Cuando Corea del Norte realizó su reciente prueba de armas nucleares, la explosión fue detectada por una red global de detección sísmica operada por la Comisión Preparatoria de la Organización del Tratado de Prohibición Completa de Pruebas Nucleares CTBTO. La red, llamada Sistema Internacional de Monitoreo, tiene como objetivo "asegurarse de que no se detecte una explosión nuclear". El software diseñado en parte por un informático de la Universidad de Brown está ayudando a hacer precisamente eso.
La prueba más reciente de Corea del Norte no fue terriblemente difícil de detectar. Fue una explosión bastante grande, ocurrió en un lugar donde una prueba no fue sorprendente, y el gobierno de Corea del Norte no hizo ningún esfuerzo por ocultarla. Pero clandestinaLas pruebas de dispositivos más pequeños, tal vez por organizaciones terroristas u otros actores no estatales, son una historia diferente. Esos eventos difíciles de detectar que VISA, un sistema de aprendizaje automático que Erik Sudderth de Brown ayudó a diseñar, busca encontrar.
El Sistema Internacional de Monitoreo incluye 149 estaciones de monitoreo sísmico certificadas en todo el mundo. Esas estaciones envían datos a la sede de CTBTO en Viena, donde los analistas recopilan todos los eventos sísmicos en un boletín diario suministrado a las naciones de todo el mundo. La gran mayoría de los eventos detectados porel sistema es natural: terremotos y temblores sísmicos de diversos tipos. Pero ocasionalmente, como recientemente en Corea del Norte, un evento se desencadena por una gran explosión.
Los analistas pueden identificar fácilmente eventos no naturales de las características de las formas de onda sísmicas que crean, pero antes de que puedan determinar si un evento no es natural, necesitan saber que ha ocurrido un evento.
"Tiene cientos de estaciones en todo el mundo que producen datos de alta dimensión que se transmiten en 24 por siete", dijo Sudderth, profesor asistente de ciencias de la computación. "[La gente] no puede ver todos los datos en todostiempo. Necesitan la ayuda de herramientas automatizadas "
Esas herramientas automatizadas vigilan constantemente cada estación y crean un registro de posibles detecciones locales. También combinan datos de múltiples estaciones para hipotetizar el tiempo, la ubicación y la magnitud de eventos sísmicos plausibles. Los analistas luego observan esos datos para determinarsi de hecho cada detección fue de un evento sísmico o simplemente representa ruido aleatorio. Una vez que se confirma que un evento es real, los analistas lo revisan para determinar si fue natural o hecho por el hombre.
El proyecto de Análisis Sísmico Integrado Verticalmente VISA comenzó en 2007, cuando el CTBTO estaba buscando una actualización para su sistema de software. El software más antiguo estaba cometiendo muchos errores, dijo Sudderth. Estaba perdiendo el tiempo de los analistas con falsos positivos.Pero lo más crítico es que le faltaban muchos eventos más pequeños y cometía errores al triangular la posición exacta de los eventos. "Era el trabajo de los analistas limpiar los resultados del sistema automatizado con un nivel aceptable de precisión", dijo Sudderth.Para él y sus colegas, los datos en bruto automatizados, combinados con datos que habían sido limpiados por expertos, eran una mina de oro.
"Esto es lo que nosotros en el aprendizaje automático pensamos como datos de entrenamiento", dijo. "Podemos ver un evento en el que tenemos una confianza razonable real y ver su relación con lo que realmente midió la estación. ¿Cuáles son los errores?¿Cuáles son los sesgos? Utilizamos estos datos históricos para obtener modelos calibrados de estas cosas ".
De ahí surgió un sistema que modela las múltiples capas de incertidumbre que ocurren en los procesos de generación de eventos sísmicos y en su detección. Las ondas sísmicas viajan de diferentes maneras a través de diferentes tipos de roca. Eso introduce incertidumbre porque no haymapa de resolución de tipos de rocas en toda la superficie de la Tierra. En el lado de detección, cada sensor funciona de manera un poco diferente, y todos están sujetos a muchos tipos de ruido aleatorio, desde la actividad de las olas en los sensores marinos hasta el tráfico de vehículos en tierra.
La combinación de estos análisis estadísticos conduce a un modelo generativo integral de las tasas a las cuales ocurren eventos sísmicos de varios tamaños en varios lugares y las formas en que la energía de estos eventos se propaga a sensores sísmicos. Sudderth y su equipo idearon un algoritmo de inferencia eficiente que puedeescanee los datos entrantes para encontrar eventos que probablemente representen una señal sísmica real.
VISA ha estado funcionando en la sede de la CTBTO en Viena durante los últimos cuatro años más o menos. Actualmente funciona como una especie de respaldo para el sistema automatizado original de la organización, y la CTBTO ha pedido a los estados miembros que lo aprueben oficialmente comoun reemplazo.
"Como está ahora, los analistas tienen una especie de botón VISA [en sus computadoras]", dijo Sudderth. "Pueden presionar el botón VISA y dice: 'Aquí hay un montón de cosas que creemos que se perdieron'".Los analistas pueden decidir si esos eventos deben incluirse o no en el boletín sísmico diario.
Sudderth y sus colegas han demostrado que VISA puede reducir la cantidad de eventos perdidos en un 60 por ciento en comparación con el sistema original. También puede proporcionar información de ubicación más precisa en muchos casos. Por ejemplo, VISA hizo un mejor trabajo que el sistema anterioral señalar la ubicación de una prueba nuclear anterior de Corea del Norte en 2013, dijo Sudderth. Él y sus colegas de la Universidad de California publicaron recientemente un documento sobre su trabajo en el Boletín de la Sociedad Sismológica de América . La Sociedad Internacional de Análisis Bayesiano otorgó a este documento el Premio Mitchell, que reconoce un documento sobresaliente que utiliza el análisis bayesiano para resolver un importante problema aplicado.
Sudderth pudo confirmar que VISA detectó la reciente prueba de Corea del Norte, pero que la explosión fue lo suficientemente grande como para que la mayoría de los sistemas tradicionales también la hayan detectado.
"Si lo único que le importaba era encontrar eventos en Corea del Norte, hay cosas más simples y específicas que podría hacer", dijo Sudderth. "Donde este sistema podría ser mucho más poderoso sería atrapar a alguien tratando de hacer un clandestinoprueba de un dispositivo más pequeño en algún lugar que no sabes que es un sitio de prueba "
Sudderth espera que la capacidad de VISA para detectar más eventos eventualmente pueda ayudar a lograr la plena ratificación del Tratado de Prohibición Completa de Pruebas Nucleares. Para que se cumpla por el derecho internacional, las 44 naciones nucleares del mundo deben ratificar el tratado. Ocho de esas naciones, incluyendoEstados Unidos aún no lo ha hecho. El presidente Clinton firmó el tratado en 1996, pero el Congreso se negó a ratificarlo.
"Una de las cosas que se planteó como una preocupación sobre la ratificación fue la dificultad en la verificación", dijo Sudderth. "Si los sistemas técnicos para la validación no son lo suficientemente buenos, entonces los países no estarán dispuestos a ratificarlo".. Así que esa es una cosa que este trabajo está tratando de abordar y eliminar como un obstáculo ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Brown . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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