Ushbu tadqiqot atrof-muhit seysmik shovqinidan foydalanib, ikki sensor yoki ko‘p sensor juftlari orqali Rayleigh sirt to‘lqinlarining faza va guruh tezligi dispersiya egri chiziqlarini ajratib olishga xizmat qiluvchi SWAPS nomli MATLAB asosidagi dasturiy vositani ko‘rib chiqadi. Usul chastota sohasida SPAC asosidagi faza tezligini baholash bilan vaqt sohasida FTAN asosidagi guruh tezligini baholashni birgalikda qo‘llaydi; shu tariqa ikki-stansiyali yondashuvlarning asosiy muammosi bo‘lgan faza noaniqligini qo‘shimcha tayanch model yoki dastlabki ma’lumotga majburiy ehtiyoj tug‘dirmasdan kamaytirishni maqsad qiladi. Maqoladagi misollarda taxminan 1 soatlik yozuvlar, 4.5 Hz tabiiy chastotali vertikal geofonlar va 256 namuna/soniya diskretlash tezligi ishlatilgan; 20 m, 40 m va 80 m stansiya oralig‘ida olingan egri chiziqlar MASW bilan, ko‘p juftlarda olingan avtomatik tanlovlar esa ESAC bilan mos deb topilgan. Eng muhim talqin cheklovi shundaki, ish dasturiy ta’minotga yo‘naltirilgan preprint bo‘lib, samaradorlik namunaviy dala qo‘llanmalari orqali ko‘rsatilgan; shu sababli natijalar usulning qo‘llash mumkinligini kuchli qo‘llab-quvvatlasa-da, har bir geologik sharoit uchun cheksiz umumlashtirish isboti hisoblanmaydi.

MATLAB nuqtai nazaridan ish muhim; chunki SWAPS faqat algoritm tavsifini bermaydi, balki foydalanuvchiga grafik interfeys orqali ma’lumot importi, sensor tanlash, oynalash, faza va guruh tezligi spektrlarini hisoblash, qo‘lda yoki avtomatik picking hamda natijalarni eksport qilish kabi yakunlangan tahlil ish oqimini taqdim etadi. Manbada ushbu infratuzilma MATLAB R2023b+ va to‘rtta alohida toolbox bilan ishlashi qayd etilgan.

Tadqiqotning asosiy muammosi nima?

Yuzaga yaqin geofizikada sirt to‘lqinlarining dispersiya xatti-harakati yerosti muhitining, ayniqsa vertikal yo‘nalishdagi siljish to‘lqini tezligi tuzilishi haqida ma’lumot beradi. Shu sababli faza va guruh tezligiga asoslangan dispersiya egri chiziqlari seysmik dala xarakterizatsiyasining muhim kirish ma’lumotlaridan biridir. An’anaviy ravishda bu egri chiziqlar faol manbalardan yoki ko‘p sonli sensorlardan tashkil topgan zich massivlardan olinadi. Biroq ikki-stansiyali yondashuv kamroq uskunani talab qilsa ham, bir xil ma’lumotdan bir nechta ehtimoliy faza egri chizig‘i chiqishi mumkinligi sababli talqin qilish jihatidan murakkabroqdir. Ishning markaziy muammosi aynan shudir: faqat ikki sensor bilan ishonchli faza dispersiya egri chizig‘i qanday tanlanadi?

SWAPSning hissasi yangi fundamental fizika qonunini taklif qilish emas; balki allaqachon ma’lum bo‘lgan ikki alohida axborot kanalini — faza tezligi va guruh tezligini — bitta dasturiy ish oqimida birgalikda qo‘llab, ikki-stansiyali usulga xos faza noaniqligini amaliyroq tarzda boshqarishdir.

SWAPS MATLAB kontekstida nega e’tiborga loyiq?

