particle swarm algorithm
در نشریات گروه آب و خاک-
تغییر اقلیم با ایجاد تغییر در میزان دما و بارش موجب تغییر در آبدهی رودخانهها می شود. از این رو، شبیهسازی جریان رودخانه به عنوان پیشنیاز برنامه ریزی و مدیریت منابع و مصارف آب اهمیت فراوان دارد. لذا در پژوهش حاضر تاثیر تغییر اقلیم بر میزان دبی رودخانه مهاباد در دورههای زمانی آینده (2026-2045) با استفاده از مدل های یادگیری ماشین بررسی شد. ابتدا دو سناریوی ورودی که در آن سناریوی اول شامل پارامترهای دما و بارش و سناریوی دوم شامل پارامترهای دما، بارش و دبی یک ماه قبل بود، تدوین شد. در ادامه عملکرد دو مدل ANN و ANN-PSO در تخمین دبی جریان در دوره پایه (1992-2014) مقایسه شد تا بهترین سناریو و بهترین مدل برای پیش بینی جریان در دوره آینده تحت سه سناریو SSP1.26، SSP2.45 و SSP5.85 گزارش ششم تغییر اقلیم (CMIP6) انتخاب شود. نتایج معیارهای ارزیابی خطا نشان داد که مدل ANN-PSO با استفاده از سناریوی دوم و با معیارهای 77/0=NSE، MCM 4/6=RMSE و MCM 4/3=MAE قادر به تخمین مناسب دبی می باشد. نتایج بررسی اثر تغییر اقلیم بر روی هر یک از پارامترهای هواشناسی نشان داد که تغییر اقلیم باعث افزایش دما در حدود 5/0 تا 1 درجه در طول دوره و ایجاد یک الگوی نوسانی در بارش می شود. نتایج بررسی تغییر اقلیم روی دبی نشان داد که تحت سناریوی SSP1.26 تغییرات چندانی اکثر ماه ها در دبی رخ نخواهد داد اما در سناریوهای SSP2.45 و SSP5.85 در ماه دسامبر افزایش اندک دبی رخ خواهد داد و در ماه می و آوریل بیش ترین کاهش دبی به ترتیب MCM 5/16 و MCM 33/13 خواهد بود.کلید واژگان: پیش بینی سری زمانی، تخمین دبی رودخانه، تغییر اقلیم، ANN، PSOClimate change causes changes in the flow of rivers by causing changes in temperature and precipitation. Therefore, river flow simulation is important as a prerequisite for some environmental and engineering issues. In the current research, the effect of climate change on the Mahabad’s river flow in the future periods (2045-2026) was predicted using machine learning models. First, two input scenarios were compiled, in which the first scenario included temperature and precipitation parameters and the second scenario included temperature, precipitation, and flow parameters one month ago. In the following, the performance of two ANN and ANN-PSO models in estimating the flow rate in the base period (1992-2014) was compared to select the best scenario and the best model for predicting the flow in the future period under the three scenarios SSP1.26, SSP2.45 and SSP5.85 of the CMIP6. The results of the error evaluation criteria showed that the ANN-PSO model makes the best estimation of the river flow using the second scenario and with the criteria (NSE=0.77, RMSE=6.4 MCM, MAE=3.4 MCM for the test data) and it was chosen to predict the flow in the future period (2026-2045). The results of investigating the effect of climate change on each of the meteorological parameters showed that climate change causes an increase in temperature and creates a fluctuating pattern in precipitation. The results of the climate change survey on flow showed that under the SSP1.26 scenario, there will not be much changes in flow in almost months, but in the SSP2.45 and SSP585 scenarios, there will be an increase in the discharge in December, and in May and April, the greatest decrease in discharge will be (16.50 MCM) and (13.33 MCM) respectively.Keywords: Artificial Neural Network, Climate Change, Particle Swarm Algorithm, River Discharge, Time Series Prediction
-
