Connect with us

Hi, what are you looking for?

Наука и технологии

ИИ нашел формулу прогнозирования гигантских волн, используя данные за 700 лет

ИИ нашел формулу прогнозирования гигантских волн, используя данные за 700 лет
ИИ нашел формулу прогнозирования гигантских волн, используя данные за 700 лет

Давно считавшийся мифом, чудовищно большие волны-убийцы вполне реальны и могут расколоть корабли на части и даже повредить нефтяные вышки. Используя данные о более чем миллиарде волн за 700 лет, ученые из Университета Копенгагена и Университета Виктории использовали искусственный интеллект, чтобы найти формулу, позволяющую предсказать появление этих морских монстров. Новые знания могут сделать судоходство безопаснее.

Истории о волнах-монстрах , называемых волнами-убийцами, были преданиями моряков на протяжении веков. Но когда в 1995 году волна-убийца высотой 26 метров обрушилась на норвежскую нефтяную платформу Драупнер, цифровые инструменты смогли поймать и измерить чудовище Северного моря. Это был первый случай, когда аномальное океанское волнение было измерено и предоставлено научное доказательство того, что аномальные океанские волны действительно существуют.

С тех пор эти экстремальные волны стали предметом многочисленных исследований. И теперь исследователи из Института Нильса Бора при Копенгагенском университете использовали методы искусственного интеллекта, чтобы открыть математическую модель , которая дает рецепт того, как — и не в последнюю очередь — когда — могут возникать волны-убийцы.

С помощью огромных объемов больших данных о движении океана исследователи могут предсказать вероятность того, что в любой момент времени их ударит огромная волна в море.

«По сути, когда возникает одна из этих гигантских волн, это просто очень невезение. Они вызваны сочетанием многих факторов, которые до сих пор не были объединены в единую оценку риска. В исследовании мы нанесли на карту причинные переменные. которые создают волны-убийцы, и использовали искусственный интеллект , чтобы собрать их в модели, которая может рассчитать вероятность образования волн-убийц», — говорит Дион Хефнер.

Хефнер — бывший доктор философии. студент Института Нильса Бора и первый автор научного исследования, которое было опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences ( PNAS ).

Волны-убийцы случаются каждый день

В своей модели исследователи объединили доступные данные о движении океана и состоянии моря, а также глубины воды и батиметрическую информацию. Самое главное, данные о волнах были собраны с буев в 158 различных местах вдоль побережья США и заморских территорий, которые собирают данные 24 часа в сутки. В совокупности эти данные — более чем о миллиарде волн — содержат информацию о высоте волн и состоянии моря за 700 лет.

Исследователи проанализировали множество типов данных, чтобы найти причины возникновения волн-убийц, определяемых как волны, которые как минимум в два раза превышают окружающие волны, включая экстремальные волны-убийцы, высота которых может превышать 20 метров. С помощью машинного обучения они преобразовали все это в алгоритм, который затем применили к их набору данных.

«Наш анализ показывает, что аномальные волны возникают постоянно. Фактически, в нашем наборе данных мы зарегистрировали 100 000 волн, которые можно определить как волны-убийцы. Это эквивалентно примерно одной гигантской волне, возникающей каждый день в любом случайном месте океана. Однако , это не все волны-монстры огромных размеров», — объясняет Йоханнес Геммрих, второй автор исследования.

Искусственный интеллект как учёный

В исследовании исследователям помог искусственный интеллект. Они использовали несколько методов искусственного интеллекта, включая символическую регрессию, которая выдает на выходе уравнение, а не просто возвращает один прогноз, как это делают традиционные методы искусственного интеллекта.

Изучив более 1 миллиарда волн, алгоритм исследователей проанализировал свой собственный способ поиска причин возникновения волн-убийц и свел его в уравнение, описывающее рецепт возникновения волны-убийцы. ИИ изучает причинно-следственную связь проблемы и сообщает эту причинно-следственную связь людям в форме уравнения, которое исследователи могут проанализировать и включить в свои будущие исследования.

«На протяжении десятилетий Тихо Браге собирал астрономические наблюдения , из которых Кеплер методом проб и ошибок смог извлечь законы Кеплера. Дион использовал машины, чтобы делать с волнами то же, что Кеплер делал с планетами. Меня до сих пор шокирует то, что что-то вроде это возможно», — говорит Маркус Йохум.

Феномен, известный с 1700-х годов.

Новое исследование также противоречит общепринятому представлению о том, что вызывает волны-убийцы. До сих пор считалось, что наиболее распространенной причиной возникновения волны-убийцы является то, что одна волна ненадолго объединяется с другой и крадет ее энергию, заставляя одну большую волну двигаться дальше.

Однако исследователи установили, что наиболее доминирующим фактором в материализации этих странных волн является то, что известно как «линейная суперпозиция». Явление, известное с 1700-х годов, возникает, когда две волновые системы пересекаются и усиливают друг друга в течение короткого периода времени.

«Если две волновые системы встречаются в море таким образом, что увеличивается вероятность образования высоких гребней, за которыми следуют глубокие впадины, возникает риск чрезвычайно больших волн. Это знание существует уже 300 лет и которое мы теперь подтверждаем данными. », — говорит Дион Хефнер.

Безопасная доставка

Алгоритм исследователей является хорошей новостью для судоходной отрасли, которая в любой момент времени насчитывает около 50 000 грузовых судов , курсирующих по планете. Действительно, с помощью алгоритма можно будет предсказать, когда появится эта «идеальная» комбинация факторов, которая повысит риск возникновения огромной волны, которая может представлять опасность для любого, кто находится в море.

«Поскольку судоходные компании планируют свои маршруты заранее, они могут использовать наш алгоритм, чтобы получить оценку риска того, есть ли вероятность встречи с опасными волнами-убийцами на этом пути. На основании этого они могут выбирать альтернативные маршруты», — говорит Дион Хефнер. .

И алгоритм, и исследования общедоступны, как и данные о погоде и волнах, предоставленные исследователями. Поэтому Дион Хефнер говорит, что заинтересованные стороны, такие как государственные органы и метеорологические службы, могут легко начать рассчитывать вероятность возникновения волн-убийц. И в отличие от многих других моделей, созданных с помощью искусственного интеллекта, все промежуточные вычисления в алгоритме исследователей прозрачны.

«ИИ и машинное обучение, как правило, представляют собой черные ящики, которые не улучшают человеческое понимание. Но в этом исследовании Дион использовал методы ИИ, чтобы преобразовать огромную базу данных наблюдений за волнами в новое уравнение для вероятности возникновения волн-убийц, которое можно легко понять . людьми и связаны с законами физики», — заключает профессор Маркус Йохум, научный руководитель и соавтор диссертации Дион.

Теги: ИИ, океан

В тренде