کلاسه‌بندی مناطق بحرانی سیل مبتنی بر الگوریتم‌های هوش مصنوعی و تلفیق با روش‌های خرد جمعی (مطالعه موردی: حوضه رکعت دزپارت)

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

1 دانش آموخته کارشناسی ارشد، گروه زمین شناسی مهندسی، ‌دانشکده علوم، دانشگاه اصفهان، اصفهان،‌ ایران

2 دانشیار، گروه مهندسی طبیعت، دانشکده کشاورزی،‌ دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی خوزستان،‌ خوزستان،‌ ایران.

3 گروه علوم و مهندسی خاک، دانشکده کشاورزی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی خوزستان، خوزستان، ایران.

چکیده

 امروزه پهنه­بندی پدیده سیلاب در حوضه­های کوهستانی و مناطق صعب العبور، پیش نیاز توسعه در هر کشوری محسوب می­شود و بایستی قبل از اجرای پروژه­های مختلف صنعتی، عمرانی، شهرسازی و غیره؛ به وضعیت سیلاب حوضه و تعیین نقاط بحرانی توجه خاصی شود. این پژوهش با هدف ارزیابی عملکرد پنج مدل یادگیری ماشین شامل، مدل‌جنگل‌ تصادفی، مدل‌بردار پشتیبان، مدل‌ جمعی تعمیم­یافته، مدل‌خطی تعمیم­یافته، درخت طبقه­بندی و رگرسیون، رگرسیون تقویت شده درختی (RF ، SVM، BRT، CART و GLM) مدل‌سازی احتمال سیل‌ در حوضه کوهستانی رکعت دزپارت در  استان خوزستان انجام گرفت. همچنین، برای افزایش پایداری و دقت مدل­ها، از چهار تکنیک خرد جمعی (Ensemble Methods)، شامل میانگین ساده، میانگین وزنی، میانگین کمیته‌ای و میانه استفاده شد. نتایج نشان داد تمامی ­مدل­های مورد استفاده عملکردی قابل قبول از خود نشان دادند؛ با این حال، مدل­های مبتنی بر درخت، برتری محسوسی نسبت به مدل­های خطی و SVM داشتند. به‌طور خاص، مدل جنگل تصادفی (RF) با کسب بالاترین مقدار AUC برابر با 932/0، بهترین عملکرد کلی را در پیش‌بینی وقوع سیل در منطقه به خود اختصاص داد. پس از آن، مدل رگرسیون تقویت‌شده درختی (BRT) با AUC برابر با 929/0 در رتبه دوم قرار گرفت. در مقابل، مدل خطی تعمیم­یافته (GLM) با AUC برابر با 855/0، کمترین دقت را در میان مدل­های منفرد از خود نشان داد. همچنین تکنیک‌های خردجمعی عملکرد مدل­ها را بهبود بخشیدند، به‌طوری که مقادیر AUC برای روش‌های تلفیقی در محدوده 919/0 تا 926/0 قرار گرفت و پایداری پیش‌بینی‌ها را تقویت نمود. این یافته‌ها بر لزوم توجه ویژه به ویژگی‌های مکانی و هیدرولوژیکی حوضه در برنامه‌ریزی‌های مدیریت ریسک سیلاب تأکید می‌کند و مدل RF و رویکردهای خردجمعی را به عنوان استراتژی‌های مؤثر برای تهیه نقشه‌های پهنه‌بندی دقیق‌تر معرفی می‌نماید.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


منابع
ذرتی پور، امین.، شه­پری­فر، قاسم.، یوسفی، اشکان. (1404). مدل‌سازی تغییرات پوشش جنگل‌های استان خوزستان مبتنی بر الگوریتم یادگیری ماشین و تصاویر ماهواره. تحقیقات آب و خاک ایران. 56(8)، 2057-2077. doi:10.22059/ijswr.2025.394576.669934
رحیمی‌خوب، علی (1394). مقایسه بین مدل درختی M5 و شبکه‌های عصبی برای تخمین تبخیر و تعرق مرجع در یک محیط خشک. مدیریت منابع آب، 28 (2)، 657-669. http://jstnar.iut.ac.ir/article-1-2499-fa.
شریفانی، کریم.، و امینی، مریم (1402). یادگیری ماشین و یادگیری عمیق: مروری بر روش‌ها و کاربردها. مجله جهانی فناوری اطلاعات و مهندسی، 10(07)، 3897-3904. doi: 10.1016/j.world.tec.eng.2023.e10.3897-3904.
 
