جستجوی مقالات مرتبط با کلیدواژه "موجک" در نشریات گروه "آب و خاک"
تکرار جستجوی کلیدواژه «موجک» در نشریات گروه «کشاورزی»-
در پژوهش حاضر با بهره گیری از هوش مصنوعی، بهره وری گندم در شهر ساری به عنوان محدوده مورد مطالعه با لحاظ سایر پارامترهای دخیل در تولید مورد بررسی قرار گرفته است. تغییرات خصوصیات موفولوژیکی و فیزیولوژیکی چهار رقم گندم مورد مطالعه تحت تیمارهای مختلف خاک ورزی و سطوح رطوبتی مختلف قابل ملاحظه و قابل تامل بود به گونه ای که در اغلب موارد اثرات هر یک از تیمارهای مورد استفاده و همچنین اثرات متقابل آن ها بر روی خصوصیت مورد ارزیابی در سطوح مختلف 1 و 5 درصد خطا معنادار شد. عملکرد بیولوژیکی به عنوان یکی از مهم ترین عوامل موردنظر به ترتیب برای ارقام نیک نژاد، چمران، الوند و سرداری تحت شرایط خاک ورزی مرسوم و آبیاری معادل ظرفیت زراعی به ترتیب معادل 16/25، 18/5، 16/5 و 17/2 تن بر هکتار و تحت شرایط بدون خاک ورزی با تنش شدید دیم به ترتیب معادل 8/3، 8/2، 8/6 و 9/6 تن بر هکتار به دست آمد. روند تغییرات خصوصیات عملکردی برای ارقام دیم سرداری و الوند به مراتب کمتر از تغییرات مشاهده شده برای دو رقم آبی نیک نژاد و چمران بود و به طورکلی شرایط خاک ورزی مرسوم و حداقل تنش رطوبتی برای نیل به تولید قابل قبول برای ارقام مختلف ضروری خواهد بود و کاهش چشمگیری در خصوصیات عملکردی مورد انتظار اتفاق نیفتد. اثر ارقام کشت شده بیشتر بر خصوصیت وزن هزار دانه و ارتفاع موثر بود، به نحویکه به طور کلی این عامل از طریق فاکتورهای دیگر مانند تغییر در تراکم کشت گندم می تواند عملکرد بیولوژیکی و تولید کلی گیاه را یکسان نماید ولی بعضی از خصوصیات مانند تحت تنش قرار گرفتن رقم خاص مد نظر از قبیل ارقام سرداری و الوند مقاومت بیشتری از خود نشان دادند و عملکرد آنها تحت شرایط تنش با تغییرات کمتری نسبت به دو رقم چمران و نیک نژاد تولید زیستی و یا سایر خصوصیات مورد بررسی را نشان داد.کلید واژگان: خاک ورزی, کشاورزی, گیاه, موجک, MATLABEvaluation of the effect of different parameters on wheat productivity using artificial intelligenceIn the current research, using artificial intelligence, the productivity of wheat in the city of Sari as the study area has been investigated in terms of other parameters involved in production. The changes in the morphological and physiological characteristics of the four studied wheat cultivars under different tillage treatments and different moisture levels were noticeable and ponderable, so that in most cases the effects of each of the treatments used and also their mutual effects on the evaluated characteristic at different levels 1 and 5 The error percentage was significant. Biological performance as one of the most important factors considered for Niknejad, Chamran, Alvand and Sardari cultivars under conventional tillage and irrigation conditions equal to 16.25, 18.5, 16.5 and 17.2 tons per hectare respectively and Under the condition of no tillage with severe rain stress, 8.3, 8.2, 8.6 and 9.6 tons per hectare were obtained, respectively. The process of changes in performance characteristics for dry Sardari and Alvand cultivars was much less than the changes observed for the two Niknejad and Chamran blue cultivars, and in general, conventional tillage conditions and minimum moisture stress will be necessary to achieve acceptable production for different cultivars, and a significant reduction in Expected performance characteristics do not occur. The effect of cultivated cultivars was more effective on the characteristics of weight of 1000 seeds and height, so that in general this factor can equalize the biological performance and overall production of the plant through other factors such as changes in the density of wheat cultivation, but some characteristics such as being under stress The specific varieties in question, such as Sardari and Alvand varieties, showed more resistance and their performance under stress conditions showed less changes than Chamran and Niknejad varieties in terms of biological production or other investigated characteristics.Keywords: Tillage, Agriculture, Plant, Wavelet, MATLAB
-
بررسی تاثیر شیوه های مدیریت زراعی بر میزان نیترات و اوره در خاک از اهمیت ویژه ای برخودار است. هدف از این مطالعه، مدلسازی و بررسی ارتباط متقابل متغیرهای هیدرولیکی، واکنشی و جذب املاح عمق های مختلف خاک جمع آوری شده در سال (1400-1399) از مزرعه پایلوت شالیزاری واقع در دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، استان مازندران، به مساحت 6/0 هکتار، است. در این مطالعه، حجم رطوبت باقیمانده در خاک (θr)، نرخ نیترات زایی (kn) و نرخ هیدرولیز اوره (kh) به ترتیب بر اساس چهار، چهار و دو سناریو تعریف شده، با به کارگیری مدل های شبکه عصبی مصنوعی-موجک (WANN)، سامانه استنتاجی فازی-عصبی-موجک (WANFIS) و برنامه ریزی بیان ژن-موجک (WGEP)، مدلسازی شد. نتایج نشان داد که درصد بهبود عملکرد مدل های WGEP نسبت به WANFIS و مدل WANFIS نسبت به WANN با در نظر گرفتن شاخص ارزیابی RMSE به ترتیب برای سه متغیرθr ، kn و kh (96/16، 87/41)، (72/85، 00/1) و (37/20، 27/3) به دست آمد. مدل WGEP دارای بیشترین مقدار R و کم ترین مقادیر RMSE و MAE جهت تخمین متغیرهایθr ، kn و kh می باشد. نتایج نشان داد که متغیرهای هیدرولیکی، واکنشی و جذب املاح خاک می تواند متاثر از شرایط اقلیمی منطقه، باشد. بنابراین، ارائه مدل های کاربردی هوشمند جهت تخمین متغیرهای نیترات و اوره در خاک، می تواند مدیران و کشاورزان را در مدیریت صحیح منابع آب و خاک و مصرف بهینه کود نیتروژن با صرف هزینه و زمان کم تر، یاری دهد.