Iranian Journal of Soil and Water Research ISNN: 2423-7833 Homepage: http://ijswr.ut.ac.ir
Digital mapping of soil texture components in part of Khuzestan plain lands using machine learning models
Nasim Sahraee1, Ahmad Landi2, Saeid Hojati3
, Iran, Ahvaz , 1. Department of Soil Science and Engineering, Faculty of Agriculture, Shahid Chamran University of Ahvaz
[email protected] Email: sahrae
, Iran, Ahvaz 2. Department of Soil Science and Engineering, Faculty of Agriculture, Shahid Chamran University of Ahvaz,
.ir [email protected] Email:
3. Corresponding Author, Department of Soil Science and Engineering, Faculty of Agriculture, Shahid Chamran University of Ahvaz, Ahvaz, Iran, Email: [email protected]
Article Info ABSTRACT
Article type: Research Article
Article history:
Received: Sep. 10, 2022 Revised: Nov. 1, 2022 Accepted: Nov. 27, 2022 Published online: Dec. 22, 2022
Keywords:
Spatial Modeling, Remote Sensing, Soil Texture,
Support Vector Machine, Random Forest.
This study aims to evaluate and to compare the efficiency of support vector machine (SVM) and random forest (RF) models using digital soil mapping approach to predict soil texture in part of Khuzestan province. In February 2021, before determining soil texture, 200 soil samples were taken using stratified random sampling from the surface layer )0-10 cm(.
Auxiliary variables included primary and secondary derivatives of digital elevation model (DEM), remote sensing spectral indices (RS), from which the appropriate category was selected using principal component analysis (PCA). Based on PCA method, nine topographic variables from DEM and eight vegetation indices and spectra from RS were selected to predict soils texture components (sand, silt, and clay). The efficiency of the models was evaluated using the coefficient of determination (R2) and the root mean squared of the error (RMSE).
The results indicated that the random forest model had higher accuracy and less error than the support vector machine model (SVM), so that values of R2 in this model were 0.80 for sand, 0.81 for silt, and 0.78 for clay, and the RMSE in the prediction of these particles were 6.02, 5.89 and 6.02, respectively. While the R2 and RMSE in the support vector machine model for prediction of sand, silt and clay were (0.39, 13.70), (0.45, 10.70), and (0.46, 9.32), respectively. Also, the results of this evaluation showed that salinity index, brightness index, and channel network in addition of the 6-band Landsat 8 satellite or the far infrared band were the most important environmental variables predicting clay, silt, and sand particles. In conclusion, we suggest using Random Forest model as a useful and reliable method in preparing digital maps of soil texture in the study area.
Cite this article: Sahraee, N., Landi, A., & Hojati, S. (2022) Digital mapping of soil texture components in part of Khuzestan plain lands using machine learning models. Iranian Journal of Soil and Water Research, 53 (10), 2261-2276.
https://doi.org/10.22059/ijswr.2022.348442.669360
© The Author(s). Publisher: University of Tehran Press.
DOI: https://doi.org/10.22059/ijswr.2022.348442.669360
Homepage: http://ijswr.ut.ac.ir
هشقن لدم یخرب زا هدافتسا اب ناتسزوخ تشد یضارا زا یشخب رد کاخ تفاب ازجا یموقر یرادرب یاه
نیشام یریگدای
ییارحص میسن
؛ 1
یدنل دمحا
؛ 2
یتجح دیعس
3
1 . سدنهم و مولع هورگ ی
زرواشک هدکشناد ،کاخ ی
، هش هاگشناد ی د ،زاوها نارمچ زاوها
ا ، ی نار :لیمیا ، [email protected]
2 . سدنهم و مولع هورگ ی
زرواشک هدکشناد ،کاخ ی
، هش هاگشناد ی د ،زاوها نارمچ زاوها
ا ، ی نار :لیمیا ، [email protected]
3 . ،لوئسم هدنسیون سدنهم و مولع هورگ
ی زرواشک هدکشناد ،کاخ ی
، هش هاگشناد ی د ،زاوها نارمچ زاوها
ا ، ی نار :لیمیا ، [email protected]
هلاقم تاعلاطا هدیکچ
:هلاقم عون یشهوژپ ةلاقم
رات ی خ رد ی تفا : 19 / 6 / 1400
رات ی خ یرگنزاب : 10 / 8 / 1401
رات ی خ ذپ ی شر : 6 / 9 / 1401
رات ی خ راشتنا : 1 / 10 / 1401
او هژ :یدیلک یاه
لدم ناکم یزاس ی
،
،رود زا شجنس شام ی ن تشپ رادرب ی
،ناب
فداصت لگنج ی . زرا فده اب رضاح هعلاطم
ی با ی اقم و ی هس ئاراک ی لدم اه ی شام ی ن تشپ رادرب ی ناب ( فداصت لگنج و )SVM
ی ( اب )RF
ور زا هدافتسا ی
درک هشقن رادرب ی موقر ی ( کاخ ارب )DSM
