به جمع مشترکان مگیران بپیوندید!

تنها با پرداخت 70 هزارتومان حق اشتراک سالانه به متن مقالات دسترسی داشته باشید و 100 مقاله را بدون هزینه دیگری دریافت کنید.

برای پرداخت حق اشتراک اگر عضو هستید وارد شوید در غیر این صورت حساب کاربری جدید ایجاد کنید

عضویت

جستجوی مقالات مرتبط با کلیدواژه « مدل هیبریدی » در نشریات گروه « کشاورزی »

  • عاطفه کاظمی چولانک، فرشته مدرسی*، ابوالفضل مساعدی

    رواناب پدیده‎ای مهم در چرخه هیدرولوژیکی است، از این رو پیش بینی میزان رواناب رودخانه برای اهدافی نظیر برنامه ریزی فعالیت های کشاورزی، پیش بینی سیلاب و تامین آب مصرفی حائز اهمیت است. پیچیده بودن مدل‏های فیزیکی یکی از دلایلی است که باعث شده پژوهشگران به مدل‏های داده مبناء و مبتنی بر هوش مصنوعی روی آورند. وجود تغییرات آماری در داده ها سبب می شود که مدل سازی جریان رودخانه با مدل های داده مبناء با مشکلاتی در فرآیند یادگیری مدل همراه باشد. لذا لازم است با مدل سازی تلفیقی، دقت پیش بینی جریان ارتقاء یابد. هدف تحقیق حاضر، ارزیابی کارایی انواع موجک های گسسته و پیوسته در مدل ترکیبی موجک-شبکه عصبی (WANN) برای پیش بینی جریان ماهانه رودخانه کارده در ایستگاه ورودی به سد کارده است. بدین منظور، دو موجک گسسته Haar و Fejer-Korovkin2 و دو موجک پیوسته Symlet3 و Daubechies2 در ترکیب با مدل ANN مورد ارزیابی قرار گرفت. بررسی داده های هواشناسی و هیدرومتری در یک دوره 30 ساله (1370-1399) نشان داد که جریان ماهانه در دو گام زمانی T-1 و T-2 بهترین متغیرهای پیش بینی کننده (در سطح اطمینان 95%) بودند. آنالیزهای ترکیبی در سه سطح تجزیه انجام و کارایی مدل ها با روش صحت سنجی متقاطع در4 سطح مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد که مدل های ترکیبی دارای دقت بالاتری نسبت به مدل ANN بودند و مدل ترکیبی پیشنهادی Symlet3-ANN در سطح 3، نتایج بهتری نسبت به سایر مدل‎ها ارائه داد، بطوری که شاخص های R، RMSE و NSE در بخش واسنجی به ترتیب 90/0، 25/0 و 81/0 و در بخش صحت سنجی به ترتیب 85/0، 30/0 و 62/0 بود. همچنین ملاحظه شد دقت نتایج در سطح دو و سه تفاوت معناداری ندارند و بهتر است جهت کاهش مولفه‏های ورودی به مدل ANN و کاهش زمان اجرای مدل، تجزیه در سطح دو انجام شود.

    کلید واژگان: تبدیل موجک, صحت سنجی متقاطع, مدل هیبریدی, موجک پیوسته, موجک گسسته}
    A. Kazemi Choolanak, F. Modaresi *, A. Mosaedi
    Introduction

    Predicting river flow is one of the most crucial aspects in water resources management. Improving forecasting methods can lead to a reduction in damages caused by hydrological phenomena. Studies indicate that artificial neural network models provide better predictions for river flow compared to physical and conceptual models. However, since these models may not offer reliable performance in estimating unstable data, using preprocessing techniques is necessary to enhance the accuracy and performance of artificial neural networks in estimating hydrological time series with nonlinear relationships. One of these methods is wavelet transformation, which utilizes signal processing techniques.

    Materials and Methods

    In this study, to evaluate the efficiency of discrete and continuous wavelet types in the Wavelet-Artificial Neural Network (WANN) hybrid model for monthly flow prediction, a case study was conducted on the Kardeh Dam watershed in the northeast of Iran, serving as a water source for part of Mashhad city and irrigation downstream agricultural lands. Monthly streamflow estimates for the upstream sub-basin of the Kardeh Dam were obtained from the meteorological and hydrometric stations' monthly statistics over a 30-year period (1991-2020). The WANN model is a hybrid time series model where the output of the wavelet transform serves as a data preprocessing method entering an artificial neural network as the predictive model. The combination of wavelet analysis and artificial neural network implies using wavelet capabilities for feature extraction, followed by the neural network to learn patterns and predict data, potentially enhancing the models' performance by leveraging both methods. The 4-fold cross-validation method was employed for the artificial neural network model validation, where the model underwent validation and accuracy assessment four times, each time using 75% of the data for training and the remaining 25% for model validation. The final results were presented by averaging the validation and accuracy results obtained from each of the four model runs. To evaluate and compare the performance of the models used in this study, three evaluation indices, Nash-Sutcliffe Efficiency (NSE), Root Mean Square Error (RMSE), and Pearson correlation coefficient (R), were employed.