کلید واژگان: املاح, خاک, رطوبت, موجک, هوش مصنوعیInvestigating the effect of agricultural management methods on the amount of nitrate and urea in the soil has special importance. The purpose of this study is to model and investigate the interrelation of hydraulic, reactivity, and solute absorption variables of different soil depths collected in the year of (2020-2021) from the pilot rice farm located in the Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University, Mazandaran province, with an area of 0.6 hectares. In this study, the residual moisture of the soil (θr), nitrification rate (kn), and urea hydrolysis rate (kh) variables were modeled based on four, four, and two defined scenarios, respectively, using Wavelet-Artificial Neural Network (WANN), Wavelet- Artificial Neural-Fuzzy Inference System (WANFIS), and Wavelet-Gene Expression Programming (WGEP) models. The results showed that the performance improvement percentage of WGEP models compared to WANFIS and WANFIS model compared to WANN considering the RMSE evaluation index were obtained (16.96, 41.87), (85.72, 1.00), and (20.37, 3.27) for three variables of θr, kn, and kh, respectively. the volumetric residual moisture in the soil, and the urea hydrolysis rate variable is also highly dependent on the residual moisture in the soil. Also, the results showed that the hydraulic variables, reactivity and absorption of soil solutes can be affected by the climatic conditions of the region. Therefore, providing intelligent applicable models to estimate nitrate and urea variables in soil can help managers and farmers in proper management of water and soil resources and optimal use of nitrogen fertilizer with less time and cost.Keywords: Artificial intelligence, Humidity, Soil, Solutes, Wavelet
-
مقدمه
خشک سالی یکی از مخاطرات طبیعی است که به دلیل متاثر بودن از پارامترهای مختلف اقلیمی دارای رفتاری تصادفی و غیرخطی است. شاخص SPI به عنوان مرسوم ترین شاخص مستخرج شده از بارندگی می باشد که در مدل سازی خشک سالی مورداستفاده محققین مختلف قرارگرفته است. استفاده از روش های هوش محاسباتی جهت مدل سازی خشک سالی در سالهای اخیر بسیار مورد توجه محققین حوزه منابع آب بوده است.
روشدر این تحقیق از الگوریتم های SVR و GPR به صورت منفرد و همچنین تلفیق این الگوریتم ها با فن موجک به مدل سازی و پیش بینی شاخص SPI پرداخته شده است و هدف بررسی میزان بهبود نتایج الگوریتم های هوش محاسباتی در تلفیق با موجک بوده است. در این تحقیق از اطلاعات سری زمانی 10 ایستگاه سینوپتیک ایران در بازه زمانی 1961 تا 2017 به صورت ماهانه جهت مدل سازی خشک سالی به عنوان ورودی الگوریتم های مورد مطالعه استفاده شده است.
یافته هانتایج این پژوهش نشان داد که استفاده از روش موجک در تلفیق با الگوریتم های هوش محاسباتی SVR و GPR سبب بهبود نتایج در تمامی مقیاس های زمانی گردید. همچنین میزان بهبود مدل سازی ناشی از استفاده از موجک در تلفیق با مدل SVR با میانگین تفاضل RMSE برابر با 1540/0- و تفاضل R2 برابر 1491/0 و در مدل GPR با میانگین تفاضل RMSE برابر با 1554/0- و تفاضل R2 برابر 1530/0 نسبت به مدل های منفرد SVR و GPR نشان داد که مدل GPR در حالت کلی (همه مقیاس های زمانی و تمامی ایستگاه ها) بهبود بهتری در مدل هیبریدی نسبت به مدل منفرد داشته است.
کلید واژگان: خشک سالی, موجک, SPI, SVR, GPRIntroductionDrought is one of the natural hazards that have random and nonlinear behavior due to its various climatic parameters. SPI index is the most common index extracted from rainfall that has been used in modeling drought by various researchers.
MethodsThe use of computational intelligence methods to model drought in recent years has been much considered by researchers in the field of water resources. In this research, SVR and GPR algorithms individually and also the combination of these algorithms with wavelet algorithms have been modeled and predicted by SPI index, and the purpose was to evaluate the improvement of computational intelligence algorithms in combination with wavelet. In this research, the time series data of 10 synoptic stations in Iran in the period 1961 to 2017 have been used on a monthly basis for modeling the drought as the input of the studied algorithms.
FindingsThe results of this study showed that the use of the wavelet method in combination with SVR and GPR computational intelligence algorithms improved the results in all time scales. Also, the modeling improvement is due to the use of wavelet in combination with the SVR model with an average RMSE difference of -0.1540 and R2 difference of 0.1491 and the GPR model with an average RMSE difference of -0.1554 and R2 difference of 0.1530 Compared to the single SVR and GPR models showed that the GPR model in general (all time scales and all stations) had a better improvement in the hybrid model than the single model.
Keywords: Drought, Wavelet, SPI, SVR, GPR -
تبخیر به عنوان یکی از پارامترهای طبیعی، همواره مورد توجه محققین بوده است. در این پژوهش، متغیر تبخیر ماهانه با استفاده از روشهای شبکه عصبی مصنوعی، سامانه استنتاجی فازی-عصبی تطبیقی و برنامه ریزی بیان ژن و ترکیب روشهای مذکور با تیوری موجک، در دو اقلیم متفاوت ایران مدلسازی شد. بدین منظور، دادههای هواشناسی بارش، رطوبت نسبی، دمای میانگین، دمای بیشینه، دمای کمینه و سرعت باد، در طول دوره آماری 1397-1384 مربوط به دو حوضه آبریز دریاچه ارومیه و گاوخونی به کار گرفته شد. در این مطالعه، اثر فصلی و نویززدایی دادهها اعمال شد. دقت روشهای مورد مطالعه بر اساس شاخصهای آماری ضریب همبستگی (R)، ریشه میانگین مربعات خطا (RMSE)، میانگین خطای مطلق (MAE) و ضریب کارایی نش-ساتکلیف (NSE) مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاکی از این است که در دو اقلیم مختلف روشهای هیبرید موجک برنامه ریزی بیان ژن و شبکه عصبی مصنوعی منفرد به ترتیب دارای بالاترین و ضعیفترین عملکرد در میان سایر مدلهای داده کاوی به کار رفته در این تحقیق هستند. مدل هیبریدی موجک-برنامه ریزی بیان ژن با مقدار RMSE برابر با 870/20 و 884/156 میلیمتر به ترتیب برای ایستگاه های تازه کند در حوضه آبریز دریاچه ارومیه و کوهپایه در حوضه آبریز گاوخونی عملکرد بالاتری را داشته است. همچنین، نتایج نشان داد که تاثیر به کارگیری ضریب فصلی و نویززدایی دادهها در ارتقاء عملکرد مدلها قابل توجه است. بر اساس نتایج، عملکرد مدلها در حوضه آبریز دریاچه ارومیه با اقلیم Dsa بهتر بوده است. همچنین، روشهای دادهکاوی هیبریدی را میتوان به عنوان جایگزین مناسبی برای روشهای قدیمی معرفی نمود.
