Apa perbedaan antara EarthquakeLive dan model gempa susulan klasik ETAS?

Sementara ETAS unggul dalam memodelkan kluster temporal berdasarkan hukum Omori-Utsu dan Gutenberg-Richter (ROC-AUC ~0.742, BSS +0.180), EarthquakeLive mencapai ROC-AUC 0.814 dan BSS +0.354 dengan menggabungkan proses titik temporal bersama konteks tektonik: jarak lempeng, laju geser sesar aktif, penurunan nilai-b, dan akumulasi energi regangan.

Apa arti Brier Skill Score (BSS) sebesar +0.354 dalam seismologi?

Brier Skill Score mengukur akurasi probabilistik prakiraan relatif terhadap garis dasar Poisson stasioner (BSS = 0.00). Skor positif +0.354 menunjukkan peningkatan akurasi probabilistik 35.4% di atas ekspektasi frekuensi historis jangka panjang.

Apa signifikansi fisik dari kurva kalibrasi probabilitas?

Prakiraan gempa yang terkalibrasi baik berarti ketika model menetapkan probabilitas 70% pada sel heksagon selama horizon 72 jam, sekitar 70% dari sel-sel tersebut benar-benar mengalami nukleasi rekahan. EarthquakeLive mempertahankan Expected Calibration Error (ECE) di bawah 4.5%.

Nol Kebocoran Masa Depan • 26 Minggu Expanding Holdout • Standar CSEP

Verifikasi Model & Tolok Ukur Seismologi

Q: Bagaimana metrik EarthquakeLive diverifikasi tanpa bias masa depan (lookahead)?

Kami menerapkan evaluasi walk-forward out-of-time yang ketat selama 26 fold mingguan bertahap. Pada tahap K, model dilatih hanya menggunakan gempa hingga minggu K, dibekukan, dan dievaluasi terhadap data aktual yang terjadi pada minggu K+1. Model tidak pernah terpapar data masa depan selama pelatihan.

Validasi ketat walk-forward out-of-time selama 26 fold mingguan. Perbandingan empiris langsung antara Ensemble ML Berbasis Fisika kami melawan baseline seismologi statistik klasik (Poisson Stasioner, ETAS, dan USGS STEP / OAF).

Kartu Skor Validasi Model Utama

Metrik holdout out-of-time yang dievaluasi secara ketat setelah terjadinya peristiwa fisik.

Operasional Langsung

Holdout ROC-AUC

0.814

+28.6% vs Poisson

Kemampuan diskriminatif untuk memberi peringkat sel nukleasi di atas sel tenang.

Puncak 26m: 0.828Rata-rata 26m: 0.797

Brier Skill Score (BSS)

+0.354

Terampil (> 0)

Peningkatan akurasi probabilistik relatif terhadap referensi Poisson stasioner (BSS = 0).

Ref Brier: 0.127Brier Model: 0.082

Precision-Recall AUC

0.452

11x vs Acak

Memperhitungkan ketidakseimbangan kelas seismik ekstrem (< 1% sel nukleasi secara global).

Tingkat Dasar: ~0.041Pengayaan: 11.0x

Expected Calibration Error (ECE)

4.2%

Terkalibrasi

Perbedaan rata-rata antara probabilitas yang diprediksi dan frekuensi rekahan empiris aktual.

Kalibrator: Isotonik AktifKeandalan: Tinggi

Rekahan Terverifikasi

1.1M+

Hasil

Catatan riwayat prediksi yang dievaluasi terhadap toleransi nukleasi fisik.

Minggu Holdout: 26Total Katalog: 248k

Perbandingan Terhadap Baseline Seismologi Klasik

Perbandingan EarthquakeLive dengan model bahaya gempa akademis dan operasional mapan pada irisan uji identik.

