Optimization Algorithms
در نشریات گروه عمران-
International Journal of Optimization in Civil Engineering, Volume:14 Issue: 3, Summer 2024, PP 337 -354
In order to evaluate the damage state, value, and position of structural members more accurately, a multi-objective optimization (MO) method is utilized that is based on changes in natural frequency. The multi-objective optimization dynamic-based damage detection method is first introduced. Two objective functions for optimization are then introduced in terms of changing the natural frequencies and mode shapes. The multi-objective optimization problem (MOP) is formulated by using the two objective functions. Three considered MO algorithms consist of Colliding Bodies Optimization (MOCBO), Particle Swarm Optimization (MOPSO), and non-dominated sorting genetic algorithm (NSGA-II) to achieve the best structural damage detection. The proposed methods are then applied to three planar steel frame structures. Compared to the traditional optimization methods utilizing the single-objective optimization (SO) algorithms, the presented methods provide superior results.
Keywords: Damage Detection, Natural Frequency, Optimization Algorithms, Multi-Objective Optimizations, Frame Structures -
زمین لغزش یک پدیده ی زمین شناسی است که در دامنه های ناپایدار مناطق کوهستانی رخ داده و در برخی از موارد خسارات جانی و اقتصادی بسیار شدیدی ایجاد می کند. با استفاده از پهنه بندی مناطق مستعد به وقوع زمین لغزش، می توان از خسارات احتمالی در آینده جلوگیری نمود. بدین منظور، نقشه ی حساسیت زمین لغزش با استفاده از دو روش یادگیری ماشین ANFIS و SVR و ترکیب آن ها با الگوریتم های فراابتکاری PSO و GWO تولید می شوند. فاکتورهای موثر انتخاب شده شامل چهارده فاکتور ارتفاع، شیب، جهت شیب، انحنای طولی و عرضی شیب، کاربری اراضی، لیتولوژی، بارندگی، فاصله از جاده، فاصله از رودخانه، فاصله از گسل، تراکم جاده، تراکم رودخانه و تراکم گسل می باشد. نقشه ی زمین لغزش های رخ داده شامل 253 نقطه تهیه شده و از بین نقاط لغزشی 70% برای مدل سازی و 30% باقی مانده نیز برای صحت سنجی در نظر گرفته می شوند. سپس، نقشه های مربوط به هر پارامتر تهیه شده و پس از آماده سازی پایگاه داده، مدل های ترکیبی ANFIS-PSO، ANFIS-GWO، SVR-PSO و SVR-GWO پیاده سازی می شوند. سپس، شاخص حساسیت زمین لغزش برای هر مدل برآورد می شود که در طی فرآیند مدل سازی با استفاده از شاخص آماری RMSE عملکرد هر روش ارزیابی می گردد. در گام آخر، با استفاده از نرم افزار ArcMap 10.5 نقشه های حساسیت زمین لغزش برای هر مدل تولید شده و سپس با استفاده از منحنی ROC دقت هر نقشه تخمین زده می شود. نتایج حاصل از نمودار ROC برای مدل های ANFIS-PSO، ANFIS-GWO، SVR-PSO و SVR-GWO به ترتیب 89.4، 85.7 ، 88.1 ، 88.7 بدست آمد.
کلید واژگان: یادگیری ماشین با نظارت، زمین لغزش، الگوریتم های بهینه سازی، GISLandslide is a geological phenomenon that occurs in the unstable slopes of mountainous areas and in some cases causes very severe human and economic losses. Research shows that by using the classification of landslide prone areas, possible future damage can be prevented. The purpose of this study is to produce a landslide sensitivity map for Ardabil province using two machine learning methods ANFIS and SVM and combining them with PSO and GWO metaheuristic algorithms. For this purpose, first a landslide map of 253 points was prepared. Among the slip points, 70% were considered for Training and the remaining 30% were used for validation. Continuing and according to previous studies and available data, fourteen effective factors including height, slope, slope direction,profile curvature and plan curvature of the slope, land use, lithology, rainfall, distance from the road, distance from the river, distance from the fault, road density , river density and fault density were selected. After preparing the database using MATLAB software, the combined models SVR - PSO , SVR - GWO , ANFIS - GWO and ANFIS - PSO were implemented and then the landslide sensitivity index was obtained for each model. During the modeling process, the performance of each method was evaluated using the RMSE statistical index. Finally, landslide sensitivity maps were generated for each model using ArcMap 10.5 software and then the accuracy of each map was estimated using the ROC curve. The results show that the ANFIS - psd model is more efficient than the other three models. The results of ROC curve obtained by applying ANFIS - PSO , ANFIS - GWO , SVR - PSO , SVR - GWO were 89.4, 85.7, 88.1, 88.7,respectively.
