大數據助力地震預警新發展

本文轉自：人民網-科普中國

　　2021年5月21日21時的21分、48分，雲南大理州漾濞縣連續發生5.6級、6.4級地震。與地震情況一起刷屏的，還有一則特別的信息，那就是很多雲南的朋友在地震“發生”前的幾十秒，竟然通過手機、電視、電腦以及小區廣播等方式，提前收到了地震預警的消息！也正是這個寶貴的消息，讓雲南地區的朋友提前做了一些防護措施和心理準備，減小了各項損失。

　　地震預警系統可以讓我們提前瞭解地震的到來，以便做好準備|央視新聞

　　很多朋友看到這裏，可能第一反應以為這是地震預測的成功案例，其實不然，這其實是一個地震預警的成功案例。地震預警與地震預測，看起來就差了一個字，實際上卻有很大的不同。

　　地震預警是指突發性地震發生之後，向設防地區提前幾秒至數十秒發出警報，以減小當地的損失的一種技術，或者説系統，比如漾濞縣的這次地震預警。

　　而地震預測指的是在地震發生之前，通過對地震規律的認識，預測地震的時間、地點和強度。世界上唯一次成功預測的地震，是1975年的遼寧省海城地震。不過這次海城地震預測事件的前期其實存在數次誤報，也含有一定誤打誤撞的成分，嚴格來説，並不能算是真正成功的地震預測。地震預測目前缺乏成功案例，即預測不準，其中的技術難題與爭議我們在此按下不講。

　　我們今天主要講的，是地震預警。有人會覺得，地震預警沒什麼用，十幾秒的時間什麼都做不了。其實，用途比我們想象中的要大。地震的破壞往往不是一個點，而是一個很大的面。根據離震源的距離大小，地震預警給人們留出的時間空餘度也不同。換言之，地震預警也許只夠讓震源附近的人們躲到桌子底下，但有可能夠震源外圍的人們順利跑到空曠區域。這就好像防空警報是在敵方飛機起飛之後發出，但發出預警與敵機到達之間存在時間差類似。

　　那麼科學家是如何做到地震預警的呢？

　　地震波分為橫波合縱波，二者速度與破壞力都不同|Wikipedia Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported

　　地震在發生的時候，主要產生兩種類型的波——一種叫縱波(縱波)，一種叫橫波(s波)。縱波的傳播速度快，但破壞力不大；而橫波的破壞力大，但速度慢。我們看到的因地震而倒塌的各種樓房、橋樑，基本都是由橫波造成的。如果我們的檢測系統能夠提前檢測到縱波，那麼我們就能利用縱波與橫波在傳播上的時間差，向可能受災的區域發出預警信號，在橫波抵達之前引導大家撤離危險地區，大大減少人員傷亡。

　　那麼地震預警具體是怎麼實現的呢？

　　首先，我們需要建立一個密集的地震數據監測網，來實時地監測縱波的到來。對於地震高發區，至少要做到5~10公里一個監測站。密集的地震數據監測網可以儘可能多的收集地震的相關數據，這在一定程度上可以保障地震預警的準確度。不過，這種密集度的工程不論是從土木工程上而言，還是從計算機信息處理上而言，都是一個大工程。眾所周知，中國有“基建狂魔”的稱號，在基礎設施建設上，中國向來不喊難。

　　中國地震局計劃在中國大陸地區總共建設地震預警台站15510個，包括1960個配置測震儀和強震儀的基準站，3309個配置強震儀的基本站以及10241個配置烈度儀的一般站，這些台站預計將在2023年完成全部建設。此外，中國地震局還將移動互聯網技術應用於此，開發了以智能手機為基礎，結合MEMS（Micro-Electro-Mechanical System，微機電技術）技術而完成的地震烈度計和動態地震烈度網，並以此實現大量、密集對地震監測網進行科學佈設。

　　硬件有了，後面需要解決的問題，就是如何傳輸、處理這些海量的數據。隨着數字經濟時代的到來，各類高新技術不斷髮展，而地震監測網就成功引入了大數據處理技術。大數據技術讓地震監測網在數據的收集、存儲上完成落地，推動了地震預警的應用與發展

　　數據收集上來了，緊接着要做的就是數據的快速處理。監測站越多，數據也就越多。通常情況下，這些數據會分為一般數據和突發數據兩大類。對於同一個地區，突發數據越多，產生地震的可能性就越大，相應地也就越需要防護。地震預警系統的數據分析系統主要由監控主機、通信設施、數據處理服務器、web服務器和數據庫服務器等一系列硬件組成。如果監控主機所在的區域內發生地震，主機可直接處理本地區的地震數據，自行決定是否採取相關措施。而如果監控主機不處在地震發生的區域，異地之間的各個數據處理服務器會自動與子系統的通信、自動分發數據包、撿拾地震波震相。在監測到地震波的同時，監測系統將通過高速網絡快速將地震數據傳送到分析處理中心。經過處理中心的分析，若數據超過相關預警閾值，那就就將觸發預警系統，並向各個預警終端發送預警信。預警終端的種類有很多，例如手機、電視、廣播、宣傳廣告屏等等。

　　地震預警的原理圖|Wikipedia Creative Commons Attribution-Share Alike 4.0 International

　　我們可以看到，這套系統的落地應用離不開自動化控制的進步，監測網絡的佈設，大數據快速分析處理的技術，高速互聯網絡的鋪設，以及各類通訊終端特別是智能手機的普及。

　　現階段，地震預警系統仍有待完善。這其中，最主要的是覆蓋面問題。更靠近震中的地區，往往受到破壞的程度就更大，但地震預警留給該區域的反應時間卻更短，存在一個難以調解的矛盾。因此，除了建設速度更快、精度更高的裝置，進一步發展地震預警系統之外，我們同樣不能停止對地震本質以及地球科學的相關研究。

　　數字經濟的發展，讓我們不光看到了直接或間接利用數據來引導資源發揮作用，推動生產力發展的巨大潛力，也讓我們在面臨災禍時，多了一份選擇與保障。

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