CN108828662B - 一种地震震源反演可视分析方法、存储介质及服务器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种地震震源反演可视分析方法、存储介质及服务器，所述方法包括步骤：对InSAR地震震源反演过程、不确定性信息以及InSAR地震震源辅助数据进行可视化处理，获得可视化结果；基于所述可视化结果，对InSAR地震震源反演过程的交互以及InSAR地震震源辅助数据协同分析的交互进行可视化展示，实现对InSAR地震震源反演结果不确定性的控制。本发明将无法量化建模的震源知识通过可视分析的方式加以充分利用，约束震源反演过程，实现对InSAR地震震源反演结果不确定性进行控制，从而有效提升目前InSAR地震震源反演的效率和结果可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及震源反演领域，尤其涉及一种地震震源反演可视分析方法、存储介质及服务器。
背景技术
伴随着SAR微型平台的飞速发展，InSAR检测结果将能够覆盖未来越来越多的地震震例，SAR大数据观测带来了我们对地震认知快速提升的机遇，但是反演的不确定性也是目前InSAR地震监测结果实现有效应用的重要挑战。
InSAR地震震源反演是一项非常依赖于先验知识的过程，在断层几何结构的选取设定，InSAR约束数据的选取和勘误，震源结果的解译和质量评判等过程中，很难开展机器自动分析，都需要研究人员借助于三维可视化技术，交互分析和浏览多维度地震及地质背景数据所包含的丰富断层相关信息，结合研究人员的地震经验科学知识进行震源特征和发震机理解释。由于无法获取真实验证数据，InSAR地震震源反演结果质量控制是一项非常具有挑战性的任务，往往需要综合研究者丰富的大地测量和地球物理专业知识，经过不断的测试计算和数据协同分析才能完成。
可视分析是信息可视化与科学可视化领域的新兴学科，它是一种结合可视化、人机交互和数据分析的综合决策方法。InSAR地震震源反演的可视分析可较好实现对地震反演不确定性的控制，从而对InSAR地震震源结果质量进行有效保证。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种地震震源反演可视分析方法、存储介质及服务器，旨在通过可视分析对InSAR地震震源反演不确定性进行控制，从而有效提升目前InSAR地震震源反演的效率和结果可靠性。
本发明的技术方案如下：
一种地震震源反演可视分析方法，其中，包括步骤：
对InSAR地震震源反演过程、不确定性信息以及InSAR地震震源辅助数据进行可视化处理，获得可视化结果；
基于所述可视化结果，对InSAR地震震源反演过程的交互以及InSAR地震震源辅助数据协同分析的交互进行可视化展示，实现对InSAR地震震源反演结果不确定性的控制。
所述的地震震源反演可视分析方法，其中，所述对InSAR地震震源反演过程、不确定性信息以及InSAR地震震源辅助数据进行可视化处理，获得可视化结果的步骤具体包括：
采用可视技术对InSAR地震震源反演过程及其不确定性信息制作可视化图表，控制反演结果误差；
采用体绘制技术将InSAR地震震源辅助数据直接映射成为有深度信息的二维图像。
所述的地震震源反演可视分析方法，其中，所述采用可视技术对InSAR地震震源反演过程及其不确定性信息制作可视化图表，控制反演结果误差的步骤具体包括：
在InSAR地震震源反演过程中，采用动态散点图矩阵技术将贝叶斯反演中的非线性参数采样过程进行可视展现；
在InSAR地震震源反演结束之后，针对不同参数特征采用不同的可视编码方法，以实现对结果的直观理解；
在不确定度计算结果出来之后，使用直方图的方式展示用于表示不确定度度量的三个信息量，通过直方图上的条纹长度比较，直观看到随机不确定性和认知不确定性的大小。
所述的地震震源反演可视分析方法，其中，所述用于表示不确定度度量的三个信息量包括：震源反演参数需要的信息量InSAR数据提供的信息量以及震源反演中利用的信息量。
所述的地震震源反演可视分析方法，其中，所述InSAR地震震源辅助数据包括历史地震、余震分布、b值、库仑应力、地质构造、地层、地质岩性。
