جستجوی مقالات مرتبط با کلیدواژه "ماشین بردار پشتیبان" در نشریات گروه "محیط زیست"
تکرار جستجوی کلیدواژه «ماشین بردار پشتیبان» در نشریات گروه «علوم پایه»-
مهم ترین هدف در برنامه ریزی و بهره برداری بهینه سامانه مخازن، تعیین سیاست های مختلف بهره برداری است که بتوانند در شرایط خشک سالی ها و عدم قطعیت های موجود به طور صحیح عمل کنند. هدف اصلی این پژوهش تطبیق میزان رهاسازی آب مخزن و میزان ورودی در شرایط خشک سالی و شبیه سازی آن با نرم افزار WEAP و تبدیل آن به زمان واقعی بود. برای این منظور، از ترکیب الگوریتم بهینه سازی گله اسب و مدل شبیه ساز WEAP برای استخراج سیاست های بهینه بهره برداری از مخزن در قالب بهینه سازی معین استفاده شد. و توابع هدفی بر اساس نتایج اجرای هر یک از سناریوها و با در نظر گرفتن کل دوره بهره برداری برای سدهای مخزنی مارون و جره محاسبه شد. نتایج بررسی ها نشان داد میانگین خطای قوانین بهینه مستخرج از ماشین های بردار پشتیبان نسبت به خروجی الگوریتم بهینه سازی گله اسب در مرحله صحت سنجی کم تر از 17% بود که نشان دهنده کارایی بالای این روش در پیش بینی الگوی بهینه منحنی فرمان سد در زمان واقعی است. هم چنین ارزیابی سناریوهای مختلف نشان داد که توسعه کشاورزی در نواحی 1، 4 و 5 رامهرمز به طور متوسط 50% کاهش خواهد یافت و نیز کاهش 10% آبدهی ورودی به سدهای مارون و جره اثرات منفی بر تالاب شادگان خواهد گذاشت.کلید واژگان: الگوریتم گله اسب, بهره برداری واقعی, بهینه سازی, شبیه سازی, ماشین بردار پشتیبانThe most important goal in the planning and optimal operation of the reservoir system is to determine the various operating policies that can operate properly Under the drought condition and existing uncertainties. In this study, a combination of the Horse herd optimization algorithm (HOA) and WEAP simulator model was used to extract the optimal reservoir exploitation policies in the form of specific optimization and objective functions were calculated based on the results of the implementation of each scenario and the total operating period for Maroon and Jarreh reservoir dams. The results showed that the average error of the optimal rules extracted from the support vector machines relative to the output of the HOA algorithm in the validation stage is less than 17%, which indicates the high efficiency of this method in predicting the optimal pattern of the dam control curve in real-time. Moreover, evaluation of different scenarios showed that agricultural development in areas 1, 4, and 5 of Ramhormoz will be reduced by an average of 50% and also a 10% reduction in inflow to Marun and Jarreh dams will have negative effects on Shadegan wetland.Keywords: Horse Herd Algorithm Optimization, real operation, Simulation, Support Vector Machine
-
در این پژوهش از روش زمین آمار و روش های هوش مصنوعی شامل شبکه عصبی مصنوعی، درخت تصمیم و ماشین بردار پشتیبان برای پیش بینی شوری خاک اراضی قرقری شهرستان هیرمند استفاده شد. برای این منظور تعداد 130 نمونه خاک از عمق صفر تا cm 30 خاک برداشت شد. نمونه های برداشت شده به آزمایشگاه منتقل و هدایت الکتریکی با استفاده از دستگاه هدایت سنج اندازه گیری شد. مقادیر شوری خاک با استفاده از روش زمین آمار و روش های هوش مصنوعی، برآورد شد. روش های زمین آماری و هوش مصنوعی برازش و بهترین مدل انتخاب و با استفاده از اعتبارسنجی مستقل دقت روش ها باهم مقایسه شد. نتایج نشان داد روش های هوش مصنوعی نسبت به روش زمین آمار شوری خاک را بهتر برآورد می کنند. بین روش های هوش مصنوعی روش درخت تصمیم با توجه به ضریب تبیین 99/0 و آماره های RMSE و MAE به ترتیب برابر 26/0 و 18/0 به عنوان روش برتر انتخاب شد. نتایج روند شوری نشان داد شوری خاک منطقه از غرب به شرق ابتدا کاهش و سپس افزایش و از شمال به جنوب کاهش می یابد. بنابراین با توجه به نتایج برای حفظ محیط زیست منطقه، باید زمینه کاشت گونه های گیاهی سازگار با منطقه، منطبق با شوری خاک فراهم شود.کلید واژگان: پهنه بندی, درخت تصمیم, ماشین بردار پشتیبان, شبکه عصبیIn this study, geostatistical methods and artificial intelligence models (artificial neural network, decision tree, and support vector machine) were used to simulate the soil salinity of Ghorghori lands in Hirmand city. A total of 130 soil samples were collected from 0-30 cm layers of the soil. The electrical conductivity of each sample was measured using an electrical conductivity device. Soil salinity values were estimated using Geostatistical methods and artificial intelligence methods. Geostatistical and artificial intelligence models were applied and the best model was selected; the accuracy of the methods was compared using independent validation. The results showed that the artificial intelligence methods outperformed the geostatistical method in estimating the soil salinity of the artificial intelligence methods, the decision tree model was the superior model due to its coefficient of determination of 0.99 and RMSE and MAE statistics of 0.26 and 0.18 respectively. The salinity trend showed that the salinity of the soil of the region decreases from west to east first and then increases and decreases from north to south. In order to preserve the environment of the region, the field of planting plant species compatible with the region should be provided in accordance with soil salinity.Keywords: decision tree, Neural Network, Support Vector Machine, Zoning
-
سابقه و هدف
روند رشد شهری در دهه های اخیر تسریع شده است. بنابراین پیش بینی الگوی رشد آینده شهر برای جلوگیری از برخی مشکلات محیط زیستی، اقتصادی و اجتماعی از اهمیت بالایی برخوردار است. شهر تبریز نیز به دلیل تغییرات جمعیتی قابل توجه از رشد سریع اراضی شهری برخوردار بوده و لذا نیازمند شبیه سازی دقیق رشد شهری برای جلوگیری از پیامدهای منفی محیط زیستی و اقتصادی می باشد. هدف این پژوهش ارزیابی دقت الگوریتم های مطرح یادگیری ماشین با روش اعتبار سنجی متقابل مکانی و تلفیق آنها با مدل سلول های خودکار جهت شبیه سازی رشد اراضی شهری است.