Keywords: Machine Learning, Supervise Learning, Landslide, Optimization Algorithms, GIS -
برآورد پارامترهای تقاضای مهندسی مبتنی بر جابجایی در فرایند ارزیابی فروریزش لرزه ای سازه ها از اهمیت بالایی برخوردار است. در این پژوهش، یک روش پوش اور مودال به منظور برآورد این پارامترها توسعه داده می شود. در روش پیشنهادی، ابتدا یک معیار فروریزش برای تعیین سطح آستانه فروریزش در تحلیل های پوش اور پیشنهاد می گردد. این معیار براساس منحنی ظرفیت طبقات ارایه شده و تنها به مشخصات سازه وابسته است. سپس به منظور تعیین پارامترهای پاسخ مبتنی بر جابجایی در سطح آستانه فروریزش سازه، یک روش ترکیب پاسخ های مودال ارایه می شود. در این روش، پاسخ های حاصل از تحلیل پوش اور مودال با ضرایب حاصل از بهینه سازی به صورت جبری ترکیب می گردند. دو روش بهینه سازی برخورد اجسام و بهینه سازی ازدحام ذرات به منظور استخراج این ضرایب مورد استفاده قرار می گیرند. بهینه سازی بر اساس نتایج تحلیل دینامیکی افزایشی سه قاب خمشی فولادی 5، 8 و 11 طبقه انجام شده است. دو قاب 9 و 12 طبقه نیز به منظور ارزیابی روش پیشنهادی مورد استفاده قرار گرفته اند. نتایج تحلیل های صورت گرفته نشان میدهد، روش پوش اور پیشنهادی پروفیل دریفت و جابجایی طبقات در آستانه فروریزش سازه را با دقت بسیار خوبی تخمین می زند. این روش بسیار کاربردی بوده و برای عموم مهندسین قابل استفاده می باشد.
کلید واژگان: تحلیل پوش اور مودال، الگوریتم های بهینه سازی، روشهای ترکیب پاسخ های مودال، معیار آستانه فروریزش، قاب خمشی فولادی میان مرتبهIn this paper, a new nonlinear static (pushover) analysis method is presented to evaluate the displacement-based demands of steel moment resisting frames (MRFs) at the collapse prevention performance level. In this method, the modal pushover responses are integrated using modal combination coefficients, which are calculated from optimization procedures. Two metaheuristic algorithms, including particle swarm optimization and colliding bodies optimization, are utilized in for this purpose. In the proposed procedure, the collapse prevention performance level is obtained by a new suggested criterion, which is based on the onset of severe local damages at the structure. This criterion corresponds to occur backward shape in the story capacity curves. The modal combination coefficients are obtained from incremental dynamic analysis (IDA) results of 5, 9, and 11 story steel moment resisting frames. The optimized modal pushover (OMPA) method is applied to two 9 and 12 story steel MRF buildings. The results show that the proposed method is easy to implement and is accurate enough to evaluate the displacement-based responses at the CP performance level.
Keywords: Modal pushover analysis, Modal combination rules, Optimization algorithms, Collapse criteria, Steel moment-resisting frames -
جهت رفتارسنجی ترافیک در کلانشهرها، علاوه بر نیاز به داده های ترافیکی به روز و حجیم، نیاز به ارایه و استفاده از روش هایی برای تحلیل رفتار ترافیک جهت پیش بینی آن است. موضوع پیش بینی ترافیک، از این جهت مورد توجه است که می توان با رسیدن به این هدف، حمل و نقل را رونق بخشید و از بار اقتصادی که هر ساله بر جوامع مختلف وارد می شود، کم کرد. به همین دلیل، باید به دنبال راه حل هایی برای پیش بینی ترافیک بود. در این میان، استفاده از علمی به نام شبکه های عصبی می تواند بسیار کابردی باشد. در این پژوهش، ابتدا سامانه ای طراحی شد تا بتواند داده های ترافیکی مورد نیاز پژوهش را جمع آوری کند. موضوع دستیابی به داده های ترافیکی همواره معضلی بوده است که تمامی دغدغه مندان این حوزه با آن مواجه بوده اند. از این رو در پژوهش حاضر ابتدا با طراحی یک سامانه جهت جمع آوری داده های ترافیکی به رفع معضل مورد نظر پرداخته شد. در مرحله ی بعد، داده های ترافیکی جمع آوری شده فراخوانی می گردد و با استفاده از اعمالی که برای استاندارد سازی و نرمالیزه سازی آن انجام شد، میزان خطا با استفاده از داده های تست و آموزشی محاسبه گردید. در این مرحله، میزان خطا با مطلوبیت 72 درصد به دست آمد. در مرحله ی بعدی، تحلیل داده های ترافیکی با استفاده از ترکیب شبکه عصبی پایه و موجک انجام شد و میزان خطا محاسبه شد. نتایج نشان میدهد که محاسبات با استفاده از تبدیلات موجک دقیق تر است ولی به دلیل تعداد ورودی های کمتر، مقادیر خطا با استفاده از داده های تست و آموزشی، 28 درصد محاسبه گردید. به عبارت دیگر میزان مطلوبیت حدود 72 درصد به دست آمد. در مرحله ی آخر هم داده های ترافیکی جمع آوری شده با استفاده از الگوریتم های بهینه سازی، بهینه شدند و بهترین نقطه با کمترین خطای ممکن برای هر الگوریتم بهینه سازی، محاسبه گردید.
