Ieguvumi:
- Spēja izmantot mākslīgā intelekta fāzu šķirotāju un detektoru jaudu, lai kontrolētu izvadi ar atlikuma analīzi un dabisko un mākslīgo atšķirību
- Spēja pārvaldīt izmēru piesātinājumu un nenoteiktību agrīnā brīdināšanā un saprast, ka sistēma ir balstīta uz vairāku slāņu verifikāciju, nevis vienu modeli
- Spēja saprast atšķirību starp jau notikušas zemestrīces prognozēšanu un nākotnes zemestrīces deterministisku prognozēšanu un nezinātnisku prognozēšanas pieprasījumu noraidīšanu.
Kad notiek zemestrīce, dažu sekunžu laikā no tūkstošiem staciju plūst dati un sākas ģeofiziķa uzdevums: no kurienes radās šie viļņi, cik lieli tie bija, kura vaina plīsa? Zemestrīču seismoloģija ir zinātne par zemestrīču atrašanās vietas, lieluma un mehānisma noteikšanu, reģistrējot seismiskos viļņus, kas izplatās pa zemi. Šī ir ģeofizikas nozare, kurā mākslīgais intelekts (AI), iespējams, ir visnobriedušākais: miljoniem viļņu formu ir padarījušas uz mākslīgo mākslīgo intelektu balstītus fāzes ekstraktorus un zemestrīču detektorus ļoti jaudīgus. Šajā nodaļā mēs pārbaudīsim mākslīgā intelekta patieso spēku fāzu atdalīšanas, zemestrīču noteikšanas un agrīnās brīdināšanas jomā; Bet mēs redzēsim, kāpēc pārbaude un cilvēka kontrole šajā dzīvības drošības jomā nav apspriežama.
Pamatjēdzieni
Īsā vārdnīca. Fāze ir ierašanās, kurā ierakstā parādās noteikta veida seismiskais vilnis (P vilnis — pirmais ienākošais ātrais kompresijas vilnis; S vilnis — lēnāks bīdes vilnis). Fāzes atlase ir precīza P un S ierašanās laika atzīmēšana ierakstā; Tas ir pamats zemestrīces atrašanās vietas noteikšanai. Zemestrīces noteikšana nozīmē zemestrīces signāla atdalīšanu un uztveršanu no trokšņa nepārtrauktā datu plūsmā. Magnitūda ir zemestrīces atbrīvotās enerģijas mērs. Fokālais mehānisms nosaka plīsuma bojājuma ģeometriju (trieciens, kritums, slīdēšana).
Zemestrīces atrašanās vietas noteikšana balstās uz avota triangulēšanu, apvienojot P un S ierašanās laikus daudzās stacijās. Nelielas kļūdas fāzes laikos pārvēršas lielās pozīcijas kļūdās, tāpēc fāzes ekstrakcijas precizitāte ir kritiska.
Fāzes ekstrakcija un noteikšana ar AI
Parastā fāzes ekstrakcija (piemēram, STA/LTA — ierašanās uztveršana ar īsa/gara loga enerģijas attiecību) cīnās ar trokšņainiem ierakstiem un palaiž garām daudzas nelielas zemestrīces. AI balstīti šķirotāji (dziļi neironu tīkli, kas apmācīti no miljoniem ar roku iezīmētu fāžu) veic šo darbu gan precīzāk, gan daudz ātrāk; Jo īpaši tas ir radījis revolūciju mikrozemestrīču (ļoti mazu, troksnī iestrādātu trīču) fiksēšanā. AI var arī nepārtraukti skenēt datus un automātiski bagātināt zemestrīču katalogu.
Tomēr pastāv divi riski. Pirmais ir viltus noteikšana: AI var sajaukt garām braucošu vilcienu, sprādzienu vai trokšņa modeli ar zemestrīci. Otrais ir nokavēta noteikšana: tas var palaist garām neparastu notikumu, kas nav līdzīgs treniņu komplektam. Tāpēc automātiskais katalogs ir pakļauts seismologa kontrolei; Īpaši lēmumu pieņemšanas notikumi (mākslīgā/dabiskā atšķirība, cunami potenciāls) tiek apstiprināti manuāli.
Padoms: pārbaudiet AI nosūcēja atgrieztos P un S laikus, apskatot atlikušās vērtības zemestrīces vietas risinājumā. Liels atlikums stacijā norāda, ka šī fāze ir sakārtota nepareizi; Neiesaistieties akli atrašanās vietas risinājumā.
