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

machine learning algorithms

در نشریات گروه آب و خاک
تکرار جستجوی کلیدواژه machine learning algorithms در نشریات گروه کشاورزی
تکرار جستجوی کلیدواژه machine learning algorithms در مقالات مجلات علمی
  • فاطمه خدایار، محمدرضا انصاری*، سعید حجتی، الهام خدایار

    نظارت و کنترل بر میزان و منابع گردوغبار تحت تاثیر تغییرات اقلیمی و توسعه رویکردهای پیش بینی مناسب که تاثیرات مستقیمی بر محیط زیست و سلامت انسان دارد بسیار حائز اهمیت هستند. این مطالعه باهدف تخمین غلظت ذرات کوچکتر از 10 میکرومتر (PM10) در شهر اهواز، با استفاده از مدل های مختلف یادگیری ماشین انجام شده است. از متغیرهای اقلیمی و شاخص عمق بصری (AOD) محصول باند 476 نانومتر سنجنده مودیس به عنوان متغیرهای موثر در برآورد غلظت ذرات PM10 در قالب سه سناریو شامل: ترکیب شاخص AOD با PM10 (سناریو اول)، ترکیب متغیرهای اقلیمی با PM10 (سناریوی دوم) و ترکیب متغیرهای اقلیمی و شاخص AOD با PM10 (سناریوی سوم) استفاده گردید.  با استفاده از شش الگوریتم مدل یادگیری ماشین شامل:  Random Forest Regression (RFR)، Gradient Boosting Regression (GBR)،(ANN)  Artificial Neural Networks، AdaBoostR with DTR ، (SVR)  Support Vector Regressionو (DTR) Decision Tree Regression، میزان غلظت ذرات (PM10) در سناریوهای مختلف با در نظر گرفتن ضرایب صحت و دقت تعیین و مقایسه شدند. مهم ترین متغیرهای تاثیرگذار در برآورد میزان PM10: ساعت آفتابی، حداقل دید افقی ، ماکزیمم سرعت باد و شاخص AODتعیین گردید. مدل رگرسیون خطی GBR  با مقادیر ضرایب R2، MAE، RMSE و IOA به ترتیب برابر با76/0، 31/0، 49/0 و 93/0 مناسب ترین مدل در تخمین غلظت ذرات (PM10) بوده، که در سناریوی سوم بدست آمد. نتایج نشان داد که استفاده از ترکیب شاخص AODدر کنار متغیرهای اقلیمی منجر به بهبود عملکرد مدل در برآورد غلظت ذرات  PM10 شده است. مدل نهائی  پیشنهادی می تواند به منظور تخمین روزانه ذرات PM10 استفاده شود.

    کلید واژگان: الگوریتم های یادگیری ماشین، متغیرهای اقلیمی، عمق نوری آئروسل، ذرات معلق با قطر آئرودینامیکی کمتر از 10 میکرومتر
    Fatemeh Khodayar, Mohammadreza Ansari *, Saeid Hojati, Elham Khodayar

    Monitoring and controlling the level and sources of dust are crucial in the face of climate change and the development of suitable predictive approaches that directly impact the environment and human health. This study aims to estimate the concentration of PM10 in the city of Ahvaz using various machine learning models. Climate variables and the Aerosol Optical Depth (AOD) index, derived from the MODIS sensor at a wavelength of 476 nanometers, were used as influential variables in estimating PM10 concentration in three scenarios: combining AOD with PM10 (scenario 1), combining climate variables with PM10 (scenario 2), and combining climate variables and AOD with PM10 (scenario 3) .Using six machine learning algorithms, namely Random Forest Regression (RFR), Gradient Boosting Regression (GBR), Artificial Neural Networks (ANN), AdaBoostR with DTR, Support Vector Regression (SVR), and Decision Tree Regression (DTR), the PM10 concentration was estimated in different scenarios, considering accuracy and precision coefficients. The most influential variables in estimating PM10 concentration were determined to be sunshine hours, minimum visibility, maximum wind speed, and the AOD index. The GBR linear regression model, with R2, MAE, RMSE, and IOA coefficients of 0.76, 0.31, 0.49 and 0.93 respectively, was found to be the most suitable model for estimating PM10 concentration in scenario 3. the results showed that incorporating the AOD index alongside climate variables improved the model's performance in estimating PM10 concentration. The proposed final model can be used for daily estimation of PM10 particles.

