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汶川地震10周年:大資料正在攻剋地震預測這個“不可能任務”

導讀:5月12日,是汶川地震10周年。

2008年5月12日,汶川地震發生,造成了大量的人員傷亡和財產損失。十年間,資料記載著人們的行為,汶川從未被遺忘。


一直以來,地震預測被認為是不可能實現的,但近些年來,隨著大資料技術的快速發展,越來越多的研究者開始挑戰這種“不可能”,並且一些研究取得了讓人振奮的進展。

“我們要建立一個美好世界。一個地震再不那樣可怕的世界。”

01 十年之前

2008年5月12日14時28分,四川省阿壩藏族羌族自治州汶川縣發生里氏8級特大地震。汶川地震共造成69227人死亡,374643人受傷,17923人失蹤,是新中國成立以來破壞力最大的地震,也是唐山大地震後傷亡最嚴重的一次地震。

▲漩口中學遺址前的紀念表盤

7天后的5月19日是全國哀悼日,下午14時28分,全國為汶川地震默哀的三分鐘。隨後,Google在官方博客上貼出了5月19日當天“詭異”的流量曲線:

當我們依照慣例整理和分析谷歌搜索引擎的流量資料時,一條從未見過的曲線出現在我們面前。當意識到發生了什麼事情時,我們的眼睛濕潤了。——Google

資料回顧汶川地震:

  • 時間:2008年5月12日14時28分04秒

  • 持續時間:約為2分鐘

  • 地理位置:四川省阿壩藏族羌族自治州汶川縣

  • 震中經緯度:北緯31.01度,東經103.42度

  • 震源深度:14千米

  • 震級:里氏震級8.0級,矩震級8.3級

  • 震中烈度:11度

  • 地震型別:構造地震

  • 傷亡人數:69227人遇難,374643人受傷,17923人失蹤

  • 極重災區:汶川、北川、綿竹等10市縣

  • 直接經濟損失:8452.15億元 

02 十年之間

每年5月12日被定為全國防災減災日,這個日期也被中國人銘記。十年以來,每到5月12日前後,關鍵詞“汶川地震”在百度的搜索量都會有一個尖銳的凸起。大資料記載著人們的行為,證實這十年間,汶川從未被遺忘。

▲2017年5月12日“汶川地震”在百度的搜索指數

資料來源於百度指數

▲2016年5月12日“汶川地震”在百度的搜索指數

資料來源於百度指數

這十年間,自然災害依然沒有間斷,一幕幕悲劇繼續在全球範圍內上演著。但這十年間,科技也從未停下前進的腳步。近年來隨著大資料、雲計算、人工智慧技術的發展,很多研究已經在論證用新技術、新方式預測地震的可能性。

1. 用大資料預測地震,可能是靠譜的

精準的地震預測被認為是不可能實現的,原因是多方面,其中之一就是觀測資料不夠,規律無應用價值,很難建立起具有實際指導意義的模型。大資料時代,一些研究者正在對這個難題發起挑戰。位於澤西島的一家名為Terra Seismic的公司,近年來一直對衛星和氣象資料進行大資料分析,並結合統計分析,進行地震預報。

具體來說,該公司的演算法利用來自地震潛在發生區域的衛星資料和陸基傳感器資料,再組合地震前兆現象如地下水位變化、地震雲、動物突發的奇怪行為、地面導電性、地磁和引力異常、電磁輻射等等,判斷地震發生的可能性。

Terra Seismic的中文版官網上,赫然寫著:

全世界第一臺可以指示即將發生某個地震方位的現實版“時間機器”。

▲Terra Seismic的中文版官網

據福布斯中文網等媒體報道,Terra Seismic可預測發生在世界各地的大地震,精準度達到90%。2015年2月22日,Terra Seismic預警在印尼蘇門答臘島將發生里氏6.5級的地震。3月3日,該島確實發生了里氏6.4級的地震。

Terra Seismic公司首席執行官奧列格·艾爾辛(Oleg Elshin)表示他們還準確預測了智利塔拉怕卡的大地震(震級為8.1)、墨西哥格雷羅州7.2級大地震。“依靠我們這種前所未有的衛星大資料技術,我們可以在零到30天內提前預測在主要地震多發國家即將發生的大地震(震級為6級以上)。”

但質疑的聲音指出,這些成功預測的背後又有多少失敗案例呢?所謂的“精準度90%”也是一個模糊的概念,或許是說所有預測中有90%是真的發生地震了,但關鍵問題是,有多少大地震會被這種預測漏掉?在已發生的大地震中,Terra Seismic成功預測的占比又是多少?

