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救命技術(shù)，緊急時(shí)刻立功了。

　　昨晚將近 11 點(diǎn)，地震頻發(fā)的四川又發(fā)生了一場(chǎng)大地震，震中位于四川省宜賓市長(zhǎng)寧縣，震級(jí)達(dá)到 6.0 級(jí)，震源深度 16 千米。

　　對(duì)許多四川人民來說，這不是***次經(jīng)歷地震了，但與以往不同的是，震感來臨前，他們電視上出現(xiàn)了彈窗：

本圖片來自知乎用戶@高山，上述其余圖片作者不可考

　　成都、德陽(yáng)、樂山、廣元、涼山……震中周圍各地都收到了提醒。

　　不少居民小區(qū)的喇叭也播報(bào)了倒計(jì)時(shí)的聲音。

　　安裝了預(yù)警 APP 的用戶，手機(jī)上也出現(xiàn)了倒計(jì)時(shí)提醒。

來自知乎用戶@看似很簡(jiǎn)單

　　以成都為例，當(dāng)?shù)鼐用裉崆?61 秒就收到了預(yù)警。

　　不少網(wǎng)友都表示，在窗外的廣播數(shù)到 0 的時(shí)候，大地突然就震動(dòng)了起來。

　　時(shí)間非常精準(zhǔn)，準(zhǔn)確度讓人震撼。

　　雖然時(shí)間只有幾十秒，但能提前把地震消息告訴當(dāng)?shù)鼐用瘢A得了寶貴的逃命時(shí)間，減少人員傷亡。

　　那么，這究竟是怎樣一門技術(shù)呢？

　　與地震波賽跑

　　需要提醒的是，地震預(yù)警，并非是像預(yù)言那樣預(yù)測(cè)地震，而是在地震發(fā)生后，迅速將這一消息告知地震波還沒有到達(dá)的地方。

　　當(dāng)?shù)卣鹪谡鹬邪l(fā)生時(shí)，地震波向周圍蔓延，所到之地才開始震動(dòng)，造成樓房倒塌破壞。

　　相對(duì)光速的電波來說，地震波的速度相對(duì)較慢，速度較快的縱波（P波）在地殼處的速度在每秒 6 千米以下。

　　速度較慢、造成破壞更大的橫波（S波）速度則通常在每秒3~4 千米左右。

　　無(wú)論是哪種地震波，都比我們?nèi)粘Ｍㄐ攀褂玫碾姴枚唷?/p>

　　假設(shè)兩座城市之間地震波的傳遞需要 30 秒，而在***座城市作為震中發(fā)生地震時(shí)，通過電波將信息傳遞到第二座城市，第二座城市的居民就有將近 30 秒的時(shí)間可以避難。

　　以此類推，***座城市周邊許多城市、鄉(xiāng)村的居民都可以提前數(shù)秒或幾十秒知道地震波即將到來，留出避難時(shí)間。

　　因此，地震預(yù)警就是和地震波賽跑，在地震波來之前告訴大家：地震波馬上就到你的城市了，快逃命。

　　ICL 地震預(yù)警系統(tǒng)

　　原理有了，還缺實(shí)踐。

　　這套在昨夜的地震中起到作用的預(yù)警系統(tǒng)，名叫ICL 地震預(yù)警技術(shù)系統(tǒng)，ICL 是英文 Institute of Care-Life（關(guān)愛生命機(jī)構(gòu)）的縮寫，這套系統(tǒng)來自成都高新減災(zāi)研究所。

　　研究所所長(zhǎng)王暾是美國(guó)康涅狄格大學(xué)理論物理學(xué)博士。王暾本來在奧地利科學(xué)院做博士后，2008 年汶川地震后決定回國(guó)研發(fā)地震預(yù)警系統(tǒng)。根據(jù)工商資料信息，2009 年成都高新減災(zāi)研究所成立了。

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王暾博士，圖片來自北京科技報(bào)

　　經(jīng)過在汶川地震余震區(qū)的多次實(shí)驗(yàn)，排除各類干擾，2010 年底，王暾?qǐng)F(tuán)隊(duì)的地震預(yù)警系統(tǒng)雛形出爐了，幾個(gè)月后就實(shí)現(xiàn)了通過手機(jī)短信接收地震預(yù)警信號(hào)；2012 年，地震預(yù)警系統(tǒng)接入了電視臺(tái)，整套 ICL 系統(tǒng)正式研發(fā)成功。

　　一年后，ICL 系統(tǒng)也開始在地震帶上做大范圍部署。

　　據(jù)中國(guó)新聞網(wǎng)報(bào)道，2013 年成都高新減災(zāi)研究所就建成了覆蓋面積 40 萬(wàn)平方公里的地震預(yù)警系統(tǒng)，包括布設(shè)的甘肅、陜西、四川、云南等 8 個(gè)省市部分區(qū)域的 1213 臺(tái)地震監(jiān)測(cè)儀器、預(yù)警中心以及信息發(fā)布和接收系統(tǒng)。兩年后，這一系統(tǒng)已經(jīng)擴(kuò)展到了 25 個(gè)省份，覆蓋 200 萬(wàn)平方公里。

　　這套系統(tǒng)迅速起到了作用。

　　2014 年 8 月 5 日，云南魯?shù)?6.5 級(jí)地震，ICL 系統(tǒng)提前 10 秒向昭通市提供預(yù)警，提前 57 秒向昆明市提供預(yù)警，云南的昆明、昭通、麗江，四川的宜賓、涼山、樂山等地的 26 所學(xué)校都收到了警報(bào)。