所述的地震震源反演可视分析方法，其中，所述基于所述可视化结果，对InSAR地震震源辅助数据协同分析的交互进行可视化展示的步骤具体包括：
设计结合参数输入和屏幕输入的InSAR地震震源辅助数据交互方式，通过参数输入对选择的对象或者操作过程进行精确控制；
设计针对体绘制交互显示控制的转换函数编辑器，调整InSAR地震震源辅助数据到颜色和不透明度之间的映射，基于默认体绘制的结果进行调整，获取需要观察的地震数据耦合的细节特征。
所述的地震震源反演可视分析方法，其中，所述基于所述可视化结果，对InSAR地震震源反演过程的交互进行可视化展示的步骤具体包括：
针对断层几何参数m以及InSAR数据集权重σ2，设计直接的上下限输入接口，根据输入的上下限数值，对断层几何参数m以及InSAR数据集权重σ2的先验概率不确定性进行可视化；
针对平滑系数α，设计叠加断层滑动分布的交互调整界面，通过人工交互的平滑系数调整避免反演中常出现的过平滑现象，提高反演分辨率；
针对InSAR约束数据，设计人工交互的可选择四叉树采样方法，对基于形变场底图的采样区域选择以及采样形变梯度和数目设定进行交互，避免基于梯度四叉树采样中噪声数据的干扰。
一种计算机可读存储介质，其中，所述计算机可读存储介质存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序被一个或多个处理器执行，以实现一种地震震源反演可视分析方法的步骤。
一种应用服务器，其中，包括至少一个处理器、显示屏、存储器以及通信接口和总线，所述处理器、显示屏、存储器和通信接口通过总线完成相互间的通信，所述处理器调用存储器中的逻辑指令以执行一种地震震源反演可视分析方法的步骤。
有益效果：本发明通过将可视分析方法引入InSAR地震震源结果不确定性控制研究中，基于可视化技术，对InSAR地震震源反演过程、不确定性信息和InSAR地震震源辅助数据以易于理解的方式进行计算机视觉呈现，设计了可视分析方法的反演过程交互和数据协同分析交互，帮助分析者对隐藏信息进行挖掘，从而将无法量化建模的震源知识通过可视分析的方式加以充分利用，约束震源反演过程，实现对InSAR地震震源反演结果不确定性进行控制，从而有效提升目前InSAR地震震源反演的效率和结果可靠性。
附图说明
图1为本发明一种地震震源反演可视分析方法较佳实施例的流程图。
图2为本发明平滑系数先验信息调整交互示意图。
图3为本发明四叉树采样交互示意图。
图4为本发明一种应用服务器较佳实施例的结构框图。
具体实施方式
本发明提供一种地震震源反演可视分析方法、存储介质及服务器，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1，图1为本发明提供的一种地震震源反演可视分析方法较佳实施例的流程图，其中，如图所示，包括步骤：
S10、对InSAR地震震源反演过程、不确定性信息以及InSAR地震震源辅助数据进行可视化处理，获得可视化结果；
S20、基于所述可视化结果，对InSAR地震震源反演过程的交互以及InSAR地震震源辅助数据协同分析的交互进行可视化展示，实现对InSAR地震震源反演结果不确定性的控制。
具体来讲，虽然InSAR数据相较传统地震波数据来讲具备很高的近场分辨率，但InSAR地震震源反演依旧存在着极大的不确定性，目前并没有非常行之有效的反演过程不确定性控制方法，这也导致现在震源反演研究结果不一致性较高，质量参差不齐。
基于此，本发明提供一种地震震源反演可视分析方法用于辅助震源结果不确定性控制，可视分析方法是一种可以从大量数据中提取信息、获取见解、产生知识、支持推理的有效方法，它提供了可视化、人机交互和数据分析等手段，在时空数据分析等众多领域中已经得到了广泛应用。本发明基于可视化技术，对InSAR地震震源反演过程、不确定性信息和InSAR地震震源辅助数据以易于理解的方式进行计算机视觉呈现，设计了可视分析方法的反演过程交互和数据协同分析交互，帮助分析者对隐藏信息进行挖掘，从而将无法量化建模的震源知识通过可视分析的方式加以充分利用，约束震源反演过程，实现对InSAR地震震源反演结果不确定性进行控制，从而有效提升目前InSAR地震震源反演的效率和结果可靠性。
作为其中一实施方式，所述步骤S10具体包括：
