استفاده از منطق فازي براي شبيه سازي الگوي توزيع آبپاش منفرد

Simulation of Water Distribution Pattern of Single Sprinkler Using Fuzzy Logic

در اين پژوهش مدلي بر مبناي منطق فازي براي شبيه سازي الگوي توزيع آبپاش منفرد بسط داده شد. آبپاش اسپرير با پد چرخان و زاويه پخش ?360 با نام تجاري نلسون R3000 كه يك آبپاش بسيار متداول در سيستم هاي سنترپيوت و لينيرمو مي باشد، مورد استفاده قرار گرفت. آزمايشات متعدد ميداني بر اساس استانداردهاي S398.1-ASAE و ISO-8026 براي تعيين الگوي توزيع آب در شرايط بدون باد و حالت وجود باد در ايستگاه تحقيقاتي دانشكده كشاورزي دانشگاه تبريز به انجام رسيد. در مجموع نتايج تعداد 30 آزمايش كه از دقت و صحت آنها اطمينان حاصل شده بود براي آموزش و سپس صحت‌سنجي مدل مورد استفاده قرار گرفت. حداقل و حداكثر سرعت باد در شرايط مزرعه اي به ترتيب برابر 57/0 و 41/7 متر در ثانيه ثبت و در مدل به‌كار گرفته شد. براي آناليز مقايسه اي بين نتايج مدل و مقادير مشاهداتي الگوي توزيع آبپاش، پارامترهاي آماري R2 ، CD، EF، CRM، MAE و RRMSE مورد استفاده قرار گرفت. براي داده‌هاي آموزش مقدار ميانگين R2 =0/98 و 257/0=RRMSE به‌دست آمد. همچنين براي داده‌هاي صحت‌سنجي مقادير ميانگين اين پارامترها برابر 96/0= R2 و 34/0=RRMSE محاسبه شد. بقيه پارامترهاي آماري مذكور نيز هم براي داده‌هاي آموزش و هم براي داده‌هاي صحت‌سنجي در محدوده قابل قبول به‌دست آمد. براي كاربردي نمودن نتايج، برنامه اي بر اساس منطق فازي در محيط MATLAB نگارش گرديد كه قادر است با دريافت مقادير سرعت و جهت باد، الگوي توزيع آبپاش منفرد را شبيه‌سازي نموده و نتايج را به صورت گرافيكي و همچنين فايل Excel ارايه كند. نهايتاً با مقايسات آماري نتايج حاصل از مدل و الگوهاي مشاهداتي توزيع آب، قابليت بسيار خوب مدل فازي در شبيه سازي الگوي توزيع آبپاش مشخص شد.

A model based on Fuzzy Logic has been developed to simulate the distribution pattern of a single sprinkler. A Nelson R3000 sprayer with rotator pad and water application angle of 360o which is one of the most common types of center pivot and linear move sprinklers was selected. Several field experiments according to the ISO-8026 and ASAE-S398.1 standards were performed to assess the water distribution pattern in no-wind and windy conditions at the Research Center of Agricultural Faculty, University of Tabriz-Iran. Results of thirty reliable experiments were used to educate & validate the model. Minimum and maximum wind speeds recorded under the field conditions were 0.57 and 7.41 ms-1, respectively. In order to comparative analyze between simulated values and observations several statistical criteria like R2, CD, EF, CRM, MAE and RRMSE were used. For the training dataset the average values of R2 and RRMSE were achieved 0.98 and 0.257, respectively. Also the values of parameters R2 and RRMSE for the validation dataset were calculated 0.96 and 0.34 respectively. As well as the other above mentioned statistical parameters for both training dataset and validation dataset were found satisfactory. To make the results practical a model was developed as a MATLAB m-file, using Fuzzy Logic that takes wind velocity and direction as the inputs and could simulate the distribution pattern of single sprinkler and have ability to display graphical and Excel file of results. With the statistical comparisons between simulated water distributions patterns with observed ones it was finally concluded that Fuzzy model had excellent ability to simulate the water distribution pattern.