ی پ ی ش بی ن ی د کاخ تفاب ازجا شخب ر
ی ضارا زا ی ناتسا
لاس نمهب رد .دش ماجنا ناتسزوخ 1399
هب ، عت روظنم یی ن ،کاخ تفاب 200
حطس کاخ زا هنومن ی
قمع(
10 - 0 تناس ی
رتم ی فداصت تروص هب ) ی
هقبط دنب ی عمج هدش روآ ی غتم .دندش ی اهر ی کمک ی لوا تاقتشم لماش ی
ه وناث و ی ه لدم
موقر ی ( عافترا ش( لماش )DEM
ی
،ب ش تهج ی
،ب ش ههاربآ هکبش صخا ا
ی صخاش و )... و اه
ی ط یف ی گ و ی ها ی شجنس
( رود زا زجت شور زا هدافتسا اب اهنآ زا بسانم هتسد باختنا هک دندوب )RS
ی ه هفلوم اه ی لصا ی ( .تفرگ ماجنا )PCA
شور ساسا رب غتم هن ،PCA
ی ر فارگوپوت ی زا گ ششوپ صخاش تشه وDEM
ی ها ی زا اربRS
ی پ ی ش بی ن ی تفاب ازجا
اخ س ،نش( ک ی
تل درگ باختنا )سر و ی
دند اراک . یی لدم هرامآ زا هدافتسا اب اه اه
ی رض ی ب بت یی ن (
R2
ر و ) ی هش م ی گنا ی ن
( اطخ تاعبرم زرا دروم )RMSE
ی با ی اتن .تفرگ رارق ی
ج فداصت لگنج لدم داد ناشن ی
رتمک اطخ و رتلااب تقد زا ی
شام لدم هب تبسن ی
ن تشپ رادرب ی ناب ( ب ،تسا رادروخرب )SVM
ه روط ی هک م ی ناز ا ردR2
ی ن ارب لدم ی نش 80 / 0 ،
س ی تل 81 / 0 سر و 78 / 0 ر و ی هش ی م ی گنا ی ن تاعبرم ( اطخ پ رد )RMSE
ی ش بی ن ی ا ی ن ترت هب تارذ ی
ب 02 / 6 ، 89 / 5 و
02 / 6 ا .دوب ی ن لاحرد ی هک تسا وR2
شام لدم ردRMSE
ی ن تشپ رادرب ی ناب ترت هب ی ب ارب ی نش 39 / 0 و 70 / 13 ،
س ی تل 45 / 0 و 70 / 10 سر و 46 / 0 و 32 / 9 نچمه .دوب ی ن مها ی ت بسن ی غتم ی اهر ی پ رد هدش دافتسا ی
ش بی ن ی ازجا ی
روش صخاش داد ناشن کاخ تفاب ی
، انشور صخاش یی
ههاربآ هکبش و ا
ی دناب هارمه هب 6
تسدنل هراوهام 8
مهم رت ی ن
غتم ی اهر ی حم ی ط ی پ ی ش بی ن ی س ،سر تارذ هدننک ی
تل اربانب .دندوب هسام و ی
ن پ ی داهنش م ی ش دو فداصت لگنج لدم زا ی
شور ناونع هب ی
فم ی د هت رد دامتعا لباق و ی
ه هشقن اه ی موقر ی فاب ت .دوش هدافتسا هعلاطم دروم هقطنم رد کاخ
دانتسا : ( ،دیعس ؛یتجح ،دمحا ؛یدنل ،میسن ؛ییارحص 1401
هشقن ) دافتسا اب ناتسزوخ تشد یضارا زا یشخب رد کاخ تفاب ازجا یموقر یرادرب خرب زا ه
لدم ی یریگدای یاه
.نیشام ناریا کاخ و بآ تاقیقحت هلجم ،
53 ( 10
،) 2276 - 2261 . https://doi.org/10.22059/ijswr.2022.348442.669360
.نارهت هاگشناد تاراشتنا هسسؤم :رشان
.ناگدنسیون©
https://doi.org/10.22059/ijswr.2022.348442.669360 DOI:
قم همد یب و ییایمیش ،یکیزیف یاهدنیآرف رتشیب هک تسا کاخ مهم یگژیو کی کاخ تفاب فن ،یترارح تیفرظ هلمج زا ار کاخ رد یکیژولو
،یریذپذو
یم رارق ریثات تحت ار کاخ رد نیگنس رصانع و حلاما تکرح ،بآ یرادهگن تیفرظ کاخ تفاب یناکم عیزوت هشقن هیهت کاخ مولع رد .دهد
همانرب یارب لااب یناکم حوضو اب کاخ تیریدم ،یضارا یربراک بسانم یزیر
م تلاخادم ریاس و اه ین دروم تسیز طیحم زا تظافح اب طبتر
زا
( تسا
Dharumarajan and Hegde., 2020
.)
شور رد هشقن لومعم یاه سایقم رد کاخ تفاب یرادرب
یربراک و اه عمج دنمزاین ،فلتخم یاه
هنومن دادعت لیلحت و هیزجت و یروآ
نیا زا .دوش دروآرب کاخ تفاب یناکم یریذپرییغت ات تسا دایز حطس رد ور
هویش ،یناهج هشقن یاه
تسا تمس هب یدایز دح ات کاخ یرادرب هداف
شور زا هشقن یاه کاخ یموقر یرادرب
1 ( )DSM
یروانف زا هدافتسا و هداد اب طبترم نیون یاه
(رود زا شجنس یاه یرازبا ناونع هب )RS
هشقن هعسوت یارب زاین دروم نامز و هنیزه شهاک یارب ( تسا هتفای رییغت کاخ یاه
Yang et al., 2016; Khaledian and Miller,
.)2020
هداد سایقم رد یسرتسد تیلباق ،لااب یناکم کیکفت تردق ،نازرا یسرتسد لیلد هب رود زا شجنس یاه طا هئارا و فلتخم یاه
تاعلا
نیمز زا قیقد کاخ یموقر یرادرب هشقن رد هقطنم یامن
هتفرگ رارق هجوت دروم ( دنا
Wang et al., 2018
.) هداد تقیقح رد زا شجنس یاه
هشقن یروانف زا هدافتسا اب رود لدم و یموقر یرادرب
شیپ یاه ینیب
تصرف هدننک یگژیو رمتسم شیاپ یارب یدیدج یاه
اخ یاه یسررب و ک
( تسا هدروآ مهارف اهنآ یناکم عیزوت
Taghizadeh-Mehrjardi et al., 2014
م ناشن ریخا نایلاس رد هدش ماجنا تاعلاطم .) ی
هداد دهد یاه
هراوهام یا یم شیپ یارب یدیفم یکمک ریغتم دناوت یگژیو ینیب
یاه یحطس شاب کاخ ن د (
Castaldi et al., 2016; Gomez et al.,
2018; Vagen et al., 2016
هداد رب هولاع یکمک یاهریغتم نیا ،لومعم روط هب .) یاه
هداد زا رود زا شجنس و یکیژولوفروموئژ یاه
هداد یاه لدم و یمیلقا یاه
( عافترا یموقر هب )DEM
یم تسد
،دنیآ یم ،یلک روط هب شور عاونا فده تفگ ناوت
هشقن یاه یموقر یرادرب
کاخ شیپ یگژیو ینیب شیپ هب ینیمز تادهاشم ندومن طبترم قیرط زا کاخ فلتخم یاه
ینیب هدننک یم یطیحم یاه ( .دشاب
McBratney
et al., 2003
.) رد هشقن رادرب لدم هعسوت یارب کاخ یموقر ی کاخ یزاس
- نیمز شور زا امن شور هلمج زا ،نیشام یریگدای فلتخم یاه
یاه
تخرد میمصت یاه هکبش ،یزاف قطنم ،یریگ
یم هدافتسا هریغ و یبصع یاه ( دوش
Heung et al., 2016
) متیروگلا ،درکیور نیا رد.
