“地震波還有61秒到達(dá)”，08年籌建的技術(shù)，在這次四川地震中立功了

郭一璞 栗子 2019-06-18 13:00:58 來(lái)源：量子位

救命技術(shù)，緊急時(shí)刻立功了。

昨晚將近11點(diǎn)，地震頻發(fā)的四川又發(fā)生了一場(chǎng)大地震，震中位于四川省宜賓市長(zhǎng)寧縣，震級(jí)達(dá)到6.0級(jí)，震源深度16千米。

對(duì)許多四川人民來(lái)說(shuō)，這不是第一次經(jīng)歷地震了，但與以往不同的是，震感來(lái)臨前，他們電視上出現(xiàn)了彈窗：

成都、德陽(yáng)、樂(lè)山、廣元、涼山……震中周圍各地都收到了提醒。

不少居民小區(qū)的喇叭也播報(bào)了倒計(jì)時(shí)的聲音。

安裝了預(yù)警APP的用戶，手機(jī)上也出現(xiàn)了倒計(jì)時(shí)提醒。

以成都為例，當(dāng)?shù)鼐用裉崆?1秒就收到了預(yù)警。

不少網(wǎng)友都表示，在窗外的廣播數(shù)到0的時(shí)候，大地突然就震動(dòng)了起來(lái)。

時(shí)間非常精準(zhǔn)，準(zhǔn)確度讓人震撼。

雖然時(shí)間只有幾十秒，但能提前把地震消息告訴當(dāng)?shù)鼐用瘢A得了寶貴的逃命時(shí)間，減少人員傷亡。

那么，這究竟是怎樣一門技術(shù)呢？

與地震波賽跑

需要提醒的是，地震預(yù)警，并非是像預(yù)言那樣預(yù)測(cè)地震，而是在地震發(fā)生后，迅速將這一消息告知地震波還沒有到達(dá)的地方。

當(dāng)?shù)卣鹪谡鹬邪l(fā)生時(shí)，地震波向周圍蔓延，所到之地才開始震動(dòng)，造成樓房倒塌破壞。

相對(duì)光速的電波來(lái)說(shuō)，地震波的速度相對(duì)較慢，速度較快的縱波（P波）在地殼處的速度在每秒6千米以下。

速度較慢、造成破壞更大的橫波（S波）速度則通常在每秒3~4千米左右。

無(wú)論是哪種地震波，都比我們?nèi)粘Ｍㄐ攀褂玫碾姴枚唷?/p>

假設(shè)兩座城市之間地震波的傳遞需要30秒，而在第一座城市作為震中發(fā)生地震時(shí)，通過(guò)電波將信息傳遞到第二座城市，第二座城市的居民就有將近30秒的時(shí)間可以避難。

以此類推，第一座城市周邊許多城市、鄉(xiāng)村的居民都可以提前數(shù)秒或幾十秒知道地震波即將到來(lái)，留出避難時(shí)間。

因此，地震預(yù)警就是和地震波賽跑，在地震波來(lái)之前告訴大家：地震波馬上就到你的城市了，快逃命。

ICL地震預(yù)警系統(tǒng)

原理有了，還缺實(shí)踐。

這套在昨夜的地震中起到作用的預(yù)警系統(tǒng)，名叫ICL地震預(yù)警技術(shù)系統(tǒng)，ICL是英文Institute of Care-Life（關(guān)愛生命機(jī)構(gòu)）的縮寫，這套系統(tǒng)來(lái)自成都高新減災(zāi)研究所。

研究所所長(zhǎng)王暾是美國(guó)康涅狄格大學(xué)理論物理學(xué)博士。王暾本來(lái)在奧地利科學(xué)院做博士后，2008年汶川地震后決定回國(guó)研發(fā)地震預(yù)警系統(tǒng)。根據(jù)工商資料信息，2009年成都高新減災(zāi)研究所成立了。

經(jīng)過(guò)在汶川地震余震區(qū)的多次實(shí)驗(yàn)，排除各類干擾，2010年底，王暾?qǐng)F(tuán)隊(duì)的地震預(yù)警系統(tǒng)雛形出爐了，幾個(gè)月后就實(shí)現(xiàn)了通過(guò)手機(jī)短信接收地震預(yù)警信號(hào)；2012年，地震預(yù)警系統(tǒng)接入了電視臺(tái)，整套ICL系統(tǒng)正式研發(fā)成功。

一年后，ICL系統(tǒng)也開始在地震帶上做大范圍部署。

據(jù)中國(guó)新聞網(wǎng)報(bào)道，2013年成都高新減災(zāi)研究所就建成了覆蓋面積40萬(wàn)平方公里的地震預(yù)警系統(tǒng)，包括布設(shè)的甘肅、陜西、四川、云南等8個(gè)省市部分區(qū)域的1213臺(tái)地震監(jiān)測(cè)儀器、預(yù)警中心以及信息發(fā)布和接收系統(tǒng)。兩年后，這一系統(tǒng)已經(jīng)擴(kuò)展到了25個(gè)省份，覆蓋200萬(wàn)平方公里。

這套系統(tǒng)迅速起到了作用。

2014年8月5日，云南魯?shù)?.5級(jí)地震，ICL系統(tǒng)提前10秒向昭通市提供預(yù)警，提前57秒向昆明市提供預(yù)警，云南的昆明、昭通、麗江，四川的宜賓、涼山、樂(lè)山等地的26所學(xué)校都收到了警報(bào)。

