پیش بینی ارتفاع امواج ساحلی با استفاده از روش های هیبریدی- موجک هوش مصنوعی (مطالعه موردی: بندر امیرآباد دریای خزر)

امروزه با توجه به تغییرات اقلیمی و تاثیر آن بر وضعیت امواج دریا و خطرات ناشی از شدت آن، ارزیابی و برآورد ارتفاع موج شاخص در دریاها از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است. پیش بینی ارتفاع موج شاخص در بندر امیرآباد با به کارگیری ترکیبی از متغیرهای معرف خصوصیات امواج و هواشناسی، توسعه مدل های هوش مصنوعی و اغتشاش زدایی داده ها با به کارگیری تیوری موجک و نهایتا استخراج روابط ریاضی حاکم بر اصول مهندسی دریا-هواشناسی جهت تخمین ارتفاع موج از اهداف و نوآوری های منحصر به فرد در این مطالعه، می باشد.

در این تحقیق، ارتفاع امواج در بندر امیرآباد دریای خزر، با استفاده از روش های منفرد و هیبریدی-موجک هوش مصنوعی، از جمله شبکه عصبی مصنوعی (ANN, WANN) پرسپترون چند لایه با الگوریتم آموزشی لونبرگ-مارگارت، سامانه استنتاجی فازی-عصبی تطبیقی (ANFIS, WANFIS) و برنامه ریزی بیان ژن (GEP, WGEP) در گام های زمانی بدون تاخیر، تاخیر زمانی 3 و 6 ساعته، برآورد شده است. بدین منظور، از داده های امواج و هواشناسی با مقیاس ساعتی در سال 2018 میلادی، استفاده شده است.

نتایج حاکی از این است که حذف اغتشاش توسط آنالیز موجک توانایی ارتقاء عملکرد در همه مدل ها را دارد. همچنین، در این پژوهش مدل‏های هیبریدی-موجک نتایج بهتری را نسبت به مدل‏ های منفرد ارایه داده ‏اند. در میان تمامی مدل‏ها برای همه گام های زمانی، مدل WGEP بهترین مدل و ANN ضعیف‏ ترین مدل بوده است. از میان مدل های مورد بررسی در این تحقیق مدل WGEP درگام زمانی بدون تاخیر به ترتیب با ضریب همبستگی و کارایی 0/96 و 0/98 و ریشه میانگین مربعات خطا و میانگین قدرمطلق خطا  0/037 و 0/087 متر، مناسب ترین مدل بوده است. همچنین مدل ANN منفرد در گام زمانی با تاخیر 6 ساعته کمترین مقدار ضریب همبستگی و کارایی و بیشترین مقدار ریشه میانگین مربعات خطا و میانگین قدرمطلق خطا به ترتیب به میزان 0/509، 0/607، 0/181 و 0/286 را داشته است.

نتایج سه روش منفرد و هیبرید-موجک به کار گرفته شده، می‏تواند برای برآورد ارتفاع موج شاخص در بندر امیرآباد قابل قبول باشد. همچنین، اغتشاش زدایی داده های مشاهداتی بسیاری از خطاهای اندازه گیری را کاهش داده و باعث افزایش عملکرد مدل های هوش مصنوعی می گردد. این مطالعه تاثیر بسزایی در مدیریت بحران و سواحل داشته و می تواند الگویی راهبردی برای مدیران و سیاست گزاران و محققان جهت تحقیقات آتی باشد.