Quake Hunter程序重現(xiàn)世界百年地震

就死亡人數(shù)和災(zāi)后重建費(fèi)用而言，地震是最具破壞性的自然災(zāi)害之一且?guī)缀醪豢深A(yù)測(cè)。但是，地震學(xué)家和地震學(xué)愛(ài)好者現(xiàn)在可以利用另一種工具更好地了解地殼活動(dòng)。美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）開(kāi)發(fā)了一款開(kāi)源虛擬地球作為科普工具。世界上的多家政府機(jī)構(gòu)、非營(yíng)利組織和商業(yè)實(shí)體都在使用這款虛擬地球。現(xiàn)在，虛擬地球又有了新功能：跟蹤100年內(nèi)的全球地震數(shù)據(jù)，并實(shí)現(xiàn)可視化。

就像WorldWind在2003年推出后又增加的許多新功能一樣，Quake Hunter也并非由NASA工程師創(chuàng)造。NASA的實(shí)習(xí)生開(kāi)發(fā)了這款應(yīng)用程序?！拔覀兛梢砸揽?jī)?yōu)秀的人才”，NASA艾姆斯研究中心WorldWind項(xiàng)目經(jīng)理帕特里克·霍根說(shuō)。他所說(shuō)的“優(yōu)秀的人才”指的是在2016年夏天，通過(guò)NASA的I2項(xiàng)目提名，經(jīng)NASA遴選出的支持WorldWind項(xiàng)目的多名國(guó)際計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)生?！八麄兌际侨珖?guó)最優(yōu)秀的學(xué)生。我們非常幸運(yùn)能夠?qū)⑺麄兙奂谝黄穑С诌@個(gè)意義非凡的項(xiàng)目?！?/p>

▲Quake Hunter程序?qū)?016～2017年1年間內(nèi)西半球地震活動(dòng)的可視化顯示，非常清晰地顯示出了斷層線

NASA的學(xué)習(xí)技術(shù)計(jì)劃最先研發(fā)出了WorldWind。那時(shí)的WorldWind是一個(gè)獨(dú)立的應(yīng)用程序，很像谷歌地球。但它在短短幾年之內(nèi)就超越了谷歌這個(gè)科技巨頭的產(chǎn)品。2004年，WorldWind面世，但該程序需執(zhí)行NASA的開(kāi)源協(xié)議。由于NASA的服務(wù)器無(wú)法處理它產(chǎn)生的所有流量，WorldWind在1年之后被轉(zhuǎn)移到了SourceForge，該應(yīng)用程序在幾天內(nèi)的下載量就達(dá)到了10萬(wàn)次。很多用戶通過(guò)訪問(wèn)源代碼創(chuàng)建了數(shù)百個(gè)附件，使得人們可以探索其他行星和衛(wèi)星、觀看環(huán)法自行車賽、跟蹤疾病的發(fā)作，或是尋找城堡的位置。

2006年，美國(guó)能源部出資開(kāi)發(fā)了基于Java的WorldWind軟件開(kāi)發(fā)工具包。通過(guò)這個(gè)工具包，用戶可以更便捷地利用該軟件來(lái)開(kāi)發(fā)自己的應(yīng)用程序。政府機(jī)構(gòu)搶先購(gòu)買了這個(gè)工具包。目前，美國(guó)聯(lián)邦航空管理局正在用其來(lái)開(kāi)發(fā)下一代空中交通管制系統(tǒng)。聯(lián)合國(guó)用其來(lái)跟蹤蝗蟲(chóng)。國(guó)防部可能是最大的用戶，許多國(guó)防部分支機(jī)構(gòu)和部門都在通過(guò)它來(lái)進(jìn)行運(yùn)營(yíng)管理。歐空局最近在艾姆斯WorldWind團(tuán)隊(duì)中增加了一批軟件開(kāi)發(fā)人員，以進(jìn)一步改進(jìn)WorldWind的網(wǎng)頁(yè)版本。過(guò)去幾年中，很多大公司紛紛投資，有的在工具包的核心功能中增加新功能，有的則是開(kāi)發(fā)基于WorldWind的自用程序。

2016年，霍根正在為實(shí)習(xí)生的WorldWind項(xiàng)目絞盡腦汁。他首先考慮到了地震學(xué)，因?yàn)樗?dāng)時(shí)一直在與阿拉斯加州的高中生合作，使用WorldWind對(duì)地震前地球磁場(chǎng)的局部異常進(jìn)行記錄，并對(duì)其進(jìn)行動(dòng)態(tài)可視化和數(shù)據(jù)存檔，希望能夠預(yù)測(cè)地震。“地震數(shù)據(jù)很多，我想，小伙子們，我們把數(shù)據(jù)利用起來(lái)吧”，他回憶說(shuō)?；舾€得到了美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局（USGS）的支持。地質(zhì)調(diào)查局保存有歷史地震數(shù)據(jù)，這使得地下數(shù)據(jù)在World Wind中成功實(shí)現(xiàn)了可視化。地質(zhì)調(diào)查局對(duì)井、斷層線和含水層等地下特征的測(cè)繪數(shù)據(jù)很感興趣。通過(guò)該功能，地震―測(cè)繪應(yīng)用程序不但可以準(zhǔn)確定位震中，還能找到震源，即地球內(nèi)部發(fā)生斷裂的地方?！拔覀兲剿鞯厍騼?nèi)部，是因?yàn)槲覀冇羞@個(gè)能力，而我們有能力全是憑借USGS”，他說(shuō)。

