[صفحه اصلی ]   [Archive] [ English ]  
:: صفحه اصلي :: درباره نشريه :: آخرين شماره :: تمام شماره‌ها :: جستجو :: ثبت نام :: ارسال مقاله :: تماس با ما ::
بخش‌های اصلی
صفحه اصلی::
اطلاعات نشریه::
برای نویسندگان::
آرشیو مجله و مقالات::
برای داوران::
تماس با ما::
امکانات پایگاه::
::
جستجو در پایگاه

جستجوی پیشرفته
..
دریافت اطلاعات پایگاه
نشانی پست الکترونیک خود را برای دریافت اطلاعات و اخبار پایگاه، در کادر زیر وارد کنید.
..
پایگاه های نمایه کننده







 
..
آمار سایت
تعداد مشاهده ی مقالات: 2784495

مقالات منتشر شده: 661
نرخ پذیرش: 73.6
نرخ رد: 17.63

میانگین دریافت تا تصمیم‌گیری اولیه: 5 تا 10 روز
میانگین دریافت تا پذیرش: 191 روز
____
..
:: دوره 12، شماره 4 - ( 3-1402 ) ::
دوره 12 شماره 4 صفحات 89-77 برگشت به فهرست نسخه ها
مدلسازی غلظت ذرات معلق PM2.5 بر مبنای جانهی داده‌ها و استفاده از روش‌های یادگیری ماشین
سارا حق بیان* ، بهنام تشیع ، مریم حسینی
چکیده:   (659 مشاهده)
مدلسازی دقیق تغییرات مکانی-زمانی نیازمند روش­­ مناسب و داده‌­های کامل و دقیق است. داده­‌ها از حسگرهای ایستگاه­‌های پایش جمع­آوری می­‌شوند. تعداد این ایستگاه‌­ها محدود است و به دلیل عوامل اجتناب ناپذیر بخشی از داده‌­ها از دست می‌­روند. نوآوری مقاله حاضر، غلبه بر محدودیت­‌های روش­‌های موجود در جانهی مقادیر از دست رفته PM2.5 است. محدودیت روش­‌های موجود، عدم توجه همزمان به مکانیسم مکانی-زمانی داده‌­های از دست‌رفته است. به منظور غلبه بر محدودیت­‌های روش‌­های موجود، جانهی مقادیر از دست رفته  PM2.5 همراه با در نظر گرفتن روابط بین متغیرها با حفظ تغییر پذیری و عدم قطعیت طبیعی آن­‌ها، با استفاده از مدل­‌های درخت اضافی و درخت تصمیم پیاده‌سازی گردید. نتایج نشان داد که روش درخت اضافی به دلیل کاهش سوگیری با میانگین 0.80=R2دقت بالاتری از روش درخت تصمیم با میانگین 0.64=R2  در جانهی مقادیر از دست رفته PM2.5دارد. پس از مدیریت داده­‌های از دست رفته با استفاده از روش درخت اضافی، از روش XGBoost به دلیل ارزیابی غیرخطی اهمیت متغیرهای موثر با هدف افزیش دقت و کاهش هزینه محاسباتی برای مدلسازی تغییرات مکانی-زمانی آلاینده PM2.5 در بافت‌­های مختلف جغرافیایی کلانشهر تهران استفاده گردید. متغیرهای موثر درنظرگرفته شده برای جانهی و مدلسازی شامل داده‌­های هواشناسی و سایر آلاینده‌­های اصلی نظیر O3،Pm10،Co،So2، No2  است. متغیرهای هواشناسی شامل مجموع بارش، رطوبت نسبی، دما از مدل ECMWF استخراج گردیدند. استفاده از مدل ECMWF علاوه بر افزایش تعداد ایستگاه هواشناسی، امکان استفاده از رزولوشن یک ساعتی با تعداد بسیار ناچیز داده از دست رفته را در مقابل تعداد محدود، رزولوشن سه ساعتی با تعداد زیاد داده از دست‌رفته هواشناسی را فراهم می­‌کند.
 