کلید واژگان: اقلیم, تبخیر, دادهکاوی, موجکEvaporation as one of the natural parameters has always been considered by researchers. In this study, the monthly evaporation variable was modeled in two different climates of Iran using artificial neural network, adaptive fuzzy-neural inference system and gene expression programming methods and combining these methods with wavelet theory. For this purpose, meteorological data of precipitation, relative humidity, average temperature, maximum temperature, minimum temperature and wind speed were used during the statistical period of 1384-1397 related to the two catchments of Urmia Lake and Gavkhouni. In this study, the seasonal effect and data noise reduction were applied. The accuracy of the studied methods was evaluated based on statistical correlation coefficient (R), root mean square error (RMSE), mean absolute error (MAE) and nash-sutcliffe efficiency (NSE). The results show that in two different climates, the wavelet-hybrid gene expression programming and the single artificial neural network have the highest and weakest performance, respectively, among other data mining models used in this study. The hybrid wavelet-gene expression programming model with RMSE value of 20.870 and 156.884 had higher performance for Tazehkand station in Urmia Lake catchment area and Kuhpayeh catchment in Gavkhouni catchment area, respectively. Also, the results showed that the effect of seasonal factor utilization and data noise reduction in model performance improvement is significant. Based on the results of the models performance Urmia Lake catchment area with Dsa climate has been better. However, hybrid data mining methods can be introduced as a good alternative to the old methods.
Keywords: Climate, Evaporation, Data mining, Wavelet -
از آنجا که بخش بسیار بزرگی از آب در دسترس به واسطه تبخیر-تعرق تلف می شود، برآورد دقیق آن در دوره های زمانی کوتاه مدت و بلندمدت حایز اهمیت می باشد. در این مقاله قابلیت رویکرد مدل درخت M5 و جنگل تصادفی (RF) به عنوان رویکردهای هوش مصنوعی و همچنین در ترکیب با فرآیند پیش پردازشگر موجک، جهت برآورد تبخیر-تعرق پتانسیل روزانه و هفتگی در ایستگاه سینوپتیک بابلسر بررسی گردید. با توجه به ساختار سری زمانی داده های ورودی، دو تابع موجک مادر کویفلت و دوبشی مرتبه ششم در سطوح تجزیه 3 تا 8 انتخاب شدند. به منظور ارزیابی مدل های ارایه شده از چهار شاخص ضریب همبستگی (R)، شاخص توافق (Ia)، ضریب ناش-ساتکلیف (NSE) و جذر متوسط مربعات خطا (RMSE) استفاده شد. نتایج حاصل از این پژوهش نشان داد که با وجود این که کلیه مدل های منفرد، کارایی مطلوبی در مدلسازی تبخیر-تعرق دارند، استفاده از فرآیند پیش پردازش موجک، در تمامی موارد موجب ارتقای عملکرد مدل های منفرد شده و همچنین باعث می شود تا سناریوهای ورودی ساده تر هم نتایج مطلوب تری ارایه کنند. به عنوان مثال در سناریوی ورودی سوم (سرعت باد، دمای حداکثر، رطوبت نسبی و نقطه شبنم) استفاده از موجک دوبشی مرتبه ششم در سطح تجزیه 5 موجب شد تا ضریب همبستگی مدل روزانه از 0.908 به 0.928 ارتقا یافته و همزمان RMSE از 0.833 به 0.722 میلی متر در روز کاهش یابد. به طور مشابه استفاده از موجک مادر کویفلت مرتبه چهارم در سطح تجزیه 5 موجب شد تا در مدل هفتگی ضریب همبستگی از 0.948 به 0.961 افزایش یافته و میزان RMSE از 4.55 به 4 میلی متر در هفته کاهش یابد. از این رو این تحقیق، کارایی رضایتبخش هر دو رویکرد منفرد و ترکیبی در برآورد تبخیر-تعرق دوره های زمانی روزانه و هفتگی را نشان داد، با این وجود کاربرد رویکردهای ترکیبی موجب شد تا استفاده از پارامترهای هواشناسی ساده تر و در دسترس تر هم نتایج رضایتبخشی را ارایه کند.
کلید واژگان: تبخیر-تعرق, جنگل تصادفی, مدل درخت M5, موجکSince a considerable part of the available water is wasted due to evapotranspiration, a precise estimation of it in short-term and long-term periods is of great importance. In this paper, the capability of the M5 model tree and random forest (RF), as the artificial intelligence approaches, and in combination with the wavelet preprocessing, investigated to estimate the potential daily and weekly evapotranspiration in the synoptic station of Babolsar. Given the time series structure of the input data, the two functions of Coiflet mother wavelet and Daubechies 6 wavelet in the decomposition levels of 3 to 8 were chosen. The four indices of correlation coefficient (R), index of agreement (Ia), Nash-Sutcliffe model efficiency coefficient (NSE) and root mean square error (RMSE) used to evaluate the presented models. The obtained results indicated that although all individual models have desirable efficiency in modeling the evapotranspiration, the use of wavelet preprocessing enhances the performance of individual models in all cases while allows the simpler input scenarios to provide more desirable results. For instance, in the third input scenario (wind speed, maximum temperature, relative humidity, and dew point), the use of Daubechies 6 wavelet in the decomposition level of 5 increased the correlation coefficient of the daily model from 0.908 to 0.928 while reduced the RMSE from 0.833 mm/day to 0.722 mm/day. Similarly, the use of Coiflet-4 mother wavelet in the decomposition level of 5 raised the correlation coefficient of the weekly model from 0.948 to 0.961 while lowered the RMSE from 4.55 mm/week to 4 mm/week. Therefore, in the present study, the efficiency of both individual and hybrid approaches in estimating the evapotranspiration of daily and weekly periods is satisfactory. However, if the hybrid approaches employed, even the use of simpler and more accessible meteorological parameters will provide satisfactory results.
