support vector regression
در نشریات گروه عمران-
ایستگاه های پمپاژ مهمترین مصرف کنندگان انرژی در صنعت آب و فاضلاب هستند که انرژی الکتریکی در آن ها نقشی اساسی دارد. مهم ترین عامل مصرف انرژی در سیستم های پمپاژ نحوه عملکرد پمپ است. مصرف انرژی در واحد حجم سیال پمپاژ شده در هر پمپ به ازای دبی های مختلف پمپاژ، متفاوت است بدین جهت بازده پمپ با دبی آن تغییر خواهد کرد. در این مقاله نویسندگان یک روش بهینه سازی با مدل ترکیبی الگوریتم گرگ خاکستری و رگرسیون بردار پشتیبان را جهت تنظیم یک پمپ در سیستم پمپاژ فاضلاب تحت جریان ورودی متغیر ارائه کرده اند. داده های دبی استفاده شده در این مدل، مربوط به ایستگاه پمپاژ ورودی تصفیه خانه فاضلاب زاهدان است. داده های دریافتی با فرکانس ساعتی، با استفاده از روش مونت کارلو و توزیع نرمال به داده هایی با فرکانس دقیقه ای تبدیل شدند. سپس، با بهره گیری از الگوریتم بهینه سازی گرگ خاکستری و روابط هیدرولیکی پمپاژ، مقادیر بهینه متغیرهای دبی، هد، توان و بازده سیستم تعیین گردید. این مقادیر به عنوان ورودی به مدل رگرسیون بردار پشتیبان وارد شده و مدل برای پیش بینی سرعت دوران بهینه پمپ آموزش داده شد. مدل ترکیبی حاصل، منجر به کاهش مصرف انرژی و افزایش بازده پمپ به میزان تقریبی 10 درصد نسبت به حالت دور ثابت در دوره های زمانی مختلف شد. مقایسه نتایج شبیه سازی سرعت دوران پمپ توسط رگرسیون بردار پشتیبان با نتایج حاصل از الگوریتم گرگ خاکستری، نشان دهنده دقت بسیار بالای مدل رگرسیون با ضریب همبستگی (R2) بیش از 0.996 است.کلید واژگان: بهینه سازی، دور پمپ، گرگ خاکستری، رگرسیون بردار پشتیبانIntroductionWastewater treatment plants (WWTPs) play a vital role in protecting public health and the environment, but the treatment process itself is energy-intensive. Among the various stages, pumping stations stand out as major energy consumers, responsible for lifting wastewater through the treatment cycle. Traditionally, these stations have relied on fixed-speed pumps, leading to inefficiencies when dealing with variable inflow rates – a common occurrence in WWTPs. Recent advancements in artificial intelligence (AI) offer promising solutions for optimizing pump control strategies and minimizing energy consumption. AI techniques like machine learning and optimization algorithms can analyze real-time data, predict future inflow trends, and dynamically adjust pump speeds accordingly. Studies have demonstrated the effectiveness of AI-based pump control in reducing energy use by significant margins. This research explores a novel AI-based approach combining the Grey Wolf Optimization (GWO) algorithm and Support Vector Regression (SVR) for optimizing pump speed control in WWTP pumping stations. GWO, inspired by grey wolf hunting behavior, identifies optimal pump operation parameters to minimize energy consumption. SVR, a machine learning technique, predicts future pump speed requirements based on real-time data and the optimized GWO parameters. Utilizing real-world data from Zahedan Refinery's pumping station, this study aims to validate the proposed GWO-SVR approach and assess its potential for reducing energy consumption in WWTPs, thereby enhancing operational efficiency and sustainability.Materials and MethodsIn this section, an optimization model for a wastewater pump is developed and presented. The pump is situated in a reservoir where the inflow pattern is randomly generated based on a real-world measured dataset. The Zahedan Wastewater Treatment Plant is located on a 24-hectare land in the east of the city, designed to serve a population of about 900,000 people in the future. The project includes 17 kilometers of transmission lines, a reservoir, and a pumping station. The hourly inflow data to the treatment plant was measured for a pumping station with a constant cross-sectional area of the reservoir of 12 square meters, and a minimum and maximum height of 1 and 9 meters, respectively, in the year 1400 (2021). Based on the 12 month data of 1400, the maximum average wastewater flow rate was 6.99 liters per second in June, and the maximum standard deviation was 68.27 in February (Table 1)The optimization problem is formulated to minimize