T E L K O M NIKA   T elec o mm un ica t io n Co m pu t i ng   E lect ro nics   a nd   Co ntr o l   Vo l.  2 4 ,   No .   5 ,   Octo b er   2 0 2 6 ,   p p .   1 6 4 4 ~ 1 6 5 5   I SS N:  1 6 9 3 - 6 9 3 0 ,   DOI : 1 0 . 1 2 9 2 8 / T E L KOM NI K A . v 2 4 i5 . 27967       1644       J o ur na l ho m ep a g e :   h ttp : //telko mn ika . u a d . a c. i d   Foreca sting  parti cula te  m a t ter  co n centration  using   deep  lea rning  and w ea t her data       Ah m a d F urqo n 1 ,   Sa nto s o   So ek ir no 1 ,   Na ufa l A na nd a 2 ,   H a ry a s   Su by a nta ra   Wica k s a na 3 ,   Ah m a d  M eij l a n Ya s ir 4 ,   T o nn y   Wa h y u Aj i 4 ,   Av iv   M a g hridl o 4 ,   F a dh li  L uthf ia ns y a h 4 ,   M a rz uk i   Sin a m bela 4 ,  Su k o   P ra y it no   Adi 4   1 D e p a r t me n t   o f   P h y si c s,  F a c u l t y   o f   M a t h e mat i c s  a n d   S c i e n c e ,   U n i v e r si t y   o f   I n d o n e si a ,   D e p o k ,   W e st   Jav a ,   I n d o n e si a   2 D e p a r t me n t   o f   I n st r u me n t a t i o n   a n d   C a l i b r a t i o n ,   R e g i o n   I I   o f   M e t e o r o l o g i c a l   C l i mat o l o g i c a l   a n d   G e o p h y si c a l   A g e n c y ,   B a n t e n ,   I n d o n e si a   3 D i r e c t o r a t e   o f   I n st r u me n t a t i o n   C a l i b r a t i o n ,   A g e n c y   f o r   M e t e o r o l o g y   C l i mat o l o g y   a n d   G e o p h y si c s,  Ja k a r t a ,   I n d o n e si a   4 D e p a r t me n t   o f   I n st r u me n t a t i o n ,   S t a t e   C o l l e g e   o f   M e t e o r o l o g y   C l i mat o l o g y   a n d   G e o p h y si c s,  T a n g e r a n g ,   B a n t e n ,   I n d o n e si a       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Ma r   3 1 ,   2 0 2 6   R ev i s ed   J u l 1 3 ,   2 0 2 6   A cc ep ted   A u g   2 8 ,   2 0 2 6       P a rti c u late   m a tt e r  (P M 2 . 5 )  c o n c e n tratio n   is  a   c rit ica l  a ir  q u a li ty   in d ica to r   w it h   se v e re   h e a lt h   im p a c ts.  P re d ictin g   i ts  d y n a m ics   is  c h a ll e n g in g   d u e   t o   c o m p lex   in tera c ti o n s  w it h   m e te o ro l o g ica l  v a riab les .   T h is  st u d y   e v a lu a tes   lo n g   s h o rt - term   m e m o r y   ( L S T M )  a n d   m u lt il a y e r  p e rc e p tro n   (M L P )  n e tw o rk s   to   i d e n ti f y   th e   m o st  a c c u ra te   f o re c a stin g   a rc h it e c tu re .   W e   in teg ra ted   c o n ti n u o u s  d a ta  f ro m   a u to m a ti c   w e a th e r  sta ti o n s  (AW S )  a n d   a ir  q u a li ty   se n so rs.  Da ta  p re p ro c e ss in g   i n v o lv e d   tem p o ra l  sy n c h ro n iza ti o n ,   o u t li e r  re m o v a l,   a n d   m u lt iv a riate   i m p u tatio n   b y   c h a in e d   e q u a ti o n s  (M I CE).   Ke y   in p u t  f e a tu re s  p a st  p a rti c u late   m a tt e r,   te m p e ra tu re ,   a n d   re lativ e   h u m id it y   w e r e   se le c ted   v ia  P e a rso n   c o rre latio n   a n d   train e d   u sin g   a   2 4 - h o u r  slid i n g   w in d o w .   Re su lt s  d e m o n stra te  th a t  th e   sin g le  L S T M   m o d e l  o u tp e rf o rm s  b o th   th e   M L P   a n d   h y b rid   a rc h it e c tu re s.  T h e   L S T M   a c h iev e d   th e   lo w e st  ro o t  m e a n   sq u a re   e rro r  (RM S E )  o f   6 . 8 6 2   µ g / m ³   a n d   a   m e a n   a b so lu te  p e rc e n tag e   e rro r  (M A P E)  o f   3 7 . 3 8 % .   A lt h o u g h   th e   M L P   y ield e d   a   slig h tl y   h ig h e r  c o e ff icie n t  o f   d e term in a ti o n   (0 . 8 1 0 ),   it   e x h i b it e d   sig n if ica n t  m a g n it u d e   b ias   b y   tre a ti n g   se q u e n ti a l  d a ta  a s  sta ti c   f e a tu re s.  Ulti m a tel y ,   th i s  re se a rc h   p r o v id e s  a   ro b u st,   d a ta - d riv e n   f ra m e w o rk   f o r  re a l - ti m e   a ir  q u a li ty   e a rl y   wa rn in g   sy ste m s  in   tro p ica l  re g io n s .   K ey w o r d s :   A ir   q u al it y   L o n g   s h o r t - ter m   m e m o r y     Mu ltil a y er   p er ce p tr o n   P ar ticu late  m atter   W ea th er   T h is i s  a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   San to s o   So ek ir n o   Dep ar t m en t o f   P h y s ics ,  Fac u lt y   o f   Ma t h e m a tics   a n d   Scien ce ,  Un iv er s it y   o f   I n d o n es ia   Dep o k ,   W est J av a,   I n d o n esia   E m ail: sa n to s o . s @ s c i.u i.a c. id       1.   I NT RO D UCT I O N   A ir   q u a lit y   s i g n if ican t l y   i m p ac ts   g lo b al  p u b lic  h ea lth   an d   ec o lo g ical  b alan ce   [ 1 ] .   Am o n g   at m o s p h er ic  p o llu tan t s ,   p ar ticu late  m atter   ≤   2 . 5   µm   ( P M2 . 5 )   is   p ar ticu lar ly   cr itica l,  co n tr ib u tin g   to   ap p r o x im a tel y   o n e - ei g h th   o f   g lo b al  p o llu tan t - r elate d   d ea th s   d u e  t o   s ev er e  r esp ir ato r y   an d   ca r d io v ascu lar   r is k s   [ 2 ] ,   [ 3 ] .   T h e  ac cu m u latio n   a n d   d is p er s io n   o f   P M2 . 5   ar e  s tr o n g l y   d r iv e n   b y   co m p lex ,   n o n lin ea r   m eteo r o lo g ical   f ac to r s   s u c h   as  te m p er at u r e,   r elativ e  h u m id it y ,   a n d   w i n d   s p ee d   [ 4 ] .   C o n v en t io n al  s tati s tic al  m o d els,  s u c h   as   au to r eg r es s iv e   in te g r ated   m o v in g   av er a g e  ( A R I M A )   a n d   li n ea r   r eg r ess io n ,   s tr u g g le  to   ca p tu r e  t h ese  d y n a m ic   in ter ac tio n s   [ 5 ] .   Si m ilar l y ,   tr a d itio n al  en g i n ee r in g   s o lu tio n s   lik e  Kal m a n   f ilter s   o r   s tan d ar d   m ac h i n e  lear n i n g   alg o r ith m s   o f te n   r eq u ir e  r i g o r o u s   m an u al   f ea t u r e  e n g in ee r i n g   a n d   ass u m e  Ga u s s ia n   n o i s e  d is tr ib u tio n s .   T h ese   ass u m p tio n s   r ar el y   h o ld   tr u e  in   h ig h l y   v o lati le  r ea l - w o r ld   at m o s p h er ic  s en s o r   s tr ea m s .   C o n s eq u en tl y ,   d ee p   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E l  C o n tr o l         F o r ec a s tin g   p a r ticu la te  ma tte r   co n ce n tr a tio n   u s in g   d ee p   le a r n in g   a n d   w ea th er d a ta   ( S a n to s o   S o ek ir n o )   1645   s eq u en tial  n e u r al  n et w o r k s   o f f er   a  s u p er io r   en g i n ee r i n g   alt er n ativ e  b y   a u to n o m o u s l y   lea r n in g   h ier ar ch ica l   te m p o r al  f ea t u r es d ir ec tl y   f r o m   r a w   m u lti - s en s o r   d ata.   I n   r ec en t  y ea r s ,   th e  d ev elo p m en t  o f   m ac h in e  lear n in g   m et h o d s   h as  p r o v id ed   n e w   o p p o r tu n itie s   in   air   q u alit y   m o d eli n g   an d   p r ed ict io n .   T h e  l o n g   s h o r t - ter m   m e m o r y   ( L ST M)   m o d el  is   co n s id er ed   o p ti m al  in   p r ed ictin g   P M2 . 5   c o n ce n tr ati o n s   b ec au s e  it  is   d esi g n ed   to   o v er co m e  th e  p r o b lem   o f   v a n is h i n g   g r ad ien t s   an d   ca n   r etai n   i m p o r tan t  i n f o r m at io n   i n   lo n g   t i m e   s er ies   [ 6 ] .   I n   p r ed ictin g   P M2 . 5 ,   h o u r l y   i n ter v al s   h av e   a  r o o t  m ea n   s q u ar e  e r r o r   ( R MSE )   i n   th e  r a n g e  o f   6 . 3 - 1 3 . 1   μ g / m ³  [ 7 ] .   On   th e  o t h er   h an d ,   t h e  m u ltil a y er   p er ce p tr o n   ( ML P )   is   a   n eu r al  n et w o r k   m o d el  th at  is   also   ef f ec tiv e  in   h an d lin g   n o n l in ea r   r elatio n s h ip s   b et w ee n   v ar iab le s ,   alth o u g h   w it h   a  s i m p ler   ap p r o ac h   th a n   L ST M.   T h is   m o d e l  ca n   p r ed ict  P M2 . 5   co n ce n tr atio n s   w it h   e v alu a tio n   m etr ics i n   t h e  f o r m   o f   an   R MS E   o f   3 . 4 1 - 8 . 1 2   μ g / m ³  an d   an   MA E   o f   2 . 2 1 - 4 . 3 6   μ g / m ³  [ 7 ] .     W h ile  p r ev io u s   s tu d ies  h av e  e x p lo r ed   L ST M  an d   ML P   ar ch itectu r es  f o r   air   q u alit y   f o r ec a s tin g   [ 8 ] ,   m an y   s i m p l y   f ee d   r a w   m ete o r o lo g ical  v ar iab les  in to   n eu r al  n et w o r k s   w i th o u t  r ig o r o u s l y   e v al u ati n g   t h e   n ec es s it y   o f   ea c h   f ea t u r e  o r   ad d r ess in g   t h e  te m p o r al  ir r e g u lar ities   i n h er e n t  i n   s en s o r   d ata.   