یاه
،نیشام یریگدای متسیس
و ییایفارغج تاعلاطا یاه شور
هعومجم و کاخ یاهریغتم خساپ نیب طباور نتفای یارب یرامآ فلتخم یاه ا
زا ی
شیپ یارب یطیحم یاهریغتم یگژیو ینیب
ناکم رد کاخ یاه هنومن یاه
یم هدافتسا هدشن یرادرب .دنوش
لدم نیشام یریگدای فلتخم یاه
شیپ یارب ناققحم طسوت سلاک و کاخ تفاب ینیب
دش هتفرگ راک هب نآ یاه جیار .تسا ه
لدم نیا نیرت پ رادرب نیشام زا دنترابع اه
نابیتش
2 (
Gomez et al., 2019; Mousavi et al., 2022
؛
Wu et al., 2018
؛
Zhang et al., 2019
،) یگیاسمه نیرتکیدزنk
3 (
Zhang
et al., 2019
هلمج دنچ کیتسجل نویسرگر ،) یا
4 (
Camera et al., 2017
نایدارگ تیوقت ،) 5
(
Zhang and Shi., 2019
هکبش ،) یاه
یعونصم یبصع 6
(
Taalab, et al., 2015
؛
Bagheri Bodaghabadi et al., 2015
یفداصت لگنج لدم و ) 7
(
Camera et al., 2017
.)
یم ناشن ناققحم نیا طسوت هدمآ تسد هب جیاتن لدم هک دهد
لدم هب تبسن یفداصت لگنج دننام یطخ ریغ یاه دننام یطخ یاه
نویسرگر اه هلمج دنچ ی شیپ رد یا
سلاک دروآرب و ینیب هعلاطم .دندوب رادروخرب یرتهب درکلمع زا کاخ یتفاب یاه
Hengl, et al
( )2017
متیروگلا هک داد ناشن ( یفداصت لگنج یاه
( نایدارگ تیوقت و )RF
شیپ رد )GBM
هدهاشم دادعت اب تاعلاطم رد کاخ تفاب تارذ ینیب
دایز لدم ریاس زا رتهب یاه
یم لمع یطخ .دنک
Bousbih et al.
( هعلاطم رد )2019
فده اب سنوت روشک یزکرم کشخ همین هقطنم رد یا
هداد زا هدافتسا اب کاخ تفاب نیمخت هراوهام یاه
لنیتنس یاه 1
و 2 یفداصت لگنج متیروگلا هک دندومن شرازگ (
رکلمع )RF
د زا یرتهب
( نابیتشپ رادرب نیشام )SVM
شیپ یارب ازیم ینیب
.دراد کاخ سر ن
لاس دنچ یط رد فده اب ناریا فلتخم طاقن رد یفلتخم تاقیقحت هتشذگ
هشقن یرادرب تفاب زا هدافتسا اب کاخ هشقن درکیور
یرادرب
1 Digital Soil Mapping 2- Support vector machines 3- k-nearest neighbors algorithm 4- Multionmial logistic regression 5- Gradient boosting
6- Artificial Neural Networks 7- Random forest
کاخ یموقر متیروگلا لوبق لباق درکلمع زا یکاح هک تسا هتفرگ تروص
رد نیشام هدنریگدای یاه پی
ش بی ن ی تفاب یازجا کاخ
یم دشاب
(Mousavi et al., 2020; Pahlavan-Rad and Akbari-moghaddam., 2018; Mehrabi-Gohari et al., 2019;
Taghizadeh-Mehrjardi, et al., 2016, 2020)
. ناتسزوخ ناتسا هکنیا هب هجوت اب بطق زا یکی
ناریا یزرواشک و یتعنص یاه
یم نییعت ،دشاب کاخ تفاب ءازجا یناکم تارییغت
هب روظنم لدم و یزرواشک تیریدم و یکیژولوکا یزاس تسیز طیحم
هژیو تیمها زا یا
هشقن هیهت ،رگید یوس زا .تسا رادروخرب تارییغت
تفاب یم کاخ دناوت ت رد یمهم شقن میمص
هنیزه اب و عیرس ،قیقد یریگ ی
رتمک رد
یبایزرا حیحص تیریدم و یطیحم یاه هقطنم حطـس رد
نیا زا .دشاب هتشاد پ نیا رد ،ور
هداد زا هدافتسا لیسناتپ ات ،تسا رظندم شهوژ یاه
شیپ یارب یطیحم یاهریغتم ریاس رانک رد رود زا شجنس رارق یبایزرا دروم ناتسزوخ ناتسا یضارا زا یشخب رد ،کاخ تفاب یازجا ینیب
هب هعلاطم دروم هقطنم رد کاخ تفاب یازجا یناکم عیزوت هشقن هیهت شهوژپ نیا فادها رگید زا .دریگ لدم یئاراک هسیاقم هارمه
یاه
( یفداصت لگنج ( نابیتشپ رادرب نیشام و )RF
شیپ یارب )SVM
یم کاخ تفاب ازجا ینیب .دشاب
شور و داوم اه
هعلاطم دروم هقطنم
رد و ناتسزوخ ناتسا رد هعلاطم دروم هقطنم 15
ییایفارغج تاصتخم هب زاوها رهش بونج یرتمولیک 30ʺ
52′
30°
ʺات
′20 20 31°
مش ضرع یلا
ʺو
′10 58 48°
ʺات
′01 30 48°
دودح یتحاسم اب یقرش لوط 155
لکش( تسا هدش عقاو راتکه رازه 1
دروم هقطنم رد عافترا هنماد تارییغت .)
زا هعلاطم 4
ات رتم 123 یم دازآ یایرد حطس زا رتم هنلااس شراب طسوتم ،دوجوم تاعلاطا و رامآ ساسا رب .دشاب
213 یلیم هجرد و رتم
سوتم ترارح ط
2 / 31 کاخ یترارح و یتبوطر میژر .تسا دارگ یتناس هجرد یم کیمرترپیاه و کیتسوی بیترت هب هقطنم یاه
شاب (د
Banni,
M.H., 1998
.) یم هلاس دنچ عتارم و یبآ تعارز اب یزرواشک یضارا لماش هقطنم یضارا بلاغ یربراک یبلایس یبوسر تشد .دشاب
نیمز یم هقطنم بلاغ یامن ظن زا هک دشاب
اشنم یاراد یردام داوم ر یتفربآ تابوسر
یم (دشاب
Abyaat et al., 2017
.)
