วิทยาแผ่นดินไหวแผ่นดินไหว: การแยกเฟส การตรวจจับแผ่นดินไหว และการเตือนภัยล่วงหน้า

กำไร:

• ความสามารถในการใช้พลังของเครื่องคัดแยกเฟสและเครื่องตรวจจับปัญญาประดิษฐ์เพื่อควบคุมเอาต์พุตด้วยการวิเคราะห์สารตกค้างและความแตกต่างตามธรรมชาติและประดิษฐ์
• ความสามารถในการจัดการความอิ่มตัวของขนาดและความไม่แน่นอนในการเตือนภัยล่วงหน้า และเข้าใจว่าระบบมีพื้นฐานมาจากการตรวจสอบหลายชั้นมากกว่าแบบจำลองเดียว
• ความสามารถในการเข้าใจความแตกต่างระหว่างการทำนายแผ่นดินไหวที่เกิดขึ้นแล้วกับการทำนายแผ่นดินไหวในอนาคตอย่างกำหนดไว้ และการปฏิเสธคำขอพยากรณ์ที่ไม่เป็นไปตามหลักวิทยาศาสตร์

เมื่อเกิดแผ่นดินไหว ข้อมูลจะไหลจากสถานีหลายพันแห่งภายในไม่กี่วินาที และงานของนักธรณีฟิสิกส์ก็เริ่มต้นขึ้น คลื่นเหล่านี้มาจากไหน มีขนาดใหญ่แค่ไหน รอยเลื่อนใดที่แตกออก วิทยาแผ่นดินไหวแผ่นดินไหวเป็นศาสตร์แห่งการระบุตำแหน่ง ขนาด และกลไกของแผ่นดินไหวโดยการบันทึกคลื่นแผ่นดินไหวที่แพร่กระจายผ่านพื้นดิน นี่คือสาขาหนึ่งของธรณีฟิสิกส์ที่ปัญญาประดิษฐ์ (AI) อาจเป็นผู้ใหญ่ที่สุด: รูปคลื่นนับล้านทำให้เครื่องแยกเฟสที่ใช้ AI และเครื่องตรวจจับแผ่นดินไหวทรงพลังมาก ในบทนี้ เราจะตรวจสอบพลังที่แท้จริงของ AI ในการแยกเฟส การตรวจจับแผ่นดินไหว และการเตือนภัยล่วงหน้า แต่เราจะดูว่าทำไมการตรวจสอบและการควบคุมของมนุษย์จึงไม่สามารถต่อรองได้ในด้านความปลอดภัยในชีวิตนี้

แนวคิดพื้นฐาน

พจนานุกรมสั้นๆ เฟสคือการมาถึงที่คลื่นไหวสะเทือนประเภทใดประเภทหนึ่ง (คลื่น P — คลื่นแรกมาถึง คลื่นเร็วแบบบีบอัด คลื่น S — คลื่นช้ากว่า คลื่นเฉือน) ปรากฏในการบันทึก การเลือกเฟสเป็นการทำเครื่องหมายเวลาที่แน่นอนของการมาถึงของ P และ S ในการบันทึก เป็นพื้นฐานในการระบุตำแหน่งแผ่นดินไหว การตรวจจับแผ่นดินไหวหมายถึงการแยกและจับสัญญาณแผ่นดินไหวจากสัญญาณรบกวนในสตรีมข้อมูลต่อเนื่อง ขนาดคือการวัดพลังงานที่ปล่อยออกมาจากแผ่นดินไหว กลไกการโฟกัสจะกำหนดรูปทรง (การกระแทก การจุ่ม การเลื่อน) ของรอยเลื่อนที่แตกออก

การค้นหาตำแหน่งแผ่นดินไหวขึ้นอยู่กับการระบุแหล่งที่มาแบบสามเหลี่ยมโดยการรวมเวลามาถึงของ P และ S ในหลายสถานี ข้อผิดพลาดเล็กน้อยในช่วงเวลาของเฟสจะแปลเป็นข้อผิดพลาดขนาดใหญ่ในตำแหน่ง ดังนั้นความแม่นยำในการแยกเฟสจึงเป็นสิ่งสำคัญ

