Ин таҳқиқот нармафзори MATLAB-асоси SWAPS-ро баррасӣ мекунад, ки бо истифода аз садои сейсмикии муҳитӣ аз ду сенсор ё ҷуфтҳои сершумори сенсорҳо каҷҳои дисперсияи суръати фаза ва гурӯҳии мавҷҳои сатҳии Rayleigh-ро ҳосил мекунад. Усул баҳодиҳии суръати фазаи SPAC-асосро дар соҳаи басомад бо баҳодиҳии суръати гурӯҳии FTAN-асос дар соҳаи вақт якҷо истифода мебарад; ба ин васила ҳадаф дорад номуайянии фазаро, ки масъалаи асосии равишҳои ду-стансионӣ мебошад, бе зарурати ҳатмии модели иловагии истинодӣ ё маълумоти пешакӣ коҳиш диҳад. Дар мисолҳои мақола тақрибан сабтҳои 1-соата, геофонҳои амудии дорои басомади табиии 4.5 Hz ва суръати намунагирии 256 намуна/сония истифода шудаанд; каҷҳои ҳосилшуда дар фосилаҳои 20 m, 40 m ва 80 m байни стансияҳо бо MASW ва интихобҳои автоматии ҷуфтҳои сершумор бо ESAC мувофиқ дониста шудаанд. Муҳимтарин маҳдудияти тафсирӣ он аст, ки кор preprint-и ба нармафзор нигаронидашуда буда, иҷроиш тавассути мисолҳои саҳроӣ нишон дода шудааст; бинобар ин, гарчанде натиҷаҳо қобили татбиқ будани усулро қавӣ дастгирӣ мекунанд, онҳо далели умумисозии бемаҳдуд барои ҳар гуна муҳити геологӣ нестанд.

Аз нигоҳи MATLAB, кор муҳим аст; зеро SWAPS танҳо тавсифи алгоритмро пешниҳод намекунад, балки тавассути интерфейси графикӣ ҷараёни пурраи таҳлилро дар бар мегирад: воридкунии додаҳо, интихоби сенсор, ба тирезаҳо ҷудо кардан, ҳисоб кардани спектрҳои суръати фаза ва гурӯҳ, picking-и дастӣ ё автоматӣ ва содироти натиҷаҳо. Дар манбаъ зикр шудааст, ки ин инфрасохтор бо MATLAB R2023b+ ва чор toolbox-и ҷудогона кор мекунад.

Масъалаи асосии таҳқиқот чист?

Дар геофизикаи наздиксатҳӣ рафтори дисперсионии мавҷҳои сатҳӣ дар бораи сохтори суръати мавҷи буришии муҳити зеризаминӣ, махсусан дар самти амудӣ, маълумот медиҳад. Аз ин рӯ, каҷҳои дисперсияе, ки ба суръати фаза ва гурӯҳ асос ёфтаанд, аз вурудҳои муҳим дар тавсифи сейсмикии саҳро мебошанд. Одатан ин каҷҳо аз манбаъҳои фаъол ё массивҳои зичи иборат аз шумораи зиёди сенсорҳо ҳосил мешаванд. Аммо равиши ду-стансионӣ, бо вуҷуди ниёз ба таҷҳизоти камтар, аз ҷиҳати тафсир мушкилтар аст, зеро аз ҳамон як дода метавонад чанд каҷи эҳтимолии фаза ҳосил шавад. Масъалаи марказии кор маҳз ҳамин аст: бо танҳо ду сенсор каҷи боэътимоди дисперсияи фаза чӣ гуна интихоб карда мешавад?

Саҳми SWAPS пешниҳод кардани қонуни нави бунёдии физика нест; балки истифодаи муштараки ду канали аллакай маълуми иттилоот — суръати фаза ва суръати гурӯҳ — дар як ҷараёни ягонаи нармафзорӣ барои идоракунии амалии номуайянии фазаи хоси усули ду-стансионӣ мебошад.

Чаро SWAPS дар заминаи MATLAB ҷолиб аст?

Кор MATLAB-ро на танҳо ҳамчун воситаи ҳисобкунии ададӣ, балки ҳамчун муҳити интерактивии таҳияи нармафзори илмӣ истифода мебарад. Нармафзор бо интерфейси графикии корбар (GUI) кор мекунад ва бо иҷрои файли SWAPS_main.m оғоз мешавад. Нақши MATLAB дар ин ҷо сеҷониба аст:

• Коркарди додаҳо: хондани трассаҳои сейсмикӣ ва координатаҳои қабулкунанда аз файлҳои матнии ASCII, ба тирезаҳо ҷудо кардан ва амалиёти коррелятсия.
• Таҳлили ададӣ: равиши SPAC-асос дар соҳаи басомад, равиши FTAN-асос дар соҳаи вақт ва тафсири муштараки онҳо.
• Ҳамкории корбар: дар реҷаи ду сенсор тағйир додани параметрҳо ва фавран дидани натиҷаҳо; дар ҷуфтҳои сершумор бошад, коркарди автоматии пайдарпай бо як маҷмӯи параметрҳо.

