近日，由中科院海洋所研究員、IEEE Fellow李曉峰領(lǐng)銜，國(guó)內(nèi)多家海洋科研單位人員組成的人工智能海洋學(xué)研究團(tuán)隊(duì)，在國(guó)際上首次基于多源數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)，利用人工智能遷移學(xué)習(xí)技術(shù)融合實(shí)驗(yàn)室、浮標(biāo)和遙感數(shù)據(jù)，構(gòu)建了內(nèi)孤立波振幅反演模型，在內(nèi)孤立波三維結(jié)構(gòu)重構(gòu)等方面取得重要進(jìn)展。相關(guān)成果近日發(fā)表于遙感權(quán)威期刊Remote Sensing of Environment（影響因子10.164）上。
海洋內(nèi)孤立波在全球海域分布廣泛，振幅可達(dá)上百米，在海洋傳播過(guò)程對(duì)海洋環(huán)境、生態(tài)等有重要影響。遙感是海洋內(nèi)孤立波觀測(cè)的重要手段，長(zhǎng)期以來(lái)從遙感圖像反演其振幅是一個(gè)難點(diǎn)問(wèn)題，現(xiàn)有方法無(wú)法準(zhǔn)確描述海洋內(nèi)孤立波的復(fù)雜特征。
該論文基于長(zhǎng)期搜集的海洋內(nèi)孤立波實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)、實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和匹配遙感圖像，構(gòu)建了基于多源數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的海洋內(nèi)孤立波振幅反演模型。在模型構(gòu)建中，利用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與遙感數(shù)據(jù)建立匹配數(shù)據(jù)集進(jìn)行模型訓(xùn)練，但受觀測(cè)數(shù)據(jù)量的限制，實(shí)測(cè)-遙感匹配數(shù)據(jù)集較小。為解決小訓(xùn)練數(shù)據(jù)集的問(wèn)題，該論文使用了實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練數(shù)據(jù)的補(bǔ)充，并創(chuàng)新性地利用人工智能遷移學(xué)習(xí)技術(shù)來(lái)解決不同數(shù)據(jù)源的問(wèn)題。基于該論文構(gòu)建的海洋內(nèi)孤立波振幅反演模型以遙感圖像提取信息為輸入，可以準(zhǔn)確重構(gòu)海洋內(nèi)孤立波三維結(jié)構(gòu)。
基于人工智能遷移學(xué)習(xí)算法的內(nèi)孤立波振幅反演
該研究表明，在多源大數(shù)據(jù)背景下，基于人工智能的純數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)海洋信息來(lái)構(gòu)建針對(duì)復(fù)雜海洋現(xiàn)象的反演模型是可靠的和可行的，具有廣闊的應(yīng)用前景。在模型搭建過(guò)程中不僅僅單純依靠數(shù)據(jù)訓(xùn)練，而是充分考慮了所研究海洋現(xiàn)象的物理約束和遙感成像機(jī)制的指導(dǎo)作用。遷移學(xué)習(xí)算法為不同數(shù)據(jù)源的協(xié)同建模提供了連接的橋梁。人工智能技術(shù)作為一種蓬勃發(fā)展的新興技術(shù)，可以在復(fù)雜海洋現(xiàn)象的研究中建立快速、直接的映射關(guān)系，是復(fù)雜海洋現(xiàn)象研究和遙感信息挖掘的一種高效率工具和方法。
上述研究工作得到了中科院海洋大科學(xué)研究中心、中科院先導(dǎo)科技專項(xiàng)、山東省重大創(chuàng)新工程及國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目等資助。中科院海洋所張旭東博士為論文第一作者，李曉峰研究員為通信作者，合作者還包括中科院海洋所/青島科技大學(xué)王浩宇、英國(guó)伯明翰大學(xué)王碩博士、自然資源部第一海洋研究所劉延亮博士、中山大學(xué)于衛(wèi)東教授、中國(guó)海洋大學(xué)王晶教授和徐青教授。
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