Keywords: evapotranspiration, M5 model tree, Random forest, Wavelet -
تابآوری طیف بههمپیوستهای از ارتباطات بین محیط، رودخانه و واکنش اکوسیستم به تغییرات وارد شده را برای حفظ پایداری نشان میدهد؛ لذا بررسی میزان تابآوری رودخانه، برای برنامهریزی و مدیریت منابع آب مهم و موثر است. با توجه به ارتباط تابآوری زیستی به تغییر پارامترهای کیفی و کمی از مدلهای هوش مصنوعی، بیان ژن ماشین بردار پشتیبان و هیبرید موجکی برای پیشبینی وضعیت ارتباطی آب رودخانه علیآباد در ایستگاه لوارک و در بازه زمانی ده ساله استفاده و نتایج با شاخص تابآوری سنجیده شد. مدلهای هیبریدی نسبت به غیرهیبریدی، عملکرد دقیقتر و خطای کمتری را با حذف نویز نشان دادند؛ چنانکه سناریوی 4 با ترکیب روی و اکسیژن بیوشیمیایی و دبی در سری زمانی با نتایج صحتسنجی ضریب نش ساتکلیف (0/98)، جذر میانگین مربعات خطا (0/05) و میانگین قدرمطلق خطا (0/10) در مدل هیبرید موجک بردار پشتیبان بهترین پیشبینی را نشان داد. نتیجه هیبرید موجک بیان ژن با ضریب نش ساتکلیف (0/94)، جذر میانگین مربعات خطا (0/70) و میانگین قدرمطلق خطا (0/20) در سناریو 4 تاکیدی بر تاثیر مثبت مدلهای هیبریدی نسبت به مدلهای کلاسیک در پیشبینی بود. نتیجه کلی تحقیق نشان داد رودخانه در شرایط سنجش تابآور است و پیشبینی مدلهای هیبریدی با اندازهگیریها همخوانی دارد.
کلید واژگان: بیان ژن, تاب آوری, ماشین بردارپشتیبان, موجک, شاخص زیستیResilience is a criterion for measuring the strength and stability of a system and its ability to absorb changes and distribute them, while at the same time maintain relationships between system variables. The ability of societies to live and develop with dynamic environments is known as ecological resilience. When the accessibility of a vital resource (such as water) varies between overabundance and extreme scarcity due to natural or man-made phenomena, management should be flexible and the authorities adapted with maintaining legitimacy. So, the prediction of ecological resilience in water resources such as rivers is an important issue that needs to be considered for better management of land-use systems and water supplies. For this purpose physical and chemical parameters in rivers should be monitored to predict and understand the behavior, flexibility and interaction between living-beings of rivers. The ecological importance and reorganization features of algae, as well as being directly influenced by chemical and physical parameters make them eligible to be considered as indicators of nutrient pollution and to be the endpoints for numeric nutrient criteria developed for water quality management aims. But, most environmental models do not address water quality in relation to river biology over time and offer little prediction for future periods. Time series modeling and forecasting have importance in various applied studies, such as resilience in which resistance to chronic stress and time series are to be significant. In spite of various studies on intelligent modeling in the field of water management, no study has yet investigated the environmental resilience of the river in Iran, using the time series and artificial intelligence models. The resilience indicators examined for rivers have included four criteria: the biology, impact of pollutants, climate change, and time. The mentioned criteria were investigated in accordance with the following factors: Diatom algae, chemical parameters, discharge variations, and 10-year time series. The input data for modeling relations in the river ecosystem for Diatom were based on the factors influencing the physical and chemical parameters of these algae (EPA2017), and also on the basis of statistical methods of their correlation coefficients. Resilience index in the current study was determined based on Diatoms population with regard to Diatomic-Trophic index. In this respect, this study proposes a gene expression programming (GEP), hybrid wavelet-gene expression programming (WGEP), support vector machine (SVM) and wavelet support vector machine (WSVM) for prediction of monthly variations in Lavarak Station’s water quality that affect bio indicators. The 10-years (2002-2012) monthly data used in this study were measured from Aliabad River located in Tehran, Iran. First, the measured discharge (Q) and other quality parameters that affect the bio indicators data sets were initially decomposed into several sub-series, using discrete wavelet transform (DWT). Then, this new sub-series was imposed on the (GEP) and (SVM) models as input patterns to predict monthly bio indicator one month ahead. The results of the new proposed WGEP and WSVM models were compared with SVM and GEP models. The performance of this model was evaluated using Nash-Sutcliffe efficiency (NS), root mean square error (RMSE), and mean absolute error (MAE). A comparison between the four models showed the superiority of the hybrid models over the classic models. The achieved results even pointed to the superiority of a single SVM model over the GEP model. With regard to the studies conducted to determine the bio - resiliency index, the abundance of Diatom algae in the river within the standard of resilience the WSVM hybrid model was better while the WGEP was the second best. But due to the modeling process and the results, the WGEP model was used to determine the formula and the effect of each parameter was defined in the scenario. This model can also be effective in expressing changes in one or more independent parameter. The results of this study indicated that considering the capacity and the ability of AI models to deal with the nonlinear nature and dynamics of hydrological processes, the ability of wavelet analysis to extract certain periods of a time series is potentially more to gain reasonable prediction in different environmental processes and planning for them.
