本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域，具體而言，涉及一種土壤水分確定方法、裝置、電子設(shè)備及存儲(chǔ)介質(zhì)。

背景技術(shù)：

1、土壤水分是地球表層系統(tǒng)的核心變量之一，在流域/區(qū)域的農(nóng)業(yè)管理、洪水預(yù)報(bào)和數(shù)值天氣預(yù)報(bào)等現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中扮演重要角色。遙感技術(shù)的發(fā)展為區(qū)域及全球尺度土壤水分信息地獲取提供了有效手段。遙感監(jiān)測(cè)可以反映土壤水分在時(shí)間上的變化以及空間上的分布狀況，具有監(jiān)測(cè)范圍廣、效率高、成本低，以及可以周期監(jiān)測(cè)的優(yōu)勢(shì)而成為當(dāng)前研究的重點(diǎn)。

2、目前土壤水分確定的方式通常方式為：基于統(tǒng)計(jì)學(xué)數(shù)值擬合的經(jīng)驗(yàn)法一般通過對(duì)一系列觀測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析，建立遙感觀測(cè)亮溫與土壤水分之間的線性/非線性關(guān)系來反演土壤水分，基于正向模型數(shù)值反演算法對(duì)當(dāng)前土壤水分反演，以及基于機(jī)器學(xué)習(xí)的土壤水分估算方法。

3、上述確定土壤水分的方式都存在一定問題，且效果欠佳。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種土壤水分確定方法、裝置、電子設(shè)備及存儲(chǔ)介質(zhì)，能夠提高確定土壤水分的準(zhǔn)確性。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本申請(qǐng)實(shí)施例采用的技術(shù)方案如下：

3、第一方面，本申請(qǐng)實(shí)施例提供了一種土壤水分確定方法，所述方法包括：

4、獲取具有時(shí)間序列的待處理觀測(cè)數(shù)據(jù)；

5、利用單通道信號(hào)分解算法對(duì)所述待處理觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分解，得到多個(gè)模態(tài)函數(shù)分量，并基于所述多個(gè)模態(tài)函數(shù)分量構(gòu)建去虛假的虛擬多維矩陣；

6、利用多通道盲源分解算法分解所述去虛假的虛擬多維矩陣得到多個(gè)盲源信號(hào)；

7、根據(jù)土壤水分先驗(yàn)信息，從多個(gè)所述盲源信號(hào)中確定土壤水分趨勢(shì)信號(hào)；

8、基于土壤水分先驗(yàn)信息，對(duì)所述土壤水分趨勢(shì)信號(hào)進(jìn)行歸一化處理，得到所述待處理觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的估算土壤水分信息。

9、在可選的實(shí)施方式中，基于所述多個(gè)模態(tài)函數(shù)分量構(gòu)建去虛假的虛擬多維矩陣的步驟，包括：

10、依次對(duì)多個(gè)所述模態(tài)函數(shù)分量基于白化算法和去均值算法進(jìn)行處理，得到多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的模態(tài)函數(shù)分量；

11、基于赤池信息準(zhǔn)則和/或平均輪廓寬度算法對(duì)多個(gè)所述標(biāo)準(zhǔn)化的模態(tài)函數(shù)分量進(jìn)行處理，得到所述待處理觀測(cè)數(shù)據(jù)的盲源個(gè)數(shù)；

