巨型“地震傳感器”從哪來？斯坦福教授：光纖網(wǎng)絡(luò)就可以

光纖不僅僅能傳輸數(shù)據(jù)，實(shí)際上還能探測周邊發(fā)生的事件，包括地震最初期的轟隆聲。

過去一年，斯坦福大學(xué)的地球物理學(xué)教授 Biondo Biondi 利用一條安裝在校園里長達(dá) 4.8 千米（3 英里）的試驗(yàn)環(huán)路來記錄地震引起的振動，并將這些振動和諸如汽車駛過造成的其他來源的振動區(qū)分開來。

從 2016 年 9 月起，他的團(tuán)隊(duì)利用這個光纖地震觀測站一共記錄了 800 次地震事件，其中包括來自近期墨西哥地震的信號和附近地區(qū)采石場爆破造成的振動。而光纖能夠區(qū)分兩種類型的地震波，P 波和 S 波。這一點(diǎn)對于地震預(yù)警系統(tǒng)非常重要，因?yàn)?P 波傳播得更快，而 S 波破壞力更強(qiáng)。

利用光纖監(jiān)測地震事件并非什么新技術(shù)，這本來就是油氣公司的標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)程序。不過，原本的技術(shù)涉及到先要固定住光纖，比如將其固著在輸油管道之類的某個表面上，或者用水泥將其包裹。Biondi 卻模擬了光學(xué)通信的標(biāo)準(zhǔn)安裝方式，使用的是放置在塑料管子里、未經(jīng)固定的光纖。

“人們可不認(rèn)為這么做能行”，這一項(xiàng)目的研究生艾林·馬丁在一份事先準(zhǔn)備好的聲明中說，“他們總是認(rèn)為未固定的光纖會產(chǎn)生太多的信號噪聲。”不論是否經(jīng)過固定，光纖地震監(jiān)測系統(tǒng)都利用了光纖內(nèi)固有的雜質(zhì)充當(dāng)虛擬傳感器，安裝在光纖一端的“應(yīng)答器”，向光纖內(nèi)部發(fā)射激光脈沖，同時監(jiān)測反射回來的光線——反向散射。當(dāng)?shù)卣鹨鸬孛孢\(yùn)動時，光纖會產(chǎn)生伸長和縮短，于是反向散射的時間會發(fā)生變化。

Biondi 稱，一個“應(yīng)答器”就可以用于大約 40 千米長的光纖，每隔幾米監(jiān)測一個虛擬傳感器。而這類系統(tǒng)的分辨率正在穩(wěn)步提升。他說他的項(xiàng)目已經(jīng)證明“數(shù)以百萬甚至億萬的傳感器組成的網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)存在于電信線路中”，我們只需要接入其中就行。

Biondi 的主要研究興趣是將油氣開采公司收集到的地震數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成地質(zhì)構(gòu)造圖像。他在大約五年前開始思考有關(guān)光纖的問題，那時他家被接入到 Google Fiber 項(xiàng)目的早期試驗(yàn)當(dāng)中。

當(dāng) Biondi 發(fā)現(xiàn)他研究組里之前的某個學(xué)生正供職于一家硬件公司，而該公司為監(jiān)測光纖電纜內(nèi)的反向散射制造硬件，這個項(xiàng)目的第三塊拼圖也就位了。于是 2015 年夏天，他啟動了被他稱為“十億傳感器地震觀測站”的項(xiàng)目。

Biondi 指出，利用基于光纖的虛擬傳感器，“總是會比地震學(xué)家使用的標(biāo)準(zhǔn)傳感器質(zhì)量差。但那些傳感器十分昂貴，因此地震探測網(wǎng)絡(luò)只能負(fù)擔(dān)得起每隔 20公里一個的密度，即使在灣區(qū)也是如此。有了光纖就可以將密度提升到幾米一個傳感器。因此大量的光纖傳感器會比單一的地震傳感器更敏感；或許能記錄下普通傳感器無法識別的微小地震?！?/p>

Biondi 的團(tuán)隊(duì)計(jì)劃從 2018 年開始在更大范圍內(nèi)安裝另一個測試陣列。他希望這能使他的團(tuán)隊(duì)可以識別出傳統(tǒng)探測網(wǎng)絡(luò)忽略的地震?！澳菍橇顚W(xué)術(shù)界和政府為之矚目的一大步。”Biondi 指出，這一地震監(jiān)測方法的偉大之處，也是其最大的挑戰(zhàn)在于，“它可以使用已經(jīng)存在的通信線路，但是說服電信業(yè)界使其能夠被利用是個問題?！?/p>

詳細(xì)的項(xiàng)目情況將會發(fā)表于 12 月期的地球物理學(xué)期刊 The Leading Edge，信號處理方法的相關(guān)細(xì)節(jié)將發(fā)布于明年 1 月的 IEEE Signal Processing Magazine。來源于斯坦福試驗(yàn)環(huán)路的數(shù)據(jù)還將單獨(dú)用于“Stamen Design and the Victoria and Albert Museum”可視化項(xiàng)目的一部分。

“這世界的數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施本身就是一個巨大的傳感設(shè)備，這種附帶設(shè)施的想法太令人著迷了”，他說。？笏（摘自美《深科技》）（編輯/多洛米）