Agrīna brīdināšana: sekunžu zinātne
Zemestrīces agrīnais brīdinājums (EEW) ir sistēma, kas uztver zemestrīces ātro P vilni un pārraida brīdinājumu dažu sekunžu laikā, pirms postošāks, bet lēnāks S vilnis un virsmas viļņi sasniedz attālos apgabalus. AI var paātrināt izmēra un atrašanās vietas noteikšanu no P viļņa pirmajām sekundēm. Bet šeit risks ir vislielākais: viltus trauksme var izraisīt paniku un ekonomiskus zaudējumus, nokavēts/aizkavēts brīdinājums var maksāt dzīvību. Tādējādi EEW sistēmas ir daudzslāņu, savstarpēji pārbaudītas un nepārtraukti apstiprinātas inženiertehniskās sistēmas, izmantojot vairākas metodes; Tas nav uzticēts vienam AI modelim.
Uzmanību: lieluma novērtējums no pirmajām sekundēm pēc būtības ir nenoteikts; liela zemestrīce sākotnēji var šķist maza (piesātinājums ar magnitūdu). Neuztveriet AI pirmo minējumu kā galīgu; Sistēma jāveido tā, lai atjauninātu prognozi, viļņu formai attīstoties, un skaidri jāpaziņo par nenoteiktību.
Atšķirība starp novērtējumu un prognozēšanu: ētiska robeža
Šeit ir kritiska atšķirība. AI var paredzēt (secināt no mērījuma) notikušās zemestrīces vietu/lielumu. Taču zinātniski nav iespējams paredzēt, kad nākotnē notiks zemestrīce (deterministiskā zemestrīces prognozēšana); Šī ir robeža, par kuru vienojas seismoloģija. Ir maldinoši un neētiski apgalvot, ka "šajā datumā notiks zemestrīce", izmantojot AI. Leģitīms ir varbūtības bīstamības novērtējums (ilgtermiņa, statistisks zemestrīces risks) — nevis precīza dienas prognoze.
trīs mini futrāļi
1. gadījums — desmit reizes bagātāks katalogs. Kad reģionālajā tīklā tika izvietots mākslīgā intelekta fāzes nosūcējs, zemestrīču skaits, kas tika atklāts no tiem pašiem nepārtrauktiem datiem, palielinājās aptuveni 10 reizes; Kļuva redzami tūkstošiem mikrozemestrīču un kļuva skaidra bojājuma ģeometrija. Seismologi pārbaudīja katalogu ar izlases veida paraugiem un atlikuma analīzi, noskaidrojot viltus pozitīvus rezultātus.
2. gadījums — sprādziena sajaukšana ar zemestrīci. Automātiskā sistēma kataloģizēja regulārus sprādzienus raktuvēs kā nelielas zemestrīces. Seismologs saprata, ka notikumi vienmēr notika vienā un tajā pašā laikā un tajā pašā vietā un ka viļņu formai ir sprādzienbīstams raksturs, un sakārtoja to: dabiskajai un mākslīgajai atšķirībai bija nepieciešama cilvēka kontrole.
3. gadījums — nenoteiktības pārvaldība agrīnā brīdināšanā. EEW testā AI paredzēja lielu zemestrīci M6.0 pirmajās 3 sekundēs; Negadījums patiesībā bija M7.1. Sistēma atjaunināja prognozi viļņam attīstoties, un brīdinājums tika sniegts ar nenoteiktības robežu, jo bija zināms piesātinājuma lielums. Mācība: atjaunināts dizains, kas nebloķē pirmo minējumu, glābj dzīvības.
Četras kopējamas veidnes
1) Fāzu atdalīšanas kontrole:
Jūsu loma: seismologs. Es vēlos kontrolēt YZ fāzes šķirotāja dotos P / S laikus. Kā es varu interpretēt atlikušās vērtības pozīcijas risinājumā, virs kāda sliekšņa man jāpārskata stacija, kā es varu izvilkt nepareizi iegūto fāzi? Nodrošiniet funkcionējošu kontroles plūsmu.
2) Viltus noteikšanas filtrs:
Manā automātiskajā zemestrīču katalogā ir aizdomas par mākslīgiem avotiem (sprādzieniem, kultūras troksni). Kādi kritēriji (atkārtota vieta/laiks, viļņu formas raksturs, frekvences saturs) ir jāņem vērā, lai tās atšķirtu no dabiskām zemestrīcēm? Izveidojiet kontrolsarakstu.
3) Lieluma nenoteiktības komunikācija:
Agrīnās brīdināšanas kontekstā es novērtēju apjomu no pirmajām sekundēm. Kā ņemt vērā lieluma piesātinājumu un nenoteiktību, kā atjaunināt aplēsi, viļņam attīstoties, kā izteikt brīdinājumu ar nenoteiktības robežu? Pastāstiet to vienkārši.
