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Enregistrement W4402788800 · doi:10.1016/j.scitotenv.2024.176523

Spatial and spatiotemporal modelling of intra-urban ultrafine particles: A comparison of linear, nonlinear, regularized, and machine learning methods

2024· article· en· W4402788800 sur OpenAlexafffundabout
Julien Vachon, Stéphane Buteau, Ying Liu, Keith Van Ryswyk, Marianne Hatzopoulou, Audrey Smargiassi

Notice bibliographique

RevueThe Science of The Total Environment · 2024
Typearticle
Langueen
DomaineEnvironmental Science
ThématiqueAir Quality and Health Impacts
Établissements canadiensUniversity of TorontoAir CanadaUniversité de MontréalCentre Intégré Universitaire de Santé et de Services Sociaux du Centre-Sud-de-l'Île-de-Montréal
Organismes subventionnairesFonds de Recherche du Québec - SantéNatural Sciences and Engineering Research Council of CanadaCanadian Institutes of Health Research
Mots-clésNonlinear systemComputer scienceStatistical physicsApplied mathematicsBiological systemMathematicsPhysics

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Machine learning methods are proposed to improve the predictions of ambient air pollution, yet few studies have compared ultrafine particles (UFP) models across a broad range of statistical and machine learning approaches, and only one compared spatiotemporal models. Most reported marginal differences between methods. This limits our ability to draw conclusions about the best methods to model ambient UFPs. To compare the performance and predictions of statistical and machine learning methods used to model spatial and spatiotemporal ambient UFPs. Daily and annual models were developed from UFP measurements from a year-long mobile monitoring campaign in Quebec City, Canada, combined with 262 geospatial and six meteorological predictors. Various road segment lengths were considered (100/300/500 m) for UFP data aggregation. Four statistical methods included linear, non-linear, and regularized regressions, whereas eight machine learning regressions utilized tree-based, neural networks, support vector, and kernel ridge algorithms. Nested cross-validation was used for model training, hyperparameter tuning and performance evaluation. Mean annual UFP concentrations was 13,335 particles/cm 3 . Machine learning outperformed statistical methods in predicting UFPs. Tree-based methods performed best across temporal scales and segment lengths, with XGBoost producing the overall best performing models (annual R 2 = 0.78–0.86, RMSE = 2163–2169 particles/cm 3 ; daily R 2 = 0.47–0.48, RMSE = 8651–11,422 particles/cm 3 ). With 100 m segments, other annual models performed similarly well, but their prediction surfaces of annual mean UFP concentrations showed signs of overfitting. Spatial aggregation of monitoring data significantly impacted model performance. Longer segments yielded lower RMSE in all daily models and for annual statistical models, but not for annual machine learning models. The use of tree-based methods significantly improved spatiotemporal predictions of UFP concentrations, and to a lesser extent annual concentrations. Segment length and hyperparameter tuning had notable impacts on model performance and should be considered in future studies. • Spatiotemporal modelling of ambient ultrafine particles is challenging. • Eight machine learning and four statistical methods were compared. • Machine learning models were more accurate than statistical models. • XGBoost was the most effective and consistent method and annual and daily scales. • Aggregation of mobile monitoring data had a notable impact on model performance.

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 enseignants

Ni 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.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,002
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,004
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
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: aucune
Score de désaccord entre enseignants0,069
Score d'incertitude au seuil0,137

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0020,004
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,001
Bibliométrie0,0010,001
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0010,001
Intégrité de la recherche0,0010,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0010,000

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 Opus0,061
Tête enseignante GPT0,324
Écart entre enseignants0,263 · 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 source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
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

Citations8
Publié2024
Routes d'admission3
Résumé présentoui

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