genetic algorithm
در نشریات گروه اکولوژی-
هدف مطالعه حاضر، بهینه یابی الگوی کشت در قالب مدل چندهدفه در شرایط آب وهوایی نرمال و خشک، در منطقه گهرباران شهرستان ساری با استفاده از مدل الگوریتم ژنتیک می باشد. در این راستا، ترکیب بهینه محصولات، حداکثر بهره وری اقتصادی آب، حداقل مصرف آب، حداقل آلایندگی ناشی از مصرف کودهای شیمیایی حاصل از کشت ارقام مختلف برنج تعیین و با شرایط فعلی منطقه مقایسه شده است.در این مطالعه از روش الگوریتم ژنتیک با لحاظ شرایط، سه سال آبی مختلف برای دستیابی به هدف مذکور استفاده شده است. جهت دستیابی به مدیریت توام اقتصادی و زیست محیطی از الگوی برنامه ریزی چندهدفه استفاده می شود. داده های مطالعه از سازمان جهاد کشاورزی و شرکت آب منطقه ای مازندران در سال زراعی 1399-1398 جمع آوری شد. همچنین جهت بهینه سازی از نرم افزار matlab استفاده شده است.نتایج نشان می دهد الگوی پیشنهادی الگوریتم ژنتیک در هر دو حالت آب و هوایی نسبت به الگوی فعلی منطقه دارای برتری است و دستیابی مناسب تر اهداف مطالعه را نشان می دهد. طبق الگوی بهینه در وضعیت نرمال آب و هوایی، هدف اقتصادی 16 درصد، هدف اکولوژیکی 5/3 درصد و هدف زیست محیطی 5/17 درصد بهبود خواهد یافت. همچنین در وضعیت آب وهوایی خشک هدف اقتصادی 17 درصد افزایش، هدف اکولوژیکی 22 درصد کاهش و هدف زیست محیطی 20 درصد کاهش را نسبت به الگوی کشت فعلی منطقه نشان می دهد. در هر دو حالت آب و هوایی پیشنهاد می شود رقم طارم هاشمی بیشترین میزان سطح زیرکشت را به خود اختصاص دهد. نتیجه مذکور با توجه به میزان کم مصرف آب و کود شیمیایی این رقم، منطقی به نظر می رسد.
کلید واژگان: الگوریتم ژنتیک، برنج، کشاورزی پایدار، مدیریت آب، گهربارانThe aim of the present study is the application of the genetic algorithm model for optimizing the cropping pattern in form of a multi-objective model in the normal and dry climates of Goharbaran area in Sari. In this regard, at first, the optimal products composition, maximum economic water productivity, minimum water consumption, minimum consumption of chemical fertilizers from different rice cultivars have been determined. At second, results were compared with the current conditions in the region.In this study, the method of genetic algorithm with respect to the conditions of different aquatic years has been used to achieve this goal. A multi-objective planning model has been used to achieve integrated economic and environmental management. The data of the present study were collected through the Jihad Agricultural Organization and Mazandaran Regional Water Company in the 2019-2020 crop year. Matlab software has also been used to estimate the resultsThe results show that the suggested pattern of the genetic algorithm in these climate conditions superior to the current model of the region and shows more appropriate achievement of study objectives. The optimal pattern in normal climate conditions will be improved in economic goal, ecological goal, and environmental goal by 16%, 3.5%, and17.5%, respectively. Also, in dry climate, the economic goal increases by 17%, the ecological goal decreases by 22% and the environmental goal decreases by 20% compared with the current cultivation pattern of the region.
Keywords: genetic algorithm, Rice, Sustainable Agriculture, Water Management, . Goharbaran -
مجله اکو هیدرولوژی، سال نهم شماره 1 (بهار 1401)، صص 227 -242
کشاورزی به علت ماهیت بیولوژیکی آن و وابستگی شدید به طبیعت بزرگ ترین مصرف کننده منابع آبی در بیشتر کشورها است. بنابراین، امروزه مدیریت آب در این بخش نقش مهمی را در مصرف منابع آب کشورها بازی می کند. مطالعه حاضر با هدف بهینه سازی سطح زیر کشت، تخصیص آب آبیاری و حداکثرسازی سود حاصل از کشت محصولات زراعی دشت دامنه داران استان اصفهان در دوره 2017- 2030 تحت سناریوی RPC8.5 گزارش پنجم تغییر اقلیم با کمک الگوریتم ژنتیک انجام شد. نتایج حاصل از اجرای مدل در بخش تغییر اقلیم پس از تخمین رواناب ماهانه حوضه به وسیله مدل AWBM با ضریب همسبتگی 75 درصدی نشان داد مقادیر RMSE، MBE و R پارامترهای ریزمقیاس سازی شده توسط مدل ریزمقیاس ساز آماری (SDSM) به ترتیب برابر 34/8، 51/7 و 98/0در پارامتر دما و 28/1-، 28/6 و 78/0در پارامتر بارش است. بهینه سازی الگوی کشت در منطقه مطالعه شده باعث کاهش سطح زیر کشت محصولات گندم، جو، چغندرقند و ذرت علوفه ای به ترتیب به مقدار 6/2130، 1/1176، 8/112 و 516 هکتار، افزایش سطح زیر کشت سیب زمینی به مقدار 5/3935 هکتار، صرفه جویی مصرف آب بخش کشاورزی طی سال های 2017- 2030 به مقدار 21/18 میلیون مترمکعب و افزایش سود کلی کشاورزان منطقه به میزان 163 میلیون تومان شد.
