پیش بینی زمینلرزه

پیش بینی زلزله

الگوریتم پیش یابی و هشدار زلزله

مفاهیم اساسی

شتاب، سرعت، حرکت، جمع‌آوری داده، کالیبراسیون، معیار و انحراف از معیار، متوسط حداکثری، متوسط حداقلی الگوریتمهای حمایتی سرعت حداکثری، صحت داده، شتاب استاتیک، پردازنده اولیه و ثانویه، هوشمند سازی ساختمان، شدت الارم، تخمین قدرت زلزله

چکیده

به زبان ساده، زمین زیر پای ما درواقع جامد نیست، مایعی با گرانروی بسیار بالاست که دائماً درحال حرکت است این حرکت آهسته اما پیوسته‌است. با نظارت بر همین رفتار می‌توان محل، زمان و قدرت زلزله را پیش یابی کرد. درواقع دستگاه‌های ما بیان می‌دارند زمانی زلزله رخ خواهد داد که عاملی منجر به کند شدن یا توقف حرکت گردد. الگوریتم پیش یابی سام نام دارد. محاسبات سام ساده است.

تاریخچه:زمین‌لرزه بم

ارگ بم پیش و پس از زمینلرزه پیش از زمینلرزه پس از زمینلرزه زمینلرزه بم، زمینلرزهای بود به شدت ۶٫۶ ریشتر که در ساعت ۵:۲۶ بامداد روز جمعه ۵ دی ۱۳۸۲ به مدت ۱۲ ثانیه شهر بم و مناطق اطراف آن در شرق استان کرمان را لرزاند.

