تعداد نشریات | 161 |
تعداد شمارهها | 6,532 |
تعداد مقالات | 70,501 |
تعداد مشاهده مقاله | 124,107,624 |
تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 97,212,436 |
ارزیابی عملکرد شبکههای عصبی مصنوعی با تلفیق الگوریتم ژنتیک در برآورد سرعت نفوذ آب به خاک (مطالعه موردی: منطقه خداآفرین استان آذربایجان شرقی) | ||
تحقیقات آب و خاک ایران | ||
مقاله 8، دوره 50، شماره 5، مهر 1398، صفحه 1127-1139 اصل مقاله (1.08 M) | ||
نوع مقاله: مقاله پژوهشی | ||
شناسه دیجیتال (DOI): 10.22059/ijswr.2018.264020.667994 | ||
نویسندگان | ||
محمد صادق علیائی* 1؛ علی باریکلو2؛ مسلم ثروتی3 | ||
1عضو هیات علمی وزارت علوم، تحقیقات و فناوری ( معاونت پژوهش و فناوری) | ||
2دانشآموخته کارشناسی ارشد علوم خاک، دانشکده کشاورزی، دانشگاه زنجان، زنجان، ایران | ||
3استادیار مرکزآموزش عالی شهید باکری میاندوآب، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران | ||
چکیده | ||
نفوذ، نقش حیاتی را در چرخه هیدرولوژیکی با میزان پراکندگی آب به اجزای سطحی و زیرسطحی ایفا میکند. اندازهگیری مستقیم سرعت نفوذ، معمولاً کاربر، هزینهبر و وقتگیر هستند. شبکه عصبی مصنوعی، برنامهریزی بیان ژن و الگوریتم ترکیبی شبکه عصبی مصنوعی-الگوریتم ژنتیک بهعنوان روشهای غیرمستقیم برای تخمین نفوذ آب به خاک استفاده شدند. هدف از این مطالعه، توسعه یک مدل مناسب برای تخمین نفوذ آب به خاک با استفاده از استوانه مضاعف در 88 نقطه از منطقه خدآفرین استان آذربایجان شرقی میباشد. آنالیز همبستگی پیرسون نشان داد که از بین ویژگیهای خاکی، شن، سیلت، تخلخل کل و کربن آلی بیشترین همبستگی را با نفوذ آب به خاک دارند. مقادیر ضریب تبیین و ریشه میانگین مربعات خطای نرمال شده برای مدل شبکههای عصبی مصنوعی و برنامهریزی بیان ژن بهترتیب برابر 88/0، 9/7 و 75/0، 3/11 محاسبه شد که هر دو روش در ارزیابی حداقل و حداکثر مقادیر نفوذ آب به خاک از دقت کافی برخوردار نبودند. در روش شبکههای عصبی مبتنی بر الگوریتم ژنتیک از توابع تانژانت سیگموئیدی در لایه میانی و محرک خطی در لایه خروجی با 5 نرون در لایه فعال استفاده شد. این مدل از دقت و صحت بیشتری نسبت به مدل شبکههای عصبی مصنوعی و برنامهریزی بیان ژن برخوردار میباشد، بهطوریکه مقادیر R2 و NRMSE برای مدل ترکیبی عصبی- ژنتیک بهترتیب برابر 93/0 و 1/6 درصد بود. نهایتاً الگوریتم ژنتیک با بهینهسازی اوزان شبکههای عصبی باعث بهبود مدلسازی شد، لذا این روش بهعنوان روش کارا در تخمین نفوذ آب به خاک معرفی میگردد. | ||
کلیدواژهها | ||
برنامهریزی بیان ژن؛ شبکههای عصبی مصنوعی؛ الگوریتم تلفیقی؛ ویژگیهای زودیافت | ||
مراجع | ||
Ahmadi O, 2018. (2018). Determination of optimal land use for garden construction in Khodafarin region by MicroLESE DSS. M.Sc. Thesis, Soil Science and Engineering Department, University of Zanjan. (IN Farsi). Ahmadi, A., Palizvan zand, P. and Palizvan zand, H. (2018). Estimation of saturated hydraulic conductivity by using gene expression programming and ridge regression (A case study in East Azerbaijan province). Iranian Journal of Soil and Water Research, 48(5): 1087-1095. (In Farsi) Alvisi, S., Mascellani, G., Franchini, M. and Bardossy, A. (2005) Water level forecasting through fuzzy logic and artificial neural network approaches. J.Hydrol. Earth Sys. Sci, 2, 1107-1145. Amini, M., Abbaspour, K. C., Khademi, H., Fathianpour, N., Afyuni, M., and Schulin, R. (2005). Neural network models to predict cation exchange capacity in arid regions of Iran. European Journal of Soil Science, 56(4), 551-559. Argyrokastritis, I and Kerkides, P. (2003). A note to the variable sorptivity infiltration equation. Water Resource. Management, 17:133–145. Aytek, A, and Kisi, O. (2008). A genetic programming approach to suspended sediment modeling. Journal of Hydrology, 351: 288-298. Azamathulla, H. M. and Jarrett, R. D. (2013) Use of gene-expression programming to estimate Manning’s roughness coefficient for high gradient streams. Water Resources Management, 27, 715-729. Barikloo, A., Alamdari, P., Moravej, K. and Servati, M. (2017). Prediction of Irrigated Wheat Yield by using Hybrid Algorithm Methods of Artificial Neural Networks and Genetic Algorithm. J. Water and Soil, 30: 3. 