人工智能地震监测系统上线 “智能地动”可能人所不能

2020-03-31 10:13:22来源：科技日报

近日，西藏日喀则市定日县发生5.9级地震，震源深度10千米。距离震中较近的定日县、拉孜县居民都有震感。地震的监测和风险防范问题再次引发人们的关注。

当地震发生的时候，地震波信号传到地震台网，据此得出地震震中、震级、发震时刻、深度、破裂机制等参数。地震监测如何做到“又快又准”是我国科学家长期以来重要的攻关方向。

在中国地震台网中心、在各地震台站，速报员们一刻不敢松懈，他们是实现“又快又准”的关键一环。“震情信息无小事，容不得一丝差错，只能叮嘱自己仔细再仔细。”中国地震台网中心地震速报员杜广宝在接受科技日报采访时说，他已经连续4个春节守在监测系统前，地震发生后在10分钟左右核算地震参数信息，校正自动速报结果，给出正式速报是杜广宝和同事们必须做到的事情。

有没有一种新技术可以解放速报员们紧绷的神经?有没有一种方法可以更快更准地给出地震参数信息?近日，由中国科技大学与中国地震局合作研发的“智能地动”系统项目组宣布：利用该人工智能地震监测系统，仅需要1—2秒时间就能报出所有地震震源参数，引起业内广泛关注。

会“学习”的地震监测系统

从古至今，地震对人们生命财产的威胁从未停止。仅2019年，我国大陆地区共发生5级以上地震20次，地震灾害造成的直接经济损失约59亿元。其中，四川长宁6.0级地震和西藏墨脱6.3级地震都给当地群众的生产生活带来极大影响。

在地震发生的第一时间获得地震的相关信息对于灾害的预判及救援意义重大。目前，自动算法与专业人员人工计算结果相结合的方式，仍是许多国家监测地震的主要手段。也就是说，传统地震监测系统是报出系统计算与专家干预相结合的结果，因此要求专业人员24小时值班，这对工作人员提出了很高的要求。更重要的是，有许多微小地震肉眼常常无法识别，但是这些微小地震可能预示大地震的发生。

科学家们最初研究“智能地动”系统的动力正是源自于此。

中国科技大学地球和空间科学学院教授张捷在接受科技日报记者采访时表示，人工智能地震监测系统的出现是地震监测的一个重要的里程碑。通过深度学习历史地震数据，“智能地动”系统可以监测到微弱地震波信号，并在两秒内报出地震参数信息。借助超级计算机，灾害模拟评估的区域更广、精确度更高。

“智能地动”系统与传统监测系统最大的不同就是它的深度学习能力。它能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。

“智能地动”系统自2018年12月已在中国地震局试运行，实时处理位于四川和云南省的中国地震实验场的117个地震台，这套系统采用一系列人工智能主导的地震数据分析方法分析数据，无需人工操作，便可自动快速地得出地震信息并自动发布。人工智能技术的应用为地震监测的时效性、准确性、以及处理大数据带来了前所未有的新能力，将为防灾减灾带来许多新的突破。

“智能地动”可能人所不能

正是由于“智能地动”系统可以不断从历史地震大数据中“学习”，它在监测地震领域才有了能人所不能的一些“神通”。比如，以前我们采用计算记录幅值变化来确定地震参数，一旦有噪音干扰或某个台站发生故障，计算就容易出错，但“智能地动”系统通过学习历史上发生的上百万个地震信号，可以有效地去除任何频率段的噪音，识别能力强，能监测到微弱的、肉眼无法看到的地震波信号。传统监测系统一般可以报出3级以上的地震，而“智能地动”系统可以报出1级以上地震的信息，提高了地震监测能力。

在地震定位方面，传统方法拾取性质不同或传播路径不同的地震波组、地震波从震源传到观测点所经过的时间等地震震相走时，去噪效果差，个别台站拾取走时错误，这些都会影响最后定位结果，而“智能地动”系统则是一步到位，直接根据地震波形记录推断地震的位置与深度。

更重要的是，在地震破裂机制研究上，传统方法只能处理较大地震的资料，并且依据人工选用的波形与反演参数，在几分钟后得出破裂机制的描述参数，“智能地动”系统则可在1秒内依据记忆训练的大数据库，对任何地震瞬间推出地震破裂机制以及可靠性分析。

人工智能预报地震是新方向

最近一些年来，我国地震科技取得了长足的进步。随着各项高新技术的迅速发展，地震相关研究中常能见到前沿科技的身影。许多人都知道地震预报是一个世界级难题。既然科学家们开始将大数据、人工智能等最新技术研究成果引入地震科学，是不是意味着我们有可能在地震预报上获得重大突破呢?

实际上，为了预测下一场大地震将出现在何时何地，有许多科学家都在不断努力。越来越多的科学家认为，随着人工智能的应用越来越充分，他们分析大量地震数据的方式发生了改变，这将有助于人们更好地了解地震，预测地震的表现形式。

地震预报也是“智能地动”系统的努力方向之一。张捷表示，“智能地动”系统目前的运行水平已经达到了常规地震监测与地震预警的技术指标要求。他说，我们团队目前多项科研都在从事地震预报的研究。去年12月我们在美国旧金山召开的全球最大的地球物理学年会上，作了3个关于地震预报的学术报告，其中两个报告都是应用人工智能预测大地震。我们的目标是未来“智能地动”系统将具有中短期地震预测的功能。

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