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[發明專利]基于隨機森林算法的植被指數預測方法、系統及設備有效

專利信息
申請號: 201910905230.5 申請日: 2019-09-24
公開(公告)號: CN110826764B 公開(公告)日: 2020-11-24
發明(設計)人: 荊文龍;李勇;劉楊曉月;楊驥;夏小琳 申請(專利權)人: 廣州地理研究所
主分類號: G06Q10/04 分類號: G06Q10/04;G06Q10/06;G06Q50/02;G06F16/28
代理公司: 廣州駿思知識產權代理有限公司 44425 代理人: 潘桂生
地址: 510075 廣東省廣*** 國省代碼: 廣東;44
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摘要:
搜索關鍵詞: 基于 隨機 森林 算法 植被 指數 預測 方法 系統 設備
【權利要求書】:

1.一種基于隨機森林算法的植被指數預測方法,其特征在于,包括以下步驟:

獲取植被指數數據,選取預設時間段內的所述植被指數數據作為訓練數據集,根據預設的規則從所述訓練數據集選取高質量像元值作為第一輸入數據;

將預設時間段內的全球陸地數據同化系統流域地表模型數據集以每半月進行整合,生成半月尺度的第二輸入數據;

獲取預設時間段內的高程數據,以植被指數作為因變量,以全球陸地數據同化系統流域地表模型數據集和高程數據作為自變量,構建隨機森林模型;

其中,所述隨機森林模型通過在訓練數據集中隨機有放回抽取若干個子集,每個子集生成一棵分類與回歸樹,利用最優變量及對應的最優值對所述分類與回歸樹進行劃分,通過對若干個分類與回歸樹的預測值進行平均獲得植被指數預測值;

獲取目標時間段的全球陸地數據同化系統流域地表模型數據,將所述第一輸入數據、第二輸入數據、高程數據和目標時間段的全球陸地數據同化系統流域地表模型數據作為隨機森林模型的樣本數據,利用隨機森林模型對所述樣本數據進行分類并根據所述分類結果回歸預測目標時間段的植被指數,獲取植被指數預測值。

2.根據權利要求1所述的基于隨機森林算法的植被指數預測方法,其特征在于:所述以植被指數作為因變量,以全球陸地數據同化系統流域地表模型數據集和高程數據作為自變量,構建隨機森林模型的步驟包括:

在訓練數據集中隨機有放回抽取子集,每個子集生成一棵分類與回歸樹;

利用最優變量st和對應最優值s*將t節點劃分為tL和tR兩棵子樹,令每棵子樹之間的樣本具有最大差異性:

Δi(s,t)=i(t)-pLi(tL)-pRi(tR)

其中,Δi(s,t)是t節點劃分后的精度,i(tL)、i(tR)分別是兩棵子樹tL、tR的精度,pL、pR分別是兩棵子樹tL、tR的精度的系數,分別是兩棵子樹tL、tR的樣本數量,i(t)是植被指數擬合模型精度量測函數:

Nt是節點t包含的樣本數,yi是節點t中樣本i的植被指數輸入值,y是y集合算術平均值:

計算樣本在分類與回歸樹中傳播時所達到對應葉子節點的值,獲得單個分類與回歸樹的植被指數預測值;

將所有單個分類與回歸樹的預測結果進行平均,獲得植被指數預測值:

其中,f是植被指數預測值,Ntree是分類與回歸樹的數量,fi(x)是每棵分類與回歸樹的植被指數預測值。

3.根據權利要求2所述的基于隨機森林算法的植被指數預測方法,其特征在于:所述以植被指數作為因變量,以全球陸地數據同化系統流域地表模型數據集和高程數據作為自變量,構建隨機森林模型步驟中,按照以下方式計算每一個自變量參與所述隨機森林模型的權重值:

其中,p(t)是樣本到達節點t的比率,即Nt/N,Nt是節點t包含的樣本數,N是樣本數據的樣本數,v(st)是用于分割st的變量,p(t)Δi(st,t)為節點t的加權精度減少比率;Xj是自變量。

4.根據權利要求1所述的基于隨機森林算法的植被指數預測方法,其特征在于:所述基于隨機森林算法的植被指數預測方法還包括以下步驟:將選取訓練數據集后剩余的植被指數數據作為驗證數據集,利用所述驗證數據集判斷所述隨機森林模型預測結果的精度是否達到設定精度,若是,輸出植被指數預測值;否則,修改所述隨機森林模型的分類與回歸樹的數目,重新獲取植被指數預測值。

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