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習近平總書記在視察唐山時的重要講話:我國是世界上自然災害最為嚴重的國家之一,災害種類多,分布地域廣,發生頻率高,造成損失重,這是一個基本國情。新中國成立以來特別是改革開放以來,我們不斷探索,確立了以防為主、防抗救相結合的工作方針,國家綜合防災減災救災能力得到全面提升。要總結經驗,進一步增強憂患意識、責任意識,堅持以防為主、防抗救相結合,堅持常態減災和非常態救災相統一,努力實現從注重災后救助向注重災前預防轉變,從應對單一災種向綜合減災轉變,從減少災害損失向減輕災害風險轉變,全面提升全社會抵御自然災害的綜合防范能力。防災減災救災事關人民生命財產安全,事關社會和諧穩定,是衡量執政黨領導力、檢驗政府執行力、評判國家動員力、體現民族凝聚力的一個重要方面。當前和今后一個時期,要著力從加強組織領導、健全體制、完善法律法規、推進重大防災減災工程建設、加強災害監測預警和風險防范能力建設、提高城市建筑和基礎設施抗災能力、提高農村住房設防水平和抗災能力、加大災害管理培訓力度、建立防災減災救災宣傳教育長效機制、引導社會力量有序參與等方面進行努力。

本所專家原創科普

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地震科研助手 讓地震人擁有翱翔的翅膀

  
  導言
:“如果,給你5天的時間,傻瓜式的移動鼠標,就給從事繁瑣的流程化勞動的專業人士創造出一個“機器人”,幫助你去操控與組合各種軟件完成開發,這樣的開發場景.......!如果,作為一位地震行業的科研工作者,收到地震短信后,來到震情會商室,坐下后,手機上微信鈴聲響起,一份專業的震情分析報告已經呈現在您的眼前,這樣的工作場景.......!自動化讓工作變得簡單,智能化讓研究變得輕松,科研工作者可用很少的時間從事更為高級的科技創新與開發,豈不美哉!現在,在地震行業,這些可能都不再是夢想.......”

 

  一、我們的動機

  ——人工智能和互聯網+給地震人帶來了解決瓶頸問題的新機遇

  隨著經濟社會快速發展,最近十年來地震科技已經步入“數據密集型科技”時代,數據呈指數級增加的同時也對地震科研人員提出新的要求?!翱蒲懈諾卣鹋?,地震一來從晚忙到早”,或許已經成為了眾多地震科研工作者們生活的真實寫照。

  時代的發展提示我們,如果不改變現有的地震信息處理模式,將越來越難滿足地震監測預報的業務需求。一方面信息化已全面滲透并正在深刻影響著地震監測預報的發展理念、發展方式,影響著地震監測預報業務的服務結構、服務模式和地震監測預報管理的工作方式;另外一方面,近些年來并行計算、人工智能、GPU技術的長足進步,直接推動了自然語言處理(NLP)、大規模人工神經網絡計算等智能化算法的發展,可以實現高效、自動處理信息數據。因此面向“十三五”,依托信息化建設,吸收大規模人工神經網絡計算等先進技術,建立現代化與智能化地震會商技術系統,既是解決現有問題的需要,也是發揮現代科技優勢,提高地震預測預報服務能力的關鍵所在。

  監測預報是地震部門的核心業務,是防震減災工作的重要基礎。地震預測科技需要發展新思路、邁出新步伐。按照中國地震局監測預報司《關于推進地震預報員制度建立等重點工作的通知》(中震測函〔2017〕7號)要求,由地球所牽頭負責推進地震分析預報會商技術系統建設工作,組織編寫會商技術系統整體設計方案。而地震科研助手作為地震會商技術系統的先導軟件,在2017年初應運而生,核心構成如圖1所示。


圖1 地震會商技術系統核心構成

  
  在設計之初,我們選擇錢學森提出的“綜合集成研討廳”系統科學理論為基礎,嘗試通過現代化的信息技術來構建一套新型交互式會商技術系統,
搭建一套從定性的知識到定量的模型之間相互溝通的橋梁。依托該系統,可以完成對地震定性知識經過分析轉化成定量的模型,而定量的模型在專家們的思維下,又轉換成定性的知識,彼此相互促進,實現對認識震情發生規律機理的循環反復同時螺旋上升的過程。

  地震會商技術系統核心內容包括:人機接口、流程體系和云平臺三部分。通過梳理各級會商體系的業務需求,采用開放式、可視化方法建立??榛嶸塘鞒燙逑?/strong>,在設計階段分離業務技術實現與IT技術實現。實現預報人員深度參與會商系統開發過程,做到能用、能建、能改。計劃通過5-10年的迭代式開發,實現現有四大類八小類會商體系的全部業務需求,并在此基礎上形成智能流程調度,實現專家的“心智”與計算機的“智能”完美結合,實現支撐數據-信息-知識-智慧的全鏈條服務能力,更好地解決地震會商業務需求。

 

Questions

  a地震科研助手是什么?