    Keywords: Machine Learning Algorithms, Climatic Variables, AOD Index, PM10
  • Samira Gerami *, Abolfazl Akbarpour
    Accurate prediction of wastewater effluent parameters is crucial for evaluating the performance of wastewater treatment plants, as it significantly contributes to reducing time, energy, and costs. This study employed three machine learning algorithms such as Artificial Neural Network (ANN), Support Vector Machine (SVM), and Gaussian Process Regression (GPR)  in order to forecast the output COD values of Wastewater Treatment Plant No. 1 in Parkand Abad, Mashhad, Iran. The input data for the models included BOD5, COD, TSS, Temprature, and pH of influent sewage, recorded daily from March 2018 to June 2019. The findings indicated that the SVM model surpassed the ANN and GPR models in predicting effluent COD parameters across all three phases, with GPR also performing better compared to ANN throughout the training, validation, and testing stages. The SVM model achieved values of  r = 0.82, R2 = 0.67, RMSE = 19.02, MAPE = 0.069, and MAE = 13.26 during the training phase, and the model exhibits values of r= 0.74, R2= 0.45, RMSE=28.02, MAPE=0.080, and MAE=18.46 in the testing phase.
    Keywords: Chemical Oxygen Demand, Coefficient Of Determination, Machine Learning Algorithms, Wastewater Treatment Plant
  • محمدتقی ستاری*، کیمیا شیرینی، سحر جاویدان

    آگاهی از کیفیت آب یکی از نیازهای مهم در برنامه ریزی، توسعه و حفاظت از منابع آب به شمار می رود. تعیین کیفیت آب برای مصارف مختلف از جمله آبیاری و شرب در مناطق مختلف ضروری است. استفاده از روش های مدرن داده کاوی، می توانند رویکرد مناسبی برای پیش بینی و طبقه بندی کیفیت آب ارائه دهند. در پژوهش حاضر کیفیت آب رودخانه قزل اوزن در ایستگاه قره گونئی روستایی از توابع بخش حلب شهرستان ایجرود در استان زنجان مورد ارزیابی قرار گرفت. در این راستا شاخص کیفی آب شرب (WQI) با استفاده از پارامترهای شیمیایی سختی کل، قلیائیت (pH)، هدایت الکتریکی، کل مواد جامد محلول، کلسیم، سدیم، منیزیم، پتاسیم، کلر، کربنات، بی کربنات و سولفات در دوره آماری 21ساله (1398-1378) محاسبه شد. با توجه به تعداد نسبتا زیاد پارامترها از روش های تحلیل مولفه های اصلی و تحلیل مولفه های مستقل برای کاهش ابعاد استفاده شد. سپس از الگوریتم های مختلف یادگیری ماشین شامل درخت تصمیم، رگرسیون لجستیک و شبکه عصبی مصنوعی پرسپترون چندلایه برای مدل سازی شاخص کیفی آب استفاده شد. با استفاده از این روش ها تعداد پارامترهای مورد نیاز برای محاسبه شاخص کیفی از 12 به دو کاهش یافت. کاهش ابعاد داده ها باعث صرفه جویی در زمان نمونه برداری، پایش نمونه ها و تعیین کیفیت آب شده و هزینه های مورد نیاز برای مدل سازی را به مقدار قابل توجهی کاهش می دهد. نتایج نشان داد از بین روش های کاهش بعد روش تحلیل مولفه های اصلی نسبت به روش تحلیل مولفه های مستقل کارایی بهتری می تواند داشته باشد. هم چنین، نتایج نشان داد که از بین روش های مورد استفاده در مدل سازی، روش شبکه عصبی پرسپترون چندلایه با استفاده از تحلیل مولفه های اصلی با ضریب تبیین 99/0، جذر میانگین مربعات خطا برابر 79/44 و ضریب ویلموت اصلاح شده برابر 99/0 بهترین عملکرد را داشته است. با توجه به این که ابعاد زیاد داده در بررسی و مدل سازی کیفیت آب باعث پیچیدگی و زمان بر بودن فرآیند مدل سازی می شود، لذا توصیه می شود از روش های کاهش بعد مانند تحلیل مولفه های اصلی برای کاهش ابعاد داده استفاده شود. نتایج حاصل از بررسی ها برتری روش تحلیل مولفه های اصلی نسبت به روش تحلیل مولفه های مستقل را نشان می دهد.