کلید واژگان: سناریوی پنجم تغییر اقلیم، مدل AWBM، الگوریتم ژنتیکIn most countries, agriculture is the largest consumer of water due to its biological nature and strong dependence on nature. As a result, water management in this sector plays an essential role in determining how countries use their water resources. The present study was conducted to optimize the area under cultivation, allocate irrigation water, and maximize crops’ benefit in the Damaneh-Daran plain, Isfahan, Iran, from 2017-2030 under the RPC8.5 scenario using a genetic algorithm. Following monthly runoff estimating by the AWBM model under climate change conditions within a correlation coefficient of 75% indicated that the values of RMSE, MBE, and R of the microscale parameters measured by the Statistical Micro-Scale Model (SDSM) were equal to 8.34, 7.51 and 0.98 in the temperature parameter and -1.28, 6.28, and 0.78 in the precipitation parameter, respectively. Wheat, barley, sugar beet, and fodder corn cultivation were reduced by 2130.6, 1176.1, 112.8, and 516 hectares, respectively, by pattern optimization. The expansion of potato cultivation by 3935.5 hectares reduced water usage by 18.21 Mm3and generated a total profit of 163 million tomans for farmers between 2017 and 30.
Keywords: Fifth Climate Change Scenario, AWBM Model, Genetic Algorithm -
در دهه های اخیر، رشد روز افزون جمعیت و توسعه تکنولوژی و به تبع آن، فعالیت های شدید کشاورزی و صنعتی منابع آب زیرزمینی را در معرض انواع آلاینده های ناشی از آنها قرار داده است. دشت عجب شیر واقع در جنوب غربی استان آذربایجان شرقی و جنوب شرقی دریاچه ارومیه، یکی از مناطقی است که با آلودگی آب زیرزمینی مواجه شده است و نیاز مبرم به بررسی های کیفی دارد. به همین منظور، در تحقیق حاضر، ابتدا از روش دراستیک معمولی برای بررسی پتانسیل آلودگی دشت عجب شیر به نیترات استفاده شد. سپس، با استفاده از روش های الگوریتم ژنتیک و منطق فازی (ساجنو) فرایند بهینه سازی صورت گرفت. مقدار شاخص در روش دراستیک معمولی از 87 تا 145، همچنین مقادیر شاخص دراستیک با در نظر گرفتن وزن های الگوریتم ژنتیک و بهینه سازی با منطق فازی به ترتیب 47 تا 74 و 01/0 تا 6/0به دست آمد که مطابق تقسیم بندی آلر دراستیک معمولی در محدوده های کم، کم تا متوسط و متوسط تا زیاد، قرار گرفته است که در آن منطقه ای از شمال دشت و شمال شهر عجب شیر دارای شاخص آسیب پذیری متوسط تا زیاد بودند. همچنین، دراستیک بهینه شده با الگوریتم ژنتیک و منطق فازی به علت کمتر بودن مقادیر شاخص از 79 در محدوده بدون خطر از نظر پتانسیل آلودگی قرار دارند. ضریب همبستگی دراستیک معمولی، روش الگوریتم ژنتیک و روش منطق فازی با غلظت نیترات به ترتیب 273/0، 57/0 و 796/0 حاصل شد. بنابراین، نتایج برتری روش منطق فازی نسبت به سایر روش ها را نشان می دهد.
کلید واژگان: آبخوان دشت عجب شیر، آسیب پذیری آب زیرزمینی، الگوریتم ژنتیک، دراستیک، منطق فازیIn recent decades, increasing of population and development of technology and, consequently, intense agricultural and industrial activities have exposed groundwater resources to a variety of pollutants. Ajabshir plain, located in the southwest of East Azarbaijan province and southeast of Urmia Lake, is one of the areas that has faced groundwater contamination and needs more qualitative studies. In this study, first, the conventional drastic method was used to investigate the potential of nitrate contamination in Ajabshir plain, and then the optimization process was performed using the methods of genetic algorithm and fuzzy logic (Sugeno). The index values in the conventional drastic method were obtained from 87 to 145, as well as the drastic index values obtained by considering the weights of the genetic algorithm and optimization with fuzzy logic, from 47 to 74 and 0.01 to 0.6, respectively. According to the allergy classification the ordinary drastic is located in low, low to medium, and medium to high ranges, in which areas from the north of the plain and the north of Ajabshir city had moderate to high vulnerability index. Also, the optimized variables with genetic algorithm and fuzzy logic are in the safe zone in terms of contamination potential due to lower index values than 79. The normal drastic correlation coefficient, genetic algorithm, and fuzzy logic method with nitrate concentration were 0.2,73, 0.57, and 0.796, respectively. Therefore, the results show the superiority of the fuzzy logic method over other methods.
