I AE I nte rna t io na l J o urna l o f   Art if icia l In t ellig ence   ( I J - AI )   Vo l.   5 ,   No .   4 ,   Dec em b er   2 0 1 6 ,   p p .   135 ~ 142   I SS N:  2252 - 8938           135       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ia e s jo u r n a l.c o m/o n lin e/in d ex . p h p /I J A I   Ass ess ing  St a te  o f  t he  Art  on Ar tif i cia l Neural N etw o rk  Para dig m for Le v el of Eutrophi ca tion Es ti m a tion o f  Water  Bo dies        T us ha Ant hw a l 1 M   K   P a nd ey 2   1   De p a rt m e n o f   Co m p u ter S c ien c e ,   Bh a g wa n Un iv e rsity ,   In d ia   2   De p a rt m e n o f   Co m p u ter S c ien c e ,   Am r a p a li   In stit u te       Art icle  I nfo     AB ST RAC T     A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Au g   13 ,   2 0 1 6   R ev i s ed   Oct   17 ,   2 0 1 6   A cc ep ted   No v   2 0 ,   2 0 1 6       W it h   g ro w in g   p o w e o f   c o m p u ter  a n d   b len d   o f   in tell ig e n so f w a r e s,  th e   in terp re tatio n   a n d   a n a ly ti c a c a p a b il it ies   o f   s y ste m   h a d   sh o w n   a n   e x c e ll e n g ro w th ,   p ro v id i n g   in tel li g e n c e   so lu ti o n t o   a lm o st  e v e r y   c o m p u ti n g   p ro b lem .   In   th is  d irec ti o n   h e re   w e   a re   tr y in g   to   id e n ti fy   h o w   d i ff e re n g e o c o m p u tatio n   tec h n iq u e h a d   b e e n   im p le m e n t e d   f o e sti m a ti o n   o f   p a ra m e ters   o n   w a ter   b o d ies   so   a to   id e n ti fy   th e   lev e l   o f   c o n ta m in a ti o n   lea d in g   to   d if fe re n lev e l   o f   e u tro p h ica ti o n .   T h e   m a in   m issi o n   o f   th is  p a p e is  t o   id e n t ify   sta t e - of - a rt  in   a rti f icia n e u ra n e tw o rk   p a ra d ig m th a a re   p re v a il in g   a n d   e ff e c ti v e   in   m o d e li n g   a n d   c o m b in in g   sp a ti a d a ta  f o a n ti c ip a ti o n .   Am o n g   th is  o u in tere st  is  to   id e n t ify   d iffere n a n a l y sis  tec h n iq u e a n d   th e ir  p a ra m e ters   th a t   a re   m a in ly   u se d   f o q u a li ty   in sp e c ti o n   o f   lak e a n d   e sti m a ti o n   o f   n u tri e n t   p o ll u tan c o n ten i n   it ,   a n d   d if f e r e n n e u ra n e tw o rk   m o d e ls  th a o ff e r e d   th e   f o re c a stin g   o f   le v e o f   e u tro p h ica ti o n   i n   th e   w a ter  b o d ies .   Diffe re n tec h n iq u e a re   a n a l y z e d   o v e th e   m a in   ste p s; - as si m il a ti o n   o f   sp a ti a d a ta,  sta ti stica in terp re tatio n   tec h n iq u e ,   o b se rv e d   p a ra m e ters   u se d   f o e u tro p h ica ti o n   e stim a ti o n   a n d   a c c u ra c y   o f   re su lt a n d a ta.   K ey w o r d :   A r ti f icial  n e u r al  n et w o r k   E u tr o p h icatio n   Geo co m p u ti n g   Sp atial  i m a g er y   d ata   W ater   q u alit y     Co p y rig h ©   2 0 1 6   In stit u te o A d v a n c e d   E n g i n e e rin g   a n d   S c ien c e   Al rig h ts  re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   T u s h ar   An t h w al,     Dep ar t m en t o f   C o m p u ter   A p p licatio n s ,   Am r ap ali  I n s tit u te  o f   Ma n ag e m en t &   C o m p u ter   A p p licatio n ,   Sh i k s h Na g ar ,   Hald w a n i,  Utt ar ak h a n d ,   I n d ia.   E m ail: a n t h w al. tu s h ar @ g m ail. co m       1.   I NT RO D UCT I O N   E u tr o p h icatio n   is   p r o ce s s   o f   in cr ea s o f   n u tr ie n co n te n i n   w ater   b o d ies,  s u ch   as  la k e s ,   estu ar ie s ,   r iv er s ,   o r   s lo w - m o v in g   s tr ea m s   th at  ac ce ler ates  t h p lan g r o w t h   s u c h   as  al g ae ,   p er ip h y to n   an d   p lan w ee d s   in   ex ce s s .   T h is   en h an ce d   g r o w t h   o f   p lan t s   is   k n o w n   as  a n   alg al  b lo o m ,   w h ich   i n   t u r n   r esu lt s   w it h   lo w   co n ce n tr atio n   o f   d is s o l v ed   o x y g e n   s tate  k n o w n   as  h y p o x i an d   d ec ay i n g   o f   ce r tain   f ee b le  p lan s p ec ies  o v e r   o th er s   w er f a v o r ed ,   an d   is   l i k el y   to   ca u s s ev er r ed u c tio n s   in   w ater   q u ali t y .   T h n u tr i en ts   co n te n w o u ld   r ea ch   w ater   b o d ies  f r o m   m a n y   s o u r ce s ,   s u ch   a s   f er ti lizer s   a p p lied   to   ag r icu ltu r al  f ield s ,   l an d f il ls   n ea r   r iv er s ;   d ep o s itio n   o f   n itro g e n   f r o m   th e   at m o s p h er e;  er o s io n   o f   s o il;  s e w a g tr ea t m en p la n d is c h ar g es  etc.   E u tr o p h icatio n   d ec r ea s es  t h r eso u r ce   v al u o f   r iv er s ,   la k e s ,   an d   estu ar ie s   h a v i n g   ad v er s af f ec o n   w ater   u s a g f o r   ir r ig atio n ,   f i s h in g ,   aq u atic  lif o f   p lan t s   an d   an i m a ls   th u s   m a k i n g   w ater   ec o s y s te m   u n b alan ce .   Sev er   h ea lt h   p r o b lem s   e m er g w h er eu tr o p h ic  co n d itio n s   in ter f e r w ith   d r in k i n g   w ater   tr ea t m en t.  As  p er   ar ticle  p u b lis h ed   i n   b y   J in   [ 1 ]   s h o w e d   th at  all  lak e s   s t u d ied   w er u n d er g o in g   t h e u tr o p h icatio n   p r o ce s s .   I n   th y ea r   1 9 7 0 s ,   m o s o f   th la k es  wer e   w it h   9 1 . 8 w a ter   ac co u n ts ,   m eso tr o p h ic  s ta g e.   I n   th n ex d ec ad th e   p er ce n tag o f   la k es  w ith   o lig o tr o p h ic  s ta t u s   d ec r ea s ed   b y   ap p r o x i m ate  3 % - 0 . 5 a n d   eu tr o p h icatio n   in cr ea s e s   b y   5 % - 5 5 %.  B y   th y ea r   2 0 0 8   ab o u 6 0 o f   lak es  in   c h i n w er i n   eu tr o p h ic  a n d   h y p er tr o p h ic  co n d itio n   an d   f u r t h er   p r ed icted   th at  b y   2 0 3 0   all  u r b an   la k es  w o u ld   s h ar th s a m s ta tu s .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8938   IJ - AI   Vo l.  5 ,   No .   4 ,   Dec em b er   2 0 1 6   :   1 5 3     142   136   E u tr o p h icatio n   i s   o n o f   t h l ar g el y   g r o w in g   p o llu tio n   p r o b le m s   i n   i n la n d   w ater   b o d ies  a r o u n d   th e   g lo b e,   th u s   r e s to r atio n   o f   w at er   b o d ies  n ee d   to   h a v i n t elli g en t   co m p u tatio n   tech n iq u es  in   o r d er   to   an al y ze   o v er   th cu r r en s tatu s   o f   aq u atic  ec o s y s te m   alo n g   w it h   alar m i n g   ab o u t h f u t u r ch ar ac ter is tics   b y   ti m e   s er ies  f o r ec asti n g .   W ith   th i s   f ast  co m p u t in g   w o r ld   an d   e m er g i n g   tech n o lo g y   d ata  an al y ze r   n ee d   to   b p o w er ed   b y   ar tific ial  in telli g e n tech n iq u es.  A s   t h in ter p r et er ,   m o d u lato r   an d   p r ed icto r   n eu r al  n et w o r k s   h ad   e m er g ed   as  ca p ab le  tec h n iq u th a g e n er ates  ap p r o x i m at ac cu r atel y   co m p licated   n o n - li n ea r   in p u t - o u tp u r elatio n s h ip s .   n e u r al  n et wo r k   is   p ar a llel - d is tr ib u ted   p r o ce s s o r   th at   p o s s es   p r o p er ty   in s p ir ed   b y   h u m a n   co g n itio n   s y s te m .   