人民日报:捕捉地震,用上“超级大脑”
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文章来源:本站 上传时间:2020-03-31

  地震什么时候、在哪儿发生?震级多大?值班时,中国地震台网中心的速报员杜广宝和搭档要在10分钟左右核算地震参数信息,校正自动速报结果,给出正式速报。

  杜广宝的值班周期是24小时。“值班日都是无眠夜。”他说,每当地震来时,自动速报系统触发,他就会投入到紧张工作中。较大地震后余震频发时,中心的速报员还会全员出动。

  有没有一种方法能既精确又快速给出地震参数信息?如今,一套人工智能全自动地震监测系统——“智能地动”,有望为地震实时监测提供新手段。

  深度学习历史地震数据,能在两秒内推算出位置等参数

  “智能地动”系统由中国科技大学张捷教授团队与中国地震局合作完成。2018年12月起,“智能地动”系统在中国地震局试运行,与四川和云南地震台相连,实时处理两地的中国地震实验场的百余个地震台数据。基于2019年446个地震评估结果发现,“智能地动”系统与专业人员人工计算处理的结果非常接近。研发团队还利用“智能地动”对美国俄克拉荷马州相关地震资料进行了测试,地震定位误差在 4 公里之内。

  “智能地动”是一套人工智能软件系统。张捷介绍,与传统监测系统不同,它有深度学习能力,能够根据记忆中汇集的上百万个地震资料,结合地震学理论,快速处理正在发生的地震数据。打个比方,传统的监测系统是一个单纯的理论专家,而“智能地动”是一个有深度历史记忆的理论专家。“用人工智能技术,就相当于全体地震学家在一起值班处理地震数据。”张捷说。

  由于能不断从历史地震大数据中“ 学习”,“智能地动”练就了一双监测地震的“火眼金睛”——可以有效去除各频段噪声,识别能力强,从而监测到微弱的地震波信号。传统监测系统一般处理 3 级以上的地震,而“智能地动”可以报出 1 级以上地震的信息,提高了地震监测的能力。张捷介绍,微小地震可能是大地震发展的前兆,能够自动识别出它们是地震监测的重要突破。

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  准确定位地震和推断破裂机制是地震监测的难点。“智能地动”系统可以直接根据地震波形来记录、推断位置与深度。同时,借助强大记忆数据库,系统能在 1—2 秒内推算出地震的位置、深度、震级和震源机制等参数。

  “两秒内出结果”意味着什么?张捷说,地震发生后尽早报出信息,能向地震波还没有到达的地区发出预警,为公众采取防护措施、政府确定救援方案抢出宝贵时间。

  在试运行中不断改进,已达到常规监测的技术指标要求

  国际科技界一直非常关注人工智能技术在监测地震上的应用。一些国家提出了研发人工智能监测系统的计划,但大多仍处于前期科研阶段。“智能地动”是目前国际上唯一实时运行的人工智能地震监测系统,核心任务是协助中国地震局监测四川、云南发生的地震。在地震预警与预报研究中,该系统也显示了很好的潜力。

  震情信息无小事。目前,世界各国采用新的地震标准与系统时非常谨慎,一般要经过 5 至 10 年的测试。此外,国家台网中心公布的地震信息,都经过专家仔细核算校正。 而“智能地动”是一个无人操作的系统,因此,有专家认为,当机器给出一项结果,如果怀疑有问题,人们很难回溯去找寻原因。

  张捷坦言,这确实可能是人工智能系统的不足。为尽量规避影响,在实际运营中,科研人员将人工智能与传统计算方法结合起来分析,如果两者出现较大差异,监控系统就能够分析产生差异的原因,并确定最好结果, “做到不会比传统方法差。”

  “我们希望提升该系统的运行能力,完成一些人工做不到的事情。”张捷说,经过一年多的测试运行,“智能地动”系统已经达到了常规地震监测与地震预警的技术指标要求。 “未来,该系统还需要较长时间的试运行与改进,才有可能替代 24 小时的值班人员。”

  模拟仿真系统等新技术 ,帮助灾害评估更精准快速

  近年,除了人工智能,一系列前沿信息技术也应用到地震相关研究中。

  地震发生后,城市哪个区域破坏大,破坏程度又如何?传统方法是依靠人工勘察,调查统计各处建筑的受损状态。经过 6 年的研究,中国地震局工程力学研究所研究员林旭川开发出一套仿真系统。该系统依托房屋的高度、结构类型、建造年代等关键地理信息系统数据对城市进行快速精细化建模。只要输入监测到的地震数据,就能快速生成所在区域房屋破坏分布图。

