Keselamatan Maritim Siap Ditingkatkan melalui Analisis AI Prediktif untuk Gelombang Rogue

This week marks a major milestone in oceanic studies and maritime safety after a team of engineers published a study demonstrating how AI neural networks could help to forecast and warn about rogue waves. Notably, these massive events were once seen as unpredictable and have led to major losses for centuries. Here’s what you need to know.

Gelombang Rogue

Gelombang rogue dikenal dengan banyak nama termasuk pembunuh, monster, dan gelombang ekstrem. Gelombang ini memiliki tinggi yang dua kali lipat dari kondisi laut normal dan dapat muncul tiba-tiba, menempatkan siapa pun yang berada di jalurnya dalam bahaya besar. Sepanjang sejarah, gelombang rogue menjadi bagian dari cerita rakyat pelaut, yang tentu saja mendengar legenda tentang gelombang raksasa ini yang menenggelamkan sesama pelaut mereka ke kedalaman. Hari ini, gelombang tersebut masih menjadi ancaman besar.
Secara khusus, peristiwa laut langka ini mirip dengan tsunami dalam ukuran dan daya destruktifnya. Namun, berbeda dengan tsunami yang sudah dipahami dengan baik, gelombang rogue dapat muncul tanpa adanya peristiwa besar yang terlihat, seperti gempa bumi. Oleh karena itu, gelombang besar dan tidak dapat diprediksi ini menimbulkan bahaya besar bagi infrastruktur lepas pantai, pelancong, dan peralatan lainnya.

Cara Terbentuknya Gelombang Rogue

Sampai baru-baru ini, belum ada cukup data dan daya komputasi untuk menciptakan mekanisme pembentukan gelombang rogue yang dapat diandalkan. Oleh karena itu, mayoritas ilmu pengetahuan tentang pembentukan peristiwa yang sulit dipahami ini didasarkan pada pengumpulan data observasional setelah peristiwa terjadi. Informasi ini telah memungkinkan peneliti menentukan tiga cara paling menonjol bagaimana gelombang rogue terbentuk.

Pembentukan Lambat

Menariknya, gelombang rogue dapat mulai terbentuk dan berkembang tanpa harus bergabung dengan gelombang lain. Arus kuat seperti Gulf Stream dapat beresonansi dan meluas untuk menciptakan anomali laut yang besar. Ilmuwan yang mempelajari fenomena ini sering menggunakan metode yang disebut ketidakstabilan Benjamin-Feir untuk menjelaskan ekspansi gelombang tunggal. Ini adalah salah satu bentuk gelombang rogue yang paling langka yang berhasil ditangkap oleh peneliti.

Beberapa Gelombang

Pembentukan gelombang rogue yang paling banyak dipahami terjadi karena interferensi beberapa gelombang yang bertemu pada waktu yang tepat untuk memperkuat amplitudo. Ketika gelombang menumpuk dan beresonansi, mereka dapat memperbesar dan memperintensifkan arus serta kekuatan gelombang. Anda dapat menganggapnya seperti efek bola salju di mana setiap gelombang menyerap momentum yang lebih besar, menciptakan dinding besar yang siap menghancurkan apa pun di jalurnya.

Metode Saat Ini untuk Menentukan Gelombang Rogue

Tidak ada sistem perkiraan gelombang rogue yang andal secara global, meskipun peristiwa ini berpotensi menimbulkan kerusakan miliaran dolar setiap tahun. Metode paling umum yang digunakan untuk menentukan peristiwa ini bergantung pada data laut waktu nyata yang hanya dapat diprediksi saat peristiwa terjadi, memberi tahu ilmuwan tentang peningkatan level laut. Strategi ini masih jauh dari harapan dalam hal peringatan dini dan tindakan pencegahan keselamatan.

Studi Gelombang Rogue

Studi “Prediksi Gelombang Aneh dari Pengukuran Pelampung” bertujuan untuk memberikan pemahaman tentang peristiwa laut unik ini.
Para peneliti berusaha menciptakan jaringan saraf AI yang mampu memprediksi peluang terjadinya gelombang rogue berdasarkan kondisi laut saat ini. Sebagai bagian dari pendekatan ini, peneliti berusaha menentukan faktor-faktor pendahulu yang terjadi sebelum terbentuknya gelombang rogue.
Pendekatan ini dimaksudkan untuk menunjukkan hubungan fungsional antara gelombang sebelumnya dan peristiwa rogue akhir menggunakan perangkat pengukuran lapangan dan jaringan saraf canggih. Lebih penting lagi, tim ingin menangkap dan mendokumentasikan fase sinkronisasi antara gelombang individu yang diperlukan untuk menciptakan gelombang rogue.

Fase Pengujian

Pengujian dimulai dengan pembuatan jaringan saraf. Tim memutuskan menggunakan algoritma AI jaringan memori jangka pendek panjang (LSTM). Sistem AI ini dibuat untuk menyederhanakan hubungan fungsional antara data input dan data output. Oleh karena itu, mereka ideal untuk membuat perkiraan berbasis data pada sistem kompleks.

