%34تخفیف

کاربرد شبکه عصبی بیزین در تخمین جریان ورودی به سد علویان

تعداد139 صفحه در فایل word

گروه مهندسي آب

کارشناسی ارشد در رشته منابع آب

کاربرد شبکه عصبی بیزین در تخمین جریان ورودی به سد علویان

کلیدواژه‌ها:تخمین، جریان ورودی، سد علویان، شبکه عصبی بیزین،شبکه عصبی موجک

چکیده:

تخمین جريان ورودي به مخزن سد از اهمیت بسزاییدر مدیریت منابع آب برخوردار است. در این پژوهش تخمین جریان ورودی به سد علویان، با استفاده از شبکه عصبی بیزین موردبررسیقرارگرفته و  نتایج آن با  مدل‌هایدیگرهمچون شبکه عصبی موجک و شبکه عصبی مصنوعی مقایسه گردید. بر این اساس ترکیب‌های مختلفی طی دوره آماری (1376-1389) بعنوان ورودی جهت تخمین جریان ورودی در مقیاس‌هایزمانی روزانه  و ماهانه مورد ارزیابی قرار گرفت. معیارهای ضريب همبستگی، ريشه ميانگين مربعات خطا، ضریب نش ساتکلیف و بایاس براي ارزيابي و مقایسه عملکرد روش‌هامورداستفاده قرار گرفت. نتایج حاصله نشان داد ساختارهای ترکیبی با استفاده از روش‌های هوشمند موردبررسی، در تخمین جریان ورودی به سد علویان نتایج قابل‌قبولی ارائه می‌نماید. مقایسه مدل‌ها نشان داد شبکه عصبی بیزین عملکرد بهتری نسبت به سایرمدل‌هادر تخمین جریان ورودی دارد. ازلحاظ دقت، شبکه عصبی بیزین با ضریب همبستگی (991/0)، جذر میانگین مربعات خطا(m3/s 031/0)، نش ساتکلیف(981/0)و مقدار بایاس(006/0-) در مرحله صحت سنجی در اولویت قرار گرفت. درمجموع روش شبکه عصبی بیزین توانایی بالایی در تخمین مقادیر کمینه، بیشینه، میانی و مقادیر پیک جریان از خود نشان داده است.