Mo s t  e x is ti n g   L ST M - b ased   w o r k s   r el y   o n   s tan d ar d ized ,   clea n   d atasets   f r o m   te m p er ate  r eg io n s   an d   o v er lo o k   th e  co m p le x   th er m o h y g r o m etr ic  i n ter ac tio n s   t y p ica l  o f   tr o p ical  cli m at es.  Fu r t h er m o r e,   th er e  is   a  lack   o f   s y s te m atic   co m p ar ati v e  ev a lu at io n s   th at  i s o late  th e  e x ac t  p er f o r m a n ce   t r ad e - o f f s   b et w ee n   s eq u e n tial  L ST M,   s tatic  f ee d - f o r w ar d   ML P ,   an d   h y b r id   ar ch itect u r es  u n d er   id en tical  d ata  p r e - p r o ce s s in g   p ip elin es.  T o   b r id g e  th is   cr itical  g ap ,   o u r   s tu d y   i n tr o d u ce s   a   u n i f ied   f r a m e w o r k   t h at  co m b in e s   te m p o r al  s y n c h r o n iz atio n ,   m u lti v ar iate   i m p u ta tio n   b y   ch ai n ed   eq u atio n s   ( MI C E ) ,   an d   r ig o r o u s   P e ar s o n   co r r elatio n   f ea tu r e  s elec tio n .   W e  ex p licitl y   ev alu a te  h o w   i n teg r ati n g   lo c alize d   au to m atic  w ea t h er   s ta tio n   ( A W S)  d ata  o p ti m izes  P M2 . 5   p r ed ictio n   ac cu r ac y ,   p r o v id in g   a  r ep r o d u cib le  b en ch m ar k   f o r   tr o p ical  a ir   q u alit y   m o d elin g .     T h e  s p ec if ic  co n tr ib u tio n s   o f   t h i s   s t u d y   ar e  th r ee f o ld :  ( i)   a  co m p ar ativ e  e v al u atio n   o f   L ST M  an d   ML P   ar ch itect u r es  f o r   s eq u e n tial  air   q u alit y   d ata;  ( ii)  th e   in teg r atio n   o f   co n ti n u o u s   AW S  p ar am eter s   a s   p r ed icto r s ;  an d   ( iii)  th e  i m p le m en tatio n   o f   a  2 4 - h o u r   s lid i n g   w i n d o w   ap p r o ac h   to   ca p tu r e  d ail y   p er io d icit y .   T h e  s ig n i f ica n ce   o f   th is   r esear ch   lies   i n   p r o v id in g   a  h ig h l y   r eliab le,   d ata - d r iv en   f r a m e w o r k   f o r   ea r l y   w ar n i n g   s y s te m s ,   p ar ticu lar l y   i n   tr o p ical  r eg io n s   w h er e  co m p lex   m e teo r o lo g ical  d y n a m ics  s tr o n g l y   d icta te  p o llu tan t   ac cu m u lat io n .       2.   M E T H O D    T h is   s ec tio n   d escr ib es  t h e  r es ea r ch   s ta g es  co n d u cted   to   ev a lu ate  t h e  L ST M  an d   ML P   alg o r ith m s   in   p r ed ictin g   P M2 . 5   co n ce n tr atio n   u s i n g   m e teo r o lo g ical  d ata  as  in p u t  f ea t u r es  [ 9 ] .   T h e  s tag es  o f   t h i s   r esear ch   m et h o d   in clu d e  liter atu r e  s t u d y ,   d ata  co llec tio n ,   d ata  p r e - p r o ce s s in g ,   d ata  i m p u tat io n ,   d eter m in in g   p r ed icto r s ,   d esig n in g   i n p u t  f ea t u r es  an d   m o d el  h y p er p ar a m eter s ,   a n d   ev alu a tin g   t h e  L ST M  an d   ML P   m o d els.  T h e  f ir s t   s tag e   o f   t h i s   r esear c h   m et h o d   is   a  l iter atu r e  s t u d y ,   t h is   s ta g e   is   ca r r ied   o u t   b y   e x p l o r in g ,   r e ad in g ,   t h e  r e s ea r ch   b eg an   w it h   a  co m p r eh e n s iv e   liter atu r e  r ev ie w   o f   s cien tific   j o u r n als  an d   ar ticles.  T h i s   s tep   f o cu s ed   o n   estab lis h in g   t h e  t h eo r etica l  f o u n d atio n   o f   P M2 . 5   d y n a m ics,   th e  u n d er l y in g   m ec h an ic s   o f   L ST M  an d   M L P   alg o r ith m s ,   an d   id e n ti f y in g   m et h o d o lo g ical  g ap s   i n   p r io r   s t u d ies  u tili z in g   i n te g r ated   A W S   an d   air   q u alit y   s en s o r   d ata.   T h e  d ata  co llectio n   p h ase  o f   t h is   s t u d y   f o cu s ed   o n   ca p tu r i n g   r a w   d ata  f r o m   v ar io u s   s o u r ce s   to   o b tain   co m p r e h en s iv e   i n f o r m atio n   a b o u t  en v ir o n m en tal  co n d itio n s .   I n   t h i s   co n te x t,  d ata  w a s   c o llected   u s i n g   t w o   p r im ar y   i n s tr u m e n ts :  A W S  an d   an   air   q u alit y   s en s o r .   T h e  c alib r ated   A W S  in s tr u m e n t  s er v ed   as  a  s o u r ce   o f   m eteo r o lo g ical  d ata,   co v er in g   v ar iab les  s u c h   as  air   te m p er atu r e  an d   r elativ e  h u m id it y .   Me an w h ile,   th e  air   qu alit y   s e n s o r   s er v ed   as  a   s o u r ce   o f   h i s to r ical  d ata  o n   P M2 . 5   an d   P M1 0   p ar ticu late  m a tter   co n ce n tr at io n s .   T h e  d ata  p r o ce s s in g   p h a s e  th en   tr an s f o r m ed   t h e  r a w   d ata  i n to   a  f o r m at  r ea d y   f o r   p r o ce s s in g   b y   a  m ac h i n e   lear n in g   m o d el.   T h ese  s tep s   in cl u d ed   d ata  clea n i n g   to   r e m o v e  co r r u p ted   o r   an o m al o u s   d ata  an d   ti m e   s y n ch r o n izatio n   to   en s u r e  th a t  th e  te m p o r al  r eso lu tio n   o f   th e  m eteo r o lo g ical  d ata  an d   th e  air   q u alit y   s e n s o r   d ata  w as a li g n ed   [ 1 0 ] .   T h e  f o u r th   s ta g e  is   d ata  i m p u tatio n ,   a  s p ec ial  s tep   in   p r e - p r o ce s s i n g   to   h a n d le  m i s s in g   v al u es .   Sen s o r s   o f te n   ex p er ien ce   tech n ical  f ail u r es.  Mis s in g   d ata  is   f illed   u s in g   s p ec if ic  s tat is tica l  tech n iq u es  ( s u ch   as   lin ea r   i n ter p o latio n   o r   m ea n   i m p u tat io n )   to   m a in ta in   th e  co n ti n u i t y   o f   t h e  ti m e  s er ie s   d at a  w i th o u t  h a v i n g   to   d elete   m u c h   i m p o r tan t  in f o r m atio n   [ 1 1 ] .   T h e  f if t h   s ta g e  is   d eter m i n in g   p r ed icto r s .   T h is   s ta g e  is   t h e  p r o ce s s   o f   s elec ti n g   i n p u t  v ar iab les  ( f ea tu r es)  th at  h a v e  th e  m o s t  i n f lu en ce   o n   th e  p r ed ictio n   tar g et  ( P M2 . 5 ) .   I n p u t   f ea t u r e  s elec tio n   u s es  P ea r s o n   co r r elatio n   an al y s is   to   i d en tify   m eteo r o lo g ical  p ar am eter s   t h at  h a v e  a   s ig n i f ica n t i m p ac t o n   f l u ct u ati o n s   in   air   p o llu t io n   co n ce n tr ati o n s   [ 1 2 ] .   T h e  s ix th   s tag e,   i n p u t  f ea t u r e  an d   h y p er p ar a m eter   d esi g n ,   is   a  cr u cial  p h ase  in   t h e  tech n ic al  s tr u ct u r e   d esig n   b ef o r e  th e  m o d el  ev a lu atio n   p r o ce s s   b eg i n s .   A t  th is   s ta g e,   i n p u t  f ea t u r e  d esig n   is   ca r r ied   o u t  b y   d eter m in i n g   th e  ti m e  w i n d o w  to   d eter m i n e  th e  d u r atio n   o f   h is to r ical  d ata,   o r   th e  n u m b er   o f   p ast  h o u r s   th at  w il l  b e  u s ed   as   th e   b asis   f o r   f u tu r e  p r ed ictio n s .   Si m u lta n e o u s l y ,   h y p er p ar a m eter   s et tin g s   ar e  ca r r ied   o u t  to   o p tim ize  m o d el  p er f o r m a n ce   b y   d eter m in in g   k e y   p ar a m e ter s ,   s u ch   as  th e  n u m b er   o f   h id d en   lay er s ,   th e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            I SS N:  1 6 9 3 - 6930   T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E l  C o n tr o l ,   Vo l.  2 4 ,   No .   5 ,   Octo b e r   2 0 2 6 :  1 6 4 4 - 1655   1646   n u m b er   o f   n e u r o n s ,   th e   lear n i n g   r ate,   t h e  b atch   s ize,   th e  ac ti v atio n   f u n ctio n ,   th e   s e g m en ta t io n   p o r tio n ,   an d   th e   t y p e  o f   o p ti m izer .   T h is   ai m s   t o   o b tain   th e  m o s t  o p ti m al  L S T M  an d   ML P   m o d el  co n f i g u r atio n s   to   p r o d u ce   a  h ig h   le v el  o f   p r ed ictio n   ac cu r a c y .   T h e  f in al  s tep   is   to   ev a lu ate  t h e  L ST M  an d   ML P   m o d els  t o   m ea s u r e  t h e  ac cu r ac y   p er f o r m an ce   o f   b o th   alg o r it h m s .   T h e  m o d els  ar e  test ed   u s in g   p r ev io u s l y   u n s ee n   d ata.   P r ed icted   r esu lts   ar e  co m p ar ed   w it h   ac tu al  v al u es  u s in g   e v al u atio n   m etr ic s .   Fi g u r e  1   s h o w s   a  f lo w c h ar t  o f   th e   ev al u atio n   o f   th e  L ST M  an d   M L P   m o d el s   in   p r ed ictin g   P M2 . 5   in teg r ated   w ith   A W S  m eteo r o lo g ical  d ata.           F ig u r e  1 .   Flo w c h ar t r esear ch       B ased   o n   Fig u r e  1 ,   d ata  co llectio n   w as c ar r ied   o u t b y   d o w n l o ad in g   w ea t h er   an d   air   q u a lit y   d ata  f r o m   A W S  lo g g er s   an d   eq u ip m e n t  at  th e  C ite k o   Me teo r o lo g ical  Statio n .   