پایش ساعتی آلودگی هوای اصفهان با هوش مصنوعی و داده‌های ماهواره‌ای

محدودیت ایستگاه‌های زمینی و نیاز به دید گسترده‌تر

مهدی مومنی در آیین اختتامیه دومین رویداد داده‌کاوی کیفیت هوای اصفهان توضیح داد که ایستگاه‌های زمینی با وجود دقت بالا، پوشش محدودی دارند و عمدتاً داخل شهر را رصد می‌کنند.

در حالی که منشأ بسیاری از ذرات گردوغبار می‌تواند ده‌ها یا حتی صدها کیلومتر دورتر باشد، استفاده از داده‌های ماهواره‌ای دید وسیع‌تری برای تحلیل و پیش‌بینی آلودگی ایجاد می‌کند.

نقش ماهواره‌های مدارثابت در پایش آلودگی

در این پروژه، پژوهشگران از داده‌های ماهواره‌های مدارثابت استفاده کردند. این ماهواره‌ها در بازه‌های زمانی کوتاه مانند ۱۵ دقیقه تا یک ساعت تصویر ثبت می‌کنند و برای کاربردهای هواشناسی ارزش بالایی دارند.

اگرچه دقت مکانی آن‌ها نسبت به ماهواره‌های مدارگرد کمتر است، اما پایش ساعتی آلودگی هوا را ممکن می‌کنند و امکان تحلیل مستمر وضعیت را فراهم می‌سازند.

آموزش الگوریتم با داده‌های زمینی و طیفی

ایستگاه‌های زمینی نقش داده‌های آموزشی را برای الگوریتم ایفا کردند. محققان با ترکیب داده‌های مرئی و حرارتی ماهواره‌ای، شرایط دما، رطوبت و رفتار ذرات معلق را در مدل لحاظ کردند.

آن‌ها برای افزایش دقت، شش روش اعتبارسنجی مختلف اجرا کردند تا عملکرد الگوریتم را در شرایط گوناگون ارزیابی کنند.

دقت قابل قبول در اندازه‌گیری شاخص‌ها

نتایج نشان داد این مدل به دقت حدود سه صدم در اندازه‌گیری ضخامت اپتیکی رسیده و دامنه خطای مثبت و منفی پنج صدم برای شاخص AOD ثبت شده است.

پژوهشگران همچنین با یک مطالعه مستقل، شاخص ضخامت اپتیکی را به PM2.5 تبدیل کردند و نتایج را با مطالعات بین‌المللی مقایسه نمودند.

توسعه نرم‌افزار پایش ساعتی آلودگی هوا

تیم پژوهشی یک نرم‌افزار اختصاصی طراحی کرد که:

• داده‌های ماهواره‌ای را دانلود می‌کند

• پیش‌پردازش و پردازش داده‌ها را انجام می‌دهد

• الگوریتم هوش مصنوعی را اجرا می‌کند

• داده‌های نهایی را به‌صورت منظم ذخیره می‌کند

این سامانه اکنون می‌تواند داده‌های ساعتی آلودگی هوا برای شهر اصفهان و محدوده اطراف تولید کند و حتی از طریق API به سایر سامانه‌های مدیریتی متصل شود.