به جمع مشترکان مگیران بپیوندید!

تنها با پرداخت 70 هزارتومان حق اشتراک سالانه به متن مقالات دسترسی داشته باشید و 100 مقاله را بدون هزینه دیگری دریافت کنید.

برای پرداخت حق اشتراک اگر عضو هستید وارد شوید در غیر این صورت حساب کاربری جدید ایجاد کنید

عضویت
جستجوی مقالات مرتبط با کلیدواژه

meta-heuristic algorithm

در نشریات گروه کشاورزی
  • رضا فرزاد، احمد شرافتی*، فرشاد احمدی، سید عباس حسینی
    مقدمه و هدف پژوهش

    تبخیر از دریاچه و مخازن سد ها و همچنین خاک، یکی از مهم ترین فرآیند ها در مهندسی هیدرولوژیکی محسوب می شود. پیش بینی دقیق تبخیر یکی از فرآیند های ضروری برای مدیریت صحیح و کارآمد مخازن، منابع آب، پایداری حوضه و فعالیت های کشاورزی می باشد. تبخیر بطور کلی تحت تاثیر فرآیند آب و هوایی غیرخطی، غیر ثابت و تصادفی است. چنین عواملی به وضوح مانع از راه اندازی مدل های پیش بینی دقیق می شود. تبخیر، فرآیندی طبیعی است که بر پایه تامین انرژی و تبادل هوا انجام می شود و  طی این فرآیند مولکول ها و اتم ها انرژی لازم برای خارج شدن از فاز سیال و وارد شدن به فاز گاز را پیدا می کنند. از طرفی تغییرات اقلیمی می تواند بر پارامتر تبخیر تاثیرگذار باشند به همین منظور پیش بینی تبخیر از مخازن سدها اهمیت وافری در بحث مدیریت منابع آب دارد.

    روش ها

    در این تحقیق با استفاده از مدل های SVR-ABC، Wavelet-SVR ، SVM با استفاده از 6 تابع موجک به پیش بینی تبخیر از مخزن سد دز در استان خوزستان، ایران پرداخته شده است. سری داده ها از سال 1396-1350 به مدت 46 سال متعلق به ایستگاه هواشناسی سد دز در ایران می باشند. همچنین در این تحقیق از پارامترهای هواشناسی بارش، حداکثر درجه حرارت، حداقل درجه حرارت، میانگین درجه حرارت، حداکثر مطلق درجه حرارت و حداقل مطلق درجه حرارت استفاده شده است و بر اساس نتایج آنروپی شانون 5 پارامتر Tmax، Tmin، Tave، Tamax،  Taminبه عنوان تاثیرگذارترین پارامترها جهت سناریو بندی در 5 گروه به ترتیب با 1پارامتر، 2 پارامتر، 3 پارامتر، 4 پارامتر و 5 پارامتر تقسیم بندی می شوند که مجموعا 28 سناریو مورد مطالعه قرار می گیرند.

    یافته ها

    نتایج مدلسازی ها بر اساس شاخص های ارزیابی RMSE ، MAE و WI نشان می دهد که عملکرد مدل فراابتکاری SVR-ABC با مقدار RMSE برابر 219/82 ،MAE برابر 977/53 و WI برابر 815/0 بهتر از مدل Wavelet-SVR با RMSE برابر 637/93، MAE برابر 360/69 و WI برابر 762/0 می باشد. همچنین بر اساس نمودار ویولنی مدل منفرد SVR با ورودی های تناوبی و غیر تناوبی تبخیر ماهانه را کمتر از مقادیر مشاهداتی برآورد نموده و در نتیجه میانگین داده ها در مقایسه با مقادیر مشاهداتی کاهش یافته است.

    نتیجه گیری

    همچنین نتایج 6 تابع موجک استفاده شده در تحقیق نشان می دهد که مدل تجزیه محور Wavelet-SVR با تابع موجک haar با سطح تجزیه 1 با شاخص های ارزیابی RMSE، MAE و WI به ترتیب 637/93 میلیمتر بر ماه، 360/69 میلیمتر در ماه و 762/0 مناسبترین نتیجه را در بین توابع موجک 6 گانه نشان می دهد.

    کلید واژگان: پیش بینی تبخیر، سد دز، مدل فراابتکاری، تابع موجک، مدل SVR
    Reza Farzad, Ahmad Sharafati *, Farshad Ahmadi, Seyed Abbas Hosseini
    Introduction

    Evaporation from lakes and reservoirs of dams as well as soil is one of the most important processes in hydrological engineering. One of the procedures required for proper and effective management of reservoirs, water resources, basin stability, and agricultural operations is the accurate prediction of evaporation. Weather phenomena that are non-stationary, unpredictable, and non-linear generally have an impact on evaporation. It is evident that these issues hinder the development of precise prediction models. Evaporation is a natural process based on energy supply and air exchange, during which molecules and atoms find the necessary energy to leave the liquid phase and enter the gas phase. On the other hand, climate changes can affect the evaporation parameter, so the prediction of evaporation from the reservoirs of dams is vital in the discussion of water resources management

    Methods

    This investigation uses the SVR-ABC, Wavelet-SVR, and SVM models with six wavelet functions to predict the amount of evaporation from the Dez dam reservoir in Khuzestan province, Iran. The data series from 1350–1396 for 46 years arises from the Dez dam meteorological station in Iran. The study also uses precipitation, maximum temperature, minimum temperature, average temperature, absolute maximum temperature, and absolute minimum temperature and Using the findings of Shannon's entropy, 5 parameters Tmax, Tmin, Tave, Tamax, Tamin are divided into 5 groups with 1 parameter, 2 parameters, 3 parameters, 4 parameters and 5 parameters respectively as the most effective parameters for scenario planning, which in total 28 scenarios are studied.