Keywords: Ajabshir Plain Aquifer, Groundwater vulnerability, DRASTIC, Genetic Algorithm, Fuzzy logic -
فرسایش بادی به عنوان یک پدیده طبیعی موثر در تخریب سرزمین و بیابان زایی در مناطق خشک و نیمه خشک جهان، تحت تاثیر مولفه های گوناگونی قرار دارد، به گونه ای که درک ما از فرآیند فرسایش بادی اغلب به سبب تعدد و پیچیدگی عامل های موثر بر آن محدود می شود. پژوهش حاضر در راستای شناسایی مهم ترین مولفه های موثر بر شدت فرسایش بادی با استفاده از الگوریتم ترکیبی الگوریتم ژنتیک- شبکه عصبی مصنوعی (GA-ANN) و الگوریتم ژنتیک با مرتب سازی نامغلوب (NSGA-II) انجام شده است. به منظور دستیابی به یک مجموعه داده مناسب و قابل اطمینان، با طرح ریزی یک الگوی تصادفی نظارت شده، نمونه های خاک از 51 نقطه مشاهداتی در بخشی از دشت نرماشیر استان کرمان جمع آوری و ویژگی های مختلف خاک اندازه گیری شد. علاوه بر آن، در هر نقطه مورد مطالعه، شدت فرسایش بادی با استفاده از یک دستگاه تونل باد قابل حمل تعیین شد. بر اساس نتایج حاصل از اجرای الگوریتم GA-ANN، ویژگی های شن، رس، پوشش سنگریزه ای، پایداری خاکدانه ها، مقاومت سله سطحی، رطوبت و ماده آلی به عنوان موثرترین مولفه ها در ارتباط با تغییرات مکانی شدت فرسایش بادی تشخیص داده شدند. در مقابل، زیرمجموعه انتخاب شده توسط الگوریتم NSGA-II، ویژگی های شن، پوشش سنگریزه ای، پایداری خاکدانه ها، مقاومت سله سطحی و رطوبت را به عنوان موثرترین متغیر ها معرفی نمود. میزان خطای محاسبه شده برای الگوریتم GA-ANN برابر با 58/3 درصد بود؛ در حالی که میزان این خطا برای الگوریتم NSGA-II برابر با 70/1 درصد بود. با توجه به نتایج به دست آمده، هر دو الگوریتم، عملکرد قابل قبولی در راستای دستیابی به هدف پژوهش حاضر نشان دادند. بنابراین، الگوریتم های توسعه داده شده در این پژوهش می توانند در راستای شناسایی مهم ترین عوامل موثر بر شدت فرسایش بادی در سایر مناطق با چالش های مشابه، مورد استفاده قرار گیرند.
کلید واژگان: الگوریتم ژنتیک، تونل باد، داده کاوی، شبکه عصبی مصنوعیWind erosion is an important cause of land degradation and desertification in arid and semi-arid regions of the world. This phenomenon occurs more severely in dry and bare soils. During wind erosion, soil particles are transported by three mechanisms known as creeping, saltation and suspension, which result in numerous on- and off-site damages. Wind erosion as a natural phenomenon, is affected by many factors. Our understanding of wind erosion is commonly constrained by the multiplicity and complexity of factors in this process. In recent years, solving pattern recognition and optimization problems with metaheuristic algorithms has received considerable attention among researchers. Genetic algorithms is a search technique inspired by the process of natural selection, which is well applied to multimodal, non-linear, and non-derivable objective functions. In the current research, for identifying the most important parameters affecting wind erosion rate, two GA-ANN and NSGA-II hybrid algorithms were developed using genetic algorithm and artificial neural networks. In order to prepare a suitable and reliable data set; after designing a grid sampling strategy, soil samples were collected from 51 study sites in the Narmashir plain, Kerman and then some soil parameters were measured. In addition, wind erosion rate was determined at each study site using a portable wind tunnel device. Based on the GA-ANN algorithm results, gravel coverage, sand, clay, aggregate stability, surface crust, moisture, and organic matter were identified as the main determinant features affecting spatial variation of wind erosion rate. However, the selected feature subset by NSGA-II algorithm included gravel coverage, sand, aggregate stability, surface crust, and moisture. The calculated error function for the GA-ANN algorithm performance was 3.58%. It was 1.70% for the NSGA-II algorithm performance. According to the results, both algorithms had acceptable performance to achieve the purpose of the present study. Therefore, the algorithms developed in this study can be applied to identify the most important parameters affecting wind erosion rate in other areas with similar challenges.
