Iranian Journal of Soil and Water Research ISNN: 2423-7833 Homepage: http://ijswr.ut.ac.ir
Determining the intensity of rainfall using the analysis of sound frequencies resulting from
the impact of raindrops
Habib Palizvan Zand 1 ,| Abbas Ahmadi 2 | Ali Kadkhodaie 3
1. Corresponding Author, Department of Soil Science, Faculty of Agriculture, University of Tabriz, Tabriz, Iran. E-mail:
2. Department of Soil Science, Faculty of Agriculture, University of Tabriz, Tabriz, Iran. E-mail: [email protected] 3. Department of Earth Sciences, Faculty of Natural Sciences, University of Tabriz, Tabriz, Iran. E-mail: [email protected]
Article Info ABSTRACT
Article type: Research Article
Article history:
Received: Sep. 20, 2022 Revised: March. 21, 2023 Accepted: Apr. 15, 2023 Published online: Apr. 21, 2023
Keywords:
Audio Signals, Clustering, Rain Simulator, Size Frequency.
Knowing the intensity and duration of rainfall can be useful in many environmental analyses, including the estimation of rain erosivity and soil erosion. There are various devices to record the intensity and duration of rainfall, but purchasing and maintaining them are costly and often requires an operator to take care of them. The present research deals with the feasibility of using the analysis of sound signals caused by the collision of droplets with surfaces and objects in nature to determine the intensity and duration of rainfall. For this purpose, in the laboratory of the Department of Soil Science, Faculty of Agriculture, University of Tabriz, in 2022, rain simulators were designed to produce rains of different intensities, then, the sound signals caused by the impact of raindrops with the metal tray that was placed under the rain were recorded and transferred to the computer for processing. Then, the frequency size of audio files was extracted in MATLAB software. The results showed that with the increase in rainfall intensity, the audio amplitude and frequency size of the audio signals increased. Then, the frequency measurements were automatically placed in two clusters in SPSS software using the two-stage clustering method. Then the mean and standard deviation of each cluster were calculated and according to the correlation of each with each other and with the intensity of rainfall, and in order to avoid the multi-collinearity phenomenon, only the average of the second cluster was used as the input of gene expression programming and linear regression models. In order to test the accuracy and correctness of the results obtained from the models, the coefficient of determination (R2), root mean square error (RMSE), geometric mean of error ratio (GMER), geometric standard deviation of error ratio (GSDER) statistics were used. The values of R2, RMSE (mm/h), GMER (mm/h) and GSDER (mm/h) for the gene expression programming model in the training series data were 0.97, 1.85, 1.11 and 1.09 respectively and for the validation series data were 0.96, 2.05, 1.14 and 1.12 respectively. While the values of the above criteria in the regression model were 0.94, 2.74, 1.25 and 1.34 respectively for the training series data and 0.92, 2.91, 1.28 and 1.37 respectively for the validation series data.
The results of the above statistics indicate that the gene expression programming model is relatively more accurate than the regression and overestimation model, and the estimated data of the regression model is relatively more spread than the gene expression programming model.
Cite this article: Palizvan Zand, H., Ahmadi, A., & Kadkhodaie, A. (2023). Determining the intensity of rainfall using the analysis of sound frequencies resulting from the impact of raindrops. Iranian Journal of Soil and Water Research, 54 (2), 319- 335. https://doi.org/10.22059/ijswr.2023.348946.669367
© The Author(s). Publisher: University of Tehran Press.
DOI: https://doi.org/10.22059/ijswr.2023.348946.669367
Homepage: http://ijswr.ut.ac.ir
هیزجت زا هدافتسا اب یگدنراب تدش نییعت و
سناکرف لیلحت تارطق دروخرب یادص زا لصاح یتوص یاه
ناراب
دنز ناوزیلاپ بیبح
1
سابع| یدمحا
|2
یئادخدک یلع
3
1 . ،لوئسم هدنسیون ،کاخ مولع هورگ
هدکشناد یزرواشک هاگشناد ، .ناریا ،زیربت ،زیربت :همانایار
2 . ،کاخ مولع هورگ هدکشناد
یزرواشک هاگشناد ، .ناریا ،زیربت ،زیربت مانایار
3 . ،نیمز مولع هورگ هدکشناد
یعیبط مولع هاگشناد ، .ناریا ،زیربت ،زیربت :همانایار
