20秒預(yù)警，拯救127個(gè)孩子！四川瀘定6.8級(jí)地震，能用AI預(yù)測(cè)嗎？
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最新消息，四川瀘定6.8級(jí)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，感到無比心痛……
在今夏的超強(qiáng)熱浪中，四川作為西電東輸?shù)闹髁Υ笫?，為全國人民抗下了所有委屈?/span>
這座英雄的城市，選擇了自己負(fù)重前行：為了向其他兄弟省份繼續(xù)供電，熄滅了路燈，關(guān)閉了空調(diào)，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(xiàn)在傷亡人數(shù)還在不斷統(tǒng)計(jì)中。
來源：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(zhǎng)00:16
四川已經(jīng)緊急調(diào)度「大型高空全網(wǎng)應(yīng)急通信無人機(jī)」，飛赴震中執(zhí)行公眾通信覆蓋任務(wù)。
來源：九派新聞地震預(yù)警這關(guān)鍵的20秒，救下了127個(gè)孩子。地震預(yù)警立大功
這個(gè)被稱為「大喇叭」的地震預(yù)警倒計(jì)時(shí)，來自我國自主研發(fā)的「地震預(yù)警」系統(tǒng)。在此次四川瀘定地震發(fā)生后，四川省內(nèi)成都、甘孜、瀘州、雅安等多地發(fā)出了地震預(yù)警，包括很多民眾的電視、手機(jī)等終端設(shè)備。簡(jiǎn)而言之，地震預(yù)警就是在地震發(fā)生后，利用電磁波（約30萬公里/秒）比地震波（約4公里/秒）快的特點(diǎn)，向地震波尚未到達(dá)的地區(qū)發(fā)出地震波即將到達(dá)的警鐘。
那一年的汶川地震，有將近70,000人死亡，給我們?cè)斐闪颂蟮膫础绻?dāng)時(shí)我們能有這樣的預(yù)警系統(tǒng)，死亡人數(shù)至少可以減少30%。汶川地震后，我國加大了對(duì)地震高發(fā)地區(qū)的災(zāi)害預(yù)警的投資。作為地震高發(fā)區(qū)域的四川省，2012年就在成都開始試點(diǎn)安裝預(yù)警系統(tǒng)。截止到2020年底，預(yù)警系統(tǒng)已經(jīng)可以覆蓋四川全省。這次起了大作用的「地震預(yù)警」系統(tǒng)，是由成都高新減災(zāi)研究所與中國地震局聯(lián)合建設(shè)的大陸地震預(yù)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(yù)警的基本原理，就是利用兩者的時(shí)間差發(fā)出警報(bào)。離震源較近的地震觀測(cè)儀器接收到地震縱波后，實(shí)時(shí)并持續(xù)估計(jì)地震參數(shù)及其影響，并向地震橫波尚未到達(dá)的可能受災(zāi)區(qū)域，提前數(shù)秒至幾十秒發(fā)出警報(bào)信息。根據(jù)《科技日?qǐng)?bào)》對(duì)研究所所長(zhǎng)王暾的采訪，利用地震傳感器建立起地震預(yù)警網(wǎng)后，一旦地震發(fā)生，地震預(yù)警系統(tǒng)就會(huì)利用電磁波傳輸速度遠(yuǎn)大于地震波的特性，通過讀取分析布設(shè)在各地的實(shí)時(shí)傳輸?shù)卣鸨O(jiān)測(cè)臺(tái)站的記錄數(shù)據(jù)，快速對(duì)判斷地震發(fā)生的位置以及大概的震級(jí)，然后全自動(dòng)地向還未受波及的用戶提前幾秒到幾十秒發(fā)出預(yù)警。
我們所做的工作是地震預(yù)警，而并非地震預(yù)報(bào)，臨震預(yù)報(bào)仍然是世界難題。地震預(yù)警只能減少人員損傷，而不能做到避免。因?yàn)橹荒茴A(yù)警，不能預(yù)測(cè)，人員的傷亡就無法避免。
地震預(yù)報(bào)仍是世界難題