Keywords: Genetic Algorithm, Wind tunnel, Data mining, Artificial Neural Networks -
محدودیت منابع آبی همواره از موانع اصلی توسعه بخش کشاورزی بهعنوان بستر اصلی نیل به خودکفایی مواد غذایی مطرح بوده است. یکی از کاربردهای مهم تصاویر سنجش از دور، در حوزه فعالیتهای کشاورزی است. در تحقیق حاضر از تصاویر ماهواره سنتینل 2 برای تفکیک محصولات کشاورزی در محدوده شهرستان ارومیه بهصورت روشهای مبتنی بر ورودیهای چندزمانی استفاده شده است. به دلیل تغییرات طیفی محصولات طی دوره رشد، به کارگیری تصاویر چندزمانی مطابق با تقویم زراعی محصولات، نقش مهمی در تفکیک این محصولات ایفا میکند. در این طبقهبندی تمامی ورودیها دارای تاثیر یکسان در طبقهبندی در نظر گرفته میشوند که این امر خلاف واقعیت است. بنابراین، به منظور افزایش دقت طبقهبندی و بهبود نتایج، به هر یک از ورودیهای چندزمانی، وزن مناسبی باید اختصاص یابد که در پژوهش حاضر انتخاب وزنهای بهینه برای تمام ورودیها با بهرهگیری از الگوریتم ژنتیک مورد توجه قرار گرفته است. بهینه کردن طبقهبندی تصاویر ماهوارهای به روش کمترین فاصله توسط الگوریتم ژنتیک به دو حالت انجام یافته است؛ در حالت نخست تاثیر تعداد نرونهای لایه میانی و انتخاب پارامترهای بهینه برای شبکه عصبی و در حالت دوم، تاثیر ترتیب معرفی نمونههای آزمایشی بررسی شده است. در حالت نخست تعداد 4 تا 20 نرون برای لایه میانی و مقداری بین صفر و یک برای میزان آموزش و ضریب مومنتوم انتخاب و ارزیابی شده و در حالت دوم ترتیبهای مختلفی از معرفی نمونههای آموزشی ارزیابی شدهاند. نتایج نشان داد بهینه شدن ترتیب معرفی نمونههای آموزشی، موجب افزایش 5/4 درصدی در دقت محاسبات شده است. بنابراین، ترتیب معرفی نمونههای آزمایشی در مقایسه با سایر پارامترها، بیشترین تاثیر را در همگرایی شبکه و حصول به نتایج بهینه داشته است. همچنین، مقایسه دو طبقهبندی استاندارد و بهینهشده، نشان داد مقدار کاپا از 86 درصد در حالت استاندارد به مقدار 5/90 درصد در حالتی که ورودیها به صورت بهینه وزندهی شدهاند، افزایش یافته است.کلید واژگان: الگوریتم ژنتیک، بهینهسازی، تصاویر سنجش از دور، شبکۀ عصبی مصنوعی، طبقهبندیWater is one of most important factors in the growth and development of human societies, where water resource limitations have always been one of the main barriers to agricultural development as a major basis for achieving food self-sufficiency. One of the main applications of satellite imagery is its utilization in the field of water resources management and agricultural activities, in which managers can benefit from it for studying cultivation levels, crop classification, crop estimation, and agricultural crisis forecasting. Generally, overall consumption estimation, water/irrigation management, and utilization of dams’ storage capacity are among the most important research topics. This study benefits from the Sentinel-2 satellite for classifying the agricultural crops based on the multi-temporal methods. Besides, four classification methods are adopted for classifying, namely, minimum distance, maximum likelihood, fuzzy, and neural network. Due to the spectral changes of goods during the growing period, using the multi-temporal methods based on the crop calendar can play a decisive role in classifying process, such that the classification accuracy increases to 86 percent via the maximum likelihood and neural network methods. Moreover, the normalized Kappa increased to 90.5 percent, when the neural network method parameters are optimized. The results obtained from the simulation indicate that genetic algorithm is the best method for obtaining the optimal results. After selecting the optimized neural network parameters, the classification has been taken into account and observed that Alfalfa has the largest crop surface, while it requires a considerable amount of water and its demand is in a lower value.Keywords: Classification, Artificial Neural Network, remote sensing, Optimization, Genetic Algorithm
-
دشت شبستر منطقه فعالی از نظر کشاورزی است و استفاده از منابع آب زیرزمینی در آن به علت کمبود آب سطحی اهمیت بسیار زیادی دارد. رشد روزافزون جمعیت و فعالیت های صنعتی و کشاورزی و به تبع پسماندهای ناشی از آنها، احتمال آلودگی این آبخوان را افزایش می دهد. بنابراین، ارزیابی آسیب پذیری آبخوان این دشت برای توسعه، مدیریت و تصمیم های کاربری اراضی، چگونگی پایش کیفی منابع آب زیرزمینی و جلوگیری از آلودگی این منابع، بسیار مفید است. در مطالعه حاضر به منظور ارزیابی آسیب پذیری آبخوان دشت شبستر از روش دراستیک و سینتکس استفاده شده است. با توجه به اینکه رتبه ها و وزن های مدل های آسیب پذیری تا حدودی به نظر کارشناسی مربوط است، برای بهبود رتبه ها در هر دو مدل دراستیک و سینتکس از روش ویلکوکسن و به منظور بهینه سازی وزن ها، از روش آماری ساده و الگوریتم ژنتیک استفاده شد. در نهایت، مدل های بهینه شده ویلکوکسن-آماری- دراستیک-، ویلکوکسن-الگوریتم ژنتیک- دراستیک-، ویلکوکسن-آماری- سینتکس و ویلکوکسن- الگوریتم ژنتیک- سینتکس ساخته شد. در تمام مدل های بهینه سازی ضریب تعیین بین غلظت نیترات و شاخص آسیب پذیری مربوط به آن نسبت به مدل اولیه افزایش یافت. ضریب تعیین بالاتر مدل سینتکس-ویلکوکسن-الگوریتم ژنتیک (46/0=) نسبت به دیگر مدل های بهینه شده نشان دهنده کارایی بهتر آن در منطقه مطالعه شده است.