فصلاول 1

1-1-مقدمه 1

1-2-ضرورتتحقیق 1

1-3-اهدافوروشتحقیق 4

فصلدوم ….5

2-1-مقدمه 6

2-2-سابقهتحقیقدرمراجعخارجی 6

2-3-سابقهتحقیقدرمراجعداخلی 10

فصلسوم 6

3-1- منطقهموردمطالعهوداده‌هایمورداستفاده 15

3-1-1- توصیفحوضه 15

3-1-2- اقلیممنطقه 16

3-1-3- مخزنسدعلویان 17

3-1-3-1- موقعیت 17

3-1-3-2- مختصاتجغرافیاییومشخصاتهیدرولیکی 18

3-2- آماده‌سازیاولیهداده‌ها 20

3-3- نرمال‌سازیداده‌هایآماری 21

3-4-شبکه‌ها‌یعصبیمصنوعی 22

3-4-1-تاریخچه‌یشبکه‌ها‌یعصبیمصنوعی 22

3-4-2-مبانیشبکه‌ها‌یعصبی 22

3-4-3-ساختارشبکه‌ها‌یعصبیمصنوعی 23

3-4-4-انواعتوابعمحرک 24

3-4-5-انواعشبکه‌ها‌یعصبی 25

3-4-5-1-انواعشبکه‌یعصبیازنظرنوعحافظه ………..25

3-4-5-2-انواعشبکه‌ها‌یعصبیازنظرشیوه‌ییادگیری 25

3-4-5-3-انواعشبکه‌ها‌یعصبیازنظرساختاروپردازشاطلاعات 26

3-4-6-مراحلاساسیساختیکشبکه‌یعصبیمصنوعی 27

3-4-6-1-الگوریتم‌ها‌یآموزششبکه‌ها‌یعصبیمصنوعی….. 28

3-4-6-1-1-الگوریتمآموزشپس‌انتشارخطا 28

3-4-7-شبکه‌ها‌یپرسپترونچندلایه(MLP) 29

3-5-شبکهعصبیبیزین 31

3-5-1-قانونتنظیمبیزین 32

3-5-2-بهینه‌سازیپارامترهایتنظیم 33

3-5-3-تقریبوابستهگوس-نیوتن 34

3-5-4-روش Widrow- Nguyen 36

3-6-شبکهعصبیموجک 37

3-6-1-مقدمه 37

3-6-1-1-تبدیلفوریه 38

3-6-1-2-تبدیلفوریهزمانکوتاه (STFT) : 42

3-6-1-3- طیفنگاره (Spectrogram) 45

3-6-2-تبدیلموجک (Wavelet Transform) 52

3-6-2-1- مقدمه 52

3-6-2-2-  تبدیلموجکپیوسته 57

3-6-2-3-تبدیلموجکگسسته (سریموجک) 64

3-6-2-4-  انتخابمقادیرمقیاسوجابجایی 65

3-6-2-5-  دقتفرکانسیوزمانیدرتبدیلموجک 65

3-6-3- ساختارشبکه‌هایموجکW 66

3-6-4- گزینشبهترینرگرسورموجک 68

3-6-4-1-ماندهمبتنیبرگزینش 70

3-6-4-2-گزینشمرحله‌به‌مرحلهتوسطمتعامدسازی 72

3-6-5-حذفپسرو 76

3-6-6-مانده‌ها 76

3-6-7- انتخابعددموجک‌ها 81

3-7-ارزیابیمدل 81

فصلچهارم 82

4-1-مقدمه 83

4-2-نتایجشبکهعصبیبیزین 84

4-3-نتایجشبکهعصبیمصنوعی 89

4-4-نتایجشبکهعصبیموجکی 92

4-5-مقایسهعملکردمدلها 95

4-8-نتیجه‌گیری 98

4-9-پیشنهادات 99

منابعومآخذ 106

 

فصل سوم- مواد و روش‌ها

شکل3-1-موقعیتجغرافیاییحوضهآبریزصوفیچای(حسینی،1391) 15

شکل3-2- نقشهرقومارتفاعی(حسینی،1391) 16

شکل3-3- نقشهتقسیماتشیب(حسینی،1391) 16

شکل3-4-موقعیتجغرافیاییسدعلویانوایستگاه‌هایهیدرومتریبالادستآن 18

شکل 3-5-مقادیرمشاهداتیدبیورودیدرمقیاسهایزمانیروزانهوماهانهبهسدعلویان(1376-1389) 21

شکل3-7- ساختارشماتیکیکشبکه‌یعصبیمصنوعیسهلایه‌ونحوه‌یپردازشاطلاعاتدریکنرون(اویانونینهیز1992) 23

شکل3-8 نمایکلییکشبکهعصبیبیزینپنجلایه 37

شکل 3-9- نمایشحوزهزمانموج‌ها 38

شکل 3-10- نمایشحوزهفرکانس 39

شکل 3-11- نمایشحوزهزمانسیگنال  . 40

شکل 3-12- نمایشنیمیحوزهفرکانس (تبدیلفوریه) سیگنالشکل (3-11) 40

شکل 3-13- نمایشکاملحوزهزمانسیگنال  . 40

شکل 3-14- نمایشحوزهزمانسیگنالغیرثابتبافرکانس‌های 10 ، 50 و 100 درزمان‌هایمختلف (به‌صورتبزرگنمایی) 41

شکل 3-15- نمایشحوزهفرکانسسیگنالغیرثابتبافرکانس‌های 10 ، 50 و 100 41

شکل 3-16- نمایشحاصلضربg(t)،g(t+2)وg(t-1)درسیگنالx(t)بااندازهپنجره 42

شکل 3-17- تبدیلفوریهزمانکوتاهموجحاصلازفرمول (3-22) بافرکانس‌های 800 و 1200واندازهپنجره 43

شکل 3-18- تبدیلفوریهزمانکوتاهموجحاصلازفرمول (3-22) بافرکانس‌های 800 و 1200 واندازهپنجره 43

شکل 3-19- تبدیلفوریهزمانکوتاهموجحاصلازفرمول (3-22) بافرکانس‌های 800 و 1200 واندازهپنجره 44

