genetic algorithm
در نشریات گروه زمین شناسی-
Groundwater is a significant driver of water supply considering its constant accessibility, intrinsic quality, and ease of immediate diversion to disadvantaged areas. The bulk of the Ogbomoso population relies on surface water because of normative groundwater investigation, which is a laborious and resource-intensive process. Over the last decade, the use of an adaptive neuro-fuzzy inference system (ANFIS) has garnered enthusiastic acceptance in a variety of research domains. This study aimed to evaluate groundwater potential in Ogbomoso, Nigeria, using ANFIS in a geographic information system coupled with three metaheuristic optimizing algorithms: the genetic algorithm (GA), particle swarm optimization (PSO), and the firefly algorithm (FA). To facilitate groundwater potential mapping (GPM) in the research area, a database of 165 wells with 8 predictive parameters was created. Thirty percent (49) of the 165 well locations were designated for the validation set, while the remaining seventy percent (116) were designated for the training set. The slope, lineament density, lithology, overburden thickness, bedrock relief, coefficient of anisotropy, hydraulic conductivity, and transmissivity were the eight groundwater variable parameters generated for modeling. The findings showed that each of the models had good prediction capability; nonetheless, the ANFIS-GA has the strongest predicting effectiveness with a correlation level of r = 0.8 (80%), followed by both the ANFIS-PSO and the ANFIS-FA with r = 0.77 (77%). The groundwater potential index developed for the study region was zoned into low (0.77–1.63) (30%), moderate (1.63–1.74) (25%), and high (1.74–2.50) (45%) using the ANFIS improved by the GA method. The linear correlation method was used to validate the model using 110 water columns from wells in the study area. The findings of this study demonstrate that ANFIS models paired with metaheuristic algorithmic optimization can be an invaluable tool for making decisions for groundwater utilization and monitoring.
Keywords: Machine Learning, Linear, Non-Linear Models, ANFIS, Genetic Algorithm, Performance Evaluation, Groundwater Potential -
در این پژوهش، پایداری الگوریتم ترکیبی PSO-GA در تخمین پارامترهای مدل مغناطیسی ارزیابی شده با دو الگوریتم ازدحام ذرات و ژنتیک، مقایسه شده است. از الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذرات (PSO) برای بهبود بردار عمل و از الگوریتم ژنتیک (GA) برای تصحیح بردارهای تصمیم گیری استفاده گشته. این ترکیب الگوریتم ها با استفاده از اپراتورهای ژنتیکی توانایی اکتشاف و بهره برداری را بهبود می بخشد. الگوریتم بهینه سازی مورد مطالعه به عنوان یک روش سریع برای مدل سازی ناهنجاری های مغناطیسی بر مبنای مدل های زمین شناسی ایده آل معرفی می شود و قابلیت استفاده در کاوش و تخمین مخزن های معدنی را دارد. علاوه بر این، در زمینه ی ژئوفیزیک اکتشافی، استفاده از مدل سازی با اشکال هندسی منظم مانند کره، استوانه، منشور قائم، دایک و غیره برای تخمین پارامترهای بی هنجاری های مغناطیسی معمولی است. همچنین، در این پژوهش با افزودن نوفه سفید گاوسی به داده های مصنوعی، عملکرد الگوریتم حتی در حضور نوفه تا 25 درصد نیز مورد آزمایش قرار گرفته و نتایج نشان می دهد که این روش به خوبی عمل می کند. اعتبارسنجی این مدل با استفاده از داده های واقعی مغناطیسی هوابرد منطقه بصیران در استان خراسان جنوبی، انطباق خوبی با نتایج زمین شناسی نشان می دهد.
In this study, the stability of the combined PSO-GA algorithm in estimating magnetic model parameters is evaluated and compared with two other algorithms: Particle Swarm Optimization (PSO) and Genetic Algorithm (GA). The PSO algorithm is employed to enhance the action vector, while the GA algorithm is applied to rectify the decision vectors. This amalgamation of algorithms, utilizing genetic operators, enhances exploration and exploitation capabilities. The optimization algorithm exhibits the potential to be applied in the exploration and estimation of mineral reservoirs, offering a rapid method for simulating magnetic anomalies based on ideal geological models. Moreover, in geophysical investigations, it is customary to employ modeling techniques using standard geometric shapes like spheres, cylinders, vertical prisms, dikes, and similar forms to assess magnetic anomaly attributes. Furthermore, in current research, the algorithm's performance is examined by introducing Gaussian white noise to synthetic data, demonstrating its effectiveness even when faced with noise levels as high as 25%. Additionally, authentic airborne magnetic data from the Basiran region in South Khorasan province are applied to validate the model, confirming its consistency with geological findings.
Keywords: Parameter Estimation, Particle Swarm Optimization Algorithm, Genetic Algorithm, Whitegaussian Noise, Airborne Magnetics -
شناسایی و آشکارسازی مهمات منفجرنشده چه در خشکی و چه در محیط دریا، به دلیل مشکلات جانی و زیست محیطی از اهمیت ویژه ای برخوردار است و به دلیل وجود قطعات فراوان به جای مانده از انفجار مهمات، جداسازی این مهمات، به دلیل هزینه های بالای استخراج، بسیار مهم است. در این مقاله به منظور جداسازی مهمات منفجر نشده، پارامترهای هندسی کره وار در دو حالت رسانا و نارسانابا استفاده از داده های القای الکترومغناطیسی، به دست می آید. پاسخ های الکترومغناطیسی در حوزه فرکانس و در محدوده القا، در دو مد پاسخ جریان گردابی ناشی از تحریک جسم رسانا توسط میدان مغناطیسی و پاسخ جریان کانالی به دلیل آشفتگی ایجاد شده در میدان الکتریکی تابشی بر حسب پاسخ کره در نظر گرفته می شود و تابع هدف با معادلات به دست آمده تعیین می گردد. برای تولید داده ها از چرخش پیچه های فرستنده و گیرنده هم محور و همینطور تغییر فرکانس میدان های تابشی به طور همزمان استفاده شد تا در حالت دو بعدی، پارامترهای بی هنجاری مدفون به دست آیند. در این پژوهش برای تخمین پارامترها از روش الگوریتم ژنتیک با چرخه رولت و برای اعتبار سنجی روش از داده های القای الکترومغناطیس با نوفه 5 درصد استفاده شد. نتایج به دست آمده نشان می دهند که روش به کار رفته از توانایی قابل قبولی برای تخمین پارامترها برخوردار است.کلید واژگان: الکترومغناطیس القایی، مهمات منفجر نشده، الگوریتم ژنتیک، کره وار، پارامترهای هندسی کره وارIdentification and detection of unexploded ordnance is of particular importance due to life and environmental problems, and due to the presence of many fragments left from the explosion of ordnance, their separation is very important. In this article, in order to separate the unexploded ordnance, spherical geometrical parameters are obtained in two conductive and non-conductive states by using electromagnetic induction data. Electromagnetic responses in the frequency domain and in the induction range, in two modes: the eddy current response caused by the stimulation of the conductive body by the magnetic field and the channel current response due to the disturbance created in the radiating electric field in terms of the sphere response, considering a quantity called the coefficient Polarization is considered and the objective function is determined with the obtained equations. To generate the data, the rotation of the coaxial transmitter and receiver coils, as well as the frequency change of the radiation fields, were used simultaneously to obtain the buried anomaly parameters. In this research, genetic algorithm method with Roulette cycle was used to estimate the parameters. In the genetic algorithm, each randomly generated response is called a chromosome, and a set of chromosomes is called a population. Chromosomes are composed of genes and