Measuring the effect of some parameters on soil compaction under the Tractor's tire and its modeling with fuzzy logic system

Ghafoori Chianeh, Hafez and Shahgoli, Gholamhosein and Mesri Gundoshmian, Tarahhom (2014) Measuring the effect of some parameters on soil compaction under the Tractor's tire and its modeling with fuzzy logic system. Masters thesis, University of Mohaghegh Ardabili.

[img] Text
Hafez Ghafoori Chianeh.pdf

Download (403kB)
Official URL: http://www.uma.ac.ir

Abstract

Abstract: Soil compaction is defined as soil density increase and prosity reduction.The purpose of this study is modeling and predicting soil bulk density changes as soil compaction index caused by tractor traffic that is affected by soil moisture content, depth and the tractor forward velocity based on the ability of fuzzy inference systems. Hence initially, experiments were conducted at the Agricultural Research Field of University of Mohaghegh Ardebili in three moisture levels of 11, 16 and the critical moisture content of 22%, three forward velocities of 1, 3 and 5 km/h and three depth levels of 20, 30 and 40cm as a factorial design with three replications based on randomized complete block design. Mamdani, TSK (Takagi, Sugeno, Kang) and Adaptive Neural Fuzzy (ANFIS) models were developed to investigate compaction with modeling. Experimental results showed a significant effect of moisture content, forward velocity and depth on soil bulk density at the 1% probability level. Mautual binary effect of moisture content and depth at 1% probability level and forward velocity on moisture content, forward speed on depth were significant at 5%. Triplet interaction of moisture content on forward velocity and depth was significant at 5% probability level. At all levels of depth and forward velocity increasing moisture content increased soil bulk density. Forward velocity increment for all levels of depth and moisture and also increasing of depth at all levels of moisture content, and loading speed reduced soil bulk density. Maximum bulk density of 1229.8 was occurred at the moisture content of 22%, depth of 20 cm and at the speed of 1 km/h and the minimum bulk density of 1398/5 took place at moisture content of 11%, depth of 40 cm and a speed of 5 km/h. The results of fuzzy models matched very well with the experimental results with the coefficient of determination between the experimental data and the fuzzy models of Mamdani, TSK and Anfis was 0.9863, 0.9932 and 0.9998, respectively. The prediction ability of developed fuzzy models was determined by percent mean relative error, this value for Mamdani, TSK and the Anfis system was 0.025303%, 0.022814% and 0.0037 respectively which indicates the high potential and ability of these systems in prediction of soil bulk density affected by given factors.

Item Type: Thesis (Masters)
Persian Title: اندازه گیری تاثیر برخی پارامتر ها بر تراکم خاک زیر تایر تراکتور و مدل¬سازی آن با سیستم¬های منطق فازی
Persian Abstract: هدف این تحقیق مدل¬سازی و پیش‌بینی تغییرات جرم مخصوص ظاهری خاک به‌عنوان پارامتری از فشردگی ایجادشده در خاک زیر تایر تراکتور در اثر یک¬بار عبور و تحت اثر پارامترهای محتوای رطوبتی، عمق خاک و سرعت پیش¬روی با تکیه‌بر توانایی¬های سیستم¬های استنتاج فازی می¬باشد. به این منظور ابتدا آزمایشاتی در زمین کشاورزی تحقیقاتی دانشگاه محقق اردبیلی در سه سطح رطوبتی 16،11 و رطوبت بحرانی 22 درصد، سه سطح سرعت پیش¬روی 3،1 و 5 کیلو¬متر بر ساعت و در سه عمق 30،20 و 40 سانتی¬متر با سه تکرار و به‌صورت طرح فاکتوریل در قالب طرح بلوک¬های کامل تصادفی انجام شد. سپس اقدام به طراحی و توسعه¬ی مدل¬های فازی ممدانی، تاکاگی- سوگنو- کانگ و سیستم تطبیقی فازی عصبی (انفیس) به‌منظور مدل¬سازی سیستم مورد بررسی شد. نتایج آزمایشات تجربی نشان‌دهنده‌ی تأثیر معنی‌دار اثر رطوبت، سرعت پیش¬روی و عمق بر میزان جرم مخصوص ظاهری خاک در سطح احتمال 1% است، همچنین اثرات متقابل رطوبت در عمق در سطح احتمال 1% و اثرات متقابل سرعت در رطوبت و سرعت در عمق و رطوبت در سرعت در عمق در سطح احتمال 5% معنی‌دار تشخیص داده شدند. مشاهده شد که در تمام سطوح عمق و سرعت افزایش محتوای رطوبتی موجب افزایش جرم مخصوص ظاهری می¬شود. افزایش در سرعت پیش¬روی به ازای همه¬ی مقادیر عمق و رطوبت و همچنین افزایش عمق در تمام سطوح رطوبت و سرعت پیش¬روی موجب کاهش در میزان جرم مخصوص ظاهری خاک شد، به صورتی که حداکثر مقدار جرم مخصوص ظاهری معادل kg/m3 8/1229 در رطوبت22% ، عمق cm20 و سرعتkm/h 1 اتفاق افتاد، همچنین حداقل میزان جرم مخصوص ظاهری برابر kg/m3 5/1389 در رطوبت11% ، عمق cm40 و سرعتkm/h5 کیلومتر بر ساعت مشاهده شد. نتایج حاصله از مدل¬های فازی تطبیق بسیار خوبی با مقادیر تجربی داشت به صورتی که ضریب تبیین بین داده‌های تجربی و مدل فازی ممدانی، تاکاگی- سوگنو- کانگ و انفیس به ترتیب برابر 9863/0، 9932/0 و 9998/0 به دست آمد. قابلیت پیش‌بینی سیستم¬های فازی توسعه داده‌شده توسط میانگین خطای نسبی سیستم تعیین شد این مقدار برای نتایج سیستم فازی ممدانی،TSK و سیستم انفیس به ترتیب برابر 025303/0%0، 022814/0%0 و 0037/0%0 به دست آمد؛ که نشان‌دهنده‌ی توانایی بالای این سیستم¬ها در پیش¬بینی میزان تراکم ایجادشده در خاک تحت تأثیر عوامل مذکور است.
Supervisor:
SupervisorE-mail
Shahgoli, GholamhoseinUNSPECIFIED
Advisor:
AdvisorE-mail
Mesri Gundoshmian, TarahhomUNSPECIFIED
Subjects: Faculty of Agricultural Sciences & Natural Resources > Department of Biosystem
Divisions > Faculty of Agricultural Sciences & Natural Resources > Department of Biosystem
Divisions: Subjects > Faculty of Agricultural Sciences & Natural Resources > Department of Biosystem
Faculty of Agricultural Sciences & Natural Resources > Department of Biosystem
Date Deposited: 25 Nov 2018 19:57
Last Modified: 25 Nov 2018 19:57
URI: http://repository.uma.ac.ir/id/eprint/2228

Actions (login required)

View Item View Item