یادگیری ماشین و پیش بینی خطر زلزله

فرادید| خانه‌ها و بنا‌ها فقط به اندازه زمین زیر آن‌ها محکم هستند. وقتی زمین جامدِ زیر آن‌ها به مایع تبدیل شود - همانطور که گاهی در هنگام زلزله اتفاق می‌افتد - می‌تواند ساختمان‌ها و پل‌ها را سرنگون کند.

به گزارش فرادید؛ این پدیده به مایع سازی معروف است و این یکی از اصلی‌ترین ویژگی‌های زلزله سال ۲۰۱۱ در کریستچرچ نیوزیلند بود؛ زمین لرزه‌ای به بزرگی ۶.۳ ریشتر که منجر به کشته شدن ۱۸۵ نفر و ویرانی هزاران خانه شد.

وجه مثبت زلزله کریستچرچ این بود که یکی از مستندترین زلزله‌ها در تاریخ است. از آنجا که نیوزیلند از نظر لرزه‌ای فعال است، این شهر با سنسور‌های بی شماری برای نظارت بر زمین لرزه‌ها مجهز شده است. شناسایی پس از رویداد، اطلاعات زیادی در مورد نحوه پاسخگویی خاک در سطح این شهر فراهم کرده است.

ماریا جیووانا دورانته، محقق لرزه نگاری می‌گوید: "این مقدار زیادی داده برای حوزه ما است. اگر هزاران نقطه داده داشته باشیم، شاید بتوانیم روندی پیدا کنیم. "

دورانته با الن راتجه، مهندس دانشگاه تگزاس در آستین و محقق اصلی در پروزه‌ی DesignSafe که توسط بنیاد ملی علوم ایالات متحده تأمین می‌شود، همکاری می‌کند که از تحقیقات در سراسر جامعه مخاطرات طبیعی پشتیبانی می‌کند.

تحقیقات مهندس راتجه در مورد روانگرایی وی را وادار به مطالعه واقعه‌ی کریستچرچ کرد. او در حال انجام تحقیق بر روی روش‌هایی بود که بتواند یادگیری ماشینی را در تحقیقات خود بگنجاند و به نظر می‌رسد که این مورد برای شروع خوب است.

محققان یک مدل یادگیری ماشینی را ایجاد کردند که میزان حرکت جانبی را که هنگام زلزله کریستچرچ باعث از بین رفتن مقاومت و جابجایی خاک نسبت به محیط اطراف شد، پیش بینی کرد. نتایج این مطالعه در Earthquake Spectra منتشر شده است.

دورانته می‌گوید: "این یکی از اولین مطالعات یادگیری ماشین در زمینه مهندسی ژئوتکنیک ما است. "

به گفته جوی پاوشکه، مدیر برنامه در اداره مهندسی NSF، این الگوی جدید به اشتراک گذاری داده‌ها و همکاری در DesignSafe امری اساسی است و به پیشرفت سریعتر زمینه کمک می‌کند.

پاوشکه گفت: "محققان شروع به استفاده از روش‌های هوش مصنوعی با داده‌های تحقیق درباره خطرات طبیعی و نتایج هیجان انگیز می‌کنند. افزودن ابزار‌های یادگیری ماشین به داده‌ها و سایر منابع DesignSafe به بینش جدیدی منجر می‌شود و به پیشرفت‌هایی که می‌توانند انعطاف پذیری در برابر بلایا را بهبود ببخشند، کمک می‌کند. "

محققان از ابر رایانه Frontera در مرکز محاسبات پیشرفته تگزاس، که یکی از سریعترین ابر رایانه‌ها در جهان است، برای آموزش و آزمایش مدل استفاده کردند. TACC یک شریک اصلی در پروژه DesignSafe است، که منابع محاسباتی، نرم افزار و ذخیره سازی را برای جامعه مهندسی خطرات طبیعی فراهم می‌کند.



زمین لرزه بزرگ کریستچرچ، نیوزیلند، سه شنبه ۲۲ فوریه ۲۰۱۱ ساعت ۱۲:۵۱ ظهر رخ داد. ابن زمین لرزه به بزرگی ۶.۳ ریشتر منطقه کانتربری در جزیره جنوبی را لرزاند، مرکز آن ۶.۷ کیلومتری جنوب شرقی مرکز کریستچرچ، دومین شهر پرجمعیت کشور بود. این زمین لرزه، پنجمین فاجعه مرگبار نیوزلند بود، خسارات گسترده‌ای در سراسر کریستچرچ ایجاد کرد و ۱۸۵ نفر کشته بر جای گذاشت.

شهر مرکزی کریستچرچ و حومه شرقی آن تحت تأثیر زمین لرزه ۷.۱ ریشتری کانتربری در ۴ سپتامبر ۲۰۱۰ قرار گرفت و پس لرزه‌های آن، آسیب دیدگی زیادی به ساختمان‌ها و زیرساخت‌های شهر وارد کرده بود. مایعات درون زمینی قابل توجهی حومه شرقی را تحت تأثیر قرار دادند و چیزی حدود ۴۰۰ هزار تُن گل و لای به سطح آمد. این زمین لرزه در سراسر جزیره جنوبی و قسمت‌هایی از جزیره شمالی پایین و مرکزی احساس شد.

علاوه بر همه خسارات دیگر، به دلیل این زلزله، روانگرایی خاک و جاری شدن سیلاب روی سطح در منطقه رخ داد، به شکلی که از ترک‌های آسفالت جاده‌ها هم، مایعات بیرون می‌آمد.


منبع: NSF