    Results and Discussion

    The analysis of meteorological and hydrometric data in this study revealed that monthly streamflow in two time steps, T-1 and T-2, were the most effective predictive variables. Each of the two runoff variables of the previous month (Qt-1) and the previous two months (Qt-2) were analyzed by each of the Haar and Fejer-Korovkin2 discrete wavelet transforms and the two continuous Symlet3 and Daubechies2 wavelets at three levels. The results of each level of decomposition was given as input to the ANN model. The presented results at each decomposition level indicated that hybrid models could accurately predict lower flows compared to the single ANN model, and the estimation of maximum values also significantly improved in the hybrid models. Among the wavelets used, Haar wavelets exhibited the weakest performance, and the less commonly employed Kf2 wavelet showed a moderate performance. Since the Haar and Fk2 wavelets, with their discrete structure, did not perform well in decomposing continuous monthly streamflow data, continuous wavelet models outperformed discrete wavelet models. The hybrid models, combining wavelet analysis and artificial neural networks, demonstrated up to an 11% improvement over the performance of the single neural network model.

    Conclusion

    Streamflow is a crucial element in the hydrological cycle, and predicting it is vital for purposes such as flood prediction and providing water for consumption. The objective of this research was to evaluate the performance of different types of discrete and continuous wavelet models at various decomposition levels in enhancing the efficiency of artificial neural network (ANN) models for streamflow prediction. Since climate and watershed characteristics can influence the nature of data fluctuations and, consequently, the results of the wavelet model decomposition, choosing an appropriate wavelet model is essential for obtaining the best results. Considering the existing variations in the results of different studies regarding the selection of the best wavelet type, it is suggested to use both continuous and discrete wavelet types in modeling to achieve the best predictions and select the optimal results. Given that a lower number of input variables in neural network models lead to higher accuracy in modeling results, it is recommended to perform decomposition at a two-level depth to reduce input components to the neural network model, thereby reducing the model execution time.

    Keywords: Artificial Neural Network, Continuous Wavelet, Cross-Validation, Discrete Wavelet, Hybrid Model, Wavelet Transform}
  • پوریا ظهیرپور، سامان جوادی*، فریماه سادات جمالی، علی محمدی

    سد دز نقش اساسی در کنترل سیلاب های رودخانه دز ایفا کرده و از طرفی تامین کننده آب مورد نیاز کشاورزی دشت های خوزستان می باشد. بنابراین پیش بینی دقیق و قابل اعتماد ورودی جریان به مخزن، یک مرجع حیاتی برای تصمیم گیری در مورد بهره برداری و مدیریت این مخزن است. در این تحقیق مدل WAVELET-ARIMA-NARX برای پیش بینی جریان ماهانه ورودی مخزن سد دز توسعه یافت. از روش WAVELET جهت تجزیه سری زمانی به زیر سری ها و تحلیل بهتر سری زمانی، از مدل ARIMA به منظور مدل سازی مولفه خطی سری های تجزیه شده و از مدل NARX جهت مدل سازی خطای حاصل از مدل WAVELET-ARIMA استفاده گردید. از شاخص NDVI حوضه نیز جهت سنجش تغییر دقت مدل هیبریدی WAVELET-ARIMA-NARX بهره برده شد. نتایج نشان داد عملکرد پیش بینی مدل هیبریدی WAVELET-ARIMA-NARX نسبت به مدل ARIMA بهبود قابل توجهی یافته است. به نحوی که با توجه به معیار RMSE، دقت پیش بینی در مراحل صحت سنجی و آموزش، نسبت به مدل ARIMA و WAVELET-ARIMA به ترتیب 74 و 82 درصد کاهش یافته است. همچنین پارامتر NDVI به همراه دما و بارش متوسط حوضه به عنوان ورودی مدل NARX دقت مدل را افزایش داده بدین صورت که در این مدل با 10 نرون در لایه پنهان، در مقایسه با مدل دو پارامتری بارش و NDVI با تعداد 15 نورون، در بخش ارزیابی مدل مقادیر MAE از 2/27 به 6/18 و RMSE از 45/0 به 26/0 رسیده است که این مقادیر نشانگر اهمیت و تاثیر در نظرگرفتن همزمان سه پارامتر بر دقت پیش بینی می باشد.

