深度学习可以在不到一秒的时间内预测海啸的影响

源(年代)
理化研究所
蓝色大浪
Markush怀中/伤风

深度学习可以大幅缩短预测大型海啸高度和范围所需的时间,从而挽救生命。

关于一场即将到来的海啸将如何影响日本东北海岸线的详细预测可以在不到一秒钟的时间内做出,而不是半小时左右——这为人们采取适当行动赢得了宝贵的时间。这项潜在的救命技术利用了机器学习的力量。

2011年3月11日袭击日本东北部的灾难性海啸夺去了约18500人的生命。如果海啸即将来临的早期预警包括准确预测在海岸线和内陆不同地点的水位会达到多高的话,许多生命可能会得救。

海岸现在拥有世界上最大的监测海底运动的传感器网络。这个网络由150个海上监测站组成,提供海啸的早期预警。但要有意义,传感器产生的数据需要转换成海啸在海岸线上的高度和范围。

这通常需要数值求解困难的非线性方程,在一台标准计算机上通常需要大约30分钟。但2011年的海啸在地震发生仅45分钟后就袭击了部分沿海地区。

现在,RIKEN预测科学实验室的Iyan Mulia及其同事已经使用机器学习将计算时间缩短到一秒钟以内。

Mulia解释说:“我们方法的主要优势是预测的速度,这对早期预警至关重要。”“传统的海啸模型提供30分钟后的预测,这太晚了。但我们的模型可以在几秒钟内做出预测。”

由于海啸很少发生,该团队使用3000多个计算机生成的海啸事件来训练他们的机器学习系统。然后他们用480个其他海啸场景和3个实际海啸进行了测试。他们的基于机器学习的模型可以在计算量仅为1%的情况下达到类似的精度。

同样的深度学习方法也可以用于其他时间至关重要的灾难场景。“天无极限——你可以将这种方法应用于任何一种时间限制非常有限的灾难预测,”Mulia说,他第一次对研究海啸感兴趣是在2004年印度洋海啸摧毁了他的祖国印度尼西亚的沿海地区之后。“我现在正在研究风暴潮预测,也是使用机器学习。”

Mulia指出,这种方法只对高度超过1.5米的大海啸准确,所以他和他的团队现在正在寻求提高对较小海啸的精度。

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