  地震科研助手是基于大數據和AI方式的智能化平臺,現階段基于“微信”接口提供服務,掃碼關注即可??梢允迪摯繚絞菰?、異構類型的數據訪問、自動化數據處理、分析和報告生成,以及基于自然語義的意圖識別等功能,全面輔助科學研究,提高團隊工作效率和智能化水平,7×24小時服務科研工作者。

  b為什么要做這個助手?

  地震科研助手是未來搭建地震會商技術系統的先導嘗試,也是為地震科研和相關技術人員去構建地震會商技術系統的“實驗場”。通過這個開放的助手平臺,開發者們可以不斷優化業務需求、打磨軟件實現,為日后形成業務能力做好技術儲備。

  c助手如何工作?

  地震科研助手的人機接口部分現階段通過“微信”企業號來提供服務,企業號與公眾號不同之處在于,前者需要審核認證,后臺來控制用戶權限,既避免了輸入密碼的繁瑣也保障了信息的安全。現階段任何對地震科研有興趣的人都可以通過關于“微信插件”和“企業微信”來使用該服務,不需要安裝任何第三方APP。而助手的后臺運行在云平臺之上,通過開發者們精心設計的各種業務流程,每天自動化運行、智能化為用戶提供滿足不同人員專業需求的地震信息服務。

 

  
  
二、樂高式開發
讓夢想變為現實

  ——創造自己的機器人助手,讓業務運行簡單省力、地震人放飛自我

  如果將地震預報業務定義為一種典型的科研型業務,那么地震會商技術系統就是服務于科研型業務的專有工具。對科研型業務的軟件框架設計要考慮需求不斷變更時如何去適應新需求,因此,在軟件框架設計上就要盡可能靈活。如果暫時先拋開具體業務內容,從業務處理流程上看,科研型業務一般可以分為收集數據、處理數據和可視化數據三個步驟。如果把這些步驟都拆解為各種IT組件,再由業務人員來根據業務流程來搭建起一個個具體應用。具體的編碼預先都封裝到每一個IT組件之中,那么即可以實現無代碼編程,這不但可以降低對業務人員的程序設計要求,而且可以激發每人心中的創造性夢想,這個過程如圖2所示,類似于樂高玩具的組裝過程。我們相信即便是對于同一項業務需求,不同人會給出不同的實現方式,每人心中都會有自己的樂高夢想,而我們的開發工具就是幫助你實現這種夢想的途徑。


圖2 樂高式開發與業務流程實現


  2017年年初至今,我們的團隊已經舉行了7次不同級別的培訓和集中工作(圖3)。1月13-17日,地球所:原型系統開發;2017年2月23-27日,西安站:開發式培訓;3月12-16日,北京站:小G應用上線;4月17-21日,廣東陽江站:測震學科需求開發;6月17-21日,沈陽站:5大應用上線;6月13-19日,北京站:集中調試;8月27-30日,崇州:四川集中培訓。


圖3 調研、開發與培訓

  這半年多來,我們將這種新的開發理念和方法在系統內進行傳播,先后培養開發人員上百人,遼寧局、安徽局、山西局、甘肅局、四川局、內蒙局都成立了地震會商技術創新團隊,一大批年輕人已經利用這一創新型技術實現了日常業務的自動化處理。在一定程度上,地震預報人員獲取信息不再受空間、時間的限制,通過可視化的業務流程將分散的數據有組織地收集起來,并通過研發的數據處理流程,產出相應的圖表、報告,將為預報員提供震情發展的定量化決策參考。據初步測算,這一方式大約可為科研人員在資料收集、數據處理、動手作圖、撰寫報告等節省60%的時間,科研人員利用這一時間增加了研究問題與創新的精力。

 

Questions:

  a要開發需要什么準備?

  如果看到這里你開始有興趣或者在日常業務中也有自動化方面的需求,那么你可以要考慮參加會商技術系統研發工作,成為一名樂高式開發者。如果要問需要準備什么,我想首先準備一臺電腦,其他的不需要了,只要您有自如使用Office軟件的計算機水平,那就足夠操作這個開發工具了。

  b如何成為樂高的玩家?