    کلید واژگان: تئوری موجک, شاخص فصلی, شبکه عصبی مصنوعی, مدل هیبریدی, سد دز}
    Pouria Zahirpour, Saman Javadi *, Farimah Sadat Jamali, Ali Mohammadi

    Dez dam has an essential role in controlling the floods and water supply in Khouzestan. Accurate and reliable prediction of the flow input to the reservoir is crucial to make decisions about the exploitation and management of this reservoir. In this research, a novel WAVELET-ARIMA-NARX model was developed to predict the monthly inflow to Dez dam reservoir. The WAVELET method was used to break down the time series into sub-series and better analyzing, the ARIMA model was used to model the linear component of the analyzed series, and the NARX model used to model the error resulting from WAVELET-ARIMA model. The NDVI index was also used to measure the accuracy change of the WAVELET-ARIMA-NARX hybrid model. The results showed that the prediction performance of the WAVELET-ARIMA-NARX hybrid model has improved significantly compared to the ARIMA model. In such a way according to the RMSE criterion, the prediction accuracy in the verification and training stages has decreased by 74% and 82%, compared to the ARIMA and WAVELET-ARIMA model, respectively. The NDVI parameter with average temperature and rainfall of the basin as an input of the NARX model has increased the accuracy of the model. In the model with 10 neurons in the hidden layer, compared to the two-parameter model of rainfall and NDVI with 15 neurons, in evaluation section, the MAE values have decreased from 27.2 to 18.5 and the RMSE from 0.45 to 0.26. These values indicate the importance and impact of simultaneous consideration of three parameters on forecasting accuracy.

    Keywords: Wavelet Theory, Seasonal Index, Artificial Neural Network, Hybrid Model, Dez Dam}
  • رضا حیدری*

    موضوع قیمت یک عامل کلیدی در فعالیت مالی و تجاری مرتبط با بخش کشاورزی است، به گونه ای که همواره فعالان بخش کشاورزی در معرض ریسک های ناشی از نوسان قیمت محصولات کشاورزی قرار دارند. این مسیله نه تنها منجر به تصمیم گیری نادرست در زمینه تولید بهینه محصولات در سال جاری می شود، بلکه می تواند اجرای تعهدهای مالی آنان را در سال های آتی با خطر روبه رو سازد. در سال های اخیر، نوسانات قیمت محصولات کشاورزی در ایران افزایش یافته است و لذا پیش بینی دقیق تغییرات قیمت ضروری به نظر می رسد. در مطالعه حاضر، یک رویکرد ترکیبی انعطاف پذیر در پیش بینی قیمت ماهیانه گوشت گاو، گوشت گوسفند و مرغ از آوریل 2001 تا مارس 2021 ارایه شده است. در این روش جدید، سه روش ترکیب انفرادی مختلف شامل روش میانگین گیری، روش تنزیل شده و روش انقباض برای ترکیب خروجی های پیش بینی مربوط به سه مدل ترکیبی متشکل از شبکه عصبی پرسپترون (MLPANN)  و الگوریتم های تکاملی (الگوریتم ژنتیک GA، الگوریتم ازدحام ذرات PSO و الگوریتم رقابت استعماری ICA) مورد استفاده قرار گرفتند. نتایج حاصل از این مطالعه نشان داد که بر اساس شاخص آماری RMSE، مدل ترکیبی پرسپترون- الگوریتم رقابت استعماری (MLPANN-GA) و روش انفرادی انقباضی با (K=0.25) دارای بالاترین دقت در پیش بینی قیمت گوشت گاو، گوسفند و مرغ است. همچنین عملکرد مدل پیشنهادی از اجزای آن (مدل های ترکیبی) بهتر است. روش پیشنهادی برای پیش بینی از نظر نوع محصول یا جایگزینی اجزای تشکیل دهنده دارای انعطاف پذیری است.

    کلید واژگان: پیش بینی, قیمت محصولات کشاورزی, گوشت, مدل هیبریدی}
    R. Heydari *

    In recent years, the fluctuation in agricultural commodity prices in Iran is increased and thus, accurate forecasting of price change is necessary. In this article, a flexible combined method in modeling monthly prices of beef, lamb and chicken from April 2001 to March 2021, was proposed. In this new method, three different approaches namely simple averaging, discounted and shrinkage methods were effectively used to combine the forecasting outputs of three hybrid methods (MLPANN-GA, MLPANN-PSO and MLPANN-ICA) together. In implementation stage of hybrid methods, based on test and error method, the optimal MLPANN structure was found with 3/2/4–6–1 architectures and the controlling parameters are carefully assigned. The results obtained from three hybrid methods indicate that, based on the RMSE statistical index, the MLPANN-ICA method performs the best when forecasting prices for beef, lamb, and chicken. The outputs of three combination approaches show that the shrinkage method, with a parameter value of K=0.25, achieves the highest prediction accuracy when forecasting prices for these three meats. In summary, the proposed method outperforms the other three hybrid methods overall.

    Keywords: Agricultural commodity prices, forecasting, Hybrid method, Meat}
  • سید محمدرضا حاج سیدجوادی، رضا حیدری*