لکش 1 : تیعقوم هنومن طاقن رد یرادرب
هعلاطم دروم هقطنم
یهاگشیامزآ لیلحت و هیزجت و ینادیم تاعلاطم
هنومن شور زا هدافتسا اب هعلاطم نیا رد هقبط یفداصت یرادرب
دادعت ،هدش یدنب 200
طس کاخ هنومن ( یح
0 ات 10 متسیس اب )رتم یتناس
( یناهج بای تیعقوم هنومن ،هاگشیامزآ رد تفاب نییعت زا لبق .دش تشادرب )GPS
کلا زا و کشخ اوه اه 2
یلیم .دندش هداد روبع یرتم
( یرتموردیه شور هب هاگشیامزآ رد کاخ تارذ هزادنا عیزوت
Gee and Bouder 1986
هزادنا ) .دیدرگ یریگ
م یاهریغتم اهنآ باختنا و یطیح
هعلاطم نیا رد صخاش زا
یاه رود زا شجنس و
( عافترا یموقر لدم هداد ناونع هب )DEM
شیپ یکمک یاه تفاب یازجا هدننک ینیب
کاخ
مه .دش هدافتسا هنومن نتشادرب اب نامز
ینیمز یاه لاس نمهب رد
1399
، صت ا هدنجنس ریو ی
OLI
تسدنل هراوهام 8
زا یناکم هداد هاگیاپ
USGS Earth Explorer
یریگراب .دش شیپ لماش ریواصت شزادرپ حیحصت
تا مویدار متیروگلا زا هدافتسا اب کیرفسمتا و یرت
Flaash
رازفا مرن طیحم رد
ENVI 5.3
.دش ماجنا 40
لماش یطیحم ریغتم 22
زا صخاش اقتشم
ت دم ل ر یموق را عافت رد طیحم رن ما زف را
SAGA
GIS 7.3
و 18 صخاش ود زا شجنس رازفا مرن طیحم رد ر
ENVI 5.3
هیهت دندش یمامت.
اهریغتم ی یطیحم وم ا در افتس هد یناکم حوضو هب
30 رتم هنومن زاب بسانم باختنا یارب .دندیدرگ یریگ هفلؤم هیزجت شور زا یطیحم یاهریغتم نیرت
یلصا یاه 1
( .دش هدافتسا )PCA
شور مکارتم یاربPCA
هداد یزاس هداد ریسفت دوبهب و اه
هراوهام یاه یم هدافتسا یا
درکیور نیا زا هدافتسا اب .دوش 17
هب یطیحم ریغتم
لدم یدورو روظنم شیپ یاه
لماش هک دندش باختنا ینیب 9
زا یفارگوپوت ریغتم و DEM
8 لودج( دندوب یفیط و یهایگ ششوپ صخاش 1
.)
رازفا مرن طیحم رد لحارم نیا هخسنSPSS
26 .دیدرگ ماجنا
لودج 1 تم : یناکم یزاسلدم یارب هدافتسا دروم یطیحم یاهریغ ریغتم
یطیحم یکمک یاه ریغتم دامن کیکفت تردق عبنم
دناب 5 -
کیدزن زمرق نودام Reflectance value of Landsat :(NIR)
satellite band m30 Landsat satellite
دناب 6 -
هاتوک زمرق نودام (SWIR1): Reflectance value of
Landsat satellite band m30 Landsat satellite
دناب 7 -
هاتوک زمرق نودام Reflectance value of ( :(SWIR2
Landsat satellite band m30 Landsat satellite
هدش لامرن یهایگ ششوپ یلضافت صخاش (NIR- Green) / (NIR+ =(NDVI)
Green) m30 Foody et al., 2001
یلضافت یروش صخاش
هدش لامرن (Red -NIR) / (Red + NIR )=(NDSI) m30 Douaoui et al.,2006
یروش صخاش (Green× Red) ˆ 0.5=(SI) m30 Khan et al., 2005
ییانشور صخاش ((Red × Red) + (NIR × NIR))ˆ =(BI)
0.5 m30 Khan et al., 2005
کاخ رثا هدننک لیدعت یهایگ صخاش (NIR- Red) / (NIR+ =(OSVI)
Red+0.16) m30 Rondeaux et al.,1996
یموقر عافترا لدم Elevation=DEM (m) m30 Conrad et al., 2015
لااب یناکم حوضو اب سارلا طخ صخاش Multi Resolution of Ridge To
Flatness Index (MRRTF) m30 Conrad et al., 2015
بیش تهج Aspect m30 Conrad et al., 2015
داب رثا صخاش Wind effect m30 Conrad et al., 2015
نایرج عمجت صخاش Flow accumulation m30 Conrad et al., 2015
مرج نزاوت صخاش Mass Balance m30 Conrad et al., 2015
نیمز حطس تفاب صخاش Terrain Surface Texture m30 Conrad et al., 2015
ههاربآ هکبش شکهز( یا
)ی Channel Network (m) m30 Conrad et al., 2015
یشکهز هکبش یانبم حطس Channel Network Base Level m30 Conrad et al., 2015
نیمز یراومهان صخاش Terrain Ruggedness Index (TRI) m30 Conrad et al., 2015
1- Principal Component Analysis (PCA)
شهوژپ یامندنور
لکش رد شهوژپ نیا یلک یامندنور 2
هدش هئارا :لماش بیترت هب شهوژپ نیا ماجنا لحارم .تسا
1 - و تیعقوم نییعت هنومن
زا یرادرب
ماظن شور هب کاخ یفداصت راد
2 - صخاش هیهت تسدنل هراوهام ریواصت ساسارب رود زا شجنس یاه
8 هدنجنس عافترا یموقر لدم وOLI
( یناکم کیکفت تردق اب )DEM
30 رتم 3 - هنیهب باختنا م یاهریغتم نیرت
هفلوم لیلحت شور هب یطیح ( یلصا یاه
)PCA
4 - لدم یزاس
هداد یناکم متیروگلا زا هدافتسا اب اه
یاه و RF
5SVM
- لدم جیاتن یجنس رابتعا شیپ هشقن هیهت و یزاس
کاخ تفاب یازجا یناکم ینیب
بسانم ساسا رب شیپ لدم نیرت
.یناکم هدننک ینیب
لکش 2 دنور : قیقحت یلک یامن
لدم یزاس یناکم
هب و یریذپرییغت شیامن روظنم یزاسلدم
یناکم عیزوت یبسن تارذ
هدودحم رد کاخ ی
یتاعلاطم و
هنهپ هشقن هئارا نآ یدنب
متیروگلا ود زا
( یفداصت لگنج لماش نیشام یریگدای ( نابیتشپ رادرب نیشام لدم و )RF
.دش هدافتسا )SVM
تقد نیرتشیب یاراد هک یلدم اهتنا رد
دروآرب رد هیهت یارب ،دوب کاخ هیلوا تارذ
هشقن تفرگ رارق هدافتسا دروم کاخ تارذ یناکم عیزوت .