هلاقم تاعلاطا هدیکچ
ن :هلاقم عو یشهوژپ ةلاقم
رات ی خ رد ی تفا : 29 / 6 / 1401
رات ی خ یرگنزاب : 1 / 1 / 1402
رات ی خ ذپ ی شر : 26 / 1 / 1402
رات ی خ راشتنا : 1 / 2 / 1402
هژاو :یدیلک یاه
سناکرف هزادنا ی
،
ناراب ،زاس
هشوخ دنب ی
، س ی لانگ اه ی توص .ی گدنراب تدم و تدش زا علاطا
ی م ی دناوت سب رد ی را ی لحت زا ی ل ه ا ی ز ی تس حم ی ط ی اسرف دروآرب هلمج زا ی
گدن ی اب و نار
اسرف ی ش فم کاخ ی د هاگتسد .دشاب اه
ی فلتخم ی ارب ی گدنراب تدم و تدش تبث ی
رخ اما .دراد دوجو ی
د رادهگن و ی
نآ زه اه ی هن رب ن بلغا و هدوب ی
زا دصتم هب ی آ زا تبقارم تهج ن
اه قحت .دراد ی ق ناکما هب رضاح جنس
ی ت زا هدافتسا لح ی ل
س ی گ لان اه ی توص ی شان ی بط رد دوجوم ماسجا و حوطس اب تارطق دروخرب زا ی
تع ارب ی عت یی ن تدم و تدش تبث
گدنراب ی ارب .تسا هتخادرپ ی
ا ی ن امزآ رد روظنم ی
هاگش زرواشک هدکشناد کاخ مولع هورگ ی
ربت هاگشناد ی
ز د لاس ر
1400 اراب ، ن اهزاس یی حارط ی ناراب هک دش اه
یی تدش اب اه ی ا توافتم ی داج امن ی د س سپس . ی لانگ اه ی توص ی ن شا ی زا
س اب ناراب تارطق دروخرب ین
ی زلف ی ز رد هک ی ر ار هب شزادرپ تهج و طبض ردوکر طسوت ،دش هداد رارق ناراب ی
هنا لاقتنا
رازفا مرن رد سپس .دش هداد
MATLAB
سناکرف هزادنا ، ی
اف ی ل اه ی توص ی درگ جارختسا ی
د اتن . ی ج اب هک داد ناشن
ازفا ی ش راب تدش گدن ی
، توص هنماد ی سناکرف هزادنا و ی
س ی لانگ اه ی توص ی ازفا ی ش ی تفا هزادنا سپس . اه
ی سناکرف ی
مرن رد رازفا هشوخ شور هبSPSS
دنب ی هلحرم ود ا ی هب م سپس .دش هتفرگ رارق هشوخ ود رد راکدوخ روط ی
گنا ی ن و
عم فارحنا ی را ره گتسبمه هب هجوت اب و هدش هبساحم هشوخ ی
اب مادک ره ی دک ی گ ر گدنراب تدش اب و ی
، تهج و گولج ی ر ی
دپ زا ی هد مه دنچ طخ ی م زا اهنت ندش ی
گنا ی ن دورو ناونع هب مود هشوخ ی
لدم اه ی همانرب ری ز ی ب ی نا سرگر و نژ ی نو
طخ ی اتن تحص و تقد نومزآ تهج .دش هدافتسا ی
ج لدم زا لصاح امآ زا ،اه
هر اه ی رض ی ب بت یی ن (
R2
ر ،) ی هش م ی گنا ی ن
( اطخ تاعبرم ،)RMSE
می گنا ی ن سدنه ی ( اطخ تبسن سدنه درادناتسا فارحنا و )GMER
ی ( اطخ تبسن
GSDER
)
داقم .دش هدافتسا ی
ر
R2
،
RMSE (mm/h)
،
GMER (mm/h)
و
GSDER (mm/h)
ارب ی همانرب لدم ری ز ی ب ی نا نژ
هداد رد اه ی رس ی ترت هب شزومآ ی
ب ربارب 97 / 0 ، 85 / 1 ، 11 / 1 و 09 / 1 ارب و ی هداد اه ی رس ی جنسرابتعا ی ترت هب ی ب
ربارب 96 / 0 ، 05 / 2 ، 14 / 1 و 12 / 1 لاح رد .دمآ تسدب ی
داقم هک ی ر عم ی اهرا ی سرگر لدم رد قوف ی
نو ی
، ارب ی هداد اه ی
رس ی ترت هب شزومآ ی
ب ربارب 94 / 0 ، 74 / 2 ، 25 / 1 و 34 / 1 ارب و ی هداد اه ی رس ی جنسرابتعا ی ترت هب ی ب ربارب 92 / 0 ،
91 / 2 ، 28 / 1 و 37 / 1 اتن .دمآ تسدب ی
ج هرامآ اه ی کاح قوف ی ب اتبسن تحص و تقد زا ی
رتش همانرب لدم ری ز ی ب ی نا نژ
سرگر لدم هب تبسن ی
نو ی ب و ی ش دروآرب ی شخپ و ی گد ی ز اتبسن ی رتدا هداد اه ی مخت ین ی سرگر لدم ی نو ی لدم هب تبسن
همانرب ری ز ی ب ی نا م نژ ی دشاب .
دانتسا : لاپ ی ناوز بح ؛دنز ی
،ب دمحا ی
؛ ئادخدک ،سابع ی
؛ لع ی
، ( 1402 ).
عت یی ن گدنراب تدش ی زجت زا هدافتسا اب ی
ه لحت و ی ل سناکرف اه ی توص ی ادص زا لصاح ی
تارطق دروخرب
ناراب
،ناریا کاخ و بآ تاقیقحت هلجم. 4
5 ( 2
،) 35 3 - 319 . https://doi.org/10.22059/ijswr.2023.348946.669367
.نارهت هاگشناد تاراشتنا هسسؤم :رشان .ناگدنسیون©
https://doi.org/10.22059/ijswr.2023.348946.669367 DOI:
قم همد زا یکی یگدنراب ( تسا یکیژولوردیه و یسانشاوه مهم یاهرتماراپ
Hu et al., 2019
بآ هخرچ مهم یاهرتماراپ زا یکی ناراب نینچمه .)
یم رامش هب یم یاج رب ار یدایز تاراسخ ،لیس و یلاسکشخ داجیا اب هک دور
( دراذگ
Dang, 2020
هداد .) رد یگدنراب قیقد یاه
شیپ ینیب وه تدم هاتوک و تدم دنلب یاه شیپ تامادقا اب هک نوچ تسا رادروخرب ییلااب تیمها زا یسانشا
یبط تارطخ شهاک هناریگ ار یع
ناکما ( تسا هدومن ریذپ
Melese et al., 2018
،شراب .) هدیدپ
یا یطخریغ و
ریغتم اب نامز و ناکم هب رامش یم ( دور
Dang, 2020
.)
هداد هب یسرتسد نیاربانب اب یگدنراب دامتعا لباق یاه
ینامز حوضو -
شیپ تهج یگدنراب تدش قیقد شیاپ روظنم هب لااب یناکم بلایس ینیب
( تسا ناوارف تیمها زئاح ایلاب شهاک و
2019 Cristiano et al.,
.)
شور یاه یتنس هک یارب هزادنا یریگ شراب دروم هدافتسا رارق یم
،دنریگ لاومعم ینتبم رب هاگتسیا یاه میلقا
،یسانش کیتپونیس ینیمز
و ناراب جنس اه هدوب و یاراد یتلاکشم زا
لیبق هنیزه رب دوبمک ،ندوب هاگتسیا
و مدع ناکما هاگتسد رارقتسا یاه
تبث هدننک رد قطانم تخس رذگ
یم ( دنشاب
2018 Beritelli et al.,
هزادنا تقد دوبهب یارب .) ناراب یتسیاب ،یریگ
جنس زا اه و هدوب رادروخرب یفاک دادعت بسانم شنکارپ
ی
.تسا یدایز هنیزه مزلتسم رما نیا اما ،دنشاب هتشاد دادعت هک یتروص رد ی
ناراب دشاب هتشاد دوجو هقطنم رد تابث جنس یم ،
شور اب ناوت نایم لوادتم یاه
ار زاین دروم تاعلاطا ،یبای
ناراب دقاف طاقن ریاس یارب مدع و اطخ اب ماوت ریداقم نیا امومع یلو .درک جارختسا تابث جنس
( دوب دهاوخ تیعطق
2018 Beritelli et al.,
.)