مواد و روش هادر این پژوهش جهت تحلیل تغییرات کاربری اراضی شهری تصاویر ماهواره ای لندست مربوط به سال های 1376، 1385 و 1394 با استفاده از روش ماشین بردار پشتیبان طبقه بندی شدند. در گام بعدی تولید نقشه های پتانسیل تغییر اراضی غیر شهری به شهر با استفاده از الگوریتم های جنگل تصادفی، ماشین بردار پشتیبان و شبکه عصبی پرسپترون چند لایه برای دو دوره کالیبراسیون (سال های 1376-1385) و اعتبارسنجی (سال های 1385- 1394) بر اساس لایه های اطلاعاتی فاصله از معابر اصلی، فاصله ازمرکز شهر، فاصله از اراضی ساخته شده، فاصله از رودخانه و راه آهن و همچنین لایه-های شیب، ارتفاع و لایه دو کلاسه کاربری شامل کاربری کشاورزی (با مقدار صفر) و بایر (با مقدار یک)، انجام شد. در پژوهش حاضر جهت جلوگیری از بیش برازش الگوریتم ها به نمونه های آموزشی و در نتیجه بدست آمدن نتایج خوشبینانه، از روش اعتبارسنجی متقابل مکانی با هدف کاهش همبستگی مکانی میان داده های آموزشی و آزمایشی، در فرایند استخراج پارامترهای بهینه الگوریتم های یادگیری ماشین استفاده گردید. در نهایت با استفاده از مدل سلول های خودکار، شبیه سازی رشد شهر تبریز بر اساس نقشه های کاربری اراضی و پتانسیل تغییر بدست آمده از الگوریتم های یادگیری ماشین برای دوره های مذکور انجام شد.
نتایج و بحثنتایج نشان داد الگوریتم جنگل تصادفی با مقدار مساحت زیر منحنی ROC معادل 0.9228 نسبت به الگوریتم های ماشین بردار پشتیبان و شبکه عصبی مصنوعی به ترتیب با مساحت های 0.8951 و 0.8726، عملکرد بهتری در برآورد پتانسیل تغییر اراضی غیر شهری به شهر داشته است. همچنین این الگوریتم در مقایسه با سایر الگوریتم ها تغییرات محلی در پتانسیل تغییر را به صورت بارز تری استخراج کرده است. در نهایت رشد شهر تبریز با استفاده از مدل سلول های خودکار بر مبنای نقشه های پتانسیل تغییر بدست آمده شبیه سازی شد. مقایسه نقشه پیش بینی در دوره اعتبارسنجی با وضع موجود اراضی شهری در سال 1394 نشان داد که شبیه سازی رشد شهری با مدل سلول های خودکار مبتنی بر جنگل تصادفی با مقدار شاخص سازگاری 0.3569 نسبت به مدل های مبتنی بر بردار پشتیبان و شبکه عصبی به ترتیب با مقادیر شاخص سازگاری 0.3496و 0.3434 در اختصاص زمین های غیرشهری به شهری دقیق تر بوده است.
نتیجه گیریتوانایی الگوریتم های یادگیری ماشین نظیر شبکه های عصبی مصنوعی، ماشین بردار پشتیبان و جنگل تصادفی در حل مسایل غیر خطی، استفاده از آن ها را در شبیه سازی رشد اراضی شهری اجتناب ناپذیر می سازد. در این میان در تحقیق حاضر الگوریتم جنگل تصادفی که اساس آن بر یادگیری جمعی استوار است از مزیت بالاتری نسبت به دو الگوریتم ماشین بردار پشتیبان و شبکه عصبی مصنوعی برخوردار بوده است.
کلید واژگان: شبیه سازی رشد شهری, مدل سلول های خودکار, جنگل تصادفی, ماشین بردار پشتیبان, شبکه عصبی مصنوعیIntroductionUrban growth has accelerated in recent decades, therefore, predicting the future growth pattern of the city is very important to prevent some environmental, economic and social problems. The city of Tabriz has also experienced rapid growth of urban lands due to significant demographic changes, which requires accurate simulation of urban growth to prevent negative environmental and economic consequences. The purpose of this study is to evaluate the performance accuracy of the proposed machine learning algorithms by spatial cross-validation method in combination with the cellular automata model to simulate urban growth.
