交互初至波检测与表层模型正反演

初至波表层速度模型层析反演是层析静校正的重要基础。作者研究了一套完整的方法和软件系统 ,利用计算机可视化技术进行人机交互初至波检测、表层模型正演及反演 ,可直观地分析、监控初至波检测的合理性及模型层析反演的质量 ,提高表层速度模型层析反演的可靠性 ,为层析静校正提供合理的表层速度模型。     

高效高精度初至波层析静校正方法及应用

研究解决三维复杂地表层析静校正耗时等问题的方法,采用快速初至时间拾取、快速表层模型折射反演、快速计算低频校正量及高频校正量、快速地表一致性和地表非一致性时差校正方法,实现了高效、高精度的快速初至波层析静校正,并经实际二维、三维资料处理证实了该方法及软件具有较高的效率,优于常规地震资料处理中所用的微测井加初至波静校正商业软件的处理效果。     

基于广义奇异值分解算法的电离层三维层析模拟

为了研究广义奇异值分解(GSVD)算法在电离层三维层析中的可行性,利用 IRI2001模型所提供的电子密度场构建的TEC模拟观测值.根据不同的测站、卫星源和初值,设计了4组模拟实验,利用广义奇异值分解算法反演电子密度.通过对比电子密度的模拟反演值和模拟真值,分析了站点分布、射线数量和初值选取对层析结果的影响.研究结果表明,广义奇异值分解算法理论上可用于电离层三维层析研究.在理想情况下,利用广义奇异值分解算法可较好地重建电离层电子密度三维分布.但当测站分布不好,或有效射线数较少时,重建质量将会受到较大的影响,在实际应用中合理选取初值可较好地重建电离层三维电子密度分布.     

层状介质中三维物体重构的对比源反演算法

对比源反演(CSI)算法将反演问题转化为求解成本泛函的极小值问题,从而形成重构对比源和对比度的迭代序列.开发了一种三维CSI算法对层状介质中的三维物体进行重构,该算法是对二维对比源反演算法的推广.该算法无须正演计算,亦无须人为地选择正则化参数,反演过程更稳定.CSI的每一次迭代过程均采用快速Fourier变换技术计算并矢Green函数算子及其共轭算子,确保了该算法在三维层状介质情况下的高效率.复杂模型的反演结果说明,CSI算法对重构层状介质中的任意三维异常体是非常有效的.     

基于多核CPU的卫星云导风并行反演算法

针对卫星云导风反演算法规模大、 计算密集、 耗时长, 常规云导风反演串行算法效率低的问题, 根据云导风反演中各风矢计算相对独立的特征, 提出一种基于OpenMP框架的云导风反演并行算法. 通过对多组云图数据在多核CPU上反演结果进行分析表明, 该算法显著提高了云导风反演的效率.     

基于CUDA架构并行算法的带地形AMT二维反演实现与应用

并行计算是提高音频大地电磁（audio-frequency magnetotelluric method,AMT）数据反演效率的有效途径。本文在统一计算设备架构(compute unified device architecture,CUDA) 下开展带地形的AMT数据二维反演并行算法研究,旨在利用GPU强大的计算能力及并行计算技术实现高精度、快速度的AMT数据二维反演。首先利用有限元和自适应正则化反演算法实现AMT数据二维反演的串行化计算;然后在PGI Visual Fortran+ CUDA5.5环境下编写基于CPU+GPU的CUDA并行代码,将正演中的频率循环、反演中的模型灵敏度矩阵计算和反演方程正则化求解部分进行并行化处理;通过不同复杂程度的理论模型正反演模拟验证了该并行算法的有效性和准确性。不同模型和不同模式下的数值模拟结果对比表明,基于CPU+GPU的CUDA并行算法相较于传统的CPU串行算法,在灵敏度矩阵计算和反演方程正则化方面耗时更少,加速比最高可达10倍以上。最后将该并行算法应用于某矿区实测AMT数据的二维反演中,取得了较好的应用效果。     

基于电阻率层析扫描的水下抛石体内部空洞探测

为提高水下抛石体的识别精度,构建了预留有内部空洞的抛石体物理模型与电阻率层析扫描模型研究电阻率层析扫描技术在水下抛石体内部空洞探测中的成像效果,并与传统克里金插值法效果进行了对比。结果表明:电阻率层析扫描可以有效识别水下抛石体中的空洞,并且在刺激源数量为6时电阻率层析扫描模型模拟精度达到较高值;电阻率层析扫描技术在通道纵剖面上的识别能力要远高于传统克里金插值法;将数值模拟结果中电导率大于300.μS/cm的区域视为空洞区,整体反演结果略大于真实值,在 x、y、z 3个方向上的偏差分别为2.73、1.75、6.95.cm;基于反演结果对电阻率层析扫描模型进行正演,正演结果与实测数据的拟合度超过0.95,证明了电阻率层析扫描模型反演的准确性。     

