کتاب دکتر محمد نجف زاده عضو هیات علمی گروه آموزشی مهندسی آب دانشکده مهندسی عمران و نقشه برداری دانشگاه تحصیلات تکمیلی صنعتی و فناوری پیشرفته کرمان با عنوان انگلیسی " Scouring at Bridge Piers Using Artificial Intelligence Models: Implementation and Prediction" (به فارسی آبشستگی موضعی پایه پل با استفاده از مدلهای هوش مصنوعی: پیاده سازی و پیش بینی) توسط انتشارات " American Society of Civil Engineers (ASCE)"  منتشر شد.

به گفته وی مدل‌های هوش مصنوعی مورد استفاده در این کتاب شامل برنامه‌نویسی ژن‌بیان (GEP)، رگرسیون چندجمله‌ای تکاملی (EPR)، درخت مدل (MT)، اسپلاین رگرسیون تطبیقی چندمتغیره (MARS)، ماشین بردار پشتیبان (SVM)، نزدیک‌ترین همسایگان (KNN)، و مدل‌های یادگیری تجمیعی (Ensemble Learning) هستند.

دکتر نجف زاده با بیان اینکه انواع مختلفی از مدل‌های جعبه‌سیاه هوش مصنوعی (مانند شبکه‌های عصبی مصنوعی[ANNs]   ) به طور گسترده برای پیش‌بینی دقیق عمق آبشستگی موضعی در اطراف پایه‌های پل در شرایط مختلف (یعنی جریان بالادست، وضعیت حرکت رسوبات بستر، و هندسه پایه‌ها) مورد استفاده قرار گرفته‌اند یادآور شد: این مدل‌های جعبه‌سیاه از ضعف در تفسیرپذیری در کاربردهای عملی رنج می‌برند.

 وی افزود: تفسیر فیزیکی داده‌های آبشستگی موضعی می‌تواند به کارشناسان کمک کند تا معادلات تجربی به دست‌آمده از مدل‌های AI را با در نظر گرفتن مفاهیم مرتبط با داده‌های آزمایشگاهی و میدانی ارائه دهند. البته، گرچه فرمول‌های تجربی مبتنی بر AI ممکن است بیان پیچیده‌تری داشته باشند، اما نسبت به معادلات سنتی، می‌توانند تفسیرپذیری بهتری از داده‌های آبشستگی ارائه دهند.

عضو هیات علمی دانشگاه تحصیلات تکمیلی صنعتی و فناروی پیشرفته اظهار داشت: این کتاب از مناسب‌ترین معیارهای آماری برای تحلیل داده‌های آبشستگی و نتایج مدل‌های AI استفاده می‌کند و سپس مقایسه‌های کیفی و کمی مؤثری با روابط سنتی انجام می‌دهد. به‌طور کلی، قابلیت تفسیر نتایج مدل‌های هوش مصنوعی یکی از جنبه‌های مهم پژوهشی در نظر گرفته می‌شود که طی دهه‌های گذشته به‌طور کامل در مقالات علمی مورد توجه قرار نگرفته است.

بر پایه این گزارش، کتاب شامل پنج فصل است. فصل اول به بررسی دقیق مکانیزم فرسایش در اطراف سازه‌ها در محیط‌های رودخانه‌ای یا دریایی می‌پردازد که نیازمند بررسی کامل نیروهای هیدرودینامیکی، ویژگی‌های رسوب، طراحی سازه و شرایط محیطی است. در فصل دوم، ابتدا معادلات سنتی برای محاسبه عمق آبشستگی موضعی در پایه‌های پل تحت شرایط مختلف مربوط به رسوبات بستر، شکل پایه و جریان بالادست بررسی می‌شود. سپس مدل‌های AI شامل مدل‌های جعبه‌سفید، جعبه‌خاکستری و جعبه‌سیاه که حاصل دو دهه تحقیق هستند، مورد بحث قرار می‌گیرند.

