T E L K O M NIKA   T elec o mm un ica t io n Co m pu t i ng   E lect ro nics   a nd   Co ntr o l   Vo l.  24 ,   No .   5 ,  Octo b er   20 26 ,   p p .   1 6 3 2 ~ 1 6 4 3   I SS N:  1 6 9 3 - 6 9 3 0 ,   DOI :  1 0 . 1 2 9 2 8 / T E L KOM NI K A . v 24 i 5 . 26012          1632       J o ur na l ho m ep a g e :   h ttp : //telko mn ika . u a d . a c. i d   Ra infall det ection  on a  t ro pica l isla nd using  a co mm unica tion  sa tellit e dow nlink sig na l and a rtif ic ia l int ellig ence   mo dels       Ra den Yud ha   M a rdy a ns y a h 1, 2 ,  B ud hy   K urnia w a n 2 ,  Sa nt o s o   So ek irno 2 ,  Da na ng   E k o   Nury a nto 4 ,   F er ry   B ud hi Su s et y o 3   1 C o mm u n i c a t i o n   N e t w o r k   C e n t e r ,   B a d a n   M e t e o r o l o g i   K l i mat o l o g i   d a n   G e o f i si k a ,   Ja k a r t a ,   I n d o n e si a   2 D e p a r t me n t   o f   P h y si c s,  F a c u l t y   o f   M a t h e mat i c s  a n d   N a t u r a l   S c i e n c e s ,  U n i v e r si t a s  I n d o n e si a ,   D e p o k ,   I n d o n e si a   3 D e p a r t me n t   o f   M e c h a n i c a l   E n g i n e e r i n g ,   F a c u l t y   o f   En g i n e e r i n g ,  U n i v e r si t a s Ne g e r i   Jak a r t a ,   Ja k a r t a ,   I n d o n e si a   4 R e se a r c h   a n d   D e v e l o p me n t   C e n t e r ,   B a d a n   M e t e o r o l o g i   K l i mat o l o g i   d a n   G e o f i si k a ,   Ja k a r t a ,   I n d o n e si a       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   J an   26 ,  2 0 2 6   R ev i s ed   J u n   25 ,  2026   A cc ep ted   J u n   30 ,  2026       T h e   d e v e lo p m e n t  o f   ra in f a ll   e stim a tes   b a se d   o n   sa telli te  l in k s  i n   s e v e ra l  h ig h   latit u d e   re g io n s  sh o w s  g o o d   re su lt s.  Ho w e v e r,   it s  d e v e lo p m e n t  f o r  tro p ica l  re g io n s  is  stil l  v e r y   les s  p ro m isin g ,   lea v in g   th e   q u e stio n   o f   w h ich   m e th o d   is   w o rth   u si n g .   In   t h is  w o rk ,   w e   in v e stig a t e   a rti f icia l  in telli g e n c e   (A I)   m o d e ls  b y   u ti li z in g   th e   Ku - b a n d   sa telli te  d o w n li n k   sig n a l  f o r  ra in f a ll   d e te c ti o n   o n   a   tro p ica l  islan d .   L o n g - term   e v a lu a ti o n   o f   a ll   t h e   m o d e ls  is  p e rf o rm e d   u sin g   o n e   y e a r  o f   ra in f a ll   in ten sity   d a ta.  T h e   f in d in g s  o f   th is  st u d y   d e m o n stra te  th a t  o n e - d im e n sio n a l  c o n v o l u ti o n   n e u ra l  n e tw o rk   (1 DCN N),  lo n g   sh o rt - term   m e m o r y   (L S T M ),   a n d   ra n d o m   f o re st  (RF )   m o d e ls  c a n   e ff e c ti v e l y   id e n ti fy   ra in f a ll   o c c u rre n c e s  o n   tro p ica l  islan d s,  w it h   t h e   a re a   u n d e r  t h e   re c e iv e r   o p e ra ti n g   c h a ra c teristic  c u rv e   ( RO C)   v a lu e   o f   0 . 8 4 ,   0 . 8 4 ,   a n d   0 . 8 3 ,   re sp e c ti v e l y .   T h e se   th re e   m o d e ls  c o n siste n tl y   p ro v id e   b e tt e r  a c c u ra c y   in   d e tec ti n g   th e   re g io n ’ s  d iv e rse   ra in f a ll   p a tt e rn s  th r o u g h o u t  t h e   y e a r.   T h e   1 DCN N  h a s  b e tt e r  p e rf o r m a n c e   c o m p a re d   to   th e   o th e r  m o d e ls,  a c h iev in g   a c c u ra c y   v a lu e s  o f   0 . 7 6   a n d   0 . 8 2   d u rin g   t h e   p e ri o d s  o f   lo w e st  a n d   h ig h e st   ra in f a ll ,   re sp e c ti v e l y .   Co n sid e ri n g   th e   p re se n c e   o f   n u m e ro u s  p o ten t ial  m isl a b e led   ra in   sa m p les   in   t h e   d a tas e t,   th is  re su lt   is  e x c e ll e n t.   I n   a d d it io n ,   th e   u ti li z a ti o n   o f   h ig h e r  re so lu ti o n   ra in f a ll   in ten sity   d a ta   c a n   b e   a   g r e a t   p o ten ti a l  f o r  re a l - ti m e   ra in fa ll   m o n it o ri n g   in   th e   tr o p ica l  re g io n .   K ey w o r d s :   Dee p   lear n in g   Ku - b an d   s atelli te  lin k     lo n g - ter m   p er f o r m a n ce   Ma ch i n e  lear n i n g   Satellite c o m m u n icatio n   S ea s o n - b ased   ev al u atio n     T h is i s  a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   B u d h y   K u r n ia w an   Dep ar t m en t o f   P h y s ics,  Fac u lt y   o f   Ma t h e m a tics   a n d   Natu r al  Scien ce s ,  Un i v er s ita s   I n d o n e s i a   B u ild in g   F,  Un iv er s itas   I n d o n esia  C a m p u s ,   Dep o k   1 6 4 2 4 ,   W est J av a,   I n d o n esia   E m ail:  b u d h y . k u r n ia w a n @ s ci. u i.a c. id       1.   I NT RO D UCT I O N   Sev er al  s t u d ies  h av e  b ee n   c o n d u cted   o v er   th e  p ast  1 0   y ea r s   o n   th e  u s e  o f   telec o m m u n ica tio n s   s atellite s ’   c h a n n el  s ig n al s   o p er atin g   i n   t h e  m icr o w a v e  f r eq u en c y   r an g e  [ 1 ]   in   th e  K u   ( 1 2 – 1 8   GHz )   an d   Ka   ( 2 7 – 4 0   GHz )   f r eq u en c y   b a n d s   [ 2 ]   as  alter n ativ es  to   r ain f all  m ea s u r e m e n t s .   T h e  tr an s m is s io n   o f   elec tr o m ag n etic  w a v es  in   t h e s e  f r eq u en c y   r a n g e s   ca n   b e  co n s id er ab ly   a f f ec ted   b y   r ai n   atte n u at io n ,   as  w e ll  as   o th er   ef f ec t s   ca u s ed   b y   air   g a s es a n d   c lo u d s ,   alt h o u g h   t h ese   ef f ec ts   ar e  less   s i g n i f ican t b u t   m o r e   f r eq u e n t.  T h e  r ed u ctio n   in   th e  s tr e n g th   o f   th e  r ec eiv ed   s ig n al  is   d ir ec tly   p r o p o r tio n al  to   th e  q u an tit y   o f   p r ec ip itatio n   en co u n ter ed   alo n g   t h e  p ath   o f   th e  w av e  [ 3 ] .   Nu m er o u s   r esear c h er s   h a v e  i n v esti g ated   r ain f all  m ea s u r e m e n t  f r o m   s atelli te  lin k   s i g n als  u s in g   b o th   th e  p o w er - la w   ca lc u latio n   [ 4 ]   an d   ar tif icial  in tel lig e n ce   ( A I )   m o d els  [ 5 ] .   A d ir o s i  et  a l.   [ 6 ]   d em o n s tr ated   th at   r ea l - ti m e  r ain f all  in te n s it y   ca n   b e  esti m ated   f r o m   th e  atte n u at io n   o f   Ku -   an d   Ka - b an d   s atellite  r ec ep tio n   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E l  C o n tr o l         R a in fa ll d etec tio n   o n   a   tr o p ica l isl a n d   u s in g   a   c o mmu n ica tio n   s a tellite  … ( R a d en   Yu d h a   Ma r d ya n s ya h )   1633   s ig n al s   b y   u s i n g   t h e  p o w er - la w   m o d el  an d   r ai n   clo u d   h ei g h t  d ata.   Se v er al  ad d itio n al  s a tellite  f r eq u en c ies,  in cl u d in g   K - b an d   [ 7 ] ,   [ 8 ] ,   X - b an d   [ 9 ] ,   an d   Q/V - b an d   [ 1 0 ]   h a v e  al s o   b ee n   u s ed .   