论文

Planetary Prediction Engine:基于智能数据选择与基础模型嵌入的自主地理空间预测

Planetary Prediction Engine: Autonomous Geospatial Prediction via Intelligent Data Selection and Foundation Model Embeddings

应用与实践科学研究

摘要

应对从粮食安全、灾害风险到疾病暴发和社会经济脆弱性等关键全球挑战,需要高保真的地理空间建模。然而,构建预测性行星模型仍受制于碎片化的数据生态,需要人工数据检索、多模态数据整理与融合以及迭代的模型选择。我们提出行星预测引擎(Planetary Prediction Engine, PPE),一个直接从自然语言查询执行这一端到端工作流的自主AI系统。PPE即时合成多模态数据集,从开放网络和地球观测平台(Data Commons、Google Earth Engine)检索时空相关的协变量,并将其与地理空间基础模型嵌入(PDFM、AlphaEarth)融合。同时,它在面向任务定制的模型架构族中进行搜索,并配备自动化的过拟合防护。在多样的任务、地理区域和科学领域中,PPE持续优于最先进或经人工调优的专家基线。在美国空间回归任务中,PPE将21项CDC健康指标的平均R²从60.0%提升至76.8%,FEMA国家风险指数从60.0%提升至64.9%,社会脆弱性指数从58.6%提升至66.2%。在数据稀缺情形下的空间降尺度任务中,PPE整合本地化代理变量,将尼日利亚食品安全指标的基线准确率翻倍(R²为66.1%对31.5%)。在对2026年刚果(金)Bundibugyo埃博拉疫情的流行病学即时预测中,PPE取得83.3%的Recall@10(在五次周度预测中识别出18个新侵入卫生区中的15个),较公开的最先进建模(约73%)提升10.3个百分点。通过将自主的多模态行星数据发现与针对性的模型优化相结合,PPE降低了行星尺度分析的技术门槛,实现了快速、定制化、专家级的部署。

Planetary Prediction Engine:基于智能数据选择与基础模型嵌入的自主地理空间预测:论文配图
图1:Planetary Prediction Engine 的端到端工作流。系统将预测工作流分解为三个模块化阶段:(1) 智能数据选择,(2) 数据集筛选整理,(3) AutoML 与预测,以产出预测结果和报告。现成的 LLM 在每个阶段中担任编排者。