    بورس کالای زعفران مانند هر بازار دیگری، همیشه با محدودیت ها و مسایل ساختاری روبرو بوده است و بخش عمده ای از این مشکلات مربوط به نوسانات قیمتی آن است. پیش بینی قیمت با استفاده از الگوهای مناسب می تواند کمک زیادی به کاهش ریسک قیمتی بازار آتی زعفران کند. سوال اساسی این است که در مواجهه با روش های متعدد پیش بینی قیمت، برای پیش بینی قیمت آتی زعفران کدام روش ها را باید انتخاب کرد؟ هدف از مطالعه حاضر، طراحی مناسب ترین مدل هیبریدی برای پیش بینی قیمت آتی زعفران نگین در بورس کالای کشاورزی است که از مجموعه مدل های غیرخطی الگوریتم ژنتیک، شبکه عصبی عمیق، جنگلی تصادفی، ماشین بردار پشتیان و روش مونت کارلو تشکیل شده است. در این مدل هیبریدی از الگوریتم ژنتیک برای تعیین وقفه بهینه سری زمانی قیمت، از شبکه عصبی عمیق، مدل جنگلی تصادفی و ماشین بردار پشتیبان برای پیش بینی سری زمانی قیمت و از روش مونت کارلو برای شبیه سازی محتمل ترین احتمال قیمت استفاده شده است. نتایج حاصل از این مطالعه نشان داد که دقت پیش بینی مدل هیبریدی «الگوریتم ژنتیک-شبکه عصبی عمیق-مونت کارلو» بیشتر از دو مدل «الگوریتم ژنتیک-جنگلی تصادفی-مونت کارلو» و «الگوریتم ژنتیک-ماشین بردار پشتیبان-مونت کارلو» است. بنابراین، استفاده از شبکه عصبی عمیق و محاسبه محتمل ترین احتمال قیمت با استفاده از روش مونت کارلو دقیق ترین پیش بینی قیمت زعفران با درجه اطمینان بالا و حداقل ریسک ارایه می دهد. بنابراین پیشنهاد می شود که مدیریت بورس کالاهای کشاورزی، فعالین بازار بورس، محققین و علاقه مندان فن پیش بینی از مزایای این مدل پیشنهادی در پیش بینی قیمت محصولات کشاورزی استفاده کنند.

    کلید واژگان: پیش بینی قیمت زعفران, مدل هیبریدی, الگوریتم ژنتیک, شبکه عصبی عمیق و روش مونت کارلو}
    Seyed MohammadReza Haj Seyed Javady, Reza Heydari *

    Saffron, as the most expensive agricultural and medicinal product in the world, has a special place in buying and selling related to the Iranian agricultural commodity bourse. The saffron commodity bourse, like any other market, has always faced limitations and structural problems, and most of these problems are related to its price fluctuations. Price forecasting using appropriate models can be a great help in reducing the price risk of futures market of saffron. The main question is that in in confronting with various price forecasting methods, which methods should be chosen to forecast the future price of saffron? The purpose of this study is to design the most appropriate hybrid model for forecasting the future price of Negin saffron in the agricultural commodity bourse, which consists of a set of nonlinear models of genetic algorithm, deep neural network, random forest, support vector machine and Monte Carlo method. In this hybrid model, genetic algorithm is used to determine the optimal lag of price time series, deep neural network, random forest model and support vector machine are used to forecast the price time series, and Monte Carlo method is used to simulate the most probable price probability. The results of this study showed that the forecasting accuracy of the hybrid model of "Genetic Algorithm-Deep Neural Network-Monte Carlo" is higher than the two models of "Genetic Algorithm-Random Forest-Monte Carlo" and "Genetic Algorithm-Support Vector Machine -Monte Carlo". Therefore, using a deep neural network and calculating the most probable price probability by the Monte Carlo method, provide the most accurate saffron price prediction with a high degree of reliability and minimal risk. Thus, it is suggested that that the management of the commodity bourse, stock market participants and researchers can use the advantages of this proposed model in forecasting the price of agricultural products.

    Keywords: Saffron Price Forecasting, Hybrid Model, Genetic Algorithm, Deep Neural Network, Monte Carlo Method}
  • حجت الله یونسی*، احمد گودرزی

    آب یکی از عناصر ضروری در طبیعت است که اساس زندگی انسان را تشکیل می دهد و به رشد و توسعه اقتصادی جوامع کمک می کند. آب سالم ارتباط تنگاتنگی با سلامت محیط زیست و فعالیت ها دارد. زندگی همه جانوران روی کره زمین به آب و اکسیژن بستگی دارد. علاوه بر این، اکسیژن محلول کافی (DO) برای بقای جانوران آبزی بسیار مهم است. از این رو، در این پژوهش برای شبیه‏سازی اکسیژن محلول در آب رودخانه کامبرلند واقع در ایالات متحده از مدل ترکیبی شبکه عصبی مصنوعی (ANN) با موجک و الگوریتم‏های فراابتکاری گرگ خاکستری (GWO) و خفاش (BA) در مقیاس زمانی ماهانه طی دوره آماری 2010-2020 استفاده شد. معیارهای ضریب همبستگی (R2)، مجذور میانگین مربعات خطا (RMSE)، میانگین مطلق خطا (MAE) و ضریب بهره‏وری نش ساتکلیف (NSE) برای ارزیابی و مقایسه عملکرد مدل ها مورد استفاده قرار گرفت. نتایج نشان داد هر سه مدل هیبریدی، در الگوهای ترکیبی نتایج بهتری نسبت به سایر الگوهای تعیین‏شده دارند. همچنین، با توجه به معیارهای ارزیابی مشخص شد که از بین مدل های به‏کاررفته در شبیه سازی اکسیژن محلول در آب رودخانه، مدل شبکه عصبی مصنوعی موجک با ضریب تعیین (958/0=R2)، ریشه میانگین مربعات خطا (651/0=RMSE)، میانگین قدرمطلق خطا (334/0=MAE) و ضریب نش ساتکلیف (962/0=NS) در مرحله صحت سنجی عملکرد بهتری نسبت به سایر مدل ها از خود نشان داده است.

