Decoding cesium-137: a deep learning approach to environmental prediction
| dc.contributor.affiliation | Lviv Polytechnic National University | |
| dc.contributor.author | Lytvyn, Vasyl | |
| dc.contributor.author | Khobor, Oleksii | |
| dc.coverage.placename | Львів | |
| dc.date.accessioned | 2025-10-28T09:47:08Z | |
| dc.date.issued | 2024 | |
| dc.date.submitted | 2025 | |
| dc.description.abstract | The study delves into the significant environmental threat posed by cesium-137, a byproduct of nuclear mishaps, industrial activities, and past weapons tests. The persistence of cesium-137 disrupts ecosystems by contaminating soil and water, which subsequently affects human health through the food chain. Traditional monitoring techniques like gamma spectroscopy and soil sampling face challenges such as variability and the intensive use of resources. The paper introduces deep learning, a branch of artificial intelligence, as a revolutionary method for environmental monitoring. By utilizing extensive datasets, deep learning predicts the spread of cesium-137, thus enhancing our understanding and management of its impact. The application of predictive models based on deep learning in various environmental domains demonstrates their potential for analyzing cesium-137 pollution. Дослідження зосереджено на значній екологічній загрозі, яку становить цезій-137, побічний продукт ядерних аварій, промислової діяльності та минулих випробувань зброї. Стійкість цезію-137 порушує екосистеми, забруднюючи ґрунт та воду, що у результаті впливає на здоров’я людей через харчовий ланцюг. Традиційні методи моніторингу, такі як гамма-спектроскопія та відбір проб ґрунту, стикаються з проблемами, серед яких варіативність та інтенсивне використання ресурсів. Стаття висвітлює глибинне навчання, галузь штучного інтелекту, як революційний метод для екологічного моніторингу. Використовуючи обширні набори даних, глибинне навчання дає змогу прогнозувати поширення цезію-137, покращуючи наше розуміння та управління його впливом. Застосування прогностичних моделей на основі глибинного навчання в різних екологічних доменах демонструє їх потенціал для аналізу забруднення цезієм-137. | |
| dc.format.pages | 200-209 | |
| dc.identifier.citation | Lytvyn V. Decoding cesium-137: a deep learning approach to environmental prediction / Vasyl Lytvyn, Oleksii Khobor // Вісник Національного університету “Львівська політехніка”. Серія: Інформаційні системи та мережі. — Львів : Видавництво Львівської політехніки, 2024. — № 15. — С. 200–209. | |
| dc.identifier.uri | https://ena.lpnu.ua/handle/ntb/115408 | |
| dc.language.iso | en | |
| dc.publisher | Національний університет «Львівська політехніка» | |
| dc.relation.references | 1. RT World News (n. d.). Рівні цезію-137 у Фукусімі на 50 % вищі, ніж було оцінено раніше. https://www.rt.com/news/158084-fukushima-nuclear-japan-cesium/ 2. Onpassive (n. d.). Як використовувати глибинне навчання для систем зору. https://onpassive.com/blog/how-to-use-deep-learning-for-vision-systems/ 3. Hardworking (2023, 30 березня). Що таке глибинне навчання? http://www.hardworking.com/2023/03/whatis- deep-learning_30.html 4. Reason.town (n. d.). Огляд глибинного навчання в PowerPoint. https://reason.town/deep-learningoverview- ppt/ 5. Лепаж, Х., Нікуло-Гуїн, В., Пеле, К., & Буайє, П. (2023). Використання алгоритмів машинного та глибинного навчання для прогнозування концентрацій 137Cs у частинках у радіоактивній річці. Journal of Environmental Radioactivity, 270, 107294. https://doi.org/10.1016/j.jenvrad.2023.107294 6. Фрімен, Б. С., Тейлор, Г., Гарабагі, Б., & Те, Ж. (2018). Прогнозування часових рядів якості повітря за допомогою глибинного навчання. Journal of the Air & Waste Management Association, 68(8), 866– 886. https://doi.org/10.1080/10962247.2018.1459956 7. Мендес, М., Мерайо, М. Г., & Нуньєс, М. (2023). Алгоритми машинного навчання для прогнозування