تیعطق مدع نینـچ شـهاـک یارـب تدـش یـبرـجــت تلاداـعـم نیـقـقحم ،ییاه
- تدـم - ( یـناوارـف هدرک داـهنـشیـپ ار )IDF
دنا
(
Jaleel & Farawn, 2013; Rasel & Islam, 2015; Al-Amri & Subyani, 2017; Kyaw et al., 2022
.)
م بلغا رد رادروخرب یفاک یرامآ هرود لوط زا دوجو تروص رد ای و هدوبن ققحم رایتخا رد هعلاطم دروم هیحان تاعلاطا و رامآ دراو
یمن یناکم تارییغت هب هجوت اب نینچمه .دش دهاوخ یبرجت طباور رد ینانیمطاان و اطخ داجیا ثعاب رما نیا و دشاب گدنراب ینامز–
ی و اه
سیا دودحم مکارت و نادقف هاگت
،ینیمز یاه هراوهام و یسانشاوه و بآ یاهرادار زا هدافتسا
هار اه .تسا لکشم نیا اب هجاوم یارب یبوخ لح
هدیدپ شیاپ و ییاسانش یارب یسانشاوه رد رود زا شجنس یاهرازبا زا یکی ،رادار جوم لاسرا اب رازبا نیا .تسا یوج یاه
ازیم ،وج یوس هب صخشم ناوت اب یسیطانغمورتکلا هدیدپ زا یکی هب دروخرب رثا رد یتشگرب ناوت ن
یبایزرا ار )ناراب دننام( یوج یاه هدومن
هدیدپ و یوج طیارش شجنس هب ،یتشگرب و یلاسرا جوم ناوت نایم فلاتخا یسررب اب و یم شراب هلمج زا اوه عضو یاه
نازیم .دزادرپ شراب
هزادنا هدش تفایرد شراب نازیم اب رادار طسوت هدش یریگ نآ زا یخرب هک دراد یددعتم للع فلاتخا نیا .دراد توافت نیمز حطس رد
هب اه
یگژیو و هقطنم ره ییاوه و بآ طیارش هب رگید یخرب و رادار تیهام یم طوبرم نیمز حطس یاه
( دوش
Uijlenhoet, 2001
.)
تفرشیپ هب هجوت اب هاگتسیا هکبش شرتسگ و رادار تقد شیازفا هرابرد هک یدایز یاه
ه لع شیازفا و ایند فلتخم طاقن رد رادار یا م
هزادنا ریداقم اب رادار هدش دروآرب شراب عومجم ریداقم مه زاب ،تسا هتفرگ ماجنا ناققحم و یسانشاوه هاگتسیا طسوت هدش یریگ
ه ینیمز یا
ناراب هک تشاد هجوت یتسیاب .دراد یراگزاسان جنس
هداد و هتشاد رارق تباث هطقن کی رد اه مه یاه
یم تشادرب ار ناکم نا امناج و دنک
یی
یم هابتشا بجوم نآ تسردان هزادنا سایقم یرباربان نینچمه .دوش
ناراب هناهد داعبا اریز ؛تسا یراگزاسان رب یرگید لیلد یریگ جنس
200
ات 300 یتناس داعبا یاراد رادار لسکیپ کی هک یلاح رد تسا عبرم رتم 1
× 1 ای 2
× 2 ( تسا رتمولیک
Prateek, 2017
.)
هراوهام
،اه ی ک ی دی رگ اهرازبا زا ی سانشاوه رد رود زا شجنس ی
ارب ی اسانش یی اپ و ی ش دپ ی هد اه ی وج ی ،هتشذگ ههد دنچ رد .دنتسه
مآ مه رد اب ی
نتخ نف و شناد روآ
ی دپ اب رود زا شجنس ی
هد اه ی سانشاوه ی
، لدم اه ی پ ی هتفرش ا ی ارب ی و دروآرب ی گژ ی اه ی شراب هئارا هدش دنا
راد هک ا ی اناوت یی لااب یی رد زاسراکشآ ی نامز ی ناکم و ی .دنتسه زا ا هلمج ی ن هراوهام م اه ی ناوت هداد هب اه ی هراوهام
TRMM1
.درک هراشا
رد هراوهام نیا 27
ربماون 1997 هزادنا نآ تیرومام و دش باترپ اضف هب نپاژ و اکیرمآ هدحتم تلاایا ییاضف نامزاس یراکمه اب یریگ
ناراب طانم یاه هراح ق
همین و هراح هدجنس قیرط زا هراح قطانم یگدنراب .تسا یئرم رون و زمرق نودام ،ویوورکام یاه
زا شیب 75 زا دصرد
یگدنراب یم لماش ار ناهج لک یاه ( دوش
, 2019 et al.
Liang
هداد رگید زا .) هراوهام یاه
یم فورعم یا هداد هب ناوت
هراوهام یاه
CMORPH2
(
2004 et al., Joyce
هداد و ) هراوهام یاه
PERSIANN3
(
2004 et al., Hong
.درک هراشا )
( )2016 Tramblay et al.
