این سایت در حال حاضر پشتیبانی نمی شود و امکان دارد داده های نشریات بروز نباشند
پژوهش های حفاظت آب و خاک، جلد ۲۴، شماره ۲، صفحات ۲۳-۴۴

عنوان فارسی ارزیابی عملکرد رگرسیون چندمتغیره، شبکه عصبی مصنوعی و برنامه‌ریزی بیان ژن در تخمین برخی خصوصیات خاک
چکیده فارسی مقاله چکیده سابقه و هدف: با ظهور سیستم‌های کامپیوتری در کنار سامانه‌ اطلاعات جغرافیایی و دسترسی به داده‌های رقومی مکانی، روش‌های مختلف داده‌کاوی، مدل‌سازی و تخمین خصوصیات خاک، جایگاه خود را در علوم خاک و پدومتری باز کرده است. داده‌کاوی خصوصیات خاک با استفاده از روش‌های آماری کامپیوتر- محور به کشف الگوهای پنهان در بانک اطلاعاتی داده‌ها می‌پردازد که در نهایت منجر به برازش مدل به منظور استفاده و تخمین خصوصیات خاک می‌گردد. یکی از کاربردهای مهم این روش‌ها استفاده در معادله اسکورپن می‌باشد. دو جز اصلی معادله اسکورپن شامل متغیرهای محیطی و برنامه یادگیری می‌باشد. این مطالعه با هدف ارزیابی و مقایسه سه مدل عددی شامل روش رگرسیون چندگانه خطی، شبکه عصبی مصنوعی و برنامه‌ریزی بیان ژن به عنوان برنامه یادگیری (تابع f) در معادله اسکورپن با استفاده از داده‌های دورسنجی، توپوگرافی و پوشش گیاهی به عنوان داده‌های کمکی به منظور تخمین خصوصیات خاک از جمله کربنات کلسیم معادل، رس، چگالی ظاهری، نیتروژن کل، کربن آلی، شن، سیلت و ظرفیت رطوبت اشباع انجام گرفت. مواد و روش‌ها: این پژوهش، در مراتع بخش باجگیران در استان خراسان رضوی و با مساحت 1225 هکتار انجام شد. به منظور بررسی پوشش گیاهی و خاک، تعداد 137 واحد مورد بررسی قرار گرفت. در هر واحد کاری 3 تا 5 پلات با فاصله 10 متر و در امتداد یک برش انتخاب شدند و نوع و تعداد گونه گیاهی و درصد پوشش گیاهی درون پلاتها ثبت گردید. سپس یک نمونه خاکی در هر برش و در مجموع 137 نمونه خاکی از سطح منطقه مورد مطالعه برداشته شد. داده‌های توپوگرافی منطقه از نقشه DEM، داده‌های طیفی و باندهای مختلف از تصاویر سنجنده ETM و شاخص‌های تنوع گیاهی و درصد پوشش گیاهی اندازه‌گیری شد و به عنوان متغیرهای کمکی در پیش‌بینی کربنات کلسیم معادل، رس، چگالی ظاهری، نیتروژن کل، کربن آلی، شن، سیلت و ظرفیت رطوبت اشباع به کار گرفته شدند. به منظور کاهش تعداد داده ورودی در شبکه عصبی مصنوعی و برنامه‌ریزی بیان ژن از نتایج PCR استفاده گردید سپس عملیات نرمال‌سازی و استانداردسازی بر روی داده‌ها صورت گرفت. یافته‌ها: نتایج حاصل از ارزیابی مدل‌های رگرسیون چندگانه، شبکه عصبی مصنوعی و برنامه‌ریزی بیان ژن براساس آماره‌های ارزیابی شامل میانگین اریبی خطا (MBE)، ریشه میانگین مربعات خطا (RMSE) و ضریب تبیین (R2) در فاز آزمون نشان داد که شبکه عصبی مصنوعی پرسپترون، با توجه به مقادیر ضریب تبیین بالاتر برای کربنات کلسیم، رس، نیتروژن کل، کربن آلی، شن، سیلت، ظرفیت رطوبتی و چگالی ظاهری به ترتیب با مقادیر 72/0، 46/0، 67/0، 77/0، 62/0، 7/0، 85/0 و 69/0 و همچنین مقادیر خطای RMSE کمتر با مقادیر به ترتیب 46/7، 46/4، 03/0، 27/0، 6/5، 55/3 و 4/ 3 درصد برای کربنات کلسیم معادل، درصد رس، نیتروژن کل، کربن آلی، درصد شن، درصد سیلت، ظرفیت رطوبت اشباع و 08/0 گرم بر سانتی مترمکعب برای چگالی، بهترین نتایج را از بین روشهای مورد مقایسه نشان داد. روش شبکه عصبی مصنوعی توانست 60 تا 85 درصد تغییرپذیری خصوصیات مورد بررسی را نشان دهد که از بین خصوصیات مختلف، بهترین تخمین برای ظرفیت رطوبت اشباع خاک با 85/0R2= و کربن آلی با 77/0R2= بود. نتیجه‌گیری: نتایج ارزیابی تخمین خصوصیات خاک از طریق سه مدل عددی که بهترین نتایج بدست آمده برای مدل شبکه عصبی مصنوعی پرسپترون بدست آمد. نتایج اعتبارسنجی مدل شبکه عصبی مصنوعی نشان داد که مقدارMBE مدل برای متغیرها نزدیک به صفر بوده و این امر مؤید این مطلب است که برازش، توسط مدل ایجاد شده نااریب بوده است. مقدار RMSE پایین مدل نیز نشان دهنده دقت مناسب و قابل قبول برآورد برای متغیرهای خاک می‌باشد. نتایج الگوریتم بیان ژن نیز حاکی از دقت بالاتر این روش نسبت به رگرسیون خطی برای اکثر خصوصیات خاک بود.
کلیدواژه‌های فارسی مقاله

