Enhancing accuracy of air quality sensors with machine learning to augment large-scale monitoring networks

相对湿度 空气质量指数 环境科学 均方误差 计算机科学 搭配(遥感) 比例(比率) 机器学习 遥感 人工智能 算法 数学 统计 气象学 地质学 地图学 物理 地理
作者
Khaiwal Ravindra,Sahil Kumar,Abhishek Kumar,Suman Mor
出处
期刊:npj climate and atmospheric science [Nature Portfolio]
卷期号:7 (1) 被引量:11
标识
DOI:10.1038/s41612-024-00833-9
摘要

Abstract Low-cost sensors have revolutionized air quality monitoring, however, precision is questioned compared to reference instruments. Hence, the performance of two widely used PM2.5 Sensors, Purple Air (PA) and ATMOS, were evaluated over a 10-month period in the North Western-Indo Gangetic Plains (NW-IGP). In-field collocation with Beta Attenuation Monitor found low R 2 values; 0.40 for ATMOS and 0.43 for PA. To calibrate and improve the accuracy of sensors, five Machine Learning (ML) models and an empirical relative humidity correction methodology were used separately for both sensors. Out of these, the Decision Tree outperformed others, and R 2 values improved to 0.996 for ATMOS and 0.999 for PA. Root mean square error reduced from 34.6 µg/m3 to 0.731 µg/m3 for ATMOS and from 77.7 µg/m3 to 0.61 µg/m3 for PA, while using DT as a calibrating model. The study reveals the best-performing ML model for correcting PM2.5 sensor data, enhancing the accuracy of air quality monitoring systems.

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