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氣象狀況與人們生產(chǎn)生活息息相關(guān)，精準(zhǔn)的氣象預(yù)報(bào)能為人們生產(chǎn)生活提供科學(xué)準(zhǔn)確的決策指導(dǎo)和服務(wù)。隨著智能化時(shí)代的到來(lái)，人們依托先進(jìn)技術(shù)手段建立起各種預(yù)測(cè)天氣的方式，人工智能技術(shù)的身影也在氣象預(yù)測(cè)領(lǐng)域日漸活躍。

　　5月15日，在北京國(guó)家氣象中心舉辦的一場(chǎng)氣象預(yù)報(bào)論壇上，來(lái)自上海眼控科技股份有限公司人工智能研究院的專(zhuān)家博士分享了眼控科技最新的氣象預(yù)測(cè)技術(shù)研究成果。此次技術(shù)分享得到了參會(huì)的三百多名氣象領(lǐng)域的專(zhuān)家學(xué)者、氣象愛(ài)好者的一致好評(píng)，引發(fā)業(yè)界的熱烈討論。眼控科技人工智能研究院究竟在氣象預(yù)測(cè)技術(shù)上有著怎樣的突破，會(huì)引發(fā)如此大的反響？

????AI賦能數(shù)值模式，氣象預(yù)測(cè)精準(zhǔn)度大幅提升

　　數(shù)值模式預(yù)報(bào)是根據(jù)大氣運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)模型，利用當(dāng)前天氣狀況作為輸入數(shù)據(jù)而做出天氣預(yù)報(bào)的手段，通常使用超級(jí)計(jì)算機(jī)或分布式計(jì)算集群依據(jù)一系列動(dòng)力學(xué)框架來(lái)完成計(jì)算。天氣數(shù)值模式的輸出是矩陣形式，可以用圖像的方式可視化。同一片區(qū)域矩陣數(shù)值越密集，代表這個(gè)區(qū)域預(yù)測(cè)的細(xì)致程度越高。

　　對(duì)于局部區(qū)域來(lái)說(shuō)，精細(xì)化預(yù)報(bào)結(jié)果可以提供更為豐富的信息。從應(yīng)用角度，精細(xì)化預(yù)報(bào)將預(yù)報(bào)精度從城市級(jí)別提升到所在地點(diǎn)經(jīng)緯度級(jí)別；從研究角度，精細(xì)化預(yù)報(bào)不僅提供了某個(gè)地點(diǎn)從地面到大氣層頂?shù)臍鉁?、降水、風(fēng)向、風(fēng)速基本氣象要素，還為進(jìn)一步研究影響這一地點(diǎn)的各種復(fù)雜天氣現(xiàn)象提供了可能。近年來(lái)各個(gè)行業(yè)對(duì)數(shù)值預(yù)報(bào)精細(xì)化需求越來(lái)越高。

　　眼控科技人工智能研究院專(zhuān)家在國(guó)家氣象中心的氣象論壇上分享了人工智能技術(shù)在數(shù)值模式中的應(yīng)用方案。他們提出，數(shù)值模式降尺度在本質(zhì)上和超分辨有互通之處，但又不僅僅是超分辨率。

　　超分辨率是將一張低分辨率的圖像變?yōu)楦叻直媛剩ㄟ^(guò)估算網(wǎng)格密集化后，補(bǔ)充缺失的像素值。但數(shù)值模式降尺度的挑戰(zhàn)在于需要模擬整個(gè)物理過(guò)程，而不僅僅是對(duì)圖像的精細(xì)化像素填充。降尺度的過(guò)程涉及到多個(gè)天氣要素之間相互作用的重新計(jì)算，這種過(guò)程即使在CV領(lǐng)域也無(wú)法重現(xiàn)。其難點(diǎn)的本質(zhì)在于，從單一通道來(lái)看，降尺度的計(jì)算過(guò)程“生成”了額外的信息，而機(jī)器視覺(jué)領(lǐng)域的超分辨率技術(shù)，只可以產(chǎn)生細(xì)節(jié)填充，而沒(méi)有能力生成輸入圖片中沒(méi)有出現(xiàn)的信息。這些額外的信息，來(lái)自于多個(gè)天氣元素的物理過(guò)程，這是使用超分辨率的思想來(lái)解決數(shù)值模式降尺度的巨大挑戰(zhàn)。