R esear ch er s   h a v e  co n s tr u cted   a  s y s te m   f o r   th e  d etec tio n   an d   esti m atio n   o f   r ain f all  f ield s   f r o m   d ig ita l  v id eo   b r o a d ca s tin g   s atellite  r ec eiv er s   as  p ar t  o f   t h e  n e t w o r k   f o r   r ain   f o r ec asti n g   u s i n g   b r o ad b an d   s atellite  telec o m m u n icat io n s   ( NE FO C A ST )   an d   in n o v ati v e  s atell ite - b ased   r ain f all  d etec tio n   a n d   esti m atio n   f o r   r ain   ( I NSI DE R A I N )   P r o j ec t  in   I tal y ,   ai m ed   at  ac h iev in g   r eg io n al  co v er a g e  [ 1 1 ] – [ 1 4 ] .   R ain f a ll i n ten s it y   p er   m in u te  i n   an   i n v er s io n   m o d el  f o r   lo n g - ter m   ( i.e . ,   o n e  y ea r )   p er f o r m a n ce   h a s   als o   b ee n   ev alu at ed ;  th i s   m ea s u r e m en t  w a s   tak e n   w it h   a  Ku - b a n d   s atellite  r ec eiv er   b u ilt  i n   Nan j in g ,   C h i n a  [ 1 5 ] .   Gh ar an j ik   et  a l.   [ 7 ]   u s ed   an   ar tif icia l  n e u r al  n et w o r k   ( ANN)   to   d is ce r n   b et w ee n   ra in   an d   d r y   e v en t s   b y   an al y zi n g   t h e  ca r r ier - to - n o is e  p o w er   r atio   d ata  f r o m   t h e  f o r w ar d   lin k   an d   r etu r n   li n k   o f   a  b r o ad b an d   s atellite  co m m u n icatio n   n et w o r k   in   B etzd o r f ,   L u x e m b o u r g .   R ec e n t r e s ea r ch   o n   r ai n f al l d etec tio n   in   Na n j in g ,   C h i n a,   h a s   u s ed   a  s u p p o r t  v ec to r   m ac h i n e  ( S VM )   to   id en tify   r ain y   an d   n o n - r ai n y   p er io d s   w it h   Ku - b an d   s atelli te  lin k   s ig n als  [ 1 6 ] .   T h e  d ev elo p m e n t  o f   r ai n f a ll  e s ti m ates  b ased   o n   s a tellite  li n k s   i n   s e v er al  h i g h   latit u d e  r eg i o n s   s h o w s   g o o d   r es u lts .   Ho w e v er ,   its   d ev elo p m e n t  f o r   tr o p ical  r eg io n s   is   s till   v er y   le s s   p r o m is i n g ,   leav in g   th e  q u e s tio n   o f   w h ic h   m eth o d   is   w o r t h   u s in g .   I n   th i s   r esear ch ,   w e  w i ll   s tu d y   A I   m o d els  t h at  h a v e  b ee n   u s ed   at  h ig h   latitu d es  p lu s   th r ee   o th er   m o d els  w h ich   ar e  ex p ec te d   to   p r o v id e  b etter   p er f o r m a n c es.  T h e  lo n g - ter m   ev alu a tio n   o f   al l th e  m o d el s   is   also   p er f o r m ed   b ased   o n   o n e  y ea r   o f   r ain f all  i n te n s it y   d ata.       2.   M E T H O D   I n   th i s   w o r k ,   w e  e x a m in e  o n e - d i m e n s io n al  co n v o lu tio n   n e u r al  n et w o r k   ( 1 DC NN) ,   lo n g   s h o r t - ter m   m e m o r y   ( L ST M) ,   an d   r an d o m   f o r est  ( R F)  b in ar y   class i f icati o n   m o d els  th at  h a v e  n e v er   b ef o r e  b ee n   a p p lied   t o   th e  d etec tio n   o f   r ain f all  f r o m   s atellite  d o w n l in k   s ig n als.  T h e  SVM  a n d   a  m u lti la y er   p er ce p tr o n   ( m u lt ila y e r   p er ce p tr o n / ML P ,   a  mu lti - la y er   A NN)   ar e  ev al u ated   as  co m p ar is o n   m o d els.  F ig u r e s   1 ( a)   an d   ( b )   illu s tr ates  th e   ar ch itect u r al  co n ce p t o f   th e  1 DC NN  a n d   L ST M  m o d els.          ( a)       ( b )     Fig u r e  1 .   T h e  ar ch itectu r e  o f   ( a)   1 DC NN   an d   ( b )   an d   L ST M   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   1 6 9 3 - 6930   T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E l  C o n tr o l ,   Vo l.  24 ,   No .   5 ,  Octo b e r   20 26 :  1 6 3 2 - 1643   1634   T h e  1 DC NN  is   a  s p ec ialized   t y p e  o f   co n v o l u tio n   n e u r al  n e t w o r k   ( C NN )   [ 1 7 ]   u s ed   f o r   p r o ce s s in g   o n e - d i m en s io n al  d ata,   lik e  s e q u en ce s   o r   ti m e  s er ies.  I t  e m p lo y s   co n v o l u tio n al  la y er s   w i th   f il ter s   to   ca p tu r e   lo ca l  p atter n s   an d   f ea tu r es  i n   th e  in p u t  d ata.   A s   d ep icted   in   Fig u r e  1 ( a ) ,  1 DC NN  co n s is t s   o f   co n v o lu tio n a l   la y er ,   p o o lin g   la y er ,   d en s e  lay er   an d   o u tp u t  la y er   w h ic h   a cts  as  th e  p r ed ictio n   o u tp u t  o f   th e  m o d el.   T h e  L ST M  m o d el,   p r o p o s ed   b y   H o ch r eiter   an d   Sch m id h u b er   [ 1 8 ] ,   is   a   r o b u s t  r ec u r r en t  n eu r al   s y s te m   s p ec i f icall y   en g i n ee r ed   to   ad d r e s s   th e  is s u es  o f   ex p lo d in g   o r   v an i s h in g   g r ad ien ts   t h at  co m m o n l y   o cc u r   d u r in g   t h e  lear n in g   o f   lo n g - ter m   d ep en d e n cies.   L ik e  t h e  1 DC NN,   t h e  L ST M  m o d el   is   co m p o s ed   o f   a  la y e r   o f   L ST M  u n its ,   a   d en s e  la y er ,   an d   an   o u tp u t  la y er   th at  s er v es  as  th e  m o d el ’ s   p r ed icti o n   o u tp u t,  as  d e p icted   in   F ig u r e  1 ( b ) .   T h e   L ST M  ar ch itect u r e  co m p r is es   a  co llectio n   o f   i n ter co n n ec te d   s u b - n et w o r k s ,   r ef er r ed   to   as  m e m o r y   b lo ck s   o r   L ST M  u n it s .   T h e  p u r p o s e  o f   th e  m e m o r y   b lo ck   is   to   p r eser v e  its   s tate  o v er   ti m e  an d   co n tr o l  th e  f lo w   o f   in f o r m atio n   t h r o u g h   n o n - li n ea r   g atin g   u n it s .   T h e  tr an s p o r t  o f   in f o r m at io n   to   th e  n e x t  ce ll  i n v o l v es  t w o   s tate s :   th e  ce ll  s tate  an d   t h e  h id d en   s t ate.   T h e  h id d en   s tate  at  t i m e  s tep   t  en co m p as s es  t h e  o u tp u t  o f   th e  L ST M  la y er   f o r   th i s   s p ec i f ic  ti m e  s tep .   T h e  ce ll  s tate  e n co m p as s es  k n o w l ed g e  ac q u ir ed   f r o m   p r ec ed in g   ti m e  s tep s .   Du r i n g   ea ch   ti m e  s tep ,   th e  la y er   eith er   in co r p o r ates  n e w   i n f o r m atio n   in to   th e  ce ll  s tate  o r   eli m i n ate s   ex is t in g   in f o r m atio n   f r o m   it.   T h e  R F  tech n iq u e  i s   an   en s e m b le  alg o r ith m   f ir s t  in tr o d u ce d   b y   B r eim a n   [ 1 9 ] .   I t  h as  b ee n   d esig n ed   to   h an d le   v ar io u s   n o n li n ea r   cl ass i f icatio n   an d   r e g r ess io n   ta s k s .   T h e  b o o ts tr ap   s a m p lin g   m eth o d   an d   r an d o m   f ea t u r e  s elec tio n   w er e  u s ed   to   cr ea te  a  lar g e  an d   d iv er s e  f o r est  co n s i s ti n g   o f   n u m er o u s   d ec is io n   tr ee s   [ 2 0 ] .   R F  o u tp er f o r m s   a  s i n g le  d ec is io n   tr ee   an d   m iti g ates  o v er - f itt in g   b y   e m p lo y i n g   an   av er a g i n g   tec h n iq u e.   