کلید واژگان: کاربری اراضی، فرسایش، ماشین بردار پشتیبان، نیرچایThe purpose of this research is to evaluate the amount of soil loss in the land uses of the Nirchai watershed using the RUSLE model in Ardabil province. In order to carry out this research, first, the satellite image of the studied area related to the year 1400 and the month of June was received from the American Geological Research Center, and after atmospheric and radiometric corrections, a land use map was prepared using the supervised classification method using the support vector machine method. Then the RUSLE model was used to estimate the erosion rate. SPSS 21, Excel, ArcGIS 5.4, Archydro and ENVI 5.3 software were used to analyze and produce maps in this research. RUSLE model parameter layer includes rain erosion layer, soil layer, topography layer, vegetation layer and soil protection factor as well as various statistics related to rain gauge stations, hydrometry, topographic maps 1:50000, geology 1:100000 as well as DEM (20 meters area) and GIS geographic information system and remote sensing have been used. The results of this study showed that the average amount of annual soil erosion for the whole basin ranges from 0.5 to 14.25 tons per hectare per year. Also, the investigation of the regression relationships between the factors of RUSLE model and the amount of annual soil erosion showed that the topography factor (LS) with the highest value of the coefficient of determination R^2=0.93 is the most important in estimating the annual soil erosion using the RUSLE model.
Keywords: Support Vector Machine, Land Use, Erosion, Nirchai -
با توسعه روش های گوناگون در زمینه طبقه بندی تصاویر ماهواره ای و آشکارسازی تغییرات به ویژه در دهه های اخیر انتخاب بهترین و صحیح ترین روش برای تهیه نقشه کاربری و پوشش اراضی در مناطق مختلف رشد روزافزونی داشته است. هدف اصلی این پژوهش مقایسه دقت انواع روش های طبقه بندی برای تهیه نقشه کاربری اراضی در شهر رضوانشهر می باشد. بدین منظور هفت کلاس کاربری اراضی در شهر رضوانشهر (شامل مراتع، مناطق مسکونی، جاده، زمین های زراعی، رودخانه، مناطق ساحلی و جنگل) با استفاده از تصاویر ماهواره ای تعیین شدند. سپس نمونه های آموزشی از سطح منطقه با استفاده از تصاویر ماهواره ای، تصاویر گوگل ارث و بازدید میدانی جمع آوری شد. در مرحله بعد با استفاده از ویژگی های تصاویر کلاس های کاربری اراضی در محدوده مورد مطالعه تعیین و پس از مشخص نمودن میزان تفکیک پذیری کلاس ها طبقه بندی به صورت حداکثراحتمال (MLC)، ماشین بردار پشتیبان (SVM)، حداقل میانگین فاصله (MD) انجام شد. نتایج ارزیابی این سه روش نشان داد که روش ماشین بردار پشتیبان نسبت به روش های دیگر از دقت بیش تری (صحت کلی 60/92 ضریب کاپا 87/0 برای سال 2000 و صحت کلی 16/97 و ضریب کاپای 93/0 برای سال 2022) برخوردار است. بنابراین از نتایج این پژوهش می توان برای تهیه نقشه کاربری اراضی با دقت بالاتر با استفاده از روش ماشین بردار پشتیبان در کارهای ارزیابی محیط زیست و منابع طبیعی در مناطق با شرایط مشابه استفاده نمود.
کلید واژگان: ماشین بردار پشتیبان، ضریب کاپا، نظارت شده، طبقه بندی، رضوانشهرWith the development of various methods in the field of classification of satellite images and the detection of changes, especially in recent decades, the selection of the best and most correct method for preparing land use and land cover maps in different regions has grown day by day. The main goal of this research is to compare the accuracy of various classification methods for preparing land use maps in Razvanshahr city. For this purpose, seven land use classes in Razvanshahr city (including pastures, residential areas, roads, agricultural lands, rivers, coastal areas and forests) were determined using satellite images. Then, educational samples were collected from the region using satellite images, Google Earth images and field visits. In the next step, by using the characteristics of the images, the land use classes in the study area were determined and after determining the resolution of the classes, the classification was done using maximum likelihood (MLC), support vector machine (SVM), and minimum mean distance (MD). The evaluation results of these three methods showed that the machine vector method has more accuracy than other methods (overall accuracy 92.60, kappa coefficient 0.87 for the year 2000 and overall accuracy 97.16 and kappa coefficient 0.93 for 2022). . Therefore, the results of this research can be used to prepare a land use map with higher accuracy by using the support vector method in environmental and natural resource assessment works in areas with similar conditions.
Keywords: Support Vector Machine, Kappa coefficient, supervised, Classification, Razvanshahr -
از جمله شروط مهم برای بهره برداری بهینه از زمین، دستیابی به اطلاعاتی در ارتباط با الگوهای کاربری اراضی و تغییرات آن در طول زمان می باشد. کاربری اراضی، معمولا بر اساس استفاده انسان از زمین، با تاکید بر نقش کاربردی زمین در فعالیت های اقتصادی تعریف می شود .امروزه فناوری سنجش از دور به عنوان عنصر اصلی در پایش کاربری اراضی به شمار می رود. هدف از پژوهش حاضر استخراج نقشه های کاربری اراضی سال های 2000 و 2021 در منطقه فیروز آباد خلخال و بررسی تغییرات ایجاد شده در بازه ی زمانی مورد مطالعه در منطقه با استفاده از تصاویر سنجنده های ETM و OLI ماهواره ی لندست می باشد. همچنین بررسی قابلیت روش های پیکسل پایه و شی گرا جهت طبقه بندی کاربری اراضی هدف دیگر این مطالعه است. در پژوهش حاضر برای طبقه بندی کاربری اراضی از الگوریتم نزدیکترین همسایه تکنیک شیءگرا و روش ماشین بردار پشتیبان الگوریتم پیکسل پایه استفاده شده است. سپس برای صحت سنجی این دو روش، صحت کلی و ضریب کاپا استخراج شد نتایج این ارزیابی نشان دهنده ی دقت بالای روش شی گرا در استخراج طبقات کاربری اراضی می باشد. براساس نتایج حاصله از آشکارسازی تغییرات کاربری اراضی در دوره زمانی مورد مطالعه، بیشترین میزان تغییرات اتفاق افتاده مربوط به کاربری مرتع خوب به مرتع ضعیف با مقدار 72/51 کیلومتر مربع و بعد آن جنگل به مرتع خوب با مقدار 11/30 است و کمترین تغییرات مربوط به کاربری مرتع به آب با مقدار 03/0 کیلومتر مربع می باشد. دلایل این تغییرات افزایش جمعیت، چرای بی رویه دام، استفاده نادرست و غیرقاونی از اراضی مختلف می باشد. استفاده از پارامترهایی بیشتری نظیر مقیاس، شکل، فشردگی، رنگ، بافت، معیار نرمی و الگو، برای طبقه بندی کاربری اراضی در تکنیک شیءگرا می توان به عنوان نوآوری مطالعه ی حاضر مد نظر قرار داد.