their values are binary numbers. The value of each chromosome is measured by a function called fit, which measures the usefulness and appropriateness of the solution for the given problem. In this work, the induced voltage was obtained by simultaneously sweeping the frequency (between 18 and 20 kHz with 21 samples) and the angle of the turns with the horizon (between 0 and π in 61 samples) and a real response of 1281 points. In the genetic algorithm, the voltages induced in each response (chromosome) are compared with the voltages obtained in the actual response and the fitting function is defined by calculating the inverse of the mean square error. Chromosome has a better response that has a smaller mean squared error (the inverse of a larger mean squared error). With this process, half of the chromosomes are selected and used in the next generation. In the next generation, the selected chromosomes are combined with each other and produce new chromosomes called children. In one generation, a number of chromosomes undergo mutations in their genes, in which each chromosome has up to 3 It will have random mutations in its genes. The chromosome that is maintained in the population for the next generation is selected by Darwin's law of evolution. A chromosome with a higher fitness value has a higher probability of being selected again in the next generation. After several generations, the chromosome value converges to a specific value that is the best solution for the problem. To validate the method, electromagnetic induction data with 5% noise was used. The obtained results show that the used method has an acceptable ability to estimate the parameters.Keywords: Electromagnetic Induction, Unexploded Ordnance, Genetic Algorithm, Spheroid, Spheroidal Geometric Parameters
-
نشریه علوم زمین، پیاپی 129 (پاییز 1402)، صص 71 -84طی سال های اخیر، با توجه به روند کاهشی بارش و افزایش پمپاژ از منابع آب زیرزمینی، نگرانی هایی از مخاطرات ناشی از کاهش حجم ذخایر آبخوان و افت سطح آب زیرزمینی و فرونشست زمین ایجاد شده است. در دشت عجب شیر نیز به دلیل کاهش تدریجی سطح آب زیرزمینی، برآورد فرونشست و بررسی پتانسیل فرونشست برای جلوگیری از مخاطرات زیان بار آن در آینده، ضروری به نظر می رسد. بدین منظور، با استفاده از چهارچوب ALPRIFT که شامل هفت لایه از پارامترهای موثر بر فرونشست می باشد، نقشه پتانسیل فرونشست آبخوان پهنه بندی شد. شاخص پتانسیل فرونشست در دو محدوده کم و متوسط به دست آمد. در مرحله بعد با استفاده از عکس های ماهواره ای Sentinel-1، فرونشست در طی سال های 1399-1400، به مقدار 2/4 سانتی متر برآورد گردید که همبستگی معناداری با تراز آب زیرزمینی سال آبی 1400-1399 و پتانسیل فرونشست داشت. همچنین در ادامه، برای رفع نقص اعمال نظرات کارشناسانه و افزایش همبستگی بین فرونشست (Insar) و ALPRIFT، از روش های بهینه سازی هوش مصنوعی شامل منطق فازی (ساجنو) و الگوریتم ژنتیک استفاده شد که از بین این مدل، روش فازی ساجنو بهترین همبستگی بین دو نقشه فرونشست و ALPRIFT را ارایه داد. همبستگی بین فرونشست با ALPRIFT، ALPRIFT-GA و ALPRIFT-SFL به ترتیب 0/46، 0/62 و 0/72 به دست آمد.کلید واژگان: آبخوان دشت عجب شیر، فرونشست، ALPRIFT، الگوریتم ژنتیک، منطق فازیRecently, due to the trend of decreasing rainfall and increasing groundwater pumping rate, there have been concerns about the risks caused by the decrease in the volume of aquifer reserves and the drop in the groundwater level, and as a consequence the land subsidence. Also, in Ajabshir plain due to a gradual decrease in the water level, it is necessary to estimate the subsidence and investigate the subsidence potential to prevent its harmful risks in the future. For this purpose, using the ALPRIFT framework, which includes seven layers of parameters affecting subsidence, the subsidence potential map was zoned. The subsidence potential index was obtained in low and moderate ranges. In the next step, using Sentinel-1 satellite images, the subsidence during the years 2020-2021 was estimated to be 2.4 cm, which had a significant correlation with the groundwater level of the water year 2020-2021 and subsidence potential. In addition, artificial intelligence optimization methods including fuzzy logic (Sugeno) and genetic algorithm were used in order to fix the defects of applying expert opinions and increase the correlation between subsidence (Insar) and ALPRIFT, among these models, Sugeno's fuzzy method provided the best correlation between the two subsidence maps and ALPRIFT. The correlation between subsidence with ALPRIFT, ALPRIFT-GA and ALPRIFT-SFL was obtained as 0.46, 0.62 and 0.72 respectively.Keywords: Ajabshir Plain Aquifer, subsidence, Sentinel-1, ALPRIFT, Genetic Algorithm, Fuzzy logic
-
مدل سازی مخازن هیدروکربنی ابزاری مهم در توصیف و پیش بینی نحوه عملکرد آن می باشد. یک مدل سازی مخزن واقع بینانه در گرو ترکیب منابع مختلف داده به روشی منطقی و بهینه می باشد. داده های لرزه ای به دلیل پوشش سطح وسیعی از گستره مخزن و دارا بودن قدرت تفکیک جانبی بالا نسبت به داده های چاه، همواره در مدل سازی مخازن هیدروکربنی مورد توجه بوده است. استفاده از داده های لرزه ای با گذر زمان (چهاربعدی) نیز باعث بهبود و ارتقا مدل سازی دینامیک مخزن می شود. لازمه تلفیق داده های لرزه ای چهاربعدی در مدل سازی دینامیک مخزن، حصول اطمینان از همخوانی مدل استاتیک با داده های لرزه ای دوبعدی/سه بعدی اولیه می باشد. بدین منظور، در این پژوهش از روش چرخه انطباق مدل مخزن با داده های لرزه ای که مبتنی بر تکنیک های زمین آماری و الگوریتم های بهینه سازی می باشد، جهت ساخت/به روزرسانی مدل های استاتیک مخزن همخوان با داده های لرزه ای دوبعدی/سه بعدی، استفاده شده است. الگوریتم بهینه سازی استفاده شده در این پژوهش، تلفیقی از اگوریتم های قدرتمند ازدحام ذرات و ژنتیک می باشد. بررسی کیفی و کمی نتایج اعمال روش پیشنهادی بر روی یک مدل مصنوعی نشان می دهد که روش پیشنهادی منتج به ایجاد مدل های رخساره ای می شود که نسبت به روش های سنتی زمین آماری که از داده های لرزه ای فقط به عنوان داده ثانویه استفاده می کنند، بطور متوسط با یک افزایش 15 درصدی در انطباق با مدل مرجع مخزن همراه است.
کلید واژگان: مدل سازی استاتیک مخزن، داده های لرزه ای، زمین آمار، الگوریتم ژنتیک، الگوریتم ازدحام ذراتHydrocarbon reservoir modeling is an important tool in characterizing reservoir and forecasting its performance. A realistic reservoir model can be generated by combining different datasets in an optimal manner. Seismic data has always been of interest due to its extensive areal coverage and high lateral resolution compared to well-based data. Using time-lapse (4D) seismic data, the reservoir dynamic modeling is improved. Integrating 4D seismic data into dynamic reservoir modeling process requires that the static reservoir model to be coherent with the pre-production 2D/3D seismic data. To do so, we use seismic matching loop approach, which is based on geostatistical techniques and optimization algorithms to update static reservoir models. A key point in this regard is that seismic data or information is used twice. Acoustic data are first used as a constraint when generating reservoir models based on a geostatistical simulation algorithm. Then, they are compared to the acoustic responses computed for the simulated reservoir models. The implemented optimization algorithm in this study is a hybrid of particle swarm optimization (PSO) and genetic algorithm (GA). The obtained results on a synthetic case study show that the proposed method, compared to the conventional geostatistical methods, results in generation of static reservoir models that are qualitatively and quantitatively more consistent with pre-production seismic data.
