捕捉地震，用上“超级大脑”

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“智能地震”通过对历史地震数据的深入研究，可以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，杜光宝和他的搭档，中国地震台网中心的快速报告员，应该在大约10分钟内检查地震参数信息，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。"值班日是不眠之夜。"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，该中心的快速报告人员将被全面部署。

有没有一种方法可以准确快速地给出地震参数信息？现在，一套人工智能全自动地震监测系统——“智能地震”有望为地震实时监测提供新的手段。

深入学习历史地震数据可以在两秒钟内计算出位置等参数。

“智能地震”系统是由中国科技大学张捷教授的团队与中国地震局合作完成的。自2018年12月以来，“智能地震”系统已在中国地震局投入试运行。它与四川和云南地震台相连，实时处理两地100多个地震台的数据。根据2019年446次地震评估结果，发现“智能地震”系统与专业人员人工计算处理的结果非常接近。研发团队还利用“智能地震”测试了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。

“智能地面运动”是一个人工智能软件系统。张捷说，与传统的监测系统不同，它具有深入学习的能力，能够根据记忆中收集的数百万地震数据和地震学理论，快速处理正在发生的地震数据。例如，传统的监测系统是一个简单的理论专家，而“智能地震”是一个有着深厚历史记忆的理论专家。"使用人工智能技术相当于所有地震学家一起工作，处理地震数据。"张捷说。

由于它能不断“学习”历史地震大数据，并“智能移动”，因此开发了一双监测地震的“金眼睛”——它能有效地去除各频段的噪声，识别能力强，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”可以报告1级以上地震的信息，从而提高地震监测能力。张捷说，小地震可能是大地震发展的前兆，能够自动识别它们是地震监测的一个重要突破。

准确定位地震和推断破裂机制是地震监测的难点。“智能地震”系统可以直接从地震波形中记录和推断位置和深度。同时，借助强大的内存数据库，系统可以在1-2秒内计算出地震的位置、深度、震级、震源机制等参数。

“两秒钟内的结果”是什么意思？张捷说，地震后早期报告信息可以对尚未到达的地区发出预警，从而为公众采取保护措施和*确定救援计划提供宝贵的时间。

在试运行中不断完善，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关注。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”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，如果有疑问，人们很难追溯找到原因。

张捷坦率地说，这可能确实是人工智能系统的不足。为了尽可能避免这种影响，在实际操作中，科研人员将人工智能与传统的计算方法相结合进行分析。如果两者之间有很大的差异，监控系统可以分析差异的原因并确定最佳结果，“不会比传统方法差”

“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”系统已经达到常规地震监测和地震预警的技术要求。“将来，该系统需要长时间的试运行和改进，才能取代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，一系列尖端信息技术也被应用到地震相关研究中。

地震后，城市的哪个区域受到了很大的损害，损害有多大？传统的方法是依靠人工调查来调查和统计各处建筑物的损坏状况。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。该系统依靠关键的地理信息系统数据，如房屋高度、结构类型和建设年份，对城市进行快速和精细的建模。只要输入监测的地震数据，就可以快速生成该地区房屋的震害分布图。

“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，该模拟系统可以初步给出震后第一时间的城市受损情况，为救灾救援提供决策参考。除了实时灾后评估，模拟系统还可以为城市规划提供支持。林旭川介绍，通过该模拟系统，科研人员模拟了不同震级地震发生时的情况，给出了各种房屋的破坏状态，为城市防灾减灾规划提供了完善的建议。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程度的提高，林旭川认为通用计算系统不能满足要求，必须依赖更快、更强大的超级计算机或云超级计算平台。有一次，他想对一座城市的巨型建筑进行精细的弹塑性模拟分析。如果他使用日常计算平台，可能永远也不会成功。可以放在“天河二号”上，几分钟后结果就会出来。“抗震救灾的每一秒都是宝贵的。使用超级计算机可以赢得更多时间。”林旭川说道。

总的来说，大地震不仅影响单个城市，而且该地区城市群的震害分析对于协调救援资源也非常重要。然而，大面积、细粒度的动态仿真对计算能力提出了更高的要求。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的机会。

■记者笔记

应用新技术解决更多问题

由于我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，我们不仅可以被动地应对，而且要有所防范。

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做好城市地震精细规划，都可以帮助我们更冷静地面对灾害。我们还可以通过制作可控的人工震源等方式，主动出击，推断地下情况，发现地震的“脾气”，提高反应水平。

普通人不容易直接感受到地震科技的进步。虽然人类还不能在短期内完全掌握地震的发生规律，但我们对地震的认识正在加深。一些新技术和新手段的应用使科学家在应对地震时更有信心。