Study on Soil Moisture Prediction based on the VMD-PCA-Informer Model

含水量 主成分分析 环境科学 降维 水分 土壤科学 风速 湿度 Pedotransfer函数 降水 气象学 遥感 计算机科学 机器学习 土壤水分 工程类 人工智能 岩土工程 地质学 导水率 物理
作者
Ziliang Jia,Yonghong Liu,Yiqun Wang,Wenbai Chen
标识
DOI:10.1109/ccis59572.2023.10263007
摘要

Accurate soil moisture prediction is crucial for the effective management of agricultural water resources, ensuring agricultural management and decision-making, crop monitoring and early warning, as well as securing food supply and safety. Factors such as precipitation, evaporation, temperature, humidity, pressure, and wind speed have a significant impact on soil moisture, making it difficult to predict accurately. In this study, a soil moisture prediction method combining Principal Component Analysis (PCA), Variational Mode Decomposition (VMD), and the Informer model is proposed. Firstly, PCA is applied to multidimensional remote sensing data that influence wind speed for dimensionality reduction. Then, the soil moisture data is decomposed into modes using VMD. Finally, the reduced feature data from PCA, the decomposed modes of soil moisture, and the original soil moisture data are merged as inputs to the Informer network for soil moisture prediction. To showcase the benefits and practicality of the proposed approach, a comparison was conducted against other methods of mode decomposition as well as time series prediction models. Experimental data show that the average MAE of the VMD-PCA-Informer model is 0.275, the average RMSE is 0.448, and the R2_score is 0.865 at the study sites. These results show that the VMDPCA-Informer model has better prediction accuracy than the other models.
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