中新網(wǎng)北京1月23日電 (記者 孫自法)隨著人工智能(AI)和大數(shù)據(jù)等高新技術(shù)近年來的飛速發(fā)展及廣泛應(yīng)用，利用相關(guān)技術(shù)高效服務(wù)于地震監(jiān)測、震害防御等防震減災(zāi)領(lǐng)域，成了一個備受關(guān)注的話題。記者隨中國地震局“防震減災(zāi)高質(zhì)量發(fā)展進(jìn)行時”主題采訪活動走進(jìn)中國地震局地球物理研究所獲悉，該所持續(xù)推進(jìn)地震科技創(chuàng)新應(yīng)用，成功研發(fā)“諦聽”系統(tǒng)，設(shè)計出輕量化震相拾取模型(LPPN)和快速震相關(guān)聯(lián)算法，構(gòu)建基于中國地震科學(xué)探測臺陣觀測的地震學(xué)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)集(CREDIT)。

“諦聽”系統(tǒng)：人工智能賦能地震監(jiān)測

目前，中國建成全球規(guī)模最大地震預(yù)警網(wǎng)，每日產(chǎn)生的地震監(jiān)測數(shù)據(jù)高達(dá)數(shù)百GB，如此海量數(shù)據(jù)在傳輸、存儲以及處理等方面面臨巨大挑戰(zhàn)，地震監(jiān)測系統(tǒng)的自動化和智能化升級迫在眉睫。

中國地震局地球物理研究所陳石研究員指出，該所科研團(tuán)隊聯(lián)合中國地震臺網(wǎng)中心、遼寧省地震局、四川省地震局和中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所、中國科學(xué)院大學(xué)等，歷時3年成功研發(fā)出一套以人工智能技術(shù)為核心的地震監(jiān)測智能化軟硬件系統(tǒng)，并以《西游記》中神通廣大、能辨聽世間萬物聲音的神獸“諦聽”命名。

中國科研團(tuán)隊成功研發(fā)出以人工智能技術(shù)為核心的地震監(jiān)測智能化軟硬件系統(tǒng)——“諦聽智慧盒子”。中新網(wǎng)記者 孫自法 攝

這一被譽(yù)為“地學(xué)AI助手”的“諦聽”系統(tǒng)(又稱“諦聽智慧盒子”)，基于大型人工智能地震學(xué)訓(xùn)練數(shù)據(jù)集，開發(fā)訓(xùn)練了一系列自動地震數(shù)據(jù)處理算法。據(jù)介紹，“諦聽”數(shù)據(jù)集包含數(shù)百萬條具有高質(zhì)量標(biāo)注的地震波形數(shù)據(jù)，不僅覆蓋天然地震事件，還包括爆破、塌陷等非天然地震類別，以及典型干擾噪聲數(shù)據(jù)類別。在“諦聽”數(shù)據(jù)集支持下，科研團(tuán)隊開發(fā)出“諦聽”系列人工智能自動地震數(shù)據(jù)處理算法。

“諦聽”如何實現(xiàn)地震監(jiān)測領(lǐng)域大數(shù)據(jù)的自動化與智能化處理？“諦聽”算法開發(fā)負(fù)責(zé)人、中國地震局地球物理研究所趙明博士表示，“諦聽”系列算法能夠?qū)崿F(xiàn)直接從連續(xù)觀測波形中自動檢測地震事件、預(yù)測震級、判斷地震波縱波和橫波到時、自動判別縱波初動極性、預(yù)測臺站方位角等功能，在數(shù)秒內(nèi)完成復(fù)雜的地震數(shù)據(jù)分析任務(wù)。針對2022年四川瀘定6.8級地震，科研人員利用“諦聽”算法自動分析該地震波形資料，對主震及其余震的復(fù)雜斷層結(jié)構(gòu)進(jìn)行精細(xì)研究，通過案例進(jìn)一步證實了“諦聽”在防震減災(zāi)中的實際應(yīng)用價值。

地震科技創(chuàng)新：人工智能技術(shù)具有獨特優(yōu)勢

中國地震局地球物理研究所副研究員李璐指出，近年來，隨著大量地震臺站的布設(shè)和地震觀測水平的不斷提升，傳統(tǒng)的利用人工進(jìn)行地震檢測的方式已無法滿足海量地震數(shù)據(jù)處理和復(fù)雜波形特征分析的要求，而人工智能技術(shù)可以幫助快速處理和分析大量的地震數(shù)據(jù)，在地震類型的判斷、地震事件的自動識別與檢測方面有著獨特優(yōu)勢。

同時，人工智能還可以對山體滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行預(yù)警。通過分析地聲、電磁波等信號，人工智能可以對地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生及時給出預(yù)警信息，為應(yīng)急避險提供寶貴時間。此外，人工智能還可以幫助優(yōu)化應(yīng)急救援方案。通過分析災(zāi)害發(fā)生地的地形、氣象等數(shù)據(jù)，為應(yīng)急救援提供更加準(zhǔn)確和及時的決策支持。

