Artificial Intelligence and Multivariate Statistics in the Analysis of PM2.5 Behavior in the City of Barranquilla

  • Alexander Elías Parody Muñoz Universidad Libre, Barranquilla
  • Margarita Castillo Ramírez Universidad Reformada, Barranquilla
  • Martha Mendoza Hernández Universidad Reformada, Barranquilla
  • Alejandra Torres Garcés Universidad Libre, Barranquilla
  • María Torrijos Espitia Universidad Libre, Barranquilla
  • Paul Sanmartín Mendoza Universidad Libre, Barranquilla
Keywords: Atmospheric Pollution, Statistical Analysis, Neural Networks

Abstract

Predicting the behavior of atmospheric pollutants has become a crucial input for the design of government contingency strategies aiming to mitigate pollution levels. For this reason, this research presents a methodology to predict the non-compliance with the maximum allowed indices for the particulate matter pollutant PM2.5. The approach involves multivariate statistical models that can be used to understand how various meteorological variables influence the pollutant’s behavior. It also serves as a means of selecting variables for training a Bayesian neural network classifier. In addition to the multivariate model, a multifactorial analysis of variance was applied to assess the effect of day, hour, and month on the mean PM2.5 levels. The main results revealed that variables such as wind direction, temperature, humidity, atmospheric pressure, precipitation, solar radiation, time of day, day of the week, and month were statistically significant. These variables allowed the training of a neural network with an overall predictive capacity of 78.2%, reaching 81% accuracy in cases of noncompliance. This demonstrates that with manageable variables (meteorological variables, time, day, and month), a highly useful forecasting tool can be designed to contribute to air quality management.

Author Biographies

Alexander Elías Parody Muñoz, Universidad Libre, Barranquilla

Magíster en estadística aplicada, ingeniero industrial, Universidad Libre, Barranquilla, Colombia.

Margarita Castillo Ramírez, Universidad Reformada, Barranquilla

Magíster en ingeniería ambiental, bióloga, Universidad Reformada, Barranquilla, Colombia.

Martha Mendoza Hernández , Universidad Reformada, Barranquilla

Magíster en ingeniería ambiental, ingeniera ambiental, Universidad Reformada, Barranquilla, Colombia.

Alejandra Torres Garcés, Universidad Libre, Barranquilla

Ingeniera industrial, Universidad Libre, Barranquilla, Colombia.

María Torrijos Espitia, Universidad Libre, Barranquilla

Ingeniera industrial, Universidad Libre, Barranquilla, Colombia.

Paul Sanmartín Mendoza, Universidad Libre, Barranquilla

Ph. D. en ingeniería de sistemas y computación, magíster en ingeniería de sistemas y computación,
ingeniero de sistemas, Universidad Libre, Barranquilla, Colombia.

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Author Biographies

Alexander Elías Parody Muñoz, Universidad Libre, Barranquilla

Magíster en estadística aplicada, ingeniero industrial, Universidad Libre, Barranquilla, Colombia.

Margarita Castillo Ramírez, Universidad Reformada, Barranquilla

Magíster en ingeniería ambiental, bióloga, Universidad Reformada, Barranquilla, Colombia.

Martha Mendoza Hernández , Universidad Reformada, Barranquilla

Magíster en ingeniería ambiental, ingeniera ambiental, Universidad Reformada, Barranquilla, Colombia.

Alejandra Torres Garcés, Universidad Libre, Barranquilla

Ingeniera industrial, Universidad Libre, Barranquilla, Colombia.

María Torrijos Espitia, Universidad Libre, Barranquilla

Ingeniera industrial, Universidad Libre, Barranquilla, Colombia.

Paul Sanmartín Mendoza, Universidad Libre, Barranquilla

Ph. D. en ingeniería de sistemas y computación, magíster en ingeniería de sistemas y computación,
ingeniero de sistemas, Universidad Libre, Barranquilla, Colombia.

References

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How to Cite
Parody Muñoz, A. E., Castillo Ramírez, M., Mendoza Hernández , M., Torres Garcés, A., Torrijos Espitia, M., & Sanmartín Mendoza, P. (2023). Artificial Intelligence and Multivariate Statistics in the Analysis of PM2.5 Behavior in the City of Barranquilla. Ciencia E Ingenieria Neogranadina, 33(2), 51–64. https://doi.org/10.18359/rcin.6789
Published
2023-12-27
Section
ARTICLES

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