مقارنة بين طريقة الشبكات العصبية الاصطناعية والطرق التحليلية في التنبؤ بالآداء واحتياجات الطاقة اللازمة لبعض نظم الري

 "8. الملخص العربي

يعتبر التقييم المستمر لنظم الري الحديث أحدى طرق حل مشكلة المياه، تهدف هذه الدراسة إلى مقارنة طريقة الشبكات العصبية الاصطناعية بالطرق التحليلية الرياضية وكذلك بطريقة التحليل اللا بعدي للتنبؤ بالآداء وحساب فواقد الطاقة لثلاثة من نظم الري الحديث. وقد أختيرت نظم الري السطحي باستخدام الأنابيب المبوبة وكذلك نظام الري بالرش الثابت وأخيرا الري بالتنقيط السطحي وذلك لانتشار استخدامها في مصر. تم تكوين تسعة نماذج من الشبكات العصبية الاصطناعية ثلاث لكل نظام. استخدم إحدى البرامج الحاسوبية الجاهزة في تكوين تلك النماذج، كل نموذج يتكون من ثلاث طبقات الأولى للمدخلات، الثانية طبقة مخفية والثالثة طبقة المخرجات والروابط بين تلك الطبقات تتبع دالة sigmoid   . استخدمت نماذج الشبكات العصبية في استحداث برنامج حاسوبي يمكن للمرشدين والمهندسين الزراعيين استخدامه ولا يتطلب خبرة في تلك الطريقة. استخدمت البيانات المتاحة في المراجع المصرية في بناء تلك النماذج بالإضافة إلى التجارب الحقلية. في هذه الدراسة استخدمت المعادلات الشائعة الاستخدام كطريقة تحليلية للتنبؤ بفواقد الطاقة وكذلك استخدمت المؤشرات القياسية كطريقة تحليلية للتنبؤ بأداء تلك النظم. وقد تم مقارنة النماذج المستحدثة من كل طريقة.

نظام الري باستخدام الأنابيب المبوبة

يحتاج استخدام الطرق التحليلية المعرفة الكاملة بمعطيات التصميم وكذلك الظروف الحقلية وكذلك دقة القياسات، وقد أظهر استخدام الطرق التحليلية في التنبؤ بآداء نظام الري بالأنابيب المبوبة وجود فارق معنوي مع النتائج الحقلية.

كمثال لذلك وجد لمعدل سريان 0.187 ل.ث-1 أن قيم كفاءة الإضافة، كفاءة الإضافة لأقل ربع، انتظامية التوزيع وكفاءة التوزيع أعلى في التجارب الحقلية منها باستخدام الطريقة التحليلية بينما وجد أنها أقل عند معدل سريان 0.244 ل.ث-1 . بالنسبة لفاقد الطاقة لم يوجد فاقد معنوي. 

في التحليل اللا بعدي استنبطت المعادلة التالية:

حيث:   فاقد الطاقة فب الانبوب(م)،  المسافة بين البوابات (م)،   قطر الانبوب (م)،   مساحة البوابة (م2)،   طول الأنبوب (م) و  معدل السريان في الأنبوب (م3.ث-1).

استحدثت ثلاثة نماذج من الشبكات العصبية الاصطناعية في هذه الدراسة متبعا طريقة التغذية الأمامية وثلاثة طبقات وهي طبقة المدخلان، طبقة مخفية، طبقة المخرجات، والعلاقات بين تلك الطبقات هي دالة sigmoid.

النموذج الأول كان للتنبؤ بتصرف وضاغط البوابة كمخرجات باستخدام رقم البوابة على الأنبوب، قطرها، التغير في تصرف البوابة، التصرف الكلي للأنبوب، ميل الأنبوب في اتجاه سريان الماء داخل الأنبوب، والضاغط في بداية الأنبوب كمدخلات بعدد 32 علاقة. بينما كان النموذج الثاني للتنبؤ بتصرف الأنبوب الكلي ومتوسط التغير في تصرف البوابة كمخرجات باستخدام عدد البوابات على الأنبوب، قطرا لأنبوب، التصرف الكلي للأنبوب، طول الأنبوب ، وميل الأنبوب في اتجاه سريان الماء داخل الأنبوب كمدخلات بعدد 28 علاقة. وأخيرا النموذج الثالث للتنبؤ بكفاءة الإضافة، وكفاءة الإضافة لأقل ربع، كفاءة توزيع المياه ودرجة انتظامية التوزيع كمخرجات باستخدام تصرف الأنبوب، طول الخط وميله، زمن الري ومعدل الرشح كمدخلات بعدد 26 علاقة. جمعت البيانات المطلوبة من المراجع المصرية المختلفة لتكوين النماذج وتم التحقق من نتائج النماذج بالتجارب الحقلية.

