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Machine Learning-Aided Sea Ice Monitoring Using Feature Sequences Extracted from Spaceborne GNSS-Reflectometry Data

Zhu, Yongchao und Tao, Tingye und Yu, Kegen und Qu, Xiaochuan und Li, Shuiping und Wickert, Jens und Semmling, Maximilian (2020) Machine Learning-Aided Sea Ice Monitoring Using Feature Sequences Extracted from Spaceborne GNSS-Reflectometry Data. Remote Sensing, 12 (3751). Multidisciplinary Digital Publishing Institute (MDPI). doi: 10.3390/rs12223751. ISSN 2072-4292.

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Kurzfassung

Two effective machine learning-aided sea ice monitoring methods are investigated using 42 months of spaceborne Global Navigation Satellite System-Reflectometry (GNSS-R) data collected by the TechDemoSat-1 (TDS-1). The two-dimensional delay waveforms with different Doppler spread characteristics are applied to extract six features, which are combined to monitor sea ice using the decision tree (DT) and random forest (RF) algorithms. Firstly, the feature sequences are used as input variables and sea ice concentration (SIC) data from the Advanced Microwave Space Radiometer-2 (AMSR-2) are applied as targeted output to train the sea ice monitoring model. Hereafter, the performance of the proposed method is evaluated through comparing with the sea ice edge (SIE) data from the Special Sensor Microwave Imager Sounder (SSMIS) data. The DT- and RF-based methods achieve an overall accuracy of 97.51% and 98.03%, respectively, in the Arctic region and 95.46% and 95.96%, respectively, in the Antarctic region. The DT- and RF-based methods achieve similar accuracies, while the Kappa coefficient of RF-based approach is slightly larger than that of the DT-based approach, which indicates that the RF-based method outperforms the DT-based method. The results show the potential of monitoring sea ice using machine learning-aided GNSS-R approaches.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/139427/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Machine Learning-Aided Sea Ice Monitoring Using Feature Sequences Extracted from Spaceborne GNSS-Reflectometry Data
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Zhu, Yongchaoyczhu (at) hfut.edu.cnNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Tao, Tingyetaotingye (at) hfut.edu.cnNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Yu, Kegenkegen.yu (at) cumt.edu.cnNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Qu, Xiaochuanqqxxcc (at) hfut.edu.cnNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Li, Shuipinglishuiping (at) hfut.edu.cnNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Wickert, JensGeoForschungsZentrum Potsdamhttps://orcid.org/0000-0002-7379-5276NICHT SPEZIFIZIERT
Semmling, MaximilianMaximilian.Semmling (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-5228-8072NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:November 2020
Erschienen in:Remote Sensing
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:12
DOI:10.3390/rs12223751
Verlag:Multidisciplinary Digital Publishing Institute (MDPI)
ISSN:2072-4292
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Delay-Doppler Map (DDM); Global Navigation Satellite System-Reflectometry (GNSS-R); decision tree; random forest; sea ice monitoring
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Kommunikation und Navigation
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R KN - Kommunikation und Navigation
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Vorhaben Ionosphäre (alt)
Standort: Neustrelitz
Institute & Einrichtungen:Institut für Solar-Terrestrische Physik > Weltraumwetterbeobachtung
Hinterlegt von: Semmling, Dr. Maximilian
Hinterlegt am:25 Jan 2021 10:49
Letzte Änderung:25 Jan 2021 10:49

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