فهرست مطالب

هوش محاسباتی در مهندسی برق - سال پانزدهم شماره 1 (بهار 1403)

نشریه هوش محاسباتی در مهندسی برق
سال پانزدهم شماره 1 (بهار 1403)

  • تاریخ انتشار: 1403/01/01
  • تعداد عناوین: 7
|
  • امیرحسین باباعلی، محمدتقی عاملی* صفحات 1-16

    توسعه کاربرد روش های یادگیری ماشین و هوش مصنوعی و گسترش به کارگیری واحدهای اندازه گیری فازور (PMU) قابلیت تحلیل برخط سیستم قدرت با استفاده از داده های اندازه گیری را فراهم کرده است. در این مقاله یک روش یادگیری عمیق مبتنی بر شبکه عصبی بازگشتی دروازه ای دوسویه با لایه های کانولوشن برای پیش بینی برخط پایداری ولتاژ کوتاه مدت (STVS) به کمک داده های PMU ارائه شده است. با هدف بررسی رفتار دینامیکی سیستم قدرت در STVS، پایگاه داده شامل سری زمانی دامنه ولتاژ و زاویه فاز است. با استفاده از تابع لیاپانوف و انحراف دامنه ولتاژ یک شاخص دینامیکی برای دسته بندی داده های اندازه گیری در سه کلاس پایدار، هشدار و ناپایدار تعریف شده است. قابلیت شبکه بازگشتی دوسویه در تحلیل هم زمان داده های گذشته و آینده و قابلیت لایه کانولوشن در استخراج ویژگی های زمانی داده ها منجر به افزایش دقت ارزیابی برخط پایداری ولتاژ کوتاه مدت شده است. شبیه سازی ها روی شبکه های چندماشینه 39 و 118 شین IEEE نشان می دهد روش پیشنهادی می تواند پایداری ولتاژ کوتاه مدت را براساس داده های اندازه گیری قبل و بعد از خطا با دقت خوب و در زمان کوتاهی پیش بینی کند؛ به طوری که زمان بیشتری برای اقدامات اصلاحی در شبکه وجود داشته باشد. نتایج گواه است که الگوریتم پیشنهادی در مقابل تغییر ساختار شبکه قدرت و نیز تغییر نقاط بهره برداری مقاوم است؛ بنابراین، اجرای این مدل در شبکه های واقعی امکان پذیر خواهد بود.

    کلیدواژگان: پایداری ولتاژ کوتاه مدت، شاخص پایداری ولتاژ، شبکه عصبی بازگشتی دوسویه، کانولوشن، یادگیری عمیق
  • مصطفی الزین، مجتبی اکبری، حمیدرضا کریمی علویجه*، پیمان معلم صفحات 17-24

    در این مقاله، مشخصات حسگری ضریب شکست مبتنی بر تصویر لکه خروجی تار نوری چند مد با استفاده از ساختار تار باریک شده همراه با یک روش نرم افزاری یادگیری عمیق استخراج داده شده است. این ساختار حسگری از یک تار نوری چند مد باریک شده متصل به دو تار نوری چند مد استاندارد تشکیل شده است. با وجود امواج میراشونده پیرامون بخش باریک شده، شرایط موجبری ساختار در بخش خروجی به ضریب شکست محیط، وابسته و از این رو، مدهای انتشاری و تصویر حاصل از تداخل آنها حساس به تغییرات محیط می شوند. بر این اساس، پردازش تصویر حاصل از تداخل مدهای انتشاری ساختار چند مدی و آنالیز کمی تغییرات آنها مبنای حسگری است. به منظور بهبود دقت سنجش، از الگوریتم های یادگیری عمیق و به طور مشخص از شبکه عصبی عمیق ResNet در پردازش تصاویر لکه خروجی تار نوری استفاده شده است. با استفاده از این الگوریتم، مجموعه ای از تصاویر لکه خروجی تار با قرارگیری بخش تار باریک شده در 9 محلول سنجش مختلف در بازه ضریب شکستی 1.33 تا 1.368 برای یادگیری و سپس تعدادی از تصاویر ثبت شده برای سنجش تعریف شده اند و درنهایت، دقت تشخیص ضریب شکست محلول ها تا 95% به دست آمده است.