Keywords: Static reservoir modeling, Seismic data, Geostatistics, Genetic algorithm, Particle swarm optimization -
وارون سازی سه بعدی داده های گرانی ناهمواری سنگ بستر دشت امان آباد با استفاده از انتگرال های نوع کوشی
داده های گرانی سنجی برای بررسی ساختارهای زمین شناسی مانند توپوگرافی سنگ بستر در محیط های رسوبی مستعد منابع هیدروکربنی و آب های زیرزمینی به کار می روند. استفاده از الگوریتم های بهینه سازی تصادفی با توجه به وابستگی نداشتن شدید نتایج به مدل اولیه و نیز نیاز نداشتن به مشتقات در محاسبات، با استقبال زیادی روبه رو است. بااین حال، وارون سازی غیرخطی سه بعدی داده های گرانی سنجی با استفاده از الگوریتم های بهینه سازی سراسری تصادفی، فرایندی زمان بر است. در این پژوهش، در فرایند وارون سازی تصادفی داده های گرانی برای تصویر سازی سطح سنگ بستر در حوضه های رسوبی، از انتگرال نوع کوشی سه-بعدی به عنوان تابع پیشرو سریع استفاده شده است. در ابتدا، صحت وکارایی زمانی الگوریتم در مقایسه با روش های حجمی مرسوم (مجموعه بلوک های راست گوشه) روی مدل های مصنوعی آزمایش شده است. برای نشان دادن قابلیت های روش در فرایند وارون، الگوریتم ژنتیک با مقادیر بهینه پارامترها روی داده های گرانی مصنوعی و واقعی حوضه رسوبی با چگالی ثابت پیاده سازی شده است. نتایج مدل های شبیه سازی شده در بخش مدل های پیشرو نشان می دهد زمان لازم برای محاسبات انتگرال کوشی، در مقایسه با انتگرال های حجمی که با دو روش مختلف مدل سازی پیشرو انجام شده اند، به ترتیب 15 و 50 مرتبه کمتر است. مختصات کران های انتگرال در روش اول، رئوس مکعب و در روش دوم مرکز وجه ها است. روش به کاررفته برای وارون سازی داده های واقعی، عمق تقریبی سنگ بستر حوضه آبرفتی امان آباد (اراک) را حداکثر 150 متر برآورد کرده است. براساس نتایج داده های حفاری، بیشینه عمق سنگ بستر 140 متر است. مطالعات پیشین، عمق های کمتر از200 متر را گزارش کرده اند که با نتایج این تحقیق سازگار است.
کلید واژگان: انتگرال نوع کوشی سه بعدی، مدل سازی سه بعدی، الگوریتم ژنتیک، دشت امان آبادGravity surveying is applied for studying geological structures, for example, basement topography underneath the sediment loads. In potential areas for hydrocarbon and groundwater resources, depth of basement can be estimated using different optimization methods, including stochastic global optimization algorithms. These methods include many functions call of the forward function, so usual forward approaches that discrete the sediment volume into a set of right rectangular prisms need too much computational time. This can be controversial issue while implementing three-dimensional stochastic inversion. In this study, 3D Cauchy-type integral as a fast forward function is applied to accelerate the gravity inversion for 3D determination of the depth to basement. Cai and Zhdanov (2015a,b) introduced this effective approach for potential fields modeling. This method in modeling the sediment-basement interface not only replaces all prisms of conventional volume approach with a gridded basement, but also uses simple mathematical terms in comparison with customary prismatic methods which include trigonometric and logarithmic expressions. Synthetic forward modeling of both of our realistic basin models assesses the validity of the forward operator. Evaluation time for one of the model basins based on the Cauchy-type integral in comparison with the prismatic method which was carried out by two different techniques of forward modeling, is 15 and 50 order lower. Implementing genetic algorithm on the gravity data, the depth of the basement was recovered. The misfit of our data achieved by the algorithm with initial population equal to 10 times of total number of parameters and carrying 700 generations, was lower than 2 mGal. Optimal values were obtained as 80% and 20% for crossover and mutation, respectively. In addition, due to the non-uniqueness of the gravity problem, the genetic algorithm uses a smoothing constraint. By fixing the optimal parameters of genetic algorithm, the optimization process is repeated to find the optimal value for the smoothing factor yielding the most accurate model based on the RMS of the reconstructed model. Results show that a smoothing factor between 0.005-0.015, reconstructs stable solutions. Besides, applying a Gaussian filter, a smoothing filter with the kernel size equal to 11×11 to the calculated depths, achieves more stable evaluations. Noisy synthetic and noise-free gravity data were inverted for one symmetric basin and the algorithm has been able to successfully reconstruct the basement. The case study area is the Aman-Abad alluvial plain (Iran) which its main parts are located in the Sanandaj-Sirjan zone in the Zagros Mountains of Iran. The suitable parameters of the genetic algorithm are found by synthetic tests to invert real gravity data to image the interface of the impermeable layer groundwater. The most common polynomial regression, i.e., degree 1 is applied to calculate residual gravity anomaly. Reconstructed depths from residual gravity anomaly match properly with gravity anomaly trend. Deep parts of the basement (as impermeable surface) have been estimated about 150m which it looks promising for groundwater resources. According to the previous gravity studies, the calculated maximum thickness of sediment is lower than 200 m and the well data specified depth of the basement is 140 m.
Keywords: 3D Cauchy-type integral, 3D modeling, Genetic Algorithm, Aman-Abad plain -
برای وارون سازی خواص پتروفیزیکی، به مدل فیزیک سنگی جهت پیوند زدن خواص پتروفیزیکی زمین به خواص لرزه شناسی آن نیاز است. در این پژوهش، از مدل BISQ (Biot Squirt flow) برای وارون سازی خواص پتروفیزیکی سنگ مخزن استفاده شده است. مدل BISQ به طور هم زمان هر دو سازوکار بایوت (Biot) و جریان فواره ای را دربرمی گیرد. جریان فواره ای از مهم ترین مدل های انتشار امواج در محیط های متخلخل حاوی سیال است. مدل بایوت، تضعیف موج لرزه ای را به حرکت کلی یا موازی سیال نسبت به جهت انتشار موج ارتباط می دهد، درحالی که مدل جریان فواره ای، آن را به حرکت محلی سیال پیوند می دهد. علاوه بر مدل فیزیک سنگی، واررون سازی خواص پتروفیزیکی نیازمند یک روش ریاضی است که مسئله بهینه سازی حاصل از اختلاف بین داده مشاهده ای و داده محاسبه شده از مدل پیشرو را به حداقل برساند. در این تحقیق، الگوریتم ژنتیک جزیره ای موازی (Parallel Niche Genetic Algorithm, PNGA) به دلیل غیرخطی بودن مدل BISQ و نیز قدرت این روش به عنوان یک الگوریتم تکاملی (Evolutionary Algorithm) در مواجهه با مسائل پیچیده، بزرگ مقیاس و چندسطحی (multi objective) انتخاب شده است. در PNGA هر هسته به عنوان یک محیط مجزا عمل می کند که در آن، گونه ها تکامل می یابند. پایه این روش براساس دو اصل تکامل سریع و سکون بنا شده است. این روش از همگرایی پیش از موعد (premature convergence) جلوگیری می کند و قدرت الگوریتم در فرار از نقاط بهینه محلی را افزایش می دهد. در تحقیق حاضر، روش ذکر شده بر داده های مصنوعی و واقعی اعمال شد. نتایج وارون سازی، همبستگی مناسبی با مقادیر مفروض (در داده مصنوعی) و نگاره ها (در داده واقعی) نشان داد.