یفداصت لگنج (
) RF
یفداصت لگنج لدم هقبط نیرتدمآراک زا یکی ناونع هب
یدنب هدننک متیروگلا نیا تسا هدش هتخانش اه و فلتخم تاقیقحت رد
یاهدربراک یارب
قبط و لیلحت و هیزجت هلمج زا یفلتخم ه
تسا هدش هدافتسا یزرواشک شخب رد یضارا یربراک و کاخ تفاب یدنب ره لدم نیا رد .
تخرد
یریگدای متیروگلا کی یارجا اب درف هب رصحنم
یم هتخاس ریز هب یگژیو رادقم نومزآ ساسا رب ار یدورو یاهریغتم هعومجم هک دوش
هعومجم اه یی میسقت یدنب یم ب یار کی تخرد ره .دنک ه
نیرتهب لاک یم هنومن ره رد س دهد
و ناتخرد همه تیرثکا یار
، یجورخ
هقبط یدنب یم نییعت ار دنک
(
Bousbih et al, 2019
.)
لدم یلصا یاهرتماراپ ( ناتخرد دادعت لماش RF
ntree
شیپ یاهریغتم دادعت ،) ( تخرد ره یارب هدننک ینیب
تسا هرگ هزادنا و ،)mtry
Friedman and Meulman, 2003)
گلا نیا .) متیرو مهم هکنیا هب هجوت اب یم باختنا هرگ میسقت ره رد ار ریغتم نیرت
ب هسیاقم رد ،دنک ا
لدم زا یرایسب شیپ یاه
شیپ ای زیون هب تبسن ینیب تخرد ره و تسین ساسح فیعض ینیب
میمصت هداد هعومجم دادعت اب هناگادج ار یاه
فیرعت شیپ زا یم بسانتم هدش
دنک (
Okun and Priisalu, 2007
یگژیو رگید زا .) یطخریغ طباور یزاسلدم ییاناوت ،لدم نیا مهم یاه
شیپ نامزمه تیریدم ،لااب داعبا اب ینیب
هدننک هقبط یاه هزادنا ،هتسویپ و هدش یدنب
و اطخ نازیم یریگ یم اهریغتم تیمها رادقم
نیا .دشاب
یگژیو کاخ طباور ندرک نشور یارب یدیفم رازبا اه -
و تسا طیحم یم هزاجا نیققحم هب
ار هدنیآ یلامتحا یطیحم تارییغت تارثا ات دهد
یگژیو رب شیپ کاخ یاه ( دننک ینیب
Barthold et al., 2013
یصصخت هتسب زا هدافتسا اب ،رضاح هعلاطم رد .)
"
random Forest
"
رد
رازفا مرن طیحم
Rstudio
هنیهب لدم یلصا یاهرتماراپ فا و ییارگمه یارب .دندش یزاس
،لدم تقد شیاز ( لگنج ناتخرد دادعت
ntree
)
800 تخرد هرگ دادعت و 14
( هرگ ره یفداصت یاهریغتم دادعت نینچمه .دش هتفرگ رظن رد ، هشیر نازیم نیرتمک ساسا رب )mtry
نیگنایم ی
تاعبرم ( اطخ یدورو دادعت و نویسرگر دنیآرف اب بسانتم و )RMSE
رادقم کاخ تفاب ازجا هیلک یارب ،اه 2
.دیدرگ باختنا
نابیتشپ رادرب نیشام (
)SVM
( نابیتشپ رادرب نیشام هیاپ رب نیشام یریگدای روحم هداد درکیور کی )SVM
هنیمک یارقتسا لصا زا هک تسا یرامآ یریگدای هیرظن ی
یم هدافتسا یراتخاس یاطخ یزاس ( دنک
Vapnik et al., 1995
یا .) ن هب لدم لد هب رود زا شجنس هزوح رد هژیو اب یتح ،میمعت تیلباق لی
هنومن زا یدودحم دادعت یم یشزومآ یاه
هقبط یارب دناوت شیپ ،یدنب
( دوش هدافتسا تیعطق مدع صیخشت و ینیب
Mountrakis et al.,
متیروگلا .)2011
متیروگلا ریاس فلاخربSVM
هشوخ یاه یم رارق تراظن اب یریگدای هورگ رد یدنب
و شزومآ زاف ود یاراد و دریگ ومزآ
ن
یم هداد یطخ یزاسادج هیضرف ،لدم نیا یانبم .دشاب میمصت زرم ،شزومآ زاف رد هک قیرط نیا هب ،تسا اه
یم باختنا یوحن هب یریگ دوش
هورگ زا کیره اب نآ هلصاف نیرتمک هک شور نیا رد .دشاب هتشاد ار نانیمطا هیشاح نیرتشیب رگید ترابع هب ای رادقم نیرتشیب رگید یاه
اختنا میمصت زرم ب یم تروص نابیتشپ رادرب مان هب یطاقن ساسا رب یریگ
متیروگلا ،ساسا نیا رب .دریگ
SVM
یانهپ اب ینحنم کی
هداد هب صخشم یم شزارب اه
هداد رد اطخ نازیم نیرتمک هک یتروص هب ،دهد هب .دوش هدید یشزومآ یاه
روط متیروگلا فده ،یلک
SVM
)میمصت زرم( هحفص ارف کی داجیا هقبط و دیامن هنیشیب هحفص ارف نیا ات ار صاخ سلاک ره هلصاف هک تسا
ب ار هابتشا یدنب نیرتمک ه
تیلباق زا .دناسرب نکمم رادقم هداد یطخریغ عیزوت لکشم رب هبلغ ییاناوت ،نابیتشپ رادرب نیشام رگید یاه
تسا یشزومآ یاه یوحن هب ؛
هک هداد ،لنرک عباوت زا هدافتسا اب اه
ار ف هب ب یاض ا رتگرزب دعب ی
یم لاقتنا د
هک دنه کیکفت نآ رد یم ماجنا رتهب یریذپ
هحفص رـبا و دوش
یم نییعت اضف نآ رد هدننکادج دوـش
(
Li et al., 2009
.)
