如何用机器学习算法预测地震?

数盟 2017-03-26

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怎么用机器学习算法猜测地震?(图一)

怎么用机器学习算法猜测地震?(图二)

据统计,被地震夺走生命的人员数目十分可怕。每年大约有一万人死于地震和震后灾祸,但实践的伤亡人数也许更多。2004年,苏门答腊岛海岸有超越230,000人在九级地震导致的海啸中丧生;2010年,超越200,000人死于海地七级地震;1556年,我国超越800,000人在一次地震中逝世。

因而,咱们期待着一个颇有成效的地震猜测办法。

这是一项风趣的、而且具有主要意义的作业。它提出的首要的、最杰出的问题是:相同的技能能否准确地猜测实际中的地震?

因而地质学家们猜测下一次地震将会发作在1988年到1993年之间,再下一次地震就应该是2004年。

在新墨西哥洲洛斯阿拉莫斯国家试验室里,Bertrand Rouet-Leduc和他的几个同伴前段时刻发现了一个适当惊人的隐秘。他们训练了一个机器学习算法,让算法仅依托那些由压力所发作的声响,去调查试验室地震行将发作时所闪现的痕迹。这个团队还不断定这一技能能否用于实际地震的猜测,因而他们体现得十分慎重;可是他们的这项技能和作业确实为地震猜测范畴的研讨拓荒了一条新途径。

可是,在一些别的的层面上,试验室地震跟实际中的地震仍是很相似的。所以,这个团队的下一个方针即是将这个相同的剖析,使用到那些与试验室地震相似度最高的实际地震中去。帕克菲尔德地震即是其间一个这么的实际地震,帕克菲尔德在较短的时刻内经历过屡次重复地震。团队标明:“这些开裂层也许会像在试验室相同,宣布‘地震低语’。”

其间最有名的比如包含加州帕克菲尔德的圣安格烈亚斯断层——全球被研讨得最细心的断层之一。据记载,历史上发作在这里的地震的时刻分别是1857年、1881年、1901年、1922年、1934年和1966年。这些数据暗示着在圣安格烈亚斯,大约每22年就会地震一次的形式和规则。

这一测验的成果令人十分惊喜,研讨者们将一个声响的滑动窗口输入至了算法中,然后让它在每个也许发作地震的时刻作出即时猜测。令研讨者们感到惊奇的是,机器对行将发作的地震都给出了十分准确的猜测,虽然有些地震并非是火烧眉毛的。他们说:

“咱们仅仅让算法去‘听’试验室断层发作时的声响信号,机器学习就能准确地猜测出间隔断层发作前的剩余时刻。”

Rouet-Leduc和他的团队对这一方面十分感兴趣,他们指出,试验室的试验从各种主要的层面来说与实际中的地中都有着很大的不相同:试验中的断切压力的震级大于实际地震的震级,而且断切的岩石的温度跟实际地震也不相同。

我首先来介绍一些有关的布景信息。长期以来,地质学家们都是可以猜测出地震危险发作的近似概率,他们运用的办法是找出历史上地震断层的移动时刻,凭仗其间闪现出来的一些周期性,来大致猜测将来的断层移动时刻。

这大约即是地震猜测所能到达的最佳的水平了,在别的的绝大多数当地,震级的差错会更大。

他们记录了试验中的一切宣布的声响,然后将其输入至一个机器学习算法中。这么做是为了看看机器能否破解地质学家们如今无法破解的声响形式。

Rouet-Leduc假定地震前体可以比之前料想的要小许多,所以在实际生活中一般不会被记录下来。机器好像现已发现了一个全新的信号,这一信号之前被地质学家们误认为是在试验室地震中发作的杂音。他们说:“咱们的机器学习剖析能为‘滑移物理’供给新的见地。”

这么的猜测有利于各种事项的施行,比如在地震多发区树立地震目标;但在地震发作时防止逝世是根本不也许的。因而,猜测的时刻跨度需求以天为单位,以到达更精准的猜测。几乎没有依据能证实这种以天为单位的猜测是可行的,虽然有许多风闻标明动物是可以感知行将发作的地震的。

这一体系与实在的地震有着许多相似之处,比如说,滑块的巨细散布与实在地震的巨细散布是相同的,它能发作许多小的滑块和少量大的滑块——这种巨细散布跟实在的地震相同,是契合了闻名的“Gutenberg-Richter联系”的。因而,地质学家们坚信,这个体系最少能模仿一部分实际国际的做法。

Rouet-Leduc和他的同伴的作业很也许会对这种景象做出一些改动。经过拉扯一个被夹在两个积木中心的积木,他们在试验室里制作了人工地震。在这些积木的触摸面上,他们叠加了一些叫做“断层泥”的岩石物质混合物,来模仿实在的断层。

这种人工地震体系到如今现已得到了充沛的研讨。地质学家从中知道了,当地震行将发作时,“断层泥”就会开端坠落,而且伴随着断切宣布“吱嘎”和“噼啪”的声响——一种特别的“地震低语”,然后那块积木就会滑落,而且滑落的时刻好像是有周期性的。

如今停止,存在的疑问是:

断层发作时宣布的声响能否用来估测下次断层发作的时刻呢?直到如今,还没有人在这些声响里发现可以被用于估测时刻的一种固定形式。可是Rouet-Leduc现已着手运用一种全新的办法了。

本来真实的疑问在于“机器到底是怎么做到这一点的呢?”

这个大测验当然将会被用于准确地猜测实际中的地震,但这将是是一项需求常年细心研讨、调查的艰巨使命。

与此同时,这项技能也能使用于相似地震的别的资料的猜测,比如说飞机和发电站里的涡轮机。

不管这项新技能被怎么使用,Rouet-Leduc都现已在地质学界掀起了不小的波涛。就像他们自个在总结中所说的:“地震科学前进和开展的舞台现已准备就绪了。”

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