人工知能は火山の監視に適しています

ヘルムホルツセンターポツダムGFZドイツ地球科学研究センター

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地球の活火山の半分以上が機器で監視されていません。 たとえば、少なくとも理論的にはアラームをトリガーせずに人々に警告する可能性のあるアウトブレイクが発生する可能性があります。 ベルリン工科大学とポツダムのGFZドイツ地球科学研究センターの研究者は、さまざまな測定データをまとめ、「機械学習」などを使用して衛星画像を分析するMOUNTS火山監視プラットフォームを作成しました。

地球の活火山の半分以上が機器で監視されていません。 たとえば、少なくとも理論的にはアラームをトリガーせずに人々に警告する可能性のあるアウトブレイクが発生する可能性があります。 火山警告システムへの道の最初の、そしてまだ初期の段階で、ベルリン工科大学(TU Berlin)のSébastienValadeとGFZポツダム地球科学研究センターの主導する研究プロジェクトで、新しい火山監視プラットフォームが開発されました。 「人工知能」を使用して分析。 最近のイベントをテストすることで、Valadeと彼の同僚は、MONUNTS(宇宙からの暴動の監視)プラットフォームが完全な火山監視のために複数のデータセットを異なるタイプのデータと組み合わせることができることを実証しました。 チームの結果は、ジャーナルRemote Sensingに掲載されました。

世界中の1500の活火山のうち、毎年最大85の火山が発生しています。 体積計装の維持にはコストと不確実性があるため、活火山の半分未満が地上センサーで監視され、さらに少ないものは十分に制御されていると見なされます。 休眠中または絶滅したと考えられる火山は、通常、器械的に観測されません。 しかし、2008年にチリのChaitén火山で起こったように、8, 000年の非活動の後に目覚めたように、それらは予想外に大量に噴火する可能性があります。

噴火はしばしば前駆信号を伴う

衛星は、地上ベースの監視が制限されているか、存在しない場合に重要なデータを提供できます。 宇宙からの継続的な長期観測は、地質学的不安の兆候をよりよく認識するための鍵です。 噴火には、常にではありませんが、多くの場合、数時間から数年かかる前兆信号が伴います。 これらの信号には、地震挙動の変化、土壌の変形、ガス放出、温度上昇、またはそれらの組み合わせが含まれる場合があります。

「地震活動を除き、これらの現象はすべて、電磁スペクトルの異なる波長を使用して宇宙から監視することができます」と、MOUNTSプロジェクトの責任者であるセバスチャンバラードは言います。 2010年にベルリンとポツダムで設立された地球科学の研究ネットワークであるGEO.Xが資金を提供しており、ベルリン工科大学とGFZで実施されています。 「MOUNTS監視システムでは、さまざまな衛星センサーを使用して火山の変化を検出および測定します」とValade氏は付け加えます。 「また、GFZのグローバルGEOFONネットワークの地震データと米国地質調査所のUSGSデータも含めました。」

プロジェクトの一部は、「人工知能」(AI)をデータ分析プロセスに正常に統合できるかどうかをテストすることでした。 AIアルゴリズムは、主にベルリン工科大学のAndreas Leyによって開発されました。 大変形イベントの自動検出のために、彼はいわゆる人工ニューラルネットワークを使用しました。 研究者は、実際の衛星画像をモデルにしたコンピューター生成画像を使用して、彼らを訓練しました。 この多数の合成例から、ソフトウェアは、以前は未知だった実際の衛星データでより大きな変形イベントを検出することを学びました。 データサイエンスのこの分野は、「機械学習」と呼ばれます。

「機械学習をシステムに統合する方法を知ることは、私たちにとって重要な「テストバルーン」でした」とレイは言います。 「現時点では、当社の変形検出器は1つのタスクのみを解決します。 私たちのビジョンは、さまざまなタスクのためにいくつかのAIツールを統合することです。 これらのツールは通常、大量のデータを学習することから恩恵を受けるため、システムがグローバルに収集するすべてのデータから継続的に学習することが望まれます。

MOUNTSは世界中の17の火山を監視しています

S bastienValadeと彼の共著者が直面した主な課題は、大量のデータとソフトウェア開発の問題を処理することでした。 「しかし、これらの問題は解決できます」とValade氏は言います。 AIとリモートセンシングやEarthboundセンサーなどの複数のソースからのデータを使用した自動監視システムは、それほど遠くない将来に人々にタイムリーで信頼性の高い警告を出すのに役立つと信じています。

現在MOUNTS監視プラットフォームによって提供されている分析により、世界中のさまざまな気候および火山環境におけるさまざまなプロセスの包括的な理解が可能になります。地表下のマグマの広がり 噴火中の火山性物質の分布から、影響を受ける地域の形態変化、大気へのガスの放出まで。 研究者は、2018年のインドネシアでのクラカトアの発生や、ハワイとグアテマラでの発生など、最近のイベントについてMOUNTSのテストに成功しました。

このシステムは現在、メキシコのポポキャトル、イタリアのトナを含む17の火山を世界中で監視しています。 プラットフォームのウェブサイトはインターネット上で自由にアクセスでき、グローバルなカバレッジとデータへの無料アクセスのおかげで新しいデータを簡単に統合できるように設計されています。 (リモートセンシング; doi:10.3390 / rs11131528)

出典:Helmholtz Center Potsdam GFZドイツ地球科学研究センター

-ケイ・サンダース