2. 地震速報的新方式

如果不能提前幾天預測地震,那麼提前幾秒是否有可能?即使完全不能提前預測,那麼在地震發生時給出及時而精準的速報,也能降低人員傷亡和財產損失。實際上,更多的研究仍然聚焦於地震發生前後的幾秒以及地震速報。

聚焦於地震發生前後的幾秒,其實就是跟突然出現的大量異常資料搶時間。據成都高新減災研究所所長王暾介紹:“地震波分為縱波和橫波,縱波的速度很快、垂直傳播,橫波橫向傳播,但它的速度只有每秒3.5公里左右。我們的接收裝置接收地震的縱波信號後,就用無線電(速度=光速)快速傳播到預警系統,並就此向地震波尚未到達的地方進行預警。”

▲2014年美國南那帕地震的衛星雷達圖像

“彩虹”圖案顯示出地表變形情況

有地震學家瞄準了人人都在使用的智慧手機。美國地質調查局的Benjamin Brooks正在尋求通過智慧手機中的GPS傳感器預報地震的方法。GPS傳感器可以確定用戶位置,誤差只有幾米。除了定位功能,GPS傳感器還可以感知突如其來的踉蹌。當異常的方向變化同時發生在多處,則可能預示著地震來了。

Brooks和他的同事們的實驗表明,大約5000人的資料就足以發現大地震的開端,可以提前5秒來提醒那些尚未感受到地震的人口密集區。這項研究目前存在的問題是,GPS資料的獲取不是那麼簡單,這還涉及到用戶隱私問題。

中國、美國、日本等官方組織近年來正利用智慧設備及互聯網的發展完善傳統的地震速報。日本目前可以在地震發生後幾秒鐘時間內快速預警。中國地震台網中心則尋求通過多種方式讓訊息快速到達用戶終端,除“地震速報”app外,中國地震台網中心與支付寶、微博、今日頭條等大流量開展了合作,根據地震發生的地區和震級實時向用戶推送動態信息。

在2013年4月20日的雅安地震中,幾乎與震中蘆山發生地震的同時,成都高新減災研究所就在手機客戶端、專用預警接收服務器、電視臺、微博等平臺上都同步發出了地震預警。

03 十年之後以及更遠的未來

更多更全面的觀測點、更大量的資料收集與儲存、更優化的演算法、更精確的資料分析……大資料、雲計算和人工智慧在未來的取得的成果,也必然會被應用於地震等自然災害的預測。同時,預警系統也將加快反應時間,迅速將信息及警報傳達給處於危險之中每一個人,防火門自動關閉、天然氣管道自動關閉、自動駕駛的車輛停車、救災機器人第一時間響應……

機器學習正在與隨機和混沌作戰,目前已有多項研究取得了可觀的成果。在新墨西哥洲洛斯阿拉莫斯國家實驗室里,Bertrand Rouet-Leduc和他的幾個伙伴已經讓機器學會了去“聽”斷層發生時的聲音信號,然後精確地預測出距離斷層發生前的剩餘時間。在未來,將有更多的研究從實驗室走嚮應用。

Rouet-Leduc在總結中說:

地震科學進步和發展的舞臺已經準備就緒了。

最後,我們或許可以用Terra Seismic官網上的另一句話作為本文的結尾:

我們要建立一個美好世界。一個地震再不那樣可怕的世界。

這或許能代表所有地震研究者,以及全人類的心聲。

本文部分資料來源於福布斯中文網、newscientist、雷鋒網、廣州日報、中國新聞網等。

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Q: 十年之前“汶川地震”時,你在幹嘛?

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