عنوان انگلیسی Assessing Performance of Multivariate Linear Regression (MLR), artificial neural network (ANN) and Gene Expression Programming (GEP) in estimating soil
چکیده انگلیسی مقاله Assessing Performance of Multivariate Linear Regression (MLR), artificial neural network (ANN) and Gene Expression Programming (GEP) in estimating soil properties Abstract Background and Objectives: With the emergence of computers and geographic information system (GIS), as well as access to spatial digital data, different methods of data mining, modeling and estimation of soil properties found their place in soil sciences. Data mining of soil properties using computer-based statistical methods uncovers hidden patterns in the database which ultimately leads to the fitness of a model for estimation of soil properties. These methods can be used in the scorpan equation. Two main components of scorpan model include environmental variables and learning program. In the present study, three different methods including multiple linear regression (MLR), artificial neural network (ANN) and Gene Expression Programming (GEP) as "f' function in scorpan model were evaluated and compared in estimating of soil properties using auxiliary data such as vegetation data, topography and remote sensing data. Material and methods: The study area with an area of 1225 ha was located in Bajgiran rangelands, Khorasan Razavi province, Iran. In order to investigate vegetation cover and soil 137 units were investigated in which 3-5 plots were selected with a distance of 10 meters apart along an accidental transect, and plant species names and numbers besides vegetation percentage were recorded. Next, one soil sample was taken from each transect (Totally 137 soil sample). Train attributes derived from digital elevation model; different bands derived from the ETM and used for computing spectral indices; and plant diversity indices were calculated using Simpson and Shannon-Wiener. These obtained parameters were used as covariate in estimating calcium carbonate equivalent, clay, density, nitrogen, carbon, sand, silt and saturated moisture capacity. Data deduction was done by PCA analysis to deduct the number of input data for ANN and GEP models, and finally, Normalization and standardization were carried out on the data. Results: The results obtained from the evaluation of three numerical methods based on root mean square error (RMSE), mean bias error (MBE) and coefficient of determination (R2) showed that ANN model had the highest accuracy in estimating soil properties, given the higher coefficients of determination for calcium carbonate equivalent , clay, density, nitrogen, carbon, sand, silt and saturated moisture capacity with the values of 0.72, 0.46, 0.69, 0.67, 0.77, 0.62, 0.7 and 0.85, respectively, moreover, lower RMSE with the values of 7.46, 4.46, 0.08, 0.03, 0.27, 5.6, 3.5 and 3.4, respectively. ANN could explain 60-85 percent of variability of soil properties, among which the best estimates were for saturated moisture capacity and soil organic carbon with R2 = 0.85 and R2 = 0.77, respectively. Conclusion: Evaluating the estimation of soil properties through three numerical models introduced ANN as the most accurate model. ANN validation results showed that mean bias error (MBE) for estimated soil properties were close to zero, and this confirms that the fitting has been created unbiased by model. Furthermore, the low RMSE of model verified accurate estimation of soil variables. The results also indicate that GEP had higher accuracy than the linear regression method for most soil properties.
کلیدواژه‌های انگلیسی مقاله

نویسندگان مقاله ابراهیم محمودآبادی |
دانشگاه فردوسی مشهد
سازمان اصلی تایید شده: دانشگاه فردوسی (Ferdowsi university)

علیرضا کریمی |
دانشیار دانشگاه فردوسی مشهد
سازمان اصلی تایید شده: دانشگاه فردوسی (Ferdowsi university)

غلامحسین حق نیا |
دانشگاه فردوسی مشهد
سازمان اصلی تایید شده: دانشگاه فردوسی (Ferdowsi university)

عادل سپهر |
دانشگاه فردوسی مشهد
سازمان اصلی تایید شده: دانشگاه فردوسی (Ferdowsi university)


نشانی اینترنتی http://jwsc.gau.ac.ir/article_3674_1ecbcbcf3bc12b61b0214273b515fd63.pdf
فایل مقاله اشکال در دسترسی به فایل - ./files/site1/rds_journals/1379/article-1379-437924.pdf
کد مقاله (doi)
زبان مقاله منتشر شده fa
موضوعات مقاله منتشر شده
نوع مقاله منتشر شده
برگشت به: صفحه اول پایگاه   |   نسخه مرتبط   |   نشریه مرتبط   |   فهرست نشریات