کلید واژگان: وارون سازی، الگوریتم ژنتیک، محاسبات موازی، مدل BISQ، خواص پتروفیزیکیIn a geophysical inversion process, the observed data is transformed to the meaningful properties of earth. For inversion of petrophysical properties, we need a rock physics model that links the petrophysical properties to the elastic properties of rock. The more accurate the model, the more reliable the results. There are a variety of procedures in which can invert petrophysical properties of earth through seismic data. Those procedures include experimental and empirical methods (In these methods, seismic data is assumed to be a function of some special petrophysical features of a zone), statistical methods and theoretical methods such as Biot model. Such theoretical method predicts elastic properties of rocks such as velocities and quality factors as functions of physical properties of rock and fluid. Here, we use BISQ (Biot-Squirt flow) model for inversion of petrophysical properties of reservoir rock. The BISQ describes seismic wave propagation in a fluid saturated poroelastic medium. This model consists of both Biot and squirt flow models and its accuracy is confirmed by several researchers versus other models. The model is developed for several anisotropic media too. Biot model relates the attenuation of seismic wave to parallel motion of fluid in a solid frame; while, the squirt flow model relates it to local motion of fluid. It is proven that both mechanisms exist during seismic wave propagation and BISQ model is correct for both of them, simultaneously. In a petrophysical properties inversion process, there are two vital elements. First one, as described before, is using a rock physical model and the other one is mathematical method by which we solve an optimization problem that minimizes misfit between observed and predicted data. Here, we choose PNGA (Parallel Niche Genetic Algorithm) because of nonlinearity of BISQ model. Moreover, PNGA as an evolutionary algorithm, has capability of dealing with multi-objective optimization problems. We apply the mentioned method on both synthetic and real data. The inversion results show acceptable correlation with the used quantities in generation of synthetic and well logs.Keywords: Inversion, Genetic Algorithm, Parallel computation, BISQ model, petrophysical properties
-
فرونشست سطح زمین در اثر استخراج بی رویه از منابع آب زیرزمینی، یکی از رویدادهایی است که در ایران به وفور مشاهده شده است. این پدیده در صورت نبود مدیریت صحیح، می تواند خسارات جبران ناپذیری را برای مناطق دچار این پدیده، ایجاد کند. هم چنین رشد جمعیت و تکنولوژی زراعی، استفاده بیش از گنجایش منابع آب زیرزمینی برخی از نقاط ایران را به دنبال داشته است. نرخ فرونشست زمین ناشی از برداشت بیش از حد آب های زیرزمینی در دشت تهران در طی سال های اخیر افزایش یافته است. در چنین شرایطی آثار زیان بار آن بر زمین های کشاورزی، ساختمان ها، شریان های حیاتی و دگرشکلی های سطح زمین به صورت فروچاله ها، ترک ها و شکاف های زمین در حال گسترش هستند. در این پژوهش با استفاده از مدل ALPRIFT که یک مدل وزن دهی ساده است و شامل 7 لایه موثر بر فرونشست (جنس لایه های زیرین، کاربری زمین، پمپاژ، تغذیه، ضخامت آبخوان، فاصله از گسل، افت سطح آب زیرزمینی) است میزان آسیب پذیری فرونشست دشت با تلفیق لایه ها در محیط Arc GIS برای فاصله زمانی یک سال (1395-1394) به دست آمد و برای صحت سنجی این مدل از نقشه ماهواره ای InSAR استفاده شد. با وجود قابل قبول بودن نتایج، برای بهبود نتایج حاصل و بهینه سازی وزن های اعمال شده از روش الگوریتم ژنتیک استفاده شد. نتایج نشان داد که بهینه سازی وزن های اعمال شده به وسیله الگوریتم ژنتیک، با افزایش ضریب هم بستگی از 64/0 به 75/0، بین شاخص فرونشست و فرونشست های به دست آمده در دشت، توانایی بیش تری در ارزیابی فرونشست دارد.کلید واژگان: پتانسیل فرونشست، آبخوان، بهینه سازی وزن، مدل ALPRIFT، الگوریتم ژنتیک، نقشه ماهواره ای InSARNderground land subsidence due to extraction of groundwater resources is one of the events that have been observed in abundance in Iran. If it is not properly managed, this phenomenon can cause irreparable damage to the areas affected by this phenomenon. Population growth and crop technology have also led to more use of groundwater resources in some parts of Iran.
The rate of land subsidence due to excessive groundwater abstraction in Tehran plain has increased over recent years. Under such conditions, its harmful effects on agricultural land, buildings, vital arteries, and deformations of the earth's surface develop in the form of hollows, cracks and fissure in the earth. In this research, using the ALPRIFT model, which is a simple weighing model, consists of seven layers that are effective on subsidence (aquifer media, land use, pumping of groundwater, recharge, impact of aquifer thickness, fault distance, groundwater level decline). The level of vulnerability of plain subsidence was obtained by combining layers in the Arc GIS for a period of one year (2015-2016) and the InSAR satellite radar map was used to validate this model. Despite the acceptability of the results, the genetic algorithm was used to improve the results and optimize the weights. The results showed that the optimization of the weights applied by the genetic algorithm, with increasing correlation coefficient from 0.44 to 0.75, between the subsidence index and the subsidence in the plain, is more capable of evaluating subsidenceKeywords: Subsidence potential, Weight optimization, ALPRIFT model, Genetic Algorithm, InSAR radar Map -
به منظور مدیریت پایدار منابع آب زیرزمینی، تعیین رفتار سطح آب زیرزمینی ضروری است. نوسانات سطح آب زیرزمینی فرآیندی غیرخطی و پیچیده است که مدل-های هوش محاسباتی داده مبنا قادر هستند بدون تقریب و ساده سازی به مدل سازی آن بپردازند. در این مطالعه میزان دقت و کارایی هر یک از مدل های داده مبنا هوش مصنوعی پرسپترون چند لایه (MLP)، استنتاجی فازی عصبی (ANFIS) و رگرسیون بردار پشتیبان(SVR) در شبیه سازی سه افق زمانی پیش رو (t+2, t+1 و t+3) سطح آب زیرزمینی دشت هشتگرد مورد ارزیابی قرار گرفت. در این راستا از قابلیت های روش آزمون گاما و تلفیق آن با الگوریتم ژنتیک (GA-GT) به منظور انتخاب ترکیب ورودی بهینه و نیز روش M-Test در تعیین طول بهینه داده های آموزش مدل استفاده شد. نتایج مشخص کرد که دقت مدل های داده مبنا در شبیه سازی افق زمانیt+1 سطح آب زیرزمینی بیشتر از افق زمانی t+2 و t+3 است. به منظور تعیین میزان عملکرد و کارایی مدل ها، نتایج براساس شاخص DDR مورد تحلیل قرار گرفت که محاسبات نشان داد مدل ANFIS در شبیه سازی افق زمانی اول بهترین عملکرد و کارایی را داشته است. همچنین استنباط شد که مدل MLP و ANFIS در شبیه سازی افق های ماهانه نزدیک تر و SVR در افق های ماهانه دور تر کاربرد بهتری دارند.کلید واژگان: سطح آب زیرزمینی، گاما تست، شبکه عصبی مصنوعی، رگرسیون بردار پشتیبان، الگوریتم ژنتیکIn order to implement sustainable groundwater resources management, it is necessary to model the behavior of groundwater level. Groundwater is a nonlinear and complex system which Data-driven models can be modeled this system without approximation and simplification. This study evaluates the performances of data-driven models (Support Vector Regression (SVR) and Artificial Neural Network (ANN)) for forecasting groundwater levels of Hashtgerd plain at 1, 2 and 3 months ahead. One of the most important steps in constructing data-driven models is determining the optimal combination of input variables. In this paper, the optimal composition was determined using the hybrid of gamma test and genetic algorithm, also the optimal length of input composition in teaching period was determined using the M-test method. The results of this study showed that the models for 1 month ahead performed better than for 2 and 3 months ahead forecasts and the accuracy of the models decreased as months ahead increased. The Developed Discrepancy Ratio (DDR) was applied to evaluate the efficiency of models. The results showed that the ANFIS model had the best performance for one month ahead groundwater level forecasting. Also, the results demonstrated that the ANFIS and MLP models were able to provide better performance in groundwater levels forecasting for a shorter-time period (e.g., 1 month ahead). The performance of the SVR model for a longer-time period (e.g., 3 month ahead) was superior to the MLP and ANFIS models.Keywords: Groundwater levels, Gamma Test, Artificial Neural Network, SVR, Genetic Algorithm