為什么預(yù)測(cè)下一場(chǎng)大地震會(huì)如此困難？讓我們先從一個(gè)簡(jiǎn)單的問題開始：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了，那么我們應(yīng)該能夠?qū)σ粋€(gè)特定地區(qū)可能經(jīng)歷的最強(qiáng)烈的地震加以限制。然而，估計(jì)斷層大小和釋放的相應(yīng)能量并不總是那么簡(jiǎn)單。斷層常表現(xiàn)出復(fù)雜的幾何形態(tài)，使得對(duì)斷層區(qū)域的建模變得復(fù)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(jí)并不一定與破壞力呈正相關(guān)。根據(jù)發(fā)生的地點(diǎn)，中等震級(jí)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(jí)地震造成重大財(cái)產(chǎn)損失和生命損失，而2018年斐濟(jì)8.2級(jí)地震強(qiáng)度為178倍，并未造成任何損失。
現(xiàn)在，讓我們看這個(gè)更加復(fù)雜的問題：下一次大地震何時(shí)發(fā)生？預(yù)測(cè)時(shí)間是地震預(yù)測(cè)中最難的挑戰(zhàn)。有兩種理論可以解釋，為什么對(duì)時(shí)間的預(yù)測(cè)是有缺陷的。第一種理論稱為彈性回跳理論，它指出地殼在強(qiáng)烈的壓力下會(huì)彎曲變形，直到最終在應(yīng)變下斷裂。沿著斷裂的滑移（即地震）使兩側(cè)的巖石回彈到變形較小的狀態(tài)，并釋放儲(chǔ)存的能量，從而使累積應(yīng)變的過程重新開始。第二種理論被稱為特征地震，它描述了研究最多的地震產(chǎn)生的斷層似乎有不同的區(qū)段。在兩次地震之間的間隔期內(nèi)，這些板塊反復(fù)破裂，積累了相同數(shù)量的應(yīng)變，從而產(chǎn)生了相似震級(jí)的地震。假設(shè)這兩個(gè)理論一直存在，我們就可以根據(jù)1）最大未受力應(yīng)變的位置，2）自上次地震發(fā)生以來的時(shí)間，以及3）對(duì)斷層帶的精確了解來預(yù)測(cè)下一次地震何時(shí)發(fā)生。可以看出，由于現(xiàn)實(shí)的種種復(fù)雜因素，我們很難預(yù)測(cè)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(yù)測(cè)數(shù)據(jù)中，有許多模式和信號(hào)，人類無法看到，人工智能卻可以清楚地檢測(cè)到。
用AI預(yù)測(cè)地震可行嗎
在2018年，來自谷歌和哈佛大學(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(xí)預(yù)測(cè)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(shù)據(jù)庫中尋找模式，然后在一個(gè)包含30000對(duì)類似事件的數(shù)據(jù)庫中測(cè)試其預(yù)測(cè)。結(jié)果顯示，深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)比當(dāng)時(shí)被稱為「庫侖破裂應(yīng)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，來自斯坦福大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)提出了一種實(shí)時(shí)分析地震信號(hào)的新方法——DeepShake，并在之后發(fā)表在了Seismological Research Letters上。模型的訓(xùn)練數(shù)據(jù)來自2019年加州的地震記錄，測(cè)試的結(jié)果顯示，DeepShake可以在高強(qiáng)度地面晃動(dòng)到來之前的7到13秒之間發(fā)出警報(bào)。相比于傳統(tǒng)的地震預(yù)警，DeepShake可以直接根據(jù)地面運(yùn)動(dòng)的特征發(fā)出提前預(yù)警，省去了現(xiàn)有系統(tǒng)使用的一些中間步驟。研究人員表示，DeepShake展示了機(jī)器學(xué)習(xí)模型在提高地震預(yù)警系統(tǒng)的速度和準(zhǔn)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，隨著算力的不斷提高以及數(shù)據(jù)的不斷完善，AI在地震預(yù)測(cè)這一領(lǐng)域，也將有著更近一步的發(fā)展。最后，讓我們默默祈禱，有更多的受災(zāi)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_來源：新智元
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