K-Means Kümeleme Algoritması Kullanılarak Oluşturulan Yapay Zekâ Modelleri ile Sediment Taşınımının Tespiti

Kemal Saplıoğlu; Ramazan Acar

doi:10.17798/bitlisfen.558113

K-Means Kümeleme Algoritması Kullanılarak Oluşturulan Yapay Zekâ Modelleri ile Sediment Taşınımının Tespiti

Abstract

Akarsulardaki kirlilik seviyelerinin tespiti, kullanma ve içme sularının tedarik edilmesinde, hem baraj hem de bağlama gibi su yapılarının proje aşamasında sediment yükünün doğru bir şekilde tespit edilmesi çok önemlidir. Bu çalışmada, Fırat Havzası üzerinde bulunan üç akım gözlem istasyonu (AGİ) için yapay zekâ yöntemlerinden uyarlamalı ağ tabanlı bulanık çıkarım sistemi (ANFIS), yapay sinir ağları (YSA) ve çoklu doğrusal regresyon (MLR) gibi yöntemler denenmiştir. Oluşturulan ANFİS modellerinin küme sayılarının seçiminde ise K-means kümeleme algoritmasından yararlanılmıştır. Yapılan çalışmalarda her bir istasyona ait sediment (Q_s), yağış (P), debi(Q) ve sıcaklık (P) verileri kullanılmıştır. Bu veriler kullanılarak her bir istasyon için sediment tahmin modeli geliştirilmiştir. Oluşturulan modelde girdi değişkeni olarak yağışın gerçekleştiği günkü değeri (P), yağışın gerçekleştiği günün bir gün öncesindeki değeri (P_-1), debi ve sıcaklık değerleri, çıktı değişkeni olarak ise sediment konsantrasyonu kullanılmıştır. Oluşturulan bu model tüm istasyonlar için hem eğitim hem de test aşamalarında sırasıyla regresyon katsayısı (R²) ve ortalama yüzde hatası (OYH) bakımından karşılaştırılmıştır. Yapılan analizler sonucunda, K-means kümeleme algoritması ile alt küme sayısı belirlenerek oluşturulan ANFIS modelinin hem alt küme sayısı rastgele oluşturulan ANFIS modellerine göre hem de YSA ve MLR modellerine göre daha başarılı sonuçlar elde ettiği görülmüştür. Ayrıca, YSA ve ANFIS yöntemleri modellerinin MLR yöntemi modeline göre gözlenen değerlere daha yakın sonuçlar elde ettiği görülmüştür.

Keywords

Sediment,K-means,ANFIS,Yapay Sinir Ağları,Regresyon

References

[1] Buyukyildiz, M., & Kumcu, S. 2017. An estimation of the suspended sediment load using adaptive network based fuzzy inference system, support vector machine and artificial neural network models. Water resources management,, 31(4), 1343-1359.
[2] Khan, M., Tian, F., Hasan, F., & Chakrapani, G. 2019. Artificial neural network simulation for prediction of suspended sediment concentration in the River Ramganga, Ganges Basin, India. International journal of sediment research,, 34(2), 95-107.
[3] Qasem, S., Ebtehaj, I., & Riahi Madavar, H. 2017. Optimizing ANFIS for sediment transport in open channels using different evolutionary algorithms. Journal of Applied Research in Water and Wastewater,, 4(1), 290-298.
[4] Riahi-Madvar, H., & Seifi, A. 2018. Uncertainty analysis in bed load transport prediction of gravel bed rivers by ANN and ANFIS. Arabian Journal of Geosciences,, 11(21), 688.
[5] Malik , A., & Kumar, A. 2015. Co-Actıve Neuro-Fuzzy Inference System (Canfıs) And Multıple Lınear Regressıon (Mlr) Based Suspended Sedıment Modellıng. Journal Of Indian Water Resources Society,, 35(2), 43-48.
[6] Nivesh, S., & Kumar, P. 2017. Modelling river suspended sediment load using artificial neural network and multiple linear regression:. Vamsadhara River Basin, India. IJCS,, 5(5), 337-344.
[7] Çeribaşı, G., & Doğan, E. 2016. Aşağı Sakarya Nehrindeki Askı Maddesi Miktarının Esnek Yöntemler ile Tahmini. Karaelmas Fen ve Mühendislik Dergisi,, 6(2), 351-358.
[8] Kitsikoudis, V., Sidiropoulos, E., & Hrissanthou, V. 2015. Assessment of sediment transport approaches for sand-bed rivers by means of machine learning. Hydrological sciences journal, 60(9), 1566-1586.

[9] Partovian, A., Nourani, V., & Alami, M. 2016. Hybrid denoising-jittering data processing approach to enhance sediment load prediction of muddy rivers. Journal of Mountain Science, 13(12), 2135-2146.
[10] Firat, M., Dikbaş, F., Koc, A., & Güngör, M. 2012. Classification of Annual Precipitations and Identification of Homogeneous Regions using K-Means Method. Teknik Dergi,, 23(115), 1609-1622.
[11] Kisi, O., & Zounemat-Kermani, M. 2016. Suspended sediment modeling using neuro-fuzzy embedded fuzzy c-means clustering technique. Water resources management,, 30(11), 3979-3994.
[12] Şen, Z. 2004. Principles of Artificial Neural Networks. Turkish Water Foundation Publication, in Turkish.
[13] Avcar, M., & Saplioglu, K. 2015. An artificial neural network application for estimation of natural frequencies of beams. International Journal of Advanced Computer Sciences and Applications, 6, 94-102.
[14] Başkan, Ö. 2004. İzole Sinyalize Kavşaklardaki Ortalama Taşıt Gecikmelerinin Yapay Sinir Ağları İle Modellenmesi, Yüksek Lisans Tezi,. Pamukkale Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Denizli, 120.
[15] Jang, J. 1993. ANFIS: Adaptive-Network-Based Fuzzy Inference System. IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics.
[16] Seyedian, S., & Rouhani, H. 2016. Assessing ANFIS accuracy in estimation of suspended sediments. Građevinar, 67(12), 1165-1176.
[17] Mamdani, E., & Assilian, S. 1975. An experiment in linguistic synthesis with a fuzzy logic controller. International Journal of Man-Machine Studies, 7(1), 1-13.
[18] Tsukamoto, Y. 1979. An approach to fuzzy reasoning method. In:M.M. Gupta, R.K. Ragade, and R. Yager, eds. Advances in fuzzy set theory and applications. Amsterdam: Elsevier Science Ltd.,137-149.
[19] Jang, J.-S., & Sun, C.-T. 1993. Functional equivalence between radial basis function networks and fuzzy inference systems. IEEE Transactions on Neural Networks, 4(1), 156-159.
[20] MacQueen, J. (1967). Some methods for classification and analysis of multivariate observations. In Proceedings of the fifth Berkeley symposium on mathematical statistics and probability, 1(14), 281-297.
[21] Al Kindhi, B., Sardjono, T., Purnomo, M., & Verkerke, G. 2019. Hybrid K-means, fuzzy C-means, and hierarchical clustering for DNA hepatitis C virus trend mutation analysis. Expert Systems with Applications,, 121, 373-381.
[22] Vriend, S., van Gaans, P., Middelburg, J., & De Nijs, A. 1988. The application of fuzzy c-means cluster analysis and non-linear mapping to geochemical datasets: examples from Portugal. Applied Geochemistry,, 3(2), 213-224.
[23] Burrough, P., van Gaans, P., & MacMillan, R. 2000. High-resolution landform classification using fuzzy k-means. Fuzzy sets and systems,, 113(1), 37-52.
[24] Lucieer, V., & Lucieer, A. 2009. Fuzzy clustering for seafloor classification. Marine Geology, 264(3-4), 230-241.
[25] Hartigan, J., & Wong, M. 1979. Algorithm AS 136: A k-means clustering algorithm. Journal of the Royal Statistical Society. Series C (Applied Statistics),, 28(1), 100-108.
[26] Zeraatpisheh, M., Ayoubi, S., Brungard, C., & Finke, P. 2019. Disaggregating and updating a legacy soil map using DSMART, fuzzy c-means and k-means clustering algorithms in Central Iran. Geoderma,, 340, 249-258.
[27] Saplioglu, K., & Kucukerdem, T. 2018. Estımatıon Of Mıssıng Streamflow Data Usıng Anfıs Models And Determınatıon Of The Number Of Datasets For Anfıs: The Case Of Yeşilırmak Rıver. Applıed Ecology And Envıronmental Research, 16(3), 3583-3594.
[28] Sun, W., & Trover, B. 2018. Multiple model combination methods for annual maximum water level prediction during river ice breakup. Hydrological Processes, 32(3), 421-435.
[29] Hair, J., Black, W., Babin, B., & Anderson, R. 2009. Multivariate Data Analysis. – Pearson.