    کلیدواژگان: تار نوری باریک شده، لکه خروجی تار نوری، یادگیری عمیق، ResNet
  • حسین لطفی، محمدحسن نیکخواه، محمدابراهیم حاجی ابادی* صفحات 25-40

    بازآرایی شبکه توزیع و همچنین، استفاده بهینه از منابع تولید پراکنده در سیستم توزیع، روش های بسیار موثری برای کاهش تلفات و بهبود پروفیل ولتاژ یا به عبارتی، کیفیت توان در سیستم توزیع برق است. محققان در سال های اخیر، به استفاده از منابع تولید پراکنده توجه داشته اند. استفاده از این منابع، مزایای متعددی دارد که از مهم ترین آنها کاهش تلفات شبکه و افزایش پایداری ولتاژ است. در این مطالعه، الگوریتم تکاملی تفاضلی برای حل مسئله بهینه سازی مدنظر با اهدف کاهش تلفات و انحراف ولتاژ باس ارائه شده است. همچنین، چون بار سیستم همواره در حال تغییر است و ثابت نیست، برای نزدیک بودن نتایج حاصل از شبیه سازی به شرایط واقعی شبکه توزیع، در این مطالعه پیشنهاد شده است عدم قطعیت بار مصرفی نیز مدلسازی شود و به مسئله بهینه سازی اعمال شود. مسئله مذکور دارای متغیرهای گسسته و پیوسته متفاوتی بوده که استفاده از الگوریتم های دارای قابلیت جستجو در فضاهای گسسته و پیوسته را ضروری کرده است. بنابراین، برای فائق آمدن بر این موضوع و اعمال قیود مختلف در مسئله از الگوریتم تکاملی تفاضلی استفاده شده است. روش مذکور روی شبکه تست 33باسه استاندارد آزمایش شده است و نتایج در سه مورد مختلف مطالعاتی باهم مقایسه شده اند. در موارد دوم و سوم به ترتیب بازآرایی شبکه توزیع در عدم حضور / حضور واحدهای تولید پراکنده (توربین بادی) حل شده است. نتایج روش پیشنهادی با نتایج سایر روش ها و مراجع مقایسه شده اند. نتایج نشان می دهند الگوریتم پیشنهادی تکاملی تفاضلی در مقایسه با سایر روش های تکاملی به نتایج بهتری در کاهش تلفات و همچنین، بهبود پروفیل ولتاژ رسیده است.

    کلیدواژگان: بازآرایی شبکه توزیع، بهینه سازی، تلفات، منابع تولید پراکنده، عدم قطعیت بار
  • سید عابد حسینی* صفحات 41-56

    بازاریابی عصبی از علوم شناختی در پژوهش های مرتبط با بازاریابی کمک می گیرد تا به مطالعه اعمال حسی - حرکتی مصرف کننده مانند پاسخ های شناختی و احساسی به محرک های بازاریابی با کمک فناوری های نوین بپردازد. این پژوهش یک چارچوب پیش بینی برای فرآیندهای تصمیم گیری شرکت کنندگان ازنظر پسندیدن و نپسندیدن در زمان مشاهده و انتخاب محصولات یک فروشگاه اینترنتی است. بدین منظور، از سیگنال مغزی (EEG) شرکت کنندگان در هنگام نمایش محصولات مختلف، ویژگی های آنتروپی پراکندگی (DE) و آنتروپی پراکندگی سلسله مراتبی (HDE) استخراج شده است. ارزیابی الگوهای پراکندگی برای اولین بار برای تشخیص دو دسته پسندیدن و نپسندیدن به کمک سیگنال های EEG استفاده شده است. در این پژوهش، رویکرد یادگیری جمعی با طبقه بندی کننده جنگل تصادفی بررسی شد تا یک مدل برای پیش بینی بازاریابی عصبی برای تفکیک دو دسته پسندیدن و نپسندیدن ایجاد شود. از تحلیل نتایج مدل به صحت 67/73 درصد حاصل شده است. مطالعات در این زمینه می تواند باعث تغییر و بهبود استراتژی های بازاریابی برای بهبود فرآیندهای تولیدکننده و مصرف کننده شود و درنهایت، به منفعت متقابل منجر شود.