การสกัดเฟสและการตรวจจับด้วย AI

การแยกเฟสแบบทั่วไป (เช่น STA/LTA — การจับการมาถึงด้วยอัตราส่วนพลังงานหน้าต่างสั้น/ยาว) ประสบปัญหากับบันทึกที่มีเสียงดังและพลาดแผ่นดินไหวขนาดเล็กหลายครั้ง เครื่องคัดแยกที่ใช้ AI (โครงข่ายประสาทเทียมระดับลึก ซึ่งได้รับการฝึกฝนจากเฟสที่ติดป้ายกำกับด้วยมือหลายล้านเฟส) ทำหน้าที่นี้ได้อย่างแม่นยำและรวดเร็วยิ่งขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ได้ปฏิวัติการตรวจจับแผ่นดินไหวขนาดจิ๋ว (แรงสั่นสะเทือนที่มีขนาดเล็กมากและมีเสียงรบกวน) AI ยังสามารถสแกนข้อมูลได้อย่างต่อเนื่องและเพิ่มแคตตาล็อกแผ่นดินไหวโดยอัตโนมัติ

อย่างไรก็ตาม มีความเสี่ยงสองประการ ประการแรกคือการตรวจจับที่ผิดพลาด: AI อาจเข้าใจผิดว่ารถไฟที่วิ่งผ่าน การระเบิด หรือรูปแบบเสียงเกิดแผ่นดินไหว ประการที่สองคือพลาดการตรวจจับ: อาจพลาดเหตุการณ์ผิดปกติที่ไม่เหมือนกับชุดฝึกซ้อม ดังนั้น แค็ตตาล็อกอัตโนมัติจึงอยู่ภายใต้การควบคุมของนักแผ่นดินไหววิทยา โดยเฉพาะอย่างยิ่งเหตุการณ์การตัดสินใจ (ความแตกต่างเทียม/ธรรมชาติ ศักยภาพสึนามิ) ได้รับการยืนยันด้วยตนเอง

เคล็ดลับ: ตรวจสอบเวลา P และ S ที่ส่งคืนโดยเครื่องแยก AI โดยดูค่าคงเหลือในโซลูชันระบุตำแหน่งแผ่นดินไหว สารตกค้างจำนวนมากที่สถานีบ่งชี้ว่าเฟสนั้นได้รับการจัดเรียงไม่ถูกต้อง อย่าสุ่มสี่สุ่มห้าเข้าไปในโซลูชันตำแหน่ง

การเตือนล่วงหน้า: ศาสตร์แห่งวินาที

การเตือนภัยล่วงหน้าแผ่นดินไหว (EEW) เป็นระบบที่บันทึกคลื่น P ที่รวดเร็วของแผ่นดินไหว และกระจายเสียงคำเตือนภายในไม่กี่วินาที ก่อนที่คลื่น S และคลื่นพื้นผิวที่มีการทำลายล้างมากกว่าแต่ช้ากว่าจะไปถึงพื้นที่ห่างไกล AI สามารถเร่งการประมาณขนาดและตำแหน่งได้ตั้งแต่ไม่กี่วินาทีแรกของคลื่น P แต่ที่นี่มีความเสี่ยงสูงสุด: การแจ้งเตือนที่ผิดพลาดอาจทำให้เกิดความตื่นตระหนกและการสูญเสียทางเศรษฐกิจ การเตือนที่พลาด/ล่าช้าอาจทำให้เสียชีวิตได้ ระบบ EEW จึงมีระบบวิศวกรรมหลายชั้น มีการตรวจสอบข้าม และตรวจสอบความถูกต้องอย่างต่อเนื่องด้วยวิธีการต่างๆ มากมาย ไม่ได้รับความไว้วางใจให้กับโมเดล AI เดียว

ข้อควรระวัง: การประมาณขนาดตั้งแต่วินาทีแรกนั้นมีความไม่แน่นอนโดยธรรมชาติ แผ่นดินไหวขนาดใหญ่อาจปรากฏเล็กน้อยในตอนแรก (ความอิ่มตัวของขนาด) อย่าถือว่าการเดาครั้งแรกของ AI เป็นข้อสรุปที่ชัดเจน ระบบควรได้รับการออกแบบเพื่ออัปเดตการทำนายเมื่อมีรูปคลื่นเปลี่ยนแปลงไป และควรมีการสื่อสารถึงความไม่แน่นอนอย่างชัดเจน