شماره‌ی مقاله: 5
واژه‌های کلیدی: PM2.5، داده‌های از دست رفته، یادگیری ماشین، درخت اضافی، درخت تصمیم، XGBoost.
متن کامل [PDF 934 kb]   (270 دریافت)    
نوع مطالعه: پژوهشي | موضوع مقاله: سامانه های اطلاعات مکانی
دریافت: 1401/12/1
فهرست منابع
1. J. Tan, H. Liu, Y. Li, S. Yin, and C. Yu, "A new ensemble spatio-temporal PM2. 5 prediction method based on graph attention recursive networks and reinforcement learning," Chaos, Solitons & Fractals, vol. 162, p. 112405, 2022. [DOI:10.1016/j.chaos.2022.112405]
2. S. Srivastava and I. N. Sinha, "Classification of air pollution dispersion models: a critical review," in Proceedings of National Seminar on Environmental Engineering with special emphasis on Mining Environment, 2004.
3. X. Xi, Z. Wei, R. Xiaoguang, W. Yijie, B. Xinxin, Y. Wenjun, et al., "A comprehensive evaluation of air pollution prediction improvement by a machine learning method," in 2015 IEEE international conference on service operations and logistics, and informatics (SOLI), 2015, pp. 176-181. [DOI:10.1109/SOLI.2015.7367615] [PMID] [PMCID]
4. W. Tong, "Machine learning for spatiotemporal big data in air pollution," in Spatiotemporal Analysis of Air Pollution and Its Application in Public Health, ed: Elsevier, 2020, pp. 107-134. [DOI:10.1016/B978-0-12-815822-7.00005-4]
5. H. Amini, S. M. Taghavi-Shahri, S. B. Henderson, K. Naddafi, R. Nabizadeh, and M. Yunesian, "Land use regression models to estimate the annual and seasonal spatial variability of sulfur dioxide and particulate matter in Tehran, Iran," Science of the total environment, vol. 488, pp. 343-353, 2014. [DOI:10.1016/j.scitotenv.2014.04.106] [PMID]
6. H. Bagheri, "A machine learning-based framework for high resolution mapping of PM2. 5 in Tehran, Iran, using MAIAC AOD data," Advances in Space Research, vol. 69, pp. 3333-3349, 2022. [DOI:10.1016/j.asr.2022.02.032]
7. M. Zamani Joharestani, C. Cao, X. Ni, B. Bashir, and S. Talebiesfandarani, "PM2. 5 prediction based on random forest, XGBoost, and deep learning using multisource remote sensing data," Atmosphere, vol. 10, p. 373, 2019. [DOI:10.3390/atmos10070373]
8. J. Ma, Z. Yu, Y. Qu, J. Xu, and Y. Cao, "Application of the XGBoost machine learning method in PM2. 5 prediction: A case study of Shanghai," Aerosol and Air Quality Research, vol. 20, pp. 128-138, 2020. [DOI:10.4209/aaqr.2019.08.0408]
9. S. Gündoğdu, G. Tuna Tuygun, Z. Li, J. Wei, and T. Elbir, "Estimating daily PM2. 5 concentrations using an extreme gradient boosting model based on VIIRS aerosol products over southeastern Europe," Air Quality, Atmosphere & Health, vol. 15, pp. 2185-2198, 2022. [DOI:10.1007/s11869-022-01245-5]
10. Y.-P. Chen, C.-H. Huang, Y.-H. Lo, Y.-Y. Chen, and F. Lai, "Combining attention with spectrum to handle missing values on time series data without imputation," Information Sciences, vol. 609, pp. 1271-1287, 2022. [DOI:10.1016/j.ins.2022.07.124]
11. K. J. Nishanth, V. Ravi, N. Ankaiah, and I. Bose, "Soft computing based imputation and hybrid data and text mining: The case of predicting the severity of phishing alerts," Expert Systems with Applications, vol. 39, pp. 10583-10589, 2012. [DOI:10.1016/j.eswa.2012.02.138]
12. J. Poulos and R. Valle, "Missing data imputation for supervised learning," Applied Artificial Intelligence, vol. 32, pp. 186-196, 2018. [DOI:10.1080/08839514.2018.1448143]