بدنبال زلزله مرگ بار بم بنده و یکی از همکاران بعنوان امداد رسان حضور داشتیم و این نقطه آغاز این حرکت شد. به مدت ۸ سال ما با دقت تمامی فرایندهای زلزله‌ها را دنبال کردیم. ما بدنبال راهی بودیم تا بتوانیم قبل از وقوع زلزله انرا رصد کنیم. از این ماجرا چند سال گذشت تنها نقطه امید این بود که بتوانیم موج پی زلزله را رصد کنیم به ذم ماگرفتن موج پی زلزله ۵ ثانیه فرصت در اختیارمان می‌گذاشت تا بتوان جان افراد را نجات داد. کار برروی الگوریتم‌های برنامه از سال ۹۰ رسماً آغاز شد. ما باید می‌دانستیم این موج چه خصلتهائی دارد. مواج پی (به انگلیسی: P-waves) یا امواج اولیه (به انگلیسی: Primary waves) یا امواج فشاری (به انگلیسی: Pressure waves) امواجی هستند که جهت انتشار آنها در راستای ارتعاش ذرات می‌باشد، امواج صوت ملموس‌ترین امواج فشاری هستند. این امواج می‌توانند از درون گازها، مایعات و جامدات عبور کنند، هر چند که امواج برشی نمی‌توانند از سیالات عبور کنند. امواج فشاری خیلی سریعتر از امواج برشی و امواج سطحی مستهلک می‌شوند فلذا در زمان زلزله موجب خرابی نمی‌شوند؛ ولی به دلیل کوتاه بودن طول موجشان - در مقایسه با دیگر امواج زلزله - به سرعت پخش می‌شوند. به همین دلیل به آنها امواج اولیه گفته می‌شود زیرا قبل از امواج دیگر قابل ثبت هستند. لرزهسنج و شتابسنج این امواج را ثبت می‌کند. ثانیه فرصت بنظر زمان کافی نبود اما راهی بهتر هم وجود نداشت. ما می‌دانستیم موج پی دو خصلت دارد اولا دامنه ۵ بسیار ناچیزی را روی شتاب نگار ایجاد می‌نماید و ثانیاً سرعت سیر ان بسیار بالاست. این دو خصیصه باعث می‌شد ما اولین دستگاه الکترونیکی را ساختیم و به ۹۲ بدنبال سریعتری پردازنده و سریعترین سنسور شتاب سنج باشیم. در سال تعداد بیست دستگاه در سراسر کشور توزیع کردیم. هدف ما ان بود که در طرح آزمایشی حداقل یک دستگاه با زلزله واقعی برخورد کند. ازمونهای میز لرزه که در دانشکده شهید عباسپور انجام شد گویای ان بود که دستگاه ما قادر به ماه از نصب دستگاه‌ها گذشته بود کم‌کم نتیجه کار مشخص ۶ رصد موج پی نخواهد بود. در همان سال زمانی که تقریباً می‌شد. وضعیت نگران کننده بود از مجموع دویست و شصت زلزله ای که دستگاه‌ها با ان مواجه شده بودند تنها یک مورد پیش یابی درست وجود داشت ولی انهم سی دقیقه قبل از زلزله بود بنابراین نمی‌توانست صحت داشته باشد. کار برروی الگوریتم ادامه پیدا کرد. ما دربخشی از برنامه دستگاه متوجه یک خطای انسانی شدیم مقادیر شرقی شمالی و عمودی باهم جمع می‌شدند. این نقص را برطرف نمودیم. دوباره بیست دستگاه آماده کرده و در کل کشور توزیع کردیم. وضعیت بهتر شده بود در مجموع از صدو هفتاد زلزله بیست و چهار الارم صحیح داشتیم! ولی مشکلی وجود دقیقه مانده به زلزله بودند و این فرایند را پیچیده‌تر می‌کرد. ۵ داشت الارمها همگی قبل از بالاخره یک زلزله کوچک با مرکزیت زرقان فارس مسیر پروژه را تغییر داد. دستگاهی که در دفتر گروه نصب بود شروع به الارم کرد و پانزده دقیقه بعد زلزله ای به قدرت سه و نیم ریشتر شیراز را لرزاند. این اولین باری بود که اعضا گروه عملاً با زلزله مواجه می‌شدند. خوشبختانه از این زلزله نادر و خوش موقع داده‌های جالبی بیرون کشیدیم. شتاب سطح زمین ابتدا افزایش و سپس کاهش پیدا کرده بود و در شیب افزایش مجدد زلزله اتفاق افتاده بود چه عاملی باعث بروز این مقادیر شده بود. دست به کار شدیم بیشتر زلزله‌ها با همین الگو مطابقت داشتند و عمدتاً برروی محور عموی انطباق بیشتر بود. سرعت نمونه برداری دستگاه را به ۱۶۰۰۰ نمونه بر ثانیه افزایش دادیم. وضعیت بهتر شده بود اکنون ما از هر یکصد زلزله تنها موفق به رصد دو یا سه زلزله نمی‌شدیم. نقطه عطف گروه ما زلزله سر پل ذهاب بود. در ۱۳۹۶ آبان ۲۱ در مقیاس بزرگای گشتاوریشامگاه یکشنبه ۷٫۳ ایران - عراق به بزرگی ۱۳۹۶ زمین لرزه نزدیکی ازگله، استان کرمانشاه در نزدیکی مرز ایران کیلومتری جنوب غربی شهر حلبچه ۳۲ و عراق در عراقایران رخ داد. کانون زمین لرزه ۵ کیلومتری شهر ازگله کرمانشاه کیلومتری حومه ۳۲ بود و زلزله نگاری آمریکا کانون این زلزله را شهر عراقی حلبچه اعلام کرد.[۶] بر طبق گفته رئیس مرکز لرزهنگاری ایران چندین پیش لرزه قبل از زلزله ۷٫۳ ۲۱:۴۸ تا ۲۱ ریشتری حوالی ساعت ریشتر ثبت شد ۵/۴ اتفاق افتاده که موجب هشیاری مردم شد که بزرگترین این پیش لرزه‌ها به قدرت [۷] تعداد کشته‌ها نفر رسید ۶۲۰ در ایران به [۸] نفر بیخانمان ۷۰٬۰۰۰ نفر نیز زخمی شدهاند و حدود ۹٬۳۸۸ و همچنین شدند. شهر ازگله کیلومتر (بود ۵نزدیکترین شهر به کانون زلزله). ۱۱عمق زمین لرزه کیلومتر بوده که به علت عمق کم و مدت زیاد در کل منطقه شمال غرب کشور احساس شد. این زلزله در جنوب شرق ترکیه و حتی کویت و شمال عربستان سعودی هم احساس شدهاست.[۱۴] برخی رسانه‌های اسرائیلی خبر از حس شدن این زمینلرزه در بخشهای وسیعی از اسرائیل دادند.[۱۵] پس لرزه استان کرمانشاه را ۷۰۰ حدود ۱۳۹۶ آذر ماه سال ۱ تا روز لرزاندهاست. ده روز قبل از زلزله ما نسل جدید دستگاه را برای پایلوت به تمامی شهرها فرستادیم. روز یکشنبه ۲۱ / ۸ / ۹۶ جناب آقای رحیمی با گروه تماس گرفتند که دستگاه از دیشب الارم میده! از بنده خواستند اجازه بدهم دستگاه خاموش بشه که نپذیرفتم. مجدداً تماس گرفتند که دستگاه خاموش نمیشه و یکسره الارم میده و اجازه می‌خواستند دستگاه را خاموش کنند که مجدداً استناد به موارد قبلی اجازه این کار را ندادم! همان شب زلزله اتفاق افتاد. برای ما دور از ذهن نبود. داده‌های جمع‌آوری شده از این زلزله هم مطابقت خاصی با زلزله‌های گذشته داشت.