daily energy consumption for pumping equation(12).Two models are compared:• Classic Model: Fixed pump speed operation• Optimization Model: GWO-based variable speed control for optimized energy usageSVR is introduced to predict pump speed based on data obtained from the optimization model.Discussion andResultsThe GWO algorithm is implemented to identify optimal pump operation parameters (Table 3). The SVR model is then employed to predict pump speed based on these optimized parameters. The optimized model is compared to a fixed-speed system, demonstrating significant energy savings. Figures 4 to 6 show the changes between constant-speed (ηcs) and variable-speed (ηopt) performance based on α and β for different time windows of Zahedan station in 2021. With increasing inflow rates (decreasing α), the variable-speed pump performance improves over the constant-speed pump, widening the gap between ηopt and ηcs. Conversely, with decreasing inflow rates (increasing α), this gap narrows. The parameter β, which regulates pump speed, increases performance for both pump types when raised. These optimizations were performed for 30, 60, and 120 minute time windows in 2021, with the variable-speed pump outperforming the constant-speed pump in all cases. Across all time windows, increasing the inflow rate (smaller α) results in a larger energy saving (ε) for the variable-speed pump over the constant-speed pump. With increasing β, which allows higher pump speeds, ε decreases for the same inflow rates (constant α). This is because at higher β values, the variable-speed pump behaves more like a constant-speed pump. The correlation coefficients comparing these optimization results to simulations in 2021 are 0.9996-0.9999 for pump speed and 0.9976-0.9999 for energy, indicating the high accuracy of the SVR simulations and GWO optimization. Figure 10 compares the optimized GWO and simulated SVR results for pump speed in a 60-minute window, while Figure 11 shows the same for pump energy consumption. The close agreement between the optimization and simulation demonstrates the effectiveness of the proposed GWO-SVR model.ConclusionsThis study investigated a novel AI-based approach combining the Grey Wolf Optimization (GWO) algorithm and Support Vector Regression (SVR) model for optimizing pump speed control in wastewater treatment plant pumping stations. The GWO-SVR model demonstrated significant energy savings in the variable-flow pumping station compared to a fixed-speed system. The SVR model accurately predicted optimal pump speeds based on real-time data and GWO-optimized parameters, enabling efficient, dynamic pump control. The combined GWO-SVR approach provides a practical solution for WWTP operators to optimize pump control, achieve substantial energy savings, and contribute to more sustainable and cost-effective wastewater treatment practices. Its successful implementation in existing pumping stations can drive improved operational efficiency and environmental sustainability.Keywords: Energy efficiency - simulation - pumping station - gray wolf algorithm - support vector regressionKeywords: Optimization, Round Pump, Gray Wolf, Support Vector Regression
-
سازه هایی نظیر پلها در طول عمر بهره برداری خود در معرض انواع خسارات ریز و کوچک قرار می گیرند. با توجه به اهمیت و نقش این دسته از سازه ها در حوزه حمل و نقل ، تشخیص به موقع خسارت در آنها از جایگاه ویژه ای برخوردار است. از این رو در این تحقیق یک روش نوین و کارآمد برای تشخیص و تخمین خسارات ریز و کوچک در پل ها ارایه گردیده است. روش ارایه شده بر مبنای ترکیب المان محدود طیفی و شاخص انرژی کرنشی مودال برای تشخیص موقعیت خسارت بوده و از تکنیک رگرسیون بردار پشتیبان جهت تخمین میزان شدت خسارت استفاده شده است. برای مدلسازی المان هشت گره ای جدید که دارای ویژگی های المان محدود طیفی می باشد در نرم افزارOpenSees تعریف گردید. سپس جهت مدلسازی خسارات ریز و کوچک به ترتیب از یک تیر یک دهانه و یک تیر دو دهانه فولادی با تکیه گاه های ارتجاعی استفاده شده است. جهت تشخیص خسارات در گام اول پس از تحلیل مودال سازه ها به