13. W.-C. Lin and C.-F. Tsai, "Missing value imputation: a review and analysis of the literature (2006-2017)," Artificial Intelligence Review, vol. 53, pp. 1487-1509, 2020. [DOI:10.1007/s10462-019-09709-4]
14. H. Kang, "The prevention and handling of the missing data," Korean journal of anesthesiology, vol. 64, pp. 402-406, 2013. [DOI:10.4097/kjae.2013.64.5.402] [PMID] [PMCID]
15. S. E. Awan, M. Bennamoun, F. Sohel, F. Sanfilippo, and G. Dwivedi, "A reinforcement learning-based approach for imputing missing data," Neural Computing and Applications, vol. 34, pp. 9701-9716, 2022. [DOI:10.1007/s00521-022-06958-3]
16. I. Belachsen and D. M. Broday, "Imputation of Missing PM2. 5 Observations in a Network of Air Quality Monitoring Stations by a New k NN Method," Atmosphere, vol. 13, p. 1934, 2022. [DOI:10.3390/atmos13111934]
17. H. Yang, W. Chen, and Z. Liang, "Impact of land use on PM2. 5 pollution in a representative city of middle China," International Journal of Environmental Research and Public Health, vol. 14, p. 462, 2017. [DOI:10.3390/ijerph14050462] [PMID] [PMCID]
18. S. Z. Shogrkhodaei, S. V. Razavi-Termeh, and A. Fathnia, "Spatio-temporal modeling of PM2. 5 risk mapping using three machine learning algorithms," Environmental Pollution, vol. 289, p. 117859, 2021. [DOI:10.1016/j.envpol.2021.117859] [PMID]
19. X. Xu, "Forecasting air pollution PM2. 5 in Beijing using weather data and multiple kernel learning," Journal of Forecasting, vol. 39, pp. 117-125, 2020. [DOI:10.1002/for.2599]
20. F. Hosseinibalam and A. Hejazi, "Influence of meteorological parameters on air pollution in Isfahan," IPCBEE, vol. 46, pp. 7-12, 2012.
21. Y. Lin, X. Yuan, T. Zhai, and J. Wang, "Effects of land-use patterns on PM2. 5 in China's developed coastal region: Exploration and solutions," Science of the Total Environment, vol. 703, p. 135602, 2020. [DOI:10.1016/j.scitotenv.2019.135602] [PMID]
22. Y. Liu, G. Cao, and N. Zhao, "Integrate machine learning and geostatistics for high-resolution mapping of ground-level PM2. 5 concentrations," in Spatiotemporal Analysis of Air Pollution and Its Application in Public Health, ed: Elsevier, 2020, pp. 135-151. [DOI:10.1016/B978-0-12-815822-7.00006-6]
23. M. Faraji, S. Nadi, O. Ghaffarpasand, S. Homayoni, and K. Downey, "An integrated 3D CNN-GRU deep learning method for short-term prediction of PM2. 5 concentration in urban environment," Science of The Total Environment, vol. 834, p. 155324, 2022. [DOI:10.1016/j.scitotenv.2022.155324] [PMID]
24. R. J. Chase, D. R. Harrison, A. Burke, G. M. Lackmann, and A. McGovern, "A Machine Learning Tutorial for Operational Meteorology. Part I: Traditional Machine Learning," Weather and Forecasting, vol. 37, pp. 1509-1529, 2022. [DOI:10.1175/WAF-D-22-0070.1]
25. H. Karimian, Q. Li, C. Wu, Y. Qi, Y. Mo, G. Chen, et al., "Evaluation of different machine learning approaches to forecasting PM2. 5 mass concentrations," Aerosol and Air Quality Research, vol. 19, pp. 1400-1410, 2019. [DOI:10.4209/aaqr.2018.12.0450]
26. S. Fielding, P. M. Fayers, A. McDonald, G. McPherson, and M. K. Campbell, "Simple imputation methods were inadequate for missing not at random (MNAR) quality of life data," Health and Quality of Life Outcomes, vol. 6, pp. 1-9, 2008. [DOI:10.1186/1477-7525-6-57] [PMID] [PMCID]
