冬奧的清華力量——Autoformer氣象預(yù)測(cè)模型,為北京冬奧保駕護(hù)航

由清華大學(xué)軟件學(xué)院機(jī)器學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)室與國(guó)家氣象中心合作設(shè)計(jì)的基于自研深度自相關(guān)網(wǎng)絡(luò)（Autoformer）的實(shí)時(shí)場(chǎng)館氣象預(yù)報(bào)系統(tǒng)，有效支撐了2022北京冬奧會(huì)的氣象監(jiān)控和預(yù)測(cè)工作。機(jī)器學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)室在短臨降水預(yù)報(bào)、極端強(qiáng)對(duì)流天氣預(yù)報(bào)預(yù)警等業(yè)務(wù)中有著豐富的技術(shù)積累。其核心技術(shù)Autoformer模型為各個(gè)比賽場(chǎng)館提供了風(fēng)速及溫度的預(yù)報(bào)支撐，使該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了分鐘級(jí)實(shí)時(shí)滾動(dòng)更新的氣象預(yù)報(bào)，補(bǔ)齊了氣象實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)的短板。

毫無疑問，氣象條件的變化對(duì)冬奧會(huì)的順利舉行和運(yùn)動(dòng)員的正常發(fā)揮起到至關(guān)重要的作用。例如，場(chǎng)館溫度會(huì)影響地面冰雪的形態(tài)，如果出現(xiàn)冰雪融化的現(xiàn)象會(huì)對(duì)比賽進(jìn)程造成負(fù)面影響。同時(shí)，一些滑雪運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目，比如大跳臺(tái)、U型場(chǎng)地等，需要運(yùn)動(dòng)員在空中做出高難度的翻轉(zhuǎn)動(dòng)作。如果風(fēng)速超過了標(biāo)準(zhǔn)值，則會(huì)影響運(yùn)動(dòng)員的動(dòng)作質(zhì)量，且存在一定的安全隱患。19日中午，北京冬奧會(huì)延慶賽區(qū)國(guó)家高山滑雪中心組委會(huì)曾宣布，因受大風(fēng)天氣影響，原定當(dāng)天進(jìn)行的高山滑雪混合團(tuán)體比賽將延期至20日舉行。由此可見，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)出場(chǎng)館的溫度、風(fēng)速變化對(duì)于賽程規(guī)劃、運(yùn)動(dòng)員備賽具有非常重要的意義。

Autoformer模型全面革新了Transformer結(jié)構(gòu)，使用深度分解架構(gòu)應(yīng)對(duì)復(fù)雜時(shí)間模式，同時(shí)基于隨機(jī)過程理論設(shè)計(jì)了自相關(guān)機(jī)制（Auto-Correlation），不同于離散點(diǎn)特征聚合的自注意力機(jī)制，Auto-Correlation首次實(shí)現(xiàn)了更加符合時(shí)間序列連續(xù)性的序列級(jí)特征聚合。相關(guān)論文已發(fā)表于機(jī)器學(xué)習(xí)頂級(jí)會(huì)議NeurIPS 2021中。

習(xí)近平總書記曾說“北京冬奧會(huì)是展現(xiàn)國(guó)家形象、促進(jìn)國(guó)家發(fā)展、振奮民族精神的重要契機(jī)?！眳⑴c該項(xiàng)目研發(fā)的同學(xué)們都感到非常幸運(yùn)和自豪。短短11個(gè)月，小組成員在龍明盛老師的指導(dǎo)下完成了技術(shù)創(chuàng)新、系統(tǒng)搭建、算法優(yōu)化、系統(tǒng)上線等一系列工作。項(xiàng)目研發(fā)的主要成員吳海旭由衷感嘆道：“通過這次項(xiàng)目，我深刻體會(huì)到了‘把論文寫在祖國(guó)大地上’的含義。很多算法創(chuàng)新與工程經(jīng)驗(yàn)都是從實(shí)際應(yīng)用、交流討論中慢慢摸索出來的?！彼硎痉浅Ｐ疫\(yùn)能夠參與到冬奧會(huì)的相關(guān)工作中，也非常高興Autoformer經(jīng)受住了冬奧會(huì)實(shí)際應(yīng)用的考驗(yàn)。

項(xiàng)目組成員徐介暉感到非常幸運(yùn)能夠如此近距離的感受冬奧，并將科研成果應(yīng)用到這一盛事當(dāng)中，同時(shí)他也倍感壓力，氣象預(yù)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性對(duì)于運(yùn)動(dòng)會(huì)的賽程規(guī)劃會(huì)產(chǎn)生非常大的影響。但實(shí)驗(yàn)室的師生們戮力同心、和衷共濟(jì)，最終沒有辜負(fù)學(xué)校和國(guó)家的期望。他滿懷信心的講到：“正如男子1000米短道速滑冠軍在賽后說的那樣——我們這代年輕人充滿希望，我們可以為國(guó)家付出一切，為國(guó)家作出貢獻(xiàn)！”

清華大學(xué)軟件學(xué)院機(jī)器學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)室合影