DynamicSeq2SeqXGB for PM2.5 imputation in extremely sparse environmental monitoring networks

PLoS ONE, 2025

Толық мәтін Ашық қол жеткізу: Gold Метадеректер (CSL-JSON)
DOI 10.1371/journal.pone.0338788
Деректер сенімділігі 70 орташа
Бұл баға қалай есептеледі

Ол жазбаның өзінің тексерілетін белгілерінен құралады: мақаланың DOI-і бар ма, оның деректерін қанша тәуелсіз дереккөз растады, міндетті өрістер толтырылған ба және соңғы растау қаншалықты жаңа. Дереккөздер арасындағы алшақтық пен идентификатордың болмауы бағаны төмендетеді. 80-нен бастап мән жазбаның қосымша тексерусіз жарияланғанын, 60-тан 79-ға дейін — оның сенімділігі төмен күйде жарияланғанын және қолмен тексеру ұсынылатынын білдіреді. Редактор қолмен тексерген жазбаны қайта есептеу 90-нан төмен түсірмейді. Бұл — мақаланың өзіне емес, ол туралы деректерімізге берілген баға.

Аңдатпа

Environmental monitoring networks face critical data gaps that compromise public health protection and regulatory compliance, with missing data rates often exceeding 40% in operational settings. This study validates DynamicSeq2SeqXGB, a novel hybrid model that integrates a sequence-to-sequence encoder-decoder for temporal pattern extraction with an XGBoost regressor for robust gap reconstruction under extreme sparsity. Data from five monitoring stations in Pavlodar, Kazakhstan, collected over a 15-month period from May 23, 2024 to July 19, 2025, were analyzed representing severely compromised infrastructure (completeness rates 23.3-57.5%). The methodology employs adaptive context processing and implements hierarchical decomposition for extended outages. Two data preparation strategies were evaluated: selective compression applying quality thresholds versus full compression retaining all available observations. Benchmarking against classical methods using synthetic gaps of 5-72 hours demonstrated DynamicSeq2SeqXGB's superiority in 96% of cases under full compression and 100% under selective compression (average 48.8% improvement for both strategies) with corresponding MAE values of 3.7-8.5 μg/m3 across the Pavlodar stations. Notably, full and selective compression showed equal overall effectiveness (50% win rate each), with optimal strategy depending on station-specific characteristics. External validation on the Beijing dataset (Guanyuan station, 2016) with controlled degradation confirmed cross-regional transferability, achieving MAE of 8.50 μg/m3 and coefficient of determination (R2) of 0.944 (68-79% improvement over baselines). The method successfully reconstructed PM2.5 time series even at 23.3% completeness, demonstrating robust performance for operational deployment in severely degraded monitoring networks.