Rainfall Prediction in Khorasan Razavi Stations Using a Hybrid Neural Network and Genetic Algorithm Approach

سال انتشار: 1404
نوع سند: مقاله ژورنالی
زبان: انگلیسی
مشاهده: 10

فایل این مقاله در 15 صفحه با فرمت PDF قابل دریافت می باشد

استخراج به نرم افزارهای پژوهشی:

لینک ثابت به این مقاله:

شناسه ملی سند علمی:

JR_WHR-8-1_004

تاریخ نمایه سازی: 17 اسفند 1404

چکیده مقاله:

Accurate rainfall prediction is crucial for effective water resource management, especially in arid and semi-arid regions. This study proposes a novel hybrid approach, combining the Non-linear Auto Regressive with eXogenous inputs (NARX) neural network with a Genetic Algorithm (GA) for parameter optimization, aiming to improve daily rainfall prediction in Khorasan Razavi province, Iran. The performance of the proposed NARXGA model was compared with several benchmark models, including traditional time series models ARIMA, Holt-Winters Exponential Smoothing (HWES), and machine learning models, such as LSTM, CNN۱D and the standalone NARX network. The models were trained and tested using five years of daily meteorological data from Mashhad. The results showed that the NARXGA model achieved the lowest Mean Squared Error (MSE) on both the training and test datasets, with values of ۹.۷۴۵۳ and ۱۱.۵۵۶۵, respectively, thus showing that the method can more effectively capture the non-linear patterns in rainfall data. A convergence analysis of the GA was also provided, as well as histograms of the error distributions, which further validated the superior performance of the proposed NARXGA model. This research highlights the potential of hybrid AI models for enhancing rainfall prediction accuracy and providing valuable insights for water management and drought mitigation in arid and semi-arid regions.

نویسندگان

Mahdi Naseri

Assistant Professor, Faculty of Engineering, Department of Civil Engineering, University of Birjand, Birjand, Iran.

Mahsa Mardani

Ph.D. Student, Faculty of Engineering, Department of Civil Engineering, University of Birjand, Birjand, Iran.

مراجع و منابع این مقاله:

لیست زیر مراجع و منابع استفاده شده در این مقاله را نمایش می دهد. این مراجع به صورت کاملا ماشینی و بر اساس هوش مصنوعی استخراج شده اند و لذا ممکن است دارای اشکالاتی باشند که به مرور زمان دقت استخراج این محتوا افزایش می یابد. مراجعی که مقالات مربوط به آنها در سیویلیکا نمایه شده و پیدا شده اند، به خود مقاله لینک شده اند :
  • Akbari Asanjan, A., Yang, T., Hsu, K., Sorooshian, S., Lin, ...
  • Aoulmi, Y., Marouf, N., Rasouli, K., & Panahi, M. (۲۰۲۳). ...
  • Baig, F., Ali, L., Faiz, M. A., Chen, H., & ...
  • Barrera-Animas, A. Y., Oyedele, L. O., Bilal, M., Akinosho, T. ...
  • Bochenek, B., & Ustrnul, Z. (۲۰۲۲). Machine learning in weather ...
  • Dotse, S.-Q., Larbi, I., Limantol, A. M., & De Silva, ...
  • El Shafie, A. H., El-Shafie, A., Almukhtar, A., Taha, M. ...
  • Goldberg, D. E. (۱۹۸۹). Genetic Algorithms in Search, Optimisation and ...
  • Hochreiter, S., ۲۵۲, & Schmidhuber, r. (۱۹۹۷). Long Short-Term Memory. ...
  • Kaveh, M., & Mesgari, M. S. (۲۰۲۳). Application of meta-heuristic ...
  • Lai, L., Li, C., & Zhang, Y. (۲۰۲۴). Research on ...
  • Le, V. M., Pham, B. T., Le, T.-T., Ly, H.-B., ...
  • Lima, S., Gonçalves, A. M., & Costa, M. (۲۰۱۹). Time ...
  • Nelson, B. K. (۱۹۹۸). Time series analysis using autoregressive integrated ...
  • Nemade, B., Mishra, R., Jangid, P., Dubal, S., Bharadi, V., ...
  • Ngan, T. T., Son, H. G., Omar, M., Thang, N. ...
  • Pham, B. T., Bui, K.-T. T., Prakash, I., & Ly, ...
  • Ponnoprat, D. (۲۰۲۱). Short-term daily precipitation forecasting with seasonally-integrated autoencoder. ...
  • Poornima, S., & Pushpalatha, M. (۲۰۱۹). Prediction of rainfall using ...
  • Priatna, M. A., & Djamal, E. C. (۲۰۲۰). Precipitation prediction ...
  • Pujara, M., & Paudel, N. (۲۰۲۴). Rainfall Prediction using Long ...
  • Salehinejad, H., Sankar, S., Barfett, J., Colak, E., & Valaee, ...
  • Sun, W., Su, F., & Wang, L. (۲۰۱۸). Improving deep ...
  • Wei, M., & You, X.-y. (۲۰۲۲). Monthly rainfall forecasting by ...
  • Wu, J. (۲۰۱۷). Introduction to convolutional neural networks. National Key ...
  • Wu, J., Long, J., & Liu, M. (۲۰۱۵). Evolving RBF ...
  • Xiang, Y., Gou, L., He, L., Xia, S., & Wang, ...
  • Y.LeCun, Y.Bengio, & G.Hinton. (۲۰۱۵). Deep learning. Nature, ۵۲۱(۷۵۵۳), ۴۳۶–۴۴۴ ...
  • Zabihi, O., Gheibi, M., Aghlmand, R., & Nejatianc, A. (۲۰۲۲). ...
  • نمایش کامل مراجع