مفاهیم کلی

گرانش زمین مدلی رایانهای از اندازهگیری گرانش زمین که توسط ناسا و در مأموریت GRACE تهیه شده‌است. گرانش زمین) به انگلیسی: Gravity of Earth (شتابی است که اجسام با این شتاب به سمت زمین جذب می‌شوند و با g نشان داده می‌شود. واحد این کمیت در SI برابر است با متر بر مجذور ثانیه) m / 2s یا m· s - ۲(و همچنین نیوتن بر کیلوگرم) N / gk یا N · kg - ۱ (مقدار تقریبی این کمیت ۲ m/s۹٫۸۱ است که بدان معنیست که صرفنظر از تأثیر مقاومت هوا، سرعت جسم در حال سقوط در نزدیکی سطح زمین در هر ثانیه ۹٫۸۱ متر بر ثانیه افزایش می‌یابد. عوامل مؤثر بر حرکت یک ذره معین را ماهیت و آرایش اجسام دیگری که محیط ذره را تشکیل می‌دهند، مشخص می‌کند. تأثیر محیط اطراف بر حرکت ذره با اعمال نیرو صورت می‌گیرد؛ بنابراین مهمترین عاملی که در حرکت ذره باید مورد توجه قرار گیرد، نیروهای وارد بر ذره و قوانین حاکم بر این نیروها می‌باشد. قانون دوم نیوتن این قانون به صورتهای مختلف بیان می‌شود که یکی از آنها بر اساس تعریف اندازه حرکت خطی و دیگری برای تعریف شتاب حرکت می‌باشد. در حالت اول چنین گفته می‌شود که میزان تغییر اندازه حرکت خطی یک جسم، با نیروی وارد بر آن متناسب و هم جهت می‌باشد. اما بر اساس تعریف شتاب گفته می‌شود که هر گاه بر جسمی نیرویی وارد شود جسم در راستای آن نیرو، شتاب می‌گیرد که با اندازه آن نیرو متناسب است. مکان و چارچوبهای مرجع موقعیت یک ذره در فضا، اساسیترین مفهوم در سینماتیک است. برای تعیین موقعیت یک ذره، سه فاکتور باید تعیین شود: نقطه مرجع) مبدأ (فاصله از نقطه مرجع و جهت خط مستقیمی که که در فضا، نقطه مرجع و ذره را به هم متصل می‌کند. نبود هر یک از این سه مورد، بیان موقعیت را ناقص می‌کند. بهطور مثال، برجی با فاصله ۵۰ متر به سوی جنوب منزل خود را در نظر گیرید. نقطه مرجع، منزل و فاصله، ۵۰ متر و جهت، جنوب است. اگر شخصی ادعا کند که برج، ۵۰ اگر فردی بیان کند که برج نسبت به .»؟ از کجا «متر و به سوی جنوب است سؤال طبیعی این است که مطرح می‌شود. اگر گفته شود که برج نسبت به خانه»؟ با چه فاصلهای «منزل شما در جهت جنوب است این بار، ۵۰ بنابراین، تمام این سه پارامتر برای بیان موقعیت یک ذره .»؟ در چه جهتی «متر فاصله دارد، سؤال این است که در فضا حیاتیاند. معمولاً موقعیت را به کمک کمیتهای ریاضی که هر سه ویژگی را داشته باشند بیان می‌شود. رایجترینها، بردارها و اعداد مختلط ست. معمولاً تنها از بردارها استفاده می‌شود. برای اندازهگیری فواصل و جهات، معمولاً از دستگاه‌های مختصات سهبعدی استفاده می‌شود و نقطه مبدأ دستگاه را نقطه مرجع در نظر می‌گیرند. یکدستگاه مختصات سهبعدی) با مبدأ متلاقی در نقطه مرجع (که برای اندازهگیری زمان در آن تمهیداتی در نظر گرفته شده را چارچوب مرجع یا چارچوب گویند. از دیدگاه فیزیک، تمام مشاهدات بدون بیان چارچوب مرجع فاقد ارزشاند. جابهجایی تغییر مکان، برداری است که تفاوت مکانی دو ذره را نشان می‌دهد. به عبارتی، بیانکننده تغییر موقعیت یک ذره است در طی یک بازه زمانی. اگر ذره A دارای بردار مکان rA = (xA,yA,zA) و ذره B دارای بردار مکان rB =(xB,yB,zB) باشد، بردار جابهجایی rAB مربوط به B از A به صورت زیر بیان می‌شود: بهطور هندسی، بردار جابهجایی، کوتاهترین مسیر میان دو ذزه A و B است. جابهجایی متفاوت از بردار مکان است، به نحوی که مستقل از چارچوب مرجع است: موقعیت یک ذره بستگی به چارچوب مرجع دارد اما کوتاهترین مسیر میان یک جفت ذره، با درنظرگرفتن چارچوبهای متفاوت بدون تغییر می‌ماند

