KI ermöglicht Vorhersagen über gefährliche Meereswellen anhand historischer Daten

von Santiago Fernandez
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AI rogue wave prediction

In einer bahnbrechenden Studie haben Forscher künstliche Intelligenz genutzt, um über eine Milliarde historische Meereswellen aus sieben Jahrhunderten zu untersuchen. Diese umfassende Analyse hat zu einem revolutionären Vorhersagemodell für Schurkenwellen geführt. Die Forschung, die umfangreiche ozeanische Daten effektiv in eine Wahrscheinlichkeitsgleichung für diese unvorhersehbaren Wellen umwandelt, stellt bestehende Theorien in Frage und verspricht erhebliche Aussichten auf eine Verbesserung der Sicherheit auf See. Diese von SciTechPost.com gemeldete Entwicklung bedeutet einen bemerkenswerten Fortschritt beim Verständnis der Geheimnisse des Meeres durch KI.

Wissenschaftler der Universität Kopenhagen und der Universität Victoria haben mithilfe eines riesigen Datensatzes von Meereswellen, der sieben Jahrhunderte zurückreicht und über eine Milliarde Messungen umfasst, fortschrittliche KI-Methoden eingesetzt, um eine Vorhersageformel für diese maritimen Gefahren zu entwickeln.

Einst als bloße Seefahrerlegenden betrachtet, sind die enorm großen und zerstörerischen Wellen eine echte Bedrohung, die Schiffe zerstören und Offshore-Strukturen beschädigen kann. Die Forscher analysierten Daten aus siebenhundert Jahren, was über einer Milliarde Meereswellenbeobachtungen entspricht. Mithilfe von KI entwickelten sie eine Formel, die das Auftreten dieser beängstigenden ozeanischen Phänomene vorhersagt und so die Sicherheit auf See erhöht.

Seit Jahrhunderten flüstern Seefahrer Geschichten über monströse Schurkenwellen. Die Existenz dieser Wellen wurde jedoch unbestreitbar, als 1995 eine 26 Meter hohe Schurkenwelle die Draupner-Ölplattform in der Nordsee traf und von digitalen Instrumenten erfasst wurde. Dieses Ereignis war die erste wissenschaftliche Messung einer Schurkenwelle und bewies deren Realität.

Anschließend wurden diese extremen Wellen intensiv untersucht. Das Niels-Bohr-Institut an der Universität Kopenhagen hat nun mithilfe von KI ein mathematisches Modell abgeleitet, das die Bedingungen beschreibt, unter denen unerwünschte Wellen entstehen.

Dion Häfner, der kürzlich seinen Doktortitel verteidigt hat. Seine Dissertation „An Ocean of Data – Inferring the Causes of Real-World Rogue Waves“ am Niels Bohr Institut hat maßgeblich zu dieser Studie beigetragen.

Mithilfe umfangreicher Daten zur Meeresdynamik haben die Forscher ein Modell entwickelt, das die Wahrscheinlichkeit vorhersagt, zu einem bestimmten Zeitpunkt auf eine gefährliche Welle zu stoßen.

Dion Häfner erklärt: „Es ist größtenteils Pech, wenn eine Riesenwelle zuschlägt. Sie resultieren aus einer Kombination von Faktoren, die wir nun in einem einzigen Risikomodell integriert haben. Wir haben die Variablen identifiziert, die zu unerwünschten Wellen führen, und sie mithilfe von KI in einer Formel zusammengefasst, die ihre Entstehungswahrscheinlichkeit berechnet.“

Als Erstautor dieser Studie wurde Häfners Arbeit in der renommierten Fachzeitschrift Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) veröffentlicht.

Schurkenwellen sind an der Tagesordnung

Das Modell der Studie führt Daten zu Meeresbewegungen, Meeresbedingungen, Wassertiefen und bathymetrischen Details zusammen. Von entscheidender Bedeutung für diese Forschung waren Wellendaten von 158 Bojenstandorten an den Küsten und Territorien der USA, die rund um die Uhr Daten erfassten. Diese Daten repräsentieren Wellenhöhen- und Seegangsinformationen aus sieben Jahrhunderten.