S11、采用可视技术对InSAR地震震源反演过程及其不确定性信息制作可视化图表，控制反演结果误差；
S12、采用体绘制技术将InSAR地震震源辅助数据直接映射成为有深度信息的二维图像。
具体来讲，所述步骤S11中，采用可视技术对InSAR地震震源反演过程及其不确定性信息制作可视化图表将能有效地发现单一指标数值无法直观揭示的细节问题，可以及时地调整参数，从而提高计算效率，控制反演结果误差。因此，反演过程及不确定性可视化设计需要完成两个目标：1)有助于用户及时发现不合理参数设置；2)有助于用户直观理解结果可靠性。
进一步地，基于目前的可视技术，可对InSAR地震震源反演过程及其不确定性信息的可视表达进行如下设计：在InSAR地震震源反演过程中，使用动态散点图矩阵技术将贝叶斯反演中的非线性参数MCMC(Markov Chain Monte Carlo，马尔可夫链蒙特卡罗)采样过程进行可视展现，动态显示采样次数，接纳样本数目，接纳样本参数值，接纳样本对应的断层几何，接纳样本对应InSAR残差；通过观察采样结果的过程细节，将能够及时防止初值、采样步长或者先验参数设置不合理导致的计算浪费和结果不正确的情况。
在InSAR地震震源反演结束之后，针对不同参数特征采用不同的可视编码方法，以实现对结果的直观理解。对断层几何非线性参数样本集，设计使用平行坐标系进行可视，同时使用体绘制的方法对断层几何参数样本集对应的三维空间位置进行展示。对断层滑动量线性参数样本集，使用断层散点图的方式展示。
在不确定度计算结果出来之后，设计使用直方图的方式展示用于不确定度度量的三个信息量值，通过直方图上的条纹长度比较，可以直观看到随机不确定性和认知不确定性的大小。同时，使用动画技术对真实值Z和反演值Zinv的样本集进行对比展示，有利于研究者对结果不确定性有更具体的认识。优选地，所述用于表示不确定度度量的三个信息量包括：震源反演参数需要的信息量InSAR数据提供的信息量以及震源反演中利用的信息量。
所述步骤S12中的InSAR地震震源辅助数据是进行震源反演结果解译的主要依据，如何将辅助数据所蕴含的信息进行合理可视化对分析InSAR震源反演结果非常重要。所述InSAR地震震源辅助数据包括历史地震、余震分布、b值、库仑应力、地质构造、地层、地质岩性等，这些都是三维空间体上的数据，可视化的关键是对数据细节进行丰富展示，方便结果关联分析。传统二维切片的方法仅能够展示有限的平面数据，舍弃了三维数据中大量的有用信息，会直接影响对耦合分析的解译效果。因此，本发明采用体绘制技术进行辅助数据的可视化，将三维空间的体数据直接映射成为有深度信息的二维图像。体绘制结果可以同时展示地壳空间断层内部细节和整体信息，具备直观、方便、真实的视觉效果，可以非常有效支撑结果与外部数据耦合分析的需要。目前典型的体绘制算法有光线投射法、抛雪球法、错切变形法和维纹理映射法，研究将根据实际应用效果在其中进行选择。
作为其中一实施方式，所述对InSAR地震震源辅助数据协同分析的交互进行可视化展示的步骤具体包括：
S21、设计结合参数输入和屏幕输入的InSAR地震震源辅助数据交互方式，通过参数输入对选择的对象或者操作过程进行精确控制；
S22、设计针对体绘制交互显示控制的转换函数编辑器，调整InSAR地震震源辅助数据到颜色和不透明度之间的映射，基于默认体绘制的结果进行调整，获取需要观察的地震数据耦合的细节特征。
具体来讲，所述InSAR地震震源辅助数据协同分析的交互目的是方便地震三维空间体数据的协同分析，如历史地震与断层滑动分布的耦合分析、昆仑应力与余震分布的耦合分析，断层几何与InSAR残差的耦合分析，地质构造与震源信息的耦合分析等。与二维空间交互相比，三维空间的交互多了一个维度，交互复杂度大大增加。基于目前的体绘制交互技术，对数据协同分析的交互进行如下设计：1)设计结合参数输入和屏幕输入的三维体数据交互方式，一方面通过屏幕可以进行粗略的平移、选择、删除、旋转和缩放操作，另一方面通过参数输入对选择的对象或者操作过程进行精确控制，兼顾地震数据解译的灵活性和精确性；2)设计针对体绘制交互显示控制的转换函数编辑器，用于调整地震三维体数据到颜色和不透明度之间的映射，使得研究人员可以基于默认体绘制的结果进行调整，获取需要观察的地震数据耦合的细节特征。比如，对某些结构(板块构造、断层、余震、历史地震等)可以进行区别性显示来突出特征。