هداد شراب یاه 5
هراوهام
CMORPH1.0 version 0.x
،
PERSIANN-CDR
،
RFE 2.0
و
1 Tropical Rainfall Measuring Mission
2 Climate Prediction Center Morphing Algorithm
3 Percipitation Estimation from Remotely Sensed Information using Artificial Neural Networks
TRMM-3B42 v6 & v7
لدم یارب ار هداد .دندرک یسررب شکارم رد یژولوردیه یزاس
هراوهام نیا شراب یاه اه
اب 10 هاگتسیا
ناراب و یجنس 4 نورد شور ( فلتخم یبای
inverse distance, nearest neighbor, ordinary kriging and residual kriging with
altitude
نآ شهوژپ .دندش هسیاقم ) هداد یسررب هب هناهام و هنازور سایقم رد اه
تحاسم اب یزیربآ هضوح رد شراب یاه 1785
رتمولیک
د عبرم نآ شهوژپ زا لصاح جیاتن .تسا هدش ماجنا شکارم ر شور ءزج هب هک داد ناشن اه
nearest neighbor
شور ریاس ، نورد یاه
یبای
هداد اب ،هدش یسررب هدهاشم یاه
هداد و هدوب یمک فلاتخا یاراد یا
TRMM-3B42 v7
هداد رگید هب تبسن ار درکلمع نیرتهب هراوهام
اه
ض درکلمع مغریلع .دراد هداد جیاتن ،هنازور سایقم فیع
لدم ماجنا یارب بسانم و دش یبایزرا بوخ شراب هناهام یاه یم یزاس
.دشاب
هراوهام هک نیا دوجو اب هنیزگ زا یکی اه
سایقم رد یگدنراب هدهاشم یارب بسانم یاه هزادنا هک دنتسه عیسو یاه
یریگ ب ار اه تردق ا
یم ماجنا مک یناکم و ینامز کیکفت دنهد
هزادنا زا هدافتسا یلو یریگ
هراوهام طسوت هدش ماجنا یاه تحاسم یارب اه
را رتمک( کچوک یاه
1000 هب هناهام لیدبت دننام( ینامز سایقم شهاک اب شور نیا زا هدش هدز نیمخت یگدنراب تقد نیا رب هولاع .تسا تخس )عبرم رتمولیک
یم شهاک )هنازور ( دبای
Kizza et al., 2012
.)
Beritelli
( ناراکمه و لانیمرت زا هدیسر لانگیس جاوما تدش ساسارب یشور زا یگدنراب تدش نیمخت یارب )2018
لیابوم یاه
(
LTE/4G
) دندرک هدافتسا نآ .
سلاک شور زا اه یلامتحا یبصع هکبش دیدج یدنب
سلاک کی هب یبایتسد یارب1
راهچ نیب قیقد یدنب
عض یگدنراب ،یگدنراب نودب( یگدنراب تدش ( یتفایرد لانگیس حطس هس ساسا رب و )دیدش یگدنراب و طسوتم یگدنراب ،فی
RSL2
،)
یگژیو یلحم یاه
4G/LTE
:لماش هظحلRSL
،یا سنایراو و نیگنایمRSL
.دندرک هئاراRSL
سلاک شور نآ یدنب
نیمخت یارب اه
سلاک تقد نازیم نانآ .داد ناشن دوخ زا یبوخ درکلمع یگدنراب تدش ار یدنب
7 / 96 .دندروآ تسد هب دصرد
روطب هداد دربراک یلک ،تسا هتفرگن رارق هدافتسا دروم یدج روط هب زونه کاخ و بآ عبانم اب طبترم ثحابم زا یرایسب رد یتوص یاه
یم رامش هب دیدج یتاقیقحت ،تسیز طیحم و یعیبط عبانم مولع رد یتوص جاوما تاقیقحت ناریا رد هژیو هب زلا نیاربانب .دنور
م تاقیقحت تسا
عونتم و رتشیب هخاش رد شور نیا یریگراکب اب طابترا رد یرت
ناوتب تیاهن رد ات دریذپ تروص کاخ و بآ عبانم عماج تیریدم فلتخم یاه
هار رتمک هنیزه و تقو فرص اب لح
قیقد یاه حیحص و رت
شیپ تقد و دروآ تسد هب نآ اب طبترم تاعوضوم رد ار یرت ینیب
لدم و اه یزاس اه
عمج ساسا رب یگدنراب تدش نیمخت یارب نیون و دیدج شور شهوژپ نیا رد .داد شیازفا ار هداد تاعلاطا یروآ
و هیزجت و یتوص یاه
سناکرف لیلحت .تسا هدش هئارا یتوص یاه
داوم و شور اه
تدش داجیا یارب اب یکیتسلاپ یفورظ هت ادتبا ،یگدنراب فلتخم یاه
نزوس زا هدافتسا اب ییاه
سپس و دیدرگ خاروس توافتم تماخض
خن لکش( دش هداد روبع نآ زا فلتخم رطق اب ییاه 1
.)
