برآورد نیترات آب زیرزمینی با استفاده از روشهای زمین‌آمار و مدلهای هوش مصنوعی

فصل اول- کلیات…………………………………………………………………………………………………. 1

1-1-  مقدمه. 2

1-2-  ضرورت تحقیق.. 4

1-3-  اهداف تحقیق.. 6

1-4-  نحوه تدوین تحقیق.. 6

فصل دوم- مروری بر تحقیقات انجام شده………………………………………………………………. 7

2-1-  مقدمه. 8

2-2-  کلیات… 10

2-2-1- آب زیرزمینی.. 10

2-2-1-1- اهمیت آب زیرزمینی.. 11

2-2-1-2- تعریف آب زیرزمینی.. 11

2-2-1-3- سفره آب زیرزمینی.. 11

2-2-1-4- نگاهی به وضعیت سفره آب زیرمینی در جهان.. 12

2-2-1-5- نگاهی به وضعیت آب زیرزمینی در ایران.. 15

2-2-2- علم زمین آمار. 17

2-2-2-1- نیم‌تغییرنما 18

2-2-2-2- روش‌های میان‌یابی زمین‌آماری.. 26

2-2-2-3- شبکه‌های عصبی مصنوعی.. 30

2-2-3- سیستم استنتاج عصبی- فازی تطبیقی (ANFIS) 45

2-2-3-1- ساختار سیستم استنتاج عصبی–فازی تطبیقی.. 46

2-2-3-2- سیستم استنتاج فازی با قواعد ساده شده فازی.. 50

2-2-4- پژوهش‌های انجام شده در خارج کشور. 53

2-2-5- پژوهش‌های انجام شده در داخل کشور. 57

فصل سوم- مواد و روش‌ها…………………………………………………………………………………… 61

3-1-  مقدمه. 62

3-2-  معرفی منطقه مورد مطالعه. 62

3-2-1- زمین‌شناسی.. 63

3-2-2- اقلیم 64

3-2-2-1- افت سطح آب زير زميني در دشت… 64

3-3-  منابع آماری.. 67

3-4-  تحلیل آماری داد‌ه‌ها 67

3-5-  تحلیل زمین‌آماری.. 68

3-5-1- نیم‌تغییرنما 68

3-5-2- معیار همبستگی مکانی.. 69

3-5-3- روش‌های میان‌یابی استفاده شده 69

3-6-  هوش مصنوعی.. 70

3-6-1- شبکه عصبی.. 70

3-6-2- نروفازی.. 70

3-7-  روش و معیارهای ارزیابی.. 70

3-8-  نرم افزارهای استفاده شده 71

فصل چهارم- نتایج و بحث………………………………………………………………………………….. 72

4-1-  مقدمه. 73

1-1-4- بررسی نرمال بودن داد‌ه‌ها 73

2-1-4-  بررسی همسانگردی و ناهمسانگردی داد‌ه‌های کیفی مورد مطالعه. 78

4-1-4- انتخاب بهترین روش تخمین داد‌ه‌های کیفی مورد مطالعه. 80

4-2-  هوش مصنوعی.. 88

4-3-  نتیجه‌گیری کلی.. 96

4-4-  پیشنهادات… 97

 

منابع……………………………………………………………………………………………………………….. 99

پیوست…………………………………………………………………………………………………………… 106

 

جدول 3-1- انواع توابع محرک… 35

جدول 3-2- الگریتم های آموزش شبکه های معمولی.. 42

جدول 3-3- رابطه انتشار و قسمت­های مختلف سیستم استنتاج فازی.. 49

جدول 4-1- آنالیز آماری داده‌های Ec……………………………………………………………………………………………… 73

جدول 4-2- آنالیز آماری داد‌ه‌های Na…………………………………………………………………………………………….. 73

جدول 4-3- آنالیز آماری داد‌ه‌های Cl 73

جدول 4-4- آنالیز آماری داد‌ه‌های NO₃ 74

جدول 4-5- مشخصات مدل های برازش شده به نیم تغییر نماهای تجربی میزان نیترات (mg/lit) 78

جدول 4-6- مقادیر RMSE،MAE و  R²روش های زمین آماری برای NO₃ 79

جدول 4-7- مقايسه دقت  ANNو ANFIS بر اساس ميانگين‌خطاي پيشگويي (NO₃) 87

شكل 2-1- نمایی از نیم‌تغییرنما به همراه پارامترهاي آن……………………………………………………………….. 22

شكل 2-2- نمودار مدل کروی 24

شكل 2-3- نمودار مدل نمایی 24

شكل 2-4- مدل نرون تک ورودي.. 30

شكل 2-5- تابع محرک خطی.. 36

شكل 2-6- منابع متحرک آستانه‌اي دو مقداره 36

شكل 2-7- تابع محرك لگاريتمي زيگموئيدي.. 37

شكل 2-8- ساختار شبکه MLP.. 41

شكل 2-9- ساختار یک شبکه ANFIS.. 46

شکل 2-10- شکل برخی از توابع عضویت……………………………………………………………………………………………48

 

 

 

 

نمودار 4-1- الف: داد‌ه‌های Ec در حالت غیر نرمال ،  ب: داد‌ه‌های Ec در حالت نرمال………………………73

نمودار 4-2- الف: داد‌ه‌های Na در حالت غیر نرمال ،  ب: داد‌ه‌های Na در حالت نرمال…………………….74