T h e  in s tab il it y   o f   d ec is io n   tr ee s   is   attr ib u ted   to   th eir   h ig h   v ar iati o n   an d   lo w   b ias.  T h e  f in al  r esu lt  is   d eter m i n ed   b y   eith er   s elec ti n g   th e  ca te g o r y   w it h   t h e  h i g h est  n u m b er   o f   v o tes  in   t h e  class if ica tio n   m o d el  o r   ca lcu latin g   th e   av er ag e  p r ed ictio n   f r o m   all  d e cisi o n   tr ee s   i n   t h e  r eg r e s s io n   m o d el.   Si g n i f ica n tl y ,   it  f ac i lita tes r ap id   p r o ce s s in g   f o r   ex te n s i v el y   p ar allel  co m p u ti n g   o n   s u b s ta n tial  d ataset s   o r   tr ain in g   m u ltid i m e n s io n al  v ec to r s   w it h   a  h i g h   lev el  o f   p r ed ictiv e  ac c u r ac y .     2 . 1 .     Da t a s et   T h e  m o d els  e m p lo y ed   in   t h i s   s tu d y   u ti lize  d ata  o n   th e  e n e r g y   p er   s y m b o l  to   n o is e  p o wer   s p ec tr al   d en s it y   r atio   ( E s /No )   ac q u ir ed   o v er   a   p e r io d   o f   o n e  h o u r .   T h is   d ata  r ep r esen ts   th e  q u a lit y   o f   th e  s atell ite   s ig n al  r ec eiv ed   b y   t h e  u s er   ter m i n al  ( UT )   in   a  m u lti - s p o t - b e a m   s atel lite  n et w o r k ,   as  d ep icted   in   Fig u r e  2   [ 2 1 ] .  Nu m er o u s   UT s   ar e  d is p er s ed   ac r o s s   s p e cif ic   s atell ite  b ea m   p o in ts   an d   ar e  co n n ec ted   to   o n e  o r   m o r e  n et w o r k   g ate w a y s ,   w h ic h   s er v e  a s   t h e   n et w o r k ’ s   co m m u n icatio n   h u b .   E ac h   UT   r ec eiv es  K u - b an d   d o w n li n k   s i g n al s   f r o m   A p s tar - 5C ’ s   1 3 8   ea s t  o r b ital  p o s itio n .   Sin ce   t h e  Gat e w a y   s atel lite  n et w o r k   e m p lo y s   a  s ite  d iv er s i t y   s y s te m   [ 2 2 ] ,   as  p o s tu lated   b y   Gh ar an j ik   et  a l.   [ 7 ] ,   th e  E s /No   d ata  r ec eiv ed   b y   th e  UT   is   d o m i n ate d   b y   r ain   o n   th e  d o w n li n k   s id e  f r o m   t h e  s at ellite  to   th e  UT .   E ac h   UT   h as  a  p at h   to   th e  in t er n et  at  t h e  n e t w o r k   g ate w a y   f o r   clien t  ac ce s s .   I n   ad d itio n ,   a  n et w o r k   m an a g e m e n t  s y s te m   ( NM S)  s er v es  as  a  d ata  tr af f ic  co n tr o ll er   an d   co llects  th e  E s /No   d at a  r ec eiv e d   b y   ea c h   UT   at  th e  g ate w a y   lo ca tio n .   T h e  E s /No   d ata  f o r   a  s p ec if ic  p er io d   o f   ti m e  is   s to r ed   in   a  d atab ase.   B y   u s in g   h o u r l y   r ain f all  i n te n s i t y   d at a  f r o m   t h e  n ea r e s t  Hell m a n n   r ai n   g au g e  ( R G)   [ 2 3 ] ,   [ 2 4 ]   at  th e  R an ai   Me teo r o lo g ical  Statio n ,   ea c h   h o u r   o f   E s / No   d ata  is   class if ied   as  eith er   r ain   o r   d r y   co n d itio n s .   T h e  R an a i   Me teo r o lo g ical  Statio n   is   a  wea th er   o b s er v atio n   f ac ilit y   t h at  is   u n d er   t h e  o w n er s h ip   o f   th e  Me teo r o lo g ical  C li m ato lo g ical  a n d   Geo p h y s i ca l  Ag en c y   o f   I n d o n esia.  T h e  r ain f all  in te n s it y   d ata  f r o m   Hell m an n ’ s   h a s   u n d er g o n e  q u a lit y   co n tr o l  d u e  to   th e  m e m b er s h ip   o f   th e   R an ai   Me teo r o lo g ical  S tatio n   in   th e  Glo b al  B asic   Ob s er v i n g   Net w o r k   o f   t h e  W o r ld   Me teo r o l o g ical  Or g a n izatio n   ( W MO ) .   T h e  W MO   I n te g r a ted   Glo b al  Ob s er v i n g   S y s te m   ( W I GOS )   Statio n   I d en tifie r   o f   R an ai  Me teo r o lo g ical  Statio n   i s   0 - 20000 - 0 - 9 6 1 4 7   ( h ttp s ://o s ca r . wm o . in t /s u r f ac e/ # / ).           Fig u r e  2 .   Ku - b a n d   s atellite  co m m u n icatio n   n et w o r k   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E l  C o n tr o l         R a in fa ll d etec tio n   o n   a   tr o p ica l isl a n d   u s in g   a   c o mmu n ica tio n   s a tellite  … ( R a d en   Yu d h a   Ma r d ya n s ya h )   1635   I n   Fi g u r e  3 ,   t h e  UT   an d   R G  ar e  lo ca ted   o n   Natu n a  I s la n d ,   w h ic h   i s   a  tr o p ical  is la n d   lo ca ted   in   t h e   So u t h   C h in a  Sea  i n s id e  th e  I n d o n esian   ter r ito r y .   T h e  r ed   lin e  in d icate s   th e  d ir ec tio n   o f   th e  lin k   b et w ee n   t h e   UT   an d   th e  s atellite.   T h e  UT   is   p ar t  o f   th e   h ig h - t h r o u g h p u t - s atellite  b r o ad b an d   n et w o r k   o p er ated   b y   T elk o m s at,   a  s u b s id iar y   o f   T elk o m   t h at  p r o v id es  s atellite  s e r v ices  in   I n d o n e s ia.   T h e  co m p an y   s p ec ializes  i n   p r o v id in g   h ig h - q u ali t y   a n d   in t er n atio n al - s tan d ar d   u p s tr ea m   t o   d o w n s tr ea m   s er v ices.           Fig u r e  3 .   L o ca tio n   o f   t h e  UT   an d   R G  o n   Nat u n a  I s lan d       E v er y   t w o   m in u te s ,   th e  n et w o r k   g ate w a y   s to r es  t h e  E s /No   d ata  s en t  b y   t h e  UT   in   t h e  d atab ase.   T h e   R G  ( 3 . 9 1 2 0 3 4 °N,  1 0 8 . 3 9 3 5 3 0 °E) ,   lo ca ted   3 . 3   k ilo m e ter s   a w a y   f r o m   t h e  UT   ( 3 . 9 4 1 1 1 0 °N,  1 0 8 . 3 8 7 6 6 6 °E) ,   m ea s u r es   r ai n f all  i n te n s i t y   o r   r ain   r ate  ( R R )   i n   m ill i m e ter s   p er   h o u r .   B ased   o n   s e v er al   m eso s ca le  clo u d   s tu d ie s   in   I n d o n esia  [ 2 5 ] ,   [ 2 6 ] ,   th e  lo ca tio n   o f   t h e  R G   is   co n s id er ed   to   r ep r esen t  r ain f all  at  t h e  UT   s ite   b ec au s e  th e  f o r m er   is   f o u n d   in   th e  s a m e  w e t  r eg io n   d u r in g   ex tr e m e  w ea t h er   ev en ts .   T h e  UT   an d   th e  R G  ar e  also   s itu ated   i n   th e  s a m e  c o astal  r eg io n ,   w h ich   e n s u r es   th at  th e  W o r ld   Me teo r o lo g ical  Or g an iza tio n ’ s   r ec o m m e n d ed   n et w o r k   co v er a g e  f o r   r ain   g au g es i s   m a in ta in ed   [ 2 7 ] .   W e  d ef in e  th e  E s /No   p ar am et er   w ith   d r y   o r   r ain   lab els  b ase d   o n   th e  r ain f all  in te n s it y   d ata,   w h er e  R R   >  0   d en o tes  a  r ain   lab el.   Fig u r e  4 ( a )   s h o w s   th e  E s / No   an d   R R   d ata  f r o m   Dec e m b er   2 0 1 9   t o   Sep tem b er   2 0 2 2 .   E ac h   h o u r   o f   E s /No   d ata  th at  co r r esp o n d s   to   R R   >  0   is   h ig h li g h ted   i n   g r ee n   i n   Fig u r e  4 ( b )   an d   r e p r esen ts   a  r ain   lab el;  o th er w is e,   it  r ep r es en ts   a  d r y   lab el.   T h e  o n e - h o u r   s a m p le  o f   E s /No   d ata,   d en o t ed   as    = [ ̅ n - 1 ,   ̅ n - 2 ,   ̅ n - 3 ,   . . .   ̅ n - 3 0 ] ,   is   f o r m ed   b y   co n ca te n ati n g   t w o - m in u te  E s /No   d ata  in to   a  s in g le  v ec to r   r ep r esen tin g   a  ti m e  f r a m e  o f   o n e  h o u r ,   ac co r d in g   to   th e  m et h o d   u s ed   b y   Ha b i a n d   Me s s er   [ 2 8 ] .           ( a)   ( b )     Fig u r e  4 .   Data s et  o f   t h e  E s /No   in   d ec ib els ( d B )   an d   R R   in   m i lli m eter s   p er   h o u r   ( m m / h ) ; ( a)   f r o m   Dec e m b er   2 0 1 9   th r o u g h   Sep te m b er   2 0 2 2   an d   ( b )   s am p le  d ata  ill u s tr ati n g   E s /No   m ar k i n g s   f o r   b o th   d r y   an d   r ain   co n d itio n s       2 . 2 .    P re pro ce s s ing   F ig u r e   5   p r e s en ts   th e   f l o w   ch ar t   o f   th e   r ai n f al l   d e t ec t i o n   m o d e l ,   w h i ch   c o m p r is e s   t h r ee   s ta g e s :   ( i )   d a ta  p r e p r o c e s s i n g ,   ( i i )   m o d e l   c o n s tr u c ti o n ,   an d   ( i i i )   m o d e l   ev al u a ti o n .   T h e   in i ti a l   s t e p   in   d a t a   p r ep r o c e s s in g   in v o lv es   t h e   u ti l iz a t i o n   o f   li n e a r   in t e r p o la t i o n   o n   E s /N o   d a t a   t o   a d d r es s   t h e   g a p s   th a t   a r i s e   d u e   t o   th e   ab s e n c e   o f   a   s at e ll i te  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   1 6 9 3 - 6930   T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E l  C o n tr o l ,   Vo l.  24 ,   No .   5 ,  Octo b e r   20 26 :  1 6 3 2 - 1643   1636   c o n n e c ti o n   l in k .   Su b s eq u en t l y ,   d ata  n o r m aliza tio n   is   ca r r ied   o u t,  a  p r o ce d u r e  th at  h a s   b ee n   e x p lo r ed   b y   s ev er al  a u th o r s   [ 2 9 ] ,   [ 3 0 ] .   I n ter p o latio n   is   li m ited   to   d ata  g ap s   o f   u p   to   s ix   m i n u te s .   As  p ar t  o f   th e   n o r m aliza t io n   p r o ce s s ,   th e  s u b tr ac tio n   o f   th e  m ed ia n   v al u e   d er iv ed   f r o m   th e  en tire t y   o f   th e  p r ec ed in g   an d   f o llo w in g   12 - h o u r   d ata  is   co n d u cted   f o r   ev er y   ti m e  s tep .   T h is   m eth o d   i s   i m p le m en te d   to   o p ti m ize  t h e   p er f o r m a n ce   o f   th e  m o d el  th a t  w i ll  b e  e m p lo y ed .   Af ter   i n t er p o latin g   a n d   ex cl u d in g   all  t h e  m is s in g   v alu e s ,   th er e  ar e  a  to tal  o f   2 2 , 4 5 6   s am p les.           Fig u r e  5 .   Flo w   c h ar t o f   th e  r ai n f a ll d etec tio n   m o d el       Af ter   in ter p o latio n   a n d   n o r m al izatio n ,   th e  d ataset  is   d iv id ed   i n to   tr ain i n g   a n d   test in g   s et s .   T h e  m o d el  is   tr ain ed   w it h   d atasets   r a n g in g   f r o m   Dec e m b er   2 0 1 9   to   A p r il  2 0 2 2 .   Fo r   lo n g - ter m   p er f o r m an ce   e v al u atio n ,   we   e m p lo y   d ata  f r o m   J u n e  2 0 2 2   t o   Ma y   2 0 2 3   in   m o d el  test in g .   Dr a w in g   o n   Hab i  an d   Me s s er   [ 2 8 ] ,   w e   b alan ce   t h e  r ai n   an d   d r y   clas s es  i n   b o th   th e   tr ain i n g   a n d   tes tin g   d ataset s   to   e n h an ce   m o d e l  p er f o r m a n ce .   B y   r an d o m l y   r ed u ci n g   th e  n u m b er   o f   d r y   s a m p le s   to   m atc h   th e  n u m b er   o f   r ain   s a m p les,  t h e  u n d e r s a m p li n g   ap p r o ac h   is   u s ed   to   ac q u ir e  a n   eq u alize d   ( 5 0 :5 0 )   class   r atio .   I n   th e  e n d ,   th e   d ataset  co n s is t s   o f   3 , 0 4 6   tr ain in g   s a m p les   an d   4 8 0   test i n g   s a m p les.  Du r i n g   th e  tr ai n i n g   o f   t h e  1 DC N N,   M L P ,   an d   L ST M  m o d els,  a  r an d o m   s elec tio n   o f   2 0 %  o f   t h e  tr ai n in g   d a ta  w as  al lo ca ted   f o r   d ata  v alid atio n   p u r p o s es.  T h is   s u b s et  o f   d ata  w a s   u tili ze d   to   ass e s s   t h e  p er f o r m a n ce   an d   p r o g r ess   o f   t h e  m o d el s   th r o u g h o u t t h e  tr ain i n g   p r o ce s s .     2 . 3 .    B ina ry   cla s s if ica t io n  m o del   I n   th is   s tu d y ,   w e  e x a m in e   th e   p er f o r m a n ce   o f   f iv e   A I   m o d el s   f o r   b in ar y   cla s s i f icatio n .   T h e  1 DC NN   e m p lo y s   P o lz  et  a l. ’ s   co n f i g u r atio n   [ 2 9 ]   f o r   m icr o w a v e - li n k   r ain   d etec tio n   r esear c h .   T h e  ML P   is   e m p lo y ed   b y   u s in g   d e n s e  la y er s   d er i v ed   f r o m   t h e  1 D C NN.   T h e  L ST M  m o d el  in co r p o r ates  t h e  la y er   i n tr o d u ce d   b y   Hab i   an d   Me s s er   [ 2 8 ] ,   em p lo y in g   th e  s a m e  a m o u n t  o f   d en s e   la y er s   a s   t h e  M L P .   T ab le  1   p r esen ts   th e   la y er   co n f i g u r atio n   f o r   th e  1 DC NN,   L ST M,   an d   ML P   m o d els.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E l  C o n tr o l         R a in fa ll d etec tio n   o n   a   tr o p ica l isl a n d   u s in g   a   c o mmu n ica tio n   s a tellite  … ( R a d en   Yu d h a   Ma r d ya n s ya h )   1637   T ab le  1 .   L ay er   co n f i g u r atio n   f o r   th e  1 DC NN,   L ST M,   an d   ML P   m o d els     1 D C N N   M L P   L S T M     L a y e r   A c t i v a t i o n   L a y e r   A c t i v a t i o n   L a y e r   A c t i v a t i o n   L a y e r   c o n f i g u r a t i o n   C o n v   1 D   ( 2 4 , 3 )   R e l u   -   -   -   -   C o n v   1 D   ( 2 4 , 3 )   R e l u   -   -   -   -   M a x   P o o l   1 D   -   -   -   -   -   C o n v   1 D   ( 4 8 , 3 )   R e l u   -   -   -   -   C o n v   1 D   ( 4 8 , 3 )   R e l u   -   -   -   -   M a x   P o o l   1 D   -   -   -   -   -   C o n v   1 D   ( 4 8 , 3 )   R e l u   -   -   -   -   C o n v   1 D   ( 4 8 , 3 )   R e l u   -   -   -   -   M a x   P o o l   1 D   -   -   -   -   -   F l a t t e n   -   -   -   L S T M   ( 1 2 8 )   R e l u   D e n se   ( 6 4 )   R e l u   D e n se   ( 6 4 )   R e l u   D e n se   ( 6 4 )   R e l u   D r o p o u t   ( 0 . 4 )   -   D r o p o u t   ( 0 . 4 )   -   D r o p o u t   ( 0 . 4 )   -   D e n se   ( 6 4 )   R e l u   D e n se   ( 6 4 )   R e l u   D e n se   ( 6 4 )   R e l u   D r o p o u t   ( 0 . 4 )   -   D r o p o u t   ( 0 . 4 )   -   D r o p o u t   ( 0 . 4 )   -   D e n se   ( 1 )   S i g mo i d   D e n se   ( 1 )   S i g mo i d   D e n se   ( 1 )   S i g mo i d   O p t i mi z e r   S G D   ( l e a r n i n g _ r a t   e=   0 . 0 0 6 )   S G D   ( l e a r n i n g _ r a t e   =   0 . 0 0 5 )   A d a m   ( l e a r n i n g _ r a t e   =   0 . 0 0 1 )       Fo r   th e  SVM  an d   R F  m o d els ,   th e  d ef au lt  p ar a m eter s   ar e  ap p lied .   