کلید واژگان: شی گرا، ماشین بردار پشتیبان، نزدیکترین همسایه، کاربری اراضیOne of the important conditions for optimal use of land is obtaining information about landuse patterns and their changes over time. Landuse is usually defined based on human use of land, emphasizing the role of land in economic activities. Today, remote sensing technology is considered as the main element in landuse monitoring. The aim of the current research is to extract landuse maps for the years 2000 and 2021 in FirozabadKhalkhal region and to investigate the changes made in the studied time period in the region using the images of ETM and OLI sensors of Landsat. Also, checking the capability of basic pixel and object-oriented methods for landuse classification is another purpose of this study. In the current research, the object-oriented technique nearest neighbor algorithm and the vector machine method supporting the pixel-based algorithm have been used for landuse classification. Then, to verify the accuracy of these two methods, the overall accuracy and Kappa were extracted. The results of this evaluation show the high accuracy of the object-oriented method in extracting land use classes. Based on the results of the detection of landuse changes in the studied time period, the highest amount of changes occurred is related to the use of good pasture to poor pasture with a value of 51.72 square kilometers, followed by forest to good pasture with a value of 30.11 and the lowest changes It is related to the use of pasture and water with the amount of 0.03 square kilometers. The reasons for these changes are the increase in population, indiscriminate grazing of livestock, incorrect and illegal use of different lands. The use of more parameters such as scale, shape, compactness, color, texture, smoothness criterion and pattern for landuse classification in the object oriented technique can be considered as an innovation of the present study.
Keywords: Object Oriented, Support Vector Machine, Nearest neighbor, Land use -
هدف از این مطالعه توسعه مدل های حساس فرسایش خندقی با اجرای الگوریتم یادگیری ماشینی (ماشین بردار پشتیبان و درخت رگرسیون تقویت شده) در حوضه مهر است. ابتدا، مناطق خندقی شناسایی و پس از آن 13 متغیر مستعد کننده فرسایش خندقی (شیب، جهت شیب، شاخص رطوبت توپوگرافی، شاخص قدرت جریان، شاخص زبری سطح، فاصله از آبراهه، تراکم زهکشی، فاصله از جاده، کاربری اراضی، پوشش گیاهی، متوسط بارندگی سالانه، زمین شناسی و بافت خاک) انتخاب شد. ضریب تورم واریانس برای ارزیابی چندخطی بین متغیرها استفاده شد. در نهایت نقشه حساسیت فرسایش خندقی در محیط (R) تهیه شد. همچنین تاثیر ویژگی های فیزیکی و شیمیایی خاک بر فرسایش خندقی با استفاده از رگرسیون چند متغیره بررسی شد. از نظر اهمیت متغییرها، در مدل SVM کاربری اراضی و در مدل BRT زمین شناسی بیشترین تاثیر را بر فرسایش خندقی دارد. نقشه حساسیت پیش بینی شده با کمک منحنی مشخصه عملکرد گیرنده (ROC) اعتبارسنجی شد. نتایج نشان داد که مساحت زیر منحنی (AUC) در مدل های ماشین بردار پشتیبان و درخت رگرسیون تقویت شده به ترتیب 92/0 و 94/0 محاسبه شد که منجر به پیش بینی دقیقی شد. همچنین نتایج نشان داد متغیر ماسه (299/9)، نسبت جذب سدیم (967/7) و مواد خنثی شونده (185/6) بیشترین تاثیر را بر فرسایش خندقی دارد
کلید واژگان: درخت رگرسیون تقویت شده، فرسایش خندقی، ماشین بردار پشتیبان، ویژگی های فیزیکی و شیمیاییThe aim of this study is to develop sensitive gully erosion models by implementing a machine learning algorithm (Support Vector Machine and Boosted Regression Tree) in the Moher basin. First, gully areas are identified, and then 13 variables predisposing to gully erosion (Slope, Slope Direction, Topographic Wetness Index, Streem Power Index, Terrain Ruggedness Index, Distance from Waterway, Drainage Density, Distance from Road, Land use, NDVI, Avera annual Rainfall, Geology, and Soil Texture) were selected. The variance inflation coefficient was used to evaluate multicollinearity between variables. Finally, a gully erosion sensitivity map was prepared in the environment (R). Also, the effect of physical and chemical characteristics of soil on gully erosion was investigated using Multivariate Regression. Regarding the importance of variables, Geology has the most significant effect on gully erosion in the SVM model, Land use, and the BRT model. The predicted sensitivity map was validated with the help of the receiver operating characteristic (ROC) curve. The results showed that the area under the curve (AUC) in the Support Vector Machine and Boosted Regression Tree models were calculated as 0.92 and 0.94, respectively, which led to accurate prediction. Also, the results showed that the sand variable (9.299), sodium absorption ratio (7.967), and TNV (6.185) have the most significant effect on gully erosion
Keywords: Boosted Regression Tree, Gully erosion, Support vector machine, ROC, physical, chemical properties -
شناسایی مناطق سیل گیر از راهکارهای اساسی کنترل و کاهش آثار مخرب سیل است. شناسایی نقاط حساس سیل از بهترین روش ها برای برنامه ریزی و شناسایی مناطق تحت تاثیر سیل است. به همین دلیل تعیین مناطق حساس به وقوع سیل اهمیت زیادی در مدیریت سیل در منابع طبیعی دارد. تحقیق حاضر درصدد است که با استفاده از دو روش یادگیری ماشینی جنگل تصادفی و ماشین بردار پشتیبان و 3327 نقطه وقوع سیل، مناطق حساس به وقوع سیل در استان اصفهان را تعیین کند. عوامل محیطی در چهار گروه اصلی شامل عوامل توپوگرافی (ارتفاع، جهت شیب، تند شیب)، عوامل اقلیمی (بارش، رطوبت نسبی، باد، درجه حرارت)، عوامل زیستی (پوشش گیاهی و رطوبت خاک) و عوامل انسان ساخت (فاصله از مناطق مسکونی، فاصله از جاده، فاصله از اراضی کشاورزی، فاصله از آبراهه) تهیه شدند. دقت مدل ها با استفاده از سطح زیر نمودار (AUC) و آماره های ارزیابی متقاطع ارزیابی شد. بررسی شاخص AUC نشان داد که هر دو مدل دقت مناسبی دارند، هرچند دقت مدل جنگل تصادفی (97/0=AUC) از مدل ماشین بردار پشتیبان (86/0=AUC) بیشتر است. براساس نتایج مدل جنگل تصادفی، حدود 41 درصد در طبقه پرخطر و حدود 20 درصد در طبقه کم خطر و براساس نتایج مدل ماشین بردار پشتیبان، حدود 29 درصد در طبقه پرخطر و حدود 30 درصد در طبقه کم خطر قرار دارند.
