点击右上角微信好友

朋友圈

请使用浏览器分享功能进行分享

正在阅读:人工智能引领地震监测迈入新时代
首页> 科普频道> 科普头条 > 正文

人工智能引领地震监测迈入新时代

来源:《中国科学报》2021-03-18 09:39

调查问题加载中,请稍候。
若长时间无响应,请刷新本页面

  减轻破坏程度是地震研究者的一个重要目标。当破坏性地震发生时,实时报告地震参数对于立即进行破坏评估和紧急疏散至关重要。研究人员发现,利用深度学习算法,人工智能系统可在收到地震记录后不到1秒时间内,准确估算出震源机制解参数。

  快速自动化揭示地震震源信息对地震预警有直接作用,也可为震后趋势判定、烈度速报、地震应急救援等提供科学依据。但是,从地震记录推算地震震源机制是个耗时的计算过程。因此,目前世界各地地震监测台网在速报信息里只有发震时刻、震级、地点和震源深度等内容,不包括描述地震破裂特征的震源机制解参数。

  日前,美国国家工程院院士、中国科学技术大学地空学院大师讲席教授张捷课题组发表在《自然—通讯》的一篇论文显示,利用深度学习算法,人工智能系统可在收到地震记录后不到1秒时间内,准确估算出震源机制解参数。

  重要的震源机制解

  2004年12月26日8时58分55秒,一场震惊世界的重大灾难突然降临。

  印度洋板块与亚洲板块交界处,发生了里氏9.3级地震。地震又引发了强烈海啸,滔天巨浪席卷了包括印度尼西亚、斯里兰卡、马尔代夫等国,造成了巨大的人员伤亡和财产损失。

  “印度洋大地震发生时正值圣诞假期,许多国家的地震专业人员都在度假。”张捷告诉《中国科学报》,“当时震源是大型逆冲破裂。震后15分钟,海啸最先到达印尼,但却没有预警,最后造成14个国家共22万余人失去生命。”

  张捷解释说,从地震震源参数来说,海底逆冲类型地震可能会掀起海浪,造成海啸,而其他类型地震产生海啸的可能性比较小。

  震源机制解(又称断层面解)是利用地震观测资料来研究地震发生时,震源处作用力和断层错动性质。震源机制解不仅可以帮助了解断层的类型,还可以揭示断层在地震发生时具体的运动情况,描述滑断面的特征,走向、倾向、倾角等。

  “除能帮助预测海啸外,震源机制解还可能用于由前震预测主震,或由主震资料预测强余震,揭示震源附近的应力分布状况等。”张捷说,“了解地震的震源滑断特征非常重要。在很多地震活动带,我们已经掌握了断层系的分布,依据震源滑动参数就能判断出是哪个断层系开始活动、其应力方向在哪儿、附近其他类似断层会不会出现危险等。”

  1秒内报出参数

  “从地震记录推算地震震源机制的难点在于,传统方法计算强度太大。该数值解非线性问题,计算时间长。对地震发生前后各种应对准备及震后抢险救灾来说,每一秒都非常珍贵。”张捷说。

  自1938年地震学家第一次推算地震震源机制解开始,如何快速得出震源机制参数一直是地震研究者想解决的问题。时至今日,世界各地地震监测台网在地震速报信息时,仍不包括震源机制参数。研究人员往往在地震发生几分钟或更长时间后,才能报出震源机制参数。

  2014年,张捷课题组与中国科大计算机学院教授陈恩红课题组合作,用互联网搜索引擎技术,实现了快速报出数据库里存好的震源机制解。该论文发表在《自然—通讯》上。随后,该方法在四川、云南投入地震监测,成为当时最先进的震源机制解速报技术。但该方法受数据库约束,难以应用于较大的地震监测区域。

  在这一领域持续深耕7年后,课题组首次利用人工智能方法,突破了数据库的约束,使该方法适用于大区域地震监测。

  目前,美、日等国速报震源参数水平相当。美国国家地震局最快能在震后3分钟报出最初的地震震源机制解,随后几分钟内有可能再进行修正完善,多数情况是在地震发生10分钟以后才能报出。

