مجله آب و فاضلاب

مجله آب و فاضلاب

بهینه‌سازی استقرار اکیپ‌های سیار امداد در بحران‌های آب با بهره‌گیری از شبکه‌ عصبی (مطالعه موردی: شهرستان‌های پاکدشت، ورامین، پیشوا و قرچک)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 کارشناس ارشد بخش انرژی، معاونت توسعه و بهره‌برداری فاضلاب، شرکت آب و فاضلاب جنوب شرقی استان تهران، ورامین، ایران
2 کارشناس ارشد و مسئول سیستم اطلاعات مکانی، شرکت آب و فاضلاب جنوب شرقی استان تهران، ورامین، ایران
10.22093/wwj.2025.544414.3513
چکیده
بحران کم‌آبی در استان تهران و دشت ورامین، همراه با قطعی‌های مکرر آب و برق، موجب هواگیری شبکه، افزایش فشار و شکستگی خطوط شده که ضرورت مدیریت هوشمند آب در استقرار اکیپ‌های امدادی را پررنگ می‌کند. نوآوری در این پژوهش، استفاده از روش‌های مبتنی بر هوش مصنوعی برای تحلیل مکانی حوادث و شناسایی موقعیت بهینه استقرار اکیپ‌های امداد بود. تمرکز اصلی بر کاهش زمان واکنش و بهبود پوشش امدادی از طریق تعیین نقاط بهینه با بهره‌گیری از الگوریتم SOM  بود. این رویکرد نوآورانه می‌تواند به توسعه نرم‌افزارهای جامع مدیریت حوادث و تصمیم‌گیری سریع‌تر در شرایط اضطراری کمک کند. محدوده مطالعاتی این طرح در چهار شهرستان ورامین، پیشوا، قرچک و پاکدشت بود. در این پژوهش، با بهره‌گیری از الگوریتم شبکه عصبی نگاشت خودسازمانده کوهونن، 16 نقطه بهینه برای استقرار اکیپ‌های سیار شناسایی شد تا با بهبود پوشش و کاهش زمان پاسخ‌گویی، سرعت رسیدگی به حوادث بحرانی افزایش یابد و خسارات ناشی از قطع آب و برق به حداقل برسد. داده‌های 3603 نقطه حادثه ثبت ‌شده در سیستم GIS با مختصات UTM زون 39 شمالی برای تحلیل و خوشه‌بندی در محیط MATLAB استفاده شد. فرایند پژوهش شامل جمع‌آوری و تصفیه داده‌های مکانی، اجرای الگوریتم SOM و تهیه نقشه خروجی در محیط GIS بود. از میان 16 نقطه بهینه، ۹ نقطه در محدوده‌های با تراکم بالای حوادث (بیش از ۸ حادثه در هر کیلومترمربع) و ۶ نقطه در نواحی با تراکم بالای مشترکین (بیش از ۱۶۶۶ مشترک در هر کیلومترمربع) قرار دارند. توزیع سایر نقاط در بازه‌های تراکم کمتر، پوشش مناطق روستایی و کم‌جمعیت را تضمین می‌کند. نتایج نشان داد الگوریتم SOM توانسته با شناسایی الگوهای مکانی حوادث و تراکم جمعیتی، مکان‌یابی اکیپ‌های امداد سیار را به‌صورت بهینه و متوازن انجام دهد. مزیت اصلی الگوریتم SOM در تحلیل دقیق داده‌های دوبعدی مکانی به همراه وزن‌دهی بهتر، حفظ ساختار توپولوژیکی و توانایی انطباق با تغییرات داده‌ها است که آن را نسبت به سایر روش‌های خوشه‌بندی و فرا ابتکاری متمایز میکند. یافته‌های این پژوهش نشان‌دهنده آن بود که الگوریتم SOM، راهکاری کارآمد برای مدیریت بحران‌های شهری و استقرار بهینه‌ تجهیزات امدادی است که ظرفیت توسعه با داده‌های پیچیده‌تر را به‌منظور ارتقای سامانه‌های پاسخ فوری دارد.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Optimization of Mobile Emergency Team Deployment in Water Crises Using Neural Networks (Case Study: Pakdasht, Varamin, Pishva and Qarchak Counties)

نویسندگان English

Malihe Moazezifarhadifar 1
Iman Tavakoli 2
1 Master Graduated Expert of Energy, Wastewater Development and Operation Part, Southeastern Tehran Province Water and Wastewater Company, Varamin, Iran
2 Master Graduated Expert of Geographic Information System, Water Development and Operation Part, Southeastern Tehran Province Water and Wastewater Company, Varamin, Iran
چکیده English

