شماره ركورد
24756
شماره راهنما
PHY2 807
عنوان
بررسي امكان استفاده از روش يادگيري ماشين در استخراج فشار گاز مونواكسيد كربن از داده¬هاي تجربي بيناب¬نمايي در فروسرخ ميانه
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
فوتونيك
دانشكده
فيزيك
تاريخ دفاع
1404/03/31
صفحه شمار
78 ص.
استاد راهنما
عليرضا خورسندي
استاد مشاور
ايرج جباري
كليدواژه فارسي
يادگيري ماشين , هوش مصنوعي , بيناب نمايي
چكيده فارسي
اين پژوهش با هدف توسعهي چارچوبي نوين براي پيشبيني فشار خط جذبي بيناب (21)P گاز CO با بهرهگيري از تحليل دقيق نمايه ويت و الگوريتمهاي يادگيري ماشيني انجام شده است. نمايه ويت، تركيبي از پهنشدگي گاوسي (ناشي از اثر دوپلر) و پهنشدگي لورنتزي (ناشي از برخوردهاي مولكولي)، از ديرباز با چالشهاي محاسباتي در مدلسازي دقيق همراه بوده است. در اين مطالعه، با استفاده از معماري پيشرفته شبكه عصبي عميق ResNet50، سيستمي هوشمند براي پيشبيني پارامترهاي كليدي بينابي شامل فشار گاز، نوع نوفه و نسبت سيگنال به نوفه با تمركز بر استفاده از تصوير بيناب گاز CO در فشار-هاي مختلف طراحي و پيادهسازي شده است.
دادههاي مورد استفاده جهت تمرين مدل از نمايههاي شبيهسازيشدهي ويت توليد شدهاند. اطلاعات اوليه اين دادهها با تمركز بر خطوط جذبي مونوكسيد كربن (CO P21) در اطراف عددموج cm⁻¹ 4/2055، از پايگاه معتبر HITRAN ]1[ استخراج شدهاند. مدل پيشنهادي با دستيابي به ميانگين خطاي مطلق (MAE) برابر با 095/0 و ميانگين مربعات خطا MSE برابر با 009/0، عملكردي دقيقتر نسبت به روشهاي مرسوم مبتني بر برازش منحني از خود نشان داده است، از مهمترين ترين دستاورد¬هاي اين پروژه كاهش محسوس زمان پردازش و اعلام نتيجه در مقايسه با الگوريتمهاي عددي متداول بود و از بين بردن خطاي انساني در اين نوع محاسبات وابسته به برازش مي¬باشد. همچنين، نتايج به دست آمده، پايداري قابل توجه مدل در برابر نوفههاي مختلف اعمال شده به بيناب را نشان مي¬دهد.
نوآوري اصلي اين تحقيق، ارتقاي چشمگير دقت در بينابنمايي كمي و امكان آموزش همزمان پارامترهاي فيزيكي پنهان از دادههاي خام بينابي با بهرهگيري از يادگيري عميق است. اين دستاورد زمينهساز توسعهي سامانههاي نوين در پايش آلايندههاي جوي، تحليل تركيبات دارويي و سامانههاي تشخيص پزشكي مبتني بر بينابنمايي ليزري خواهد بود. يافتههاي پژوهش، ظرفيت بالاي چارچوب ارائهشده در خودكارسازي فرآيند تحليل بينابي و كاهش وابستگي به تنظيمات دستي را نشان ميدهند كه گامي مهم در مسير طراحي نسل آيندهي سامانههاي بينابنمايي هوشمند به شمار ميرود.
كليدواژهها : يادگيري¬عميق، يادگيري ماشيني، شبكه ResNet، بيناب¬نمايي جذب، نمايه Voigt، پيشبيني فشار، مدلسازي خطوط بيناب
كليدواژه لاتين
machine learning , artificial inteligence , spectroscopy
عنوان لاتين
Investigating the possibility of using machine learning method in extracting the pressure of carbon monoxide gas (CO) from the experimental mid-infrared spectroscopy data
گروه آموزشي
فيزيك
چكيده لاتين
This study aims to develop a novel framework for predicting the pressure of the P(21) spectral line of CO gas by leveraging precise analysis of the Voigt profile and machine learning algorithms. The Voigt profile, which combines Gaussian broadening (due to the Doppler effect) and Lorentzian broadening (resulting from molecular collisions), has long posed computational challenges in accurate modeling. In this work, an intelligent system was designed and implemented using the advanced deep neural network architecture ResNet50 to predict key spectroscopic parameters—including gas pressure, noise type, and signal-to-noise ratio—by focusing on the spectral images of CO gas at various pressures.
The training data for the model was generated from simulated Voigt profiles. The initial data were extracted from the well-known HITRAN database [1], focusing on the CO P(21) absorption lines near the wavenumber 2055.4 cm⁻¹. The proposed model achieved a mean absolute error (MAE) of 0.095 and a mean squared error (MSE) of 0.009, demonstrating higher accuracy compared to conventional curve-fitting methods. One of the key achievements of this project was the significant reduction in processing time and result generation compared to traditional numerical algorithms, as well as the elimination of human error in such fitting-based computations. Additionally, the results reveal the model’s notable robustness against various noise types applied to the spectrum.
The main innovation of this research lies in the substantial improvement in quantitative spectroscopy accuracy and the ability to simultaneously learn hidden physical parameters from raw spectroscopic data using deep learning. This advancement paves the way for the development of next-generation systems in atmospheric pollutant monitoring, pharmaceutical compound analysis, and laser-based medical diagnostics. The findings demonstrate the proposed framework’s high potential in automating spectroscopic analysis and reducing reliance on manual parameter tuning, marking a significant step toward the design of intelligent spectroscopic systems of the future.
Keywords: Deep learning, machine learning, ResNet network, absorption spectroscopy, Voigt profile, pressure prediction, spectral line modeling.
تعداد فصل ها
4
فهرست مطالب pdf
135444
نويسنده