شکل 3-20- نمایشحاصلضربg(t)،g(t+2)وg(t-1)درسیگنالx(t)بااندازهپنجره 1 44

شکل 3-21- نمایشموجx(t) بافرکانس‌های 400 ، 800 و 1200 درزمان‌هایمختلف 45

شکل 3-22- نمایشطیفنگارهموجx(t) بافرکانس‌های 400 ، 800 و 1200 درزمان‌هایمختلف 46

شکل 3-23- نمایشسه‌بعدیطیفنگارهموجx(t) بافرکانس‌های 400 ، 800 و 1200 درزمان‌هایمختلفازدوجهت 47

شکل 3-24- نمایشدووسه‌بعدیطیفنگارهموجx(t) بافرکانس‌های 400 ، 800 و 1200 درزمان‌هایمختلف 47

شکل 3-25- نمایشدووسه‌بعدیطیفنگارهموجx(t) بافرکانس‌های 400 ، 800 و 1200 درزمان‌هایمختلف 48

شکل 3-26- نمایشدووسه‌بعدیطیفنگارهموجx(t) بافرکانس‌های 400 ، 800 و 1200 درزمان‌هایمختلف 49

شکل 3-27- نمایشسیگنالثابتبادوفرکانس 500 و 1500 ،تبدیلفوریهسیگنالوطیفنگارهآنباطولپنجره 2.5 میلی‌ثانیه 50

شکل 3-28- نمایشسیگنالثابتبادوفرکانس 800 و 1000 ،تبدیلفوریهسیگنالوطیفنگارهآنباطولپنجره 2.5 میلی‌ثانیه 51

شکل 3-29- نمایشطیفنگارهدووسه‌بعدیسیگنالثابتبادوفرکانس 800 و 1000  باطولپنجره 20 میلی‌ثانیه 52

شکل 3-30- تبدیلموجکپیوسته 54

شکل 3-31- نمایشحوزهزمان،تبدیلفوریهوتبدیلموجکسه‌بعدیسیگنالغیرثابتباسهفرکانس 100 و 1000 و 3000 55

شکل 3-32- یکسیگنالECG  (شکلبالا) ویکسیگنالمربوطبهزلزله ( شکلپایین) 56

شکل 3-33- چندنمونهازمادرموجک 58

شکل 3-34- سیگنالتابعکلاهمکزیکیدرمقیاس‌هایمتفاوت 59

شکل 3-35-تحلیلسیگنالy=sin(x)توسطتابعمادرموجککلاهمکزیکیدرمقیاس 1 وباجابجایی‌هایمتفاوت 60

شکل 3-36-تحلیلسیگنالy=sin(x)توسطتابعمادرموجککلاهمکزیکیدرمقیاس0.5وباجابجایی‌هایمتفاوت 60

شکل 3-37-نمودارسیگنالغیرثابتوتبدیلفوریهآن 61

شکل 3-38-نمودارزمانمقیاسونمودارهایدووسه‌بعدیزمانفرکانسبااستفادهازتابعمادرموجکMorlet 62

شکل3-39-نمودارزمانمقیاسونمودارهایدووسه‌بعدیزمانفرکانسبااستفادهازتابعمادرموجکHaar 63

شکل3-40-نمودارزمانمقیاسونمودارهایدووسه‌بعدیزمانفرکانسبااستفادهازتابعمادرموجکMexician Hat 64

شکل 3-41-دقتزمانیوفرکانسیدرتبدیلموجکوفوریهزمانکوتاه 66

شکل4- 1-نمودارحاصلازمقادیربهینهمدلشبکهعصبیبیزینبرایداده‌هایثبت‌شدهمرحلهصحتسنجیدرمقیاسزمانیروزانهوماهانه 88

الف( مقادیرمحاسباتیومشاهداتینسبتبهزمانب( نمودارپراکنشمیانمقادیرمشاهداتیومحاسباتی 88

شکل4-2- نمودارحاصلازمقادیربهینهمدلشبکهعصبیمصنوعیبرایداده‌هایثبت‌شدهمرحلهصحتسنجیدرمقیاسزمانیروزانهوماهانه 91

الف( مقادیرمحاسباتیومشاهداتینسبتبهزمانب( نمودارپراکنشمیانمقادیرمشاهداتیومحاسباتی 91