  需要隨時關注我們的培訓通知,及時聯系我們,加入我們的開發群,歡迎您成為開發者,為會商系統構建貢獻自己的一份力量,下面幾個圖標記住了,左邊是地震科研助手的標志;中間是“小G”虛擬助手;右邊二維碼就是“地震科研助手”的入口,不開發也歡迎來體驗。

  
  

  
三、輕松軟件互聯
解放你的思想

  ——互聯網、物聯網、ITDT,你變得更忙了還是更輕松呢

  當今時代不知道大家有沒有一種感覺,每天起來需要學習的東西太多,新數據、新概念、新方法不斷涌現。在享受信息化給我們生活帶來便利的同時,毋庸質疑我們也已經深深地被各種無形的數據與工具所包圍。數據獲取方式方法正在飛速變革,大數據時代已經在我們身邊。移動互聯網正改變人們的生活方式,而新時代的科學研究者需要什么工具?在地學領域,各種專業工具空前繁盛,我們熟知的Github等一系列開源網站,可以滿足你絕大部分的探索與學習欲望。學習、學習與學習,你要學得東西太多,新概念、知識與工具出現的速度總是比你學習的速度更快。

  結合我自己多年來的科研與工作經歷,在享受創新靈感迸發出來的喜悅與科研成果發表的收獲之外,更多的時候自己仿佛更像是一個操作軟件的機器。下載數據、整理數據、運行程序、提交任務、等待…等待、再下載數據,打開軟件繪圖、導出保存、插入到Word/Powerpoint,匯報。常規的業務工作周而復始,自己依然變成科研流水線的工人,將大量的經歷耗費在流水線上。

  有人說:計算機的出現不是解放人類,而是讓我們更加辛苦。是的,這是過去,而隨著時代的發展,現在不同了,人們開始了讓數據工作。我們的會商系統就是未來典型的數據工作與數據決策“智能機器人”。
  
我們研發的地震會商技術系統,在開發模式方面主要是通過構建一套自動化高級語言,來打造統一的平臺系統開發標準,實現軟件之間互聯與集成,互聯機制如圖4所示。在實踐過程中,我們采用“敏捷式”開發理念,去力圖快速實現當前業務,并適應斷的需求變更。


圖4 地震會商技術的軟件互聯機制


  半年多的實踐過程中,我們總結了“五天式”開發模式,通過集中工作,快速解決現有業務需求。通過熟練開發人員與初級開發人員的“一對一”對接來培養新人。當前已經初步實現了一套可以在服務端運行,結果推送到任意移動終端的軟件基礎框架,并遵循以下原則:業務與IT技術分離,打通數據管道,自動化數據獲取與異常跟蹤,智能化查詢和應用。其核心目標可以概括為全面的自動化。下圖是系統內一些開發者們參與培訓和開發過程中的一些反?。?/span>

Questions:

  a軟件之間的互聯機制是什么?

  軟件之間的互聯機制是流程(DMS),通過組合各種功能節點,可以實現數據調取、清洗、推送給軟件計算、回收結果、生成圖表、報告等一系列操作,進而實現軟件之間的互聯。

  b驅動軟件運行的機制有哪幾種?

  現有三種方式可以調用流程來驅動軟件運行,分別為:請求式、定時式和觸發式。流程開發好后,用戶可以上傳流程到服務器,通過參數設置和接口配置,即可實現上述功能。

 

  
  
四、站在云端
才能遠望

  ——云平臺時代的機遇與挑戰

  啥叫“云”,也許大多數人可能不是很理解,但至少聽說過。以前我們開發需要使用自己的計算機,程序弄好了可以放到服務器。但程序越來越多、需求越來越多,自己計算機和服務器就不夠了,這時候有人想如果能放到別人機群上就好了,但是管理機群也麻煩。這時隨著虛擬化技術的進步,實現了安裝操作系統就像安裝軟件一樣,云概念也就應運而生,其實可以將云平臺理解為一種高級版本的虛擬主機。那將自己程序放到云端運行有啥好處,兩個字“省事”。

  按照防震減災十三五信息化規劃要求,需要初步實現我國防震減災信息化建設的數據資源化、應用云端化、服務智能化總體目標。在我們的系統設計中,云平臺資源是支撐流程運行、提供計算等服務的載體。云平臺計算能力的大小直接與人機結合的程度有關。高性能的云平臺計算資源可以實現更加快速的模型計算和更加定量化震情分析能力。云平臺資源應具備業務調度及負載均衡能力,根據業務等級和類別來決定系統計算能力的分配問題。經過認證的流程,可以部署到云平臺運行,為已授權用戶提供服務。

