sabato 27 dicembre 2014

Elaborazione Geopsy - HVSR


Elaborazione Geopsy - HVSR


Questa pagina è stata realizzata per chiarire alcune operazioni che utenti alle prime armi che non conoscono alcune problematiche possono incontrare nella  delicata fase di interpretazione causa di possibili errori di interpretazione....

Ho preso spunto ad affermazioni da parte di utilizzatori del tromografo sperimentale che affermavano che il segnale  ottenuto con lo strumento professionali era molto più bello di quello  ricavato con tromografo sperimentale.

Inizialmente non capivo tale affermazione, davo la colpa a rumore ambientali.

Mi veniva risposto che succedeva anche quando i due tromografi acquisivano assieme nel medesimo punto,  in effetto l'affermazione era giusta se vista con occhi da profano....

Nelle immagino sottostanti ho cercato di raffigurare  l'aspetto dei due sontaggi:


A ) sondaggio eseguito con tromografo professionale


B ) sondaggio eseguito con tromografo sperimentale


In effetti ad un PROFANO o da un operatore che ha usato il suo tromografo professionale  in maniera superficiale con scarsa preparazione teorica e pratica vedendo le due immagini ha ragione, il  segnale A) è molto più "bello" del segnale  B), 

Nel caso A) abbiamo un segnale pulitissimo con 1/4 rumori antropici evidenti dovuti a fattori antropici

Nel caso  B) un segnale pessimo molto rumoroso con rumori antropici in saturazione oltre i 160 microvolt ( con gain 10.000) e con un rumore antropico stimabile a circa il 70 % del totale che sicuramente potrà riperquotesi sui risultati finali ( cosi sembra )



ORA VEDIAMO DI CAPIRE I MOTIVI DI QUESTE DIFFERENZE...

CON SELEZIONE DI TUTTO IL SEGNALE  
Esempio 1
Caso A) 

L'elaborazione è stata fatta selezionando tutto il segnale, abbiamo ottenuto un picco a 1,65 hz, di altezza di 4,1 unità di HVSR 

Nel segnale a 1,5 hz  le linee tratteggiate  variano tra 2 e 10 di valore HVSR  (varianza molto elevata)



Caso B) 

L'elaborazione è stata fatta selezionando tutto il segnale come nel caso precedente, e abbiamo ottenuto 
un picco a 1,65 hz, di altezza di 4,1 unità di HVSR 


Gli stessi risultati del caso precedente, come prima  conclusione  che nonostante il primo sondaggio sia  notevolmente migliore per il "profano" abbiamo ottenuto gli stessi risultati. 

stesso discorso per la varianza del segnale  del caso A

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CON SELEZIONE  PARZIALE DEL SEGNALE  
Esempio 2

Caso A) 

L'elaborazione è stata fatta escudendo tre finestre temporali del segnale chiaramente (a sfonfo bianco) dovute a tre rumori antropici,

abbiamo ottenuto un picco a 1,70 hz, di altezza di 4,6 unità di HVSR 

La varianza  oscilla tra 2 - 9,5 hvsr

da ciò si può desumere che tre i due sondaggi  ( metodi di visualizzazione del segnale ) non è cambiato nulla.



Caso B) 

L'elaborazione è stata fatta escudendo tre finestre temporali del segnale (a sfonfo bianco)  chiaramente dovute a tre rumori antropici particolarmente intensi,

abbiamo ottenuto un picco a 1,70 hz, di altezza di 4,6 unità di HVSR 

anche i questo caso il risultato A) = al risultato B) dia in termini di frequenza che di Ampiezza , mentre i due risultati differiscono anche se di poco  da quelli ottenuti  con l'elaborazione precedente.

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CON  ELIMINAZIONE  DELLA MAGGIOR PARTE  DEL RUMORE AMBIENTALE 
Esempio 3

Caso A) 

In questo caso non sembra che ci siano dei rumori ambientali  a parte i due  a 11 minuti e a 14,50 minuti circa evidenziati nel caso A) precedente, 
in realtà se noi amplifichiamo con apposito cursore il segnale acquisito con tromografo professionale facendo scorrere l'apposito  cursore  di geopsy  otteniamo il grafico sottostante = a quello definito " brutto " se riferito al tromografo professionale.


L'elaborazione è stata fatta escludendo sette finestre temporali del segnale chiaramente (a sfonfo bianco) dovute a tre rumori antropici principali e altri 4  dovuti a microtremori meno evidenti che sono visibili secondo le modalità del caso 2 o del caso 1 se si amplifica graficamente il segnale con l'apposita bassa di regolazione.

In questo caso abbiamo ottenuto un picco a 1,40 e un secondo a 160 hz, di altezza di 4,6 unità di HVSR di ampiezza 4,90 e 4,70 rispettivamente
Caso B) 

Solo dopo l'elaborazione  per accontentare anche la grafica sarà possibile  con l'apposito cursore  rimpicciolire leggermente l'ampiezza del segnale 

Anche in questo caso come nel caso A) corrispondente ( terzo test ) otteniamo gli stessi risultati
In questo caso abbiamo ottenuto un picco a 1,40 e un secondo a 1.60 hz, di altezza di 4,6 unità di HVSR di ampiezza 4,90 e 4,70 rispettivamente 

Al tromografo  sperimentale  gli è stata data una amplificazione tale che taglia il segnale a +/-160 mv di ampiezza e  di conseguenza vengono tagliate dall'Hardware ottenendo i seguenti vantaggi operativi;

1)  visto che il microtremore  ben  difficilmente supera  i 50 - 80 microvolt ( e se ciò accade è anche dovuto alla sommatoria di microtremore e d evidente rumore antropico lontano), vuol dire che la parte di segnale che passa con ampiezza > 100 - 160 microvolt è solo costituito da rumore, che si somma ai rumori al segnale utile, rumore che introduce nell'adconverter tensioni che possono alterare l'operazione di conversione del segnale da analogico in digitale.

