artificial neural network model
در نشریات گروه آب و خاک-
در این پژوهش، ضریب دبی (Cd) سرریزهای کلید پیانویی با استفاده از مدل ماشین بردار پشتیبان (SVM) تخمین زده و سپس عملکرد آن با مدل شبکه عصبی پرسپترون چندلایه (MLPNN) مقایسه شد. برای این منظور، پارامترهای نسبت هد بالادست به ارتفاع سرریز (h⁄P)، نسبت عرض ورودی به خروجی (wi⁄wo)، طول کلید به عرض آن (Lcy⁄wcy) و تعداد کلیدها (N) به عنوان ورودی و Cd به عنوان خروجی در نظر گرفته شدند. قابل ذکر است که 80 درصد داده های گرداوری شده به آموزش و مابقی به صحت سنجی مدلها اختصاص داده شده است. نتایج نشان داد که حداقل مقدار شاخص آماری R2 و حداکثر مقدار RMSE مدل های مذکور در مرحله اعتبارسنجی به ترتیب R2=0.99 و RMSE=0.01 می باشد. مدل MLPNN توسعه داده شده دارای دو لایه پنهان که در لایه اول چهار نرون با تابع فعال سازی تانژانت سیگموئید و در لایه دوم، دو نرون با همان تابع فعال ساز است. هسته مدل SVM نوع شعاعی انتخاب شد. تحلیل حساسیت مدل های استفاده شده، نشان داد که مهم ترین پارامترهای تاثیرگذار در مدل سازی و تخمین ضریب دبی، ho⁄P می باشند.کلید واژگان: سرریزهای غیرخطی، ظرفیت دبی، مدل شبکه عصبی مصنوعی، نسبت بزرگنماییJournal of Applied Researches in Water Engineering, Volume:2 Issue: 2, Autumn and Winter 2024, PP 239 -248In this study, the discharge coefficient (Cd) of piano key weirs was estimated using the Support Vector Machine (SVM) model, and its performance was subsequently compared with the Multilayer Perceptron Neural Network (MLPNN) model. For this purpose, the parameters of the upstream head-to-weir height ratio (h⁄P), the inlet-to-outlet width ratio (w_i⁄w_o), the key length-to-width ratio (L_cy⁄w_cy), and the number of keys (N) were considered as inputs, with Cd as the output. The results indicated that the minimum value of the R2 statistical index and the maximum value of the RMSE for the mentioned models during the validation phase were R2=0.99 and RMSE=0.01, respectively. The developed MLPNN model consisted of two hidden layers, with four neurons in the first layer and two neurons in the second layer, both utilizing the sigmoid tangent activation function. The SVM model employed a radial basis function (RBF) kernel. Sensitivity analysis of the models revealed that the most influential parameters in modeling and estimating the discharge coefficient were h_o⁄P.Keywords: Artificial Neural Network Model, Discharge Capacity, Magnification Ratio, Nonlinear Weirs
-
سابقه و هدفپایداری ساختمان خاک به توانایی یک خاک در نگه داری آرایش دانه های جامد و فضای میان آن ها در هنگام روبرو شدن با تنش های گوناگون برمی گردد. با آگاهی از کارکرد بسیار مهم مواد آلی در پیدایش و پایداری خاکدانه ها، بخش های گوناگون آن ها بر پایداری خاکدانه ها پیامدهای گوناگونی می تواند داشته باشند. هم چنین، جداکردن بخش های گوناگون ماده ی آلی، به شناسایی بخش های پاسخ دهنده و پایدار ماده ی آلی و جایگاه قرارگیری آن ها در ساختار خاکدانه کمک می کند. هدف از این پژوهش، بررسی پیامد بخش های گوناگون ماده ی آلی بر پایداری خاکدانه های درشت (25/0< میلی متر) و ریز (25/0≥ میلی متر) با بهره گیری از مدل شبکه ی عصبی مصنوعی و رابطه ی رگرسیون خطی می باشد. هم چنین، در این پژوهش به بررسی ارتباط میان بخش های گوناگون ماده ی آلی خاک در اجزای گوناگون خاکدانه ها، تاثیر نوع کاربری اراضی بر آن ها و بررسی موثرترین بخش مواد آلی بر پایداری خاکدانه ها در کاربری های گوناگون پرداخته شد. بنابراین، بخش بندی مزبور در اجزای گوناگون خاکدانه ها در سه کاربری جنگل، چراگاه و کشاورزی در شهرستان رابر مورد مطالعه قرار گرفت.