Data and MethodsIn this study, to analyze urban land use changes, Landsat satellite images related to the years 1997, 2006 and 2015 were classified using the support vector machine algorithm. In the next step, change potential maps of non-urban to urban areas using random forest algorithms, support vector machine and multilayer perceptron neural network for two periods of calibration (1997 and 2006) and validation (2006 and 2015) based on distance from the main roads, distance from the city center, distance from built-up areas, distance from the rivers and railways, as well as slope, elevation and two-class (agricultural / barren) land use layer were produced as effective factors in the growth of the city. Finally, using the cellular automata model, the growth simulation of Tabriz city based on land use and change potential maps obtained from machine learning algorithms for the mentioned periods was performed. To prevent over-fitting of algorithms to training samples and to obtain optimistic results, in the process of extracting optimal parameters of machine learning algorithms, the spatial cross-validation method was used to reduce spatial correlation between training and test data.
Results and discussionThe results showed that the random forest algorithm with the area under the ROC curve of 0.9228 compared to the support vector machine and multilayer perceptron neural network algorithms with 0.8951 and 0.8726, respectively, had a better performance in estimating the change potential of non-urban to urban areas. Furthermore, in comparison with others, random forest also clearly showed local variations in potential change. Finally, the growth of Tabriz city was simulated using the cellular automata model based on the obtained change potential maps. Comparison of the prediction map in the validation period with the current situation of urban areas in 2015 showed that the accuracy of urban growth simulation model based on random forest with a Figure of Merit index of 0.3569 compared to models based on support vector machine and artificial neural network was more accurate in allocating non-urban to urban lands with 0.3496 and 0.3434, respectively.
ConclusionAs machine learning algorithms such as artificial neural network, support vector machines and random forest are capable of solving non-linear problems, using them is strongly recommended for urban growth simulation. Also, among the algorithms used in this research, the random forest algorithm based on ensemble learning has a higher advantage than the two support vector machine and the artificial neural network algorithms.
Keywords: Urban growth simulation, cellular automata, Random forest, Support vector machine, Artificial Neural Network -
پارک های ملی و پناهگاه های حیاتوحش از مهم ترین سرمایه های اکولوژیکی به شمار می روند. ازاینرو اطلاع از تغییرات کمی و کیفی کاربری اراضی آن ها نقش اساسی در کیفیت مدیریت این مناطق دارد. الگوریتم های متنوعی برای طبقه بندی تصاویر ماهواره ای در سنجشازدور توسعهیافتهاند، انتخاب الگوریتم مناسب طبقه بندی در دستیابی به نتایج صحیح نقش بسیار مهمی را ایفا می کند. در این تحقیق با مقایسه صحت طبقه بندی دو الگوریتم شبکه عصبی مصنوعی و ماشین بردار پشتیبان، الگوریتم دقیقتر تعیین و از آن برای بررسی روند تغییرات کاربری اراضی استفاده شد. تحقیق حاضر در پارک ملی بوجاق واقع در استان گیلان طی سال های 2000 تا 2017 با استفاده از تصاویر ماهوارهایETM+ و OLI لندست 7 و 8 انجام گرفت. نتایج نشان داد که الگوریتم ماشین بردار پشتیبان به ترتیب با دقت کل و ضریب کاپا، 42/86 و 83/0 برای سال 2000 و 65/90 و 88/0 برای سال 2017، در مقایسه با الگوریتم شبکه عصبی مصنوعی به ترتیب با دقت کل و ضریب کاپا، 71/83 و 80/0 برای سال 2000 و دقت کل و ضریب کاپا، 25/89 و 87/0 برای سال 2017، تصاویر ماهوارهای را بهتر طبقه بندی کرده است؛ بنابراین، از نقشه های کاربری اراضی حاصل از الگوریتم ماشین بردار پشتیبان جهت بررسی تغییرات کاربری استفاده شد. بررسی روند تغییرات کاربری اراضی با این روش مشخص کرد که در طی دوره بررسی شده، مساحت کاربری های پیکره آبی، دریا، پوشش علفی و کشاورزی کاهشیافته است درحالیکه کلاس کاربری های باتلاقی، درختی و بدون پوشش افزایشیافته است.
کلید واژگان: سنجش ازدور, کاربری اراضی, ماشین بردار پشتیبان, شبکه عصبی مصنوعی, طبقه بندی, پارک ملی بوجاق2676-3060, Volume:5 Issue: 8, 2021, PP 47 -60National parks and wildlife shelter are the most important natural heritages; therefore, knowing of quantitative and qualitative changes in their land use plays an essential role in the quality of these areas' management. various algorithms have been developed to classify satellite imagery in remote sensing, selecting an appropriate classification algorithm is very important in achieving the accurate results. In this research, a more accurate algorithm was determined by comparing the classification accuracy of two artificial neural network and support vector machine algorithms, and it was used to examine the process of the land use changes. The present study was performed in Boujagh National Park, in the Guilan Province, during the years 2000 to 2017, using satellite imagery ETM and OLI of Landsat 7 and 8. The results of the research revealed that the support vector machine algorithm with overall accuracy and Kappa coefficient of 86.42 and 0.83 respectively for the year 2000 and, 90.65 and 0.88 for the year 2017, classified the satellite images more precisely, in comparison with the artificial neural network algorithm with overall accuracy and Kappa coefficient of 83.71 and 0.80 respectively for the year 2000 and overall accuracy and Kappa coefficient of 89.25 and 0.87 for the year 2017. Therefore, the land use maps of the support vector machine algorithm were used to determine the land use changes. The study of land use change by this method concluded that the areas of the waterbody, sea, grassland and agriculture have decreased and marshland, woody and bare lands classes showed an increase during the study period.
