他们把20亿部手机连成网，干成一件大事，发了Science封面

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曾经，地震预警系统是少数几个拥有先进地震监测网络的国家的专属；而如今，谷歌巧妙地将全球逾 20 亿部安卓手机连接成一张巨大的地震监测网络，成功在全球部分地区探测地震，并向 98 个国家的安卓手机用户发送了早期预警。

7 月 17 日，这项成果以封面论文形式在 Science 发表。同一天，Science 和 Nature 都报道了这项 " 黑科技 "。在论文中，研究者将该系统与美国、日本的地震监测网络进行对比，结果，该系统的误差最低，并且发出的警报数量比其他两个系统多出一个数量级。

撰文 | Ren

地球母亲的脾气有时难以捉摸。地震，这个古老而又充满破坏力的自然现象，至今仍是全球许多社区面临的严峻挑战。

我们现在已经能很快定位地震发生的地点，也学会了如何建造能抵御强震的建筑，但灾难性的地震依然时有发生，造成成千上万的伤亡。

即便拥有足够的资源，要替换所有老旧、脆弱的建筑物也需要数十年时间，而且建筑物内部坠落的物体也可能导致人员伤亡。面对这些挑战，我们必须不断寻找新的策略，来减轻未来地震在全球范围内的影响。

地震预警（EEW）系统正是这样一种重要的策略。

目前，日本、韩国、美国、墨西哥等国家都部署了全国范围的 EEW 系统。中国也有地震预警台网，可以通过短信、微信小程序、地震预警 App、IPTV 网络电视等平台提供及时的预警信息。但这些系统都依赖于国家地震监测网络中部署的固定地震台。

而如今，随着智能手机的普及，这种尖端的传感和预警能力已经掌握在每个人手中。虽然手机内置的加速度计敏感度不如传统地震监测网络中的专业仪器，但在算法的帮助下，它们依然能探测到地面运动和震动。

今天的主角，就是由谷歌开发的一项创新技术——安卓地震警报（AEA）系统。它巧妙地利用了我们日常使用的安卓智能手机网络，在全球范围内探测地震，并向手机用户发送早期预警。7 月 17 日，这项研究成果在 Science 杂志以封面论文形式发表。

7 月 17 日，Science 杂志封面 | 图源：Science 网站

这个系统的目标很简单，就是尽可能地在全球更多地震易发区域提供有用且及时的警报。它不仅是对现有国家预警系统的有力补充，还包含了统一的用户反馈机制。

图 | 论文标题

核心技术揭秘：智能手机如何 " 感知 " 地震

那么，你的安卓手机是如何摇身一变，成为 " 地震仪 " 的呢？其实，AEA 系统利用的原理与传统的地震探测系统异曲同工，都基于地震波的传播特性。

当一部安卓智能手机处于静止状态时，它的加速度计会试图监测加速度的突然增加，这正是地震中 P 波（初波或纵波）和 S 波（次波或横波）产生的振动。一旦单个手机检测到这种异动并触发，它就会将加速度信息和一个近似位置（为了保护隐私，位置信息会进行模糊化处理）发送到谷歌的服务器。

AEA 系统监测到的地震事件分布图 | 图源：论文

接下来，服务器会像侦探一样，根据时间和空间上的触发分布，寻找符合条件的地震源。当一个潜在的地震源满足了观测数据，并且置信度足够高时，系统就会宣布发生地震，并根据 P 波和 S 波的到达时间和振幅，估算出地震的震级、震源深度和发震时间。

这项地震探测功能作为 Google Play 服务核心系统软件的一部分而部署，这意味着它在大多数支持 Google play 服务的安卓智能手机上都是默认开启的。考虑到安卓手机占据了全球智能手机市场约 70% 的份额，这项系统几乎能覆盖任何有人居住的地方，提供地震探测能力。

据谷歌发表的论文披露，从 2021 年 4 月 1 日到 2024 年 3 月 31 日，他们利用了超过 20 亿部手机的运动传感器来收集数据，其 AEA 系统总共探测到了 11231 次疑似地震事件。其中，85% 的地震与传统地震目录中列出的地震相匹配，该系统能够自动提取这些地震，以进行检测验证。

对于匹配的事件，传统网络测得的震级范围从 1.9 级到 7.8 级不等。当然，系统的探测能力也取决于手机的分布以及地震发生时周围的噪音（比如四周环境的震动）。

所有无法匹配的事件都经过了人工审查，结合用户调查反馈、谷歌搜索收集到的震感报告以及波形和触发数据的分析，以验证它们是否真的是地震。

在地震预警中，最具有挑战性的地震源参数是震级的快速测定。任何震级估算上的延迟，都意味着用户接收预警的延迟。

在地震发生期间，随着地面震动的发展和更多手机观测数据传输到服务器，地震源参数几乎每秒都会更新。AEA 系统会提供首次震级估算和最大震级估算。首次估算很重要，因为它能提供最长的预警时间，而最大震级估算则能在最大的区域生成警报。

