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基于树模型机器学习方法的GNSS-R海面风速反演

骆黎明 白伟华 孙越强 夏俊明

骆黎明, 白伟华, 孙越强, 夏俊明. 基于树模型机器学习方法的GNSS-R海面风速反演[J]. 空间科学学报, 2020, 40(4): 595-601. doi: 10.11728/cjss2020.04.595
引用本文: 骆黎明, 白伟华, 孙越强, 夏俊明. 基于树模型机器学习方法的GNSS-R海面风速反演[J]. 空间科学学报, 2020, 40(4): 595-601. doi: 10.11728/cjss2020.04.595
LUO Liming, BAI Weihua, SUN Yueqiang, XIA Junming. GNSS-R Sea Surface Wind Speed Inversion Based on Tree Model Machine Learning Method[J]. Chinese Journal of Space Science, 2020, 40(4): 595-601. doi: 10.11728/cjss2020.04.595
Citation: LUO Liming, BAI Weihua, SUN Yueqiang, XIA Junming. GNSS-R Sea Surface Wind Speed Inversion Based on Tree Model Machine Learning Method[J]. Chinese Journal of Space Science, 2020, 40(4): 595-601. doi: 10.11728/cjss2020.04.595

基于树模型机器学习方法的GNSS-R海面风速反演

doi: 10.11728/cjss2020.04.595
基金项目: 

国家重点研发计划重点专项项目(2017YB0502800,2017YFB0502802),国家自然科学基金项目(41405039,41775034,41405040,41505030,41606206),中国科学院空间先导专项项目(XDA15007501)和中国科学院科研装备研制项目(YZ201129)共同资助

详细信息
    作者简介:

    骆黎明,E-mail:limingluo6@163.com

  • 中图分类号: P753;TN967

GNSS-R Sea Surface Wind Speed Inversion Based on Tree Model Machine Learning Method

  • 摘要: GNSS-R是基于GNSS卫星反射信号的一种新技术.GNSS-R技术可以运用到海面风场反演中,传统的GNSS-R技术反演海面风场主要有波形匹配和经验函数两种方法,风速反演精度约为2m·s-1.波形匹配方法耗时多,计算量大;经验函数方法通常只使用少量物理观测量,会造成信息浪费,损失一定的反演精度.为了提高海面风速的反演精度,引入机器学习领域常用的树模型算法决策树、随机森林、GBDT等对海面风速进行预测.利用GNSS-R与ECMWF数据构成训练集和验证集,训练集用于模型学习,验证集用于检验模型的反演效果.实验结果显示,决策树和随机森林预测误差约为0.6m·s-1,GBDT等算法的预测误差约为2m·s-1,满足风速反演要求.与GNSS-R传统反演方法相比,机器学习树模型算法效果更好,在验证集上表现稳定且误差较小.因此,可以将机器学习树模型算法运用到海面风速反演中.

     

  • [1] ZHANG Lei, SHI Hanqing, LONG Zhiyong, et al. A review of methods for retrieving sea surface wind field from spaceborne synthetic aperture radar images[J]. Marine Sci. Bull., 2012, 31(6):713-720(张雷, 石汉青, 龙智勇, 等. 星载合成孔径雷达图像反演海面风场方法综述[J]. 海洋通报, 2012, 31(6):713-720)
    [2] LÜ Fan, XIU Chundi, WANG Feng, et al. Simulation analysis of GNSS-R sea surface wind field inversion model[J]. J. Naut. Navig., 2018, 6(3):87-91, 97(吕帆, 修春娣, 王峰, 等. GNSS-R海面风场反演模型仿真分析[J]. 导航定位学报, 2018, 6(3):87-91, 97)
    [3] MARTIN N M. A Passive Reflectometry and Interferometry System (PARIS) application to ocean altimetry[J]. Esa J., 1993, 17(4):331-355
    [4] YANG D K, ZHANG Y Q, LU Y, et al. GPS reflections for sea surface wind speed measurement[J]. IEEE Geosci. Remote Sens. Lett., 2008, 5(4):569-572
    [5] SHEN L C, JUANG J C, TSAI C L, et al. Stream soil moisture estimation by reflected GPS signals with ground truth measurements[J]. IEEE Trans. Instr. Meas., 2009, 58(3):730-737
    [6] WAN Wei, CHEN Xiuwan, PENG Xuefeng, et al. Progress and prospect of GNSS remote sensing research and application[J]. J. Remote Sens., 2016, 20(5):858-874(万玮, 陈秀万, 彭学峰, 等. GNSS遥感研究与应用进展和展望[J]. 遥感学报, 2016, 20(5):858-874)
    [7] YU K, RIZOS C, BURRAGE D, et al. An overview of GNSS remote sensing[J]. Eurasip J. Adv. Signal Proc., 2014, 2014(1):134
    [8] BAI Weihua. GNSS-R Marine Remote Sensing Technology Research[D]. Beijing:Graduate School of Chinese Academy of Sciences (白伟华. GNSS-R海洋遥感技术研究[D]. 北京:中国科学院研究生院, 2008)
    [9] YANG Dongkai, ZHANG Qishan. Foundation and Practice of GNSS Reflected Signal Processing[M]. Beijing:Publishing House of Electronics Industry, 2012(杨东凯, 张其善. GNSS反射信号处理基础与实践[M]. 北京:电子工业出版社, 2012)
    [10] BREIMAN L. Bagging predictors[J]. Mach. Learning, 1996, 24:123-140
    [11] FREUND Y. Boosting a weak learning algorithm by majority[J]. Inf. Comp., 1995, 121(2):256-285
    [12] FREUND Y, SCHAPIRE R E. A decision-theoretic generalization of on-line learning and an application to boosting[J]. J. Comp. Sys. Sci., 1997, 55(1):119-139
    [13] FRIEDMAN J H. Greedy function approximation:a gradient boosting machine[J]. Ann. Stat., 2001, 29(5):1189-1232
    [14] CHEN Tianqi, CARLOs Guestrin. XGBoost:a scalable tree boosting system[C]//Proceeding KDD'16 Proceedings of the 22nd ACM SIGKDD International Conference on Knowledge Discovery and Data Mining. New York:ACM, 2016:785-794
    [15] KE G, MENG Q, FINELY T, et al. LightGBM:A Highly Efficient Gradient Boosting Decision Tree[R]. 31st Conference on Neural Information Processing Systems. California:Neural Information Processing Systems, 2017
    [16] SENI G, ELDER J F. Ensemble methods in data mining:improving accuracy through combining predictors[J]. Synt. Lect. Data Mining Know. Disc., 2010, 2(1):1-126
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-12-05
  • 修回日期:  2020-05-25
  • 刊出日期:  2020-07-15

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