基于二维高密度电阻率勘探数据的三维反演及应用

针对目前高密度电阻率法所采用的数据处理方法主要是把地质结构体视为二度体进行二维处理,从而二维数据资料处理结果只是一种近似解释,其计算精度与反演效果达不到精确反演的要求,设计一种典型的地质体模型,利用有限单元法进行正演计算,对含有高斯随机误差的各测线二维正演数据分别进行高密度电阻率法二维、三维反演,对比二维和三维的反演结果.最后在广东某场地采用高密度电阻率法对岩层划分,利用二维勘探的数据进行二、三维反演.研究结果表明:三维反演受高斯随机误差的影响更小,反演结果与实际地质模型更接近;三维反演在岩层划分中更能凸显岩层分界面区域,岩层的空间分布及岩层、覆盖层的整体连续性能更真实地体现,与钻探结果吻合程度更好.     

层状介质中三维物体重构的对比源反演算法

对比源反演（CSI）算法将反演问题转化为求解成本泛函的极小值问题,从而形成重构对比源和对比度的迭代序列。开发了一种三维CSI算法对层状介质中的三维物体进行重构,该算法是对二维对比源反演算法的推广。该算法无须正演计算,亦无须人为地选择正则化参数,反演过程更稳定。CSI的每一次迭代过程均采用快速Fourier变换技术计算并矢Green函数算子及其共轭算子,确保了该算法在三维层状介质情况下的高效率。复杂模型的反演结果说明,CSI算法对重构层状介质中的任意三维异常体是非常有效的。     

砌体结构分离式有限元模型的参数反演

为了对砌体结构分离式有限元模型进行研究,在有限元软件ANSYS中,建立了考虑砂浆与砖块之间黏结作用和剪切滑移作用的三维有限元模型.由于砖与砂浆之间的黏结滑移关系目前研究尚不成熟,提出了一种黏结滑移关系曲线.以双剪面单砖砌体试验数据为目标函数,提出一种改进遗传算法,通过ANSYS软件的APDL语言编制反演分析程序,在ANSYS中实现黏结滑移关系曲线的参数反演.研究结果表明,该有限元模型及反演得到的计算参数,可用于砌体结构的有限元分析.     

基于大数据量的初至层析成像算法优化

三维陆地地震资料采集技术向着高密度和宽方位的方向发展, 导致产生海量地震数据。初至旅行时层析成像的经典算法需要过多内存和计算时间, 不适合处理大的地震数据量。为解决这一问题, 提出一种基于优化数学公式的初至旅行时层析成像算法, 既减少Frechet矩阵和Hessian矩阵的存储对内存的需求, 也减少Hessian矩阵的求逆时长, 能快速和高效地解决大数据量的层析反演问题, 适合高密度和宽方位采集的陆地地震资料和精细参数化的网格模型, 并且不影响精度, 易于实现并行计算。模型试验和实际数据都验证了该方法的有效性, 当初至旅行时达到一定的数量时, 该方法能提供可靠的层析成像结果, 进行静校正。     

3D点云BSP并行计算模型及算法设计

根据3D点云数据处理计算特点,按照BSP模型的技术思想,建立了3D点云BSP并行计算模型。讨论了HAMA框架下的3D点云BSP并行计算模型的实现方法,构建了一个由普通PC组成的HAMA计算集群。以3D点模型构建计算为例,给出了一种3D点云数据处理BSP算法设计方法。实例的计算结果表明:BSP并行计算方法能高效地完成3D点模型构建计算,与其它计算方法相比,计算效率有所提高。     

基于快速标量传递算法的瑞雷波频散曲线反演研究

为了提高近地表瑞雷波频散曲线反演的效率和精度, 引入快速标量传递算法来计算瑞雷波频散曲线正演理论值。通过对比加入线性约束条件前后遗传算法(GA)与模拟退火法(SA)在反演瑞雷波频散曲线中的表现, 提出将计算速度快的蒙特卡洛法(MC)作为辅助手段来快速识别地层类型, 然后在GA和SA中加入线性约束条件来提高收敛速度, 并将GA得到的反演结果作为SA的初始状态, 同时适当地缩小搜索范围, 通过联合反演来克服GA的早熟问题。用上述方法计算和验证三层地层模型、含噪声数据以及工区实际模型, 结果表明该方法高效、准确、稳定性强, 有很强的全局寻优能力, 并具有一定的抗噪能力。     