    کلیدواژگان: آنتروپی پراکندگی، آنتروپی پراکندگی سلسله مراتبی، بازاریابی عصبی، سیگنال مغزی، جنگل تصادفی
  • نفیسه زارعی، پیمان معلم*، محمدرضا شمس، رسول عسگریان دهکردی صفحات 57-72

    دوربین های مداربسته در مقایسه با GPS و حسگرهای تشعشع مادون قرمز، قادر به ارائه اطلاعات دقیق تر ترافیک هستند. با پردازش هوشمند اطلاعات تصویری فراهم شده توسط آنها تحلیل مسائل ترافیکی دقیق تر انجام می شود. در این میان، سرعت مکان یابی خودرو اهمیت ویژه ای دارد؛ زیرا پس از موقعیت یابی خودرو نیاز به پردازش های دیگری برای تصمیم گیری است که نیاز به مدیریت زمان دارد. هدف از مطالعه حاضر، ارائه الگوریتمی مبتنی بر شبکه های عمیق است که این چالش را برطرف سازد. در الگوریتم ارائه شده، یک شبکه آشکارساز سریع و دقیق بر پایه میدان های ادراکی چندگانه، قطعه بندی و تصاویر تفاضلی طراحی شده است که با تولید نقشه های ویژگی معنادار غربال شده، دقت آشکارساز و با کاهش پارامترها، سرعت آن را افزایش می دهد. در الگوریتم ارائه شده، نوع مانور هر خودرو با توجه به اطلاعات زمانی و مکانی آن خودرو و خودروهای اطرافش با استفاده از گریدبندی جاده تعیین می شود. سپس با توجه به نوع مانور، شبکه پیش بینی کننده را در یکی از حالات حفظ خط، گردش به چپ و گردش به راست خودرو انتخاب می کند. شبکه های طراحی شده در الگوریتم پیشنهادی مکمل یکدیگرند. عملکرد الگوریتم پیشنهادی با آزمایش بر روی مجموعه داده های Highway و UA-DETRAC نشان داده می شود.

    کلیدواژگان: آشکارسازی وسایل نقلیه، پیش بینی موقعیت، طبقه بندی مسیر
  • علی فهمی جعفرقلخانلو، موسی شمسی* صفحات 73-90

    امروزه، جراحی های پلاستیک چهره به دلیل اصلاح نقص های ناشی از مشکلات مادرزادی، ترمیم بافت آسیب دیده از سوختگی و ایجاد ساختار زیبا در چهره به طور چشمگیری افزایش یافته است؛ بنابراین، متخصصان به آنالیز و اندازه گیری معیارهای کمی چهره نیازمند هستند. آشکارسازی نقاط کلیدی (لندمارک) چهره، نقش مهمی در اندازه گیری معیارها و نسبت های طلایی چهره دارد. در این مقاله، 33 لندمارک نمای روبه روی چهره با استفاده از مدل مبتنی بر رگرسیون آبشاری (CRM) آشکارسازی شده اند. نخستین گام در آشکارسازی لندمارک های چهره، آشکارسازی چهره برای قرارگیری ریخت اولیه است؛ بر همین اساس، الگوریتم خوشه بند فازی (FCM) بهینه سازی شده با الگوریتم شاهین هریس (HHO) برای بخش بندی چهره به کار گرفته شده است. در CRM، تابع رگرسیون برای نگاشت تصاویر چهره ورودی به خروجی مدنظر به کار گرفته می شود. برای استخراج ویژگی، روش هیستوگرام گرادیان جهت دار (HOG) روی هر سه کانال فضای رنگی RGB در اطراف لندمارک های تعریف شده اعمال شد. نتایج آزمایش نشان دادند استخراج ویژگی در سه کانال فضای رنگی RGB دقت بیشتری نسبت به استخراج ویژگی در مقیاس خاکستری دارد. همچنین، نتایج تایید کردند روش پیشنهادی دقت بالایی در آشکارسازی لندمارک های چهره داشته است و می تواند به عنوان روشی موثر در آنالیز سفالومتری بافت نرم چهره به کار گرفته شود.

