Segurança Marítima Pronta para um Impulso através da Análise Preditiva de IA para Ondas Fatais

Esta semana marca um marco importante nos estudos oceânicos e na segurança marítima após uma equipe de engenheiros publicar um estudo que demonstra como redes neurais de IA podem ajudar a prever e alertar sobre ondas fatais. Notavelmente, esses eventos massivos antes eram vistos como imprevisíveis e causaram grandes perdas ao longo dos séculos. Veja o que você precisa saber.

Ondas Fatais

Ondas fatais são conhecidas por vários nomes, incluindo assassinas, monstros e ondas extremas. Essas ondas possuem uma altura que é o dobro das condições oceânicas normais e podem surgir do nada, colocando em grande perigo quem estiver em seu caminho. Ao longo da história, as ondas fatais foram parte do folclore dos viajantes do mar, que sem dúvida ouviram lendas dessas ondas massivas levando seus companheiros ao fundo do oceano. Hoje, essas ondas ainda representam uma grande ameaça.
Notavelmente, esses raros eventos oceânicos são semelhantes a tsunamis em tamanho e poder destrutivo. Contudo, ao contrário de seus equivalentes bem compreendidos, as ondas fatais podem aparecer sem nenhum evento notável, como um terremoto. Dessa forma, essas ondas grandes e imprevisíveis representam grande perigo para infraestruturas offshore, viajantes e outros equipamentos.

Como as Ondas Fatais se Formam

Até recentemente, não havia dados suficientes nem poder computacional para criar mecanismos confiáveis de formação de ondas fatais. Assim, a maior parte da ciência sobre a formação desses eventos elusivos baseava‑se na coleta de dados observacionais após os eventos. Essas informações levaram os pesquisadores a determinar as três formas mais proeminentes de formação das ondas fatais.

Acúmulo Lento

Curiosamente, uma onda fatal pode começar a se formar e se intensificar sem a necessidade de combinar‑se com outras ondas. Correntes fortes como a Corrente do Golfo podem ressoar e expandir, criando uma anomalia marítima massiva. Cientistas que estudam esse fenômeno frequentemente utilizam um método chamado instabilidade de Benjamin‑Feir para explicar a expansão de um único trem de ondas. Esta é uma das formas mais raras de ondas fatais capturadas pelos pesquisadores.

Múltiplas Ondas

A formação mais amplamente compreendida de ondas fatais ocorre devido à interferência de múltiplas ondas que se encontram no momento perfeito para amplificar a magnitude. Quando as ondas se acumulam e ressoam, podem aumentar e intensificar a corrente e a ferocidade da onda. Pode‑se comparar isso a um efeito bola de neve, em que cada onda é absorvida pelo impulso maior, criando uma parede massiva pronta para destruir tudo em seu caminho.

Métodos Atuais de Determinação de Ondas Fatais

Não existem sistemas de previsão de ondas fatais confiáveis em escala global, embora esses eventos tenham o potencial de causar bilhões em danos anualmente. Os métodos mais comuns usados para determinar esses eventos dependem de dados oceânicos em tempo real que só podem ser previstos à medida que o evento ocorre, notificando os cientistas sobre o aumento do nível do mar. Essa estratégia deixa muito a desejar em termos de alerta precoce e precauções de segurança.

Estudo sobre Ondas Fatais

O estudo “Previsão de ondas anômalas a partir de medições de boias” busca esclarecer esses eventos oceânicos únicos. Os pesquisadores se propuseram a criar uma rede neural de IA capaz de prever as chances de ocorrência de uma onda fatal com base no estado atual do oceano. Como parte dessa abordagem, os pesquisadores buscaram determinar quais pré‑fatores ocorriam antes da formação das ondas fatais.
Essa abordagem tinha como objetivo demonstrar a relação funcional entre as ondas anteriores e o evento final da onda fatal, usando dispositivos de medição de campo e redes neurais avançadas. Mais importante ainda, a equipe queria capturar e documentar as fases de sincronização entre as ondas individuais necessárias para criar ondas fatais.

Fase de Testes

Os testes começaram com a criação de uma rede neural. A equipe decidiu usar um algoritmo de IA de rede de memória de longo curto prazo (LSTM). Esses sistemas de IA foram criados para simplificar a relação funcional entre dados de entrada e dados de saída. Como tal, são ideais para criar previsões baseadas em dados de sistemas complexos.

