地震大数据应用探讨

2010年在广东新丰江水库安放了4台精密可控震源， 进行地下结构探测试验取得了令人鼓舞的的结果
新疆地震局建立了 新疆主动震源野外科学观测研究站
主动震源激发池
昌吉州呼图壁县
建设了人工激发，直 径100米，深度18米， 池中的浮台固定着6支 气枪，气枪每支重两 百公斤，被放在约11 米深的地方，电脑控 制气枪定时放气，产 生的振动通过水波传 到地下，人工产生的 地震波，附近的地震 监测台就会监测到， 观测地震波的速度的 变化，一观测地下的 变化。
地下雷达——
动态甚低频电磁波（SLF）岩石圈探测工程
• 实施动态人工甚低频电磁 波地下结构探测工程，开 展我国大陆地区地下介质 电性探测
• 利用十一五重大科技甚低 频电磁波工程建设的我国 甚低频波发射装置，在大 震巨灾危险概率大的地区 和省，布设密集甚低频电 磁波接收器，实现动态探 测地下介质和空间电磁波 变化。
存 储 在
永 久
大 数 据
的 保
时 代
源自文库
存
的云
作技
用术
和
云
集群存储用户端
以太网交换机 存储IO服务器
元数据服务器
Grid---Cloud---从工具资源—数据资源____电力、 水、燃气---插头（最成熟是电商？）不要讨论胖瘦 终端，就像用电设备不断的改变一样。
云能适应海量大数据吗？如何解决大数据的存贮？
大数据时代的地震观测系统——
向传感器网络或称为地震物联网方向发展
目前地震观测网 络—树状网（三级 架构）
传感器网络— 智能—网状网
大数据
云存贮云计算
地震数据 资源中心
数据挖掘、产品与服务
自组 织智 能网
产 生
新
大 数
型
据 和
地
自 组
震
织 智
观
能 网
测
相 结
网
合络
大数据—数字化—信息化—物联网
•PC、平板电脑、互 联网、手机、移动 互联网、云计算、 物联网、以及遍布 地球各个角落的各 种各样的传感器， 无一不是数据来源 或者承载的方式.
FOR IMMEDIATE RELEASE March 29, 2012
Contact: Rick Weiss 202 456-6037
rweiss@ostp.eop.gov Lisa-Joy Zgorski 703 292-8311
lisajoy@nsf.gov
• 今天，奥巴马政府宣布 “大数据的研究和发展计 划。”通过提高我们从大型复杂的数字数据集中 提取知识和观点的能力，承诺帮助加快在科学与 工程中的步伐，加强国家安全，并改变教学研究。
大数据时代的挑战与思考
美国政府在2012年3 月21日宣布大数据 时代计划。
“Big Data is a Big Deal”
http://www.whitehouse.gov/bl og/2012/03/29/big-data-bigdeal
Office of Science and Technology Policy Executive Office of the President New Executive Office Building Washington, DC 20502
台/万平方KM
lg 0.255t 3.867
3台获得到时
采用3台预警方式 ——台站密度与预警时间关系式
截取波形3秒，台网密度上限不低于81台/万km2, 下限不低于25台/万km2,相当于台间距10km26km。
地震预警的几个基本概念
地震预警第一报是关键
地震预警是有盲区的
单台地震预警理想盲区示意图
• 这个计划里，六个联邦政府的部门和机构宣布新 的2亿美元的投资，提高从大量数字数据中访问、 组织、收集发现信息的工具和技术水平。了解更 多正在进行的联邦政府的计划，解决所大数据所 带来的机遇和挑战，可通过大数据表来了解大数 据革命。
• 我们还计划与工业界、大学研究界、非营利性机构与管 理者一起利用大数据所创造的机会。显然，不能单单依靠 政府，需要我们总统所呼吁的“众人拾柴火焰高”这样的 努力。
金融数据、地球数据、交通数据、……
海量查询是共享的保证
• 大数据的查询特点：查询涉及的数据量大，查询请求 多，特别类似电子商务的亚马逊、淘宝，和传统的地 震数据共享模式完全不一样。
• 必须有专用和通用的工具例如：Hadoop（包括hive、 pig等工具）等及类似中科院专为科学数据的查询开发 的平台Voovle
标志大数据的时代到来
面临的挑战
• 地震行业在信息化方面一直走在前列，建 立了在世界上先进的以信息技术为基础的 数字地震观测网络。
• 防震减灾信息化实践，已经使我们意识到 和感觉到大数据时代来临
• 我国防震减灾信息化规划，明确提出地震 数据的战略地位，海量数据的冲击，建设 地震数据体系，数据的永久保存、利用、 挖掘
最小盲区大约20Km,(5S) 7s意味盲区30Km 相当7级以上地震破裂长度和
地下“云图”——
动态地脉动噪声地下成像技术工程
地下雷达——
动态主动震源深部探测工程
龙门山断裂南端精密主动监测试验 走时时间变化
中央大断裂
较长时 间关注 地区
四川龙门山试验取得的部分走时变化
在背景噪声比较低的地区，现行系统可以监视： • 50公里内、时间分辨率为小时的走时变化 • 150公里内、时间分辨率为天的走时变化
