Bolsa de Doutorado em Solução de Problemas Inversos com Aplicação em Processamento Sísmico

PhD Fellowship in Solution of Inversion Problems with Seismic Processing Application

Nº: 3032

Área de conhecimento: Engenharia

Field of knowledge: Engineering

Nº do processo FAPESP: 2014/50279-4

FAPESP process: 2014/50279-4

Título do projeto: STMI – Tomografia Acústica utilizando Otimização Topológica e Ambientes GPU

Project title: STMI – Acoustic Tomography by Using Topology Optimization and GPU Environments

Área de atuação: Desenvolvimento de Técnicas Numéricas e Software para Problemas Inversos com Aplicações em Processamento Sísmico

Working area: Development of Numerical Techniques and Software for Inversion Problems with Seismic Processing Applications

Quantidade de vagas: 1

Number of places: 1

Pesquisador principal: Julio Romano Meneghini

Principal investigator: Julio Romano Meneghini

Unidade/Instituição: RCGI/Poli USP - Universidade de São Paulo

Unit/Instituition: RCGI/Poli USP - Universidade de São Paulo

Data limite para inscrições: 31/10/2019

Deadline for submissions: 2019-10-31

Publicado em: 24/07/2019

Publishing date: 2019-07-24

Localização: Av. Prof. Mello Moraes, 2231, São Paulo

Locale: Av. Prof. Mello Moraes, 2231, São Paulo

E-mail para inscrições: rcgi.opportunities@usp.br

E-mail for proposal submission: rcgi.opportunities@usp.br

  • Resumo Summary

    O objetivo principal deste projeto é desenvolver um conjunto de tecnologias de software para simulação numérica e solução de problemas de inversão. Aplicações como obtenção de imagens sísmicas pela inversão de dados medidos de campo antecedem em muitos anos o grande interesse atual em análise de grandes volumes de dados e aprendizado de máquina. Contudo, tais aplicações permanecem extremamente desafiadoras, pelo fato de que não se beneficiaram significativamente desses novos desenvolvimentos, dada a complexidade inerente aos problemas, grandes volumes de dados e ao alto custo computacional. O software requerido para estes problemas é altamente especializado, tanto em termos dos métodos numéricos quanto das técnicas de computação de alto desempenho envolvidas, e requer anos de trabalho especializado para ser desenvolvido. Esta é uma séria barreira para a criação de novos métodos e inovação, por exemplo, para obter melhores imagens das camadas de sal e pré-sal comumente encontradas ao longo do litoral brasileiro.

    O projeto desenvolverá tecnologias especializadas de software capazes de reduzir o tempo necessário para o desenvolvimento de códigos de simulação e inversão de anos para dias. Serão concebidas e implementadas linguagens de programação de alto nível que possibilitarão que geofísicos usem seus conhecimentos específicos para desenvolver e avaliar rapidamente novos algoritmos para obtenção de imagens de regiões geologicamente desafiadoras. Métodos de discretização em diferenças finitas e elementos finitos de alta ordem, otimizados para processamento sísmico, serão desenvolvidos, bem como técnicas de diferenciação automática para a geração automática dos modelos adjuntos.

    Outro foco do trabalho será atingir um maior nível de automatização na discretização espacial do domínio através da geração e adaptação de malhas, que é uma tarefa que atualmente consome muitas horas de trabalho humano. Por fim, modernas tecnologias de compiladores serão empregadas para gerar códigos altamente otimizados para plataformas de computação que vão de supercomputadores a sistemas na nuvem.  

    Descrição 

    O candidato selecionado colaborará com pesquisadores do projeto “Tecnologias de software para simulação e inversão” do Centro de Pesquisa de Inovação em Gás (RCGI), sediado na POLI-USP. Resumo do programa e projetos podem ser encontrados no site da RCGI (http://www.rcgi.poli.usp.br/ – Projeto 46 / STMI).  

    A posição envolve a realização das seguintes atividades principais:

    1. Desenvolver e validar software para modelar o problema de avanço acústico com técnicas numéricas como diferenças finitas ou métodos de elementos;
    2. Desenvolver e validar software para resolver problemas inversos acústicos usando o método de otimização de topologia com o propósito de gerar imagens acústicas;
    3. Desenvolver uma estrutura geral com processamento baseado em GPU para tomografia acústica usando o método de otimização de topologia. 

    Requisitos

    Especialista em nível de mestrado em Mecânica Computacional, Análise Transiente, Métodos de Diferenças Finitas ou Elementos Finitos, Otimização Topológica, Análise de Algoritmos, Programação em Python ou Matlab.

    Informações sobre a bolsa

    O candidato selecionado receberá bolsa de R$ 2.784,60 (primeiro ano) e R$ 3.446,40 (2º, 3º e 4º ano) mensais concedida pela FUSP – Fundação de Apoio à Universidade de São Paulo.

    Maiores informações em https://www.rcgi.poli.usp.br/opportunities. Inscrição em https://www.rcgi.poli.usp.br/opportunities/application-form-rcgi/ (REF 19PhD108).

    The main purpose of this project is to develop a set of software technologies for numerical simulation and solution of inversion problems. Applications such as the acquisition of seismic images by the inversion of measured field data predate in many years the great current interest in analysis of large data volumes and machine learning. However, these applications remain extremely challenging because they did not benefit significantly from these new developments, given the complexity inherent in the problems, large data volumes and the high computational cost. The software required for these problems is highly specialized, both in terms of the numerical methods and the highperformance computing techniques involved, and requires years of specialized work to be developed. This is a serious barrier to the creation of new methods and innovation, for example, to obtain better images of salt and pre-salt layers commonly found along the Brazilian coast. 

    This project will develop specialized software technologies capable of reducing the time required for the development of simulation and inversion codes from years to days. High-level programming languages will be designed and implemented in a way that geophysicists will be able to use their area-specific knowledge to rapidly develop and evaluate new algorithms for imaging geologically challenging regions. Discretization methods in finite differences and high order finite elements, optimized for seismic processing, will be developed, as well as techniques of automatic differentiation for the automatic generation of the adjoint models. Another focus of the work will be to achieve a higher level of automation in the spatial discretization of the domain through the generation and adaptation of meshes, which is a task that currently consumes many hours of human work. Finally, modern compiler technologies will be employed to generate highly optimized code for computing platforms from supercomputers to cloud systems. 

    Description

    The successful candidate will collaborate with researchers from the project “Software technologies for simulation and inversion” of the Research Centre for Gas Innovation (RCGI) hosted by the University of São Paulo’s Engineering School (POLI-USP). Summary of the program and projects can be found at the RCGI website (http://www.rcgi.poli.usp.br/ – Project 46 - STMI). 

    The position involves taking part in the following main activities:

    1. Develop and validate software for modelling acoustic forward problem with numerical techniques such as finite differences or element methods;
    2. Develop and validate software for solving acoustic inverse problem by using the topology optimization method with the purpose of generating acoustic tomographies;
    3. Develop a general framework with GPU-based processing for acoustic tomography by using the topology optimization method. 

    Requirements 

    Master level specialist in Computational Mechanics, Transient Analysis, Finite Differences or Element Methods, Topology Optimization, Analysis of Algorithms, and Python or Matlab Programming.

    Information about the fellowship

    The selected candidate will receive a scholarship of BRL2.784,60 (first year) and BRL3.446,40 (2nd , 3rd and 4th year) monthly granted by FUSP – University of São Paulo’s Support Foundation.

    More information at https://www.rcgi.poli.usp.br/opportunities. Application at https://www.rcgi.poli.usp.br/opportunities/application-form-rcgi/ (REF 19PhD108).