فصل سوم بر اهمیت تحلیل بُعدی در مطالعات هیدرولیکی و کاهش پارامترهای کلیدی تأکید دارد. همچنین متغیرهای اولیه مؤثر بر پیش‌بینی عمق فرسایش موضعی در شرایط مختلف جریان، رسوبات بستر و پیکربندی شمع‌ها شناسایی می‌شود. در فصل چهارم، طیف گسترده‌ای از مدل‌های AI مبتنی بر مدل‌های جعبه‌خاکستری برای پیش‌بینی عمق آبشستگی موضعی معرفی می‌شود. این فصل از ابزارهایی چون درخت تصمیم، رگرسیون اسپلاین، الگوریتم ژنتیک چندهدفه، اعتبارسنجی متقابل، یادگیرنده ضعیف، پردازش داده‌های چندویژگی، شاخص جینی، و معیار کسب اطلاعات بهره می‌برد. همچنین اهمیت تنظیم پارامترها در پیاده‌سازی مدل‌های AI بررسی می‌شود.

در فصل پنجم، مؤثرترین تنظیمات پارامتر برای توسعه مدل‌های هوش مصنوعی در زمینه فرسایش پایه‌های پل به‌طور کامل بحث می‌شود. افزون بر این، معیارهای آماری برای ارزیابی عملکرد مدل‌های AI به طور گسترده توضیح داده می‌شوند. مقایسه‌های کیفی نظیر نمودار پراکندگی، نمودار جعبه‌ای، نمودار ویولن، نمودار تیلور و نقشه‌های حرارتی برای فازهای آموزش و آزمون مدل‌ها شرح داده شده‌اند. همچنین از تکنیک‌های تحلیل حساسیت برای شناسایی مؤثرترین و کم‌تأثیرترین پارامترها بر عمق آبشستگی موضعی استفاده شده است.

این کتاب دیدگاه‌های نوینی در مورد کاربرد معادلات تجربی و مدل‌های هوش مصنوعی برای دستیابی به برآوردهای دقیق از عمق آبشستگی موضعی پایه‌های پل با کارایی عملی ارائه می‌دهد. از این رو، کتاب می‌تواند مخاطبان گسترده‌ای، به‌ویژه فعالان در حوزه تحقیقات میدانی و مهندسی مشاور (مانند مهندسی هیدرولیک، حمل‌ونقل و طراحی پل) را جذب کند. همچنین، اساتید دانشگاه و دانشجویان تحصیلات تکمیلی نیز می‌توانند از محتوای علمی کتاب برای تدریس، ارائه سخنرانی، نگارش گزارش‌های فنی و مقالات پژوهشی استفاده نمایند.

دکتر محمد نجف‌زاده این کتاب را به عنوان منبعی نوآورانه برای طراحان پل و متخصصان فعال در تحقیقات میدانی و مهندسی مشاور، از جمله مهندسان هیدرولیک و حمل‌ونقل، همچنین اساتید دانشگاه و دانشجویان تحصیلات تکمیلی که به دنبال کشف ظرفیت‌های جدید در زمینه فرسایش پایه‌های پل با بهره‌گیری از معادلات تجربی و مدل‌های هوش مصنوعی برای دستیابی به برآوردهای دقیق از عمق آبشستگی هستند، گردآوری کرده است.

دکتر محمد نجف زاده عضو هیات علمی با مرتبه دانشیار در گروه آموزشی مهندسی آب دانشکده مهندسی عمران و نقشه برداری دانشگاه تحصیلات تکمیلی صنعتی و فناوری پیشرفته فعالیت می نماید.

هیات رئیسه دانشگاه از زحمات آقای دکتر نجف زاده که در راستای تعالی علم و دانش این مرز و بوم تلاش نموده اند، تشکر نموده و سلامتی و سعادت از درگاه باری تعالی برای ایشان آرزومند است.

اطلاعات انتشارات:

انتشارات :انجمن مهندسین عمران آمریکا

Title: Scouring at Bridge Piers Using Artificial Intelligence Models: Implementation and Prediction

Author: Mohammad Najafzadeh

Publisher: American Society of Civil Engineers (ASCE)

ISBN (print):9780784416334

ISBN (PDF):9780784486061

Link: https://ascelibrary.org/doi/book/10.1061/9780784486061