 
References
 
Aksoy, S., Sertel, E., Roscher, R., Tanik, A., & Hamzehpour, N. (2024). Assessment of soil salinity using explainable machine learning methods and Landsat 8 images. International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation, 130, 103879.‏ doi: 10.016/j.jag.2024.103879
Buba, F. N., Gajere, E. N., & Ngum, F. F. (2020). Assessing the Correlation between Forest Degradation and Climate Variability in the Oluwa Forest Reserve, Ondo State, Nigeria. American Journal of Climate Change, 9(4), 371-390.‏ doi: 10.4236/ajcc.2020.94023.   
Dias, F., Suhadolnik, N., Camargo, H., & Da Silva, S. (2024). Predicting the pulse of the Amazon: Machine learning insights into deforestation dynamics. Journal of Environmental Management, 362,121359.‏ doi:10.1016/j.jenvman.2024.121359. 
Duwal, S., Liu, D., Pradhan, P.M., (2023). Flood susceptibility modeling of the Karnali river basin of Nepal using different machine learning approaches. Geomatics, Nat. Hazards Risk 14 (1), 2217321. doi:10.1080/19475705.2023.2217321.
Fischer, S., and Schumann, H. (2025). Dominant flood types in Europe and their role in flood statistics. Hydrological Sciences Journal. 994-1010. doi:10.1080/02626667.2025.2450369.   
Halder, S., Bose, S., 2024. Comparative study on remote sensing-based indices for urban ecology assessment: A case study of 12 urban centers in the metropolitan area of eastern India. Journal of Earth System Science. 133: 100. doi:10.1007/s12040-024-02321-3.
Hu, K.H., Zhang, X., You, Y., Hu, X.D., Liu, W.M., Li, Y., 2019. Landslides and dammed lakes 805 triggered by the 2017 Ms6.9 Milin earthquake in the Tsangpo gorge. Landslides 16(5), 993- 806 1001. doi:10.1007/s10346-019-01168-w.
Kumar, B. P., Babu, K. R., Anusha, B. N., & Rajasekhar, M. (2022). Geo-environmental monitoring and assessment of land degradation and desertification in the semi-arid regions using Landsat 8 OLI/TIRS, LST, and NDVI approach. Environmental Challenges, 8, 100578.‏ doi: 10.1016/j.envc.2022.100578.
Liu, W.M., Carling, P.A., Hu, K.H., Wang, H., Zhou, Z., Zhou, L.Q., Liu, D.Z., Lai, Z.P., Zhang, 829 X.B., 2019. Outburst floods in China: A review. Earth Sci. Rev. 197, 102895. doi: 10.1016/j.earscirev.2019.102895.
Maharjan, M., Timilsina, S., Ayer, S., Singh, B., Manandhar, B., & Sedhain, A. (2024). Flood susceptibility assessment using machine learning approach in the Mohana-Khutiya River of Nepal. Natural Hazards Research. 4:24-35. doi: 10.1016/j.nhers.2024.01.001.
Nur, I., Mondal, P., (2023). GIS-based machine learning algorithm for flood susceptibility analysis in the Pagla river basin, Eastern India. Natural Hazards Research. 3:420-436. doi: 10.1016/j.nhres.2023.05.004.
Pavandmehr, P., Zoratipour, A., Moazami, M., & Cheraghi, M. (2025). Flood vulnerability zoning is based on remote sensing indices and decision-making techniques (Case study: Rakat basin of Khuzestan). Water and Soil Management and Modeling, 5(2), 234-250. doi:10.22098/mmws. 2024.15911.1501.[In Persian]
Rahimikhoob, A. (2014). Comparison between M5 model tree and neural networks for estimating reference evapotranspiration in an arid environment. Water Resources Management, 28, 657-669. http://jstnar.iut.ac.ir/article-1-2499-fa. ‏[In Persian].
Saha, S., Saha, M., Mukherjee, K., Arabameri, A., Ngo, P. T., T., & Paul, G. C. (2020). Predicting the deforestation probability using the binary logistic regression, random forest, ensemble rotational forest, REPTree: A case study at the Gumani River Basin, India. Science of the Total Environment, 730, 139197. ‏doi: 10.1016/j.scitotenv.2020.139197.
Shabani, S., Pourghasemi, H. R., & Blaschke, T. (2020). Forest stand susceptibility mapping during harvesting using logistic regression and boosted regression tree machine learning models. Global Ecology and Conservation, 22, e00974. doi: 10.1016/j.gecco. 2020.e00974.
Sharifani, K., & Amini, M. (2023). Machine learning and deep learning: A review of methods and applications. World Information Technology and Engineering Journal, 10(07), 3897-3904. ‏doi:10.1016/j.world.tec.eng.2023.e10.3897-3904.
Wang, Z., Wang, Y., Liu, Y., Wang, F., Deng, W., & Rao, P. (2023). Spatiotemporal characteristics and natural forces of grassland NDVI changes in Qilian Mountains from a sub-basin perspective. Ecological Indicators, 157, 111186.‏ doi: 10.1016/j.ecolind.2023.111186.
Zhang, B., He, X., Ouyang, F., Gu, D., Dong, Y., Zhang, L., ... & Zhang, S. (2017). Radiomic machine-learning classifiers for prognostic biomarkers of advanced nasopharyngeal carcinoma. Cancer Letters, 403, 21-27.‏ doi: 10.1016/j.canlet.2017.06.004.
Zoratipour, A., Shahparifar, Q. and Yousefi, A. (2025). Modeling changes in forest cover in Khuzestan province based on machine learning algorithm and satellite images. Iranian Soil and Water Research. 56(8), 2057-2077. doi:10.22059/ijswr.2025. 394576. 669934.  [In Persian]