ความแตกต่างระหว่างการประมาณค่าและการทำนาย: ขีดจำกัดทางจริยธรรม

มีความแตกต่างที่สำคัญที่นี่ AI สามารถทำนาย (อนุมานจากการวัด) ตำแหน่ง/ขนาดของแผ่นดินไหวที่เกิดขึ้นได้ แต่มันเป็นไปไม่ได้ทางวิทยาศาสตร์ที่จะทำนายว่าแผ่นดินไหวในอนาคตจะเกิดขึ้นเมื่อใด (การทำนายแผ่นดินไหวแบบกำหนด); นี่เป็นขีดจำกัดที่วิทยาแผ่นดินไหวยอมรับ ถือเป็นการเข้าใจผิดและผิดจรรยาบรรณที่จะอ้างว่า "แผ่นดินไหวจะเกิดขึ้นในวันที่นี้" โดยใช้ AI สิ่งที่ถูกต้องตามกฎหมายคือการประเมินอันตรายที่น่าจะเป็น (อันตรายจากแผ่นดินไหวในระยะยาวทางสถิติ) - ไม่ใช่การคาดการณ์ในเวลากลางวันที่แม่นยำ

มินิเคสสามอัน

กรณีที่ 1 — แค็ตตาล็อกที่สมบูรณ์ยิ่งขึ้นสิบเท่า เมื่อมีการปรับใช้เครื่องแยกเฟส AI ในเครือข่ายระดับภูมิภาค จำนวนแผ่นดินไหวที่ตรวจพบจากข้อมูลที่ต่อเนื่องเดียวกันจะเพิ่มขึ้นประมาณ 10 เท่า แผ่นดินไหวขนาดเล็กหลายพันครั้งปรากฏให้เห็น และรูปทรงรอยเลื่อนก็ชัดเจน นักแผ่นดินไหววิทยาตรวจสอบแคตตาล็อกโดยใช้ตัวอย่างแบบสุ่มและการวิเคราะห์สารตกค้าง เพื่อขจัดผลบวกลวง

กรณีที่ 2 — เข้าใจผิดว่าเกิดการระเบิดเนื่องจากแผ่นดินไหว ระบบอัตโนมัติจะจัดหมวดหมู่การระเบิดเป็นประจำในเหมืองเป็นแผ่นดินไหวเล็กน้อย นักแผ่นดินไหววิทยาตระหนักว่าเหตุการณ์ต่างๆ มักจะเกิดขึ้นในเวลาเดียวกันและในสถานที่เดียวกันเสมอ และรูปคลื่นมีลักษณะที่ระเบิดได้ จึงแยกแยะออกได้: ความแตกต่างตามธรรมชาติและประดิษฐ์นั้นจำเป็นต้องมีการควบคุมของมนุษย์

กรณีที่ 3 — การจัดการความไม่แน่นอนในการเตือนภัยล่วงหน้า ในการทดสอบ EEW AI คาดการณ์แผ่นดินไหวขนาดใหญ่ M6.0 ใน 3 วินาทีแรก เหตุการณ์ที่เกิดขึ้นจริงคือ M7.1 ระบบอัปเดตการคาดการณ์ในขณะที่คลื่นพัฒนาขึ้น และการแจ้งเตือนถูกส่งมาพร้อมกับความไม่แน่นอนเนื่องจากทราบความอิ่มตัวของขนาด บทเรียน: การออกแบบที่ได้รับการปรับปรุงซึ่งไม่ล็อคเข้ากับการคาดเดาครั้งแรกช่วยชีวิตได้

เทมเพลตที่สามารถคัดลอกได้สี่แบบ

1) การควบคุมการแยกเฟส:

บทบาทของคุณ: นักแผ่นดินไหววิทยา ฉันต้องการควบคุมเวลา P/S ที่กำหนดโดยเครื่องคัดแยกเฟส YZ ฉันจะตีความค่าคงเหลือในโซลูชันตำแหน่งได้อย่างไร ฉันจะตรวจสอบสถานีที่อยู่เหนือเกณฑ์ใด ฉันจะแยกเฟสที่แยกออกมาอย่างไม่ถูกต้องได้อย่างไร ให้กระแสการควบคุมที่ใช้การได้