A lth o u g h   SV M  an d   R F  ar e  n o t   class i f ied   as  d ee p   n eu r al  n e t w o r k   tec h n iq u es,  t h e y   ar e  co m m o n l y   u s ed   f o r   h an d li n g   ti m e  s er ies  d ata  an d   b in ar y   cla s s i f icatio n   m o d el s   [ 3 1 ] – [ 3 4 ] .   T h e  p r o ce s s   f o r   ac h i ev in g   t h e  b est   r ain f all  d etec tio n   f o r   ea ch   m o d el  i s   illu s tr ated   in   s ta g e  2   o f   F i g u r e  5 .   W e  tr ain   th e  1 DC NN,   M L P ,   an d   L ST M  m o d els b y   u s i n g   a  b atch   s ize  o f   f o u r   f o r   a  m a x i m u m   o f   1 , 0 0 0   e p o ch s ,   w i th   v a lid atio n   lo s s   m o n ito r in g   b ased   o n   ea r ly   s to p p in g .   T h e  tr ain in g   p r o ce s s   f o r   ea ch   m o d el  in v o lv es  n u m er o u s   iter atio n s ,   w h er ein   th e  tr ain in g   d a ta  ( s p ec if ical l y ,   th e  s elec tio n   o f   d r y   s a m p le s )   is   r a n d o m ized   i n   v ar io u s   w a y s .   T h is   r a n d o m iza tio n   is   p er f o r m ed   r ep ea ted l y   u n til t h e  b es t r es u lts   ar e  o b tain ed .   A ll th e  m o d els a r e  ev alu ated   w it h   t h e  s a m e  s et  o f   test   d ata.     2 . 4 .    M o del  ev a lua t i o n    T h e  f in a l  s ta g e  o f   Fi g u r e  5   i n v o l v ed   t h e  ev a lu at io n   o f   ea ch   m o d el  in   th i s   s tu d y .   T h e  lo n g - ter m   ev alu a tio n   o f   ea c h   clas s i f ica tio n   m o d el  y ie ld s   p r ed ictio n s   th at  ar e  s u b s eq u e n tl y   co m p ar ed   w it h   ac t u al   r ef er en ce   p o in t s .   T h e  o u tco m e   is   a  co n f u s io n   m atr i x   co m p r is in g   tr u e  p o s it iv e s   ( T P ) ,   f alse p o s itiv e s   ( FP ) ,   f alse   n eg at iv e s   ( FN) ,   an d   tr u e  n eg ativ es  ( T N) ,   as   illu s tr ated   in   T ab le  2 .   Mo r e o v er ,   th e  o u tco m es  o f   th e  co n f u s io n   m atr i x   ar e  u tili ze d   to   ca lc u lat e  ev al u atio n   m e tr ics  s u c h   a s   t h e  tr u e   p o s iti v e  r ate  ( T P R ) ,   th e  tr u e  n eg a tiv e   r ate   ( T NR ) ,   th e  o v er all  ac cu r ac y ,   an d   th e  F1   s co r e  f o r   p r ed ictin g   r ain ,   as d ef i n ed   in   T ab le  3 .       T ab le  2 .  C o n f u s io n   m atr i x   o f   b in ar y   clas s i f icatio n   m o d els       P r e d i c t i o n       D r y   R a i n   A c t u a l   D r y   T N :   p r e d i c t e d   d r y ,   a c t u a l   d r y   F P :   p r e d i c t e d   r a i n ,   a c t u a l   d r y   R a i n   F N :   p r e d i c t e d   d r y ,   a c t u a l   r a i n   T P :   p r e d i c t e d   r a i n ,   a c t u a l   r a i n       T ab le  3 .  E v alu atio n   m etr ics eq u atio n s   M e t r i c s   Eq u a t i o n s   T P R   TP T P   +   F N   T N R   TN T N   +   F P   A c c u r a c y   TP +   T N T P   +   T N   +   F P   +   F N   F 1   sco r e   2 T P 2 T P   +   F P   +   F N       I n   ad d itio n   to   th e  af o r e m e n ti o n ed   ev alu at io n   m etr ics,  th e  r ec eiv er   o p er atin g   ch ar ac ter is tic  ( R OC )   cu r v e  an d   th e  ar ea   u n d er   th e  cu r v e  ( AUC)  g r ap h s   ar e  also   u tili ze d   to   d ep ict  th e  p er f o r m an ce   o f   in d iv id u al   b in ar y   cla s s i f icat io n   m o d els  [ 3 5 ] .   T h e  ev al u atio n   en co m p a s s es   all  o n e - y ea r   te s t  d ata  a s   th e  R O C   c u r v e  is   u n a f f ec ted   b y   th e  r atio   o f   d r y   a n d   r ain   p er io d s   [ 2 9 ] .   A   p er f ec t  class i f ier   w ill  b e  lo ca ted   at  th e  u p p er - lef t   co r n er   o f   th e  R O C   s p ac e,   w h i ch   is   at  t h e  co o r d in ates  ( 0 ,   1 ) .   I n   t h e  co n te x t  o f   clas s i f icatio n ,   th e   A U C   m etr ic  in d icate s   th e  li k eli h o o d   o f   a   class if ier   co r r ec tl y   r an k i n g   a  r an d o m l y   ch o s e n   p o s itiv e  in s tan ce   ab o v e  a  r an d o m l y   c h o s e n   n e g at i v e  in s t an ce .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   1 6 9 3 - 6930   T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E l  C o n tr o l ,   Vo l.  24 ,   No .   5 ,  Octo b e r   20 26 :  1 6 3 2 - 1643   1638   As  a  f i n al  ev al u atio n ,   t h e  m o d els ’   co n s is te n c y   o f   p er f o r m a n ce   in   d etec ti n g   d iv er s e  r ain f all  p atter n s   is   ev al u ated   o n   a  s ea s o n al  b as is ,   in   ac co r d an ce   w it h   th e  cli m ato lo g y   o f   Natu n a  I s la n d   [ 3 6 ] ,   [ 3 7 ] .   T h e  p er io d s   ex a m in ed   ar e  Dec e m b er   to   Fe b r u ar y   ( DJ F),   Ma r ch   to   Ma y   ( MA M) ,   J u n e  to   Au g u s t  ( J J A ) ,   an d   Sep tem b er   to   No v e m b er   ( SON)   [ 3 8 ] .   T h is   ev alu a tio n   ai m s   to   ex a m i n e  t h e   co n s is ten c y   o f   t h e  m o d els ’   p er f o r m an ce s   ac r o s s   a  v ar iet y   o f   r ai n f all  p atter n s   in   o n e  y ea r .       3.   RE SU L T S AN D  D I SCU SS I O N     W e  ev alu ate  th e  p er f o r m a n ce   o f   all  th e  m o d els  b y   u s i n g   R R   d ata  s a m p les  f r o m   J u n e  2 0 2 2   to   Ma y   2 0 2 3 ,   as  s h o w n   in   Fi g u r e  6 .   T h ese  s a m p les  h a v e  v ar io u s   a m o u n ts   a n d   in ten s itie s   o f   r ain   ev e n ts   f o r   ea ch   s ea s o n .   Fi g u r e  6 ( a )   p r esen ts   2 , 0 2 9   s am p les  o f   1 3 9   r ain   ev en ts   w ith   a  m ax i m u m   in te n s it y   o f   3 9   m m / h ,   w h ic h   w er e  co llected   b et w ee n   J u n e  an d   Au g u s t  2 0 2 2 .   Fig u r e  6 ( b )   d ep icts   2 , 0 4 3   s am p les  o f   2 1 8   r ain   ev en ts   w it h   a  m ax i m u m   i n te n s it y   o f   3 3 . 7   m m / h   f r o m   Sep te m b er   to   No v e m b er   2 0 2 2 .   Fig u r e  6 ( c )   s h o ws  2 , 0 7 0   s am p les  o f   3 1 4   r ain   ev en ts   w i th   a  m ax i m u m   i n te n s it y   o f   3 0   m m / h   f r o m   Dec e m b er   2 0 2 2   to   Feb r u ar y   2 0 2 3 .   Fig u r e  6 ( d )   p r esen ts   2 , 0 8 0   s a m p le s   o f   1 0 9   r ain   ev e n t s   w it h   a  m a x i m u m   i n te n s it y   o f   3 5   m m / h   f r o m   Ma r ch   to   Ma y   2 0 2 3 .   T h er e  ar e  a  t o tal  o f   7 8 0   r ain   ev en t s   i n   th e  8 , 2 2 2   s a m p les u s e d   to   ev alu ate  th e  m o d els.           ( a)   ( b )           ( c)   ( d )     Fig u r e  6 .  Sa m p les o f   r ai n f all  i n ten s it y   f o r   lo n g - ter m   m o d el  ev alu a tio n ;  ( a)   J u n e – Au g u s t   2 0 2 2 ,     ( b )   Sep tem b er – No v e m b er   2 0 2 2 ,   ( c)   Dec em b er   2022 – Feb r u ar y   2 0 2 3 ,   an d   ( d )   Ma r ch – Ma y   2 0 2 3       T h e  ev alu atio n   o f   th e  b in ar y   class if icatio n   m o d el ’ s   p er f o r m an ce   i s   in itial l y   as s ess ed   th r o u g h   t h e   u tili za t io n   o f   th e  R OC   c u r v e,   w h ich   i n co r p o r ates  v ar io u s   th r es h o ld   v alu e s .   