بهینه سازی الگوی کشت یک راهبرد مهم در مصرف بهینه آب در کشاورزی می باشد. تحقیق حاضر تلاشی برای توسعه و ارزیابی چهار مدل هیبریدی بر مبنای بیشینه سازی نرخ بازدهی اقتصادی و کمینه سازی ریسک انتخاب الگوی کشت بهینه است. مدل ها بر اساس شاخص های ریسک شامل واریانس (مدل MVar)، نیم واریانس (مدل MSVar)، قدر مطلق انحراف از میانگین (مدل MADev) و ارزش در معرض ریسک شرطی (مدل MCOVaR) و با رعایت قیود حاکم توسعه یافته اند و در یک سطح اطمینان انتخابی امکان تعیین بهترین سناریوی الگوی کشت با بالاترین نرخ بازدهی اقتصادی و کمترین ریسک که قابل اندازه گیری است، را در مرحله تصمیم گیری فراهم می آورند. داده های مورداستفاده مربوط به شبکه آبیاری پایاب سد یامچی اردبیل و برای سال زراعی 98-1397 می باشد. توسعه مدل ها در محیط MATLAB بر اساس برنامه ریزی غیرخطی و حل مسئله بهینه سازی با استفاده از الگوریتم ازدحام ذرات و به صورت چندهدفه انجام شده است. بالاترین مقدار ضریب همبستگی در رگرسیون نتایج مدل ها با معادله فوریه به میزان 9997/0=R2 با دقت (0011/0=RMSE) برای مدل MADev به دست آمد. نتایج نشان داد بیشترین بازدهی به 0.31 متعلق به سیب زمینی با حداکثر ریسک 58% و کمترین مقدار بازدهی به مقدار 0.13 مربوط به گیاه ذرت با حداکثر ریسک 63% است. با محاسبه 50 سناریوی بهترین الگوهای کشت ممکن ازنظر ارضای توابع هدف و قیود حاکم، جبهه کارای تک تک مدل ها ترسیم و جدول مقادیر درآمد سیستم برای سطوح ریسک 20% و 30% استخراج و ارایه گردید. نتایج به دست آمده در تمام مدل ها بیانگر افزایش بازدهی اقتصادی با افزایش سطح ریسک پذیری سیستم در انتخاب الگوی کشت های بهینه بوده و این افزایش در مدل MADev نسبت به بقیه مدل ها از شیب بیشتری برخوردار است. همچنین نتایج نشان داد افزایش ریسک پذیری، افزایش سطح زیر کشت گیاهان با مصرف آب بیشتر و نهایتا افزایش مقدار نیاز آبی کل را در پی دارد.
کلید واژگان: ارزش در معرض ریسک شرطی، الگوریتم ازدحام ذرات، الگوی کشت بهینه، مدیریت ریسکCropping pattern optimization is an important strategy in the optimal use of water in agriculture. The present study attempted to develop and evaluate four hybrid models based on maximizing economic return rate and minimizing risk based on risk indices including variance (MVar model), semi-variance (MSVar model), absolute value deviation from mean (MADev model) and conditional value at risk (MCOVaR model). The MCOVaR model is governed by observing the rules, which at a selective confidence level allows determining the best cropping pattern scenario with selective return rate and the lowest risk that can be measured in the decision-making stage. The data used are related to the downstream irrigation network of Ardabil Yamchi Dam and for the 1397-98 crop year. The development of the model in MATLAB is based on nonlinear programming and optimization problem solving using particle swarm algorithm in a multi-objective solution. The highest correlation coefficient in regression of the models with Fourier equation was R2=0.9997 with accuracy (RMSE=0.0011) for MADev model, The results showed that the highest yield of 0.31 belonged to potatoes with a maximum risk of 58% and the lowest yield of 0.13 belonged to the maize plant with a maximum risk of 63%. By calculating 50 scenarios of the best possible cropping patterns in terms of satisfying the target functions and governing conditions, the pareto front of each model was drawn and the table of system income values for risk levels of 20% and 30% was extracted and presented. The results obtained in all models indicate an increase in economic efficiency by increasing the risk level of the system in selecting the optimal cropping pattern and this increase in MADev model is more steep than other models and increasing risk-taking leads to increasing the area under cultivation of plants with more water consumption.
