Skip to main content
SUPERVISOR
Kayvan Asghari
کیوان اصغری (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mohsen Behzad Jazi
محسن بهزادجزی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی عمران
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1384

TITLE

Application of Support Vector Machines (SVMs) in Water Resources Modeling
: Water scarcity, climate changes and hydrological uncertainties emphasize the necessity of a comprehensive and meaningful management of water resources which will be achieved by reliable models. Harnessing and appropriate using of surface water, developing the groundwater resources, alleviating the inverse impacts of flood or drought and healthy drinking water supply, require models with accurate prediction. Data-driven modeling is new and rapidly expanded in scientific and engineering research areas. This method, in some situations, would be a proper substitution for other modeling approaches such experimental and physical ones. In this research, the principles of a novel and advanced data-driven technique called Support Vector Machines (SVMs), which is relied on statistical learning theory, are discussed. By applying this learning method, generalization characteristic of the machine boosts; and thus, the model precision in comparison with other data-driven techniques improves. The aim of study is to present the underlying concepts of SVMs in order to learn complex physical processes and non-linear behaviors of hydrological systems. In this thesis, the performance of learning machine is investigated within three various applications of water resources modeling consisting of 1) prediction of short-term runoff, 2) estimating the water level of a specific observation well, and 3) spatial-temporal forecasting of rainfall. For implementing SVMs in the foregoing hydrological systems, diverse combination of data is employed. Analyzing and comparing the SVM results with the ones obtained through the artificial neural networks reveals the high prediction capability of SVM in the preceding applications. The successful performance of SVMs throughout this research signifies the possibility of exploiting it in other water resources applications.
کمبود آب، تغییرات آب و هوایی و عدم قطعیت‌های هیدرولوژیکی ضرورت وجود مدلسازی‌ و مدیریت هدفمند منابع آب را آشکار می‌سازند. مهار کردن و استفاده صحیح از منابع آبهای جاری، توسعه منابع آب زیرزمینی، کاهش اثرات منفی ناشی از سیل و یا خشکسالی‌ و تأمین آب آشامیدنی سالم نیازمند مدلهایی با قابلیت انجام پیش‌بینی‌های دقیق ومطمئن هستند. مدلسازی داده-محور، از جمله روشهای نوینی است که به سرعت در حال گسترش در زمینه‌های متنوع علمی می‌باشد. این شیوه‌ی مدلسازی می‌تواند در مسائل گوناگونی جایگزین سایر روشهای شبیه‌سازی نظیر مدلسازی فیزیکی ویا مدلسازی تجربی شود. این مطالعه، اصول روشی جدید و پیشرفته به نام ماشین‌های بردار پشتیبان را که بر پایه تئوری یادگیری آماری استوار است، مورد بحث قرار خواهد داد. استفاده از این روش یادگیری باعث افزایش قابلیت عمومیت‌پذیری ماشین خواهد شد که منجر به بهبود یافتن دقت مدل در مقایسه با سایر روشهای داده-محور پیشین شده است. هدف این پژوهش آشنایی با مفهوم ماشین‌های بردار پشتیبان، به منظور دستیابی به فرایندهای فیزیکی پیچیده و رفتارهای غیر خطی سیستم‌های هیدرولوژیکی می‌باشد. در این پایان نامه عملکرد روش یادگیری مذکور در قالب سه کاربرد مختلف از مدلسازی منابع آب شامل 1) پیش‌بینی کوتاه مدت رواناب، 2) تخمین سطح تراز آب در چاه مشاهده‌ای و 3) پیش‌بینی زمانی-مکانی بارندگی، مورد بررسی قرار گرفته است. بدین جهت ترکیبهای مختلفی از داده‌ها برای پیش‌بینی‌ رفتار سیستم‌های هیدرولوژیکی گفته شده، معرفی می‌گردند. مقایسه نتایج روش پیشنهادی با نتایج مدل شبکه‌های عصبی مصنوعی جهت ارزیابی کارایی آن، قابلیت پیش‌بینی بالای ماشین‌های بردار پشتیبان را در کاربردهای فوق، روشن می‌سازد. به عنوان نمونه استفاده از این نوع ماشین یادگیر در تخمین رواناب موجب شده تا جذر مربع میانگین خطا در دو مدل ساخته شده به مقدار 16 و 27 درصد نسبت به روش شبکه‌های عصبی مصنوعی کاهش یابد. در پنج مدل ارائه شده در کاربرد دوم و همچنین سه مدل پیش‌بینی بارندگی در کاربرد سوم نیز این کاهش خطا مقدار متوسطی به ترتیب برابر با 12 و72 درصد داشته است. عملکرد موفقیت‌آمیز این نوع ماشین یادگیر در این تحقیق، امکان توسعه و استفاده از آن را در کاربردهای دیگری از مدلساز‌ی‌ منابع آب نشان می‌دهد.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی