U-Net-LSTM: Modelo de Predicción de Límites de Lagos Mejorado por Series Temporales
Autores: Yin, Lirong; Wang, Lei; Li, Tingqiao; Lu, Siyu; Tian, Jiawei; Yin, Zhengtong; Li, Xiaolu; Zheng, Wenfeng
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
U-Net-LSTM: Modelo de Predicción de Límites de Lagos Mejorado por Series Temporales
Categoría
Ciencias Medioambientales
Subcategoría
Ciencias medioambientales generales
Palabras clave
Detección de cambios
Límites naturales de lagos
Teledetección
U-Net
LSTM
Modelo de predicción
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
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La detección de cambios en los límites de los lagos naturales es una de las tareas importantes en la interpretación de imágenes de teledetección. En una red completamente conectada ordinaria, o CNN, la señal de las neuronas en cada capa solo puede ser propagada a la capa superior, y el procesamiento de muestras es independiente en cada momento. Sin embargo, para datos de series temporales con transferibilidad, la información de cambio aprendida necesita ser registrada y utilizada. Para resolver los problemas mencionados, proponemos un modelo de predicción de cambios en los límites de los lagos que combina U-Net y LSTM. El conjunto de LSTMs ayuda a mejorar la precisión y robustez general del modelo al capturar las sutilezas espaciales y temporales en los datos, lo que resulta en predicciones más precisas. Este estudio seleccionó el Lago Urmia como área de investigación y utilizó las imágenes de teledetección panorámicas anuales de 1996 a 2014 (Lat: 37 grados00 N a 38 grados15 N, Lon: 46 grados10 E a 44 grados50 E) obtenidas mediante el software Google Earth Professional Edition 7.3 como conjunto de datos de investigación. Este modelo utiliza la red U-Net para extraer características de cambio de múltiples niveles y analizar la tendencia de cambio de los límites del lago. El módulo LSTM se introduce después de U-Net para optimizar el modelo predictivo utilizando el almacenamiento y olvido de datos históricos, así como los datos de entrada actuales. Este método permite que el modelo se ajuste automáticamente a la tendencia de los datos de series temporales y extraiga la información profunda de los cambios en los límites del lago. A través de la verificación experimental, la precisión de predicción del modelo para los cambios en los límites del lago después del entrenamiento puede alcanzar el 89.43%. Experimentos comparativos con el modelo U-Net-STN existente muestran que el modelo U-Net-LSTM utilizado en este estudio tiene una mayor precisión de predicción y un menor error cuadrático medio.
Descripción
La detección de cambios en los límites de los lagos naturales es una de las tareas importantes en la interpretación de imágenes de teledetección. En una red completamente conectada ordinaria, o CNN, la señal de las neuronas en cada capa solo puede ser propagada a la capa superior, y el procesamiento de muestras es independiente en cada momento. Sin embargo, para datos de series temporales con transferibilidad, la información de cambio aprendida necesita ser registrada y utilizada. Para resolver los problemas mencionados, proponemos un modelo de predicción de cambios en los límites de los lagos que combina U-Net y LSTM. El conjunto de LSTMs ayuda a mejorar la precisión y robustez general del modelo al capturar las sutilezas espaciales y temporales en los datos, lo que resulta en predicciones más precisas. Este estudio seleccionó el Lago Urmia como área de investigación y utilizó las imágenes de teledetección panorámicas anuales de 1996 a 2014 (Lat: 37 grados00 N a 38 grados15 N, Lon: 46 grados10 E a 44 grados50 E) obtenidas mediante el software Google Earth Professional Edition 7.3 como conjunto de datos de investigación. Este modelo utiliza la red U-Net para extraer características de cambio de múltiples niveles y analizar la tendencia de cambio de los límites del lago. El módulo LSTM se introduce después de U-Net para optimizar el modelo predictivo utilizando el almacenamiento y olvido de datos históricos, así como los datos de entrada actuales. Este método permite que el modelo se ajuste automáticamente a la tendencia de los datos de series temporales y extraiga la información profunda de los cambios en los límites del lago. A través de la verificación experimental, la precisión de predicción del modelo para los cambios en los límites del lago después del entrenamiento puede alcanzar el 89.43%. Experimentos comparativos con el modelo U-Net-STN existente muestran que el modelo U-Net-LSTM utilizado en este estudio tiene una mayor precisión de predicción y un menor error cuadrático medio.