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        【行業(yè)資訊】人工智能有效預(yù)測地表臭氧水平

        共 1737字,需瀏覽 4分鐘

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        2021-07-07 12:07

        正文共:1585字-4圖

        預(yù)計閱讀時間:4分鐘


        現(xiàn)在可以提前兩周準(zhǔn)確預(yù)測地球?qū)α鲗樱ㄎ覀兇髿鈱拥淖畹退剑┲械某粞跛?,這比目前只能提前三天準(zhǔn)確預(yù)測臭氧水平的系統(tǒng)有了顯著改進(jìn)。





        休斯頓大學(xué)空氣質(zhì)量預(yù)測和建模實驗室開發(fā)的新人工智能(AI)系統(tǒng)可以改進(jìn)控制高臭氧問題的方法,甚至有助于解決氣候變化問題。


        “這是非常具有挑戰(zhàn)性的。以前沒有人這樣做過。我相信我們是第一個嘗試提前兩周預(yù)測地表臭氧水平的人。” UH自然科學(xué)學(xué)院大氣化學(xué)和人工智能深度學(xué)習(xí)教授 Yunsoo Choi(崔)說。其研究結(jié)果發(fā)表在科學(xué)期刊《科學(xué)報告-自然》線上版。

        臭氧是一種無色氣體,在正確的位置和數(shù)量上有幫助。作為地球平流層(“臭氧層”)的一部分,它通過過濾來自太陽的紫外線輻射來保護(hù)人類。但是當(dāng)?shù)厍虮砻娓浇某粞鯘舛群芨邥r,它對人類肺和心臟是有毒的。

        “臭氧是一種二次污染物,它會對人類產(chǎn)生不良影響,”博士生Alqamah Sayeed解釋說,他是Choi實驗室的研究員,也是該研究論文的第一作者。接觸會導(dǎo)致喉嚨刺激、呼吸困難、哮喘,甚至呼吸道損傷。有些人特別容易受到影響,包括非常年輕的人、老年人和慢性病患者。

        臭氧水平已成為每日天氣報告的常見部分。但與可以合理準(zhǔn)確地提前 14 天進(jìn)行的天氣預(yù)報不同,臭氧水平只能提前兩三天進(jìn)行預(yù)測——直到全新突破。

        預(yù)測方面的巨大改進(jìn)只是這項新研究故事的一部分。另一個是團(tuán)隊如何做到這一點。傳統(tǒng)預(yù)測使用數(shù)值模型,這意味著研究是基于大氣中氣體和流體運動的方程。

        對于崔和他的團(tuán)隊來說,這些限制是顯而易見的。數(shù)值過程很慢,獲得結(jié)果的成本很高,而且精度有限?!霸谇叭旌?,數(shù)值模型的準(zhǔn)確性開始下降,” Choi 說。

        研究團(tuán)隊在開發(fā)機(jī)器學(xué)習(xí)算法時使用了獨特的損失函數(shù)。損失函數(shù)通過將決策映射到相關(guān)成本來幫助優(yōu)化 AI 模型。在這個項目中,研究人員使用一致性指數(shù)(稱為 IOA)作為 AI 模型相對于傳統(tǒng)損失函數(shù)的損失函數(shù)。IOA 是對預(yù)期與實際結(jié)果之間差距的數(shù)學(xué)比較。

        換句話說,隨著團(tuán)隊成員逐漸完善程序的反應(yīng),他們將歷史臭氧數(shù)據(jù)添加到試驗中。數(shù)值模型和作為損失函數(shù)的 IOA 的結(jié)合最終使 AI 算法能夠通過識別之前在類似情況下發(fā)生的事情來準(zhǔn)確預(yù)測現(xiàn)實生活中臭氧條件的結(jié)果。這很像人類記憶的建立方式。

        “想像一個小男孩,他看到桌上的一杯熱茶,出于好奇而試圖去觸摸它。當(dāng)孩子觸摸杯子的那一刻,他意識到它是熱的,不應(yīng)該直接觸摸。通過那次經(jīng)歷,孩子已經(jīng)訓(xùn)練了他的思想?!辟惲x德說?!皬囊粋€非?;镜囊饬x上講,它與 AI 相同。你提供輸入,計算機(jī)給你輸出。經(jīng)過多次重復(fù)和修正,這個過程隨著時間的推移不斷完善,AI 程序開始‘知道’如何應(yīng)對之前已經(jīng)出現(xiàn)過的情況。在基本層面上,人工智能的發(fā)展方式與孩子學(xué)會了不要急于搶下一杯熱茶的方式相同?!?/section>

        在實驗室中,該團(tuán)隊使用了四到五年的臭氧數(shù)據(jù),Sayeed 將其描述為“一個不斷發(fā)展的過程”,教人工智能系統(tǒng)識別臭氧條件并估計預(yù)測,隨著時間的推移變得越來越好。

        “將深度學(xué)習(xí)應(yīng)用于空氣質(zhì)量和天氣預(yù)報就像在尋找圣杯,如同在電影中一樣。”動作情節(jié)的忠實粉絲崔說?!霸趯嶒炇依?,我們經(jīng)歷了幾年的艱難時期。有一個過程。最后,我們抓住了圣杯。這個系統(tǒng)有效。人工智能模型‘理解’如何預(yù)測。盡管工作了多年,不知何故,即使在今天,它仍然讓我感到驚訝?!?/section>

        在實驗室的成功可以帶來現(xiàn)實世界的服務(wù)之前,許多商業(yè)步驟在世界可以從這一發(fā)現(xiàn)中受益之前先行一步。

        “如果你知道未來——在這種情況下空氣質(zhì)量——你可以為社區(qū)做很多事情。對這個星球來說可能非常關(guān)鍵。誰知道?也許我們可以找出解決氣候變化問題的方法。未來可能會超越天氣預(yù)報和臭氧預(yù)測。這有助于確保地球安全。”崔說。


        對于任何好的動作故事來說,這聽起來都是一個圓滿的結(jié)局。


        來源 | Ai時代前沿

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