T h e  d ataset  u tili ze d   i n   t h is   s tu d y   s p a n s   a n   o b s er v atio n   p er io d   f r o m   J an u ar y   1   to   J u l y   2 0 ,   2 0 2 3 .   Data   p r ep r o ce s s in g   w as  ca r r ied   o u t  b y   s y n c h r o n izi n g   d ata  an d   r em o v i n g   o u tlier s .   Data   s y n ch r o n izatio n   w as  ca r r ied   o u t  b y   m atc h in g   th e  s a m p lin g   i n ter v al s   o f   m eteo r o lo g ical  d ata,   P M 1 0 ,   an d   P M2 . 5   ev er y   3   h o u r s   to   en s u r e  a  co n s is te n t  te m p o r al   r eso lu tio n .   Ou tlier   ch ec k i n g   w a s   ca r r ied   o u t   u s in g   t h e  r a n g e  ch ec k   an d   s tep   ch ec k   m et h o d s   [ 1 3 ] .   E m p t y   d ata  an d   o u tlier s   w er e   i m p u ted   u s i n g   MI C E   [ 1 4 ] .   MI C E   is   co n s id er ed   to   h av e  ad v a n tag e s   i n   r ep r esen ti n g   m u lti v a r iate  d ata,   r ed u cin g   b ias an d   p r o v id in g   m o r e  s tab l e  d ata  d is tr ib u tio n   af ter   i m p u t atio n   [ 1 5 ] .     Af ter   t h e  d ata  w a s   f illed   in   t e m p o r all y ,   th e  P M2 . 5   p r ed ict o r   w as  d eter m i n ed   an d   t h e  d ataset  w a s   s p lit,  allo ca tin g   8 0 %  f o r   tr ain in g   d ata  an d   2 0 %  f o r   test i n g   d ata.   T h e  m o d el  co n f i g u r atio n s   w er e   d etailed   to   en s u r e  r ep r o d u cib ilit y .   Sp ec if icall y ,   t h e  L ST M  ar ch itectu r e  co n s is t s   o f   t w o   h id d en   la y er s   w it h   6 4   an d   3 2   n eu r o n s ,   r esp ec tiv el y .   T h e  ML P   m o d el  w a s   d esig n ed   with   a  s i m ilar   f u ll y   co n n ec ted   s tr u ct u r e  f o r   a  f air   co m p ar is o n .   B o th   m o d els  u til ized   th e   A d a m   o p ti m izer   w it h   a  lear n i n g   r ate  o f   0 . 0 0 1 ,   a  b a tch   s ize  o f   3 2 ,   an d   w er e  tr ain ed   f o r   a  m ax i m u m   o f   1 0 0   ep o ch s .   T h e  L ST M  m o d el  h y p er p ar am eter s   w er e  f i n e - tu n ed   u s in g   t h e  ea r l y   s to p p in g   m et h o d   to   p r ev en t   o v er f itti n g .   T o   en s u r e  r o b u s tn es s   a n d   s tr ict  r ep r o d u c ib ilit y ,   t h e  m o d el   tr ain i n g   p r o ce s s   w as  ex ec u ted   ac r o s s   f iv e  in d ep en d e n t  r u n s   u s i n g   f i x ed   r an d o m   s ee d s   in   b o th   th e  Nu m P y   an d   T en s o r Flo w   lib r ar ies.  T h e  r ep o r ted   ev alu atio n   m etr ics  r ep r esen t  th e  av er ag e  p er f o r m an ce   ac r o s s   th e s e   m u ltip le  r u n s ,   th er eb y   v al id at in g   t h e  s tab ilit y   o f   th e  m o d els  u n d er   v ar y i n g   in it ializatio n s .   Af ter   o b tain in g   th e   o p tim a l h y p er p ar a m e ter s ,   th e  m o d el s   w er e  p r o ce s s ed   f o r   ev alu atio n .     Mo d el  p er f o r m an ce   w a s   q u an tif ied   u s in g   t h r ee   s tan d ar d   s ta tis tical  m etr ics:   R MSE ,   m ea n   ab s o lu te  p er ce n tag e   er r o r   ( MA P E ) ,   an d   th e  co e f f ic ien t   o f   d eter m in at i o n   ( R ²) .   R M SE  m ea s u r es  t h e  av er ag e  m a g n itu d e   o f   p r ed ictio n   er r o r s ,   g iv in g   h ig h er   p en alt y   to   lar g e  d ev iati o n s .   MA P E   ass es s es  f o r ec ast in g   ac c u r ac y   as  an   in t u iti v e  p er ce n ta g e  er r o r .   Fin all y ,   R ²  ev a lu ate s   t h e  p r o p o r ti o n   o f   v ar ian ce   in   P M2 . 5   co n ce n tr atio n s   ex p lai n ed   b y   t h e  i n p u t  f ea t u r es,  r ef lecti n g   th e  m o d el’ s   ab ilit y   to   ca p tu r e  g en er al  d y n a m ic  tr en d s .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E l  C o n tr o l         F o r ec a s tin g   p a r ticu la te  ma tte r   co n ce n tr a tio n   u s in g   d ee p   le a r n in g   a n d   w ea th er d a ta   ( S a n to s o   S o ek ir n o )   1647   2 = 1 − ∑ ( 1 − ̂ = 1 ) 2 ∑ ( ̅ ̅ ̅ − ̂ = 1 ) 2     ( 1 )         = √ ∑ ( ̂   −   ) 2 = 1       ( 2 )      =   1   ∑ ( −   ̂   ) 2 = 1       ( 3 )       3.   RE SU L T S AN D  D I SCU SS I O N    T h is   s ec tio n   p r ese n ts   t h e  r es u lts   o f   t h e  P M2 . 5   co n ce n tr atio n   p r ed ictio n   s y s te m   i m p le m e n tatio n   a n d   an   i n - d ep th   an al y s is   o f   t h e   p er f o r m an ce   o f   t h e  d ev el o p ed   m o d el.   T h e  d is cu s s io n   b eg i n s   w it h   t h e  tr an s f o r m atio n   o f   r a w   d a ta  in to   m ac h i n e  lear n i n g - r ea d y   f e atu r es,  f o llo w ed   b y   a  co m p ar ativ e  ev al u atio n   o f   L ST M,   ML P ,   an d   h y b r id   L S T M - ML P   m o d els,  an d   co n c lu d es  w i th   a  d i s cu s s io n   o f   t h e  i m p licatio n s   o f   th e   f i n d in g s   f o r   u n d er s ta n d i n g   air   p o llu tio n   d y n a m ics b ased   o n   t h e  r esear ch   co n d u cted .     3 . 1 .     P re pro ce s s ing   da t a   Me teo r o lo g ical  d ata  s o u r ce d   f r o m   A W S  co n ta in s   n o is e,   o u t lier s ,   an d   te m p o r al  in co n s is te n cies  t h a t   ca n   i n ter f er e  w i th   th e  m o d el’ s   g e n er aliza tio n   p r o ce s s .   T h er ef o r e,   d ata  p r ep r o ce s s in g   is   ess e n tial,  i n cl u d in g   d ata  clea n in g ,   h an d li n g   m i s s i n g   d ata,   co r r elatio n   an al y s is   f o r   f ea tu r e  s elec tio n ,   an d   d ata  s ca le  n o r m aliza tio n   [ 1 6 ] .   T h e  f ir s t  s tep   is   d ata  in teg r atio n   an d   clea n i n g .   T h e  r aw   d ataset  co n s is ts   o f   w ea t h er   p ar a m eter s   at  h o u r l y   r eso lu tio n   a n d   air   p ar ticle  co n ce n tr atio n s   at  th r ee - h o u r   r eso lu tio n .   T h e  w ea th er   d ata  is   t h e n   alig n ed   to   th r ee - h o u r l y   r eso lu tio n   to   en s u r e  co n s i s te n c y   w i th   t h e  p ar ticu la te  d ata.   A f ter w ar d ,   q u alit y   co n tr o l  ( QC )   p r o ce d u r es  ar e  p er f o r m ed   a s   d escr ib ed   in   th e  m et h o d s   s ec tio n .   T h e  o u tl ier   d etec tio n   u tili ze d   s tr i ct  p h y s ical   th r e s h o ld s   to   en s u r e  d ata  v alid it y .   Fo r   m et eo r o lo g ical  p ar am eter s ,   d ata  p o in ts   o u t s id e  th e  b o u n d s   o f   1 5   °C   to   4 5   °C   f o r   te m p er atu r e  an d   3 0 %  to   1 0 0 %  f o r   r elativ e  h u m id it y   w er e  f la g g ed   as  a n o m alie s   an d   r e m o v ed .   Fo llo w i n g   t h e   r e m o v al,   t h e  MI C E   i m p u tati o n   v alid atio n   w as  co n d u cted   b y   co m p ar i n g   th e  s tatis tical   d is tr ib u tio n   o f   th e   d ataset  b ef o r e  an d   af ter   im p u tatio n   to   en s u r e  th e  s tr u ct u r al  in teg r it y   o f   th e  ti m e - s er i es  w as  m ain tain e d   w it h o u t  i n tr o d u cin g   ar ti f icial   b ias.  T h e  v is u aliza t io n   i n   F ig u r e  2   s h o w s   t h e  p lo t  o f   te m p e r atu r e  an d   h u m id it y   af ter   QC ,   t h e  th r ee - h o u r   av er a g e  te m p er at u r e,   an d   P M2 . 5   c o n ce n tr at io n   t h r o u g h o u t t h e  o b s er v atio n   p er io d .           Fig u r e  2 .   P lo ttin g   d ata  h u m id it y ,   te m p er at u r e,   P M1 0 ,   an d   PM2 . 5       B ased   o n   th is   v i s u a lizatio n ,   t h e  d ail y   f lu ct u atio n   d y n a m ic s   ar e  v is ib le  w i th   s e v er al  g ap s   in   m is s in g   v alu e s   af ter   d ata  clea n in g   an d   QC .   T o   h an d le  th is   m i s s i n g   d ata,   th e  im p u tatio n   tec h n i q u e  u s i n g   t h e  MI C E   alg o r ith m   w a s   i m p le m en ted   d u e  to   it s   ab ilit y   to   u til ize   th e  m u lti v ar iate  co r r elatio n   s tr u ct u r e  b et w ee n   at m o s p h er ic  p ar a m eter s   to   esti m ate  t h e  clo s est   v al u es,   th u s   m ai n tai n in g   s tati s tical   d is tr ib u tio n   a n d   m i n i m izi n g   b ias  i n   th e  i m p u t atio n   p r o ce s s   [ 1 7 ] .   T h e  n ex t  s tag e,   f ea tu r e  s elec t io n ,   is   ca r r ied   o u t  to   id en tify   in p u t  p ar a m eter s   t h at  h a v e  a  p o s i tiv e  co n tr ib u tio n   to   th e  p ar a m eter s   to   b e  p r ed icted .   T h i s   is   cr u cial  b ec au s e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            I SS N:  1 6 9 3 - 6930   T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E l  C o n tr o l ,   Vo l.  2 4 ,   No .   