هواشناسی کشاورزی

هواشناسی کشاورزی

ارزیابی عملکرد مدل‌های مبتنی بر یادگیری ماشین در برآورد غلظت روزانه مونوکسید‌کربن زمستانه شهر کرمان

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 گروه مهندسی اب ، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شهید باهنر کرمان
2 دانش اموخته مقطع کارشناسی ارشد ، گروه علوم و مهندسی اب
10.22125/agmj.2025.542575.1188
چکیده
مدل‌های مبتنی بر یادگیری ماشین، ابزاری مناسب و کارآمد جهت تحلیل روابط پیچیده بین پارامترهای کیفی هوا و متغیرهای هواشناسی هستند و قابلیت شناسایی عوامل کلیدی مؤثر بر کیفیت هوا را نیز دارند. از این رو در تحقیق حاضر با استفاده از اطلاعات روزانه 7 متغیر شامل 5 متغیر هواشناسی (WS, T, P, RH, R) و2 آلاینده هوا (O3, PM2.5) به ارزیابی عملکرد 3 مدل درخت –پایه شامل مدل‌های RF ، XGBoost ،CatBoost و مدل MLP ساخته شده بر مبنای شبکه عصبی جهت تخمین غلظت روزانه مونوکسید‌کربن زمستانه در هوای شهر کرمان پرداخته شده است. عملکرد مدل‌ها با استفاده از شاخص‌های آماری R2 ، RMSE، MAE ارزیابی شد و نتایج بدست آمده نشان داد که مدل CatBoost با R2 برابر با 778/0، RMSE برابر با (ppb) 284/0 و MAE برابر با (ppb) 209/0 در مرحله تست، بالاترین دقت را در تخمین غلظت مونوکسید‌کربن دارد. نتایج مدل‌های XGBoost و RF تقریباً یکسان بود و R2 دو مدل در مرحله تست به ترتیب به 747/0 و 728/0 رسید و مدل MLP با R2 برابر با 693/0 ، RMSE برابر با (ppb) 308/0 و MAE برابر با (ppb) 236/0کمترین دقت را داشت. این نتایج توانایی مدل‌های درخت-پایه را در مقایسه با مدل ساخته شده بر مبنای شبکه عصبی در برآورد غلظت آلاینده مونوکسید‌کربن تایید می‌کند.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Performance evaluation of machine learning-based models in estimating daily Carbon Monoxide concentration during the wintertime in Kerman

نویسندگان English

soudabeh golestani kermani 1
s.pooya hosseini 2
1 water engineering department, faculty of agriculture, shahid bahonar university of kerman
2 M.Sc. graduated, water engineering department
چکیده English

Machine learning-based models are effective and practical tools for analyzing complex relationships between air quality parameters and meteorological variables. They are also capable of identifying key factors influencing air quality. Therefore, the present study evaluates the performance of three tree-based models—Random Forest (RF), XGBoost, and CatBoost—alongside a multilayer perceptron (MLP) neural network model, using daily data of seven variables, including five meteorological parameters (wind speed, temperature, pressure, relative humidity, and rainfall) and two air pollutants (O3 and PM2.5), to estimate the daily wintertime concentration of carbon monoxide in Kerman city’s atmosphere.

The models’ performance was assessed using statistical indices including the coefficient of determination (R²), root mean square error (RMSE), and mean absolute error (MAE). Results indicated that the CatBoost model achieved the highest accuracy in estimating CO concentrations, with an R² of 0.778, an RMSE of 0.284 (ppb), and an MAE of 0.209 (ppb) during the test phase. The performance of the XGBoost and RF models was relatively similar, with R² values of 0.747 and 0.728, respectively. The MLP model yielded the lowest accuracy, with an R² of 0.693, an RMSE of 0.308 (ppb), and an MAE of 0.236 (ppb). These results confirm the superior capability of tree-based models in comparison to the neural network-based model for estimating CO concentration.

کلیدواژه‌ها English

Air pollution
Carbon monoxide
Machine learning-based model
Kerman

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 20 مهر 1404