    کلید واژگان: شاخص کیفی آب، کاهش ابعاد، الگوریتم های یادگیری ماشین، تحلیل مولفه های اصلی، تحلیل مولفه های مستقل
    Mohammadtaghi Sattari *, Kimia Shirini, Sahar Javidan
    Introduction

    Water quality assessment is paramount for various sectors, including environmental planning, public health, and industrial operations. With the increasing importance of ensuring safe water sources, especially for drinking and irrigation purposes, modern methodologies like data mining offer valuable tools for predictive analysis and classification of water quality. Knowledge of water quality is considered one of the most important needs in planning, developing, and protecting water resources. Determining the quality of water for different uses, including irrigation and drinking in different areas of life. The use of modern data mining methods can be beneficial for predicting and classifying the quality of provider water. In the current study, the water quality of the Qizil-Uzen River was evaluated at Qara Gunei stations. In this regard, the drinking water quality index (WQI) using the chemical compounds of glass hardness, alkalinity (PH), electrical conductivity, total dissolved substances, calcium, sodium, magnesium, potassium, chlorine, carbonate, bicarbonate and sulfate in the statistical period of 21 years (2000-2020) was estimated. Water quality assessment is paramount for various sectors, including environmental planning, public health, and industrial operations. With the increasing importance of ensuring safe water sources, especially for drinking and irrigation purposes, modern methodologies like data mining offer valuable tools for predictive analysis and classification of water quality.

    Materials and Methods

    Due to the relatively large number of variables, principal component analysis and independent component analysis methods were used to reduce dimensions, and then different machine learning algorithms including decision tree, logistic regression, and multi-layer perceptron artificial neural network were used to model the water quality index. By using these methods, the number of parameters needed to calculate the quality index was reduced from 12 to 2. Reducing the dimensions of the data saves the time of sampling, monitoring the samples, and determining the quality of the water and reduces the costs required for modeling to a significant amount. The results showed that among the dimensionality reduction methods, the principal component analysis method can perform better than the independent component analysis method. In the current research, the WQI index was modeled using machine learning algorithms including decision tree, logistic regression, and artificial neural network method. The quality of water in the Qizil-Uzen Qara Gunei river station has been evaluated. Then, to estimate the numerical values of the WQI index, TH, pH, EC, TDS, Ca, Na, Mg, K, Cl, CO3, HCO3, and SO4 parameters of the mentioned station in the statistical period of 21 years (1378-1398) were used. PCA and ICA methods have been used to select different input parameters. Modeling has been done in a Python programming environment. Among the available samples, 75% are considered for training and 25% for testing.

    Results and Discussion

    In the present research, to model the water quality index in the first stage, different dimensionality reduction methods such as PCA and ICA were used to reduce the time and cost of implementation. In the second stage, machine learning methods such as decision tree, linear regression, and multilayer perceptron were used. In the method used by Tripathi and his colleagues, by using the principal component analysis method, they reduced the number of parameters needed to calculate the quality index from 28 to 9 and calculated the water quality index with the number of 9 parameters. Examining the two methods of PCA and ICA has reduced the dimensions of the problem from 12 dimensions to 2 dimensions. The results show that the PCA method can help us improve performance with little cost and high accuracy. Because of the PCA dimensions. The comparison of the results of the models was done using different numerical and graphical evaluation criteria, including R2, RMSE, and modified Wilmot coefficient as numerical criteria and Taylor diagram as graphical criteria. Because the PCA algorithm can help reduce noise in data, feature selection, and generate independent and unrelated features from data. The results show that multi-layer perceptron, decision tree, and logistic regression methods accurately perform the water quality index. In this research, for the first time, using the ICA dimension reduction algorithm, while reducing the dimensions of the problem, the water quality index is predicted with an accuracy of over 90%.

    Conclusion

    Water quality index modeling holds significant relevance in agricultural practices, where access to clean water is crucial for irrigation and crop growth. Surprisingly, only a limited number of studies have explored variable reduction methods in water quality index modeling, with none incorporating the relatively novel Independent Component Analysis (ICA) method for dimensionality reduction. Thus, the current research fills this gap by employing PCA and ICA techniques to reduce the dimensionality of large datasets in water quality index modeling. By utilizing these advanced methods, the study aims to enhance efficiency and accuracy in assessing water quality, thereby offering valuable insights for agricultural water management. Following dimensionality reduction, the dataset is then subjected to modeling using various machine learning algorithms. This approach not only optimizes computational resources but also facilitates a deeper understanding of the complex interrelationships among water quality parameters. Through this pioneering research endeavor, the efficacy of ICA alongside PCA in addressing water quality index modeling challenges is evaluated. By integrating these techniques with machine learning methodologies, the study endeavors to provide actionable intelligence for agricultural stakeholders, aiding in informed decision-making and resource allocation. Moreover, by venturing into unexplored territory with the inclusion of ICA, the research contributes to expanding the methodological toolkit available for water quality assessment. As agriculture faces increasing pressure from climate change and resource scarcity, such innovative approaches hold promise in ensuring sustainable water management practices.