کلید واژگان: استان اصفهان، جنگل تصادفی، ماشین بردار پشتیبان، مد ل سازی سیلOne of the basic solutions to control and reduce the destructive effects of floods is to identify flood prone areas in the regions. Identifying flood sensitive points is one of the best methods for planning and identifying areas affected by floods. For this reason, determining flood-sensitive areas plays an important role in flood management in natural resources. For this reason, the current research is trying to determine the flood-prone areas in Isfahan province by using two methods of random forest machine learning and support vector machine and 3327 flood occurrence points. Environmental factors in four main groups including topographical factors (altitude, slope direction, steepness of slope), climatic factors (rainfall, relative humidity, wind, temperature), biological factors (vegetation and soil moisture) and man-made factors (distance from areas residential, distance from road, distance from agricultural land, distance from waterway) were prepared. The accuracy of the used models was evaluated using the area under the graph (AUC) and cross evaluation statistics. Examining the AUC index showed that both models had good accuracy, although the random forest model (AUC = 0.97) had higher accuracy than the support vector machine model (AUC = 0.86). According to the results of the random forest model, about 41% are in the high risk class and about 20% are in the low flood risk class. Also, in the support vector machine model, about 29% is in the high risk class and about 30% is in the low risk class.
Keywords: Comparative Study, flood sensitive, areas, modeling, Isfahan province -
شبیه سازی فرآیند بارش-رواناب گامی موثر در مدیریت منابع آب، آبخیزداری، بحران کمبود آب و کنترل سیلاب می باشد. پیچیدگی ذاتی فرآیند بارش-رواناب، تغییرات زمانی-مکانی و عوامل موثر بر آن، شبیه سازی با مدل های فیزیکی و یا هیدرولوژیکی را مشکل می نماید. لذا در سال های اخیر روش های فراکاوشی همچون ماشین بردار پشتیبان، برنامه ریزی بیان ژن و شبکه های عصبی مصنوعی کاربرد گسترده ای در مطالعات هیدرولوژی و به طور کلی پدیده هایی که رابطه مشخصی برای آن ها وجود ندارد، پیدا کرده است. حوضه آبریز اهرچای واقع در شمال غرب کشور، بدلیل تامین آب شرب، کشاورزی و صنعت نقش بسزائی در توسعه منطقه دارد. در این مقاله به ارزیابی مدل های ماشین بردار پشتیبان، برنامه ریزی بیان ژن و شبکه های عصبی مصنوعی در شبیه سازی فرآیند بارش-رواناب حوضه آبریز اهرچای در محل ایستگاه های هیدرومتری تازه کند، رواسجان، اشدلق، برمیس، اورنگ و کاسین پرداخته شده است. به منظور تعیین ترکیب ورودی مدل ها، پس از تهیه لیستی از متغیرهای مستقل مرتبط با رواناب هر ایستگاه، به انتخاب ورودی های مناسب با استفاده از دو معیار همبستگی خطی پیرسون و اطلاعات متقابل جزئی پرداخته شده و ترکیب های ورودی بدست آمده با استفاده از هر معیار، در شبیه سازی بارش-رواناب حوضه آبریز اهرچای در محل ایستگاه های هیدرومتری مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج حاکی از دقت مناسب مدل های ماشین بردار پشتیبان و برنامه ریزی بیان ژن، و برتری نسبی مدل شبکه عصبی مصنوعی می باشد. در تعیین متغیرهای ورودی نیز معیار همبستگی خطی پیرسون، بهترین نتایج را به همراه داشته و یا به بهترین نتایج نزدیک بوده است.
کلید واژگان: ایستگاه هیدرومتری، برنامه ریزی بیان ژن، شبکه عصبی مصنوعی، ماشین بردار پشتیبانGeographic Space, Volume:23 Issue: 83, 2023, PP 97 -119The simulation of the rainfall-runoff process is a crucial step in water resources management, watershed management, water scarcity crisis, and flood control. The intrinsic complexity of the rainfall-runoff process, spatiotemporal variability, and the factors affecting it make the simulation with physical or hydrological models difficult. Therefore, metaheuristic approaches, such as support vector machines, gene expression programming, and artificial neural networks, have been widely used in hydrological studies, and generally, in the phenomena without definite relationships. Due to the provision of drinking, agricultural, and industrial water, the drainage basin of Aharchay, located in the northwest of Iran, has an influential role in the development of the region. This paper has evaluated the models of support vector machine, gene expression programming, and artificial neural networks for the simulation of the rainfall-runoff process in the drainage basin of Aharchay at the hydrometric stations of Tazeh Kand, Ravasjan, Oushdilaq, Barmis, Owrang, and Kasin. In order to determine the input combination of the models, a list of independent variables associated with the runoff of each station was prepared. Then the appropriate inputs were chosen using the two criteria of the Pearson correlation coefficient and partial mutual information. The input combinations obtained from each criterion were evaluated in the simulation of the rainfall-runoff of the Aharchay drainage basin in the hydrometer stations. The results indicated the reasonable accuracy of the models of support vector machine and gene expression programming, and the relative superiority of the artificial neural network. Moreover, in determining the input variables, the Pearson correlation coefficient provided the best results or was close to them.
