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Universidade Federal da Bahia |
Repositório Institucional da UFBA
Use este identificador para citar ou linkar para este item: https://repositorio.ufba.br/handle/ri/35753
Tipo: Tese
Título: Inversão 1,5D e 2D de dados eletromagnéticos e elétricos usando métodos de otimização global e processamento em paralelo
Título(s) alternativo(s): 1.5D and 2D inversion of eletromagnetic and eletric data using global optimization methods and parallel processing
Autor(es): Benjumea, Jorge Luis Abril
Primeiro Orientador: Vasconcelos, Marcos Alberto Rodrigues
metadata.dc.contributor.referee1: Medeiros, Walter Eugênio de
metadata.dc.contributor.referee2: Dantas, Renato Ramos da Silva
metadata.dc.contributor.referee3: Bassrei, Amin
metadata.dc.contributor.referee4: Porsani, Milton José
metadata.dc.contributor.referee5: Vasconcelos, Marcos Alberto Rodrigues
Resumo: O uso de técnicas de otimização global em geofísica para resolver problemas inversos, permitindo incorporar com facilidade diferentes classes de vínculos para criar uma solução matemáticamente estável. A modelagem 1D electromagnética no domínio do tempo (TDEM) e 2D em eletrorresistividade DC é computacionalmente barata, permitindo o uso de métodos de otimização global (GOMs) para resolver problemas inversos 1,5D e 2D, incorporando diferentes regularizadores. No entanto, estas técnicas meta-heurísticas são excessivamente custosas ao enfrentar problemas com muitos parâmetros. Nesse sentido, o uso ferramentas de processamento em paralelo tornam-se indispensável para aliviar o custo computacional do processamento em problemas inversos. Neste trabalho foi desenvolvida uma nova técnica de otimização de enxame de partículas com elitismo e mutação (EMPSO) usando uma versão paralela híbrida MPI-OpenMP que denominou-se PEMPSO. Este algoritmo, junto com o uso de vínculos de Variação Total (VT) e Suavidade Global (SG), permitiram estudar as variações da distribuição da resistividade 2D em subsuperfície, tanto en dados sintéticos quanto em dados reais. Os resultados da inversão com ambos vínculos obteve uma boa aproximação do modelo verdadeiro, tendo melhor sensibilidade o vínculo de VT na deteção de altos constrastes de resistividade, em relação ao vínculo SG. Os tempos de inversão também demonstraram uma aceleração de 17 vezes nos modelos avaliados, em relação ao tempo de processamento sequencial. Dos métodos em electrorresistividade 2D, apresenta-se também uma abordagem de inversão 1,5D de dados TDEM, que similarmente ao caso 2D acima mencionado, apresentou bons resultados nos modelos invertidos, usando diferentes técnicas de otimização global tais como Whale Optimization Algorithm (WOA), Particle Swarm Optimization (PSO) e Grey Wolf Optimizer (GWO). Estes algoritmos permitiram mapear e localizar altos e baixos constrastes de resistividade em subsuperfície, tanto em modelos sintéticos quanto em dados reais. Similarmente ao caso 2D, uma abordagem de processamento em paralelo usando MPI puro permitiu acelerar o tempo de computação que envolve o uso destes algoritmos metaheurísticos. Os principais resultados do caso 1,5D eletromagnético mostram que: (i) ambos vínculos oferecem uma boa aproximação no mapeamento da distribuição de resistividade, (ii) os algoritmos WOA e PSO oferecem melhor desempenho computacional, convergindo primeiro que GWO, (iii) WOA apresenteu melhor desempenho no valor atingido da função custo que PSO e GWO e (iv) a versão paralelizada MPI pura reflete uma aceleração de 17 vezes no tempo de processamento dos modelos sintéticos e de quase 50 vezes no tempo da computação dos dados reais estudados.
Abstract: The use of optimization global techniques in geophysics to solve inverse problems, allowing to incorporate with easiness several kinds of constraints to create an stable mathematically solution. The 1D forward modeling of time domain electromagnetic data (TDEM) and 2D-DC resistivity is computationally inexpensive, allowing to use global optimization methods (GOMs) to solve 1.5D and 2D inverse problems, incorporating several stabilizers. Nonetheless, these meta-heuristic techniques are time-consuming, specially when a high number of parameters is involved. In this sense, the use of paralleling processing tools have become paramount to alleviate the computing time in inverse problems. In this work was developed a newly particle swarm optimization technique with elitism and mutation (EMPSO) using a hybrid parallel MPI/OpenMP version named (PEMPSO). This algorithm, also supported with the use of Total Variation (TV) and Global Smoothness (GS) constraints allowed studying the resistivity distribution in subsurface, with both synthetic and real data. The inversion outcomes reflect good results for both constraints, having better sensitivity with the Total Variation (TV) constraint in detecting high and low resistivity contrasts. The inversion times, also demonstrated a speedup of 17x in the assessed models in relation with the sequential processing times. Apart from this 2D electrical resistivity method, we also presented an inversion approach for 1,5D TDEM data, that similarly with the 2D case aforementioned, presented good outcomes in the inverted models using different global optimization techniques such as Whale Optimization Algorithm (WOA), Particle Swarm Optimization (PSO) and Grey Wolf Optimizer (GWO). These algorithms allowed mapping and localizing high and low resistivity contrasts for both synthetic and real data. Similarly with 2D case, an approach of parallel processing using pure MPI allowed to speedup the computational time that involve the use of these meta-heuristic algorithms. The major outcomes of 1,5D electromagnetic case show that: (i) both constraints offer good results to map the resistivity distribution, (ii) the WOA and PSO algorithms offer better computational performance, converging first than the GWO, (iii) WOA presented the better performance in the cost function value attained than PSO and GWO and (iv) a pure MPI parallelized version provided a 17x speedup in the time processing for synthetic models and up to 50x in the time computing of real data studied.
Palavras-chave: Inversão (Geofísica)
Otimização Global
Eletrorresistividade
Método eletromagnético
Processamento paralelo
CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::GEOCIENCIAS::GEOFISICA::GEOFISICA APLICADA
Idioma: por
País: Brasil
Editora / Evento / Instituição: Universidade Federal da Bahia
Sigla da Instituição: UFBA
metadata.dc.publisher.department: Instituto de Geociências
metadata.dc.publisher.program: Pós-Graduação em Geofísica (PGEOF) 
Citação: BENJUMEA, Jorge Luís Abril. Inversão 1,5D e 2D de dados eletromagnéticos e elétricos usando métodos de otimização global e processamento em paralelo. 2022. 135 f. Tese (Doutorado em Geofísica) - Instituto de Geociências, Universidade Federal da Bahia, Salvador, Bahia, 2022.
URI: https://repositorio.ufba.br/handle/ri/35753
Data do documento: 1-Jul-2022
Aparece nas coleções:Tese (PGGEOFISICA)

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