20秒預警，拯救127個(gè)孩子！四川瀘定6.8級地震，能用AI預測嗎？
發(fā)布人：傳感器技術(shù)
時(shí)間：2022-09-07
來(lái)源：工程師
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最新消息，四川瀘定6.8級地震已經(jīng)造成甘孜州遇難29人，雅安市遇難17人，另有16人失聯(lián)，50人受傷。
看到這個(gè)消息，感到無(wú)比心痛……
在今夏的超強熱浪中，四川作為西電東輸的主力大省，為全國人民抗下了所有委屈。
這座英雄的城市，選擇了自己負重前行：為了向其他兄弟省份繼續供電，熄滅了路燈，關(guān)閉了空調，讓自己陷入一片黑暗。
隨后，四川又遭遇了疫情，成都等城市全城靜默。
而昨天，瀘定又遭遇了地震，現在傷亡人數還在不斷統計中。
來(lái)源：中國消防20秒，拯救127個(gè)孩子
在位于震中的海螺溝，有兩個(gè)酒店樓體全塌了。
，時(shí)長(cháng)00:16
四川已經(jīng)緊急調度「大型高空全網(wǎng)應急通信無(wú)人機」，飛赴震中執行公眾通信覆蓋任務(wù)。
來(lái)源：九派新聞地震預警這關(guān)鍵的20秒，救下了127個(gè)孩子。地震預警立大功
這個(gè)被稱(chēng)為「大喇叭」的地震預警倒計時(shí)，來(lái)自我國自主研發(fā)的「地震預警」系統。在此次四川瀘定地震發(fā)生后，四川省內成都、甘孜、瀘州、雅安等多地發(fā)出了地震預警，包括很多民眾的電視、手機等終端設備。簡(jiǎn)而言之，地震預警就是在地震發(fā)生后，利用電磁波（約30萬(wàn)公里/秒）比地震波（約4公里/秒）快的特點(diǎn)，向地震波尚未到達的地區發(fā)出地震波即將到達的警鐘。
那一年的汶川地震，有將近70,000人死亡，給我們造成了太大的傷痛……如果當時(shí)我們能有這樣的預警系統，死亡人數至少可以減少30%。汶川地震后，我國加大了對地震高發(fā)地區的災害預警的投資。作為地震高發(fā)區域的四川省，2012年就在成都開(kāi)始試點(diǎn)安裝預警系統。截止到2020年底，預警系統已經(jīng)可以覆蓋四川全省。這次起了大作用的「地震預警」系統，是由成都高新減災研究所與中國地震局聯(lián)合建設的大陸地震預警網(wǎng)。地震波分為縱波和橫波，前者傳播速度快、破壞力小，后者傳播速度慢、破壞力大。地震預警的基本原理，就是利用兩者的時(shí)間差發(fā)出警報。離震源較近的地震觀(guān)測儀器接收到地震縱波后，實(shí)時(shí)并持續估計地震參數及其影響，并向地震橫波尚未到達的可能受災區域，提前數秒至幾十秒發(fā)出警報信息。根據《科技日報》對研究所所長(cháng)王暾的采訪(fǎng)，利用地震傳感器建立起地震預警網(wǎng)后，一旦地震發(fā)生，地震預警系統就會(huì )利用電磁波傳輸速度遠大于地震波的特性，通過(guò)讀取分析布設在各地的實(shí)時(shí)傳輸地震監測臺站的記錄數據，快速對判斷地震發(fā)生的位置以及大概的震級，然后全自動(dòng)地向還未受波及的用戶(hù)提前幾秒到幾十秒發(fā)出預警。
我們所做的工作是地震預警，而并非地震預報，臨震預報仍然是世界難題。地震預警只能減少人員損傷，而不能做到避免。因為只能預警，不能預測，人員的傷亡就無(wú)法避免。
地震預報仍是世界難題
為什么預測下一場(chǎng)大地震會(huì )如此困難？讓我們先從一個(gè)簡(jiǎn)單的問(wèn)題開(kāi)始：下一次大地震將在哪里發(fā)生？
