捕捉地震并使用“超级大脑”

本篇文章2701字，读完约7分钟

如何提高地震监测和风险防范能力？近年来，尖端科学技术经常出现在与地震相关的研究中。

人工智能地震监测系统通过对历史地震数据的深入研究，能够智能监测微弱的地震波信号，并在两秒钟内报告地震参数信息。借助超级计算机，灾害模拟评估具有更广的范围和更高的精度。随着科学技术的发展，中国的防震减灾能力不断提高。

地震发生在何时何地？震级是多少？当值时，中国地震台网中心的快速记者杜光宝和他的搭档应在10分钟左右检查地震参数信息，纠正自动快速报告结果，并给出正式的快速报告。

杜光宝的工作周期是24小时。"值日日是一个不眠之夜。"他说，每当地震来临时，自动快速报告系统就会启动，他会全身心地投入到紧张的工作中。当大地震后余震频繁发生时，中心的速报人员将由全体人员派出。

有没有办法准确快速地给出地震参数信息？目前，一套人工智能地震自动监测系统——智能地震动有望为实时地震监测提供一种新的手段。

对历史地震数据的深入研究可以在两秒钟内计算出位置等参数

智能地震动系统由中国科学技术大学张捷教授和中国地震局的团队完成。自2018年12月以来，智能地震动系统已在中国地震局投入试运行，并与四川和云南地震台联网，对中国地震实验场100多个地震台的数据进行实时处理。根据2019年446次地震的评估结果，智能地震动系统的评估结果与专业人士的计算结果非常接近。R&D团队还使用智能地震动测试了美国俄克拉荷马州的相关地震数据，地震定位误差在4公里以内。

智能地震动是一个人工智能软件系统。张捷介绍说，与传统的监测系统不同，它具有深度学习的能力，能够根据记忆和地震学理论收集的数百万地震数据快速处理正在发生的地震数据。例如，传统的监测系统是纯粹的理论专家，而“智能地震动”是具有深厚历史记忆的理论专家。"使用人工智能技术相当于所有值班的地震学家处理地震数据."张捷说。

因为我们可以不断地从历史地震大数据中学习，所以我们可以智能地训练一双监测地震的眼睛——它可以有效地去除各种频带中的噪声，并且具有很强的识别能力，从而监测微弱的地震波信号。传统的监测系统一般处理3级以上地震，而智能地震动可以报告1级以上地震的信息，提高了地震监测的能力。张捷介绍说，小地震可能是大地震发展的前兆，自动识别小地震是地震监测的一个重要突破。

准确的地震定位和破裂机制的推断是地震监测的难点。智能地震动系统可以直接从地震波形中记录和推断位置和深度。同时，借助强大的记忆数据库，系统可以在1-2秒内计算出地震的位置、深度、震级和震源机制。

“两秒钟内的结果”是什么意思？张捷说，地震后尽快报告信息可以给尚未到达的地区预警，从而为公众采取保护措施和政府确定救援计划节省宝贵的时间。

试运行中的持续改进达到了常规监测的技术指标要求

人工智能技术在地震监测中的应用一直受到国际科技界的高度重视。一些国家已经提出了开发人工智能监控系统的计划，但其中大多数仍处于科学研究的早期阶段。智能地震动是世界上唯一的实时人工智能地震监测系统。其核心任务是协助中国地震局监测四川和云南的地震。在地震预警预报研究中，该系统也显示出巨大的潜力。

地震信息不是小事。目前，世界各国在采用新的地震标准和系统时都非常谨慎，通常需要5到10年的测试。此外，国家网络中心发布的地震信息已经过专家的仔细计算和修正。智能地面运动是一个无人系统。因此，一些专家认为，当机器给出一个结果时，如果有问题，人们很难回去找到原因。

张捷承认，这可能确实是人工智能系统的缺陷。为了尽可能避免这种影响，在实际操作中，研究者将人工智能与传统的计算方法相结合。如果两者之间存在较大差异，监控系统可以分析差异的原因并确定最佳结果。"这不会比传统方法更糟糕."

“我们希望提高系统的运行能力，完成一些人工无法完成的事情。”张捷表示，经过一年多的测试和运行，智能地震动系统已经达到常规地震监测和地震预警的技术要求。“未来，该系统将需要长时间的试运行和改进，并有可能取代24小时值班人员。”

模拟系统等新技术有助于灾害评估更加准确和快速

近年来，除了人工智能之外，一系列尖端信息技术也被应用于地震相关研究。

地震后，城市的哪个区域受到严重破坏，破坏的程度如何？传统的方法是依靠人工测量来调查和统计各处建筑物的损坏情况。经过六年的研究，中国地震局工程力学研究所的研究员林旭川开发了一个模拟系统。该系统依靠房屋的高度、结构类型和建造年份等关键地理信息系统数据，快速、精细地模拟城市。只要输入监测的地震数据，就可以快速生成该地区房屋的损伤分布图。

“现代城市体系非常复杂。地震中个别桥梁的损坏可能会影响半个城市的交通。”林旭川表示，结合实时地震监测数据，模拟系统可以在震后第一时间给出城市破坏的初步图像，为救灾提供决策参考。除了实时灾后评估外，该仿真系统还可以为城市规划提供支持。据林旭川介绍，通过该模拟系统，研究人员模拟了不同震级的地震场景，给出了每栋房屋的破坏状态，为城市防灾减灾规划提供了细化建议。例如，应该在哪里以及有多少个避难所、消防站和医院。

随着数据量的增加和仿真精细化的不断提高，林旭川觉得通用计算系统已经不能满足要求，必须依靠速度更快、功能更强的超级计算机或云超级计算平台。有一次，他想对一个数百万数量级的城市建筑群进行精确的弹塑性模拟分析，而这是不可能用日常计算平台计算出来的。它可以放在天河二号上，几分钟后结果就会出来。"地震救援每一秒都是宝贵的，使用超级计算机可以赢得更多的时间."林旭川说道。

通常，大地震不仅影响单个城市，分析该地区城市群的震害对于协调救援资源也非常重要。然而，大面积、精细和动态模拟需要更高的计算能力。林旭川认为，超级计算机将成为智能社会的重要战略资源，它的应用将为模拟地震灾害提供一个飞跃。

使用新技术，我们应该更好地处理它

由于人们对地球内部的地质结构和应力变化了解不够，不能直接进入地球观察地震的孕育和发生过程，地震预测仍然是一个世界性的科学问题。

然而，面对潜在的地震灾害风险，人们不仅可以被动地应对，还可以提前计划。

无论是利用人工智能技术监测地震，尽快发出预警信息争取保护时间，还是利用超级计算机进行精细的城市抗震规划，都可以帮助人们更冷静地面对灾害。通过可控的人工震源，人们还可以主动推断地下情况，了解地震的性质，提高应对水平。

普通人不容易直接感受到地震科技的进步。虽然人类不能在短时间内完全掌握地震的发生规律，但人们对地震的认识正在加深，一些新技术和新手段的应用给了科学家们抗击地震的信心。(于思南)

《人民日报》(2020年3月20日，第11版)

编辑:张洋