Keywords: Gene Expression, Resiliency, Support Vector Machine, Wavelet, Bio indicator -
پیش بینی دبی رودخانه ها یکی از موارد مهم در برنامه ریزی و مدیریت منابع آبی می باشد. در این تحقیق از روش های پیش پردازش و پس پردازش سری زمانی به همراه روش های مبتنی بر کرنل ماشین بردار پشتیبان (SVM)و رگرسیون فرآیند گاوسی (GPR) جهت تخمین دبی جریان یدو رودخانه طبیعی در ایالات متحده با دو ایستگاه هیدرومتری متوالی استفاده شده است. رودخانه اول شامل تقریبا 2 سال داده بوده و در رودخانه دوم از 4 سال داده روزانه دبی استفاده شده است. مدل های متفاوتی بر اساس مشخصات هیدرولیکی جریان تعریف گردید و کارایی روش های تلفیقی پیش پردازش و پس پردازش در دو حالت درون ایستگاهی و بین ایستگاهی بررسی شد. جهت پیش پردازش داده ها ابتدا از روش تبدیل موجک گسسته (DWT) استفاده شد. سپس زیر سری های با فرکانس بالا انتخاب شده و با روش تجزیه مد تجربی یکپارچه (EEMD) دوباره تجزیه گردیدند. در نهایت زیر سری های با انرژی بالا به عنوان ورودی مدل های مبتنی بر کرنل استفاده شدند. برای پس پردازش داده ها نیز از مدل میانگین عصبی غیرخطی (NNA) استفاده شد. نتایج حاصل از تحلیل مدل های تعریف شده، دقت بالای روش های تلفیقی به کار رفته در تحقیق را در تخمین دبی جریان به خوبی نشان داد. بطوریکه در هر دو ایستگاه ، درصد خطا با استفاده از روش های تلفیقی پیش پردازش و پس پردازش نسبت به روش های هوشمند مبتنی بر کرنل تقریبا به میزان 20 تا 25 درصد کاهش یافت. مشاهده شد که در حالت بررسی دبی رودخانه بر اساس داده های خود ایستگاه مقدار خطای RMSE مدل تقریبا از 3/0 به 26/0 و در حالت استفاده از داده های ایستگاه قبلی از مقدار 44/0 به 33/0 کاهش یافت. با توجه به قابلیت و دقت بالای روش های پیش پردازش استفاده شده در این تحقیق، مطالعات مشابه در دیگر رودخانه های کشور توصیه می گردد.
کلید واژگان: پس پردازش, تجزیه مد تجربی یکپارچه, دبی رودخانه, موجکForecasting of river discharge is a important aspect of efficient water resources planning and management. In this study, time series pre and post-processing methods along with support vector machine (SVM) and Gaussian process regression (GPR) kernel based approaches were used to estimate flow discharge of two natural river in the United States with two consecutive hydrometric stations. The first river contained about 2 years of data and in the second river 4 years of daily discharge data was used. Different models were defined based on hydraulic characteristics and the capability of integrated pre and post-processing methods in two states of inter-station and between-stations was investigated. For data pre-processing, the Discrete Wavelet Transform (DWT) method was first used. Then, the high-frequency sub-series were selected and re-decomposed using the Ensemble Empirical Mode Decomposition (EEMD). Finally, sub-series with higher energy were imposed as inputs for kernel-based models. Non-linear neural average (NNA) model was also used for data post-processing. The obtained results from the defined models showed the high accuracy of the integrated methods used in the research in estimating flow discharge. At both stations, the error percentage was reduced by approximately 20 to 25% using the integrated pre-post-processing methods compared to the intelligent kernel based models. It was observed that in the case of river flow prediction based on the station's own data, the RMSE error value of the model decreased from approximately 0.3 to 0.26 and in the case of using the previous station data decreased from 0.44 to 0.33. Due to the high capability and accuracy of the pre-processing methods used in this study, similar studies are recommended in other rivers of the country.
Keywords: Experimental mode decomposition, Flow discharge, Post-processing, Wavelet -
در سال های اخیر، میزان بارش در نواحی مختلف به خصوص در نواحی خشک و نیمه خشک، دچار تغییرات چشم گیری شده است. بنابراین، تخمین و الگوشناسی بارش در یک بازه دراز مدت می تواند به هیدرولوژیست ها و مهندسین آب اطلاعات کافی ارائه کند. در این مطالعه برای اولین بار، بارندگی دراز مدت شهر انزلی در یک بازه زمانی 67 ساله توسط مدل عددی موجک- سیستم استنباط فازی عصبی تطبیقی (WANFIS) شبیه سازی شد. برای آموزش، آزمون و صحت سنجی مدل های هوش مصنوعی به ترتیب از بارش های 37، 20 و 10 ساله استفاده شد. در ابتدا، بهینه ترین تابع عضویت شبکه انفیس با استفاده از تجزیه و تحلیل نتایج مدل های مختلف به دست آمد. به عبارت دیگر، تعداد توابع عضویت بهینه برابر با هشت در نظر گرفته شد. سپس اعضای مختلف خانواده موجک مورد ارزیابی قرار گرفتند که dmey به عنوان بهینه ترین عضو این خانواده ها معرفی شد. در ادامه، با استفاده از تابع خودهمبستگی، خودهمبستگی نسبی و تاخیرهای مختلف، 15 مدل WANFIS توسعه داده شدند. علاوه بر این، با استفاده از تحلیل حساسیت، مدل برتر و تاخیرهای موثر معرفی شدند. مدل برتر، مقادیر بارش را با دقت بالایی تخمین زد. به عنوان مثال، مقادیر ضریب همبستگی، شاخص پراکندگی و نش ساتکلیف برای مدل برتر در حالت صحت سنجی به ترتیب مساوی با 962/0، 258/0 و 899/0 محاسبه شدند.کلید واژگان: بارش, انفیس, موجک, تحلیل حساسیت, شبیه سازیRecently, the amount of rainfall underwent serious changes in different areas, particularly in arid and semi-arid regions. Therefore, estimation and pattern recognition of rainfall in a long term period can give sufficient information to hydrologists and water engineers. In this study, for the first time, long-term rainfall pattern in Anzali city for a 67 years period was simulated using a hybrid model so-called “Wavelet-Adaptive Neuro-Fuzzy Inference System” (WANFIS). Rainfalls of 37-, 20- and 10-years period were applied for training, testing and validation of the numerical model, respectively. Firstly, the optimized membership function of the ANFIS network was obtained using the analysis of the numerical results. In other words, the number of optimized membership function was computed to be equal to 8. Then, the various wavelet families were evaluated which the dmey mother wavelet was introduced as the most optimized wavelet family. Next, using the autocorrelation function (ACF), the partial autocorrelation function (PACF) and different lags, 15 WANFIS models were developed. According to the sensitivity analysis, the superior model and effective lags were identified. The superior model estimated the rainfall with high accuracy. For instance, for validation mode of the superior model, the correlation coefficient, scatter index and Nash-Sutcliffe efficiency coefficient were computed to be 0.962, 0.258 and 0.899, respectively.Keywords: Rainfall, ANFIS, Wavelet, Sensitivity analysis, simulation
-