她說，在地震系統(tǒng)推廣和應(yīng)用人工智能技術(shù)方面，中國地震局地球物理研究所地球物理先導(dǎo)技術(shù)研究室一直堅持自主研發(fā)，致力于從地震監(jiān)測到科學(xué)研究的全流程、系統(tǒng)化的人工智能科技創(chuàng)新。該科研團(tuán)隊利用中國地震科學(xué)探測臺陣一期數(shù)據(jù)，構(gòu)建并發(fā)布了基于密集臺陣觀測的地震學(xué)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)集。它是國內(nèi)基于中國地震科學(xué)探測臺陣數(shù)據(jù)發(fā)布的第一個標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)集產(chǎn)品，標(biāo)注數(shù)量達(dá)百萬量級。

在實現(xiàn)地震監(jiān)測業(yè)務(wù)化方面，該團(tuán)隊基于人工智能技術(shù)搭建地震智能監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)震相拾取、震相關(guān)聯(lián)與地震定位的全流程自動化處理，并在四川、貴州等水庫地區(qū)進(jìn)行布設(shè)，實現(xiàn)水庫地震事件的智能監(jiān)測和實時地震目錄產(chǎn)出，極大提升地震監(jiān)測業(yè)務(wù)能力及時效性，為水庫地震安全監(jiān)測和風(fēng)險評估提供重要技術(shù)支撐。

四川省震災(zāi)風(fēng)險防治中心高級工程師阮祥介紹說，2021年該中心與中國地震局地球物理研究所王偉濤研究員團(tuán)隊合作，采用“邊開發(fā)、邊應(yīng)用、邊完善”的思路部署人工智能水庫地震監(jiān)測平臺，隨著人工智能技術(shù)近幾年高速發(fā)展，這個平臺也不斷完善，從最開始的1.0版升級到目前的2.4版，人工智能水庫地震監(jiān)測平臺自動產(chǎn)出的地震目錄準(zhǔn)確率基本達(dá)到90%以上。

中國地震局地球物理研究所副研究員于子葉補(bǔ)充稱，科研團(tuán)隊基于深度學(xué)習(xí)方法設(shè)計出輕量化震相拾取模型和快速震相關(guān)聯(lián)算法，可以為地震檢測工作提供良好的模型基礎(chǔ)，他們基于自行設(shè)計的模型在包括滑坡、地震編目等多種場景工作中進(jìn)行嘗試，已取得良好效果。

未來發(fā)展趨勢：人工智能應(yīng)用將更加深入廣泛

李璐表示，雖然目前人工智能在地震學(xué)中的發(fā)展如火如荼，但也應(yīng)該意識到，人工智能目前并不能完全代替人的工作，在技術(shù)上仍存在一定挑戰(zhàn)：一是地震數(shù)據(jù)通常非常龐大，而且質(zhì)量參差不齊，這使得數(shù)據(jù)清洗、預(yù)處理和特征提取等任務(wù)變得非常復(fù)雜；二是深度學(xué)習(xí)模型就像一個黑盒子，這種黑盒子的機(jī)制使得許多復(fù)雜的人工智能模型往往缺乏可解釋性，該限制會對地震自動監(jiān)測結(jié)果的可靠性和可信度產(chǎn)生影響。針對人工智能模型可能存在的誤檢測問題，加入人工校核機(jī)制可能是一種有效的解決辦法。

“現(xiàn)在一直強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新，但是創(chuàng)新之后的(應(yīng)用)工作才是重要的。”于子葉提醒說，就像科研團(tuán)隊設(shè)計出輕量化震相拾取模型，始終強(qiáng)調(diào)精度和速度并重，但剛開始使用后發(fā)現(xiàn)只有60%精度，這在實際工作無法使用，也就是有創(chuàng)新，但沒有實用化。團(tuán)隊后續(xù)基于中國地震臺網(wǎng)中心提供的數(shù)據(jù)集重新制作全套流程，歷經(jīng)近兩年的改進(jìn)終于將精度提升到85%以上，基本達(dá)到可用的程度。

于子葉認(rèn)為，未來利用人工智能技術(shù)進(jìn)行地震科技創(chuàng)新將會更加深入和廣泛，需要在數(shù)據(jù)驅(qū)動技術(shù)、跨學(xué)科合作、智能監(jiān)測、公眾教育等多方面進(jìn)行不斷的探索和創(chuàng)新。他強(qiáng)調(diào)，未來要促進(jìn)人工智能技術(shù)在地震學(xué)中的進(jìn)一步發(fā)展，需要加強(qiáng)各單位間的數(shù)據(jù)共享和合作，建立更加開放和共享的地震數(shù)據(jù)平臺，以促進(jìn)數(shù)據(jù)的流通和應(yīng)用。中國地震局地球物理研究所籌建的地震科學(xué)國際數(shù)據(jù)中心，其基于密集臺陣觀測的地震學(xué)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)集，旨在提升地震科學(xué)數(shù)據(jù)及其產(chǎn)品的全球服務(wù)共享能力，深化國際國內(nèi)地震科技合作，推動全球地震減災(zāi)高質(zhì)量發(fā)展。

于子葉表示，未來需要進(jìn)一步深化對地震數(shù)據(jù)的挖掘，探索更加有效的特征提取、數(shù)據(jù)清洗和預(yù)處理方法，以應(yīng)對地震數(shù)據(jù)的復(fù)雜性和不確定性，同時也要加強(qiáng)人工智能算法和模型的優(yōu)化和創(chuàng)新，提高算法的泛化能力，更有助于人工智能技術(shù)在地震學(xué)領(lǐng)域的推廣和應(yīng)用。