    Findings

    According to modeling results based on RMSE, MAE and WI evaluation indices show that the performance of SVR-ABC meta-heuristic model with RMSE=82.219, MAE=53.977 and WI=0.815 is better than Wavelet-SVR model with RMSE=93.637, MAE= 69.360 and WI=0.762. Additionally, based on the violin diagram, the single SVR model with periodic and non-periodic inputs estimated the monthly evaporation lower than the observed values, and as a result, the average data has decreased compared to the observed values.

    Conclusion

    Furthermore, according to the results of the six wavelet functions that were used in the study, the Wavelet-SVR axis decomposition model with the Haar wavelet function at decomposition level 1 and values of 93.637 mm/month, 69.360 mm/month, and 0.762, respectively, shows the most appropriate result among the six wavelet functions based on the RMSE, MAE, and WI evaluation indices.

    Keywords: Prediction Of Evaporation, Dez Dam, Meta-Heuristic Algorithm, Wavelet Transform, SVR Model
  • حسین حسینی*، محسن نوروزی
    تعیین دقیق مرزهای زمین گامی حیاتی در شناسایی کاربری زمین و برنامه ریزی جهت مدیریت آن است. برای زمین های زراعی، این ترسیم به کشاورزان و مشاغل کشاورزی امکان می دهد تا مساحت زمین را برای استفاده موثر از نهاده های کشاورزی، مانند بذر، آفت کش ها، کودها و سایر منابع و بهینه سازی فعالیت های تولید و پس از تولید، بهتر برآورد کنند. با این تفاسیر شناسایی کناره های دقیق از یک زمین زراعی، موفقیت برنامه ای را که با استفاده از ابزار بینایی کامپیوتر و ماشین بینایی توسعه یافته است، تعیین می کند. طبق آزمایش های انجام شده آشکارساز Canny به نسبت سایر آشکارسازهای سنتی دیگر عملکرد بهتری دارد از این رو در این مقاله سعی شده است که با بهره گیری از دو الگوریتم فرا ابتکاری کلونی مورچگان و شبیه ساز حرارتی، روش های جدیدی جهت بهبود عملکرد آشکارساز Canny ارائه شود. جهت ارزیابی روش های پیشنهادی از سه معیار ارزیابی MSE، PSNR و SSIM بهره گرفته ایم. نتایج نشان می دهد که الگوریتم های فرا ابتکاری به کار گرفته شده سبب بهینه تر شدن آشکارساز Canny شده است. هنگامی که از الگوریتم کلونی مورچگان استفاده کردیم کناره‎ها به خوبی نشان داده شده است و هنگامی که از الگوریتم شبیه ساز حرارتی بهره گرفته ایم علاوه بر کناره ها، بافت تصویر نیز حفظ شده است.
    کلید واژگان: تشخیص کناره، آشکارساز Canny، الگوریتم فرا ابتکاری، الگوریتم کلونی مورچگان، الگوریتم شبیه ساز حرارتی، تصاویر سنجش از دور
    Hossein Hosseini *, Mohsen Norouzi
    Accurate determination of land boundaries is a vital step in identifying land use and planning for its management. For cropland, this mapping allows farmers and agribusinesses to better estimate land area for effective use of agricultural inputs, such as seeds, pesticides, fertilizers and other resources, and to optimize production and post-production activities. With these interpretations, identifying the precise edges of a crop field determines the success of a program developed using computer vision and machine vision tools. According to the experiments, the Canny detector performs better than other traditional detectors, therefore, in this article, it has been tried to present new methods to improve the performance of the Canny detector by using two meta-heuristic algorithms of ant colony and thermal simulator. To evaluate the proposed methods, we have used three evaluation criteria: MSE, PSNR, and SSIM. The results show that the meta-heuristic algorithms used have made the Canny detector more optimal. When we used the ant colony algorithm, the edges were shown well, and when we used the simulated annealing algorithm, in addition to the edges, the image texture was also preserved.
    Keywords: Edge Detection, Canny Detector, Meta-Heuristic Algorithm, Ant Colony Algorithm, Simulated Annealing Algorithm, Remote Sensing Images
  • عادل طاهری حاجی وند*، کیمیا شیرینی، سینا صمدی قره ورن

    پروژه های زمان بندی در کشاورزی شامل عملیات و فعالیت هایی است که با ترتیب معین و در یک بازه زمانی مشخص انجام می گیرند. چنانچه این عملیات و فعالیت ها به موقع انجام نشوند، به دلیل افت کمی و کیفی محصول، سبب افزایش هزینه های واحد کشاورزی و در نتیجه سبب ایجاد هزینه های به موقع نبودن خواهند شد. انجام به موقع عملیات و پروژه های مکانیزاسیون کشاورزی یکی از مهم ترین مسائلی است که در سال های اخیر مدنظر بوده است. برای حل مساله زمان بندی پروژه با منابع محدود روش های مختلفی ارائه شده است که هریک سعی در یافتن جواب بهینه می باشند. با توجه به این که این مسائل از نوع NP-hard می باشند، در این پژوهش از الگوریتم رقابت استعماری به منظور زمان بندی پروژه های مکانیزاسیون کشاورزی دو محصول غالب کشت و صنعت مغان استفاده شده است. هدف اصلی این زمان بندی کمینه کردن زمان تکمیل پروژه و کاهش هزینه ها است به صورتی که در انجام به موقع عملیات کشاورزی اختلالی ایجاد نشود. اطلاعات مربوط به فعالیت ها، منابع مورد نیاز هر فعالیت و پیش نیازی فعالیت های هر محصول و پارامترهای الگوریتم پیشنهادی برای مساله زمان بندی پروژه با منابع محدود مدل سازی و پیاده سازی شده است و نتایج حاصل از اجرای الگوریتم نشان دهنده ی موفقیت آمیز بودن روش رقابت استعماری در زمان بندی و تخصیص بهینه منابع به هر یک از فعالیت ها است. الگوریتم رقابت استعماری ارائه شده در این مقاله با الگوریتم های شناخته شده از جمله الگوریتم ژنتیک، الگوریتم پرندگان و الگوریتم بهینه سازی مبتنی بر جغرافیای زیستی مقایسه گردیده است. نتایج حاکی از صرفه جویی 25 روزه در زمان انجام پروژه ها و 16700 واحد پولی در هزینه ها در روش رقابت استعماری در محصول کلزا و صرفه جویی 42 روزه و 3233 واحد پولی در هزینه محصول گندم شده است.