5 ,   Octo b e r   2 0 2 6 :  1 6 4 4 - 1655   1648   ir r elev an t  p ar a m eter s   ca n   a ctu all y   i n cr ea s e  t h e  co m p u t atio n al  b u r d en   a n d   t h e  r is k   o f   o v er f itti n g   o r   u n d er f itti n g .   P ea r s o n   co r r elati o n   m atr i x   a n al y s is   w as  p er f o r m ed   to   d eter m i n e  th e  o p ti m al   in p u t  p ar a m eter s ,   w it h   t h e  r esu lts   s h o w n   in   Fig u r e  3 .           Fig u r e  3 .   P ea r s o n   co r r elatio n   m atr i x       B ased   o n   Fig u r e  3 ,   th e  co r r elatio n   an al y s i s   s h o w s   a  s tr o n g   s tatis tical  r elatio n s h ip   b et w ee n   th e  tar g et   v ar iab le  ( P M2 . 5 )   an d   ce r tain   p ar am eter s .   B ased   o n   th e  co r r elatio n   co ef f icie n t  ( r ) ,   it  w a s   d ec id ed   to   u s e  o n l y   th r ee   m ai n   f ea t u r es  as  p r ed icto r s :  P M1 0 ,   te m p er atu r e,   an d   h u m id it y .   P M1 0   s h o w s   a  s tr o n g   p o s itiv e   co r r elatio n   w i th   P M2 . 5 ,   in   li n e  w it h   t h e  f i n d in g s   o f   Z h an g   et  a l .   [ 1 7 ]   w h o   co n d u cted   a  s h ap le y   ad d itiv e   ex p lan atio n   ( SH A P )   an al y s i s   o f   P M1 0   an d   P M2 . 5 ,   w h ich   f o u n d   th at  P M1 0   is   th e  d o m i n an t  p r ed icto r   f o r   P M2 . 5 ,   co n s id er in g   th a t  P M2 . 5   is   a  p h y s ical  s u b s et  o f   P M1 0   w it h   s i m i lar   e m i s s io n   s o u r ce s   an d   d is p er s io n   p atter n s .   Me an w h ile,   te m p er a tu r e  an d   h u m id it y   al s o   s h o w  a  s ig n i f ica n t  co r r elatio n .   T h is   is   in   ac co r d an ce   w it h   r esear c h   b y   I s tia n a  et  a l .   [ 4 ]   w h ich   h i g h l ig h t s   th e  i m p o r ta n ce   o f   t h e  in ter ac tio n   b et w ee n   th e s e  t w o   v ar iab les  in   tr o p ical  r eg io n s .   T h e  s tu d y   s h o w ed   th at  te m p er atu r e  an d   h u m id it y   h a v e  a  g r ea ter   im p ac t  o n   p o llu tan t  ac c u m u la tio n   t h an   r ain f all.   C o n v er s el y ,   o th er   v ar i ab les  w er e  eli m i n ated   f r o m   t h e  in p u t  lis t  d u e  to   th eir   v er y   w ea k   co r r elatio n s   in   th e  P M2 . 5   d ataset  in   th i s   s tu d y .   T h is   eli m i n atio n   o f   f ea tu r es  w it h   lo w   co r r elatio n s   ai m s   to   r ed u ce   n o is e  th at  co u ld   co n f u s e  t h e  m o d el  in   lear n i n g   d eter m i n is t ic  p atter n s   [ 1 8 ] .   Af ter   f ea t u r e  s elec tio n ,   d ata  n o r m al izatio n   w a s   p er f o r m ed   u s in g   t h e  m i n - m a x   s ca lin g   tec h n iq u e.   T h e   r a w   d ata  h as  a  h i g h l y   h eter o g en eo u s   s ca le  r an g e,   w h er e  p ar ticu late  co n ce n tr at io n s   ca n   r ea ch   h u n d r ed s   o f   µg / m ³,   w h ile  air   te m p er atu r es   r an g e  in   th e  ten s   o f   d eg r ee s   C elsi u s .   T h is   d if f er e n ce   in   s ca le  ca u s es  th e  m o d el   g r ad ien t  to   o s cilla te  an d   s lo ws  co n v er g e n ce .   A   tr an s f o r m a t io n   w as  ap p lied   to   m ap   all  f e atu r es  to   t h e  [ 0 - 1 ]   r an g e  to   en s u r e  th at  ea ch   f ea t u r e  h as  a  p r o p o r tio n al  w ei g h t   co n tr ib u tio n   in   t h e  m o d el’ s   l o s s   f u n ctio n   [ 1 9 ] .   Fu r t h er m o r e,   th is   n o r m al izati o n   tech n iq u e  also   ai m s   to   m ak e   t h e  co m p u tatio n a l  p r o ce s s   a n d   u s e  o f   th e   m o d el ’ s   m e m o r y   ca p ac it y   m o r e  ef f ic ien t.    T h e  m o d el  co n f i g u r atio n   w as   d esig n ed   to   ca p tu r e  te m p o r al  p atter n s   in   a  m u lti - le v el  m a n n er .   T h e   f ir s t  la y er   u s ed   L ST M  an d   M L P   w ith   a  t w o - h id d en   la y er   s t r u ctu r e.   B ased   o n   e m p ir ical  e x p er i m e n ts ,   t h e  b est   h y p er p ar a m eter s   w er e  o b tain e d   in   Fi g u r e  4 .   T h e  f i n al  s tep   i n   d ata  p r ep r o ce s s in g   w a s   tr an s f o r m in g   t h e  ti m e   s er ies  in to   a  f o r m at  s u itab le  f o r   s u p er v is ed   lear n i n g ,   w h ich   w a s   p er f o r m ed   u s i n g   a  s lid i n g   w i n d o w   tech n iq u e.   T h is   tech n iq u e   u t ilizes  h i s to r ical  d ata  o v er   a  s p ec i f ic  t i m e   p er io d   ( lo o k b ac k )   to   co n s tr u c t  an   i n p u t  s eq u en ce   ( X)   th at  is   u s ed   to   p r ed ict  th e  tar g et  v al u e  ( y )   at  t h e  n ex t  t i m e  s tep   [ 2 0 ] .   I n   th is   s t u d y ,   th e  s lid in g   w in d o w   w a s   s et   to   2 4   h o u r s ,   allo w in g   t h e   m o d el  to   u tili ze   in f o r m atio n   f r o m   th e  p r ev io u s   2 4   h o u r s   to   p r o j ec t  P M 2 . 5   co n ce n tr atio n s   o n e  h o u r   in to   th e  f u t u r e.   T h e  lo o k b ac k   p er i o d   tak es  in to   ac co u n t  th e  p er io d icit y   o f   P M2 . 5   co n ce n tr atio n   lev el s   th a t r ep ea t d ail y .   T h e  s lid in g   w i n d o w   p r o ce s s   ef f ec tiv e l y   tr a n s f o r m s   tab u lar   d ata  in to   3 D  ten s o r s   w it h   d i m e n s io n s   ( s a m p les,  ti m e s tep s ,   f ea tu r es) ,   w h ic h   ar e  th e n   p r o ce s s ed   b y   th e  L ST M  ar ch itect u r e  to   lear n   h ier ar c h ical   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E l  C o n tr o l         F o r ec a s tin g   p a r ticu la te  ma tte r   co n ce n tr a tio n   u s in g   d ee p   le a r n in g   a n d   w ea th er d a ta   ( S a n to s o   S o ek ir n o )   1649   te m p o r al  d ep en d en cies.   Fo r   ML P   m o d els,   th e   in p u t  te n s o r s   ar e  f la tten ed   ( r es h ap ed )   in t o   a  2 D  f o r m a t  w it h   d i m en s io n s   ( s a m p les,  t i m e s te p s   x   f ea t u r es)  to   b e  co m p ati b le  w i th   f u ll y   co n n ec ted   la y er s .   T h e  u s e  o f   t h e   s lid in g   w i n d o w   tec h n iq u e  h as  th e  ad v a n tag e  o f   p r eser v i n g   t h e  te m p o r al  r elatio n s h ip s   p r ese n t  i n   p o llu ta n t  d ata  an d   co m p r eh e n s i v el y   u tili zi n g   h is to r ical  d ata.   F u r th er m o r e,   th is   ap p r o ac h   also   p r ev e n ts   d ata  leak a g e  b y   en s u r in g   a  clea r   s ep ar atio n   b et w ee n   tr ain in g   an d   tes t d ata  b ased   o n   ch r o n o lo g ical  o r d er   [ 2 1 ] .           Fig u r e  4 .   Mo d el  ar ch itectu r e       3 . 2 .     E v a lua t i o n L ST M   a nd   M L P   m o de l   Mo d el  p er f o r m a n ce   e v al u atio n   w a s   co n d u c ted   b y   co m p ar i n g   th e   p r ed ictio n   r es u lts   to   a  test   s et  r ep r esen tin g   air   p o llu tio n   co n d itio n s   th e  m o d el  h ad   n ev er   e n co u n ter ed   b ef o r e.   Vis u al  an a l y s i s   w as  p er f o r m ed   s eq u en tiall y ,   s tar ti n g   w i th   th e   h y b r id ,   L ST M,   a n d   M L P   m o d els,  to   id en ti f y   p atter n s   i n   th e  r esp o n s i v en e s s   o f   ea ch   ar ch itect u r e  to   ac tu al  d at a  f lu c tu at io n s .   T h e  v is u a lizatio n   i n   Fi g u r e  5   d em o n s tr ates  t h e  v er y   s o l id   p er f o r m a n ce   o f   L ST M  m o d el.   As   illu s tr ated   b y   th e  ali g n m e n t  o f   th e  p r ed ictio n   an d   ac tu al  cu r v es  in   Fi g u r e  5 ,   th is   m o d el  d e m o n s tr ates  a  h ig h   ab ilit y   to   m in i m ize  th e  d i f f er en ce   b et w ee n   p r ed icted   an d   ac tu al  v alu e s ,   esp ec iall y   at  f ast  ti m e  s tep s .   T h e  s h o r t -   an d   lo n g - ter m   m e m o r y   m ec h an i s m s   in   th e  L ST M  allo w   it  to   m e m o r ize  h i s to r ical  p atter n s   m o r e  ef f ec tiv e l y   t h a n   o th er   m o d els,  r esu lti n g   in   a  p r ed ictio n   cu r v e  th at  is   q u ite  p r ec is e  w it h   th e  a ctu al  d ata.   I n   co n tr ast,  t h e  M L P   m o d el  ex h ib it s   a  d if f er e n t  tr en d ,   as  s h o w n   in   Fig u r e  6 .   Alth o u g h   it s   p r ed ictio n   lin e  f o llo w s   t h e  u p - an d - d o w n   tr en d   v er y   w ell,   th er e   is   a  n o ti ce ab le  m a g n it u d e  b ias  in   s o m e  s eg m en t s ,   w h er e   th e  m o d el  s y s te m atica ll y   p r ed icts   s l ig h tl y   h ig h er   o r   lo w er   v alu es  ( o f f s et) .   