作为其中一实施方式，所述基于所述可视化结果，对InSAR地震震源反演过程的交互进行可视化展示的步骤具体包括：
S23、针对断层几何参数m以及InSAR数据集权重σ2，设计直接的上下限输入接口，根据输入的上下限数值，对断层几何参数m以及InSAR数据集权重σ2的先验概率不确定性进行可视化；
S24、针对平滑系数α，设计叠加断层滑动分布的交互调整界面，通过人工交互的平滑系数调整避免反演中常出现的过平滑现象，提高反演分辨率；
S25、针对InSAR约束数据，设计人工交互的可选择四叉树采样方法，对基于形变场底图的采样区域选择以及采样形变梯度和数目设定进行交互，避免基于梯度四叉树采样中噪声数据的干扰。
具体来讲，InSAR地震震源反演过程交互的目的是研究者基于可视结果对反演结果进行优化，交互的内容包括先验信息概率建模参数和InSAR约束数据。根据前面所述，断层几何参数m，InSAR数据集权重σ2，以及平滑系数α需要采用一定范围内的均匀分布，因此需要交互调整的为这些参数取值的上下限。反演参数交互拟进行如下设计：1)针对断层几何参数m，InSAR数据集权重σ2，拟设计直接的上下限输入接口，根据输入的上下限数值，对参数的先验概率不确定性进行可视化。断层空间位置的不确定性用体绘制的方式显示，InSAR权重的不确定性通过模拟权重上限和下限空间分布噪声显示；2)针对平滑系数α，设计叠加断层滑动分布的交互调整界面，对无滑动区域可以调高平滑系数先验值，而滑动区域可以适当调低，因为无滑动区域是绝对光滑的，通过人工交互的平滑系数调整可避免反演中常出现的过平滑现象，进而提高反演分辨率，如图2所示。基于新调整的平滑系数，采用MCMC采样的方式获取平滑系数对应的数个滑动分布样本并进行显示；3)针对InSAR约束数据，设计人工交互的可选择四叉树采样方法，交互的内容包括基于形变场底图的采样区域选择以及采样形变梯度和数目设定。这样可以成功避免基于梯度四叉树采样中噪声数据的干扰，以及基于分辨率四叉树采样中对非断层附近形变数据的忽略，如图3所示。
基于上述地震震源反演可视分析方法，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现如上任一实施例所述的地震震源反演可视分析方法中的步骤。
基于上述地震震源反演可视分析方法，本发明还提供了一种应用服务器，如图4所示，其包括至少一个处理器(processor)20；显示屏21；以及存储器(memory)22，还可以包括通信接口(Communications Interface)23和总线24。其中，处理器20、显示屏21、存储器22和通信接口23可以通过总线24完成相互间的通信。显示屏21设置为显示初始设置模式中预设的用户引导界面。通信接口23可以传输信息。处理器20可以调用存储器22中的逻辑指令，以执行上述实施例中的方法。
此外，上述的存储器22中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
存储器22作为一种计算机可读存储介质，可设置为存储软件程序、计算机可执行程序，如本公开实施例中的方法对应的程序指令或模块。处理器30通过运行存储在存储器22中的软件程序、指令或模块，从而执行功能应用以及数据处理，即实现上述实施例中的方法。
存储器22可包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序；存储数据区可存储根据终端设备的使用所创建的数据等。此外，存储器22可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器。例如，U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等多种可以存储程序代码的介质，也可以是暂态存储介质。
此外，上述存储介质以及移动终端中的多条指令处理器加载并执行的具体过程在上述方法中已经详细说明，在这里就不再一一陈述。
