安捷数科与Graphcore携手,使用IPU进行气象预测、精准灌溉和防灾减灾

发布时间:2021-11-23 16:47    发布者:eechina
关键词: 气象 , 灌溉 , 灾害预防 , ET0 , IPU
安捷中科全资子公司安捷数科与Graphcore(拟未)正式宣布达成战略合作,双方将以目前用于气象、灌溉和灾害预防的ET0科学计算合作项目为基础,延伸到为不同行业与场景共同打造基于IPU的整合解决方案,应用于农业、工业、气象、乡村振兴、防灾减灾等领域,解决这些领域在数字转型和AI转型上面临的挑战和痛点,在IPU系统上释放行业的数据价值。

安捷数科与Graphcore的初期合作是基于IPU上ET0模型的科学计算项目,双方的技术团队使用了气象数据来在ET0模型上预测天气,对比安捷之前使用的计算平台CPU,安捷的技术团队在IPU上实现了60.5倍性能提升,这使得大规模精准天气预测成为可能。在下一阶段,除了扩大气象预测规模和时间范围,随着更丰富的数据集的使用,双方将使用ET0基于蒸发蒸腾量来进行森林大火预防、精准农业灌溉、自然灾害预测和保险减灾方面的应用。

如欲查看安捷数科通过IPU加速ET0模型计算的视频,请访问链接

在IPU上实现快速精准的气象预测

近期举行的第26届气候变化大会再次为人类拉响了气候危机的警铃,全球频发的极端天气比如森林大火、干旱、洪水、飓风、极寒极热等已经成为各个国家首要解决的问题。今年8月,中国气象局发布了《中国气候变化蓝皮书:极端天气气候事件风险进一步加剧》,蓝皮书显示,随着高温、强降水等极端天气气候事件的增多增强,我国气候风险水平趋于上升。1961年至2020年,我国极端强降水事件呈增多趋势,极端高温事件自20世纪90年代中期以来明显增多;1991年至2020年,我国气候风险指数平均值(6.8)较1961年至1990年平均值(4.3)增加了58%。今年的河南暴雨灾害便是极端天气事件的典型。

先进的AI技术和科学计算正在被探索如何应用于应对此类极端天气事件上。安捷数科在众多气象要素中,选择了基于蒸发蒸腾量的ET0(Reference evapotranspiration)来进行精准气象预测。ET0通过对温度、湿度、气压以及风速在内的天气要素进行插值分析和预测计算,这对气象数据挖掘、数值天气预报水平的评估以及气候变化等相关研究具有重要价值。

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安捷中科CEO黄思源

安捷中科CEO黄思源说道:“在ET0的项目中,我们最大的挑战是得到的基础数据是稀疏的,是不准确的,有些时候中间参数会有缺失。在这种情况下,我们需要大量的数据清理、数据治理的工作,从而需要大量的算力。ET0计算的主体是Kriging插值算法,我们要通过四千多台中国气象站,插值出一平方公里。我们国家近似一千万平方公里,所以我们要有一千万个点。从四千个点要插值一千万个点,要么不准确,要么计算工作量很大。我们还通过了地形地貌的数据进行辅助,获得更准确的插值。所以,这个计算工作量就更巨大。最终我们选择了Graphcore IPU代表的新型算力,来辅助提高我们的计算速度。在IPU上,目前我们做到了单一算法的速度提升,提升了60.5倍。”

“气候变化意味着我们过去的知识和规律不再起作用了,因此我们所有的计算都须面向短时、实时的计算。对于计算的难度和强度都提出了很高的要求。Graphcore的IPU技术使得我们有信心应对未来更多的气候变化,实现更短期的预测、更短期的响应。这项技术确实成为了安捷数科的基础技术。这也是为什么我们希望能与Graphcore建立长期的战略合作,把基于IPU的解决方案应用到其他领域,造福社会民众。”黄思源表示。

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上图显示了2015年全年气象数据在IPU上使用ET0的运行结果。颜色从蓝到红的变化,代表了ET0值从低到高的变化,不同区域的颜色差异直接体现了当天各个气候要素(空气温度、湿度、风速、大气压力)统计值(最高/最低/平均)的差异性。每一个点的ET0历史/预测数值可以用于当年极端天气识别统计以及作物未来一段时间灌溉量的预测。

使用IPU上的ET0进行精准农业灌溉

除了气象,蒸发蒸腾量也同样被广泛应用在灌溉领域。想要实现精准灌溉,唯一需要攻克的技术难点就是提供全国覆盖的蒸发蒸腾量的实时和未来的预测。安捷数科已与国家气象信息中心展开合作,通过国家气象信息中心获得全国的气象站的历史和实时数据,并且通过插值法计算出全国的按平方公里计量的蒸发蒸腾量。

“这个计算量很大,在Graphcore IPU上60.5倍的性能提升意味着我们能够做到为所有的7到15天的、一平方公里精度的ET0计算提供一个实时的技术。这种提升实际上对我们来说是巨大的,使得我们未来能够为所有的灌溉控制器提供实时控制。这对中国整个的灌溉耗水都具有深远影响。”黄思源说道。

将IPU驱动的创新应用于自然灾害预防

蒸发蒸腾量的变化可以预见潜在的自然灾害,比如若土壤和植被蒸腾量降低,那么森林大火的风险就会增高;若某一地区近期蒸腾量异常,那么就要警惕极端降雨或者干旱。同样降雨量在某些地区、某

些土壤环境下就能引起滑坡坍塌和泥石流,但是在另一些地区却不会。通常而言,植物覆盖较好的地区的灾害发生概率比较小,除了直观可见的植物根系约束了土壤移动的原因外,安捷数科的最新计算表明,实际上植物的蒸发蒸腾把土壤中的大量水分带到空气中,同时也降低了斜坡滑坡风险。借助IPU的卓越性能表现,安捷数科将能够进行更快速和更大量的类似创新研究。

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Graphcore大中华区总裁兼全球首席营收官卢涛

Graphcore大中华区总裁兼全球首席营收官卢涛表示:“安捷数科是中国极具创新的将数据技术和数据科学应用到不同行业和社会领域中的先导企业。Graphcore(拟未)与安捷数科的合作,使得我们能够更深入地扎根中国、服务中国,将IPU技术应用到农业、气象、自然灾害预测和社会服务等领域,为基础设施数字化建设和产业AI转型助力。”

“我们将继续积极与包括安捷数科在内的客户和生态伙伴通力合作,努力将IPU技术应用到AI惠民、AI惠农和AI兴业中,造福社会和民众,助力我国产业数字化转型。”卢涛表示。

ET0已经在Graphcore GitHub上开源,点击此处获取代码和教程。

关于ET0的技术博客也已发布,点击阅读《利用IPU加速气象要素空间插值算法》。

关于安捷中科CEO黄思源完整讲述ET0与Graphcore合作请访问链接


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