Keywords: Remote sensing, Land use, Support vector machine, Artificial Neural Network, Classification, Bojagh national park -
این پژوهش با هدف تعیین دقت مجموعه داده های ماهواره لندست 8 و سنتینل 2 بر مبنای الگوریتم های احتمال حداکثر، ماشین بردار پشتیبان و شبکه عصبی در تهیه نقشه کاربری/پوشش زمین حوزه آبخیز کبگیان در استان کهگیلویه و بویراحمد انجام شد. بدین منظور، تمامی اصلاحات، آماده سازی داده، ایجاد مجموعه داده، طبقه بندی و تجزیه وتحلیل ها، استخراج نقشه های موردنظر و صحت سنجی با استفاده از نرم افزارهای ENVI® 5.3، ArcGIS® 10.5، Google Earth Pro و Excel 2016 انجام شد. نتایج نشان داد بیش ترین دقت کل و ضریب کاپا برای ماهواره لندست 8 با مقدار به ترتیب 18/74% و 69/0 مربوط به الگوریتم احتمال حداکثر و برای سنتینل 2 با مقدار به ترتیب، 84/72% و 67/0 مربوط به الگوریتم شبکه عصبی است. دقت کل الگوریتم ها در تهیه نقشه کاربری حوضه با استفاده از داده های لندست 8 به صورت احتمال حداکثر > ماشین بردار پشتیبان > شبکه عصبی و با استفاده از داده های سنتینل 2 به صورت شبکه عصبی > احتمال حداکثر > ماشین بردار پشتیبان بود. چنانچه تعیین کاربری اراضی ویژه ای مانند مراتع حوضه، هدف اصلی باشد از الگوریتم ماشین بردار پشتیبان استفاده شود؛ بدین ترتیب، مساحت هشت کاربری حوزه آبخیز کبگیان عبارت است از: زراعت 1342، مسکونی 1356، صخره 3579، جنگل 23289، پیکره آبی 407، اراضی رها شده 9571، باغ 3139 و مرتع ha 54125. بنابراین، با توجه به نوع کاربری، نوع داده ماهواره ای در دسترس و هدف پژوهش، اولویت و تقدم استفاده از الگوریتم ها متفاوت خواهد بود و بر مبنای آن، باید الگوریتم مناسب انتخاب شود.کلید واژگان: حداکثر احتمال, حوضه کبگیان, شبکه عصبی, ماشین بردار پشتیبانThe aim of this study was to determine the accuracy of Landsat 8 and Sentinel 2 satellite data sets based on Maximum Likelihood, Support Vector Machine, Neural Network algorithms for mapping the LU/LC of Kobgian watershed in Kohgiluyeh and Boyer-Ahmad Province. For this purpose, corrections, data preparation, data set creation, classification and analysis, mapping and verification were done using ENVI® 5.3, ArcGIS® 10.5, Google Earth Pro and Excel 2016 software. The results showed that the highest total accuracy and kappa coefficient for Landsat 8 and Sentinel 2 satellites belongs to the maximum likelihood algorithm with a value of 74.18% and 0.69 and neural network algorithm with a value of 72.84% and 0.67, respectively. The overall accuracy order of the algorithms for mapping LU/LC the watershed using Landsat 8 and sentinel 2 data was as maximum likelihood > support vector machine > neural network and using data was as neural network> maximum likelihood > support vector machine, respectively. The accuracy of the algorithms indicated that if a specific LU/LC is the main goal such as basin rangelands, the support vector machine algorithm should be used. The area of eight classes of Kabgian watershed is: agriculture 1342, residential 1356, rock 3579, forest 23289, water body 407, abandoned lands 9571, garden 3139 and pasture 54125 ha. Therefore, depending on the type of LU/LC, the type of satellite data available, and the purpose of study, the priority of using algorithms will be different and based on the desired factor, suitable algorithm should be selected.Keywords: Kabgian watershed, Maximum Likelihood, Neural Network, Support Vector Machine
-
سابقه وهدف
در بسیاری از تحقیق ها برای پایش تغییرات سطح آب ابتدا تصاویر چندزمانه به طور مجزا تحلیل می شوند و پس از استخراج محدوده آب، این محدوده ها با یکدیگر مقایسه شده و میزان تغییرات مشخص می گردد. با وجود این، به روش هایی نیاز است که افزون بر دقت زیاد، شناسایی تغییرات را نیز تسهیل کنند. بنابراین، برای نیل به این هدف، در این تحقیق از روش ه ای ادغام تصاویر چند زمانه و طبقه بندی جهت استخراج تغییرات دریاچه مهارلو بین سال های 2013 تا 2018 استفاده می شود.
مواد و روش هاپس از انجام پیش پردازش های لازم، از دو روش گرام – اشمیت و تبدیل مولفه های اصلی برای ادغام تصاویر استفاده شد و با اعمال روش های طبقه بندی بر روی تصاویر ادغام شده، مناطق تغییریافته و بدون تغییر استخراج شدند. از روش های ماشین بردار پشتیبان (SVM)2 و حداکثر احتمال (ML)3 برای طبقه بندی تصاویر ادغام شده استفاده گردید. در مرحله بعد، ترکیب این روش ها با یکدیگر مقایسه شده و بهترین ترکیب دوتایی استخراج گردیده است. در نهایت، روش انتخاب شده در این تحقیق با روش های مرسوم پایش تغییرات مقایسه شد.