Details

Primary Language

Turkish

Subjects

-

Journal Section

Research Article

Authors

Kemal Saplıoğlu
0000-0003-0016-8690
Türkiye

Ramazan Acar ^*
0000-0001-5864-0076
Türkiye

Publication Date

March 13, 2020

Submission Date

April 26, 2019

Acceptance Date

August 2, 2019

Published in Issue

Year 2020 Volume: 9 Number: 1

DOI

https://doi.org/10.17798/bitlisfen.558113

IZ

https://izlik.org/JA68LZ88KP

Cite

RIS / Bibtex

APA

Saplıoğlu, K., & Acar, R. (2020). K-Means Kümeleme Algoritması Kullanılarak Oluşturulan Yapay Zekâ Modelleri ile Sediment Taşınımının Tespiti. Bitlis Eren Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 9(1), 306-322. https://doi.org/10.17798/bitlisfen.558113

AMA

1.Saplıoğlu K, Acar R. K-Means Kümeleme Algoritması Kullanılarak Oluşturulan Yapay Zekâ Modelleri ile Sediment Taşınımının Tespiti. Bitlis Eren Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi. 2020;9(1):306-322. doi:10.17798/bitlisfen.558113

Chicago

Saplıoğlu, Kemal, and Ramazan Acar. 2020. “K-Means Kümeleme Algoritması Kullanılarak Oluşturulan Yapay Zekâ Modelleri Ile Sediment Taşınımının Tespiti”. Bitlis Eren Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi 9 (1): 306-22. https://doi.org/10.17798/bitlisfen.558113.

EndNote

Saplıoğlu K, Acar R (March 1, 2020) K-Means Kümeleme Algoritması Kullanılarak Oluşturulan Yapay Zekâ Modelleri ile Sediment Taşınımının Tespiti. Bitlis Eren Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi 9 1 306–322.

IEEE

[1]K. Saplıoğlu and R. Acar, “K-Means Kümeleme Algoritması Kullanılarak Oluşturulan Yapay Zekâ Modelleri ile Sediment Taşınımının Tespiti”, Bitlis Eren Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, vol. 9, no. 1, pp. 306–322, Mar. 2020, doi: 10.17798/bitlisfen.558113.

ISNAD

Saplıoğlu, Kemal - Acar, Ramazan. “K-Means Kümeleme Algoritması Kullanılarak Oluşturulan Yapay Zekâ Modelleri Ile Sediment Taşınımının Tespiti”. Bitlis Eren Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi 9/1 (March 1, 2020): 306-322. https://doi.org/10.17798/bitlisfen.558113.

JAMA

1.Saplıoğlu K, Acar R. K-Means Kümeleme Algoritması Kullanılarak Oluşturulan Yapay Zekâ Modelleri ile Sediment Taşınımının Tespiti. Bitlis Eren Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi. 2020;9:306–322.

MLA

Saplıoğlu, Kemal, and Ramazan Acar. “K-Means Kümeleme Algoritması Kullanılarak Oluşturulan Yapay Zekâ Modelleri Ile Sediment Taşınımının Tespiti”. Bitlis Eren Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, vol. 9, no. 1, Mar. 2020, pp. 306-22, doi:10.17798/bitlisfen.558113.