محاسبه شاخص انرژی کرنشی مودال پرداخته تا موقعیت خسارات در سازه تشخیص داده شود. در گام دوم با استفاده از شاخص های انرژی کرنشی مودال محاسبه شده در گام قبل به آموزش شبکه های رگرسیون بردار پشتیبان برای تخمین میزان شدت خسارات پرداخته می شود. نتایج کاربرد روش دو مرحله ای ارایه شده نشان دهنده دقت مناسب و عملکرد مطلوب آن می باشدکلید واژگان: تشخیص خسارت، المان محدود طیفی، شاخص خسارت انرژی کرنشی مودال، تیر فولادی، رگرسیون بردار پشتیبانBridges are exposed to various micro and small damages during their service life. Due to the importance and role of these structures in transportation on roads, timely detection of damages in them has a special place. This research presents an innovative and efficient method for diagnosing and estimating micro and small damages to bridges. The proposed method is based on the combination of spectral finite element and modal strain energy-based damage index to determine the location of damages in the first step. Then the support vector regression technique is used to estimate the severity of damages in the second step. A new eight-node element with spectral finite element characteristics is defined in OpenSees software. Then, micro and small damages are modeled in a single-span beam and a double-span steel beam with spring supports. In the first step, after modal analysis of the structures, the modal strain energy-based damage index is calculated to determine the location of the damages. In the second step, using the modal strain energy-based damage indices calculated in the previous step, the support vector regression networks are trained to estimate the severity of the damages. The results show very high accuracy and optimal performance of the proposed method.Keywords: Damage detection, Spectral finite element, Modal strain energy index, steel beam, Support vector regression
-
روستاهای واقع در استان اصفهان یکی از مناطق مستعد شیوع بیماری لیشمانیوز پوستی است که با وقوع زخم روی پوست مشخص می شود. برای پیش بینی شیوع بیماری لیشمانیوز پوستی در آینده، نظارت مداوم بر روند توزیع مکانی این بیماری ضروری است. مدلسازی بیماری با استفاده از دو الگوریتم یادگیری ماشین به نام های رگرسیون بردار پشتیبان (SVR) و شبکه عصبی پرسپترون چند لایه (MLP) انجام شده است. عملکرد این الگوریتم ها با استفاده از شاخص RMSE ارزیابی شده است. تحلیل نتایج نشان می دهد الگوریتم SVR با RMSE=0.170 در مقایسه با MLP با RMSE= 0.348 عملکرد بهتری دارد. عوامل محیطی شامل دما، رطوبت، بارش، ارتفاع و سرعت باد به عنوان متغیر های مستقل و تخمین تراکم بیماری لیشمانیوز پوستی به عنوان متغیر وابسته در فرایند مدلسازی مورد استفاده بودند، که از این تعداد ( 70 %) برای آموزش مدل و ( 30 %) باقی مانده برای ارزیابی مدل مورد استفاده قرار گرفتند. نتایج شاخص تحلیل مکانی نشان داد الگوی توزیع بیماری لیشمانیوز پوستی در سال های 1397 تا 1399 بصورت خوشه ای بوده است.
کلید واژگان: بیماری لیشمانیوز پوستی، شبکه عصبی پرسپترون چندلایه، رگرسیون بردار پشتیبان، الگوی بیماری، روستاهای استان اصفهانVillages located in Isfahan province are one of the areas prone to the spread of cutaneous leishmaniasis, which is characterized by the occurrence of wounds on the skin. To predict the future prevalence of cutaneous leishmaniasis, Continuous monitoring of the spatial distribution of this disease is essential. Disease modeling was performed using two machine learning algorithms called support vector regression (SVR) and multilayer perceptron neural network (MLP). The performance of these algorithms is evaluated using the RMSE index. Analysis of the results shows that SVR algorithm with RMSE = 0.170 compared to MLP with RMSE = 0.348 has better performance. Environmental factors include temperature, humidity, precipitation, altitude and wind speed as independent variables and Estimation of leishmaniasis density was used as a dependent variable in the modeling process, Of which (70%) were used for model training and the remaining (30%) for model evaluation. The results of spatial analysis index showed that The distribution pattern of cutaneous leishmaniasis in the years 1397 to 1399 was clustered.
