شماره ركورد
25835
شماره راهنما
MAP2 137
عنوان
پيشبيني و تحليل فرونشست زمين با استفاده از مدل هيبريدي، رويكرد نظريه بازي و سريهاي زماني تداخل سنجي راداري
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
مهندسي نقشه برداري- سيستم اطلاعات مكاني
دانشكده
مهندسي عمران و حمل و نقل
تاريخ دفاع
1405/02/07
صفحه شمار
110 ص .
استاد راهنما
مريم جوهري , حميد مهرابي
استاد مشاور
مجتبي حيدري
كليدواژه فارسي
فرونشست زمين , سريزمانيInSAR , مدل هيبريدي SCLC , تفسيرپذيريSHAP , نظريه بازي , دره سنواكين
چكيده فارسي
فرونشست زمين از مخاطرات زيستمحيطي با پيامدهاي زيرساختي، اقتصادي و مديريتي است كه در مناطق مستعد، بهويژه در اثر برداشت بيرويه از آبهاي زيرزميني، تشديد ميشود. به دليل ماهيت چندعاملي و پيچيدگيهاي مكاني-زماني اين پديده، وجود چارچوبهايي كه همزمان قابليت پيشبيني و تفسيرپذيري داشته باشند، براي تصميمسازي ضروري است. هدف اين پژوهش، پيشبيني كوتاهمدت تغييرات ماهانه فرونشست، تحليل عوامل موثر بر آن و بررسي تعارض منافع ميان ذينفعان با رويكرد نظريه بازي است.
منطقه مطالعاتي، دره سنواكين در ايالت كاليفرنيا و بازه زماني دادهها از 2019 تا 2024 است. متغير هدف، نرخ ماهانه جابهجايي قائم سطح زمين استخراجشده از سريزماني تداخلسنجي راداري (InSAR)، ميباشد و دادههاي كمكي شامل بارش، شاخص ماهانه سطح آب زيرزميني، مدل رقومي ارتفاع، ضخامت لايه رسي كوركوران و نوع كشت/كاربري اراضي (CDL) بهعنوان ورودي بهكار رفتهاند. مدل هيبريدي يادگيري عميق) SCLC تركيبي از شبكههاي كانولوشني، LSTMو پرسپترون) براي پيشبيني توسعه داده شد و ابرپارامترهاي آن با الگوريتم بهينهسازي SMA تنظيم گرديد. سهم عوامل با روش SHAP تعيين شد و سپس با صورتبندي مسئله در قالب يك بازي دونفره ميان بهرهبردار و نهاد تنظيمگر، سناريوهاي برداشت آب زيرزميني و سياست كنترلي بررسي گرديد.
نتايج نشان داد كه مدل SCLC با RMSE معادل 1.44 ميليمتر بر ماه، MAE معادل 1.06 ميليمتر بر ماه و ضريب تعيين 0.899، عملكرد مطلوبي دارد و در مقايسه با مدلهاي پايه (شامل مدل تداوم، LSTM و XGBoost) بهترتيب با RMSEبرابر 4.31، 3.37 و 2.40 ميليمتر بر ماه، برتري معماري هيبريدي را تاييد ميكند. تحليل SHAP نشان داد كه سطح آب زيرزميني با سهم حدود 70٪ مهمترين محرك فيزيكي است. نوع كشت/كاربري (14٪) و ضخامت لايه رسي (12٪) در رتبههاي بعدي قرار دارند. تحليل نظريه بازي نيز آشكار ساخت كه كمينه فرونشست سالانه در سناريوي كاهش برداشت آب زيرزميني همراه با اعمال سياست رخ ميدهد، اما تعادل نش (وضعيتي كه هيچيك از طرفين انگيزه تغيير يكجانبه راهبرد خود را ندارند) به سناريوي برداشت بالا و عدم اعمال سياست تعلق دارد كه بيشترين فرونشست را به دنبال دارد. اين نتيجه ضرورت طراحي سازوكارهاي كنترلي موثر را براي همسو كردن منافع فردي و جمعي آشكار ميسازد.
تاريخ نمايه سازي
1405/03/03
نام نمايه ساز
همدم نوروزي
كليدواژه لاتين
Land subsidence , InSAR time series , SCLC hybrid model , SHAP interpretability , Game theory , San Joaquin Valley
عنوان لاتين
Prediction and Analysis of Land Subsidence through Hybrid Model, Game Theory Approach and InSAR Time Series
گروه آموزشي
مهندسي نقشه برداري
چكيده لاتين
Land subsidence is an environmental hazard with infrastructural, economic, and management consequences that intensifies in susceptible regions, particularly due to excessive groundwater extraction. Because of its multi factor nature and spatio temporal complexity, frameworks that are simultaneously predictive and interpretable are essential for decision making. This study aims to provide short term forecasts of monthly subsidence variations, identify the key driving factors, and analyze the conflict of interest among stakeholders using a game theoretic approach.
The study area is the San Joaquin Valley, California, and the data cover the period 2019–2024. The target variable is the monthly rate of vertical ground displacement derived from Interferometric Synthetic Aperture Radar (InSAR) time series. Auxiliary inputs include precipitation, a monthly groundwater level index, a digital elevation model, the thickness of the Corcoran clay layer, and the Cropland Data Layer (CDL) for land use/crop type. A hybrid deep learning model, SCLC (combining convolutional neural networks, LSTM, and multilayer perceptron), was developed for prediction, and its hyperparameters were tuned using the Slime Mould Algorithm (SMA). Feature contributions were quantified with SHAP (SHapley Additive exPlanations). Subsequently, the problem was formulated as a two player game between the exploiter and the regulatory body, examining scenarios of high versus low groundwater extraction and the presence or absence of a restrictive policy.
The results show that the SCLC model achieved an RMSE of 1.44 mm/month, an MAE of 1.06 mm/month, and an R² of 0.899, substantially outperforming baseline models—Persistence, LSTM only, and XGBoost—which yielded RMSEs of 4.31, 3.37, and 2.40 mm/month, respectively. SHAP analysis revealed that groundwater level is the dominant physical driver with an approximate share of 70%, followed by crop type/land use (14%) and clay layer thickness (12%). The game theoretic analysis demonstrated that, while the minimum annual subsidence occurs under reduced groundwater extraction combined with policy enforcement, the Nash equilibrium (a state where neither player has an incentive to unilaterally change strategy) settles at high extraction with no policy—the scenario associated with the maximum subsidence. This finding highlights the necessity of designing effective control mechanisms to align individual and collective interests.
تعداد فصل ها
5
فهرست مطالب pdf
158908
نويسنده