Vancouver

1.Kemal Saplıoğlu, Ramazan Acar. K-Means Kümeleme Algoritması Kullanılarak Oluşturulan Yapay Zekâ Modelleri ile Sediment Taşınımının Tespiti. Bitlis Eren Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi. 2020 Mar. 1;9(1):306-22. doi:10.17798/bitlisfen.558113

Cited By

Anfis İle İlgili Yapılmış Çalışmaların İçerik Analizi İle Değerlendirilmesi: Tr Dizin

European Journal of Science and Technology

https://doi.org/10.31590/ejosat.1039699

Using Anova and Anfis Approaches in Statistical Modeling of Agricultural Experiments

Türk Tarım ve Doğa Bilimleri Dergisi

https://doi.org/10.30910/turkjans.1101600

Cam Fiberle Güçlendirilmiş Killi Zeminin Kayma Mukavemetinin Uyarlamalı Ağ Tabanlı Bulanık Çıkarım Sistemi (ANFIS) ile Tahmini

El-Cezeri Fen ve Mühendislik Dergisi

https://doi.org/10.31202/ecjse.1133184

Etkili Girdi Parametrelerinin Çoklu Regresyon ile Belirlendiği Su Sertliğinin ANFIS Yöntemi ile Tahmin Edilmesi

Afyon Kocatepe University Journal of Sciences and Engineering

https://doi.org/10.35414/akufemubid.1147492

Kıyıya Dik Kum Barlarının Bitiş Noktasının Yapay Zeka Yöntemleriyle Tahmini

Fırat Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi

https://doi.org/10.35234/fumbd.1410671

DEVELOPMENT OF PREDICTION MODELS FOR COMPRESSIVE STRENGTH IN CEMENT MORTAR WITH BENTONITE USING MACHINE LEARNING TECHNIQUES

International Journal of 3D Printing Technologies and Digital Industry

https://doi.org/10.46519/ij3dptdi.1469238

EFFECT OF SEASONAL-TREND DECOMPOSITION ON MACHINE LEARNING-BASED SUSPENDED SEDIMENT LOAD PREDICTION PERFORMANCE

Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi

https://doi.org/10.17780/ksujes.1502136

Predicting the Compressive Strength of Concrete Incorporating Olivine Aggregate at Varied Cement Dosages Using Artificial Intelligence

Processes

https://doi.org/10.3390/pr13072130

K-Means Kümeleme Algoritması Kullanılarak Oluşturulan Yapay Zekâ Modelleri ile Sediment Taşınımının Tespiti

K-Means Kümeleme Algoritması Kullanılarak Oluşturulan Yapay Zekâ Modelleri ile Sediment Taşınımının Tespiti

Abstract

Keywords

References

Details

Primary Language

Subjects

Journal Section

Authors

Publication Date

Submission Date

Acceptance Date

Published in Issue

DOI

IZ

Cite

Cited By

Anfis İle İlgili Yapılmış Çalışmaların İçerik Analizi İle Değerlendirilmesi: Tr Dizin

Using Anova and Anfis Approaches in Statistical Modeling of Agricultural Experiments

Cam Fiberle Güçlendirilmiş Killi Zeminin Kayma Mukavemetinin Uyarlamalı Ağ Tabanlı Bulanık Çıkarım Sistemi (ANFIS) ile Tahmini

Etkili Girdi Parametrelerinin Çoklu Regresyon ile Belirlendiği Su Sertliğinin ANFIS Yöntemi ile Tahmin Edilmesi

Kıyıya Dik Kum Barlarının Bitiş Noktasının Yapay Zeka Yöntemleriyle Tahmini

DEVELOPMENT OF PREDICTION MODELS FOR COMPRESSIVE STRENGTH IN CEMENT MORTAR WITH BENTONITE USING MACHINE LEARNING TECHNIQUES

EFFECT OF SEASONAL-TREND DECOMPOSITION ON MACHINE LEARNING-BASED SUSPENDED SEDIMENT LOAD PREDICTION PERFORMANCE

Predicting the Compressive Strength of Concrete Incorporating Olivine Aggregate at Varied Cement Dosages Using Artificial Intelligence

SARGILI BETON BASINÇ DAYANIMININ YAPAY ZEKÂ VE OPTİMİZASYON TABANLI YAKLAŞIMLARLA MODELLENMESİ

DOES USING RENEWABLE ENERGY PREVENT GLOBAL ENERGY PRICES’ EFFECTS ON INFLATION?

PREDICTING WATER HARDNESS THROUGH DATA-DRIVEN INTELLIGENCE: A COMPARATIVE MACHINE LEARNING APPROACH

İnşaat Mühendisliğinde Yapay Zekâ Konusundaki Lisansüstü Tezlerin Bibliyometrik Analizi

Using Decision Tree and K-Means to Improve ANFIS for Predicting Missing Flow Data in Çoruh Basin