    کلید واژگان: الگوریتم فراابتکاری، به موقع بودن، تخصیص منابع، رقابت استعماری، زمان بندی پروژه
    A. Taheri Hajivand *, K. Shirini, S. Samadi Gharehveran
    Introduction

    Agricultural production involves a series of tasks including tillage, planting, and harvesting, which must be done at the right time for each region and type of product. Failing to complete these tasks on time can lead to a decrease in yield. Farmers may wrongly attribute this to factors such as infertile land, pests, diseases, and uneven rainfall distribution. However, this decrease in yield may not always be evident or tangible. To avoid such losses and unforeseen expenses, it is crucial to plan agricultural mechanization projects using the principles of project control. Agricultural projects, like industrial projects, must be carried out in the correct order and at the right time to achieve optimal results. Given the limited availability of resources for mechanization projects, it is imperative to meticulously plan activities to ensure that they are carried out on time and with maximum utilization of resources. To address these challenges, researchers have used meta-heuristic methods in project control, such as the colonial competition algorithm, which has been proven effective in solving the issue of scheduling projects with limited resources. The algorithm has been tested across various industrial activities and projects, and its performance in scheduling the Resource-Constrained Project Scheduling Problem (RCPSP) has been validated by researchers globally.

    Materials and Methods

    There is a scheduling issue regarding limited resources in agriculture, and this study presents a novel approach using the imperialist competitive algorithm (ICA). The algorithm not only explores a wider solution space but also strives to minimize deviation from the optimal solution, thereby improving the success rate of the proposed method. This research focuses on two dominant products, wheat and rapeseed, produced in Moghan Agriculture and Industry located in Northwest Iran. To evaluate the effectiveness of ICA, we compared it with other well-known meta-heuristic algorithms. We successfully resolved the problem of project scheduling problem with limited resources by implementing the imperialist competitive algorithm. Our findings have shown that this approach not only significantly increased efficiency but also outperformed other algorithms.

    Results and Discussion

    In this study, we assessed the efficiency of meta-heuristic methods in solving the RCPSP, which can be useful in optimizing the timeliness of project execution, especially for large-scale projects. Some meta-heuristic methods are only useful for smaller problems, while others can provide near-optimal solutions for larger problems, making them suitable for RCPSP. The algorithm explores a wide range of solutions and avoids premature convergence and getting stuck in local optima, unlike other algorithms such as the genetic algorithm. Optimization reduced the required budget and shortened the duration by 42 days for wheat and 25 days for rapeseed.

    Conclusion

    We utilized the colonial competition algorithm to address the RCPSP problem in agricultural mechanization projects for two agricultural products in Moghan. Our results show that the proposed algorithm converged and reached the optimal solution. The proposed algorithm was compared with other algorithms and it outperformed them.

    Keywords: Imperialist Competitive Algorithm, Meta-Heuristic Algorithm, Project Scheduling, Resource Allocation, Timeliness
  • عباس خاشعی سیوکی*، سمانه اطمینان، علی شهیدی، محسن پوررضا بیلندی، وحیدرضا جلالی

    منحنی رطوبتی خاک یکی از مهم ترین شاخص های هیدرولیکی خاک است که علاوه بر تعیین مقدار رطوبت خاک در نقاط ظرفیت زراعی وپژمردگی خاک، نقش موثری در کاربرد مدل های آب خاک در مطالعه روابط خاک-گیاه- آب دارد. از سوی دیگر برای شناخت بهترو درک نقش آن، مدل های مختلف برای بیان این منحنی به صورت ریاضی ارائه شده است که میزان کارائی بودن این مدل ها به دقت برآورد پارامترهای تعریف شده در ساختار مدل ها بستگی دارد. در این تحقیق روند عملکرد دو الگوریتم فرابتکاری، الگوریتم تکامل تفاضلی و بهینه ساز ازدحام ذرات، دربرآرود پارامترهای هیدرولیکی منحنی رطوبتی خاک برپایه مدل ون گنوختن و مدل بروکز- کوری در چهار کلاس بافتی؛ لوم رس شنی، لوم شنی، لوم و سیلت لوم مطالعه شد. همچنین عملکرد الگوریتم های فرابتکاری نسبت به نرم افزار RETC که دارای الگوریتم محلی غیر خطی حداقل مربعات است، مورد ارزیابی قرار گرفت. از این رو، در سطح مزرعه کشاورزی دانشگاه بیرجند از چهار کلاس بافتی غالب، 20 نقطه به طور تصادفی انتخاب و نمونه برداری صورت گرفت. با استفاده از جعبه شن و صفحات فشاری در دامنه مکش صفر تا 15000 سانتی متر آب، مقدار رطوبت خاک اندازه گیری شد. نتایج حاصل در جهت برآرود پارامترهای هیدرولیکی برپایه دو مدل ون گنوختن (vG) و بروکز-کوری (BC) با استفاده از الگوریتم های فرابتکاری و RETC پرداخته شد. از دو شاخص آماری RMSE و R2 برای مقایسه نتایج حاصل بهره گرفته شد. نتایج نشان داد که کمترین مقدار شاخص RMSE حاصل عملکرد الگوریتم تکامل تفاضلی در مدل vG؛ 0008/0، 0005/0، 0004/0 و 0006/0 و در مدل BC؛006/0، 006/0، 005/0 و 0005/0 به ترتیب درکلاس بافتی لوم رس شنی، لوم شنی، لوم و سیلت لوم حاصل شد. همچنین بیشترین و کمترین مقدار دو شاخص آماری RMSE و R2 در همه کلاس های بافتی خاک در عملکرد RETC مشاهده گردید. نتایج حاصل از این تحقیق بیانگر عملکرد ضعیف الگوریتم های محلی در حل مسائل چند متغیره ای است. از سوی دیگر بیانگر قابلیت الگوریتم های فرابتکاری در حل مسائل چند متغیره که دارای روابط نمایی هستند. از این رو، الگوریتم های فرابتکاری می تواند یک گزینه مناسب در حل مدل های هیدرولیکی خاک در جهت برآورد پارامترهای منحنی رطوبتی خاک باشد.

