核心閱讀

如何提高地震監(jiān)測(cè)和風(fēng)險(xiǎn)防范能力,？近年來,，地震相關(guān)研究中常能見到前沿科技的身影,。

通過深度學(xué)習(xí)歷史地震數(shù)據(jù),，人工智能地震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)“智能地動(dòng)”可以監(jiān)測(cè)到微弱地震波信號(hào),，并在兩秒內(nèi)報(bào)出地震參數(shù)信息,。借助超級(jí)計(jì)算機(jī)，災(zāi)害模擬評(píng)估的區(qū)域更廣,、精確度更高,。隨著科技的發(fā)展，我國(guó)的防震減災(zāi)能力不斷提升,。

地震什么時(shí)候,、在哪兒發(fā)生？震級(jí)多大,？值班時(shí),，中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心的速報(bào)員杜廣寶和搭檔要在10分鐘左右核算地震參數(shù)信息,，校正自動(dòng)速報(bào)結(jié)果，給出正式速報(bào),。

杜廣寶的值班周期是24小時(shí),。“值班日都是無眠夜,?！彼f，每當(dāng)?shù)卣饋頃r(shí),，自動(dòng)速報(bào)系統(tǒng)觸發(fā),，他就會(huì)投入到緊張工作中。較大地震后余震頻發(fā)時(shí),，中心的速報(bào)員還會(huì)全員出動(dòng),。

有沒有一種方法能既精確又快速給出地震參數(shù)信息？如今,，一套人工智能全自動(dòng)地震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)——“智能地動(dòng)”,，有望為地震實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)提供新手段。

深度學(xué)習(xí)歷史地震數(shù)據(jù),，能在兩秒內(nèi)推算出位置等參數(shù)

“智能地動(dòng)”系統(tǒng)由中國(guó)科技大學(xué)張捷教授團(tuán)隊(duì)與中國(guó)地震局合作完成,。2018年12月起，“智能地動(dòng)”系統(tǒng)在中國(guó)地震局試運(yùn)行,，與四川和云南地震臺(tái)相連,，實(shí)時(shí)處理兩地的中國(guó)地震實(shí)驗(yàn)場(chǎng)的百余個(gè)地震臺(tái)數(shù)據(jù)?；?019年446個(gè)地震評(píng)估結(jié)果發(fā)現(xiàn),，“智能地動(dòng)”系統(tǒng)與專業(yè)人員人工計(jì)算處理的結(jié)果非常接近。研發(fā)團(tuán)隊(duì)還利用“智能地動(dòng)”對(duì)美國(guó)俄克拉荷馬州相關(guān)地震資料進(jìn)行了測(cè)試,，地震定位誤差在4公里之內(nèi),。

“智能地動(dòng)”是一套人工智能軟件系統(tǒng)。張捷介紹,，與傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)不同,，它有深度學(xué)習(xí)能力，能夠根據(jù)記憶中匯集的上百萬個(gè)地震資料,，結(jié)合地震學(xué)理論,，快速處理正在發(fā)生的地震數(shù)據(jù)。打個(gè)比方,，傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是一個(gè)單純的理論專家,，而“智能地動(dòng)”是一個(gè)有深度歷史記憶的理論專家。“用人工智能技術(shù),，就相當(dāng)于全體地震學(xué)家在一起值班處理地震數(shù)據(jù),。”張捷說,。

由于能不斷從歷史地震大數(shù)據(jù)中“學(xué)習(xí)”,，“智能地動(dòng)”練就了一雙監(jiān)測(cè)地震的“火眼金睛”——可以有效去除各頻段噪聲，識(shí)別能力強(qiáng),，從而監(jiān)測(cè)到微弱的地震波信號(hào)。傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)一般處理3級(jí)以上的地震,，而“智能地動(dòng)”可以報(bào)出1級(jí)以上地震的信息,，提高了地震監(jiān)測(cè)的能力。張捷介紹,，微小地震可能是大地震發(fā)展的前兆,，能夠自動(dòng)識(shí)別出它們是地震監(jiān)測(cè)的重要突破。

