شماره ركورد
34264
پديد آورنده
اميررضا شاهميري
عنوان
ارزيابي ضريب پساي سيستم هاي حفاظت ساحلي مانگرو در برابر امواج سونامي با استفاده از يادگيري ماشين
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
مهندسي عمران گرايش سواحل بنادر و سازه هاي دريايي
سال تحصيل
1400
تاريخ دفاع
1404/6/30
استاد راهنما
دكتر عباس يگانه بختياري - دكتر ناصر شابختي
استاد مشاور
-
دانشكده
مهندسي عمران
چكيده
پوشش گياهي ساحلي، به ويژه جنگلهاي مانگرو، به عنوان يك راهكار طبيعي مؤثر در كاهش انرژي امواج مخرب مانند سونامي شناخته ميشود. با اين حال، كميسازي مقاومت هيدروديناميكي اين پوششها، كه توسط ضريب پسا نمايندگي ميشود، به دليل پيچيدگي اندركنش بين جريان و ساختار گياهي، همچنان يك چالش علمي باقي مانده است. اغلب مطالعات پيشين در اين حوزه، استخراج دانش را به يك مجموعه آزمايشي منفرد محدود كردهاند. اين پژوهش با يكپارچهسازي دادههاي دو منبع مستقل كه شامل سيستمهاي حفاظتي متنوعي از جمله درخت تنها، و سيستمهاي هيبريدي با ريف بال و لوله سوراخدار هستند، به دنبال كاهش اين سوگيريهاي احتمالي و توسعه يك مدل مهندسي دقيق و تفسيرپذير براي پيشبيني ضريب پسا با استفاده از تكنيكهاي پيشرفته يادگيري ماشين است. در اين راستا، يك مجموعه داده جامع شامل 126 نمونه آزمايشگاهي از دو مطالعه مستقل گردآوري گرديد. بر اساس اصول مكانيك سيالات و تئوري تشابه، يازده پارامتر بيبُعد فيزيكي تعريف شد كه جنبههاي مختلف جريان ورودي، مشخصات ساختاري پوشش گياهي و اندركنش بين آنها را توصيف ميكردند. به منظور شناسايي مؤثرترين و كمافزونگيترين متغيرها، يك چارچوب انتخاب ويژگي چهار مرحلهاي شامل حذف ويژگي ها با واريانس پايين، تحليل همبستگي، تحليل اطلاعات متقابل و حذف بازگشتي ويژگي پيادهسازي گرديد كه در نهايت منجر به انتخاب يك زيرمجموعه بهينه شامل پنج پارامتر كليدي شد. در ادامه، عملكرد شش مدل يادگيري ماشين از خانوادههاي مختلف شامل رگرسيون خطي (LinearRegression)، ماشين بردار پشتيبان (Support Vector Machine)، شبكه عصبي (Neural Network)، جنگل تصادفي (Random Forest)، ايكسجيبوست (XGBoost) و كتبوست (CatBoost) انتخاب و بر روي دادههاي تركيبي پياده سازي گرديد. نتايج ارزيابي بر روي مجموعه تست نشان ميدهد كه مدل ايكس جي بوست با عملكردي برتر با ضريب تعيين 0/9526، ميانگين قدرمطلق خطاي برابر با 0/3667 و ريشه ميانگين مربعات خطاي برابر با 0/2903، به طور قابل توجهي عملكرد بهتري نسبت به ساير مدلها نشان داد. استحكام و قابليت اطمينان نتايج با استفاده از اعتبارسنجي متقابل و تحليل عدم قطعيت بوتاسترپ (Bootstrap) مورد بررسي قرار گرفت. در نهايت، با استفاده از تحليل شپ (SHapley Additive exPlanations)، مدل ايكس جي بوست به عنوان يك "جعبه شيشهاي" (Glass-Box) مورد بررسي قرار گرفت و ارتباطات غيرخطي بين پارامترهاي فيزيكي كليدي و ضريب پسا آشكارسازي شد.
تاريخ ورود اطلاعات
1404/09/12
عنوان به انگليسي
evaluation of Drag Coefficient of Mangrove Coastal Protection Systems Against Tsunami Waves Using Machine Learning
تاريخ بهره برداري
12/22/2025 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
اميررضا شاهميري
چكيده به لاتين
Coastal vegetation, particularly mangrove forests, is recognized as an effective natural solution for mitigating the energy of destructive waves such as tsunamis. However, quantifying the hydrodynamic resistance of these systems, represented by the drag coefficient, remains a scientific challenge due to the complexity of interactions between flow and vegetation structures. Previous studies have often limited knowledge extraction to individual experimental datasets. This research aims to address potential biases by integrating data from two independent sources, encompassing diverse protection systems, including solitary trees and hybrid systems with reef balls and perforated pipes, to develop an accurate and interpretable engineering model for predicting the drag coefficient using advanced machine learning techniques. A comprehensive dataset comprising 126 laboratory samples from two independent studies was compiled. Based on fluid mechanics principles and similarity theory, eleven dimensionless physical parameters were defined to describe various aspects of incoming flow, vegetation structural characteristics, and their interactions. To identify the most effective and least redundant variables, a four-stage feature selection framework was implemented, including low-variance feature elimination, correlation analysis, mutual information analysis, and recursive feature elimination, resulting in the selection of an optimal subset of five key parameters. Subsequently, the performance of six machine learning models from different families—Linear Regression, Support Vector Machine, Neural Network, Random Forest, XGBoost, and CatBoost—was evaluated on the combined dataset. Test set results demonstrated that the XGBoost model outperformed others, achieving a coefficient of determination (R²) of 0.9526, a mean absolute error of 0.3667, and a root mean square error of 0.2903. The robustness and reliability of the results were assessed using cross-validation and bootstrap uncertainty analysis. Finally, using SHapley Additive exPlanations (SHAP) analysis, the XGBoost model was examined as a "glass-box" model, revealing nonlinear relationships between key physical parameters and the drag coefficient.
كليدواژه هاي فارسي
ضريب پسا , مانگرو , سونامي , يادگيري ماشين , راهكارهاي مبتني بر طبعيت
كليدواژه هاي لاتين
Drag Coefficient , Mangrove , Tsunami , Machine Learning , Nature Based Solutions
Author
Amirreza Shahmiri
SuperVisor
Dr. Abbas Yeganeh Bakhtiary - Dr. Naser Shabakhty