Keywords: Conditional value at risk, Optimal cropping pattern, Risk Management, Particle Swarm Algorithm -
بهینه سازی شبکه پایش، یک فرآیند تصمیم گیری برای داشتن بهترین ترکیب در بین ایستگاه های موجود است. به دلیل ملاحظات اقتصادی و کاستن از هزینه های پایش، رویکرد بهینه سازی در این پژوهش، کاهش ایستگاه های پایش بدون کاهش میزان و دقت اطلاعات حاصل می باشد. درتحقیق حاضر طراحی بهینه شبکه پایش کیفی آب زیرزمینی به کمک مدلی بر پایه بهینه سازی در دشت نیشابور انجام گرفته است. بهینه سازی شبکه چاه ها توسط الگوریتم دو هدفه ازدحام ذرات (MOPSO) با اهداف کمینه نمودن مقدار ریشه مربعات میانگین خطا (RMSE) و کمینه نمودن تعداد چاه ها اجرا شد. در بخش شبیه سازی مسئله از روش درون یابی کریجینگ برای مقادیر غلظت کلراید آب زیرزمینی محاسباتی استفاده شد و با مقادیر مشاهداتی مقایسه شدند. نتایج این تحقیق، ارائه یک جبهه پارتو با نمایش تعداد چاه در مقابل RMSE متناظر آن بود که می تواند دستورالعملی برای طراحی شبکه پایش کیفی آب زیرزمینی باشد. به این صورت که با تعیین دقت لازم در داده های حاصل از شبکه پایش می توان تعداد چاه ها و موقعیت آن ها را در منطقه مطالعاتی مشخص نمود. پس از اجرای مدل MOPSO-GS نتایج بهینه سازی نشان داد که در آبخوان نیشابور تعداد چاه های نمونه برداری می تواند به اندازه 58 درصد و با حداقل افزایش خطا (50 چاه با خطای صفر به 21 چاه با خطای غلظت کلراید 57/13 میلی گرم بر لیتر)، کاهش داده شود. همچنین موقعیت این چاه ها به عنوان موقعیت بهینه در نظر گرفته شد.
کلید واژگان: الگوریتم ازدحام ذرات، بهینه سازی دوهدفه، غلظت کلراید، کریجینگMonitoring network optimization is a decision making process for the best combination of available stations. Due to economic considerations and reduction of monitoring costs ، the optimization approach in this study is to reduce monitoring stations without reducing the amount and accuracy of the information obtained. In this study, an optimal design of groundwater quality monitoring network was carried out with the help of an optimization model in the Neishabour plain aquifer. The optimization of the wells network was accomplished by a Multi Objective Particle Swarm Optimization (MOPSO) algorithm. Two objectives containing of minimizing the root mean square error (RMSE) and the number of wells was applied in current research. Kriging interpolation was used for calculating groundwater chlorine concentration values and compared with observation values. As a result of this research was presented a Pareto front exctracted from MOPSO showing the number of wells against their corresponding RMSE, which could be a guide for the design of a groundwater quality monitoring network. The outcome showed that the sampling wells can be reduced to 58 percent with a minimum error increase (all 50 wells in base network with zero error may be reduced to 21 with chlorine concentration error of 13.57 mg/l) in the Neishabour aquifer. Also, the position of these wells was considered as the optimal position.