Ish MATLABdan faqat sonli hisoblash vositasi sifatida emas, balki interaktiv ilmiy dasturiy ta’minot ishlab chiqish muhiti sifatida ham foydalanadi. Dastur grafik foydalanuvchi interfeysi (GUI) bilan ishlaydi va SWAPS_main.m faylini ishga tushirish orqali boshlanadi. MATLABning bu yerdagi roli uch yo‘nalishlidir:

• Ma’lumotlarni qayta ishlash: ASCII matn fayllaridan seysmik izlar va qabul qiluvchi koordinatalarini o‘qish, oynalash va korrelyatsiya amallari.
• Sonli tahlil: chastota sohasida SPAC asosidagi yondashuv, vaqt sohasida FTAN asosidagi yondashuv va ularni birgalikda talqin qilish.
• Foydalanuvchi bilan o‘zaro ishlash: ikki sensorli rejimda parametrlarni o‘zgartirib natijalarni darhol kuzatish; ko‘p juftlarda esa bir xil parametrlar to‘plami bilan avtomatik ketma-ket ishlov berish.

Shu sababli maqola MATLABni o‘rganayotgan o‘quvchi uchun faqat “funksiya nima qiladi?” darajasida emas, balki MATLAB yordamida haqiqiy dala amaliyoti dasturi qanday quriladi? savoliga ham misol bo‘ladi.

Dastur arxitekturasi va ish oqimi

Manba ish SWAPS arxitekturasini to‘rtta asosiy modul orqali tushuntiradi: ma’lumot importi va sensor tanlash, dispersiya tahlili, picking va chiqishlarni saqlash. Bundan tashqari yana ikkita qo‘shimcha vosita mavjud: ESAC massiv tahlili va project viewer. Quyidagi Verianla Live jarayoni ushbu oqimni manba ishga sodiq holda umumlashtiradi.

Ikki asosiy ish rejimi: interaktiv juft-sensor tahlili va avtomatik batch tahlili

SWAPSning amaliy qiymatini oshiradigan jihat — bir xil dastur ichida ikki xil foydalanish usulini taklif etishidir. Aniq ikki sensor tanlanganda tahlil interaktiv bo‘ladi; parametrlar o‘zgartiriladi va ularning ta’siri darhol kuzatiladi. Uch yoki undan ko‘p sensor tanlanganda esa dastur tanlangan barcha mumkin bo‘lgan juftlar yoki import qilingan juftlar ro‘yxati bo‘yicha avtomatik va ketma-ket tahlil bajaradi.

Bu farq MATLABni o‘qitish nuqtai nazaridan ham muhim; chunki foydalanuvchi bir xil asosiy tahlil GUI darajasida ikki xil foydalanuvchi tajribasiga aylantirilganini ko‘radi. Boshqacha aytganda, ish MATLAB yordamida faqat hisoblash emas, ish oqimini loyihalash ham amalga oshirilishini aniq ko‘rsatadi.

Kirish va chiqish tuzilishi

SWAPSda kirish ma’lumotlari sodda saqlangan: manbada seysmik vaqt qatorlari va sensor koordinatalari ASCII .txt fayllari sifatida import qilinishi ko‘rsatilgan. Bu tadqiqot dasturida ma’lumotlarning ko‘chma bo‘lishini oshiradigan tanlovdir. Chiqish tomonida tanlangan faza va guruh egri chiziqlari ikki alohida faylga saqlanadi; tezlik qiymatlari 0.5 Hz oralig‘ida chiziqli interpolyatsiya bilan tartiblanadi. Bundan tashqari, istalgan holda tahlil parametrlari ham alohida faylda saqlanadi. Bu yondashuv qayta ishlab bo‘lish nuqtai nazaridan kuchlidir; chunki ayni sozlamalar bilan natijani qayta sinash imkonini beradi.

Turkiya konteksti

Ish Turkiyada bajarilmagan; shu sababli maqoladagi dala misollaridan to‘g‘ridan-to‘g‘ri Turkiyaga oid miqdoriy natija chiqarib bo‘lmaydi. Shunga qaramay yondashuv zilzila muhandisligi va dala xarakterizatsiyasi muhim bo‘lgan Turkiya kabi mamlakatlarda konseptual jihatdan mazmunlidir. Ayniqsa kirish cheklangan shahar hududlari, zich massiv o‘rnatish qiyin bo‘lgan tor maydonlar yoki ko‘plab nuqtalarni dastlabki baholash talab etiladigan mikrozonatsiya ishlari uchun kam uskunali ikki-sensor yondashuvi amaliy qiymatga ega bo‘lishi mumkin. Biroq mahalliy grunt sharoitlari, sensor joylashuvi, shovqin maydonining xususiyati va dala logistikasi farq qilgani sababli, usul Turkiya sharoitida alohida dala tekshiruvini talab qiladi.