    کلیدواژگان: آشکارسازی نقاط کلیدی چهره، آنالیز سفالومتری چهره، بخش بندی، بهینه سازی شاهین هریس، جراحی پلاستیک چهره، مدل مبتنی بر رگرسیون آبشاری
  • انیس جاری، آوید آوخ* صفحات 91-106
    استفاده همزمان از یک روش مسیریابی کارآمد و گره چاهک متحرک در شبکه های حسگر بی سیم، علاوه بر اینکه از تخلیه سریع انرژی حسگرها جلوگیری می کند، توازن مصرف انرژی را در فرآیند تجمیع داده به صورت موثری بهبود می بخشد. در این مقاله، روش جدیدی برای تجمیع داده حسگرها موسوم به «جمع آوری گلبرگ گونه داده مبتنی بر الگوریتم کلونی مورچه» پیشنهاد می شود که همزمان به خوشه بندی، تعیین سرخوشه، مسیریابی درون خوشه ای، تعیین نقاط توقف گره چاهک و طراحی مسیر حرکت گره چاهک می پردازد. در این روش، شبکه توسط دوایر متحدالمرکز فرضی فراز می شود که در فواصل مساوی از هم قرار دارند. محل برخورد این دوایر با خطوط فرضی عبوری از مبدا، نقاط توقف مجاز چاهک را مشخص می کند. ابتدا با خوشه بندی کارآمد گره های حسگر و تشکیل درخت مسیریابی مبتنی بر یک الگوریتم بهینه سازی کلونی مورچه بهبودیافته در هر خوشه، داده حسگرها در سرخوشه متناظر تجمیع می شود. سپس با انتخاب نقاط توقف مناسب و طراحی یک مسیر گلبرگ گونه، گره چاهک براساس دو حرکت خطی و کمانی، داده تجمیع شده در سرخوشه ها را جمع آوری می کند. در نظر گرفتن ملاحظات حرکت گره چاهک در فرایند تعیین سرخوشه از دیگر قابلیت های روش پیشنهادی است. نتایج حاصل از شبیه سازی ها نشان دهنده عملکرد بهتر الگوریتم پیشنهادی در مقایسه با الگوریتم های EDT، EMPAR و EGRPM هستند.
    کلیدواژگان: الگوریتم بهینه سازی کلونی مورچه، تاخیر، چاهک متحرک، حرکت گلبرگ گونه، شبکه حسگر بی سیم
|
  • Amirhossein Babaali, MohammadTaghi Ameli * Pages 1-16

    The development of the application of artificial intelligence and machine learning methods and the expansion of the use of phasor measurement units (PMU) have made it possible to analyze the power system as online using measurement data. In this article, a deep learning method based on a Bidirectional Gated Recurrent unit (Bi-GRU) with convolution layers is presented for online prediction of short-term voltage stability (STVS) using PMU data. In order to investigate the dynamic behavior of the power system in STVS, the database includes the time series of voltage magnitude and phase angle. A three-class classification problem (stable, alert and unstable) is defined with the help of a dynamic index including Lyapunov function and voltage deviation. The ability of bidirectional neural network in the simultaneous analysis of past and future data and the ability of the convolution layer in extracting the temporal characteristics of the data have led to an increase in the accuracy of the online STVS assessment. The simulations on IEEE 39 and 118 bus show that the proposed method can predict the voltage stability based on the measurement data pre and post-fault with good accuracy and timely, so that There will be more time for corrective actions in the network. According to the obtained results, the proposed algorithm is resistant to changing the topology of the power grid as well as changing the operating points.

