Eigene und verwendete geophysikalische Software

Die Abteilung Geophysik bietet verschiedene Softwarepakete für Mitarbeitende und Studierende an. Auch Externe können von den folgenden Open-Source Projekten profitieren.

Eigene geophysikalische Software

CRTomo

CRTomo ist ein Inversionscode für komplexe Widerstandstomographie und wurde ursprünglich von Prof. A. Kemna Entwickelt. Weitere Informationen sind auf der Homepage, oder in der untenstehenden Publikation, zu finden:

Kemna, A. (2000). Tomographic inversion of complex resistivity. Ruhr-Universität Bochum, 169.

CRTomo GitHub

Kemna, A. (2000) (PDF)

Kemna 2000 PhD thesis.pdf

CRTomo-Tools

Die Abteilung Geophysik entwickelt aktiv eine Python-Umgebung für die Arbeit mit elektrischen Impedanzdaten. Herzstück der crtomo-tools ist ein Python-Interface für den Modellierungs- und Inversionscode CRTomo.

CRTomo-Tools

Dokumentation

REDA - Reproducible Electrical Data Analysis

REDA ist eine wissenschaftliche Python-Bibliothek für die reproduzierbare Analyse geoelektrischer Daten. Sie zielt darauf ab, eine einheitliche Schnittstelle für allgemeine und fortgeschrittene Datenverarbeitungsschritte bereitzustellen und gleichzeitig die Lücke zwischen einer Vielzahl von geoelektrischen Messgeräten und Inversionscodes, die in der geophysikalischen Gemeinschaft verwendet werden, zu schließen. Es bietet Funktionen zum Importieren, Analysieren, Verarbeiten, Visualisieren und Exportieren geoelektrischer Daten mit besonderem Schwerpunkt auf Zeitrafferfunktionalität und Reproduzierbarkeit. Letzteres wird in Form eines Protokollierungssystems realisiert, das jeden einzelnen Verarbeitungsschritt, der auf einen bestimmten Datensatz angewendet wird, in einem von Menschen lesbaren Journal festhält. REDA ist plattformkompatibel, getestet und Open-Source unter der freizügigen MIT-Lizenz.

REDA GitHub

Dokumentation

CCD-Tools

Dieses Paket enthält eine Implementierung des Cole-Cole-Zerlegungsschemas (CCD), das in oberflächennahen geophysikalischen Anwendungen verwendet wird, um elektrische Polarisationssignaturen zu beschreiben, die für Frequenzen im mHz-Bereich bis zu mehreren kHz gemessen werden.

Im CCD werden spektral induzierte Polarisationssignaturen (SIP) durch eine Überlagerung elementarer Polarisationsterme beschrieben, die so verteilt sind, dass sie mindestens den Frequenzbereich der Messdaten abdecken.

Weitere Informationen finden Sie auf der Homepage des Projekts: https://m-weigand.github.io/ccd_tools

Teile dieses Codes wurden in zwei Open-Access-Publikationen beschrieben:

1. Weigand und Kemna, 2016, Computer und Geowissenschaften
2. Weigand und Kemna, 2016, Geophysical Journal International

Complex valued probabilistic inversion

Dieses Paket bietet eine Implementierung für die Lösung nichtlinearer inverser Probleme in komplexen Variablen (siehe Hase et al. 2024). Während das inverse Problem durch Gauß-Newton-Optimierung gelöst wird, verwendet das Framework eine probabilistische Formulierung des inversen Problems, die komplexe Datenfehler und Kreuz-Sensitivitäten berücksichtigt und die Möglichkeit bietet, eine unabhängige Regularisierung auf den Real- und Imaginärteil des komplexen Modells anzuwenden.

Den zugehörigen Download sowie weitere Informationen zur Installation und Anwendung sind hier zu finden.

Optimized measurement scheme design for ERT surveys

Dieser Code stellt ein Framework für die Berechnung optimierter Messschemata bereit. Der implementierte Algorithmus basiert auf der "Compare-R"-Methode (e.g. Wilkinson et al. 2012), die mit Hilfe von iterativen, effizienten Updates der Modell-Auflösungsmatrix ein optimiertes Messschema erstellt. Unter dem Github-Link findet sich der Optimierungs-Code, Beispiele zur Erstellung von optimierten Single- und Multichannel Surveys, sowie ein Beispiel zur Berechnung von optimierten Konfigurationen in einer geschlossenen Rhizotron Geometrie.

GitHub Repository

Externe Software

Im Folgenden ist eine Auswahl extern-entwickelter Open-Source-Software aufgeführt, die in der Abteilung Geophysik aktiv in Lehre und Forschung verwendet wird.

pyGIMLi

pyGIMLi ist eine Open-Source-Bibliothek für Multi-Methoden-Modellierung und Inversion in der Geophysik. Die objektorientierte Bibliothek bietet Management für strukturierte und unstrukturierte Netze in 2D und 3D, Finite-Elemente- und Finite-Volumen-Solver, verschiedene geophysikalische Vorwärtsoperatoren sowie Gauß-Newton-basierte Frameworks für eingeschränkte, gemeinsame und vollständig gekoppelte Inversionen mit flexibler Regularisierung.

Es ist für folgende Anwendungen geeignet:

Analyse, Visualisierung und Invertierung geophysikalischer Daten in reproduzierbarer Weise geeignet.
Vorwärtsmodellierung von (geo)physikalischen Problemen auf komplexen 2D- und 3D-Geometrien
Inversion mit flexibler Steuerung von a-priori Informationen und Regularisierung
Kombination verschiedener Methoden in eingeschränkten, gemeinsamen und vollständig gekoppelten Inversionen
Lehre der angewandten Geophysik (z.B. in Kombination mit Jupyter Notebooks)

Hier geht es zur pyGIMLi Dokumentation.

pyGIMLI GitHub

Fragen und Antworten

Welche weiteren Dienste bietet die Abteilung Geophysik an?

Die Abteilung Geophysik bietet - neben einer Reihe interner Dienste - die weiter oben gelistete Software an. Diese Software-Pakete werden unter Mitwirkung oder in der Abteilung Geophysik entwickelt. Weitere Dienste sind auf der Seite Dienste gelistet. Technische Werkzeuge und Arbeitsflows, die in der Abteilung Geophysik verwendet werden, sind auf einer weiteren Seite aufgeführt.

Was kann ich tun, wenn etwas nicht funktioniert?

Sollte ein Dienst nicht wie erwartet funktionieren, wenden Sie sich bitte an die Systemadministration der Abteilung Geophysik (siehe Kontakt weiter unten).