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

　　5月15日，在北京國家氣象中心舉辦的一場氣象預(yù)報論壇上，來自上海眼控科技股份有限公司人工智能研究院的專家博士分享了眼控科技最新的氣象預(yù)測技術(shù)研究成果。此次技術(shù)分享得到了參會的三百多名氣象領(lǐng)域的專家學(xué)者、氣象愛好者的一致好評，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)測技術(shù)上有著怎樣的突破，會引發(fā)如此大的反響？

????AI賦能數(shù)值模式，氣象預(yù)測精準度大幅提升

　　數(shù)值模式預(yù)報是根據(jù)大氣運動的數(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)報的手段，通常使用超級計算機或分布式計算集群依據(jù)一系列動力學(xué)框架來完成計算。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，代表這個區(qū)域預(yù)測的細致程度越高。

　　對于局部區(qū)域來說，精細化預(yù)報結(jié)果可以提供更為豐富的信息。從應(yīng)用角度，精細化預(yù)報將預(yù)報精度從城市級別提升到所在地點經(jīng)緯度級別；從研究角度，精細化預(yù)報不僅提供了某個地點從地面到大氣層頂?shù)臍鉁?、降水、風(fēng)向、風(fēng)速基本氣象要素，還為進一步研究影響這一地點的各種復(fù)雜天氣現(xiàn)象提供了可能。近年來各個行業(yè)對數(shù)值預(yù)報精細化需求越來越高。

　　眼控科技人工智能研究院專家在國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?，通過估算網(wǎng)格密集化后，補充缺失的像素值。但數(shù)值模式降尺度的挑戰(zhàn)在于需要模擬整個物理過程，而不僅僅是對圖像的精細化像素填充。降尺度的過程涉及到多個天氣要素之間相互作用的重新計算，這種過程即使在CV領(lǐng)域也無法重現(xiàn)。其難點的本質(zhì)在于，從單一通道來看，降尺度的計算過程“生成”了額外的信息，而機器視覺領(lǐng)域的超分辨率技術(shù)，只可以產(chǎn)生細節(jié)填充，而沒有能力生成輸入圖片中沒有出現(xiàn)的信息。這些額外的信息，來自于多個天氣元素的物理過程，這是使用超分辨率的思想來解決數(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Deep Hybrid Super Resolution (DHSR) 模型來模擬物理過程，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)，針對不同的數(shù)據(jù)類型調(diào)整網(wǎng)絡(luò)中的長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)報和3km的對應(yīng)地區(qū)和時間的降尺度數(shù)據(jù)來訓(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。其中針對通道的特征先進行一個空間的全局平均池化得到一個 1×1×C的通道描述；接著，再經(jīng)過一個下采樣層和一個上采樣層得到每一個通道的權(quán)重系數(shù)，將權(quán)重系數(shù)和原來的特征相乘即可得到縮放后的新特征，整個過程實際上就是對不同通道的特征重新進行了加權(quán)分配，通過這種channel attention的機制進行特征融合，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)值模式降尺度通過特殊的通道間的相互作用，擬合了物理過程，生成了在輸入圖中未曾呈現(xiàn)的局部預(yù)報結(jié)果。從單個氣象元素(單個通道)的角度來看，簡直是不可思議，更重要的是生成時間DHSR相對數(shù)值模式少了幾個數(shù)量級。這對傳統(tǒng)的氣象預(yù)測技術(shù)來說是個巨大的進展。

　　據(jù)眼控科技人工智能研究院專家介紹，該技術(shù)在氣象預(yù)報降尺度任務(wù)上的表現(xiàn)十分出色，計算更快，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)域取得長足進展，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伍200余人，逐步打造出融合AI對流臨近預(yù)報系統(tǒng)、低云低能見度智能監(jiān)測及預(yù)警系統(tǒng)、地面智能觀測輔助系統(tǒng)、智能預(yù)報指導(dǎo)系統(tǒng)和智能會商系統(tǒng)于一體的智慧協(xié)同工作平臺，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)已成為處理高時空分辨率，提升天氣預(yù)報時效性和精準度的有效手段。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效率成為新熱點。眼控科技在氣象領(lǐng)域的探索和成就，得到來自國家氣象中心和眾多專家同行的認可，充分表明眼控科技在氣象領(lǐng)域的不俗實力，也為眼控科技持續(xù)打造行業(yè)標(biāo)桿奠定堅實基礎(chǔ)。