A fast, high-precision deep learning model for regional wave prediction

计算机科学 卷积神经网络 稳健性(进化) 卷积(计算机科学) 人工智能 遥感 人工神经网络 数据挖掘 地质学 生物化学 化学 基因
作者
Yuliang Liu,Limin Huang,Xuewen Ma,Lu Zhang,Jihao Fan,Jing Yu
出处
期刊:Ocean Engineering [Elsevier BV]
卷期号:288: 115949-115949 被引量:26
标识
DOI:10.1016/j.oceaneng.2023.115949
摘要

Accurate prediction of regional significant wave height is crucial for safe ship navigation, route planning, and reducing carbon emissions from shipping. Physics-based wave prediction methods involve complex calculations, limiting real-time information provision. Convolutional Neural Networks (CNNs) have gained popularity for wave prediction but suffer from feature loss, positional insensitivity, and poor performance in high sea conditions. This study introduces a Vision Transformer-based regional wave prediction model (VIT-RWP) to address these issues. VIT-RWP utilizes an attention mechanism to extract the wind-wave mapping relationship. It employs convolution and transpose convolution as encoder and decoder, preserving positional information and relative point positions within the region. Evaluation in four sea areas, including comparison with CNN-RWP, demonstrates VIT-RWP's advantages. Pre-training enhances VIT-RWP's predictive accuracy by over 0.5%, surpassing CNN-RWP by over 5%. VIT-RWP maintains accuracy even with wave heights exceeding 5 m. Importantly, it exhibits remarkable robustness when subjected to Gaussian noise in input data. VIT-RWP's consistent performance across diverse seas establishes its efficacy and accuracy as a reliable wave prediction model.
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