کلید واژگان: آسیب پذیری، بهینه سازی، دراستیک، سینتکس، شبسترShabestar plain is an active agricultural area and the utilization of groundwater resources is extremely important due to the shortage of surfaces water resources. Increasing of population and technological and agricultural activities possibly causes the aquifer contamination in this area. Therefore, assessing the groundwater vulnerability of this aquifer will be very useful for development, management and land use decisions, to monitoring of the groundwater resources quality and preventing the contaminations of groundwater resources. . In this study DRASTIC and SINTACS methods were used to assess the vulnerability of the Shabestan plain aquifer. Considering that the ratings and weights of the DRASTIC and SINTACS models are somewhat expertly Wilcoxon rank-sum test (WRST) method was used to improve the ratings in both the models and in order to optimize weights, simple statistical (SS) and genetic algorithm(GA) methods were used. Finally, the optimized WRST-SS-DRASTIC, WRST-GA-DRASTIC, WRST-SS-SINTACS, WRST-GA-SINTACS models were made. In all optimization models, the detemination coefficient between the nitrate concentration and the vulnerability index was increased relative to the original model. The higher determination coefficient of the WRST-GA-SINTACS model than other optimized models represents the better performance of this optimized model in the study area.Keywords: groundwater vulnerability, DRASTIC, SINTACS, statistical, genetic algorithm
-
در جهان امروز، یکی از مشکلات اساسی بشر تامین نیازهای غذایی با توجه به محدودیت نهاده ها است. بر همین اساس بهینه سازی الگوی کشت محصولات زراعی، یک راهکار مناسب جهت توسعه بخش کشاورزی و تامین غذای بشر است. در این راستا در مطالعه حاضر، الگوی کشت بهینه در منطقه گهرباران شهرستان ساری با استفاده از مدل برنامه ریزی غیرخطی معمولی و الگوریتم ژنتیک تعیین و با یکدیگر مقایسه شد. داده های مطالعه حاضر از طریق تکمیل پرسشنامه و مصاحبه حضوری با 250 کشاورز منطقه گهرباران در سال زراعی 1394-1393 جمع آوری شده است. نتایج حاصل از این مطالعه نشان داد که الگوی کشت بهینه بدست آمده از مدل الگوریتم ژنتیک غیرخطی به علت تنوع بیشتر، افزایش سودآوری به میزان 2 درصد و کاهش ریسک به میزان 22 درصد، نسبت به مدل برنامه ریزی غیرخطی معمولی برتری دارد. با توجه به اینکه استفاده از الگوی کشت پیشنهادی الگوریتم ژنتیک موجب افزایش بازده برنامه ای بهره برداران نسبت به الگوی برنامه ریزی غیرخطی معمولی می شود، لذا تشویق و حمایت دولت از کشاورزان در زمینه به کارگیری نتایج چنین الگوهایی الزامی است.کلید واژگان: الگوریتم ژنتیک، الگوی کشت، برنامه ریزی غیرخطی معمولی، ریسک، کشاورزان گهرباران ساریIn today's world, one of the basic human problems is securance of food need due to inputs limitation. Accordingly, cropping pattern optimization is a suitable strategy for agricultural development and human food securement. In this study, optimal cropping pattern has been determined and compared by using of ordinary non-linear programming and genetic algorithm in Goharbaran region of Sari County. Required data for this study has been collected with interview of 250 farmers during the 2014-2015 crop year. The results of this study showed that the optimal cropping pattern of non-linear genetic algorithm is superior compared to ordinary non-linear programming model because of more variety and increasing profit by 2 percent and reducing risk by about 22 percent. Since the proposed cropping pattern of genetic algorithm causes to increase farmers' gross margin compared to the ordinary nonlinear programming, so the government should encourage and support farmers on the application of the results of such models.Keywords: Cropping Pattern, Genetic Algorithm, Goharbaran of Sari, Non-Linear Programming, Risk
-
