lunedì 16 febbraio 2015

PARTE 2° - Manuale GEOPSY - DINVER - HVSR - Metodo di Nakamura

Elaborazione GEOPSY - Opzioni preliminari per ottimizzare i dati acquisiti - Procedure opzionali                       ...




Questo capitolo è dedicato a particolari funzioni di geopsy da usare ad integrazione del calcolo dell'HVSR molto utili ottimizzare il segnale acquisito e per determinare le componenti in frequenza del microtremore visualizzandole in diverse modalità.
In particolare alcune di queste funzioni sono utili per discriminare le frequenze generate da variazioni stratigrafiche per determinare la frequenza di risonanza del terreno da quelle antropiche  ambientali - meteo o più semplicemente dai rumori antropici.

Geopsy è un programma molto complesso, modulare, tanti moduli sono utilizzati per operazioni analoghe su più applicazioni principali rendendo più semplice ed intuitivo l'apprendimento del software.
In questa fase ci limitiamo ad esaminare solo i moduli riguardanti l' HVSR 

In questa fase , per non complicare troppo il manuale non si prendono in considerazione opzioni e procedure per gestire al meglio i dati, i layer, certe opzioni grafiche e di stampa, saranno considerate in futuro quando saranno chiariti le priorità e notizie utili per svolgere una prima elaborazione.



Le icone del menu principale indicano le principali procedure eseguibili, è possibile selezionare altre opzioni secondarie ma altrettanto utili dal menu testuale costituito da

I PRINCIPALI MENU TESTUALI SONO I SEGUENTI

FILE
ESCI
VIEW
WAVEFORM
TOOLS
WINDOWS
 HELP


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HVSR - SUPPRESS  DC

( FUNZIONE DA UTILIZZARE QUANDO LE TRACCE ACQUISITE HANNO UN ERRORE DI OFFSET ELEVATO )

La funzione Suppress DC permette di azzerare le tracce degli assi X,Y e Z acquisite con il tromografo permettendo di avere segnali simmetrici, che non sempre gli acquisitori permettono di avere a causa di problemi tecnici, tale scentratura aumenta con l'aumentare del numero di bit dell'ADC utilizzato.

Sia per una migliore presentazione grafica del segnale acquisito, sia per evitare di ottenere valori anomali nel rapporto HV si consiglia di eseguire sempre tale operazione prima di eseguire le normali operazioni per il calcolo HV.

Nella sottostante figura si può notare una leggera asimmetria del segnale acquisito, parte positiva (nero pieno - parte negativa traccia nera sottile), si vede chiaramente che il segnale positivi nero in ampiezza è meno alto rispetto a quello negativo.


Ciò è dovuto ad un offset errato  dovuto ad un errata taratura hardware - software del sistema di acquisizione e /o ad una non perfetta messa in bolla del sistema 3D.

Il problema è solo un problema grafico in quanto  l'offset  diverso da zero (se modesto) non produce gravi anomalie dell'FFT del segnale e conseguentemente  ne rapporto spettrale . 



Cliccare sil menu WAVEFORM  (menu testuale principale)
selezionare su SUPPORT DC


si aprirà una finestra con 2 opzioni come in figura:

La prima: MEAN VALUE - esegue automaticamente la procedura di azzeramento automatica - consigliata)

La seconda VALUE - permetti di alzare lo zero di taratura di un valore pari al valore che si inserirà nella finestra di input in modo manuale.




Ecco come apparirà il segnale così modificato, se si confronta il grafico con la prima figura si vedrà che le semionde positive hanno ampiezze simili a quelle negative ottimizzando e migliorando il grafico.
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FILTRAGGIO DEL SEGNALE
WAVEFORM FILTER

( FUNZIONE DA UTILIZZARE QUANDO LE TRACCE ACQUISITE PRESENTANO MOTTO RUMORE AMBIENTALE )

I cursori visibili in basso dell'immagine sottostante permetto di:

regolare in ampiezza il segnale acquisito
ingrandire  la finestra temporale
fare scorrere la finestra temporale

La gran parte degli utenti è portato a fare la selezione delle windows su segnali relativamente appiattiti in quanto visivamente i segnali si presentano meglio, ciò è un grave errore in quanto con l'appiattimento del segnale non si riesce ad eliminare le windows dove il rumore ambientale ed antropico prevalgono di conseguenza si possono introdurre windows molto rumorose  credendo che il segnale sia pulito.

cliccare sull'immagine per ingrandire l'immagine

E' IMPORTANTE PRIMA DI OPERARE SUL SEGNALE ACQUISITO (SE VISUALIZZATO PIATTO) INGRANDIRE IL GRAFICO PER POTERLO VEDERE NEI MINIMI PARTICOLARI PER INDIVIDUARE I TRATTI PRIVI DI RUMORI ANTROPICI ED AMBIENTALI.


cliccare sull'immagine per ingrandire l'immagine

In questo caso si ha la possibilità di esaminare tutto il segnale ed individuare i tratti dove prevalgono i microtremori ( da selezionare e i rumori antropici ambientali da non selezionare (quando è possibile) che potrebbero alterare i risultati finali dell'elaborazione.