-
تراوایی یا نفوذپذیری خاصیتی از سنگ مخزن است که به جریان سیال از سنگ مخزن می پردازد و از فاکتورهای مهم در تولید نفت و گاز از مخزن به حساب می آید. این پارامتر در شرایط آزمایشگاهی از طریق مغزه گیری به دست می آید که روشی پرهزینه و زمان بر است و همچنین برای همه چاه های موجود در یک میدان نفتی امکان پذیر نیست. امروزه این پارامتر را با استفاده از داده های لاگ پتروفیزیکی به روش های آماری و هوشمند محاسبه می کنند. در این مقاله از الگوریتم های هوشمند جهت پیش بینی تراوایی با استفاده از لاگ های پتروفیزیکی استفاده شده است. این پژوهش بر روی داده های چهار چاه کنگان و دالان واقع در میدان پارس جنوبی انجام شده است. از مجموع هشت ویژگی استخراج شده از هر چاه، با استفاده از روش انتخاب ویژگی مبتنی بر همبستگی، چهار ویژگی موثر در هر چاه انتخاب شدند. سپس از روش های رگرسیون، شبکه عصبی چندلایه، شبکه عصبی RBF(Radial Basis Function) ، مدل درخت خطی محلی (LOLIMOT: Local Linear Model Trees)، سیستم فازی نوع یک و سیستم فازی نوع دو برای پیش بینی تراوایی استفاده شد. نتایج نشان داد که با توجه به وجود عدم قطعیت در پارامترهای پتروفیزیکی و تراوایی، سیستم فازی نوع دو عدم قطعیت ها را بهتر پوشش می دهد. این روش در حالت پایه، تراوایی را با دقت 9481/0 و ریشه دوم میانگین مربعات خطای 3060/0 پیش بینی کرد. با استفاده از روش ترکیبی GSA-GA (Gravitational Search Algorithm - Genetic algorithm)، تعداد قواعد فازی و نیز با استفاده از روش خوشه بندی K-means، توابع عضویت فازی بهبود یافت و این بهبودها منجر به افزایش دقت پیش بینی تراوایی با ضریب تعیین 9768/0 و کاهش ریشه دوم میانگین مربعات خطا به مقدار 1602/0 شد.کلید واژگان: پیش بینی خواص سنگ، تراوایی، سیستم فازی نوع دو، الگوریتم جستجوی گرانشی، الگوریتم ژنتیکPermeability is a property of the reservoir rock, which deals with the flow of fluid from the reservoir and is an important factor in oil and gas production. This parameter is measured via coring and core laboratory analysis, which is an expensive and time-consuming process and also is not a feasible approach for every oil and gas field. Nowadays, the permeability can also be calculated using the data of petrophysical logs by means of statistical and intelligent techniques. The present study uses four wells drilled in Kangan and Dalan formations within South Pars gas field to predict permeability using fuzzy logic. Out of totally eight features extracted from each well, four more effective features were selected using correlation-based feature selection tools. Then, regression, multi-layer perceptron, RBF neural network, Local Linear Model Trees (LOLIMOT), type-1 and type -2 fuzzy systems were utilized for permeability prediction. The results indicated that due to the uncertainty in the petrophysical and permeability parameters, type-2 Fuzzy systems cover better the uncertainties. The aforementioned method predicts the best number of rules using the GSA-GA (Gravitational Search Algorithm - Genetic algorithm) combined algorithms. Fuzzy membership functions were also improved using the K-means clustering algorithms. These improvements led to increased accuracy of the predicted permeability with a coefficient of 0.9768, and a decrease in the root mean square error to 0.1602.Keywords: predicting reservoir rock type, Permeability, type -2 fuzzy system, Gravitational Search Algorithm, Genetic Algorithm
-
الگوریتم رقابت استعماری یک الگوریتم بهینه سازی جدید می باشد و در مقایسه با سایر الگوریتم های مختلف بهینه سازی توانایی بهینه سازی هم تراز و یا حتی بالاتر را در مسائل مختلف بهینه سازی داراست. تخمین نسبت جذب سدیم و غلظت کلر به عنوان نمونه ای از پارامتر های کیفی آب زیرزمینی بسیار پرهزینه و زمان بر ازاندازه گیری شوری آب می باشد. جهت استفاده از مدل پیشنهادی یک کد عددی طراحی شد و الگوریتم رقابت استعماری ضرایب وزنی داده های ورودی از تابع پیشنهادی را محاسبه نمود. نتایج حاصل از اجرای الگوریتم رقابت استعماری مقدار میانگین مربع در نمونه تست برای SAR و غلظت کلر به ترتیب 0.00912و 0.00790 می باشد. هم چنین مقادیر ضریب هم بستگی در مرحله صحت سنجی نیز برای SAR و کلر به ترتیب 0.980و 0.986 بوده است. این مطالعه بر اساس نمونه های جمع آوری شده از آب زیرزمینی دشت بستان آباد انجام گرفته و قابل تعمیم برای سایر مناطق می باشد. نتایج حاصل از این تحقیق در مقایسه با نتایج روش الگوریتم ژنتیک، بیانگر قدرت، همگرایی و سرعت بسیار بالای روش پیشنهادی در این پژوهش را به اثبات می رساند.کلید واژگان: الگوریتم رقابت استعماری، الگوریتم ژنتیک، دشت بستان آباد، غلظت کلر، نسبت جذب سدیم (SAR)Imperialist Competitive Algorithm (ICA) is a new socio-politically motivated global search strategy that has recently been introduced for dealing with different optimization tasks. The estimation of sodium adsorption ratio (SAR) and chloride content as example of groundwater quality parameters are much more time-consuming and expensive than water salinity measurement.For using this method, a numerical code was designed, and ICA algorithm calculated weight coefficients of the proposed function for the input data. The validation of the simulation with the ICA model showed that MSE in testing sample for SAR and chloride were 0.0134 and 0.0098, respectively. Also, R2 of validity for SAR and chloride were 0.93 and 0.952, respectively. This study was done based on the sample collected from the groundwater of Bostanabad plain, and could be generalized to other areas. The results of this study indicated high speed, convergence and power of the proposed method compared to genetic algorithm (GA) in estimation of sodium adsorption ratio (SAR) and chloride.Keywords: Bostanaabad Plain, Chloride Content, genetic algorithm, Imperialist Competitive Algorithm, Sodium Adsorption Ratio (SAR)
-
تعیین خواص پتروفیزیکی مخزن در تولید و صیانت از مخازن هیدروکربوری نقش به سزایی دارد. روش های تعیین این خواص متنوع است و مدل هایی که این خواص را تعیین می کنند روز به روز در حال تکامل هستند. مدل BISQ مدل جدیدی است که دقت آن در تعیین خواص لرزه ای سنگ مخزن با توجه به مقادیر پتروفیزیکی آن، توسط محققان مختلف تایید شده است. از طرفی به این دلیل که این مدل یک مدل غیرخطی است وارون سازی خواص پتروفیزیکی مخزن دخیل در این مدل با روش های مرسوم امکان پذیر نیست از این رو، در این جا از یک روش بهینه سازی سراسری برای تعیین خواص پتروفیزیکی مخزن استفاده شده است. الگوریتم ژنتیک ترکیبی (HGA) با اعمال مفاهیم خود انطباقی بر الگوریتم ژنتیک حقیقی قدرت جست جو و کیفیت پاسخ های این الگوریتم را بهبود می بخشد. در این مقاله روش وارون ساز معرفی شده برای تعیین خواص پتروفیزیکی داده های مصنوعی ایجاد شده با مدل BISQ و هم چنین داده های یک چاه به کار رفته است و نتایج ان بررسی شده اند.کلید واژگان: مدل BISQ، وارونسازی سراسری، الگوریتم ژنتیکIt is essential to dtermine petrophysical properties of reservoir rock in exploration and poroduction processes.There are several methods in which predicts such properties and these methode are evolving every day. BISQ model is a novel model that its accuracy in determination of seismic properties of reservoir rock is confirmed by different researchers. This model predicts seismic properties such as p-wave and s-wave velocity and quality factor using some petrophysical and elastic properties of reservoir rock. Because of a high order of non-linearity in the BISQ model, inversion of associated petrophysical properties using conventional linear methods is not feasible. So in this paper we used a global optimization method to detemine petrophysical properties of reservoir rock. Inversion process includes two major step. First one is a physical or petrophysical model in which predicts data. And second one is a mathmatical method in which estimate model parameter through an objective function. Selection of mathmatical method depend on physical or petrophysical modle that pridicts data. In this case the petrophysical model is non-linear so we should select a robust mathmatical method that has capibility of determination global optimum point in a highly non-linear space. We use a hybrid genetic algorithm(HGA) in which employs some self adaptive concepts to enhance search ability , diversity , and quality of answers in comparsion with conventional GAs. Here we first introduce inverse methode then the methode is applied on a synthtic and a real data and the results are analyzed.Keywords: BISQ model, global inversion, Genetic algorithm
