پیش‌بینی آلودگی ذرات معلق هوا با استفاده از شبکه عصبی تاخیردار MATLAB

در ادامه آموزش های سایت همیارپروژه برنامه نویسی متلب ارائه خواهد شد .آموزشها از مقدماتی تا پیشرفته ادامه دارد و ما به شما کدنویسی در نرم افزار متلب را رایگان یاد خواهیم داد. با ما همراه باشید.

پیش‌بینی آلودگی ذرات معلق هوا با استفاده از شبکه عصبی تاخیردار MATLAB

در این مطالعه، به منظور پیش‌بینی آلودگی ذرات معلق در هوا، یک شبکه عصبی تاخیردار (TDL) با ۳ لایه که دارای یک لایه پنهان و یک لایه خروجی است در نظر گرفته شده است و عنصر تاخیر در لایه خروجی حضور دارد. این شبکه به ترتیب دارای ۲۰ و ۱ نرون در لایه پنهان و لایه خروجی می‌باشد. برای تعیین تعداد نرون لایه پنهان شبکه، شبکه‌های مختلف با تعداد نرون‌های پنهان متفاوت طراحی شده و آموزش داده شده است. از میان این شبکه‌ها با توجه به معیار MSE یک شبکه بهینه انتخاب شد. لایه ورودی با توجه به داده ورودی که یک سری زمانی ۱ساله (۳۶۵ روزه) بوده ۱ نرون در نظر گرفته شده است. از میان الگوریتم‌های مختلفی که برای آموزش شبکه‌های عصبی مورد استفاده قرار می‌گیرد، الگوریتم LMS انتخاب و در نهایت شبکه عصبی با داده‌های روزانه ماکزیمم انتشار PM10 (میکروگرم بر مترمکعب) در ۲۴ ساعت و با استفاده از نرم‌افزار MATLAB (2009) طراحی و برآورد شده است. به منظور تست شبکه، انتشار ماکزیمم غلظت آلاینده PM10 در۲۴ ساعت، برای ۶ ماهه نخست سال ۱۳۹۰ نیز پیش‌بینی شده است شکل (۶). میانگین ماهیانه غلظت پیش‌بینی شده نیز با میانگین ماهیانه واقعی انتشاریافته در شکل (۱)، مقایسه شده است.

 

در نهایت، با توجه به این‌که در دوره مورد بررسی بیشترین غلظت PM10 در مهرماه گزارش شده است، میزان انتشار این آلاینده برای دوره یک‌ماهه مهرماه سال ۱۳۹۰، براساس با شکل (۲) پیش‌بینی شده است. بر اساس نتایج پیش‌بینی به‌دست آمده از شبکه عصبی طراحی شده، بیشترین میزان غلظت تخمین زده شده برابر با ۷۲۲ میکروگرم بر مترمکعب و کمترین میزان برابر با ۳۱۹ میکروگرم بر مترمکعب در مهرماه برآورد شده است.

نتایج با استفاده از نرم افزار متلب

بر اساس تحقیقات انجام گرفته، با افزایش سرعت باد به بیش از ۸ متر در ثانیه در بیابان‌ها و با توجه به رطوبت خاک، اندازه دانه، پوشش گیاهی، بافت خاک، چسبندگی ذرات خاک و پستی و بلندی‌های زمین، طوفان‌های گردوغباری ایجاد می‌شود. منابع اصلی گردوغبارهای ورودی به غرب ایران، نواحی بیابانی به نسبت نزدیک به این منطقه مثل صحرای عراق، سوریه و صحرای شمال شبه جزیره عربستان است. ذرات گردوغباری آثار زیان‌باری بر محیط‌زیست و سلامت انسان وارد می‌کنند. ذرات معلق در اتمسفر مانع از نفوذ نور خورشید شده و می تواند منجر به کاهش تولیدات کشاورزی به میزان ۵-۳۰ درصد شود. همچنین، طوفان‌های گردو غباری منجر به افزایش بیماری‌های تنفسی و مرگ‌ومیر می‌شوند. ذرات کوچک‌تر و مساوی ۱۰ میکرون، خطر مرگ تنفسی در کودکان زیر یک سال را افزایش می‌دهد. اقدام‌های بیولوژیکی راه‌حل‌های کلیدی جهت غلبه بر طوفان‌های گردوغباری هستند. در کشورمان ایران از مالچ نفتی در کنترل گردوغبار مناطق بیابانی استفاده می‌شود. با توجه به این که سازمان بهداشت جهانی شهر اهواز را آلوده‌‌ترین شهر در انتشار ذرات‌معلق ۱۰ میکرونی اعلام کرده است و مهرماه سال ۱۳۸۹، بالاترین متوسط انتشار آلاینده PM10 را در این سال برای شهر اهواز دانسته است، در این مطالعه با در نظر گرفتن داده های روزانه انتشار PM10 به مدت یک سال و طراحی یک شبکه عصبی تاخیردار با ۳ لایه و ۲۰ نرون در لایه پنهان و الگوریتم یادگیری LMS، به پیش‌بینی میزان انتشار ذرات معلق ۱۰ میکرونی برای مهرماه ۱۳۹۰، پرداخته شده است. نتایج حاصل از خروجی این شبکه نشان داد متوسط میزان انتشار این آلاینده در ماه مورد پیش‌بینی، ۴۸۲ میکروگرم در مترمکعب بوده و نیز ماکزیمم غلظت انتشار ۷۲۲ و مینیمم غلظت انتشار ۳۱۹ میکروگرم به‌دست آمده است. این اعداد نسبت به حد نهایی گزارش شده توسط سازمان بهداشت جهانی که ۲۰ میکروگرم در مترمکعب می‌باشد، بسیار بزرگ بوده و بی‌شک باید برای کنترل این پدیده تلاش بیشتر و هماهنگی بین منطقه‌ایی با کشورهای همسایه انجام داد. همچنین، با توجه به آثار بسیار مضری که بر سلامت ساکنان غرب، جنوب‌غربی و به‌ویژه شهر اهواز دارد، تلاش جدی کلیه دستگاه‌های اجرایی و سیاست‌گذاری های مناسبی را در جهت تعدیل آلودگی این مناطق می‌طلبد.

در اینجا آشنایی با محیط متلب بخش صد و بیست و نهم به پایان رسیده است و در آموزش های بعدی به مباحث دیگر آموزش متلب می پردازیم. همچنین از شما مخاطبین عزیز سایت همیارپروژه دعوت می کنم که برای انجام پروژه متلب خود آموزش های ما را دنبال نمایید.

نویسنده: زهرا رستمی

جهت سفارش پروژه به لینک زیر مراجعه نمایید :

سفارش پروژه

همچنین می توانید برای ارتباط سریعتر با شماره و آیدی تلگرام زیر تماس حاصل کنید :
۰۹۱۲۹۵۴۰۱۲۲ – آیدی تلگرام : @fnalk

از طریق کلیک برروی آیکن های زیر میتوانید پروژه خود را در تلگرام و یا واتساپ برای ما ارسال کنید:

ثبت سفارش در واتس آپ ثبت سفارش در تلگرام