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 « آب و خاک »

تکرار جستجوی 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}
  • 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