یم ضرف متیروگلا نیا رد دننام یربج عبات اب هتسباو و لقتسم یاهریغتم نیب هطبار هک دوش
یاطخ( زیون یرادقم هارمه هب f(x)
اجم .دوش صخشم )ز
هطبار 1 )
𝑓(𝑥) = 𝑊𝑇. ∅(𝑥) + 𝑏
هطبار 2 )
y = f(x)+ noise
قوف تلاداعم رد ،بیارض رادرب :W
و سایاب تباث :b
یم لنرک عبات∅ عبات .دشاب
زا فارحنا نیرتمک یاراد هک تسا یعبات زینf(x)
هداد همه یارب یعقاو فادها .تسا یشزومآ یاه
لنرک ،لدم نیا رد یاه
هیاپ هلمج زا یفلتخم چ ،یعاعش ،یطخ یاه
هلمج دن رارق هدافتسا دروم دیئومگیسو یا جیار هک تسا هتفرگ
یرت ن
یسوگ یعاعش هیاپ عبات لنرک ،نآ 1
(RBF)
یم .دش هدافتسا لنرک نیا زا زین هعلاطم نیا رد و دشاب
( هطبار 3 )
K(x. xi) = exp (−∣xi−x∣2
2σ2 )
لدم یارب هصخشم دروآرب و یزاس
لدم طسوت یمک یاه زاجم یاطخ تباث یاهرتماراپ رادقم باختنا یعاعش هیاپ عبات لنرک وSVM
( )𝜎
میظنت رتماراپ (
هداد عیزوت هب هتسباو اهرتماراپ نیا .تسا مزلا )C
هقبط کی زا و دنتسه اه هقبط هب یدنب
یم توافتم ،رگید یدنب .دنشاب
هعلاطم نیا رد رف
آ دک ساسا رب نابیتشپ رادرب نیشام تابساحم دنی رد یسیون
مرن طیحم رازفا
Rstudio
اهرتماراپ هنیهب رادقم و دش ماجنا زا
قیرط مرن نیا نییعت رازفا یدرگ
لودج(د 2 .)
لودج 2 لدم یاهرتماراپ هنیهب رادقم : SVM
زجا یارب کاخ تفاب ا
( زاجم یاطخ تباث ) 𝝈
ظنت رتماراپ ی
م ( ) C یگژیو
05 / 0 25
/ Sand 0
05 / 0 5
/ Silt 0
05 / 0 Clay 1
لدم ییاراک یبایزرا یزاس
هب لدم درکلمع یبایزرا روظنم فلتخم یاه
)تلیس و نش ،سر( هتسباو یاـهریغتم دروآرـب رد صخاش زا
( نییبت بیرض یرامآ یاه و )R2
نیگنایم هشیر ( اطخ تاعبرم
طباور( دیدرگ هدافتسا )RMSE
4 و 5 .) شیپ تقد یسررب یارب ینیب
لدم
،اه تادهاشم یفداصت روـط هـب
هب
( شزومآ هتسد ود 80
هداد زا دصرد هـنومن یاـه
( نومزآ و )هدش یرادرـب 20
هداد زا دـصرد هـنومن یاـه
میسقت )هدـش یرادرـب یدنب
دندش .
1- Radial Base Function
( هطبار 4 )
𝑅2 = ∑ (𝑌𝑖−𝑃𝑖)
2 𝑛𝑖=1
∑𝑛𝑖=1(𝑌𝑖−𝑌̅)2
( هطبار 5 )
𝑅𝑀𝑆𝐸 = √1/𝑛 ∑𝑛𝑖=1(𝑌𝑖− 𝑃𝑖)2
قوف تلاداعم رد هزادنا ریداقم :Yi
،هدش یریگ شیپ ریداقم :Pi
ینیب هدش
،کاخ نش و تلیس ،سر ی هزادنا ریداقم نیگنایمY
یریگ
و هدش .تسا تادهاشم لک دادعت :n
یاتن ثحب و ج
کاخ تفاب یرامآ فیصوت
لدم شهوژپ نیا رد یگژیو نیا یرامآ فیصوت هک ،تفرگ رارق یسررب دروم )سر و تلیس ،نش( یحطس کاخ تفاب ازجا یناکم یزاس
اه
لودج رد 3
یم ناشن جیاتن .تسا هدش هئارا دهد
نیگنایم نش ازجا سر و تلیس ، هقطنم رد
یتاعلاطم ی بیترت هب
2 / 34 ، 45 و 8 / 20 دصرد
یناوارف .دوب زا نش
9
% ات 98
% بیترت هب رایعم فارحنا و نیگنایم اب 2
/ 34
% و 3 / 13
% .دوب ریغتم نینچمه
نیگنایم تارذ هب سر و تلیس
بیترت 8 /
±12 45 دصرد و 8 /
±10 8 / 20 دصرد یم ناشن ار دنهد
. لکش( کاخ تفاب ثلثم رد 3
) لصاح جیاتن یتفاب سلاک عیزوت زا
کاخ وم هقطنم یاه ناشن هعلاطم در
یم هدهاشم هک روطنامه ،تسا هدش هداد دوش
بلاغ رد و مول یتفاب سلاک هب طوبرم کاخ تفاب نیرت
سلاک همادا سلاک نیرتناوارف ینش مول و یتلیس مول ،یسر مول یتفاب یاه
یم هقطنم کاخ تفاب یاه رب .دنشاب
هقبط ساسا یدنب
گنیدلیو
( )1985
یاهریغتم بیرض اب
( تارییغت )CV
رتمک زا 15 دصرد یاراد تارییغت
،مک یاهریغتم اب
بیرض تارییغت 15 - 35 دصرد یاراد تارییغت
طسوتم و یاهریغتم اب
بیرض تارییغت شیب زا 35 دصرد یاراد دایز تارییغت دنتسه
هقبط نیا هب هجوت اب.
