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Enregistrement W4416092941 · doi:10.3390/atmos16111274

A Novel Application of Choquet Integral for Multi-Model Fusion in Urban PM10 Forecasting

2025· article· en· W4416092941 sur OpenAlexaff
Houria Bouzghiba, Amine Ajdour, Najiya Omar, Abderrahmane Mendyl, Gábor Géczi

Notice bibliographique

RevueAtmosphere · 2025
Typearticle
Langueen
DomaineEnvironmental Science
ThématiqueAir Quality Monitoring and Forecasting
Établissements canadiensDalhousie University
Organismes subventionnairesMagyar Agrár- és Élettudományi Egyetem
Mots-clésChoquet integralInterpretabilityRandom forestFeature (linguistics)Ensemble learningGradient boostingRedundancy (engineering)Bayesian probabilityFeature engineering

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Air pollution forecasting remains a critical challenge for urban public health management, with traditional approaches struggling to balance accuracy and interpretability. This study introduces a novel PM10 forecasting framework combining physics-informed feature engineering with interpretable ensemble fusion using the Choquet integral, the first application of this non-linear aggregation operator for air quality forecasting. Using hourly data from 11 monitoring stations in Budapest (2021–2023), we developed four specialized feature sets capturing distinct atmospheric processes: short-term dynamics, long-term patterns, meteorological drivers, and anomaly detection. We evaluated machine learning models including Random Forest variants (RF), Gradient Boosting (GBR), Support Vector Regression (SVR), K-Nearest Neighbors (KNN), and Long Short-Term Memory (LSTM) architectures across six identified pollution regimes. Results revealed the critical importance of feature engineering over architectural complexity. While sophisticated models failed when trained on raw data, the KNN model with 5-dimensional anomaly features achieved exceptional performance, representing an 86.7% improvement over direct meteorological input models. Regime-specific modeling proved essential, with GBR-Regime outperforming GBR-Stable by a remarkable effect size. For ensemble fusion, we compared the novel Choquet integral approach against conventional methods (mean, median, Bayesian Model Averaging, stacking). The Choquet integral achieved near-equivalent performance to state-of-the-art stacking while providing complete mathematical interpretability through interaction coefficients. Analysis revealed predominantly redundant interactions among models, demonstrating that sophisticated fusion must prevent information over-counting rather than merely combining predictions. Station-specific interaction patterns showed selective synergy exploitation at complex urban locations while maintaining redundancy management at simpler sites. This work establishes that combining domain-informed feature engineering with interpretable Choquet integral aggregation can match black-box ensemble performance while maintaining the transparency essential for operational deployment and regulatory compliance in air quality management systems.

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)0,003
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: Méthodes · Signal consensuel: Méthodes
Score de désaccord entre enseignants0,005
Score d'incertitude au seuil0,009

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0020,003
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 Opus0,046
Tête enseignante GPT0,296
Écart entre enseignants0,251 · 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
GenreMéthodes

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

En bref

Citations1
Publié2025
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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