Solo in fase di stampa si può ridimensionare in ampiezza il segnale acquisito solo per motivi grafici e di presentazione del lavoro. 

Nel caso specifico il sondaggio risente di rumore antropici  dovuti al transito di auto e folate di vento, pochissime sono le finestre con la presenza di un prevalente microtremore  per finestre temporali superiori ad una decina di secondi, tipico è quello alle ore 12 19 m, tra tutti quello con estensione temporale maggior.

Qui si capisce che quanto visualizzato nella prima immagine di questo paragrafo porterebbe a selezionare quasi tutto il segnale, mentre nell'immagine precedente si capisce che il segnale è fortemente alterato dai rumori antropici ed ambientali.

L'unica soluzione è quella di prolungare il sondaggio per avere più probabilità di registrare altre finestre temporali sufficientemente lunghe > 10 secondi almeno prive di rumori antropici ed ambientali, meglio quando è possibile  eseguire il sondaggio in ore , anche notturene in caso di poco traffico e attentere giornate con poco vento o almeno scegliere le ore ove si prevede meno vento nell'arco della giornata ( vedere siti meteo specifici)

Cliccare sul menu WAVEFORM (menu testuale principale)


Tra le finestre selezionare la funzione FILTER



Si aprirà una finestra che richiederà il tipo di filtro che si vuole applicare e i valori massimi e minimi del filtraggio da applicare. ( vedere immagine sottostante )

Si  consiglia di selezionare il filtro  BAND PASS ( banda passante )  fron 50 to 100, tali valori possono essere variati in base alla esigenze di calcolo, si consiglia di una forbice più ampia dei valori di quelli che interessano, in questo caso 0,4 - 110 hz in modo da spostare fuori della finestra che interessa piccole anomalie di calcolo nella zona limite inferiore e superiore dell'intervallo del filtraggio considerato.
w
Per  vedere quali sono gli effetti del filtraggio sul segnale sono stati fatti tre test:

1° caso  NO FILTRAGGIO,
2° caso  FILTRAGGIO tra 0,5 - 100 hz,
3° caso FILTRAGGIO tra 0,5 - 40 hz


cliccare sull'immagine per ingrandire l'immagine

1° caso  NO FILTRAGGIO,
Se si confronta il segnale  con quelli filtrati si può vedere che il caso 1  si presente molto più rumoroso degli altri due per la presenza di frequenze tra 0 e 100 hz oltre a quelle non filtrate tra 100 - 250 hz  ( 1/2 della frequenza di acquisizione )

Per poter confrontare i risultati si è cercato di mantenere  tutti i parametri uguali  tranne il valore di BAD SAMPLE THRESOLD  che in questo caso è pari a 81 % per ottenere  10 windows.



cliccare sull'immagine per ingrandire l'immagine
2° caso  FILTRAGGIO tra 0,5 - 100 hz,
Avendo eliminato i segnali  con frequenza  > 100 Hz in segnale è privo delle componenti  tra 100 - 250 hz, quindi molto più pulito  reispetto al caso 1.

Il valore di BAD SAMPLE THRESOLD  che in questo caso è pari a 51 % per ottenere  10 windows. (  facendo la dirrerenza  tra il dato del caso 1 e in caso due si sono tolti (81-51= 30) il 30 % dei rumori  riferiti al caso precedente  costituenti i rumori con frequenze tra i 100 -  250 hz  


cliccare sull'immagine per ingrandire l'immagine
3° caso FILTRAGGIO tra 0,5 - 40 hz

In quest'ultimo caso si sono eliminate le frequenze a partire dai 40 hz fino ai 250 hz, ottenendo ulteriore miglioramento in termini di frequenze residue rispetto al caso 1 e 2.



Il valore di BAD SAMPLE THRESOLD  che in questo caso è pari a 50 % per ottenere  10 windows. (  facendo la dirrerenza  tra il dato del caso 1 e in caso due si sono tolti (81-50= 31) il 31 % dei rumori  riferiti al caso 1) precedente  costituenti i rumori con frequenze tra i 40 -  250 hz , in questo caso il miglioramento conseguito rispetto a vaso 2 è solo di un punto percentuale, mentre abbiamo una perdita di Hz  pari a 100-40 Hs= 60 Hz pertanto  risulta che la migliore soluzione in questo caso è la seconda.

Per quanto riguarda la frequenza di risonanza non si hanno grosse  differenze 
7.2 hz caso 1
7.4 hz caso 2
7.4 hz caso 3

Dei tre risultati quello che si discosta maggiormente è in caso 1 mentre ne caso 2 e 3 abbiamo lo stesso valore.

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