  “现代城市系统非常复杂,地震中个别桥梁的损坏,就可能影响半个城市交通。”林旭川说,结合实时的地震监测数据,仿真系统可在震后第一时间初步给出城市破坏情况,为救灾救援提供决策参考。除了灾后实时评估,该仿真系统还能为城市规划提供支撑。林旭川介绍,通过仿真系统,科研人员模拟出各种不同震级地震发生时的情景,给出各个房屋的破坏性状态,从而为城市防灾减灾规划提供精细化的建议。比如,应该在哪里、配备多少避难场所、消防站、医院等。

  随着数据量增大和模拟精细化程度不断提高,林旭川感到一般的计算系统已经满足不了要求,必须借助更快更强大的超级计算机或云超算平台。有一次,他要对一个城市百万数量级建筑群开展精细化弹塑性仿真分析,若用日常的计算平台,可能永远也算不出来。可放在“天河二号”上,几分钟就输出了结果。“地震救灾,每秒都很珍贵,使用超级计算机可以争取更多的时间。”林旭川说。

  通常,大地震影响的不仅仅是单个城市,对区域内城市群进行震害分析对于统筹救援资源非常重要。而大区域、精细化、动态的模拟对计算能力提出了更高要求。林旭川认为,超级计算机将是智能社会的重要战略性资源,它的应用可以为模拟地震灾害提供一次飞跃的机会。

  

来源:人民日报

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震级

地震作为一种自然现象,不同时间、不同地点发生的地震有大有小,大可以大到使房屋倒塌、山崩地裂,小可以小到人根本感觉不到,只有灵敏的仪器才能记录到。那么如何表示地震的大小呢?通常专业上用地震震级予以描述。地震震级是对一次地震所释放能力大小的定量表示。
地震震级是对地震能量大小的相对量度,简称震级,用M表示,用地震面波质点运动最大值(A/T)max进行测定。
计算公式为:M = lg(A/T)max+ σ(Δ)
式中:
A——地震面波最大地动位移;
T——相应周期;
σ(Δ)——量规函数,σ(Δ)=1.66lgΔ+3.5;
Δ——震中距。
在实际的地震监测工作中,一次地震的震级是根据多个地震台计算结果的平均值确定的。
国家标准GB 17740—1999《地震震级的规定》规定,各级地震工作部门或者机构提供地震信息时、新闻机构报道我国地震新闻时、各级政府发布地震预报与各级地震工作的部门或者机构在制定地震监测预报方案时、各级政府与各级地震工作的部门或者机构在制定防震减灾措施时以及社会应用均应使用M来表示地震震级 地震作为一种自然现象,不同时间、不同地点发生的地震有大有小,大可以大到使房屋倒塌、山崩地裂,小可以小到人根本感觉不到,只有灵敏的仪器才能记录到。那么如何表示地震的大小呢?通常专业上用地震震级予以描述。地震震级是对一次地震所释放能力大小的定量表示。
地震震级是对地震能量大小的相对量度,简称震级,用M表示,用地震面波质点运动最大值(A/T)max进行测定。
A——地震面波最大地动位移;
T——相应周期;
σ(Δ)——量规函数,σ(Δ)=1.66lgΔ+3.5;
Δ——震中距。
在实际的地震监测工作中,一次地震的震级是根据多个地震台计算结果的平均值确定的。
国家标准GB 17740—1999《地震震级的规定》规定,各级地震工作部门或者机构提供地震信息时、新闻机构报道我国地震新闻时、各级政府发布地震预报与各级地震工作的部门或者机构在制定地震监测预报方案时、各级政府与各级地震工作的部门或者机构在制定防震减灾措施时以及社会应用均应使用M来表示地震震级 地震作为一种自然现象,不同时间、不同地点发生的地震有大有小,大可以大到使房屋倒塌、山崩地裂,小可以小到人根本感觉不到,只有灵敏的仪器才能记录到。那么如何表示地震的大小呢?通常专业上用地震震级予以描述。地震震级是对一次地震所释放能力大小的定量表示。
地震震级是对地震能量大小的相对量度,简称震级,用M表示,用地震面波质点运动最大值(A/T)max进行测定。