Modèle de télédétection inverse des sédiments en suspension basé sur l'apprentissage automatique et analyse de sensibilité

Chen Na ,  

Chen Hua ,  

Li Lantao ,  

Liu Renli ,  

Zhong Haozhong ,  

摘要

La technique de télédétection inverse offre un moyen efficace de surveiller la concentration en sédiments en suspension (SSC), mais son applicabilité aux rivières à large plage de SSC haute concentration nécessite une validation. En prenant les stations hydrologiques de Shizuishan et Wubu sur le cours principal du fleuve Jaune comme sites de mesure, un modèle d'apprentissage automatique basé sur l'élimination récursive des caractéristiques avec validation croisée - forêt aléatoire (RFECV-RF) a été construit, utilisant les informations de réflectance multispectrale du satellite Sentinel-2 pour inverser les concentrations élevées de sédiments en suspension aux stations de mesure. Les résultats montrent que le modèle RFECV-RF atteint un coefficient de détermination R² supérieur à 0,8, capable en général d'estimer la SSC dans la plage (0-44,5) kg/m³ aux stations, mais sous-estime les valeurs de SSC élevées ; la SSC à haute concentration et large plage montre une relation non linéaire évidente avec les informations spectrales, les caractéristiques dominées par la lumière visible sont importantes pour inverser les SSC faibles, tandis que les caractéristiques dominées par le spectre du rouge au proche infrarouge sont importantes pour les SSC élevées ; parmi les caractéristiques spectrales clés, les bandes B8A, B7/B5, B8-B11 restent sensibles dans la plage SSC (0-44,5) kg/m³, tandis que B3/B8, B4/B8, B5/B6 tendent à saturer avec l'augmentation de la SSC ; les incertitudes dans les données d'entrée et la structure du modèle d'apprentissage automatique sont les principales sources d'incertitude du modèle inverse, et lorsque la plage de SSC augmente, la largeur de la confiance à 95 % du modèle augmente et le biais relatif sur les valeurs faibles de SSC s'amplifie. En résumé, le modèle RFECV-RF peut être utilisé pour inverser quantitativement des SSC à haute concentration et large plage et estimer la distribution spatiale de la SSC dans les sections fluviales, fournissant une référence technique pour les méthodes de surveillance automatique de SSC dans les rivières à forte charge en sédiments.

关键词

concentration en sédiments en suspension; télédétection inverse; RFECV; RF; fleuve Jaune; sensibilité spectrale; incertitude

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