-
امکان نگاشت توزیع فضایی عناصر آرسنیک و کروم در یک منطقه معدنی با کمک طیف سنجی انعکاسی مرئی و مادون قرمز نزدیک و زمین آمار مورد بررسی قرار گرفت. پنجاه و پنج نمونه خاک از یک دمپ باطله در مجموعه معدن مس سرچشمه جمع آوری و طیف انعکاسی آنها در یک آزمایشگاه اندازه گیری گردید. قبل از توسعه مدل های رگرسیون کمترین مربعات جزئی و الگوریتم ژنتیک - کمترین مربعات جزئی به منظور پیش بینی غلظت آرسنیک و کروم، مشتق اول ساویتزکی گولای به عنوان مهمترین پیش پردازش بر روی داده ها انجام گرفت. مکانیزم های فیزیکو شیمیایی که به تخمین غلظت عناصر مذکور با طیف سنجی کمک می کند نیز بررسی گردید و طبق نتایج حاصل، محتوای آهن و رس نمونه های خاک، اصلی ترین مکانیزم کمک کننده به پیش بینی غلظت آرسنیک و کروم بود. همچنین بین کارایی هر دو مدل پیش بینی و محتوای آهن و رس نمونه ها، ارتباط مثبت مشاهده گردید. روش الگوریتم ژنتیک - کمترین مربعات جزئی نتایج بهتری نسبت به روش کمترین مربعات جزئی در پیش بینی عناصر سمی از خود نشان داد. پس از تعیین نقاط با آلودگی بالا توسط روش میانیابی زمین آماری (کریجینگ)، الگوهای فضایی مشابهی بین نتایج حاصل از پیش بینی به کمک مدل ها و اندازه گیری های شیمیایی مشاهده شد. نتایج این مطالعه نشان داد که مقدار و تغییرات فضایی آرسنیک و کروم در دمپ باطله معدن مس سرچشمه را می توان به کمک طیف سنجی مرئی و مادون قرمز نزدیک و زمین آمار تعیین کرد.کلید واژگان: نگاشت فضایی عناصر، طیف سنجی، الگوریتم ژنتیک، رگرسیون حداقل مربعات جزئی، زمین آمارPossibility of mapping the distribution of Arsenic and Chromium in a mining area was investigated using combination of (VNIR) reflectance spectroscopy and geostatistical analysis. Fifty five soil samples were gathered from a waste dump at Sarcheshmeh copper mine and VNIR reflectance spectra were measured in a laboratory. Savitzky- Golay first derivative was used as the main pre-processing method before developing Genetic Algorithm Partial Least Squares Regression (GA-PLSR) and PLSR models for predicting toxic elements concentrations. Physicochemical mechanism that allows the prediction with reflectance spectroscopy was also investigated and it was found that, elements sorption by spectrally active Fe and clay contents of soil was the major mechanism helping the prediction of spectrally featureless As and Cr. Positive relationships were observed between performance of predicting models and iron and clay contents of the samples. Comparing to PLSR, higher performances for predicting both toxic elements concentrations were obtained by applying GA-PLSR model. Furthermore, similar spatial patterns for soil pollution hotspots were observed by geostatistical interpolation (kriging) of chemically measured and models predicted values. Results demonstrated that the amount and spatial variability of arsenic and chromium can be determined using VNIR spectroscopy and geostatistics in Sarcheshmeh mines waste dump.Keywords: Mapping elements, Spectroscopy, Genetic Algorithm, PLSR, Geostatistics
-
رابطه آرچی که بنیادی ترین رابطه محاسبه اشباع شدگی در مخازن هیدروکربوری است؛دارای سه متغیر سیمان شدگی (m)،توان اشباع (n) و پیچاپیچی (a) است. ضریب سیمان شدگی، تابعی از شکل هندسی منافذ است. بنابراین برای تعیین ضرایب آرچی، بررسی نوع منافذ ضروری است. بهمنظوردست یابی به نتایج دقیق تر در زمینه تعیین ضرایب آرچی و درنتیجه میزان اشباع سیال ها باید سنگ ها را از دید بافت و نوع تخلخل دسته بندی کرد و برای هر دسته، این مقادیررا مشخص ساخت. در این پژوهش برای دسته بندی داده های مقاومت ویژه لاگ چاه پیمایی برای محاسبه متغیرهای رابطه آرچی در یک چاه اکتشافی در یکی از مخازن هیدروکربوری جنوب باختر ایران از روش فرکتالی استفاده شده است؛ که داده ها را از دید بافت و نوع تخلخل سنگ ها به سه پهنه تقسیم کرده است. سپس برای تعیین متغیرهای رابطه آرچی در هر کدام از پهنه ها، به صورت جداگانه از روش الگوریتم ژنتیک استفاده شده است. بررسی ها نشان می دهند که این روش می تواند پیچیدگی رفتار هر یک از ضرایب را در محاسبات در نظر بگیرد.
کلید واژگان: هیدروکربور، فرکتال، لاگ مقاومت ویژه، الگوریتم ژنتیکArchie’s equation, which is the most fundamental equation for water saturation calculation,consists of three factors: Cementation factor (m), saturation exponent (n) and tortuosity (a). Cementation factor is a function of the shape of pores. Hence, the study of pore type is important in determining the Archie’s coefficients. In order to achieve more precise and reliable results in Archie’s coefficient determination and then water saturation accurately, the rocks must be rated based on texture and porosity type, the coefficients should be constrained for each class. In this paper, fractal method is used to rate the resistivity log data and calculate Archie’s coefficient in an exploration well of a hydrocarbon reservoir in southwest of Iran. The results show three different zones based on porosity type and texture of the rocks. Then the Genetic algorithm method is used to calculate the Archie’s coefficients in each of the zones separately. The results show that this method is able to consider the complex behavior of each of the coefficients in the calculations.Keywords: Hydrocarbon, Fractal, Resistivity log, Genetic algorithm -
زمین لرزه ای با بزرگای گشتاوری 9/5 در مقیاس امواج محلی در ساعت 13:53:22 به وقت محلی روز ششم آذر ماه 1384 جزیره قشم و بخش های وسیعی از استان ساحلی هرمزگان را به لرزه درآورد. این زمین لرزه در اثر گسلشی معکوس با مولفه ناچیز راستالغز بوده است. زمین لرزه دیگری با بزرگای گشتاوری 5/5 در ساعت 20 به وقت محلی همان روز روی داد. نکته جالب این زمین لرزه این است که سازوکار محاسبه شده برای قوی ترین پس لرزه آن، که 6 ساعت پس از شوک اصلی اتفاق افتاده است، یک سازوکار راستالغز است که کاملا با ساختار معکوس شوک اصلی فرق می کند. در این نوشتار، با استفاده از حل مسئله معکوس با مقادیر مرزی میدان جابه جایی سطحی زمین به دست آمده از مشاهدات تداخل سنجی راداری، پارامتر های گسلش این دو زمین لرزه برآورد شد. حل مسئله معکوس فوق با به کارگیری الگوریتم ژنتیک انجام شد و نتایج نشان دهنده آن بود که زمین لرزه اول در اثر فعالیت بخش جنوبی گسل معکوس قشم به طول 7 کیلومتر بوده است که موجب فعال شدن گسلی راستالغز به موازات تاقدیس گورزین شده و زمین لرزه دوم را ایجاد کرده است. لغزش گسلش اول، 96 سانتی متر و لغزش گسلش دوم 9 سانتی متر برآورد می شود. همچنین بر اساس نتایج مدل سازی این نوشتار، بیشینه مقدار جابه جایی سطحی زمین ناشی از زمین لرزه اصلی، 7/6 سانتی متر در راستای باختر، 6/4 سانتی متر در راستای جنوب و 4/16 سانتی متر در راستای بالا بود و بیشینه مقدار جابه جایی سطحی زمین ناشی از بزرگ ترین پس لرزه این رویداد، 3/1سانتی متر در راستای باختر، 6/1 سانتی متر در راستای جنوب و 4/1 سانتی متر در راستای پایین بود.