Keywords: Artificial neural network, Gene expression programming, Hydrometric station, Support vector machine -
با توجه به مضرات آلودگی هوا بر سلامت انسان ها و محیط، کاهش و حل این معضل براساس شناخت دقیق آلاینده ها و عوامل تاثیرگذار بر آن و مشخص نمودن پهنه های آلوده ضروری به نظر می رسد؛ بنابراین استفاده از مدل های ریاضی در قالب یادگیری ماشینی رویکردی بهینه و مقرون به صرفه برای مدل سازی آلودگی هواست. این تحقیق به لحاظ هدف کاربردی بوده و روش بررسی آن توصیفی-تحلیلی است. نوآوری تحقیق حاضر ارایه یک رویکرد ترکیبی جدید جهت تعیین معیارهای موثر در پیش بینی میزان آلودگی هوا می باشد. لذا هدف از تحقیق حاضر ارزیابی و مقایسه قابلیت دو مدل یادگیری ماشین، یعنی ماشین بردار پشتیبان (SVM) و جنگل تصادفی (RF) در ترکیب با الگوریتم ژنتیک (GA) جهت پیش بینی میزان آلودگی هوا در شهرستان تهران است. داده های مورداستفاده در این تحقیق شامل ذرات معلق و آلاینده های گازی شهر تهران مرتبط با سال 1399 می باشد که از شرکت کنترل ترافیک شهر تهران اخذ گردیده است. به منظور تجزیه وتحلیل داده ها از نرم افزارهای Matlab و ArcMap استفاده شد. مقدار ضریب تشخیص (R2) حاصل از روش ترکیبی RF-GA برابر 997/0 به دست آمد که نشان دهنده سازگاری بالای این مدل با داده های این تحقیق است. همچنین مقدار ریشه میانگین خطای مربعات (RMSE) برابر 153/0 به دست آمد که نشان دهنده دقت بالای این مدل می باشد. بر اساس اطلاعات گرفته شده از شرکت کنترل ترافیک شهر تهران، نتایج حاصل از روش RF بیانگر مناسب بودن انتخاب مدل مذکور جهت برآورد میزان آلودگی هوای شهر تهران بوده است.کلید واژگان: آلودگی هوا، یادگیری ماشین، جنگل تصادفی، ماشین بردار پشتیبان، الگوریتم ژنتیکConsidering the harms of air pollution on human health and the environment, it seems necessary to reduce and solve this problem based on accurate knowledge of pollutants and criteria affecting it and identifying polluted areas. Therefore, using mathematical models in the form of machine learning is an optimal and cost-efficient approach to air pollution modeling. This research is applied in terms of purpose and its method is descriptive-analytical. The novelty of this research is presenting a new combination approach to determine the effective criteria for predicting the amount of air pollution. Therefore, the purpose of this study was to evaluate and compare the capabilities of two machine learning models, namely Support Vector Machine (SVM) and Random Forest (RF) in combination with Genetic Algorithm (GA) to predict air pollution in Tehran. The data used in this research include particulate matter and gaseous pollutants in Tehran in 2020, which was obtained from Tehran Traffic Control Company. MATLAB and ArcMap software were used to analyze the data. The value of coefficient of determination (R2) obtained from the combined RF-GA method was 0.997, which indicates the high compatibility of this model with the data of this study. Moreover, the Root Mean Square Error (RMSE) value from the combined RF-GA method was 0.153, which indicates high accuracy of this model. Based on the data obtained from Tehran Traffic Control Company, the results of the RF method indicate the appropriateness of selecting the model to estimate the amount of air pollution in Tehran.Keywords: Air Pollution, Machine learning, random forest, Support vector machine, Genetic algorithm
-
اهداف
کاربری زمین یکی از مهم ترین مسایلی است که انسان از طریق آن بر محیط طبیعی و زیستی منطقه تاثیر می گذارد همچنین آشکارسازی و استخراج تغییرات عوارض سطح زمین یکی از مهم ترین کاربردهای اصلی سنجش از دور است. استفاده از ویژگی زمانی داده های ماهواره ای در زمان های مختلف به شناسایی و بررسی پدیده های سطح زمین در منطقه مورد مطالعه کمک می کند.
روش شناسیروش های رقومی مختلفی جهت آشکارسازی و کشف تغییرات پوشش اراضی و تحولات پدیده های سطح زمین در سنجش از دور توسعه داده شده است. با استفاده از تصاویر ماهواره ای Landsat 7 در دسامبر سال 2000 و همچنین Worldview 2 در دسامبر سال 2020 یعنی در یک دوره 20ساله، روش های شیء پایه (ماشین بردار پشتیبان) و پیکسل پایه (بیشترین شباهت) و همچنین روند رشد کاربری های سطح زمین در محدوده منطقه غرب تهران ارزیابی شد.
یافته هاقدرت تفکیک مکانی تصویر و الگوریتم های استفاده شده برای استخراج ویژگی های سطح زمین در تصویر Worldview 2 با دقت کلی و ضریب کاپا به ترتیب 86.0465% و 0.8069 نسبت به تصویر Landsat 7 با دقت کلی و ضریب کاپا به ترتیب 56.9767% و 0.3962 اثرگذارتر بود. همچنین تغییرات در بازه زمانی 20ساله نشان داد که زمین های بایر 9.61 کیلومتر مربع کاهش، پوشش گیاهی 5.13 کیلومتر مربع کاهش، مناطق ساخته شده 13.13 کیلومتر مربع افزایش و پهنه های آبی به دلیل احداث دریاچه چیتگر حدود یک کیلومتر مربع افزایش مساحت داشتند.
