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大数据助力地震预警新发展

来源:光明网2022-03-03 11:21

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  2021年5月21日21时的21分、48分,云南大理州漾濞县连续发生5.6级、6.4级地震。与地震情况一起刷屏的,还有一则特别的信息,那就是很多云南的朋友在地震“发生”前的几十秒,竟然通过手机、电视、电脑以及小区广播等方式,提前收到了地震预警的消息!也正是这个宝贵的消息,让云南地区的朋友提前做了一些防护措施和心理准备,减小了各项损失。

大数据助力地震预警新发展

地震预警系统可以让我们提前了解地震的到来,以便做好准备|央视新闻

  很多朋友看到这里,可能第一反应以为这是地震预测的成功案例,其实不然,这其实是一个地震预警的成功案例。地震预警与地震预测,看起来就差了一个字,实际上却有很大的不同。

  地震预警是指突发性地震发生之后,向设防地区提前几秒至数十秒发出警报,以减小当地的损失的一种技术,或者说系统,比如漾濞县的这次地震预警。

  而地震预测指的是在地震发生之前,通过对地震规律的认识,预测地震的时间、地点和强度。世界上唯一次成功预测的地震,是1975年的辽宁省海城地震。不过这次海城地震预测事件的前期其实存在数次误报,也含有一定误打误撞的成分,严格来说,并不能算是真正成功的地震预测。地震预测目前缺乏成功案例,即预测不准,其中的技术难题与争议我们在此按下不讲。

  我们今天主要讲的,是地震预警。有人会觉得,地震预警没什么用,十几秒的时间什么都做不了。其实,用途比我们想象中的要大。地震的破坏往往不是一个点,而是一个很大的面。根据离震源的距离大小,地震预警给人们留出的时间空余度也不同。换言之,地震预警也许只够让震源附近的人们躲到桌子底下,但有可能够震源外围的人们顺利跑到空旷区域。这就好像防空警报是在敌方飞机起飞之后发出,但发出预警与敌机到达之间存在时间差类似。

  那么科学家是如何做到地震预警的呢?

大数据助力地震预警新发展

地震波分为横波合纵波,二者速度与破坏力都不同|Wikipedia Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported

  地震在发生的时候,主要产生两种类型的波——一种叫纵波(纵波),一种叫横波(s波)。纵波的传播速度快,但破坏力不大;而横波的破坏力大,但速度慢。我们看到的因地震而倒塌的各种楼房、桥梁,基本都是由横波造成的。如果我们的检测系统能够提前检测到纵波,那么我们就能利用纵波与横波在传播上的时间差,向可能受灾的区域发出预警信号,在横波抵达之前引导大家撤离危险地区,大大减少人员伤亡。

  那么地震预警具体是怎么实现的呢?

  首先,我们需要建立一个密集的地震数据监测网,来实时地监测纵波的到来。对于地震高发区,至少要做到5~10公里一个监测站。密集的地震数据监测网可以尽可能多的收集地震的相关数据,这在一定程度上可以保障地震预警的准确度。不过,这种密集度的工程不论是从土木工程上而言,还是从计算机信息处理上而言,都是一个大工程。众所周知,中国有“基建狂魔”的称号,在基础设施建设上,中国向来不喊难。

  中国地震局计划在中国大陆地区总共建设地震预警台站15510个,包括1960个配置测震仪和强震仪的基准站,3309个配置强震仪的基本站以及10241个配置烈度仪的一般站,这些台站预计将在2023年完成全部建设。此外,中国地震局还将移动互联网技术应用于此,开发了以智能手机为基础,结合MEMS(Micro-Electro-Mechanical System,微机电技术)技术而完成的地震烈度计和动态地震烈度网,并以此实现大量、密集对地震监测网进行科学布设。

  硬件有了,后面需要解决的问题,就是如何传输、处理这些海量的数据。随着数字经济时代的到来,各类高新技术不断发展,而地震监测网就成功引入了大数据处理技术。大数据技术让地震监测网在数据的收集、存储上完成落地,推动了地震预警的应用与发展

  数据收集上来了,紧接着要做的就是数据的快速处理。监测站越多,数据也就越多。通常情况下,这些数据会分为一般数据和突发数据两大类。对于同一个地区,突发数据越多,产生地震的可能性就越大,相应地也就越需要防护。地震预警系统的数据分析系统主要由监控主机、通信设施、数据处理服务器、web服务器和数据库服务器等一系列硬件组成。如果监控主机所在的区域内发生地震,主机可直接处理本地区的地震数据,自行决定是否采取相关措施。而如果监控主机不处在地震发生的区域,异地之间的各个数据处理服务器会自动与子系统的通信、自动分发数据包、捡拾地震波震相。在监测到地震波的同时,监测系统将通过高速网络快速将地震数据传送到分析处理中心。经过处理中心的分析,若数据超过相关预警阈值,那就就将触发预警系统,并向各个预警终端发送预警信。预警终端的种类有很多,例如手机、电视、广播、宣传广告屏等等。

大数据助力地震预警新发展

地震预警的原理图|Wikipedia Creative Commons Attribution-Share Alike 4.0 International

  我们可以看到,这套系统的落地应用离不开自动化控制的进步,监测网络的布设,大数据快速分析处理的技术,高速互联网络的铺设,以及各类通讯终端特别是智能手机的普及。

  现阶段,地震预警系统仍有待完善。这其中,最主要的是覆盖面问题。更靠近震中的地区,往往受到破坏的程度就更大,但地震预警留给该区域的反应时间却更短,存在一个难以调解的矛盾。因此,除了建设速度更快、精度更高的装置,进一步发展地震预警系统之外,我们同样不能停止对地震本质以及地球科学的相关研究。

  数字经济的发展,让我们不光看到了直接或间接利用数据来引导资源发挥作用,推动生产力发展的巨大潜力,也让我们在面临灾祸时,多了一份选择与保障。

  参考文献

  [1] 陈旭,张力文. 地震预警信息发布体系与应对策略研究. 电子科技大学学报(社科版). 2014, (1): 6–10

  [2] Podger, Pamela (July 2001).Calistoga to get an earful of nation's first quake siren.Archived from the original on 2014-02-23. Retrieved 2012-10-28.

  [3] 国家地震烈度速报与预警工程积极开展项目建设工作:18.7亿元打造秒级预警能力. 中国地震台网中心. [2021-07-15]

  [4] 袁志祥; 单修政; 徐世芳; 李金正; 李娟. 地震预警系统综述. 自然灾害学报. 2007, 6 (16): 216–223

  [5] 张红才.地震预警系统关键技术研究 (Thesis).中国地震局系统力学研究所:44-45.2013

  [6] A.Cuéllar (2014). Early Warning for Geological Disasters. Advanced Technologies in Earth Sciences:71-87

  [7] 陈旭,张力文. 地震预警信息发布体系与应对策略研究.电子科技大学学报(社科版).2014,(1):6-10

  作者:韩越扬

  编辑:韩越扬

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