在过去三年里，随着检测系统的不断改进，AEA 的震级估算准确性有了显著提升，首次震级估算的绝对误差中位数从 0.50 降低到了 0.25。

4.5 级以上地震首次震级估算的绝对误差中位数趋势 | 图源：论文

这一长期改进的最重要原因，是地震区域检测模型的开发。

谷歌团队开发了算法来分析收集到的信号，这些信号包含由于地质和建筑结构造成的区域差异、衰减特征，并考虑了不同手机型号如何记录地面运动。它们提供了数据驱动的区域性标定，将触发手机的数量等参数与估算的震级联系起来，从而有效修正震级估算。

警报传递与用户体验

截至 2024 年 5 月，AEA 已经向全球 98 个国家发送了警报。在大多数国家，这些警报都源于安卓自身的事件检测。AEA 的首要任务，与所有 EEW 系统一样，是针对那些对当地居民构成威胁的中等至大震级地震。

因此，系统会对估测震级达到或超过 4.5 级的地震发出警报，并发送到预计会经历修正麦加利震级（MMI）3 级或以上震感的区域。

尽管一次地震只有一个震级估算值，但烈度与地震深度、震中距离、以及当地地质条件都有关系，一次地震在不同地方的烈度有所不同。

AEA 系统主要发送两种类型的警报信息。当估测震级达到或超过 4.5 级时，如果预计区域烈度在 5 度或以上，系统会发送 "TakeAction"（立即行动）警报；如果预计区域烈度在 3 度或 4 度，则会发送 "BeAware"（注意）警报。

这些警报以八边形区域的形式发送，以模拟震感范围的圆形形状。八边形顶点距震中的距离由估测震级和地震深度决定。

TakeAction 和 BeAware 警报的设计，都基于最佳实践和实际反馈。

TakeAction 警报会突破所有 " 勿扰 " 设置，占据整个屏幕，并播放响亮且独特的提示音。它的设计目的是立即吸引用户注意力，并促使他们采取保护措施，在大多数国家，这通常是 " 趴下、掩护、抓牢 "（DCHO）。

而 BeAware 警报则以类似其他标准手机通知的方式出现，并带有独特的提示音，它不会突破 " 勿扰 " 设置。点击任何警报，用户都会进入一个地震安全页面，其中包含地震后的应对提示、谷歌搜索提供的更多地震信息。

AEA 的推出始于 2020 年 8 月 11 日，在美国加利福尼亚州发送了警报。而如今，全球能够接收到警报的人数已经达到了 25 亿。谷歌表示，自这套预警系统投入使用以来，获得地震警报的人数比 2019 年增加了十倍。

那么，AEA 的警报准确性如何呢？

论文将 AEA 与使用传统地震监测网络的美国 ShakeAlert 和日本 JMA EEW 系统的震级估算误差进行了比较。结果显示，这三个系统的误差非常相似。

AEA 与其他地震预警系统的数据对比 | 图源：论文

AEA 和 ShakeAlert 都使用 4.5 级的警报阈值，并且误差较低。JMA 的误差略高，但它也只针对更大的地震发出警报。

AEA 的误差最低，并且发出的警报数量比其他两个系统多出一个数量级。在 2024 年 3 月 31 日之前，AEA 共向安卓手机发出了 1279 次警报，只有 3 次是误报。其中，两次是由于雷暴天气引起的，一次是由于大规模通知事件导致许多手机同时振动。

研究团队表示，通过从这些事件中学习，AEA 系统扩大了声源参数范围，提高了发出警报所需的置信度，并且改进了算法对其他导致手机振动事件的识别能力。

从实践中学习

对于所有地震预警系统而言，最大的挑战莫过于应对 7.5 级以上的大地震，因为它们极具破坏力。

自 AEA 投入使用以来，最大规模的地震莫过于 2023 年 2 月 6 日土耳其 - 叙利亚发生 7.8 级帕扎尔哲克和 7.5 级埃尔比斯坦地震——连续两起，间隔只有 9 个小时。

AEA 成功检测到了这两次地震。对于第一次地震，它在发震后 7.1 秒的初始震级估算为 4.5，11.6 秒后修改为 4.9。总共发出了 51 万次 BeAware 警报，覆盖范围达 64 公里。

在第二次地震中，初始震级估算为 6.1 级，随后增加到 6.3 级，仅用时 20 多秒。共有近 395 万部手机收到了 BeAware 警报，预警时间从几秒到一分多钟不等。

