重庆邮电大学罗小波获国家专利权
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龙图腾网获悉重庆邮电大学申请的专利一种耦合地理加权与随机森林的地表温度降尺度方法获国家发明授权专利权,本发明授权专利权由国家知识产权局授予,授权公告号为:CN117035066B 。
龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-06-13发布的发明授权授权公告中获悉:该发明授权的专利申请号/专利号为:202311004642.4,技术领域涉及:G06N5/01;该发明授权一种耦合地理加权与随机森林的地表温度降尺度方法是由罗小波;母仕林设计研发完成,并于2023-08-10向国家知识产权局提交的专利申请。
本一种耦合地理加权与随机森林的地表温度降尺度方法在说明书摘要公布了:本发明涉及一种耦合地理加权与随机森林的地表温度降尺度方法,属于遥感图像处理技术领域。该方法包括以下步骤:获取遥感数据及预处理;尺度因子的选择及计算;地理加权随机森林降尺度模型的建立与参数优化;将预处理后的高分辨率尺度因子及残差输入到地理加权随机森林降尺度模型得到高分辨率地表温度,最后通过决定系数,均方根误差,平均绝对误差评估模型精度。本发明在地理加权回归模型的基础上通过引入随机森林回归模型,表达地表温度与尺度因子的非平稳性以及非线性。
本发明授权一种耦合地理加权与随机森林的地表温度降尺度方法在权利要求书中公布了:1.一种耦合地理加权与随机森林的地表温度降尺度方法,其特征在于:该方法包括以下步骤: S1:获取遥感数据及预处理;获取研究区域范围内热红外遥感影像和多光谱遥感影像,并进行预处理; S2:尺度因子的选择及计算;选择可见光近红外的反射率数据、根据研究区域土地覆盖类型选择能够表征植被、裸土、城市不透水面、水体的光谱因子以及表征地形的DEM数据及其衍生指数,接着通过皮尔逊相关系数筛选与地表温度相关性大的尺度因子作为最终模型的尺度因子; S3:地理加权随机森林降尺度模型的建立与参数优化;地理加权随机森林降尺度模型参数包括决策树的数量,每个决策树使用的特征数量,以及局部带宽大小;利用地表覆盖类型数据对带宽内数据进行地理加权表达样本点的空间非平稳性,对每一个样本点及其带宽内的数据建立地理加权随机森林模型,通过逐步调优的方式,采用网格搜索循环调整单个参数的值,使用10折交叉验证获取最优参数值;得到各个参数的最优值后使用袋外误差重新训练数据,计算泛化误差,根据建立的回归关系得到低空间分辨率下的残差,通过普通克里金插值将残差分辨率提高到目标高空间分辨率; 将地理加权与随机森林耦合模型应用到地表温度降尺度时,对于具有覆盖类型的地区,随机森林耦合模型通过多种空间尺度因子对地表温度进行非线性分解,并且根据在不同覆盖类型下尺度因子对于地表温度的重要性动态调整空间地理权重,使耦合模型能够充分表征空间尺度因子对于地表温度在不同区域的影响;将尺度因子与地表温度使用皮尔逊相关系数进行特征的初步筛选,然后通过全局随机森林回归模型进行特征重要性排序选取合适特征作为降尺度因子;随机森林的构建是由多棵决策树根据袋外误差最小化来优化决策树的特征选择,通过改变特征选择计算袋外误差得到特征重要性,即改变前后误差越大表示特征越重要;袋外误差EOOB公式如下: n为袋外样本个数:为根据给定样本Xi基于随机森林回归模型的输出数据;Yi为观测数据; 进行随机森林回归模型拟合非线性关系时,根据带宽为每个样本点建立局部随机森林回归模型,并考虑空间异质性为每个样本点赋予不同的权重,权重函数基于某两点之间的地理空间距离以及考虑样本点的地表覆盖类型来计算权重,权重计算如下: 该权重函数通过考虑不同地表覆盖类型,即在带宽范围内的样本点为同一覆盖类型时权重更大,如果带宽内样本点的个数过少则考虑不同覆盖类型但距离最近的样本点,为不同覆盖类型的样本点考虑不同权重,其中lci为第i个样本点的地表覆盖类型,dij为样本点i到样本点j的空间距离,b为带宽,α为距离的倍数,取大于1的数; 将地理加权与随机森林耦合模型应用到地表温度降尺度时在低分辨下建立的尺度因子与地表温度的地理加权随机森林回归模型如下: 其中TbW·Xi表示随机森林模型中的第b颗决策树,W表示空间距离权重,GWRFi表示构建的第i个数据点的耦合模型,表示低空间分辨率下数据点i的地表温度,即MODIS地表温度,为低空间分辨率下数据点i的第k个尺度因子,为模型预测值,为低分辨率下的MODIS地表温度与模型预测值的残差; 基于尺度不变性,将低空间分辨率下的回归关系应用到高分辨率,计算高空间分辨率下的地表温度值,计算公式为: 其中,表示高空间分辨率下数据点i的预测地表温度,为高空间分辨率下数据点i的第k个尺度因子,为经过普通克里金插值高分辨率下的残差; S4:将预处理后的高分辨率尺度因子输入到地理加权随机森林回归模型GWRF,根据低空间分辨率下地表温度与尺度因子的回归关系得到高空间分辨率下的地表温度值,通过决定系数R2、均方根误差RMSE、平均绝对误差MAE评估模型精度。
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