Boias Oceânicas

Os pesquisadores coletaram dados de 172 boias localizadas ao largo da costa leste dos EUA e das ilhas do Pacífico, com profundidades variando de 20 metros a mais de 4000 m. Dois tipos de boias foram usados no teste: o Datawell Directional Wave Rider MkIII com taxa de amostragem de 1,28 Hz e o Datawell Directional Wave Rider MkIII com taxa de 2,56 Hz. Essas unidades são bem testadas e oferecem dados confiáveis, incluindo acelerômetros que monitoram o deslocamento vertical.

Fonte – MATLAB

Conjunto de Dados

A rede neural foi programada usando um tamanho de amostra equivalente a 880 anos de dados consecutivos sobre condições pré‑ondas fatais. Em particular, 14 milhões de medições de elevação da superfície do mar a cada 30 minutos foram combinadas com 40 mil medições de elevação da superfície do mar das mesmas boias. Esses dados foram então escaneados para verificar anomalias. Em seguida, os dados foram reinseridos no algoritmo para treiná‑lo melhor a identificar esses fatores.

Relevante às Condições Oceânicas

Os pesquisadores estavam empenhados em tornar as amostras de ondas fatais escassas na fase de testes, a fim de garantir que os dados fossem mais próximos de cenários reais. As amostras foram então divididas nas categorias de ondas não fatais e ondas fatais, que foram reforçadas. Notavelmente, os dados iniciais foram obtidos por meio do Coastal Data Information Program (CDIP) em conjunto com a Scripps Institution of Oceanography.

Escaneado para Ondas Fatais

Os pesquisadores escanearam os dados das amostras de ondas usando os recursos de supercomputação da Universidade de Maryland. Esse acesso permitiu que utilizassem uma GPU NVIDIA (NVDA ) A100 em conjunto com uma GPU local NVIDIA Quadro P1000 para aprimorar o desempenho da IA, os tempos de treinamento e a precisão.

Resultados

Os resultados deste estudo podem ter um efeito retumbante na forma como engenheiros e pesquisadores enxergam as ondas fatais no futuro. Esses eventos, antes quase impossíveis de determinar, puderam ser identificados com 75 % de precisão usando os sistemas de IA. Especificamente, 75 % das ondas fatais foram previstas dentro de 1 minuto de sua aparição. A taxa caiu apenas para 73 % quando o tempo de aviso foi ampliado para 5 minutos.
No total, a IA previu com precisão cerca de 3 mil ondas fatais. Apenas 855 eventos conseguiram escapar da detecção da IA, deixando o sistema com uma taxa de acurácia de 23 %. Considerando que muitos pesquisadores acreditavam ser impossível determinar esses eventos, esses resultados abriram caminho para a introdução de novos e mais eficazes sistemas de previsão.

Benefícios

Este estudo pode trazer muitos benefícios ao mercado. Em primeiro lugar, é o primeiro conceito confiável de sistema de previsão de ondas fatais. Ele transforma a ideia de que esses eventos são complexos demais para prever em uma solução muito confiável e econômica, que pode fornecer avisos avançados valiosos para navios e plataformas offshore quando necessário.

Utiliza Dados de Boias Atuais

Outro grande benefício dessa abordagem para determinar a probabilidade de ondas fatais é que não há necessidade de instalar novos sensores ou sistemas. As boias já foram implantadas e testadas por décadas. Como tal, elas fornecem uma fonte de dados confiável e comprovada, com um histórico rastreável. Essa atualização de previsão por IA é um software. Dessa forma, pode aproveitar as milhões de horas de dados fornecidas por esses dispositivos para melhorar e aprimorar o desempenho futuro.

Aplicação Universal

Um dos aspectos mais interessantes do treinamento de IA foi que o modelo pôde ser aplicado com sucesso a locais fora do conjunto original de dados de boias. A equipe conseguiu prever com alta probabilidade o risco de ondas fatais para duas boias externas. Eles testaram sua teoria na Boia 132, localizada perto de Jacksonville, Flórida, e na Boia 067 perto da Ilha San Nicolas, ao largo da costa de Los Angeles. Os resultados mostraram que o algoritmo pode ser aplicado a outros locais com sucesso.