Durch die Untersuchung verschiedener Datentypen identifizierten die Forscher die Ursachen von Rogue Waves, definiert als Wellen, die mindestens doppelt so hoch sind wie umgebende Wellen, einschließlich solcher über 20 Meter hoch. Mithilfe von maschinellem Lernen wandelten sie diese Daten in einen Algorithmus um, der auf ihren Datensatz angewendet wurde.

Johannes Gemmrich, Co-Autor der Studie, erklärt: „Unsere Analyse zeigt, dass ständig abnormale Wellen auftreten. Wir haben in unserem Datensatz etwa 100.000 Schurkenwellen identifiziert, was etwa einer Monsterwelle pro Tag an einem beliebigen Ort im Ozean entspricht. Allerdings sind nicht alle von extremer Größe.“

Die Rolle der KI als wissenschaftliches Werkzeug

Bei dieser Forschung spielte künstliche Intelligenz eine entscheidende Rolle. Das Team verwendete verschiedene KI-Methoden, darunter die symbolische Regression, die eine Gleichung anstelle nur einer einzelnen Vorhersage ausgibt, wie es bei herkömmlichen KI-Methoden üblich ist.

Durch die Analyse von mehr als einer Milliarde Wellen leitete der KI-Algorithmus die Ursachen von Rogue Waves ab und destillierte diese in eine Formel, die die Wahrscheinlichkeit des Auftretens einer Rogue Wave beschreibt. Dieser KI-Ansatz löst nicht nur das Problem, sondern vermittelt dem Menschen auch die zugrunde liegende Kausalität in einer verständlichen Gleichung.

„Vor Jahrzehnten führten Tycho Brahes astronomische Beobachtungen Kepler durch umfangreiche Versuche und Irrtümer dazu, Keplers Gesetze abzuleiten. Dion Häfner hat in ähnlicher Weise Maschinen zur Analyse von Wellen eingesetzt, ähnlich wie Keplers Arbeit mit Planeten. Die Möglichkeit einer solchen Leistung überrascht mich immer wieder“, bemerkt Markus Jochum.

Überprüfung des historischen Verständnisses

Die Studie revidiert auch die weit verbreitete Ansicht über die Entstehung von Rogue Waves. Früher ging man davon aus, dass Schurkenwellen entstehen, wenn eine Welle kurzzeitig mit einer anderen verschmilzt und deren Energie aufnimmt, um eine größere Welle zu erzeugen.

Die Forscher stellten jedoch fest, dass die „lineare Überlagerung“ ein häufigerer Faktor bei der Bildung unerwünschter Wellen ist. Dieses seit dem 18. Jahrhundert bekannte Phänomen tritt auf, wenn sich zwei Wellensysteme kreuzen und sich gegenseitig vorübergehend verstärken.

Häfner bemerkt: „Wenn sich zwei Wellensysteme auf See kreuzen und die Wahrscheinlichkeit erhöht, dass hohe Wellenkämme gefolgt von tiefen Wellentälern entstehen, besteht die Gefahr extrem großer Wellen.“ Das ist eine drei Jahrhunderte alte Erkenntnis, die wir nun mit Daten untermauert haben.“

Erhöhte Sicherheit in der Seeschifffahrt

Dieser von der KI abgeleitete Algorithmus ist besonders vorteilhaft für die Schifffahrtsbranche, in der typischerweise etwa 50.000 Frachtschiffe unterwegs sind

Häufig gestellte Fragen (FAQs) zur KI-Rogue-Wave-Vorhersage

Welche Bedeutung hat die KI-gestützte Analyse von Meereswellen?