مواد و روش هاشمار 15 نمونه ی خاک رویین (صفر تا 10 سانتی متر) به روش تصادفی با بیلچه از سه زمین با کاربری جنگل، چراگاه و کشاورزی از منطقه ی رابر واقع در استان کرمان برداشت شد. پس از هواخشک کردن نمونه های برداشت شده و گذراندن آن ها از الک چهار میلی متری، میانگین وزنی قطر خاکدانه ها برای خاکدانه های درشت و ریز اندازه گیری شد. سپس، بخش بندی مواد آلی هر گروه از خاکدانه ها برای هر کدام از زمین های یادشده انجام شد. در پایان، اندازه ی کربن آلی در بخش های گوناگون ماده ی آلی و نیز اندازه ی کل کربن آلی خاک تعیین شد و با توجه به وزن و درصد ماده ی آلی هر بخش، درصدی از کل ماده ی آلی که در هر بخش بود، برآورد گردید. سپس داده های اندازه گیری ماده ی آلی، همانند داده های ورودی به مدل شبکه ی عصبی مصنوعی معرفی شدند. هم چنین، رابطه ی رگرسیونی میان این متغیرها و پایداری خاکدانه ها بررسی شد.یافته هااین پژوهش نشان داد که مواد آلی دانه ای سست پوشیده ماده ی آلی (F1) در خاکدانه های درشت، بیشتر از خاکدانه های ریز بود. هم چنین، این بخش از ماده ی آلی در کاربری جنگل، به دلیل بالاتر بودن درصد ماده ی آلی آن در برابر دو کاربری دیگر، بیشتر بود. بخش پوشیده ماده ی آلی دانه ای (F2) در کاربری کشاورزی بسته به کارهای خاک ورزی، خرد شدن خاکدانه ها و آزاد شدن ماده ی آلی پوشیده شده ی درون آن ها، کمتر بود. بخش سنگین ماده ی آلی که همراه با مواد کانی بود (F3)، در برابر دو بخش دیگر، بیشترین درصد از کل ماده ی آلی خاک را داشت. این بخش در خاکدانه های ریز در برابر خاکدانه های درشت در هر سه کاربری، بیشتر بود. این بررسی هم چنین نشان داد که رابطه ی رگرسیون خطی توان خوبی در نشان دادن رابطه ی میان متغیرهای بررسی شده و شناسه ی پایداری خاکدانه ها ندارد. در برابر آن، نمودارهای مدل شبکه ی عصبی مصنوعی، نشان دادند که همه ی متغیرهای ورودی به این مدل، بر MWD پیامددار بوده اند؛ اگرچه ضریب نشان متغیرهای گوناگون، ناهمانند بود.نتیجه گیریبخش های گوناگون ماده ی آلی خاک، در برابر کل ماده ی آلی، پاسخ دهی بیشتری به شیوه ی کاربری زمین ها داشتند. درصد خاکدانه های درشت و ریز بسته به شیوه ی کاربری، ناهمانند بود و خاکدانه های ریز با داشتن بیشترین اندازه ی ماده ی آلی، نسبت به خاکدانه های درشت، در برابر تنش ها پایداتر بودند. مدل شبکه ی عصبی مصنوعی در برآورد پایداری خاکدانه ها در برابر رابطه ی رگرسیون خطی از کارایی بالاتری برخوردار بود و نشان داد که میان بخش های گوناگون ماده ی آلی و MWD، روابط غیرخطی است. داشتن کارآیی بهتر مدل شبکه ی عصبی مصنوعی، نشان می دهد که از این روش می توان برای تعیین ارتباط خطی و یا غیرخطی میان ویژگی های گوناگون خاک، با بیشترین دقت و صرف کمترین هزینه و زمان بهره گیری نمود. بنابراین بهره گیری از این روش در برآورد ویژگی های گوناگون خاک، برای پژوهش های آینده نیز پیشنهاد می گردد.کلید واژگان: بخش بندی فیزیکی ماده ی آلی خاک، پایداری خاکدانه، همبستگی خطی، مدل شبکه ی عصبی مصنوعیBackground And ObjectivesSoil structure stability refers to the ability of a soil to hold up the solid particle arrangement and the spaces among them when face to different stresses. According to the important role of organic matters in formation and stability of soil aggregates; it appears that the different fractions of them may also have significant effects on soil aggregate stability. Furthermore, separating the different fractions of organic matter helps the identification of the sensitive and sustainable parts and their locations in aggregate structure. The purpose of this study is to evaluate the effect of different fractions of organic matters on the soil macro (>0.25 mm) and micro (Materials And MethodsFifteen soil samples were taken from the surface (0-10 cm) using a supervised random method in three different land uses including forest, range, and agricultural lands (totally, 45 points) in Rabor region, Kerman province. After air-drying the samples and passing them through a 4 mm sieve, mean weight diameter (MWD) of soil aggregates was measured using the wet sieve method for the macro and micro aggregates. Then, different fractionations of organic matters in the macro and micro aggregates were determined using the density method. Finally, the amount of organic carbon in different fractions of organic