نظام الري بالرش الثابت.

عند استخدام الطرق التحليلية في التنبؤ بمعدل السريان لنظام الري بالرش الثابت لم يلاحظ فارق معنوي مع النتائج الحقلية. وكذلك بالنسبة لفاقد الطاقة في الخطوط الفرعية.

في التحليل اللا بعدي استنبطت المعادلة التالية:

حيث:   فاقد الطاقة فب الانبوب(م)،   المسافة بين الرشاشات (م)، قطر  الانبوب (م)،  ارتفاع الرشاش (م)،   طول الخط الفرعي (م) و  معدل السريان في الخط (م3.ث-1).

استحدثت ثلاثة نماذج من الشبكات العصبية الاصطناعية في هذه الدراسة متبعا طريقة التغذية الأمامية وثلاثة طبقات وهي طبقة المدخلان، طبقة مخفية، طبقة المخرجات، والعلاقات بين تلك الطبقات هي دالة sigmoid .

النموذج الأول كان للتنبؤ بالضاغط  المطلوب للتغلب على الاحتكاك داخل الخط الفرعي كمخرج باستخدام طول الخط، المسافة بين الرشاشات، تصرف الخط، القطر الداخلي للخط، ضغط الرشاش التشغيلي وميل الخط. بينما كان النموذج الثاني للتنبؤ الضاغط عند أي نقطة على الخط الفرعي، باستخدام طول الخط، المسافة بين الرشاشات، تصرف والقطر الداخلي للخط، الضغط التشغيلي للرشاش، ميل الخط وكذلك الضاغط الكلي للخط. وأخيرا النموذج الثالث للتنبؤ درجة انتظامية التوزيع ومعامل الاختلاف كمخرجات باستخدام تصرف الخط، طول الخط وميله، المسافة بين الرشاشات، المسافة بين الخطوط، سرعة الرياح والضغط التشغيلي للرشاش.

      وبمقارنة الطرق التحليلية بطريقة الشبكات العصبية الاصطناعية وجد أن طريقة الشبكات العصبية الاصطناعية أدق.

نظام الري بالتنقيط السطحي

 عند استخدام الطرق التحليلية في التنبؤ بمعدل السريان لنظام الري بالتنقيط السطحي لم يلاحظ فارق معنوي مع النتائج الحقلية. وكذلك بالنسبة لفاقد الطاقة في الخطوط الفرعية.

في التحليل اللا بعدي استنبطت المعادلة التالية:

حيث:   فاقد الطاقة فب الانبوب(م)،  المسافة بين المنقطات (م)، قطر  الانبوب (م)،  قطر المنقط (م)،   طول الخط الفرعي (م) و  معدل السريان في الخط (م3.ث-1).

استخدمت نفس النماذج المستحدثة لنظام الري بالرش الثابت وباستبدال المسافة بين المنقطات بدلا من المسافة بين الرشاشات وحذف سرعة الرياح من النموذج الثالث. استحدث نموذج رياضي باستخدام التحليل اللابعدي للتنبؤ بالضاغط المطلوب للتغلب على الاحتكاك داخل الأنبوب. وبمقارنة الطرق التحليلية بطريقة الشبكات العصبية الاصطناعية وجد أن طريقة الشبكات العصبية الاصطناعية أدق.

      أوصت الدراسة بإجراء المزيد من الدراسات باستخدام طريقة الشبكات العصبية الاصطناعية سواء بإجراء تدريب للشبكة بأخذ بيانات عند تركيب شبكة الري، وكذلك إدخال نظم أخري."