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Enregistrement W4322007524 · doi:10.5194/egusphere-egu23-8841

Spatio-temporal clustering on a high-performance computing platform for high-resolution monitoring network analysis

2023· preprint· en· W4322007524 sur OpenAlexaff
Colin Lee, Paul A. Makar, Joana Soares

Notice bibliographique

Revuenon disponible
Typepreprint
Langueen
DomaineEnvironmental Science
ThématiqueAir Quality Monitoring and Forecasting
Établissements canadiensGovernment of CanadaEnvironment and Climate Change Canada
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésCluster analysisComputer scienceData miningSimilarity (geometry)Classification of discontinuitiesAir quality indexInstrumentation (computer programming)Hierarchical clusteringNetwork monitoringReal-time computingArtificial intelligenceGeography

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Air quality monitoring networks provide invaluable data for studying human health, environmental impacts, and the effects of policy changes,  but obtaining high quality data can be costly, with each site in a monitoring network requiring instrumentation and skilled operator time. It is therefore important to ensure that each monitor in the network is providing unique data to maximize the value of the entire network.  Differences in measurement approaches for the same chemical between monitoring stations may also result in discontinuities in the network data.  Both of these factors suggest the need for objective, machine-learning methodologies for monitoring network data analysis.   Air quality models are another valuable tool to augment monitoring networks.  The models simulate air quality over a large region where monitoring may be sparse. The gridded output from air-quality models thus contain inherent information on the similarity of sources, chemical oxidation pathways and removal processes for chemicals of interest, provided appropriate tools are available to identify these similarities on a gridded basis.  The output from these models can be immense, again requiring the use of special, highly optimized tools for post-processing analysis.Spatiotemporal clustering is a family of techniques that have seen widespread use in air quality, whereby time-series taken at different locations are grouped based on the level of similarity between time-series data within the dataset.   Hierarchical clustering is one such algorithm, which has the advantage of not requiring an a priori assumption about how many clusters there might be (unlike K-means).  However, traditional approaches for hierarchical clustering become computationally expensive as the number of time-series increases in size, resulting in prohibitive computational costs  when the total number of time-series to be compared rises above 30,000, even on a supercomputer.  Similarly, the comparison and clustering of large numbers of discrete data (such as multiple mass spectrometer data sampled at high time resolution from a moving laboratory platform) becomes computationally prohibitive using conventional methods. In this study we present a high-performance hierarchical clustering algorithm which is able to run in parallel over many nodes on massively parallel computer systems, thus allowing for efficient clustering for very large monitoring network and model output datasets.   The new high-performance program is able to cluster 290,000 annual time series (from either monitoring network data or gridded model output) in 13 hours on 800 nodes. We present here some example results showing how the algorithm can be used to analyse very large datasets, providing new insights into “airsheds” depicting regions of similar chemical origin and history, different spatial regimes for nitrogen, sulphur, and base cation deposition, .  These analyses show how different processes control each species at different potential monitoring site locations, via cluster-generated airshed maps for each species. The efficiency and flexibility of the algorithm allows for extremely large datasets to be analysed in hours of wall-clock time instead of weeks or months. The new algorithm is being used as the numerical engine for a new tool for the analysis of EU monitoring network data. 

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction distillée sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,001
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,000
Version: codex-gemma-dda1882f352aStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesMéta-épidémiologie (sens strict)
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: Simulation ou modélisation
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,115
Score d'incertitude au seuil1,000

Scores Codex et Gemma par catégorie

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,000
Bibliométrie0,0000,001
Études des sciences et des technologies0,0010,000
Communication savante0,0000,000
Science ouverte0,0010,002
Intégrité de la recherche0,0000,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0000,000

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,063
Tête enseignante GPT0,288
Écart entre enseignants0,224 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.

Devis d'étudeSimulation ou modélisation
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations0
Publié2023
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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