Волны-изгои - предмет морских легенд, но когда они случаются, то могут нанести большой ущерб кораблям и нефтяным вышкам. Ученые из Университета Виктории и Копенгагенского университета использовали искусственный интеллект, чтобы лучше их предсказывать.
Волна-изгой, которую иногда называют "волной-монстром", - это океанская волна, высота которой более чем в два раза превышает высоту других волн вокруг нее. За всю историю мореплавания ходило множество историй о том, как эти волны удивляли корабли.
Первое зарегистрированное свидетельство наличия "шальной волны" было зафиксировано в 1995 году, когда 26-метровая волна обрушилась на норвежскую нефтяную платформу Draupner. С тех пор от волн-изгоев пострадали шесть круизных судов.
Все они получили повреждения, есть сообщения о пострадавших, а один пассажир на борту судна Viking Polaris погиб в результате столкновения в декабре 2022 года.
Из-за кажущейся случайности возникновения "блуждающих волн" ученым было трудно найти способ предсказать, когда и где они могут возникнуть. Применение машинного обучения к этой проблеме дает многообещающие результаты, согласно новому исследованию научная статья.
Ответ искусственного интеллекта недостаточен
Исследователи хотели найти комбинации океанических и метеорологических условий, которые можно было бы определить как причину возникновения "шальных" волн. Они применили машинное обучение к огромному количеству данных в наборе данных Free Ocean Wave Dataset (FOWD).
FOWD - это каталог из более чем 4 миллиардов волн, собранных с буев в 158 точках по всему миру, а также данные о ветре, температуре поверхности моря и барометрическом давлении.
Нейронная сеть, которую обучили исследователи, может предсказать вероятность возникновения "шальной волны" на основе набора океанических и погодных условий.
ИИ-предсказатель такого рода - это в значительной степени "черный ящик". Он может дать вам нужный ответ, но ученым этого часто бывает недостаточно. Они хотят знать, как он приходит к своим прогнозам.
Ученые любят уравнения, поэтому они использовали машинное обучение, чтобы создать одно из них.
Символическая регрессия
Символьная регрессия - это техника машинного обучения, которая используется для поиска уравнения, подходящего к набору данных.
Если ваш искусственный интеллект выводит 4 каждый раз, когда вы вводите 2, и 8, когда вы вводите 4, то с помощью символьной регрессии можно вывести уравнение, которое приближенно отражает работу искусственного интеллекта, например, "выход = вход x 2".
Чтобы найти уравнение для предсказания волны-изгоя, ученые начали с популяции случайно сгенерированных уравнений.
С помощью машинного обучения уравнениям подавались те же волновые данные, они оптимизировались и перегонялись, пока не получилось уравнение, которое давало те же результаты, что и модель предсказания ИИ.
С помощью этого уравнения они смогли определить, какие аспекты волнения и атмосферных условий имеют причинно-следственную связь с возникновением волн-изгоев.
Это исследование поможет синоптики Обеспечить более точное прогнозирование волн-изгоев и сделать коммерческое судоходство более безопасным.
