理解地震是一个具有挑战性的问题，不仅因为它们具有潜在的危险性，而且因为它们是难以研究的复杂现象。对地震监测网络记录的大量、往往错综复杂的数据集进行解释，对地震学家来说是一项艰巨的任务，但进行准确分析所涉及的努力，可能会显著改善可靠地震预警系统的发展。
加州理工学院的地震学家和计算机科学家利用人工智能(AI)进行了一项很有前景的新合作。人工智能是一种能够学习和执行以前需要人类完成的任务的计算机系统。这项合作包括来自地质和行星科学、工程和应用科学部门的研究人员，也是加州理工学院(Caltech) AI4Science项目的一部分，该项目旨在将人工智能应用于整个研究所的科学家所面临的大数据问题。在先进硬件和机器学习算法的支持下，现代人工智能有潜力彻底革新地震数据工具，让我们所有人在地震面前都更安全。
最近，加州理工学院的计算机和数学科学助理教授岳一松与他的合作者、地球物理学研究教授豪克森、地球物理学博士后学者扎卡里·罗斯和地震学家门-安德林·迈耶讨论了人工智能和地震科学的新项目和未来。
是什么地震问题促使你在研究中加入人工智能?
迈耶:我的工作之一就是地震预警。早期预警要求我们努力非常迅速地探测地震，并预测地震之后会产生的震动，这样你就可以在地震开始前得到几秒到几十秒的预警。
豪克森:必须非常快地完成——这就是游戏规则。地震波将首先袭击最近的监测站，如果我们能立即识别出它们，那么我们就能在地震波进一步传播之前发出警报。
迈耶:你只有几秒钟的地震记录来判断这是地震，这意味着发出警报，还是发出令人讨厌的信号——一辆卡车经过我们的地震检波器或类似的东西。我们有太多的错误分类，太多的错误警报，人们不喜欢这样。这是一个经典的机器学习问题:你有一些数据，你需要做出一个现实和准确的分类。因此，我们联系了加州理工学院的计算和数学科学(CMS)部门，并开始与他们合作。
为什么人工智能是改善地震监测系统的好工具?
岳:人工智能之所以能成为一个好工具，是因为它的规模和复杂性，以及大量的数据。地震监测系统生成大量的数据集，需要对这些数据集进行处理，以便为科学家提供有用的信息。人工智能能比人类更快、更准确地做到这一点，甚至能发现人类肉眼看不到的模式。此外，我们希望提取的模式很难被基于规则的系统充分捕获，因此现代深度学习的高级模式匹配能力可以提供比现有的自动地震监测算法更好的性能。
例如，在一个大的余震序列中，你可能会有每10秒间隔一次的事件，一整天的快速射击。我们在南加州使用了大约400个监测站来监测地震，每次不同的地震引起的海浪都会在不同的时间袭击它们。
岳:当发生多次地震时，传感器都在不同的位置发射，你希望能够解读哪些数据属于哪个地震。清理和分析数据需要时间。但是，一旦你训练了一个机器学习算法——一个通过学习例子而不是通过显式程序来学习的计算机程序——来做这件事，它就能很快地做出评估。这# 39;s值。
人工智能还将如何帮助地震学家?
岳:我们不仅仅对每隔几年就会发生的大地震感兴趣。我们对每天发生的各种规模的地震感兴趣。人工智能有潜力识别目前无法与背景噪音区分的小地震。
罗斯:南加州每天平均发生50次左右的地震，美国地质调查局授权我们监测每一次地震。还有很多，但它们太小了，我们无法用现有的技术探测到。它们越小，发生的频率就越高。我们正在努力做的是监测、定位、探测和描述每一个地震事件，以建立一个6035地震目录。所有这些分析都开始揭示驱动地震的物理过程中非常复杂的细节。这些细节以前并不明显。
为什么以前没有人把人工智能应用到地震学上?
直到最近一两年，地震学才开始认真考虑人工智能技术。这在一定程度上与我们在过去十年中看到的计算机处理能力的急剧增长有关。
这次合作的长期目标是什么?
迈耶:最终，我们想建立一个模拟人类专家的算法。一个人类地震学家可以感觉到地震或者看到地震记录，仅仅凭经验就能立即说出关于地震的许多事情。把这一点教给电脑真的很难。有了人工智能，我们可以更接近于人类专家如何处理这个问题。我们离创建一个"虚拟地震学家越来越近了
为什么我们需要一个虚拟的地震学家
岳:从根本上说，无论是地震学还是其他学科，你想做这种事情的原因是规模和复杂性。如果你能训练一个会学习的人工智能，那么你就能获得一套专门的技能，让任何人都可以使用它。另一个问题是复杂性。你可以让人类长时间观察详细的地震数据，然后发现小地震。或者你也可以让算法更快地找出重要的模式。
迈耶:我们正在收集的详细信息帮助我们弄清地震的物理性质——为什么它们沿着某些断层熄灭，而沿着其他断层触发大地震，以及它们发生的频率。
创建一个"虚拟地震学家意味着人类地震学家的终结吗?
罗斯:我跟很多学生谈过，我敢肯定他们大多数人都不想做编目工作。(笑。他们宁愿做更令人兴奋的工作。
岳:想象一下你是一个音乐家，在你成为音乐家之前，你必须先建造自己的钢琴。所以你花了五年的时间建造你的钢琴，然后你成为了一名音乐家。现在我们有了一种自动制造钢琴的方法——我们要毁掉音乐家的钢琴吗?工作吗?不，我们实际上是在赋予新一代音乐家力量。我们还有其他问题需要他们解决。
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