اختراق علمي كبير يساعد في التنبؤ بتأثيرات التسونامي في أقل من ثانية

علوم

تقنية التعلم العميق الآلي تساعد في التنبؤ بتأثيرات التسونامي في أقل من ثانية

27 كانون الأول 2022 20:06

يمكن إجراء التنبؤات التفصيلية حول كيفية تأثير تسونامي على الساحل الشمالي الشرقي في اليابان في أجزاء من الثانية بدلا من نصف ساعة أو نحو ذلك، الأمر الذي يمكن أن يوفر وقتا ثمينا للناس لاتخاذ الإجراءات المناسبة، وذلك بالاعتماد على تقنية التعلم العميق الآلي المتطورة وذلك وفقا لما كشفت عنه دراسة جديدة نشرت في مجلة Nature Communications .

تسونامي اليابان

كان التسونامي الكارثي الذي ضرب شمالي شرق اليابان بتاريخ 11 مارس 2011 قد أودى بحياة حوالي 18500 شخص، وقد كان من الممكن إنقاذ العديد من الأرواح إذا ما تضمنت أنظمة الإنذار المبكر لكارثة حدوث تسونامي الوشيك تنبؤات دقيقة لمدى ارتفاع المياه في نقاط مختلفة على طول الساحل وفي الداخل.

أجهزة الاستشعار لمراقبة قاع المحيط

فالآن، بات يضم الساحل أكبر شبكة تتكون من أجهزة الاستشعار لمراقبة حركة قاع المحيط في العالم، حيث توفر هذه المحطات البحرية البالغ عددها 150 نظام انذار مبكر متطور لأمواج التسونامي عند تشكلها، ولكن كي تكون ذات مغزى حقيقي، يجب تحويل البيانات التي يتم جمعها من أجهزة الاستشعار تلك إلى ارتفاعات ونطاقات تسونامي على طول الساحل لفهمها بشكل أدق، الأمر الذي يتطلب عادةً حل المعادلات غير الخطية الصعبة عدديا ، والتي تستغرق غالبا حوالي 30 دقيقة على جهاز كمبيوتر قياسي، لكن تسونامي 2011 ضرب بعض أجزاء الساحل بعد 45 دقيقة فقط من الزلزال. 

تسونامي وتقنية التعلم العميق المتطورة

وفي هذه الدراسة الجديدة ، استخدم الدكتور إيان موليا من مختبر RIKEN لعلوم التنبؤات وزملاؤه تقنية التعلم العميق المتطورة لخفض وقت احتساب بداية حدوث التسونامي إلى أقل من ثانية واحدة فقط، حيث أوضح الدكتور موليا: " إن الميزة الرئيسية لهذه التقنية هي سرعة التنبؤ ، وهو أمر بالغ الأهمية للإنذار المبكر، فنمذجة التسونامي التقليدية توفر تنبؤات بعد 30 دقيقة ، وهذا وقت طويل للغاية بالفعل، إلا أننا تمكنا من الحصول على التنبؤات المطلوبة في أقل من ثانية ما يعتبر اختراقا علميا كبيرا".

تدريب نظام التعلم العميق

بالنظر إلى كون تشكل التسونامي أمر نادر الحدوث ، قام الفريق بتدريب نظام التعلم العميق الخاص بهم باستخدام أكثر من 3000 حدث تسونامي تم إنشاؤه بواسطة الكمبيوتر، ثم قاموا باختباره باستخدام 480 سيناريو آخر لتسونامي وثلاثة موجات تسونامي فعلية، وقد تمكن نموذجهم القائم على التعلم العميق من الوصول إلى دقة عالية عبر بذل 1 ٪ فقط من الجهد الحسابي الاعتيادي. 

تقنية التعلم العميق للتنبؤ بالكوارث

يقول الدكتور موليا:" يمكن استخدام نفس نهج التعلم العميق لسيناريوهات الكوارث الأخرى حيث يكون الوقت مهما للغاية. ففي الحقيقة، لا حدود لسماء إمكانيات هذه التقنية العملاقة، كونه يمكن تطبيقها للحصول على أي نوع من التنبؤات بالكوارث".

تجدر الإشارة إلى أن الدكتور موليا قد كشف أنه أصبح مهتما للغاية بدراسة موجات المد بهذه الطريقة، بعد كارثة التسونامي التي ضربت منطقة المحيط الهندي عام 2004، والتي دمرت موطنه الأصلي في المناطق الساحلية بإندونيسيا، حيث أضاف قائلا:" أنا الآن أعمل على التنبؤ بقوة العواصف والأعاصير، وذلك باستخدام تقنيات الذكاء الاصطناعي والتعلم العميق أيضا".

بالإضافة إلى ما سبق، أشار الدكتور موليا إلى أن هذه الطريقة دقيقة فقط بالنسبة لأمواج التسونامي الكبيرة التي يزيد ارتفاعها عن 1.5 متر تقريبا ، لذلك يسعى هو وفريقه الآن إلى تحسين دقتها لتشمل موجات التسونامي الأصغر أيضا.

مجلة Nature Communications