很显然，AEA 系统低估了土耳其发生的两次强震的震级。

事后分析也暴露了当时检测算法的一些局限性，并促使谷歌团队改进了系统。例如，修改前的算法只允许在首次检测后 10 秒内更新地震参数，改进后扩大到了 30 秒，并在更新警报前对地震参数的变化率进行其他检查。

此外，经过团队复盘，土耳其地震发生时，监测池中存在大量 " 高噪音 " 的手机（所处环境存在过多震动或干扰），它们触发较慢，甚至等地震中最先到达的 P 波过去之后才触发，导致系统低估震级或发送延迟的警报。

为了解决这个问题，AEA 系统对哪些手机可以纳入监测池变得更加挑剔。每部手机在用作监测时都会确定其噪音水平，并且这个噪音水平会被纳入检测算法，以优化系统的准确性。

谷歌团队利用改进后的算法，对土耳其地震收集到的数据进行模拟运行后发现，新算法在发震后 6.3 秒就生成了 4.6 的初始震级。随后，震级在 24 秒内攀升至最大值 7.4。估算准确率大幅提升。

用户的反馈与信任

AEA 系统的最终目的是向人们提供有用且可操作的警报。为此，系统会向用户征求信息和反馈，以了解他们对所收到警报的看法以及采取的行动。

当用户点击任何 AEA 警报时，都会看到一个包含安全提示和地震信息的页面。在该页面底部，还有一个链接，邀请他们在阅读知情同意信息后参与用户反馈调查。该调查包含六个问题，支持 24 种语言。

从 2023 年 2 月 5 日到 2024 年 4 月 30 日，共有超过 155 万人回应了这项调查，他们都收到了地震预警。这些人所在地区共发送了 4.12 亿次警报。

受访者的回应 | 图源：论文

在所有受访者中，85% 的人表示预警 " 非常有帮助 "。36% 的人表示在有震感之前收到了警报，28% 的人在有震感期间收到，23% 的人在震感结束之后收到。

此外，警报也带来了另一个好处。地震发生后，人们对即时信息有强烈的需求，而警报恰好提供了这些信息，并附带了更多拓展链接——有 30% 的人主动分享了地震信息——这可以帮助更多的人。

对于 AEA 系统未来的有效性来说，用户信任是至关重要的。在受访者中，84% 的人表示下次会更信任系统，13% 的人表示没有影响他们的信任，只有 3% 的人表示未来会更不信任。

用户也可以选择退出该系统，不再接收未来警报。但系统运行三年以来，只有 0.1% 的用户禁用了警报。这充分说明了用户对 AEA 系统的认可和信任。

未来，不仅仅是警报

低成本传感器在消费产品中的普及，为我们提供了对物理环境进行观测的全新机会，而且这些观测既密集又具有全球规模。AEA 系统正在将智能手机转化为全球地震观测站，并将这些信息转化为有用的警报。

虽然地震预警往往只能提供几秒钟的提前量，但是这宝贵的几秒已可拯救无数人的生命。这项研究展现了智能手机用于大规模地震检测并发出警告的潜力，其有效性甚至可与国家级地震预警系统相媲美。

" 大地震仍然是所有地震预警系统最重要和最具挑战性的事件，而 AEA 的全球实施支持了通过快速、大规模的数据收集和对算法的反馈来改进检测的工作。" 研究团队表示。

当然，这并不意味着 AEA 能够完全取代国家级地震预警系统。由于对谷歌第三方服务、算法的依赖，AEA 在专业性、稳定性、隐私数据安全等层面仍难以挑战国家地震预警系统的权威。它更像是一种辅助服务。

未来，AEA 检测系统还可以提供额外的地震信息，从而进一步减少危害。例如，在没有地震预警网络的区域，检测小地震可以帮助我们更好地了解地下断层和相关危害。密集、本地化和实时的地面运动观测可以提供快速的震后烈度图，这对于应急响应至关重要。通过多次地震聚合的烈度观测数据，还可以支持全球范围内改进区域灾害模型。

曾经，地震预警系统是少数几个拥有先进地震网络的国家的专属。而如今，得益于我们每个人口袋里的智能手机，地震预警正变得触手可及，甚至已经覆盖了全球 25 亿人。

在重大灾难预警领域，安卓地震警报系统证明了消费级设备的巨大潜力，更通过持续的技术改进，不断提升着预警的准确性和实用性。

这不仅仅是一项技术突破，更是一场关于如何更好地与自然灾害共存的社会实践。尽管关于数据透明度的问题仍需更多讨论，但谷歌与学术界的共同努力，无疑为全球地震预警带来了新的启示。

参考资料

[ 1 ] https://www.science.org/doi/10.1126/science.ads4779

[ 2 ] https://www.science.org/content/article/google-alerts-offer-quick-cheap-earthquake-warnings

[ 3 ] https://www.nature.com/articles/d41586-025-02278-3

注：本文封面图片来自版权图库，转载使用可能引发版权纠纷。

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