A N h a v th ab ilit y   o f   co m p u ti n g ,   p r o c ess i n g ,   p r ed ictio n   a n d   class i f i ca tio n   o f   d ata  an d   h ad   ad v an ta g es o f   n o n lin ea r i t y ,   in p u t - o u tp u m ap p in g ,   ad ap tiv el y ,   g e n er aliza tio n   a n d   f ai lu r r esis tiv [ 2 ] .   I n   t h is   d ir ec tio n ,   w ar g o i n g   to   d is c u s s   s o m e   co m p u tin g   tech n iq u e s   u s ed   f o r   i n ter p r etatio n   a n d   esti m atio n   o f   w ater   b o d ies’   s t atu s   o n   eu tr o p h ica tio n   le v el  ta k in g   i n   ac co u n s p atial  an d   te m p o r al  d ata  as  in p u t   p ar am eter s .   T h is   p ap er   is   f u r th er   d iv id ed   in to   Sect io n   I I   w h ic h   b r ief s   ab o u g eo co m p u tatio n   w it h   m aj o r   tech n iq u es  as  p atter n   r ec o g n it io n ,   s p atial  d ata  an al y s i s   an d   ar tif icial  i n telli g e n ce   tech n iq u es.  I n   th n ex p ar t;  Sectio n   I I I ,   r elate d   p ap er s   ar s u r v e y ed   a n d   co m p ar es   t h id en ti f icatio n   o f   tec h n iq u es   u s e d   b y   t h r esear c h er s   in   co m p u ti n g   s p atial   d ata  a n d   g e n er atio n   o f   d e s ir ed   r es u lts .   Sectio n   I co n c lu d es   w it h   th e   m o d el  o r   ar ch itect u r f o r   th f o r m u latio n   o f   s y s te m   f o r   en h a n ce d   in f er en ce s   o n   eu tr o p h icatio n   es ti m atio n .       2.   T AXO NO M O F   G E O CO M P UT AT I O N   Geo co m p u tatio n   i s   an   e m er g i n g   f ield   w it h   w id s co p o f   r esear ch ,   th at  p r o p o n en th i n v o lv e m e n t   o f   co m p u tatio n   b ased   ap p r o a ch es  s u c h   as  n e u r al  n et w o r k s ,   h eu r i s tic  s ea r ch   a n d   co m p u tatio n a au to m ata   d esig n   f o r   s p atial  d ata  a n al y s is .   T h is   n e w   in ter d is cip lin ar y   f ield   b e y o n d   j u s i m p le m e n t atio n   o f   s tatis tical   tech n iq u es   f o r   s p atia d ata  with   b asic   es s en ce   o f   co g n it io n   i n   t h e m   t h u s   co i n ed   as  " g eo co m p u tatio n "   b y   Op en s h a w   a n d   A b r ah ar t,  [ 3 ]   an d   ex p a n d ed   b y   L o n g le y   an d   B r o o k s   [ 4 ] ,   th at  d escr ib es  t h u s o f   co m p u ter - in te n s i v m et h o d s   f o r   k n o w l ed g d is co v er y   i n   g eo g r ap h y ,   esp ec iall y   th o s e   th at   e m p lo y   n o n - co n v en t io n a l   d ata  clu s ter in g   a n d   a n al y s i s   tech n iq u es   an d   f u r t h er   elab o r ated   to   in cl u d s p atial   d ata   an al y s i s ,   d y n a m ic   m o d eli n g ,   v i s u a liza tio n   a n d   s p ac e - ti m d y n a m ics.   T h m aj o r   g eo co m p u ta tio n   ev o lu tio n   f ac to r s   w er e:  co m p u ter ized   d ata - r ich   e n v ir o n m en ts   a n d   ca p ab ilit y   o f   co m p u ter   to   r ec o r d   an d   p r o ce s s   o v er   b ig   d ata,   af f o r d ab le  co m p u tat io n al  p o wer w it h   e m er g o f   v ir tu a lizatio n   a n d   cu r r en tl y   c lo u d   co m p u ti n g   i m p le m e n tati o n s   w h ich   p r o v id es  h ig h   co m p u tat io n   at  lo w er   co s ts ,   an d   last l y   all  th r esear ch   ef f o r ts   to w ar d s   s tatis tical  t ec h n iq u es  a n d   m i n in g   al g o r ith m s   a n d   ar ch itect u r th at  s p atial  d ata  a n al y s is   a n d   m i n in g   tech n iq u es  to o k   t h is   a h ea d .   Fo r   f u r t h er   en h a n ce m en in   t h is   ar ea   m o r e   co m p u tatio n al  r esear ch   s h o u l d   b en d o r s w it h   co m p u ter - b ased   p atter n   s ea r c h ,   ex p lo r ato r y   s p atial  d ata   an al y s is   tec h n iq u es,  ar t if ic ial   in tel lig e n ce   ap p r o ac h es   w it h   m o r p o w er f u l   h eu r i s tic  s ea r ch es  al g o r ith m s ,   k n o w led g p r o ce s s i n g   s y s te m s   an d   d y n a m ic   m o d eli n g   t h at  co u ld   lev er a g r ea l - ti m s ce n ar io   o f   p h y s ica l   lan d s ca p es a n d   o th er   attr ib u te s .     W h ad   in v esti g ated   o n l y   t h m aj o r   tech n iq u e s   t h at  e n co u n ter ed   i n   th e   an al y s is   o f   i m a g er y   g eo s p atial  d ata  f o r   co m p u ti n g   ch ar ac ter is t ic s   o f   la k w ater   co n d itio n s   a n d   th ese  ar as  f o ll o w s :     2 . 1 .     Sp a t ia l D a t a   Ana ly s is   a nd   M ini ng   T ec hn iq ues   Geo g r ap h ical  I n f o r m atio n   S y s te m s   ( GI S)  ar lar g d o m ai n   co m p u ti n g   s y s te m s   t h at  f ac il itate  ca p tu r in g ,   s to r ag e,   r etr ie v al,   m an a g i n g   an d   a n al y s e s   o f   s p atial  d ata  th a h ad   g eo g r ap h ic al  co n ten i n   t h e m .   T h ese  s y s te m s   u til ize  d if f er e n g eo s p atial  a n al y zi n g   tech n iq u es  to   i m p ar ac c u r ate  a n d   m e an in g f u r es u lt s   o u t   o f   ac ce s s i n g   s tr u c tu r ed   i m a g er y   d ata  r ec eiv ed   f r o m   t h i m ag er y   s atellite s .     As  d ef i n ed   b y   B w o zo u g h ,   cited   in   [ 5 ] ,   s p atial  an al y s is   i n   GI i n v o l v es  m ai n l y   th r ee   t y p es  o f   o p er atio n s 1 )   A ttr ib u te  Qu ery   w h ic h   is   also   k n o w n   as   non - s p a tia l   ( o r   s p a tia l q u ery ,   2 )   S p a tia Qu ery   a n d   3 )   Gen era tio n   o f   n ew  d a t a   s ets   f r o m   t h o r ig in al  d atab ase.   C o m b in i n g   all  th r ee   s tep s   th wh o le  p r o ce s s   s tar ts   w it h   s i m p le  attr ib u te  q u er y   ab o u s p atial   d ata  an d   n e x co m es  t h p r o ce s s i n g   o f   s p atial  q u er y   a n d   la s tl y ,   t h n e w   d ata  s et  i s   g e n er ated   f r o m   t h ese   q u er ies   t h at  s er v a s   an   alter n ati v d ata  s o u r ce   o r   in f o r m atio n .   E v er y   s p atial  d ata  b ef o r a n al y s i s   u n d er g o es  f o r   s p a tia a u to co r r ela tio n ,   w h ich   is   v alu e   ad d itiv s tep   r ec o g n ized   as   an   e s s e n tial  f ea t u r in   s p at ial  d ata  p r ep r o ce s s in g   s tag e,   an d   f o llo w i n g   m ea s u r e s   s u ch   as  th co r r ela tio n   co efficien t,   Mo r a n   in d ex ,   jo in   co u n s ta tis tic,   Gea r y’ s   C ,   G etis - Ord   G   s ta ti s tic   an d   th e   s emi - va r io g r a p lo h av b ee n   e m p lo y ed   to   ass e s s   th g lo b al  a s s o ciatio n   o f   t h d ata  s ets [ 6 ] .     2 . 2 .     G eo v is ua liza t io n/ Co m p ute B a s ed  P a t t er n Re co g nit io n   Geo v is u aliza tio n   i s   o n o f   t h m o s i m p o r tan t   asp ec ts   as   i s m o o th es   t h p r o g r es s   o f   a n al y s i s   b y   co n v er s io n   o f   i m a g er y   d ata   i n to   t h tab u lar   f o r m   w h er d if f er e n s t ati s tical   an al y s is   t ec h n iq u es   co u ld   b e   i m p le m en ted .   A p ar f r o m   t wo   an d   th r ee - d i m e n s io n al  m ap p in g ,   t h at  in cl u d es  an a l y zi n g   o v er   th p h y s ical   s u r f ac an d   co n n ec tio n   a m o n g   d if f er en ter r ain s   n at u r al  as   w ell  as  m an - m ad e.   Ma cE ac h r en   &   Kr aa k   [ 7 ]   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJ - AI     I SS N:  2252 - 8938       A s s es s in g   S ta te  o f th A r t o n   A r tifi cia l Neu r a l Net w o r P a r a d ig ms fo r   Leve l o f   … ( Tu s h a r   A n th w a l )   137   ch ar ac ter ized   th m aj o r   asp ec ts   o f   Geo v is u aliza t io n   a n d   ass e m b led   th e m   i n   p r o ce s s   r ep r e s en ted   b y   t h r ee - d i m en s io n al  c u b w it h   ex p lo r e a n a lyze,  s yn th esiz an d   p r esen as  m aj o r   task s .   T h in itial  s tep   o f   Geo v is u ali za tio n   is   ab o u ex p lo r in g   a n d   an al y zi n g   g eo g r ap h ical  d at w h ic h   is   a   s p atial  d ata  ca p tu r ed   f r o m   h ig h l y   p r ec is an d   p o w er f u l   s en s o r s   o f   v ar io u s   s atel lite s   an d   s to r ed   in to   co m p u tatio n al  d ev ices  f o r   f u r th er   r ef er e n ce s .   I t   s tar t s   w it h   p r o ce s s in g   o f   s atell ite  i m a g er y   d ata  u s i n g   d i g ita l   i m a g p r o ce s s in g   to o ls   w h ic h   t h e n   g et  co n v er ted   in to   th tab u lar   f o r m   th at  co u ld   ea s il y   in ter p r et  u s i n g   d if f er e n s tati s tical  tech n iq u e s .   T h s p atial  d ata  co llected   is   f u r t h er   p u i n to   f o r   au to - co r r ec tio n ,   i n ter p o latio n ,   p r u n i n g ,   n o r m a lizatio n   an d   s to r ed   in   a   m ea n i n g f u f o r m at.   S y n t h es ize   is   all  ab o u d eliv er in g   t h n e o u tco m es   o u o f   r a w   d ata  i n   m o r m ea n i n g f u a n d   af ter   i m p le m en ta tio n   o f   s er ie s   o f   s tati s tical  tec h n iq u es   an d   m et h o d s .   T h last   s tep   o f   p r es en tatio n   is   b asicall y   to   r ep r ese n t t h i n f o r m atio n   i n to   m o r a   g e n er alize d   f o r m at   k n o w n   as   k n o w led g w h ic h   a ls o   in co r p o r ates  th v i s u al izat io n   o f   g eo g r ap h ica i m ag e s   o n   g lo b al  m ap s   lik e   Go o g le  m ap   o r   an y   o t h er   GI to o ls   w h ic h   co u ld   r es u lt   in   p r ed ictio n s   o f   d i f f er e n t a s p ec t a n d   s tatu s   o f   p h y s ical   asp ec ts   o f   t h ea r th .   W h ile  i m p le m en tati o n   o f   g e o s tatis tical  tec h n iq u es,  s o m e   o f   th ese  co m m o n l y   u s ed   m u lti v ar iate   tech n iq u es   ar clu s ter   a n al y s is   ( C A ) ,   f ac to r   a n al y s i s /p r in cip al  co m p o n e n t s   ( F A /P C A)   an d   d is cr i m in a n t   an al y s is   ( D A )   w h ic h   r es u lt s   i n to   an   e f f ec t iv e   d ata  m an a g e m en n et w o r k ,   m o n ito r in g   s y s te m   f o r   s p atial   d ata   r ed u cin g   t h o n   g r o u n d   s a m p lin g   co s t,  lab o r   a n d   ef f o r t h at  r es u lt s   m o r ac c u r ate  p i ctu r o f   la n d s ca p v ar iatio n s .       T h au t h o r   in   h is   w o r k   [ 8 ]   d e m o n s tr ated   t h at  w a ter   s a m p l es  f r o m   m aj o r   s a m p l in g   s tati o n s   w er e   co llected   in   d u ti m e   s p an   a n d   ex p lo r ato r y   a n al y s i s   o f   d ata  w as   m ad b y   b o x   p lo t s ,   A NOV A ,   d is p la y   m et h o d s   ( p r in cip al  co m p o n e n an al y s is )   a n d   u n s u p er v is ed   p atter n   r ec o g n itio n   ( clu s ter   an al y s i s )   to   an al y s is   o v er   th s o u r ce   o f   v ar iatio n s   o f   w ater   q u ali t y .   P o in s o u r ce   an al y s i s   f o r   p o llu t io n   id e n ti f icatio n ,   n u tr ien o r ig in atio n   s o u r ce s   li k m u n icip al  w a s te w ater   w er d e m o n s tr ated   an d   t h u s   clas s i f icat io n   o f   r iv er   w ater   s a m p les  w as a ch iev ed   u s i n g   P C A   an d   cl u s ter   an a l y s is .   I n   th s tu d ie s   p r esen ted   b y   Alb er to   et  al. ,   [ 9 ]   an d   Sin g h   et  al . ,   [ 1 0 ] ,   b o th   s p atial  an d   te m p o r al  d ata  f o r   r iv er s   ar ev a lu ated   f o r   q u alit y   a n al y s i s ,   w h er d i f f er en t   p ar am eter s   f r o m   s ca tter ed   s ta tio n s   ar co llected   f o r m u lati n g   co m p le x   d ata  m atr ix ,   an d   th e n   tr ea ted   u s i n g   t h clu s ter   an al y s i s   ( C A )   th at  r en d er s   g o o d   r e s u lts   as  f ir s ex p lo r ato r y   m et h o d   to   ev alu ate  b o th   s p atial  an d   tem p o r al  d if f er e n ce s ,   f ac to r   an al y s i s /p r in cip al   co m p o n e n t s   ( F A /P C A )   w h ic h   w er h elp s   i n   id e n ti f y i n g   g r o u p   co m p o n en t s   a n d   d is cr i m i n an t   an al y s is   ( D A )   th at  s h o w ed   b es r es u lts   f o r   r ed u ce d   d ata  d i m e n s io n s   in   lar g d ataset s .   T h is   s t u d y   p r ese n ts   i n ev itab ilit y   a n d   u s e f u ln e s s   o f   m u lti v ar iate  s t atis tical  tec h n iq u e s   f o r   ev al u atio n   an d   i n ter p r etatio n   o f   t h lar g n u m b er   o f   co m p le x   d ata   o n   w ater   q u al it y   w i th   s ig h t   to   ac ce s s   b ette r   in f o r m atio n   a n d   f u r t h e r   d es ig n in g   a n   ef f ec ti v e   m o n ito r i n g   a n d   m a n a g e m e n n et w o r k   f o r   w a ter   r eso u r ce s .   Geo g r ap h ical  I n f o r m atio n   S y s te m   ( GI S)  ar m ea n f o r   r e s o u r ce   m an a g e m e n a n d   is   a n   e f f icie n d ec is io n - m a k i n g   to o l h o w e v er ,   p o w er ed   w i th   lo ts   o f   s o p h i s ti ca ted   tech n o lo g y   it is   n o t r ea d y   u s ed   b y   co m m o n   p eo p les  b ec au s o f   lac k   o f   f a cilit y   to   d is tr ib u te  t h a n al y z ed   in f o r m atio n   i n   a n   e f f icie n t   m a n n er .   I n   f u r th er   ad v an ce m en t,  C aq u ar d   et  al. ,   [ 1 1 ] p r o p o s ed   th ca r to g r ap h ic  r ep r esen tatio n   o f   w ate r   q u alit y   m ap p i n g   in f o r m atio n   w h ic h   ca n   p r o p ag ate  th c u s to m ized   r esu l o n   b ases   o f   v ar iatio n   i n   clie n tel e.   W ith   th u s o f   in ter p o latio n   an d   e x tr ap o latio n   tech n iq u e,   v is u al  d ata  is   p u t   in to   f o r   co r r elatio n   a n d   clu s te r in g   a n al y s i s ,   alo n g   w it h   th s a m g r ad atio n   o f   co lo r s   ar u s ed   to   r ep r ese n t h lev el  o f   w ater   q u alit y   f r o m   lo w er   to   h i g h er .   T h e   p atter n   r ec o g n itio n   u s i n g   s o m p o w er f u l   lear n in g   tech n iq u e s   ar ad d iti v es   th a m ak in g   th g eo g r ap h ical  v ie m o r r ea l i s tic  to   t h h u m a n   e y es.  F u r t h er   to   i m p ar t h h ig h er   r eso l u tio n   a n d   m o v i n g   ah ea d   o n   ad d in g   d i m en s io n s   to   th p er s p ec ti v v ie w s ,   an i m at io n   tech n i q u es  h ad   also   en h a n ce d   th g eo v is u aliza tio n   ex p er ien ce .       2 . 3 .   M a chine Lea rning   T ec h niq ue s   A r ti f icial  I n telli g e n ce   ex p lo r ed   n e w   h o r izo n   o f   in tel li g en m ac h i n es  t h at  ar en a b led   w ith   co g n itio n   p o w er   w ith   t h h u g d atab ase  to   s to r an d   p r o ce s s   in f o r m at io n   s o   as  to   i m p ar k n o w led g an d   f ac ilit ate s   in   t h d a y   to d a y   w o r k in g   en v ir o n m e n t.  