МИРОВАЯ СЕЙСМИЧЕСКАЯ СЕТЬ 17.02.2016 безопасность, сейсмология, GPS, Android Новое приложение, разработанное американскими учёными, превращает смартфоны в мировую сейсмическую сеть. Приложение отслеживает вибрацию телефонов, и если появляется что-то, напоминающее толчки землетрясения, сообщает об этом всех участников сейсмической сети.

Учёные из Калифорнийского Университета в Беркли создали бесплатное приложение для Android, которое позволяет задействовать способность смартфона для записи вибрации грунта от землетрясения, с целью создания всемирной сейсмической сети, которая сможет предупредить пользователей сети о надвигающихся толчках ближайших землетрясений.

Как работает приложение

Приложение постоянно отслеживает работу акселерометров телефона и проверяет каждое движение, чтобы увидеть, соответствует ли оно профилю землетрясения. Если алгоритм решает, что тряска от землетрясения, сразу же отправляет информацию в базу данных Калифорнийского Университета в Беркли: время и амплитуда вибрации, и измерение GPS о положении телефона. Программа, заложенная в «Облако», постоянно рассматривает все поступающие данные и, если, по крайней мере, четыре телефона обнаружили тряску и это представляет собой более 60% всех телефонов в радиусе 10 км от эпицентра, программа подтверждает землетрясение. Исследователи перепроверят это с данными Калифорнийской комплексной сейсмической сети, которая контролирует сдвижение земли по всему штату использованием подземных сейсмометров. После подтверждения землетрясения, приложение будет также посылать пять минут данные исследователей, начиная за одну минуту до землетрясения и заканчивая четырьмя минутами после этого. Это происходит только тогда, когда телефон подключён к сети и к сети Wi-Fi.

Приложение, которое называется MyShake, можно получить Google Play Маркет. MyShake работает в фоновом режиме и не требует большого ресурса. Приложение записывает работу бортовых акселерометров смартфона, фиксирующих местные встряхивания в любое время дня и ночи. На данный момент, приложение собирает только информацию от акселерометров, анализирует её и, если это соответствует колебательному профилю землетрясения, передаёт эти данные и GPS координаты телефона в сейсмологическую лабораторию в Беркли для анализа.

После достаточного использования программы людьми, и обработки ошибок, сейсмологи Калифорнийского Университета в Беркли планируют использовать данные, чтобы предупреждать людей в милях от эпицентра, показывая весь путь «урчания» Земли. Также планируется создать приложение для iPhone.

«MyShake не может заменить традиционные сейсмические сети, такие как те, которыми руководствуются Геологическая служба США, Калифорнийский университет в Беркли, Университет штата Вашингтон и Caltech, но мы считаем, MyShake может сделать землетрясения раннего предупреждения быстрее и точнее в областях, которые имеют традиционный сейсмическую сеть, а может оказать экстренную раннего предупреждения в странах, которые не имеют сейсмическую сеть», — сказал профессор Ричард Аллен (Richard Allen), руководитель проекта, директор сейсмологической лаборатории Беркли и председатель Департамента Земли и планетарных наук. «Лаборатория очень чувствительная, но широко расставленные сети сейсмических датчиков «захоронены» лишь в подвалах вокруг Северной Калифорнии, а не по всей планете».

Краудсорсинговые (crowdsourced) сейсмические сети сегодня могут быть единственным вариантом для многих стран, развивающихся и сейсмоопасных, таких как Непал или Перу, которые не имеют ни разветвлённой наземной сейсмической сети или системы раннего предупреждения, ни бюджета на эти цели, но имеют миллионы пользователей смартфонов.

«На мой взгляд, это передовые исследования, которые преобразуют сейсмологии», — сказал аспирант Кингкай Конг (Qingkai Kong), который разработал алгоритм в основе приложения. «Станции для традиционной сейсмологии, которые есть в нашем распоряжении, не имеют достаточной плотности, особенно в некоторых регионах по всему миру, но использование недорогих смарт-телефонов с датчиками даст нам очень хорошую, плотную сеть в будущем».

Воспользовавшись игровыми акселерометрами

Смартфоны могут легко измерить движение, вызванное землетрясением, потому что они имеют три встроенных акселерометра, предназначенных ощущать ориентацию телефона для показа изображений или игр. Несмотря на то, что их чувствительность постоянно совершенствуют на благо геймеров, акселерометры смартфонов всё ещё гораздо менее чувствительны, чем в наземных сейсмометрах. Но они достаточно чувствительны, чтобы записать землетрясения с величиной выше 5-ти, и «наносящих ущерб» в пределах 10 км. А то, что этим акселерометрам не хватает чувствительности, то они восполнят своей вездесущностью. Например, в Калифорнии создана сеть из 400 сейсмических станций, в то же самое время, по оценкам, здесь же постоянно работает 16 млн смартфонов, а по всему миру — 1 млрд смартфонов.

