Российские исследователи разработали нейросеть, которая обрабатывает данные с сейсмических датчиков и на их основе формирует карту подземных структур. Новый алгоритм обеспечивает более высокую точность и скорость работы, чем существующие аналоги. Данная технология может применяться для оценки рисков при строительных работах в сейсмоопасных регионах. Так, например, она актуальна для Дальнего Востока, где в конце июля произошло самое мощное землетрясение за последние семь десятилетий. По мнению специалистов, такой анализ обязателен для любых зданий, особенно в районах с геологическими разломами, где он должен быть проведен максимально тщательно. Использование подобных решений помогает предотвратить катастрофы и сэкономить средства инвесторов проектов.

Команда МФТИ создала алгоритм с использованием искусственного интеллекта, который обрабатывает данные глубинных исследований и самостоятельно формирует детализированные карты подземных структур. Эта система способствует точному определению сейсмических рисков при возведении объектов в регионах с непростой геологией и повышенной вероятностью землетрясений. Методика может быть востребована на Кавказе, Дальнем Востоке, а также в северных территориях для отслеживания состояния вечной мерзлоты.

— Алгоритм получает на входе отклик от сейсмической среды, который фиксируется в полевых условиях с помощью различных сенсоров. В итоге программа выдаёт описания среды по различным параметрам. Благодаря этому можно определить границы геологических слоев, выявить неоднородности и определить участки, где фундамент здания будет устойчив к деформациям породы, — пояснил «Известиям» аспирант и ассистент кафедры информатики и вычислительной математики МФТИ Андрей Станкевич.

Для того чтобы «заглянуть» в глубины Земли, ученые применяют принципы, схожие с эхолокацией: упругие колебания направляются на десятки километров вниз. Отражения волн от различных горных пород создают карту подземных структур. В подобной работе широко используются диффузионные модели — математический инструмент, применяемый в нейросетях. Однако для получения четкой картины недр требуется сотни или тысячи обращений к ИИ, отметили в МФТИ.

Ученые предложили методику, основанную на уравнении диффузии, которая уменьшает количество необходимых вычислений в несколько раз — достаточно 50–100 вызовов при сохранении качества, что значительно ускоряет процесс. Повышение скорости выполнения расчетов важно для создания подземных карт высокого разрешения, требующих сложных вычислительных операций.

— Представьте, что вы смотрите на подземные структуры через запотевшее стекло и шаг за шагом стираете туман, открывая ясный вид на то, что скрыто под землей. Наша система работает так же: на входе — размытая модель и сырые данные сейсмических волн. Нейросеть постепенно уточняет карту, добавляя детали, в итоге формируя детальную карту, отражающую реальную геологическую структуру, — отметил Андрей Станкевич.

Разработанная технология уже проверена на больших объемах компьютерно сгенерированных данных. Она формирует карты более точно, чем предыдущие варианты диффузионных моделей и работает в 10–20 раз быстрее, при этом сохраняя тонкие геологические особенности. Использование алгоритма также возможно при разведке месторождений полезных ископаемых.

Как отметил младший научный сотрудник Геологического института РАН Григорий Агранов, анализ сейсмической опасности территории должен обязательно проводиться перед любым строительством, особенно в зонах с высокой сейсмической активностью.

— Эти исследования необходимы для возведения любых сооружений. Инженерно-геологические изыскания важны даже при строительстве дачи — учитываются подземные воды и подвижные пески. В сейсмически опасных регионах критично учитывать расположение разломов. Также в зонах вечной мерзлоты возможны опасные последствия. Все это особенно важно в сложных карстовых и сейсмоактивных районах, — рассказал он «Известиям».

В настоящее время нейросети часто используют в подобных задачах, поэтому улучшенное программное обеспечение будет востребовано для геолого-инженерных изысканий, добавил эксперт.

Разработка специалистов МФТИ теоретически способна обеспечить предсказуемость затрат для инвесторов, уменьшить сроки проектов и понизить вероятность аварий за счет более точного планирования, считает управляющая партнер Trophy Assets Наталья Круглова.

— На сегодняшний день в сейсмически активных регионах проектирование проводится по традиционной схеме: бурение, измерения, сейсморазведка, после чего недели тратятся на расчеты и создание моделей вручную или с применением базового программного обеспечения. Этот способ медленен и плохо масштабируется на крупные инфраструктурные объекты. Показатели, заявленные специалистами МФТИ, находятся в пределах достижимого. Например, согласно исследованию Hiroshima University, AI-система способна формировать карту территории на основе сейсмических данных за 10–60 минут, что сопоставимо с заявленными российским разработчиками задачами по ускорению процесса, — сообщила Наталья Круглова.

Однако, при таких расчетах ключевым является исключение ошибок, так как они способны вызвать серьезные последствия. Для этого требуется система контроля и верификации — постоянная проверка данных, адаптация алгоритмов под разные геологические условия, а также наличие резервных процедур для принятия решений. Эксперт уверена, что такие технологии должны регламентироваться и закрепляться на государственном уровне.

Одним из наиболее сейсмоопасных регионов России считается Дальний Восток. 30 июля там произошло сильнейшее за последние 70 лет землетрясение магнитудой 8,8. Как ранее информировали «Известия», по расчетам сейсмологов, при этом событии сейсмическая энергия в коре не была исчерпана полностью, и поэтому новые толчки могут повториться в течение нескольких месяцев. Последний толчок магнитудой 5 произошёл 10 августа в 158 километрах от Петропавловска-Камчатского.

Местные власти внимательно отслеживают сейсмическую обстановку: в Сахалинской области для прогнозирования землетрясений и цунами взаимодействуют с профильными организациями, включая Российскую академию наук. В регионе уже функционирует система оповещения населения о чрезвычайных ситуациях, сообщили в правительстве области.