12、分別計(jì)算待處理觀測(cè)數(shù)據(jù)與多個(gè)模態(tài)函數(shù)分量之間的相關(guān)性；

13、基于盲源個(gè)數(shù)從多個(gè)模態(tài)函數(shù)分量中獲取多個(gè)目標(biāo)模態(tài)函數(shù)分量；

14、基于所述待處理的觀測(cè)數(shù)據(jù)和多個(gè)所述目標(biāo)模態(tài)函數(shù)分量構(gòu)建去虛假的虛擬多維矩陣。

15、在可選的實(shí)施方式中，所述利用多通道盲源分解算法分解所述去虛假的虛擬多維矩陣得到多個(gè)盲源信號(hào)的步驟，包括：

16、基于獨(dú)立成分分析算法和/或非負(fù)矩陣分解算法分解所述去虛假的虛擬多維矩陣，得到多個(gè)盲源信號(hào)。

17、在可選的實(shí)施方式中，所述獲取具有時(shí)間序列的待處理觀測(cè)數(shù)據(jù)的步驟，包括：

18、獲取真實(shí)的地面觀測(cè)數(shù)據(jù)；

19、將所述真實(shí)的地面觀測(cè)數(shù)據(jù)輸入至微波輻射傳輸模型，以輸出模擬粗糙/光滑土地表的微波亮溫；

20、將所述微波亮溫作為具有時(shí)間序列的待處理觀測(cè)數(shù)據(jù)。

21、在可選的實(shí)施方式中，所述獲取具有時(shí)間序列的待處理觀測(cè)數(shù)據(jù)的步驟，包括：

22、獲取具有時(shí)間序列的smap亮溫?cái)?shù)據(jù)；

23、基于滑動(dòng)平均卷積算法對(duì)所述具有時(shí)間序列的smap亮溫?cái)?shù)據(jù)的異常值進(jìn)行處理，得到目標(biāo)smap亮溫?cái)?shù)據(jù)；

24、將所述目標(biāo)smap亮溫?cái)?shù)據(jù)作為具有時(shí)間序列的待處理觀測(cè)數(shù)據(jù)。

25、在可選的實(shí)施方式中，所述基于土壤水分先驗(yàn)信息，對(duì)所述土壤水分趨勢(shì)信號(hào)進(jìn)行歸一化處理，得到所述待處理觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的估算土壤水分信息的步驟，包括：

26、確定所述土壤水分先驗(yàn)信息的變化最大值和變化最小值；

27、基于所述變化最大值和所述變化最小值對(duì)所述土壤水分趨勢(shì)信號(hào)進(jìn)行歸一化處理，得到所述待處理觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的估算土壤水分信息。

28、在可選的實(shí)施方式中，所述方法還包括：

29、確定所述估算土壤水分信息對(duì)應(yīng)的真實(shí)土壤水分信息；

30、計(jì)算所述估算土壤水分信息與所述真實(shí)土壤水分信息的差值；

31、基于所述差值對(duì)所述估算土壤水分信息的準(zhǔn)確性進(jìn)行評(píng)估。

32、第二方面，本申請(qǐng)實(shí)施例提供了一種土壤水分確定裝置，所述裝置包括：

33、獲取模塊，用于獲取具有時(shí)間序列的待處理觀測(cè)數(shù)據(jù)；

34、信號(hào)分解模塊，用于利用單通道信號(hào)分解算法對(duì)所述待處理觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分解，得到多個(gè)模態(tài)函數(shù)分量并基于所述多個(gè)模態(tài)函數(shù)分量構(gòu)建去虛假的虛擬多維矩陣；利用多通道盲源分解算法分解所述去虛假的虛擬多維矩陣得到多個(gè)盲源信號(hào)；

35、確定模塊，用于根據(jù)土壤水分先驗(yàn)信息，從多個(gè)所述盲源信號(hào)中確定土壤水分趨勢(shì)信號(hào)；基于土壤水分先驗(yàn)信息，對(duì)所述土壤水分趨勢(shì)信號(hào)進(jìn)行歸一化處理，得到所述待處理觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的估算土壤水分信息。

36、第三方面，本申請(qǐng)實(shí)施例提供了一種電子設(shè)備，包括存儲(chǔ)器和處理器，所述存儲(chǔ)器存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)實(shí)現(xiàn)所述土壤水分確定方法的步驟。

37、第四方面，本申請(qǐng)實(shí)施例提供了一種存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，該計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)所述土壤水分確定方法的步驟。