    کلید واژگان: اکسیژن محلول در آب, الگوریتم فراابتکاری, شبیه سازی, مدل هیبریدی}
    Hojatolh Younesi *, Ahmad Godarzi

    Water is one of the most essential elements in nature that forms the basis of human life and contributes to the economic growth and development of societies. Healthy water is closely related to environmental health and activities. The life of all animals on Earth depends on water and oxygen. In addition, adequate dissolved oxygen (DO) is essential for the survival of aquatic animals. Therefore, in this study, to simulate the dissolved oxygen of the Cumberland River in the United States from the combined artificial neural network (ANN) model with wavelet and meta-heuristic algorithms of gray wolf (GWO) and bat (BA) on a monthly time scale during the statistical period. Used 2020-2010. The criteria of correlation coefficient (R2), squared mean square error (RMSE), absolute mean error (MAE) and Nash-Sutcliffe productivity coefficient (NSE) were used to evaluate and compare the performance of the models. The results showed that all three hybrid models have better results in hybrid models than the other designated models. Also, according to the evaluation criteria, it was found that among the models used in the simulation of dissolved oxygen in river water, the model of artificial neural network-wavelet with coefficient of determination (R2 = 0.958), the root mean square error (RMSE = 0.651), The mean absolute value of error (MAE = 0.334) and Nash Sutcliffe coefficient (NS = 0.962) in the validation stage showed better performance than other models.

    Keywords: Dissolved Oxygen, Meta-heuristic algorithm, simulation, Hybrid Model}
  • عباس احمدپور، سید حسن میرهاشمی، مهدی پناهی*

    در این پژوهش به منظور مدل سازی و پیش بینی سرعت باد ماهانه شهر دزفول از مدل SARIMA، مدل سری زمانی غیرخطی آستانه (SETAR)، مدل هیبریدی SARIMA-SETAR و همچنین شبکه های عصبی مصنوعی استفاده شد. افزون بر این، برای انتخاب متغیرهای ورودی موثر در پیش بینی سرعت باد با شبکه عصبی از الگوریتم PMI  بهره گرفته شد .با استفاده از ضابطه همپل و معیار اطلاعاتی آکاییک، مقدار رطوبت نسبی ماهانه در دو ماه قبل RH (t-2)، مقدار تبخیر ماهانه در یک ماه قبل E (t-1)، دمای متوسط ماهانه در سه ماه قبل Tave (t-3) و دمای حداکثر ماهانه دریک ماه قبل Tmax (t) به عنوان متغیرهای ورودی موثر برای مدل سازی و پیش بینی سرعت باد ماهانه مشخص شد. به منظور صحت سنجی مدل های SARIMA و SETAR و مدل هیبریدی SARIMA*SETAR برازش یافته از توابع خودهمبستگی، خودهمبستگی جزیی و آزمون استقلال باقی مانده های مدل (الجونگ- باکس) استفاده گردید. مدل برتر بر اساس حداقل مقدار عددی آماره شوارتز و آکاییک تعیین شدند. همچنین برای مدل سازی و پیش بینی سرعت باد ماهانه با شبکه عصبی برای لایه ورودی و خروجی تابع خطی و برای لایه مخفی از توابع محرک مختلف با الگوریتم آموزش متفاوت استفاده شد. مدل شبکه عصبی با توپولوژی (5-1-1) با تابع محرک تانژانت سیگمویید و با الگوریتم آموزشی لونبرگ- مارکوارت درمقایسه با  مدل های خطی SARIMA و غیر خطی SETAR دارای  عملکرد بهتر در پیش بینی سرعت باد ماهانه ایستگاه سینوپتیک دزفول شناخته شد. نتایج ارزیابی عملکرد مدل ها نشان داد که مدل هیبریدی SARIMA*SETAR (2,2,3) در مقایسه با سایر مدل های عملکرد بهتری داشت است. با ضریب تبین 91/0 و ریشه میانگین مربعات 72 دارای دقت قابل قبولی در پیش بینی سرعت باد ماهانه ایستگاه سینوپتیک دزفول می باشد.

