汶川地震10周年:大数据正在攻克地震预测这个“不可能任务”

导读:5月12日,是汶川地震10周年。

2008年5月12日,汶川地震发生,造成了大量的人员伤亡和财产损失。十年间,数据记载着人们的行为,汶川从未被遗忘。

一直以来,地震预测被认为是不可能实现的,但近些年来,随着大数据技术的快速发展,越来越多的研究者开始挑战这种“不可能”,并且一些研究取得了让人振奋的进展。

“我们要建立一个美好世界。一个地震再不那样可怕的世界。”

01 十年之前

2008年5月12日14时28分,四川省阿坝藏族羌族自治州汶川县发生里氏8级特大地震。汶川地震共造成69227人死亡,374643人受伤,17923人失踪,是新中国成立以来破坏力最大的地震,也是唐山大地震后伤亡最严重的一次地震。

▲漩口中学遗址前的纪念表盘

7天后的5月19日是全国哀悼日,下午14时28分,全国为汶川地震默哀的三分钟。随后,Google在官方博客上贴出了5月19日当天“诡异”的流量曲线:

当我们依照惯例整理和分析谷歌搜索引擎的流量数据时,一条从未见过的曲线出现在我们面前。当意识到发生了什么事情时,我们的眼睛湿润了。——Google

数据回顾汶川地震:

  • 时间:2008年5月12日14时28分04秒
  • 持续时间:约为2分钟
  • 地理位置:四川省阿坝藏族羌族自治州汶川县
  • 震中经纬度:北纬31.01度,东经103.42度
  • 震源深度:14千米
  • 震级:里氏震级8.0级,矩震级8.3级
  • 震中烈度:11度
  • 地震类型:构造地震
  • 伤亡人数:69227人遇难,374643人受伤,17923人失踪
  • 极重灾区:汶川、北川、绵竹等10市县
  • 直接经济损失:8452.15亿元

02 十年之间

每年5月12日被定为全国防灾减灾日,这个日期也被中国人铭记。十年以来,每到5月12日前后,关键词“汶川地震”在百度的搜索量都会有一个尖锐的凸起。大数据记载着人们的行为,证实这十年间,汶川从未被遗忘。

▲2017年5月12日“汶川地震”在百度的搜索指数

数据来源于百度指数

▲2016年5月12日“汶川地震”在百度的搜索指数

数据来源于百度指数

这十年间,自然灾害依然没有间断,一幕幕悲剧继续在全球范围内上演着。但这十年间,科技也从未停下前进的脚步。近年来随着大数据、云计算、人工智能技术的发展,很多研究已经在论证用新技术、新方式预测地震的可能性。

1. 用大数据预测地震,可能是靠谱的

精准的地震预测被认为是不可能实现的,原因是多方面,其中之一就是观测数据不够,规律无应用价值,很难建立起具有实际指导意义的模型。大数据时代,一些研究者正在对这个难题发起挑战。位于泽西岛的一家名为Terra Seismic的公司,近年来一直对卫星和气象数据进行大数据分析,并结合统计分析,进行地震预报。

具体来说,该公司的算法利用来自地震潜在发生区域的卫星数据和陆基传感器数据,再组合地震前兆现象如地下水位变化、地震云、动物突发的奇怪行为、地面导电性、地磁和引力异常、电磁辐射等等,判断地震发生的可能性。

Terra Seismic的中文版官网上,赫然写着:

全世界第一台可以指示即将发生某个地震方位的现实版“时间机器”。

▲Terra Seismic的中文版官网

据福布斯中文网等媒体报道,Terra Seismic可预测发生在世界各地的大地震,精准度达到90%。2015年2月22日,Terra Seismic预警在印尼苏门答腊岛将发生里氏6.5级的地震。3月3日,该岛确实发生了里氏6.4级的地震。

Terra Seismic公司首席执行官奥列格·艾尔辛(Oleg Elshin)表示他们还准确预测了智利塔拉怕卡的大地震(震级为8.1)、墨西哥格雷罗州7.2级大地震。“依靠我们这种前所未有的卫星大数据技术,我们可以在零到30天内提前预测在主要地震多发国家即将发生的大地震(震级为6级以上)。”

但质疑的声音指出,这些成功预测的背后又有多少失败案例呢?所谓的“精准度90%”也是一个模糊的概念,或许是说所有预测中有90%是真的发生地震了,但关键问题是,有多少大地震会被这种预测漏掉?在已发生的大地震中,Terra Seismic成功预测的占比又是多少?