    کلید واژگان: الگوریتم فرابتکاری، کلاس بافتی خاک، مدل ون گنوختن، مدل بروکز-کوری
    Abbas Khashei Siuki *, Samaneh Etminan, Ali Shahidi, Mohsen Pourreza Bilondi, Vahidreza Jalali
    Introduction

    The soil water curve is one of the most critical soil hydraulic characteristics. This characteristic is used to determine soil water in the field capacity point and the permanent wilting point (PWP) beside it has a vital role in the application of soil water models in the study of soil-plant-water relationships. This curve is known as the quality soil index which has an effective role in the explanation of agricultural, ecological, and environmental problems. Impressive and efficient management of soil and water resources, water flow and solute transport survey, soil pollution, and contaminant leakage into water sources are dependent upon the accurate estimation of soil water curve parameters. Moreover, this index has a functional role in applying numerical and hydrological models. On the other hand, to better identify and understand its role, different models were provided to describe this curve mathematically. The efficiency of these models depended on the accuracy of estimated parameters in the model structure that was defined. Soil water curve is known as a non-linear relationship that is used to describe the relation between soil and water content or degree of soil saturation. The soil water curve provides essential information for using irrigation methods and about soil resistance and soil mechanical properties. In this research, the performance trend of two meta-heuristic algorithms, including the differential evolution (DE) and particle swarm optimization (PSO), was studied to estimate hydraulic parameters of soil water curves based on the van Genuchten and the Brooks and Cory models in four soil texture classes; loam, silt loam, sandy loam, and sandy clay loam. Besides, this study evaluated the performance of the meta-heuristic algorithm to RETC software. This software has a non-linear square local algorithm. This study can evaluate the ability of the meta-heuristic algorithms to estimate parameters for exponential relationships and nonlinear models.

    Materials and Methods

    At the agricultural farm of the University of Birjand, a study was conducted to analyze soil water content in different texture classes. The research involved the random selection of four soil texture classes and the random sampling of 20 points from each class. The soil water content was measured using a sandbox and pressure plate device, covering a broad suction range of 0-15000 cm. In the first phase, soil water curve parameters were estimated for each soil texture using the van Genuchten model and the Brooks and Cory model in the RETC software. Subsequently, the Matlab desktop environment was utilized to apply meta-heuristic algorithms (DE and PSO) to estimate the soil water curve parameters based on the two models. An objective function was defined to minimize the Root Mean Square Error (RMSE) of the meta-heuristic algorithms' performance. Finally, the study compared the performance of the meta-heuristic algorithms (DE and PSO) with the RETC software in estimating soil water curve parameters based on the van Genuchten and Brooks and Cory models, using statistical indices such as RMSE and R2. The soil texture classes play a crucial role in influencing soil water content and nutrient retention, making them an essential factor in agricultural management and crop suitability. The study's findings can contribute to a better understanding of soil water dynamics and the development of improved agricultural practices.

    Results and Discussion

    The obtained results of the statistical indices (RMSE and R2) showed that the least value of RMSE was acquired by the differential evolution algorithm (DE) performance. The values of RMSE during the application of the DE algorithm as an estimated method based on the van Genuchten model were 0.0008, 0.0005,0.0004, and 0.0006 also based on the Brooks and Cory were 0.006, 0.006, 0.005, and 0.0005 in sandy clay loam, sandy loam, loam, and silt loam respectively. Also, the highest value of the R2 index was obtained equal to 0.995, 0.996, 0.994, and 0.994 by the utilization of the DE algorithm based on the van Genuchten model in the sandy clay loam, sandy loam, loam, and silt loam respectively. The values of RMSE by the utilization of the PSO algorithm based on the van Genuchten model were 0.0021, 0.006, 0.0057, and 0.006 in the sandy clay loam, sandy loam, loam, and silt loam classes respectively. The highest and lowest values of the RMSE and R2 indices by the application of RETC software were obtained equal to 0.017 and 0.912 (sandy clay loam), 0.01and 0.963 (sandy loam), 0.085 and 0.972 (loam), and 0.01 and 0.924 (silt loam) based on the van Genuchten model.

    Conclusion

    It could be concluded that RETC software has poor performance in the estimation of soil water curve parameters in all soil texture classes studied based on the van Genuchten and Brooks and Cory models. This trend represents the weakness of the local algorithms to solve multivariable problems where an exponential relationship exists between the variables and they are influenced by each other. On the other hand, the results show the meta-heuristic algorithms have sufficient ability to estimate parameters in multivariable problems. It could be concluded that the meta-heuristic algorithms have better performance in estimating the parameters of soil hydraulic models. The DE algorithm is the best method to estimate soil hydraulic parameters. The PSO algorithm has the nearest performance to the DE algorithm but the best performance to RETC. Finally, meta-heuristic algorithms are suitable options for estimating soil water curve parameters based on various hydraulic models.