2015年1月14日樂(lè)山5.0級(jí)地震，ICL系統(tǒng)分別提前11秒、43秒向樂(lè)山、成都預(yù)警。

2017年8月8日九寨溝7.0級(jí)地震，ICL系統(tǒng)提前19秒向隴南市預(yù)警，提前48秒向廣元市預(yù)警，提前49秒向綿陽(yáng)市預(yù)警，提前71秒向成都市預(yù)警。

雖然預(yù)警時(shí)間只有幾十秒，但就這幾十秒，足夠拯救許多人的生命。

王暾說(shuō)，如果在地震波到達(dá)時(shí)提前3秒收到預(yù)警，傷亡人數(shù)可降低14%；提前10秒，傷亡人數(shù)可降低39%；如果汶川地震發(fā)生時(shí)有預(yù)警，死亡人數(shù)可能會(huì)減少2萬(wàn)至3萬(wàn)。

需要機(jī)器學(xué)習(xí)，也需要大數(shù)據(jù)

除此之外，在這個(gè)AI和大數(shù)據(jù)的時(shí)代，地震預(yù)警也有新的機(jī)會(huì)。

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，超越了傳統(tǒng)算法

去年8月底，哈佛大學(xué)和谷歌開發(fā)的余震預(yù)測(cè)機(jī)器學(xué)習(xí)算法，準(zhǔn)確度超出以往。于是，成果在Nature上發(fā)表了。

余震，雖然發(fā)生在主震之后，但危害不一定比主震小，還可能更嚴(yán)重：

2010年9月新西蘭基督城發(fā)生了7.1級(jí)地震，沒有人員傷亡。但5個(gè)月后發(fā)生的6.3級(jí)余震，由于震中靠近市中心，造成了185人死亡。

在這項(xiàng)AI研究之前，科學(xué)家大多用地震對(duì)附近巖石中的應(yīng)力的改變，來(lái)預(yù)測(cè)某個(gè)地點(diǎn)的余震，這叫“應(yīng)力斷裂法 (Stress-Failure Method)”。它已經(jīng)能解釋許多余震的規(guī)律，但還有更多無(wú)法預(yù)測(cè)的情況。

于是，哈佛和谷歌的研究人員便借用了機(jī)器學(xué)習(xí)的力量：用13.1萬(wàn)次主震和余震數(shù)據(jù)訓(xùn)練了一個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。

這個(gè)算法，模擬了一個(gè)網(wǎng)格，每一格包含了一次主震震中周圍5公里的范圍。

告訴神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，這里發(fā)生了一次主震，并把震中附近應(yīng)力改變的數(shù)據(jù)也喂給網(wǎng)絡(luò)。

就這樣，訓(xùn)練AI預(yù)測(cè)每一格發(fā)生一次或多次余震的概率。AI把每一格當(dāng)成一個(gè)獨(dú)立的小任務(wù)去做，而不是計(jì)算應(yīng)力在巖石中不停波動(dòng)的序列。

訓(xùn)練完成，團(tuán)隊(duì)用3萬(wàn)次主震加余震的事件，考驗(yàn)了AI的預(yù)測(cè)能力。他們發(fā)現(xiàn)AI對(duì)余震地點(diǎn)的預(yù)測(cè)，比傳統(tǒng)方法更準(zhǔn)確。

更重要的是，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)還能指出，主震過(guò)后地面之下可能已經(jīng)發(fā)生的一些物理變化。

有了這些信息，算法中的某些參數(shù)，便可以在預(yù)測(cè)過(guò)程中起到更重要的作用：比如描述金屬應(yīng)力變化的參數(shù)，而這樣的參數(shù)在從前的余震預(yù)測(cè)里很少用到。

這樣一來(lái)，就給了地震學(xué)家一個(gè)探索應(yīng)力變化的新視角，給大地震的余震預(yù)測(cè)帶來(lái)更多的依據(jù)。

數(shù)據(jù)也很重要

剛才提到的研究，預(yù)測(cè)了地點(diǎn)。但地震時(shí)間的預(yù)測(cè)，一直是世界難題。

而京都大學(xué)發(fā)表的一項(xiàng)研究，有望提前1小時(shí)-20分鐘預(yù)報(bào)7級(jí)以上的大地震。

梅野健教授的團(tuán)隊(duì)，用自己開發(fā)的算法組合分析了大量數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)大地震發(fā)生前會(huì)出現(xiàn)一種異常現(xiàn)象：

震源區(qū)域上空60公里以上，電離圈電子數(shù)異常增加。

造成福島核泄漏的2011年?yáng)|日本大地震之前，就出現(xiàn)了這樣的現(xiàn)象。除此之外，前后還有兩次7級(jí)以上的地震，震前也出現(xiàn)了電離圈電子數(shù)的異常增加。

團(tuán)隊(duì)使用的數(shù)據(jù)，都是來(lái)自日本國(guó)土地理院的一套GPS大地觀測(cè)觀測(cè)網(wǎng)，名字叫GEONET。

一旦這個(gè)結(jié)論得到推廣，便可能幫助人類實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的提前撤離。

One More Thing

不過(guò)，地震來(lái)了的時(shí)候，咱出門就別刷臉了吧？

— 完 —