Ανάλυση περιβαλλοντικών χρονοσειρών με στατιστικές μεθόδους και τεχνικές εξόρυξης δεδομένων

 
see the original item page
in the repository's web site and access all digital files if the item*
share




2009 (EN)
Environmental time-series analysis using statistical methods and data mining techniques
Ανάλυση περιβαλλοντικών χρονοσειρών με στατιστικές μεθόδους και τεχνικές εξόρυξης δεδομένων

Σταματέρης, Γεώργιος

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.
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.

info:eu-repo/semantics/masterThesis
Postgraduate Thesis / Μεταπτυχιακή Εργασία

Στατιστικές
Timeseries
Statistical
Χρονοσειρές

Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης (EL)
Aristotle University of Thessaloniki (EN)

2009
2009-12-18T07:46:12Z


Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης, Σχολή Θετικών Επιστημών, Τμήμα Φυσικής

This record is part of 'IKEE', the Institutional Repository of Aristotle University of Thessaloniki's Library and Information Centre found at http://ikee.lib.auth.gr. Unless otherwise stated above, the record metadata were created by and belong to Aristotle University of Thessaloniki Library, Greece and are made available to the public under Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International license (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0). Unless otherwise stated in the record, the content and copyright of files and fulltext documents belong to their respective authors. Out-of-copyright content that was digitized, converted, processed, modified, etc by AUTh Library, is made available to the public under Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International license (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0). You are kindly requested to make a reference to AUTh Library and the URL of the record containing the resource whenever you make use of this material.
info:eu-repo/semantics/openAccess



*Institutions are responsible for keeping their URLs functional (digital file, item page in repository site)