نتایج و بحثپس از مقایسه نتایج مشخص شد که دریاچه مهارلو از سال 2013 تا 2018 بر اساس روش گرام اشمیت - ماشین بردار پشتیبان حدود 3/163 کیلومتر عقب نشینی داشته است. بمنظور ارزیابی صحت نتایج، از صحت کلی و سنجه کاپا استفاده شد. با توجه به نتایج به دست آمده، روش گرام اشمیت - ماشین بردار پشتیبان دارای صحت کلی 33/99 درصد بوده و ضریب کاپای 99/0 را داراست و دارای کمترین خطای نسبی یعنی 92/3 کیلومترمربع می باشد و نسبت به روش های دیگر تغییرات را بهتر نشان می دهد و نتایج آن به واقعیت زمینی نزدیکتر است. در مرحله بعد، سطوح آب با استفاده از روش های مرسوم آشکارسازی تغییرات مانند روش تفاضل تصاویر، نسبت گیری باندی و تفاضل سنجه پوشش گیاهی از تصاویر استخراج شد و با نتایج حاصل از روش گرام اشمیت - ماشین بردار پشتیبان مورد مقایسه قرار گرفت. با توجه به نتایج گرفته شده، روش گرام اشمیت - ماشین بردار پشتیبان نسبت به روش های دیگر دارای صحت کلی و ضریب کاپای بالاتر و در عین حال کمترین خطای نسبی می باشد.
نتیجه گیرینتایج این تحقیق نشان می دهد که روش گرام- اشمیت برای ادغام تصاویر و ماشین بردار پشتیبان برای طبقه بندی، نتایج مطلوبی در استخراج تغییرات در تصویر داشته است. این روش می تواند به عنوان ابزاری موثر در پایش تغییرات مورد استفاده قرار گیرد، بویژه اینکه، ادغام تصاویر به دلیل بالا بردن قدرت تفکیک تصاویر می تواند در بالا بردن دقت طبقه بندی نیز موثر باشد.
کلید واژگان: گرام - اشمیت, تبدیل مولفه های اصلی, ماشین بردار پشتیبان, حداکثر احتمال, آشکارسازی تغییراتIntroductionIn many studies concerning monitoring the water surface changes, multi-temporal images are sepa-rately analyzed and after extracting water boundaries in each image, these boundaries are compared and the changes are determined. Nevertheless, there is a demand for methods that can perform accurately as well as facilitating the identification of changes. Therefore, to this end, in this research synergy of multi-temporal image fusion and classifi-cation methods were investigated to detect surface water changes in Maharlu Lake between 2013 and 2018.
Material and methodsAfter performing the necessary pre-processing, the Gram-Schmidt (GS) and Principal Component Analysis )PCA( methods were applied to fuse images and, then, changed and unchanged areas were extracted through applying classification methods to the fused images. Support Vector Machine )SVM) and Max-imum Likelihood )ML( were used to classify fused images. In the next step, combinations of these methods were compared to each other and the best pair was extracted. Finally, the selected pair was compared with conventional change detection methods.
Results and discussionThe results showed that based on the GS-SVM methods, the Maharlu Lake retreated about 163.3 km2 from 2013 to 2018. For accuracy assessment of the methods, the overall accuracy and Kappa coefficient were calculated. The GS-SVM method had an overall accuracy of 99.33%, Kappa coefficient of 0.99 and a relative error of 3.92 km2. This pair detected changes more accurately and the results were closer to reality. In the next step, the water surface was extracted from the images using conventional change detection methods, such as image differencing, band rationing, and NDVI differencing, and their results were compared to that of the GS-SVM. According to the results, the GS-SVM had higher overall accuracy and Kappa coefficient compared with other methods, and simultaneously, the least relative error.
ConclusionThe results of this study showed that a combination of the GS image fusion method and SVM clas-sifier provides satisfactory results to extract changes from multi-temporal images. This synergy can be used as an effective tool for detecting changes, particularly since fusing images can also be effective in improving classifica-tion accuracy by enhancing the spatial resolution of images.
Keywords: Gram Schmidt (GS), Principal Component Analysis (PCA), Support Vector Machine (SVM), Maxi-mum Likelihood (ML), Change detection -
زمینه و هدف
اولین قدم برای طراحی سیستم های مدیریت پسماند شهری، آگاهی کامل از کمیت پسماند تولیدی می باشد. پیش بینی کمیت تولید پسماند به دلیل تاثیر عوامل متنوع و خارج از کنترل، یکی از پیچیده ترین مسایل مهندسی می باشد. به همین خاطر، لزوم استفاده از مدل هایی که قابلیت مدل سازی پدیده های پیچیده را دارند، به خوبی روشن می باشد. هدف از این مطالعه، پیش بینی کمیت پسماند با استفاده از مدل های هوشمند، مقایسه عملکرد و آنالیز عدم قطعیت آن ها می باشد
روش بررسیدر این مطالعه، شهر مشهد به عنوان مطالعه موردی انتخاب شد و از سری زمانی تولید پسماند در فاصله زمانی سال های 1380 تا 1390 برای پیش بینی هفتگی استفاده گردید. جهت مدل سازی از مدل های هوشمند شبکه عصبی، ماشین بردار پشتیبان، سیستم استنتاجی تطبیقی نروفازی و کا نزدیک ترین همسایه استفاده گردید. پس از بهینه سازی پارامترهای هر مدل، با استفاده از از شاخص های آماری، عملکرد مدل ها مورد مقایسه قرار گرفت. در نهایت، آنالیز عدم قطعیت نتایج مدل سازی با کمک روش مونت کارلو انجام گرفت.