Un l ik s ta tis tical  tec h n iq u es  w h ic h   ar ex p er in   p r ed ictin g   s en s o u t   o f   li n ea r   d ata,   m ac h in e   lear n in g   tech n iq u e s   w o u ld   s ta n d   f o r   a n al y zi n g   o v er   n o n - li n ea r   d ata  s et   w h ic h   ac t u all y   p r ev ail  r ea w o r ld   r ep r esen tatio n .   C â m ar a   et  al,   [ 1 2 ]   in   th i n itia p h a s o f   e m er g e n ce   o f   g eo co m p u tat io n   ad v o ca ted   t o w ar d s   th e x p lo it  o f   co m p u tatio n al - i n te n s i v tec h n iq u es  s u c h   as  n eu r al   n et w o r k s ,   h e u r is tic  s ea r c h   an d   ce llu lar   au to m ata  f o r   s p atial  d ata  an al y s is .   W ith   t h e v o lu t io n   o f   tec h n iq u es  lik e   A r ti f icial  Neu r al  Net w o r k s   ( A NN s ) ,   S u p p o r Vec to r   Ma ch i n es   ( SVMs)  an d   C ell u lar   A u to m at ( m ai n l y   f o r   s i m u latio n   o f   m ac h in e s   b eh a v io r ) ,   th ese  ap p r o ac h es  m ar k ed   th eir   i m p o r tan ce   i n   an a l y zi n g   s p at ial  an d   te m p o r al  d ata  b ec au s o f   t h eir   n a tiv ab il it y   to w ar d s   m o d elin g   o f   co m p le x   n o n l in ea r   d atase ts .   A N Ns  ar e n ab led   w it h   t h e   ab ilit y   f o r   s u p er v i s ed   as  well  as  u n s u p er v is ed   lear n in g   m o d elin g   f o r   b asic  task s   li k clas s i f icatio n ,   cl u s ter in g ,   a n d   p r o p h ec y   th a ca n   b d r a w n   o u o f   r eg r ess io n   an al y s i s   o f   e m p ir ical  d ata  s ets.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8938   IJ - AI   Vo l.  5 ,   No .   4 ,   Dec em b er   2 0 1 6   :   1 5 3     142   138   An o th er   m ac h in e   lear n i n g   m e th o d   i.e .   Ker n el  m et h o d s   m e n tio n ed   b y   B o s er   et  al. ,   [ 1 3 ] ,   w it h   k er n e l   ac tio n s   u s ag e s   f o r   m ap p in g   w it h   h ig h er   d i m en s io n a f ea t u r es  s p ac w i th o u ex p licit  c o m p u tatio n   o f   m ap s .   R esear ch   in   g eo s p atial  d ata  m o d eli n g   is   m o ld i n g   to w ar d s   in te lli g en s o f t w ar to o ls   d ev elo p ed   th at  ar d ev elo p e d   u n d er   th f r a m e w o r k   o f   Ma ch i n L ea r n in g   O f f ice,   an d   f e w   to   m e n tio n   ar to p o - cli m atic  m o d eli n g ,   n atu r al  h az ar d   ass ess m e n ts ,   w h ic h   in cl u d es;  h ea v y   r ai n f a ll  r esu lti n g   in   lan d s lid es,  av alan ch e s   in   h ig h er   altitu d es,   p o llu tio n   m ap p in g ;   air   an d   s o il  p o ll u tio n   a lo n g   w it h   i n d o o r   r ad o n   an d   h ea v y   m etal s   p r ese n ce ,   n atu r al  r eso u r ce s   ass e s s m e n ts ,   r em o te  s e n s in g   i m ag er y   d ata  class i f icatio n ,   s o cio - ec o n o m ic   d ata  an al y s i s   an d   g eo v i s u al is atio n ,   etc.   [ 1 4 ] .   T h Fig u r 1   s h o w n   b elo w   d ep icted   b r o a d   tax o n o m ical  b r ea k d o w n   w it h   m aj o r   tech n o lo g y   th a t   co v er s   th w h o le  asp ec t o f   g e o co m p u tatio n .           Fig u r 1 .   T ax o n o m y   o f   Geo co m p u tat io n   T ec h n iq u es       3.   ST A T E   O F   T H E   ART   I n   th i s   s ec tio n   t h d if f er en t ec h n iq u es  o n   eu tr o p h icatio n   ev alu a tio n   ar d is c u s s ed   w i th   th m ai n   f o cu s   o n   t h tr ad itio n   m eth o d s   an d   t h eir   m e th o d o lo g ies   w h ic h   s t ill  ar t h b asic  b u il d in g   b lo ck   o f   e v er y   g eo co m p u ti n g   s y s te m   th at  d e als  w i th   t h s i m ilar   t y p o f   p r o b lem   ap p r aisal.  T h tw o   m ain   s ec tio n s   ex p lai n   th d ata  e s s i m i latio n   f r o m   e u tr o p h icate d   w ater   b o d y   an d   m a n a g e m e n t   o f   th e s d ata  f o r   f u r t h er   d ec is io n   m ak in g   o r   in   r esto r atio n   m ec h an is m s .   T h n ex s u b s ec tio n   p r esen ts   t h s tate  o f   th ar in   n eu r al  n e t w o r k   f o r   v ar io u s   s i m ilar   w ater   q u alit y   ex a m in at io n   p r o b lem s   w h er th p r i m ar y   d ata  ar s p atial  d ata  f r o m   d if f er e n t   s atellite  s e n s o r s   w ith   v ar ian t m etad ata  an d   o f   v ar ian t t y p o f   s o u r ce s   lik la k e,   o ce an ,   s ea   etc.     3 . 1 .   Da t a   f o E utr o ph ica t io M a na g em e nt  a nd   Co ntr o l   W ater   is   th m ai n   s tr ea m   o f   li f o n   ea r t h   a n d   p r esen tl y   alo n g   w it h   t h s ca r ci t y   o f   w ater ,   it s   q u alit y   i s   also   p r o m i n e n is s u to   d ea w i th   t h u s   w h ad   p r ef er r ed   th p r o b lem   o f   e u tr o p h icatio n   o f   w ater   b o d ies  f o r   w h ic h   w ar tr y i n g   to   id en t if y   th g eo co m p u tatio n   tec h n iq u es  i m p le m en ted   to   m ea s u r th cu r r en s ce n ar i o   o n   q u alit y   a n d   f u t u r is tic  m et h o d o lo g ies.  As  m e n tio n ed   i n   th p u b licatio n   ( h ttp :// www. u n ep . o r . j p )   [ 3 1 ]   d if f er e n w a y s   o f   m o n i to r in g   f o r   th i m p ac ts   o f   eu tr o p h ica t io n   an d   to   estab lis h   m a n ag e m en o p tio n s   ar e:  1 )   ch emic a mo n ito r in g th at  f o c u s   o n   to tal   p h o s p h o r u s   co n ten m ea s u r e m e n h o w ev er ,   i is   Nitr o g en   w h ich   h ad   m o r e   s i g n i f ican ce   o v er   n u tr ie n co n ten v al u atio n   f o r   e u tr o p h icatio n   esti m atio n   ,   a ls o   c h e m ical   m o n ito r in g   is   m o r d if f ic u lt  i n   la ke   or   r eser v o ir   en v ir o n m e n t.;   2 )   b io - a s s ess men t w h ic h   ac co u n ts   o v e r   m ai n   r esu ltan o f   eu tr o p h icatio n   i.e .   ab u n d a n t   g r o w t h   in   b io m a s s ,   w h ic h   in   tu r n   m ea s u r f o r   ch lo r o p h y ll - an d   also   co n ce n tr atio n   o f   p ar ticu late  o r g an ic  ca r b o n   ( P OC )   co n te n t,  h o w e v er   n o v er y   ap f o r   r o u tin m o n ito r i n g   s y s te m . a n d   3 )   esti ma ted   tech n iq u es w h ic h   in c lu d es  p o in s o u r ce   an d   n o n - p o in t   s o u r ce   esti ma tio n   tech n iq u es   th at  f o u n d   m o s ap f o r   eu tr o p h icat io n   m o n it o r in g   s y s te m   w h ic h   i n cl u d es   p h o s p h o r o u s   d ata  to g eth er   w i th   o th er   k n o w led g o n   lan d ,   d e m o g r ap h y   etc . ,   th at  co u ld   ea s il y   i n te g r ate d   f o r   elu cid atio n .   Ho w e v er   th ese  m a y   v ar y   o v er   r esu lt s   b ec au s o f   v ar io u s   f ac to r s   lik e;  s p atial  f ac to r s ,   au to - co r r ec tio n ,   class i f icatio n   an d   o th er   tec h n i q u es  t h at  ar u s ed   f o r   an al y s i s   an d   th i s   is   m o r ab o u ac cu r a c y   in   co m p u tat io n   tech n iq u es.   