شکل4-3- نمودارحاصلازمقادیربهینهمدلشبکهعصبیموجکیبرایداده‌هایثبت‌شدهمرحلهصحتسنجیدرمقیاسزمانیروزانهوماهانه 94

الف( مقادیرمحاسباتیومشاهداتینسبتبهزمانب( نمودارپراکنشمیانمقادیرمشاهداتیومحاسباتی 94

شکل 4-4- نمودارحاصلازبهترینمدلبهدستآمدهازمدلهایشبکهعصبیبیزین،شبکهعصبیموجکوشبکهعصبیمصنوعیبرایدادههایبخشصحتسنجیدرمقیاسزمانیروزانهوماهانه… 96

 

 

فصل سوم- مواد و روش‌ها

جدول3‑1 مشخصاتایستگاه‌هایهیدرومتریومقادیرمتوسطجریانسالانهدربالادستسدعلویان (تاقبلاز 1379) 18

جدول 3‑2 مشخصاتهیدرولیکیسدعلویانوسرریزجانبیآن (تاقبلاز 1379) 19

جدول3‑3 وضعیتتخصیصوبهره‌برداریازسدعلویاندرشرایطفعلیوشرایططراحی 19

جدول 3-4  خصوصیاتآماریمقادیردبیجریاندرمقیاسزمانیروزانهوماهانهدربازهزمانی(1389-1376) 20

جدول3‑5- متداول‌ترینتوابعمحرکشبکه‌ها‌یعصبیمصنوعی 24

جدول3-6- اعدادیازعملهایحسابیدرمرحلهi 80

جدول 4-1- همبستگیمتقابلبینپارامترهایورودیوخروجی 83

جدول 4-2- ترکیب‌هایمنتخبپارامترهایورودیبهمدل‌هایهوشمند 84

جدول4-3- مقادیرپارامترهایمورداستفادهدرمقیاسزمانیروزانهوماهانهبااستفادهازشبکهعصبیبیزین 85

جدول4-4- نتایجشبکهعصبیبیزینبرایمدل‌هایمختلفوشاخص‌هایآماریدرمراحلآموزشوصحتسنجیدرمقیاسزمانیروزانه 86

جدول4-5- مقداروزنهاوبایاسهایاختصاصیافتهبهپارامترهایورودیشبکهعصبیبیزیندرمقیاسزمانیروزانه 86

{2}b 86

118/1 86

جدول4-6- نتایجشبکهعصبیبیزینبرایمدل‌هایمختلفوشاخص‌هایآماریدرمراحلآموزشوصحتسنجیدرمقیاسزمانیماهانه 86

جدول4-7- مقداروزنهاوبایاسهایاختصاصیافتهبهپارامترهایورودیشبکهعصبیبیزیندرمقیاسزمانیماهانه 87

جدول4-8- نتایجشبکهعصبیمصنوعیبرایمدل‌هایمختلفوشاخص‌هایآماریدرمراحلآموزشوصحتسنجیدرمقیاسزمانیروزانه 90

جدول4-9- نتایجشبکهعصبیمصنوعیبرایمدل‌هایمختلفوشاخص‌هایآماریدرمراحلآموزشوصحتسنجیدرمقیاسزمانیماهانه 90

جدول4-10- نتایجشبکهعصبیموجکیبرایمدل‌هایمختلفوشاخص‌هایآماریدرمراحلآموزشوصحتسنجیدرمقیاسزمانیروزانه 93

جدول4-11- نتایجشبکهعصبیموجکیبرایمدل‌هایمختلفوشاخص‌هایآماریدرمراحلآموزشوصحتسنجیدرمقیاسزمانیماهانه 93

جدول4-11- نتايجنهاییحاصلازآموزشوصحتسنجیمدلهایشبکهعصبیبیزین،شبکهعصبیموجکوشبکهعصبیمصنوعیدرمقیاسزمانیروزانه 95

جدول4-12- نتايجنهاییحاصلازآموزشوصحتسنجیمدلهایشبکهعصبیبیزین،شبکهعصبیموجکوشبکهعصبیمصنوعیدرمقیاسزمانیروزانه 95

قبلا حساب کاربری ایجاد کرده اید؟
گذرواژه خود را فراموش کرده اید؟
Loading...
enemad-logo