Keywords: Cutaneous leishmaniasis, Multilayer perceptron neural network, Support vector regression, Pattern of disease, Villages of Isfahan province -
نشریه مهندسی عمران و محیط زیست دانشگاه تبریز، سال پنجاه و دوم شماره 4 (پیاپی 109، زمستان 1401)، صص 173 -190
با توجه به مشکلات اجرای آزمایش ها بخصوص در سنگ های ضعیف و هزینه بر بودن این آزمایش ها، می توان با بررسی روابط بین ویژگی های مکانیکی و فیزیکی، هزینه آزمایشات تعیین خصوصیات مکانیکی را کاهش داد. در این پژوهش آزمایش های پتروگرافی، فیزیکی و مکانیکی بر روی 62 مغزه از سنگ های شیل و مارن در ساختگاه سد گدار-خوش انجام شد. در نهایت عملکرد روش های شبکه عصبی مصنوعی (ANN) رگرسیون چند متغیره (MVRA) و رگرسیون بردار پشتیبان (SVR) با تابع کرنل پایه شعاعی (RBF) جهت تخمین UCS، Es بر اساس سرعت موج تراکمی و خصوصیات فیزیکی مقایسه شد. نتایج پتروگرافی نشان داد که کانی ایلیت، فراوانترین نوع کانی رسی می-باشد. نسبت مدول الاستیسیته دینامیکی به استاتیکی نمونه ها برابر با 8.51 می باشد. همچنین نسبت پواسون دینامیکی به استاتیکی برابر با 1.41 می باشد. نتایج آنالیز آماری نشان داد که مدول الاستیسیته استاتیکی همبستگی بالایی با مدول الاستیسیته دینامیکی (R=0.91, RMSE=0.22, MAPE=0.14) و سرعت موج برشی همبستگی بالایی با سرعت موج تراکمی (R=0.98, RMSE=0.08, MAPE=0.03) دارند. نتایج رگرسیون چند متغیره نشان داد که هر دو پارامتر UCS و Es دارای همبستگی معنی داری با پارامترهای فیزیکی و سرعت موج تراکمی دارند. بطوریکه ارتباط UCS با این پارامترها بیشتر از ارتباط Es با این پارامتر ها می باشد. مقایسه عملکرد روش ها در تخمین خصوصیات استاتیک نشان داد که SVR دارای دقت بالاتری نسبت به رگرسیون چند متغیره و ANN می باشد.
کلید واژگان: خصوصیات استاتیکی و دینامیکی، سنگ های رسی، رگرسیون بردار پشتیبان، شبکه عصبی مصنوعی، آنالیز آماریJournal of Civil and Environmental Engineering University of Tabriz, Volume:52 Issue: 4, 2023, PP 173 -190Due to the difficulties of conducting tests, especially in weak rocks and the cost of these experiments, by examining the relationships between their mechanical and physical properties can be provided and reduce the cost of tests to identify mechanical properties (Minaeian and Ahangari, 2013; Azadan and Ahangari, 2014). In this study, petrographic, physical and mechanical experiments on 62 cores of shale and marl of Gurpi Formation were conducted in Godar-Khosh dam site, west of Iran. Non-destructive tests were performed on cores according to the ISRM standard. Physical properties such as water absorption, density and porosity of the samples were determined according to the ISRM standard. Also, uniaxial compressive strength (UCS) test according to the ASTM standard D2938 (ASTM, 1986) was performed. For each sample, the modulus of dynamic elasticity (Ed) and the dynamic Poisson ratio were calculated (Goodman, 1989). Using statistical analysis, artificial neural network (ANN( and support vector regression (SVR) with radial base kernel function, several relationships for estimating UCS, Es and shear wave velocity were presented. The root mean square error (RMSE), the mean absolute percentage error (MAPE) and the variance account for (VAF) were also used to evaluate the results.