    Keywords: Short-term voltage stability, Voltage stability index, Bi-GRU, convolution, Deep Learning
  • Mostafa Al-Zain, Mojtaba Akbari, Hamidreza Karimi Alavijeh *, Payman Moallem Pages 17-24

    In this paper, using a deep learning technique, the sensing characteristic of a refractive index (RI) sensor based on a multimode optical fiber speckle-gram has been extracted. The investigated sensor structure consists of a tapered optical fiber or microfiber (MF) induced on a standard multimode optical fiber (MMF). Due to the presence of evanescent waves around the MF, the guiding status of the end MMF is dependent on the external RI around the taper. Thereby, the propagating modes and resulting interference pattern or speckle-gram become sensitive to the changes in the taper environment. Herein, by analyzing and quantifying the speckle-gram modulation, the RI changes around the taper are characterized. To extract the sensing characteristic and improve its measurement accuracy, deep learning algorithms and specifically the ResNet deep neural network are used in the processing of the output speckle-grams. Using this algorithm, while the tapered fiber is immersed in different refractive index solutions in the range of 1.33 to 1.368, a set of output speckle images is captured for learning and then a number of them are used for measurement, and finally the accuracy of detecting the refractive index of the solutions RI has been achieved up to 95%.

    Keywords: Tapered optical fiber, fiber speckle-gram, Deep Learning, RestNet
  • Hossein Lotfi, MohammadHasan Nikkhah, MohammadEbrahim Hajiabadi * Pages 25-40

    Reconfiguration of the distribution network as well as the optimal use of distributed generation resources in the distribution system are very effective methods to reduce losses and improve the voltage profile or in other words power quality in the electricity distribution system. In recent years, researchers have paid attention to the use of distributed production resources. The use of these resources has several advantages, the most important of which are the reduction of network losses and the increase of voltage stability. In this study, a differential evolutionary algorithm is presented to solve the desired optimization problem to reduce losses and bus voltage deviation. On the other hand, since the system load is always changing and is not constant, therefore, for the simulation results to be close to the real conditions of the distribution network, it is suggested in this study that the uncertainty of the consumption load should also be modeled and applied to the optimization problem. The mentioned problem has different discrete and continuous variables, which necessitates the use of algorithms that can search in discrete and continuous spaces. Therefore, to overcome this issue and apply different constraints to the problem, the differential evolutionary algorithm has been used. The mentioned method has been tested on a standard 33-bus test network and the results have been compared in three different scenarios. In the second and third scenarios, reconfiguration of the distribution network has been resolved in the absence/presence of scattered production units (wind turbines) respectively. The results of the proposed method have been compared with other references. The results show that the proposed differential evolutionary algorithm performs better than the other two algorithms and has achieved better results.

    Keywords: Reconfiguration of Distribution network, Optimization, Losses, distributed generation resources, Load Uncertainty
  • Seyyed Abed Hosseini * Pages 41-56

    Neuromarketing uses cognitive science in marketing-related research to study consumer sensorimotor effects, such as cognitive and emotional responses to marketing stimuli by using new technologies. This research is a predictive framework for participants’ decision-making processes in terms of liking and disliking when viewing and selecting the products of an online store. For this purpose, dispersion entropy (DE) and hierarchical dispersion entropy (HDE) features are extracted from the participant’s brain signal (EEG) when displaying different products. Dispersion pattern evaluation is used for the first time to distinguish between two categories of likes and dislikes using EEG signals. In this study, the ensemble learning approach with a random forest classifier is investigated to create a model for predicting neuromarketing to distinguish between two categories of likes and dislikes. From the analysis of the model results, 73.67% accuracy has been obtained. Studies in this area can change and improve marketing strategies to improve production and consumer processes, and ultimately lead to mutual benefit.