لکش 1 شراب دیلوت تهج زاین دروم رازبا. تدش اب ییاه
فلتخم یاه
خاروس نزوس هلیسوب هدش داجیا یاه خن و ،اه
نآ زا هدرک روبع یاه ب ار فلتخم تارطق هزادنا ،دوب فلتخم یاهرطق یاراد هک اه
دوجو
تدم هب هدرک طوقس تارطق مجح .دروآ 1
هناوتسا یفرظ رد هقیقد رطق اب لکش یا
20 یتناس عمج رتم یروآ عمج بآ مجح سپس .دش یروآ
1 probabilistic neural network 2 received signal level
هزادنا جردم هناوتسا رد هدش ( هطبار زا هدافتسا اب تارطق شزیر تدش سپس .دیدرگ یریگ
1 :دیدرگ هبساحم )
هطبار 1
I = V )
A. t
( هطبار قبط 1
) ،I
یتناس بسح رب تارطق شزیر تدش ؛هقیقد رب رتم
عمج بآ مجح ،V
یتناس بسح رب هدش یروآ ؛بعکم رتم
،A
عمج فرظ عطقم حطس یتناس بسح رب یروآ
و عبرم رتم عمج نامز تدم ،t
یم هقیقد بسح رب تارطق یروآ .دشاب
عمج هداد یروآ یتوص یاه
هداد لاس رد اه 1400
کاخ مولع هورگ هاگشیامزآ رد عمج زیربت هاگشناد یزرواشک هدکشناد
عمج یارب اتسار نیا رد .دش یروآ هداد یروآ
یاه
لانگیس .دش هداد رارق نیمز یور رد تارطق دروخرب زا یشان یادص دیدشت یارب یزلف ینیس کی ،یگدنراب زا یشان یتوص یاه
داجیا یتوص
رد هدش 40 تدش تدم هب شراب فلتخم 1
رد هقیقد 3 طسوت رارکت ردروکر
REMAX
لدم تمرف ابRP1
.دیدرگ طبضwav
لانگیس شزادرپ یتوص یاه
شزادرپ یمامت مرن رد اه
هیبش یاهرازفا یم ماجنا نامز رد هتسسگ تروص هب زاس
لانگیس اریز ؛دریگ سسگ تروصب رتویپماک هظفاح رد اه
هت
یم هداد ناشن نامز رد یمن نیاربانب .دنوش
رد هتسویپ لانگیس کی ناوت جنا دیاب هک یراک اهنت و مینک دیلوت رتویپماک رد ار یعقاو نامز
داد ما
هنومن خرن ذاختا قیرط زا هک تسا نیا تسیئوکیان هیضق ساسا رب .مینک داجیا هتسویپ هبش لانگیس کی ،یرادرب
- ناش خرن کی ،نو
هنومن یم نآ رد هک دراد دوجو هنیمک یرادرب هنومن هب ار هتسویپ لانگیس کی ناوت
ه نآ جاجوعا نودب و لیدبت نآ یا رک یبایزاب ار اه
قبط .د
هنومن رد ریز هطبار یتسیاب هیضق نیا ( دشاب رارقرب یرادرب
Oppenheim et al., 2006
:)
هطبار 2 )
fs≥ 2fm
( هطبار قبط 2
هنومن سناکرف ) ( یرادرب
fs
انگیس یسناکرف هفلوم نیرتگرزب ربارب ود اب یواسم و رتگرزب یتسیاب ) ( یلصا ل
fm
رب .دشاب )
هنومن خرن ساسا نیا یدورو لانگیس یرادرب
44100 لانگیس ،هیروف لیدبت اب ،یسناکرف تایصوصخ لیلحت یارب سپس .دش باختنا زتره یاه
رگ هدافتسا کرحتم نیگنایم رتلیف زا یسناکرف تایصوصخ ندش مرن تهج و دندش هداد لاقتنا یسناکرف هزوح هب ینامز هزوح زا یتوص د
.دی
سناکرف هزادنا و هدش هتفرگ قلطمردق هیروف لیدبت زا سپس لدم یارب نآ زا و دمآ تسدب اه
.دیدرگ هدافتسا یزاس
( هطبار 3 ( هطبار و هتسسگ نامز لانگیس هیروف لیدبت ) 4
یم ناشن ار هتسسگ نامز لانگیس هیروف سوکعم لیدبت ) دهد
(
Oppenheim
et al., 2006
:)
هطبار 3 )
X(jΩ) = ∑ X[n]e−jnΩ
∞
n=−∞
هطبار 4 )
X[n] = 1
2π∫ X(jΩ)ejnΩ
π
−π
dΩ
طباور رد 3 و 4 بیترت هب
،X[n]
X(jΩ)
Ω و و نامز رد هتسسگ لانگیس یسناکرف هزوح ،نامز رد هتسسگ لانگیس هدنهد ناشن
هیواز سناکرف .تسا یا
عیرس هیروف لیدبت متیروگلا زا
(FFT)
لانگیس لاقتنا تهج ا یتوص یاه
هدافتسا یسناکرف هزوح هب ینامز هزوح ز یروگلا نوچ دیدرگ
مت
عیرس هیروف لیدبت
(FFT)
یم شیازفا ار شزادرپ تعرس هجیتن رد و هداد شهاک تدش هب ار تابساحم مجح ( دهد
Weeks, 2010
.)
لدم زاس ی
هشوخ دنب ی :
لحت ی ل هشوخ ا ی
، لماش هعومجم ا ی زا روگلا ی مت اه تسا هک تهج هورگ دنب ی وم تاعوض ی ا شا ی ءا هباشم رد هقبط دنب ی اه ی هباشم هدافتسا م ی
دوش (
Neal & Wurst, 2001
) . لحت ی ل هشوخ ا ی م ی دناوت تهج فشک اهراتخاس ی م ی نا هداد اه هب راک هتفرگ نیا ،رگید ترابع هب .دوش
هداد رد ار اهراتخاس یگداس هب شور یم فشک اه
( دنک
Chiu et al., 2001
.)
ادنا هک نآ زا سپ لانگیس سناکرف هز
یتوص یاه 40
هرهب اب ،دمآ تسد هب یگدنراب تدش رازفا مرن زا یریگ
کینکت زا SPSS
هشوخ هلحرم ود یدنب هورگ و لیلحت تهج یا
هداد نیا یدنب هداد هعومجم یاراد هک اه
یم گرزب یاه تیزم زا یکی .دش هدافتسا ،دشاب
اه ی
هشوخ لیلحت مهم و هدمع هلحرم ود یا
اوت یا هداد اب راک ن هداد نیا اریز تسا گرزب یاه
نیا و دنراد یرتشیب نامز دنیآرف فرص هب زاین اه
شور ریاس هب تبسن شور هشوخ یاه
یم فرص ار یرتمک نامز یدنب ( دیامن
Şchiopu, 2010
.)
رتسلاک شیپ هلحرم هب هک لوا ماگ رد شور نیا رد دبت رتسلاک هدرخ نیدنچ هب اهدروکر ،تسا فورعم 1
یم لی شیپ شور .دوش
تخرد مان هب هداد راتخاس کی داجیا اب رتسلاک
CF2
یگژیو( ای یم هشوخ زکارم لماش هک ،)هشوخ یاه
یم ارجا دشاب هطبار( دوش
5 )
هطبار 5 )
CFj= {Nj, SAj, SAj2, NBj}
( هطبار رد 5
)
Nj
هداد دروکر دادعت هشوخ یاه
،j SAj
صخاش عومجم یپ یاه
هداد یاهدروکر زا هتسو
Nj
و ،
SAj2
تاعبرم عومجم
صخاش هشوخ یاهدروکر زا هتسویپ یاه ( ایj
Nj
نینچمه و ،)
هطبار 6 )
NBj= (NBj1, NBj2, … , NBjKB)
:اب ربارب هطبار 7 )
NBjKB= ∑(LK− 1)
KB
K=1
هطبار 7 هتسد رادرب داعبا عومجم یدنب
تم یارب اه هقبط ریغ
یم ناشن ار یا و دهد
LK
هتسد دادعت نآ رد یدنب
هقبط ریغتم یارب اه ماK
هداد دروکر دادعت قیرط زا هک تسا هشوخ رد اه
هکj
هقبط صخاش نیمُاK
هتسد زا هدش هتفرگ یا یم تسد هب ،تساL
ود هک یماگنه .دیآ
یم بیکرت مه اب رتسلاک م هعومجم ود هک تسا ینعم نیدب دنوش
هداد زا رظانت ( هطبار( دنتسه دحاو کی زا هدش عمج طاقن ،اه
8 .))