در سال های اخیر، پدیده تغییراقلیم، خشک سالی، برداشت بی رویه آب های زیرزمینی،… باعث افت شدید سطح آب های زیرزمینی شده است؛ که خطراتی هم چون نشست زمین و افزایش کویری شدن را در پی داشته است. لذا پیش بینی قابل اطمینان سطح آب های زیرزمینی برای مدیریت این منابع، حائز اهمیت است. امروزه تبدیل موجک از طریق تجزیه سیگنال ها به زمان و فرکانس شیوه نوینی را برای پردازش سیگنال ارائه می دهد. در پژوهش حاضر، به بررسی کاربرد استفاده از مدل های سری زمانی و مدل ترکیبی سری زمانی-موجک برای پیش بینی سطح آب زیرزمینی دشت فیروزآباد اقدام گردید. برای این منظور سری زمانی با استفاده از تبدیل موجک، توابع مختلف موجک (هار، سیملت، کویفلت، دی بی و دی بی4) ، در سطوح متفاوت تجزیه، به زیرسری هایی تبدیل شد. سپس به عنوان ورودی مدل سری زمانی آریما درنظرگرفته شد. سپس نتایج آن با نتایج مدل سری زمانی مقایسه شد. نتایج نشان دهنده کارایی بهتر و خطای کمتر مدل ترکیبی سری زمانی-موجک بود.کلید واژگان: موجک, سری زمانی, آریما, آب زیرزمینی, فیروزآباد
Recently, the phenomenon of climate change, drought, the exploitation of the ground water has caused a sharp decline in groundwater levels, which has also led to groundwater related subsidence and desertification. Therefore, reliable prediction of groundwater level for managing these resources is of prime importance. Nowadays wavelet transforms through signal decomposition to time and frequency has created an exceptional method for signal processing, with the help of the transformation of the wavelet that has the ability to split the time series into a multi-dimensional substrate with different scales.
One of the useful characteristics of wavelet transforms is the filtering algorithm, which divids the data into two groups of approximation and details by passing them through the wavelet filter. In this study, monthly groundwater surface, rainfall, and temperature data were used. Using the program code written in MATLAB software, it is necessary to analyze the time series data of all three parameters of temperature, precipitation, and water level. The values of the parameters were selected as inputs and placed in the wavelet function. For analyzing all the parameters, according to various mother-wavelet experiments, and considering the above mentioned point, five mother-wavelets (Haar, Coif, Symlet, Db, Db4) were selected. For this purpose, the program was first implemented for each of the following wavelets with 4 different decomposition levels. After several software runs under specific conditions and scenarios and then comparing them with each other, results were obtained.Keywords: Wavelet, Time Series, ARIMA, Ground water, Firuzabad -
پیش بینی جریان رودخانه ها و برآورد سیلاب آن ها از جمله مسائل مهم در ارتباط با پروژه های سیلاب، تولید انرژی برقابی و مسائل مربوط به تخصیص آب برای کشاورزی، صنعت و شرب است. در این پژوهش، تجزیه و تحلیل موجک به صورت ترکیب با شبکه عصبی مصنوعی برای شبیه سازی جریان رودخانه گاماسیاب در شهرستان نهاوند در دو مقیاس زمانی روزانه و ماهانه انجام شد. بدین منظور، سری زمانی اصلی با استفاده از تئوری موجک به چندین زیرسیگنال زمانی تجزیه شد، سپس این زیرسیگنال ها به عنوان داده های ورودی به شبکه عصبی مصنوعی برای شبیه سازی جریان استفاده و با نتایجی که از کاربرد شبکه عصبی مصنوعی به دست آمد، مقایسه گردید. نتایج نشان داد که مدل ترکیبی شبکه عصبی مصنوعی- موجک عملکرد بهتری نسبت به مدل شبکه عصبی مصنوعی دارد. تجزیه سیگنال با موجک همبستگی میان داده های مشاهداتی و محاسباتی را نسبت به مدل شبکه عصبی مصنوعی افزایش می دهد، به طوری که در دوره روزانه حدود 3 درصد و در دوره ماهانه حدود 24 درصد سبب افزایش ضریب تعیین شده است. همچنین نتایج نشان داد که مدل ترکیبی در برآورد نقاط حدی عملکرد بهتری نسبت به مدل شبکه عصبی مصنوعی دارد.کلید واژگان: شبیه سازی جریان, شبکه عصبی مصنوعی, موجک, رودخانه گاماسیاب نهاوند, مدل ترکیبیRiver's flow prediction and its flood are the important subjects related to the flood projects, hydroelectric power production and water allocation for agricultural, industry and drinking uses. In the present study, wavelet analysis combined with Artificial Neural Network (ANN) was performed to simulate Gamasiyab River flow, located in Nahavand.The analysis was done in daily and monthly scale. For this purpose, the original time series, using wavelet theory, decomposed to multi time sub-signals. Then, these sub-signals were used as input data to the ANN to simulate flow and then the outputs compared with the ANNs results. In this study, we used the precipitation, temperature, evaporation and flow data of Varayeneh station during the period of 1969 to 2011.Then, 75% of the data was used for training and 25% was considered for simulating data.
In this research, the amount of N and, L were determined 516 and 2 recpectivly. Also, 1 to 4 decomposition degrees were examined to be more precise. The number of neurons in the first layer depends on the degree of wavelet decomposition. The number of input neurons to the network is m*(j ) in which j is the wavelet decomposition degree and m is the number of input parameters. For example, for j=1, according to the input parameters which in this study is 4 (precipitation, flow, temperature and evaporation), the number of input neurons is equal to 8. The output layer also has one neuron. The number of the middle layer neurons is variable and is obtained by trial and error. However, in this study, the number of neurons analyzed in the middle layer was varied from 3 to 20. In this case, modeling was done using different training functions and transfer functions for different neurons of the hidden layers. For daily period, input parameters were also decomposed with wavelet function with the levels of 5 to 9 and used as the input data of ANN. Also, the results concluded that 5 architectures had the best performance and it was also observed that the number of neurons of the middle layer was less than 10 in the superior structures. This means that the optimal solution can be reached with a lower number of neurons. Different training functions were examined, but useing all training functions is not suggested because it is time-consuming. Therefore, as proposed in this article, the three models of Levenberg-Marquardt, BFGS Quasi-Newton and Bayesian Regularization due to their better performance are recommended for future studies. After examining different stimulus functions, it is concluded that four types of Tansig, Logsig, Satlin and Poslin stimulus functions are suggested to be used for future studies.
