机器学习算法的比较,以预测城市流中的溶氧
Madeleine M Bolick1, Christopher J Post2, Mohannad-Zeyad Naser3
1Department of Forestry and Environmental Conservation, Clemson University, Clemson, SC, 29634, USA. madelei@clemson.edu.
概括
机器学习模型有效地使用低成本传感器预测城市流中的溶氧 (DO). 随机森林模型表现出色,突出了土地覆盖面和水质之间的联系,以改善流域管理.
科学领域:
- 环境科学 环境科学
- 水资源管理 水资源管理
- 机器学习应用 机器学习应用
背景情况:
- 城市化显著影响城市流域的水质.
- 有效的监测系统对于识别和减轻这些影响至关重要.
- 低成本的传感器为广泛收集水质数据提供了可行的解决方案.
研究的目的:
- 使用来自低成本传感器的数据识别溶解氧 (DO) 的预测机器学习模型.
- 建立一个监测系统的城市流网络在汉尼卡特溪,克莱姆森,SC.
- 用各种机器学习算法比较多重线性回归的性能.
主要方法:
- 评估k-最近邻居,决策树,随机森林和梯度增强算法对多重线性回归.
- 使用的水温,导电性,度和水位变化作为输入参数.
- 使用纳什-萨克利夫模型效率系数 (NSE) 评估模型性能.
主要成果:
- 随机森林算法在所有四个研究地点都在预测DO方面表现最高.
- 三个地点的NSE得分超过0.9,第四个地点的NSE得分超过0.598,这表明预测准确度很强.
- 可解释的AI (XAI) 揭示了温度是DO的关键预测因素,根据特定地点的土地覆盖面和水质相互作用而产生不同的影响.
结论:
- 机器学习,特别是随机森林模型,为预测城市流DO提供了强大的工具.
- 整合土地覆盖数据可以更好地理解城市化和水质之间的复杂关系.
- 这种方法支持有效的城市流域管理的知情决策.
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