2) ตัวกรองการตรวจจับเท็จ:

มีข้อสงสัยเกี่ยวกับแหล่งกำเนิดแผ่นดินไหว (เสียงระเบิด เสียงจากวัฒนธรรม) ในแค็ตตาล็อกแผ่นดินไหวอัตโนมัติของฉัน ฉันควรพิจารณาเกณฑ์ใด (สถานที่/เวลาที่เกิดซ้ำ ลักษณะรูปคลื่น ปริมาณความถี่) เพื่อแยกแยะสิ่งเหล่านี้จากแผ่นดินไหวตามธรรมชาติ สร้างรายการตรวจสอบ

3) การสื่อสารความไม่แน่นอนของขนาด:

ในบริบทของการเตือนภัยล่วงหน้า ฉันประเมินขนาดตั้งแต่วินาทีแรก ฉันจะคำนึงถึงความอิ่มตัวของขนาดและความไม่แน่นอนได้อย่างไร ฉันจะอัปเดตการประมาณการเมื่อคลื่นพัฒนาขึ้นได้อย่างไร ฉันจะแสดงคำเตือนโดยมีส่วนต่างของความไม่แน่นอนได้อย่างไร บอกมันง่ายๆ.

4) การแจ้งเตือนขีดจำกัดการคาดการณ์:

บทบาทของคุณ: ที่ปรึกษาด้านจริยธรรมวิทยาแผ่นดินไหว ผู้จัดการขอให้ฉันทำนาย "วันแผ่นดินไหวครั้งถัดไป" ด้วย AI เขียนว่าเหตุใดการพยากรณ์แผ่นดินไหวเชิงกำหนดจึงไม่เป็นวิทยาศาสตร์ ฉันสามารถนำเสนอผลิตภัณฑ์อันตรายที่น่าจะเป็นไปได้ที่ถูกต้องตามกฎหมายอะไรแทน และฉันจะอธิบายขีดจำกัดอย่างตรงไปตรงมาได้อย่างไร

พรอมต์อ่อน / พรอมต์แรง

พรอมต์ที่อ่อนแอ:

ทำนายด้วย AI ว่าแผ่นดินไหวครั้งต่อไปจะเกิดขึ้นในภูมิภาคนี้เมื่อใด

คำขอที่เป็นไปไม่ได้ทางวิทยาศาสตร์และผิดจรรยาบรรณ หาก AI สร้างความมั่นใจปลอมขึ้นมา ก็จะก่อให้เกิดอันตราย

พรอมต์อันทรงพลัง:

บทบาทของคุณ: นักแผ่นดินไหววิทยา บริบท: เครือข่ายระดับภูมิภาค ข้อมูลต่อเนื่อง ภารกิจ:(1) เขียนขั้นตอนการเพิ่มคุณค่าแคตตาล็อกด้วยการแยกเฟส AI (2) อธิบายวิธีการควบคุมความเสี่ยงของการตรวจจับที่ผิดพลาด (การระเบิด/เสียง) และพลาด (3) แสดงวิธีการรายงานผลลัพธ์ในภาษาอันตรายของ PROBABIAL การสร้างการคาดการณ์เวลากลางวันที่กำหนด; ชี้ให้เห็นว่าสิ่งนี้ไม่เป็นไปตามหลักวิทยาศาสตร์

กรอบการทำงานที่แยกการคาดเดาที่ถูกต้องจากการเดาตามหลักวิทยาศาสตร์และต้องมีการตรวจสอบยืนยันจะเป็นผู้รับผิดชอบในสาขานั้น

งานและบทบาท AI

ภารกิจ

พลังเอไอ

ความเสี่ยงหลัก

การควบคุมของมนุษย์

การสกัดเฟส

สูงมาก

มาถึงผิด

การวิเคราะห์สารตกค้าง

การตรวจจับแผ่นดินไหว

สูงมาก

ผิดพลาด/พลาด

การตรวจสอบแคตตาล็อก

การประมาณขนาด

สูง

ความอิ่มตัว

ขอบของความไม่แน่นอน

การเตือนล่วงหน้า

สูง

สัญญาณเตือนที่ผิดพลาด

ระบบหลายชั้น

การทำนายอนาคต

ไม่มี (ไม่ใช่ทางวิทยาศาสตร์)