　　眼控科技人工智能研究院則是通過(guò)Deep Hybrid Super Resolution (DHSR) 模型來(lái)模擬物理過(guò)程，以產(chǎn)生額外的信息。眼控人工智能研究院以超分辨率網(wǎng)絡(luò)為主干網(wǎng)絡(luò)，針對(duì)不同的數(shù)據(jù)類(lèi)型調(diào)整網(wǎng)絡(luò)中的長(zhǎng)跳躍連接和短跳躍連接。用轉(zhuǎn)化為圖片后的某一維度的25km全球模式的氣象預(yù)報(bào)和3km的對(duì)應(yīng)地區(qū)和時(shí)間的降尺度數(shù)據(jù)來(lái)訓(xùn)練超分辨率網(wǎng)絡(luò)，以捕捉這一區(qū)域該維度的25km全球模式與3km降尺度后的數(shù)據(jù)間的映射關(guān)系。其中針對(duì)通道的特征先進(jìn)行一個(gè)空間的全局平均池化得到一個(gè) 1×1×C的通道描述；接著，再經(jīng)過(guò)一個(gè)下采樣層和一個(gè)上采樣層得到每一個(gè)通道的權(quán)重系數(shù)，將權(quán)重系數(shù)和原來(lái)的特征相乘即可得到縮放后的新特征，整個(gè)過(guò)程實(shí)際上就是對(duì)不同通道的特征重新進(jìn)行了加權(quán)分配，通過(guò)這種channel attention的機(jī)制進(jìn)行特征融合，最終生成的氣象圖片很好的生成了特征的輪廓和細(xì)節(jié)部分。

　　眼控科技人工智能研究院基于DHSR模型的AI數(shù)值模式降尺度通過(guò)特殊的通道間的相互作用，擬合了物理過(guò)程，生成了在輸入圖中未曾呈現(xiàn)的局部預(yù)報(bào)結(jié)果。從單個(gè)氣象元素(單個(gè)通道)的角度來(lái)看，簡(jiǎn)直是不可思議，更重要的是生成時(shí)間DHSR相對(duì)數(shù)值模式少了幾個(gè)數(shù)量級(jí)。這對(duì)傳統(tǒng)的氣象預(yù)測(cè)技術(shù)來(lái)說(shuō)是個(gè)巨大的進(jìn)展。

　　據(jù)眼控科技人工智能研究院專(zhuān)家介紹，該技術(shù)在氣象預(yù)報(bào)降尺度任務(wù)上的表現(xiàn)十分出色，計(jì)算更快，結(jié)果精確，流程高效，成本低廉，在應(yīng)用推廣中具有廣闊前景。 ????匯聚科技實(shí)力，打造行業(yè)標(biāo)桿

　　據(jù)悉，目前眼控科技在氣象領(lǐng)域取得長(zhǎng)足進(jìn)展，具有業(yè)界領(lǐng)先的超高性能GPU算力集群，匯聚包括頂尖人才隊(duì)伍200余人，逐步打造出融合AI對(duì)流臨近預(yù)報(bào)系統(tǒng)、低云低能見(jiàn)度智能監(jiān)測(cè)及預(yù)警系統(tǒng)、地面智能觀測(cè)輔助系統(tǒng)、智能預(yù)報(bào)指導(dǎo)系統(tǒng)和智能會(huì)商系統(tǒng)于一體的智慧協(xié)同工作平臺(tái)，為氣象智能化發(fā)展提供行之有效的解決方案。

　　人工智能技術(shù)已成為處理高時(shí)空分辨率，提升天氣預(yù)報(bào)時(shí)效性和精準(zhǔn)度的有效手段。深化AI技術(shù)的物理解讀和物理指導(dǎo)，關(guān)注AI技術(shù)應(yīng)用于決策和提升社會(huì)效率成為新熱點(diǎn)。眼控科技在氣象領(lǐng)域的探索和成就，得到來(lái)自國(guó)家氣象中心和眾多專(zhuān)家同行的認(rèn)可，充分表明眼控科技在氣象領(lǐng)域的不俗實(shí)力，也為眼控科技持續(xù)打造行業(yè)標(biāo)桿奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。