1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

31

32

33

34

35

36

37

38

39

40

41

42

43

44

45

46

47

48

49

50

51

52

53

54

55

56

57

58

59

60

61

62

63

64

65

66

67

68

69

70

71

72

73

74

75

76

77

78

79

80

81

82

83

84

85

86

87

88

89

90

91

92

93

94

95

96

97

98

99

100

101

102

103

104

105

106

107

108

109

110

111

112

113

114

115

116

117

118

119

120

121

122

123

124

125

126

127

128

129

130

131

132

133

134

135

136

137

138

139

140

141

142

143

144

145

146

147

148

149

150

151

152

153

154

155

156

157

158

159

160

161

162

163

164

165

166

167

168

169

170

171

172

173

174

175

176

177

178

179

180

181

182

183

184

185

186

187

188

189

190

191

192

193

194

195

196

197

198

199

200

201

202

203

204

205

206

207

208

209

210

211

212

213

214

215

216

217

218

219

220

221

222

223

224

225

226

227

228

229

230

231

232

233

234

235

236

237

238

239

240

241

242

243

244

245

246

247

248

249

250

251

252

253

254

255

256

257

258

259

260

261

262

263

264

265

266

267

268

269

270

271

272

273

274

275

276

277

278

279

280

281

282

283

284

285

286

287

288

289

290

291

292

293

294

295

296

297

298

299

300

301

302

303

304

305

306

307

308

309

310

311

312

313

314

315

316

317

318

319

320

321

322

323

324

325

326

327

328

329

330

331

332

333

334

335

336

337

338

339

340

341

342

343

344

345

346

347

348

349

350

351

352

353

354

355

356

357

358

359

360

361

362

363

364

365

366

367

368

369

370

371

372

import logging 

import os 

import shutil 

import os.path as op 

 

from pyrocko import gf, scenario, util 

import math 

 

import grond 

 

 

DEFAULT_STATIC_STORE = 'ak135_static' 

DEFAULT_WAVEFORM_STORE = 'global2s' 

 

logger = logging.getLogger('grond.scenario') 

km = 1e3 

 

 

class GrondScenario(object): 

 

def __init__(self, project_dir, 

center_lat=23., center_lon=52., radius=230*km, 

problem=None, observations=[]): 

 

self.project_dir = project_dir 

self.data_dir = op.join('data', 'scenario') 

 

self.center_lat = center_lat 

self.center_lon = center_lon 

self.radius = radius 

 

self.problem = problem 

self.observations = observations 

 

def get_gf_stores_dir(self): 

return op.join(self.project_dir, 'gf_stores') 

 

def create_project_dir(self, force=False): 

prj_dir = self.project_dir 

 

if op.exists(prj_dir) and not force: 

raise grond.GrondError( 

'Directory "%s" already exists! Use --force to overwrite' 

% prj_dir) 

elif op.exists(prj_dir) and force: 

logger.info('Overwriting directory %s.' % prj_dir) 

shutil.rmtree(prj_dir) 

 

util.ensuredir(prj_dir) 

 

@property 

def stores_wanted(self): 

return set([obs.store_id for obs in self.observations]) 

 

def symlink_gfstores(self, engine): 

logger.info('Symlinking Green\'s function stores...') 

 

for store_id in self.stores_wanted: 

store = engine.get_store(store_id) 

dtarget = op.join(self.get_gf_stores_dir(), store_id) 

if not op.exists(dtarget): 

os.symlink(store.store_dir, dtarget) 

 

def add_observation(self, observation): 

logger.info('Adding %s.' % observation.__class__.__name__) 

self.observations.append(observation) 

 

def set_problem(self, problem): 

self.problem = problem 

 

def get_dataset_config(self): 

events_path = op.join(self.data_dir, 'events.txt') 

 

dataset_config = grond.DatasetConfig( 

events_path=events_path) 

 

for obs in self.observations: 

obs.update_dataset_config(dataset_config, self.data_dir) 

return dataset_config 

 

def get_scenario(self): 

if not self.observations: 

raise AttributeError('No observations set,' 

' use .add_observation(Observation)' 

' to add one!') 

if not self.problem: 

raise AttributeError('No Source Problem set' 

' use .set_problem(Problem) to set one.') 

 

return scenario.ScenarioGenerator( 

center_lat=self.center_lat, 

center_lon=self.center_lon, 

radius=self.radius, 

target_generators=[obs.get_scenario_target_generator() 

for obs in self.observations], 

source_generator=self.problem.get_scenario_source_generator()) 

 

def create_scenario(self, interactive=True, gf_store_superdirs=None): 

logger.info('Creating scenario...') 