Autoaperfeiçoamento

Um dos maiores benefícios desse tipo de algoritmo de IA é que ele pode melhorar continuamente seu conjunto de dados, reforçando sua compreensão e aprimorando o desempenho. Esses sistemas evoluirão à medida que os dados forem refinados. Dessa forma, esse método oferece uma maneira de baixo custo e eficiente de aprimorar as operações.

Pesquisadores

Thomas Breunung e Balakumar Balachandran foram os principais pesquisadores do estudo. Eles alcançaram seu objetivo de demonstrar uma forma de determinar ondas fatais com alta precisão globalmente. Notavelmente, a Universidade de Maryland forneceu recursos de supercomputação e apoio à equipe, que agora busca melhorar seus resultados introduzindo mais dados em seu modelo, incluindo velocidade do vento, localização e profundidade. Todos esses fatores podem ajudar a melhorar os tempos de detecção e até mesmo fornecer uma maneira de determinar a altura do evento.

Empresas que Podem Integrar Esta Tecnologia Hoje

Muitas empresas podem obter benefícios imediatos com este estudo. Atualmente, há bilhões em infraestrutura offshore e embarcações de transporte que cruzam o oceano. Essas empresas certamente investirão em qualquer tecnologia que possa ajudar a prevenir perdas catastróficas e mortes.

1. Diamond Offshore Drilling Inc.

Diamond Offshore Drilling Inc. é uma importante empresa de perfuração de petróleo e gás localizada em Katy, Texas. A empresa entrou no mercado em 1987 como Diamond M Drilling antes de passar por várias rebrandings. Atualmente, possui 44 plataformas de perfuração offshore, incluindo 32 plataformas semissubmersíveis e 5 navios de perfuração.
Diamond Offshore Drilling Inc. tem contratos com muitas das maiores empresas de petróleo e gás do mundo, incluindo Hess Corporation , Petrobras, BP e Occidental Petroleum (OXY ). Seu posicionamento e a demanda por combustíveis fósseis tornam essa ação um forte “hold“. Notavelmente, a empresa sofreu alguns reveses devido à entrada de energias verdes no mercado, mas analistas preveem ganhos futuros à medida que conflitos e outros fatores elevam os preços do gás.

2. Sable Offshore Corp

SOC Gráfico de preços

Sable Offshore Corp (SOC ) é outra empresa de perfuração que poderia aproveitar um sistema de previsão de ondas fatais para proteger sua frota de plataformas e estações de perfuração offshore. A empresa foi fundada em 2020 como Flame Acquisition Corp antes de mudar seu nome para Sable. A Sable possui operações offshore localizadas ao largo da costa da Califórnia, em águas federais. Também detém 76 mil acres de concessões submarinas que permitem transportar petróleo bruto e gás natural.
A empresa tem muitas parcerias estratégicas com líderes do setor, incluindo ExxonMobil (XOM ), Canada Ltd, Imperial Oil (IMO ) Resources Limited e Pengrowth Energy Corporation, entre outros. As ações da empresa sofreram recentemente devido às flutuações do mercado. Contudo, a Califórnia tem uma demanda crescente por esses serviços, posicionando a Sable Offshore Corp como um fornecedor de energia local de destaque.

Futuro da Previsão de Ondas Fatais

Este estudo lança luz sobre o mundo elusivo das ondas fatais. Esses eventos não são mais histórias de marinheiros, mas agora são eventos previsíveis. No futuro, esses sistemas serão integrados em toda a economia marítima para mitigar riscos e melhorar a eficiência. Notavelmente, esses sistemas ficarão muito melhores e mais precisos à medida que obtiverem dados adicionais reforçados.
É esperado que esse estilo de previsão seja combinado em breve com sistemas como redes blockchain que fornecem monitoramento em tempo real de enormes volumes de dados ao redor do globo. Essa melhoria permitiria que esses sistemas registrassem e rastreassem ocorrências em tempo real ao longo do oceano de maneira imutável. Esses dados poderiam então ser usados para aprimorar a compreensão dos cientistas sobre esses eventos elusivos.

Ondas Fatais são um Problema que a Detecção Pode Resolver

Ainda não há como impedir a formação de ondas fatais. Contudo, o primeiro passo para prevenir perdas significativas é determinar quando e o que faz esses eventos ocorrerem. Esses engenheiros deram os primeiros passos e estabeleceram as bases para pesquisas futuras que podem salvar vidas. Por enquanto, seus esforços estão gerando “ondas” em múltiplas indústrias.
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