materials and also the total amount of soil organic carbon were identified using the Walkley-Black method and then the percentage of total organic matter existed in each fraction was calculated by considering the weight and percentage of organic matter in each fraction,. Afterward, the organic matter data were used as input to the artificial neural network model. Besides, the regression relationships among the variables and soil aggregate stability were investigated.ResultsThe results showed that the free light fraction of organic matter (F1) in the macro-aggregates was greater than in the micro-aggregates. Also, the F1-amount in the forest was greater than the other two investigated land uses due to the higher organic matter content. The amounts of occluded light fraction of organic matter (F2) in the agricultural lands were lower than other land uses which might be due to tillage operation, soil aggregate destruction, and release of the trapped organic matter inside of them. The parts of organic matter which were associated with mineral fractions (F3) were allocated with the largest percentage of the total soil organic matter as compared to the other two fractions. The amount of last mentioned fraction was higher in the micro-aggregates than the macro-aggregates in all three investigated land uses. Results also revealed that the linear regression was not able to identify the interrelationship between the studied variables and aggregates stability index. In contrast, the diagrams related to artificial neural network model showed that all input variables to the model have influenced the MWD, although the important coefficients of the input variables were different.ConclusionDifferent fractions of soil organic matter were more sensitive to the land use type than the total organic matter. The macro and micro aggregate percentages were different depending to the land use type; however, the micro aggregates with greater organic matter contents were more stable against entered stresses than the macro aggregates. Artificial neural network model had more efficiency in estimating the soil aggregate stability than the linear regression method indicating that there is a non-linear relationship between different fractions of organic matter and MWD. By considering the accuracy and efficiency of artificial network model, it appears that this method can be used to determine the linear and non-linear relationship among different soil properties, with higher precision and lower cost and time.Keywords: Physical fractionation of soil organic matter, Aggregate stability, Linear correlation, Artificial ?neural network model
-
آگاهی از تغییرات مکانی کربن آلی در کاربری های مختلف اراضی کمک موثری به تفسیر و شبیه سازی رفتار اکوسیستم های خاکی در مواجهه با تغییرات اقلیمی و زیست محیطی خواهد نمود. هدف از این تحقیق مقایسه روش های رگرسیونی، زمین آمار و شبکه عصبی مصنوعی در تخمین مقادیر کربن آلی در 192 نمونه خاک، از خاک های سطحی (0 تا 30 سانتی متر) بخشی از دشت سیستان (منطقه میانکنگی) بود. در این تحقیق، تنها 5 درصد تغییرات کربن آلی در منطقه مورد مطالعه توسط متغیرهای موجود در مدل رگرسیون خطی توجیه گردید (R2= 0.05). همچنین بهترین روش زمین آماری، یعنی روش کوکریجینگ ساده با استفاده از متغیر کمکی رس، با R2= 0.23 and RMSE= 0.127 فقط تا اندازه ای توانایی تخمین میزان کربن آلی را داشت. این در صورتی است که شبکه عصبی مصنوعی با استفاده از پارامترهای طول و عرض جغرافیایی کارایی بسیار بهتری با R2= 0.79 and RMSE= 0.044 در تخمین مقدار کربن آلی نسبت به روش های رگرسیون خطی و زمین آماری نشان داد. در نتیجه روش ترکیبی شبکه عصبی- کریجینگ بهترین روش برای پهنه بندی کربن آلی در منطقه مورد مطالعه شناخته شد.
