基於人工智慧技術的地震監測系統將是未來預報地震的發展新方向

2020-12-24 電子發燒友

基於人工智慧技術的地震監測系統將是未來預報地震的發展新方向

佚名 發表於 2020-03-31 14:02:38

人工智慧地震監測系統上線

2秒報出地震參數，它比速報員更快

近日，西藏日喀則市定日縣發生5.9級地震，震源深度10千米。距離震中較近的定日縣、拉孜縣居民都有震感。地震的監測和風險防範問題再次引發人們的關注。

當地震發生的時候，地震波信號傳到地震臺網，據此得出地震震中、震級、發震時刻、深度、破裂機制等參數。地震監測如何做到「又快又準」是我國科學家長期以來重要的攻關方向。

在中國地震臺網中心、在各地震臺站，速報員們一刻不敢鬆懈，他們是實現「又快又準」的關鍵一環。「震情信息無小事，容不得一絲差錯，只能叮囑自己仔細再仔細。」中國地震臺網中心地震速報員杜廣寶在接受科技日報採訪時說，他已經連續4個春節守在監測系統前，地震發生後在10分鐘左右核算地震參數信息，校正自動速報結果，給出正式速報是杜廣寶和同事們必須做到的事情。

有沒有一種新技術可以解放速報員們緊繃的神經？有沒有一種方法可以更快更準地給出地震參數信息？近日，由中國科技大學與中國地震局合作研發的「智能地動」系統項目組宣布：利用該人工智慧地震監測系統，僅需要1—2秒時間就能報出所有地震震源參數，引起業內廣泛關注。

會「學習」的地震監測系統

從古至今，地震對人們生命財產的威脅從未停止。僅2019年，我國大陸地區共發生5級以上地震20次，地震災害造成的直接經濟損失約59億元。其中，四川長寧6.0級地震和西藏墨脫6.3級地震都給當地群眾的生產生活帶來極大影響。

在地震發生的第一時間獲得地震的相關信息對於災害的預判及救援意義重大。目前，自動算法與專業人員人工計算結果相結合的方式，仍是許多國家監測地震的主要手段。也就是說，傳統地震監測系統是報出系統計算與專家幹預相結合的結果，因此要求專業人員24小時值班，這對工作人員提出了很高的要求。更重要的是，有許多微小地震肉眼常常無法識別，但是這些微小地震可能預示大地震的發生。

科學家們最初研究「智能地動」系統的動力正是源自於此。

中國科技大學地球和空間科學學院教授張捷在接受科技日報記者採訪時表示，人工智慧地震監測系統的出現是地震監測的一個重要的裡程碑。通過深度學習歷史地震數據，「智能地動」系統可以監測到微弱地震波信號，並在兩秒內報出地震參數信息。藉助超級計算機，災害模擬評估的區域更廣、精確度更高。

「智能地動」系統與傳統監測系統最大的不同就是它的深度學習能力。它能根據記憶中匯集的上百萬個地震資料，結合地震學理論，快速處理正在發生的地震數據。

「智能地動」系統自2018年12月已在中國地震局試運行，實時處理位於四川和雲南省的中國地震實驗場的117個地震臺，這套系統採用一系列人工智慧主導的地震數據分析方法分析數據，無需人工操作，便可自動快速地得出地震信息並自動發布。人工智慧技術的應用為地震監測的時效性、準確性、以及處理大數據帶來了前所未有的新能力，將為防災減災帶來許多新的突破。

「智能地動」可能人所不能

正是由於「智能地動」系統可以不斷從歷史地震大數據中「學習」，它在監測地震領域才有了能人所不能的一些「神通」。比如，以前我們採用計算記錄幅值變化來確定地震參數，一旦有噪音幹擾或某個臺站發生故障，計算就容易出錯，但「智能地動」系統通過學習歷史上發生的上百萬個地震信號，可以有效地去除任何頻率段的噪音，識別能力強，能監測到微弱的、肉眼無法看到的地震波信號。傳統監測系統一般可以報出3級以上的地震，而「智能地動」系統可以報出1級以上地震的信息，提高了地震監測能力。

在地震定位方面，傳統方法拾取性質不同或傳播路徑不同的地震波組、地震波從震源傳到觀測點所經過的時間等地震震相走時，去噪效果差，個別臺站拾取走時錯誤，這些都會影響最後定位結果，而「智能地動」系統則是一步到位，直接根據地震波形記錄推斷地震的位置與深度。

更重要的是，在地震破裂機制研究上，傳統方法只能處理較大地震的資料，並且依據人工選用的波形與反演參數，在幾分鐘後得出破裂機制的描述參數，「智能地動」系統則可在1秒內依據記憶訓練的大資料庫，對任何地震瞬間推出地震破裂機制以及可靠性分析。

人工智慧預報地震是新方向

最近一些年來，我國地震科技取得了長足的進步。隨著各項高新技術的迅速發展，地震相關研究中常能見到前沿科技的身影。許多人都知道地震預報是一個世界級難題。既然科學家們開始將大數據、人工智慧等最新技術研究成果引入地震科學，是不是意味著我們有可能在地震預報上獲得重大突破呢？

實際上，為了預測下一場大地震將出現在何時何地，有許多科學家都在不斷努力。越來越多的科學家認為，隨著人工智慧的應用越來越充分，他們分析大量地震數據的方式發生了改變，這將有助於人們更好地了解地震，預測地震的表現形式。

地震預報也是「智能地動」系統的努力方向之一。張捷表示，「智能地動」系統目前的運行水平已經達到了常規地震監測與地震預警的技術指標要求。他說，我們團隊目前多項科研都在從事地震預報的研究。去年12月我們在美國舊金山召開的全球最大的地球物理學年會上，作了3個關於地震預報的學術報告，其中兩個報告都是應用人工智慧預測大地震。我們的目標是未來「智能地動」系統將具有中短期地震預測的功能。
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