کاربست الگوریتمهای یادگیری ماشین برای تخمین تابش خورشیدی (مورد مطالعه: اقلیم خشک و نیمهخشک)
نویسندگان
1 پژوهشکده آب، انرژی و محیط زیست، دانشگاه اردکان، اردکان، ایران استادیار گروه مهندسی برق، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه اردکان، اردکان، ایران
2 دانشیار گروه علوم و مهندسی آب، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه اردکان، اردکان، ایران
doi
10.30499/ijg.2023.393259.1512چکیده
تابش خورشیدی، یکی از متغیرهای مهم در مدلهای بیلان انرژی و شبیهسازی رشد گیاهان است. در پژوهش حاضر، عملکرد نه الگوریتم یادگیری ماشین نظارت شده شامل الگوریتمهای رگرسیون خطی (LR)، رگرسیون خطی با اصلاح تابع زیان (LASSO)، رگرسیون خالص الاستیک (EN)، k نزدیکترین همسایه (KNN)، درخت تصمیمگیری (DT)، ماشین بردار پشتیبان (SVR)، جنگل تصادفی (RF)، درختان اضافی (ET) و الگوریتم تقویت ماشین (GBM) برای برآورد تابش خورشیدی در ایستگاه همدید یزد در حد فاصل سالهای 2005 تا 2021 با روش اعتبار سنجی متقابل (kfold) مورد بررسی قرار گرفت. پارامترهای میانگین دما، دمای کمینه، دمای بیشینه، ساعات آفتابی، رطوبت نسبی و تابش خورشیدی بهصورت روزانه از سازمان هواشناسی کشور دریافت و متغیرهای تابش فرازمینی، فاصله نسبی زمین تا خورشید، زاویه میل خورشیدی و حداکثر ساعات آفتابی با روابط موجود محاسبه و برای ورودی مدلهای پیشبینی انتخاب شدند. معیارهای ارزیابی برای تخمین تابش خورشیدی MSE (متوسط مربعات خطا)، MAPE (متوسط قدرمطلق خطا) و ضریب تعیین (R2) در نظر گرفته شدند. نتایج نشان داد که مدل رگرسیون ماشین بردار پشتیبان (SVR) کمترین خطا را برای تخمین تابش روزانه خورشید دارد؛ بهطوریکه مدل ماشین بردار پشتیبان با میانگین مربعات خطای 85/2 مگا ژول بر مترمربع بر روز، قدر مطلق خطای 803/0 و ضریب تبیین 919/0 در مرحله آزمون و بهترتیب 54/1 مگا ژول بر مترمربع بر روز، 92/4 و 870/0 در مرحله آموزش مدلها نسبت به سایر مدلها عملکرد بهتری در تخمین تابش خورشیدی داشته است که نشاندهنده توانائی این مدل برای کاربردهای خورشیدی و گرمایی توسط مهندسان و سایر محققین است.