基于這個(gè)新使用的地球模型，學(xué)生們利用USGS的數(shù)據(jù)重現(xiàn)了20世紀(jì)的每次地震。目前，用戶已經(jīng)可以下載Quake Hunter的網(wǎng)頁(yè)應(yīng)用程序（有源代碼或沒(méi)有源代碼）。用戶可以根據(jù)地理區(qū)域、日期、震級(jí)或深度來(lái)過(guò)濾地震。地震根據(jù)震級(jí)和日期，用不同大小和顏色的點(diǎn)來(lái)表示。用戶從一定角度觀察地球時(shí)，還可以看到震源深度?；舾f(shuō)，盡管他的實(shí)習(xí)生是第一次用JavaScript編寫程序，但他們?nèi)〉昧顺晒Γ@也證明了學(xué)生們的能力和WorldWind的易用性。

在那個(gè)夏季，實(shí)習(xí)生還開(kāi)發(fā)了另外2款基于WorldWind的應(yīng)用程序——SpaceBirds和WorldWeather。前者可以跟蹤地球軌道上約15000顆衛(wèi)星的位置，后者可以利用多個(gè)地球模型，通過(guò)三維立體的方式重現(xiàn)全球過(guò)去和現(xiàn)在的天氣，并可預(yù)報(bào)全球天氣情況。這3款程序均通過(guò)網(wǎng)頁(yè)應(yīng)用程序和源代碼供人們下載使用。

在成功開(kāi)發(fā)Quake Hunter之后，霍根與地質(zhì)調(diào)查局的地球科學(xué)創(chuàng)新中心主任分享了這一成果?；舾貞洠谟^察代表意大利地震的彩色編碼點(diǎn)時(shí)，他注意到模型似乎在向北移動(dòng)，并正確預(yù)測(cè)到了下一次地震的位置。并非所有的地震都是可以這樣預(yù)測(cè)的，但這次預(yù)測(cè)證明地球地震史的可視化具有一定價(jià)值?！皼](méi)有人能夠這樣快速獲取數(shù)據(jù)”，霍根說(shuō)。他強(qiáng)調(diào)，盡管數(shù)據(jù)是公開(kāi)的，但查看電子表格中的數(shù)字和坐標(biāo)與查看實(shí)際的資料圖像完全不同。

于是，模型又應(yīng)運(yùn)而生。通過(guò)長(zhǎng)期觀察小范圍內(nèi)的地震深度，可以得出斷層線的特性?；舾赋觯紤]在加利福尼亞等地區(qū)買房的用戶可以看到該地區(qū)的活躍程度，或判斷是否會(huì)發(fā)生地震。對(duì)于研究地質(zhì)和地震數(shù)據(jù)的人而言，他說(shuō)：“這是一個(gè)特別的科學(xué)之窗。它不僅有助于我們了解地球的發(fā)展進(jìn)程，還有助于我們找到需要給予關(guān)注的區(qū)域?！?/p>

▲通過(guò)另一款基于WorldWind開(kāi)發(fā)的應(yīng)用程序SpaceBirds，獲得了太空中所有衛(wèi)星圖像顯示情況，其中，地球同步軌道上環(huán)形線密集，但地表上方近地軌道上的衛(wèi)星密度更大。衛(wèi)星圖像實(shí)時(shí)移動(dòng)，我們還可以用該程序跟蹤衛(wèi)星軌道

SpaceBirds從國(guó)防部的SpaceTrack服務(wù)器中提取衛(wèi)星位置數(shù)據(jù)并將其可視化?；舾f(shuō)：“我認(rèn)為這對(duì)NASA而言，是件很自然的事情?！彼榻B，為了開(kāi)發(fā)WorldWeather應(yīng)用程序，團(tuán)隊(duì)成員從可以找到的所有公開(kāi)可用的天氣服務(wù)器中提取相關(guān)數(shù)據(jù)。通過(guò)該程序，用戶可以對(duì)任何數(shù)量的數(shù)據(jù)層進(jìn)行可視化處理，或并排放置2個(gè)、3個(gè)或4個(gè)地球模型，以研究不同天氣因素的相關(guān)性，以及土壤濕度或植被分類等地面數(shù)據(jù)?！笆裁词虑楸葰夂蜃兓吞鞖飧腥?？”霍根問(wèn)道。他說(shuō)，答案之一就是幫助農(nóng)民制定澆灌計(jì)劃，并確定他們將面臨什么樣的天氣?！岸@只需將這些數(shù)據(jù)的所有免費(fèi)公共資源集成到一個(gè)程序中?！?/p>

一些實(shí)習(xí)生還獲得資金，以繼續(xù)開(kāi)發(fā)CitySmart應(yīng)用程序。這套基于WorldWind的城市管理工具很快就會(huì)面世。目前，項(xiàng)目仍處于開(kāi)發(fā)階段。就像Quake Hunter能夠精確定位地下的地震源，作為項(xiàng)目合伙人之一的俄勒岡州斯普林菲爾德市要求團(tuán)隊(duì)測(cè)繪其地下基礎(chǔ)設(shè)施?！叭绻覀冇虚_(kāi)源程序，就可以讓世界各地的城市相互合作，那該多好，”他補(bǔ)充道，“我們正在為尋求全人類的福祉而奮斗。”