Signal decomposition with wavelet increased correlation between observation and simulation data compared to Artificial Neural Network model, so the R2 was increased by 3 percent during the daily period and 24 percent during the monthly period. Two Artificial Neural Network and Wavelet Artificial Neural Network (WANN) models in the daily period had almost similar performance but Wavelet Artificial Neural Network model had a better performance in predicting minimum points. Moreover, after examining different structures, is the results determined that 5 architectures, functioned better in the various models and in the daily and monthly periods of the architecture. It means that using the data of evaporation and temperature makes the performance of the models better than the architecture in which these data are not used. Accordingly, the use of temperature and evaporation parameters is suggested in further studies in addition to flow and precipitation parameters.
The results showed that hybrid model of Wavelet-Artificial Neural Network (WANN) outperformed the Artificial Neural Network model. The reason of this preference of the WANN hybrid model is that the separation affects the time series inputs before interring to the network and primary signal decomposed to the various sub-signals. By doing this, we can use the analysis that contain short term and long term effects.
Besides, wavelet function of Db4 has a better performance than other wavelet functions in each time period. It has the best performance in the daily period in the 5 level and in the monthly period in the second level. Also, the results showed hybrid model outperformed to estimate extent points than artificial neural network model.Keywords: Nahavand Gamasiyab river, Hybrid model, Flow simulation, Wavelet, artificial neural network -
تبخیر-تعرق گیاه مرجع یکی از مهمترین و موثرترین عوامل در بهینهسازی مصرف آب کشاورزی و مدیریت منابع آب میباشد. پیشبینی تبخیر-تعرق مرجع روزانه میتواند در پیشبینی نیاز آبی گیاهان و برنامهریزی کوتاهمدت آبیاری مورد استفاده قرار گیرد. در سالهای اخیر استفاده از شبکههای عصبی مصنوعی و مدل هیبریدی موجک-عصبی در پیشبینی پارامترهای هیدرولوژیکی بسیار متداول شده است. هدف تحقیق حاضر استفاده از مدلهای شبکه عصبی مصنوعی و موجک-شبکه عصبی در پیشبینی تبخیر-تعرق مرجع در بازه 1 تا 28 روز در ایستگاه همدیدی تبریز و مقایسه بین آنها میباشد. بدین منظور یک دوره آماری 10 ساله {(2000 الی 2009) که 7 سال (2000-2006) آن برای آموزش و 3 سال (2007-2009)}جهت آزمون و صحت سنجی مدلهای پیشنهادی} در نظر گرفته شد. برای ایجاد سری زمانی تبخیر-تعرق مرجع روزانه در دوره موردنظر با استفاده از معادله استاندارد پنمن-مانتیث فایو 56 محاسبه گردید. ترکیبهای متفاوتی از دادههای ورودی (تاخیرهای مختلف) و انواع موجکهای مادر مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج پیشبینی تبخیر-تعرق مرجع برای یک روز آینده، نشان داد که مدل ترکیبی موجک-عصبی (mm/day 07/0 RMSE= و 999/0R=) در مقایسه با مدل شبکه عصبی مصنوعی (mm/day 69/0 RMSE= و 964/0 R=) دارای توانایی و دقت بالاتری در پیشبینی تبخیر-تعرق روزانه برای یک روز آینده میباشد. هم چنین نتایج نشان داد که استفاده از تاخیرهای زمانی 1 تا 7 (M7) و 1 تا 6 (M6) روزه بالاترین دقت را ارایه میدهند و استفاده از تاخیرهای کم تر و تاخیرهای یکساله دوساله دقت مدل را کاهش میدهند. بررسی انواع موجکهای مادر نیز نشان داد که پیش پردازش دادهها با موجک میر به دلیل پیچیدگی بیش تر و تشابه به سری زمانی تبخیر-تعرق مرجع، میتواند موجب افزایش دقت، پیشبینی گردد. برای پیشبینی تبخیر-تعرق مرجع در 2 تا 28 روز آینده، مدل موجک-شبکه عصبی پیشنهادی مورد استفاده قرار گرفت. نتایج نشان داد که با بیشتر شدن زمان پیشبینی از 2 تا 28 روز، دقت مدلها کاهش (R از 997/0 برای 2 روز تا 929/0 برای 28 روز) مییابد. هم چنین در پیشبینیهای 2 تا 12 روزه استفاده از تاخیرهای سالانه موجب کاهش دقت مدل گردید، درحالیکه در پیشبینیهای 13 تا 28 روزه استفاده از تاخیر زمانی سالانه افزایش دقت مشاهده گردید. در نهایت برای مقایسه مدلها از نظر آماری، آزمونهای t و F برای مقایسه میانگین و واریانس انجام گرفت. نتایج مقایسه نشان داد که کلیه مدلهای پیشنهادی در سطوح 99 و 95 درصد تفاوت معنیداری وجود ندارد.
