外推瀑布式多网格法及其在三维地电磁场计算中的应用

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    41204082
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    D0408.油气地球物理学
  • 结题年份:
    2015
  • 批准年份:
    2012
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2013-01-01 至2015-12-31

项目摘要

The implementation of fast and high precision computations of 3D geoelectromagnetic field has important theoretical and practical significance to improve the quality of data interpretation for electromagnetic prospecting methods. Multigrid method is one of the most efficient methods for solving large-scale scientific and engineering problems. This project, the first of its kind, will apply the extrapolation cascadic multi-grid method (EXCMG) to numerical simulations of electromagnetic fields, and propose and implement a fast and accurate calculation method for 3D geoelectromagnetic field simulations based on EXCMG. By using locally refined and structured grids (such as graded grids) and piecewise uniform grids, it is convenient to locally refine grids near the point source or abnormal electrical body, and the inherent superconvergence of FEM is retained. The project focuses on asymptotic error expansions and high-precision extrapolation formulas for FEM, and proposes an EXCMG algorithm based on locally refined grids. On this basis, a parallel implementation of the EXCMG algorithm will be developed. Combined with the secondary field and sparse matrix compression techniques, high-precision numerical simulation of 3D geoelectromagnetic field with hundreds of millions of degrees of freedom can be implemented rapidly on a machine with high parallel computation capability. Through a large number of numerical calculations and analysis of typical models, we will test and improve the algorithm, and lay the foundation of the subsequent study of 3D electromagnetic field inversion. The expected conclusion of this project will include algorithms and actual implementations that can be widely used in the field of computational geophysics, which will prove to have important theoretical and practical values.
三维地电磁场的高精度快速计算对提高勘探电磁法的资料解释水平具有重要的理论和实际意义。多网格法是快速求解大规模科学工程计算问题最有效的方法之一。本项目首次将外推瀑布式多网格法(EXCMG)应用到地电磁场正演计算中, 构造并实现基于EXCMG的三维地电磁场快速、高精度计算方法。采用局部加密结构化网格和分片均匀网格, 既方便对点电源或异常电位体附近进行局部加密, 又保留了有限元所固有的超收敛特性。重点研究有限元误差渐近展开及高精度外推公式, 提出基于局部加密网格的EXCMG算法。以此为基础, 研究并行EXCMG算法, 利用二次场和稀疏矩阵压缩存贮等技巧, 在并行机上实现上亿自由度的三维地电磁场的快速、高精度数值模拟。通过大量典型模型的计算与分析, 测试并改进算法,为后续三维电磁场的反演研究奠定基础。本项目的预期成果有望在计算地球物理领域得到广泛的应用,具有重要的理论意义和工程实用价值。

结项摘要

三维地电磁场的高精度快速计算对提高勘探电磁法的资料解释水平具有重要的理论和实际意义。多网格法是快速求解大规模科学工程计算问题最有效的方法之一。..本项目首次将外推瀑布式多网格法(EXCMG)应用到地电磁场正演计算中, 构造并实现基于EXCMG 的三维地电磁场快速、高精度计算方法。以此为基础, 研究并行EXCMG 算法, 利用二次场和稀疏矩阵压缩存贮等技巧, 在高性能计算服务上数分钟内实现上亿自由度的三维地电磁场的高精度数值模拟。EXCMG算法与两种迭代求解器(对称超松弛共轭梯度法SSORCG与不完全Cholesky共轭梯度法ICCG)对比表明:EXCMG算法收敛速度与问题规模无关,和SSORCG和ICCG相比,具有更高的效率,且随着问题规模的增加,EXCMG效率优势更加明显。通过大量典型模型的计算与分析, 测试并改进算法, 为后续三维电磁场的反演研究奠定了基础。..本项目的研究成果可在计算地球物理领域得到广泛的应用,具有重要的理论意义和工程实用价值。

项目成果

期刊论文数量(15)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
基于CG的外推瀑布式多网格法收敛性分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    高等学校计算数学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    胡宏伶;潘克家
  • 通讯作者:
    潘克家
A parameter identification problem for spontaneous potential logging in heterogeneous formation
非均质地层自发电位测井参数辨识问题
  • DOI:
    10.1515/jip-2012-0066
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    Journal of Inverse and Ill-Posed Problems
  • 影响因子:
    1.1
  • 作者:
    Pan; Kejia;Liu; Jianli
  • 通讯作者:
    Jianli
2.5-D and 3-D DC resistivity modelling using an extrapolation cascadic multigrid method
使用外推级联多重网格方法进行 2.5 维和 3 维直流电阻率建模
  • DOI:
    10.1093/gji/ggu094
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    Geophysical Journal International
  • 影响因子:
    2.8
  • 作者:
    Kejia Pan;Jingtian Tang
  • 通讯作者:
    Jingtian Tang
基于有限元?无限元耦合的2.5D 直流电阻率数值模拟
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    中南大学学报(自然科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    肖晓;原源;汤井田
  • 通讯作者:
    汤井田
Time-extrapolation algorithm (tea) for linear parabolic problems
线性抛物线问题的时间外推算法(茶)
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    Journal of Computational Mathematics
  • 影响因子:
    0.9
  • 作者:
    Hu; Hongling;Chen; Chuanmiao;Pan; Kejia
  • 通讯作者:
    Kejia

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其他文献

基于CG的外推瀑布式多网格法收敛性分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    高等学校计算数学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    胡宏伶;潘克家
  • 通讯作者:
    潘克家
单纯形上校正高斯—勒让德求积公式
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
    计算机工程与应用
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    潘克家;汤井田
  • 通讯作者:
    汤井田
Parallel-in-time multigrid for space–time finite element approximations of two-dimensional space-fractional diffusion equations
二维空间分数扩散方程的时空有限元近似的时间并行多重网格
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Computers and Mathematics with Applications
  • 影响因子:
    2.9
  • 作者:
    岳孝强;舒适;徐小文;卜玮平;潘克家
  • 通讯作者:
    潘克家
垂直及倾斜接触面电测深曲线特征
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    物探化探计算技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    汤井田;谭洁;潘克家
  • 通讯作者:
    潘克家
基于局部加密等级网格的2.5D 直流电法有限元模拟
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    中南大学学报(自然科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    胡宏伶;肖骁;潘克家;汤井田
  • 通讯作者:
    汤井田

其他文献

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潘克家的其他基金

极端地质条件下三维大地电磁正反演关键技术研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    56 万元
  • 项目类别:
    面上项目
基于矢量有限元和瀑布式多重网格法的大地电磁带地形三维并行正演研究
  • 批准号:
    41874086
  • 批准年份:
    2018
  • 资助金额:
    63.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
基于GPU的CSAMT三维正演的并行外推多网格法研究
  • 批准号:
    41474103
  • 批准年份:
    2014
  • 资助金额:
    85.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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  • 批准号:
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  • 批准年份:
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  • 资助金额:
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相似海外基金

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  • 资助金额:
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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