هطبار 8 )
CF<i,j>= {Nj+ Ni, SAj+ SAi, SAj2 + SAi2 , NBj+ NBi}
تخرد هرگ حوطس لماشCF
یدورو زا ددع کی هرگ ره هک تسا ییاه متسیس ریز کی یدورو ناونع هب زین گرب ره .دراد رب رد ار اه
کیدزن و عورش هرگ هشیر زا ،دروکر ره یارب متیروگلا .تسا ییاهن تخرد لوط رد یتشگزاب و یلوزن تروص هب دنزرف هرگ نیرت
ادیپCF
یم کیدزن متیروگلا ،هرگ گرب کی هب ندیسر ماگنه .دوش یم ادیپ ار گرب هرگ رد یدورو گرب نیرت
تسآ هلصاف لخاد دروکر رگا .دنک هنا
کیدزن و گرب نیرت تخرد و هدش هفاضا یدورو گرب هب دروکر نآ سپ ،تسا یدور
یم زور هبCF
هرگ یارب نآ ،تروص نیا ریغ رد .دوش
شزرا گرب یم داجیا ار دیدج یاه
هقبط بولطم رتسلاک دادعت هب اهرتسلاک هدرخ نیا مود ماگ رد سپس .دنک یم یدنب
زا یکی .دنوش
تیزم لاک دادعت رگا هک تسا نیا شور نیا یاه بسانم دادعت راکدوخ تروص هب شور دوخ دشابن صخشم ققحم یارب بولطم یاهرتس
یم ادیپ ار اهرتسلاک نیا هشوخ دادعت ندوب بسانم یارب دنک
صخاش ود زا زین اه وBIC
یم هدافتساAIC
( دوش
Şchiopu, 2010
.)
هشوخ نیب هلصاف شور نیا رد یم هدافتسا یلامتحا متیراگل هلصاف زا اه
ف و دوش بط متیراگل شهاک نازیم هب هشوخ ود نیب هلصا یعی
هورگ هشوخ کی رد دناوتب ات دراد یگتسب یلامتحا عبات هشوخ ود نیب هلصاف .دنوش یدنب
و i
یم فیرعت ریز تروص هبj
( دوش
Şchiopu,
:)2010
هطبار 9 )
d(i, j) = ξi + ξj− ξ<i,j>
هطبار 10 )
ξS= [∑1 2
KA
KB
log(σK2+ σSK2 ) + ∑ ESK KB
K=1
]
هطبار 11 )
ESK = − ∑NSKL NS
LK
L=1
logNSKL NS
:لااب طباور رد
d(i,j)
هشوخ ود نیب هلصاف : وi
j
𝜉<𝑖,𝑗>
هشوخ بیکرت اب هدش لیکشت هشوخ هدنهد ناشن : یاه
وi j
KA
هتسویپ یاهریغتم لک دادعت :
KB
: هقبط یاهریغتم لک دادعت یا
LK
هتسد دادعت : یدنب
هقبط ریغتم یارب اه مُاK
NS
هشوخ رد هداد یاهدروکر لک دادعت :
S
NSKL
هشوخ رد اهدروکر دادعت : هقبط ریغتم هکS
هک مُاK
یم هتسدL
.دریگ
𝜎𝐾2
هتسویپ ریغتم زا هدش دروآرب سنایراو : هداد عومجم یارب مُاK
دورو یاه ی
1 pre-cluster 2 cluster feature
𝜎𝐾𝑆2
هتسویپ ریغتم زا هدش دروآرب سنایراو : هشوخ رد مُاK
یاه
j
هشوخ دادعت ندش صخشم زا دعب لدم رد یدورو ناونع هب و دش هبساحم هشوخ ره درادناتسا فارحنا و نیگنایم ،اه
ینویسرگر یاه
همانرب و .دش هدرب راکب نژ نایب یزیر
همانرب لدم :نژ نایب یزیر
همانرب یر یم کیتنژ متیروگلا شور هتفای میمعت نژ نایب یز ( طسوت راب نیلوا یارب هک دشاب
)1992
.دش هئارا نیوراد یروئت ساسا ربKoza
لدم نیا نینچمه ءزج
شور یاه متیروگلا یشدرگ بوسحم یم .دو متیروگلا یاه دای هدش مادقا هب فیرعت کی فده عبات رد
بلاق یاهرایعم
یفیک هدومن و سپس ات عب دای هدش ار یارب هسیاقم باوج یاه فلتخم هلئسم لح رد
کی دنیآرف ماگ هب ماگ حیحصت راتخاس هداد اه هب راک
یم دنریگ و رد
،تیاهن باوج بسانم هیارا ار یم ( دنیامن
Alvisi et al., 2005
توافت .) یساسا نیب دوجوم متیروگلا
کیتنژ و همانرب یزیر
نژ نایب هب تعیبط ره کی زا رفا دا یمرب
،ددرگ هب یوحن هک دارفا متیروگلا رد
،کیتنژ فیدر یاه یطخ اب لوط تباث یم دنشاب مزومورک(
)اه
یلو رد همانرب یزیر
،کیتنژ هخاش نامه یاه
ازجم یم .دنشاب نینچمه رد همانرب نژ نایب یزیر رب
راتخاس یتخرد هعومجم اه دیکأت یم دوش
یلو متیروگلا
،کیتنژ ساسارب متسیس را ماق ییودود لمع یم .دیامن موزومورک شور نیا رد هچنآ اب هباشم ،تباث لوط اب هداس و یطخ یاه
متیروگلا رد هک کیتنژ
یم هدافتسا هخاش یاهراتخاس و دوش
هزادنا اب یا همانرب رد هیزجت ناتخرد اب هباشم ،توافتم لاکشا و اه
یزیر نایب نژ
یم بیکرت متیروگلا رد هلحرم نیلوا .دنوش
زا هیلوا تیعمج دیلوت ،لدم لح هار
رما نیا .تساه یم
رظن رد ای و یفداصت دنیآرف هلیسو هب دناوت
سم هرابرد یدورو تاعلاطا نتفرگ لئ
سپس .دوش ماجنا ه موزومورک
یم یبایزرا شزارب عبات طسوت و هدش راهظا یتخرد نایب تروص هب اه
هار هب یبایتسد تروص رد .دندرگ یسر ای و بولطم لح
لسن ند هار نیرتهب و هدش فقوتم لماکت ،نیعم دادعت هب اه یم هئارا لح
.دوش رگا
طیارش هبخن ،دوشن تفای فقوت یم ماجنا ینیزگ