    Keywords: Dimensionality Reduction, Independent Component Analysis, Machine Learning Algorithms, Principal Component Analysis, Water Quality Index
  • هانیه بوربور، محمد عبداللهی پور*، حجت عبدالهی، محمود مشعل
    در سال های اخیر، بهره گیری از الگوریتم های یادگیری ماشین شیوه ای امیدوارکننده در بهبود پیش بینی های عملکرد محصولات زراعی بوده است. این پژوهش با هدف ارزیابی برآورد عملکرد محصول جو آبی و دیم و نیز عملکرد کل جو تولیدی در مراکز استان های کشور با استفاده از داده های سنجش از دور و روش های یادگیری ماشین شامل  XGBoostو SVM انجام شد. نتایج نشان داد که با استفاده از داده های اقلیمی، شاخص های خشکسالی و شاخص های گیاهی سنجش از دوری و الگوریتم XGBoost و SVM می توان به طور قابل قبولی برآورد عملکرد محصول جو را در مناطق مختلف کشور با اقلیم های متفاوت انجام داد. میزان خطای RMSE برای هر دو مدل، در حد قابل قبول بین 41/0 تا 77/0 تن در هکتار قرار داشت. با توجه به مقادیر ضریب تعیین R2  که برای الگوریتم های XGBoost و SVR در مدل سازی عملکرد کشت دیم به ترتیب برابر 2/0 و 22/0، در عملکرد آبی برابر 52/0 و 55/0 و برای حالت ترکیبی جو آبی و دیم برابر 66/0 و 65/0 به دست آمده است، می توان گفت که نتایج برای هر دو الگوریتم در برآورد محصول دیم نامناسب تر از برآورد جو آبی و نیز ترکیب جو آبی و دیم بوده است. کرنل RBF به عنوان مناسب ترین کرنل برای استفاده در الگوریتم SVM انتخاب شد. هم چنین در این پژوهش ضمن بررسی اثرات تغییر نسبت تقسیم داده های مراحل آموزش و آزمون، پارامترهای بارش، دما و تبخیر و تعرق به عنوان مهم ترین پارامترهای موثر بر عملکرد محصول جو برای هر دو الگوریتم در حالت های مختلف موردبررسی تعیین شد.
    کلید واژگان: الگوریتم های یادگیری ماشین، پیش بینی عملکرد، سنجش از دور، محصول جو
    Hanie Bourbour, Mohammad Abdolahipour *, Hojjat Abdollahi, Mahmoud Mashal
    In recent years, the use of machine learning algorithms has been a promising way to improve crop yield predictions, especially when using non-linear relationships. This research was conducted with the aim of evaluating the yield estimation of irrigated and rainfed barley as well as the total yield of barley produced in the provincial centers of Iran using remote sensing data and machine learning methods including XGBoost and SVM. The results showed that by using climatic data, drought indices and plant indices of remote sensing and also XGBoost and SVM algorithms, it is possible to reliably estimate barley yield in different regions of the country with different climates. In general, the RMSE error obtained for both models was acceptable (0.41 and 0.77 t/ha). The R2 determination coefficient values for XGBoost and SVR algorithms in modeling rainfed barley cultivation performance were equal to 0.2 and 0.22 respectively, in irrigated barley performance were equal to 0.52 and 0.55 and for total barley were equal to 0.66 and 0.65, indicating that the rainfed yield modeling were not as suitable as irrigated and total barely yield modeling. The RBF kernel was chosen as the best kernel to use for the SVM algorithm. Also, in this research, while examining the effects of change in train and test data dividing, the parameters of precipitation, temperature, and evapotranspiration were determined as the most important parameters affecting the performance of the barley yield for both algorithms in different evaluated conditions.
    Keywords: Barely production, machine learning algorithms, remote sensing, Yield prediction
  • عاطفه نورکی، منا گلابی*، محمد الباجی، عبدعلی ناصری، سعید همایونی