 

scenario = self.get_scenario() 

util.ensuredir(self.get_gf_stores_dir()) 

 

if gf_store_superdirs is None: 

engine1 = gf.LocalEngine( 

use_config=True, 

store_superdirs=[self.get_gf_stores_dir()]) 

else: 

engine1 = gf.LocalEngine( 

use_config=False, 

store_superdirs=gf_store_superdirs) 

 

scenario.init_modelling(engine=engine1) 

 

scenario.ensure_gfstores( 

interactive=interactive) 

 

self.symlink_gfstores(engine1) 

 

engine2 = gf.LocalEngine( 

use_config=False, 

store_superdirs=[self.get_gf_stores_dir()]) 

 

scenario.init_modelling(engine=engine2) 

 

data_dir = op.join(self.project_dir, self.data_dir) 

util.ensuredir(data_dir) 

 

scenario.dump(filename=op.join(data_dir, 'scenario.yml')) 

scenario.dump_data(path=data_dir) 

scenario.make_map(op.join(self.project_dir, 'scenario_map.pdf')) 

 

shutil.move(op.join(data_dir, 'sources.yml'), 

op.join(data_dir, 'scenario_sources.yml')) 

 

def get_grond_config(self): 

engine_config = grond.EngineConfig( 

gf_stores_from_pyrocko_config=False, 

gf_store_superdirs=['gf_stores']) 

 

optimiser_config = grond.HighScoreOptimiserConfig() 

 

config = grond.Config( 

rundir_template=op.join('runs', '${problem_name}.grun'), 

dataset_config=self.get_dataset_config(), 

target_groups=[obs.get_grond_target_group() 

for obs in self.observations], 

problem_config=self.problem.get_grond_problem_config(), 

optimiser_config=optimiser_config, 

engine_config=engine_config) 

 

config.set_basepath(self.project_dir) 

return config 

 

def get_grond_config_path(self): 

return op.join('config', 'scenario.gronf') 

 

def create_grond_files(self): 

logger.info('Creating Grond configuration for %s.' 

% ' and '.join([obs.name for obs in self.observations])) 

 

config_path = op.join(self.project_dir, self.get_grond_config_path()) 

util.ensuredirs(config_path) 

grond.write_config(self.get_grond_config(), config_path) 

 

def build(self, force=False, interactive=False, gf_store_superdirs=None): 

logger.info('Building scenario...') 

 

self.create_project_dir(force) 

 

self.create_scenario( 

interactive=interactive, gf_store_superdirs=gf_store_superdirs) 

 

self.create_grond_files() 

 

 

class Observation(object): 

 

name = 'Observation Prototype' 

 

def __init__(self, store_id, *args, **kwargs): 

self.store_id = store_id 

 

def update_dataset_config(self, dataset_config, data_dir): 

return dataset_config 

 

def get_scenario_target_generator(self): 

pass 

 

def get_grond_target_group(self): 

pass 

 

 

class WaveformObservation(Observation): 

 

name = 'seismic waveforms' 

 

def __init__(self, store_id=DEFAULT_WAVEFORM_STORE, nstations=25): 

self.nstations = nstations 

self.store_id = store_id 

 

def update_dataset_config(self, dataset_config, data_dir): 

ds = dataset_config 

ds.waveform_paths = [op.join(data_dir, 'waveforms')] 

ds.stations_path = op.join(data_dir, 'meta', 'stations.txt') 

ds.responses_stationxml_paths = [ 

op.join(data_dir, 'meta', 'stations.xml')] 

return ds 

 

def get_scenario_target_generator(self): 

return scenario.targets.WaveformGenerator( 

station_generator=scenario.targets.RandomStationGenerator( 

nstations=self.nstations), 

store_id=self.store_id, 

seismogram_quantity='displacement') 

 

def get_grond_target_group(self): 

return grond.WaveformTargetGroup( 

normalisation_family='time_domain', 

path='all', 

distance_min=10*km, 

distance_max=1000*km, 

channels=['Z', 'R', 'T'], 

interpolation='multilinear', 

store_id=self.store_id, 

misfit_config=grond.WaveformMisfitConfig( 

tmin='vel_surface:5.5', 

tmax='vel_surface:3.0', 

fmin=0.01, 

fmax=0.1)) 

 

 

class InSARObservation(Observation): 

 

name = 'InSAR displacement' 

 

def __init__(self, store_id=DEFAULT_STATIC_STORE): 

self.store_id = store_id 

 

def update_dataset_config(self, dataset_config, data_dir): 

dataset_config.kite_scene_paths = [op.join(data_dir, 'insar')] 

return dataset_config 

 

def get_scenario_target_generator(self): 

return scenario.targets.InSARGenerator( 

mask_water=False, 

store_id=self.store_id) 

 

def get_grond_target_group(self): 

logger.info('''Hint: 

 

Use kite's `spool` to configure the InSAR scene's quadtree and covariance! 

