High-resolution spatiotemporal measurement and city-scale modelling of air and noise pollution in Accra Ghana: sensors, deep learning, and street-view imagery
Notice bibliographique
Résumé
Air and noise pollution are significant emerging environmental health hazards in African cities, with potentially complex spatial and temporal patterns. Limited local data are a major barrier to the formulation and evaluation of policies to reduce air and noise pollution.We designed and carried out an innovative 3-year measurement campaign to characterise air and noise pollution and their sources at high-resolution within the Greater Accra Metropolitan Area (GAMA), Ghana. Our design used a combination of fixed (3 year-long, n=10) and rotating (week-long over 1 year, n =136) sites, selected to represent a range of land uses and source influences. We collected data on PM2.5, black carbon (BC), nitrogen oxides (NOx), weather variables, noise pollution, along with street level time-lapse images with cameras. To do this, we strategically deployed low-cost, low-power, lightweight monitoring devices in an integrated station that was robust, socially unobtrusive, and able to function in the West African coastal climate. We used spatiotemporal land use regression models to predict PM2.5, NO2, BC and noise pollution across the city in high spatial resolution, and state-of-the-art methods in deep learning to predict pollution levels in high temporal resolution by training classification algorithms on 2 million time-lapse images captured at street level with corresponding pollution measurements. Most measurement sites recorded air pollution and noise levels above the WHO health-based guidelines. Spatiotemporal LUR models achieved good out of sample R2’s of 0.51-0.54 (noise), 0.58 – 0.83 (PM2.5), 0.78 - 0.80 (NO2) and 0.79 – 0.88 (BC). From the deep learning image-based analysis, the classification (prediction) accuracy of noise levels in space and time was higher (40-70%) than PM2.5 (30-55%), due to the localised nature of noise source emissions, and the fine-grained nature of our classes, which distinguish between small changes than previous studies. Our approach to monitoring and modelling air and noise pollution can be scaled up in other SSA cities to fill critical data gaps, and is already being successfully piloted in Kigali, Rwanda. The exposure surfaces developed with the LUR models are now supporting ongoing epidemiological studies assessing the impact of exposure to air and noise on birth outcomes and child health and development in Accra. Street view imagery are an increasingly available resource in cities around the world (from CCTV; Google Street View), and results from our deep learning image-based analysis show that the time lapsed images are a uniquely informative source of data for predicting high resolution temporal change in exposure, simultaneously with the presence or absence of potential determinants, though integrating with high spatial resolution remains a challenge.
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 machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
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.
score_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 découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».