Аз ин рӯ, мақола барои хонандае, ки мехоҳад MATLAB омӯзад, танҳо дар сатҳи “як функсия чӣ мекунад?” нест; он инчунин намунае барои саволи бо MATLAB нармафзори воқеии татбиқи саҳроӣ чӣ гуна тарҳрезӣ мешавад? мебошад.

Меъмории нармафзор ва ҷараёни кор

Кори манбаъ меъмории SWAPS-ро тавассути чор модули асосӣ шарҳ медиҳад: воридкунии додаҳо ва интихоби сенсор, таҳлили дисперсия, picking ва сабти баромадҳо. Илова бар ин, ду воситаи ёрирасон мавҷуд аст: таҳлили массивии ESAC ва project viewer. Раванди Verianla Live-и зер ин ҷараёнро бо садоқат ба кори манбаъ ҷамъбаст мекунад.

Ду реҷаи асосии кор: таҳлили интерактивии ҷуфти сенсор ва таҳлили автоматии batch

Ҷанбаи зиёдкунандаи арзиши амалии SWAPS он аст, ки дар як нармафзор ду тарзи гуногуни истифода пешниҳод мешавад. Вақте маҳз ду сенсор интихоб мешаванд, таҳлил интерактивӣ аст; параметрҳо тағйир дода мешаванд ва таъсири онҳо фавран мушоҳида мешавад. Вақте се ё зиёда сенсор интихоб мешаванд, нармафзор тавассути ҳамаи ҷуфтҳои имконпазири интихобшуда ё рӯйхати воридшудаи ҷуфтҳо таҳлили автоматӣ ва пайдарпай анҷом медиҳад.

Ин фарқият аз нигоҳи омӯзиши MATLAB низ муҳим аст; зеро корбар мебинад, ки ҳамон як таҳлили асосӣ дар сатҳи GUI ба ду таҷрибаи гуногуни корбар табдил дода шудааст. Ба ибораи дигар, кор равшан нишон медиҳад, ки бо MATLAB на танҳо ҳисобкунӣ, балки тарҳрезии ҷараёни кор низ анҷом дода мешавад.

Сохтори вуруд ва баромад

Дар SWAPS додаҳои вурудӣ содда нигоҳ дошта шудаанд: дар манбаъ гуфта мешавад, ки силсилаҳои вақти сейсмикӣ ва координатаҳои сенсорҳо ҳамчун файлҳои ASCII .txt ворид карда мешаванд. Ин интихоб қобили интиқоли додаҳоро дар нармафзори таҳқиқотӣ зиёд мекунад. Дар қисми баромад каҷҳои интихобшудаи фаза ва гурӯҳ дар ду файли ҷудогона сабт мешаванд; арзишҳои суръат бо интерполятсияи хаттӣ дар фосилаҳои 0.5 Hz мураттаб карда мешаванд. Ғайр аз ин, агар хоҳиш бошад, параметрҳои таҳлил низ дар файли ҷудогона нигоҳ дошта мешаванд. Ин равиш аз ҷиҳати такрорпазирӣ қавӣ аст; зеро имкон медиҳад натиҷа бо ҳамон танзимот дубора санҷида шавад.

Заминаи Туркия

Кор дар Туркия анҷом дода нашудааст; аз ин рӯ, аз мисолҳои саҳроии мақола натиҷаи миқдории мустақим ба Туркия тааллуқдошта баровардан мумкин нест. Бо вуҷуди ин, равиш дар кишварҳое мисли Туркия, ки муҳандисии зилзила ва тавсифи саҳро муҳим аст, аз ҷиҳати консептуалӣ маъно дорад. Хусусан барои минтақаҳои шаҳрии дастрасияшон маҳдуд, майдонҳои танге, ки сохтани массиви зич душвор аст ё корҳои микроноҳиябандие, ки арзёбии пешакии шумораи зиёди нуқтаҳоро талаб мекунанд, равиши ду-сенсории таҷҳизоти кам метавонад арзиши амалӣ дошта бошад. Аммо азбаски шароити маҳаллии хок, ҷойгиркунии сенсорҳо, хусусияти майдони садо ва логистикаи саҳро фарқ мекунанд, усул дар шароити Туркия санҷиши алоҳидаи саҳроиро талаб мекунад.