715-726. (In Farsi) Ferrier, S. and Guisan, A. (2006). Spatial modelling of biodiversity at the community level. J. Applied ecology, 43(3): 393-404. Gee G. W. and Or D. (2002) Particle-size analysis. In: Warren, A.D. Eds. Methods of Soil Analysis. Part 4. Physical Methods. (pp.255-295). Soil Sci. Soc. Am. Inc. Ghezelbash, Z., Zakerinia, M., Hezarjaribi, A., and Dehghani, A.A. (2015). Performance comparison of gene expression programming and artificial neural network methods to estimate water distribution uniformity in sprinkler irrigation. J. Water and Soil Conservation, 21(6): 95-114. (In Farsi). Goldberg D.E. (1989). Genetic algorithm in search, optimization and machine learning. Addison-Wesley, Reading, MA, 412p. Ghorbani Dashtaki, S. and Homaei, M. (2000). Pedotransfer Functions for parametric Predicting of unsaturated Soil Hydraulic conductivity function. Agriculture engineering research, 12(3): 1-16. (In Farsi) Green, W.H. and Ampt, G.A. (1911). Studies on soil physics: Part 1. The flow of air and water through soil. J. Agriculture Sciences, 4: 1-24. Haghverdi, A., Ghahraman, B., Joleini, M., Khoshnud Yazdi, A.A. and Arabi, Z. (2011). Comparison of different Artificial Intelligence methods in modeling water retention curve (Case study: North and Northeast of Iran). J. Water and Soil Conservation, 18(2): 65-84. (In Farsi) Haykin, S. (1999). Neural networks: A Comprehensive Foundation, 2nd ed., Upper Saddle River, NJ: Prentice-Hall. Hong, Y. S. White., P. A. and Scott, D. M. (2005) Automatic rainfall recharge model induction by evolutionary computational intelligence. WaterResour. Res, 41:W08422. Jarvis, N. J., Zavattaro, L. K., Reynolds, W. D., Olsen, P. A., McGechan, M., Mecke, M., Mohanty, B., Leeds-Harrison, P. B. and Jacques, D. (2002). Indirect estimation of near-saturated hydraulic conductivity from readily available soil information. Geoderma, 108, 1 -17. Kao, C.S. and Hunt. J.R. (1996). Prediction of wetting front movement during one-dimentional infiltration into soils. Water Resour. Res, 9(2): 384-395. Kazman, Z., Shainberg, I, and Gal, M. (1983). Effect of low levels of exchangeable Na and applied phosphogypsum on infiltration rate of various soils. Soil Science Society of America, 135: 184-192. Khu, S. T., Liong, S. Y., Babovic, V., Madsen, H. and Muttil, N. (2001) Genetic programming and its application in real‐time runoff forecasting1. Journal of the American Water Resources Association, 37, 439-451. Koza, J. (1992) Genetic Programming: on the Programming of Computers by Means of Natural Selection. MIT Press. Laurentiu, A., Bernard, P.A., and Faicual, L. (2002). Integrated Genetic Algorithm-Artificial Neural Network Strategy for Modeling Important Multiphase-Flow Characteristics. Ind. Eng. Chem. Res. 41: 2543-2551. Leij, F., M.G. Schaap and L.M. Arya. (2002). Water retention and storage: Indirect methods. PP. 1009–1045. In: J.H. Dane and G.C. Topp (Ed.), Methods of Soil Analysis. Part 4. SSSA Book Ser. No. 5. SSSA, Madison, W. Liong, S.Y., Gautam, T.R., Khu, S.T., Babovic, V., Keijzer, M., and Muttil, N. (2002). Genetic programming, A new paradigm in rainfall runoff modeling, J. Am. Water Res. Asso, 38(3), 705-718. Makkeasorn, A., Chang, N. B., Beaman, M., Wyatt, C. and Slater, C. (2006). Soil moisture estimation in a semiarid watershed using RADARSAT- 1 satellite imagery and genetic programming.Water Resour. Res, 42, W09401. Maroofpour, S., Fakheri-Fard, A., and Shiri, J. (2017). Development and combination of soft computing and geostatistical models in estimation of spatial distribution of groundwater level. J. Water and Soil Conservation resource, 6(2): 17-28. (In Farsi). Merdun, H., Meral, O. C., and Apan, R. M. (2006). Comparison of artificial neural network and regression Pedotransfer functions for predict of water retention and saturated hydraulic conductivity. Soil and Tillage Research, 90: 108-116. Minasny, B. J., Hopman, W.T., Harter, S.O., Eching, A. Toli., and M.A, Denton. (2004). Neural networks prediction of soil hydraulic functions for alluvial soils using multistep outflow data. Soil Sci. Soc. Amer. J, 68: 417– 429. Nasseh, S., Mohebbi, A., Sarrafi, A., and Taheri, M. (2009). Estimation of pressure drop in venturi crubbers based on annular two-phase flow model, artificial neural networks and genetic algorithm. J. Chemical Engineering, 150: 1. 