    Keywords: Brooks, Cory model, Meta-heuristic algorithm, soil texture class, van Genuchten model
  • حجت الله یونسی*، احمد گودرزی

    آب یکی از عناصر ضروری در طبیعت است که اساس زندگی انسان را تشکیل می دهد و به رشد و توسعه اقتصادی جوامع کمک می کند. آب سالم ارتباط تنگاتنگی با سلامت محیط زیست و فعالیت ها دارد. زندگی همه جانوران روی کره زمین به آب و اکسیژن بستگی دارد. علاوه بر این، اکسیژن محلول کافی (DO) برای بقای جانوران آبزی بسیار مهم است. از این رو، در این پژوهش برای شبیه سازی اکسیژن محلول در آب رودخانه کامبرلند واقع در ایالات متحده از مدل ترکیبی شبکه عصبی مصنوعی (ANN) با موجک و الگوریتم های فراابتکاری گرگ خاکستری (GWO) و خفاش (BA) در مقیاس زمانی ماهانه طی دوره آماری 2010-2020 استفاده شد. معیارهای ضریب همبستگی (R2)، مجذور میانگین مربعات خطا (RMSE)، میانگین مطلق خطا (MAE) و ضریب بهره وری نش ساتکلیف (NSE) برای ارزیابی و مقایسه عملکرد مدل ها مورد استفاده قرار گرفت. نتایج نشان داد هر سه مدل هیبریدی، در الگوهای ترکیبی نتایج بهتری نسبت به سایر الگوهای تعیین شده دارند. همچنین، با توجه به معیارهای ارزیابی مشخص شد که از بین مدل های به کاررفته در شبیه سازی اکسیژن محلول در آب رودخانه، مدل شبکه عصبی مصنوعی موجک با ضریب تعیین (958/0=R2)، ریشه میانگین مربعات خطا (651/0=RMSE)، میانگین قدرمطلق خطا (334/0=MAE) و ضریب نش ساتکلیف (962/0=NS) در مرحله صحت سنجی عملکرد بهتری نسبت به سایر مدل ها از خود نشان داده است.

    کلید واژگان: اکسیژن محلول در آب، الگوریتم فراابتکاری، شبیه سازی، مدل هیبریدی
    Hojatolh Younesi *, Ahmad Godarzi

    Water is one of the most essential elements in nature that forms the basis of human life and contributes to the economic growth and development of societies. Healthy water is closely related to environmental health and activities. The life of all animals on Earth depends on water and oxygen. In addition, adequate dissolved oxygen (DO) is essential for the survival of aquatic animals. Therefore, in this study, to simulate the dissolved oxygen of the Cumberland River in the United States from the combined artificial neural network (ANN) model with wavelet and meta-heuristic algorithms of gray wolf (GWO) and bat (BA) on a monthly time scale during the statistical period. Used 2020-2010. The criteria of correlation coefficient (R2), squared mean square error (RMSE), absolute mean error (MAE) and Nash-Sutcliffe productivity coefficient (NSE) were used to evaluate and compare the performance of the models. The results showed that all three hybrid models have better results in hybrid models than the other designated models. Also, according to the evaluation criteria, it was found that among the models used in the simulation of dissolved oxygen in river water, the model of artificial neural network-wavelet with coefficient of determination (R2 = 0.958), the root mean square error (RMSE = 0.651), The mean absolute value of error (MAE = 0.334) and Nash Sutcliffe coefficient (NS = 0.962) in the validation stage showed better performance than other models.

    Keywords: Dissolved Oxygen, Meta-heuristic algorithm, simulation, Hybrid Model
  • محمد یوسفی، محمد گیوه چی، مهدی اژدری مقدم*، جعفر جعفری اصل

    یافتن قطر بهینه لوله ها در شبکه های آبرسانی به منظور کمینه کردن هزینه های طراحی به دلیل داشتن قیود و متغیرهای تصمیم زیاد، یکی از چالش های مهم در مقابل طراحان می باشد. در چند دهه ی اخیر توسعه و معرفی روش های بهینه سازی جدید و عملکرد خوب این روش ها در حل مسایل پیچیده مهندسی، موجب سوق مهندسین به سمت استفاده از این روش ها در طراحی شبکه های آبرسانی شده است. در پژوهش حاضر، عملکرد یکی از الگوریتم های نوظهور فراکاوشی تحت عنوان الگوریتم شیر مورچه در حل مسئله بهینه سازی قطر لوله های شبکه های آبرسانی مورد ارزیابی قرار گرفت. بدین منظور یک مدل بهینه سازی- شبیه سازی چند هدفه مبتنی بر الگوریتم شیر مورچه و مدل شبیه ساز EPANET توسعه داده شد. مدل توسعه داده شده برای بهینه سازی قطر لوله های شبکه اسماعیل آباد مورد استفاده قرار گرفت. نتایج به صورت یک جبهه پارتو بین هزینه طراحی و مجموع مربعات اختلاف فشار ارایه گردید. بررسی پاسخ های بدست آمده نشان داد مدل مذکور علاوه بر اینکه توانسته است هزینه طراحی را در حدود 15 درصد نسبت به سایر روش های موجود کاهش دهد، میزان اضافه فشار موجود در سطح شبکه را نیز به صورت چشم گیری کاهش داده است. در نتیجه می توان با اطمینان، از روش مذکور به عنوان روشی کارا در طراحی شبکه های آبرسانی بهره برد.