ذرات معلق با قطر کمتر از 5/2 میکرون (PM2.5)، از 5/2 تا ده میکرون (PM10) و دید افقی، به عنوان سه فراسنج مهم در پژوهش های مرتبط با ریزگردها و گرد و غبارهای تروپوسفری شناخته می شوند که آلودگی هوا تا اندازه ی زیادی وابسته به مقدار آنها در زمان است. هدف از این پژوهش، برآورد رابطه ی میان فراسنج های PM10، PM2.5 و دید افقی را با کاربست الگوریتم تکاملی ژنتیک است. منطقه ی مورد بررسی شهر یزد در جایگاه نماینده ی ایران مرکزی بوده است. داده های PM2.5 و دید افقی به تفکیک شرایط همدیدی کدهای 05، 06، 07 و 09 در یک بازه زمانی پنج ساله (2010 تا 2015) از دفاتر سینوپتیک اداره کل هواشناسی استان یزد، و داده های PM10 از ایستگاه های پایش آلودگی هوا وابسته به اداره کل محیط زیست استان یزد گرفته شده است. برای رسیدن به روابط ریاضی گفته شده، معادله خط رگرسیون، و توابع ویبول، گویا، توانی، چند جمله ای، نمایی، خطی، فوریر و گوسین مورد هم سنجی قرار گرفتند؛ که بر اساس مجموع و میانگین مربعات خطای نسبی و همچنین ضریب همبستگی، تابع چند جمله ای به عنوان مناسب ترین تابع برازندگی گزینش گردید. دست آوردهای این پژوهش، ارائه ی چهار تابع و رابطه ی ریاضی بر پایه ی مدل خطی تابع چند جمله ای با سطح اطمینان 95 درصد در زمینه گرد و غبار و ریزگردها، برای برآورد روابط ریاضی میان PM10، PM2.5 و دید افقی در حالت فراگیر؛ و همچنین هنگام رخداد کدهای همدید 05، 06 و 07 است.کلید واژگان: PM10، PM2، 5، دید افقی، الگوریتم ژنتیک، تابع چند جملهای، یزدPM2.5, (PM10) and visibility are known as three important parameters in researches connected to the tropospheric aerosols and dusts, so that the air pollution is related to those at the specific time. The aim of this study is analyzing the relationship between PM2.5, PM10 and visibility whit using evolutional Genetic Algorithm. The area’s case study was Yazd city as representative of central of Iran. PM2.5s data and also visibilities data whit separation of 05, 06, 07 and 09 synoptic conditions, for 5 years (2010-2015) from Yazd Meteorology Organization; and PM10 data from air pollution control stations connected to Yazd Environment Organization has been catches. To reach mentioned mathematic relations, liner regression equation, and Weibull, Rational, Power, Polynomial, Exponential, Liner, Fourier and Gaussian functions has been comparison; which based on relative and Sum Square Error and also coefficient correlation, Polynomial function selects as the best fitness function. The results of this research were four equation based on liner model of Polynomial function in 95% confidence level, for estimating the relations between PM2.5, PM10 and visibility in general; and also when to happen 05, 06 and 07 synoptic conditions.Keywords: PM10, PM2.5, Visibility, Genetic Algorithm, Polynomial function, Yazd
-
الگوریتمهای موجود برای آموزش سیستم استنتاج فازی- عصبی تطبیقی (ANFIS) باوجود کاربرد فراوان، نقایصی همچون به دام افتادن در بهینه محلی دارند. در پژوهش حاضر، کاربرد الگوریتمهای بهینهسازی ژنتیک (GA)، ازدحام ذرات (PSO)، کلونی مورچگان برای محیط های پیوسته (ACOR) و تکامل تفاضلی (DE)، در توسعه و بهبود عملکرد ANFIS بررسی شد. به عنوان مطالعه موردی، بیشترین دمای ماهانه شهر اصفهان در بازه زمانی 64 ساله (1330-1393)، شبیهسازی و تحلیل شد. به این منظور، ابتدا با استفاده از آنالیز حساسیت، مناسب ترین ورودی ها برای هر یک از افقهای پیشبینی (یک ماه، یک تا سه سال) انتخاب شد. سپس، بیشترین دما بهوسیله مدلهای هیبریدی ANFIS-GA، ANFIS-PSO، ANFIS-DE، ANFIS-ACOR و مدل ANFIS پیشبینی شد. در ادامه، عملکرد هر یک از مدلها با استفاده از شاخصهای آماری R2، RMSE و MAE ارزیابی شد. نتایج نشان داد مدل ANFIS-GA، بهعنوان مناسبترین مدل، دقت عملکرد ANFIS را در پیشبینی افق های یک ماه و یک تا سه سال آینده در R2 به ترتیب به مقدار 06/0، 07/0، 08/0 و 12/0 و در RMSE به میزان 09/0، 09/0، 16/0 و 1/0 بهبود داده است. پس از آن، به ترتیب ANFIS-DE و ANFIS-PSO مناسبترین دقت را داشتند. از سوی دیگر، ANFIS با بیشترین خطا و کمترین R2، بهعنوان ضعیفترین مدل شناخته شد. نتایج نشان داد مدلهای هیبریدی پیشنهادی، با استفاده از تکنیک جست وجوی سراسری و جلوگیری از به دام افتادن در بهینه محلی، عملکرد ANFIS را بهطور مطلوبی بهبود دادهاند. مدلهای پیشنهادی پتانسیل زیادی به منظور استفاده در سایر مسائل مرتبط با هیدرولوژی و منابع آب دار ند.کلید واژگان: الگوریتم های تکاملی هیبریدی، الگوریتم ژنتیک، جواب بهینه محلی، دمای هوا، سیستم استنتاج فازی- عصبیIn this study, the use of genetic optimization algorithm (GA),Particle Swarm(PSO), the ant colony for continuum (ACOR)and differential evolution (DE),to develop and improve the performance of ANFIS were investigated. the monthly maximum temperatures in Isfahan during the period of 64 years (1951-2014), was simulated and analyzed. At first in a sensitivity analysis, the best entries for each prediction period (1 month, 1, 2 and 3 years) were selected. Then, the maximum temperature hybrid models by ANFIS-GA,ANFIS-PSO,ANFIS-DE,ANFIS-ACOR and ANFIS were examined. The performance of each model with regard to R2, RMSE and MAE were evaluated. The results showed that the ANFIS-GA, as the most appropriate model, increased ANFIS performance in R2 to by 0.06, 0.07, 0.08 and 0.12 and RMSE by 0.09, 0.09, 0.16 and 0.1, respectively, in 1 month and 1, 2 and 3 year. After, ANFIS-DE and ANFIS-PSO, respectively, had the best forecasting accuracy. On the other hand, ANFIS showed highest error and lowest R2, as the weakest model. The results showed that the proposed models, which use global search techniques and avoid being trapped in local optimum, could improve the performance of ANFIS favorably.Therefore, these models can be used in other areas related to hydrology and water resources.Keywords: Adaptive Neural-Fuzzy Inference System, Hybrid Evolutionary Algorithms, Genetic Algorithm, Local Optimum Solution, Air Temperature
