En-DeepONet: An enrichment approach for enhancing the expressivity of neural operators with applications to seismology

震源 Eikonal方程 操作员(生物学) 微震 地震预警系统 地震学 计算机科学 人工智能 地质学 预警系统 数学 数学分析 电信 诱发地震 生物化学 化学 抑制因子 转录因子 基因
作者
Ehsan Haghighat,Umair bin Waheed,George Em Karniadakis
出处
期刊:Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering [Elsevier BV]
卷期号:420: 116681-116681 被引量:16
标识
DOI:10.1016/j.cma.2023.116681
摘要

The Eikonal equation plays a central role in seismic wave propagation and hypocenter localization, a crucial aspect of efficient earthquake early warning systems. Despite recent progress, real-time earthquake localization remains challenging due to the need to learn a generalizable Eikonal operator. We introduce a novel deep learning architecture, Enriched-DeepONet (En-DeepONet), addressing the limitations of current operator learning models in dealing with moving-solution operators. Leveraging addition and subtraction operations and a novel ‘root’ network, En-DeepONet is particularly suitable for learning such operators and achieves up to four orders of magnitude improved accuracy without increased training cost. We demonstrate the effectiveness of En-DeepONet in earthquake localization under variable velocity and arrival time conditions. Our results indicate that En-DeepONet paves the way for real-time hypocenter localization for velocity models of practical interest. The proposed method represents a significant advancement in operator learning that is applicable to a gamut of scientific problems, including those in seismology, fracture mechanics, and phase-field problems.

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