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24小时咨询热线： 4006666666 1秒摸清地震“脾气”
发布时间：2025-05-06 点此：383次
人工智能算法核算震源机制解流程图。 受访者供图
课题组合影。 受访者供图
课题组在进行科研练习和评论。 受访者供图
地震是损坏力较大的天然灾祸之一。地震科学的每一次前进和腾跃，都标志着人类与天然灾祸反抗的决计。
公元132年（东汉顺帝阳嘉元年），张衡创造晰世界第一台地震观测仪器——候风地动仪，敞开了人类使用仪器观测地震的前史。
时针飞速拨转，近年来，人工智能、大数据、云核算等技能的广泛使用，为地震科学带来新的曙光和或许。
选用人工智能办法,可在1秒内算出震源机制参数，摸清地震“脾气”，有用进步地震监测和风险防备才干。这是我国科学技能大学地球和空间科学学院张捷教授课题组最新的研讨效果。论文日前宣布于《天然-通讯》杂志。
关于这一效果，该论文的3位审稿人共同点评：“这是十分激动人心的突破性效果。”
现在，张捷课题组成员15人，有14人是90后。近来，中青报·中青网记者采访了这群年青的科研人员。
地震监测需求的“奥秘”参数
张捷教授介绍，地球内部运动导致板块之间彼此揉捏磕碰，然后形成板块内部错动、决裂，是引发地震的主要原因。地震的“时（发震时刻）、空（震源方位）、强（地震震级）”三要素是了解地震的最根本信息。但不行疏忽的是，描绘地震决裂的震源机制解（即震源机制参数，学界也叫震源机制解——记者注）也是破解地震信息的重要参数。
何为震源机制解？张捷解说，这是使用地震观测材料来研讨地震产生时，震源处的作用力和断层错动性质，其参数包含断层走向（strike）、断层倾角（dip）、滑移角（rake）等。
摸清震源机制解，不只可以协助了解断层的类型，还能提醒断层在地震产生时详细的运动状况、决裂方向、决裂速度，描绘滑断面的走向、倾向、倾角等特征。
浅显地说，关于产生在陆地上的地震，震源机制解或许用于由前震猜测主震，或由主震材料猜测强余震，提醒震源邻近的应力散布状况。也能协助判读出是地震带中哪个断层系在活动、其应力方向在哪、邻近相似断层会不会呈现风险等状况；关于海洋以及近海、沿岸区域的地震，震源机制解可以为海啸预警、海啸灾祸的点评供给要害的信息。
张捷介绍，自1938年地震学家第一次核算以来，快速获取震源机制解一直是科学难题。一般，科学家经过记载到的地震波极性以及全波形信息，反向演算震源机制解。但反推消耗时刻、核算量大，现在，世界各地地震监测台网在地震速报信息里，只要发震时刻、震级、地址和深度，并不包含震源机制解。
他弥补说，地震产生时，地震波信号传到地震台网，专业人员选用理论算法处理地震数据。但往往在地震产生几分钟或更长的时刻后才干报出震源机制解。3-10分钟后，地震往往现已形成损坏。
2004年，里氏9.3级印度洋大地震引发激烈海啸，席卷了包含印度尼西亚、斯里兰卡、马尔代夫等国，形成了巨大人员伤亡和财产丢失。震后15分钟，海啸最早抵达印尼，但却没有预警，最终形成14个国家共22万余人失掉生命。张捷剖析，若能在震后快速得到该地震是逆冲决裂的震源机制并宣布预警，将会大大削减伤亡。
在最新效果中，张捷课题组就使用人工智能技能和深度机器学习算法，提出新的深度卷积神经网络——震源机制网络（FMNet），使用全波形信息快速估量震源机制。
课题组首先在研讨区域模拟出理论地震波形图，用于练习人工智能网络。之后将实践地震波形数据输入到练习好的人工智能网络中，然后输出地震震源机制解。“地震产生后，实践地震数据进入人工智能体系，不到1秒时刻，体系就能精确估算出震源机制解，为灾情判别、灾祸点评供给有力支撑。”张捷说。
该项目也受到了我国地震局地震猜测研讨所根本科研事务费实验场项目和国家重点研制计划项目“地震预警新技能研讨与演示使用”的赞助。
地震监测，跨过千年的科学“接力”
关于地震的研讨一直在弯曲中进行。研讨的时刻维度已跨过了上千年。
“中有都柱，傍行八道，施关发机……”依据《后汉书·张衡传》记载，张衡创造的地动仪使用了惯性摆的原理。古人完结了用聪明智慧“感知”地震。
我国地震局信息技能学科组参谋、地震猜测研讨所研讨员陈会忠在撰文指出，在地动仪创造之后的几个世纪里，世界上均无关于地震观测仪器方面的记载。19世纪中叶开端，跟着西方国家和日本相继研制了定量记载地上运动的地震仪，地震监测仪器与监测办法不断更新。
1966年3月，河北邢台区域相继产生6.8级和7.2级屡次激烈地震。其时，我国的地震台均为人工值守，像邢台这样的大地震从数据会集到完结根本参数的测定，需约数小时乃至数天。