研究表明，較大的斷層通常會(huì )引起較大的地震。理論上，如果所有的斷層都被繪制出來(lái)了，那么我們應該能夠對一個(gè)特定地區可能經(jīng)歷的最強烈的地震加以限制。然而，估計斷層大小和釋放的相應能量并不總是那么簡(jiǎn)單。斷層常表現出復雜的幾何形態(tài)，使得對斷層區域的建模變得復雜。此外，斷層可能同時(shí)破裂：在新西蘭2016年的Kaikōura地震期間，13個(gè)不同的斷層同時(shí)破裂。此外，地震的震級并不一定與破壞力呈正相關(guān)。根據發(fā)生的地點(diǎn)，中等震級的地震可能比「大」地震更具破壞性。例如，1994年加利福尼亞州北嶺6.7級地震造成重大財產(chǎn)損失和生命損失，而2018年斐濟8.2級地震強度為178倍，并未造成任何損失。
現在，讓我們看這個(gè)更加復雜的問(wèn)題：下一次大地震何時(shí)發(fā)生？預測時(shí)間是地震預測中最難的挑戰。有兩種理論可以解釋?zhuān)瑸槭裁磳r(shí)間的預測是有缺陷的。第一種理論稱(chēng)為彈性回跳理論，它指出地殼在強烈的壓力下會(huì )彎曲變形，直到最終在應變下斷裂。沿著(zhù)斷裂的滑移（即地震）使兩側的巖石回彈到變形較小的狀態(tài)，并釋放儲存的能量，從而使累積應變的過(guò)程重新開(kāi)始。第二種理論被稱(chēng)為特征地震，它描述了研究最多的地震產(chǎn)生的斷層似乎有不同的區段。在兩次地震之間的間隔期內，這些板塊反復破裂，積累了相同數量的應變，從而產(chǎn)生了相似震級的地震。假設這兩個(gè)理論一直存在，我們就可以根據1）最大未受力應變的位置，2）自上次地震發(fā)生以來(lái)的時(shí)間，以及3）對斷層帶的精確了解來(lái)預測下一次地震何時(shí)發(fā)生。可以看出，由于現實(shí)的種種復雜因素，我們很難預測出地震發(fā)生的時(shí)間。
那么，如果用上人工智能技術(shù)又會(huì )如何呢？理論上，在地震預測數據中，有許多模式和信號，人類(lèi)無(wú)法看到，人工智能卻可以清楚地檢測到。
用AI預測地震可行嗎
在2018年，來(lái)自谷歌和哈佛大學(xué)的研究人員，曾在一篇發(fā)表在Nature的論文中，展示了如何用深度學(xué)習預測余震位置。該模型在一個(gè)包含131000多個(gè)「主震-余震」事件的數據庫中尋找模式，然后在一個(gè)包含30000對類(lèi)似事件的數據庫中測試其預測。結果顯示，深度學(xué)習網(wǎng)絡(luò )比當時(shí)被稱(chēng)為「庫侖破裂應力變化」的模型更加可靠。
在美國地震學(xué)會(huì )（SSA）2021年年會(huì )上，來(lái)自斯坦福大學(xué)的研究團隊提出了一種實(shí)時(shí)分析地震信號的新方法——DeepShake，并在之后發(fā)表在了Seismological Research Letters上。模型的訓練數據來(lái)自2019年加州的地震記錄，測試的結果顯示，DeepShake可以在高強度地面晃動(dòng)到來(lái)之前的7到13秒之間發(fā)出警報。相比于傳統的地震預警，DeepShake可以直接根據地面運動(dòng)的特征發(fā)出提前預警，省去了現有系統使用的一些中間步驟。研究人員表示，DeepShake展示了機器學(xué)習模型在提高地震預警系統的速度和準確性方面的潛力。
論文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abl3564可以期待的是，隨著(zhù)算力的不斷提高以及數據的不斷完善，AI在地震預測這一領(lǐng)域，也將有著(zhù)更近一步的發(fā)展。最后，讓我們默默祈禱，有更多的受災人群能夠獲救，天佑四川，天佑中華。參考資料：http://m.stdaily.com/index/kejixinwen/202209/d7e1e5244d1e4c30ad11c232c0ea2761.shtmlhttps://weibo.com/2803301701/M4sAT7Qsv?refer_flag=1001030103_來(lái)源：新智元
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