Keywords: Static, dynamic properties, Clay rocks, Support Vector Regression, Artificial neural network, Statistical analysis -
پایش رسوبات معلق نقش مهمی در شناخت رفتار رودخانه، شناسایی کانون های فرسایش و رسوب و مدیریت بهتر اراضی آبخیزها ایفا می کند. درحال حاضر به دلیل هزینه های بالای پایش مستمر رسوبات معلق، برنامه ریزی و مدل سازی جهت مهار فرسایش با چالش های جدی روبروست. هدف از این پژوهش، توسعه فناوری و ارزیابی دستگاه بازتاب نوری اندازه گیر رسوب معلق با سامانه توام چند منبع نوری همراه با مدل سازی هوش مصنوعی (MLP , SVR) می باشد. دستگاه مذکور پس از ساخت، طی مراحل مختلف آزمایشی در آزمایشگاه هیدرولیک موسسه تحقیقات آب وزارت نیرو مورد بررسی قرارگرفت. بررسی عملکرد دستگاه طی دو مرحله واسنجی و صحت سنجی انجام شد. در فرایند بررسی، تعداد40 نمونه رسوب تولید و نمونه برداری شد که 70٪ آن ها برای آموزش دستگاه و 30٪ باقیمانده جهت صحت سنجی استفاده شد. از کدورت سنج مرجع و نمونه برداری دستی جهت آزمون درستی عملکرد دستگاه استفاده گردید. منحنی های ترسیم شده، بیان گر همبستگی بسیار خوب بین عدد نوری ثبت شده توسط دستگاه و غلظت رسوب معلق می باشد. به منظور ارتقاء نتایج پیش بینی دستگاه، از روش هوشمند مبتنی بر آمار رگرسیون ماشین بردار (SVR) و همچنین شبکه عصبی پرسپترون چند لایه (MLP) استفاده گردید. در نهایت نتایج حاصله توسط شاخص های میانگین خطای مطلق (MAPE) ، مجذور میانگین مربعات خطا (RMSE)، ضریب ناش ساتکلیف (NSE) ، ضریب همبستگی (R) و ضریب تبیین (R2) مورد ارزیابی قرار گرفتند. نتایج نشان داد مقادیر شاخص های ارزیابی برای مدل MLP بعنوان مدل بهینه، به ترتیب برابر با 023/0، 608/7، 997/0، 999/0 و 999/0 می باشد.
کلید واژگان: بازتاب نوری، شبکه عصبی پرسپترون چندلایه، کدورت سنج، رگرسیون بردار پشتیبان، هوش مصنوعیThe aim of this research is to construct and validate an optical sensor with a multi-beam ratio technology and artificial intelligence-based modelling (MLP & SVR) for suspended sediment measuring. After implementation of the new technology, the performance of the device was evaluated in two stages including calibration and validation. To attain this, various experimental tests carried out in the hydraulic laboratory of Water Research Institute of the Ministry of Energy. Reference turbidity meter and total suspended solids (TSS) were used to test the performance of the OBS technology. In calibration stage, 70% of TSS data were used and the remaining 30% of data were used to validate optical technology. The plotted calibration curves show a very good correlation between the optical voltage recorded by the sensors and the suspended sediment concentration. Also, SVR & MLP models were employed to improv results of suspended load prediction. The performance of optical device and also optical device with intelligence models were evaluated through four statistical indices namely, Mean Absolute Percentage Error (MAPE), Root mean square Error (RMSE), Nash–Sutcliffe coefficient (NSE), correlation coefficient (R) and coefficient of determination (R2). The results of this stage showed that the intelligence modelling could result in improvements of suspended load reported by optical technology. The best improvements obtained by MLP-optical technology. The results showed that values of validation indicators for MLP model are equal to 0.023, 7.608, 0.99, 0.99 and 0.99 respectively, which indicates the proper performance of the technology.