T h is   is   u n d er s ta n d ab le  co n s id er in g   th at  M L P s   lac k   a  r ec u r r en t  m ec h a n i s m   to   ca p tu r e  s eq u e n tial  d ep en d e n cies  in tr i n s ical l y ,   i n s tead   tr ea ti n g   s lid in g   w i n d o w   i n p u t s   as s tati c  f ea tu r e s   [ 1 7 ] .           Fig u r e  5 .   L ST M  p r ed ictio n   v s   ac tu al     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            I SS N:  1 6 9 3 - 6930   T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E l  C o n tr o l ,   Vo l.  2 4 ,   No .   5 ,   Octo b e r   2 0 2 6 :  1 6 4 4 - 1655   1650       Fig u r e  6 .   ML P   p r ed ictio n   v s   a ctu al       Fu r t h er m o r e,   t h e  h y b r id   m o d el  ev al u atio n   is   v is u alize d   i n   Fig u r e  7 .   B ased   o n   Fi g u r e  7 ,   th e  h y b r id   m o d el  d e m o n s tr ates  g o o d   g en er aliza tio n ,   w it h   th e  p r ed icted   lin e  f o llo w i n g   th e  g e n er al  p a tter n   o f   th e  ac tu al   lin e.   Ho w e v er ,   th er e  ar e  s li g h t  d ev iat io n s   a t  s o m e  ex tr e m e  p ea k s ,   w h er e  t h e  m o d el  ap p ea r s   to   s tr u g g le  to   ca p tu r e  s u d d en   f l u ct u atio n s   w it h   f u ll  p r ec is io n .   T h is   in d icate s   th at  co m b i n i n g   t h e   L ST M  an d   ML P  ar ch itect u r es  as  a  h y b r id   m o d el  f ac es  co m p le x   p ar a m eter   o p tim izatio n   i s s u es,  r es u lti n g   in   its   p er f o r m an ce   b ein g   lo w er   th a n   t h at   o f   t h e  s in g le  L ST M  m o d el  i n   t h i s   s t u d y .   T o   ev al u ate  t h e  o v er all   m o d el   p er f o r m a n ce   q u an tita tiv e l y ,   t h e  ev al u atio n   m atr i x   as s h o w n   i n   T ab le  1   w a s   u til ized .           Fig u r e  7 .   H y b r id   L ST M - M L P   p r ed ictio n   v s   ac tu a l       T ab le  1 .   Mo d el’ s   m etr ic  e v al u atio n   M o d e l   M e t r i c   e v a l u a t i o n   R M S E   M A P E   R 2   L S T M   6 . 8 6 2   3 7 . 3 8 4   0 . 8 0 4   M L P   7 . 0 0 4   3 3 . 8 8 1   0 . 8 1 0   H y b r i d   6 . 9 2 1   3 6 . 3 2 8   0 . 7 9 8       I n   ter m s   o f   R M SE,   T ab le  1   s h o w s   t h at  L ST M  ac h ie v ed   th e  b est  p er f o r m an ce   w i th   a  v al u e   o f   6 . 8 6 2 ,   w h ic h   i s   t h e  lo w es t  a m o n g   t h e  t h r ee   m o d el s   s t u d ied .   T h i s   i n d icate s   t h at   L ST M  h as   th e  s m allest   av er a g e   ab s o lu te  er r o r   d ev iatio n   in   th e   o r ig in al  u n its   o f   p o llu ta n t  co n ce n tr atio n ,   w h ic h   m ea n s   t h is   m o d el  p r o d u ce s   th e   m o s t  ac c u r ate  p r ed ictio n s   a n d   w i th   m i n i m al  er r o r s   co m p ar e d   to   th e  h y b r id   m o d el  ( 6 . 9 2 1 )   an d   M L P   ( 7 . 0 0 4 ) .   T h is   lo w   R M SE  v a lu e  in d icat es  th a t  L ST M  is   m o r e  ef f ec ti v e  i n   h an d li n g   d ata  v ar iab ili t y   an d   p r o v id es  m o r e   co n s is ten t  r e s u l ts   i n   p r ed ictin g   P M2 . 5   co n ce n tr atio n s .   Fu r t h er m o r e,   in   ter m s   o f   M SE,   L ST M  ag ain   e x ce l s   w it h   a  v al u e  o f   4 7 . 0 8 1 ,   w h ic h   is   lo w er   th a n   h y b r id   ( 4 7 . 9 0 1 )   an d   ML P   ( 4 9 . 0 5 0 ) .   MSE   g iv es  g r ea ter   w ei g h t  to   lar g e  p r ed ict io n   er r o r s ,   s o   a   lo w er   MSE   v al u e  f o r   L ST M  in d icate s   th at  th i s   m o d el   p r o d u ce s   ex tr e m e   p r ed ictio n   er r o r s   less   f r eq u en t l y .   L ST M  m o d els  ar e  b etter   at   m i n i m izi n g   lar g e  er r o r s ,   w h ic h   in   tu r n   in cr ea s e s   p r ed ictio n   r eliab ilit y   i n   s i tu ati o n s   w it h   h ig h   d ata  v ar iatio n .  M L P  a n d   h y b r i d ,   a l th o u g h   p r o d u c in g   g o o d   r e s u lt s ,   s h o w   l a r g e r   e r r o r s   i n   s o m e   ex t r em e   p r e d ic t i o n s ,   w h i ch   is   r ef l ec t e d   in   th e   h ig h e r   MS E   v a lu es   i n   T a b l e   1 .   Fin all y ,   f o r   th e  co ef f icien t  o f   d eter m i n atio n   ( R 2 )   in   T ab le  1 ,   ML P   h as  a  s lig h t  ad v an ta g e  w i th   a   v alu e  o f   0 . 8 1 0 ,   h ig h er   th a n   L S T M  ( 0 . 8 0 4 )   an d   h y b r id   ( 0 . 7 9 8 ) .   T h is   R 2   v a lu e  i n d icate s   t h at  ML P   is   b etter   ab le  to   f o llo w   t h e  u p s   a n d   d o w n s   o f   th e  d ata,   r ef lectin g   its   ab ilit y   to   ca p tu r e  d ata  v ar iab ili t y   o r   f lu ct u atio n s .   Ho w e v er ,   th e  s li g h tl y   h ig h er   R 2   v al u e  o f   M L P   is   n o t  en o u g h   to   o v er co m e  L ST M’ s   s u p er io r ity   i n   ter m s   o f   ab s o lu te  p r ed ictio n   ac c u r ac y ,   as  r ef lecte d   i n   t h e  lo w er   R M SE  an d   MSE   v al u es.  T h er ef o r e,   alth o u g h   M L P   is   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E l  C o n tr o l         F o r ec a s tin g   p a r ticu la te  ma tte r   co n ce n tr a tio n   u s in g   d ee p   le a r n in g   a n d   w ea th er d a ta   ( S a n to s o   S o ek ir n o )   1651   b etter   at  m atc h i n g   d ata  p atter n s ,   L ST M  is   s u p er io r   in   p r ed ictin g   m o r e  ac c u r ate  v alu e s   o v er al l.  Ov er all,   L ST M  w a s   th e  b est  m o d el  in   th is   s t u d y .   A lt h o u g h   M L P   h ad   a  m ar g in a l  ad v an ta g e  in   th e  co r r elatio n   co ef f icie n t  ( R 2 ) ,   th e  d if f er en ce   w a s   n o t  p r ac ticall y   s ig n i f ica n t.  I n   th e  co n tex t  o f   an   air   q u alit y   ea r l y   w ar n i n g   s y s te m ,   m i n i m izi n g   t h e  m a g n itu d e  o f   p r ed ictio n   er r o r s   ( R MSE   an d   MSE )   is   f ar   m o r e  cr itical  th an   s i m p l y   tr en d   co r r elatio n .   T h e  s u p er io r ity   o f   L ST M  in   m i n i m izi n g   th e s e  er r o r s   alig n s   w ith   t h e  s tu d y   b y   Ki m   et  a l .   [ 1 9 ] ,   w h ic h   e m p h as ized   th at   r ec u r r en t  n e u r al  n et w o r k   ar c h itec tu r es  ar e  b etter   ab le  to   ca p t u r e  th e   s to c h asti c   d y n a m ics o f   air   p o llu tan ts .     3 . 3 .     Dis cus s io n   T h is   s tu d y   f o u n d   th e  L ST M  ar ch itectu r e  to   b e   s u p er io r   in   m i n i m izi n g   P M2 . 5   p r ed ict io n   er r o r s   co m p ar ed   to   ML P   an d   h y b r i d   m o d els.  T h eo r etica ll y ,   t h is   s u p er io r it y   i s   b ased   o n   th e  L ST M’ s   in ter n al  ce ll   s tate  m ec h a n is m ,   w h ich   ca n   s t o r e  r elev an t  in f o r m atio n   lo n g - ter m   an d   f o r g e tti n g   u n n ec es s a r y   n o is e  t h r o u g h   a   f o r g et  g ate.   T h is   ca p ab ilit y   i s   cr u cial  i n   th e  co n tex t  o f   ai r   p o llu tio n   d ata,   w h ic h   is   ti m e - s er ies  w i th   h i g h   au to co r r elatio n .   R ec u r r en ce - b ased   d ee p   lear n in g   ap p r o ac h es  s u ch   a s   L ST M  ar e  in h er e n t l y   b etter   s u ited   to   ca p tu r in g   n o n - li n ea r   te m p o r al   d y n a m ics  t h an   M L P   [ 2 1 ] ,   w h ich   tr ea t  s l id in g   w in d o w   in p u ts   as  s tatic  f ea t u r e   v ec to r s   w it h o u t  a n   ex p licit  ti m e  d i m e n s io n   [ 2 2 ] .   T h is   p h en o m e n o n   e x p lai n s   w h y   M L P s ,   d esp ite  h av i n g   h i g h   co r r elatio n ,   f ail  to   ac h ie v e  th e  s a m e  le v el  o f   ab s o l u te  p r ec is i o n   as L ST Ms.   T h e  o b s er v atio n   t h at  t h e  s i n g le  L ST M  ar ch itec tu r e  o u tp er f o r m ed   t h e  h y b r id   L ST M - M L P   m o d el   p r o v id es  v alu ab le  in s i g h ts   in to   n eu r al  n et w o r k   d esi g n   f o r   lo ca lized   en v ir o n m e n tal  ti m e  s er ies.  A lt h o u g h   h y b r id   m o d els  co n ce p t u all y   a tte m p t  to   lev er a g e  th e  s eq u e n tial  m e m o r y   o f   L ST Ms  alo n g s id e  th e  n o n - li n ea r   m ap p in g   ca p ab ilit ies   o f   f u ll y   co n n ec ted   la y er s ,   o u r   r es u lt s   i n d icate   a  s tab ilit y   an d   o p ti m iz atio n   tr ad e - o f f .   