سلاک رد سر و نش تارذ یدنب
د رارق طسوتم تارییغت سلاک رد تلیس و دایز تارییغت یگژیو رد دایز یریذپرییغت بیرض .دنرا
یم کاخ یاه یغت زا لصاح دناوت
رد ری
طیحم ( دشاب یضارا لکش رد فلاتخا ای و یراذگبوسر یاه
Momtaz et al., 2009
.)
لودج 3 کاخ تفاب تارذ یرامآ هصلاخ :
رتماراپ دحاو
هنیمک نیگنایم هنیشیب
رایعم فارحنا )%( تارییغت بیرض
نش دصرد 00 / 9 2
/ 34 0
/ 98 3
/ 13 9
/ 38
تلیس دصرد 00 / 1 0
/ 45 0
/ 75 8
/ 12 4
/ 28
سر دصرد 00 / 1 8
/ 20 0
/ 51 8
/ 10 0
/ 52
لکش 3 سلاک عیزوت . هعلاطم دروم هقطنم رد کاخ یتفاب یاه
یطیحم یاهریغتم
بسانم باختنا روظنم هب لدم هب یدورو یاهریغتم نیرت
شور زا یفداصت لگنج و نابیتشپ رادرب نیشام یاه هیزجت
هفلوم ی ه یلصا یا
( ،ساسا نیمه رب .دش هدافتسا )PCA
10 زا شیب هیجوت اب و کی زا رتگزرب هژیو شزرا اب یلصا هفلوم 81
تحت ار یعمجت سنایراو دصرد
یم رارق ششوپ لکش و لودج (دش جارختسا ،دنداد
4 .)
لکش 4 هفلوم دادعت نییعت یارب )ییوزاب( یرکسا رادومن : بسانم یاه
لودج 4 هیزجت سنایراو : هفلوم ی
یطیحم یاهریغتم یلصا یاه
هفلوم تاعبرم عومجم شخرچ زا سپ اه
هفلوم تاعبرم عومجم هدش جارختسا یاه
هیلوا هژیو ریداقم
هفلوم یعمجت دصرد
%( ) سنایراو
%( لک )
یعمجت دصرد
%( ) سنایراو
%( لک )
یعمجت دصرد
%( ) سنایراو
%( لک )
474 / 19 474 / 19 790 / 7 440
/ 21 440
/ 21 576
/ 8 440 / 21 440 / 21 576 / 8 1 PC
060 / 37 586 / 17 034 / 7 076
/ 39 636
/ 17 054
/ 7 076 / 39 636 / 17 054 / 7 2 PC
951 / 47 891 / 10 356 / 4 323
/ 55 247
/ 16 499
/ 6 323 / 55 247 / 16 499 / 6 3 PC
379 / 58 428 / 10 171 / 4 708
/ 60 384
/ 5 154 / 2 708 / 60 384
/ 5 154 / 2 4 PC
546 / 63 167
/ 5 067 / 2 318
/ 65 611
/ 4 844 / 1 318 / 65 611
/ 4 844 / 1 5 PC
728 / 67 181
/ 4 673 / 1 124
/ 69 806
/ 3 522 / 1 124 / 69 806
/ 3 522 / 1 6 PC
534 / 71 807
/ 3 523 / 1 656
/ 72 532
/ 3 413 / 1 656 / 72 532
/ 3 413 / 1 7 PC
288 / 75 754
/ 3 502 / 1 946
/ 75 290
/ 3 316 / 1 946 / 75 290
/ 3 316 / 1 8 PC
950 / 78 661
/ 3 456 / 1 078
/ 79 132
/ 3 253 / 1 078 / 79 132
/ 3 253 / 9 1
PC
893 / 81 943
/ 2 177 / 1 893
/ 81 815
/ 2 126 / 1 893 / 81 815
/ 2 126 / 1 10 PC
صخاش ریاس هارمه هب ،دندوب ریداقم نیرتشیب یاراد هک یکمک یاهریغتم یلصا هفلوم ره نورد هک ییاه
10 ،دندوب اهنآ دصرد
رض اب قابطنا زا سپ و دندش ییاسانش زا رتشیب( لااب یگتسبمه دوجو تروصرد ،اهنآ نیب یگتسبمه بی
6 / 0 هگن رادقم نیرتلااب اب ریغتم ،)
زا ساسا نیا رب .)دشن هئارا یفاک یاضف دوجو مدع لیلد هب یگتسبمه بیرض لودج( دندیدرگ فذح هیقب و دش هتشاد 40
یدورو ریغتم 17
یکمک ریغتم طخ صخاش نایم نیا زا هک دندش باختنا
ا تفاب ،مرج نزاوت ،نایرج عمجت ،داب رثا ،بیش تهج ،لااب یناکم حوضو اب سارل
،نیمز حطس هکبش
ههاربآ ی زا ،یشکهز هکبش یانبم صخاش ،نیمز یراومهان ،یا یاهدناب و DEM
5 ، 6 و 7 تسدنل هراوهام 8
و
صخاش ییانشور ،هدش لامرن یلضافت یروش یاه ،
یروش ، خ رثا هدننک لیدعت یهایگ صخاش لامرن یهایگ ششوپ یلضافت صخاش و کا
شیپ تهج بختنم یطیحم یاهریغتم ناونع هب هدش هشقن .دنتفرگ رارق هدافتسا دروم کاخ تفاب ازجا ینیب
زا دروم راهچ تارییغت ی مهم
نیرت
لکش رد اهنآ 4
.تسا هدش هئارا
لدم ییاراک نیشام نویسرگر یاه
متیروگلا یجنس رابتعا جیاتن یریگدای یاه
نیشام وRF
شیپ رد SVM
( لودج رد کاخ تفاب یناکم تارییغت ینیب 5
.تسا هدش هئارا )
( نییبت بیرض نازیم نش تارذ یارب یفداصت لگنج لدم رد )R2
78 / 0 تلیس ، 81 / 0 سر و 78 / 0 نیگنایم و هشیر
ی تاعبرم اطخ
( شیپ رد )RMSE
بیترت هب تارذ نیا ینیب 02
/ 6 ، 89 / 5 و 02 / 6 یلاحرد نیا ،دوب ( نییبت بیرض هک تسا