-
پژوهش حاضر یک طرح تخصیص اصولی آب را برای سد مخزنی بوکان، واقع در شمال غرب ایران ارائه میدهد. در این طرح قواعدی تنظیم می شود که هنگام مواجهه سیستم با کمبود جدی آب، درصدی آیش برای محصولات زراعی اعمال شود تا تقاضای سایر بخشها تا حد مد نظر ارضا شود و نسبت کمبود آب در همه بخشها از حد قابل قبولی تجاوز نکند. به این منظور، ابتدا نسبت کمبود ماهانه آب برای دو بخش شرب و کشاورزی برای دوره تاریخی 1374 1392 محاسبه شده و با استفاده از روش خوشهبندی K-means به پنج سطح طبقهبندی شد تا آستانه های کمبود آب در مخزن مشخص شود. سپس، با استفاده از الگوریتم ژنتیک به بهینهسازی بهرهبرداری از مخزن پرداخته شد و میزان آیش بهینه برای هر سال زراعی (1386-1392) تعیین شد. همچنین، به منظور بررسی تاثیر میزان راندمان آبیاری و اعمال نیاز زیستمحیطی بر میزان آیش مورد نیاز، شش سناریو اعمال شد و در هر بار اجرا، سه راندمان آبیاری 5/35، 45 و 50 درصد در نظر گرفته شد. نتایج بیان می کند که با افزایش راندمان آبیاری، به آیش کمتری نیاز است و با اعمال این آیش سیستم تا حد قابل قبولی میتواند نیاز پاییندست خود را تحویل دهد، در نتیجه باید اقدامات افزایش راندمان آبیاری در دستور کار مدیران آب قرار گیرد. همچنین، در صورت درنظرنگرفتن نیاز زیستمحیطی پاییندست مخزن، با اینکه میزان آیش مورد نیاز کمتر است، بدیهی است که برای دستیابی به مدیریت پایدار و همچنین حفظ دریاچه ارومیه، باید نیاز زیستمحیطی نیز در مسائل بهرهبرداری از مخزن در نظر گرفته شود.کلید واژگان: آیش، الگوریتم ژنتیک، تخصیص آب، خوشه بندی K-means، سد بوکانCurrent research presents a systematical water allocation scheme for Bukan reservoir located in the northwest of Iran. In this scheme, the agricultural demands reduced by application of some fallow to satisfy other sector demands, when the system faced with a water scarcity. For this, the monthly water deficit ratio calculated for the historical period of 1995- 2013. To determining water deficit thresholds in the reservoir it classified to five groups by k-means clustering method. For determining the optimized amount of fallow genetic algorithm used to optimize the operation of the reservoir for each crop year from 2007-2013. For assessment of the irrigation efficiency also consideration of the environmental demand effect to the fallow amount, six scenarios are applied. Results revealed that by increasing of irrigation efficiency it needs less fallow. Applying optimized fallow leads to deliver downstream demands at an acceptable level. So increasing irrigation efficiency should be as a priority of water managers.Keywords: Bukan reservoir, fallow, genetic algorithm, k-means clustering, water allocation
-
پیشبینی دقیق جریان رودخانه ها در مدیریت بهینه منابع آبهای سطحی اهمیت بهسزایی دارد. یافتن مدل مناسب برای پیشبینی دقیق این پارامتر یکی از راه های مهم اقدامات در شبیهسازی و پیشبینی است. در این مطالعه سه مدل ANFIS، SVM و GP برای مدلسازی دبی ماهانه رودخانه نازلوچای در محل ایستگاه هیدرومتری تپیک واقع در غرب دریاچه ارومیه تحت تاثیر بارش حوضه رودخانه مطالعه شده بررسی و مقایسه شد. در همه روشهای یادشده الگوهای M1 تا M5 داده های دبی جریان با تاخیر یک تا پنج و الگوهای M6 تا M10 الگوی ترکیبی با داده های بارش و دبی و با تاخیرهای یک تا پنج ماه بررسی شدند. برای بررسی مقادیر خطای ناشی از مدلسازی از سه روش ضریب تبیین، مجذور میانگین مربعات خطا و معیار کارایی مدل استفاده شد. نتایج بررسی دقت و میزان خطای مدلها نشان داد الگوی ترکیبی فقط در مدل SVM بهترین نتیجه را داده است و در دو مدل GP و ANFIS الگوهای تک سری بهترین نتیجه را ارائه کردند. از بین سه مدل بررسی شده، مدل ANFIS با الگوی ورودی چهار و پنج تاخیر بهترین نتیجه را داد. به طور کلی، نتایج نشان داد با به کارگیری مدل ANFIS در مدلسازی دبی جریان ماهانه رودخانه نازلوچای، خطای مدل نسبت به دو مدل GP و SVM به ترتیب حدود 23 و 3 درصد (در واحد دبی جریان) کاهش و دقت مدل نیز نسبت به دو مدل GP و SVM به ترتیب حدود 10 و 4 درصد افزایش مییابد.