    برآورد و پایش زمانی-مکانی رطوبت خاک سطحی براساس مشاهدات سنجش از دوری (نوری و حرارتی) بدلیل ماهیت فیزیکی در شرایط پوشش گیاهی متراکم چالش برانگیز است که نیاز به بهبود و افزایش دقت تخمین رطوبت خاک در این مناطق را ضروری می سازد. لذا این پژوهش با هدف توسعه یک رویکرد جدید در برآورد رطوبت خاک سطحی در مزارع کشاورزی با شرایط پوشش گیاهی متراکم، براساس ترکیب داده های سنجش از دور نوری-حرارتی و اطلاعات فیزیکی خاک با استفاده از مدل های یادگیری ماشین انجام شد. بدین منظور از 16 تصویر ماهواره لندست-8 و بیش از 430 نقطه کنترل زمینی در طول دوره رشد گیاه نیشکر در سال زراعی 1399-1398 در منطقه کشت و صنعت نیشکر حکیم فارابی خوزستان استفاده گردید. 10 سناریوی مختلف براساس متغیرهای ورودی طراحی شد و سپس توسط پنج الگوریتم یادگیری ماشین شامل رگرسیون خطی چندگانه، مدل های مبتنی بر درخت تصمیم (classification and regression tree و M5-pruned) و مدل های مبتنی بر یادگیری جمعی (رگرسیون درختان توسعه یافته و رگرسیون جنگل تصادفی) مورد ارزیابی قرار گرفتند. مطابق با نتایج، بیشترین همبستگی متغیرها با رطوبت خاک سطحی در شاخص های خیسی خاک و رطوبت خاک نرمال شده با مقادیر ضریب همبستگی برابر 79/0 و 69/0 مشاهده شد. همچنین بیشترین دقت مدل های یادگیری ماشین بر اساس آماره هایR2 ، RMSE و MAE به ترتیب در مدل های رگرسیون درختان توسعه یافته (99/0، 011/0 و 001/0) و رگرسیون جنگل تصادفی (99/0، 014/0 و 007/0) به دست آمد. به طور کلی یافته های این پژوهش بیان گر اهمیت استفاده از ویژگی های بیوفیزیکی مستخرج از داده‏های ماهواره لندست-8 در ترکیب با مدل های یادگیری جمعی است که می تواند مستقل از هرگونه اندازه گیری زمینی باشد.
    کلید واژگان: پوشش گیاهی متراکم، خصوصیات فیزیکی خاک، رطوبت خاک، سنجش از دور، مدل های یادگیری ماشین
    Atefeh Nouraki, Mona Golabi *, Mohammad Albaji, Abdali Naseri, Saeid Homayouni
    Spatiotemporal estimation and monitoring of soil moisture based on remote sensing observations (optical and thermal) is challenging due to its physical nature in high vegetation conditions, necessitating improving and increasing the accuracy of soil moisture estimation in these areas. Therefore, this research aimed to develop a new approach to estimating surface soil moisture in agricultural fields with dense vegetation using machine learning algorithms by incorporating optical and thermal remote sensing data and soil physical properties. For this objective, 16 Landsat-8 satellite images and more than 430 control locations were used during the sugarcane crop’s growth period in 2018-2019 at the Hakim Farabi Sugarcane Agro-Industrial company in the Khuzestan province of Iran. A set of 10 scenarios of various unique combinations of the available input variables were developed and then evaluated by five machine learning algorithms, including multiple linear regression (MLR), decision tree-based algorithms (CART and M5P), and ensemble learning-based algorithms (gradient-boosted regression trees (GBRT) and random forest regression (RFR)). According to the results, the highest correlation between input variables and surface soil moisture was observed in Soil Wetness Index (SWI) and Normalized Soil Moisture Index (NSMI) with R values of 0.79 and 0.69, respectively. Also, the highest accuracy of machine learning algorithms based on R2, RMSE, and MAE results was obtained in GBRT (0.99, 0.011, and 0.006) and RFR (0.99, 0.014, and 0.007), respectively. In general, the findings of this research show the importance of using variables based on Landsat-8 remote sensing data in combination with ensemble learning algorithms that can be independent of any ground measurements.
    Keywords: High vegetation, machine learning algorithms, remote sensing, Soil moisture, soil physical properties
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