ทำให้เข้าใจผิด

ปฏิเสธ

ข้อผิดพลาดทั่วไป

• การใช้แค็ตตาล็อกอัตโนมัติโดยไม่ตรวจสอบ การตรวจจับและการระเบิดที่ผิดพลาดอาจรั่วไหลได้
• ทำให้เวลาของเฟสอยู่ในตำแหน่งโดยไม่มีการควบคุมอีกต่อไป ข้อผิดพลาดในการดึงข้อมูลเล็กน้อยทำให้ตำแหน่งเสียหาย
• พิจารณาประมาณการขนาดครั้งแรกให้ถูกต้อง มีความอิ่มตัวของขนาด
• มอบความไว้วางใจให้ EEW เป็นรุ่นเดียว ความปลอดภัยในชีวิตต้องมีการตรวจสอบหลายชั้น
• สร้างการพยากรณ์แผ่นดินไหวเชิงกำหนด มันไม่เป็นไปตามหลักวิทยาศาสตร์ มุ่งหน้าสู่อันตรายที่อาจเกิดขึ้น

โดยสรุป

วิทยาแผ่นดินไหวแผ่นดินไหวเป็นหนึ่งในสาขาธรณีฟิสิกส์ที่ AI แข็งแกร่งที่สุด โดยเพิ่มแคตตาล็อกเป็นสิบเท่าในการแยกเฟสและการตรวจจับแผ่นดินไหวขนาดเล็ก ซึ่งประหยัดเวลาไม่กี่วินาทีในการเตือนภัยล่วงหน้า แต่นี่เป็นพื้นที่ที่เกี่ยวพันกับความปลอดภัยในชีวิต การตรวจจับที่ผิดพลาด การรบกวนจากแรงระเบิด ความอิ่มตัวของขนาด และการเตือนที่ผิดพลาดถือเป็นความเสี่ยงที่แท้จริง AI งีบ; นักแผ่นดินไหววิทยาควบคุมสิ่งตกค้างด้วยการวิเคราะห์ การแยกความแตกต่างตามธรรมชาติและประดิษฐ์ และระบบหลายชั้น และขีดจำกัดที่ไม่เปลี่ยนแปลง: การทำนายวันที่เกิดแผ่นดินไหวในอนาคตนั้นไม่เป็นไปตามหลักวิทยาศาสตร์ สิ่งที่ถูกต้องตามกฎหมายคือการประเมินอันตรายที่น่าจะเป็นไปได้

งานสมัคร

พิจารณาสถานการณ์ข้อมูลแผ่นดินไหวอย่างต่อเนื่อง แยกเอาต์พุตของตัวแยก AI ออกจากโฟลว์ควบคุมด้วยการวิเคราะห์สารตกค้างด้วยเทมเพลต "การควบคุมการแยกเฟส" จากนั้นสร้างรายการตรวจสอบเพื่อแยกแยะเสียงระเบิด/เสียงรบกวนจากแผ่นดินไหวตามธรรมชาติโดยใช้เทมเพลต "ตัวกรองการตรวจจับเท็จ" สุดท้ายนี้ ให้เขียนด้วยคำพูดของคุณเองว่าคุณจะกำหนดขอบเขตอย่างตรงไปตรงมาเมื่อถูกขอให้ “ทำนายแผ่นดินไหวครั้งต่อไป” กับใครสักคนอย่างไร

รายการตรวจสอบ

• [ ] ฉันตรวจสอบเวลาของเฟส AI ด้วยการวิเคราะห์สารตกค้าง
• [ ] ฉันล้างแค็ตตาล็อกอัตโนมัติสำหรับการตรวจจับที่ผิดพลาด/การระเบิดแล้ว
• [ ] ฉันแสดงการประมาณขนาดโดยเผื่อความไม่แน่นอนไว้
• [ ] ฉันยึดการแจ้งเตือนล่วงหน้าเกี่ยวกับการตรวจสอบความถูกต้องหลายชั้น ไม่ใช่รุ่นเดียว
• [ ] ฉันปฏิเสธคำขอพยากรณ์แผ่นดินไหวแบบกำหนดและอ้างถึงอันตรายที่น่าจะเป็นไปได้