کلید واژگان: تداخل سنجی راداری، الگوریتم ژنتیک، مسئله معکوس، سازوکار زمین لرزه، پارامتر های گسلAn earthquake with the magnitude of 5.9 ML shocked the Qeshm island located in the Persian Gulf on 27 November, 2005 at 13:53:22 local time. The earthquake occurred due to the reactivation of a NE-SW fault with a major reverse mechanism accompanied by a minor strike-slip component. Another earthquake of 5.5 MW occurred on the same day at ca. 20:00 local time. The interesting feature of this earthquake is that the calculated mechanism for its strongest aftershock, which occurred ca. 6 hours after the main-shock, was a strike-slip mechanism that is completely different the pure reverse mechanism for the main-shock. This study uses inversion of InSAR observation of earth surface displacement field boundary values to solve parameters of these 2 earthquakes. The results show activation of southern part of the Qeshm fault caused by the first earthquake along 7 km of its length. This event induced the second earthquake by activation of another strike-slip fault which is parallel to the Gavarzin anticline. Estimated slip was 96 cm for the first earthquake and 9 cm for the second one. Based on the estimated parameters of the these 2 earthquakes, the maximum displacement induced by the first earthquake was 6.7 cm in west, 4.6 cm in south and 16.4 cm in vertical directions on the earth surface. The maximum displacement of the second earthquake in west, south and vertical directions were 1.3, 1.6 and 1.4 cm respectively.Keywords: Insar, Genetic Algorithm, Inverse Problem, Earthquake Mechanism, Fault Parameters -
به کارگیری روش های تحلیل تاریخچه زمانی مستلزم در اختیار داشتن مجموعه ای از شتاب نگاشت ها است. این زلزله ها باید بیشترین همبستگی با ویژگی های ساختگاه را داشته باشند تا بتوانند نماینده واقع بینانه ای از حرکات زمین طی زلزله در منطقه موردنظر باشند. ازآنجاکه معمولا تعداد کافی ثبت مه لرزه در یک محل موجود نیست با توجه به ویژگی های ساختگاه، می توان تعداد زلزله های مورد نیاز را از فهرست زلزله های رخ داده در نقاط گوناگون دنیا انتخاب کرد. از جمله روش های موجود برای دسته بندی و انتخاب گزینه های مناسب براساس چندین معیار گوناگون، خوشه بندی است. در این مقاله برای انتخاب نگاشت های مناسب با داشتن حتی یک زلزله مبنا در محل از الگوریتم ژنتیک برای بهبود عملکرد نسبت به روش Kمیانگین استفاده شده است. در این شیوه ویژگی های گوناگون زلزله از جمله انرژی ثبت ها، مقادیر اوج حرکت زمین و طیف پاسخ شتاب مدنظر قرار می گیرد و مجموعه زلزله ها با تطبیق حداکثر نسبت به زلزله مبنا تعیین می شوند. در انتها نیز نتایج حاصل از خوشه بندی Kمیانگین و روش فراابتکاری ژنتیک با هم مقایسه شده است که نشان از عملکرد بهتر الگوریتمژنتیک با پیاده سازی ویژه این مقاله در عبور ازبهینه های محلی و حصول خوشه بندی مناسب دارند.
کلید واژگان: تحلیل تاریخچه زمانی، خوشه بندی، الگوریتم k میانگین، الگوریتم ژنتیک، خوشه بندی بهینهSummary: Linear and nonlinear time-history analyses are necessary tools for many fields of structural/earthquake engineering including vulnerability analyses and response evaluations. In this regard، one of the most important requirements is the selection of proper acceleration time histories as the analysis input. These records can be obta from natural earthquake records or can be generated synthetically and artificially. The first option is usually preferred to the others since it can provide true information about strong ground shaking characteristics to reflect the source، path، and site effects. These characteristics include several parameters such as earthquake magnitude، epicenter distance، duration، Arias intensity، spectral intensity، soil type and peak ground responses. However، well-known seismic design codes offer their linear design spectra to which the earthquake accelerogram is scaled; instead of direct matching the seismologicalparameters. The number of ground motions recorded at a given site is not generally sufficient; thus، it is required to select other earthquakes from real-world catalogues based on their similarity to the site-specific record (s). However، it is a challenging task to deserve such a similarity due to the existence of several criteria affecting the earthquake characteristics. The present work deals with the problem of selecting a number of appropriate ground motions among an available catalogue in order to best match a given site-specific earthquake record. As an unsupervised solution in this research، clustering techniques were concerned. A set of data in a multi-dimensional space were classified into some clusters in such a way that the objects in every cluster have the most similarity with each other and the least similarity with any object in the other clusters. Here، both deterministic and non-deterministic approaches in such a clustering problem were employed and compared. The method of K-means was selected as a deterministic algorithm due to its popularity and computational efficiency among clustering techniques. A set of input clusters was required to be introduced for this algorithm before its run. However، this method itself was deterministic. Such an initial set is usually chosen by trial-error or randomly. Depending on the initial input clusters، the K-means algorithm reveals different local optima instead of global optimum as the clustering result. In order to overcome such a challenge، a non-deterministic approach was studied as well. In this regard، a Genetic Algorithm، GA، was utilized as a well-trusted metaheuristic among non-deterministic algorithms with the capability of overpassing localresults and approaching to the true global optimum. Proper genetic encoding and operators were developed for the current optimal clustering problem. Consequently، a variety of earthquake characteristics were taken into account in the utilized chromosome including magnitude، epicenteral distance، duration، Arias intensity، spectral intensity، soil type، peak ground responses and a specialized error measure. This measure was defined based on how compatible was the response spectrum of the record with the codified design spectrum as the target. In the present study، average silhouette widths and related profile plot were used to evaluate effectiveness of the proposed clustering processes. Quality of clustering was thus measured taking into account both compactness and separation of the clusters. Consequently، the clustering result corresponding to the maximum amount of the average silhouette bandwidth was announced as the solution. Input-records required for the timehistory analyses، were then selected from the cluster which includeed the target siteassociated earthquake. Using different numbers of clusters، the proposed genetic search stood well superior to the method of K-means in achieving the best clustering for the present problem.Keywords: Time history analysis, clustering, K, means algorithm, genetic algorithm, optimal clustering -
توابع متعددی جهت تخمین نرخ فرسایش حوضه های آبریز توسط محققین مختلف ارائه شده است. با توجه به اینکه نرخ تولید و انتقال رسوب توسط فاکتورهای متعدد از جمله توپوگرافی، فرسایش پذیری خاک و کاربری اراضی کنترل می شود، برآورد مستقیم پارامترهای این توابع، کاری بسیار دشوار و بلکه غیرممکن است. لذا بهترین روش جهت برآورد این پارامترها استفاده از مدل های فرسایش پارامتریک می باشد. در این مدل ها با مقایسه داده های اندازه گیری شده دبی رواناب و بده رسوب که دریک دوره معین اندازه گیری شده اند، پارامترهای حوضه با استفاده از روش های بهینه سازی، تخمین زده می شود. پس از برآورد پارامترهای رسوبی به راحتی می توان با استفاده از همین مدل حجم رسوب را به منظور طراحی سازه های هیدرولیکی از جمله مخازن سدها پیش بینی نمود.