یافته هانتایج نشان داد که ضریب اطمینان (2R) مدل های شبکه عصبی، سیستم استنتاجی تطبیقی نروفازی، ماشین بردار پشتیبان و کا نزدیکترین همسایه به ترتیب 67/0، 69/0، 72/0 و 64/0 می باشد. آنالیز عدم قطعیت نیز نتایج این مقایسه را تایید نمود و نشان داد مدل ماشین بردار پشتیبان در بین سایر مدل ها، عدم قطعیت کمتری داشته و نسبت به داده های ورودی کمترین حساسیت را دارد.
بحث و نتیجه گیریمدل های هوشمند از توانایی رضایت بخشی برای پیش بینی کمی پسماند برخوردارند و در بین مدل های هوشمند مورد مطالعه، مدل ماشین بردار پشتیبان بهترین نتایج را از خود نشان داد. همچنین، عدم قطعیت نتایج مدل ماشین بردار پشتیبان در بین سایر مدل ها، عدم قطعیت کم تری برخوردار بود.
کلید واژگان: پیش بینی کمی تولید پسماند, شبکه عصبی مصنوعی, ماشین بردار پشتیبان, کا نزدیک ترین همسایه, سیستم استنتاجی تطبیقی نروفازی, آنالیز عدم قطعیتBackground and ObjectiveThe first step in design of municipal waste management systems is complete understanding of waste generation quantity. Forecasting waste generation is one of the most complex engineering problems due to the effect of various and out of control parameters on waste generation. Therefore, it is obvious that it is necessary to develop approaches to a model such complex events. The objective of this study is forecasting waste generation quantity using intelligent models as well as their comparisons and uncertainty analysis.
MethodIn this study, Mashhad city was selected as a case study and waste generation time series of waste generation in 1380 to 1390 were used for weekly prediction. Intelligent models including artificial neural network, support vector machine, adaptive neuro-fuzzy inference system as well as K-nearest neighbors were used for modelling. After optimizing the models’ parameters, models’ accuracy were compared by statistical indices. Finally, result uncertainty of the models was done by Mont Carlo technique.
FindingsResults showed that coefficient of determination (R2) of artificial neural network adaptive neuro-fuzzy inference system, support vector machine, and K-nearest neighbor models were 0.67, 0.69, 0.72 and 0.64 respectively. Uncertainty analysis was also justified the results and demonstrates that support vector machine model had the lowest uncertainty among other models and the lowest sensitivity to input variables.
ConclusionIntelligent models were successfully able to forecast waste quantity and among the studied models, support vector machine was the best predictive model. Moreover, support vector machine produced the results with the lowest uncertainty the other models.
Keywords: Quantitative Waste Generation Forecasting, Artificial Neural Network, Support Vector Machine, K-Nearest Neighbors, Adaptive neuro-fuzzy inference system, Uncertainty Analysis -
زمینه و هدفاطلاع از نحوه توزیع پارامترهای کیفی و کمی از مهم ترین پارامترهای اولیه مدیریت جامع منابع آب زیرزمینی می باشد. بنابراین در این تحقیق سعی گردید، مدل و ترکیب ورودی مناسب جهت تخمین پارامترهای کیفی هدایت الکتریکی (EC)، یون کلسیم (Ca) و یون سدیم (Na) آب خوان های دشت گیلان تعیین گردد.روش بررسیدر این تحقیق از داده های 132 چاهک مشاهداتی در دوره آماری 1381 تا 1393 و مدل های شبکه عصبی مصنوعی (ANN) و ماشین بردار پشتیبان (SVM) استفاده گردیده است. در رویکرد اول، تخمین ها به ازای پنج ترکیب مختلف حاصل از پارامترهای تراز آب، فاصله از دریا، مجموع بارش های شش ماه و مختصات چاهک های مشاهداتی انجام گرفته است. در رویکرد دوم، تخمین ها براساس ترکیب پارامترهای کیفی منتخب آزمون گاما با ترکیب های ورودی برتر بخش اول صورت گرفته است.یافته هامقایسه نتایج بخش اول نشان داد که مدل SVM در تخمین هر یک از پارامترهای Ca، Na و EC عملکرد بهتری نسبت به مدل ANN داشته است. مقادیر خطای ماشین بردار پشتیبان برای تخمین متغیرهای Ca، Na و EC در دوره تست به ترتیب برابر با (meq/l) 218/1، (meq/l) 867/0 و (μmos/cm) 742/175 بوده است و این مقادیر برای مدل شبکه عصبی مصنوعی به ترتیب برابر با (meq/l) 268/1، (meq/l) 933/0 و (μmos/cm) 448/186 می باشد. نتایج این بخش نشان داد اضافه شدن ورودی فاصله از دریا در کلیه موارد باعث بهبود نتایج مدل ها گردیده است. در بخش دوم با استفاده از آزمون گاما از بین نه پارامتر کیفی اندازه گیری شده ، بهترین ترکیب پارامترهای کیفی برای تخمین هر یک سه پارامتر Ca، Na و EC تعیین گردید. نتایج تخمین ها در بخش دوم نشان داد که هر یک از دو مدل ANN و SVM عملکرد بسیار مناسبی در تخمین هر سه پارامتر کیفی داشته اند. مقدار خطای مدل ANN برای متغیرهای Ca، Na و EC در دوره صحت سنجی به ترتیب برابر با (meq/l) 662/0، (meq/l) 305/0 و (μmos/cm) 346/47 بوده است و این مقادیر برای مدل SVM به ترتیب برابر با (meq/l) 671/0، (meq/l) 356/0 و (μmos/cm) 412/55 می باشد. البته در این بخش نتایج مدل ANN نسبت به مدل SVM بهتر بوده است.بحث و نتیجه گیرینتایج نشان داد که هر یک از دو مدل SVM و ANN توانایی بسیار زیادی در تخمین پارامترهای کیفی آب خوان ها دارند. همچنین عملکرد مدل SVM نسبت به مدل ANN، به ازای تعداد ورودی کمتر بهتر است و در تعداد ورودی بیشتر برعکس می باشد. نتایج بخش دوم نشان داد که آزمون گاما می تواند به صورت کاملا کابردی و دقیق در تعیین ترکیب های ورودی موثر مورد استفاده قرار گیرد.