【熱點(diǎn)話題】唐山大地震紀(jì)念日——人工智能助力地震預(yù)測(cè)研究
1976年7月28日3時(shí)42分53.8秒,中國(guó)河北省唐山豐南一帶(東經(jīng)118.2°,北緯39.6°)發(fā)生了強(qiáng)度里氏7.8級(jí)(矩震級(jí)7.5級(jí))地震,震中裂度11度,震源深度12千米,地震持續(xù)約23秒。地震造成242769人死亡,16.4萬(wàn)人重傷,位列20世紀(jì)世界地震史死亡人數(shù)第二,僅次于海原地震。

唐山,一座上百萬(wàn)人口的工業(yè)城市,已經(jīng)在一場(chǎng)沒(méi)有任何征兆的特大地震中夷成廢墟。

震后,全市96%的住房倒塌,未塌的也損壞嚴(yán)重。 自地震發(fā)生后,唐山人就棲身于帳篷、窩棚、簡(jiǎn)易房中,很多人在磚頭壓油氈的簡(jiǎn)易房里一住就達(dá)十年之久。震后的唐山怎么辦?是就此放棄,還是重新建設(shè)?重建的話是選擇異地,還是原地重建?
這是滿目瘡痍的大地,唐山人民在災(zāi)難帶來(lái)的巨大疼痛中,尋找著新的希望。
災(zāi)難帶給人的盡管是沉重的悲慘,但在災(zāi)難之后人類總能重燃希望的曙光。
唐山人民在萬(wàn)千同胞的支持與鼓勵(lì)下,重新振作精神,開始了災(zāi)后的重建工作。
面對(duì)一片廢墟,討論、調(diào)研、清墟用了4年多時(shí)間,直到1980年,救災(zāi)任務(wù)基本結(jié)束,唐山正式開始重建。
10年的重建,重塑了一座城市,修筑了心靈的城墻。簡(jiǎn)易城市存在了10年,“1986年唐山大地震10周年的時(shí)候,市區(qū)有98%的居民搬進(jìn)了新房,1988年10月則全部遷入新居”。人們就是居住在簡(jiǎn)易房里,開始了唐山的重建。

1977年5月14日,3000多位來(lái)自全國(guó)各地的專家、技術(shù)人員參與制訂的《唐山市城市總體規(guī)劃》通過(guò)了國(guó)務(wù)院的批準(zhǔn),這一規(guī)劃,后來(lái)1982年和1984年兩次進(jìn)行了調(diào)整。規(guī)劃通過(guò)后,經(jīng)過(guò)一些試點(diǎn),“1979年下半年大規(guī)模的重建開始了”程才實(shí)說(shuō)。

白天黑夜都在施工,新華道,那時(shí)就已經(jīng)是唐山市的主干道。地震以后,改名為新華道,實(shí)行分段建設(shè)。以市中心和建設(shè)路的交叉口為界,西邊為新華西道,東面為新華東道,1985年最終完成建設(shè)時(shí),路面寬50米,全長(zhǎng)9.55公里,被稱為“二十里長(zhǎng)街”,也被稱為“唐山的長(zhǎng)安街”。

《唐山市志》記載,最多的時(shí)候一共有11萬(wàn)多來(lái)自全國(guó)各地的100多個(gè)援建單位的工人在唐山施工。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),當(dāng)時(shí)施工現(xiàn)場(chǎng)投入的大塔吊200多臺(tái),載重車輛2500多輛。建設(shè)最快的是1985年建成的龍華小區(qū)。
1983年以后“清理得都差不多了”。
1984年4月28日開業(yè)的百貨大樓是新華道上比較早完工的商業(yè)大樓。

程才實(shí)認(rèn)為唐山重建分為三個(gè)大的階段:1978年初至1979年7月,搞試點(diǎn)趟路子;1979年下半年至1984年底,大規(guī)模建設(shè);1985年之后,完成掃尾工程。
1986年7月28日,1萬(wàn)多名唐山各界人士聚集在紀(jì)念碑廣場(chǎng)舉行唐山抗震10周年紀(jì)念大會(huì),程才實(shí)說(shuō),“正式宣告唐山重建基本結(jié)束”。
1990年11月,唐山市政府因?yàn)檎鸷笾亟üぷ鞫@得了聯(lián)合國(guó)人居獎(jiǎng)。