Ish qo‘llab-quvvatlaydigan va qo‘llab-quvvatlamaydigan natijalar

Ish qo‘llab-quvvatlaydigan natijalar: SWAPS faza va guruh tezligini birgalikda qo‘llab ikki-stansiyali tahlilda faza noaniqligini kamaytirishni maqsad qiluvchi amaliy MATLAB dasturidir; namunaviy dala qo‘llanmalarida MASW va ESAC bilan mos egri chiziqlar yaratgan; ko‘p juftlarda avtomatik tanlov umuman olganda izchil ishlagan; kam uskunalar bilan yuzaga yaqin seysmik xarakterizatsiya uchun amaliy variant taklif qiladi.

Ish qo‘llab-quvvatlamaydigan yoki isbotlamaydigan natijalar: Dastur barcha geologik sharoitlarda doimo eng yaxshi yechimni berishi, klassik zich massiv yondashuvlarini har qanday holatda to‘liq almashtirishi, qo‘shimcha tekshiruvsiz barcha murakkab maydonlarda mukammal natija berishi yoki tijoriy miqyosda har tomonlama yetuklashgani ushbu ish asosida xulosa qilinmaydi. Ish, shuningdek, usulning har bir avtomatik tanlovda xatosiz ekanini aytmaydi; misollardan birida muvaffaqiyatsiz tanlov istisnosi aniq qayd etilgan.

Tadqiqot Usuli va Natijalari

Ma’lumot to‘plash va dastlabki ishlov berish

Manbada namunaviy qo‘llanmalarda ishlatilgan ma’lumot to‘plash sxemasi aniq berilgan. Barcha SWAPS misollarida ma’lumotlar 4.5 Hz tabiiy chastotali vertikal geofonlar bilan va 256 namuna/soniya diskretlash tezligida yozib olingan. Dastur tanlangan sensorlarning vaqt qatorlarini yaxlit holda ishlatmaydi; ularni ketma-ket vaqt oynalariga bo‘ladi. Foydalanuvchi quyidagi parametrlarni sozlashi mumkin:

• tahlilga olinadigan boshlanish va tugash vaqti,
• oyna kengligi,
• ustma-ust tushish nisbati,
• yuqori amplitudali o‘tkinchi hodisalarni chiqarib tashlash uchun amplituda chegarasi.

Bu bosqich muhim; chunki atrof-muhit shovqini ma’lumotlarining hammasi bir xil sifatga ega emas. Yaqin shovqin manbalari ustun bo‘lgan oynalarni olib tashlash yanada reprezentativ ko‘p shovqin realizatsiyalarini olishga yordam beradi.

Faza va guruh tezligi spektrlarini olish

Har bir tanlangan sensor jufti uchun dastur sinxron oyna juftlari orasida o‘zaro korrelyatsiyani qo‘llaydi va natijalarni butun vaqt qatori bo‘ylab steklaydi. Bundan ikkita asosiy oraliq chiqish hosil bo‘ladi:

• Chastota sohasidagi SPAC funksiyasi
• Vaqt sohasidagi Green funksiyasi

Faza tezligini baholash SPAC funksiyasini nazariy nolinchi tartibli Bessel funksiyasi bilan moslashtirish orqali olinadi. Guruh tezligini baholash esa FTAN (Frequency-Time Analysis) yordamida Green funksiyasining turli chastota komponentlarining vaqt sohasidagi xatti-harakatidan keltirib chiqariladi. Ishning mantiqi shu yerda muhimlashadi: faza spektrida bitta chastotada bir nechta mumkin bo‘lgan maksimum ko‘rinishi mumkin; guruh egri chizig‘i esa ishonchliroq yo‘naltiruvchi kuzatuv sifatida ishlatilib, qaysi faza tarmog‘i fizik jihatdan mazmunliroq ekani aniqlanadi.

