data preprocessing
در نشریات گروه آب و خاک-
پایش سطوح آب های زیرزمینی و برآورد دقیق نوسانات آن در دوره های پیش رو به خصوص در مناطق خشک و نیمه خشک ضرورت دارد. با توجه به قابلیت مدل های مبتنی بر هوش مصنوعی در مدل سازی پدیده های هیدرولوژیکی، در این پژوهش از مدل درخت تصمیم M5P در ترکیب با تبدیل موجک به منظور پیش بینی نوسانات سطح آب زیرزمینی دشت کرمان- باغین استفاده شده است. جهت توسعه مدل ترکیبی موجک-درخت تصمیم (W-M5P)، خروجی های تبدیل موجک به عنوان ورودی بر M5P اعمال می شوند. برای ارزیابی کارایی مدل ترکیبی در مقایسه با مدل منفرد، از چندین معیار از جمله ضریب همبستگی (R)، شاخص توافق (Ia) و شاخص پراکندگی (SI) استفاده شد. نتایج نشان داد، به رغم اینکه ورودی مدل ترکیبی، صرفا داده های هواشناسی ایستگاه سینوپتیک بوده و از سطح آب در دوره های پیشین استفاده نشده، با این وجود WM5P کارایی بالایی در مدل سازی نوسانات سطح آب زیرزمینی در مقایسه با مدل منفرد ارایه نموده است. به گونه ای که مدلWM5P برای افق پیش بینی سه ماه با موجکCoif4 و سطح تجزیه شش، مقدار SI را از 6394/0 به 0181/0 کاهش و هم زمان Ia را از 6898/0 به 9998/0 افزایش داده است. براین اساس، انتخاب موجک کویفلت با مرتبه 4 و سطوح تجزیه 5 و 6 در مدل ترکیبی، کاراترین مدل در برآورد سطح آب زیرزمینی دشت کرمان-باغین می باشد.
کلید واژگان: پیش پردازش داده، سطح ایستابی، مدل سازی، هوش مصنوعی، یادگیری ماشینAccurate monitoring of groundwater levels and estimating their fluctuations in the future is of importance, especially in arid and semi-arid areas. regarding the high capabilities of AI-based models in the modeling of hydrologic phenomena, this research used the MP5 decision tree, in combination with the wavelet transform, to predict groundwater level fluctuations of the Kerman-Bagheyn plane. To develop the wavelet-decision tree (W-M5p) hybrid model, the wavelet transformation outputs were exported to the MP5 as inputs. Several statistical criteria, including coefficient of correlation (R), agreement index (Ia), and scattering index (SI), were used to evaluate the performance of the hybrid model compared to the single model. The results indicated that, even when the inputs of the hybrid model includes only the meteorological data from a synoptic station (the water level of previous periods were not used in the analysis), that the performance of the WM5P was superior to the single model in the prediction of groundwater fluctuations. The WM5P model with three months of forecast horizon with the Coif4 wavelet and decomposition level of 6 reduced the SI value from 0.6394 to 0.0181 and, at the same time, increased the Ia from 0.6898 to 0.9998. Consequently, the Coiflet4 with decomposition levels of 5 and 6 was the most efficient wavelet in the hybrid model for reliable estimation of the Kerman-Bagheyn plane groundwater level.
Keywords: Data preprocessing, Water Table, Modeling, Artificial intelligence, Machine lrarning -
پیش بینی بارش از نقش مهمی در حفظ، مدیریت، تخصیص و توزیع منابع آب، تعیین حجم تاسیسات آبی، تامین نیاز آبی محصولات و همچنین تعیین مقدار فرسایش و رسوب برخوردار است. روش های مختلفی جهت پیش بینی بارش وجود دارد. این پژوهش با هدف بررسی عملکرد شبکه های عصبی مصنوعی در پیش بینی بارش ماهانه بر اساس اطلاعات اقلیمی و جغرافیایی نظیر دمای حداقل و حداکثر، رطوبت حداقل و حداکثر، بارش، طول و عرض جغرافیایی و ارتفاع از سطح دریا در سطح 23 ایستگاه استان فارس اجرا گردید. نتایج در سطح 5، 10 و 18 داده ورودی نشان داد با افزایش تعداد ورودی دقت مدل در تخمین میزان بارش ماهانه افزایش می یابد. دقیق ترین مدل شبکه عصبی در روش نرمال سازی رتبه ای با یک لایه مخفی و بهترین ساختارهای شبکه نیز به ترتیب در ساختار 1-25-5، 1-30-10 و 1-20-18 می باشد. نتایج نشان داد که شبکه عصبی با 18 ورودی دارای کوچک ترین MSE=0.032 و بالاترین R=0.62 می باشد. بهترین روش برای نرمال سازی، روش رتبه ای با شبکه عصبی بهینه یک لایه و ساختار 1-25-5 و الگوریتم آموزش لونبرگ- مارکوارت و تابع محرک تانژانت سیگمویید می باشد. بنابراین با استفاده از شبکه عصبی مصنوعی (با 18 ورودی معرفی شده) می توان مقدار و توزیع بارش ماهانه منطقه وسیعی را با دقت قابل قبولی پیش بینی نمود. این موضوع نقش بسیار تعیین کننده ای در مدیریت و برنامه ریزی منابع آب شرب و کشاورزی ایفا می کند؛ به طوری که می توان با در نظر گرفتن این پیش بینی ها، سیاست های آینده را در جهت بهینه سازی صرف هزینه ها و امکانات بهره وری حداکثر طرح ریزی کرد.