کلید واژگان: سری زمانی, شبکه عصبی, موجک, نیاز آبی گیاهانReference crop evapotranspiration is one of the most important and effective factors for optimizing agricultural water consumption and water resources management. Forecasting of daily reference evapotranspiration can be used for short-term planning of irrigation water requirements. In recent years the use of artificial neural networks and wavelet-neural hybrid model has become very popular in the forecasting of hydrological parameters. The aim of the present study is to use artificial neural network and wavelet-neural network models to forecast reference evapotranspiration in the range of 1 to 28 days ahead at Tabriz synoptic station. For this purpose, a 10-year period (2000 to 2009), 7 years (2000-2006) for training and 3 years (2007- 2009) to test and validation were considered. To create daily reference evapotranspiration time series at the given period, standard equation Penman-Monteith 56 is used. Different combinations of input data (various delays) and various mother wavelets were used. Results of reference evapotranspiration forecasts for a one day ahead, showed that the wavelet-ANN model (RMSE=0.07 mm/day and R=0.999) compared to the artificial neural network model (RMSE=0.69 mm/day and R=0.964) has higher accuracy in forecasting of reference evapotranspiration. The results showed that the use of time delays of 1 to 7 (M7) and 1 to 6 (M6) days can provide the highest accuracy and fewer delays and delays from one year to two years can reduce the accuracy of the models. Comparison of mother wavelets showed that Meyer wavelet due to greater complexity and similarity to the time series of reference evapotranspiration would increase the accuracy of forecasting. To forecast reference evapotranspiration in 2 to 28 days ahead, the wavelet-neural network with Meyer wavelet model was used. The results showed that the increasing of the forecasting period from 2 to 28 days would decrease the accuracy of models (R is ranged from 0.997 to 0.929 for 2 and 28 days ahead). Also, at forecasting 2 to 12 days, annual delays reduced the accuracy of the model, while at 13 to 28-day annual delay increased the accuracy of models. Finally, to compare the models, statistically, t and F tests were performed to compare the mean and variance. The comparison showed that in all the proposed models, at 99 and 95 percent levels, there was no significant difference between the results and observations. The results of this study can be used in irrigation scheduling at study area.
Keywords: Crop water requirement, Time series, Wavelet, neural network -
آگاهی از اطلاعات دبی جریان در رودخانه ها برای مدیریت منابع آب، پیش بینی سیل، طراحی مهندسی و مدیریت زیست محیطی ضروری می باشد. مدل های ارائه شده همچون بارش-رواناب و سری های زمانی به منظور پیش بینی میزان آبدهی رودخانه ها به دلیل عدم دقت و پیچیدگی عوامل موثر در آبدهی در بسیاری از موارد با مقادیر مشاهده شده تطابق ندارد. موجک یکی از روش هایی است که در سالهای اخیر در زمینه هیدرولوژی مورد توجه قرار گرفته است. همچنین موجک روشی بسیار موثر در زمینه آنالیز سیگنال ها و سری های زمانی می باشد. این مقاله به ارائه یک مدل هوشمند تلفیقی مبتنی بر شبکه عصبی مصنوعی و تبدیلات موجک می پردازد که برای شبیه سازی آبدهی متوسط ماهانه در رودخانه کر و ایستگاه پل خان مورد استفاده قرار می گیرد. عملکرد مدل های پیش بینی به کمک معیارهای جذر میانگین مربع خطا و ضریب تعیین مورد ارزیابی قرار گرفتند. نتایج نشان دادند که مدل تلفیقی شبکه عصبی مصنوعی و تبدیل موجک با 2 درجه تجزیه سازی برای مناسب ترین ساختار، بهترین نتایج را ارائه می کند. در این ساختار، آبدهی خروجی برای جریان در ماه بعد بر حسب آبدهی 4، 3، 2، 1 ماه قبل و ماه جاری محاسبه شده و مقادیر و به ترتیب برابر با 14 /7 مترمکعب بر ثانیه و 941 /0 به دست آمد.
کلید واژگان: آبدهی, شبکه عصبی مصنوعی, موجک, رودخانه کر, ایستگاه پل خانAwareness of flow rate data in rivers is essential for management of water resources, flood forecasting, engineering design and environmental management. The presented models for flow rate predicting in rivers, such as rainfall-runoff and time series are not consistent with the observed data in many cases due to the lack of accuracy and complexity of the factors affecting the discharge. Wavelet is one of the methods that has been considered in recent years in the field of hydrology. Wavelet method is also very effective in the field of signals analysis and time series. This paper presents a hybrid intelligent model based on artificial neural network and wavelet transforms is used to simulate monthly average discharge in Kor River and Pol-e-Khan Station. Performance of prediction models were evaluated using the criteria of Root Mean Square Error (RMSE) and determination coefficient. The results showed that the hybrid model of artificial neural network and wavelet transform with 2 degrees of decomposition offers the best results for the most suitable structure. In this structure, the output discharge for flow rate in the following month is calculated based on discharge in 4, 3, 2 and 1 month ago and current month and the values of RMSE and obtained 7.14 and 0.941 respectively.Keywords: discharge, artificial neural network, wavelet, Kor River, Pol, e, Khan Station -
دراین مطالعه رابطه بین امواج تجزیه شده جریان روزانه رودخانه آجی چای درایستگاه ونیار از طریق موجک و فیلتر میانگین متحرک مورد بررسی قرار گرفته است. ابتدا با استفاده از تجزیه موجک، توزیع فرکانس های سری زمانی جریان روزانه براساس مقیاس به فرکانس های بالا و پایین تجزیه و زیر سری های تقریبی برای مقیاس های بالاتر برآورد گردیده است. درمرحله بعد فیلتر میانگین متحرک برای کاهش و حذف نویزهای تصادفی در سری داده های جریان روزانه مورد استفاده قرار گرفت. نتایج حاصل بیانگر عملکرد مشابه دو روش تجزیه موجک و میانگین متحرک برای صاف یا هموار نمودن سیگنال و کاهش نویزهای سری جریان روزانه رودخانه آجی چای برای سطح های تجزیه 1 الی 10 است. ضمنا از معیار کمی ضریب همبستگی نیز برای بررسی تشابه عملکرد دو روش مذکور استفاده و نتایج نشان از همبستگی بالای مقادیر حاصل از دو روش بکار رفته در مطالعه دارد.
کلید واژگان: زیر سری تقریبی, صاف کردن, فرکانس, موجک, میانگین متحرکIn this study the relationship between daily flow decomposed waves of Ajichay river in Vanyar station is investigated using the wavelet and moving average filter. Initially، using wavelet analysis the frequencies distribution of daily flow time series based on scale is decomposed to high and low frequencies and approximate subseries for higher scale are estimated. In the next step moving average filter for decreasing and removing of random noises in daily flow data time series is used. Obtained results represent similar performance of the wavelet analysis and moving average methods in signal smoothing and noise decreasing of Ajichay river daily flow time series for decomposition levels 1 to 10 in wavelet method. Also the quantitative criterion of the correlation coefficient for investigation of the performance similarity of the both methods is used. Results show high correlation between obtained values from the methods used in the study.Keywords: Approximate sub, signal, Filtering, Frequency, Moving average, Wavelet
- 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.