Натиҷаҳое, ки кор дастгирӣ мекунад ва дастгирӣ намекунад

Натиҷаҳое, ки кор дастгирӣ мекунад: SWAPS нармафзори амалии MATLAB мебошад, ки бо истифодаи муштараки суръати фаза ва гурӯҳ коҳиш додани номуайянии фазаро дар таҳлили ду-стансионӣ ҳадаф мегирад; дар мисолҳои саҳроӣ каҷҳои бо MASW ва ESAC мувофиқ ҳосил кардааст; интихоби автоматӣ дар ҷуфтҳои сершумор умуман пайваста кор кардааст; барои тавсифи сейсмикии наздиксатҳӣ бо таҷҳизоти кам интихоби амалӣ пешниҳод мекунад.

Натиҷаҳое, ки кор дастгирӣ ё исбот намекунад: Аз ин кор наметавон хулоса кард, ки нармафзор дар ҳамаи заминаҳои геологӣ ҳамеша беҳтарин ҳалро медиҳад, равишҳои классикии массиви зичро дар ҳар шароит пурра иваз мекунад, бе санҷиши иловагӣ дар ҳама майдонҳои мураккаб натиҷаи бенуқсон медиҳад ё дар миқёси тиҷоратӣ ба камолоти пурра расидааст. Кор инчунин намегӯяд, ки усул дар ҳар интихоби автоматӣ бе хато аст; дар яке аз мисолҳо истиснои интихоби ноком ба таври равшан қайд шудааст.

Усул ва Натиҷаҳои Таҳқиқот

Ҷамъоварӣ ва коркарди пешакии додаҳо

Дар манбаъ тартиби ҷамъоварии додаҳо барои мисолҳои татбиқӣ ба таври возеҳ дода шудааст. Дар ҳамаи мисолҳои SWAPS додаҳо бо геофонҳои амудии дорои басомади табиии 4.5 Hz ва суръати намунагирии 256 намуна/сония сабт шудаанд. Нармафзор силсилаҳои вақти сенсорҳои интихобшударо яклухт истифода намекунад; онҳоро ба тирезаҳои пайдарпайи вақт тақсим мекунад. Корбар метавонад параметрҳои зеринро танзим кунад:

• вақти оғоз ва анҷоме, ки ба таҳлил дохил мешавад,
• паҳнои тиреза,
• таносуби ҳампӯшонӣ,
• ҳадди амплитуда барои хориҷ кардани рӯйдодҳои гузарои амплитудаи баланд.

Ин қадам муҳим аст; зеро на ҳамаи додаҳои садои муҳитӣ сифати яксон доранд. Хориҷ кардани тирезаҳое, ки манбаъҳои наздики садо дар онҳо бартарӣ доранд, ба бадастории амалишавиҳои сершумори намояндагии садо кумак мекунад.

Ҳосил кардани спектрҳои суръати фаза ва гурӯҳ

Барои ҳар ҷуфти интихобшудаи сенсор нармафзор байни ҷуфтҳои ҳамзамони тирезаҳо кросс-коррелятсия анҷом дода, натиҷаҳоро дар тамоми силсилаи вақт ҷамъ мекунад. Аз ин ду баромади мобайнии асосӣ ба вуҷуд меояд:

• Функсияи SPAC дар соҳаи басомад
• Функсияи Green дар соҳаи вақт

Баҳодиҳии суръати фаза тавассути мувофиқкунии функсияи SPAC бо функсияи назариявии Bessel-и тартиби сифр ҳосил мешавад. Баҳодиҳии суръати гурӯҳ бошад, бо истифода аз FTAN (Frequency-Time Analysis) аз рафтори ҷузъҳои гуногуни басомадии функсияи Green дар соҳаи вақт бароварда мешавад. Мантиқи кор дар ин ҷо ҳалкунанда мегардад: дар спектри фаза метавонад дар як басомад чанд максимумҳои эҳтимолӣ дида шаванд; каҷи гурӯҳӣ бошад ҳамчун мушоҳидаи роҳнамои боэътимодтар истифода шуда, муайян мешавад, ки кадом шохаи фаза аз ҷиҳати физикӣ маънои бештар дорад.