В статье, которая была опубликована 12 февраля в journal Science Advances, Аллен, Гонконг и Луи Шрейер (Louis Schreier) в Deutsche Telekom в Инновационном Центре «Силиконовая долина» (Silicon Valley Innovation Center ) описали алгоритм в мобильном приложении, которое анализирует данные акселерометров телефона и отличает землетрясение от нормальной вибрации, такой как ходьба, танцы или падение «трубки». В моделируемых испытаний, алгоритм Конга успешно отличал землетрясения от не-землетрясений в 93% случаях. Только когда приложение определяет, что вибрация от землетрясения, оно быстро активирует GPS телефона, чтобы получить позицию телефона и передать короткий пакет информации через подключение для передачи данных или Wi-Fi.

Учёные надеются, что тысячи людей будут загружать и устанавливать приложение, так что он и его коллеги смогут дать MyShake хороший тест. В случае успеха, они ожидают обновить приложение в течение года, которое обеспечит раннее предупреждение.

Учёные уже обсудили новую систему раннего предупреждения землетрясений MyShake во время научной сессии в пятницу, 12 февраля, на ежегодном собрании Американской ассоциации по развитию науки в Вашингтоне, округ Колумбия.

Важнейшая роль для встроенной сейсмической сети

West Coast системы раннего предупреждения в этом году получили большой толчок из федерального бюджета, когда было выделено $8,2 млн. Чтобы помочь U.S.G.S. создать такую систему 2 февраля в Белом доме собрались сейсмологи из UC Berkeley, Университетов штатов Вашингтон и Орегон и Калифорнийского Технологического Института, и обсудили планы раннего предупреждения землетрясений и новую инициативу — сделать все федеральные здания сейсмостойкими.

Система раннего предупреждения, наряду с системой сейсмоопасности Тихоокеанского побережья Америки будет основываться на прототипе под названием ShakeAlert, который сейчас проходит тестирование в Калифорнии, Орегоне и Вашингтоне. В районе залива Сан-Франциско учреждения, такие как система Bay Area Rapid Transit уже получают предупреждения от ShakeAlert, такие как, например, 5-секундная готовность после 6,0 бального землетрясения, произошедшего неподалёку от Napa в августе 2014 года. На встрече в Белом доме на прошлой неделе, Фонд Гордона и Бетти Мур сообщил о выделении $3 млн на дальнейшее развитие ShakeAlert, и ещё $1 млн на MyShake.

В моделируемых тестах, основанных на реальных землетрясениях, MyShake смог обеспечить своевременное раннее предупреждение, также или лучше, чем ShakeAlert.

Исследователи сделали другие попытки, чтобы использовать компьютеры публики или мобильные телефоны для обнаружения землетрясений, в основном используя их энергоёмкие подключения к глобальной сети GPS, но это плохо удерживает пользователей, особенно когда обновление программного обеспечения мешает простоте использования.

«С приложением, у вас есть доступ к миллионам телефонам и Google Play Маркет и Apple, и ITunes могут его легко распространить», — сказал Аллен. Его долгосрочная цель — сделать обнаружение землетрясения настолько ценным, что приложение станет встроенным в мобильные операционные системы телефонов, так что каждый автоматически становится частью глобальной сети.

T-Labs превращает алгоритм в приложение

Алгоритм MyShake был превращён в приложение программистами в Инновационном Центре «Силиконовая долина» в Маунтин-Вью (штат Калифорния), который является частью Инновационной Telekom Laboratories (T-Labs) управляемой Deutsche Telekom, владельцем Т-Mobile. Последние три года восемь человек развивали машинный код, который связывает датчики с алгоритмом анализа, а затем загружает данные на сервера в Беркли.

«Это действительно ново и изобретательно, мы потратили много времени на анализ, чтобы убедиться, что основы приложения в порядке», — сказал Шрейер, вице-президент Инновационного Центра T-Labs. «Мы хотели создать приложение, которое может собирать нужные данные, при этом не заблокировать трубку, не использовать всю память телефона, и не сжечь батареи, всё, что может заставить людей не использовать его».

Затем Конг тестировали алгоритм, первоначально с 75 Android пользователей из класса, в котором преподавал Аллен, а также своих друзей и коллег. Телефоны были опробованы на вибрационных столах в Калифорнийском Университете в Беркли, которые реально имитируют колебания от крупных землетрясений, таких как землетрясение 1989 года в Loma Prieta, что к югу от Сан-Франциско.

После того, как приложение доказало свою надёжность, обнаружение землетрясения может спровоцировать тревогу у пользователей мобильных телефонов, если они не будут получать информацию о прибывающих толчках. «Нам нужно, по крайней мере, 300 смартфонов в пределах зоны 110 × 110 км, чтобы иметь разумную оценку местоположения, величины и времени произошедшего землетрясения», — сказал Конг. «Чем плотнее сеть, чем раньше вы можете обнаружить землетрясение».

«Сейчас ShakeAlert выдаёт предупреждения, когда срабатывают только четыре наших традиционных сейсмических станций», — сказал Аллен. «Но если у нас есть данные с мобильных телефонов, возможно, нам нужна будет только одна станция, чтобы провести оценку перед выдачей предупреждения». С достаточно плотной сетью, обнаружение, анализ и предупреждение может занять меньше чем секунду.

«Мы хотим сделать это приложение «killer app» — вы положили его на телефон и позволили использовать акселерометр, а мы доставим вам раннее предупреждение о землетрясении», — сказал Аллен.