Quake Hunter程序重现世界百年地震

就死亡人数和灾后重建费用而言，地震是最具破坏性的自然灾害之一且几乎不可预测。但是，地震学家和地震学爱好者现在可以利用另一种工具更好地了解地壳活动。美国国家航空航天局（NASA）开发了一款开源虚拟地球作为科普工具。世界上的多家政府机构、非营利组织和商业实体都在使用这款虚拟地球。现在，虚拟地球又有了新功能：跟踪100年内的全球地震数据，并实现可视化。

就像WorldWind在2003年推出后又增加的许多新功能一样，Quake Hunter也并非由NASA工程师创造。NASA的实习生开发了这款应用程序。“我们可以依靠优秀的人才”，NASA艾姆斯研究中心WorldWind项目经理帕特里克·霍根说。他所说的“优秀的人才”指的是在2016年夏天，通过NASA的I2项目提名，经NASA遴选出的支持WorldWind项目的多名国际计算机科学学生。“他们都是全国最优秀的学生。我们非常幸运能够将他们聚集在一起，支持这个意义非凡的项目。”

▲Quake Hunter程序对2016～2017年1年间内西半球地震活动的可视化显示，非常清晰地显示出了断层线

NASA的学习技术计划最先研发出了WorldWind。那时的WorldWind是一个独立的应用程序，很像谷歌地球。但它在短短几年之内就超越了谷歌这个科技巨头的产品。2004年，WorldWind面世，但该程序需执行NASA的开源协议。由于NASA的服务器无法处理它产生的所有流量，WorldWind在1年之后被转移到了SourceForge，该应用程序在几天内的下载量就达到了10万次。很多用户通过访问源代码创建了数百个附件，使得人们可以探索其他行星和卫星、观看环法自行车赛、跟踪疾病的发作，或是寻找城堡的位置。

2006年，美国能源部出资开发了基于Java的WorldWind软件开发工具包。通过这个工具包，用户可以更便捷地利用该软件来开发自己的应用程序。政府机构抢先购买了这个工具包。目前，美国联邦航空管理局正在用其来开发下一代空中交通管制系统。联合国用其来跟踪蝗虫。国防部可能是最大的用户，许多国防部分支机构和部门都在通过它来进行运营管理。欧空局最近在艾姆斯WorldWind团队中增加了一批软件开发人员，以进一步改进WorldWind的网页版本。过去几年中，很多大公司纷纷投资，有的在工具包的核心功能中增加新功能，有的则是开发基于WorldWind的自用程序。

2016年，霍根正在为实习生的WorldWind项目绞尽脑汁。他首先考虑到了地震学，因为他当时一直在与阿拉斯加州的高中生合作，使用WorldWind对地震前地球磁场的局部异常进行记录，并对其进行动态可视化和数据存档，希望能够预测地震。“地震数据很多，我想，小伙子们，我们把数据利用起来吧”，他回忆说。霍根还得到了美国地质调查局（USGS）的支持。地质调查局保存有历史地震数据，这使得地下数据在World Wind中成功实现了可视化。地质调查局对井、断层线和含水层等地下特征的测绘数据很感兴趣。通过该功能，地震―测绘应用程序不但可以准确定位震中，还能找到震源，即地球内部发生断裂的地方。“我们探索地球内部，是因为我们有这个能力，而我们有能力全是凭借USGS”，他说。

基于这个新使用的地球模型，学生们利用USGS的数据重现了20世纪的每次地震。目前，用户已经可以下载Quake Hunter的网页应用程序（有源代码或没有源代码）。用户可以根据地理区域、日期、震级或深度来过滤地震。地震根据震级和日期，用不同大小和颜色的点来表示。用户从一定角度观察地球时，还可以看到震源深度。霍根说，尽管他的实习生是第一次用JavaScript编写程序，但他们取得了成功，这也证明了学生们的能力和WorldWind的易用性。

在那个夏季，实习生还开发了另外2款基于WorldWind的应用程序——SpaceBirds和WorldWeather。前者可以跟踪地球轨道上约15000颗卫星的位置，后者可以利用多个地球模型，通过三维立体的方式重现全球过去和现在的天气，并可预报全球天气情况。这3款程序均通过网页应用程序和源代码供人们下载使用。

在成功开发Quake Hunter之后，霍根与地质调查局的地球科学创新中心主任分享了这一成果。霍根回忆，在观察代表意大利地震的彩色编码点时，他注意到模型似乎在向北移动，并正确预测到了下一次地震的位置。并非所有的地震都是可以这样预测的，但这次预测证明地球地震史的可视化具有一定价值。“没有人能够这样快速获取数据”，霍根说。他强调，尽管数据是公开的，但查看电子表格中的数字和坐标与查看实际的资料图像完全不同。

于是，模型又应运而生。通过长期观察小范围内的地震深度，可以得出断层线的特性。霍根指出，考虑在加利福尼亚等地区买房的用户可以看到该地区的活跃程度，或判断是否会发生地震。对于研究地质和地震数据的人而言，他说：“这是一个特别的科学之窗。它不仅有助于我们了解地球的发展进程，还有助于我们找到需要给予关注的区域。”

▲通过另一款基于WorldWind开发的应用程序SpaceBirds，获得了太空中所有卫星图像显示情况，其中，地球同步轨道上环形线密集，但地表上方近地轨道上的卫星密度更大。卫星图像实时移动，我们还可以用该程序跟踪卫星轨道

SpaceBirds从国防部的SpaceTrack服务器中提取卫星位置数据并将其可视化。霍根说：“我认为这对NASA而言，是件很自然的事情。”他介绍，为了开发WorldWeather应用程序，团队成员从可以找到的所有公开可用的天气服务器中提取相关数据。通过该程序，用户可以对任何数量的数据层进行可视化处理，或并排放置2个、3个或4个地球模型，以研究不同天气因素的相关性，以及土壤湿度或植被分类等地面数据。“什么事情比气候变化和天气更有趣？”霍根问道。他说，答案之一就是帮助农民制定浇灌计划，并确定他们将面临什么样的天气。“而这只需将这些数据的所有免费公共资源集成到一个程序中。”

一些实习生还获得资金，以继续开发CitySmart应用程序。这套基于WorldWind的城市管理工具很快就会面世。目前，项目仍处于开发阶段。就像Quake Hunter能够精确定位地下的地震源，作为项目合伙人之一的俄勒冈州斯普林菲尔德市要求团队测绘其地下基础设施。“如果我们有开源程序，就可以让世界各地的城市相互合作，那该多好，”他补充道，“我们正在为寻求全人类的福祉而奋斗。”