Die KI-gestützte Analyse von über einer Milliarde Meereswellen aus sieben Jahrhunderten ist von Bedeutung, da sie zur Entwicklung eines bahnbrechenden Vorhersagemodells für Schurkenwellen geführt hat. Dieses Modell erhöht die Sicherheit im Seeverkehr, indem es eine genauere Vorhersage dieser unvorhersehbaren und gefährlichen Wellen liefert und frühere Theorien und Methoden in der Ozeanographie und Seeschifffahrt in Frage stellt.

Wie trägt KI zur Vorhersage unerwünschter Wellen bei?

Künstliche Intelligenz trägt dazu bei, indem sie riesige Mengen ozeanischer Daten analysiert, darunter Wellenhöhen, Seegang und andere relevante Faktoren, die über Jahrhunderte gesammelt wurden. Durch den Einsatz fortschrittlicher KI-Techniken wie maschinelles Lernen und symbolische Regression konnten Forscher eine Formel entwickeln, die das Auftreten unerwünschter Wellen vorhersagt und so ein neues Maß an Verständnis und Vorhersagemöglichkeiten in der Meereswissenschaft bietet.

Welchen Einfluss hat diese Forschung auf die Sicherheit im Seeverkehr?

Die Forschung hat erhebliche Auswirkungen auf die Sicherheit des Seeverkehrs, da sie eine zuverlässigere Methode zur Vorhersage unerwünschter Wellen bietet, die für ihre Unvorhersehbarkeit und ihr Potenzial bekannt sind, schwere Schäden an Schiffen und Offshore-Strukturen zu verursachen. Mit diesem neuen Vorhersagemodell können Reedereien und Seefahrer die Risiken unerwünschter Wellen entlang ihrer Routen besser einschätzen und vorbeugende Maßnahmen ergreifen, die möglicherweise Leben und Eigentum retten.

Wer hat diese Forschung durchgeführt und welche Methodik wurde verwendet?

Die Forschung wurde von Wissenschaftlern der Universität Kopenhagen und der University of Victoria durchgeführt. Sie nutzten eine Methodik, die die Analyse von über einer Milliarde Wellenbeobachtungen umfasste und KI-Techniken zur Verarbeitung und Interpretation der Daten einsetzte. Dies führte zur Entwicklung eines mathematischen Modells, das die Wahrscheinlichkeit der Bildung unerwünschter Wellen vorhersagen kann.

Welche historische Bedeutung haben Schurkenwellen und ihre Untersuchung?

Schurkenwellen sind seit Jahrhunderten Teil der maritimen Überlieferungen und werden oft als Mythen angesehen. Ihre Existenz wurde jedoch 1995 wissenschaftlich bestätigt, als eine 26 Meter hohe Schurkenwelle die Draupner-Ölplattform in der Nordsee traf. Seitdem sind diese extremen Wellen Gegenstand intensiver Untersuchungen, die zu erheblichen Fortschritten beim Verständnis der Meeresdynamik und des Wellenverhaltens geführt haben.

Mehr über die KI-Vorhersage von Schurkenwellen

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5 Kommentare

ShipCaptainX Dezember 19, 2023 - 7:25 am

Endlich könnten wir Schurkenwellen vermeiden! gr8 4 Versandsicherheit. KI macht ihr Ding!

Antwort
ScienceGeek101 Dezember 19, 2023 - 8:05 am

Ich bin beeindruckt davon, wie KI eingesetzt wird, um Schurkenwellen zu verstehen. Es ist ein großer Schritt 4 der Meereswissenschaft

Antwort
MarineEnthusiast22 Dezember 19, 2023 - 7:57 pm

faszinierende Sache! Ich kann nicht glauben, dass Schurkenwellen echt sind. Wow

Antwort
OceanWavesResearcher Dezember 19, 2023 - 8:55 pm

Die Datenanalyse hier ist der Wahnsinn! KI ist ein echter Game-Changer in der Ozeanographie

Antwort
WeatherNerd123 Dezember 19, 2023 - 9:32 pm

Das sind große Neuigkeiten für die maritime Industrie! KI hilft dabei, Schurkenwellen besser vorherzusagen als b4. gr8 4 Sicherheit

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