唐山帶給我們的是唐山人民在災(zāi)難面前不屈不撓的意志,和全國(guó)人民上下一心,與唐山共渡難關(guān)的精神。
“震壞了舊的,我們?cè)偕w新的!”
“地震破壞了一座舊唐山,我們會(huì)重建一座更美好的新唐山!”
十年的重建讓一座嶄新的唐山又矗立在冀東大地上。這是一座完全不同于舊唐山的新唐山,是一只“涅槧”的金鳳凰。
災(zāi)難發(fā)人深省,但是對(duì)于地球上最可怕的天災(zāi)之一,人們一直沒(méi)有很好的預(yù)測(cè)辦法。而隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,人工智能的深入學(xué)習(xí)能力被不斷研發(fā),地震的預(yù)測(cè)有了全新的進(jìn)展。
Thibaut Perol于2018年2月14日在美國(guó)《科學(xué)進(jìn)展(Science Advances)》發(fā)表了“地震檢測(cè)和定位的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(Convolutional neural network for earthquake detection and location)”的文章。文中介紹了采用人工智能AI的深度學(xué)習(xí)方法成功地提高了地震的檢測(cè)能力。作者稱,他們利用人工智能的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)深度學(xué)習(xí)方法在俄克拉荷馬檢測(cè)出比常規(guī)地震目錄多17倍的地震,該方法可以在含有噪聲的記錄中識(shí)別地震,這對(duì)于深入了解地震和解剖地震具有重要的意義。
2009之前俄克拉荷馬每年大約僅有2次三級(jí)以上的地震發(fā)生,可是2015年地震多達(dá)900次以上,盡管去年的地震頻度有所下降。這個(gè)地區(qū)發(fā)生的5.8級(jí)地震造成了一些地區(qū)房屋破壞。這種變化被認(rèn)為是頁(yè)巖氣開采中水壓致裂的廢水處理引起,稱為誘發(fā)地震。這種現(xiàn)象引起了地震學(xué)家的極大關(guān)注。為研究這些地震,了解發(fā)生了什么,調(diào)查其根本原因,Thibaut Perol說(shuō):“我們需要一個(gè)大的、大的地震目錄(WE NEED A BIG, BIG CATALOGUE OF EARTHQUAKES)”。
哈佛大學(xué)的工程和地球科學(xué)部門,Perol和他的同事們提出了利用人工智能來(lái)擴(kuò)大國(guó)家地震探測(cè)器靈敏度的解決方案?!犊茖W(xué)進(jìn)展》雜志的這篇文章展示了這項(xiàng)技術(shù)的有效性--能夠在一定時(shí)間內(nèi)檢測(cè)到17倍以上的地震。該系統(tǒng)稱為 Convnetquake。
Perol和他的同事們開發(fā)了卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別地震的AI軟件,采用了深度學(xué)習(xí)的方法學(xué)習(xí)地震數(shù)據(jù),比如在俄克拉荷馬和威斯康星地區(qū),那里幾乎沒(méi)有地震,只有1947發(fā)生的1次地震。與所有的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)一樣,軟件檢查輸入數(shù)據(jù)并進(jìn)行學(xué)習(xí),然后找出地震通用特點(diǎn)的模型,一旦發(fā)現(xiàn)相像的數(shù)據(jù),則識(shí)別出這些地震。就像在潮水中發(fā)現(xiàn)貝殼一樣,發(fā)現(xiàn)微小地震。作為副產(chǎn)品,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通過(guò)匹配他們創(chuàng)建的模式與歷史數(shù)據(jù),還可能識(shí)別某些地震的粗略位置。
Perol說(shuō),“用這種方法我們可以檢測(cè)到零或負(fù)級(jí)地震。這些信號(hào),人的眼睛無(wú)法識(shí)別”。地震學(xué)家一致認(rèn)為該成果“引人注目”,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)將最適用于“地方地震監(jiān)測(cè)工作”。在俄克拉荷馬可以清楚地顯示哪些地方地震活動(dòng)頻率高,這對(duì)于深入了解誘發(fā)地震,解釋誘發(fā)地震的成因肯定有幫助。目前地震檢測(cè)識(shí)別非常有效,但是地震的大小和位置的估計(jì)也是必要的。AI技術(shù)檢測(cè)應(yīng)用到地震監(jiān)測(cè)上使地震監(jiān)測(cè)不僅靈敏度大大提高,而且可以在地脈動(dòng)的噪聲中準(zhǔn)確識(shí)別出小地震,這無(wú)疑對(duì)于探索地震產(chǎn)生的過(guò)程是具有挑戰(zhàn)性的。