    کلید واژگان: شبکه های آبرسانی، بهینه سازی، الگوریتم فرااکتشافی، EPANET، MATLAB
    Mohammad Yousefi, Mohammad Givehchi, Mehdi Azhdary Moghadam *, Jafar Jafari-Asl

    Finding optimal pipe diameters in water supply networks for minimizing design costs due to the constraints and high decision variables is one of the major challenges for designers. In the last few decades, the development and introduction of new optimization methods, the good performance of these methods in solving complex engineering problems has led engineers to develop these methods in the design of water networks. In the present study, the performance of one of the emerging metaheuristic algorithms called Ant Lion Optimizer (ALO) in solving the problem of optimizing the diameters of water supply networks was considered. For this purpose, a multi-objective optimization-simulation model based on the ALO and the EPANET simulator model was developed. The developed model was used to optimize the diameter of Ismail Abad network pipes. The results were presented as a Pareto front between the design cost and the sum of the pressure difference squares. The results showed that using this model in addition to saving design costs about 15% compared to the existing design conditions; it has been significantly successful in reducing overload pressure in the nodes. As a result, this method can be used with confidence as an efficient method in designing water supply networks.

    Keywords: Water Supply Networks, optimization, meta-heuristic algorithm, EPANET, MATLAB
  • هانیه اسدی*، کاکا شاهدی

    توزیع ناهمگون زمانی و مکانی آب شیرین به لحاظ کمی از یک طرف و هم چنین رشد سریع و روزافزون جمعیت جهان و به ویژه کشور ما ایران در دهه های اخیر، سبب بروز مشکلات روزافزون در تامین منابع آب مورد نیاز شده است. در این راستا آگاهی از روش های مدیریت و بهره برداری تلفیقی بهینه منابع آب سطحی و زیرزمینی به عنوان یکی از جنبه های مدیریت جامع منابع آب و عملکرد آن ها در تدوین برنامه های مختلف مدیریت بحران، حفاظت منابع آب و مدیریت جامع حوزه های آبخیز امری ضروری به نظر می رسد. بر همین اساس پژوهش حاضر با هدف ارائه اطلاعات جامع از پیشینه و جدیدترین مطالعات انجام شده در خصوص رایج ترین مدل های ریاضی مورد استفاده در این زمینه و ارزیابی کاربرد آن ها در مدیریت جامع منابع آب و نیز مروری کلی بر گسترش هر مدل، امتیازات و محدودیت ها انجام شده است. نتایج حاصل نشان داد که مدیریت تلفیقی یکی از راه کارهای نوین و بسیار موثر در دهه های اخیر است و استفاده ترکیبی از تکنیک های بهینه سازی و شبیه سازی یک روش مفید و قدرتمند در تعیین استراتژی های مدیریتی و طراحی برای توسعه بهره برداری تلفیقی بهینه از منابع آب های سطحی و زیرزمینی می باشد. در این زمینه مدل MODFLOW بیش ترین کاربرد را در شبیه سازی جریان آب زیرزمینی، مدل MT3DMS بیش ترین کاربرد را در زمینه مدل سازی آلودگی آب های زیرزمینی داشته و مدل GMS نیز مدلی توانمند، عمومی، جامع و کاربرپسند است. هم چنین بررسی منابع به منظور ارزیابی الگوریتم های بهینه سازی درحل مسایل مدیریت منابع آب نشان داد که الگوریتم های تکاملی با درجه های مختلف از پیچیدگی به طور موثری از حل مسائل بهینه سازی چند محدودیتی با فضای بزرگ و پیچیده جهت بهره وری بهینه از منابع آب، برنامه ریزی و نیز توسعه آن در آینده، برمی آیند. به طور کلی از اطلاعات ارائه شده در تحقیق حاضر می توان در برنامه ریزی های آینده به منظور توسعه پایدار منابع آب بهره برد.

    کلید واژگان: مدیریت منابع آب، الگوریتم فراابتکاری، الگوریتم کلاسیک، شبیه سازی
    H. Asadi*, K. Shahedi

    Uneven spatial and temporal distribution of water and population growth in the world, especially in Iran in recent decades have caused problems in providing required water resources. In this regard, knowledge of management procedures and conjunctive utilization of ground and surface water resources as one of the important aspects of integrated management of water resources and their performance in various crisis management programs, water resources conservation and watersheds integrated management seems essential. Accordingly, the present study was conducted to provide a comprehensive information of past and recent studies about the mathematical models and evaluate their efficiency in integrated management of water resources, and overall review of each model expansion, advantages and limitations. Results showed that the integrated management is one of the new and efficient strategies in recent decades. Application of optimization and simulation techniques is a powerful and useful method in determination of management strategies in development of conjunctive optimum utilization of ground and surface water resources. In this regard, MODFLOW model in groundwater flow simulation and MT3DMS model in modeling of groundwater pollution were the most used models and GMS was used as a powerful, general, comprehensive and user-friendly model. Also the literature review on the evaluation of optimization algorithms in solving problems of water resources management showed that evolutionary algorithms with various degrees of complexity are capable of effective solving complex multi-restriction optimization problems for optimum utilization of water resources, planning and sustainable development in the future. In general the provided information in this study can be applied in future planning for sustainable development of water resources.

