This paper presents a data-driven approach to mitigate the effects of air pollution from industrial plants on nearby cities by linking operational decisions with weather conditions. Our method combines predictive and prescriptive machine learning models to forecast short-term wind speed and direction and recommend operational decisions to reduce or pause the industrial plant's production. We exhibit several trade-offs between reducing environmental impact and maintaining production activities. The predictive component of our framework employs various machine learning models, such as gradient-boosted tree-based models and ensemble methods, for time series forecasting. The prescriptive component utilizes interpretable optimal policy trees to propose multiple trade-offs, such as reducing dangerous emissions by 33-47% and unnecessary costs by 40-63%. Our deployed models significantly reduced forecasting errors, with a range of 38-52% for less than 12-hour lead time and 14-46% for 12 to 48-hour lead time compared to official weather forecasts. We have successfully implemented the predictive component at the OCP Safi site, which is Morocco's largest chemical industrial plant, and are currently in the process of deploying the prescriptive component. Our framework enables sustainable industrial development by eliminating the pollution-industrial activity trade-off through data-driven weather-based operational decisions, significantly enhancing factory optimization and sustainability. This modernizes factory planning and resource allocation while maintaining environmental compliance. The predictive component has boosted production efficiency, leading to cost savings and reduced environmental impact by minimizing air pollution.


翻译:本文介绍了一种数据驱动的方法,通过将操作决策与天气条件联系起来,减轻工业厂房对附近城市空气污染的影响。我们的方法将预测性和规范性机器学习模型相结合,预测短期风速和方向,并建议操作决策以减少或暂停工业厂房的生产。我们展示了在减少环境影响和维持生产活动之间的几个权衡。我们框架的预测部分采用了各种机器学习模型,例如梯度提升基于树的模型和集成方法,用于时间序列预测。规范部分利用可解释的最优策略树提出多种权衡,例如通过33-47%减少危险排放和40-63%减少不必要的成本。我们部署的模型显着降低了预测误差,12小时以内的范围为38-52%,12至48小时的范围为14-46%,与官方天气预报相比。我们已成功将预测组件实施在 OCP Safi 工地,这是摩洛哥最大的化学工业厂房之一,目前正在部署规范组件。我们的框架通过数据驱动的基于天气的操作决策消除了工业活动与环保之间的污染-工业活动权衡,极大地提高了工厂的优化和可持续性。这种现代化的工厂规划和资源分配方式维护了环境合规性。预测部分提高了生产效率,实现成本节约,并通过最小化空气污染来减少环境影响。

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