هار یقاب و دوش لح
یم راذگاو یشنیزگ یدنیآرف هب اه دنیآرف نیا .دنوش
لسن نیدنچ یارب
یم رارکت ط هب زین تیعمج تیفیک ولج هب لسن نتفر شیپ اب و دوش یم دوبهب یبسن رو
بای د
(Ferreira, 2006)
همانرب رد . نایب یزیر
زا نژ
یم هدافتسا بیکرت و شهج دننام یفلتخم یاهرگلمع موزومورک لخاد ،یفداصت یزاسهب ،شهج رگلمع فده .دوش
.تسا نیعم یاه
هک تسا نآ رگلمع نیا تیصوصخ
،دعاوق رظن زا بویعم دارفا داجیا زا یریگولج یارب مع یخرب
یم ارجا ار صقن نودب تایل نیا رد .دیامن
زا لدم هطقن کت بیکرت هطقن ود ،یا
و یا عطاقت یم هدافتسا ینژ رگید زا .دوش
یم هدافتسا دروم یاهرگلمع شهنارت رگلمع ناوت
ت مان ار
نیا رد .درب هدیدپ شور
زا هدافتسا اب فلتخم یاه هعومجم
لانیمرت و عباوت زا یا لدم ،اه
یم یزاس نوش
عباوت لماش ً لاومعم ،عباوت هعومجم .د
ای و یتاثلثم ،یباسح یم ،تسا دقتعم هک دنتسه ربراک طسوت هدش فیرعت عباوت
هعومجم .دنشاب بسانم لدم ریسفت یارب دنناوت لانیمرت
زا ،اه
تباث ریداقم سم لقتسم یاهریغتم و
ئ هدش لیکشت هل دنا
(
Ferreira, 2006
.) نیا رد شهوژپ م یارجا یارب لد
همانرب نژ نایب یزیر مانرب زا
ه
GeneXpro Tools (4.0)
ا هدش هدافتس تسا
.
ینویسرگر لدم
رد تلاح نآ رد هک تسا ریز تروص هب کیسلاک نویسرگر هلداعم یلک و یجورخ ریغتمY
،یدورو ریغتمX
و نویسرگر طخ بیشa
زینb
یم ادبم زا ضرع .دشاب
هطبار 12 )
Y = aX + b
نومزآ هداد یرامآ مرن زا هدافتسا اب اه
رازفا هداد زا هدافتسا اب .تفرگ ماجنا SPSS
هشوخ ره رایعم فارحنا و نیگنایم یاه ادتبا ،
بسانم سپس و هدش هبساحم اهریغتم یگتسبمه .دمآ تسدب ینویسرگر هلداعم نیرت
لدم یبایزرا اه
لدم رابتعا و تقد یبایزرا یارب صخاش زا اه
بیرض هلمج زا یفلتخم یاه نییبت
(1
R2
اطخ تاعبرم نیگنایم رذج و ) (2
هدافتسا ،)RMSE
طباور( دش 13
و 14 هچ ره بیترت نیا هب ،)
R2
و رتشیب لدم لدم دشاب رتمکRMSE
قیقد هدش داجیا یاه .دنتسه رتربتعم و رت
هطبار 13 )
R2= 1 − ∑ (YN1 i− Ŷi)
∑ (YN1 i− 𝑌̅)2
1 Coefficient of Determination 2 Root Mean Square Error
هطبار 14
RMSE = √∑ (YN1 i− Ŷi)2 )
N
نآ رد هک اه
Yi
، و𝑌̅
Ŷi
هزادنا هتسباو ریغتم بیترت هب یم هدش دروآرب هتسباو ریغتم و نآ نیگنایم ،هدش یریگ
.دشاب دادعت زینN
.تسا تادهاشم لدم تقد یبایزرا یارب هک یرگید یاهرایعم اطخ تبسن یسدنه نیگنایم ؛لماش دش هتفرگ راک هب اه
(1
درادناتسا فارحنا و )GMER
اطخ تبسن یسدنه (2
GSDER
:دندوب )
هطبار 15 )
GMER = exp [1
N∑ ln (Ŷi Yi
N
1
)]
هطبار 16 )
GSDER = exp [ 1
N − 1∑(ln (Ŷi
Yi) − ln(GMER))2
N
i=1
]12
( اطخ تبسن یسدنه نیگنایم قابطنا نازیم هدنهد ناشن )GMER
هزادنا ریداقم نیب رگا .تسا هدش دروآرب و هدش یریگ
GMER
هزادنا ریداقم نیب لماک قابطنا هدنهد ناشن ،دشاب کی ربارب شیپ و هدش یریگ
رگا .تسا هدش ینیب گرزبGMER
ناشن ،دشاب کی زا رت
شیب هدنهد و لدم یدروآرب
.تسا لدم یدروآرب مک هدنهد ناشن کی زا رتمکGMER
اتسا فارحنا ( اطخ تبسن یسدنه درادن
GSDER
هداد یگدیشخپ زا یرایعم ) یگدیشخپ هدنهد ناشن دشاب کی هب کیدزن رگا .تساه
نیمخت رتشیب فارحنا هدنهد ناشن دشاب هتشاد کی زا یرتشیب فلاتخا هچ ره و رتمک هداد زا اه
هزادنا یاه .تسا هدش یریگ
اتن ی ج و ثحب رد هدمآ تسدب ریداقم نداد رارق زا دعب هطبار
7 تدش فلتخم یاه یلیم بسح رب شراب
لودج( دمآ تسدب تعاس رب رتم 1
تلوهس تهج و )
تدش نیا یراشعا دادعا فذح و تابساحم یگدنراب تدش لقادح لودج نیا قبط .دش دنور رتلااب ددع تمس هب اه
1 یلیم و تعاس رب رتم
یگدنراب تدش رثکادح 15
یلیم یم تعاس رب رتم .دشاب
لودج 1 . ناراب تدش ریداقم
هرامش رارکت فرظ
هدش دیلوت مجح
3( )cm ( نامز
)min ( فرظ عطقم حطس cm2
)
𝑨 = 𝝅𝒓𝟐 شراب تدش
1( cm.min-
)
1( mm.h-
)
1 1
5 / 0 1
314 00159
/ 0 954
/ 0
2 45
/ 0 1
314 00143
/ 0 858
/ 0
3 5
/ 0 1
314 00159
/ 0 954
/ 0
2 1
8 / 0 1
314 00254
/ 0 524
/ 1
2 8
/ 0 1
314 00254
/ 0 524
/ 1
3 8
/ 0 1
314 00254
/ 0 524
/ 1
...