準(zhǔn)確定位地震和推斷破裂機(jī)制是地震監(jiān)測(cè)的難點(diǎn),。“智能地動(dòng)”系統(tǒng)可以直接根據(jù)地震波形來記錄,、推斷位置與深度。同時(shí),，借助強(qiáng)大記憶數(shù)據(jù)庫(kù),，系統(tǒng)能在1—2秒內(nèi)推算出地震的位置、深度,、震級(jí)和震源機(jī)制等參數(shù),。

“兩秒內(nèi)出結(jié)果”意味著什么？張捷說,，地震發(fā)生后盡早報(bào)出信息,，能向地震波還沒有到達(dá)的地區(qū)發(fā)出預(yù)警，為公眾采取防護(hù)措施,、政府確定救援方案搶出寶貴時(shí)間,。

在試運(yùn)行中不斷改進(jìn)，已達(dá)到常規(guī)監(jiān)測(cè)的技術(shù)指標(biāo)要求

國(guó)際科技界一直非常關(guān)注人工智能技術(shù)在監(jiān)測(cè)地震上的應(yīng)用,。一些國(guó)家提出了研發(fā)人工智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的計(jì)劃,，但大多仍處于前期科研階段。“智能地動(dòng)”是目前國(guó)際上唯一實(shí)時(shí)運(yùn)行的人工智能地震監(jiān)測(cè)系統(tǒng),，核心任務(wù)是協(xié)助中國(guó)地震局監(jiān)測(cè)四川,、云南發(fā)生的地震。在地震預(yù)警與預(yù)報(bào)研究中,，該系統(tǒng)也顯示了很好的潛力,。

震情信息無小事。目前，世界各國(guó)采用新的地震標(biāo)準(zhǔn)與系統(tǒng)時(shí)非常謹(jǐn)慎,，一般要經(jīng)過5至10年的測(cè)試,。此外，國(guó)家臺(tái)網(wǎng)中心公布的地震信息,，都經(jīng)過專家仔細(xì)核算校正,。而“智能地動(dòng)”是一個(gè)無人操作的系統(tǒng)，因此,，有專家認(rèn)為,，當(dāng)機(jī)器給出一項(xiàng)結(jié)果，如果懷疑有問題,，人們很難回溯去找尋原因,。

張捷坦言，這確實(shí)可能是人工智能系統(tǒng)的不足,。為盡量規(guī)避影響,，在實(shí)際運(yùn)營(yíng)中，科研人員將人工智能與傳統(tǒng)計(jì)算方法結(jié)合起來分析,，如果兩者出現(xiàn)較大差異,，監(jiān)控系統(tǒng)就能夠分析產(chǎn)生差異的原因，并確定最好結(jié)果,，“做到不會(huì)比傳統(tǒng)方法差,。”

“我們希望提升該系統(tǒng)的運(yùn)行能力,，完成一些人工做不到的事情,。”張捷說,，經(jīng)過一年多的測(cè)試運(yùn)行,，“智能地動(dòng)”系統(tǒng)已經(jīng)達(dá)到了常規(guī)地震監(jiān)測(cè)與地震預(yù)警的技術(shù)指標(biāo)要求?！拔磥?，該系統(tǒng)還需要較長(zhǎng)時(shí)間的試運(yùn)行與改進(jìn)，才有可能替代24小時(shí)的值班人員,?！?/span>

模擬仿真系統(tǒng)等新技術(shù)，幫助災(zāi)害評(píng)估更精準(zhǔn)快速

近年,，除了人工智能,，一系列前沿信息技術(shù)也應(yīng)用到地震相關(guān)研究中。

地震發(fā)生后,，城市哪個(gè)區(qū)域破壞大,，破壞程度又如何,？傳統(tǒng)方法是依靠人工勘察，調(diào)查統(tǒng)計(jì)各處建筑的受損狀態(tài),。經(jīng)過6年的研究,，中國(guó)地震局工程力學(xué)研究所研究員林旭川開發(fā)出一套仿真系統(tǒng)。該系統(tǒng)依托房屋的高度,、結(jié)構(gòu)類型,、建造年代等關(guān)鍵地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)對(duì)城市進(jìn)行快速精細(xì)化建模。只要輸入監(jiān)測(cè)到的地震數(shù)據(jù),，就能快速生成所在區(qū)域房屋破壞分布圖,。