نتیجه گیریبا توجه به هدف پژوهش که استخراج نوع کاربری اراضی و ماهیت پوشش سطح زمین بود روش ماشین بردار پشتیبان به دلیل دخیل کردن فاکتورهای مازاد بر بازتاب طیفی همچون فاکتور شکل، اندازه و بافت در بین باندها نسبت به روش بیشترین شباهت مناسب تر است.
کلید واژگان: آشکار سازی تغییرات، بیشترین شباهت، طبقه بندی، ماشین بردار پشتیبانGeographical Research, Volume:38 Issue: 2, 2023, PP 181 -190AimsHumans can affect the regional natural and biological environment by changing land use. In order to detect such changes in the earth's surface features, remote sensing is a practical methods. Surface features are detected and then analyzed in the studied area using the chronological charactirstics of the satellite data.
Methodology Various digital methods have been developed to show changes in land cover and the earth surface transformations using remote sensing. Landsat 7 satellite images taken in December 2000 and those of Worldview2 taken in December 2020 were used over a 20-year period to compare object-based (Support Vector Machine) and pixel-based (Maximum Likelihood) methods. The mentioned satellite images were used to investigate land use changes trend in the western region of Tehran.FindingsThe spatial resolution of the images and the algorithm used to extract features of the earth's surface were more efficient in world View 2 images. The overall accuracy and kappa coefficient for Landsat 7 images were 56.9767% and 0.3962, respectively, while for Worldview2, they were 86.0465% and 0.8069, respectively. Over the 20-year period, bare lands area decreased by 9.61 square kilometers, vegetation-covered area decreased by 5.13 square kilometers, constructed areas increased by 13.13 square kilometers, and water areas increased by approximately one square kilometer due to the construction of Chitgar Lake.
ConclusionThe results of the evaluations indicate that the support vector machine method is more compatible than the maximum likelihood method to detect land use types and land cover characteristics, as it incorporates additional factors beyond spectral reflection, such as shape, size, and texture factors between bands.
Keywords: Variation detection, maximum similarity, classification, support vector machine -
فرسایش خاک یک مشکل جهانی است که منابع آب و خاک را تهدید می کند و تغییرات کاربری اراضی یکی از عوامل مهم در فرسایش خاک است. هدف از این پژوهش ارزیابی اثر تغییرات کاربری اراضی بر فرسایش خاک در حوضه آبخیز رضی چای مشگین شهر در استان اردبیل است. به منظور اجرای این تحقیق ابتدا تصاویر ماهواره ای منطقه مورد مطالعه مربوط به سال های 1378 و 1398 و ماه خرداد از مرکز تحقیقات زمین شناسی آمریکا دریافت و پس از تصحیحات اتمسفری و رادیومتریک با استفاده از روش طبقه بندی نظارت شده به شیوه ماشین بردار پشتیبان اقدام به تهیه نقشه کاربری اراضی در هر دو سال شد. سپس به منظور برآورد میزان فرسایش در هر دوسال از مدل RUSLE استفاده شد. جهت تجزیه و تحلیل و تولید نقشه ها در اجرای این تحقیق نیز از نرم افزارهای SPSS 21، Excel، ArcGIS 5.4، Archydro و ENVI 5.3 استفاده شد. نتایج این تحقیق نشان داد که در طول بیست سال اخیر کاربری های مرتع، زراعت آبی، بایر در منطقه کاهش و در مقابل سطح اراضی زراعی دیم و مسکونی افزایش یافته است. در این بین بیش ترین تغییر مربوط به افزایش 69/27 هکتاری اراضی زراعی دیم در منطقه می شود. هم چنین نتایج بررسی تغییرات فرسایش نشان داد میزان فرسایش از سال 1378 تا 1398 از 49/6 به 46/6 تن در هکتار در سال کاهش یافته است. نتایج این تحقیق نشان داد که علی رغم افزایش سطح اراضی زراعی دیم در منطقه به دلیل کاهش سطح اراضی بایر و تقویت پوشش گیاهی در این منطقه میزان فرسایش به میزان اندکی کاهش یافته است که این امر نشان دهنده تاثیر تغییرات کاربری اراضی به خصوص تقویت پوشش گیاهی در کنترل میزان فرسایش در منطقه مورد مطالعه است.
کلید واژگان: کاربری اراضی، فرسایش، ماشین بردار پشتیبان، رضی چایSoil erosion is a global problem that threatens water and soil resources and land use change is one of the important factors in soil erosion intensification. The aim of this study was to evaluate the effect of land use change on soil erosion in Razeychay watershed of Meshginshahr located in Ardabil province. First, Landsat images of the study area in May 1999, and 2019 and were obtained from USGS website. In the image processing stage, atmospheric and radiometric corrections have been conducted, and then the land use maps of the study area has been prepared for study years using support vector machine (SVM) as a supervised classification method. Then, the RUSLE model was used to estimate the amount of erosion in the two time span. SPSS, Excel, Arc GIS 5.4, Archydro and ENVI 5.3 software were used to spatial analysis and data processing.The results showed that, rangeland, irrigated farming and bare lands have decreased during the last twenty years. While, the extent of dry farming and residential area have increased. Meanwhile, the highest change is related to dry farming (an increase of 27.69 hectares). According to the results of erosion modeling, the rate of erosion from 1999 to 2019 has decreased from 6.49 to 6.46 tons per hectare per year.