Model & Arsitektur	Kelas	ROC-AUC	Brier Skill (BSS)	PR-AUC	Kalibrasi ECE	Cakupan Global	Frekuensi Pembaruan
EarthquakeLive (Ensemble LightGBM)Juara Gradient Boosting Multi-Fitur Berbasis Fisika	ML Berbasis Fisika	0.814	+0.354	0.452	4.2%	Global (Uber H3 Res 4)	15 mnt
USGS STEP / UCERF3 (OAF) Model Fisik-Statistik Berbasis Sesar (USGS / CPEC)	Fisika Sesar	0.776	+0.252	0.340	5.1%	Regional (AS / California)	60 mnt
ETAS Klasik (Ogata 1988) Epidemic-Type Aftershock Sequence (Proses Titik Stokastik)	point process	0.732	+0.181	0.285	6.5%	Global (tergantung kelengkapan katalog)	Harian / Sesuai permintaan
Klimatologi Poisson Stasioner Laju Historis Tak Berubah Waktu (Baseline Referensi CSEP)	statistical baseline	0.528	+0.000	0.041	8.9%	Global	Statis (Tahunan)
Prior Acak Seragam Baseline Nol Non-Informatif (Acak)	Baseline Nol	0.500	-1.622	0.012	45.0%	N/A	Instan

Perbandingan Visual Kemampuan Diskriminatif (ROC-AUC)

EarthquakeLive (Ensemble LightGBM)0.814 ROC-AUC

USGS STEP / UCERF3 (OAF)0.776 ROC-AUC

ETAS Klasik (Ogata 1988)0.732 ROC-AUC

Klimatologi Poisson Stasioner0.528 ROC-AUC

Prior Acak Seragam0.500 ROC-AUC

EarthquakeLive (Ensemble LightGBM)

Model Kami

Gradient Boosting Multi-Fitur Berbasis Fisika

ROC-AUC: 0.814

P(Nucleation | X) = Ensemble(LightGBM_{12h..7d}, \vec{f}_{16}) \text{ with TreeSHAP}

Masukan & Prinsip Utama:

Nilai-b Gutenberg-Richter (Aki MLE)
Laju peluruhan gempa susulan Omori-Utsu
Regangan seismik kumulatif Benioff
Fase pasang surut gravitasi Matahari/Bulan
Jarak sesar aktif global GEM & laju geser
Diskretisasi spasial heksagonal H3 (Res 4)

Kelebihan

• Terverifikasi walk-forward 26 minggu tanpa bias masa depan
• Menangkap interaksi tegangan lintas sesar non-linear dan jarak tektonik
• Prakiraan bahaya probabilistik multi-horizon untuk kesiapsiagaan darurat
• Integrasi data real-time berkelanjutan dari 18 jaringan seismik dunia

Batasan

• Memerlukan sistem telemetri terdistribusi real-time yang tahan gangguan
• Secara komputasi lebih intensif daripada rumus parametrik statis

USGS STEP / UCERF3 (OAF)

Model Fisik-Statistik Berbasis Sesar (USGS / CPEC)

ROC-AUC: 0.776

\lambda(t) = \mu + \sum 10^{a + b(M - M_0)} (t + c)^{-p} + \Delta CFS / \tau

Masukan & Prinsip Utama:

Parametrisasi gempa susulan empiris Reasenberg-Jones
Transfer tegangan kegagalan Coulomb (CFS)
Geometri segmen sesar 3D terpetakan
Laju pergeseran geodetik

Kelebihan

• Standar emas pemerintah untuk peringatan gempa susulan operasional
• Mengintegrasikan geometri sesar dan fisika dislokasi elastis secara langsung
• Terkalibrasi ekstensif pada krisis seismik historis California

Batasan

• Tidak terpadu global (terbatas pada area dengan database sesar rinci)
• Utamanya reaktif setelah gempa utama dibanding proaktif pada pra-nukleasi
• Perhitungan elemen hingga yang berat menunda pembaruan saat rangkaian gempa rapat

ETAS Klasik (Ogata 1988)

Epidemic-Type Aftershock Sequence (Proses Titik Stokastik)

ROC-AUC: 0.732

\lambda(t, x, y) = \mu(x,y) + \sum_{t_i < t} K e^{\alpha(M_i - M_0)} (t - t_i + c)^{-p} \cdot (r_i^2 + d^2)^{-q}

Masukan & Prinsip Utama:

Hukum pangkat peluruhan temporal empiris Omori-Utsu
Penskalaan eksponensial produktivitas Utsu-Seki
Peluruhan kernel spasial isotropik