کلید واژگان: آزمون گاما, تخمین پارامترهای کیفی, دشت گیلان, شبکه عصبی مصنوعی, ماشین بردار پشتیبانBackground and ObjectiveHaving information about qualitative and quantitative parameters distribution of groundwater supplies is one of most important parameters in integrated groundwater management. Thus, in this study it has been attempted to determine a proper model and input combination for estimation of quality parameters including electrical conductivity (EC), calcium (Ca) and sodium (Na) ions in aquifers of Guilans plain.MethodIn this study, the data from 132 observation wells during 2001 to 2013 were used and artificial neural network (ANN) and support vector model (SVM) were applied. In the first approach, estimations were conducted according to five different combinations, including water level, distance from see, total precipitation of six months and coordinates of observation wells. In the second approach, estimations were conducted based on combination of the selected qualitative parameters of gamma test with combinations of the best input in the first part.FindingsComparison of the results from the first part indicated that SVM model outperformed the ANN mode in the estimation of Ca, Na and EC parameters. Support vector machine error values for estimating Ca, Na and EC variables at the test period were 1.218 (meq/l), 0.867(meq/l), and 175.742 (µmos/cm), while for artificial neural network these values were 1.268 (meq/l), 0.933 (meq/l), and 186/448 (µmos/cm) respectively. The results from this part showed that adding the distance from see input improves the estimation of models in all cases. In the second part, using gamma test for measuring the nine quality parameters, the best combination of quality parameters was determined to estimate the three parameters: Ca, Na and EC. The results from the second part show that both ANN and SVM models have an excellent performance in the estimation of the three qualitative parameters. ANN model error values in estimating Ca, Na and EC variables in validation period were 0.662 (meq/l), 0.305(meq/l), and 47.346 (µmos/cm), while these values were 0.671 (meq/l), 0.356 (meq/l), and 55.412 (µmos/cm) for SVM model respectively. Obviously, the results from ANN model in this section were better than those from SVM model.Discussion and ConclusionResults showed that both ANN and SVM models have a great ability in predicting qualitative parameters in the aquifers. Also, in less inputs, the results of SVM model are better than those of ANN model and in more inputs it is vice versa. Results of the second section showed that gamma test is fully practical and accurate in determining the effective input combinations.Keywords: Artificial Neural Network, Gamma Test, Guilan Plains, Qualitative Parameters Prediction, Support Vector Machine
-
پیش بینی آورد رودخانه از موضوعات مهم در برنامه ریزی منابع آب و مدیریت عرضه و تقاضای آن محسوب می شود. از این رو در طراحی، برنامه ریزی، مدیریت و بهره برداری از تاسیسات آبی و همچنین مدیریت شرایط بحرانی از قبیل سیلاب و خشکسالی موردتوجه پژوهشگران است. در تحقیق حاضر با استفاده از یک رویکرد ترکیبی بر مبنای آزمون گاما و مدل ماشین بردار پشتیبان (GSVM)، پیش بینی میزان آورد، بررسی شد. بدین منظور با استفاده از آزمون گاما از ترکیبات مختلف 10 متغیر هواشناسی و هیدرولوژیکی در سطح حوضه بهترین ترکیب ممکن برای پیش بینی آورد انتخاب شد. سپس باتوجه به بهترین ترکیب پیش بینی کننده ها، آورد پتانسیل رودخانه با استفاده از ماشین بردار پشتیبان پیش بینی شد. مقایسه مقادیر پیش بینی شده و مشاهداتی بیانگر کارایی مطلوب رویکرد ترکیبی در پیش بینی آورد طبیعی حوضه و تنظیم برنامه مدیریتی حوضه بر مبنای آن است. براین اساس دقت کلی مدل در پیش بینی سطوح مدیریتی خشک سالی بر مبنای آورد رودخانه زرینه رود برابر با 4/71 درصد، خطای برآورد دست بالا برابر 2/8 درصد و خطای برآورد دست پایین نیز 4/20 است. این نتایج دقت قابل قبول مدل GSVM در پیش بینی آورد در شرایط مختلف هیدرولوژیکی حوضه را نشان داد.کلید واژگان: آزمون گاما, پیش بینی جریان, زرینه رود, ماشین بردار پشتیبانPrediction of river flow is an important issue in planning water resources and management of supply and demand in future conditions. Hence, it has attracted researchers notice due to its importancein the designing, planning, management and operation of water facilitiesand also management the critical conditions such as flood and drought. In the present study, it was attempted to improve Zarinehrud river inflow prediction for use in water resource planning using a hybrid approach based on gamma test and supporting vector machine model (GSVM). For this purpose, the best possible combination of predictors was selected from the different combinations of 10 meteorological and hydrological variables in the basin. Then, based on the best combination of predictors, the potential of river inflow was predicted using a support vector machine. Comparison of predicted and observed flow indicated the good performance of hybrid approach in prediction of potential river inflow for application in basin management plans. In this case, the overall accuracy of the model to predict drought management levels based on Zarinehrud flow is 71.4%, and the upper and under estimation error are 8.2 and 20.4% respectively. These results show the acceptable precision of GSVM model for flow prediction in different hydrological situations of basin.