Keywords: Land Use, Erosion, Support Vector Machine, Razeychay -
نوع و شدت فرسایش خاک در یک منطقه، تابع شرایط اقلیمی، پستی و بلندی زمین، خاک و کاربری اراضی است که در این میان اهمیت کاربری اراضی به دلیل نقش موثر انسان بر آن نسبت به دیگر عوامل زیادتر است. هدف از این پژوهش ارزیابی و تحلیل میزان فرسایش خاک در حوضه آبخیز بالیخلوچای با استفاده از مدل تجربی RUSLE در استان اردبیل است. بهمنظور اجرای این تحقیق ابتدا تصویر ماهوارهای منطقه مورد مطالعه مربوط به سال 1400 و ماه خرداد از مرکز تحقیقات زمینشناسی آمریکا دریافت و پس از تصحیحات اتمسفری و رادیومتریک با استفاده از روش طبقهبندی نظارتشده به شیوه ماشین بردار پشتیبان اقدام به تهیه نقشه کاربری اراضی شد. سپس بهمنظور برآورد میزان فرسایش از مدل RUSLE استفاده شد. جهت تجزیه و تحلیل و تولید نقشهها در اجرای این تحقیق نیز از نرمافزارهای SPSS 21، Excel، ArcGIS 5.4، Archydro و ENVI 5.3 استفاده شد. لایه پارامترهای مدل RUSLE شامل لایه فرسایندگی باران، لایه خاک، لایه توپوگرافی، لایه پوشش گیاهی و عامل حفاظتی خاک همچنین آمارهای مختلف مربوط به ایستگاههای بارانسنجی، هیدرومتری، نقشههای توپوگرافی 1:50000، زمینشناسی 1:100000 همچنینDEM (20 متر منطقه) و نیز بهرهگیری از سیستم اطلاعات جغرافیایی GIS و سنجش از دور استفاده شده است. نتایج این مطالعه نشان داد که مقدار متوسط فرسایش سالانه خاک برای کل حوضه در دامنه بین 65/6- تا 75/14 تن در هکتار در سال متغیر است. همچنین بررسی روابط رگرسیونی بین فاکتورهای مدل RUSLE و مقدار فرسایش سالانه خاک نشان داد که فاکتور توپوگرافی (LS) با بالاترین مقدار ضریب تعیین R^2=0/95 بیشترین اهمیت را در برآورد فرسایش سالانه خاک بهوسیله مدل RUSLE دارد.
کلید واژگان: کاربری اراضی، فرسایش، ماشین بردار پشتیبان، بالیخلوچای، مدل تجربی راسلThe type and intensity of soil erosion in a region depends on climatic conditions, lowland and elevation of the land, soil and land use, among which the importance of land use is greater than other factors due to the effective role of humans on it. The purpose of this research is to evaluate and analyze the amount of soil erosion in the Balikhlochai watershed using the RUSLE experimental model in Ardabil province. In order to carry out this research, first, the satellite image of the studied area from the year 1400 and the month of June was obtained from the US Geological Survey Center, and after atmospheric and radiometric corrections, a land use map was prepared using the supervised classification method using support vector machine. Then the RUSLE model was used to estimate the erosion rate. SPSS 21, Excel, ArcGIS 5.4, Archydro and ENVI 5.3 software were used to analyze and produce maps in this research. RUSLE model parameter layer including rain erosion layer, soil layer, topography layer, vegetation layer and soil protection factor as well as various statistics related to rain gauge stations, hydrometry, topographic maps 1:50000, geology 1:100000 as well as DEM (20 meters area) and GIS geographic information system and remote sensing have been used. The results of this study showed that the average amount of annual soil erosion for the whole basin ranges from -6.65 to 14.75 tons per hectare per year. Also, the investigation of regression relationships between the factors of RUSLE model and the amount of annual soil erosion showed that the topography factor (LS) with the highest coefficient of determination R^2=0.95 is the most important in the estimation of annual soil erosion using the RUSLE model.
Keywords: Land Use, Erosion, Support Vector Machine, Ballykhlochai, RUSLE Experimental Model -
نشریه کاربرد سنجش از دور و سیستم اطلاعات جغرافیایی در علوم محیطی، سال دوم شماره 4 (پاییز 1401)، صص 81 -100در تحقیق حاضر به ارزیابی و پهنه بندی خطر زمین لغزش در محدوده مهاباد تا سردشت با کاربرد مدل های تحلیلی مختلف از قبیل ماشین بردار پشتیبان، جنگل تصادفی و رگرسیون لجستیک پرداخته شده است. روش انجام تحقیق حاضر مبتنی بر روش توصیفی - تحلیلی و کاربرد مقایسه ای صحت الگوریتم های ماشین بردار پشتیبان، جنگل تصادفی و رگرسیون لجستیک بوده است. بر این اساس از داده ها و معیارهای مختلف محیطی در فرآیند تجزیه و تحلیل استفاده گردیده است. ابتدا بر اساس تعیین نقاط نمونه، سه مدل مذکور به منظور تهیه نقشه پهنه بندی زمین لغزش به اجرا درآمده است و سپس بر اساس نتایج، اقدام به ارزیابی و اعتبارسنجی نتایج مدل های مورد استفاده شده است. نتایج پهنه بندی زمین لغزش محدوده مورد مطالعه حاکی از این بوده است که به طورکلی نیمه جنوبی منطقه به دلیل تاثیر عواملی از قبیل ساختارهای متراکم گسلی، شیب بالاتر و تراکم بیشتر آبراهه از پتانسیل بالاتری نسبت به نیمه شمالی آن برخوردار است و بر اساس ماشین بردار پشتیبان 04/71 درصد، بر اساس جنگل تصادفی 44/53 درصد و بر اساس رگرسیون لجستیک 39/77 درصد از مجموع وسعت منطقه دارای حساسیت لغزشی متوسط به بالا بوده است. ارزیابی دقت حاصله برای الگوریتم ها بر اساس منحنی ROC چنین مشخص نموده است که ماشین بردار پشتیبان، جنگل تصادفی و رگرسیون لجستیک به ترتیب مقدار صحت 76/0، 87/0 و 84/0 را به خود اختصاص داده اند و از این نظر الگوریتم جنگل تصادفی بهترین دقت را ارایه کرده است. همچنین شاخص Precision - Recall نیز به ترتیب برابر با 809/0، 873/0 و 844/0 به دست آمده است که بیانگر دقت بالاتر الگوریتم جنگل تصادفی نسبت به دو الگوریتم دیگر در زمینه پهنه بندی پتانسیل خطر وقوع زمین لغزش در مسیر مهاباد - سردشت می باشد.کلید واژگان: زمین لغزش، یادگیری ماشین، جنگل تصادفی، ماشین بردار پشتیبان، مهاباد - سردشتJournal of Remote Sensing and GIS Applications in Environmental Sciences, Volume:2 Issue: 4, 2022, PP 81 -100In this research, the landslide susceptibility mapping in the area of Mahabad to Sardasht road has been done using different algorithms. The research method is based on the comparison of support vector machine, random forest, and logistic regression algorithms. In this regard, various environmental data and criteria have been used. First, based on the determination of the sample points, the three algorithms have been implemented in order to prepare the landslide susceptibility map, and then comparison and validation of the results of the used models have been addressed. The landslide zoning results have indicated that in general, the southern parts of the region have a higher susceptibility than the northern parts due to the influence of factors such as dense fault structures, higher slope, and higher density of waterways, and based on the support vector machine, it is 71.04%. According to random forest, 53.44% and according to logistic