...
...
...
...
...
...
40 1
5 / 7 1
314 0239
/ 0 340
/ 14
2 4
/ 7 1
314 0236
/ 0 160
/ 14
3 6
/ 7 1
314 0242
/ 0 520
/ 14
( لکش 2 ( شهوژپ نیا رد هدش داجیا ناراب تدش رثکادح و لقادح یتوص هنماد ) 1
و 15 یلیم )تعاس رب رتم ناشن ینامز دعب رد ار
یم یگدنراب لکش نیا قبط .دهد شیب هنماد یاراد رتشیب تدش اب
یم رتمک تدش اب یگدنراب هب تبسن یرت دش ره یتوص هنماد .دشاب
ت
یم هبساحم ناراب تدش بسح رب لاومعم ار ناراب یشبنج یژرنا .دراد یگتسب شراب نآ یشبنج یژرنا هب یگدنراب دش اریز دننک
ناراب ت
نآ ییاهن تعرس و ناراب تارطق مرج زا یعبات عقاو رد ای ناراب تارطق رطق زا یعبات دهاوخ ناراب یشبنج یژرنا اب بسانتم نیاربانب و تساه
1 Geometric Mean of Error Ratio
2 Geometric Standard Deviation of Error Ratio
( دوب
Wichmeier & Smith, 1978
تدش رد ناراب تارطق نیاربانب .) 15
یلیم رد هدوب یرتشیب ییاهن تعرس و مرج یاراد تعاس رب رتم
نا اب هجیتن اب ناراب تارطق هب تبسن ار یرتشیب یتوص هنماد و هدرک دروخرب ینیس حطس هب یرتشیب یژر
1 یلیم یاراد هک تعاس رب رتم
یم رتمک ییاهن تعرس و مرج .درک دهاوخ داجیا ،دشاب
لکش 2 تدش یتوص هنماد رادومن . ناراب یاه
1 و 15 یلیم ینامز دعب رد تعاس رب رتم
یگدنراب اراد هک ییاه ( هطبار قبط دنتسه یرتشیب یتوص هنماد ی
9 شهاک اب نیاربانب دنتسه زین یرتشیب یسناکرف هزادنا یاراد )
یم شیازفا یتوص لانگیس سناکرف هزادنا یگدنراب تدش شیازفا اب و شهاک یتوص لانگیس سناکرف هزادنا یگدنراب تدش ( لکش .دبای
3 )
تدش یسناکرف هزادنا شراب یاه
1 و 15 یلیم رتم یسناکرف هزاب رد ار تعاس رب وπ
-π یم ناشن تدش اب شراب لکش نیا قبط .دهد 15
یلیم تدش اب شراب هب تبسن یرتشیب یسناکرف هزادنا یاراد تعاس رب رتم 1
یلیم یم تعاس رب رتم شیب یگدنراب تدش هچ ره .دشاب
دشاب رت
شیب نآ یگدنیاسرف تردق هجیتن رد و یشبنج یژرنا عم قبط .تسا رت
هلدا
Wichmeier & Smith
هطبار(
17 هلداعم و )
Hudson
هطبار(
18 .دراد شراب تدش اب یمیقتسم هطبار یشبنج یژرنا )
Nakazato
( ناراکمه و یسناکرف تاصخشم ،یگدنراب تدش نیمخت یارب )2018
لیاف ف تاصخشم هک دندرک هدهاشم و هدروآ تسدب هیروف لیدبت هلیسوب ار یگدنراب تدش ره یتوص تدش یتوص لیاف یسناکر
فلتخم یاه
نآ .تسا توافتم یگدنراب فیط شیازفا اب هک یروط هب .دراد دوجو طابترا یگدنراب تدش و یسناکرف تاصخشم نیب هک دندرک هدهاشم اه
یم شیازفا زین یگدنراب تدش ،ناراب یادص یسناکرف ناوت .دبای
لکش 3 تدش یسناکرف هزادنا . شراب یاه
1 و 15 یلیم یسناکرف هزاب رد تعاس رب رتم وπ
-π
هشوخ ساسا رب هلحرم ود یدنب
سناکرف هزادنا ،یا تدش یارب هدمآ تسد هب یاه
و دنتفرگ رارق هشوخ ود رد یگدنراب فلتخم یاه
نایم لدم رد یدورو ناونع هب و دش صخشم هشوخ ره رایعم فارحنا و نیگ همانرب و نویسرگر یاه
تفرگ رارق هدافتسا دروم نژ نایب یزیر
هطبار 17 ) )Wichmeier & Smith, 1978 (
KE = 210.2 + 89 log I
هطبار 18 )
(Hudson, 1981) KE = 29.8 − 127.5
I