In tutti i casi con tale taglio del segnale evitiamo che rumori più corposi > di +/- 160 microvolt arrivino all' adconverter  causa di forti alterazioni dei dati acquisiti specie  per valori di frequenze al di sotto dei tradizionali 4,5 hz.

Si sa che i rumori con frequenze  al di sopra di 1/2 della frequenza di campionamento  non possono  o essere eliminati a livello software in post acquisizione e potrebbero produrre  rumori random sommandosi ai segnali tra 0.25 - 100 Hz producendo picchi anomali che spesso compaiono volentieri al di sotto dei 4,5 hz.

Il taglio  via hardware a microvlt > +/- 160  con filtri attivi tra  100 - 250 Hz permettono di avere segnali sufficientemente puliti  molto al di sotto del tradizionale  1- 5 microvolt normalmente richiesto per l'HVSR .

Conclusioni

A) Da quanto sopra scritto non si tratta si segnale "bello" caso A) o "brutto" caso B).

Se elaboriamo i segnali graficamente visualizzati piatti si possono introdurre nel segnale selezionato rumori antropici tra 0,2 - 100 hz che se non eliminati dal segnale vero possono generare picchi di risonanza  non dovuto alle condizioni stratigrafiche presenti nel terreno.
Il tenere piatto graficamente il segnale non ci permette di discriminare bene quali sono le finestre temporali esenti di rumori ambientali  da quelle perturbate dai tumori.

B) Dai risultati ottenuti ( simili caso A) e B) ma diversi in base  al numero di windows selezionate con un minor numero di finestre ( minimo 10) i risultati tendono a migliorare.
Vedere differenze esempio 1,2,3, il caso 3 ove si sono eliminati il maggior numero di Winsows sporche ( lasciandone solo 10 come impongono le direttive SESAME da rumori ambientali normalmente il grafico HWSR darà informazioni più precise  rispetto all'esempio 2 e a maggior ragione dell'esempio 1.

- In termini di frequenza otteniamo valori di picco da  1,65 hz caso 1°,  1,70 hz , caso 2°  e due picchi da 1,40 hz  e un secondo a 1,60 hz
 - in termini dj HVSR otteniamo  hvsr =  4,1 caso 1°, 4,6 caso 2°, 4.9 - 4.7 caso tre con segnale maggiormente depurato da rumori antropici

Ciò vuol dire che curando  la selezione delle windows con l'eliminazione dei rumori antropici e  ambientali  si tende ad avere a parità di altre condizioni rapporto HVSR veritieri, normalmente con ampiezza maggiore e un maggior filtraggio del segnale

Il rumore  ambientale e il vento e molti altri fattori provocano  rumori estranei alle frequenze tipiche del terreno e pertanto se non vengono eliminati, si avrà :

1) appiattimento del segnale 
2) riduzione dell'ampiezza del valore HVSR
3) picchi meno alti e più larghi e tondeggianti
4) segnali sporchi specie al di sotto 4 hz ( con i geofoni da 4,5 Hz )
5) perdita di affidabilità al di sotto di 1 Hz  e di 3 Hz nei casi più gravi
6) apertura a ventaglio del segnale alle basse frequenze e tendenza di migrazione a valori attorno a 2, 3 dell'hvsr.

Pertanto OCCORRE RICORDARE che l'elaborazione di un sondaggio HVSR DEVE ESSERE FATTA CON conoscenza dei limiti del metodo e le condizioni di applicabilità.

Importante è anche eseguire una buona preparazione della piazzuola ove verrà posizionato lo strumento, il più delle volte operazione eseguita con scarsa cura da molti operatori senza sapere che gran parte della buona riuscita del sondaggio è dovuta principalmente a tale operazione.

Verificare che in zona non ci siano controindicazioni ( alberi, fabbricati vicini, erba, asfalti, battuti di cemento come si vede spesso nelle foto su internet...) vedere apposito articolo presente in questo blog

Non ultimo la conoscenza di TUTTE le funzione dei menu implementati su Geopsy, opzioni che spesso non sono presenti in altri programmi commerciali.

Andare sul sito, posizionare lo strumento, acquisire senza considerare  quanto sopra  accennato, cliccare pedestremente senza sapere quello che si fa non permetterà MAI di ottenere risultati sufficientemente validi,  neanche  con tromografi professionali pagati parecchie migliaia di euro,

Per chi usa lo strumento sperimentale

Se poi per questioni "estetiche vi piace un segnale più lisciato per presentare nella relazione geologica potrete sempre con gli appositi cursori  ridimensionare l'ampiezza del segnale a valori meno ampi per avere tracce più sottili  é possibile  solo ad operazioni di elaborazione conclusa.

Per chi usa lo strumento professionale

In tal caso occorre compiere l'opzione contraria, amplificare il sondaggio fino a rendere  visibile i particolari dei microtremori e fare in modo che essi vengano individuati dal software selezionando solo le finestre in cui il segnale registrato ha ampiezze tali da essere  esente di rumori antropici - ambientali e costituito quasi esclusivamente da microtremori.
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