W e   attr ib u te  th e  h y b r id   m o d el’ s   l o w er   p er f o r m an ce   to   ar ch itec t u r al  o v er - p ar a m e ter izatio n .   I n   a  lo ca lized   d ataset   w it h   a  2 4 - h o u r   lo o k b ac k   w in d o w ,   ad d in g   d en s e  f ee d - f o r w ar d   lay er s   af ter   r ec u r r en t  lay er s   i n tr o d u ce s   r ed u n d an t  w ei g h t  m atr ice s   th at  d is to r t  th e   te m p o r al  g r ad ien ts   lear n ed   b y   t h e  L ST M  ce lls .   T h is   co m p le x it y   in cr ea s es  th e  m o d el’ s   s u s ce p tib ilit y   to   o v er f itt in g   o n   tr ai n in g   n o is e  a n d   cr ea tes  s u b o p tim al  lo ca l  m i n i m a   d u r in g   b ac k p r o p ag atio n .   C o n s eq u en tl y ,   th e  s i m p ler ,   d ed icate d   L ST M  ar ch itectu r e  m ai n tai n s   s u p er io r   w ei g h t   co n v er g e n ce   a n d   b etter   g en er a lizatio n   w h en   p r ed ictin g   u n s ee n   ex tr e m e  p o llu tio n   p ea k s   [ 2 3 ] .   I n   ad d itio n   to   ar ch itectu r al   d if f er en ce s ,   o u r   f i n d in g s   e m p h a s ize  th e  cr itical  r o le  o f   s p ec if ic   m eteo r o lo g ical  d r iv er s   i n   p r ed ictin g   P M2 . 5   d y n a m ic s .   T h e  em p ir ical  s elec tio n   o f   air   te m p er atu r e  an d   r elativ e   h u m id it y   w h ile  eli m i n atin g   w ea k l y   co r r elate d   v ar iab les  l ik e  w i n d   s p ee d   d em o n s tr ates   th at  th er m al  an d   m o is t u r e  in ter ac tio n s   d o m i n at e  lo ca l  p ar ticu late  b eh av io r   in   th i s   s t u d y   ar ea .   Fro m   a n   atm o s p h er ic  p h y s ic s   p er s p ec tiv e,   h i g h   r elati v e  h u m id it y   ac ce ler ates  t h e  h y g r o s co p ic  g r o w t h   o f   ae r o s o ls   an d   p r o m o te s   t h e   f o r m atio n   o f   s ec o n d ar y   in o r g an ic  p ar ticu lates.  Si m u lta n eo u s l y ,   te m p er at u r e  v ar iatio n s   d ir ec tl y   in f l u en ce   t h e   h eig h t  o f   t h e  at m o s p h er ic  b o u n d ar y   la y e r   an d   th er m al  i n v er s io n   ev e n ts ,   w h ic h   tr ap   p o llu tan t s   n ea r   th e   s u r f ac e.   B y   s u p p l y i n g   t h e  L ST M  w ith   th e s e  co n ti n u o u s   t h er m o h y g r o m e tr ic  p ar am eter s ,   t h e  n e t w o r k   ef f ec tiv e l y   lear n s   t h e  n o n - li n ea r   th er m o d y n a m ic  t h r es h o ld s   th at  tr ig g er   s u d d en   p o llu tan t  ac cu m u lat io n ,   s ig n i f ica n tl y   i m p r o v i n g   ac cu r a c y   o v er   p u r e  au to r eg r es s i v e  ( P M - o n l y )   h i s to r ical  in p u ts   [ 2 4 ] .   Fro m   an   en g i n ee r in g   an d   p r ac tical  d ep lo y m en t  p er s p ec ti v e,   th e  ar ch itect u r al  s u p er io r it y   o f   th e  s in g le   L ST M  m o d el  e x te n d s   b e y o n d   p r ed ictiv e  ac cu r ac y   to   co m p u tat io n al  e f f icie n c y .   I n   r e al - w o r ld   air   q u alit y   m o n ito r i n g ,   f o r ec asti n g   m o d els  m u s t  b e  i n te g r ated   i n to   i n t er n et  o f   th in g s   ( I o T )   ed g e  d e v ices   o r   ce n tr alize d   clo u d   p latf o r m s   t h at  p r o ce s s   co n tin u o u s ,   h i g h - f r eq u e n c y   s en s o r   s tr ea m s .   W h ile  m as s i v e  h y b r id   ar ch itect u r e s   d em a n d   s u b s ta n tial  m e m o r y   f o o tp r in ts   an d   h i g h   co m p u tatio n al  late n c y ,   o u r   o p ti m i ze d   L ST M  m o d el   m ai n tai n s   a   co m p ac t  p ar a m e te r   s ize  a f ter   co n v er g e n ce .   T h is   lig h t w ei g h t  p r o f ile  e n ab les   lo w - late n c y   r ea l - ti m e   in f er en ce ,   m a k i n g   it  ex ce p ti o n all y   w el l - s u ited   f o r   d ep lo y m e n t  o n   ed g e  ar tif ic ial  in t ellig e n ce   ( E d g e - A I )   m icr o co n tr o ller s   e m b ed d ed   w i th i n   A W S.   Desp ite  it s   r o b u s t   p er f o r m an ce ,   t h is   s t u d y   h as   li m it atio n s   th at   p r esen t   o p p o r tu n itie s   f o r   m et h o d o lo g ical  s ca li n g .   First,   w h ile  MI C E   i m p u ta tio n   e f f ec tiv el y   m ai n tai n s   s tatis tical  d is tr ib u tio n   d u r in g   m is s i n g   d ata  in ter v a ls   [ 2 5 ] ,   ar tif icial  i m p u tatio n   in h er en tl y   ca r r ies  esti m atio n   u n ce r tai n t y   d u r in g   u n p r ec ed en ted   ex tr e m e  p o llu ti o n   ev e n ts .   Seco n d ,   th e  cu r r e n t   i m p le m en tat io n   v alid ates  t h e  ar ch itect u r e  u s i n g   a  s in g le - s ta tio n   d ataset,   w h i ch   d o es  n o t  ac co u n t  f o r   s p atial  p o llu ta n t  tr an s p o r t.  Ho w ev er ,   o u r   m o d u lar   p r ep r o ce s s in g ,   i m p u tatio n ,   an d   s lid in g - w i n d o w   f r a m e w o r k   i s   in h er en t l y   s ca lab le  to   m u lti - s tatio n   a n d   r eg io n a l   n et w o r k s .   T o   g en er alize   th i s   m et h o d o lo g y   ac r o s s   b r o ad er   g eo g r ap h ic  ar ea s ,   t h e  p ip eli n e  ca n   b e  r ea d il y   ex ten d ed   i n to   s p atio te m p o r al  g r ap h   n e u r al  n et w o r k s   ( GNN)   o r   co n v o lu tio n al  L ST Ms  ( C o n v L ST M) .   I n   s u c h   s ca led   ar ch itectu r e s ,   m u ltip le   A W S  an d   air   q u alit y   s tatio n s   w o u ld   s er v e  as  s p atial  n o d es,  allo w in g   th e   n et w o r k   to   s i m u ltan eo u s l y   ca p tu r e  lo ca lized   tem p o r al  d ep en d en cie s   an d   cr o s s - r e g io n al  p o llu tan t  d is p er s io n   p atter n s .   B ased   o n   th e  ab o v e  an al y s is ,   f u r th er   r esear ch   is   r ec o m m en d ed   to   ex p lo r e  th e  in teg r atio n   o f   atten tio n   m ec h a n i s m s   o r   tr an s f o r m er s   t h at  ca n   p r o v id e  d y n a m ic  w ei g h ts   at  s p ec i f ic  ti m e - s tep s   t h at  ar e  m o s t  in f l u en t ial,   r ath er   th an   s i m p l y   a s s i g n in g   u n i f o r m   w e ig h t s   to   th e  en tire   s lid in g   w i n d o w .   F u r th er m o r e,   th e  d ev elo p m en t  o f   a  s p atio te m p o r al   m o d el  th at   in te g r ates  m u lti - s tat io n   d at a  u s i n g   a  g r id - e m b ed d ed   ap p r o ac h   is   h ig h l y   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            I SS N:  1 6 9 3 - 6930   T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E l  C o n tr o l ,   Vo l.  2 4 ,   No .   5 ,   Octo b e r   2 0 2 6 :  1 6 4 4 - 1655   1652   r ec o m m e n d ed   to   ca p tu r e  cr o s s - r e g io n al   p o llu tio n   d is tr ib u ti o n   p atter n s   i n   co m p le x   u r b an   ar ea s   [2 6] .   Ov er all,   th is   s t u d y   s u cc ess f u ll y   d e m o n s tr ate s   t h at  t h e  L ST M  ar ch i tectu r e  w it h   ap p r o p r iate  d ata  p r e - p r o ce s s in g   ca n   p r o v id e  r eliab le  P M2 . 5   p r ed ictio n   ac c u r ac y   f o r   ea r l y   w a r n in g   s y s te m s .   T h ese  r es u lt s   p r o v id e  a  s tr o n g   tech n ical  f o u n d atio n   f o r   p o lic y m a k er s   to   ad o p t  A I - b ased   m o d els  to   m iti g ate  th e  h ea lth   i m p ac t s   o f   air   p o llu tio n .       4.   CO NCLU SI O N    T h is   s tu d y   p r o v id ed   a  co m p r eh en s iv e  co m p ar ati v e  ev al u atio n   o f   d ee p   lear n in g   ar ch i t ec tu r es  f o r   f o r ec asti n g   h o u r l y   P M2 . 5   co n ce n tr at io n s   b y   i n te g r ati n g   l o ca lized   A W S  an d   air   q u alit y   s e n s o r   d ata.   T h e  ev alu a tio n   d e m o n s tr ates   th at   t h e  s in g le  L ST M  m o d el  is   th e   m o s t   r o b u s t  a n d   r eliab le  ar c h itectu r e,   ac h iev in g   th e  lo w est er r o r   r ates  w it h   a n   R MSE   o f   6 . 8 6 2   µg / m ³  an d   a n   MSE   o f   4 7 . 0 8 1 .   T h e  s u p er io r it y   o f   t h e  L ST M  lies   in   its   i n ter n a l  g ati n g   a n d   ce ll  s tate  m ec h a n is m s ,   w h ic h   ef f e ctiv el y   ca p t u r e  co m p lex   te m p o r al  d y n a m ic s   an d   lo n g - ter m   s eq u e n tia l  d ep en d en cies.  C o n v er s el y ,   w h ile  t h e  s tan d ar d   ML P   m o d el  ac h iev ed   a  s lig h tl y   h i g h er   R ²   ( 0 . 8 1 0 ) ,   it  ex h ib ited   a  n o ticea b le  m a g n itu d e  b ias  b y   tr ea t in g   ti m e - s er ie s   s eq u e n ce s   as  s tatic  f ea t u r es.   