综上所述，本发明通过将可视分析方法引入InSAR地震震源结果不确定性控制研究中，基于可视化技术，对InSAR地震震源反演过程、不确定性信息和InSAR地震震源辅助数据以易于理解的方式进行计算机视觉呈现，设计了可视分析方法的反演过程交互和数据协同分析交互，帮助分析者对隐藏信息进行挖掘，从而将无法量化建模的震源知识通过可视分析的方式加以充分利用，约束震源反演过程，实现对InSAR地震震源反演结果不确定性进行控制，从而有效提升目前InSAR地震震源反演的效率和结果可靠性。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (7)
1.一种地震震源反演可视分析方法，其特征在于，包括步骤：
对InSAR地震震源反演过程、不确定性信息以及InSAR地震震源辅助数据进行可视化处理，获得可视化结果；
基于所述可视化结果，对InSAR地震震源反演过程的交互以及InSAR地震震源辅助数据协同分析的交互进行可视化展示，实现对InSAR地震震源反演结果不确定性的控制；
所述基于所述可视化结果，对InSAR地震震源辅助数据协同分析的交互进行可视化展示的步骤具体包括：
设计结合参数输入和屏幕输入的InSAR地震震源辅助数据交互方式，通过参数输入对选择的对象或者操作过程进行精确控制；
设计针对体绘制交互显示控制的转换函数编辑器，调整InSAR地震震源辅助数据到颜色和不透明度之间的映射，基于默认体绘制的结果进行调整，获取需要观察的地震数据耦合的细节特征；
所述基于所述可视化结果，对InSAR地震震源反演过程的交互进行可视化展示的步骤具体包括：
针对断层几何参数m以及InSAR数据集权重σ2，设计直接的上下限输入接口，根据输入的上下限数值，对断层几何参数m以及InSAR数据集权重σ2的先验概率不确定性进行可视化；
针对平滑系数α，设计叠加断层滑动分布的交互调整界面，通过人工交互的平滑系数调整避免反演中常出现的过平滑现象，提高反演分辨率；
针对InSAR约束数据，设计人工交互的可选择四叉树采样方法，对基于形变场底图的采样区域选择以及采样形变梯度和数目设定进行交互，避免基于梯度四叉树采样中噪声数据的干扰。
2.根据权利要求1所述的地震震源反演可视分析方法，其特征在于，所述对InSAR地震震源反演过程、不确定性信息以及InSAR地震震源辅助数据进行可视化处理，获得可视化结果的步骤具体包括：
采用可视技术对InSAR地震震源反演过程及其不确定性信息制作可视化图表，控制反演结果误差；
采用体绘制技术将InSAR地震震源辅助数据直接映射成为有深度信息的二维图像。
3.根据权利要求2所述的地震震源反演可视分析方法，其特征在于，所述采用可视技术对InSAR地震震源反演过程及其不确定性信息制作可视化图表，控制反演结果误差的步骤具体包括：
在InSAR地震震源反演过程中，采用动态散点图矩阵技术将贝叶斯反演中的非线性参数采样过程进行可视展现；
在InSAR地震震源反演结束之后，针对不同参数特征采用不同的可视编码方法，以实现对结果的直观理解；
在不确定度计算结果出来之后，使用直方图的方式展示用于表示不确定度度量的三个信息量，通过直方图上的条纹长度比较，直观看到随机不确定性和认知不确定性的大小。
4.根据权利要求3所述的地震震源反演可视分析方法，其特征在于，所述用于表示不确定度度量的三个信息量包括：震源反演参数需要的信息量、InSAR数据提供的信息量以及震源反演中利用的信息量。
5.根据权利要求2所述的地震震源反演可视分析方法，其特征在于，所述InSAR地震震源辅助数据包括历史地震、余震分布、b值、库仑应力、地质构造、地层、地质岩性。
6.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序被一个或多个处理器执行，以实现上述权利要求1-5任意一种地震震源反演可视分析方法的步骤。
7.一种应用服务器，其特征在于，包括至少一个处理器、显示屏、存储器以及通信接口和总线，所述处理器、显示屏、存储器和通信接口通过总线完成相互间的通信，所述处理器调用存储器中的逻辑指令以执行权利要求上述权利要求1-5任意一种地震震源反演可视分析方法的步骤。
Priority Applications (1)
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