2. 地震速报的新方式

如果不能提前几天预测地震,那么提前几秒是否有可能?即使完全不能提前预测,那么在地震发生时给出及时而精准的速报,也能降低人员伤亡和财产损失。实际上,更多的研究仍然聚焦于地震发生前后的几秒以及地震速报。

聚焦于地震发生前后的几秒,其实就是跟突然出现的大量异常数据抢时间。据成都高新减灾研究所所长王暾介绍:“地震波分为纵波和横波,纵波的速度很快、垂直传播,横波横向传播,但它的速度只有每秒3.5公里左右。我们的接收装置接收地震的纵波信号后,就用无线电(速度=光速)快速传播到预警系统,并就此向地震波尚未到达的地方进行预警。”

▲2014年美国南那帕地震的卫星雷达图像

“彩虹”图案显示出地表变形情况

有地震学家瞄准了人人都在使用的智能手机。美国地质调查局的Benjamin Brooks正在寻求通过智能手机中的GPS传感器预报地震的方法。GPS传感器可以确定用户位置,误差只有几米。除了定位功能,GPS传感器还可以感知突如其来的踉跄。当异常的方向变化同时发生在多处,则可能预示着地震来了。

Brooks和他的同事们的实验表明,大约5000人的数据就足以发现大地震的开端,可以提前5秒来提醒那些尚未感受到地震的人口密集区。这项研究目前存在的问题是,GPS数据的获取不是那么简单,这还涉及到用户隐私问题。

中国、美国、日本等官方组织近年来正利用智能设备及互联网的发展完善传统的地震速报。日本目前可以在地震发生后几秒钟时间内快速预警。中国地震台网中心则寻求通过多种方式让消息快速到达用户终端,除“地震速报”app外,中国地震台网中心与支付宝、微博、今日头条等大流量开展了合作,根据地震发生的地区和震级实时向用户推送动态信息。

在2013年4月20日的雅安地震中,几乎与震中芦山发生地震的同时,成都高新减灾研究所就在手机客户端、专用预警接收服务器、电视台、微博等平台上都同步发出了地震预警。

03 十年之后以及更远的未来

更多更全面的观测点、更大量的数据收集与存储、更优化的算法、更精确的数据分析……大数据、云计算和人工智能在未来的取得的成果,也必然会被应用于地震等自然灾害的预测。同时,预警系统也将加快反应时间,迅速将信息及警报传达给处于危险之中每一个人,防火门自动关闭、天然气管道自动关闭、自动驾驶的车辆停车、救灾机器人第一时间响应……

机器学习正在与随机和混沌作战,目前已有多项研究取得了可观的成果。在新墨西哥洲洛斯阿拉莫斯国家实验室里,Bertrand Rouet-Leduc和他的几个伙伴已经让机器学会了去“听”断层发生时的声音信号,然后精确地预测出距离断层发生前的剩余时间。在未来,将有更多的研究从实验室走向应用。

Rouet-Leduc在总结中说:

地震科学进步和发展的舞台已经准备就绪了。

最后,我们或许可以用Terra Seismic官网上的另一句话作为本文的结尾:

我们要建立一个美好世界。一个地震再不那样可怕的世界。

这或许能代表所有地震研究者,以及全人类的心声。

本文部分资料来源于福布斯中文网、newscientist、雷锋网、广州日报、中国新闻网等。

原文发布于微信公众号 - 大数据(hzdashuju)

原文发表时间:2018-05-11

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