　　2015 年 1 月 14 日樂山 5.0 級(jí)地震，ICL 系統(tǒng)分別提前 11 秒、43 秒向樂山、成都預(yù)警。

　　2017 年 8 月 8 日九寨溝 7.0 級(jí)地震，ICL 系統(tǒng)提前 19 秒向隴南市預(yù)警，提前 48 秒向廣元市預(yù)警，提前 49 秒向綿陽(yáng)市預(yù)警，提前 71 秒向成都市預(yù)警。

　　雖然預(yù)警時(shí)間只有幾十秒，但就這幾十秒，足夠拯救許多人的生命。

　　王暾說，如果在地震波到達(dá)時(shí)提前 3 秒收到預(yù)警，傷亡人數(shù)可降低 14%；提前 10 秒，傷亡人數(shù)可降低 39%；如果汶川地震發(fā)生時(shí)有預(yù)警，死亡人數(shù)可能會(huì)減少 2 萬(wàn)至 3 萬(wàn)。

　　需要機(jī)器學(xué)習(xí)，也需要大數(shù)據(jù)

　　除此之外，在這個(gè) AI 和大數(shù)據(jù)的時(shí)代，地震預(yù)警也有新的機(jī)會(huì)。

　　神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，超越了傳統(tǒng)算法

　　去年 8 月底，哈佛大學(xué)和谷歌開發(fā)的余震預(yù)測(cè)機(jī)器學(xué)習(xí)算法，準(zhǔn)確度超出以往。于是，成果在 Nature 上發(fā)表了。

　　余震，雖然發(fā)生在主震之后，但危害不一定比主震小，還可能更嚴(yán)重：

　　2010 年 9 月新西蘭基督城發(fā)生了 7.1 級(jí)地震，沒有人員傷亡。但 5 個(gè)月后發(fā)生的 6.3 級(jí)余震，由于震中靠近市中心，造成了 185 人死亡。

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　　在這項(xiàng) AI 研究之前，科學(xué)家大多用地震對(duì)附近巖石中的應(yīng)力的改變，來預(yù)測(cè)某個(gè)地點(diǎn)的余震，這叫“應(yīng)力斷裂法 (Stress-Failure Method)”。它已經(jīng)能解釋許多余震的規(guī)律，但還有更多無(wú)法預(yù)測(cè)的情況。

　　于是，哈佛和谷歌的研究人員便借用了機(jī)器學(xué)習(xí)的力量：用13. 1 萬(wàn)次主震和余震數(shù)據(jù)訓(xùn)練了一個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。

　　這個(gè)算法，模擬了一個(gè)網(wǎng)格，每一格包含了一次主震震中周圍 5 公里的范圍。

　　告訴神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，這里發(fā)生了一次主震，并把震中附近應(yīng)力改變的數(shù)據(jù)也喂給網(wǎng)絡(luò)。

　　就這樣，訓(xùn)練 AI 預(yù)測(cè)每一格發(fā)生一次或多次余震的概率。AI 把每一格當(dāng)成一個(gè)獨(dú)立的小任務(wù)去做，而不是計(jì)算應(yīng)力在巖石中不停波動(dòng)的序列。

　　訓(xùn)練完成，團(tuán)隊(duì)用 3 萬(wàn)次主震加余震的事件，考驗(yàn)了 AI 的預(yù)測(cè)能力。他們發(fā)現(xiàn) AI 對(duì)余震地點(diǎn)的預(yù)測(cè)，比傳統(tǒng)方法更準(zhǔn)確。

　　更重要的是，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)還能指出，主震過后地面之下可能已經(jīng)發(fā)生的一些物理變化。

　　有了這些信息，算法中的某些參數(shù)，便可以在預(yù)測(cè)過程中起到更重要的作用：比如描述金屬應(yīng)力變化的參數(shù)，而這樣的參數(shù)在從前的余震預(yù)測(cè)里很少用到。

　　這樣一來，就給了地震學(xué)家一個(gè)探索應(yīng)力變化的新視角，給大地震的余震預(yù)測(cè)帶來更多的依據(jù)。

　　數(shù)據(jù)也很重要

　　剛才提到的研究，預(yù)測(cè)了地點(diǎn)。但地震時(shí)間的預(yù)測(cè)，一直是世界難題。

　　而京都大學(xué)發(fā)表的一項(xiàng)研究，有望提前 1 小時(shí)-20 分鐘預(yù)報(bào) 7 級(jí)以上的大地震。

　　梅野健教授的團(tuán)隊(duì)，用自己開發(fā)的算法組合分析了大量數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)大地震發(fā)生前會(huì)出現(xiàn)一種異常現(xiàn)象：

震源區(qū)域上空 60 公里以上，電離圈電子數(shù)異常增加。

　　造成福島核泄漏的 2011 年?yáng)|日本大地震之前，就出現(xiàn)了這樣的現(xiàn)象。除此之外，前后還有兩次 7 級(jí)以上的地震，震前也出現(xiàn)了電離圈電子數(shù)的異常增加。

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　　團(tuán)隊(duì)使用的數(shù)據(jù)，都是來自日本國(guó)土地理院的一套 GPS 大地觀測(cè)觀測(cè)網(wǎng)，名字叫GEONET。

　　一旦這個(gè)結(jié)論得到推廣，便可能幫助人類實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的提前撤離。

　　One More Thing

　　不過，地震來了的時(shí)候，咱出門就別刷臉了吧？