Deep Air Quality Forecasting Using Hybrid Deep Learning Framework

计算机科学 深度学习 空气质量指数 人工智能 卷积神经网络 多元统计 时间序列 机器学习 数据挖掘 特征学习 人工神经网络 钥匙(锁) 模式识别(心理学) 气象学 计算机安全 物理
作者
Shengdong Du,Tianrui Li,Yan Yang,Shi‐Jinn Horng
出处
期刊:IEEE Transactions on Knowledge and Data Engineering [IEEE Computer Society]
卷期号:33 (6): 2412-2424 被引量:350
标识
DOI:10.1109/tkde.2019.2954510
摘要

Air quality forecasting has been regarded as the key problem of air pollution early warning and control management. In this article, we propose a novel deep learning model for air quality (mainly PM2.5) forecasting, which learns the spatial-temporal correlation features and interdependence of multivariate air quality related time series data by hybrid deep learning architecture. Due to the nonlinear and dynamic characteristics of multivariate air quality time series data, the base modules of our model include one-dimensional Convolutional Neural Networks (1D-CNNs) and Bi-directional Long Short-term Memory networks (Bi-LSTM). The former is to extract the local trend features and spatial correlation features, and the latter is to learn spatial-temporal dependencies. Then we design a jointly hybrid deep learning framework based on one-dimensional CNNs and Bi-LSTM for shared representation features learning of multivariate air quality related time series data. We conduct extensive experimental evaluations using two real-world datasets, and the results show that our model is capable of dealing with PM2.5 air pollution forecasting with satisfied accuracy.
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