Using Street View Imagery to Predict Street-Level Particulate Air Pollution

空气污染 特征选择 微粒 预测建模 环境科学 经验模型 污染 回归分析 地图学 空气质量指数 图像分辨率 计算机科学 遥感 气象学 地理 人工智能 机器学习 模拟 化学 有机化学 生物 生态学
作者
Meng Qi,Steve Hankey
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:55 (4): 2695-2704 被引量:54
标识
DOI:10.1021/acs.est.0c05572
摘要

Land-use regression (LUR) models are frequently applied to estimate spatial patterns of air pollution. Traditional LUR often relies on fixed-site measurements and GIS-derived variables with limited spatial resolution. We present an approach that leverages Google Street View (GSV) imagery to predict street-level particulate air pollution (i.e., black carbon [BC] and particle number [PN] concentrations). We developed empirical models based on mobile monitoring data and features extracted from ∼52 500 GSV images using a deep learning model. We tested theory- and data-driven feature selection methods as well as models using images within varying buffer sizes (50–2000 m). Compared to LUR models with traditional variables, our models achieved similar model performance using the street-level predictors while also identifying additional potential hotspots. Adjusted R2 (10-fold CV R2) with integrated feature selection was 0.57–0.64 (0.50–0.57) and 0.65–0.73 (0.61–0.66) for BC and PN models, respectively. Models using only features near the measurement locations (i.e., GSV images within 250 m) explained ∼50% of air pollution variability, indicating PN and BC are strongly affected by the street-level built environment. Our results suggest that GSV imagery, processed with computer vision techniques, is a promising data source to develop LUR models with high spatial resolution and consistent predictor variables across administrative boundaries.
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