Система раннего предупреждения о землетрясениях не способна предсказать, когда и где произойдет землетрясение, однако она может дать людям несколько секунд для того, чтобы укрыться до прихода наиболее разрушительных волн. По словам исследователя Французского института исследований в области развития (IRD), лаборатории «Геоазюр» Квентена Блетери, даже несколько секунд в такой ситуации могут иметь практическое значение.

«Если дать вам 10 секунд до того, как это произойдет, есть несколько вещей, которые вы можете сделать», — отметил исследователь, описывая стандартную рекомендацию при землетрясении: опуститься на пол, укрыться под столом и оставаться там до окончания толчков.

По словам Блетери, проблема заключается не только в скорости распространения сейсмических волн. После начала сильного землетрясения человеку бывает физически трудно совершать какие-либо действия: из-за интенсивного движения он может буквально замереть. Поэтому предупреждение, поступившее за несколько секунд до сильной фазы землетрясения, может позволить заранее занять безопасное положение.

Почему система успевает предупредить раньше

Принцип работы раннего предупреждения относительно прост. Если сейсмические станции расположены ближе к очагу землетрясения, чем город, они могут зарегистрировать его начало раньше, чем до города дойдут наиболее разрушительные волны.

Первыми приходят P-волны. Они слабее и обычно не являются причиной основного ущерба, однако именно их регистрация позволяет системе начать оценивать параметры землетрясения. Более разрушительные волны приходят позднее.

Таким образом, система пытается использовать разницу во времени между обнаружением первых волн и приходом наиболее сильных колебаний.«Мы все время пытаемся получить еще несколько секунд», — отметил Блетери.

Одна из разработок, представленных исследователем, особенно интересна тем, что для оценки землетрясения ей не требуется ждать данных сразу от нескольких станций.

ИИ определяет землетрясение по данным одной станции

Система была разработана для Перу после того, как правительство страны поставило задачу создать систему раннего предупреждения для землетрясений магнитудой 6 и выше.

Вдоль побережья Перу были установлены 111 сейсмических станций. Однако исследователи сознательно пошли по пути, который отличается от традиционного подхода: система должна была работать, используя данные одной станции, а не ожидая подтверждения землетрясения сразу на нескольких станциях.

Разработанная система включает семь моделей машинного обучения. Первая непрерывно анализирует сейсмические данные и определяет вероятность появления P-волны. После ее обнаружения другие модели оценивают время прихода волны, магнитуду, расстояние от станции до эпицентра и глубину землетрясения, после чего система определяет его местоположение.

Для этого алгоритм анализирует характеристики сейсмического сигнала — в том числе во временной, спектральной и других областях. В основе модели лежит около 140 параметров, а обучение проводилось на примерно 100 тыс. наблюдений из глобальной базы данных, включая данные из Японии.

По словам Блетери, несмотря на то что система использует всего около трех секунд записи с одной станции, результаты оценки магнитуды и расстояния оказались достаточно точными.

Система уже три года тестируется в Перу. За это время она корректно отработала на трех землетрясениях магнитудой 6 и выше и, по словам исследователя, не срабатывала без соответствующего события.

Система уже работает в режиме онлайн, хотя не во всех городах Перу установлены сирены, необходимые для непосредственного оповещения населения.

Сколько времени можно выиграть

По расчетам исследователей, выигрыш во времени зависит от расположения сейсмических станций относительно эпицентра и города. Например, при моделировании последствий сильных землетрясений выяснилось, что где-то  система теоретически могла бы предоставить около 5 секунд, где-то 10 секунд. 

При этом задача заключается не просто в том, чтобы предупредить как можно больше людей. Важно сделать так, чтобы предупреждение получили именно те, кто окажется в зоне ощутимого и потенциально опасного воздействия, а не жители районов, где сильных колебаний не будет.

Еще одно преимущество разработанного подхода — его относительно легко переносить в другие страны. Алгоритм является достаточно легким и может быть интегрирован непосредственно в сейсмический датчик.

Что это означает для Армении

Отдельно Блетери рассмотрел ситуацию с сейсмической сетью Армении.

По его словам, в международно доступной части сети сейчас насчитывается восемь сейсмических станций. Если представить, что землетрясение 1988 года произошло бы сегодня и система должна была бы дождаться регистрации события на пяти станциях, сейсмические волны должны были бы распространиться практически через всю территорию Армении.Для системы раннего предупреждения это слишком долго.

Однако использование подхода с одной станцией принципиально меняет ситуацию. Если землетрясение происходит рядом с одной из станций, именно она может первой зарегистрировать событие и передать информацию системе, еще до того, как сейсмические волны достигнут Еревана или другого населенного пункта.

Таким образом, даже при относительно небольшой сейсмической сети переход от многостанционного к одностанционному обнаружению может дать несколько дополнительных секунд для предупреждения населения.

Для землетрясения эти несколько секунд могут стать критическим интервалом между моментом, когда человек еще может спокойно укрыться, и моментом, когда сильные колебания уже делают это значительно сложнее.