131-138. Nelson, D. W. and Sommer, L. E. (1982). Total carbon, organic carbon, and organic matter. In: Sparks, D. L., Page, A. L., Helmke, P. A., Loeppert, R. H., Soltanpour, P. N., Tabatabai, M. A., Johnston, C. T., Sumner, M. E. Eds. Methods of soil analysis: part 3. chemical and microbiological properties. pp. 539–579. Soc. Agron., Madison. Nelson, R.E. (1982). Carbonate and gypsum. Pp. 181-197. In: Page AL, Miller RH and Keeney DR (eds). Methods of Soil Analysis. Part 2. Chemical and Microbiological Methods. 2nd ed. Agron. Monogr. 9. ASA and SSSA, Madison, WI. Nestor, S. Y. (2006). Modelling the infiltration process multi-layer perceptron artifical network. HydrologicalSciences Journal, 51(1): 3-20 Nosrati, H. and Eftekhari, M. (2014). A new approach for variable selection using fuzzy logic.Computational Intelligence in ElectricalEngineering, 4, 71 -83. Pachepsky, Y. A., Timlin, D., and Várallyay, G. (1996). Artificial neural networks to estimate soil water retention from easily measurable data. Soil Science Society of America Journal, 60(3), 727-733. Parasuraman, K., Elshorbagy, A. and Carey, S. K. (2007). Modeling the dynamics of the evapotranspiration process using genetic programming. Hydrol. Sci. J, 52, 563–578. Parvaresh Rizi, A., Koochak Zadeh, S., and Omid, M. (2006). Estimating moving hydraulic jump arameyters by means of ANN and the integration of ANN and GA. Agricultural Sciences, 37: 1. 187-196. (In Farsi) Prasad, R. and Mathur, S. (2007). Groundwater Flow and Contaminant Transport Simulation with Imprecise Parameters. Irrigation and Drainage Engineering, 133(1): 61-70. Sarmadian, F., Taghizadeh mehrjerdi, R A., Asgari, M. and Akbarzadeh A. (2011). Comparison of neuro fuzzy methods, neural network and multivariate regression in predicting some soil properties (Case study: Golestan province). Iranian Journal of Soil and Water Research, 41(2): 211-220. (In Farsi) Savic, D.A., Walters, G. A. and Davidson, J. W. (1999) Genetic programming approach to rainfall–runoff modelling. Water Resour. Manage. 13, 219–231. Singh, V.P. and YU, F.X. Derivation of Infiltration Equation Using Systems Approach. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 116: 6: 307-320. Sunli K., Sinha, M. and Wang, C. (2008). Artificial neural network prediction models for soil compaction and permeability. Geotechnical and Geological Engineering, 26: 47-64. Tsanis, I.K. (2006). Modeling leachate contamination and remediation of groundwater at a landfill site. Water ResourManage, 20:109–132. Zare Abyaneh, H., Bayat Varkeshi, M., Marofi, S., and Amiri Chayjan, R. (2010). Evaluation of artificial neural network and adaptive neuro fuzzy inference system in decreasing of reference evapotranspiration parameters. Water and Soil (Agr. Sci. and Thechnology), 24: 2. 297-305. (In Farsi) Zare Abyaneh, H., Ghasemi, A., Bayat varkeshi, M., and Marofi, S. (2009). Assessment of Artificial Neural Network (ANN) in prediction of garlic evapotranspiration (ETC) with lysimeter in Hamedan. J. Water and Soil, 23: 3. 176-185. (In Farsi) Zhang, C. S. and McGrath, D. (2004). Geostatistical and GIS analyses on soil organic carbon concentrations in grassland of southeastern Ireland from two different periods. Geoderma, 119(3-4): 261-275. | ||
آمار تعداد مشاهده مقاله: 574 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 543 |