استخدام النموذج الرياضي والشبكات العـصبية لتحديد نسبة تلوث البيئة == Employ Mathematical Model and Neural Networks for Determining Rate of the Environmental Contamination
Author name:
فرح فيصل غازي
Supervisor name:
لمى ناجي محمد توفيق
General topic:
Mathematics
Specific topic:
Mathematics
Degree:
Master
University:
University of Baghdad
Language:
English
University location:
Baghdad
First pages:
27T1175 - p.pdf
Abstract:
هناك العديد من الاهداف في هذه الرسالة : الهدف الاول هو تطوير نموذج المعادلة التي تصف انتشار التلوث خلال التربة والتي يمكن استخدامها لتحديد نسبة التلوث البيئي وذلك بتقدير تركيز المعادن الثقيلة في التربة. نموذج المعادلة التي تم تطويرها يمكن اعتبارها تمثيل جيد لمشكلة التلوث البيئي.الهدف الثاني في هذه الرسالة هو تصميم شبكتين عصبيتين ذات تغذية تقدمية باعتبارها تقنية دقيقة بديلة لتحديد نسبة التلوث البيئي والتي يمكن استخدامها في حل معادلة النموذج. الشبكة الاولى تحاكي معلمات التربة التي يمكن استخدامها في ادخال البيانات في الشبكة الثانية المقترحة، في حين تحاكي الشبكة الثانية لتقدير تركيز المعادن الثقيلة.الهدف الثالث هو تطوير المفهوم النظري لمرحلة تدريب الشبكات العصبية من وجهة نظر التحليل الدالي والطرق الامثلية. ضمن هذه الصيغة، التعلم يعني حل مشكلة متغايرة بواسطة تصغير دالة الاداء المتعلقة بالشبكة العصبية. ان اختيار دالة الهدف يعتمد على تطبيق معين. من جهة اخرى، فاننا نقترح تعديل على دالة الاداء لتحسين تعميم الشبكات المقترحة وعلى الجانب الاخر، لعلاج التوقف المبكر ومشاكل النهاية الصغرى المحلية.الهدف الرابع هو مقارنة اداء الخوارزميات المذكورة اعلاه فيما يتعلق بقدرة التنبؤ. ثم تطبيق التقنية المقترحة لتقدير تركيز المعادن الثقيلة مثل : النحاس والرصاص والكادميوم والكوبالت والزنك والنيكل في تربة بغداد. اولا، تم اختيار اربعة وستين عينة من التربة من المواقع الملوثة تقع في بعض المناطق في مدينة بغداد (السكنية والصناعية والتجارية والزراعية والطرق الرئيسية). ثانيا، تم اجراء سلسلة من القياسات على عينات التربة وتحليلها لقياس تراكيز المعادن الثقيلة بواسطة اجهزة الامتصاص الطيف الذري (AAS)، فلورية الاشعة السينية (XRF) المطياف الكتلي البلازمي بالتقارون الحثي (ICP - MS) ومن خلالها نحصل على تراكيز اولية لهذه المعادن الثقيلة. ثالثا، محاكاة وتدريب الشبكات المقترحة للحصول على تركيز المعادن الثقيلة بالطريقة المقترحة ومن ثم مقارنة اداء الشبكات المقترحة مع فحص المختبر التقليدي باستخدام مجموعة بيانات التدريب والاختبار. نتائج هذا العمل تبين ان الشبكات المقترحة والمتدربة على القياسات التجريبية يمكن تطبيقها بنجاح لتقدير تركيز المعادن الثقيلة بسرعة ودقة.اخيرا، نقترح بعض الطرق لمعالجة التربة الملوثة باستخدام بعض النباتات العشبية. | There are many aims of this thesis : The first aim is to develop a model equation that describes the spread of contamination through soils which can be used to determine the rate of environmental contamination by estimate the concentration of heavy metals (HMs) in soil. The developed model equation can be considered as a good representation for a problem of environmental contamination. The second aim of this thesis is to design two feed forward neural networks (FFNN) as an alternative accurate technique to determine the rate of environmental contamination which can be used to solve the model equation. The first network is to simulate the soil parameters which can be used as input data in the second suggested network, while the second network simulates to estimate the concentration of heavy metals. The third aim is to develop a conceptual theory of training stage of neural networks from the perspective of functional analysis and optimization methods. Within this formulation, learning means to solve a variational problem by minimizing a performance function associated to the neural network. The choice of the objective functional depends on the particular application. On the other side, we suggest modification of the performance function to improve the generalization of the suggested networks and to treat the early stopping and local minima problems. The fourth aim is to compare the performance of aforementioned algorithms with regard to predicting ability. Then applied the suggested technique to estimate the concentration of heavy metals such as : Copper(Cu), Lead(Pb), Cadmium(Cd), Cobalt(Co), Zinc(Zn) and Nickel(Ni) in Baghdad soils. First, sixty four soil samples were selected from a phytoremediated contaminated site located in some zones in Baghdad city (residential, industrial, commercial, agricultural and main roads). Second, a series of measurements were performed on the soil samples and analyzed measuring of concentrations for heavy metals using devices such as : Atomic Absorption Spectrophotometer (AAS), X - Ray Fluorescence (XRF) and Inductively Coupled Plasma - Mass Spectrometry (ICP - MS) to get initial concentrations for those heavy metals. Third, simulate and train the suggested networks to get the concentration of heavy metals. The performance of the suggested networks was compared with the traditional laboratory inspecting using the training and test data sets. The results of this work show that the suggested networks trained on experimental measurements can be successfully applied to the rapid and accuracy estimation of concentration of heavy metals. Finally, we suggest some methods contaminated soil by using some herbal plants.