T h is   is   illu s t r ated   in   Fig u r e  7 .   R OC   g r ap h s   ar e  g r ap h ical  r ep r esen tatio n s   th a t  d ep ict  th e  r el atio n s h ip   b et w ee n   th e  T P R   an d   th e  f alse  p o s itiv e   r ate  ( FP R ) .   T h ese  g r ap h s   ar e  t w o - d i m e n s io n al,   w it h   t h e  T PR   r ep r esen ted   o n   t h e  y - a x is   a n d   th e  FP R   p lo tted   o n   th e  x - a x i s .   T h e  T P R ,   also   k n o w n   a s   t h e   h it  r ate  o r   r ec all  r ate,   r ep r esen ts   th e  p r o p o r tio n   o f   co r r ec tl y   p r ed icted   o cc u r r en ce s   o f   r ain   in   r elatio n   to   th e   o v er all  n u m b er   o f   r ain y   e v e n ts .   C o n v er s e l y ,   t h e  FP R ,   o f te n   r ef er r ed   to   as  th e  f al s e  alar m   r ate,   in d icate s   th e  r atio   o f   i n co r r ec tl y   p r ed icted   d r y   ev e n ts   to   th e  to tal  d r y   a m o u n t.  T h e  A U C   d escr ib es  p r ed ictiv e  p er f o r m an ce   ac r o s s   a ll  th e  p o s s ib le  clas s i f icatio n   t h r esh o ld s .   W ith   t h e   ex ce p tio n   o f   th e   SVM  m o d el,   all  th e   m o d els  d e m o n s tr ate  e x ce lle n t  p er f o r m a n ce   a s   b in ar y   clas s i f ier s   i n   r ai n   d etec tio n .   T h is   is   ev id en t  f r o m   t h e  co n v e x   s h ap e  o f   th e  R OC   g r ap h s   an d   th e  A U C   v alu es,  w h ich   ex ce ed   0 . 8   [ 3 9 ] ,   [ 4 0 ] .   T h e  A UC   v al u e s   f o r   th e  1 DC NN,   L ST M,   R F,  ML P ,   an d   SVM  ar e  0 . 8 4 ,   0 . 8 4 ,   0 . 8 3 ,   0 . 8 2 ,   an d   0 . 7 9 ,   r esp ec tiv el y .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E l  C o n tr o l         R a in fa ll d etec tio n   o n   a   tr o p ica l isl a n d   u s in g   a   c o mmu n ica tio n   s a tellite  … ( R a d en   Yu d h a   Ma r d ya n s ya h )   1639       Fig u r e  7 .   T h e  R OC - AUC  g r ap h   o f   m o d el  p er f o r m a n ce       T h e  ev alu atio n   o f   th e  b in ar y   class if icatio n   m o d el ’ s   p er f o r m an ce   i s   in itial l y   as s ess ed   th r o u g h   t h e   u tili za t io n   o f   th e  R OC   c u r v e,   w h ich   i n co r p o r ates  v ar io u s   th r es h o ld   v alu e s .   T h is   is   illu s t r ated   in   Fig u r e  7 .   R OC   g r ap h s   ar e  g r ap h ical   r ep r esen tatio n s   t h at  d ep ict  t h e  r elatio n s h ip   b et w ee n   th e  T P R   an d   th e  FP R .   T h ese   g r ap h s   ar e  t w o - d i m e n s io n al,   w it h   t h e  T P R   r ep r esen ted   o n   th e  y - a x is   a n d   th e  FP R   p lo tted   o n   th e  x - a x i s .   T h e   T P R ,   also   k n o w n   as  t h e  h it  r a te  o r   r ec all  r ate,   r ep r esen ts   th e   p r o p o r tio n   o f   co r r ec tly   p r ed ic ted   o cc u r r en ce s   o f   r ain   in   r elatio n   to   th e  o v er all  n u m b er   o f   r ai n y   e v e n ts .   C o n v er s el y ,   t h e  FP R ,   o f te n   r ef er r ed   to   as th e  f al s e  alar m   r at e,   in d icate s   th e  r atio   o f   i n co r r ec tly   p r ed icted   d r y   ev e n t s   to   th e  to tal  d r y   a m o u n t.  T h e  A UC   d escr ib es   p r ed ictiv e  p er f o r m an ce   ac r o s s   all  t h e  p o s s ib le  clas s i f icati o n   th r es h o ld s .   W ith   th e  e x ce p tio n   o f   t h e  SVM   m o d el,   all  th e  m o d els  d e m o n s tr ate  ex ce l len t  p er f o r m a n ce   as  b in ar y   clas s if ier s   in   r ain   d etec tio n .   T h is   is   ev id en t  f r o m   t h e  co n v ex   s h ap e  o f   th e  R OC   g r ap h s   a n d   th e   A U C   v a lu e s ,   w h ic h   e x ce ed   0 . 8   [ 3 9 ] ,   [ 4 0 ] .   T h e  A U C   v a lu e s   f o r   th e  1 D C NN,   L ST M,   R F,  M L P ,   an d   SVM  ar e  0 . 8 4 ,   0 . 8 4 ,   0 . 8 3 ,   0 . 8 2 ,   an d   0 . 7 9 ,   r esp ec tiv ely .   I n   o r d er   to   ev alu ate  th e  T P R ,   T NR ,   ac cu r ac y ,   a n d   F1   s co r e,   it  is   r eq u ir ed   to   b alan ce   th e  test   d ata  b y   r an d o m l y   r ed u ci n g   th e   n u m b er   o f   d r y   s a m p le s   to   m atc h   t h e  n u m b er   o f   r ain   s a m p les.  Fi g u r e  8   p r ese n ts   t h e  lo n g - ter m   e v alu at io n   m etr ic s   f o r   all  t h e  m o d el s   w it h   a   th r e s h o ld   o f   0 . 5 .   Ov er all,   al l  t h e  m o d els  d eliv er   m o r e  ac cu r ate  p r ed ictio n s   o f   d r y   c o n d itio n s   t h an   r ai n   co n d itio n s ,   as  in d icate d   b y   t h e  f ac t  t h at  th e  T NR   v alu es   ex ce ed   th e  T P R   o n es.  T h is   r e s u lt  is   i n   lin e  w it h   r esear ch   co n d u cted   b y   P o lz  et  a l.   [ 2 9 ] .   T h r ee   m o d els ;  th e   1 DC NN,   L ST M,   an d   R F   ca n   d etec t  r ain   b etter   th an   th e  r est  ac co r d in g   to   th e  T P R   v alu es.  On   av er a g e,   2 9 %  o f   r ain f al l  ev e n ts   ar e  i n co r r ec tl y   d etec ted   b y   th e  L ST M,   3 2 %  b y   t h e  1 DC NN,   an d   3 3 %  b y   t h e  R F,  w h er ea s   t h e  ML P   an d   SVM  i n co r r ec tl y   d etec t 4 7 % a n d   5 2 % o f   r ain   ev en ts ,   r esp ec tiv el y .           Fig u r e  8 .   E v alu atio n   m e tr ics  f o r   all  th e  m o d els       A cc u r ac y   a n d   F1   s co r e  ar e  f u r th er   asp ec t s   o f   ev a lu atio n .   I n   ter m s   o f   ac cu r ac y   p er f o r m an c e,   t h e   1 DC NN,   R F,  a n d   L ST M  m o d els  o u tp er f o r m   t h e  M L P   a n d   SVM  w it h   a n   ac c u r ac y   r an g e  o f   0 . 7 7 – 0 . 7 8 ,   w h ic h   is   h ig h er   t h a n   t h e  v al u es  f o r   th e  M L P   ( 0 . 7 3 )   an d   th e  SV M  ( 0 . 7 1 ) .   C alcu latin g   th e   w e ig h ted   av er a g e  o f   a  m o d el ’ s   ac cu r ac y   ( also   k n o w n   as  p o s itiv e  p r ed icti v e  v al u e)   a n d   r ec all  ( i.e . ,   s en s iti v it y )   y iel d s   th e  F1   s co r e.   I n   o th er   w o r d s ,   th e  F1   s co r e  tak es  i n to   ac co u n t  FP   ( ac tu al  d r y   b u t  p r ed icted   r ain )   an d   FN  ( ac tu al  r ai n   b u t   p r ed icted   d r y )   an d   m o r e  ac cu r atel y   r ef lects  th e  p er f o r m a n ce   o f   a  b in ar y   clas s i f icatio n   m o d el.   Ag ai n ,   th e   1 DC NN,   L ST M,   an d   R F  m o d els  o u tp er f o r m   t h e  o th er   m o d els  i n   d etec ti n g   r ai n ,   w it h   F1   s co r es  r an g i n g   f r o m   0 . 7 5   to   0 . 7 6 ,   w h er ea s   t h e  F1   s co r es o f   th e  M L P   an d   th e  SV M  ar e  0 . 6 6   an d   0 . 