Мантиқи алгоритми picking

Қалби SWAPS мантиқи интихобест, ки каҷи таҷрибавии гурӯҳиро бо каҷи синтетикии гурӯҳӣ, ки аз каҷи интихобшудаи фаза ҳосил мешавад, муқоиса мекунад. Дар реҷаи ду сенсор корбар бо тағйир додани параметрҳо таъсирро ба спектрҳои фаза ва гурӯҳ фавран мебинад ва picking-и дастӣ анҷом медиҳад. Дар реҷаи batch бошад, дар оғоз чанд шохаи каҷи фаза “эҳтимолӣ” қабул мешавад; алгоритм аз байни онҳо онеро нигоҳ медорад, ки бо каҷи таҷрибавии гурӯҳӣ мувофиқтар аст. Дар манбаъ инчунин зикр шудааст, ки дар сурати хоҳиш каҷи истинодии фаза истифода шуда метавонад ва онро аз воситаи ESAC гирифтан мумкин аст.

Мисоли татбиқӣ 1: Таҳлили ду-стансионӣ дар муқоиса бо MASW

Дар мисоли якум саҳрое истифода шудааст, ки қаблан бо таҳқиқоти MASW-и 16 геофонӣ тавсиф шуда буд. Бо SWAPS аз рӯи тақрибан сабтҳои 1-соата се таҳлили ҷудогона анҷом дода шуда, ҷуфтҳои сенсор мутаносибан бо фосилаҳои 20 m, 40 m ва 80 m интихоб шудаанд. Дар кор ин се каҷи фазаи SWAPS бо каҷи мустақили MASW муқоиса шуда, дар панелҳои рост барои ҳар каҷ бандҳои номуайянӣ низ дода шудаанд.

Натиҷаи асосӣ он аст, ки дар ҳар се тарҳи фосила каҷҳои фазаи бо SWAPS интихобшуда бо каҷи MASW мувофиқ буданд. Ин натиҷа нишон медиҳад, ки конфигуратсияи ду-стансионӣ — ҳатто дар фосилаҳои калонтари стансияҳо, мисли 80 m — метавонад рафтори дисперсионии муҳитро дарёбад. Аммо ин бозёфт бояд дар заминаи шароити мушаххаси саҳро ва параметрҳои интихобшуда тафсир шавад; кор онро ба ҳамаи саҳроҳо худкорона умумӣ намекунад.

Мисоли татбиқӣ 2: Такрорпазирии таҳлили автоматии batch

Дар мисоли дуюм SWAPS дар реҷаи batch дар саҳрое татбиқ шудааст, ки қаблан бо таҳқиқоти ESAC-и 24 геофонӣ тақрибан якҷинсии паҳлуияш тасдиқ шуда буд. Нармафзор барои ҷуфтҳои гуногуни сенсор каҷҳои дисперсияи фазаро ба таври автоматӣ интихоб кардааст. Аз шарҳи тасвир бармеояд, ки каҷҳои гирифташуда барои 16 ҷуфти сенсор нишон дода шудаанд.

Тибқи кор, ин каҷҳо бо вуҷуди фосилаҳо ва самтҳои гуногуни стансияҳо байни худ хеле пайвастаанд ва бо каҷи мустақили ESAC низ мувофиқати умумӣ доранд. Танҳо як истиснои интихоби ноком қайд шудааст. Ин ҷузъ муҳим аст; зеро ҳангоми нишон додани иҷроиши қавии нармафзор аз эҷоди таассуроти бенуқсон будани автоматизатсия худдорӣ мекунад. Муаллифон инчунин мегӯянд, ки парокандагии каҷҳои дуруст интихобшуда метавонад дар фосилаи муайяни басомад баҳодиҳии эмпирикии номуайяниро пешниҳод кунад.

Воситаҳои иловагӣ ва такрорпазирӣ

SWAPS танҳо бо интихоби асосии фаза-гурӯҳ маҳдуд намешавад. Нармафзор ду воситаи иловагӣ дорад:

• Воситаи ESAC: метавонад бо анҷом додани таҳлили массивӣ каҷи истинодии фазаро таъмин кунад.
• Project Viewer: визуализатсия ва муқоисаи каҷҳои дар дохили лоиҳа ё массив тавлидшударо дастгирӣ мекунад.

Сабти натиҷаҳо ба диск, нигоҳдории ихтиёрии параметрҳои таҳлил ва содироти каҷҳои фаза/гурӯҳ бо намунагирии мунтазам SWAPS-ро аз танҳо “нармафзори намоишӣ” ба воситаи амалии таҳқиқот табдил медиҳад.