کلید واژگان: پیش بینی رفتار ترافیک، شبکه ی عصبی، تبدیل موجک، الگوریتم های بهینه سازیIt is a fact that people are often looking for a way that combines the parameters of shortness, low cost, and low energy consumption. Hence traffic is one of the most influential factors in choosing the route to reach the destination. It can be said that people often prefer along with low traffic than a short one with heavy traffic. Therefore, it is clear that the main criterion for choosing a route is the traffic situation in the relevant route. Traffic has become a major social problem in all societies today. Understanding the causes of traffic and its aggravation parameters can reduce traffic problems. Meanwhile, the issue of traffic forecasting has become a goal among different nations. Since traffic can be predicted, it is possible to avoid wasting energy and time, which has become a crisis in metropolises today. But predicting traffic conditions and behavior, especially in large cities, requires management, planning, and using technologies such as GIS. In recent years, the urban transportation network has become more complex in modern societies. The reason for this is the creation of different infrastructures with the motivation of creating more convenience for the movement of citizens. The high complexity, multi-layered nature, and multi-structured nature of the urban, transportation network do not make it easy for citizens to move, and these factors may even confuse citizens more than just moving from one place to another. There is a direct link between transportation and traffic. So far, urban plans have been made to improve the traffic situation. The variability of the parameters affecting the traffic situation and its direct impact on the traffic problem has always been a big problem for different communities. Therefore, these parameters should be identified and the role of each of them on the traffic situation should be measured. Then it is possible to improve the traffic situation. To achieve this issue, the role of Geographic Information System (GIS) to solve problems that have a specific spatial and temporal dimension (such as traffic) should not be overlooked. This highlights the need for the present research to collect traffic data. If the goal of the research is achieved, it will save time, money, and energy at least. To measure traffic behavior in metropolitan areas and to achieve up-to-date traffic data, there is a need to provide and use methods to analyze traffic behavior. By achieving this goal, transportation can be prospered and the economic burden can be reduced on different communities every year. For this reason, solutions for traffic forecasting should be sought. In the meantime, the use of science called neural networks can be very practical. In this research, first, a system was designed to collect the traffic data required for the research. The issue of access to traffic data has always been a problem, which is concerned in this area. Therefore, in the present study, first, by designing a system for collecting traffic data, the desired problem was solved. In the next step, the collected traffic data is called and normalized. Then the error rate was calculated using test and training data. At this stage, the error rate was 72%. In the next step, traffic data analysis was performed using a combination of baseline and wavelet neural network, and the error rate was then calculated. The results show that using wavelet transforms is more accurate, but the error values were calculated using test and training data, 28% due to the smaller number of inputs. In other words, the desirability rate was about 72%. Finally, the collected traffic data were optimized using optimization algorithms and the best point was calculated with the least possible error for each optimization algorithm.