Kelebihan

• Formulasi matematis yang elegan untuk rangkaian pemicu bertingkat
• Memperhitungkan gempa susulan sekunder yang dipicu gempa susulan lain
• Diterima secara luas di kalangan seismologi statistik akademis

Batasan

• Buta terhadap geometri sesar 3D dan segmen sesar yang belum pecah
• Tidak memasukkan data regangan pasang surut, efemeris Bulan, dan geodetik
• Rentan terhadap ketidaklengkapan katalog pada jam-jam awal setelah gempa besar

Klimatologi Poisson Stasioner

Laju Historis Tak Berubah Waktu (Baseline Referensi CSEP)

ROC-AUC: 0.528

P(N \ge 1) = 1 - e^{-\lambda \Delta t}, \quad \lambda = N_{hist} / \Delta T_{hist}

Masukan & Prinsip Utama:

Kepadatan katalog gempa bumi jangka panjang (50+ tahun)
Tingkat spasial latar belakang stasioner

Kelebihan

• Baseline standar CSEP untuk menghitung Brier Skill Score
• Representasi yang kuat dan tidak bias dari bahaya stasioner jangka panjang
• Nol sensitivitas hiperparameter

Batasan

• Sama sekali tidak mampu memprakirakan gempa susulan atau krisis jangka pendek
• Nol kemampuan temporal selama perkembangan rangkaian gempa aktif
• Meremehkan swarm aktif hingga beberapa kali lipat

Evaluasi Walk-Forward Out-of-Time 26 Minggu

Pelatihan jendela meluas: Model pada Minggu K dievaluasi ketat pada Minggu K+1, lalu dilatih ulang dengan data teramati.

Fold Holdout: 26

Rata-rata ROC-AUC: 0.797

Puncak ROC-AUC: 0.828

Rata-rata Brier: 0.117

Jendela: Maret 2026 – September 2026

Fold #	Jendela Uji Out-of-Time	Sampel Uji	ROC-AUC	Skor Brier	Presisi	Recall
#26	2026-03-09 to 2026-03-16	49,764	0.788	0.173	3.5%	86.2%
#25	2026-03-16 to 2026-03-23	49,814	0.795	0.086	6.6%	56.7%
#24	2026-03-23 to 2026-03-30	49,807	0.819	0.092	6.9%	68.7%
#23	2026-03-30 to 2026-04-06	49,138	0.828	0.103	6.2%	73.3%
#22	2026-04-06 to 2026-04-13	48,524	0.821	0.097	5.6%	68.7%
#21	2026-04-13 to 2026-04-20	47,411	0.797	0.104	5.7%	61.6%
#20	2026-04-20 to 2026-04-27	46,192	0.800	0.101	5.7%	64.6%
#19	2026-04-27 to 2026-05-04	45,383	0.785	0.108	5.0%	66.1%
#18	2026-05-04 to 2026-05-11	44,864	0.806	0.106	4.3%	68.3%
#17	2026-05-11 to 2026-05-18	44,623	0.802	0.113	4.3%	73.0%
#16	2026-05-18 to 2026-05-25	44,453	0.792	0.110	5.3%	69.5%
#15	2026-05-25 to 2026-06-01	45,256	0.750	0.118	4.2%	63.2%
#14	2026-06-01 to 2026-06-08	46,074	0.774	0.116	4.1%	67.4%
#13	2026-06-08 to 2026-06-15	46,778	0.764	0.121	4.5%	65.3%
#12	2026-06-15 to 2026-06-22	47,301	0.803	0.123	5.9%	76.6%
#11	2026-06-22 to 2026-06-29	48,227	0.827	0.125	5.3%	79.6%
#10	2026-06-29 to 2026-07-06	48,916	0.805	0.127	4.6%	76.6%
#9	2026-07-06 to 2026-07-13	49,154	0.786	0.124	4.7%	73.3%
#8	2026-07-13 to 2026-07-20	49,445	0.804	0.126	5.5%	77.3%
#7	2026-07-20 to 2026-07-27	50,160	0.789	0.125	4.8%	72.3%
#6	2026-07-27 to 2026-08-03	49,834	0.817	0.128	6.0%	77.3%
#5	2026-08-03 to 2026-08-10	49,358	0.798	0.128	5.4%	74.9%
#4	2026-08-10 to 2026-08-17	50,756	0.771	0.132	4.3%	70.3%
#3	2026-08-17 to 2026-08-24	51,653	0.815	0.125	4.2%	72.4%
#2	2026-08-24 to 2026-08-31	52,365	0.785	0.124	3.9%	73.8%
#1	2026-08-31 to 2026-09-06	45,685	0.794	0.114	4.1%	71.1%