6 2 ,   r esp ec tiv el y .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   1 6 9 3 - 6930   T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E l  C o n tr o l ,   Vo l.  24 ,   No .   5 ,  Octo b e r   20 26 :  1 6 3 2 - 1643   1640   A s   a   f in a l   p e r f o r m an c e   ev a lu a t i o n ,   t h e   a c cu r a cy   o f   ea ch   m o d e l   i s   t es t e d   o n   a   s e as o n a l   b a s is .   T h is   e v a lu at i o n   i s   c o n d u ct e d   t o   ex am in e  th e  c o n s is t en cy   o f   th e  m o d e l s ’   p e r f o r m an c es   in   d e t e ct in g   d iv e r s e   r a in f a l l  p a t t e r n s .   F ig u r e   9   s h o w s   th e  p e r f o r m an c e s   o f   th e   ex am in ed   m o d e ls   d u r i n g   th e   J J A ,   S ON ,   D J F ,   an d   MA M  p e r i o d s .   A ll   th e   m o d e ls   h av e   h ig h e r   p e r f o r m an c e s   in   MA M  b e c a u s e   th e  n u m b e r   o f   r a in   ev en ts   in   th e  t es t   d a ta   f o r   t h i s   p e r i o d   i s   th e   l o w es t   co m p a r e d   t o   t h e   o th e r   p e r i o d s .   A c c o r d in g   t o   t h e   r es u l ts   o f   th is   e v alu a t i o n ,   th e  1 D C NN ,   L S T M ,   a n d   R F   c o n s i s t en t ly   o u t p e r f o r m   th e   ML P  a n d   S V M ,   w h ich   h av e   b e en   em p l o y e d   in   p r e v i o u s   s tu d i es   [ 7 ] ,   [ 1 6 ] .   I n   th e  D J F  a n d   MA M  p e r i o d s ,   w h e r e   th e   n u m b e r   o f   r ain   ev en ts   is   h ig h es t   an d   l o w es t ,   r e s p e c t i v e l y ,   t h e   1 D C N N   o u t p e r f o r m s   t h e   L S T M   a n d   R F   w i t h   a c c u r a c y   v a l u e s   o f   0 . 7 6   i n   D J F   a n d   0 . 8 2   i n   M A M .   I n   g e n er al,   th e  p er f o r m a n ce   o f   1 DC NN,   L ST M,   an d   R F,  wh ich   w e  p r o p o s e  as  b in ar y   cla s s i f icatio n   m o d el s   f o r   r ain f all  d etec tio n ,   o u tp er f o r m   t h e  M L P   an d   S VM   as  d ep icted   in   T ab le  4 .   T h e  f in d i n g s   o f   th is   s tu d y   d e m o n s tr ate  th at  1 D C NN,   L ST M,   an d   R F  m o d els   ca n   ef f ec ti v el y   id e n ti f y   r ai n f all  o cc u r r en ce s   o n   tr o p ical  is lan d s .   T h e  R F  m o d el  h as   a  d etec tio n   p r o b ab i lit y   o f   8 3 %,  w h er ea s   b o th   1 D C NN  an d   L ST M  m o d els   h av e  a  d etec tio n   p r o b ab ilit y   o f   8 4 %  ea ch .   C o n s id er in g   t h e  p r esen ce   o f   n u m er o u s   p o ten tial  m i s lab eled   r ain   s a m p les  i n   th e  d ataset,   t h is   r esu lt  is   e x ce lle n t.  T h is   d is cr ep an c y   is   attr ib u ted   to   th e  s ig n i f ica n t  d is tan c e   b et w ee n   UT   an d   R G,   r esu ltin g   in   a  lik eli h o o d   o f   s ev er al  r ain   o cc u r r en ce s   t h at  d if f er   b etw ee n   th e  t w o   s ites .   Fu r t h er m o r e,   th e  p er f o r m a n ce   o f   th e   R F   is   r eliab le  a n d   co m p e titi v e  w h en   co m p ar ed   to   th e  1 DC N N  an d   t h e   L ST M,   d esp ite  th e  f ac t t h at  d e f au lt p ar a m eter s   ar e  u s ed .           Fig u r e  9 .   Seaso n al  ac cu r ac y   p er f o r m an ce   o f   th e  m o d els       T ab le  4 .  C o m p ar is o n   o f   m o d el s ’   p er f o r m a n ce   M o d e l   A U C   A c c u r a c y   F1 - s c o r e   L o n g - t e r m  a c c u r a c y   JJA   S O N   D JF   M A M   1 D C N N   0 . 8 4   0 . 7 8   0 . 7 6   0 . 7 8   0 . 7 8   0 . 7 6   0 . 8 2   L S T M   0 . 8 4   0 . 7 7   0 . 7 6   0 . 7 8   0 . 7 8   0 . 7 5   0 . 8 1   RF   0 . 8 3   0 . 7 8   0 . 7 5   0 . 7 8   0 . 7 7   0 . 7 2   0 . 8 1   M L P   0 . 8 2   0 . 7 3   0 . 6 6   0 . 7 4   0 . 7 3   0 . 6 8   0 . 7 6   S V M   0 . 7 9   0 . 7 1   0 . 6 2   0 . 7 3   0 . 7 0   0 . 6 5   0 . 7 4       4.   CO NCLU SI O N   I n   th i s   ar ticle,   w e  i n v e s ti g ate  A I   tec h n iq u es  b ased   o n   b i n ar y   clas s i f icatio n   to   d etec t  r ai n   f r o m   K u - b an d   co m m u n ica tio n   s atel lite  d o w n l in k   s i g n a ls .   T h e  s tu d y   a r ea   is   lo ca ted   o n   th e  I n d o n esian   I s lan d   o f   Nat u n a,   w h ic h   is   in   th e  tr o p ical  eq u ato r ial  r eg io n .   Ou r   r esear ch   d em o n s tr ate s   th at  s atell ite  d o w n lin k   s ig n a ls   ca n   d etec t   r ain f al l  o n   a  tr o p ical  is lan d .   T h e  r esu lts   o f   t h is   s t u d y   i n d icate   th at  1 D C NN,   L ST M,   an d   R F  m o d els  ar e   ca p ab le  o f   ac cu r atel y   d etec tin g   r ain f all  ev e n t s ,   w i th   a  d etec tio n   r ate  o f   u p   to   8 4 %.  Fu r th er m o r e,   ea ch   m o d el   p r o v id es  co n s is te n c y   o f   p er f o r m an ce   w it h   b etter   ac cu r ac y   i n   d etec tin g   th e  r eg io n ’ s   d iv er s e  r ain f al l  p atter n s   th r o u g h o u t  t h e  y ea r .   I n   t h e  D J F  an d   MA M  p er io d s ,   w h e n   t h e  n u m b er   o f   r ain   e v en ts   is   h ig h e s t  a n d   lo w e s t,   r esp ec tiv el y ,   t h e  1 DC NN   o u t p er f o r m s   all   t h e  o th er   m o d els   w ith   ac cu r ac y   v al u es  o f   0 . 7 6   in   DJ F  an d   0 . 8 2   in   MA M.   T h ese  f i n d i n g s   co n f ir m   t h at  t h e  u s e  o f   AI   m o d el s   f o r   r ain f all  d etec tio n   u s i n g   s at ellite  li n k   s i g n a ls   i s   p r o m i s in g   f o r   tr o p ical  r eg io n s .   C o n s id er i n g   t h e  er r o r s   in   r ai n - dr y   lab elin g   i n   b o th   t h e  tr ai n in g   a n d   test   d ata,   th is   r e s u l t  is   e x ce lle n t .   F u t u r e  r esear ch   is   e x p ec ted   to   u s e   th e   UT   an d   R G  at  t h e  s a m e  lo ca t io n   to   i m p r o v e  t h e   m o d el s ’   ac c u r ac y .   I n   ad d itio n ,   th e  u ti lizatio n   o f   h ig h er   r eso lu tio n   r ain f a ll  in te n s it y   d ata  ca n   b e   a  g r ea t   p o ten tial f o r   r ea l - ti m e  r ai n f a ll  m o n ito r i n g   i n   t h e  tr o p ical  r eg io n .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E l  C o n tr o l         R a in fa ll d etec tio n   o n   a   tr o p ica l isl a n d   u s in g   a   c o mmu n ica tio n   s a tellite  … ( R a d en   Yu d h a   Ma r d ya n s ya h )   1641   ACK NO WL E D G E M E NT S    T h e  r esear ch   is   s u p p o r ted   b y   B ad an   R is et  d an   I n o v asi  Na s io n al ’ s   De g r ee   b y   R e s ea r ch   p r o g r am .   B ad an   Me teo r o lo g i  Kli m ato lo g i  d an   Geo f is i k a  d an   P T .   T el k o m s at  I n d o n e s ia  ar e  also   th a n k ed   f o r   s u p p l y i n g   th e  d ata.         