Была проверена гипотеза о том, может ли разделение данных о концентрации PM2.5 на несколько классов улучшить модель калибровки показаний недорогого оптического датчика. Классификация проводилась на основе гипотезы о принадлежности измерений к разным метеорологическим сезонам. Результаты текущего исследования свидетельствуют о том, что значительная зависимость концентраций загрязняющих веществ от температуры характерна в основном для холодного периода года. Как описано выше, это связано с большей вероятностью возникновения температурных инверсий зимой. Извлечение остальных сезонов не приводит к существенному улучшению качества калибровки
Таблица 1. Коэффициенты детерминации моделей калибровки показаний оптических датчиков в зависимости от метеорологического сезона и способа его извлечения (для исходных/прологарифмированных
Сезон | Метод разделения | |||
Календарный | По корреляции | Метод Отцу | Авторский алгоритм | |
Зима | 0.931 / 0.971 | 0.927 / 0.959 | 0.934 / 0.978 | 0.932 / 0.973 |
Лето | 0.806 / 0.945 | 0.806 / 0.945 | 0.811 / 0.946 | 0.818 / 0.947 |
Демисезон | 0.836 / 0.944 | 0.859 / 0.937 | 0.858 / 0.936 | |
Весна | 0.840 / 0.944 | |||
Осень | 0.870 / 0.936 |
Таблица 2. AIC моделей калибровки показаний оптических датчиков в зависимости от метеорологического сезона и способа его извлечения (для исходных/прологарифмированных данных)
Сезон | Метод разделения | |||
Календарный | По корреляции | Метод Отцу | Авторский алгоритм | |
Зима | 8.8⋅10^4/ 1.7⋅10^4 | 1.5⋅10^5/ 3.4⋅10^4 | 7.8⋅10^4/ 1.3⋅10^4 | 7.9⋅10^4/ 1.5⋅10^4 |
Лето | 8.3⋅10^4/ 2.0⋅10^4 | 8.3⋅10^4/ 2.0⋅10^4 | 1.5⋅10^5/ 3.6⋅10^4 | 1.7⋅10^5/ 4.1⋅10^4 |
Демисезон | 1.5⋅10^5/ 3.9⋅10^4 | 1.6⋅10^5/ 4.3⋅10^4 | 1.4⋅10^5/ 3.8⋅10^4 | |
Весна | 1.2⋅10^5/ 3.1⋅10^4 | |||
Осень | 9.0⋅10^4/ 2.5⋅10^4 |
Второй целью данной работы был поиск и тестирование эффективных алгоритмов извлечения сезонных компонент из данных. Здесь рассматривались календарный и корреляционный подходы, перенос метода Оцу из теории распознавания изображений и авторский алгоритм сегментации временных рядов. Календарный подход подразумевает разделение на сезоны по датам и не требует измерений температуры. Корреляционный подход – объединяет в сезоны месяцы со схожим поведением коэффициента корреляции между PM2.5 и метеорологическими показаниями. Отметим, что такой подход не дал улучшения по сравнению с простым календарным. Это может быть связано с тем, что сгруппированные по месяцам оценки корреляции были усреднены за 4 года, что могло негативно сказаться на качестве разбивки. Метод Оцу позволяет анализировать гистограмму температурных данных и выявлять пороговые значения, относительно которых классифицируются данные. Последний метод позволяет учитывать суточные колебания температуры, не делая грубых разбивок значений.
Публикация: Petrakova, Viktoriya. «The Estimate of the Influence of the Meteorological Season on the Calibration of Readings on PM2. 5 Obtained from Inexpensive Sensors.» 2024 IEEE International Multi-Conference on Engineering, Computer and Information Sciences (SIBIRCON). IEEE, 2024.