4) Atgādinājums par prognozēšanas ierobežojumu:
Jūsu loma: seismoloģijas ētikas padomnieks. Menedžeris lūdz man paredzēt "nākamās zemestrīces datumu" ar AI. Uzrakstiet par to, kāpēc deterministiskā zemestrīču prognozēšana nav zinātniska, kādus likumīgus varbūtības bīstamības produktus es varu piedāvāt tā vietā un kā es varu godīgi izskaidrot ierobežojumus.
Vāja uzvedne / spēcīga uzvedne
Vāja uzvedne:
Izmantojot AI, prognozējiet, kad šajā reģionā notiks nākamā zemestrīce.
Zinātniski neiespējams un neētisks pieprasījums; Ja AI rada izdomātu noteiktību, tas nodarīs kaitējumu.
Spēcīga uzvedne:
Jūsu loma: seismologs. Konteksts: reģionālais tīkls, nepārtraukti dati. Uzdevums:(1) Uzrakstiet kataloga bagātināšanas soļus ar AI fāzes ekstrakciju; (2) apraksta, kā kontrolēt nepareizas noteikšanas (detonācijas/trokšņa) un nepareizas atklāšanas riskus; (3) Parādiet man, kā ziņot par rezultātiem IESPĒJAMĀ bīstamības valodā. RAŽOŠANA deterministiskā dienas laika prognoze; Norādiet, ka tas ir nezinātniski.
Ietvars, kas atdala likumīgus minējumus no nezinātniskiem minējumiem un prasa pārbaudi, rada atbildību par šo jomu.
Uzdevumi un AI loma
Meklējumi
AI spēks
Galvenais risks
cilvēka kontrole
Fāzes ekstrakcija
ļoti augsts
nepareiza ierašanās
Atlikumu analīze
zemestrīces noteikšana
ļoti augsts
Kļūda / garām
Kataloga audits
Izmēra novērtējums
augsts
piesātinājums
nenoteiktības robeža
agrīna brīdināšana
augsts
viltus trauksme
Daudzslāņu sistēma
nākotnes prognoze
Nav (nav zinātnisks)
maldināt
noraidīt
Biežas kļūdas
- Automātiskā kataloga izmantošana, to nepārbaudot. Var rasties viltus noteikšana un detonācijas.
- Fāzes laiku iestatīšana pozīcijā bez jebkādas kontroles. Neliela ekstrakcijas kļūda sabojā atrašanās vietu.
- Uzskatot, ka pirmā izmēra aprēķins ir precīzs. Ir lieluma piesātinājums.
- EEW uzticēšana vienam modelim. Dzīvības drošībai nepieciešama daudzslāņu pārbaude.
- Deterministiskas zemestrīces prognozes izstrāde. Tas ir nezinātniski; Dodieties uz iespējamām briesmām.
Rezumējot
Zemestrīču seismoloģija ir viena no ģeofizikas jomām, kurā mākslīgais intelekts ir visspēcīgākais: tas desmitkārtīgi palielina katalogus fāzes ekstrakcijā un mikrozemestrīču noteikšanā, ietaupot sekundes agrīnajā brīdināšanā. Bet šī ir joma, kas saistīta ar dzīvības drošību; Viltus noteikšana, sprādziena traucējumi, lieluma piesātinājums un viltus trauksme ir reāls risks. AI snauž; Seismologs kontrolē atlikumu ar analīzi, dabisko-mākslīgo atšķirību un daudzslāņu sistēmu. Un negrozāmā robeža: prognozēt nākotnes zemestrīces dienu ir nezinātniski — tas, kas ir likumīgs, ir varbūtības bīstamības novērtējums.
Lietojumprogrammas uzdevums
Apsveriet nepārtrauktu seismisko datu scenāriju. Izņemiet AI nosūcēja izvadi no vadības plūsmas, izmantojot atlikuma analīzi, izmantojot veidni "Fāzes ekstrakcijas kontrole". Pēc tam izveidojiet kontrolsarakstu, lai atšķirtu sprādzienus/trokšņus no dabiskas zemestrīces, izmantojot veidni "Viltus noteikšanas filtrs". Visbeidzot, uzrakstiet saviem vārdiem, kā jūs godīgi noteiktu robežas, ja jums lūgtu kopā ar kādu “paredzēt nākamo zemestrīci”.
kontrolsaraksts
- [ ] Es pārbaudīju AI fāzes laikus ar atlieku analīzi.
- [ ] Es notīrīju automātisko katalogu viltus noteikšanai/sprādzienam.
- [ ] Es izteicu lieluma novērtējumu ar nenoteiktības robežu.
- [ ] Agrīnās brīdināšanas pamatā es izmantoju daudzslāņu validāciju, nevis vienu modeli.
- [ ] Es noraidīju pieprasījumu pēc deterministiskas zemestrīces prognozēšanas un atsaucos uz iespējamības apdraudējumu.