    Keywords: Water rresources management, Meta heuristic algorithm, Classic algorithm, Simulation
  • ستار چاوشی*
    استفاده از الگوریتم‏ های فرا ابتکاری در علوم مختلف به طور روز افزون در حال گسترش است. کاربرد آن‏ ها در شناخت و مدل‏ سازی پدیده‏ های طبیعی نظیر سیل و خشکسالی به لحاظ طبیعت و مکانیسم پیچیده و تعامل غیر‏خطی عوامل موثر بر آن نمونه‏ ای از توانایی و پتانسیل این الگوریتم ‏ها در هیدرولوژی می ‏باشد. در این مقاله، نخست به معرفی الگوریتم جستجوی موجودات هم‏ زیست پرداخته می ‏شود و در ادامه کاربرد آن در بهینه ‏سازی سامانه‏ های فازی و با هدف یافتن ناحیه اثر ایستگاه ‏های واقع در حاشیه جنوبی دریای خزر مورد بحث قرار می‏ گیرد. این حوضه سالیانه شاهد وقوع سیلاب‏ های مخرب بوده و متعاقبا صدمات جانی و مالی بوده است. یافته های این پژوهش برای برآورد سیلاب حوضه و متعاقبا طراحی سازه ‏های کنترل سیلاب استفاده می ‏شود. تعداد 61 ایستگاه آب سنجی واقع در این منطقه در ‏نظر گرفته شده، مشخصات فیزیکی، اقلیمی و هیدرولوژیک آن‏ ها شامل مساحت، محیط، ارتفاع کمینه، ارتفاع بیشینه، ارتفاع متوسط، شیب متوسط، طول آبراهه اصلی، شیب آبراهه اصلی، طول مستطیل معادل، عرض مستطیل معادل، عامل فرم، ضریب شکل، ضریب گراولیوس، ضریب گردی، ضریب فشردگی و بارش متوسط سالیانه تعیین شده است. طبق نتایج حاصل از آزمون تحلیل مولفه های اصلی از بین 16 پارامتر مورد بررسی، مساحت، ارتفاع متوسط، ضریب شکل و ضریب گراولیوس حوضه به همراه بارندگی متوسط حوضه به ‏عنوان مهمترین عوامل برای آزمون همگنی هستند. این عوامل به ‏عنوان ورودی سامانه فازی استفاده شد که منجر به تولید نواحی همگن شد. الگوریتم جستجوی موجودات هم ‏زیست برای بهینه ‏سازی این گروه های همگن و طی فرایند‏های تکراری به کار گرفته شد. در نهایت، عملکرد الگوریتم و صحت و سقم این نتایج به دست آمده با استفاده از آماره ناهمگنی گشتاور خطی ارزیابی شد. بدین ترتیب، تعداد 61 ناحیه اثر که بیانگر نواحی همگن برای هر یک از 61 حوضه مورد مطالعه است، به دست آمد. نتایج این مطالعه بیانگر کارایی روش پیشنهادی در تعیین ناحیه اثر حوزه‏ های آبخیز منطقه دارد. پراکنش جغرافیایی ناحیه اثر ایستگاه‏ ها (ایستگاه‏ های همگن با ایستگاه هدف) نشان می ‏دهد که مجاورت جغرافیایی الزاما دلالت بر همگنی حوضه‏ ها ندارد.
    کلید واژگان: الگوریتم فرا ابتکاری، بهینه سازی، تحلیل منطقه‏ای سیلاب، روش ناحیه اثر، شباهت حوضه
    Sattar Chavoshi *
    Metaheuristic algorithms have been increasingly used in different fields. The application of these algorithms for identifying and modelling natural phenomena such as flood and drought in terms of complexity and non-linear interactions can be considered as their capability in hydrology. In this paper, Symbiotic Organism Search (SOS) algorithm was first introduced, then its application in tuning fuzzy expert system, aiming to find the region of influence area of hydrometric stations in the Southern Caspian Sea Basin. This basin has regularly experienced flood events, causing human loss and properties damages every year. The outcome of this research is used to estimate floods, and subsequently, to design flood control structures. A total of 61 hydrometric stations were selected in the study area and their physical, climatic and hydrologic characteristics including area, perimeter, minimum elevation, maximum elevation, mean slope, stream length, slope of main stream, equivalent rectangle length, equivalent rectangle width, form factor, shape coefficient, Gravelious factor, round coefficient, and mean annual precipitation were determined. Results indicated that out of 16 parameters, area, mean elevation, form factor, Gravelious factor, and mean annual rainfall, were the most significant parameters in relation to flood by employing the SOS. These variables were used as the input variables into the fuzzy system and SOS algorithm to tune the fuzzy system. Finally, the efficiency of the SOS algorithm was evaluated using the linear torque heterogeneity statistic. Therefore, 61 influence areas were determined that show homogenous areas in 61 watersheds. Results indicated the performance of SOS in determining region of influence of the sub-basins in the study area. In addition, the geographical vicinity is not a suitable criterion for finding homogenous areas.
    Keywords: Catchment similarity, Meta-heuristic Algorithm, optimization, Region of Influence, Regional flood frequency analysis
  • حسن گلیج، حسن ترابی پوده *
    شبکه های آبرسانی زیر ساخت هایی هستند که با توجه به هزینه های زیاد ساخت و نگهداری، مورد توجه محققین قرار گرفته اند. از این رو کمینه سازی هزینه شبکه های آبرسانی هدف بسیاری از پژوهشگران می باشد؛ بطوریکه شرایط حداقل فشار و حداکثر سرعت برآورده شود. در این پژوهش الگوریتم DMPSO بر پایه اصلاح و جهش در الگوریتم PSO پیشنهاد شد. حل بهینه برای شبکه آبرسانی اسماعیل آباد که شامل 16 لوله و 17 گره است، توسط الگوریتم پیشنهادی DMPSO بررسی شده است. نتایج عددی نشان داده است، که الگوریتم پیشنهادی در مقایسه با دیگر الگوریتم ها به روش تحلیلی نزدیکتر می باشد. نتایج تحلیل هیدرولیکی با اتصال پویا بین دو نرم افزار MATLAB و EPANET ارزیابی شده اند. حل بهینه به دست آمده برای شبکه آبیاری اسماعیل آباد توسط الگوریتم فراکاوشی DMPSO با روش تجربی مقایسه شده است و مشخص شده است که الگوریتم فراکاوشی به اندازه ی 68/10 درصد نسبت به روش تجربی هزینه کل را کاهش داده است. علاوه بر این روش پیشنهادی خیلی ساده و نسبتا دقیق تر می باشد.