Geo   s p atial  d ata  f r o m   s atel lit es  ar ea s il y   av ailab le  a m o n g   w h ic h   L a n d s at  i m a g er y   b ein g   w id el y   u s ed   w it h   d ata  f r o m   th r ee   m aj o r   s en s o r s M u lti - s p ec tr al  Sca n n er   ( MS S),   T ( T h em at ic  Ma p p er )   an d   E T M+     G E O C O M P U T A T I O N   S p a t i a l   D a t a   A n a l y s i s   a n d   M i n i n g   T e c h n i q u e s       S t at i s t i c al   T e c h n i q u e s     M a c h i n e   L e a r n i n g   T e c h n i q u e s     S p at i al   A u t oc or r e l at i on   G e o v i s u a l i z a t i o n   /   C o m p u t e r   B a s e d   P a t t e r n   R e c o g n i t i o n     C l as s i f i c at i on   an d   C l u s t e r i n   S i m u l at i on   an d   D yn am i c   M od e l i n g   A r t i f i c i al   N e u r al   N e t w or k   S u p p or t   V e c t or   M ac h i n e   G e oS t at i s t i c s   an d   P r e d i c t i on   E x p l or at or D at A n al ys i s     R u l e   B as e d   T e c h n i q u e s   C ar t og r ap h i c   V i s u al i z at i on   A n i m at i on   T e c h n i q u e s   G e og r ap h i c   K n ow l e d ge   D i s c ov e r y   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJ - AI     I SS N:  2252 - 8938       A s s es s in g   S ta te  o f th A r t o n   A r tifi cia l Neu r a l Net w o r P a r a d ig ms fo r   Leve l o f   … ( Tu s h a r   A n th w a l )   139   ( E n h a n ce r   T h e m at ic  Ma p p er   P lu s )   w h er B ar u h a   et  al. ,   [ 1 5 ] ,   Su d h ee r   et  al. ,   [ 1 6 ] ,   C an zian et  al. ,   [ 1 7 ] ,   an d   Gu a n   et  al. ,   [ 1 8 ] ,   m a k u s es   o f   th e s i m ag er y   s p atial  d at f o r   an al y s i s   o f   w a ter   q u ali t y   u s i n g   d i f f er en t   g eo co m p u tat io n   tech n iq u e s .   A l s o   s o m d ata  f r o m   SP OT   s atelli te  i m a g es,  MO DI i m ag er y   a n d   I R P 6   s en s o r s   i m a g er y   w er e x p lo ited   to   s tu d y   th s ed i m e n a n d   n u tr ie n le v el  i n   w ater   b o d ie s ,   Mo h a m ed   et  al. ,   [ 1 9 ] ,   Xu et  al. ,   [ 2 0 ] ,   an d   Sh e ela  et  al,   [ 2 1 ]   r esp ec tiv el y .       3 . 2 .   Art if icia l N eura l N et w o r k   M o dels   L i m ited   w a ter   q u ali t y   d ata  an d   t h h ig h   co s o f   w ater   q u alit y   m o n ito r in g   o f ten   p o s s er io u s   p r o b lem s   f o r   p r o ce s s - b ased   m o d eli n g   ap p r o ac h es  to   m o d u late  t h s a m f o r   ti m s er ies  f o r ec ast.  A NN s   p r o v id r ea s o n ab le  i m p le m e n tatio n   o p tio n s ,   b ec au s t h e y   ar co m p u tatio n all y   v er y   f a s t   an d   r eq u ir e   m a n y   f e w er   in p u ts   p ar a m e ter   an d   in p u t s   co n d itio n s   t h an   d eter m i n is t ic  m o d els.  O n   th o t h er   h an d   to   b eh av e   co g n iti v el y   th e y   d o   r eq u is ite  f o r   lar g p o o o f   r ep r esen tati v d ata  s ets  f o r   tr ain i n g   a n d   ap p r o p r iate  lear n in g   alg o r ith m s .   A N Ns  ar e x p er i m e n ted   f o r   i ts   u s e f u ln e s s   in   w ater   q u al it y   p r ed ictio n n e v er t h eles s   SV h ad   al s o   d em o n s tr ated   g o o d   r esu lt s   f o r   s a m e.   A   co m p ar ati v s tu d y   o n   A NN  a n d   SV i n   [ 2 2 ] ,   s h o w ed   th s u p er io r   r esu lt  b y   later   tech n iq u w h er au th o r s   p r ed icted   w a ter   q u alit y   o f   r iv er s   b y   es ti m ati n g   to ta n itro g e n   an d   to tal  p h o s p h o r u s   o b s er v ed .   I n   a n o th er   r esear ch   b y   L iao   et  al. ,   [ 2 3 ] ,   w ater   q u alit y   i s   a s s es s e d   u s i n g   SV a n d   g en et ic  alg o r ith m   w h ich   p r o v ed   to   d eliv er   ac ce p tab le   r esu lts   an d   also   ef f icie n t   en o u g h   f o r   class i f icatio n   o w ater   q u alit y .   C h u   et  a l.,   [ 2 4 ]   p r o p o s ed   ca s s t u d y   w h er Ho p f ield   n e u r al  n et w o r k   i s   e m b ed d ed   w it h   Fac to r   An al y s i s   ( F A )   tech n iq u es   to   f o r m   Facto r   An al y s is - Ho p f i eld   Neu r al  Net w o r k   ( F A HN N)   to   id en ti f y   th e   ass es s m en f ac to r s   f o r   w ater   q u alit y   m ea s u r e m e n t h at  p r o v ed   to   p r o v id m o r r eliab le  j u d g m e n t a n d   v al u ab le   in f o r m atio n   a s   co m p ar ed   w it h   alik tec h n iq u es .   T h r esu lt  i m p ar ted   b y   th m o d els  also   d ep en d s   o n   n u m b e r   o f   d ata  s et  an d   u s ed   tr ain in g   ap p r o ac h   alo n g   w it h   t h lear n i n g   tech n iq u es  an d   to o ls   w h ich   to g et h er   h av d ir ec i m p ac o n   t h q u alit y   o f   r es u lt s   an n o u n ce d   b y   t h s y s te m .   ANNs  ar ab le  to   ap p r o x i m ate   ac cu r atel y   co m p l icate d   n o n - lin ea r   i n p u t - o u tp u t   r elatio n s h ip s .   First l y   A N Ns  is   r eq u ir in g   tr ai n i n g   o r   ca lib r atio n   o n   th b asi s   o f   lo ts   o f   s ta tis tical  d ata.   A f ter   tr ain i n g ,   ANN  i s   b ei n g   test ed   o r   v er if ied   f o r   s o m e   i n p u w h o s o u tp u t   is   alr ea d y   k n o w n .   T h A N N   tech n iq u es  ar f le x ib le  en o u g h   to   ac co m m o d ate  ad d itio n a co n s tr ain ts   t h at  m a y   co m u p   in   t h ap p licatio n .   Mo r eo v er ,   A NN  m o d el  ca n   r ev ea h id d en   r elat io n s h ip s   i n   t h c h r o n o lo g ical   d ata,   t h u s   a i d in g   th e   es ti m atio n   o f   n u tr ien p o llu ta n t.  T h er ar m o r ap p licatio n s   o f   p r ed ictio n   b ased   i m p licat io n s   o f   n eu r al  n et w o r k   li k e   f o r est  co v er ed   ar ea ,   lan d   u s a g m o d eli n g ,   n at u r al  r eso u r ce   esti m atio n ,   n at u r al  ca la m it y   ( f lo o d ,   lan d s lid e,   c y clo n etc. )   ef f ec ted   ar ea   an al y s is   a n d   m u ch   m o r w h ich   h ad   d ir ec im p ac o n   n at u r al  r eso u r ce   m an a g e m e n t a n d   p lan n i n g   s y s te m s .     Am o n g   th e   in itial  ap p licatio n   o f   n e u r al  n et w o r k   m o d eli n g   i n   e v alu at io n   o f   i m a g er y   d ata  f r o m   s atellite   s e n s o r s   ( u s i n g   L a n d s atT M)   b y   B ar u h a   et   al.   [ 1 5 ]   an d   P an d et  al.   [ 2 5 ] ,   th r esea r ch   co m e s   o u w it h   s o m p r o m i s i n g   r es u lts   w h ic h   e f f ec ti v a n d   s i m p le   i m p le m en tatio n   o n   th e   est i m a tio n   o f   la k w ater   q u ali t y   m ai n l y   co n ce n tr atio n   o f   ch lo r o p h y ll  an d   s o lid   s ed i m e n t s .   Un li k th f o r m er   w h ic h   u s e s   th m o s co m m o n   m o d el  B ac k   P r o p ag atio n   n eu r al  n et w o r k   m o d el,   later   i m p le m e n ted   R ad ial  b asis   f u n c ti o n   n e u r al  ( R B FN)   n et w o r k .   T h e y   w er f o u n d   to   b b etter   o v er   tr a d itio n al  r eg r ess io n   an al y s i s   an d   w er q u ite  u s e f u in   t h e   m an if e s ti n g   b asic  ch ar ac ter i s t ic  m o d el  o f   v ar ian s ized   w at er   b o d ies.  A n al y zi n g   o v er   o p tical  d is ti n cti v en e s s   o f   s elec tiv e   b an d s   f r o m   L an d Sat5   T an d   L an d Sat7   E T M+   i m a g er y   d ata,   m et h o d o lo g y   w a s   p r ese n ted   b y   C an zia n e al.   [ 1 7 ] ,   to   in f er   th tr o p ical  s ta te  i n d ex   o f   la k es.  A NN  m o d el  w it h   m u ltil a y er   p er ce p tr o n   an d   b ac k   p r o p ag atio n   tr ai n i n g   al g o r ith m   w er i m p le m en ted   to   d eter m i n c h lo r o p h y ll - a n d   to t al  s u s p en d ed   s o lid s   co n ce n tr atio n s   w h ich   p r o v to   b ap t in   u n d er s ta n d in g   th co m p lex   d y n a m ic  b eh a v io r   o f   wate r   b o d ies.    T h latest  w o r k   p r esen ted   i n   b y   Mo h a m ed   et  al.   [ 1 9 ] ,   w a s   in s p ir ed   b y   r esear ch er s   Mo s es   et  al.   [ 2 6 ]   an d   Gh o la m ali f ar d   et  al.   [ 2 7 ]   u s i n g   Mu ltil a y er ed   P er ce p tr o n   ( ML P )   n eu r al  n et w o r k   m o d el   o n   s a telli te  i m ag e s   I R P 6   L I S I I I   an d   L an d s a r esp ec tiv el y ,   t h at  co n tr ib u te s   to w ar d s   d etec tio n   o f   L a k B ath y m etr y   u s i n g   ar tif icial   n e u r al  n et w o r k   m o d elin g   o n   r ef lec tan ce   o f   g r ee n ,   r ed ,   b o th   an d   f o u r   b a n d   co m b in atio n s   o f   SP OT   i m a g e,   as  co m p ar ed   w it h   p o ly n o m ial  co r r elatio n   alg o r it h m   w it h   r ef lec tan ce   f r o m   g r ee n   b an d   a n d   Gen er alize d   L i n ea r   Mo d el  ( GL M)   w it h   r e f lecta n ce   f r o m   g r ee n   a n d   r ed   b an d .   I d e m o n s tr ates  th at   A N Ns  i m p ar m o r ac cu r ate  r es u lts   i n   ter m s   o f   le ast  v alu e   o f   r o o m ea n   s q u ar e   th an   o th er   co n v e n tio n al  m et h o d s   f o r   b ath y m etr ic   ap p licatio n ,   also   th A NN  u s i n g   all  b a n d s   h a v i n g   p r ec ed en c to   th o th er   w ith   s in g le  b an d   u s a g e.     I n   o r d er   to   r ea ch   to   th p er s p ec tiv o u tlo o k   t h p o w er   o f   a r tif icial  n e u r al  n e t w o r k   w a s   a s s es s ed   f o r   w ater   q u a li t y   es ti m atio n   o n   i n lan d   w ater   b o d ies,  as  to   r ec o g n ize  t h s tat u s   o f   al g al  b lo o m   i n   w ater   b o d y   i s   also   an   ess e n tia p ar w h ich   f u r th er   f ac ilit ate s   t h r esto r atio n   o f   p r o ce s s .   W it h   t h s a m f o cu s ,   X u e al.   [ 2 0 ]   ap p lied   th al g al   b lo o m   i n d ex   to   in   s i tu   re m o te   s e n s i n g   r e f lecta n ce   a n d   MO DI S   R a y le ig h - co r r ec ted   r ef lecta n ce   alo n g   w it h   th s p ee d   o f   lo ca w i n d .   T h s i m p le  s tatis tical  tec h n iq u e,   C lass if icat io n   an d   R e g r ess io n   ( C A R T )   Mo d el  is   ap p lied   to   th ab o v d ata  in   o r d er   to   id en tify   t h v er tical  p r o f ile  d is tr i b u tio n   o f   p h y to p lan k to n   b io m a s s .   T h s tu d y   co n clu d es  t h at  s i m ilar   d ec is io n   tr ee   ap p r o ac h   co u ld   b u s ed   w it h   o th er   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8938   IJ - AI   Vo l.  5 ,   No .   4 ,   Dec em b er   2 0 1 6   :   1 5 3     142   140   s atellite   i m ag er y   d ata  f o r   m o n ito r in g   a n d   co n ti n u es  a s s e s s m en o f   th e   l e v el  o f   e u tr o p h icatio n   to   o th er   h y d r o   b o d ies.   I R P 6   L I SS   I I I   i m ag e r y   d ata  f r o m   i s   b ein g   a n al y ze d   to   p r ed ict  Secc h d is k   d ep th   ( SDD )   o f   lak e   w it h   t h u s a g o f   Mu ltil i n ea r   R eg r ess io n   ( ML R )   m o d el  u s in g   all  f o u r   b an d s   ( g r ee n ,   r ed ,   NI R   an d   MI R )   as  in d ep en d en v ar iab le  an d   SD d ep en d en v ar iab le  [ 2 1 ] .   T h co m p u ted   r es u lts   ar f o u n d   to   b e   s u p er io r   to   r eg r ess io n   m o d el  o n   s p ec t r al  r atio n   an d   i n d iv id u al  b an d   an al y s i s   an d   w a ter   f o u n d   to   b at   h y p er eu tr o p h ic  lev el.     I n   t h w o r k   o f   C h e n   et  a l.  i n   [ 2 8 ] ,   th r ee   n eu r al   n e t w o r k   m o d els   R ad ial   B asis   F u n ct i o n   Ne u r al  Net w o r k   ( R B FN) ,   A d ap tiv Net w o r k   b ased   F u zz y   I n f er e n ce   S y s te m   ( A N FIS)   an d   M u ltil i n ea r   R eg r es s io n   ( ML R )   w er d ev elo p ed   an d   c o m p ar ed   to   e x a m in o v er   m e an   ab s o l u te  er r o r ,   th r o o m e an   s q u ar er r o r   an d   th co r r elatio n   co ef f icie n t.  T h ese  m o d els   w er d ev elo p ed   m ai n l y   to   p r ed ict  o v er   d is s o lv ed   o x y g e n ,   to ta l   p h o s p h o r u s ,   ch lo r o p h y ll - a n d   Secc h i   d is k   d ep th   i n   t h r eser v o ir   a m o n g   w h ic h   n eu r al  n et w o r k   ANFI S   s h o w ed   to   b m o s s u i tab le  f o r   s i m u la tin g   t h w ater   q u alit y   p ar a m eter s   w it h   r ea s o n ab le   ac cu r ac y .   A   s h o r t   o u tco m o f   t h as s ess m e n t is  d ep ic ted   in   th tab u latio n   f o r m at  m en t io n ed   as t h T ab le  1 .       T ab le  1 .   A r tif icial  Ne u r al  Net w o r k   i n   A s s es s m e n o f   o v er   D if f er en t P ar a m eter s   o f   w ater   b o d ies   C i t a t i o n s   I n p u t   P a r a me t e r s   ( I mag e r y /   S t a t i st i c a l   D a t a   S o u r c e )   A N N   M o d e l   a n d   T r a i n i n g   A p p r o a c h   M a j o r   F u n c t i o n a l i t y   K e y   f a c e t s   B a r u h a   e t   a l . ,   2 0 0 1 [ 1 5 ]   L a n d sat T M   I mag e r y   B a c k   P r o p a g a t i o n   N e u r a l   N e t w o r k   w i t h   si n g l e   h i d d e n   l a y e r   T o   e st i mat e   c h l o r o p h y l l   c o n c e n t r a t i o n   a n d   se d i me n t s o f   w a t e r   b o d i e s   L a n d sat T M   p r e f e r r e d   o v e r   M O D I S   a n d   S e a W i F s   se n so r   c a u se   o f   l o w   sp a t i a l   r e so l u t i o n   P a n d a   e t   a l . ,   2 0 0 4   [ 2 5 ]   L a n d sat   T M   I mag e r y   L i n e a r   R e g r e ssi o n   st a t i st i c a l   mo d e l   ( L M R )   R a d i a l   b a s i s f u n c t i o n   n e u r a l   ( R B F N )   n e t w o r k   T o   d e t e r mi n i n g   t h e   c o n c e n t r a t i o n s   o f   c h l o r o p h y l l - ( c h l - a )   a n d   su sp e n d e d   m a t t e r   ( S M )   C o st - e f f e c t i v e ,   q u i c k ,   a n d   f e a si b l e   w i t h   a c c u r a c y   i n   p r e d i c t e d   a n d   a c t u a l   r e su l t s.   I n f o r mat i o n   f o r   a l l   b a n d p r e f e r r e d   o v e r   si n g l e   b a n d .   R B N F   t o   b e   mo r e   r o b u s t   t h a n   L M R   C a n z i a n i   e t   a l . ,   2 0 0 8   [ 1 7 ]   L a n d S a t   5 T M   a n d   L a n d S a t   7   ET M +   I mag e r y   M u l t i l a y e r   P e r c e p t r o n   w i t h   B a c k   P r o p a g a t i o n   L e a r n i n g   a l g o r i t h m   T o   d e t e r mi n e   c h l o r o p h y l l - a   a n d   t o t a l   s u sp e n d e d   so l i d c o n c e n t r a t i o n s   f o r   u n d e r st a n d i n g   t h e   c o m p l e x   d y n a mi c   b e h a v i o r   o f   w a t e r   b o d i e s.   