Таъсир ва арзиши татбиқ

Дар бахши таъсири кор бартарии асосии SWAPS қобилияти ҳосил кардани каҷҳои боэътимоди дисперсия бо таҷҳизоти сабуктар дар шароите мебошад, ки сохтани массивҳои зичи сейсмикӣ душвор ё нолозим аст. Зикр мешавад, ки дар саҳроҳои содда ва тақрибан 1B шумораи сенсорҳоро ба таври ҷиддӣ коҳиш додан мумкин аст; дар муҳитҳои гетерогенӣ бошад, бо таҳлили мустақили ҷуфтҳои сершумори сенсор дар ҳамон массив тағйирпазирии паҳлуиро беҳтар намунагирӣ кардан мумкин аст.

Муаллифон инчунин хабар медиҳанд, ки SWAPS дар системаи вулқонҳои лойии Nirano истифода шудааст ва аз сабтҳои тақрибан 1-соатаи садои муҳитӣ, ки бо массиви апертурааш аз 50 m хурд гирифта шудааст, сохтори 3B-и зеризаминӣ мувофиқ бо аномалияи пастсуръате барқарор шудааст, ки аз сатҳ то чуқурии 30–40 m дар зери яке аз каналҳои асосӣ идома меёбад. Ин натиҷа нишон медиҳад, ки нармафзор метавонад на танҳо назариявӣ, балки дар заминаҳои мураккаби саҳроӣ низ муфид бошад; аммо кор ин татбиқро на ҳамчун санҷиши васеи тиҷоратӣ, балки ҳамчун истифодаи намунавии таҳқиқотӣ пешниҳод мекунад.

Ёддошт оид ба Манбаъ ва Усул

Мазмуни илмии ин мақола танҳо ба кори манбаи боршуда асос ёфтааст; аз манбаъҳои берунӣ бозёфти нави таҷрибавӣ, натиҷаи нави иҷроиш ё механизме, ки дар манбаъ нест, илова нашудааст. Барои санҷиши ҳувияти библиографӣ назорати маҳдуди берунӣ анҷом дода шудааст.

• Номи пурраи аслии кор: SWAPS (Surface Waves dispersion Analysis from Pairs of Sensors): A MATLAB tool for inter-station Rayleigh phase and group dispersion analysis from ambient noise
• Муаллифон: Nicolò Carfagna; Dario Albarello
• Тартиби муаллифон: Бо тартиби намоёни манбаъ ҳифз шудааст
• Муаллифи масъул: Nicolò Carfagna
• Муассиса: Department of Physics, Earth and Environmental Sciences, University of Siena, Via Laterino 8, 53100 Siena, Italy
• DOI: 10.2139/ssrn.7193118
• Платформа: SSRN
• Пайванди расмӣ: https://ssrn.com/abstract=7193118
• Анбори код: https://github.com/ncarfagna/SWAPS
• Литсензияи нармафзор: MIT License
• Забони нармафзор: MATLAB
• Талабот: MATLAB R2023b ё баъдтар; Signal Processing Toolbox, Curve Fitting Toolbox, Statistics and Machine Learning Toolbox, Image Processing Toolbox
• Навъи манбаъ: Мақолаи таҳқиқотӣ/preprint-и ба нармафзор нигаронидашуда
• Ҳолати баррасии ҳамтоён: Ин кор preprint-и аз peer review нагузашта мебошад; натиҷаҳои он бояд бо дарназардошти ҳамин марҳилаи нашр арзёбӣ шаванд.
• Ҳолати маҷалла/ношири ниҳоӣ: Дар мундариҷаи намоёни PDF-и манбаъ маълумоти ниҳоии библиографии маҷаллаи peer-reviewed ба таври возеҳ вуҷуд надорад; сохтори ҳуҷҷат ба тарҳи маҷаллаи нармафзор монанд аст, аммо ин версия дар SSRN ҳамчун preprint намоён мебошад.
• Маблағгузорӣ / дастрасии додаҳо / бархӯрди манфиатҳо / саҳми муаллифон: Дар ин версия изҳороти ошкор намоён нест.

Маҳдудиятҳои асосии методологӣ: Кор муаррифии нармафзор ва маҷмӯи татбиқҳои намунавӣ мебошад; гарчанде мисолҳо ба додаҳои воқеӣ асос ёфтаанд, он benchmark-и фарогир дар доираи хеле васеи гуногунии саҳро нест. Дар реҷаи batch ҳадди ақал як интихоби автоматии ноком қайд шудааст. Соҳаи асосии эътибори усул — саҳроҳои миқёси наздиксатҳӣ мебошад, ки дар онҳо таҳлили мавҷҳои сатҳии Rayleigh аз садои муҳитӣ анҷом дода мешавад.

Ёддошти диққати дохили манбаъ: Байни унвони метамаълумоти PDF ва унвони намоёни мақола фарқият вуҷуд дорад; барои ҳувияти мақола унвони намоён асос гирифта шудааст.