شبیه سازی جریان ماهانه رودخانه با استفاده از مدل رگرسیون ماشین بردار پشتیبان(SVR) بهبود یافته با استفاده از الگوریتم بهینه سازی گرگ خاکستری (GWO)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری منابع آب، گروه مهندسی آب، واحد کرمانشاه، دانشگاه آزاد اسلامی ، کرمانشاه ، ایران

2 دانشیار گروه مهندسی آب، واحد کرمانشاه، دانشگاه آزاد اسلامی، کرمانشاه،ایران

3 گروه مهندسی آب، واحد کرمانشاه، دانشگاه آزاد اسلامی، کرمانشاه، ایران

چکیده

اندازه‌گیری جریان رودخانه‌ها یکی از مهم‌ترین مسائل در مدیریت رودخانه است، به همین دلیل همواره تلاش می‌شود از روش‌های دقیقی برای اندازه‌گیری آن استفاده شود. هدف این مطالعه بهبود کارایی مدل رگرسیون بردار پشتیبان (SVR)، با استفاده از الگوریتم بهینه‌سازی گرگ خاکستری (GWO) برای مدل‌سازی جریان ماهانه رودخانه است. برای این کار از داده‌های ماهانه 15 سال (از سال 1400 تا 1385) جریان رودخانه، بارندگی و دما استفاده گردید. برای انتخاب بهترین متغیرهای ورودی به مدل SVR و GWO-SVR از روش سعی و خطا استفاده شد. بر اساس نتایج حاصل از این روش Q(t-1)، R(t-1) و T(t-1) بهترین متغیرهای مستقل برای شبیه؜سازی متغیر Qt هستند. 80درصد داده؜ها برای آموزش و 20 درصد داده؜ها برای صحت سنجی مدل؜های SVR و GWO-SVR استفاده شد. جهت ارزیابی کارایی مدل؜ها نیز از شاخص؜های R^2، RMS وNSE استفاده گردید. همچنین برای توسعه مدل؜ها از توابع فعال ساز خطی(LKF)، چندجمله ایی(PKF)،تابع پایه شعاعی(RBF)، سیگموید(SKF) استفاده شد. برای تعیین پارامترهای توابع فعال ساز از روش سعی و خطا استفاده شد. بر اساس نتایج حاصل از این مطالعه، مدل SVR با تابع فعال ساز چندجمله ایی بهترین عملکرد را در مرحله آموزش و صحت سنجی، و با تابع فعال ساز خطی بدترین عملکرد را در مرحله اموزش و صحت سنجی دارد. در ادامه از الگوریتم GWO برای تعیین پارامترهای توابع فعال ساز استفاده گردید. بر اساس نتایج نهایی، مدل SVR با الگوریتم GWO عملکرد بهتری دارد. بنابرین برای شبیه؜سازی جریان ماهانه اب رودخانه با استفاده از این مدل، بهتر است به جای روش سعی و خطا از الگوریتم GWO استفاده شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Simulation of monthly river flow using improved Support Vector Machine Regression (SVR) model using Gray Wolf Optimization (GWO) algorithm.

نویسندگان [English]

  • Safoura Pirouzmehr 1
  • saeid shabanlou 2
  • fariborz yosefvand 3
  • Behrouz Yaghoubi 3
  • ahmad rajabi 3
  • mohammad ali izadbakhsh 3
1 Ph.D. Candidate, Department of Water Engineering, Kermanshah Branch, Islamic Azad University, Kermanshah, Iran
2 Department of Water Engineering, Kermanshah Branch, Islamic Azad University, Kermanshah, Iran.
3 Department of Water Engineering, Kermanshah Branch, Islamic Azad University, Kermanshah, Iran
چکیده [English]

The aim of this study is to improve the performance of the Support Vector Regression(SVR) model, using the Gray Wolf Optimization(GWO) algorithm for monthly river flow modeling. For this purpose, monthly data of 15 years(from 1400 to 1385) of river flow, rainfall and temperature were used. The trial and error method was used to select the best input variables to the SVR and GWO-SVR models. Based on the results of this method, Q(t-1), R(t-1) and T(t-1) are the best independent variables for simulating the Qt variable. 80% of the data was used for training and 20% of the data was used for validating the SVR and GWO-SVR models. R^2, RMS and NSE indices were also used to evaluate the efficiency of the models. Also, linear activation functions(LKF), polynomial(PKF), radial basis function(RBF), and sigmoid(SKF) were used to develop the models. The trial and error method was used to determine the parameters of the activator functions. Based on the results of this study, the SVR model with polynomial activation function has the best performance in the training and validation phase, and with the linear activation function, it has the worst performance in the training and validation phase. Next, the GWO algorithm was used to determine the parameters of the activator functions. Based on the final results, the SVR model performs better with the GWO algorithm. Therefore, to simulate the monthly flow of river water using this model, it is better to use the GWO algorithm instead of the trial and error method.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Monthly river flow
  • support vector regression
  • gray wolf optimization algorithm
  • water resources management