一个5.5级地震 800多个观测点
山西地震动态显示系统
2013年6月29日山西忻州地震
四川成都市地震局的仪器烈度图（2010年5月25日 都江堰彭州5.0地震）（洪时中2010） ）
地 震 预 警
秒
级
处
理
台网密度与地震预警能力
第一报极其重要 允许有误差 需要对单台或双台第一报提高 准确率 台网密度非常重要 要求预警台站成本要低 骨干台站的作用是确认地震 预警台站和骨干台站
大数据挖掘和服务
• 数据挖掘，来满足地震高级别的数据分析需求，例如 地震应急、地下结构动态分析处理
• 大数据服务：地震科学研究、地震处数据信息处理、 应用（公众、政府、企业）不仅针对公众还有个性化目的是从发现大数据关联—探寻新的发现
目前日本的仪器烈度速报
2013年12 月14日12 时06分日 本千叶近海 5.5级地震 烈度速报图
• 一些相关的公司已经赞助大数据相关的比赛，并给大学提 供这方面的研究资助。大学里也开始开设一门全新的研究 型课程，培养下一代的“数据科学家”。一些无国界的组 织帮助非营利性机构对公益性服务的数据进行采取、分析 和可视化处理。白宫科技政策办公室将会非常有兴趣支持 建立一个跟大数据相关论坛，包括最新的公私组织之间的 合作。
• 物联网（The Internet of things）
当所有设备和
物体都嵌入各种智 能传感器（温度、 压力、加速度、磁 电、气体、GPS等 等）并且和 Internet互联，人 类所有活动都将纳 入大数据
大数据时代的地震学发展
• 地震学发展历史证明，信息发 展促进地震学发展。
• 根据大数据的特点和地震学的 进展，已经有人提出了地震学 由定量地震学或数字地震学向 应急地震学发展（倪四道）
主要方针
• 加强战略观念的认识，大数据时代必将给防震减灾带 来不可估量的变革。对地震信息化要求的程度要有足 够的准备；
• 明确分析需求和大数据时代的变化，分析地震信息化 大数据形势的复杂度；
• 建立大数据时代地震信息体系新架构战略和战术； • 认识大数据时代地震数据资源体系建设的必要和需求； • 不断地进行跟踪大数据技术和创新，新工具、新软件； • 勇于实践，进行验证。
• 还有人提出实时地震学、信息 地震学等等
大数据时代的 地震观测网络和地震信息化基础设施
• 目前地震预警体系的建设，就预示着地震数据信 息已经开始具有大数据的四个特点；
• 地震信息基础设施的架构必将变革；数十万、上 百万的节点和传感器必将是地震信息基础设施向 网状网，智能网，传感器网、物联网方向发展；
• 出台大数据研发计划是为了回应总统科技顾问委员会 （PCAST）2011年提出的增加美国在大数据研发方面投 入的建议。OSTP还成立了大数据高层指导小组。
地质调查局（USGS）承担了重要任务
USGS的约翰·韦斯利·鲍威尔分析与集成 中心启动了8个新的研究项目，以将地球科学理 论的大数据集转变为科学发现。其中包括突破 地震预报预测研究等。
当前特别关注
大数据的特点与发展
大数据的4个“V”，或者说 特点有四个层面：第一，数 据体量巨大。从TB级别，跃 升到PB级别；第二，数据类 型繁多。囊括防震减灾各个 领域，数字化数据、文件、 视频、图片、地理位置信息 等等。第三，价值重要。连 续不间的数据，其中构成事 件的极为重要。第四，处理速 度快。秒级处理，称为1秒定 律，这一点也是和传统的数 据挖掘技术有着本质的不同。
• 地震的观测、应急、预防生产工作数据体系和地 震数据资源保存共享体系将是大数据时代地震数 据体系的两大支柱。
需要一个适应大数据时代的地震数据 资源中心和基础设施
新一代数据库或数据资源中心。通过它能构建百台级别的 分布式集群来管理PB级别的海量数据。它能极快地导入海量 的数据，并极快地进行相关的查询，它是一个软件和硬件的 集成体系，提供云存储和云计算，保证数据高速实时处理和 挖掘，促进科学的新发现。
推进地震学向实时动态地震 学，向应急地震学发展。
向地球深部进军，揭示地震 发生的过程，发现深部的奥 秘
这就是大数据时代赋予地震 行业的任务。
地震科学是观测的科学，数十亿、数百亿的 传感器以前所未有的密度布置在地球上，将地球 个个圈层和人类活动展现在地球科学家面前，为 地球和地震科学创新和发现带来无限的前景。
物联网把新一代IT技术充分运用在各行各业之中，具体地说，就 是把传感器嵌入和装备到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供 水系统、大坝、油气管道等各种物体中，然后将“物联网”与现有的 互联网整合起来，实现人类社会与物理系统的整合。毫无疑问，如果 “物联网”时代来临，人们的日常生活将发生翻天覆地的变化。
地震复发率及最大震级地震全球统计模型 近期全球发生的一系列地震事件再次证明即使是最好的 地震监测网络也无法实现对有连续历史记录以来的最高 级别地震的预测，这意味着人类预测地震能力之有限。 计划的目标是重新评估发生在所有主要板块边界和板块 内部环境的地震等级、发生频率和震级分布、以及最大 震级，以改进地震预警模型，并使美国的灾害评估建立 在更为强大的全球数据及其分析基础之上。