F UNDIN G   I NF O RM AT I O N   T h e  au th o r s   w is h   to   ex p r ess   th eir   ap p r ec iatio n   to   Kem e n d i k b u d r is te k   o f   R ep u b li k   I n d o n esia  f o r   th e   f i n an cia l su p p o r t o f   Hib ah   P en elitian   Di s er tasi   Do k to r   n o .   NKB - 1 1 3 1 /UN2 . R ST /HKP . 0 5 . 0 0 /2 0 2 3 .       AUTHO R  CO NT RIB UT I O NS ST A T E M E NT     T h is   j o u r n al  u s e s   th e  C o n tr ib u to r   R o les  T ax o n o m y   ( C R ed iT )   to   r ec o g n ize  in d i v id u al  au th o r   co n tr ib u tio n s ,   r ed u ce   au t h o r s h ip   d is p u tes,  an d   f ac ilit ate  co lla b o r atio n .       Na m e  o f   Aut ho r   C   M   S o   Va   Fo   I   R   D   O   E   Vi   Su   P   Fu   R ad en   Y u d h a  Ma r d y a n s y a h   ✓   ✓   ✓   ✓   ✓   ✓   ✓   ✓   ✓   ✓   ✓         B u d h y   K u r n ia w an     ✓                   ✓     ✓   ✓   ✓   San to s o   So ek ir n o     ✓                   ✓     ✓     ✓   Dan a n g   E k o   Nu r y a n to   ✓   ✓       ✓           ✓     ✓       Fer r y   B u d h i S u s e t y o           ✓           ✓     ✓         C   :    C o n c e p t u a l i z a t i o n   M   :    M e t h o d o l o g y   So   :    So f t w a r e   Va   :    Va l i d a t i o n   Fo   :    Fo r mal   a n a l y si s   I   :    I n v e st i g a t i o n   R   :    R e so u r c e s   D   :   D a t a   C u r a t i o n   O   :   W r i t i n g   -   O r i g i n a l   D r a f t   E   :   W r i t i n g   -   R e v i e w   &   E d i t i n g   Vi   :    Vi su a l i z a t i o n   Su   :    Su p e r v i si o n   P   :    P r o j e c t   a d mi n i st r a t i o n   Fu   :    Fu n d i n g   a c q u i si t i o n         CO NF L I C T   O F   I N T E R E S T   ST A T E M E NT   T h e  au th o r s   s tate  n o   co n f lict o f   in ter est .       DATA AV AI L AB I L I T Y    T h e  d ata  th at  s u p p o r t  th e  f i n d i n g s   o f   t h is   s tu d y   ar e  av ailab le  f r o m   t h e  co r r esp o n d in g   a u t h o r ,   R . Y. M. ,   u p o n   r ea s o n ab le  r eq u est .        RE F E R E NC E S   [ 1 ]   R .   T .   H i t c h c o c k ,   “ R a d i o ‐ F r e q u e n c y   a n d   M i c r o w a v e   R a d i a t i o n , ”   Pa t t y ’ s  T o x i c o l o g y .   W i l e y ,   p p .   1 3 3 – 1 6 8 ,   A u g .   1 7 ,   2 0 1 2 .   d o i :   1 0 . 1 0 0 2 / 0 4 7 1 4 3 5 1 3 9 . t o x 1 0 1 . p u b 2 .   [ 2 ]   I EEE,   “ I EEE  S t a n d a r d   L e t t e r   D e si g n a t i o n s   f o r   R a d a r - F r e q u e n c y   B a n d s, ”   2 0 0 2 .   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / I EEEST D . 2 0 0 3 . 9 4 2 2 4 .   [ 3 ]   G .   J.  G .   U p t o n ,   A .   R .   H o l t ,   R .   J.  C u m mi n g s,   A .   R .   R a h i m i ,   a n d   J.   W .   F .   G o d d a r d ,   “ M i c r o w a v e   l i n k s:   T h e   f u t u r e   f o r   u r b a n   r a i n f a l l   me a su r e me n t ? , ”   A t m o s p h e r i c   Re s e a r c h ,   v o l .   7 7 ,   n o .   1 - 4   S P E C .   I S S . ,   p p .   3 0 0 – 3 1 2 ,   2 0 0 5 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . a t mo sr e s.2 0 0 4 . 1 0 . 0 0 9 .   [ 4 ]   R .   O l se n ,   D .   R o g e r s,  a n d   D .   H o d g e ,   “ T h e   a R b   r e l a t i o n   i n   t h e   c a l c u l a t i o n   o f   r a i n   a t t e n u a t i o n , ”   I E EE   T ra n s a c t i o n s   o n   A n t e n n a s   a n d   Pro p a g a t i o n ,   v o l .   2 6 ,   n o .   2 ,   p p .   3 1 8 – 3 2 9 ,   1 9 7 8 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / T A P . 1 9 7 8 . 1 1 4 1 8 4 5 .   [ 5 ]   A .   H .   M a r b l e st o n e ,   G .   W a y n e ,   a n d   K .   P .   K o r d i n g ,   “ T o w a r d   a n   I n t e g r a t i o n   o f   D e e p   L e a r n i n g   a n d   N e u r o sci e n c e , ”   Fr o n t i e rs  i n   C o m p u t a t i o n a l   N e u r o sc i e n c e ,   v o l .   1 0 ,   2 0 1 6 ,   d o i :   1 0 . 3 3 8 9 / f n c o m. 2 0 1 6 . 0 0 0 9 4 .   [ 6 ]   E.   A d i r o si   e t   a l . ,   “ Ex p l o i t i n g   sa t e l l i t e   K a   a n d   K u   l i n k s  f o r   t h e   r e a l - t i me   e st i mat i o n   o f   r a i n   i n t e n si t y , ”   i n   2 0 1 7   3 2 n d   G e n e r a l   Assemb l y   a n d   S c i e n t i f i c   S y m p o si u m   o f   t h e   I n t e rn a t i o n a l   U n i o n   o f   R a d i o   S c i e n c e ,   U R S I   G A S S   2 0 1 7 ,   2 0 1 7 ,   v o l .   2 0 1 7 - J a n u a ,   p p .   1 – 4 ,   d o i :   1 0 . 2 3 9 1 9 / U R S I G A S S . 2 0 1 7 . 8 1 0 5 1 2 8 .   [ 7 ]   A .   G h a r a n j i k ,   M .   R .   B h a v a n i   S h a n k a r ,   F .   Z i mm e r ,   a n d   B .   O t t e r st e n ,   “ C e n t r a l i z e d   r a i n f a l l   e st i mat i o n   u s i n g   c a r r i e r   t o   n o i se   o f   sat e l l i t e   c o mm u n i c a t i o n   l i n k s , ”   I EEE   J o u r n a l   o n   S e l e c t e d   A re a s  i n   C o m m u n i c a t i o n s ,   v o l .   3 6 ,   n o .   5 ,   p p .   1 0 6 5 – 1 0 7 3 ,   2 0 1 8 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / JS A C . 2 0 1 8 . 2 8 3 2 7 9 8 .   [ 8 ]   A .   G h a r a n j i k ,   K .   V .   M i s h r a ,   B .   S h a n k a r ,   a n d   B .   O t t e r st e n ,   “ L e a r n i n g - b a se d   r a i n f a l l   e st i ma t i o n   v i a   c o mm u n i c a t i o n   sa t e l l i t e   l i n k s , ”   i n   2 0 1 8   I EEE  S t a t i s t i c a l   S i g n a l   Pr o c e ssi n g   Wo r k s h o p ,   S S P  2 0 1 8 ,   2 0 1 8 ,   p p .   1 1 5 – 1 1 9 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / S S P . 2 0 1 8 . 8 4 5 0 7 2 6 .   [ 9 ]   L .   X u ,   X .   S h e n ,   D .   D .   H u a n g ,   X .   F e n g ,   a n d   W .   W a n g ,   “ T o mo g r a p h i c   r e c o n s t r u c t i o n   o f   r a i n f a l l   f i e l d s  u si n g   s a t e l l i t e   c o mm u n i c a t i o n   l i n k s , ”   i n   2 0 1 7   2 3 r d   As i a - P a c i f i c   C o n f e re n c e   o n   C o m m u n i c a t i o n s  ( AP C C ) ,   2 0 1 7 ,   p p .   1 – 5 ,   d o i :   1 0 . 2 3 9 1 9 / A P C C . 2 0 1 7 . 8 3 0 3 9 8 6 .   [ 1 0 ]   T .   R o ssi ,   M .   D e   S a n c t i s,   S .   D i   D o me n i c o ,   M .   R u g g i e r i ,   a n d   E.   C i a n c a ,   “ Ex p e r i me n t a l   M o d e l   o f   R a i n f a l l   R a t e   Es t i mat i o n   T h r o u g h   t h e   O p p o r t u n i s t i c   U se   o f   Q - /V - B a n d   S a t e l l i t e   L i n k s , ”   I EEE   T r a n s a c t i o n s o n   Ae r o sp a c e   a n d   E l e c t r o n i c   S y s t e m s ,   v o l .   5 8 ,   n o .   5 ,   p p .   3 8 0 2 – 3 8 0 9 ,   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / T A ES.2 0 2 2 . 3 1 6 3 1 2 8 .   [ 1 1 ]   E.   A d i r o si   e t   a l . ,   “ Ev a l u a t i o n   o f   r a i n f a l l   Ee st i mat i o n   d e r i v e d   f r o m  c o mm e r c i a l   i n t e r a c t i v e   D V B   r e c e i v e r s  u si n g   d i s d r o me t e r ,   r a i n   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.