حل عددی معادله موج با استفاده از روش‌های یادگیری عمیق مطلع از فیزیک مسئله

عنوان دوره: بیستمین کنفرانس ژئوفیزیک ایران
کد مقاله : 2118-NIGS
نویسندگان
1لرزه شناسی- موسسه ژئوفیزیک- دانشگاه تهران- تهران- ایران
2لرزه شناسی، موسسه ژئوفیزیک، دانشگاه تهران، تهران، ایران
3موسسه ژئوفیزیک
چکیده
در فرآیندهای پردازشی مختلفی همچون مهاجرت زمان معکوس (RTM)، وارونسازی شکل موج کامل (FWI)، و مدلسازی فیزیک سنگی پاسخ لرزه‌ای، بصورت متداول از حل عددی معادله موج استفاده می‌شود. روش معمول حل تفاضل محدود می‌باشد که با توجه به قیود پایداری برای اندازه شبکه و پله زمانی، ابعاد ماتریس‌های درگیر و زمان محاسبات افزایش می‌یابد. این مسئله بخصوص برای فرایندهای تکراری یک عامل بازدارنده در استفاده از آنها می‌باشد. در سالهای اخیر با توجه به تسریع محاسبات موازی با استفاده از GPU ها استفاده از این روشها تا حدودی تسهیل گشته است. در اینجا ما یک شبکه عصبی عمیق مطلع از فیزیک مسئله معرفی کرده‌ایم که علاوه بر محاسبات موازی در ضربهای ماتریسی، قابلیت حل همزمان چشمه‌های مستقل با استفاده از ویژگی مینی‌بچ را داراست، و به این طریق زمان محاسبات را کاهش می‌دهد. کارایی این روش با مدل‌سازی روی مدل مصنوعی مورد ارزیابی قرار گرفته است.
کلیدواژه ها
 
Title
Numerical solution of wave equation by physics-informed deep learning methods
Authors
Mahdi Saadat dastenaee, Majid Nabi Bidhendi, hosein hashemi
Abstract
In some seismic processing steps such as reverse time migration (RTM), full waveform inversion (FWI), and rock physics modeling of seismic response, numerical solution of wave equation is commonly used. The usual method of solving the wave equation is finite difference, which increases the dimensions of the matrices involved and the calculation time due to the stability constraints for the grid size and time step. This issue is a deterrent to their use, especially for iterative processes. On the other hand, due to the efficiency of parallel computing using GPUs, they have been widely used in recent years. Here, we have introduced a physics-informed deep network that, in addition to parallel computations in matrix multiplication, is capable of simultaneously solving of independent shots which are mapped on mini-batches of the network inputs. So, decreases run-time by those remedies. Efficiency of the method was evaluated by applying it on synthetic models.
Keywords
Deep learning, wave equation, Simulation, physics-based