Control de Calidad Basado en Aprendizaje Automático para Monitoreo de Calidad del Aire de Bajo Costo: Una Revisión Exhaustiva de la Última Década
Autores: Kim, Yong-Hyuk; Moon, Seung-Hyun
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Control de Calidad Basado en Aprendizaje Automático para Monitoreo de Calidad del Aire de Bajo Costo: Una Revisión Exhaustiva de la Última Década
Categoría
Ciencias Naturales y Subdisciplinas
Subcategoría
Astronomía
Palabras clave
Contaminación del aire
Redes de sensores de bajo costo
Aprendizaje automático
Marcos espaciotemporales
Monitoreo en tiempo real
Calidad de los datos
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 8
Citaciones: Sin citaciones
La contaminación del aire representa riesgos importantes para la salud pública, impulsando la adopción de redes de sensores de bajo costo (LCS) para un monitoreo detallado y en tiempo real. Sin embargo, la variable precisión de los datos de LCS en comparación con los instrumentos de referencia requiere marcos de control de calidad (QC) robustos. En la última década, el aprendizaje automático (ML) ha surgido como una herramienta poderosa para calibrar sensores, detectar anomalías y mitigar el desplazamiento en implementaciones a gran escala. Esta encuesta revisa los avances en tres categorías metodológicas: modelos tradicionales de ML, arquitecturas de aprendizaje profundo y métodos híbridos o no supervisados. También examinamos marcos de QC espaciotemporales que explotan redundancias a través del tiempo y el espacio, así como implementaciones en tiempo real basadas en arquitecturas de borde-nube. Las aplicaciones incluyen el monitoreo de la exposición personal, la integración con simulaciones atmosféricas y el apoyo a la toma de decisiones políticas. A pesar de estos logros, persisten varios desafíos. Los modelos tradicionales son ligeros pero a menudo no logran generalizar en diferentes contextos, mientras que los modelos de aprendizaje profundo alcanzan una mayor precisión pero requieren grandes conjuntos de datos y siguen siendo difíciles de interpretar. Los enfoques espaciotemporales mejoran la robustez pero enfrentan limitaciones de escalabilidad, y los sistemas en tiempo real deben equilibrar la eficiencia computacional con la precisión. Una adopción más amplia también requerirá estándares claros, cuantificación de incertidumbre confiable y confianza sostenida en los datos corregidos. En resumen, el QC basado en ML muestra un gran potencial pero aún está limitado por la calidad de los datos, la transferibilidad y las brechas de gobernanza. El trabajo futuro debería integrar el conocimiento físico con ML, aprovechar el aprendizaje federado para la escalabilidad y establecer puntos de referencia regulatorios. Abordar estos desafíos permitirá que el QC impulsado por ML proporcione datos confiables y de alta resolución que apoyen directamente políticas basadas en la ciencia y la salud pública.
Descripción
La contaminación del aire representa riesgos importantes para la salud pública, impulsando la adopción de redes de sensores de bajo costo (LCS) para un monitoreo detallado y en tiempo real. Sin embargo, la variable precisión de los datos de LCS en comparación con los instrumentos de referencia requiere marcos de control de calidad (QC) robustos. En la última década, el aprendizaje automático (ML) ha surgido como una herramienta poderosa para calibrar sensores, detectar anomalías y mitigar el desplazamiento en implementaciones a gran escala. Esta encuesta revisa los avances en tres categorías metodológicas: modelos tradicionales de ML, arquitecturas de aprendizaje profundo y métodos híbridos o no supervisados. También examinamos marcos de QC espaciotemporales que explotan redundancias a través del tiempo y el espacio, así como implementaciones en tiempo real basadas en arquitecturas de borde-nube. Las aplicaciones incluyen el monitoreo de la exposición personal, la integración con simulaciones atmosféricas y el apoyo a la toma de decisiones políticas. A pesar de estos logros, persisten varios desafíos. Los modelos tradicionales son ligeros pero a menudo no logran generalizar en diferentes contextos, mientras que los modelos de aprendizaje profundo alcanzan una mayor precisión pero requieren grandes conjuntos de datos y siguen siendo difíciles de interpretar. Los enfoques espaciotemporales mejoran la robustez pero enfrentan limitaciones de escalabilidad, y los sistemas en tiempo real deben equilibrar la eficiencia computacional con la precisión. Una adopción más amplia también requerirá estándares claros, cuantificación de incertidumbre confiable y confianza sostenida en los datos corregidos. En resumen, el QC basado en ML muestra un gran potencial pero aún está limitado por la calidad de los datos, la transferibilidad y las brechas de gobernanza. El trabajo futuro debería integrar el conocimiento físico con ML, aprovechar el aprendizaje federado para la escalabilidad y establecer puntos de referencia regulatorios. Abordar estos desafíos permitirá que el QC impulsado por ML proporcione datos confiables y de alta resolución que apoyen directamente políticas basadas en la ciencia y la salud pública.