  與云平臺對接的設計是在微信中前端提供交互式的人機接口,通過可視化流程設計技術不斷提高業務人員設計效率,擴充流程數量形成方法與技術體系;云平臺資源將直接決定后期用戶體驗,而其運行狀態可以實時在線監控,如圖5所示。


圖5 地震會商技術系統云端運行監控系統

  根據監控系統,我們認證的系統內用戶數量已經超過600人。每日根據后臺記錄,我們可以統計在線用戶數量,使用應用類型、地點、時間等情況,下圖是8月8日九寨溝7.0地震前后24小時的用戶進入應用次數。


Questions:

  a云平臺在哪里?

  現階段二測災備中心已經為 “地震科研助手”的運行提供了30臺高性能虛擬主機的支持。

  b怎么申請云平臺資源?

  任何系統內的業務人員都可以加入我們的開發者隊伍,成為會商技術平臺及相關業務的構建者,符合我們的開發技術要求,即可以申請云平臺資源。

 

  
  
五、未來的夢想(中國夢,地震預報夢

  ——夢想還是要有的,萬一要實現了呢?

  依據中國地震局業務體制改革總體方案要求,針對地震預測預報業務頂層設計,需要進一步強化預報、科研、觀測、服務的互動。采用“大數據”和“人工智能”技術,來研發地震分析會商技術系統。我們深信:全新的地震會商技術系統將改變未來預報員的工作方式,或者說會商技術系統實現的計算機協同技術將產生一種新的工作理念與新的人機協同工作模式,最終形成新的地震預報科研生態系統。



圖6 系統開發規劃關鍵指標與時間進程

  
  地震會商技術系統的建設與發展在不同時期,需要融合不同的技術手段,但核心永遠是服務于地震會商業務發展。我們的設想分為三期:

  在建設與發展初期,通過技術培訓方法,培養系統內既懂業務又有開發熱情的青年骨干分析預報人員參與建設。通過培養“開發者”模式,建立一套可以用于分享開發經驗的開發者社區系統,并建立一套具備可以分享業務流程實現方法的“流程商店”系統。這一階段的核心目標是建立開發者團隊,打通各種數據流通道,實現數據獲取的自動化,讓數據到信息的轉化更加快速、便捷,對于優秀的開發者應給予一定的項目資助,讓其有動力推進科研型成果到實用化技術的快速孵化。

  在建設與發展中期,注重引入各學科經過認證的成熟模型方法到平臺系統,開發基于多種觀測資料的數據同化處理技術,加強相關領域最新成果引進吸收,邀請相關領域專家學者深度參與震情會商,同時強化分析會商技術方法的嚴格檢驗,既重視回顧性檢驗、更重視前瞻性檢驗,努力提升預測預報業務水平和綜合能力。讓模型方法的應用,對于分析預報人員在使用上零成本,讓人類的“性智”與計算機的“高性能”實現有機結合,利用該平臺系統可以快速驗證各種定性分析思路,通過改進模型參數又可以快速測試新想法、提高分析預報人員對震情的認識水平。

  在建設與發展后期,形成覆蓋各級會商業務和學科之間的“流程體系”,開發者團隊快速處理各種業務邏輯變更和承擔系統運維任務,建設重點是全面引入“大數據”和“人工智能”技術,通過語義識別和意圖分析方法,來匹配用戶需求和流程應用,實現具備交互式能力的自動化向智能化平臺系統的轉變,全面實現人機結合以人為主的發展目標,讓會商技術系統成為預報人員的智能助手。

  地震分析預報會商技術系統規劃,核心目標是實現地震預報的數字化、信息化、智能化與智慧決策。結合現階段的發展,建議分為三步走:第一步完成地震預報數據治理,形成完整的數據體系;第二步構建智慧地震分析預報會商技術系統,完成地震會商技術平臺研發、打造地震會商技術系統開發新模式;第三步實現地震科學預報的智慧決策,實現人機結合,服務于預報業務和科研人員的嘗試。主要技術是地震會商技術、方法、模型與人工智能、大數據分析技術有機結合。

  
  當然上面還有很多目標現在看來還只是夢想,能走多遠我們并不知道,但是誰沒有夢想呢,我們相信有夢想就有希望。

 



中國地震局地球物理研究所 陳石 研究員
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發布時間:2017年09月19日