якості повітря: огляд. Artificial Intelligence Review, 56, 10031–10066. https://doi.org/10.1007/s10462-023-10424-4 8. Йонаску, А. І. (2023). Прогнозування якості повітря у мегаполісах за допомогою методів глибинного навчання: дисертація. https://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:su:diva-219605 9. Чаттопадх’яй, А., Хасанзаде, П., & Паша, С. (2020). Прогнозування кластеризованих погодних умов: тестовий випадок застосування згорткових нейронних мереж до просторово-часових кліматичних даних. Scientific Reports, 10, 1317. https://doi.org/10.1038/s41598-020-57897-9 10. Лін, І., Кутюр, Р. М., Кляйн, Г. та ін. (2019). Моделювання впливів на довкілля цезію-137 у випадку гіпотетичного викиду радіоактивних відходів. Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology, 103(1), 69–74. https://doi.org/10.1007/s00128-019-02601-5 11. Гюнай, О., Озден, С., & Пехліваноглу, С. А. (2023). Оцінка забруднення верхнього шару ґрунту цезієм-137 внаслідок радіоактивних опадів у Коньї, Туреччина: просторовий розподіл та аналіз. Water, Air, & Soil Pollution, 234, 763. https://doi.org/10.1007/s11270-023-06781-z 12. Штегер, Ф., Зок, Д., Шиллер, А.-К., Фенг, Б., & Штайнгаузер, Г. (2023). Непропорційно високий внесок 60-річної зброї – 137Cs пояснює стійкість радіоактивного забруднення у баварських диких кабанах. Environmental Science & Technology, 57(36), 13601–13611. https://doi.org/10.1021/acs.est.3c03565 13. Наскар, Н., Гош, М., Майті, М. та ін. (2023). Короткий огляд розподілу цезію-137 у природній рослинності. Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, 332, 4377–4390. https://doi.org/10.1007/s10967- 023-09166-y 14. Центри контролю та профілактики захворювань. (n. d.). Цезій. [19.01.2024], з https://www.cdc.gov/nceh/radiation/emergencies/isotopes/cesium.htm 15. Відділ професійної гігієни та радіаційного захисту, Центр контролю та профілактики хвороб провінції Чжецзян. (2022). Int. J. Environ. Res. Public Health, 19(16), 10183. https://doi.org/10.3390/ijerph191610183 16. Ша, З., Ма, Х., Лі, Л., Ду, Дж., Ву, Ф., & Фан, К. (2009). Використання технологій дистанційного зондування в поєднанні з вимірюваннями цезію-137 для оцінки кількості ґрунтової ерозії в напівзасушливих степових районах. [19.01.2024], з https://www.researchgate.net/publication/228844150_Using_remotesensing_ technologies_in_combination_with_Cesium-137_measurements_to_estimate_soil-erosion_quantity_in_semiarid_ steppe_areas 17. Гіаннопулу, Е. Г. (2021). Колоквіум з біомедичної інформатики, BIO 4050, Програма курсу. https://core.ac.uk/download/543565977.pdf 18. Ченг, К., & Ван, Дж. (2019). Класифікація типів лісів за допомогою аналізу з врахуванням часової ваги динамічного вирівнювання часу в гірських районах: випадок дослідження на півдні Китаю. Forests, 10(11), 1040. https://doi.org/10.3390/f10111040 19. Перрі, Г. Л. В., Зайдл, Р., Белве, А. М. та ін. (2022). Перспективи глибинного навчання у науці про екосистеми. Ecosystems, 25, 1700–1718. https://doi.org/10.1007/s10021-022-00789-y | |
| dc.relation.references | 1. RT World News (n. d.). Fukushima’s Cesium-137 levels ’50 % higher’ than previously estimated. Retrieved from https://www.rt.com/news/158084-fukushima-nuclear-japan-cesium/ 2. Onpassive (n. d.). How To Use Deep Learning For Vision Systems. Retrieved from https://onpassive.com/blog/how-to-use-deep-learning-for-vision-systems/ 3. Hardworking (2023, March 30). What is Deep Learning? Retrieved from http://www.hardworking.com/2023/03/what-is-deep-learning_30.html 4. Reason.town (n. d.). A Deep Learning Overview in PowerPoint. Retrieved from https://reason.town/deeplearning- overview-ppt/ 5. Lepage, H., Nicoulaud-Gouin, V., Pele, K., & Boyer, P. (2023). Use of machine learning and deep learning to predict particulate 137 Cs concentrations in a nuclearized river. Journal of Environmental Radioactivity, 270, 107294. https://doi.org/10.1016/j.jenvrad.2023.107294 