Fu r t h er m o r e,   co m b i n i n g   ar ch i tectu r es  in to   a   h y b r id   L ST M - ML P   m o d el  d e g r ad ed   p r ed ictio n   ac cu r ac y   d u e   to   in cr ea s ed   s tr u ct u r al  co m p lex i t y   an d   o v er f itti n g   r is k s .   O u r   f in d in g s   also   co n f ir m   t h at  s elec tin g   P M1 0 ,   air   te m p er atu r e,   an d   r elativ e  h u m id it y   a s   co r e  p r e d icto r s   ef f ec tiv el y   m i n i m ize s   in p u t  n o i s e  w h ile  ca p tu r i n g   ess e n tial a t m o s p h er ic  i n ter ac ti o n s .   T o   b u ild   u p o n   th ese  f i n d i n g s ,   f u t u r e  r esear ch   s h o u ld   ex p lo r e  th e  in te g r atio n   o f   A tte n tio n   m ec h a n i s m s   o r   T r an s f o r m er - ba s ed   ar ch itec tu r es   to   d y n a m icall y   w ei g h t  cr itica l  s eq u en t ial  ti m e  s tep s .   A d d itio n al l y ,   ex p a n d in g   th e  m et h o d o lo g y   to   in co r p o r ate   m u lti - y ea r   d atasets   an d   m u l ti - s t atio n   s p atio te m p o r al   n et w o r k s   w il l  f u r t h er   en h an ce   m o d el  g e n er aliza tio n .   I m p le m en tin g   s u ch   s p atia l - te m p o r al  f r a m e w o r k s   w il l  b e  cr u cial  f o r   d ev elo p in g   s ca lab l e,   r ea l - ti m e  air   q u al it y   ea r l y   war n in g   s y s te m s   in   co m p le x   u r b an   en v ir o n m e n ts .       ACK NO WL E D G M E NT S    W e  w o u ld   li k e  to   ex p r ess   o u r   g r atit u d e  to   B MK G  an d   C ite k o   Me teo r o lo g ical  Statio n   f o r   th ei r   s u p p o r t  in   p r o v id in g   d ata  an d   in s tr u m en t t h at  h av e  b ee n   ess e n tial  f o r   th is   r esear c h   p r o j ec t.       F UNDIN G   I NF O RM AT I O N    T h is   r esear ch   w a s   f u n d ed   b y   Facu lt y   Ma th e m atic s   a n d   N atu r al  Scie n ce   U n i v er s ita s   I n d o n esia  f o r   th is   w o r k ,   u n d er   p r o j ec t  s ch e m e  o f   Hib ah   P en elitia n   P a s ca s ar j an a  w it h   n u m b er   P KS - 2 7 /UN2 . F3 . D/PP M. 0 0 . 0 2 /2 0 2 5 .       AUTHO R  CO NT RIB UT I O NS ST A T E M E NT     T h is   j o u r n al  u s e s   th e  C o n tr ib u to r   R o les  T ax o n o m y   ( C R ed iT )   to   r ec o g n ize  in d i v id u al  au th o r   co n tr ib u tio n s ,   r ed u ce   au t h o r s h ip   d is p u tes,  an d   f ac ilit ate  co lla b o r atio n .       Na m e  o f   Aut ho r   C   M   So   Va   Fo   I   R   D   O   E   Vi   Su   P   Fu   Ah m ad   Fu r q o n     ✓   ✓       ✓     ✓     ✓       ✓   ✓   San t s o   So er k ir n o   ✓   ✓     ✓   ✓   ✓     ✓   ✓       ✓       Nau f al  A n a n d a   ✓   ✓         ✓         ✓   ✓     ✓   ✓   Har y as S u b y a n tar a  W icak s a n a   ✓   ✓     ✓   ✓     ✓     ✓           ✓   Ah m ad   Me ij lan   Yasir       ✓     ✓         ✓   ✓   ✓         T o n n y   W ah y u   A j i       ✓     ✓   ✓   ✓     ✓     ✓         Av i v   Ma g h r id lo       ✓     ✓     ✓     ✓     ✓         Fad h li  L u th f ia n s y a h   ✓       ✓     ✓         ✓   ✓         Ma r zu k i  Sin a m b ela     ✓         ✓   ✓   ✓     ✓     ✓       Su k o   P r ay it n o   A d i   ✓       ✓   ✓       ✓   ✓   ✓     ✓         C   :    C o n c e p t u a l i z a t i o n   M   :    M e t h o d o l o g y   So   :    So f t w a r e   Va   :    Va l i d a t i o n   Fo   :    Fo r mal   a n a l y si s   I   :    I n v e st i g a t i o n   R   :    R e so u r c e s   D   :   D a t a   C u r a t i o n   O   :   W r i t i n g   -   O r i g i n a l   D r a f t   E   :   W r i t i n g   -   R e v i e w   &   E d i t i n g   Vi   :    Vi su a l i z a t i o n   Su   :    Su p e r v i si o n   P   :    P r o j e c t   a d mi n i st r a t i o n   Fu   :    Fu n d i n g   a c q u i si t i o n     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E l  C o n tr o l         F o r ec a s tin g   p a r ticu la te  ma tte r   co n ce n tr a tio n   u s in g   d ee p   le a r n in g   a n d   w ea th er d a ta   ( S a n to s o   S o ek ir n o )   1653   CO NF L I C T   O F   I N T E R E S T   ST A T E M E NT     Au t h o r s   s tate  n o   co n f lic t o f   i n t er est.       DATA AV AI L AB I L I T Y   T h e   d ata  th at  s u p p o r t  th e  f i n d in g s   o f   th i s   s tu d y   ar e  av ai la b le  f r o m   t h e  co r r esp o n d in g   a u th o r   [ SS ] ,   u p o n   r ea s o n ab le  r eq u est       R E F E R E NC E S   [ 1 ]   M .   T .   U d r i s t i o i u ,   Y .   EL   M g h o u c h i ,   a n d   H .   Y i l d i z h a n ,   “ P r e d i c t i o n ,   m o d e l l i n g ,   a n d   f o r e c a s t i n g   o f   P M   a n d   A Q I   u s i n g   h y b r i d   m a c h i n e  l e a r n i n g , ”   J o u r n a l   o f   C l e a n e r   P r o d u c t i o n ,   v o l .   4 2 1 ,   p .   1 3 8 4 9 6 ,   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . j c l e p r o . 2 0 2 3 . 1 3 8 4 9 6 .   [ 2 ]   I .   N .   G .   S u y a s a ,   N .   M .   M a r w a t i ,   a n d   N .   K .   R u s m i n i n g s i h ,   “ M e a s u r i n g   A i r   Q u a l i t y   O v e r   D e n p a s a r   C i t y   I n d o n e s i a   i n   2 0 2 1 , ”   J o u r n a l   o f   H e a l t h   a n d   M e d i c a l   S c i e n c e s ,  v o l .   4 ,   n o .   4 ,   D e c .   2 0 2 1 ,   d o i :   1 0 . 3 1 0 1 4 / a i o r . 1 9 9 4 . 0 4 . 0 4 . 1 9 1 .   [ 3 ]   G .   M a u l e ,   “ A i r   P o l l u t i o n   a n d   I n t e r s t i t i a l   L u n g   D i s e a s e :   I n s i g h t s   f r o m   t h e   G l o b a l   B u r d e n   o f   D i s e a se   D a t a b a s e , ”   E u r o p e a n   M e d i c a l   J o u r n a l ,   M a r .   2 0 2 6 ,   d o i :   1 0 . 3 3 5 9 0 / e m j / d k v u 1 7 1 1 .   [ 4 ]   T .   I s t i a n a   e t   a l . ,   “ C a u s a l i t y   A n a l y s i s   o f   A i r   Q u a l i t y   a n d   M e t e o r o l o g i c a l   P a r a m e t e r s   f o r   P M 2 . 5   C h a r a c t e r i s t i c s   D e t e r m i n a t i o n :   E v i d e n c e   f r o m   J a k a r t a , ”   A e r o s o l   a n d   A i r   Q u a l i t y   R e s e a r c h ,   v o l .   2 3 ,   n o .   9 ,   p .   2 3 0 0 1 4 ,   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 4 2 0 9 / a a q r . 2 3 0 0 1 4 .   [ 5 ]   Y .   W a n g   e t   a l . ,   “ A   c o m p a r a t i v e   s t u d y   o f   t h r e e   m o d e l s   t o   a n a l y z e   t h e   i m p a c t   o f   a i r   p o l l u t a n t s   o n   t h e   n u m b e r   o f   p u l m o n a r y   t u b e r c u l o s i s   c a s e s   i n   U r u m q i ,   X i n j i a n g , ”   P L o S   O N E ,   v o l .   1 8 ,   n o .   1 ,   p .   e 0 2 7 7 3 1 4 ,   J a n .   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 1 3 7 1 / j o u r n a l . p o n e . 0 2 7 7 3 1 4 .   [ 6 ]   S . E .   H a sy i m ,   N u r a z i z a h ,   M . Y .   P r a t a m a ,   U .   R .   G u r n i n g ,   B .   K h a i r u n n i s a ,   “ P M   2 . 5   P r e d i c t i o n   U s i n g   t h e   L o n g   S h o r t - T e r m  M e m o r y   A l g o r i t h m ,”  I J A T I S :   I n d o n e s i a n   J o u r n a l   o f   A p p l i e d   T e c h n o l o g y   a n d   I n n o v a t i o n   S c i e n c e ,  v o l .   2 ,   n o ,   2 ,  pp .   63 - 69 ,   2 0 2 5 .   [ 7 ]   S .   H o f f m a n   a n d   R .   J a s i ń s k i ,   “ T h e   U s e   o f   M u l t i l a y e r   P e r c e p t r o n s   t o   M o d e l   P M 2 . 5   C o n c e n t r a t i o n s   a t   A i r   M o n i t o r i n g   S t a t i o n s   i n   P o l a n d , ”   A t m o s p h e r e ,   v o l .   1 4 ,   n o .   1 ,   p .   9 6 ,   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 3 3 9 0 / a t m o s 1 4 0 1 0 0 9 6 .   [ 8 ]   F .   M o h a m m a d i ,   H .   T e i r i ,   Y .   H a j i z a d e h ,   A .   A b d o l a h n e j a d ,   a n d   A .   E b r a h i m i ,   “ P r e d i c t i o n   o f   a t m o s p h e r i c   P M 2 . 5   l e v e l   b y   m a c h i n e   l e a r n i n g   t e c h n i q u e s   i n   I s f a h a n ,   I r a n , ”   S c i e n t i f i c   R e p o r t s ,   v o l .   1 4 ,   n o .   1 ,   2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 1 0 3 8 / s 4 1 5 9 8 - 0 2 4 - 5 2 6 1 7 - z.   [ 9 ]   S .   S o e k i r n o   e t   a l . ,   “ D e s i g n   o f   d r o u g h t   e a r l y   w a r n i n g   sy s t e m   b a s e d   o n   s t a n d a r d i z e d   p r e c i p i t a t i o n   i n d e x   p r e d i c t i o n   u s i n g   h y b r i d   A R I M A - M L P   i n   B a n t e n   p r o v i n c e , ”   I A E S   I n t e r n a t i o n a l   J o u r n a l   o f   A r t i f i c i a l   I n t e l l i g e n c e   ( I J - A I ) ,   v o l .   1 3 ,   n o .   2 ,   p .   