Keywords: Chlorine concentration, Kriging, Particle swarm algorithm, Two-objective optimization -
سابقه و هدفبا توجه به محدود بودن منابع آب سطحی و ظرفیت مخازن سدها، مدیریت علمی و ارائه سیاست بهره برداری بهینه از مخازن، امری لازم و حیاتی در جهت برآورده کردن نیازهای آبی است. همچنین با توجه به اهمیت و استفاده از منابع آب و تخصیص بهینه این منبع کمیاب بین مصارف مختلف در منطقه سیستان ضروری به نظر می رسد، که برنامه ایی جهت تحقق این هدف پایه ریزی شود در منطقه موردمطالعه و داخل کشور تاکنون تحقیقی در مورد تخصیص بهینه آب با کاربرد الگوریتم پیشرفته فرا ابتکاری PSO جهت بهینه سازی مخازن چاه نیمه سیستان استفاده نگردیده است. از این رو در پژوهش حاضر سعی گردیده است که تخصیص بهینه منابع آب مخازن چاه نیمه سیستان تحت سه سناریوهای مدیریتی (سناریوی تثبیت ریزگردها، توسعه کشاورزی و انتقال خط لوله دوم آب شرب از مخازن چاه نیمه به شهرستان زاهدان) با استفاده از تکنیک فرا ابتکاری ازدحام ذرات (PSO) موردبررسی قرارگرفته است.مواد و روش هاروش بهینه سازی انبوه ذرات یا به اختصار بهینه سازی انبوه (PSO) یک الگوریتم بهینه سازی تصادفی بر اساس جمعیت است که از شبیه سازی رفتار اجتماعی گروه پرندگان الهام گرفته شده است. در الگوریتم بهینه سازی انبوه ذرات، موجوداتی وجود دارند که آن ها ذره نامیده می شوند و در فضای جستجوی تابعی که قصد کمینه کردن (یا بهینه کردن) مقدار آن می باشد، پخش شده اند. هر ذره مقدار تابع هدف را در موقعیتی از فضا که در آن قرارگرفته است ،محاسبه می کند. در این پژوهش از الگوریتم مذکور جهت تخصیص بهینه منابع آب استفاده گردید. تابع هدف در این پژوهش بهینه سازی و حداکثر سازی میزان تامین آب می باشد. همچنین قیود مربوطه به تابع هدف، قیود سیستماتیک، قیود و محدودیت های الگوریتم (PSO) و قیود و محدودیت های مخازن در منطقه مورد می باشد.یافته هابر اساس نتایج به دست آمده، مقدار بهینه رهاسازی شده در سال 1364 (سال اول) 39/25 میلیون مترمکعب با میزان تقاضای 31/98 میلیون مترمکعب بوده که مقدار 91/72 میلیون مترمکعب تامین نیاز انجام نشده است. مقایسه چهار سال پایانی نشان می دهد که در سال 29 عدم تامین نیاز کمتری نسبت به سه سال بعدی خود داشته است. سناریوی تثبیت ریزگردها در منطقه موردمطالعه به عنوان یک پروژه اجرایی جدی مطرح بوده که نتایج اجرای این سناریو نشان داد که کاربرد الگوریتم مورداستفاده می تواند تخصیص بهینه منابع آب را به خوبی انجام داده و موردتوجه قرار گیرد. با توجه به نتایج به دست آمده پیشنهاد می گردد که مدلسازی های فرا ابتکاری می تواند تخصیص بهینه کاملتری با حداقل خطا در تابع هدف را بدست دهد.
کلید واژگان: تخصیص بهینه، چاه نیمه سیستان، آب و خاک، سناریوی تثبیت ریزگردها، الگوریتم ازدحام ذراتBackground and objectivesDue to the limited surface water resources and reservoir capacity of dams, scientific management and optimal utilization policy of reservoirs is essential and vital in meeting the water requirements. Considering the importance and utilization of water resources and the optimal allocation of this scarce resource among different uses in the Sistan region, it seems necessary to establish a plan to achieve this goal. In the studied area and in the country, so far, an investigation into the optimal allocation of water with the application of advanced PSO algorithm for optimization of semi-Sistan reservoirs has not been used. Therefore, in the present study, the optimal allocation of water resources in the Chah-Nimeh reservoirs under three management scenarios (scenario of stabilization of micro-organisms, agricultural development and transfer of second drinking water from reservoirs to the district of Zahedan) using the metamorphic technique of congestion Particles (PSO) have been investigated.Materials and Methodsparticle swarm optimization method or abbreviated mass optimization (PSO) is a population based stochastic optimization algorithm that simulates the social behavior of birds Group is inspired. In the mass optimization algorithm of particles, there are organisms that they are called particle and are spilled in the search space of a function that is intended to minimize (or optimize) its value. Each particle calculates the value of the target function in the position of the space in which it is located. In this research, the algorithm was used to allocate optimal water resources. The objective function in this research