R e mo t e   se n so r s d a t a   p r o c e sse d   b y   A N N   a r e   u se f u l   f o r   mo n i t o r i n g   t h e   t r a n sf o r ma t i o n s   i n   sh a l l o w   l a k e s   G h o l a mal i f a r d   e t   a l . ,   2 0 1 3   [ 2 7 ]   L a n d sat   5 T M   M u l t i l a y e r   P e r c e p t r o n   u se d   w i t h   B a c k   P r o p a g a t i o n   L e a r n i n g   a l g o r i t h m   T o   e x t r a c t   t h e   b a t h y me t r y   i n f o r mat i o n   o f   so u t h e a st e r n   C a s p i a n   S e a   A N N   e st i mat e d   d e p t h   w i t h   g o o d   a c c u r a c y   e v e n   w i t h   r e l a t i v e l y   l e ss  i n   s i t u   d a t a   se t a n d   f a i r l y   p o o r   se n so r   i mag e r y .   M o se s e t   a l . ,   2 0 1 3   [ 2 6 ]   I R S   P 6   L I S S   I I I   i mag e r y   T h r e e - l a y e r e d   f e e d   f o r w a r d   n e u r a l   n e t w o r k   w i t h   b a c k   p r o p a g a t i o n   t r a i n i n g   a l g o r i t h m   T o   e st i mat e   L a k e   b a t h y me t r y   a l so   e st i mat i n g   S e c c h i   D i sk   T r a n sp a r e n c y   ( S D T )   A l l   f o u r   b a n d   d a t a   se t   u se d   a n d   sy st e m i mp a r t i m p r o v e d   p r e d i c t i o n   a c c u r a c y   X u e   e t   a l . ,   2 0 1 5   [ 2 0 ]   M O D I S   I mag e r y   C l a ssi f i c a t i o n   a n d   R e g r e ssi o n   T r e e   M o d e l   ( C A R T )   S t a t i st i c a l   T e c h n i q u e s   T o   i d e n t i f y   v e r t i c a l   d i st r i b u t i o n   p r o f i l e   o f   p h y t o p l a n k t o n   b a se d   o n   a l g a l   b l o o m i n d e x   o f   L a k e   C h a o h u .   S a me   a p p r o a c h   w i t h   o t h e r   sat e l l i t e   d a t a   c o u l d   b e   a p p l i c a b l e   f o r   mo n i t o r i n g   o f   a l g a l   b i o mass   i n   o t h e r   si m i l a r   h y d r o l o g y .       4.   F UT UR E   SCO P E   A ND  CO NCLUS I O NS   Fro m   o u r   s t u d y   w e   h ad   id en t i f ied   th a u s ag o f   i m ag er y   d ata;  m ai n l y   L an d s a T M,   f o r   s ec ch d is k   d ep th   ( SDD)   a n d   tr o p ical  s ta te  in d e x   ( T SI)   ar k n o w n   to   b esti m ated   f o r   i n la n d   la k e s   i n   o u r   r eg io n   b y   r esear ch er s ,   [ 2 9 ]   an d   [ 3 0 ] .   No w   f o r   o u r   f u t u r r esear ch   d ir ec tio n   w ar in te n d ed   to   d ev elo p   o v er all  g eo co m p u ti n g   s y s te m   w h ic h   w o u ld   an al y ze   i m ag er y   d ata,   ex tr ac t h SDD,   T SI,   ch lo r o p h y ll - a,   d is s o l v ed   o x y g en   an d   o t h er   p ar a m eter s ,   tr ain   th e   n e u r al  n et w o r k   w it h   f o llo w i n g   s o   a s   to   lear n   t h b asic  c h ar ac ter is tic s   o f   s elec ted   w ater   b o d y   a n d   p r ed ict  th cu r r en an d   f u t u r s t atu s   o f   eu tr o p h icat io n   u s i n g   t i m s er ies  p r ed ictio n   s o   as to   f ac ilit ate  t h r esto r atio n   p h e n o m e n o n .     I n   th is   as s es s m en t,  w r ev ie wed   o v er   th ty p o f   i m a g er y   d ata  ex er cises   b y   d if f er en s y s te m s   a n d   ar tif icial   n e u r al  n et w o r k   m o d el  an d   th er lear n i n g   tec h n iq u es.  T h m ain   o b j ec tiv w as   to   ex p lo r t h p o w er   o f   v ar io u s   n eu r al  n et w o r k   m o d el  in   g eo co m p u tatio n   a n d   to   d r a w   r o ad   m ap   f o r   s o m m o r tech n o lo g ical l y   ad v an ce d   s y s te m s   th at   w o u ld   b co g n iza n t   an d   if   d ep lo y ed   co u ld   b ea s y   to   p r ed ict  th e   f u tu r is tic   b eh a v io r   o f   w ater   b o d ies u lti m ate l y   e n v is a g th q u a lit y   o f   w ater   in   t h s y s te m .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJ - AI     I SS N:  2252 - 8938       A s s es s in g   S ta te  o f th A r t o n   A r tifi cia l Neu r a l Net w o r P a r a d ig ms fo r   Leve l o f   … ( Tu s h a r   A n th w a l )   141   RE F E R E NC E   [1 ]   Jin   X,  X u   Q,  H u a n g   C.   Cu rre n t   S tatu a n d   F u t u re   T e n d e n c y   o f   L a k e   Eu tro p h ica ti o n   in   C h in a .   S c ien c e   in   Ch in a   S e rie s C  L if e   S c ien c e s .   2 0 0 5 ;   4 8 9 4 8 5 4 .   [2 ]   Ha y k in   S .   N e u ra Ne t w o rk s   C o m p re h e n siv e   F o u n d a ti o n ,   2 n d   E d it io n   e d P re n ti c e   Ha ll   In c . Up p e S a d d le  Riv e r,   NJ ,   USA ,   1 9 9 9 .   [3 ]   A b ra h a rt  RJ,  S e e   L M .   E d it o rs .   Ge o c o m p u tatio n .   L o n d o n T a y lo &   F ra n c is;  2 0 1 4   Ju n   2 2 .   [4 ]   L o n g le y   P ,   Br o o k S ,   M a c M il lan   B,   P a u l   A   L o n g le y . . .   [ e a l . ] .   G e o c o m p u tatio n :   A   P rim e r.   Un it e d   S tate s:  Jo h n   W il e y 2 0 1 4   M a y   1 4 .   [5 ]   Ra ju   P L N.  S p a ti a Da ta  A n a l y si s.  S a telli te  Re m o te  S e n sin g   a n d   G IS   A p p li c a ti o n in   A g ricu lt u ra M e teo ro lo g y .   2 0 0 3 :   1 5 1 7 4 .   [6 ]   Ba il e y   T   Ga tt re ll ,   (1 9 9 5 ) ,   In   S p a ti a Da ta A n a l y sis b y   E x a m p le L o n d o n L o n g m a n .   [7 ]   M a c Eac h re n   A M ,   Kra a k   M - J.  R e se a rc h   c h a ll e n g e in   Ge o v isu a li z a ti o n .   Ca rt o g r a p h y   a n d   Ge o g ra p h ic  In f o rm a ti o n   S c ien c e .   2 0 0 1 ;   2 8 (1 ) :   3 1 2 .   [8 ]   V e g a   M ,   P a rd o   R,   Ba rra d o   E,   De b á n   L .   A ss e ss m e n o f   s e a so n a a n d   p o ll u ti n g   e ffe c ts  o n   th e   q u a li ty   o f   riv e r   w a ter   b y   e x p lo ra to ry   d a ta an a l y sis.  W a ter   Res e a rc h .   1 9 9 8 ;   3 2 (1 2 ):   3 5 8 1 92.   [9 ]     l b e r t o       ,     a r     a   d e l     i l a r     ,     a r     a     a l e r i a     ,     a b i a n a       ,     e c i l i a       ,     a r     a   d e   l o s     n g e l e s   B.   P a tt e rn   re c o g n it io n   tec h n i q u e f o t h e   e v a lu a ti o n   o f   sp a ti a a n d   tem p o ra v a riatio n in   w a ter  q u a li ty .   A   c a se   stu d y W a ter   Res e a rc h .   2 0 0 1 ;   3 5 (1 2 ):   2 8 8 1 94.   [1 0 ]   S in g h   K P ,   M a li k   A ,   S in h a   S .   W a ter  q u a li t y   a ss e ss m e n a n d   a p p o rti o n m e n o f   p o ll u ti o n   so u rc e o f   G o m ti   riv e r   (In d ia)  u sin g   m u lt iv a riate   sta ti stica tec h n iq u e s a   c a se   stu d y .   An a l y ti c a   Ch imica   Acta .   2 0 0 5 ;   5 3 8 (1 - 2 ):   3 5 5 7 4 .   [1 1 ]   Ca q u a rd   S .   W a ter q u a li ty   m a p p in g   f o w a ter  m a n a g e m e n t.   Ca rto g r a p h ic P e rs p e c ti v e s .   1 9 9 9   M a 1 ;   ( 3 2 ): 2 9 4 3 .   [1 2 ]   m a ra   G ,   M o n teir o   A M V .   G e o c o m p u tatio n   tec h n iq u e f o sp a ti a a n a ly sis:  A re   th e y   re lev a n to   h e a lt h   d a ta?   Ca d e rn o s d e   S a ú d e   P ú b li c a .   2 0 0 1   Oc t;   1 7 ( 5 ).   [1 3 ]   Bo se BE,   G u y o n   IM ,   V a p n ik   VN .   tra i n in g   a l g o ri th f o o p ti ma ma rg i n   c la ss if ier s .   I n   P ro c e e d in g o f   th e   5 t h   a n n u a A CM   w o rk sh o p   o n   c o m p u tatio n a lea rn in g   th e o ry .   1 9 9 2 :   1 4 4 5 2 .   [1 4 ]   Ka n e v sk i   M ,   P a rk in   R,   P o z d n u k h o v   A ,   T i m o n in   V ,   M a ig n a n   M ,   D e m y a n o v   V ,   Ca n u   S .   En v iro n m e n tal  d a ta  m in in g   a n d   m o d e li n g   b a se d   o n   m a c h in e   l e a rn in g   a lg o rit h m a n d   g e o sta ti stics .   En v iro n m e n ta M o d e ll i n g   &   S o f tw a r e .   2 0 04 ;   1 9 ( 9 ):   8 4 5 5 5 .   [1 5 ]   Ba ru h a   P J,  T a m u ra   M ,   Ok K,  Nish im u ra   H.  Ne u ra Ne tw o rk   M o d e li n g   o L a k e   S u rf a c e   Ch l o ro p h y ll   a n d   S e d ime n t   c o n ten fr o L ANDS A T   T M   Ima g e ry .   P a p e p re se n ted   a t:   2 2 n d   A sia n   Co n f e r e n c e   o n   Re m o te  S e n sin g .   [ P lac e   u n k n o w n p u b li sh e u n k n o w n ] ;   2 0 0 1   No v .   [1 6 ]   S u d h e e KP ,   Ch a u b e y   I,   Ga rg   V .   L a k e   Wate Qu a li t y   As se ss m e n f ro m   L a n d sa T h e m a ti c   M a p p e Da ta  Us in g   Ne u ra Ne tw o rk A n   A p p ro a c h   to   Op ti m a Ba n d   C o m b in a ti o n   S e l e c ti o n J o u rn a o t h e   Ame ric a n   W a ter   Res o u rc e Asso c ia ti o n .   2 0 0 6   De c ;   4 2 ( 6 ):   1 6 8 3 9 5 .   [1 7 ]   Ca n z ian G ,   F e rra ti   R,   M a rin e ll C,   Du k a tz  F .   A rti f ici a n e u ra n e tw o rk a n d   re m o te  se n sin g   in   th e   a n a l y sis  o f   th e   h ig h ly   v a riab le P a m p e a n   sh a ll o w   lak e s.  M a th e ma ti c a Bi o sc ien c e s a n d   En g i n e e rin g .   2 0 0 8 ;   5 ( 4 ):   6 9 1 7 1 1 .   [1 8 ]   G u a n   X ,   L J,  Bo o ty   WG .   M o n i to rin g   L a k e   S i m c o e   w a ter  c larity   u sin g   L a n d sa t - 5   T M   ima g e s.  W a ter  Re so u rc e s   M a n a g e m e n t.   2 0 1 1   M a 2 ;   2 5 ( 8 ):   2 0 1 5 3 3 .   [1 9 ]   M o h a m e d   H,  Ne g m   A ,   Z a h ra n   M ,   S a a v e d ra   OC.  Ba th y m e tr y   d e term in a ti o n   f ro m   h ig h   re so lu ti o n   sa telli te  i m a g e r y   u sin g   e n se m b le  le a rn in g   A l g o rit h m in   sh a ll o w   la k e s:  C a se   st u d y   El - Bu ru ll u lak e .   In ter n a ti o n a J o u rn a o En v iro n me n ta S c ien c e   a n d   De v e l o p me n t .   2 0 1 6 ;   7 (4 ):   2 9 5 3 0 1 .   [2 0 ]   X u e   K,  Z h a n g   Y,  Du a n   H,  M a   R,   L o ise ll e   S ,   Zh a n g   M .   A   re m o te  se n sin g   a p p ro a c h   to   e stim a te   v e rti c a p ro f il e   c las se s o f   P h y to p lan k to n   in   a   E u tr o p h ic l a k e .   Re m o te S e n sin g .   2 0 1 5   Oc 3 0 ;   7 (1 1 ):   1 4 4 0 3 27.   [2 1 ]   S h e e la  A M ,   L e th a   J,  Jo se p h   S ,   R a m a c h a n d ra n   KK ,   S .   P .   S .   T ro p h i c   st a te  in d e x   o f   a   lak e   s y ste m   u sin g   IRS   ( P 6 - L IS S   III)  sa telli te i m a g e r y .   En v iro n m e n tal  M o n it o ri n g   a n d   A ss e ss m e n t.   2 0 1 0   S e p   1 4 ;   1 7 7 (1 - 4 ):   5 7 5 9 2 .   [2 2 ]   L iu     ,   L u   J.    u p p o rt  v e c to m a c h in e ―a n   a lt e rn a ti v e   to   a rti f icia n e u ro n   n e tw o rk   f o w a ter  q u a li t y   f o re c a stin g   in   a a g ricu lt u ra n o n p o i n s o u rc e   p o ll u ted   riv e r?   En v ir o n me n t a S c ien c e   a n d   Po l lu ti o n   Res e a rc h .   2 0 1 4   Ju n   5 2 1 ( 1 8 ):   1 1 0 3 6 5 3 .   [2 3 ]   L iao   Y,  X u   J,  W a n g   Z.   A p p li c a ti o n   o f   b io m o n it o r in g   a n d   s u p p o rt  v e c to m a c h in e   in   w a ter  q u a li ty   a ss e ss m e n t.   J o u rn a o Z h e ji a n g   U n ive r sity S CIENCE   B .   2 0 1 2 ;   1 3 (4 ):   3 2 7 3 4 .   [2 4 ]   Ch u   HB ,   L u   W X ,   Z h a n g   L .   A p p l ica ti o n   o f   A rti f i c ial  Ne u ra Ne two rk   in   En v ir o n m e n tal  W a ter  Qu a li ty   A ss e ss m e n t.   J o u rn a o A g ric u lt u ra S c ien c e s a n d   T e c h n o l o g y .   2 0 1 3 ;   1 5 :   3 4 3 5 6 .   [2 5 ]   P a n d a   S S .   A rti f icia n e u ra n e tw o rk a p p li c a ti o n   in   lak e   wa ter  q u a li ty   e sti m a ti o n   u sin g   sa telli te  i m a g e r y .   J o u rn a o f   En v iro n me n ta I n f o rm a ti c s .   2 0 0 4 ;   4 (2 ):   65 74.   [2 6 ]   M o se S A ,   J a n a k L ,   Jo se p h   S ,   G o m a th JP ,   Jo se p h   J.  L a k e   b a th y m e tr y   f ro m   In d ian   re m o te  se n si n g   (P 6 - L IS S   III)   sa telli te  i m a g e r y   u sin g   a rt i f icia n e u ra n e tw o rk   m o d e l.   L a k e s   &   R e se rv o irs:  Re se a rc h   &   M a n a g e m e n t.   2 0 1 3 ;   1 8 ( 2 ):   145 5 3 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8938   IJ - AI   Vo l.  5 ,   No .   4 ,   Dec em b er   2 0 1 6   :   1 5 3     142   142   [2 7 ]   G h o la m a li f a rd   M ,   Ku tse T ,   Es m a il i - S a ri  A ,   A b k a A ,   Na i m B.   Re m o tel y   se n se d   e m p iri c a m o d e li n g   o f   Ba th y m e tr y   in   t h e   so u t h e a ste rn   Ca sp ian   se a .   Re m o te S e n sin g .   2 0 1 3   M a y   3 0 ;   5 (6 ):   2 7 4 6 6 2 .   [2 8 ]   Ch e n   W - B,   L iu   W - C.   W a ter   q u a li ty   m o d e li n g   in   re se rv o irs  u sin g   M u lt iv a riate   li n e a re g re s sio n   a n d   tw o   n e u ra n e tw o rk   m o d e ls.   A d v a n c e s in   A rt if icia Ne u ra S y ste m s.  2 0 1 5 ;   2 0 1 5 :   1 1 2 .   [2 9 ]   [2 9 ]     M ish ra   A K,  Ga rg   N.  A n a l y sis  o T ro p h ic  sta te   in d e x   o f   N a in it a L a k e   f ro m   Lan d sa 7   ET     d a ta.  J o u rn a o th e   In d ia n   S o c iety   o f   Rem o te S e n sin g .   2 0 1 1   Ju n   1 0 ;   3 9 ( 4 ):   4 6 3 7 1 .   [3 0 ]   Dh il lo n   JK ,   M is h ra   A K.  Esti m a ti o n   o f   T ro p h ic sta te i n d e x   o f   S u k h n a   L a k e   u sin g   re m o te se n sin g   a n d   G IS .   J o u rn a l   o f   th e   In d ia n   S o c iety   o f   Rem o te S e n sin g .   2 0 1 3   De c   1 1 ;   4 2 (2 ):   4 6 9 7 4 .   [3 1 ]   P la n n i n g   a n d   m a n a g e m e n o f   lak e a n d   re se rv o irs:  A n   in teg ra ted   a p p ro a c h   t o   E u tro p h ica ti o n   [ c it e d   2 0 1 6   A u g   1 0 ].   Av a il a b le f ro m h tt p :/ /w ww . u n e p . o r. jp /i e tc/ P u b li c a ti o n s/T e c h P u b li c a ti o n s/T e c h P u b - 1 1 /6 - 1 0 . a sp .       BI O G RAP H O F   AUTHO R       T u sh a A n th wa is  a n   A ss istan P r o f e ss o o f   Co m p u ter  A p p li c a ti o n a Am ra p a li   In stit u te  o f   M a n a g e m e n a n d   Co m p u ter  A p p li c a ti o n ,   a f f il iate d   to   Uttara k h a n d   T e c h n ica Un iv e rsity .   He   re c e iv e d   h is  M a ste rs  in   Co m p u ter  A p p li c a ti o n   f ro m   H e m w a ti   Na n d a n   G a rh w a Un iv e rsit y   (n o Ce n tral  Un iv e rsity ),   S rin a g a G a r h w a l.   His  c u rre n re se a rc h   in tere st  in c l u d e c o m p u ter  g ra p h ics ,   a rti f icia n e u ra n e tw o rk ,   g e o g r a p h ica in f o rm a ti o n   sy ste m a n d   a lg o rit h m s.  He   h a d   a b o u 1 0   y e a rs  o f   e x p e rien c e   a fa c u lt y   in c lu d in g   i n d u strial  e x p o su re .   H e   h a d   se v e ra p u b li c a ti o n i n   n a ti o n a a n d   in ter n a ti o n   c o n f e re n c e .           Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.