پیش بینی عمق آب شستگی اطراف پایه پل با استفاده از ماشین های بردار پشتیبان

نویسندگان
دانشگاه علم و صنعت
چکیده
چکیده- آب شستگی یکی از مهم ترین عوامل خرابی پل ها است. بنابر این، تخمین عمق آب شستگی پای پل ها اهمیت زیادی برخوردار دارد. تاکنون فرمول ها و روابط تجربی زیادی برای تخمین عمق چاله آب شستگی ارائه شده است؛ اما این روابط از دقت مناسبی برخوردار نیستند. علاوه بر این، پیچیدگی مدل سازی فرایند آب شستگی سبب شده است تا از روش های جایگزین روابط تجربی، مانند روش های داده کاوی برای تخمین عمق آبشستگی پای پل ها استفاده شود. پیش از این، از شبکه های عصبی مصنوعی به عنوان شناخته شدهترین روش دادهکاوی، برای تخمین عمق آبشستگی پایه پل ها استفاده شده اما تاکنون عملکرد روش داده کاوی ماشین های بردار پشتیبان در این زمینه مورد بررسی قرار نگرفته است. در تحقیق حاضر، عملکرد روش ماشین های بردار پشتیبان در تخمین عمق چاله آبشستگی اطراف پایه پل بررسی شده و نتایج حاصل با نتایج حاصل از روش شبکههای عصبی مصنوعی و روابط تجربی مقایسه شده است. بررسیها نشان داده است که نتایج حاصل از روش ماشین های بردار پشتیبان دقت بالاتری نسبت به روش شبکه های عصبی مصنوعی برخوردار است. همچنین دقت روش شبکه های عصبی مصنوعی و ماشین های بردار پشتیبان به مراتب بهتر از روابط تجربی است که این خود نشان دهنده عملکرد مناسب تر روش های داده کاوی به کاررفته نسبت به روابط تجربی است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله English

Prediction of Scour Depth Around Bridge Pier by Support Vector Machines

نویسندگان English

S. Ghazanfari Hashemi1 Ghazanfari Hashemi
A. Etemad-Shahidi
چکیده English

Abstract: Scouring is one of the main causes of failures of bridges and piles in rivers and marine environment. So the estimation of scour depth around bridge piers and piles is of great importance. On the other hand, since the scour depth properties should be considered in designs by the designers, the importance of acceptable accuracy to estimate the scour depth properties will be quite highlighted. Regarding the importance of scouring investigation, there are several empirical formulas that have been presented by researchers but acceptable results have not been provided yet. Considering the fact that the prediction of scour depth around a pile is complicated and is affected by sediment characteristics and sediment transport mechanism, current properties and pile geometries, new approaches other than empirical ones are being sought by researches. Recently alternative methods like data mining approaches have been widely applied to simulate complicated problems. Artificial Neural Networks (ANN) as a famous data mining approach has been successfully used to estimate the scour properties around a pile. However, performances of Support Vector Machines (SVM) as another type of data mining approach are not explored yet. SVM has been recently applied in fields of particle identification, face identification, text categorization and bioinformatics. In this study SVM is applied to estimate the scour depth around a pile and the results are compared with those of the ANN by MLP network with one hidden layer and back propagation training algorithm. Performances of all methods are tested by experimental data sets and the results are compared using statistical measures. Results of statistical measures of verification stage indicate that SVM provides a better estimation of scour depth than ANN and empirical formulae. They also indicate that data mining approaches provide better prediction than empirical approaches.

کلیدواژه‌ها English

ANN
Scour depth
Bridge pier
Pile
data mining
[1]    Briaud, J.-L., Ting, F. C. K., Chen, H. C., Gudavalli, R., Perugu, S. and G., W., "Prediction of scour rates in cohesive soils and bridge piers", J. Geotechnical and Geovernomental Engineering, Vol. 125, 1999, 237-246.
[2]    Anderson, A. G., Scour at bridge water ways- A review, U.S. Dept. of Transportation, Office of research and Development, Environmental Design and Control Division, 1974.
[3]    Breusers, H. N. C., Nicollet, G. and Shen, H. W., "Local scour around cylindrical piers", Journal of Hydraulic Research, Vol. 15, 1977; 211–252.
Breusers, H. N. C. and Raudkivi, A. J., Scouring,
[1]    A. A. Balakema, Rotterdom, Brookfield, 1991.
[2]    US-DOT, Evaluating scour at bridges, Hydraulic Engineering Circular, Federation of Hwy, Administration, US Department of Transportation, McLean, VA, 1993.
[3]    Hancu, S., "Sur le calcul des affouillements locaux dams la zone des piles des ponts", Proceedings of the 14th IAHR Congress, Paris, France, 1971, 299–313.
[4]    Hopkins, G. R., Vance, R. W. and Kasraie, B., Scour around bridge piers, Federal Highway Administration, Washington D.C., 1975.
[5]    Laursen, E. M., and Toch, A., "Scour around bridge piers and abutments", Bulletin Iowa Road Research Board, No. 4, 1956.
[6]    Melville, B. W. and Chiew, Y. M., "Time scale for local scour depth at bridge piers", Journal of Hydraulic Engineering, Vol. 125, 1999, 59–65.
[7]    Melville, B. W. and Sutherland, A. J., "Design method for local scour at bridge piers", Journal of Hydraulic Engineering, Vol. 114, 1988, 1210–1226.
[8]    Shen, H. W., "Scour near piers", River Mechanics, Ft. Collins, Colorado, 1971.
[9]    Ettema, R., Melville, B. W. and Barkdoll, B., "Scale effect of pier-scour experiments", Journal of Hydraulic Engineering, Vol. 124, 1998; 639–642.
[10] Bateni, S. M., Borghei, S. M. and S., J. D., "Neural Network and neuro-fuzzy assessments for scour depth around bridge piers", Engineering Application of Artificial Intelligence , Vol. 20, 2007, 401-414.
[11] Kambekar, A. R. and Deo, M. C., "Estimation of pile group using neural networks", Applied Ocean Research, Vol. 25, 2003, 225-234.
   Ettema, R., Melville, B. W. and Barkdoll, B., "Scale effect of pier-scour experiments", Journal of Hydraulic Engineering, Vol. 124, 1998; 639–642.
Bateni, S. M., Borghei, S. M. and S., J. D., "Neural Network and neuro-fuzzy assessments for scour depth around bridge piers", Engineering Application of Artificial