    کلید واژگان: شبکه های آبرسانی، بهینه سازی، الگوریتم فراکاوشی، شبکه لوله ها
    Hassan Goleij, Hassan Torabi podeh *
    Irrigation networks are the infrastructures in which researchers have shown an increased interest due to the huge costs of the construction and maintenance. In this sense, minimizing the costs of irrigation networks is the objective of many researchers in such a way that the conditions of minimum pressure and maximum speed are satisfied. In this study, DMPSO algorithm based on modification and mutation in PSO algorithm is proposed. Applying the proposed DMPSO algorithm, the optimum solution for the irrigation network of “Esmaeelabad” including 16 pipes and 17 nodes is explored deeply. The numeric results of hydraulic analysis were evaluated by creating a dynamic connection between MATLAB and EPANET. Using DMPSO meta-heuristic algorithm, the obtained optimum solution for the irrigation network of Esmaeelabad was compared with experimental method. It was shown that meta-heuristic algorithm reduced the total cost for 10.68% related to the experimental method and, furthermore, this proposed method is simple but more relatively accurate.
    Keywords: Irrigation Networks, Optimization, Meta-heuristic Algorithm, Pipes Network
  • حسن ترابی پوده *، حسن گلیج، دانیال میرشاهی، بابک شاهی نژاد
    مسئله انتخاب بهترین آرایش برای قطر لوله ها و هد بهینه پمپ طوری که هزینه کل سیستم مینیمم گردد، از خیلی سال قبل توسط مهندسین هیدرولیک مورد توجه بوده است. در این مطالعه از روش های برنامه ریزی خطی عدد صحیح مختلط و الگوریتم ازدحام ذرات تکامل و جهش یافته برای بهینهسازی شبکه های آبیاری تحت فشار استفاده می شود، به گونهای که شبکه انتخابی، شامل 16 لوله و 17 گره میباشد. تابع هدف شامل هزینه ثابت سالانه قطر شبکه سیستم آبیاری، و هزینه انرژی عملکرد سالانه می باشد. محدویتهای هیدرولیکی در مسئله بهینهسازی شامل هد فشار گره ها و محدودیتهای سرعت جریان در لوله ها می باشد. داده های ورودی شامل نقشهی شبکه، هزینه لوله ها در همه اندازه های تجاری موجود، هزینه امکانات تولید فشار از قبیل پمپها و محدودیتهای مرزهای بالا و پایین هیدرولیکی می باشد. داده های خروجی قطرهای بهینه لوله ها، هدهای فشار عملکرد و هزینه کل سالانه معادل خط لوله در شبکه آبیاری هستند. نتایج تحلیل هیدرولیکی با اتصال پویا بین دو نرم افزار متلب و EPANET مورد ارزیابی قرار گرفته شده است. حل بهینه برای شبکه آبیاری اسماعیلآباد توسط الگوریتم فراکاوشی پیشنهادی ازدحام ذرات تکامل و جهش یافته و برنامه ریزی خطی عدد صحیح مختلط بهدست آمد و سپس با روش تجربی مقایسه شدند و مشخص شد که الگوریتم فراکاوشی و برنامه ریزی خطی عدد صحیح مختلط به ترتیب به مقدار 68/10 درصد و 5/12 درصد نسبت به روش تجربی هزینه کل را کاهش دادهاند. همچنین باتوجه درصد مقادیر کاهش یافته توسط روش ها، مشخص شد که MILP نسبت به DMPSO با کمترین تفاوت شبکه را بهتر بهینه کرده ولی الگوریتم DMPSO سریعتر و با حافظه کمتر به جواب میرسد.
    کلید واژگان: الگوریتم فراکاوشی، بهینه سازی، برنامه ریزی خطی عدد صحیح مختلط، شبکه های آب رسانی
    Hassan Torabi Podeh *, Hassan Goleij, Danial Mirshahi, Babak Shahinejad
    The issue of choosing the best arrangement for pipes’ diameter and optimal pump head, by considering the minimization of entire system cost, has been taken into account by hydraulic engineers over the past years. In this study, mixed integer linear programming (MILP) algorithm, as well as developed and mutated particle swarm Meta heuristic algorithm (DMPSO) is used to optimize the pressurized irrigation for a network consists of 16 tubes and 17 nodes. The objective function of the MILP includes the annual fixed cost of irrigation network diameter, and the annual cost of energy. The hydraulic constraints of the equation include the node pressure head and the flow rate constraints in the pipes. Input data includes the network map, the cost of pipes in all commercial sizes, the cost of the production facilities of pressure (such as pumps, etc.) and the limitations of the high and low hydraulic boundaries. Output is the optimal diameter of the pipes, operation pressure heads and total annual cost equivalent to the pipeline in the irrigation network. The results of hydraulic analysis with dynamic coupling between MATLAB software and EPANET have been evaluated. The optimal solution for Esmailabad irrigation network was obtained by the proposed fractional evolution particle swarm, mutated algorithm and integrated linear integer programming. Then, the experimental method was compared with the above results and it was determined that the fractional and mixed integer linear programming, have reduced the total cost of the experimental method by the value of 10.68% and 12.5%, respectively. In addition, according to the percentage of reduced values by the methods, it was found out that MILP is better than DMPSO with the least difference in network, but the DMPSO algorithm is faster with less memory response.
    Keywords: Meta heuristic Algorithm, optimization, mixed integer linear programming, Water supply network
نمایش نتایج بیشتر...
نکته
  • 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.
درخواست پشتیبانی - گزارش اشکال