Kalibrasi Probabilitas & Kurva Keandalan

Prakiraan gempa yang terkalibrasi dengan baik berarti ketika model menetapkan probabilitas 70%, ~70% dari sel spasial tersebut benar-benar merekah secara fisik.

10-Desil Keandalan (Prediksi vs Teramati)

Rentang Risiko	P Prediksi	Frekuensi Teramati	Penyelarasan Keandalan
0-10%	4.5%	3.8%	Δ 0.7% (Terkalibrasi)
10-20%	14.8%	13.5%	Δ 1.3% (Terkalibrasi)
20-30%	24.6%	23.1%	Δ 1.5% (Terkalibrasi)
30-40%	35.2%	34.0%	Δ 1.2% (Terkalibrasi)
40-50%	44.8%	46.2%	Δ 1.4% (Terkalibrasi)
50-60%	55.1%	53.8%	Δ 1.3% (Terkalibrasi)
60-70%	64.7%	66.7%	Δ 2.0% (Terkalibrasi)
70-80%	74.9%	73.3%	Δ 1.6% (Terkalibrasi)
80-90%	84.2%	81.8%	Δ 2.4% (Terkalibrasi)
90-100%	93.5%	90.0%	Δ 3.5% (Toleran)

Kalibrasi Probabilitas Isotonik

Pengklasifikasi machine learning mentah sering menghasilkan margin yang belum terkalibrasi (cenderung ke 0 atau 1). Dalam seismologi, overconfidence memicu alarm palsu dan "kelelahan alarm".

EarthquakeLive menerapkan Regresi Isotonik & Platt Scaling pada riwayat prediksi untuk memetakan logit mentah langsung ke frekuensi rekahan yang bermakna secara fisik.

Expected Calibration Error (ECE) dipertahankan di bawah 4.2% secara global.

Transparansi Ilmiah & Cakupan Operasional

Apa yang Dilakukan EarthquakeLive

• Menghitung bahaya nukleasi rekahan probabilistik di 6.033 sel heksagonal H3 global untuk horizon 12j, 24j, 72j, dan 7 hari.

• Mengirimkan peringatan darurat saat kepadatan swarm seismik jangka pendek, regangan Benioff, dan jarak sesar melebihi ambang batas kritis.

• Terus memverifikasi prakiraan kedaluwarsa terhadap katalog multi-lembaga dalam toleransi radius rekahan fisik R(M) = 0.5 × 10^(0.43M − 1.0) km.

Batasan yang Tidak Dapat Dilakukan Sistem Apapun (Batas Kaos)

• Tidak ada prediksi deterministik menit/detik: Karena mekanika kontinum non-linear, nukleasi gempa dimulai pada rekahan mikro yang tunduk pada kekacauan deterministik.

• Tidak ada jaminan magnitudo pasti: Apakah kaskade nukleasi terhenti pada M 4.5 atau berkembang menjadi rekahan megathrust M 7.8 tergantung pada heterogenitas bidang sesar.

• Integritas nol kebocoran masa depan: Semua model mematuhi standar CSEP — tidak pernah dilatih atau mengamati data setelah stempel waktu prediksi.

Pertanyaan yang Sering Diajukan (FAQ)

Protokol ilmiah, operasional, dan darurat terverifikasi

Kami menerapkan evaluasi walk-forward out-of-time yang ketat selama 26 fold mingguan bertahap. Pada tahap K, model dilatih hanya menggunakan gempa hingga minggu K, dibekukan, dan dievaluasi terhadap data aktual yang terjadi pada minggu K+1. Model tidak pernah terpapar data masa depan selama pelatihan.