کلید واژگان: الگوریتم ژنتیک، دبی جریان، دریاچه ارومیه، ماشین بردار پشتیبانPrediction the river flow discharge values are important in the surface water resources management. Find an appropriate model to accurately predictionof this parameter is one of the most important ways to simulation and prediction. In this study three ANFIS, SVM and GP models were evaluated and compared to modeling the monthly flow discharge of Nazloochi River in Tapik hydrometric station that located in western of Urmia Lake based on precipitation of river basin. All the methods listed in M1 to M5 data flow patterns with a delay of 1 to 5 M6 to M10 and patterns of precipitation and discharge data combined with delays of one to five months were studied.To investigate the value of modelings error three coefficient of determination, root mean square error and effectiveness criteria tests were used. The results of evaluation the accuracy and error values of models indicated that the combined pattern has better results only in SVM model and in GP and ANFIS models the ones series patterns presented the better results. Among the three studied models, ANFIS model with 4 and 5 delays input patterns presented the best results. Overall the results indicated that with adoption of ANFIS model to modeling the monthly river flow in Nazloochai River, error values were decreased about 23 and 3 percentages respectively in GP and SVM models and accuracy of modeling compared to GP and SVM models were increased about 10 and 4 percent respectively.Keywords: Flow discharge, genetic algorithm, Support Vector Machine, Urmia Lake
-
روندیابی سیل در رودخانه ها فرایندی ریاضی است که برای تعیین هیدروگراف جریان در هر نقطه از رودخانه صورت می گیرد. یکی از روش های روندیابی، حل معادلات کامل سنت ونانت در تحلیل جریان غیرماندگار است که به دلیل پیچیدگی زیاد، نیازمند استفاده از کامپیوتر و مدل های توسعه یافته است. در مقابل این روش پیچیده، روش های ساده تر و با دقت مناسب توسعه یافته اند که از دیدگاه هیدرولوژیست ها نتایج قابل قبولی دارند. مدل ماسکینگام یکی از این روش هاست که دقت در تخمین پارامترهای آن بر هیدروگراف روندیابی شده، به خصوص بر حداکثر مقدار سیلاب، تاثیرگذار است. ازآنجا که الگوریتم ژنتیک گزینه مناسبی برای تعیین پارامترهای بهینه مدل غیرخطی ماسکینگام است، در این تحقیق ضرایب بهینه مدل غیرخطی ماسکینگام از این روش در برنامه MATLAB و برای دامنه وسیعی از هیدروگراف های خروجی به دست آمده از نرم افزار HEC-RAS حاصل آمد. با به دست آوردن مقادیر بهینه این پارامترها و داشتن خصوصیات فیزیکی و هندسی رودخانه مورد مطالعه، تغییرات این خصوصیات و همچنین تغییرات پارامترهای روابط مدل ماسکینگام-کانژ بر مقادیر ضرایب غیرخطی ماسکینگام بررسی شد. از این طریق، روابطی برای ضرایب مدل ماسکینگام غیرخطی ، و به صورت تابعی از مشخصات رودخانه و سیلاب ورودی ارائه شد. سپس روندیابی سیل از روش حل معادلات دیفرانسیلی مرتبه اول به روش رانگ-کوتای مرتبه 4 انجام گرفت. برای بررسی دقت روابط مدل توسعه یافته، هیدروگراف های خروجی از پنج سیلاب بازه ای از یک رودخانه، با هیدروگراف های خروجی محاسبه شده با روش توسعه یافته و نرم افزار HEC-RAS مقایسه و نتایج دو روش با استفاده از فاکتور RMSE و ضریب همبستگی تجزیه و تحلیل شد. نتایج نشان داد دقت مدل توسعه یافته مشابه نرم افزار HEC-RAS است، بنابراین می توان از مدل توسعه یافته در مطالعات آینده در زمینه روندیابی سیل استفاده کرد.کلید واژگان: الگوریتم ژنتیک، بهینه سازی، روندیابی سیل، مدل ماسکینگام غیرخطی HEC، RASFlood routing in rivers is a mathematical procedure to determine flow hydrograph at a point in a river. One of routing methods is based on solution of Saint-Venant equations for unsteady flows. Because this method is very complex and need to more information of river, other methods with simple calculations and reasonably accurate results have been extended and give generally satisfactory results for hydrologist researchers and need to lower information of river. Muskingum model is one of these methods that accuracy in evaluation of its parameters effects on predicting flood hydrograph, especially peak rate of flow. As far as genetic algorithm is an appropriate solution to determine optimized nonlinear Muskingum coefficients, in this study we used this method to determine optimized coefficients in MATLAB and for a wide range of hydrographs getting from HEC-RAS software. Then the nonlinear Muskingum coefficients were presented as functions of river characteristics and inflow hydrograph. The model has been developed using the functions and solving of differential continuty equation with Rung-Kutta order 4. To determine the accuracy of the model, measured hydrographs of 5 floods in a reach, were compared to hydrographs computed by the model and HEC-RAS software and the results were analyzed using RMSE factor and correlation coefficient. Results indicate that there was no significant diference between the model and HEC-RAS .Keywords: Flood Routing, Nonlinear Muskingum Model, optimization, genetic algorithm, HEC, RAS
- 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.