''') 

return grond.SatelliteTargetGroup( 

normalisation_family='insar_target', 

path='all', 

interpolation='multilinear', 

store_id=self.store_id, 

kite_scenes=['*all'], 

misfit_config=grond.SatelliteMisfitConfig( 

optimise_orbital_ramp=True, 

ranges={ 

'offset': '-0.5 .. 0.5', 

'ramp_north': '-1e-4 .. 1e-4', 

'ramp_east': '-1e-4 .. 1e-4' 

}) 

) 

 

 

class GNSSCampaignObservation(Observation): 

 

name = 'GNSS campaign' 

 

def __init__(self, store_id=DEFAULT_STATIC_STORE, nstations=25): 

self.store_id = store_id 

self.nstations = nstations 

 

def update_dataset_config(self, dataset_config, data_dir): 

dataset_config.gnss_campaign_paths = [op.join(data_dir, 'gnss')] 

return dataset_config 

 

def get_scenario_target_generator(self): 

return scenario.targets.GNSSCampaignGenerator( 

station_generator=scenario.targets.RandomStationGenerator( 

nstations=self.nstations), 

store_id=self.store_id) 

 

def get_grond_target_group(self): 

return grond.GNSSCampaignTargetGroup( 

gnss_campaigns=['*all'], 

normalisation_family='gnss_target', 

path='all', 

interpolation='multilinear', 

store_id=self.store_id, 

misfit_config=grond.GNSSCampaignMisfitConfig() 

) 

 

 

class SourceProblem(object): 

 

def __init__(self, magnitude_min=6., magnitude_max=7., nevents=1): 

self.magnitude_min = magnitude_min 

self.magnitude_max = magnitude_max 

self.nevents = nevents 

 

def get_scenario_source_generator(self): 

return 

 

def get_grond_problem_config(self): 

return 

 

 

class DCSourceProblem(SourceProblem): 

 

def get_scenario_source_generator(self): 

return scenario.sources.DCSourceGenerator( 

magnitude_min=self.magnitude_min, 

magnitude_max=self.magnitude_max, 

depth_min=5*km, 

depth_max=20*km, 

nevents=self.nevents) 

 

def get_grond_problem_config(self): 

s2 = math.sqrt(2) 

return grond.CMTProblemConfig( 

name_template='cmt_${event_name}', 

distance_min=2.*km, 

mt_type='full', 

ranges=dict( 

time=gf.Range(-5.0, 5.0, relative='add'), 

north_shift=gf.Range(-15*km, 15*km), 

east_shift=gf.Range(-15*km, 15*km), 

depth=gf.Range(5*km, 20*km), 

magnitude=gf.Range(self.magnitude_min, self.magnitude_max), 

rmnn=gf.Range(-1.0, 1.0), 

rmee=gf.Range(-1.0, 1.0), 

rmdd=gf.Range(-1.0, 1.0), 

rmne=gf.Range(-s2, s2), 

rmnd=gf.Range(-s2, s2), 

rmed=gf.Range(-s2, s2), 

duration=gf.Range(1.0, 15.0)) 

) 

 

 

class RectangularSourceProblem(SourceProblem): 

 

def get_scenario_source_generator(self): 

return scenario.sources.RectangularSourceGenerator( 

magnitude_min=self.magnitude_min, 

magnitude_max=self.magnitude_max, 

depth_min=5*km, 

depth_max=15*km, 

nevents=self.nevents) 

 

def get_grond_problem_config(self): 

return grond.RectangularProblemConfig( 

name_template='rect_source_${event_name}', 

decimation_factor=1, 

ranges=dict( 

north_shift=gf.Range(-15*km, 15*km), 

east_shift=gf.Range(-15*km, 15*km), 

depth=gf.Range(5*km, 15*km), 

length=gf.Range(20*km, 40*km), 

width=gf.Range(5*km, 10*km), 

dip=gf.Range(0, 90), 

strike=gf.Range(0, 180), 

rake=gf.Range(0, 90), 

slip=gf.Range(.5, 10), 

nucleation_x=gf.Range(-1., 1.), 

nucleation_y=gf.Range(-1., 1.), 

time=gf.Range(-5.0, 5.0, relative='add')) 

)