20世纪70年代开端，我国地震台网开端打造国家根本台站和区域地震台站相结合的布局。自主研制的系列地震仪器和地震台站的建造，增强地震监测的才干，也为各级政府供给地震信息服务。
一起，世界上多个地震频发的国家纷繁树立针对特定工程、特定城市等的地震预警体系。“从机械式模拟信号记载开展到主动化数字信号记载，从单台监测开展到到台阵、台网地震监测，地震科学不断前进。”张捷教授课题组成员、博士后朱慧宇介绍。
值得一提的是，“十五”期间，我国开端施行《我国数字地震观测网络》工程，建造了105个国家地震台、685个区域级测震台和32个省级区域地震台网中心。
据介绍，汶川大地震等灾祸的产生也进一步引发考虑——地震观测有必要为抢救生命和下降灾祸丢失服务。
2015年6月，国家发改委正式批复了我国地震局“国家地震烈度速报与预警工程”，2018年工程发动施行。地震观测和地震科学数据处理从物理驱动转向数据驱动，可以抵达地震后5-10秒就宣布地震警报。
“其时许多国家监测地震信息，仍是选用主动算法与专业人员人工核算相结合的办法，这就要求地震监测人员24小时待命。”朱慧宇介绍，当实践地震数据进入课题组研制的人工智能体系，体系不只能精确估算出地震的方位、深度、震级和震源机制等参数，还能实时演示地震活动空间图画。
一起，体系有深度学习才干，能依据数据库中聚集的上百万个地震材料，结合地震学理论，快速处理正在产生的地震数据。“科技的力气正催生地震科学范畴的新业态，带来防震减灾范畴的技能革命。”朱慧宇慨叹。
“进步地震猜测预警的精确性，需求密布的高频监测数据收集和实时处理，现有的人机结协作业形式已不习惯这一要求。”针对此课题效果，我国地震局科技与世界协作司司长车时点评说：“该效果为地震监测、猜测预警事务完结快速、高效的智能化转型供给了坚实基础。”
“地震产生后，每一秒都万分名贵，尽早报出震源机制解，能向地震波还没抵达的区域预警，为大众采纳防护办法、政府确认救援计划抢出时刻。”朱慧宇举例，假如人们能在地震产生前3秒收到预警，伤亡人数可以下降14%；假如提早10秒发布预警，伤亡人数可以下降39%。
“1秒”的演进
听上去很轻松的“1秒”，这项黑科技背面是科研人长时间的探究和据守。
张捷教授于1981年考入我国科学技能大学，获地球物理学学士，在麻省理工学院获地球物理学博士学位。长时间致力于地球物理石油勘探、地震监测、生物医药等范畴的科研与技能立异。在他看来，科研并非一蹴即至，不管阅历多少困难，都要一直深信从事科研作业的价值观。
早在2014年，张捷课题组就与我国科大核算机学院教授陈恩红课题组协作，用互联网搜索引擎技能，在研讨区域事前树立巨大的波形数据库，经过快速搜索算法完结对波形的快速匹配，完结快速报出数据库里存好的震源机制解。
该论文宣布在《天然-通讯》上。随后，办法在四川、云南投入地震监测，成为其时最早进的震源机制解速报技能。
但这一办法受数据库束缚，难以使用于规模较大的地震监测区域。课题组开端了又一轮攻关，不断完善体系精确性和可靠性，这一深耕，又是7年。
在最新效果中，课题组初次使用人工智能办法，使用深度机器算法，适用于大区域地震监测。
但在某个区域，前史地震样本不行，怎么保证机器学习常识的充沛性？朱慧宇解说，课题组选用理论核算数据做练习样本的办法，可以处理这一问题，让体系更聪明，还会验算。
“平常，教师不断鼓舞咱们参与各种世界学术会议，除了共享咱们新的发展外，也能了解世界职业前沿动态，哪怕每天只花一小时学习他人的效果，也很有用。”课题组研讨生王函说。
其实，2018年，张捷教授团队就与我国地震局协作完结“智能地动”人工智能地震监测体系，体系已在云南、四川的地震实验场试用。根据点评成果，“智能地动”体系与专业人员人工核算处理的成果十分挨近。
科研探究永无止境。上一年，运用人工智能技能，课题组又进一步完结在两秒内核算出震源机制解。朱慧宇介绍，近期，“1秒算出震源机制解”的黑科技就将在“智能地动”体系上试运行。
正如课题组研讨生张基所言，团队小伙伴们重视科研的实践使用问题，每次得出的新办法，都需求在实践数据中进行重复测验验证，保证让新办法可以剖析并处理实践问题。
在张捷看来，任何一项科研作业都应该聚集“立异”二字，学生不能像上课学习那样依靠教师，有必要勇于探究未知范畴，肩负起科研立异的任务。
平常，张捷常对第一次测验科研的学生说：“你要深信，你是世界上第一个做这个课题的人，你能告知全人类这个问题是怎么回事！”
来历：我国青年报
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