Bi-LSTM Model for Time Series Leaf Area Index Estimation Using Multiple Satellite Products

叶面积指数 均方误差 卫星 植被(病理学) 遥感 系列(地层学) 计算机科学 时间序列 数学 统计 机器学习 医学 生态学 古生物学 病理 地质学 工程类 生物 航空航天工程
作者
Tian Liu,Huaan Jin,Xinyao Xie,Hongliang Fang,Dandan Wei,Ainong Li
出处
期刊:IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:19: 1-5 被引量:7
标识
DOI:10.1109/lgrs.2022.3199765
摘要

Time series leaf area index (LAI) is essential to studying vegetation dynamics and climate changes. The LAI at current status can be regarded as the accumulative consequence of the counterpart at prior times. Although the deep learning algorithm - Long short-term memory (LSTM) can capture long-time dependencies from sequential satellite data for time series LAI estimation, it only uses the information at prior statuses, and neglects the backward propagation of current vegetation change information. Thus, the LSTM-based LAI quality might be limited. In this letter, the bidirectional LSTM (Bi-LSTM) approach was proposed to integrate the information of multiple satellite products from both the past and future for temporal LAI retrieval. The fused values from GLASS, MODIS, and VIIRS LAI products, as well as MODIS reflectance in 2014-2015, serve as the output response and input for the Bi-LSTM training. Then, we compared the Bi-LSTM predictions with the counterparts from the LSTM, the fused LAI and three products using independent validation datasets in 2016. Results illustrated that our proposed Bi-LSTM method achieved better performance with higher accuracy (R2=0.84, RMSE=0.76) when compared to the LSTM estimation (R2=0.83, RMSE=0.82) and LAI products (R2<0.68, RMSE>1). Furthermore, our proposed method provided smoother and more continuous temporal profiles of LAI than other retrieval approaches.
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