  “中国地震局台网中心最近几年在持续提高速报能力,2020年平均速报时间在震后572秒(约10分钟),其中不包括震源机制解。”张捷补充说。

  “在这项研究中,我们利用机器学习算法,提出一种新的深度卷积神经网络——震源机制网络(FMNet),利用全波形信息快速估计震源机制。”该论文第一作者、已在美国斯坦福大学地球物理系从事博士后研究的况文欢对《中国科学报》说,“与一般应用中有监督神经网络模型的训练需要大量的实际数据不同,FMNet可以先用合成数据训练,然后直接应用于实际数据。FMNet从综合训练数据中学习与震源机制有关的波形的普遍特征。”

  “人工智能方法可以通过学习、验证与测试完善自身系统。但一个区域历史地震不够、样本不够,怎么解决机器学习问题?”张捷说,“我们发现采用理论计算数据做训练样本非常有效。实际上,目前发表的震源机制解方面的研究,也是通过理论模型和数据反演得到的,机器学习只不过掌握了所有理论知识,因此速度与准确度更好。”

  “应用完备的理论地震大数据训练人工智能神经网络,完善了该系统的准确性和可靠性。”况文欢说,“经过几天的学习,当地震发生后,实际地震数据进入人工智能系统后,在不到1秒的时间内,系统就可以准确地估算出震源机制参数。”

  研究参数“平民化”

  “该成果第一次实现了全自动瞬间报出所有震源参数。在此之前,这是个‘研究参数’,地震学家经常发论文报告某个地震的震源机制解。”张捷说,“能够实时提供震源机制解,将引领全球地震监测水平进入一个新的阶段。”

  张捷解释说,有了地震震源机制解后,就知道单个地震是哪个断层在活动,从而推断应力分布,预测地震风险。虽然震源机制解的概念公众并不容易理解,但预警系统可以依据震源机制解做出决定,通知公众风险程度。

  “大量实际数据测试证实了该方法的有效性。”况文欢说,“我们使用震源机制来描述断层地质和断层机制,也可以利用主震的震源机制来计算应力变化,以检验余震的地震触发理论。此外,及时导出的震源机制可以为目前正在实施的点源地震动预测模型提供重要的补充,有可能帮助改进地震预测,以便进行早期预警。”

  对团队取得的成果,该论文的三位审稿人一致评价为,“非常激动人心的突破性成果”。

  “提高地震预测预警的准确性,需要密集的高频监测数据采集和实时处理,现有的人机结合工作模式已不适应这一要求。这一成果为地震监测、预测预警业务实现快速、高效的智能化转型提供了坚实的基础。”中国地震局科技与国际合作司司长车时告诉《中国科学报》。

  北京大学理论与应用地球物理研究所所长赵里评价说:“张捷教授团队在人工智能解决地震监测预警领域不断取得突破,并应用到川滇地震科学实验场,对我国的地震减灾事业意义重大。”

  “减轻破坏程度是地震研究者的一个重要目标。当破坏性地震发生时,实时报告地震参数对于立即进行破坏评估和紧急疏散至关重要。该研究目前正在转化为实际成果,近期将在中国科学技术大学和中国地震局合作研发的‘智能地动’人工智能地震监测系统上试运行,在中国地震科学实验场全面推广。”张捷说。(张双虎)

[ 责编:张梦凡 ]
阅读剩余全文(

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 2025年数字丝路发展论坛新闻发布会

  • 不再遗憾!因为“这条小鱼在乎”