The water scarcity crisis in Tehran Province and the Varamin Plain, coupled with frequent water and power outages, has led to air entrainment in pipelines, increased pressure, and pipe bursts, highlighting the need for intelligent water management in the deployment of emergency response teams. The innovation of this study lies in applying artificial intelligence–based methods for spatial analysis of incidents and identifying optimal locations for the deployment of mobile emergency teams. The main focus is on reducing response time and improving service coverage through the determination of optimal points using the Self-Organizing Map algorithm. This innovative approach can contribute to the development of integrated software for incident management and faster decision-making under emergency conditions. The study area covers four counties: Varamin, Pishva, Qarchak, and Pakdasht. Using the Self-Organizing Feature Mapneural network algorithm, 16 optimal points for the deployment of mobile emergency teams were identified to enhance coverage and reduce response time, thereby minimizing losses caused by water and power disruptions. A total of 3,603 incident points recorded in the GIS system with UTM coordinates (Zone 39N) were used for spatial analysis and clustering in MATLAB. The research process included spatial data collection and preprocessing, SOM execution, and output map generation in the GIS environment. Among the 16 optimal locations, 9 are situated in high-incident-density areas (more than 8 incidents per square kilometer), and 6 are located in zones with high customer density (over 1,666 customers per square kilometer). The distribution of other points across lower-density zones ensures adequate coverage of rural and sparsely populated areas. The results indicate that the SOM algorithm successfully identified spatial patterns of incidents and population density, achieving balanced and efficient site selection for mobile emergency teams. The main advantage of SOM lies in its ability to analyze two-dimensional spatial data precisely, preserve topological structure, and adapt to data variability-making it superior to other clustering and metaheuristic methods. The findings confirm that the SOM algorithm is an effective approach for urban crisis management and optimal deployment of emergency resources, with potential for further development using more complex datasets to enhance rapid response systems.

کلیدواژه‌ها English

Optimal Management, Water Resources, Neural Network, SOFM, Mobile Emergency Services, Crisis Management
Ahmed, B. and Forte, R., 2016. Landslide risk zoning applying Kohonen’s self-organizing map neural network technique. Paper Presented at the 1st Bangladesh Planning Research Conference (BPRC), Department of Urban and Regional Planning, Jahangirnagar University, Dhaka, Bangladesh. https://doi.org/10.13140/RG.2.1.2748.7766/1.
Bozorgmehr, M., 2021. Location of emergency service centers of provincial gas distribution companies (case study: North Khorasan Gas Company – Bojnord City). MSc. Thesis, Eshragh Institute of Higher Education, Bojnord, Iran. (In Persian). [Link]
Cottrell, M. and Verleysen, M., 2006. Advances in self-organizing maps. Neural Networks, 19(6-7), 721-722. https://doi.org/10.1016/j.neunet.2006.05.011.
Davoudi, R., Dehghanian, F. and Pirayesh, M., 2014. Location of emergency service vehicles for maximizing expected coverage. Proceedings of the 10th International Conference on Industrial Engineering, Tehran, Iran. (In Persian). [Link]
Gong, X., Liang, J., Zeng, Y., Meng, F., Fong, S. and Yang, L., 2022. A Hierarchical Multi-Objective Programming Approach to Planning Locations for Macro and Micro Fire Stations, In Neri, F., Du, K. L., Varadarajan, V. K., Angel-Antonio, S. B. and Jiang, Z. eds. Computer and Communication Engineering (CCCE 2022). Cham: Springer, Communications in Computer and Information Science, pp.1630. https://doi.org/10.1007/978-3-031-17422-3_16.
Huang, F., Yin, K., Huang, J., Gui, L. and Wang, P., 2017. Landslide susceptibility mapping based on self-organizing-map network and extreme learning machine. Engineering Geology, 223, 11–22. https://doi.org/10.1016/j.enggeo.2017.04.013.
Kohonen, T., 2001. Self-Organizing Maps. 3rd Ed. Springer Berlin, Heidelberg. https://doi.org/10.1007/978-3-642-56927-2.
Negnevitsky, M., Voropai, N., Kurbatsky, V. and Tomin, N., 2013. Development of an intelligent system for preventing large-scale emergencies in power systems. In: Power and Energy Society General Meeting (PES), IEEE, Vancouver, BC, Canada. https://doi.org/10.1109/PESMG.2013.6672099.
Nikoo, M. R. and Mahjouri, N., 2013. Water quality zoning using probabilistic support vector machines and self-organizing maps. Water Resources Management, 27(7), 2577-2594. https://doi.org/10.1007/s11269-013-0304-5.
Panasetsky, D. and Tomin, N., 2010. Using of neural network technology and multi-agent systems to preventing large-scale emergencies in electric power systems. In: IEEE Conference Proceedings. https://doi.org/10.1109/IYCE.2013.6604142.
Smirnov, A. V., Levashova, T., Krizhanovsky, A., Shilov, N. and Kashevnik, A., 2009. Self-organizing resource network for traffic accident response. In: IEEE Conference Proceedings, Sweden. [Link]
Sokhansefat, G., Delavar, M. R., Nadi, S. and Khamespanah, F., 2011. Risk assessment in urban planning for disaster management using Kohonen selforganizing feature map neural network, In Proceedings of the ISPRS International Workshop on Geospatial Information for Disaster Management (Gi4DM), Tehran, Iran. [Link]
Wu, Z., Xue, W., Xu, H., Yan, D., Wang, H. and Qi, W., 2022. Urban flood risk assessment in Zhengzhou, China, based on a D-number-improved analytic hierarchy process and a self-organizing map algorithm, Remote Sensing, 14(19), 4777. https://doi.org/10.3390/rs14194777.
Yu, Z., Sohail, A., Nofal, T. A. and Tavares, J. M. R. S., 2022. Explainability of neural network clustering in interpreting the COVID-19 emergency data. Journal of Biological Systems, 30(5), 2240122. https://doi.org/10.1142/S0218348X22401223.
Zare, M., 2021. Water crisis in Varamin plain, Shargh Daily. (In Persian). [Link]