多序列比对问题的并行近似算法

基于中心方法的思想,采用分治策略,在SIMD-CREW模型上设计了一个使用O(k2m)个处理器(其中k为序列个数,m为最长的序列长度),时间复杂度为O(m logk)的并行近似算法.在实际情况中,由于logk远远小于m,相对于时间复杂度为O(m2k2)的串行中心方法,该算法在理论上达到线性加速.与现有的并行算法相比,它可以适用于任意情况,且易于分析时间复杂度.利用LARPBS模型的特点和并行求前缀和的方法,调用LARPBS模型上求和与最大(小)值的并行算法,首次给出了在LARPBS模型上的多序列比对问题的并行近似算法.该算法使用O(k2m)个处理器,时间复杂度为O(m log log D),其中D为序列两两比对的代价值的最大值.该算法同样适用于任何情况,由于log log D通常远小于m,所以它在理论上也是线性加速的.     

列车载荷下隧道联络通道动态响应的并行计算

以上海某大型双线隧道为例,建立了列车 隧道 联络通道 土体的大型三维有限元模型.基于上海超算中心曙光5000A,设计了列车隧道动态耦合均衡的分区方法,解决了因模型规模庞大而造成计算量大的问题.分析了列车载荷下联络通道结构的动态响应,比较了不同分区方案的计算效率.结果表明：列车载荷在联络通道与隧道连接部位引起的附加动应力较小,但该位置处于较高的应力水平,应尽量避免在联络通道位置汇车;列车隧道耦合均衡的分区方法比常用的递归坐标二分法具有更高的并行效率.     

三维场景相息图快速生成研究

相息图以其衍射效率高,无共轭像等优点而被广泛应用于全息三维动态显示中,然而相息图计算量大,生成速度慢而影响了它的实时动态显示;鉴于此,提出了一种三维场景相息图快速生成方法;采用OpenGL进行物点离散采样,逐点计算的优化查表算法进行相息图计算,将相位因子拆成水平方向和竖直方向因子的乘积,离线制作的查找表只需存储水平方向和竖直方向因子,从而使存入GPU纹理内存的查找表空间大大减少,并利用CUDA架构合理设计并行计算方案,使相息图的运算速度进一步加速;实验表明:采用此方法能正确生成所需的相息图,且计算速度比基于CPU的计算方法提高了40倍左右.     

基于精细积分思想的反演简单迭代算法

为了提高走时层析成像中反演算法的性能,采用一种基于精细积分的简单迭代算法。反演计算归结为一个简单的迭代求解过程,对过程中出现的逆矩阵求解利用精细积分思想,确保迭代收敛且能收敛到方程的真解,同时具备较高的迭代速度。检测板模型恢复测试以及实际资料反演结果表明:该方法计算过程简单,在迭代次数较少时即能得到分辨率较高的波速剖面图;与目前常用的一些方法相比,本文方法在反演图像分辨率和迭代效率上都具有一定的优势。     

Parallel algorithm in Surface wave waveform inversion

In Surface wave waveform inversion, we want to reconstruct 3D shear wave velocity structure, which calculation beyond the capability of the powerful present day personal computer or even workstation. So we designed a high paralleled algorithm and carried out the inversion on Parallel computer based on the partitioned waveform inversion (PWI). It partitions the large scale optimization problem into a number of independent small scale problems and reduces the computational effort by several orders of magnitude. We adopted surface waveform inversion with a equal block (2^o×2^o) discretization.     

三维数值流形法覆盖系统并行分区生成算法

三维数值流形方法（three dimensional numerical manifold method,3D-NMM）是岩土工程数值模拟中强大的数值方法之一。但一直存在接触判断困难、计算处理数据量大,效率低等问题。将并行计算技术应用于三维数值流形方法覆盖系统生成可以有效提升其覆盖系统的生成效率。详细研究了并行编程模式下三维数值流形法覆盖系统的生成算法。基于MPI分布式内存编程原理,将分区覆盖生成作为三维数值流形法并行覆盖生成基本思路。先采用规则粗六面体网格覆盖问题域,并利用Metis划分网格形成负载基本均衡的子区域,在原有串行算法的基础上设计了子区域覆盖系统的生成算法。并基于分布式内存存储模式下不同区域间数据传递需求,对本并行算法建立了界面信息传递算法,用以并行计算过程不同区域间中数据交流。最后,使用C++开发了基于布尔运算的三维数值流形单元及覆盖系统并行生成算法。算例表明此并行覆盖系统生成算法可有效提高三维数值流形法覆盖系统的生成效率及其应用规模