    Keywords: Dispersion Entropy, Hierarchical Dispersion Entropy, neuromarketing, EEG Signal, Random Forest
  • Nafiseh Zarei, Payman Moallem *, MohammadReza Shams, Rasoul Asgarian Dehcordi Pages 57-72

    Surveillance cameras can provide more accurate traffic information compared to GPS and infrared radiation sensors. With the intelligent processing of image information provided by them, the analysis of traffic problems is done more precisely. Meanwhile, the speed of car positioning is of particular importance because, after positioning the car, other processes are needed to make decisions that require time management. The purpose of the present study is to propose an algorithm based on deep networks that solves this challenge. In the presented algorithm, a fast and accurate detector network is designed based on multiple receptive fields, segmentation, and differential images, which increases the accuracy of the detector by producing semantic feature maps and filtering them. Also, it increases detector speed by reducing the parameters. Each vehicle's maneuver is decided based on the time and location information of that vehicle and the vehicles nearby. Then, according to the type of maneuver, the predictive network is selected in one of the modes of lane keeping, left turn or right turn. The networks designed in the proposed algorithm are complementary to each other. The performance of the proposed algorithm is demonstrated by experiments on the Highway and UA-DETRAC datasets.

    Keywords: vehicle detection, position prediction, trajectory classifier
  • Ali Fahmi Jafargholkhanloo, Mousa Shamsi * Pages 73-90

    Nowadays, facial plastic surgeries are performed for the correction of congenital anomalies, correction of injuries caused by accidents, treatment of burns, and the creation of a beautiful structure in the face. Therefore, surgeons need to analyze and measure quantitative facial metrics. Facial landmark detection plays an important role in the measurement of the facial golden ratio. In this study, 33 landmarks from the frontal view were detected using the Cascade Regression Model (CRM). Face detection is the first step in facial landmark detection to put the initial shape on the face. Therefore, the fuzzy c-means algorithm optimized by Harris Hawk Optimization (HHO) has been used for facial segmentation. In CRM, the regression function is used for mapping input face images to the desired output. For feature extraction, the Histogram Orientation Gradient (HOG) method was applied around the defined landmarks on three channels of RGB color space. Experiment results showed that feature extraction in three channels of RGB color space is more accurate than feature extraction in the gray scale. Also, results confirmed that the proposed method has a high accuracy in facial landmark detection and can be used as an effective method in the Cephalometry analysis of facial soft tissue.

    Keywords: Detection of Facial Key Point, Facial Cephalometry Analysis, Segmentation, Harris Hawk Optimization, Facial Plastic Surgery, Cascade Regression Model
  • Anis Jari, Avid Avokh * Pages 91-106
    Simultaneous use of an efficient routing protocol and mobile sink not only prevents rapid sensor energy depletion but also effectively improves the energy balance in wireless sensor networks. In this paper, a new data aggregation method is proposed called “Ant colony-based Routing and Petal-shaped Data Aggregation (ARPDA)”, which includes clustering, Cluster Head (CH) selection, intra-cluster routing, determining polling points, and designing the sink node trajectory. In the proposed method, the network is divided by several virtual concentric circles that are equidistant from each other. The intersection point of these circles with the virtual lines passing through the origin of the network determines the probable polling points for the sink node. First, by efficiently clustering the sensor nodes and forming an intra-cluster routing tree based on the ant colony optimization algorithm, the sensor data is aggregated in CHs; then, by selecting the appropriate polling points and designing a petal-shaped path, the sink node periodically collects the aggregated data in CHs based on two linear and circular movements. Considering the sink movement in the CH selection process is another advantage of the proposed algorithm. Numerical results confirm the better performance of the proposed algorithm compared to the EDT algorithm.
    Keywords: Ant Colony Optimization Algorithm, Delay, Mobile Sink, Petal-Shaped Trajectory, Wireless Sensor Networks