AI predviđa pojavu abnormalno velikih valova

Koristeći 700 godina vrijedne podatke iz više od milijardu valova, znanstvenici s danskog Sveučilišta u Kopenhagenu i Sveučilišta Victoria upotrijebili su umjetnu inteligenciju kako bi pronašli formulu kako predvidjeti pojavu ovih pomorskih čudovišta.

Priče o čudovišnim valovima bile su priča mornara stoljećima. No, kada je 26 metara visok val udario u norvešku naftnu platformu Draupner 1995. godine, digitalni instrumenti su bili tu da uhvate i izmjere čudovište Sjevernog mora. Bilo je to prvi put da smo dobili znanstvene dokaze da abnormalni oceanski valovi stvarno postoje.

Od tada su ti ekstremni valovi bili predmet mnogih proučavanja. A sada su istraživači s Instituta Niels Bohr Sveučilišta u Kopenhagenu upotrijebili metode umjetne inteligencije kako bi otkrili matematički model koji daje recept za to kako i kada mogu nastati čudovišni valovi.

Uz pomoć golemih količina podataka o gibanju oceana, istraživači mogu predvidjeti vjerojatnost da neko područje na moru u bilo kojem trenutku udariti čudovišni val.

"U osnovi, to je samo loša sreća kada vas jedan od ovih divovskih valova pogodi. Oni su uzrokovani kombinacijom mnogih čimbenika koji do sada nisu bili kombinirani u jedinstvenu procjenu rizika. U studiji smo mapirali uzročne varijable koji stvaraju takve valove i upotrijebili umjetnu inteligenciju da ih skupi u model koji može izračunati vjerojatnost formiranja", kaže Dion Häfner, prvi autor znanstvene studije koja je objavljena u časopisu PNAS.

U svom modelu istraživači su kombinirali dostupne podatke o gibanju oceana i stanju mora, kao i o dubinama vode i batimetrijske podatke. Ono što je najvažnije, podaci o valovima prikupljeni su s plutača na 158 različitih lokacija oko američkih obala i prekomorskih teritorija koje prikupljaju podatke 24 sata dnevno. Kada se kombiniraju, ovi podaci iz više od milijardu valova, sadrže informacije o visini valova i stanju mora za 700 godina.

Istraživači su analizirali mnoge vrste podataka kako bi pronašli uzroke takvih valova koji su najmanje dvostruko viši od okolnih valova, uključujući ekstremne valove koji mogu biti visoki preko 20 metara. Sa strojnim učenjem sve su to transformirali u algoritam koji je zatim primijenjen na njihov skup podataka.

"Naša analiza pokazuje da se abnormalni valovi pojavljuju cijelo vrijeme. Zapravo, registrirali smo 100.000 valova u našem skupu podataka koji se mogu definirati čudovišni valovi. To je ekvivalent otprilike 1 čudovišnog vala koji se pojavljuje svaki dan na bilo kojoj nasumičnoj lokaciji u oceanu. Međutim, nisu svi čudovišni valovi ekstremne veličine," objašnjava Johannes Gemmrich, drugi autor studije.

U istraživanju su istraživači koristili  nekoliko metoda umjetne inteligencije, uključujući simboličku regresiju koja daje jednadžbu kao izlaz, umjesto da vraća samo jedno predviđanje kao što to čine tradicionalne metode umjetne inteligencije.

Ispitivanjem više od milijarde valova, algoritam istraživača analizirao je vlastiti način pronalaženja ekstremnih valova i kondenzirao ga u jednadžbu koja opisuje recept za takav val. AI uči uzročnost problema i komunicira tu uzročnost ljudima u obliku jednadžbe koju istraživači mogu analizirati i uključiti u svoja buduća istraživanja.

Nova studija također razbija uobičajenu percepciju o tome što uzrokuje takve valove. Do sada se vjerovalo da je najčešći uzrok kada se jedan val nakratko spoji s drugim i ukrade mu energiju, uzrokujući da jedan veliki val krene dalje.

Međutim, istraživači utvrđuju da je najdominantniji faktor u materijalizaciji ovih čudnih valova ono što je poznato kao "linearna superpozicija". Fenomen, poznat od 1700-ih, događa se kada dva valna sustava prelaze jedan preko drugog i pojačavaju jedan drugoga na kratko vrijeme.

"Ako se dva sustava valova susreću na moru na način koji povećava mogućnost stvaranja visokih vrhova praćenih dubokim dolinama, javlja se rizik od iznimno velikih valova. To je znanje koje postoji već 300 godina i koje sada podupiremo podacima ”, kaže Dion Häfner.

Algoritam istraživača dobra je vijest za pomorsku industriju, koja u svakom trenutku ima otprilike 50.000 teretnih brodova koji plove oko planeta. Uz pomoć algoritma bit će moguće predvidjeti kada će biti prisutna ova "savršena" kombinacija faktora kako bi se povećao rizik od čudovišnog vala koji bi mogao predstavljati opasnost za bilo koga na moru.

"Budući da brodarske tvrtke planiraju svoje rute puno unaprijed, mogu koristiti naš algoritam da dobiju procjenu rizika o tome postoji li šansa da na putu naiđu na opasne valove i na temelju toga mogu odabrati alternativne rute", kaže Häfner.