近日，中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所在海洋溫度預(yù)測(cè)方法研究中取得新進(jìn)展，提出的基于立體空間-時(shí)間的四維卷積模型高精度應(yīng)用于海水溫度預(yù)測(cè)。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters上，并申請(qǐng)相關(guān)專利。

　　海洋溫度預(yù)測(cè)在全球變暖、漁業(yè)和海洋環(huán)境保護(hù)等海洋相關(guān)領(lǐng)域占據(jù)關(guān)鍵地位，是海洋學(xué)方面的重要研究?jī)?nèi)容。目前，基于深度學(xué)習(xí)的預(yù)測(cè)方法均以時(shí)序預(yù)測(cè)為主，忽視了海洋內(nèi)部的空間聯(lián)系，以點(diǎn)預(yù)測(cè)點(diǎn)的方式導(dǎo)致特征提取不充分。此外，海洋內(nèi)部不定期存在溫躍層，溫度變化趨勢(shì)在溫躍層位置發(fā)生驟變，這加大了海洋溫度預(yù)測(cè)的難度，因而目前對(duì)海水溫度的研究多集中于海表。

　　沈陽(yáng)自動(dòng)化所數(shù)字工廠研究室大數(shù)據(jù)課題組提出一種基于時(shí)空四維卷積網(wǎng)絡(luò)的模型。該模型由四維卷積網(wǎng)絡(luò)、殘差網(wǎng)絡(luò)、再校準(zhǔn)模塊三部分構(gòu)成。研究利用四維卷積將海洋溫度同時(shí)從立體空間、時(shí)間維度提取雙重特征；之后緊接殘差單元，利用三維卷積進(jìn)一步探索海洋的空間特征；運(yùn)用再校準(zhǔn)模塊，探索、量化各個(gè)區(qū)域特征的貢獻(xiàn)程度，由此提高模型的質(zhì)量。實(shí)驗(yàn)表明，該模型對(duì)海洋0-2000m的水平及剖面預(yù)測(cè)均取得了高精度結(jié)果，溫躍層的位置及形狀也可準(zhǔn)確捕捉。科研人員將其與主流算法對(duì)比，在均方根誤差（RMSE）、平均絕對(duì)誤差（MAE）、預(yù)測(cè)精度（ACC）、決定系數(shù)（R-Square）等指標(biāo)上均為最優(yōu)。

　　該研究為海洋溫度預(yù)測(cè)提供了新的研究思路，可為海洋環(huán)境感知相關(guān)項(xiàng)目提供核心技術(shù)支持。

四維卷積網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型