Picking algoritmining mantiqi

SWAPSning markazi — eksperimental guruh egri chizig‘i bilan tanlangan faza egri chizig‘idan hosil qilingan sintetik guruh egri chizig‘ini taqqoslovchi tanlash mantiqidir. Ikki sensorli rejimda foydalanuvchi parametrlarni o‘zgartirib faza va guruh spektrlariga ta’sirni darhol ko‘radi va qo‘lda picking qiladi. Batch rejimida esa dastlab bir nechta faza egri chizig‘i tarmoqlari “mumkin” deb qabul qilinadi; algoritm ular orasidan eksperimental guruh egri chizig‘iga eng mos keladiganini qoldiradi. Manbada, shuningdek, istalgan holatda tayanch faza egri chizig‘i ishlatilishi mumkinligi va uni ESAC vositasidan olish mumkinligi ko‘rsatilgan.

Namunaviy qo‘llanma 1: MASW bilan taqqoslangan ikki-stansiyali tahlil

Birinchi namunaviy qo‘llanmada avval 16 geofonli MASW tadqiqoti bilan xarakterizatsiya qilingan maydon ishlatilgan. SWAPS yordamida taxminan 1 soatlik yozuvlar asosida uchta alohida tahlil bajarilgan va sensor juftlari mos ravishda 20 m, 40 m va 80 m oraliqda tanlangan. Ishda ushbu uchta SWAPS faza egri chizig‘i mustaqil MASW egri chizig‘i bilan taqqoslangan; o‘ng panellarda har bir egri chiziq uchun noaniqlik diapazonlari ham berilgan.

Asosiy topilma — uchala masofa sxemasida ham SWAPS tanlagan faza egri chiziqlari MASW egri chizig‘i bilan mos kelganidir. Bu natija ikki-stansiyali konfiguratsiya — hatto 80 m kabi kattaroq stansiya oraliqlarida ham — muhitning dispersiya xatti-harakatini ushlay olishini ko‘rsatadi. Biroq bu topilma tegishli maydon sharoitlari va tanlangan parametrlar kontekstida talqin qilinishi kerak; ish uni barcha maydonlarga avtomatik umumlashtirmaydi.

Namunaviy qo‘llanma 2: Avtomatik batch tahlilining takrorlanuvchanligi

Ikkinchi misolda SWAPS avval 24 geofonli ESAC tadqiqoti bilan taxminan lateral bir jinsli ekani tasdiqlangan maydonda batch rejimida qo‘llangan. Dastur turli sensor juftlari uchun faza dispersiya egri chiziqlarini avtomatik ravishda tanlagan. Rasm izohidan 16 sensor jufti uchun chiqarilgan egri chiziqlar ko‘rsatilgani anglashiladi.

Ishga ko‘ra, bu egri chiziqlar turli stansiya oraliqlari va yo‘nalishlariga qaramay o‘zaro juda izchil va mustaqil ESAC egri chizig‘i bilan ham umumiy moslikda. Faqat bitta muvaffaqiyatsiz tanlov istisnosi qayd etilgan. Bu tafsilot muhim; chunki u dastur kuchli ishlashini ko‘rsatgan holda avtomatlashtirish mukammal degan taassurotni bermaydi. Mualliflar, shuningdek, to‘g‘ri tanlangan egri chiziqlarning tarqalishi ma’lum chastota oralig‘ida empirik noaniqlik bahosini berishi mumkinligini ta’kidlaydi.

Qo‘shimcha vositalar va qayta ishlab bo‘lish

SWAPS faqat asosiy faza-guruh tanlovi bilan cheklanmaydi. Dasturda ikkita qo‘shimcha vosita mavjud:

• ESAC vositasi: massiv tahlili orqali tayanch faza egri chizig‘ini taqdim etishi mumkin.
• Project Viewer: loyiha yoki massiv ichida yaratilgan egri chiziqlarni vizuallashtirish va taqqoslashni qo‘llab-quvvatlaydi.

Natijalarni diskka saqlash, tahlil parametrlarini ixtiyoriy tarzda saqlab qo‘yish va faza/guruh egri chiziqlarini muntazam diskretlash bilan eksport qilish SWAPSni shunchaki “namoyish dasturi” emas, balki amaliy tadqiqot vositasiga aylantiradi.

Ta’sir va qo‘llash qiymati

Ishning ta’sir bo‘limida SWAPSning asosiy afzalligi zich seysmik massivlarni o‘rnatish qiyin yoki keraksiz bo‘lgan sharoitlarda yengilroq uskunalar bilan ishonchli dispersiya egri chiziqlarini hosil qila olishidir. Sodda va taxminan 1B maydonlarda sensorlar soni sezilarli kamaytirilishi; geterogenroq muhitlarda esa bir xil massivdagi ko‘plab sensor juftlarini mustaqil tahlil qilish orqali lateral o‘zgaruvchanlikni yaxshiroq namunalash mumkinligi qayd etiladi.

