Page 58 - 《武汉大学学报（信息科学版）》2025年第9期

1786 武 汉 大 学 学 报 （信 息 科 学 版） 2025 年 9 月

后，土壤水分逐渐减少，说明降雨是土壤水分变 湿度反演、单 GNSS 系统轨迹聚类融合土壤湿度
化的主要原因之一。 反演以及多 GNSS 系统多频轨迹聚类融合土壤
湿度反演。此外，为了进一步比较熵值法轨迹融
合的反演效果，将其与均权融合方法、多元线性
回归方法和赋权融合方法的反演效果作了比较。
2.2.1 不同 SNR 特征参数组合土壤湿度反演
为了探讨 SNR 的振幅、相位、频率等特征参
数用于土壤湿度反演的效果，分别对不同 GNSS
系统 SNR 观测量的特征参数进行组合，分为相
位、相位+振幅（组合 1）、相位+振幅+频率（组
合 2）等 3 种组合进行土壤湿度反演并进行对比分
析。各系统特征参数组合反演的结果见表 2。

图 6 土壤湿度及降水量 从表 2 可以看出，各系统使用组合 2 取得了
Fig. 6 Soil Moisture and Precipitation 更好的反演效果。与实测土壤湿度相比，其反演
结果的相关系数较单独相位反演提高 22.6%，较
2.2 实验结果与分析 组 合 1 反 演 提 高 7.5%；均 方 根 误 差（root mean
根据图 4 土壤湿度反演流程，优选了 SNR 特 square error，RMSE）较 单 独 相 位 反 演 降 低
征参数序列，并对多特征数据进行聚类融合。本 45.6%，较组合 1 反演降低 30.5%；平均绝对误差
次实验中，以 DOY 40−110 的每日融合特征序列 （mean absolute error，MAE）较单独相位反演降低
作为建模输入样本，以 DOY 111−145 每日融合 42.5%，较组合 1 反演降低 24.1%。综上可知，使
特征序列作为测试输入样本，对应的实测土壤湿 用相位、振幅、频率 3 种特征参数组合进行土壤湿
度作为建模输出样本。首先进行多 SNR 特征参 度反演，为轨迹聚类融合增加了有效数据，克服
数（振幅、相位、频率）土壤湿度反演的对比分析， 了单一特征参数可能带来的误差，进一步提升了
在此基础上，分别分析了单频轨迹聚类融合土壤 模型反演精度。

表 2 各 GNSS 系统多类型特征参数轨迹聚类与融合
Table 2 Trajectory Clustering and Fusion for Multiple Types of Feature Parameters in Various GNSS Systems
3.
3.
GNSS 相关系数 RMSE/(cm cm −3 ) MAE/(cm cm −3 )
系统 相位 组合 1 组合 2 相位 组合 1 组合 2 相位 组合 1 组合 2
GPS 0.623 6 0.871 1 0.898 0 0.041 6 0.027 8 0.020 8 0.029 0 0.017 6 0.016 5
BDS 0.891 6 0.904 4 0.929 1 0.026 9 0.023 1 0.020 3 0.020 5 0.016 8 0.016 0
GLONASS 0.773 3 0.857 7 0.952 0 0.034 2 0.027 5 0.016 2 0.026 6 0.021 5 0.012 1
Galileo 0.747 9 0.831 7 0.944 5 0.034 7 0.029 1 0.017 4 0.024 5 0.020 4 0.013 2
平均值 0.759 1 0.866 2 0.930 9 0.034 4 0.026 9 0.018 7 0.025 2 0.019 1 0.014 5

2.2.2 单频轨迹聚类融合土壤湿度反演 L2、L1、L5，其中 L2P 频段反演效果最好，相关系
在以上分析的基础上，以 DOY 为单位时间， 数为 0.891 0，RMSE 为 0.023 2~0.028 1 cm /cm ，
3
3
对单位时间内同一系统、同一频段、不同卫星编 MAE 为 0.016 4~0.017 7 cm /cm ；BDS 各 频 率
3
3
号的地表反射轨迹进行聚类，并利用多 SNR 特征 的反演精度从高到低依次为 B2、B1、B3，其中 L7I
参数序列进行土壤湿度融合反演。图 7 展示了 4 频 段 的 反 演 效 果 最 好 ，相 关 系 数 为 0.912 0，
个系统的单频反演结果，各系统的单频段反演结 RMSE 为 0.025 6~0.030 3 cm /cm ，MAE 为
3
3
果与实测土壤湿度波动有着良好的一致性，均能 0.017 5~0.021 6 cm /cm ；GLONASS 各 频 率 的
3
3
实现土壤湿度的长序列监测反演。图 8 展示了 4 反 演 精 度 从 高 到 低 依 次 为 G2、G1，其 中 L2C 频
个系统所有频段反演结果的相关系数、RMSE 和 段的反演效果最好，相关系数为 0.942 5，RMSE
MAE。 为 0.016 7~0.017 1 cm /cm ，MAE 为 0.011 0~
3
3
表 3 为 各 系 统 频 段 反 演 结 果 的 具 体 精 度 指 0.012 4 cm /cm ；Galileo 各频率的反演精度从高
3
3
标 。 GPS 各 频 率 的 反 演 精 度 从 高 到 低 依 次 为 到低依次为 E1、E5a、E5b，其中 L1X 频段的反演