نمودار 4-3- الف: داد‌ه‌های Cl در حالت غیر نرمال ، ب: داد‌ه‌های Cl در حالت نرمال………………………..74

نمودار 4-4- الف: داد‌ه‌های NO₃ در حالت غیر نرمال ،  ب: داد‌ه‌های NO₃ در حالت نرمال……………..75

نمودار 4-5- نیم‌تغییرنمای ناهمسانگرد سطحی داد‌ه‌های نیترات در منطقه مطالعاتی……………………….76

نمودار 4-6- اندازه گام و فاصله انتخابی گام تغییرات میزان نیترات آب زیرزمینی در منطقه در محیط GS⁺…………………………………………………………………………………………………………………………………………………….78

نمودار 4-7- نیم‌تغییرنمای تجربی (مربع تو خالی) و بهترین مدل برازش شده (خط ممتد) برای نیترات آب زیرزمینی……………………………………………………………………………………………………………………………..79

نمودار 4-8- مقايسه داده‌هاي واقعي با داده‌هاي پيش‌بيني شده Ordinary Kriging))……………….80

نمودار 4-9- پراكندگي جريان‌هاي مشاهده‌اي و پيش‌بيني شده Ordinary Kriging))……………81

نمودار 4-10- مقايسه داده‌هاي واقعي با داده‌هاي پيش‌بيني شده (Simple Kriging)………………….81

نمودار 4-11- پراكندگي جريان‌هاي مشاهده‌اي و پيش‌بيني شده (Simple Kriging)…………………82

نمودار 4-12- مقايسه داده‌هاي واقعي با داده‌هاي پيش‌بيني شده (CO Kriging)………………………….82

نمودار 4-13- پراكندگي جريان‌هاي مشاهده‌اي و پيش‌بيني شده (CO Kriging)…………………………83

نمودار 4-14- مقايسه داده‌هاي واقعي با داده‌هاي پيش‌بيني شده در مرحله اعتبارسنجی با نرم‌افزار MATLAB……………………………………………………………………………………………………………………………………….88

نمودار 4-15- نمودار پراكندگي جريان‌هاي مشاهده‌اي و پيش‌بيني شده در مرحله آموزش با نرم‌افزارMATLAB……………………………………………………………………………………………………………………………89

نمودار 4-16- مقايسه داده‌هاي واقعي با داده‌هاي پيش‌بيني شده در مرحله اعتبارسنجی  با نرم‌افزار MATLAB……………………………………………………………………………………………………………………………………….89

نمودار 4-17- نمودار پراكندگي جريان‌هاي مشاهده‌اي و پيش‌بيني شده در مرحله آموزش با نرم‌افزارMATLAB……………………………………………………………………………………………………………………………90

نمودار 4-18- مقايسه داده‌هاي واقعي با داده‌هاي پيش‌بيني شده در مرحله اعتبارسنجی  با نرم‌افزار MATLAB……………………………………………………………………………………………………………………………………….91

نمودار 4-19- نمودار پراكندگي جريان‌هاي مشاهده‌اي و پيش‌بيني شده در مرحله آموزش با نرم‌افزارMATLAB ………………………………………………………………………………………………………………………….91

نمودار 4-20- مقايسه داده‌هاي واقعي با داده‌هاي پيش‌بيني شده در مرحله اعتبارسنجی  با نرم افزار MATLAB……………………………………………………………………………………………………………………………………….92

نمودار 4-21- مقايسه داده‌هاي واقعي با داده‌هاي پيش‌بيني شده در مرحله اعتبارسنجی با نرم‌افزار MATLAB……………………………………………………………………………………………………………………………………….93

نمودار 4-22- مقايسه داده‌هاي واقعي با داده‌هاي پيش‌بيني شده در مرحله اعتبارسنجی با نرم‌افزار MATLAB……………………………………………………………………………………………………………………………………….93

نمودار 4-23- مقايسه داده‌هاي واقعي با داده‌هاي پيش‌بيني شده در مرحله اعتبارسنجی با نرم‌افزار MATLAB……………………………………………………………………………………………………………………………………….94

نمودار 4-24- مقايسه داده‌هاي واقعي با داده‌هاي پيش‌بيني شده در مرحله اعتبارسنجی با نرم‌افزار MATLAB……………………………………………………………………………………………………………………………………….94

نمودار 4-25- مقايسه داده‌هاي واقعي با داده‌هاي پيش‌بيني شده در مرحله اعتبارسنجی با نرم‌افزار MATLAB……………………………………………………………………………………………………………………………………….95

 

نقشه 3-1- نقشه جغرافیایی دشت مشهد…………………………………………………………………………………………….65

نقشه 4-1- نیم‌تغییرنمای سطحی داد‌ه‌های نیترات در منطقه مطالعاتی……………………………………………..76

نقشه 4-2- پهنه‌بندی پارامترهای کیفی NO₃ با استفاده از روش کوکریجینگ در سال 1385……..84

نقشه 4-3- پهنه‌بندی پارامترهای کیفی NO₃ با استفاده از روش کوکریجینگ در سال 1387……..85

نقشه 4-4- نقشه پهنه‌بندی پارامترهای کیفی NO₃ با استفاده از روش کریجینگ شاخص در سال 1385…………………………………………………………………………………………………………………………………………………….86

نقشه 4-5- پهنه‌بندی پارامترهای کیفی NO₃ با استفاده از روش کریجینگ شاخص در سال 1387…………………………………………………………………………………………………………………………………………………….86