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대형 지진 뒤 여진, AI가 예측한다

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2018년 08월 30일 06:02 프린트하기

난해 11월 경북 포항에 규모 5.4의 지진이 발생했을 당시 피해 지역의 모습 - 사진 뉴시스 제공
지난해 11월 경북 포항에 규모 5.4의 지진이 발생했을 당시 피해 지역의 모습 - 사진 뉴시스 제공

대형 지진이 발생한 뒤에 이어지는 여진의 규모와 발생 장소를 예측하는 것은 후속 피해를 줄이는 데 중요하다. 현재도 지층의 움직임을 연구하거나 통계를 이용해 여진이 발생하는 패턴을 예측하려 시도하고 있지만, 아직은 부정확해 절반의 예측에 머물고 있다. 최근 미국 하버드대와 구글 연구팀이 지진 빅데이터와 인공지능(AI) 기술을 결합해 여진 발생 패턴을 기존보다 훨씬 정확히 예측할 수 있는 기술을 개발했다.


포에베 데브리스 미국 하버드대 지구및천체과학과 연구원과 브렌던 미드 구글 연구원은 13만 1000건의 기존 지진 데이터를 수집한 뒤 이를 ‘알파고’로 유명해진 AI 기술인 심층신경망에 넣어 학습시켰다. 그 뒤 이 AI로 지진 및 여진 데이터 3만 건을 분석한 결과 여진이 일어나는 장소를 높은 정확도로 예측하는 데 성공했다. 연구 결과는 학술지 '네이처' 29일자에 발표됐다.


연구팀은 지진이 처음 일어난 장소를 중심으로 가로 100km, 세로 50km 공간에서 지진 발생 1년 뒤까지 일어난 여진 총 16만 2741개의 위치와 깊이를 표시했다. 그 뒤 이 데이터를 6층의 심층신경망에 넣어 지진 발생 패턴을 추출했다. 이 때 단순히 공간 분포만 학습시키지 않고, 지진이 발생하는 물리학적 원리를 함께 학습시켰다. 근처 단층의 움직임이나 가해지는 힘 등을 나타내는 데이터를 추가해, 이들을 바탕으로 여진이 발생하는 곳을 예측하는 식이다.


학습이 끝난 뒤, 연구팀은 다시 실제 지진 및 여진 데이터 3만 개를 추려 이 AI로 하여금 첫 지진과 뒤이은 여진을 함께 찾도록 시험했다. 그 결과 특정 지진의 실제 여진 위치를 제대로 짚은 비율(민감도)과, 여진이 아닌 다른 지진을 그 지진의 여진이 아니라고 제대로 판정한 비율(특이도) 양쪽에서 기존 예측 기술에 비해 높은 정확도를 보인다는 사실을 확인했다. 


민감도와 특이도 두 비율을 동시에 고려한 평가 수치를 AUC라고 하는데, 0.5~1 사이의 값을 지니며 0.5일 때는 성능이 전혀 없는 예측 기술, 1이면 예측 능력이 높은 기술로 평가한다. 기존 여진 예측 기술은 0.5를 갓 넘는 약한 성능(0.583)을 보였는데, 연구팀이 개발한 AI는 평균 0.849로 월등히 높은 성능을 보였다. 1994년 일어난 일본 고베대지진 등 일부 사례에서는 이 수치가 0.956으로 매우 정확했다.


연구팀은 “보통 AI를 이용하면 내부에서 일어난 의사결정 과정은 잘 모르는 경우가 많지만, 우리가 개발한 방법은 예측 결과를 물리학적으로 설명까지 할 수 있다”며 “여진을 더 정확히 예측해 피해를 줄이는 데 도움이 될 것”이라고 말했다.

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