Приложение под названием MyShake будет доступно для всех в пятницу, 12 февраля, в магазине Google Play и будет работать в фоновом режиме с небольшим энергопотреблением, так что бортовые акселерометры телефона могут записывать локальные сотрясения в любое время дня и ночи. На данный момент приложение собирает информацию только с акселерометров, анализирует ее и, если она соответствует вибрационному профилю землетрясения, передает ее и GPS-координаты телефона в сейсмологическую лабораторию Беркли для анализа.
Однако, как только достаточное количество людей воспользуется им и ошибки будут устранены, сейсмологи Калифорнийского университета в Беркли планируют использовать данные, чтобы предупредить людей за много миль от эпицентра о том, что сотрясения грохочут на их пути. Также планируется выпустить приложение для iPhone.
«MyShake не может заменить традиционные сейсмические сети, подобные тем, которые используются Геологической службой США, Калифорнийским университетом в Беркли, Вашингтонским университетом и Калифорнийским технологическим институтом, но мы думаем, что MyShake может сделать раннее предупреждение о землетрясениях более быстрым и точным в районах с традиционной сейсмической сетью, а также может — обеспечивает раннее предупреждение о спасении жизни в странах, где нет сейсмической сети », — сказал Ричард Аллен, руководитель проекта приложения, директор сейсмологической лаборатории Беркли и профессор и заведующий кафедрой наук о Земле и планетах. В лаборатории работает чувствительная, но широко разнесенная сеть сейсмических датчиков, спрятанная в хранилищах вокруг Северной Калифорнии.Краудсорсинговая сейсмическая сеть сегодня может быть единственным вариантом для многих сейсмоопасных развивающихся стран, таких как Непал или Перу, которые имеют немногочисленные наземные сейсмические сети или системы раннего предупреждения или вообще не имеют их, но у которых есть миллионы пользователей смартфонов.
«На мой взгляд, это передовое исследование, которое изменит сейсмологию», — сказал аспирант Калифорнийского университета в Беркли Цинкай Конг, который разработал алгоритм, лежащий в основе приложения. «Станции, которые у нас есть для традиционной сейсмологии, не так плотны, особенно в некоторых регионах мира, но использование смартфонов с недорогими датчиками даст нам действительно хорошую плотную сеть в будущем».Использование игровых акселерометровСмартфоны могут легко измерить движение, вызванное землетрясением, потому что у них есть три встроенных акселерометра, предназначенных для определения ориентации телефона для отображения или игр. Однако, постоянно улучшая чувствительность в интересах геймеров, акселерометры для смартфонов намного менее чувствительны, чем наземные сейсмометры.
Но они достаточно чувствительны, чтобы регистрировать землетрясения силой более 5 баллов — те, которые наносят ущерб — в пределах 10 километров. И то, что этим акселерометрам не хватает чувствительности, они компенсируют повсеместностью.
По оценкам, в Калифорнии насчитывается 16 миллионов смартфонов и 1 миллиард смартфонов во всем мире.«В настоящее время у нас есть сеть из 400 сейсмических станций в Калифорнии, одна из самых плотных в мире», — сказал Аллен. «Даже если мы получим лишь небольшую часть из 16 миллионов мобильных телефонов штата, участвующих в нашей программе, это на много порядков увеличит объем данных, которые мы можем собрать».В статье, которая будет опубликована в выпуске журнала Science Advances от 12 февраля, Аллен, Конг и Луи Шрайер из Центра инноваций Кремниевой долины Deutsche Telekom описывают алгоритм в мобильном приложении, который анализирует данные акселерометра телефона и отличает землетрясение от обычного. вибрации, такие как ходьба, танцы или падение телефона. В смоделированных тестах алгоритм, разработанный Конгом, успешно отличал землетрясения от землетрясений в 93 процентах случаев.
Только когда приложение определяет, что вибрация вызвана землетрясением, оно на короткое время активирует GPS телефона, чтобы определить местоположение телефона и отправить короткий пакет информации через соединение для передачи данных или Wi-Fi.Аллен надеется, что тысячи людей скачают и установят приложение, чтобы он и его коллеги могли хорошо протестировать MyShake. В случае успеха он ожидает обновления приложения, которое обеспечит раннее предупреждение в течение года.
Он обсудит MyShake и другие системы раннего предупреждения о землетрясениях во время научной сессии в пятницу, 12 февраля, с 10 до 11:30 по восточному стандартному времени, во время ежегодного собрания Американской ассоциации содействия развитию науки в Вашингтоне, округ Колумбия.Решающая роль для наземной сейсмической сети
Система раннего предупреждения на Западном побережье получила большой импульс в федеральном бюджете в этом году, когда на помощь Географическим службам США было выделено 8,2 миллиона долларов. создать такую систему совместно с Калифорнийским университетом в Беркли, университетами Вашингтона и Орегона и Калифорнийским технологическим институтом. Аллен и другие сейсмологи собрались 2 февраля в Белом доме, чтобы обсудить планы раннего предупреждения о землетрясениях и новую инициативу по обеспечению сейсмостойкости всех федеральных зданий.Система раннего предупреждения, расположенная вдоль тихоокеанского побережья Америки, подверженного землетрясениям, будет основана на прототипе под названием ShakeAlert, который сейчас проходит испытания в Калифорнии, Орегоне и Вашингтоне. В районе залива Сан-Франциско такие агентства, как система Bay Area Rapid Transit, уже получают предупреждения от ShakeAlert, такие как 5-секундное предупреждение после землетрясения силой 6,0 балла, которое произошло неподалеку от Напы в августе 2014 года.
