عنوان مقاله :
برآورد ميزان كلروفيل آ در مخزن سد با استفاده از تكنيكهاي سنجش از دور و مدل هاي دادهكاوي
پديد آورندگان :
ظهيري ، جواد دانشگاه علوم كشاورزي و منابع طبيعي خوزستان - گروه علوم و مهندسي آب , چراغي ، ميترا دانشگاه علوم كشاورزي و منابع طبيعي خوزستان - گروه مهندسي طبيعت , سالاري جزي ، ميثم دانشگاه علوم كشاورزي و منابع طبيعي گرگان - گروه مهندسي آب
كليدواژه :
جلبك , كيفيت آب , تصاوير سنتينل 2 , الگوريتمهاي XGBoost , M5 و MARS
چكيده فارسي :
كلروفيل آ بهعنوان معياري جهت اندازهگيري ميزان جلبك در حال رشد در آب مورد استفاده قرار ميگيرد كه ميتوان از آن براي طبقهبندي وضعيت تغذيهاي پهنههاي آبي استفاده كرد. ا بر اساس بررسيهاي صورت گرفته غلظت سطوح بسيار بالاي كلروفيل آ نشاندهنده كيفيت پايين آب است و وجود طولانيمدت غلظتهاي بالاي كلروفيل آ مشكلات اساسي براي توليد اوليه زيستتوده است. بر همين اساس غلظت كلروفيل آ يك شاخص كليدي براي كيفيت آب بهحساب ميآيد. در اين تحقيق سعي شده است تا با استفاده از تكنيكهاي سنجشازدور و مدلهاي دادهكاوي اقدام به برآورد ميزان كلروفيل آ در مخزن سد سردشت گردد. اطلاعات مورد استفاده در اين تحقيق به دو قسمت تقسيم ميشوند. قسمت اول مقادير اندازهگيري شده كلروفيل آ در مخزن سد سردشت ميباشد. اين اطلاعات شامل 7 مرحله اندازهگيري در 10 نقطه با مختصات مختلف در مخزن سد بوده و مربوط به اسفندماه 1396 تا خردادماه 1398 ميباشد. قسمت دوم اطلاعات مورد استفاده، تصاوير ماهواره سنتينل 2 بوده كه از اطلاعات آن در مدل هاي دادهكاوي استفاده شده است. اطلاعات باندهاي مختلف از تصاوير سنتينل 2 استخراج گرديد و بر اساس مقادير باندي، معيارهاي سنجش ميزان كلروفيل آ محاسبه شده و در اختيار مدلهاي دادهكاوي جهت آموزش قرار گرفت. در اين تحقيق از سه مدل دادهكاوي XGBoost، M5 و MARS جهت برآورد ميزان كلروفيل آ استفاده شد. در اين مطالعه، 9 معادله برآورد كلروفيل آ به عنوان ورودي مدلهاي دادهكاوي در نظر گرفته شد و مقدار لگاريتم كلروفيل آ اندازهگيري شده به عنوان خروجي لحاظ گرديد. 80 درصد دادههاي موجود جهت آموزش مدلهاي دادهكاوي و 20 درصد باقيمانده جهت صحتسنجي كارايي مدلهاي مورد استفاده بهكار رفت. بر اساس اطلاعات ورودي، مدل درختي M5 فضاي مسئله را به 5 قسمت تقسيم كرده و به ازاي هر بخش معادله خطي ارائه داده است. بر اساس ساختار ارائه شده توسط الگوريتمهاي M5 و MARS، تركيبهاي باندي آبي، قرمز و سبز و نيز مادونقرمز و قرمز تاثير بالايي بر روي مدلهاي ارائه شده توسط اين دو الگوريتم داشتهاند. نتايج بهدستآمده از الگوريتم XGBoost نشاندهنده اهميت تركيبهاي باندي آبي، قرمز و سبز بر روي نتايج ارائه شده ميباشد. بر اين اساس تركيب باندي آبي، قرمز و سبز در هر سه الگوريتم بهعنوان مهمترين و يا يكي از مهمترين متغيرهاي ورودي جهت محاسبه كلروفيل آ مورد استفاده قرار گرفته است. ضريب تبيين براي سه مدل XGBoost، M5 و MARS به ترتيب برابر با 0.61، 0.49 و 0.31 محاسبه شد. مقدار ضريب ناش ساتكليف براي سه مدل XGBoost، M5 و MARS به ترتيب برابر با 0.54، 0.47 و 0.27 محاسبه شد كه نشان ميدهد نتايج دو مدل XGBoost و M5 داراي وضعيت مطلوبي ميباشند. نتايج مدلهاي مورد استفاده نشان ميدهد كه دو مدل XGBoost و M5 نتايج دقيقتري را نسبت به مدل MARS ارائه نمودند. استفاده از دياگرام تيلور نيز نشاندهنده نزديك بودن كارايي دو مدل XGBoost و M5 در محاسبه ميزان كلروفيل آ ميباشد. توزيع كلروفيل آ در محدوده مخزن سد سردشت توسط مدلهاي مورد استفاده نشان ميدهد كه در نواحي محدودي از سد، مقادير ارائهشده با مقادير اندازه گيري شده همخواني ندارد كه محدود بودن دادههاي اندازهگيري مورد استفاده و عدم انطباق كامل زماني تصاوير سنتينل 2 با دادههاي اندازهگيري در مخزن سد ميتواند تأثير مهمي در اين زمينه داشته باشد. استفاده از تعداد دادههاي متعدد در مخازن سدهاي مختلف، بهكارگيري مدلهاي دادهكاوي متنوع و استفاده از تصاوير ساير سنجندهها ميتواند ابزار مناسبي را در اختيار مديران مخازن قرار داده تا بتوانند با دقت بيشتري اقدام به ارزيابي كيفي آب مخازن نمايند.
عنوان نشريه :
پژوهش هاي حفاظت آب و خاك
عنوان نشريه :
پژوهش هاي حفاظت آب و خاك