کلید واژگان: پیش پردازش داده ها، شبکه عصبی مصنوعی، نرمال سازی رتبه ایPrecipitation forecasting is essential in maintaining, managing, allocating, and distributing water resources, determining the volume of water facilities, supplying the crops' water requirement, and determining the amount of erosion and sedimentation. This research aimed to investigate the performance of artificial neural networks in predicting monthly rainfall based on climatic and geographic information such as minimum and maximum temperature, minimum and maximum humidity, precipitation, latitude and longitude, and altitude above sea level in 23 stations of the Fars province. The results on levels 5, 10, and 18 of input data showed that the model accuracy in estimating the monthly rainfall increases with the increment in the number of inputs. The most accurate neural network model is in the rank normalization method with one hidden layer, and also, the best network structures are 5-25-1, 10-30-1, and 18-20-1, respectively. The results indicated that the neural network with 18 inputs has the smallest MSE=0.032 and the highest R=0.62. The best normalization method is the ranking method with an optimal neural network of one layer and 5-25-1 structure, the Levenberg-Marquardt training algorithm, and the sigmoid tangent stimulus function. Therefore, by using an artificial neural network (with 18 introduced inputs), it is possible to predict the amount and distribution of monthly rainfall in a wide area with acceptable accuracy. This issue plays a very decisive role in the management and planning of drinking and agricultural water resources; by taking into account these forecasts, future policies can be planned to optimize costs and maximum productivity facilities.
Keywords: Data preprocessing, Artificial Neural Network, Rank Normalization -
تابش خورشیدی رسیده به سطح زمین یکی از متغیرهای اصلی مورد استفاده در پروژه ها و مدل سازی های هیدرولوژی، کشاورزی، هواشناسی و اقلیمی می باشد. در این تحقیق قابلیت عملکرد روش تحلیل مولفه اصلی (PCA) و تئوری آنتروپی (EN) برای تعیین ورودی مدل های شبکه عصبی مصنوعی پرسپترون چندلایه (MLP)، شبکه عصبی مصنوعی تابع پایه شعاعی (RBF)، ماشین بردار پشتیبان (SVM) و برنامه ریزی ژنتیک (GEP) در برآورد تابش خورشیدی در دو ایستگاه همدید کرمان و مشهد به ترتیب در حد فاصل سال های 1984 تا 2005 و 1980 تا 2004 مورد بررسی قرار گرفت. متغیرهای میانگین دما، میانگین کمبود فشار بخار آب اشباع، دمای کمینه، دمای بیشینه، ساعت آفتابی، رطوبت نسبی، دمای نقطه شبنم، فشار بخار ساعتی، دید افقی و محتوی بخار آب جو به عنوان ورودی روش های پیش پردازش انتخاب شدند. با توجه به نتایج به دست آمده در ایستگاه کرمان، مدل ENT-MLP با ریشه میانگین مربعات خطای برابر36/38 (Mj/m2) و ضریب تبیین 93/0 R2= بهترین عملکرد را داشته است. همچنین در ایستگاه مشهد مدل PCA-MLP با ریشه میانگین مربعات خطای برابر75/79 (Mj/m2) و ضریب تبیین 77/0 R2= بهترین عملکرد را داشته است. به طور کلی هر دو روش پیش پردازش تحلیل مولفه اصلی (PCA) و تئوری آنتروپی (EN) برای تعیین ورودی مدل های تخمین گر به منظور تخمین تابش خورشیدی روش مناسبی تشخیص داده شدند.کلید واژگان: پیش پردازش داده ها، تابش خورشیدی، تحلیل مولفه اصلی، تئوری آنتروپی، شبکه عصبی مصنوعیSolar radiation arriving to the land surface is one of the major variables that is used in projects and hydrological, agricultural, meteorological and climatic models. In this study, the functionality of the principal component analysis (PCA) and the entropy theory (EN) for determination of inputs to multilevel perceptron artificial neural network (MLP), artificial neural network, radial basis function (RBF), support vector machine (SVM)and genetic programming (GEP), was investigated for estimation of solar radiation at two stations (Kerman and Mashhad) during 1984-2005 and 1980-2004 periods, respectively. The average temperature, mean water deficit pressure, minimum temperature, maximum temperature, sunshine, relative humidity, dew point temperature, hourly vapor pressure, horizontal visibility and water content were selected as inputs of pre-processing methods. The obtained results in Kerman station showed that the ENT-MLP model with RMSE=38.36 (Mj /m2) and R2 = 0.93 have had the best performance. Also in Mashhad station, PCA-MLP model with RMSE=79.75 (Mj / m2) and R2 = 0.77 had the best performance. In general, the both pre-processing principal component analysis and entropy theory were recognized as the proper methods for determination of estimating models input to estimate solar radiation.Keywords: Data Preprocessing, Solar Radiation, Principal Component Analysis, Entropy Theory, artificial neural network
- 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.