    کلید واژگان: سرعت باد ماهانه, شبکه عصبی, سری زمانی, مدل هیبریدی, الگوریتم PMI}
    Abbas Ahmadpour, Seyed Hassan Mirhashemi, Mehdi Panahi *

    The aim of this study is modeling and predicting the monthly wind speed of Dezful. Therefore, SARIMA model, threshold nonlinear time series model (SETAR), SARIMA-SETAR hybrid model, and also artificial neural networks were used. In addition, the PMI algorithm was used for selecting the effective input variables in predicting wind speed for the neural network model. Using the Hempel criterion and the AIC information criterion monthly relative humidity in the previous two months RH (t-2), monthly in the previous month evaporation (t-1), the average monthly temperature in the previous three months Tave (t-3) and maximum monthly temperature in the previous month Tmax (t) as effective input variables for modeling and predicting monthly wind speed were identifie .TO validate the SARIMA and SETAR models and the fitted SARIMA-SETAR hybrid model, the functions of autocorrelation, partial autocorrelation and the residual independence test of the model (Ljung-Box) were used. The superiority models ware determined based on the minimum numerical value of Schwartz and AIC statistics. For modeling and predicting wind speed with neural network, linear function was used for input and output layer and different stimulus functions with different training algorithms were used for the hidden layer.The neural network model with topology (1-3-5) with sigmoid tangent stimulus function and Levenberg-Marquardt training algorithm was found to have better performance in predicting the monthly wind speed of Dezful synoptic station compared to SARIMA linear and SETAR nonlinear models. The results of the models showed that the SARIMA-SETAR hybrid model (2, 2, 3) had better performance compared to other models. It has acceptable accuracy in predicting the monthly wind speed of the Dezful synoptic, with a coefficient of determination of 0.91 and a root of mean squares 72.

    Keywords: Monthly wind speed, Neural network, Time Series, Hybrid model. PMI algorithm}
  • عبدالرضا ظهیری*، سید مهران جعفری، امید بزرگ حداد، محمود محمدرضاپور طبری
    سابقه و هدف

    شبکه های توزیع آب شهری بعنوان یکی از مهمترین تاسیسات و تجهیزات زیربنایی مناطق شهری محسوب می شوند. لوله ها بعنوان یکی از اجزای اصلی و مهم شبکه توزیع آب، همواره در دوره بهره برداری تحت تاثیر عوامل مختلف دچار شکستگی می شوند، بنابراین استفاده از مدل های مختلف جهت شناخت و پیش بینی نرخ شکست لوله ها می تواند کاربرد بسیار مهمی برای مدیران و دست-اندرکاران جهت مدیریت بهینه شبکه توزیع آب شهری در دوران بهره برداری داشته باشد. در دهه اخیر مطالعات مختلفی جهت پیش بینی نرخ شکست لوله های شبکه توزیع آب با استفاده از مدل های آماری و هوشمند انجام شده است که هریک دارایی نقاط ضعف و قوت می باشند. هدف از این تحقیق، ارایه یک رویکرد جدید برمبنای توسعه مدل پیش بینی هیبرید، با توجه به قابلیت های مدل های هوشمند و آماری، جهت پیش بینی دقیق تر نرخ شکست لوله های شبکه توزیع آب در مقایسه با مدل ها آماری و هوشمند مورد استفاده در تحقیقات قبل می باشد.

    مواد و روش ها

    برای دستیابی به اهداف مطالعه، از آمار دوره زمانی 4 ساله (1394 تا 1397) مربوط به مشخصات شبکه توزیع آب شرب شهر گرگان شامل قطر، طول، سن، عمق نصب و تعداد شکست جهت پیش بینی نرخ شکست لوله ها در آینده استفاده شد. برای پیش بینی نرخ شکست لوله های شبکه توزیع آب مورد بررسی، پنج مدل مختلف شامل سه مدل آماری (رگرسیون خطی، رگرسیون خطی تعمیم یافته، رگرسیون بردار پشتیبان) و دو مدل هوشمند (شامل شبکه عصبی مصنوعی پیش خور و شبکه عصبی مصنوعی پایه شعاعی) مورد بررسی قرار-گرفتند. انتخاب پارامترهای بهینه مدل های مورد استفاده در این تحقیق، بر اساس شاخص های آماری مناسب شامل ضریب همبستگی، خطای حداقل مربعات و نسبت همبستگی- خطای مربعات متوسط مربوط به داده های آموزشی و آزمایشی انجام گردید. به منظور انتخاب مدل برتر از بین مدل های مختلف برای پیش بینی نرخ شکست لوله های شبکه، مقادیر شاخص های R و MSE مدل های فوق در مرحله صحت سنجی محاسبه و با یکدیگر مقایسه گردید. در نهایت، به منظور امکان پیش بینی دقیق تر نرخ شکست لوله های شبکه توزیع آب، یک رویکرد جدید بر مبنای مدل پیش بینی هیبرید توسعه داده شد که در آن، مقادیر پیش بینی شده نرخ شکست لوله های شبکه توسط هریک از مدل های فوق به-عنوان متغیرهای مستقل ورودی مدل برتر و مقادیر مشاهداتی نرخ شکست به عنوان متغیر وابسته خروجی مدل برتر در نظر گرفته شد.

    یافته ها

    مقایسه مقادیر شاخص های آماری R و MSE مدل های مورد استفاده در این تحقیق در مرحله صحت سنجی نشان داد که هیچ-کدام از مدل های مورد استفاده دارای دقت مناسبی برای پیش بینی نرخ شکست لوله های شبکه شرب شهر گرگان نیستند. مدل شبکه عصبی مصنوعی پیش خور با ضریب همبستگی 69/0 R= و مقدار خطای 062/0 MSE= دارای بهترین برآورد بود. با استفاده از رویکرد جدید توسعه داده شده بر اساس هیبرید مدل های هوشمند و آماری مقدار R برابر 96/0 و شاخص خطای MSE برابر 046/0 بدست آمده است.