27. T. Emmanuel, T. Maupong, D. Mpoeleng, T. Semong, B. Mphago, and O. Tabona, "A survey on missing data in machine learning," Journal of Big Data, vol. 8, pp. 1-37, 2021. [DOI:10.1186/s40537-021-00516-9] [PMID] [PMCID]
28. G. Huang, "Missing data filling method based on linear interpolation and lightgbm," in Journal of Physics: Conference Series, 2021, p. 012187. [DOI:10.1088/1742-6596/1754/1/012187]
29. P. D. Allison, "Multiple imputation for missing data: A cautionary tale," Sociological methods & research, vol. 28, pp. 301-309, 2000. [DOI:10.1177/0049124100028003003]
30. D. B. Rubin, Multiple imputation for nonresponse in surveys vol. 81: John Wiley & Sons, 2004.
31. S. Fielding, P. M. Fayers, A. McDonald, G. McPherson, M. K. Campbell, and R. S. Group, "Simple imputation methods were inadequate for missing not at random (MNAR) quality of life data," Health and Quality of Life Outcomes, vol. 6, pp. 1-9, 2008. [DOI:10.1186/1477-7525-6-57] [PMID] [PMCID]
32. J. Ma, Z. Shou, A. Zareian, H. Mansour, A. Vetro, and S.-F. Chang, "CDSA: cross-dimensional self-attention for multivariate, geo-tagged time series imputation," arXiv preprint arXiv:1905.09904, 2019.
33. M. W. Ahmad, J. Reynolds, and Y. Rezgui, "Predictive modelling for solar thermal energy systems: A comparison of support vector regression, random forest, extra trees and regression trees," Journal of cleaner production, vol. 203, pp. 810-821, 2018. [DOI:10.1016/j.jclepro.2018.08.207]
34. O. Maier, M. Wilms, J. von der Gablentz, U. M. Krämer, T. F. Münte, and H. Handels, "Extra tree forests for sub-acute ischemic stroke lesion segmentation in MR sequences," Journal of neuroscience methods, vol. 240, pp. 89-100, 2015. [DOI:10.1016/j.jneumeth.2014.11.011] [PMID]
35. E. E. Okoro, T. Obomanu, S. E. Sanni, D. I. Olatunji, and P. Igbinedion, "Application of artificial intelligence in predicting the dynamics of bottom hole pressure for under-balanced drilling: extra tree compared with feed forward neural network model," Petroleum, vol. 8, pp. 227-236, 2022. [DOI:10.1016/j.petlm.2021.03.001]
36. S. García, S. Ramírez-Gallego, J. Luengo, J. M. Benítez, and F. Herrera, "Big data preprocessing: methods and prospects," Big Data Analytics, vol. 1, pp. 1-22, 2016. [DOI:10.1186/s41044-016-0014-0]
ارسال پیام به نویسنده مسئول

ارسال نظر درباره این مقاله
نام کاربری یا پست الکترونیک شما:

CAPTCHA



XML   English Abstract   Print


Download citation:
BibTeX | RIS | EndNote | Medlars | ProCite | Reference Manager | RefWorks
Send citation to:

haghbayan S, Tashayo B, hosseinii M. Modeling spatial-temporal changes in PM2.5 concentration based on data imputation and the use of machine learning methods in different geographical contexts of the Tehran metropolis. JGST 2023; 12 (4) : 5
URL: http://jgst.issgeac.ir/article-1-1136-fa.html

حق بیان سارا، تشیع بهنام، حسینی مریم. مدلسازی غلظت ذرات معلق PM2.5 بر مبنای جانهی داده‌ها و استفاده از روش‌های یادگیری ماشین. علوم و فنون نقشه برداری. 1402; 12 (4) :77-89

URL: http://jgst.issgeac.ir/article-1-1136-fa.html



بازنشر اطلاعات
Creative Commons License این مقاله تحت شرایط Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License قابل بازنشر است.
دوره 12، شماره 4 - ( 3-1402 ) برگشت به فهرست نسخه ها
نشریه علمی علوم و فنون نقشه برداری Journal of Geomatics Science and Technology