Predicción Espaciotemporal del TEC Ionosférico con Convolución Deformable para Dependencias Espaciales a Largo Plazo
Autores: Li, Jie; Xiao, Jian; Liu, Haijun; Du, Xiaofeng; Liu, Shixiang
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Predicción Espaciotemporal del TEC Ionosférico con Convolución Deformable para Dependencias Espaciales a Largo Plazo
Categoría
Ciencias Naturales y Subdisciplinas
Subcategoría
Astronomía
Palabras clave
Predicción tec
SA-DConvLSTM
Convolución deformable
Arquitectura de codificador-decodificador
Rendimiento del modelo
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 9
Citaciones: Sin citaciones
SA-ConvLSTM es un modelo espaciotemporal recientemente propuesto para la predicción del contenido total de electrones (TEC), que captura de manera efectiva la evolución temporal a largo plazo y las correlaciones espaciales a escala global en el TEC. Sin embargo, su dependencia de la convolución estándar limita la extracción de características espaciales a regiones regulares fijas, reduciendo la flexibilidad para variaciones irregulares del TEC. Para abordar esta limitación, mejoramos SA-ConvLSTM incorporando convolución deformable, proponiendo SA-DConvLSTM. Esto logra una extracción de características espaciales adaptativa a través de desplazamientos aprendibles en los núcleos de convolución. Basándonos en esta mejora, diseñamos ED-SA-DConvLSTM, un modelo de predicción espaciotemporal del TEC basado en una arquitectura de codificador-decodificador con SA-DConvLSTM como su bloque fundamental. En primer lugar, se verificó la efectividad de la mejora del modelo a través de un experimento de ablación. Posteriormente, se realizó una comparación cuantitativa integral entre ED-SA-DConvLSTM y modelos de referencia (C1PG, ConvLSTM y ConvGRU) en la región de 12.5 grados S-87.5 grados N y 25 grados E-180 grados E. Los resultados experimentales mostraron que el ED-SA-DConvLSTM exhibió un rendimiento superior en comparación con C1PG, ConvGRU y ConvLSTM, con mejoras en la precisión de predicción del 10.27%, 7.65% y 7.16% durante alta actividad solar y del 11.46%, 4.75% y 4.06% durante baja actividad solar, respectivamente. Para evaluar aún más el rendimiento del modelo en condiciones extremas, probamos el ED-SA-DConvLSTM durante cuatro tormentas geomagnéticas. Los resultados mostraron que la proporción de su superioridad sobre los modelos de referencia superó el 58%.
Descripción
SA-ConvLSTM es un modelo espaciotemporal recientemente propuesto para la predicción del contenido total de electrones (TEC), que captura de manera efectiva la evolución temporal a largo plazo y las correlaciones espaciales a escala global en el TEC. Sin embargo, su dependencia de la convolución estándar limita la extracción de características espaciales a regiones regulares fijas, reduciendo la flexibilidad para variaciones irregulares del TEC. Para abordar esta limitación, mejoramos SA-ConvLSTM incorporando convolución deformable, proponiendo SA-DConvLSTM. Esto logra una extracción de características espaciales adaptativa a través de desplazamientos aprendibles en los núcleos de convolución. Basándonos en esta mejora, diseñamos ED-SA-DConvLSTM, un modelo de predicción espaciotemporal del TEC basado en una arquitectura de codificador-decodificador con SA-DConvLSTM como su bloque fundamental. En primer lugar, se verificó la efectividad de la mejora del modelo a través de un experimento de ablación. Posteriormente, se realizó una comparación cuantitativa integral entre ED-SA-DConvLSTM y modelos de referencia (C1PG, ConvLSTM y ConvGRU) en la región de 12.5 grados S-87.5 grados N y 25 grados E-180 grados E. Los resultados experimentales mostraron que el ED-SA-DConvLSTM exhibió un rendimiento superior en comparación con C1PG, ConvGRU y ConvLSTM, con mejoras en la precisión de predicción del 10.27%, 7.65% y 7.16% durante alta actividad solar y del 11.46%, 4.75% y 4.06% durante baja actividad solar, respectivamente. Para evaluar aún más el rendimiento del modelo en condiciones extremas, probamos el ED-SA-DConvLSTM durante cuatro tormentas geomagnéticas. Los resultados mostraron que la proporción de su superioridad sobre los modelos de referencia superó el 58%.