regression, 77.39% of the total area has medium to high landslide susceptibility. The accuracy assessment of the algorithms based on the ROC curve has determined that the support vector machine, random forest, and logistic regression have obtained accuracy values of 0.76, 0.87, and 0.84, respectively, and from this point of view, the random forest algorithm provided the best accuracy. Moreover, the Precision-Recall is equal to 0.809, 0.873, and 0.844, respectively, which indicates the higher accuracy of the random forest algorithm than the other two algorithms in the field of landslide susceptibility mapping in the Mahabad-Sardasht road.In this research, the landslide susceptibility mapping in the area of Mahabad to Sardasht road has been done using different algorithms. The research method is based on the comparison of support vector machine, random forest, and logistic regression algorithms. In this regard, various environmental data and criteria have been used. First, based on the determination of the sample points, the three algorithms have been implemented in order to prepare the landslide susceptibility map, and then comparison and validation of the results of the used models have been addressed. The landslide zoning results have indicated that in general, the southern parts of the region have a higher susceptibility than the northern parts due to the influence of factors such as dense fault structures, higher slope, and higher density of waterways, and based on the support vector machine, it is 71.04%. According to random forest, 53.44% and according to logistic regression, 77.39% of the total area has medium to high landslide susceptibility. The accuracy assessment of the algorithms based on the ROC curve has determined that the support vector machine, random forest, and logistic regression have obtained accuracy values of 0.76, 0.87, and 0.84, respectively, and from this point of view, the random forest algorithm provided the best accuracy. Moreover, the Precision-Recall is equal to 0.809, 0.873, and 0.844, respectively, which indicates the higher accuracy of the random forest algorithm than the other two algorithms in the field of landslide susceptibility mapping in the Mahabad-Sardasht road.Keywords: Landslide, machine learning, Random forest, Support Vector Machine, Mahabad-Sardasht
-
نقشه های کاربری زمین، توزیع فضایی منابع طبیعی، مناظر فرهنگی و سکونتگاه های انسانی را توصیف می کنند که به منزله ابزار برنامه ریزی مهمی برای تصمیم گیرندگان عمل می کند؛ بنابراین دقت نقشه های حاصل از طبقه بندی تصاویر ماهوارهای در عدم قطعیت به منظور مدیریت شهری بسیار تاثیرگذار است. با توجه به کیفیت یکنواخت تصاویر در مناطق بزرگ در مراحل زمانی منظم، تصاویر سنجش از دور ورودی ضروری در تولید نقشه های کاربری زمین شمرده می شوند. هدف اصلی از این تحقیق پیشنهاد کردن روشی به منظور ایجاد نقشه پوشش اراضی دقیق در مناطق شهری، با استفاده از تلفیق داده های سنتینل 1 و سنتینل 2 است. به این منظور، ویژگی های ضریب بازپراکنش راداری VV و دو پارامتر حاصل از روش تجزیه H-α (آنتروپی، آلفا) از تصاویر راداری سنتینل 1 و ویژگی های باند آبی، سبز، قرمز، شاخص های NDVI، NDWI، MNDWI و SWI از تصاویر اپتیک سنتینل 2 استخراج و به منزله مولفه های تاثیرگذار در طبقه بندی منطقه شهری استفاده شد. در این مطالعه، با هدف جداسازی مناطق کشاورزی از سایر پوشش ها، از شاخص رطوبت SWI استفاده شد. همچنین داده های ارتفاعی برای تفکیک بهینه کلاس های پیچیده با توپوگرافی متفاوت به کار رفت. استخراج شاخص های تاثیرگذار از این دو مجموعه داده، در رویکردی شیءگرا مبتنی بر الگوریتم های ماشین بردار پشتیبان و جنگل تصادفی، برای طبقه بندی کاربری زمین ارزیابی شد. نتایج نشان داد که به کارگرفتن ویژگی های استخراج شده از تصاویر راداری و اپتیک به طور هم زمان، در روش طبقه بندی شیء گرا، میتواند ویژگیهای شیء را به طور کامل در ناحیه مورد مطالعه استخراج کند. در مورد هر دو الگوریتم طبقه بندی، زمانی که از دادههای اپتیک و راداری به طور هم زمان استفاده شد، دقت کلی طبقه بندی افزایش داشت. در مورد روش جنگل تصادفی که بیشترین دقت ها را دربر داشت، دقت کلی برای رویکرد ترکیب داده های راداری و اپتیک به میزان 13 و 5%، به ترتیب به نسبت رویکرد تنها ویژگی راداری و تنها رویکرد ویژگی اپتیک، افزایش پیدا کرده است. همچنین اختلاف معنیداری در دقت طبقهبندی، در تمامی سطوح، بین الگوریتم طبقه بندی ماشین بردار پشتیبان و جنگل تصادفی دیده می شود. نتایج نشان داد که دقت کلی درمورد روش طبقه بندی جنگل تصادفی و ماشین بردار پشتیبان به ترتیب برابر 3/83 و 8/79% و ضریب کاپا به ترتیب 72/0 و 68/0% بوده است.
کلید واژگان: سنجش از دور، سنتینل 1، سنتینل 2، طبقه بندی مبتنی بر شیء، ماشین بردار پشتیبان، جنگل تصادفیIn recent years, maritime and aerial surveillance have become commonplace for marine pollution control; however, these methods alone cannot provide rapid and systematic monitoring due to the limitations of weather conditions, time, and location. In this regard, satellite remote sensing can play an important role in the initial detection and continuous monitoring of oil spills at sea. The synthetic aperture radar (SAR) sensor is an active microwave sensing system that can be used for oil spill detection, along with optical sensors such as MODIS, with simultaneous imaging capability. The aim of this study was to detect the oil spills around oil platforms in the northern part of the Persian Gulf on June 15, and 17, 2015, using MODIS thermal infrared imagery and Sentinel-1 images. To estimate the sea surface temperature, the split-window algorithm was applied to band 20 of MODIS. Results showed that the sea surface covered by oil spill has lower temperature than surroundings. For accurate detection of oil slicks and accuracy assessment of the results of applied image processing method on the MODIS data, the Sentinel-1 vertical polarization image and noise removal processes such as filtering and multi-looking were used. Finally, by comparing the field temperature measured by Boushehr marine waveguide and the temperature estimated for the MODIS image, and review of the geographical location of detected oil slicks, the accuracy of the results of this study and the applied image processing methods were confirmed. Application of MODIS band 20 aiming the extraction of sea-surface temperature, and its thermal infrared bands for oil spill detection at sea surface are evaluated in this study for the first time.