独家策划

推荐阅读
钙钛矿太阳能电池因成本低、效率高、易加工等优势备受关注,可应用于光伏发电、车载光伏、光伏建筑等领域。
2025-07-03 09:59
目前,对于10厘米以上大型空间碎片,航天器通常采用主动规避的策略,通过轨道调整,避开可能的碰撞路径。
2025-07-03 09:58
6月26日,中国民航局官网发布公告,提到为切实保障航空运行安全,自2025年6月28日起,禁止旅客携带没有3C标识、3C标识不清晰、被召回型号或批次的充电宝乘坐境内航班。
2025-07-03 09:56
药膳制作师既要懂烹饪,是餐厅的大厨,又要懂中医药理论知识,特别是能够作为食药物质的中药材。
2025-07-03 09:55
运动有助于健康和抗衰老。但究竟是什么让运动有这种奇效呢?我国研究团队历时6年,首次系统解析了人体对急性单次运动与长期规律运动的分子-细胞动态响应谱,揭示肾脏是运动效应的关键应答器官——其内源代谢物甜菜碱作为衰老延缓的核心分子信使,通过靶向抑制天然免疫枢纽激酶TBK1,协同阻遏炎症并缓解多器官衰老进程。
2025-07-03 05:20
近日,四川乐山一小伙感觉身体不适独自乘出租车前往医院就诊,途中开启“超强自救”模式:联系妈妈告知情况、打110报警求助、打120告知医院准备急救。如果长期处于焦虑引起的躯体化障碍状态,患者会反复出现头痛、心慌、呼吸急促、胃肠紊乱、肢体疼痛、睡眠问题等。
2025-07-02 10:06
使用人工智能大模型时,不少人或许都遇到过类似问题:它们有时会捏造细节,甚至“一本正经地胡说八道”。当“喂给”大模型的训练数据包含虚假信息时,它就会产生“幻觉”、给出错误答案。
2025-07-02 10:05
中国国际航空公司所属的国产C909客机平稳降落在蒙古国乌兰巴托成吉思汗国际机场,标志着国航首条C909国际航线正式开通。早8时许,这架C909客机从呼和浩特起飞,经过1个多小时飞行抵达乌兰巴托。
2025-07-02 10:03
农业是国民经济的基础,农业领域形成新质生产力是国民经济形成和发展新质生产力的基础和“底盘”。 农业新质生产力是通过提升劳动者素质、优化劳动资料和创新利用劳动对象,实现全要素生产率的显著提高。
2025-07-02 10:01
团队基于卫星遥感数据构建了1988年至2021年青藏高原30米分辨率人工草地数据集,明确了青藏高原主要的人工草地类型及其时空分布特征,并揭示了青藏高原人工草地的迅速扩张及其驱动机制。
2025-07-02 09:59
屠光绍认为,金融机构在应用人工智能时必须在服务投资人与消费者之间寻求平衡,避免AI鸿沟,坚守金融服务大众的初心。鲍建敏倡导构建产学研深度融合、开放共赢的人工智能金融生态体系,搭建跨机构、跨领域的协同创新平台。
2025-07-01 10:13
6月30日,2025温布尔登网球锦标赛在英国伦敦拉开大幕,引发球迷关注。在草地球场,球的速度更快且弹跳不规则,比赛回合较短,发球就成为球员们的重要“武器”。红土球场并不是天然土壤,而是分层分布着碎砖粉、白色碎石灰石、碎石等。
2025-07-01 10:09
7月1日起,医保定点医药机构在销售药品时,必须按要求扫药品追溯码后方可进行医保基金结算;2026年1月1日起,所有医药机构都要实现药品追溯码全量采集上传。步,进入国家医保局微信公众号主页,点击服务、药品追溯信息查询,进入查询页面;或进入国家医保局微信公众号消息对话页,点击医保服务、药品追溯信息查询,进入查询页面。
2025-07-01 10:09
记者从国家航天局获悉,7月1日,该局发布行星探测工程天问二号探测器在轨获取的地月影像图。(国家航天局供图)  月球全色图,由天问二号探测器的窄视场导航敏感器于2025年5月30日15时拍摄,经辐射校正处理后制作而成。
2025-07-01 10:08
龙芯中科近日正式发布基于国产自主指令集龙架构研发的服务器处理器龙芯3C6000系列芯片、工控领域及移动终端处理器龙芯2K3000/3B6000M芯片以及相关整机和解决方案。
2025-07-01 10:06
四大家鱼,即青鱼、草鱼、鲢鱼、鳙鱼,是我国重要的经济鱼类,占淡水鱼类养殖总量的“半壁江山”,尤以长江流域所产鱼品质最优。但人工养殖久了,鱼类品质逐渐下降,需要捕捞野生鱼种来更换,确保鱼类种质“基因库”稳定。
2025-06-30 04:50
FAST如今每天观测时长接近24小时,每年总观测时长超过5300小时,持续不断地为科学家提供宝贵的数据。
2025-06-30 09:52
华南农业大学积极探索应用大数据、人工智能等技术加速育种创新,“华航香银针”就是创新成果之一。
2025-06-30 09:51
在近日落下帷幕的第十五届全国周培源大学生力学竞赛中,一位特殊的“考生”吸引了人们目光。
2025-06-30 09:51
6月29日,在海南文昌卫星超级工厂项目建设现场,各方正全力以赴加快工厂投产进程。
2025-06-30 09:51
加载更多