6. Freeman, B. S., Taylor, G., Gharabaghi, B., & Thé, J. (2018). Forecasting air quality time series using deep learning. Journal of the Air & Waste Management Association, 68(8), 866–886. https://doi.org/10.1080/10962247.2018.1459956 7. Méndez, M., Merayo, M. G., & Núñez, M. (2023). Machine learning algorithms to forecast air quality: A survey. Artificial Intelligence Review, 56, 10031–10066. https://doi.org/10.1007/s10462-023-10424-4 8. Ionascu, A. I. (2023). Air quality prediction in metropolitan areas using deep learning methods: dissertation. Retrieved from https://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:su:diva-219605 9. Chattopadhyay, A., Hassanzadeh, P., & Pasha, S. (2020). Predicting clustered weather patterns: A test case for applications of convolutional neural networks to spatio-temporal climate data. Scientific Reports, 10, 1317. https://doi.org/10.1038/s41598-020-57897-9 10. Lin, Y., Couture, R. M., Klein, H., et al. (2019). Modelling environmental impacts of cesium-137 under a hypothetical release of radioactive waste. Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology, 103(1), 69–74. https://doi.org/10.1007/s00128-019-02601-5 11. Günay, O., Özden, S., & Pehlivanoğlu, S. A. (2023). Assessing the topsoil contamination of cesium-137 environmental fallout in Konya, Turkey: Spatial distribution and analysis. Water, Air, & Soil Pollution, 234, 763. https://doi.org/10.1007/s11270-023-06781-z 12. Stäger, F., Zok, D., Schiller, A.-K., Feng, B., & Steinhauser, G. (2023). Disproportionately high contributions of 60 year old weapons-137Cs explain the persistence of radioactive contamination in Bavarian wild boars. Environmental Science & Technology, 57(36), 13601–13611. https://doi.org/10.1021/acs.est.3c03565 13. Naskar, N., Ghosh, M., Maity, M., et al. (2023). A brief review of the distribution of caesium-137 in natural vegetation. Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, 332, 4377–4390. https://doi.org/10.1007/s10967-023- 09166-y 14. Centers for Disease Control and Prevention (n. d.). Cesium. Retrieved [19.01.2024], from https://www.cdc.gov/nceh/radiation/emergencies/isotopes/cesium.htm 15. Department of Occupational Health and Radiation Protection, Zhejiang Provincial Center for Disease Control and Prevention (2022). Int. J. Environ. Res. Public Health, 19(16), 10183. https://doi.org/10.3390/ijerph191610183 16. Sha, Z., Ma, H., Li, L., Du, J., Wu, F., & Fan, Q. (2009). Using remote-sensing technologies in combination with Cesium-137 measurements to estimate soil-erosion quantity in semi-arid steppe areas. Retrieved [19.01.2024], from https://www.researchgate.net/publication/228844150_Using_remote-sensing_technologies_in_combination_with_Cesium- 137_measurements_to_estimate_soil-erosion_quantity_in_semi-arid_steppe_areas 17. Giannopoulou, E. G. (2021). Biomedical Informatics Colloquium, BIO 4050, Course Outline. https://core.ac.uk/download/543565977.pdf 18. Cheng, K., & Wang, J. (2019). Forest-Type Classification Using Time-Weighted Dynamic Time Warping Analysis in Mountain Areas: A Case Study in Southern China. Forests, 10(11), 1040. https://doi.org/10.3390/f10111040 19. Perry, G. L.W., Seidl, R., Bellvé, A. M., et al. (2022). An Outlook for Deep Learning in Ecosystem Science. Ecosystems, 25, 1700–1718. https://doi.org/10.1007/s10021-022-00789-y | |
| dc.relation.uri | https://doi.org/10.23939/sisn2024.15.200 | |
| dc.subject | cesium-137 pollution; deep learning; environmental monitoring; predictive modeling; ecosystem impact, забруднення цезієм-137; глибинне навчання; екологічний моніторинг; прогностичне моделювання; вплив на екосистему | |
| dc.subject.udc | 004.8:502.3/.7 | |
| dc.title | Decoding cesium-137: a deep learning approach to environmental prediction | |
| dc.title.alternative | Розшифровка цезію-137: підхід глибинного навчання до екологічного прогнозування | |
| dc.type | Article |