Keywords: Artificial Intelligence, Multi-Layer Perceptron Neural Network, Optical Back Scatter, Turbidity Meter, Support Vector Regression -
Assessment of Data-driven Models in Downscaling of the Daily Temperature in Birjand Synoptic Station
In this study, seven models such as multivariate regression, Contemporaneous Autoregressive-Moving Average (CARMA), CARMA-ARCH (Autoregressive Conditional Heteroskedasticity), Support Vector Regression (SVR), Adaptive Neuro-Fuzzy Inference System (ANFIS), Support Vector Machine (SVM) and Genetic Programming (GP) were investigated to downscaling the maximum daily temperature of Birjand synoptic station using 26 predictor’s parameters that resulting from the fifth Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) report and compared. The max daily temperature values measured from 12/03/1961 until 20/12/2005. In all mentioned methods from 26 predictive parameters using the Pearson correlation test, 15 parameters were selected that have a high correlation with the max daily temperature values. The results of evaluating the accuracy and model indicated that from the same models such as GP, ANFIS and SVM, the GP model has the least amount of errors (about 4 °C) and in the regression models (multivariate regression and SVR), SVR have been lowest error rate (about 1 °C) and the highest accuracy in simulated max daily temperature values. The results of the investigation the error rate of the mentioned models indicated that after the SVR model, two CARMA and CARMA-ARCH stochastic models have high and acceptable accuracy about 97 percentages. In general, the results of the simulation the max daily temperature indicates the best accuracy of regression toward another methods. One of the reasons for the results of the SVR model is to optimize the parameters of the model using the ant colony algorithm for estimating the maximum temperature values of the Birjand synoptic station.
Keywords: Down Scaling, Genetic Algorithm, Neural Network, Support Vector Regression, Temperature -
International Journal of Optimization in Civil Engineering, Volume:7 Issue: 1, Winter 2017, PP 45 -70Horizontal Directional Drilling (HDD) is extensively used in geothechnical engineering. In a variety of conditions it is essential to predict the torque required for performing the reaming operation. Nevertheless, there is presently not a convenient method to accomplish this task. To overcome this problem, in this research, the application of computational intelligence methods for data analysis named Support Vector Regression (SVR) optimized by differential evolution algorithm (DE) and Adaptive Neuro-Fuzzy Inference System (ANFIS) to estimate of the required rotational torque to operate horizontal directional drilling is demonstrated. Three ANFIS models were implemented, ANFISsubtractive clustering method (ANFIS-SCM), ANFISgrid partitioning (ANFIS-GP) and ANFISfuzzy cmeans clustering method (ANFIS-FCM). The estimation abilities offered using SVR-DE, ANFIS-FCM, ANFIS-SCM, ANFIS-GP were presented by using field data given in open source literatures. In these models, the rotational torque (M) is used as the output parameter, while the length of drill string in the borehole (L), axial force on the cutter/bit (P), rotational speed (revolutions per minute) of the bit (N), the radius for the ith reaming operation (Di), the mud flow rate (W), the total angular change of the borehole (KL), and the mud viscosity (V) are the input parameters. To compare the performance of models for rotational torque to operate horizontal directional drilling prediction, the coefficient of correlation (R2) and mean square error (MSE) of the models were calculated, indicating the good performance of the ANFIS-SCM model.Keywords: rotational torque, horizontal directional drilling, support vector regression, differential evolution algorithm, adaptive neuro, fuzzy inference system
-
International Journal of Optimization in Civil Engineering, Volume:6 Issue: 1, Winter 2016, PP 63 -75Slope stability is one of the most complex and essential issues for civil and geotechnical engineers, mainly due to life and high economical losses resulting from these failures. In this paper, a new approach is presented for estimating the Safety Factor (SF) for circular failure slope using hybrid support vector regression (SVR) and Ant Colony Optimization (ACO). The ACO is combined with the SVR for determining the optimal value of its user-defined parameters. The optimization implementation by the ACO significantly improves the generalization ability of the SVR. In this research, the input data for the SF estimation consists of the values of geometrical and geotechnical input parameters. As an output, the model estimates the SF that can be modeled as a function approximation problem. A data set that includes 46 data points is applied in current study, while 32 data points are used for constructing the model, and the remainder data points (14 data points) are used for assessment of the degree of accuracy and robustness. The results obtained show that the hybrid SVR with ACO model can be used successfully for estimation of the SF.Keywords: safety factor, support vector regression, circular failure slope, ant colony optimization
- 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.