    نتیجه گیری

    افزایش چشمگیر شاخص R(به میزان 39 درصد) و کاهش قابل توجه شاخص MSE (به میزان 25 درصد) ناشی از استفاده از رویکرد هیبریدی پیشنهادی برای پیش بینی نرخ شکست لوله های شبکه در مقایسه با مدل شبکه عصبی مصنوعی پیش خور نشان می-دهد که با استفاده از این رویکرد جدید، می توان نرخ شکست لوله های شبکه تحقیق حاضر را با دقت بسیار خوبی پیش بینی نمود.

    کلید واژگان: نرخ شکست لوله, شبکه توزیع آب شهری, مدل هوشمند, مدل هیبریدی, گرگان}
    Abdolreza Zahiri *, Seyedmehran Jafari, Omid Bozorghaddad, Mahmoud Mohammadrezapor Tabari
    Background and Objective

    Urban water distribution networks consider as one of the essential infrastructural facilities and equipment in urban areas. The pipes are one of the primary and essential components of a water distribution network break during operation due to various factors. So, developing models for pipes failure rate prediction can be one of the most crucial tools for managers and stakeholders to the optimal operation of the water distribution network. In the last decade, various studies have performed to predict the failure rate of water distribution pipes using statistical and soft models - each of which has strengths and weaknesses. This study aims to present a new approach based on the development of a hybrid prediction model, considering the capabilities of soft and statistical models, to more accurately predict the water distribution network pipes failure rate compared to statistical and soft models used in previous research.

    Material and Method

    In order to achieve the study goals, 4-year (2015-2018) time duration statistics of Gorgan water distribution network characteristics including diameter, length, age, depth of installation, and the number of pipe failures used to predict future pipes failure rates. To modeling the pipe failure rate of the investigated network, five different models, including three statistical models (linear regression, generalized linear regression, support vector regression) and two soft models (feed-forward neural network, and radial basis function neural network) has studied. Optimal parameters of the models were selected based on appropriate statistical error indicators, including correlation coefficient (R), Mean Square Error (MSE), and Correlation Mean square error Ratio (CMR) for the training and testing data. In order to select the best model from different models to predict the failure rate of network pipes, the values of R and MSE indicators of the above models were calculated in the validation stage and compared with each other. Finally, to predict pipes failure rate more accurately, a new approach is developed based on the hybrid prediction model in which the predicted values of pipe failure rates by statistical and soft computing models considered as independent variables of the best model inputs and the observed values of failure rates as dependent variables of the best model outputs.

    Results

    Comparing the values of R and MSE indicators of each statistical and soft computing model used in this study in the validation phase show that these models cannot predict the pipes' failure rate with reasonable accuracy. Feed forward neural network model with the highest R = 0.69 and the lowest MSE = 0.062 values has the best estimates. Using the new approach developed based on hybrid soft and statistical models, the R index is equal to 0.96, and the MSE index is equal to 0.046.

    Conclusion

    A significant increase in the R index (39%) and decrease in the MSE index (25%) through using the proposed hybrid approach compared to the feed-forward neural network model demonstrates that using the new approach provides perfect accuracy prediction of the pipes failure rate of the water distribution network.

    Keywords: Pipe Failure Rate, Urban Water Distribution Network, Intelligent Model, Hybrid Model, Gorgan}
  • عباس احمدپور*، سید حسن میرهاشمی، پرویز حقیقت جو، محمدرضا رئیسی سیستانی

    در این پژوهش از مدل سری زمانی اریما و شبکه استنتاج فازی- عصبی و شبکه عصبی مصنوعی پرسپترون چندلایه و مدل های هیبریدی ARIMA-ANN, ARIMA- ANFIS برای مدل سازی و پیش بینی پارامتر هدایت الکتریکی جریان روزانه ایستگاه آب سنجی تله زنگ با طول دوره آماری 49 ساله استفاده شده است. برای این منظور از داده های روزانه سال های 1384-1347 برای آموزش مدل و از داده های سال های 1396-1385 برای آزمون استفاده شد. برای تایید صحت مدل های اریما برازش یافته از توابع خودهمبستگی و خودهمبستگی جزیی باقی مانده ها و آماره پورت مانتیو استفاده شد. در مدل سازی و پیش بینی هدایت الکتریکی برای انتخاب پارامتر ورودی موثر شبکه استنتاج فازی عصبی و شبکه عصبی مصنوعی از الگوریتم PMI بهره گرفته شد که پارامترهای روزانه منیزیم (با دو روز تاخیر) و سدیم (با یک روز تاخیر) و درجه حرارت (با یک روز تاخیر) و دبی جریان (با دو ماه تاخیر) و اسیدیته (با یک روز تاخیر) با داشتن کمترین مقادیر اکایک و بیشترین مقادیر آماره همپل به عنوان ورودی شبکه استنتاج فازی عصبی و شبکه عصبی مصنوعی برای مدل سازی و پیش بینی هدایت الکتریکی روزانه معرفی شدند. بررسی معیارهای ارزیابی مدل ها تایید کننده برتری مدل هیبریدی ARIMA-ANFIS با تابع عضویت ذوزنقه ای و تعداد تابع عضویت 2 نسبت به سایر مدل ها با مقادیر ضریب تبین 86/0و ریشه میانگین مربعات dS/m 29 است همچنین مدل آریما ضعیف ترین عملکرد را در مدل سازی و پیش بینی پارامتر کیفی روزانه ایستگاه هیدرومتری تله زنگ به خود اختصاص داده است.