1 8 7 8 ,   2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 1 1 5 9 1 / i j a i . v 1 3 . i 2 . p p 1 8 7 8 - 1 8 8 7 .   [ 1 0 ]   H a r t a n t o ,   S .   H u m a i d i ,   E .   F r i d a ,   N .   A n a n d a ,   a n d   M .   S i n a m b e l a ,   “ S p a t i a l   e v a l u a t i o n   r a i n f a l l   e s t i m a t i o n   o n   w e a t h e r   r a d a r   u s i n g   M a r s h a l l – P a l m e r   r e f l e c t i v i t y – r a i n f a l l   r a t e   i n   B a n t e n , ”   J o u r n a l   o f   W a t e r   a n d   L a n d   D e v e l o p m e n t ,   n o .   6 2 ,   p p .   1 9 3 – 2 0 0 ,   2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 2 4 4 2 5 / j w l d . 2 0 2 4 . 1 5 1 5 6 7 .   [ 1 1 ]   M.   P e r i n i   a n d   M .   N i k o l i c ,   “ I n - D a t a b a s e   D a t a   I m p u t a t i o n , ”   P r o c e e d i n g s   o f   t h e   A C M   o n   M a n a g e m e n t   o f   D a t a ,   v o l .   2 ,   n o .   1 ,   p p .   1 – 2 7 ,   2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 1 1 4 5 / 3 6 3 9 3 2 6 .   [ 1 2 ]   T .   I s t i a n a   e t   a l . ,   “ F i n e   p a r t i c u l a t e   m a t t e r   c o n c e n t r a t i o n   f o r e c a s t i n g   u s i n g   l o n g   s h o r t - t e r m   me m o r y   n e t w o r k   a n d   m e t e o r o l o g i c a l   i n p u t s , ”   G l o b a l   J o u r n a l   o f   E n v i r o n m e n t a l   S c i e n c e   a n d   M a n a g e m e n t ,   v o l .   1 0 ,   n o .   4 ,   p p .   1 7 5 9 – 1 7 7 4 ,   2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 2 2 0 3 4 / g j e s m . 2 0 2 4 . 0 4 . 1 6 .   [ 1 3 ]   C .   A .   F i e b r i c h ,   Y .   R .   M o r g a n ,   A .   G .   M c c o m b s ,   P .   K .   H a l l ,   a n d   R .   A .   M c p h e r s o n ,   “ Q u a l i t y   a s s u r a n c e   p r o c e d u r e s   f o r   me so s c a l e   m e t e o r o l o g i c a l   d a t a , ”   J o u r n a l   o f   A t m o s p h e r i c   a n d   O c e a n i c   T e c h n o l o g y ,   v o l .   2 7 ,   n o .   1 0 ,   p p .   1 5 6 5 – 1 5 8 2 ,   2 0 1 0 ,   d o i :   1 0 . 1 1 7 5 / 2 0 1 0 J T E C H A 1 4 3 3 . 1 .   [ 1 4 ]   G .   A k b a r ,   P .   P r a j i t n o ,   A r i f f u d i n ,   a n d   N .   A n a n d a ,   “ M u l t i v a r i a t e   I m p u t a t i o n   C h a i n e d   E q u a t i o n   o n   S o l a r   R a d i a t i o n   i n   A u t o m a t i c   W e a t h e r   S t a t i o n , ”   J u r n a l   P e n e l i t i a n   P e n d i d i k a n   I P A ,   v o l .   1 0 ,   n o .   7 ,   p p .   3 6 3 3 – 3 6 3 9 ,   2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 2 9 3 0 3 / j p p i p a . v 1 0 i 7 . 7 6 7 9 .   [ 1 5 ]   R .   P a h l e p i ,   S .   S o e k i r n o ,   a n d   H .   S .   W i c a k s a n a ,   “ S o l a r   R a d i a t i o n   I n t e n s i t y   I mp u t a t i o n   i n   P y r a n o m e t e r   o f   A u t o m a t i c   W e a t h e r   S t a t i o n   B a s e d   o n   L o n g   S h o r t   T e r m   M e m o r y , ”   U l t i m a   C o m p u t i n g   :   J u r n a l   S i s t e m   K o m p u t e r ,   p p .   3 5 – 4 0 ,   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 3 1 9 3 7 / s k . v 1 5 i 2 . 3 3 4 8 .   [ 1 6 ]   K .   S .   H e r n á n d e z ,   D .   N i e v e s ,   J .   S .   P é r e z - C a r r a s q u i l l a ,   P .   M o n t o y a ,   M .   D .   Z u l u a g a ,   a n d   M .   R a m í r e z ,   “ F o r e c a s t i n g   P M 2 . 5   c o n c e n t r a t i o n s   u s i n g   m a c h i n e   l e a r n i n g   a p p r o a c h e s :   a d d e d   v a l u e   o f   l o w - c o s t   m o n i t o r i n g   a n d   r e g i o n a l   mo d e l i n g , ”   2 0 2 4 ,   C o p e r n i c u s   G m b H .   d o i :   1 0 . 5 1 9 4 / e g u s p h e r e - e g u 2 4 - 1 2 1 4 .   [ 1 7 ]   Y .   Z h a n g ,   Q .   S u n ,   J .   L i u ,   a n d   O .   P e t r o s i a n ,   “ L o n g - T e r m   F o r e c a s t i n g   o f   A i r   P o l l u t i o n   P a r t i c u l a t e   M a t t e r   ( P M 2 . 5 )   a n d   A n a l y s i s   o f   I n f l u e n c i n g   F a c t o r s , ”   S u s t a i n a b i l i t y   ( S w i t z e r l a n d ) ,   v o l .   1 6 ,   n o .   1 ,   p .   1 9 ,   2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 3 3 9 0 / s u 1 6 0 1 0 0 1 9 .   [ 1 8 ]   D .   M .   P .   W .   D i s s a n a y a k e ,   R .   M .   K .   T .   R a t h n a y a k e ,   a n d   L .   L .   G .   C h a t h u r a n g a ,   “ C r o p   Y i e l d   F o r e c a s t i n g   u s i n g   M a c h i n e   L e a r n i n g   T e c h n i q u e s   -   A   S y s t e m a t i c   L i t e r a t u r e   R e v i e w , ”   K D U   J o u r n a l   o f   M u l t i d i s c i p l i n a r y   S t u d i e s ,   v o l .   5 ,   n o .   1 ,   p p .   5 4 – 6 5 ,   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 4 0 3 8 / k j m s . v 5 i 1 . 6 2 .   [ 1 9 ]   T .   K i m ,   W .   K o ,   a n d   J .   K i m ,   “ A n a l y s i s   a n d   i m p a c t   e v a l u a t i o n   o f   m i s s i n g   d a t a   i m p u t a t i o n   i n   d a y - a h e a d   P V   g e n e r a t i o n   f o r e c a s t i n g , ”   A p p l i e d   S c i e n c e s   ( S w i t z e r l a n d ) ,   v o l .   9 ,   n o .   1 ,   p .   2 0 4 ,   2 0 1 9 ,   d o i :   1 0 . 3 3 9 0 / a p p 9 0 1 0 2 0 4 .   [ 2 0 ]   D .   M .   A s a d ,   M .   S h a h r i a r ,   a n d   A .   H .   C h o w d h u r y ,   “ L o a d   F o r e c a s t i n g   f o r   D h a k a   C i t y   U s i n g   R N N ,   L S T M ,   a n d   G R U   A r c h i t e c t u r e s   w i t h   M e t e o r o l o g i c a l   a n d   T e m p o r a l   D a t a , ”   2 0 2 5 ,   I E E E .   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / E C C E 6 4 5 7 4 . 2 0 2 5 . 1 1 0 1 3 7 7 9 .   [ 2 1 ]   B .   E r e n ,   İ .   A k s a n g ü r ,   a n d   C .   E r d e n ,   “ P r e d i c t i n g   n e x t   h o u r   f i n e   p a r t i c u l a t e   m a t t e r   ( P M 2 . 5 )   i n   t h e   I s t a n b u l   M e t r o p o l i t a n   C i t y   u s i n g   d e e p   l e a r n i n g   a l g o r i t h m s   w i t h   t i m e   w i n d o w i n g   s t r a t e g y , ”   U r b a n   C l i m a t e ,   v o l .   4 8 ,   p .   1 0 1 4 1 8 ,   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . u c l i m . 2 0 2 3 . 1 0 1 4 1 8 .   [ 2 2 ]   Y .   W u ,   C .   Q i a n ,   a n d   H .   H u a n g ,   “ E n h a n c e d   A i r   Q u a l i t y   P r e d i c t i o n   U s i n g   a   C o u p l e d   D V M D   I n f o r me r - C N N - L S T M   M o d e l   O p t i m i z e d   w i t h   D u n g   B e e t l e   A l g o r i t h m , ”   E n t r o p y ,   v o l .   2 6 ,   n o .   7 ,   p .   5 3 4 ,   2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 3 3 9 0 / e 2 6 0 7 0 5 3 4 .   [ 2 3 ]   Z .   L .   T h a k k e r   a n d   S .   H .   B u c h ,   “ E f f e c t   o f   F e a t u r e   S c a l i n g   P r e - p r o c e s s i n g   T e c h n i q u e s   o n   M a c h i n e   L e a r n i n g   A l g o r i t h m s   t o   P r e d i c t   P a r t i c u l a t e   M a t t e r   C o n c e n t r a t i o n   f o r   G a n d h i n a g a r ,   G u j a r a t ,   I n d i a , ”   I n t e r n a t i o n a l   J o u r n a l   o f   S c i e n t i f i c   R e s e a r c h   i n   S c i e n c e   a n d   T e c h n o l o g y ,   p p .   4 1 0 – 4 1 9 ,   2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 3 2 6 2 8 / i j s r s t 5 2 4 1 1 1 5 0 .   [ 2 4 ]   M .   A .   B o u c h e r ,   J .   Q u i l t y ,   a n d   J .   A d a m o w s k i ,   “ D a t a   A s s i m i l a t i o n   f o r   S t r e a mf l o w   F o r e c a s t i n g   U s i n g   E x t r e me   L e a r n i n g   M a c h i n e s   a n d   M u l t i l a y e r   P e r c e p t r o n s , ”   W a t e r   R e s o u r c e s   R e s e a r c h ,   v o l .   5 6 ,   n o .   6 ,   2 0 2 0 ,   d o i :   1 0 . 1 0 2 9 / 2 0 1 9 W R 0 2 6 2 2 6 .   [ 2 5 ]   D .   Y u l i z a r ,   D .   A o f a n y ,   S .   S o e k i r n o ,   N .   A n a n d a ,   M .   A .   P r a b o w o ,   a n d   S .   P .   A d i ,   “ V i s u a l i z a t i o n   o f   R a i n f a l l   C l a s s i f i c a t i o n   u s i n g   R a i n   G a u g e   b a s e d   o n   W e b s i t e , ”   2 0 2 4 ,   I E E E .   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / A I M S 6 1 8 1 2 . 2 0 2 4 . 1 0 5 1 2 6 0 0 .   [ 2 6 ]   L .   K .   K a l y a n a m   a n d   S .   K a t k o o r i ,   “ S i g m o i d - b a s e d   N e u r o n   P r u n i n g   T e c h n i q u e   f o r   M L P s   o n   I o T   E d g e   D e v i c e s , ”   2 0 2 3 ,   I E E E .   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / I C P E E V 5 8 6 5 0 . 2 0 2 3 . 1 0 3 9 1 8 7 5 .         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.