سولماز شمسایی؛ مژگان احمدی ندوشن؛ احمد جلالیان
چکیده
سابقه و هدف: امروزه صنعتی شدن و توسعه شهرنشینی باعث آلودگی هوا در اکثر کلان‌شهرهای جهان شده است و سالانه میلیون ها نفر به علت آلودگی هوا جان خود را از دست می دهند. ﺑﺎ ﺗﻮﺟﻪ ﺑﻪ ﻣﺤﺪود ﺑﻮدن ﺷﺒﻜﻪ اﻳﺴﺘﮕﺎهﻫﺎى ﭘﺎﻳﺶ آﻻﻳﻨﺪهﻫﺎى ﻫﻮا و ﻏﻴﺮ اﻗﺘﺼﺎدى ﺑﻮدن اﻓﺰاﻳﺶ ﺗﻌﺪاد این اﻳﺴــﺘﮕﺎهﻫا در سطح شهرها، دﺳﺖﻳﺎﺑﻰ ...
بیشتر
سابقه و هدف: امروزه صنعتی شدن و توسعه شهرنشینی باعث آلودگی هوا در اکثر کلان‌شهرهای جهان شده است و سالانه میلیون ها نفر به علت آلودگی هوا جان خود را از دست می دهند. ﺑﺎ ﺗﻮﺟﻪ ﺑﻪ ﻣﺤﺪود ﺑﻮدن ﺷﺒﻜﻪ اﻳﺴﺘﮕﺎهﻫﺎى ﭘﺎﻳﺶ آﻻﻳﻨﺪهﻫﺎى ﻫﻮا و ﻏﻴﺮ اﻗﺘﺼﺎدى ﺑﻮدن اﻓﺰاﻳﺶ ﺗﻌﺪاد این اﻳﺴــﺘﮕﺎهﻫا در سطح شهرها، دﺳﺖﻳﺎﺑﻰ ﺑﻪ ﭘﻮﺷــﺶ ﻣﻜﺎﻧﻰ و زﻣﺎﻧﻰ ﻣﻨﺎﺳــﺐ برای ﻧﺸﺎن دادن ﺗﻐﻴﻴﺮات ﻏﻠﻈﺖ ذرات آلاینده هوا ﺑﺴﻴﺎر دﺷﻮار اﺳﺖ. بر این اساس پژوهش حاضر با هدف تهیه نقشه های دو سالانه (سال‌های 1397 و 1398 هجری شمسی) آلودگی هوای شهری در سطح شهر اصفهان بر اساس آلاینده CO و با استفاده از داده های زمینی و تصاویر ماهواره ای سنجنده MODIS انجام شد.مواد و روش ها: برای این مطالعه از دو الگوریتم ANFIS و RF استفاده شد. برای اجرای الگوریتم ANFIS، ابتدا داده های ایستگاه های زمینی پایش آلودگی هوا جمع آوری شد و بر اساس آن و با توجه به داده های عمق نوری هواویز حاصل از تصاویر سنجنده MODIS نسبت به استخراج قوانین نخستین فازی اقدام شد و در نهایت با ادغام قوانین فازی و الگوریتم شبکه عصبی مصنوعی، الگوریتم ANFIS برای مدل سازی پراکنش آلودگی هوا در سطح شهر اصفهان اجرا شد. در اجرای الگوریتم RF نیز از داده های ایستگاه های زمینی و داده های عمق نوری هواویز سنجنده MODIS استفاده شد. دو پارامتر مهم در اجرای الگوریتم RF تعداد درختان جنگل و تعداد متغیرهای موجود در هر گره است که برای بهینه سازی آنها از روش اعتبارسنجی متقابل 10 قسمتی استفاده شد.نتایج و بحث: نتایج مدل سازی آلاینده CO نشان داد الگوریتم RF نتایج بهتری را نسبت به الگوریتم ANFIS ارائه داده است، به طوری که مقدار خطای RMSE الگوریتم RF، 724/0 و مقدار خطای RMSE الگوریتم ANFIS، 809/0 پی پی ام است، همچنین مقدار خطای MAE الگوریتم RF، 636/0 و مقدار خطای MAE الگوریتم ANFIS، 792/0 پی پی ام است. بنابراین می توان گفت الگوریتم RF از کارایی و دقت بیشتری در مدل سازی آلاینده CO برخوردار است. نتایج پراکنش مکانی آلاینده CO با استفاده از الگوریتم ANFIS نشان داد میزان این آلاینده در سطح شهر اصفهان به صورت محلی تغییر می کند، به طوری که مناطق مرکزی و شمالی شهر اصفهان دارای بیشترین آلایندگی و مناطق شرقی و غربی اصفهان دارای کمترین آلایندگی هستند. بررسی مقادیر عددی به دست آمده از الگوریتم ANFIS نیز نشان داد کمترین میزان آلایندگی CO در سطح شهر اصفهان برابر با 43/1 پی پی ام و بیشترین مقدار آن برابر با 13/2 پی پی ام است. نتایج به دست آمده از الگوریتم RF نشان داد با حرکت از جنوب شرقی به سمت شمال غربی شهر اصفهان بر میزان آلاینده CO افزوده شده و مناطق شمال غربی شهر اصفهان از بیشترین آلایندگی CO برخوردار هستند، بررسی مقادیر عددی به دست آمده از میزان آلایندگی CO بر اساس الگوریتم RF نشان داد کمترین میزان آلاینده CO برابر با 57/0 پی پی ام و بیشترین مقدار آن برابر با 27/2 پی پی ام است.نتیجه گیری: در انتها می توان نتیجه گرفت الگوریتم های ANFIS و RF با داشتن ویژگی هایی همچون امکان مدل سازی غیر خطی، توانایی کاهش اثرات منفی داده های پرت و حساسیت کمتر به مساله کمینه محلی، روش هایی مناسب و دقیق در مدل سازی مسائل محیطی هستند. شایان ذکر است که بخش گسترده‌ای از خطای مشاهده شده در نتایج روش های ANFIS و RF، مرتبط با ویژگی های ذاتی تصاویر سنجنده مودیس (همچون پوشش ابر و مختلط بودن بیش از حد پیکسل ها با توجه به ابعاد یک کیلومتری آنها) و نقطه ای بودن اندازه گیری های ایستگاه های زمینی و همچنین امکان خطا در داده های ثبت شده در ایستگاه های زمینی است.