Keywords: Oil spill, Sea Surface Temperature, MODIS, Sentinel-1, Persian Gulf -
پیش بینی سطح آبخوان دشت آمل_ بابل با استفاده از شبکه عصبی تابع بنیادی رگرسیونی و ماشین بردار پشتیبان
تعیین عمق سفره آب و توجه به تغییرات سطح ایستابی آبخوان در مناطق مختلف از جمله مناطق جلگه ای و دشتی جهت بهره برداری امری ضروری می باشد، شناخت رفتار سیستم آب زیرزمینی و پیش بینی سطح نوسانات آن یکی از مهمترین اقدامات به منظور دستیابی به مدیریت جامع و پایدار منابع آب زیرزمینی در مناطق مختلف جهان می باشد. بنابراین برای استفاده بهینه از منابع آب های زیرزمینی باید ابتدا به درستی مورد مطالعه قرار گیرد تا در مواقع بحرانی شرایط تعادل آب های زیر زمینی حفظ شود. در این تحقیق برای پیش بینی سطح آب زیرزمینی با استفاده از آمار سالانه 95 حلقه چاه پیزومتری در دشت آمل- بابل در استان مازندران با استفاده از شبکه عصبی تابع شعاعی احتمالی و ماشین بردار پشتیبان مورد استفاده قرار گرفت. در ادامه با روش آزمون و خطا از بین عوامل موثر در پیش بینی سطح آبخوان با استفاده از بارندگی، فاصله از منابع آب و قابلیت تشکیل آبخوان شبکه بهینه برای آزمون به دست آمد. نتایج حاصل از پژوهش نشان داد که هر دو مدل می توانند سطح آب زیرزمینی را با دقت نسبتا بالایی پیش بینی کنند هرچند مدل تابع شعاعی احتمالی می تواند یک ابزار مفید برای شبیه سازی و پیش بینی آب های زیرزمینی باشد، زیرا ضریب همبستگی آن نسبتا مناسب و برابر 82/0 و متوسط قدرمطلق خطای آن کوچک تر و برابر با 94/1 می باشد.
کلید واژگان: آب زیرزمینی، چاه های پیزومتری، ماشین بردار پشتیبان، منابع آبIntroductiongroundwater forms part of the water cycle and is a reliable source of water for human consumption, as well as in Iran, most of the water used in the drinking, agricultural and industrial sectors is supplied from groundwater. Due to the condition of Iran, due to the deficit surface water resources, the use of groundwater resources for water supply has been considered.
Materials and methods1) Use of the Radial basis function of the neural network
If a generalized regression function of the neural network, PNN / GRNN, is selected, all of the network weights can be calculated as probable. In RBF, a Gaussian transmission function is used which is similar to a ring (GRNN) One of the benefits of these networks is its rapid learning of other networks, including the multi-layered perceptron network of MLPs. The Gaussian networks of the transfer function network are of an unidentified learning type, but the output is a controlled learning type. The network is very practical in simulating hydrological and hydrological issues, due to its rapid training, generalizability and ease of use.
2) Use a support vector machine
A support vector machine is proposed based on the principle of minimizing structural error. A support vector machine can be used both for categorization issues and for the estimation of functions. used a new error function called ε-insensitive for machine application in regression problems, so that this function ignores errors that are at a given distance from actual values. This function is defined as How to design a network.
In this study, the data used were 95 piezo metric wells in the Amol-Babol Plain. Data were used with a mean average of 30 years. In order to simulate the depth of the groundwater table, effective factors such transmissivity of aquifer formations, precipitation values and distance from water resources. For the design of the network, for both models, there are two classes of training and testing data. One important criterion for training a network is the number of repetitions or epoch during training. The higher the number of replays, the error decreases so that training data can be converted, which will increase the number of unsuccessful repetitions at that time. for network optimization purposes, the goal of network training is to reduce network error, which can improve the relationship between the input and output of the model. Due to the lack of specific rules for designing artificial neural networks (ANNs), various structures have been investigated to optimize the design. Select the number and type of input parameters for the model is important. For this reason, seven design input patterns are given. Which was carried out in the software of the NeuroSolutions.Discussion of Resultsfor the optimal simulation model based on all parameters and the provision of all its input data will require a great deal of time and cost, a method based on the main parameters of input (optimal inputs) is modeled and validated. it was observed that the predicted aquifer level for both models is about to its actual value.
ConclusionsThe results obtained with the Radial basis function and the support vector machine represent this point where the support vector machine and the radial function have the ability to have approximately the same ability to predict and modeling, although generally the results of the Radial basis function are more acceptable. The results of the model test are shown. As the results of the survey are presented, among the methods implemented in the model, using effective factors such as transmissivity of aquifer formations, precipitation values and distance from water resources to predict level of level The aquifer was used. The results of the test showed that the Radial basis function of the support vector machine with a correlation coefficient of 0.82 and a mean absolute error of 1.94 is an appropriate tool for prediction of water resource management.
Keywords: groundwater, observation wells, support vector machine, water recours
- نتایج بر اساس تاریخ انتشار مرتب شدهاند.
- کلیدواژه مورد نظر شما تنها در فیلد کلیدواژگان مقالات جستجو شدهاست. به منظور حذف نتایج غیر مرتبط، جستجو تنها در مقالات مجلاتی انجام شده که با مجله ماخذ هم موضوع هستند.
- در صورتی که میخواهید جستجو را در همه موضوعات و با شرایط دیگر تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مجلات مراجعه کنید.