Mualliflar, shuningdek, SWAPS Nirano loy vulqonlari tizimida qo‘llanganini va aperturasi 50 m dan kichik massiv bilan olingan taxminan 1 soatlik atrof-muhit shovqini yozuvlaridan, asosiy kanallardan birining ostida sirtdan 30–40 m chuqurlikkacha cho‘zilgan past tezlikli anomaliya bilan mos keluvchi 3B yerosti tuzilishi qayta tiklanganini bildiradi. Bu natija dastur nafaqat nazariy, balki murakkab dala sharoitlarida ham foydali bo‘lishi mumkinligini ko‘rsatadi; biroq ish bu qo‘llanmani keng ko‘lamli tijoriy tekshiruv emas, balki namunaviy ilmiy foydalanish sifatida taqdim etadi.

Manba va Usul Haqida Izoh

Ushbu maqolaning ilmiy mazmuni faqat yuklangan manba ishga asoslanadi; tashqi manbalardan yangi eksperimental topilma, yangi samaradorlik natijasi yoki manbada bo‘lmagan mexanizm qo‘shilmagan. Bibliografik identifikatsiyani tekshirish uchun cheklangan tashqi nazorat bajarilgan.

• To‘liq asl ish nomi: SWAPS (Surface Waves dispersion Analysis from Pairs of Sensors): A MATLAB tool for inter-station Rayleigh phase and group dispersion analysis from ambient noise
• Mualliflar: Nicolò Carfagna; Dario Albarello
• Mualliflar tartibi: Manbada ko‘rinadigan tartibda saqlangan
• Mas’ul muallif: Nicolò Carfagna
• Muassasa: Department of Physics, Earth and Environmental Sciences, University of Siena, Via Laterino 8, 53100 Siena, Italy
• DOI: 10.2139/ssrn.7193118
• Platforma: SSRN
• Rasmiy havola: https://ssrn.com/abstract=7193118
• Kod repozitoriyasi: https://github.com/ncarfagna/SWAPS
• Dastur litsenziyasi: MIT License
• Dastur tili: MATLAB
• Talablar: MATLAB R2023b yoki undan keyingi versiya; Signal Processing Toolbox, Curve Fitting Toolbox, Statistics and Machine Learning Toolbox, Image Processing Toolbox
• Manba turi: Dasturiy ta’minotga yo‘naltirilgan tadqiqot/preprint maqolasi
• Taqriz holati: Ushbu ish peer-reviewdan o‘tmagan preprintdir; uning natijalari ushbu nashr bosqichi hisobga olingan holda baholanishi kerak.
• Jurnal/nashriyot holati: Manba PDFning ko‘rinadigan mazmunida yakuniy peer-review qilingan jurnal bibliografiyasi aniq ko‘rsatilmagan; hujjat tuzilishi dasturiy ta’minot jurnali loyihasini eslatsa-da, ushbu versiya SSRNda preprint sifatida ko‘rinadi.
• Moliyalashtirish / ma’lumotlar mavjudligi / manfaatlar to‘qnashuvi / muallif hissalari: Ushbu versiyada ochiq bayon ko‘rinmaydi.

Asosiy metodologik cheklovlar: Ish dasturiy ta’minot taqdimoti va namunaviy qo‘llanmalar to‘plamidir; misollar real ma’lumotlarga asoslangan bo‘lsa-da, juda keng dala xilma-xilligida har tomonlama benchmark tadqiqoti emas. Batch rejimida kamida bitta muvaffaqiyatsiz avtomatik tanlov qayd etilgan. Usulning asosiy amal qilish sohasi yuzaga yaqin miqyosda, atrof-muhit shovqini orqali Rayleigh sirt to‘lqini tahlili bajariladigan maydonlardir.

Manba ichidagi diqqat eslatmasi: PDF metadata sarlavhasi bilan ko‘rinadigan maqola sarlavhasi orasida farq mavjud; maqola identifikatsiyasida ko‘rinadigan sarlavha asos qilib olingan.