    کلید واژگان: کیفیت آب, شبکه استنتاج فازی عصبی, اریما, شبکه عصبی, مدل هیبریدی}
    A. Ahmadpour*, S. H. Mirhashemi, P. Haghighatjou, M. R. Raisi Sistani

    In this study, we used the ARIMA time series model, the fuzzy-neural inference network, multi-layer perceptron artificial neural network, and ARIMA-ANN, ARIMA-ANFIS hybrid models for the modeling and prediction of the daily electrical conductivity parameter of daily teleZang hydrometric station over the statistical period of 49 years. For this purpose, the daily data for the 1996-2004 period were used for model training and data for the 1996-2006 period were applied for testing. In order to verify the validity of the fitted ARIMA models, the residual autocorrelation and partial autocorrelation functions and Port Manteau statistics were used. PMI algorithm were   then used to model and predict electrical conductivity for selecting the effective input parameter of the neural fuzzy inference network and the artificial neural network. The daily parameters of magnesium (with two days delay) and sodium (with one day delay), heat (with one day delay), flow rate (with two months delay), and acidity (with one day delay) were obtained with the lowest values of Akaike and highest values of hempel statistics as the input of the neural fuzzy inference network and the artificial neural network for modelling daily electric conductivity predictions; then predictions were made. Also, models evaluation criteria confirmed the superiority of the ARIMA-ANFIS hybrid model with the trapezoidal membership function and with two membership numbers, as compared to other models with a coefficient of determination of 0.86 and the root mean square of 29 dS / m. Also, the Arima model had the weakest performance. So, it could be applied to modeling and forecasting the daily quality parameter of the tele Zang hydrometer station.

    Keywords: Water quality, Neural fuzzy inference network, Arima, Neural network, Hybrid models}
  • مهرداد تقیان، فریدون رادمنش، علی محمد آخوند علی، علی حقیقی
    برای بهره برداری از سیستم مخازن، بهره برداران معمولا در عمل از منحنی های فرمان پیروی می کنند. منحنی فرمان بیانگر مقدار تخلیه مورد نظر از مخزن یا حجم مطلوب ذخیره مخزن در یک بازه زمانی مشخص از سال است. در تحقیق حاضر از ترکیب الگوریتم ژنتیک با مدل شبیه سازARSP برای بهینه سازی منحنی فرمان بهره برداری از سیستم های چند مخزنی استفاده شده است. در این مدل هیبریدی، تخصیص آب در هر واحد زمانی با برنامه ریزی خطی و جستجوی احجام آستانه منحنی فرمان با تعریف یک برنامه ریزی غیرخطی و استفاده از یک الگوریتم ژنتیک ساده انجام شده است. قابلیت مدل توسعه داده شده با تعریف و تحلیل سیستم منابع آب سه مخزنی در رودخانه زهره ارزیابی شد. محاسبات نشان داده است که ترکیب یاد شده، محدودیت های مدل سازی را تا حد زیادی مرتفع ساخت، سرعت همگرایی بهینه سازی را افزایش داد و کل روند برنامه ریزی و مدیریت در سیستم های پیچیده بسیار انعطاف پذیرکرد.
    کلید واژگان: سیستم چند مخزنی, منحنی فرمان, مدل هیبریدی, الگوریتم ژنتیک, برنامه ریزی خطی}
    M. Taghian, Dr F. Radmanesh, Dr A. Akhondali, A. Haghighi
    Operators usually follow the rule curves for operation of a reservoirs system in actual conditions. Rule curve indicates desired release or target storage volume for a reservoir in the specified period of year. In the present study, combination of a simple genetic algorithm with the simulation model (ARSP) was used for multiple reservoir systems to find optimum rule curves. In this hybrid model, a linear programming was used for water allocation per single period. In addition, the genetic algorithm through a nonlinear programming was utilized for searching the rule curves. Capability of the developed model was evaluated by defining and analyzing of the three dam water resources systems in Zohre River. Calculations showed that the above combination improved the limitation modeling greatly, increased optimization convergence rate and made considerable flexibility for total process of planning and management in complex systems.
    Keywords: Hybrid models, Linear programming, Genetic algorithm., Multi, reservoir system, Rule curve}
نکته
  • 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.
درخواست پشتیبانی - گزارش اشکال