38、本申請(qǐng)具有以下有益效果：

39、本申請(qǐng)通過獲取具有時(shí)間序列的待處理觀測(cè)數(shù)據(jù)，利用單通道信號(hào)分解算法對(duì)待處理觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分解，得到多個(gè)模態(tài)函數(shù)分量并基于多個(gè)模態(tài)函數(shù)分量構(gòu)建去虛假的虛擬多維矩陣，利用多通道盲源分解算法分解去虛假的虛擬多維矩陣得到多個(gè)盲源信號(hào)，根據(jù)土壤水分先驗(yàn)信息，從多個(gè)盲源信號(hào)中確定土壤水分趨勢(shì)信號(hào)，基于土壤水分先驗(yàn)信息，對(duì)土壤水分趨勢(shì)信號(hào)進(jìn)行歸一化處理，得到待處理觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的估算土壤水分信息。本申請(qǐng)基于盲源分解對(duì)土壤水分進(jìn)行估算估算?？紤]微波遙感瞬時(shí)觀測(cè)前后信息的自相關(guān)性，為土壤水分盲源分解估算提供時(shí)間維約束，將單通道與多通道盲源分解方法相結(jié)合來增加土壤水分遙感估算的先驗(yàn)信息，可以減小土壤水分遙感反演的病態(tài)性，彌補(bǔ)土壤水分微波遙感定量反演受限于地表粗糙度、植被覆蓋等變量難以準(zhǔn)確量化的不足。

技術(shù)特征：

1.一種土壤水分確定方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述多個(gè)模態(tài)函數(shù)分量構(gòu)建去虛假的虛擬多維矩陣的步驟，包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用多通道盲源分解算法分解所述去虛假的虛擬多維矩陣得到多個(gè)盲源信號(hào)的步驟，包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述獲取具有時(shí)間序列的待處理觀測(cè)數(shù)據(jù)的步驟，包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述獲取具有時(shí)間序列的待處理觀測(cè)數(shù)據(jù)的步驟，包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于土壤水分先驗(yàn)信息，對(duì)所述土壤水分趨勢(shì)信號(hào)進(jìn)行歸一化處理，得到所述待處理觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的估算土壤水分信息的步驟，包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括：

8.一種土壤水分確定裝置，其特征在于，所述裝置包括：

9.一種電子設(shè)備，其特征在于，包括處理器、存儲(chǔ)器，所述存儲(chǔ)器存儲(chǔ)有能夠被所述處理器執(zhí)行的計(jì)算機(jī)程序，所述處理器可執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序以實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述方法的步驟。

10.一種存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，該計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述方法的步驟。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種土壤水分確定方法、裝置、電子設(shè)備及存儲(chǔ)介質(zhì)，涉及數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域，方法包括：獲取具有時(shí)間序列的待處理觀測(cè)數(shù)據(jù)，利用單通道信號(hào)分解算法對(duì)待處理觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分解，得到多個(gè)模態(tài)函數(shù)分量并基于多個(gè)模態(tài)函數(shù)分量構(gòu)建去虛假的虛擬多維矩陣，利用多通道盲源分解算法分解去虛假的虛擬多維矩陣得到多個(gè)盲源信號(hào)，根據(jù)土壤水分先驗(yàn)信息，從多個(gè)盲源信號(hào)中確定土壤水分趨勢(shì)信號(hào)，基于土壤水分先驗(yàn)信息，對(duì)土壤水分趨勢(shì)信號(hào)進(jìn)行歸一化處理，得到待處理觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的估算土壤水分信息。本申請(qǐng)可以減小土壤水分遙感反演的病態(tài)性，彌補(bǔ)土壤水分微波遙感定量反演受限于地表粗糙度、植被覆蓋等變量難以準(zhǔn)確量化的不足。

技術(shù)研發(fā)人員：趙澤斌,晉銳,張陽(yáng),亢健,馬春鋒
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15