“現(xiàn)代城市系統(tǒng)非常復(fù)雜，地震中個(gè)別橋梁的損壞,，就可能影響半個(gè)城市交通,。”林旭川說,，結(jié)合實(shí)時(shí)的地震監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，仿真系統(tǒng)可在震后第一時(shí)間初步給出城市破壞情況,，為救災(zāi)救援提供決策參考,。除了災(zāi)后實(shí)時(shí)評(píng)估，該仿真系統(tǒng)還能為城市規(guī)劃提供支撐,。林旭川介紹,，通過仿真系統(tǒng)，科研人員模擬出各種不同震級(jí)地震發(fā)生時(shí)的情景,，給出各個(gè)房屋的破壞性狀態(tài),，從而為城市防災(zāi)減災(zāi)規(guī)劃提供精細(xì)化的建議。比如,，應(yīng)該在哪里,、配備多少避難場(chǎng)所、消防站,、醫(yī)院等,。

隨著數(shù)據(jù)量增大和模擬精細(xì)化程度不斷提高，林旭川感到一般的計(jì)算系統(tǒng)已經(jīng)滿足不了要求,，必須借助更快更強(qiáng)大的超級(jí)計(jì)算機(jī)或云超算平臺(tái),。有一次，他要對(duì)一個(gè)城市百萬數(shù)量級(jí)建筑群開展精細(xì)化彈塑性仿真分析,，若用日常的計(jì)算平臺(tái),，可能永遠(yuǎn)也算不出來?？煞旁?/span>“天河二號(hào)”上,，幾分鐘就輸出了結(jié)果。“地震救災(zāi),，每秒都很珍貴,，使用超級(jí)計(jì)算機(jī)可以爭(zhēng)取更多的時(shí)間?！绷中翊ㄕf,。

通常，大地震影響的不僅僅是單個(gè)城市,，對(duì)區(qū)域內(nèi)城市群進(jìn)行震害分析對(duì)于統(tǒng)籌救援資源非常重要,。而大區(qū)域、精細(xì)化,、動(dòng)態(tài)的模擬對(duì)計(jì)算能力提出了更高要求,。林旭川認(rèn)為，超級(jí)計(jì)算機(jī)將是智能社會(huì)的重要戰(zhàn)略性資源,，它的應(yīng)用可以為模擬地震災(zāi)害提供一次飛躍的機(jī)會(huì),。

記者手記

運(yùn)用新技術(shù) 應(yīng)對(duì)更有方

由于我們對(duì)地球內(nèi)部的地質(zhì)結(jié)構(gòu)和應(yīng)力變化情況不夠了解，更無法直接進(jìn)入地球內(nèi)部觀測(cè)地震的孕育,、發(fā)生過程,，地震預(yù)測(cè)至今仍是世界性的科學(xué)難題。

但面對(duì)潛在的地震災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn),，我們并非只能被動(dòng)應(yīng)對(duì),，而可以未雨綢繆。

無論是利用人工智能技術(shù)監(jiān)測(cè)地震,，盡快發(fā)出預(yù)警信息爭(zhēng)取防護(hù)時(shí)間,，還是借助超級(jí)計(jì)算機(jī)做好城市抗震精細(xì)化規(guī)劃，都能幫助我們面對(duì)災(zāi)害時(shí)多一份從容,。我們還可以主動(dòng)出擊,，通過制造可控的人工震源等方式，推演地下情況,，摸清地震的“脾氣”,，提升應(yīng)對(duì)水平。

一般人不容易直接察覺到地震科技的進(jìn)步,。雖然人類短期內(nèi)還無法完全掌握地震的發(fā)生規(guī)律,，但我們對(duì)地震的認(rèn)識(shí)正在不斷深入，一些新技術(shù),、新手段的應(yīng)用,，讓科學(xué)家在與地震過招時(shí)有了更足的底氣。