تحقیقات کاربردی علوم جغرافیایی

تحقیقات کاربردی علوم جغرافیایی

مدلسازی هوشمند منفرد(پرسپترون چند لایه) و ترکیبی (نروفازی) تخریب جنگل (محدوده: شهرستان ساری)

نویسنده
کارشناس ارشد GIS & RS دانشگاه تبریز
چکیده
روش‌های کلاسیک یا روشهای سخت بر دقیق بودن محاسبات، پایه­گذاری شده­اند درحالیکه دنیای واقعی بر نادقیق بودن مرزها و عدم قطعیت­ها استوار است که بیشتر با روش‌های محاسبات نرم مطابقت دارد، که این روش­ها نیز به تنهایی نقاط ضعف و قوتی دارند و برای رفع آنها تئوری پیوند­زنی مطرح شد که با عنوان سیستم­های ترکیبی هوشمند شناخته می­شوند. در این تئوری دو یا چند روش هوشمند با یکدیگر ترکیب می­شود تا کاستی­ها و نواقص روش­های منفرد رفع یا تعدیل گردد. در این مطالعه، تخریب جنگل با استفاده از شبکه عصبی پرسپترون و روش ترکیبی عصبی-فازی مدل­سازی شده­است. برای اینکار از تصاویر سنسور TM ماهواره لندست 5 سال 1999 و سنسور OLI متعلق به لندست 8 برای سال 2017 استفاده شد. از مناطق جنگلی تخریب شده و جنگل بدون تخریب در 200 نقطه نمونه­برداری شد. سپس 7 فاکتور تخریب جنگل شامل: فاصله ازعوارضی همچون (شهر-رودخانه-روستا-دریا-جاده)، ارتفاع و شیب برای 200 نقطه محاسبه شد. برای ارزیابی عملکرد مدل­ها از میانگین مربعات خطای استفاده شد که برای شبکه پرسپترون با سه الگوریتمLevenberg-Marquardt, Bayesian Regularization, Scaled Conjugate Gradient به ترتیب 50.053، 40.070 و 80.090 بدست­آمد. MSE برای مدل عصبی-فازی با الگوریتم بهینه­سازی و روش ترکیبی به ترتیب 00.019 و 0.0102 محاسبه شد. تحلیل نتایج حاکی از عملکرد مطلوب مدل نروفازی در کاهش خطا و افزایش تعمیم­پذیری می­باشد. مدل نروفازی با تکیه بر قاعده عدم قطعیت شرایطی را ایجاد کرده که به واقعیت شباهت بیشتری داشته و نسبت به مدل پرسپترون در انتخاب داده­ی مناسب موفق­تر بوده­است.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Intelligent Modeling; Single (Multi-layer perceptron) and Hybrid (Neuro-Fuzzy Network) Method in Forest Degradation (Case Study: Sari County)

نویسنده English

somayeh mehrabadi
university of tabriz
چکیده English

The classical methods, also known as hard methods, are based on the accuracy of calculations, while the real world is founded on the inaccuracy of boundaries and the uncertainties, which is more consistent with soft computing methods. Each of these methods has its own strengths and weaknesses, and the hybridization theory was introduced to solve these problems. In the hybridization theory, which is also called intelligent hybrid systems, two or more single intelligent methods are combined to eliminate or rectify the shortcomings and limitations of single methods. In this study, forest degradation was modeled by employing the single-perceptron neural network and hybrid neuro-fuzzy method. For this purpose, the images from Landsat-5 TM sensor in 1999 and Landsat 8 OLI sensor in 2017 were utilized. Then, the degraded and non-degraded forest areas were sampled in 200 locations. Seven factors identified as the most effective factors in forest degradation, including the distance from the features like city, river, village, sea, and road, elevation and slope were measured for the 200 locations. The mean squared error (MSE) was used to evaluate the performance of models, which was 0.0535, 0.0704, and 0.0908 for the perceptron neural network in the Levenberg-Marquardt, Bayesian regularization, and scaled conjugate gradient algorithms, respectively. Also, the MSE value for the neuro-fuzzy model in the optimization and hybrid algorithms was 0.0190 and 0.0102, respectively. The analysis of the results showed the optimal performance of the neuro-fuzzy method both in reducing the error and in generalizing the model. Relying on the uncertainty rule, the neuro-fuzzy model provides the conditions that are closer to reality and have been more successful than the perceptron model at selecting the appropriate data.