Pelampung Laut

Para peneliti mengumpulkan data dari 172 pelampung yang terletak di lepas pantai timur AS dan kepulauan Pasifik dengan kedalaman mulai dari 20 meter hingga lebih dari 4000 m. Dua jenis pelampung digunakan dalam pengujian. Datawell directional wave rider MkIII dengan laju sampling 1,28 Hz dan Datawell directional wave rider MkIII dengan laju 2,56 Hz. Unit-unit ini telah teruji dengan baik dan menyediakan data yang dapat diandalkan, termasuk akselerometer yang memantau perpindahan vertikal.

Set Data

Jaringan saraf diprogram menggunakan ukuran sampel setara dengan 880 tahun data berurutan mengenai kondisi sebelum gelombang rogue. Secara khusus, 14 juta pengukuran elevasi permukaan laut 30 menit digabungkan dengan 40.000 pengukuran elevasi permukaan laut dari pelampung yang sama. Data ini kemudian dipindai untuk memeriksa adanya anomali. Data tersebut kemudian dimasukkan kembali ke dalam algoritma untuk melatihnya lebih baik dalam mendeteksi faktor-faktor ini.

Relevan dengan Kondisi Laut

Para peneliti berusaha membuat sampel gelombang rogue sedikit dan tersebar dalam fase pengujian untuk memastikan data lebih mendekati skenario dunia nyata. Sampel kemudian dibagi menjadi kategori gelombang non-rogue dan gelombang rogue yang diperkuat. Secara khusus, data awal diperoleh melalui Coastal Data Information Program (CDIP) bekerja sama dengan Scripps Institution of Oceanography.

Dipindai untuk Gelombang Rogue

Para peneliti memindai data sampel gelombang menggunakan sumber daya superkomputasi Universitas Maryland. Akses ini memungkinkan mereka memanfaatkan GPU NVIDIA (NVDA ) A100 bersama dengan GPU lokal NVIDIA Quadro P1000 untuk meningkatkan kinerja AI, waktu pelatihan, dan akurasi.

Hasil

Hasil studi ini dapat memberikan dampak signifikan pada cara insinyur dan peneliti memandang gelombang rogue ke depan. Peristiwa yang dulu hampir tidak mungkin ditentukan ini dapat diidentifikasi dengan akurasi 75% menggunakan sistem AI. Secara khusus, 75% gelombang rogue diprediksi dalam 1 menit setelah muncul. Tingkat ini hanya turun menjadi 73% ketika waktu peringatan diperpanjang menjadi 5 menit.
Secara total, AI berhasil memprediksi hampir 3 ribu gelombang rogue dengan akurat. Hanya 855 peristiwa yang berhasil lolos dari deteksi AI, meninggalkan sistem dengan tingkat akurasi 23%. Mengingat banyak peneliti percaya bahwa mustahil menentukan peristiwa ini, hasil ini membuka pintu bagi sistem prediksi baru yang lebih efektif untuk diperkenalkan.

Manfaat

Studi ini dapat membawa banyak manfaat ke pasar. Pertama, ini merupakan konsep sistem perkiraan gelombang rogue pertama yang dapat diandalkan. Ide bahwa peristiwa ini terlalu kompleks untuk diprediksi digantikan dengan solusi yang sangat andal dan biaya-efektif yang dapat memberikan peringatan dini berharga kepada kapal dan platform lepas pantai ketika diperlukan.

Memanfaatkan Data Pelampung Saat Ini

Manfaat utama lain dari pendekatan ini untuk menentukan probabilitas gelombang rogue adalah tidak perlu memasang sensor atau sistem baru. Pelampung telah dipasang dan diuji selama beberapa dekade. Oleh karena itu, mereka menyediakan sumber data yang andal dan terbukti dengan riwayat yang dapat dilacak. Peningkatan prediksi AI ini berupa perangkat lunak. Karena itu, ia dapat memanfaatkan jutaan jam data yang disediakan oleh perangkat ini untuk meningkatkan dan memperbaiki kinerja di masa depan.

Aplikasi Universal

Salah satu aspek paling menarik dari pelatihan AI mereka adalah model dapat diterapkan pada lokasi di luar set data pelampung asli dengan sukses. Tim berhasil memprediksi dengan probabilitas tinggi risiko gelombang rogue untuk dua pelampung di luar situs. Mereka menguji teori mereka pada Pelampung 132, yang terletak di dekat Jacksonville, Florida, dan Pelampung 067 dekat Pulau San Nicolas di lepas pantai Los Angeles. Hasilnya menunjukkan bahwa algoritma dapat diterapkan ke lokasi lain dengan sukses.

Pembelajaran Mandiri

Salah satu manfaat terbesar dari jenis algoritma AI ini adalah kemampuannya untuk terus meningkatkan set data, memperkuat pemahaman dan meningkatkan kinerja. Sistem ini akan berkembang seiring data semakin disempurnakan. Oleh karena itu, metode ini menyediakan cara yang biaya-efektif dan efisien untuk meningkatkan operasi.

