تحلیل روشهای یادگیری ماشین برای پیش بینی قیمت سنگ آهن

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیاردانشکده مهندسی معدن، دانشگاه صنعتی امیرکبیر

2 دانشکده مهندسی معدن، دانشگاه صنعتی امیرکبیر

10.22034/anm.2026.23544.1693

چکیده

عیار حد پارامتری حیاتی در اقتصاد معدن، تصمیم‌گیری‌های سرمایه‌گذاری و مطالعات امکان‌سنجی پروژه‌های معدنی است. قیمت محصولات معدنی یکی از مهم‌ترین عوامل تاثیرگذار بر بهینه‌سازی عیار حد در معادن روباز فلزی است. از این‌رو پیش‌بینی قیمت سنگ‌آهن با روش‌های هوشمند دیدگاه ارزشمندی برای طراحی و برنامه‌ریزی معادن فراهم می‌کند. بدین منظور، داده‌های ماهانه ۱۴ پارامتر شامل قیمت‌ سنگ‌آهن، فلزات پایه (مس، آلومینیوم، سرب، روی و قلع)، فلزات قیمتی (طلا و نقره)، حامل‌های انرژی (زغال، سوخت‌مایع و گاز طبیعی) و شاخص‌های اقتصادی و بازار (تولید و تقاضای جهانی آهن و هزینه متوسط حمل‌ونقل)، جمع‌آوری و با بهره‌گیری از مدل رگرسیون خطی ساده، روابط بین قیمت آهن و هر یک از متغیرهای وابسته تعیین شد. همبستگی قوی بین قیمت سنگ‌آهن با قیمت مس، سرب، طلا، نقره، قلع، گاز طبیعی، سوخت مایع، تولید و تقاضای جهانی آهن و متوسط هزینه حمل‌ونقل نشان می‌دهد که تغییرات این متغیرها بر قیمت‌گذاری سنگ‌آهن تأثیر می‌گذارد. پس از نرمال‌سازی و تقسیم‌بندی داده‌ها به دو دسته آموزشی و آزمایشی، مدلسازی پیش‌بینی قیمت سنگ‌آهن انجام شد. پیاده‌سازی مدل‌های یادگیری ماشین نظارت‌شده رگرسیون خطی چندگانه، رگرسیون بردار پشتیبان، درخت تصمیم، جنگل تصادفی و تقویت گرادیان شدید بر روی داده‌های آموزشی و ارزیابی کارآیی مدل بر روی داده‌های آزمون بر اساس مقادیر ضریب تعیین، میانگین درصد خطای مطلق، میانگین مربعات خطا و میانگین مطلق خطا تأیید می‌کند که این روش‌ها ابزارهای قدرتمندی هستند. علاوه بر این، اهمیت ویژگی‌ها در مدل‌های یادگیری ماشین درخت محور تعیین شد و نشان داد که قیمت فلزات قیمتی بیشترین وزن و قیمت انرژی کمترین وزن را دارند. پس از تحلیل کارآیی مدل‌ها، مدل بهینه با دقت پیش‌بینی بالا، خطای کم و تعمیم‌پذیری مناسب بر روی داده‌های آزمایشی به عنوان پایه‌ای قدرتمند برای پیش‌بینی قابل اعتماد قیمت سنگ‌آهن مورد استفاده قرار می‌گیرد. مدل تقویت گرادیان شدید با مقدار ضریب تعیین 0.93 و میانگین مطلق خطا 0.15 از سایر مدل‌ها عملکرد بهتری دارد و الگوهای پیچیده نوسانات را نسبت به مدل‌های رگرسیون مرسوم به طور مؤثرتری ثبت می‌کند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Analysis of Machine Learning Methods for Iron Ore Price Prediction

نویسندگان [English]

  • Majid Ataee-pour 1
  • MARYAM SADEGHBEYGI OLYAYI 2
1 Associate Professor, Faculty of Mining Engineering, Amirkabir University of Technology
2 Faculty of Mining Engineering, Amirkabir University of Technology
چکیده [English]

The cut-off grade is a vital parameter in mining economics, investment decisions, and feasibility studies of mining projects, with mineral commodity prices playing a key role in its optimization—especially in open-pit metal mines. Consequently, forecasting iron ore prices using Artificial Intelligent methods offers valuable insights for mine design and planning. In this study, monthly data for 14 variables—including iron ore price, base metals (copper, aluminum, lead, zinc, tin), precious metals (gold, silver), energy carriers (coal, liquid fuel, natural gas), and economic indicators (global iron production and demand, average transportation cost)—were collected and analyzed using Bivariate Linear Regression to identify relationships between iron ore price and each variable. Strong correlations were found with copper, lead, gold, silver, tin, natural gas, liquid fuel, global iron production and demand, and transportation costs, indicating their significant influence on iron ore pricing. After normalizing and splitting the data into training and testing sets, Machine Learning models were implemented—including Multiple Linear Regression, Support Vector Regression, Decision Tree, Random Forest, and eXtreme Gradient Boosting (XGBoost)—and evaluated using R², MAPE, MSE, and MAE. Tree-based models revealed that precious metal prices had the highest feature importance, while energy prices had the lowest. Among all models, XGBoost demonstrated superior performance with an R² of 0.93 and MAE of 0.15, effectively capturing complex price fluctuations and outperforming traditional regression approaches. This model provides a reliable and powerful foundation for forecasting iron ore prices, supporting strategic planning and optimization in the mining industry. representation of the correlation matrix helps identify the features most strongly associated with the dependent variable. As a result, ten parameters—including the prices of copper, lead, gold, silver, tin, gas, LNG, global iron ore production and demand, and transportation costs—were chosen as critical features for modelling. According to results of the constructed prediction models ,, the XGB model outperformed the best performance and accuracy, while MLR model had the weakest results. the best-fit ML model in this investigation is XGB for world iron ore price prediction based on higher performance as it gave the highest R2 (0.93) and lowest MAE (0.15) compared to other models.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Prediction
  • Iron ore
  • price
  • Machine Learning
  • Efficiency

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از تاریخ 15 شهریور 1405
  • تاریخ دریافت: 28 مرداد 1404
  • تاریخ بازنگری: 01 مرداد 1405
  • تاریخ پذیرش: 15 شهریور 1405