تعيين شدت بارندگي با استفاده از تجزيه و تحليل فركانس‎هاي صوتي حاصل از صداي برخورد قطرات باران

اطلاع از شدت و مدت بارندگي مي‌تواند در بسياري از تحليل‌هاي زيست محيطي از جمله برآورد فرسايندگي باران و فرسايش خاك مفيد باشد. دستگاه‎هاي مختلفي براي ثبت شدت و مدت بارندگي وجود دارد. اما خريد و نگهداري آن‌ها هزينه‌بر بوده و اغلب نياز به متصدي جهت مراقبت از آن‌ها دارد. تحقيق حاضر به امكان‌سنجي استفاده از تحليل سيگنال‌هاي صوتي ناشي از برخورد قطرات با سطوح و اجسام موجود در طبيعت براي تعيين ثبت شدت و مدت بارندگي پرداخته است. براي اين منظور در آزمايشگاه گروه علوم خاك دانشكده كشاورزي دانشگاه تبريز در سال 1400، باران‌سازهايي طراحي شد كه باران‌هايي با شدت‌هاي متفاوت ايجاد نمايد. سپس سيگنال‌هاي صوتي ناشي از برخورد قطرات باران با سيني فلزي كه در زير باران قرار داده شد، توسط ركودر ضبط و جهت پردازش به رايانه انتقال داده شد. سپس در نرم افزار MATLAB، اندازه فركانسي فايل‌هاي صوتي استخراج گرديد. نتايج نشان داد كه با افزايش شدت بارندگي، دامنه صوتي و اندازه فركانسي سيگنال‌هاي صوتي افزايش يافت. سپس اندازه‌هاي فركانسي در نرم‌افزار SPSS به روش خوشه‌بندي دو مرحله‌اي به‌طور خودكار در دو خوشه قرار گرفته شد. سپس ميانگين و انحراف معيار هر خوشه محاسبه شده و با توجه به همبستگي هر كدام با يكديگر و با شدت بارندگي، و جهت جلوگيري از پديده چند هم‌خطي شدن تنها از ميانگين خوشه دوم به عنوان ورودي مدل‌هاي برنامه‌ريزي بيان ژن و رگرسيون خطي استفاده شد. جهت آزمون دقت و صحت نتايج حاصل از مدل‌ها، از آماره‌هاي ضريب تبيين (R2)، ريشه ميانگين مربعات خطا (RMSE)، ميانگين هندسي نسبت خطا (GMER) و انحراف استاندارد هندسي نسبت خطا (GSDER) استفاده شد. مقادير R2، RMSE (mm/h)، GMER (mm/h) و GSDER (mm/h) براي مدل برنامه‌ريزي بيان ژن در داده‌هاي سري آموزش به ترتيب برابر 0.97، 1.85، 1.11 و 1.09 و براي داده‌هاي سري اعتبارسنجي به ترتيب برابر 0.96، 2.05، 1.14 و 1.12 بدست آمد. در حالي كه مقادير معيارهاي فوق در مدل رگرسيوني، براي داده‌هاي سري آموزش به ترتيب برابر 0.94، 2.74، 1.25 و 1.34 و براي داده‌هاي سري اعتبارسنجي به ترتيب برابر 0.92، 2.91، 1.28 و 1.37 بدست آمد. نتايج آماره‌هاي فوق حاكي از دقت و صحت نسبتا بيشتر مدل برنامه‌ريزي بيان ژن نسبت به مدل رگرسيوني و بيش‌برآوردي و پخشيدگي نسبتا زيادتر داده‌هاي تخميني مدل رگرسيوني نسبت به مدل برنامه‌ريزي بيان ژن مي‌باشد.