پیش‎بینی غلظت گرد و غبار در مقیاس آزمایشگاهی با استفاده از فناوری‎های پردازش تصویر و هوش مصنوعی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی مکانیک بیوسیستم، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ایلام، ایلام، ایران

2 دانشگاه ایلام

3 گروه مهندسی بهداشت محیط، دانشکده بهداشت، دانشگاه علوم پزشکی ایلام، ایلام، ایران

چکیده

گرد و غبار یکی از مسائل زیست‌محیطی است که دارای اثرات نامطلوبی در همه بخش‎های کشاورزی و منابع طبیعی است. هدف از تحقیق حاضر پیش‎بینی غلظت گرد و غبار در هوا است. یک سامانه آزمایشگاهی برای گرفتن تصاویر از گرد و غبار شامل اتاقک شیشهای، دمنده، غبارسنج، دوربین تصویربرداری، و رایانه پیاده‎سازی شد. با استفاده از خاک رس طوفان‎ گرد و غبار با غلظت‎های مختلف از 0، 275، 1289، 1896، 2316، 2585، و 2750 میکروگرم بر مترمکعب در داخل اتاقک شیشه‎ای ایجاد شد. برای هر غلظت گرد و غبار، 15 تصویر به دست آمد و پس از پیش‎پردازش آن‎ها، میانگین کانال‎های مختلف تصاویر در فضاهای مختلف رنگی استخراج شد. از ویژگی‎های تصاویر برای پیش‎بینی غلظت گرد و غبار با کمک فناوری هوش مصنوعی استفاده شد. داده ها به سه گروه تقسیم‎بندی شدند، 60 درصد داده‎ها برای آموزش، 20 درصد برای اعتبارسنجی، و 20 درصد برای آزمون شبکه استفاده شد. مدل‎های مختلف شبکه عصبی مصنوعی پرسپترون چندلایه مورد بررسی قرار گرفت و مشخص شد که مدل با ساختار 1-8-10 با تابع فعال‎سازی تنسیگ در لایه‎های پنهان و خروجی دارای بیشترین دقت (81/93 درصد) است. یافته‎های تحقیق حاضر قابلیت فناوری‎های پردازش تصویر و هوش مصنوعی در پیش‎بینی غلظت گرد و غبار با دقت زیاد و هزینه کم را نشان می‎دهد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Prediction of dust concentration on a laboratory scale using image processing and artificial intelligence technologies

نویسندگان [English]

  • Hamidreza Arjomandi 1
  • Kamran Kheiralipour 2
  • Ali Amarloei 3
1 Mechanical Engineering of Biosystems Department, Ilam University, Ilam, Iran
2
3 Department of Environmental Health, Faculty of Health, Ilam University of medical science, Ilam, Iran.
چکیده [English]

Dust is one of the environmental issues that have adverse effects in all sectors of agriculture and natural resources. The aim of this research is to predict the concentration of dust in the air. A laboratory system for acquiring images of dust was implemented including a glass chamber, a blower, a dust meter, an imaging camera, and a personal computer. Using clay soil, dust storms with different concentrations of 0, 275, 1289, 1896, 2316, 2585, and 2750 µg/m3 were created inside the glass chamber. For each studied dust concentration, 15 images were obtained and after their preprocessing, the mean values of different image channels in various color spaces were extracted. The features of the images were used to predict dust concentration using artificial intelligence technology. The data were divided into three groups, 60% of the data were used for training, 20% for validation, and 20% for testing the network. Different models of multilayer perceptron artificial neural networks were investigated and 10-8-1 structure with tansig activation function in hidden and output layers has the highest accuracy (93.81%). The findings of the present research show the high capability of image processing and artificial intelligence technologies in predicting dust concentration with high accuracy and low cost.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Dust
  • Concentration
  • Prediction
  • Machine vision
  • Artificial neural network