در این تحقیق، مدل رسوب پیشنهادی سامانی بر روی حوضه های آبریز رودخانه کر (ایستگاه تنگ براق) و رودخانه سیوند (ایستگاه دشتبال) اعمال شده و به کمک الگوریتم ژنتیک، پارامترهای تولید و انتقال رسوب این دو حوضه برآورد شده است. مدل در حالت های 1 تا 3 مخزنه اجرا شده است که حداکثر انطباق را برای حوضه کر در حالت 2 مخزنه و برای حوضه سیوند در حالت 3 مخزنه نشان می دهد.کلید واژگان: الگوریتم ژنتیک، انتقال رسوب، تولید رسوب، رودخانه سیوند، رودخانه کرSeveral functions have been proposed in order to estimate the rate of erosion of catchment areas. Since the rate of sediment production and transport are governed by many catchment characteristics such as topography, soil erodibility, land use and etc., direct estimation of these parameters is very difficult, expensive and time consuming. Therefore, the best way to calculate these parameters is using parametric models and optimization techniques. These models use optimization methods to estimate production and transport parameters using observed values of river discharge and sediment load in a given period of time. The results of erosion parameter estimation could be used to predict the volume of the sediment load to design the hydraulic structures such as dam reservoirs. In this research, Samani model is performed on the catchment of Kor and Sivand Rivers, and the production and transport parameters of these catchments are estimated using Genetic Algorithm technique. The model was evaluated for 1 to 3-reservoir cases. The model is optimized in two-reservoir for Kor River and 3-reservoir model for Sivand River.Keywords: Genetic algorithm, Sediment transport, Production of sediment, Sivand River, Kor River -
برای به دست آوردن نتایج دقیق تر از به کارگیری روش شبکه های عصبی مصنوعی، به جای انتخاب نتایج بهترین شبکه حاصل از فرایند سعی و خطا، نتایج چندین شبکه به روشی مناسب با هم ترکیب شده است تا شاید سامانه چند شبکه ای حاصل، که از آن با عنوان ماشین کمیته ای تعبیر می شود، خطا را کاهش و درنتیجه، دقت را افزایش دهد. در این پژوهش، برای برآورد تخلخل موثر سنگ مخزن گازی کنگان در میدان عظیم هیدروکربنی پارس جنوبی، از ترکیب آنسامبلی شبکه های عصبی مصنوعی که نوعی ماشین کمیته ای با ساختار موازی است، استفاده شده است. به این منظور، داده های نگارهای صوتی، چگالی، پرتو گاما و تخلخل نوترونی به عنوان ورودی شبکه ها و تخلخل موثر به عنوان خروجی شبکه ها از 4 چاه این میدان در بازه عمقی سازند کنگان انتخاب شدند. شبکه های عصبی پس انتشار خطا با ساختارهای متفاوت به روش مرتب سازی آموزش داده شد و توان تعمیم آنها ارزیابی شد. آنگاه شبکه هایی که بهترین نتایج، یعنی کمترین میانگین مربعات خطای برآورد در مرحله آزمون را داشتند، برای ساخت ترکیب های آنسامبلی انتخاب شدند. برای تعیین ضرایب شبکه های جزء ترکیب های آنسامبلی خطی، سه روش میانگین گیری ساده، روش ترکیب خطی بهینه هاشم و روش غیرتحلیلی ترکیب خطی بهینه با استفاده از الگوریتم ژنتیک به کار برده شده و نتایج آنها با هم مقایسه شد. از مقایسه نتایج ترکیب ها با بهترین شبکه عصبی مصنوعی منفرد حاصل، مشخص شد که بهترین ترکیب آنسامبلی حاصل، ترکیبی چهار شبکه ای است که ضرایب شبکه های جزء آن با استفاده از الگوریتم ژنتیک تعیین شده است. این ترکیب توانسته میانگین مربعات خطای برآورد الگوهای آموزش و آزمون را به ترتیب 6/3 درصد و 2/11 درصد نسبت به بهترین شبکه عصبی منفرد کاهش دهد.
کلید واژگان: سازند کنگان، تخلخل، نگارهای چاه، شبکه عصبی مصنوعی، روش آموزش مرتب سازی، ماشین کمیته ای، ترکیب آنسامبلی، الگوریتم ژنتیکIn order to obtain more accurate results from application of the method of artificial neural networks, instead of selection of the best network determined by trial and error process, we suitably combine the results of several networks that is called committee machine, to reduce the error, and thus, increasing the accuracy of the output results. In this research, ensemble combination of single artificial neural networks has been used in order to estimate the effective porosity of Kangan gas reservoir rock in South Pars hydrocarbon field. To achieve this goal, well logging data of 4 wells in the area at the depth interval corresponding to Kangan formation were used. Acoustic, density, gamma ray and neutron porosity well log data were assigned as the input of the networks while the effective porosity data were considered as the output of the networks. Back- propagation single neural networks having different structures were trained using regularization method and their results were assessed. Then, the networks with the best results, i.e. contained minimum mean of squares of errors in the test step, were selected for making ensemble combinations. To determine the weighting coefficients of the networks in the linear ensemble combinations, we applied three methods of simple averaging, Hashem’s optimal linear combination and non-analytical optimal linear combination employing genetic algorithm, and their results were compared. The best ensemble combination, in which we had the maximum reduction in mean of squares of errors of the test step compared to the best single neural network, was an optimal linear four-network combination obtained by using genetic algorithm optimization method. This best ensemble combination, compared to the best single neural network, reduced the mean of squares of errors in the training and test steps 3.6% and 11.2%, respectively.Keywords: Kangan Formation, Porosity, Well Logs, Artificial Nneural Network, Regularization Training Method, Committee Machine, Ensemble combination, Genetic Algorithm -
لرزش زمین یکی از آثار جانبی عملیات انفجار است. معیار مهم در ارزیابی میزان خسارت ناشی از لرزش زمین، حداکثر سرعت ذرات است. به منظور بررسی اثرات امواج حاصل از انفجار در دهانه های آبگیر و مخازن ضربه گیر روی سازه های زیرزمینی و بتن ریزی سد گتوند علیا، 16 نگاشت 3 مولفه ای و درمجموع 48 رکورد حاصل از 4 انفجار ثبت شد. این عملیات با 4 دستگاه لرزه نگار PG-2002 با لرزه سنج های سه مولفه ای GS-11D در سه امتداد متعامد شعاعی، مماسی و قائم برداشت و با نرم افزار DADISP پردازش شد. با استفاده از فاکتور فاصله مقیاس شده رابطه ای برای پیش بینی حداکثر سرعت ذرات ناشی از انفجار ارائه شد. این رابطه بر اساس ریشه سوم فاصله مقیاس شده و ضریب همبستگی 85/0 است. دقت این رابطه به کمک الگوریتم ژنتیک به مقدار 89/0 افزایش پیدا کرد. باتوجه به حداقل فاصله 2/56 متری سازه تا مرکز انفجار، حداکثر میزان خرج مجاز در هر تاخیر 4/254 کیلوگرم پیشنهاد شد.کلید واژگان: انفجار، لرزش زمین، حداکثر سرعت ذرات، الگوریتم ژنتیکGround vibration is an inevitable consequence of blasting operations in open pit miningand civil engineering projects. A large amount of energy is released in every blastingexercise in the form of wave propagation, which can cause serious damage to thesurrounding environment. Safe design of blasting for underground structures andtunneling are nowadays carried out mainly based on the permissible peak particle velocity(PPV), which has become a major criterion in setting out the appropriate safety standardsenvisaged to prevent structural damage near such operations. Many published studieshave produced correlations for PPV prediction using experimental data The GotvandOlya Dam is one of the major civil engineering projects in the last thirty years in Iran, constructed as the last dam on the Karoon River with the aim of increasingenvironmentally friendly electrical energy of the country, seasonal flood control in theprovince, and a supply of agricultural water for the strategic farming grounds ofKhoozestan. The geological formations of Gotvand include the two main formations ofBakhtiyari and Aghajari. The existence of discontinuities in these formations as well asjoint sets and their low inherent strength caused a number of challenges in blasting designoperations. This dam is 30 km north west of Shoshtar in the Khoozestan province, and 12km away from Gotvand. In this study, 16 records of 3 components produced from 4 blastswere obtained using 4 seismographs of the type PG-2002 at Intac and surge tanks of theGotvand Olya Dam in order to investigate their effects on underground structures. Thethree-component seismometers were of the GS-11D type and the records were analyzedusing DADISP software. The explosion materials used were ANFO and dynamite, andthe maximum weight of the explosions per delay in the Intac and surge tank were in therange of 32.0 to 343.3 kg. The positions of the seismometers were in the range of 56.2 to 145.5 meters away from the centre of blast blocks. The permissible peak particle velocity was taken from the Korean Institute of Geology, Mining and Materials. Using the scale distance, an exponential equation based on the cubic root of the charge weight per delay and coefficient correlation of 85% was proposed for predicting the PPV. In thisrelationship, the geological coefficients of the Gotvand area were estimated to be 20.339and -3.08. Using a genetic algorithm, an improved coefficient correlation between theexperimental and predicted PPV of 89% was obtained. The results from the geneticalgorithm applied for the coefficients of a, b, and n in the equation of PPV=b(d/wn)a were -9.286849, 9.769703 and 0.745959, respectively. Considering this proposed relationship,the minimum distance of 56.2 m to the centre of the blast block and the permissible peak particle velocity of 254 mm/s for a 10 day old concrete, the maximum charge weight per delay was found to be 254.4 kg.Keywords: Blasting, ground vibration, peak particle velocity, genetic algorithm
- 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.