نیگنایم و )R2
( اطخ )RMSE
نش تارذ یارب بیترت هب نابیتشپ رادرب نیشام لدم رد 39
/ 0 و 70 / 13 تلیس ، 45 / 0 و 70 / 10 سر تارذ یارب و 46
/ 0 و 32 / 9 هب .دوب روط یلک
یم نش و سر تارذ هب طوبرم بیترت هب اطخ نازیم نیرتشیب و نیرتمک لدم ود ره رد جیاتن نیا .دشاب
داد ناشن طم دروم هقطنم رد
،هعلا
لدم شیپ رد یبوخ درکلمع اطخ هنیمک و تحص نازیم هب هجوت اب RF
هک تسا یلاح رد نیا ،دراد کاخ تفاب تارذ یمامت یناکم ینیب
لدم شیپ و دروآرب تهج طسوتم تقد زا SVM
.تسا رادروخرب یحطس کاخ تفاب تارذ یناکم ینیب لدم رتهب درکلمع
هب تبسن RF
لدم
SVM
ار م ی ناوت تسناد لیلد نیا هب لدم هک
هداس یاه رت
دننام هرگ رد هتسسگ ریداقم زاSVM
تخرد میسقت یارب لانیمرت یاه
یم هدافتسا نک
ن ار یرتشیب تیعطق مدع ،یریذپرییغت ظاحل هب و د لدم هب تبسن
هدیچیپ یاه یفداصت لگنج دننام رت
ناشن یم دنهد
، ،نیاربانب
لدم رد عتSVM
هیاپ طباور میم شیپ و کاخ تارذ نیب یا
ینیب لدم هب تبسن ار یرتمک تقد اهنآ یاه اراد RF
یم ( دشاب
Zolfaghari
et al., 2019
نیا هب هجوت اب و ساسا نیارب .) یفداصت لگنج لدم هک
ک اب شزارب شیب شها یم
درکلمع دناوت شیپ رد ار لدم
ینیب دوبهب
( دشخب
Zhang et al., 2019
یا زا ) هنهپ یارب لدم ن دیدرگ هدافتسا هعلاطم دروم هقطنم یحطس کاخ تفاب ازجا هشقن هیهت و یدنب
( لکش 7 .)
لودج 5 لدم یجنس رابتعا هسیاقم . شیپ یاه
هداد ساسا رب کاخ تفاب تارذ هدننک ینیب نومزآ یاه
لدم یجنس رابتعا یاهصخاش نش سر تلیس
یفداصت لگنج
(RF) )RMSE (اطخ تاعبرم نیگنایم هشیر 6/02 5/25 5/89 نییبت بیرض
2)
(R 0/80 0/78 0/81
نابیتشپ رادرب نیشام
(SVM) ) RMSE( اطخ تاعبرم نیگنایم هشیر 13/70 9/32 10/70 نییبت بیرض
) R2
( 0/39 0/46 0/45
یطیحم یاهریغتم تیمها
شیپ یطیحم یاهریغتم یبسن تیمها هجیتن م زا هدافتسا اب هدننک ینیب
( لکشرد یفداصت لگنج لد 6
نیا رب .تسا هدش هئارا ) ساسا
صخاش
روش ی ( )،SI
ییانشور صخاش (
) BI
ههاربآ هکبش صخاش و یا
1 دناب هارمه هب 6
هراوهام ریواصت مهم یا
شیپ یطیحم یاهریغتم نیرت ینیب
هدننک هب ،ساسا نیا رب .دنتسه کاخ تارذ یناوارف ی یم رظن
دسر یاهریغتم ارختسا یطیحم
هداد زا هدش ج رود زا شجنس یاه
ب ریثأت یرتشی
رد ار هب تبسن تلیس و سر قیقد نیمخت یاهریغتم
یطیحم عافترا یموقر لدم زا هدش قتشم هتشاد
شیپ رد هک تسا یلاحرد نیا .دنا ینیب
یگژیو ،نش نازیم صخاش و هقطنم یفارگویزیف یاه
اسم ًابیرقت مهس زا رود زا شجنس زا هدمآ تسد هب یاه لاامتحا .دنرادروخرب یو
ب هجوت ا
هقطنم مک بیش و ندوب یبوسر هب یم
یگژیو تشاد نایب ناوت صخاش و یکیفارگوپوت یاه
نآ هب طوبرم یاه رد یرتمک تیمها هجرد زا
صخاش هب تبسن تلیس و سر نازیم نیمخت .دنشاب رادروخرب رود زا شجنس یاه
مهم یروش صخاش سر نازیم نیمخت رد صخاش نیرت
دوب و نآ تلع یم دناوت هک دشاب لیلد نیا هب
،سر شخب یروش
شیب یرت
هب تبسن نش تلیس و ( دراد
Pahlavan Rad et al., 2018
ههاربآ هکبش صخاش ،لباقم رد .) هب یطیحم ریغتم نیرتمهم یا
شیپ روظنم ب
ینی
.دوب نش نیا عوضوم یم ناشن لاناک هکبش و یبلایس تابوسر هک دهد م رد دوجوم یاه
هقطن هقطنم رد کاخ تارییغت داجیا رد یمهم شقن
دنراد هعلاطم دروم ( .
)2018 Pahlavan Rad et al
صخاش زا هدافتسا اب زین لدم و یفارگوپوت و رود زا شجنس یاه
یهباشم جیاتن هبRF
شیپ رد و کاخ تفاب ینیب تشد ردpH
مهم هعلاطم نیا رد دنتفای تسد ناتسچولب و ناتسیس یبلایس یاه ات هلصاف یکمک یاهریغتم نیرت
ههاربآ هکبش ،هناخدور ههاربآ هکبش ات یدومع هلصاف و ییانشور صخاش ،هرد قمع ،هدش لامرن یروش صخاش ،یا
.دندوب یا
دناب 6 تسدنل هراوهام ریواصت 8
( .دوب کاخ تفاب یازجا یمامت نازیم دروآرب رد مهم یطیحم ریغتم نیمود ،
Brown et al., 2006
)
1- Channel network
