2秒報出地震參數(shù)，它比速報員更快

近日，西藏日喀則市定日縣發(fā)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(jiān)測和風險防范問題再次引發(fā)人們的關(guān)注。

當?shù)卣鸢l(fā)生的時候，地震波信號傳到地震臺網(wǎng)，據(jù)此得出地震震中、震級、發(fā)震時刻、深度、破裂機制等參數(shù)。地震監(jiān)測如何做到“又快又準”是我國科學家長期以來重要的攻關(guān)方向。

在中國地震臺網(wǎng)中心、在各地震臺站，速報員們一刻不敢松懈，他們是實現(xiàn)“又快又準”的關(guān)鍵一環(huán)�！罢鹎樾畔�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(wǎng)中心地震速報員杜廣寶在接受科技日報采訪時說，他已經(jīng)連續(xù)4個春節(jié)守在監(jiān)測系統(tǒng)前，地震發(fā)生后在10分鐘左右核算地震參數(shù)信息，校正自動速報結(jié)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(shù)可以解放速報員們緊繃的神經(jīng)？有沒有一種方法可以更快更準地給出地震參數(shù)信息？近日，由中國科技大學與中國地震局合作研發(fā)的“智能地動”系統(tǒng)項目組宣布：利用該人工智能地震監(jiān)測系統(tǒng)，僅需要1—2秒時間就能報出所有地震震源參數(shù)，引起業(yè)內(nèi)廣泛關(guān)注。

會“學習”的地震監(jiān)測系統(tǒng)

從古至今，地震對人們生命財產(chǎn)的威脅從未停止。僅2019年，我國大陸地區(qū)共發(fā)生5級以上地震20次，地震災(zāi)害造成的直接經(jīng)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?shù)厝罕姷纳�產(chǎn)生活帶來極大影響。

在地震發(fā)生的第一時間獲得地震的相關(guān)信息對于災(zāi)害的預判及救援意義重大。目前，自動算法與專業(yè)人員人工計算結(jié)果相結(jié)合的方式，仍是許多國家監(jiān)測地震的主要手段。也就是說，傳統(tǒng)地震監(jiān)測系統(tǒng)是報出系統(tǒng)計算與專家干預相結(jié)合的結(jié)果，因此要求專業(yè)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(fā)生。

科學家們最初研究“智能地動”系統(tǒng)的動力正是源自于此。

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采訪時表示，人工智能地震監(jiān)測系統(tǒng)的出現(xiàn)是地震監(jiān)測的一個重要的里程碑。通過深度學習歷史地震數(shù)據(jù)，“智能地動”系統(tǒng)可以監(jiān)測到微弱地震波信號，并在兩秒內(nèi)報出地震參數(shù)信息。借助超級計算機，災(zāi)害模擬評估的區(qū)域更廣、精確度更高。

“智能地動”系統(tǒng)與傳統(tǒng)監(jiān)測系統(tǒng)最大的不同就是它的深度學習能力。它能根據(jù)記憶中匯集的上百萬個地震資料，結(jié)合地震學理論，快速處理正在發(fā)生的地震數(shù)據(jù)。

“智能地動”系統(tǒng)自2018年12月已在中國地震局試運行，實時處理位于四川和云南省的中國地震實驗場的117個地震臺，這套系統(tǒng)采用一系列人工智能主導的地震數(shù)據(jù)分析方法分析數(shù)據(jù)，無需人工操作，便可自動快速地得出地震信息并自動發(fā)布。人工智能技術(shù)的應(yīng)用為地震監(jiān)測的時效性、準確性、以及處理大數(shù)據(jù)帶來了前所未有的新能力，將為防災(zāi)減災(zāi)帶來許多新的突破。

“智能地動”可能人所不能

正是由于“智能地動”系統(tǒng)可以不斷從歷史地震大數(shù)據(jù)中“學習”，它在監(jiān)測地震領(lǐng)域才有了能人所不能的一些“神通”。比如，以前我們采用計算記錄幅值變化來確定地震參數(shù)，一旦有噪音干擾或某個臺站發(fā)生故障，計算就容易出錯，但“智能地動”系統(tǒng)通過學習歷史上發(fā)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(jiān)測到微弱的、肉眼無法看到的地震波信號。傳統(tǒng)監(jiān)測系統(tǒng)一般可以報出3級以上的地震，而“智能地動”系統(tǒng)可以報出1級以上地震的信息，提高了地震監(jiān)測能力。

在地震定位方面，傳統(tǒng)方法拾取性質(zhì)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(jīng)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，這些都會影響最后定位結(jié)果，而“智能地動”系統(tǒng)則是一步到位，直接根據(jù)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(tǒng)方法只能處理較大地震的資料，并且依據(jù)人工選用的波形與反演參數(shù)，在幾分鐘后得出破裂機制的描述參數(shù)，“智能地動”系統(tǒng)則可在1秒內(nèi)依據(jù)記憶訓練的大數(shù)據(jù)庫，對任何地震瞬間推出地震破裂機制以及可靠性分析。

人工智能預報地震是新方向

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(shù)的迅速發(fā)展，地震相關(guān)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(shù)據(jù)、人工智能等最新技術(shù)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(xiàn)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，隨著人工智能的應(yīng)用越來越充分，他們分析大量地震數(shù)據(jù)的方式發(fā)生了改變，這將有助于人們更好地了解地震，預測地震的表現(xiàn)形式。

地震預報也是“智能地動”系統(tǒng)的努力方向之一。張捷表示，“智能地動”系統(tǒng)目前的運行水平已經(jīng)達到了常規(guī)地震監(jiān)測與地震預警的技術(shù)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(guān)于地震預報的學術(shù)報告，其中兩個報告都是應(yīng)用人工智能預測大地震。我們的目標是未來“智能地動”系統(tǒng)將具有中短期地震預測的功能。