Application of Hybrid Gamma-SVM Approach for River Flow Prediction in Zarinehrud BasinKeywords: Gamma Test, Flow Prediction, Zarinehrud, Support Vector Machine -
محدودیت سنسورهای سخت افزاری برای اندازه گیری برخی مشخصه های کیفی آب مانند اکسیژن خواهی بیوشیمیایی 5 روزه (BOD5) که از لحاظ زمانی هزینه بر هستند، تلاش ها را به سمت استفاده از سنسورهای نرم افزای برای پیش بینی بهنگام BOD5 سوق داده است. هدف اصلی مقاله مذکور نیز توسعه سنسور نرم افزاری مناسب بر مبنای مدل های هوشمند شبکه عصبی مصنوعی (ANN) و ماشین بردار پشتیبان (SVM) برای تخمین بهنگام BOD5 در رودخانه سفیدرود است. برای این منظور با قرار دادن BOD5 به عنوان تابعی از دیگر متغیرهای کیفیت آب، مدل های مناسبی برای این موضوع با استفاده از دو مدل ANN و SVM توسعه داده شد. در توسعه مدل ANN نقش توابع آموزش لونبرگ-مارکویت (LM)، پس انتشار ارتجاعی (RP) و گرادیان مزدوج مقیاس دار (SCG) در بهینه کردن مشخصه های ANN ارزیابی شد. همچنین برای بهینه کردن مشخصه های مدل SVM از الگوریتم بهینه سازی جستجوی شبکه دو مرحله ای استفاده شد. نتایج این تحقیق مبین عملکرد برتر مدل ANN با الگوریتم LM (مدل ANN (LM)) نسبت به دو الگوریتم دیگر بود. همچنین مدل SVM نیز از عملکرد مناسبی در تخمین BOD5 برخوردار بود، به طوری که مقدار ضریب همبستگی پیرسون برای این مدل در مرحله تست معادل 95/0 به دست آمد. در نهایت نیز بررسی های بیشتر برای ارزیابی یکی از دو مدل منتخب بر مبنای آماره نسبت تفاوت توسعه داده شده انجام پذیرفت که نتایج به دست آمده از این آماره حاکی از عملکرد برتر مدل SVM نسبت به ANN (LM) بود.
کلید واژگان: شبکه عصبی مصنوعی, ماشین بردار پشتیبان, رودخانه سفیدرود, اکسیژن خواهی بیوشیمیایی 5 روزهIntroductionFive-day biochemical oxygen demand (BOD5) is one of the key parameters which is widely applied to evaluate the biological and chemical conditions of rivers, and to study the effects of releases in rivers from wastewater treatment plants, factories, farms, etc. Measurement of this parameter requires about 5 days. However, 5 days is a long time for the determination of BOD5. Therefore, in the present research two software sensors, i.e. artificial neural network (ANN) and support vector machine (SVM) are developed for the online estimation of BOD5. To achieve this goal, the Sefidrood River in Iran was selected. It is pointed out that although ANN models have been used to predict BOD5, but using SVM techniques for the online estimation of this parameter have never been reported.Materials and Methods ANN and SVM models are two well known artificial intelligent techniques which have frequently been used for modeling nonlinear parameters in engineering problems. In this research, a feed-forward ANN technique and a regression model is considered for online prediction of BOD5. To optimize ANN parameters, three optimization algorithms, i.e. Levenberg-Marquardt (LM), resilient back-propagation (RP), and scaled conjugate gradient (SCG) are used. Besides, two-steps grid search algorithm is considered for the optimization of SVM parameters, i.e. ε, C and γ.Results and DiscussionTo achieve the best network geometry according to the highest correlation (R), and the lowest root mean square error (RMSE) of the testing sets for online estimation of BOD5, various structures of NN model with different training functions are investigated. Finally, the network with LM algorithm (ANN (LM) model) is selected as the best ANN model. The results of training and testing steps for developed ANN models with different training functions are given in Table 1.In addition, for SVM model development, first, ε, C and γ should be determined. In this research, the best fitting value was obtained by trial and error procedure. Therefore, this parameter was set to several values. Thus, 14 models were developed (ε and C are considered to be varied). The RMSE value has been assessed on different values in the different -SVM regression models. Obtained results indicated that the SVM model including the value equal to 1.472 has the least RMSE. Therefore, it can be chosen as the best SVM model for the online prediction of BOD5. However, optimal values for C and using two-step grid search were 13 and 0.037, respectively. Finally SVM model is trained and tested using the determined best fitted values.
- 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.