Keywords: Predicting Traffic Behavior, Neural Network, Wave Conversion, Optimization Algorithms -
در پژوهش حاضر به بررسی عمق آب شستگی در شرایط جریان دایمی و غیردایمی و بستر مسلح و غیرمسلح با استفاده از سیستم عصبی فازی تطبیقی (آنفیس) و الگوریتم های بهینه سازی پرداخته شده است. مدل سازی ها به دو دسته ی برآورد عمق آب شستگی در جریان دایمی با استفاده از داده های صحرایی پل های مناطق مختلف آمریکا و برآورد عمق آب شستگی در جریان غیردایمی و شرایط بستر مسلح و غیرمسلح با استفاده از سه مجموعه داده ی آزمایشگاهی تقسیم می شود. در پژوهش حاضر، به منظور بهبود مدل سازی ها پس از مدل سازی با کل مجموعه ی داده ها، داده های پرت حذف شده اند، سپس در مدل سازی های آب شستگی در جریان غیردایمی که تعداد پارامترهای ورودی زیاد است، با استفاده از روش های کاهش ابعاد، تعداد پارامترها کاهش یافته و سپس به منظور بهینه سازی آموزش مدل ها از الگوریتم های ژنتیک و ازدحام ذرات استفاده شده است. نتایج مدل سازی ها در جریان دایمی حاکی از آن است که مدل آنفیس در مقایسه با روابط تجربی، نتایج دقیق تری ارایه می دهد. در مدل سازی ها جریان غیردایمی نیز نتایج حاکی از عملکرد مناسب تر مدل عصبی فازی تطبیقی در مقایسه با روابط تجربی است. همچنین حذف داده های پرت و کاهش تعداد پارامترها باعث بهبود نتایج آنفیس شده و در بهینه سازی آموزش سیستم عصبی فازی تطبیقی، هر دو الگوریتم عملکرد مناسبی ارایه داده اند. هر چند مدل بهینه شده توسط الگوریتم ازدحام ذرات در آموزش سیستم، عملکرد موفق تری داشته است.
کلید واژگان: آب شستگی، جریان غیردائمی، بستر مسلح، آنفیس، پایه ی پلSeveral studies have been performed to study the scouring depth at bridge piers. Due to the complication of the problem and variety of the hydraulic and geometric parameters affecting the scouring phenomena, a generalized relationship has not been presented yet. Therefore, adaptive neuro-fuzzy inference system (ANFIS) is an alternative to overcome these problems. This approach is an effective tool to provide the hydraulic engineers, precise estimation of the scouring depth around the bridge piers. Although a large number of former studies have just focused on scouring at bridge piers under steady flow condition and uniform-graded bed materials even by applying ANFIS model, a lack of studies exists on scouring under unsteady flood flow condition as well as for non-uniform bed materials. Generally, river beds are composed mainly of non-uniform materials. Motion of the finer sediment particles initiates results in the protective effect of greater particles, namely armoring effect on the bed surface, thereby eliminating further erosion of the bed. Furthermore, in most of the rivers the flow regime is commonly unsteady. During a flood, the maximum scouring depth regarding to the peak of the flood hydrograph would be smaller than the equilibrium scouring depth which is commonly estimated using a constant flow discharge. When the flow unsteadiness is pronounced, the difference between the maximum scouring depth and the equilibrium scouring depth is quite substantial and thus should be addressed.In the present study, armoring effect on local scouring under unsteady flow condition was investigated based on a comprehensive dataset collected by different former investigators using ANFIS model. For this purpose, two different models were constructed. The first model was based on 372 dataset collected in a practical study on different bridges in USA. Measurements were conducted under steady flow condition. The second model was developed for estimating the maximum scouring depth in the beds of uniform and armored materials under unsteady flow condition. To present a more accurate model, some strategies including; reduction of dimension and detection of outlier were used to improve the performance of calculations. Genetic algorithm and particle swarm optimization methods were applied to develop a novel hybrid learning algorithm for ANFIS model. The new hybrid learning algorithm train the antecedent part of the fuzzy rules. Then the least square method was applied for training the conclusion part of the rules. It was shown that ANFIS model gives more accurate results compared to the empirical equations. Results highlighted the effectiveness of the data on the estimations of ANFIS model. Furthermore, according to the results, this approach is potentially able to train the ANFIS model in both steady and unsteady flow conditions.
Keywords: Bridge Piers, Scouring, Unsteady Flow, Armoring Effects, ANFIS, Optimization Algorithms -
In the method of identification of structural damage utilized in the structural healthmonitoring problems, a search is carried out to find the location and damage severity ofstructural members by checking every possible value of these damage severities. Recently,researchers have been solved this problem using optimization algorithms. This paperexamines the application of recently developed optimization algorithms, so-called Colliding Bodies Optimization (CBO) and Enhanced Colliding Bodies Optimization (ECBO), in conjunction with structural modal information for damage detection of steel trusses. The performance of the presented technique has been is verified through three numerical examples. Comparative studies illustrate the superiority the ECBO algorithm compared to the standard CBO algorithm.Keywords: Damage detection, natural frequency, optimization algorithms, colliding bodies
- 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.