ارزیابی انتشار گرد و غبار با استفاده از مدل شبکه عصبی مصنوعی شهرستان کاشان

امروزه پدیده های گرد و غباری در ردیف مهم ترین مخاطرات محیطی قرارگرفته و سلامتی انسان و محیط زیست را با خطر جدی مواجه کرده است. گردو غبار در جو به عنوان یکی از آلاینده های هوا، آثار سوء و پیامدهای منفی گوناگونی دارد که از بین آن ها می توان به کاهش رشد و بازدهی محصولات کشاورزی، تشدید خسارات ناشی از بروز آفات و بیماری های گیاهی، افزایش تصادفات جاده ای به علت کاهش قدرت دید، لغو پروازها و خسارات مالی ناشی از آن، اقزایش هزینه درمان، تعطیلی واحدهای صنعتی، آلودگی منابع آب، افزایش فرسایش بناها، افت بازدهی سیستم های فتوولتایک خورشیدی به دلیل کدورت هوا اشاره کرد. بنابراین، به دلیل اهمیت موضوع گرد و غبار و به منظور پیش بینی نحوه انتشار گرد و غباراز مدل شبکه عصبی مصنوعی استفاده شد. با استفاده از این مدل می توان اطلاعات مفید و مقرون به صرفه ای، جهت اجرای آتی استراتژی های کنترل آلودگی هوا و کاهش هزینه ها کسب نمود.

برای مدلسازی پراکنش گرد و غبار با استفاده از مدل شبکه عصبی مصنوعی، آمار و اطلاعات هواشناسی ایستگاه سینوپتیک شهرستان کاشان که به صورت روزانه توسط اداره محیط زیست در سال 96 ثبت شده اند، استفاده گردید. داده های رطوبت، دما، سرعت باد و جهت باد به عنوان داده های ورودی برای مدلسازی بکار گرفته شد. فرآیند آموزش مدل با استفاده از تابع عضویت سیگموییدی در محیط نرم افزار متلب انجام شد که خروجی اجرا مدل پیش بینی میزان ذرات معلق 5/2 میکرومتر بر مترمکعب است. به منظور ارزیابی صحت مدل اجرا شده، میزان ذرات معلق 5/2 حاصل شده با داده های واقعی نمونه برداری شده در محیط مقایسه شد. در مدل شبکه عصبی، تعداد نرون ها در لایه پنهان و تعداد دور یا ایپاک مناسب برای رسیدن به بهترین ساختار شبکه عصبی، با کمترین خطا برای هر مدل، با استفاده از روش سعی و خطا مشخص شد. تعداد نرون و ایپاک برای مدل در سال 2017 به ترتیب 15 و 37000 می باشد.

نتایج و بحث: 

نتایج صحت سنجی مدل که از مقایسه داده های واقعی با داده های شبیه سازی شده بدست آمده، نزدیک به 80 درصد می باشد. بررسی نمودار میانگین رگرسیون نشان می دهد که مقادیر پیش بینی شده حاصل از مدل به محور قطری نزدیکترند و پراکندگی نداشته و با مقادیر اندازه گیری شده فاصله و اختلاف چندانی ندارند. همچنین براساس نتایج روش رگرسیون گام به گام مشخص شد که از بین چهار متغییر استفاده شده برای مدلسازی رطوبت نسبی بیشترین تاثیر و اهمیت در مدلسازی انتشار گرد و غبار دارد.

با توجه به صحت و نتایج حاصل می توان از این روش برای پیش بینی انتشار آلودگی هوا کاشان ناشی از ذرات معلق استفاده کرد.  به دلیل قابلیت بالای شبکه عصبی پرسپترون در پیش بینی میزان غلظت و نحوه انتشار گرد و غبار، این مدل می تواند یک راه حل مناسب و سریع در پیش بینی میزان و انتشار گرد و غبار و مدیریت آن باشد.