Ανάλυση περιβαλλοντικών χρονοσειρών με στατιστικές μεθόδους και τεχνικές εξόρυξης δεδομένων:
Creators: name: Σταματέρης, Γεώργιος
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2009
Subjects: Στατιστικές
Χρονοσειρές
Statistical
Timeseries

description: Το ΝΟ2 αποτελεί μέλος της οικογένειας των οξειδίων του αζώτου (ΝΟx), μια ομάδα αέριων ρύπων που δημιουργείται κυρίως από διεργασίες καύσης. Κύρια πηγή παραγωγής ΝΟ2 στις πόλεις, είναι τα οχήματα. Το ΝΟ που παράγεται από τις μηχανές των μηχανοκίνητων οχημάτων, αντιδρά με το οξυγόνο του αέρα παράγοντας ΝΟ2. Στη συνέχεια το ΝΟ2 μετασχηματίζεται σε όζον καθώς και σε αιωρούμενα σωματίδια (ΡΜ), με ενδιάμεσο στάδιο τη μετατροπή του σε νιτρικό οξύ (ΗΝΟ3). Ως ρύπος, το ΝΟ2 είναι τοξικός και μπορεί να προκαλέσει προβλήματα στο αναπνευστικό σύστημα του ανθρώπου. Το γεγονός αυτό, σε συνδυασμό με το ότι το ΝΟ2 αποτελεί ενδιάμεσο στάδιο παραγωγής άλλων ρύπων, τον καθιστά αρκετά επικίνδυνο. Σκοπός της εργασίας είναι να εφαρμόσει στατιστικές μεθόδους και μεθόδους εξόρυξης δεδομένων, ώστε να προκύψουν μοντέλα που θα μας βοηθήσουν να αναλύσουμε το σχηματισμό του ΝΟ2 και να προβούμε σε προβλέψεις. Η κατασκευή των μοντέλων αφορά σταθμούς παρακολούθησης αέρα οι οποίοι είναι τοποθετημένοι σε διάφορα σημεία της πόλης της Θεσσαλονίκης (Α.Π.Θ., Καλαμαριά, Σίνδος, Κορδελιό). Σημειώνεται ότι η πόλη της Θεσσαλονίκης είναι η δεύτερη μεγαλύτερη πόλη της Ελλάδας και μία από τις μεγαλύτερες των Βαλκανίων, όπου ο σχηματισμός και η μεταφορά των ρύπων στην ατμόσφαιρα επηρεάζονται άμεσα από τις μετεωρολογικές συνθήκες και τα τοπογραφικά χαρακτηριστικά της πόλης. Αρχικά γίνεται μια ανάλυση των χρονοσειρών ως προς το ΝΟ2, με τη βοήθεια περιοδογραμμάτων, με σκοπό να βρεθούν τυχόν περιοδικότητες στην εμφάνιση υψηλών τιμών του ρύπου. Στη συνέχεια, με τη βοήθεια της Principal Component Analysis, μιας μεθόδου ανάλυσης πολυδιάστατων δεδομένων, αναζητούμε τους παράγοντες που ευνοούν το σχηματισμό του ΝΟ2. Για τη πρόβλεψη συγκεντρώσεων ΝΟ2 χρησιμοποιήσαμε μια κλασική στατιστική μέθοδο, τη γραμμική παλινδρόμηση. Τέλος, χρησιμοποιώντας τη μέθοδο clustering, μια μέθοδο εξόρυξης δεδομένων, αναζητήσαμε διάφορες δομές στα δεδομένα ώστε να μπορέσουμε να αναλύσουμε καλύτερα της προϋποθέσεις εμφάνισης του ΝΟ2 στην ατμόσφαιρα.
description: Nitrogen dioxide (ΝΟ2) is a member of the family of Nitrogen Oxides (Νοx), a group of air pollutants which are primarily created from combustion processes. The main source of ΝΟ2 in the cities, are the vehicles. The ΝΟ produced form the vehicles' engines, reacts with the oxygen in the air, producing ΝΟ2. ΝΟ2 is then transformed into ozone and particle matter. As a pollutant ΝΟ2 is toxic and can cause respiratory and lung problems to humans. That, and the fact that ΝΟ2 is an intermediate in producing other pollutants, makes ΝΟ2 a dangerous pollutant. The aim of this paper, is to apply statistical and data mining methods, so as to build models that will help us study the creation of ΝΟ2 and if possible make some forecasts. The models that we are going to build are for air quality observation stations in various points in the city of Thessaloniki (A.U.Th., Kalamaria, Sindos, Kordelio). It is noted that the city of Thessaloniki is the second biggest city in Greece and one the biggest in the Balkans, where the formation and transportation of pollutants in the atmosphere, is directly affected from the meteorological conditions and the topographic characteristics of the city. At first, a time-series analysis is being performed for ΝΟ2, using periodograms, so as to find any periodicity in the appearance of high concentration of the pollutant. Then, using Principal Component Analysis, a multivariate analysis method, we look for factors that influence the formation of ΝΟ2. To forecast the ΝΟ2 concentration we use a classical statistical method, linear regression. Finally, using clustering method, a data mining method, we researched for patterns in the data, to better analyze the conditions that favor the formation of ΝΟ2 in the atmosphere.