Peneliti

Thomas Breunung dan Balakumar Balachandran adalah peneliti utama dalam studi ini. Mereka berhasil mencapai tujuan menunjukkan cara menentukan gelombang rogue dengan akurasi tinggi secara global. Secara khusus, Universitas Maryland menyediakan sumber daya superkomputasi dan dukungan bagi tim, yang kini berupaya meningkatkan hasilnya dengan menambahkan lebih banyak data ke model mereka termasuk kecepatan angin, lokasi, dan kedalaman. Semua faktor ini dapat membantu memperbaiki waktu deteksi bahkan memberikan cara untuk menentukan tinggi peristiwa.

Perusahaan yang Dapat Mengintegrasikan Teknologi Ini Hari Ini

Banyak perusahaan dapat memperoleh manfaat langsung dari studi ini. Saat ini terdapat miliaran dolar dalam infrastruktur lepas pantai dan kapal pengiriman yang melintasi lautan. Perusahaan-perusahaan ini pasti akan berinvestasi dalam teknologi apa pun yang dapat membantu mencegah kerugian katastrofik dan kematian.

1. Diamond Offshore Drilling Inc.

Diamond Offshore Drilling Inc. adalah perusahaan pengeboran minyak dan gas besar yang berlokasi di Katy, Texas. Perusahaan ini memasuki pasar pada tahun 1987 sebagai perusahaan Diamond M Drilling sebelum mengalami beberapa rebranding. Saat ini, mereka memiliki 44 rig pengeboran lepas pantai termasuk 32 platform semi-submersible dan 5 kapal pengebor.
Diamond Offshore Drilling Inc. memiliki kontrak dengan banyak perusahaan minyak dan gas terbesar di dunia, termasuk Hess Corporation , Petrobras, BP, dan Occidental Petroleum (OXY ). Posisi mereka dan permintaan akan bahan bakar fosil menjadikan saham ini sebagai “hold” yang kuat. Secara khusus, mereka mengalami beberapa penurunan akibat masuknya energi hijau ke pasar, namun analis memprediksi keuntungan di masa depan seiring konflik dan faktor lain mendorong harga gas naik.

2. Sable Offshore Corp

SOC Grafik Harga

Sable Offshore Corp (SOC ) adalah perusahaan pengeboran lain yang dapat memanfaatkan sistem prediksi gelombang rogue untuk melindungi armada rig lepas pantai dan stasiun pengeborannya. Perusahaan ini didirikan pada tahun 2020 sebagai Flame Acquisition Corp sebelum mengubah nama menjadi Sable. Sable memiliki operasi lepas pantai yang terletak di lepas pantai California di perairan federal. Mereka juga memiliki 76.000 hektar hak sewa bawah laut yang memungkinkan mereka menyalurkan minyak mentah dan gas alam.
Perusahaan ini memiliki banyak kemitraan strategis dengan pemimpin industri termasuk ExxonMobil (XOM ), Canada Ltd, Imperial Oil (IMO ) Resources Limited, dan Pengrowth Energy Corporation, antara lain. Saham perusahaan telah mengalami penurunan baru-baru ini akibat fluktuasi pasar. Namun, California memiliki permintaan yang meningkat untuk layanan ini, menempatkan Sable Offshore Corp sebagai penyedia energi lokal utama.

Masa Depan Prediksi Gelombang Rogue

Studi ini memberikan wawasan tentang dunia gelombang rogue yang sulit dipahami. Peristiwa ini bukan lagi cerita pelaut tetapi kini dapat diprediksi. Di masa depan, sistem ini akan diintegrasikan ke seluruh ekonomi maritim untuk mengurangi risiko dan meningkatkan efisiensi. Secara khusus, sistem ini akan menjadi jauh lebih baik dan lebih akurat seiring mereka memperoleh data tambahan yang diperkuat.
Anda dapat mengharapkan gaya prediksi ini dipadukan dengan sistem seperti jaringan blockchain yang menyediakan pemantauan waktu nyata atas data massal di seluruh dunia dalam waktu dekat. Peningkatan ini akan memungkinkan sistem mencatat dan melacak kejadian waktu nyata di seluruh lautan secara tidak dapat diubah. Data ini kemudian dapat digunakan untuk meningkatkan pemahaman ilmuwan tentang kejadian yang sulit dipahami ini.

Gelombang Rogue adalah Masalah yang Dapat Diatasi dengan Deteksi

Saat ini belum ada cara untuk menghentikan pembentukan gelombang rogue. Namun, langkah pertama untuk mencegah kerugian besar adalah menentukan kapan dan apa yang menyebabkan peristiwa ini terjadi. Insinyur ini telah mengambil langkah pertama dan meletakkan dasar bagi penelitian masa depan yang dapat menyelamatkan nyawa. Untuk saat ini, upaya mereka menghasilkan “waves” di berbagai industri.
Pelajari proyek AI keren lainnya sekarang.