is to optimize and maximize the amount of water supply. Also, the constraints are related to the objective function, the systematic constraints, the constraints and limitations of the algorithm and the constraints and limitations of the reservoirs in the region.ResultsAccording to the results, the optimum release rate in 1995 (first year) was 39.35 million cubic meters, with the demand of 98.31 million cubic meters, which did not meet the required amount of 72.91 million cubic meters. The comparison of the last four years shows that in the year 29, lack of supply was less than the next three years. The scenario of stabilization of the microstats in the study area was considered as a serious project. The results of this scenario showed that the application of the algorithm used can properly optimize the allocation of water resources. According to the results, it is suggested that ultra-modern modeling can achieve more optimal allocation with the minimum error in the target function.Keywords: Optimal Allocation, Chah-Nime Reservoirs, Water, Soil Management Scenarios, Particle Swarm Algorithm -
نشریه علوم آب و خاک (علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی)، سال بیست و دوم شماره 1 (پیاپی 83، بهار 1397)، صص 279 -290بهره برداری از مخازن سدها یکی از مسائل مهم در زمینه مدیریت منابع آب می باشد. در این تحقیق، الگوریتم جستجوی کلاغ برای نخستین بار برای بهره برداری از مخازن سدها استفاده شده است. همچنین، نتایج مربوط به بهره برداری سیستم تک- مخزنه سد شهید رجایی در استان مازندران، جهت تامین نیازهای پایین دست سد، با الگوریتم های تکاملی ازدحام ذرات و ژنتیک مقایسه گردید. برای انتخاب روش برتر، از شاخص های اعتمادپذیری زمانی، اعتمادپذیری حجمی، آسیب پذیری و بازگشت پذیری و مدل تصمیم گیری چندمعیاره نیز استفاده گردید. نتایج نشان داد که الگوریتم جستجوی کلاغ دارای پاسخی نزدیک به پاسخ بهینه مطلق مسئله است. به گونه ای که میانگین پاسخ ها در الگوریتم های جستجوی کلاغ، ازدحام ذرات و ژنتیک به ترتیب 99، 75 و 61 درصد پاسخ بهینه مطلق است. همچنین، الگوریتم جستجوی کلاغ، به جز از لحاظ شاخص اعتمادپذیری زمانی، در بقیه شاخص ها دارای عملکرد بهتری نسبت به الگوریتم های ژنتیک و ازدحام ذرات می باشد. ضریب تغییرات پاسخ های به دست آمده توسط الگوریتم جستجوی کلاغ نسبت به الگوریتم های ژنتیک و ازدحام ذرات به ترتیب به میزان 16 و 14 برابر کوچک تر می باشد. مدل تصمیم گیری چندمعیاره مشخص نمود که الگوریتم جستجوی کلاغ دارای رتبه یک نسبت به دو الگوریتم دیگر در حل مسئله بهره برداری از مخزن سد شهید رجایی می باشد.کلید واژگان: الگوریتم های تکاملی، مدیریت منابع آب، الگوریتم ژنتیک، الگوریتم ازدحام ذراتExploitation of dam reservoirs is one of the major problems in the management of water resources. In this research, Crow Search Algorithm (CSA) was used for the first time to manage the operation of reservoirs. Also, the results related to the exploitation of the single-reservoir system of Shahid-Rajaei dam, located in Mazandaran province, northern Iran, which meets the downstream water demands, were compared to those obtained by applying the Particle Swarm and Genetic algorithms. Time reliability, volume reliability, vulnerability and reversibility indices, and a multi-criteria decision-making model were used to select the best algorithm. The results showed that the CSA obtained results close to the problems absolute optimal response, such that the average responses in the Crow, Particle Swarm and Genetic Algorithms were 99, 75 and 61 percent of the absolute optimal response, respectively. Besides, except for the time reliability index, the CSA had a better performance in the rest of the indices, as compared to Particle Swarm and Genetic Algorithms. The coefficient of variation of the obtained responses by CSA was 14 and 16 times smaller than the Genetic and Particle Swarm Algorithms, respectively. The multi-criteria decision-making model revealed that the CSA was ranked first, as compared to the other two algorithms, in the Shahid-Rajaei Reservoir's operation problem.Keywords: Evolutionary algorithms, Water resources management, Genetic Algorithm, Particle Swarm Algorithm
- 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.