کلیدواژه‌ها English

Intelligent Modeling
Multilayer Perceptron
Neural-Fuzzy
Forest Degradation
Akbarzadeh A, Taghizadeh Mehrjardi R, Rouhipour H, Gorji M, and Refahi H.G.2009. Estimating of Soil Erosion Covered with Rolled Erosion Control Systems Using Rainfall Simulator (Neuro-fuzzy and Artificial Neural Network Approaches), Journal of Applied Scienes Research, 5(5),505-514.
Al-Hmouz A, Shen J, Member Senior I, Al-Hmouz R, and Yan J. 012. Modeling and Simulation of an Adaptive Neuro-Fuzzy Inference System (ANFIS) for Mobile Learning, IEEE Transactions On Learning Technologies, 5(3), 226-237.
Bashiri M, and FarshbafGeranmayeh A. 2011. Tuning the parameters of an artificial neural network using central composite design and genetic algorithm, Scientia Iranica, 18(6), 1600-1608.
Behnia M, Akbari Valani H, Bameri M, Jabalbarezi B, and Eskandari Damaneh H. 2017. Potential Assessment of ANNs and Adaptative Neuro Fuzzy Inference systems (ANFIS) for Simulating Soil Temperature at diffrent Soil Profile Depths, International Journal of Advanced Biological and Biomedical Research, 6(1), 416-423.
Borrelli P, Sandia Rondón A, Schütt B. 2013. The use of Landsat imagery to assess large-scale forest cover changes in space and time, minimizing false-positive changes, Applied Geography, 41, 147-157.
Castillo O, Melin P, Kacprzyk J, Pedrycz W. 2005. Soft Computing For Hybrid Intelligent Systems, Springer.
Fisher R. 2012. Tropical forest monitoring, combining satellite and social data, to inform management and livelihood implications: Case studies from Indonesian West Timor, International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation, 16, 77-84.
Mahmoud O, Farhat A, Momoh J, and Salami E. 2007. Leraning Algorithm Effect On Multilayer Feed Forward Artificial Neural Network Performance In Image Coding, Journal of Engineering Science and Technology, 2(2), 188-199.
Mas J.F, Puig H, Palacio J.L, Sosa-Lo´pez A. 2004. Modelling deforestation using GIS and artificial neural networks, Environmental Modelling & Software, 19(5), 461-471.
Nasr S.M, Moustafa Medhat A.E, Seif H.A.E, Kobrosy G. 2012. Application of Artificial Neural Network (ANN) for the prediction of EL-AGAMY wastewater treatment plant performance-EGYPT, Alexandria Engineering Journal, 51(1), 37-43.
Nayyer Sabeti S.M, and Deevband MR. 2015. Hybrid Evolutionary Algorithms based on PSO-GA for Training ANFIS Structure, IJCSI International Journal of Computer Science Issues, 12.
Pir Bavaghar M. 2015. Deforestation modelling using logistic regression and GIS, Journal Of Forest Science, 61(5), 193–199.
Rumelhart D. E, Hinton G. E, Williams R. J. 1986. Learning Internal Representations By Error Propagation, MIT Press Cambridge, 1, 318-362.
Schultz R.E.O, Centeno T M, Selleron G, Delgado M.R, A soft computing-based approach to spatio-temporal prediction, International Journal of Approximate Reasoning, 50(1), 3-20.
Yetilmezsoy K, Bestamin O, Mehmet C. 2011. Artificial Intelligence-Based Prediction Models For Environmental Engineering, ICS AS CR Istanbul, Turkey, 3(11), 193-218.
Yildirim Y, and Bayramoglu M. 2006. Adaptive neuro-fuzzy based modelling for prediction of air pollution daily levels in city of Zonguldak, Chemosphere, 63(9), 1575 –1582.