کلید واژگان: میانکنگی، کربن آلی، رگرسیون خطی، زمین آمار، مدل شبکه عصبی مصنوعیJournal of water and soil, Volume:28 Issue: 6, 2015, PP 1250 -1260Knowledge of organic carbon spatial variations in different land uses will help to interpret and simulate the behavior of terrestrial ecosystems facing environmental and climate changes. The purpose of this study is comparing regression, geostatistics and artificial neural network (ANN) methods for predicting organic carbon content in 192 samples of surface soil (0 to 30 cm) of Sistan plain (Miankangi region). In this study, Only 25% of organic carbon variations were explained by variables used in linear regression model in the study area (R2= 0.25). Moreover, simple co-kriging (with clay as co-variable) which was the best geostatistical method in the current study, predicted organic carbon content weakly (R2= 0.23 and RMSE= 0.127). However, using latitude and longitude parameters, ANN performed much better than linear regression and geostatistical methods for predicting organic carbon content (R2= 0.79 and RMSE= 0.044).Keywords: Miankangi, Organic Carbon, Linear Regression, Geostatistics, Artificial Neural Network Model -
اندازه گیری ظرفیت تبادل کاتیونی خاک در سطوح وسیع، معمولا بسیار پرهزینه و وقت گیر است. تخمین این کمیت به وسیله ویژگی های زودیافت خاک، از طریق توسعه توابع غیرپارامتریک می تواند رویکرد مناسبی باشد. در این پژوهش روش غیرپارامتریکی با عنوان K- نزدیک ترین همسایگی در تخمین CEC خاک استفاده شد و نتایج آن با یکی از پرکاربردترین روش های مرسوم مبتنی بر مدل های شبکه عصبی مصنوعی (ANN) مورد مقایسه قرار گرفت. 683 نمونه خاک از مناطق مرکزی ایران انتخاب شدند که 120 عدد از آن ها به عنوان داده های مورد آزمون (هدف) و 563 عدد به عنوان بانک داده مرجع (آموزش) قرار گرفتند. مقادیر پارامترهای رس، سیلت، شن و کربن آلی خاک به عنوان متغیر مستقل ورودی (زودیافت) و CEC به عنوان متغیر وابسته خروجی بودند. نتایج نشان داد که بیش ترین خطای برآورد (MaxE) در روش K-NN برابر cmol+/kg 81/4 و این مقدار در روش ANN برابر cmol+/kg 26/5 بود. ریشه میانگین مربعات خطا در روش K-NN، 51/1 و در روش ANN، 53/1 بود، که نشان می دهد هر دو روش قادرند با دقت بالا و یکسانی CEC خاک های هدف را پیش بینی نمایند. مقادیر مثبت آماره میانگین خطا (ME) برای این دو روش نیز نشان داد که هر دوی آن ها متمایل به برآورد کم تر مقدار CEC می باشند. همچنین نتایج بررسی کارایی مدل ها نشان داد که هر دو روش از کارایی بالایی (88/0=EF) در برآورد ظرفیت تبادل کاتیونی خاک برخوردار هستند.
کلید واژگان: مدل غیرپارامتریک، ظرفیت تبادل کاتیونی، K، نزدیک ترین همسایگی، مدل شبکه عصبی مصنوعیCation exchange capacity (CEC) measurement is a very expensive and time-consuming method in large scale assessments. It can be an appropriate approach to predict CEC from readily available properties via developing nonparametric models. In the present study, a nonparametric technique has been used for estimating CEC and compared with the most common nonparametric models which is based on artificial neural networks (ANN). 683 soils were selected from central Iran that 120 of them were used as target data and the others (563) were the reference data set. The parameters, clay, silt, sand and organic carbon content were the input independent variables (readily available properties) and the CEC was as an output dependent variable in this work. The results showed that the maximum error (MaxE) in K-NN and ANN techniques were 4.81 and 5.26 cmol+/kg, respectively. Root mean squared error (RMSE) for the K-NN and ANN were 1.51 and 1.53, respectively. This indicated that both methods are able to properly and equally predict CEC. The positive values of mean error (ME) showed that both models tended to underestimate CEC values in samples. The results analysis also showed that the efficiency of models (EF=0.88) were high by the estimation of CEC values in target soils.
Keywords: Nonparametric models, Cation exchange capacity, K, nearest neighbor, Artificial neural network model
- 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.