На заседании Белого дома на прошлой неделе, Фонд Гордона и Бетти Мур выделил 3 миллиона долларов на дальнейшую разработку ShakeAlert и еще 1 миллион долларов на MyShake.В смоделированных тестах, основанных на реальных землетрясениях, MyShake смог обеспечить своевременное раннее предупреждение так же или лучше, чем ShakeAlert.
Исследователи предпринимали и другие попытки использовать общественные компьютеры или мобильные телефоны для обнаружения землетрясений, в основном используя их энергоемкое соединение с глобальной сетью GPS, но было трудно удержать пользователей, особенно когда обновления программного обеспечения мешают простоте использования.«С приложением у вас есть доступ к миллионам телефонов, а также к Google Play Store и Apple iTunes make легко распространять», — сказал Аллен.Долгосрочная цель Аллена — сделать обнаружение землетрясений настолько ценным, чтобы оно стало встроенным в операционную систему мобильного телефона, чтобы каждый стал частью сети.Как работает приложение
Алгоритм MyShake был превращен в приложение программистами из Инновационного центра Кремниевой долины в Маунтин-Вью, Калифорния, который является частью Telekom Innovation Laboratories (T-Labs), управляемой Deutsche Telekom, владельцем T-Mobile. За последние три года восемь человек помогли разработать компьютерный код, который связывает датчики с алгоритмом анализа, а затем загружает данные на серверы в Калифорнийском университете в Беркли.«Это действительно новая и изобретательная наука, поэтому мы потратили много времени на анализ, чтобы убедиться, что основы приложения в порядке», — сказал Шрайер, вице-президент инновационного центра T-Labs. «Нам было нужно приложение, которое могло бы собирать необходимые данные, но не блокировало бы телефон, не использовало бы всю память телефона или не сжигало бы батарею, что могло бы заставить людей не использовать его».
Затем Конг протестировал алгоритм, первоначально с 75 пользователями Android из класса, который преподавал Аллен, а также с друзьями и коллегами. T-Labs также предоставила телефоны, которые Конг тестировал на вибростолах в Калифорнийском университете в Беркли, которые реалистично имитируют вибрации от сильных землетрясений, таких как землетрясение 1989 года в Лома Приета к югу от Сан-Франциско.Приложение постоянно контролирует акселерометры телефона и проверяет каждое движение, чтобы убедиться, что оно соответствует профилю землетрясения. Если алгоритм решает, что это сотрясение от землетрясения, он немедленно отправляет основную информацию в Калифорнийский университет в Беркли: время и амплитуда сотрясения, а также положение телефона, измеренное с помощью GPS.
Облачное программное обеспечение постоянно проверяет все входящие данные, и, если по крайней мере четыре телефона обнаруживают тряску, а это составляет более 60 процентов всех телефонов в радиусе 10 километров от эпицентра, программа подтверждает землетрясение. Исследователи перепроверяют это с Калифорнийской интегрированной сейсмической сетью, которая отслеживает движение земли по всему штату с помощью подземных сейсмометров.«Теперь ShakeAlert выдает оповещения только при срабатывании четырех наших традиционных сейсмических станций», — сказал Аллен. «Но если у нас также есть данные мобильного телефона, возможно, нам понадобится только одна станция для запуска перед выдачей предупреждения».Приложение постоянно записывает данные акселерометра, и после подтвержденного землетрясения также отправляет исследователям данные за пять минут, начиная за одну минуту до землетрясения и заканчивая через четыре минуты после этого.
Однако это происходит только тогда, когда телефон подключен к сети Wi-Fi.Как только приложение окажется надежным, обнаружение землетрясения может вызвать предупреждение для пользователей мобильных телефонов за пределами эпицентра земли, обеспечивая пользователям обратный отсчет времени до появления сотрясений.«Нам нужно как минимум 300 смартфонов на территории размером 110 на 110 километров, чтобы иметь разумную оценку местоположения, магнитуды и времени возникновения землетрясения», — сказал Конг. «Чем плотнее сеть, тем раньше можно обнаружить землетрясение».
При достаточно плотной сети обнаружение, анализ и предупреждение могут занять менее секунды.«Мы хотим сделать это приложение-убийцу, в котором вы устанавливаете его на свой телефон и позволяете нам использовать ваш акселерометр, и мы будем обеспечивать раннее предупреждение о землетрясениях», — сказал Аллен.
Янг-Ву Квон из Университета штата Юта также является соавтором статьи.