شتاب سنج و گراویتی متر

Accelerometer یا شتاب سنج چیست و چگونه کار می‌کند؟

یک یک سنسور شتاب سنج الکترونیکی می‌تواند میزان شتاب وارد شده به این سنسور را به پالس‌های آنالوگ یا دیجیتال تبدیل کند و با اندازه‌گیری مقدار الکترونیکی این سیگنال خروجی از سنسور شتاب سنج می‌توانید شتاب یک وسیله ای را که این سنسور روی آن سوار شده را اندازه بگیرید برای مثال شتاب یک کوادکوپتر. به‌طور تقریبی حتی می‌توان با انتگرال‌گیری از مقدار شتاب سرعت را محاسبه کرد) این محاسبه در صورتی به ما جواب درستی را می‌دهد که شتاب نیروی جاذبه را از این مقادیر کم کرد. (یک شتاب سنج می‌تواند یک محوره، دو محوره یا حتی سه محوره باشد. مثلاً اگر سنسور شتاب سنج شما سه محوره باشد این سنسور به شما بردار شتاب وارده به این سنسور را در بردار های X و Y و Z نشان دهد. یک شتاب سنج مکانیکی مانند شکل زیر دارای یک وزنه، فنر و مقاومت مکانیکی یا همان Damper هست. این شتاب سنج یک محوره هست که تنها در یک جهت میزان شتاب را اندازه می‌گیرد؛ که با علامت Damper R مشخص شده به این علت در این شتاب سنج استفاده شده تا بتواند از نوسانات وزنه جلوگیری کند و به اصطلاح این نوسان نا خواسته را Damp کند. با وارد شدن شتاب به این سیستم مکان وزنه m تغییر می‌کند میزان تغییر وزنه در بردار x مشخص می‌شود و می‌توان شتاب وارده به این سیستم را بدست آورد. اما Accelerometerهای الکترونیکی چطور می‌توانند میزان شتاب را اندازه‌گیری کنند؟ شتاب سنج‌های الکترونیکی MEMS هستند. MEMS که مخفف systems MicroelEctroMechanical هست. سیستم‌های MEMS ساختار های بسیار ریز در حد میکرو یا نانومتر مکانیکی دارند که می‌توانند تغییرات مکانیکی را به سیگنال‌های الکترونیکی تبدیل کنند. یک شتاب سنج MEMS که در شکل زیر می‌بینید: با وارد شدن شتاب به این سیستم جای وزنه و میزان فنر را تغییر می‌دهد با تغییر این وزنه میزان خازنی CS1 و CS2 تغییر کرده و با میزان تغییرات ظرفیت خازنی این دو خازن می‌توان شتاب را محاسبه کرد. زلزله: زمینلرزه یا زلزله لرزش و جنبشزمین است که به علّت آزاد شدن انرژی ناشی از گسیختگی سریع در گسلهای پوسته زمین در مدّتی کوتاه روی می‌دهد. محلّی که منشأ زمینلرزه است و انرژی از آنجا خارج می‌شود را کانون ژرفی، و نقطه بالای کانون در سطح زمین را مرکز سطحی زمینلرزه می‌گویند. پیش از وقوع زمینلرزه اصلی معمولاً زلزله‌های نسبتاً خفیفتری در منطقه روی می‌دهد که به پیشلرزه معروفاند. به لرزشهای بعدی زمینلرزه نیز پسلرزه می‌گویند که با شدّت کمتر و با فاصله زمانی گوناگون میان چند دقیقه تا چند ماه رخ می‌دهند. زمین لرزه نتیجه رهایی ناگهانی انرژی از داخل پوسته زمین است که امواج ارتعاشی را ایجاد می‌کند. زمینلرزه‌ها توسط دستگاه زلزلهسنج یا لرزهنگار ثبت می‌شوند. مقدار بزرگی یک زلزله متناسب با انرژی آزاد شده زلزله است. زلزله‌های کوچکتر از بزرگی ۳ ریشتر اغلب غیر محسوس و بزرگتر از ۶ ریشتر خسارتهای جدی را به بار می‌آورند، البته ریشتر که هر واحد اضافه آن حدوداً ده برابر قبلی است) مثلاً ۵ نسبت به ۶ (فقط واحد اندازه و شدت انرژی تخلیه شدهاست اما عوامل متعدد دیگری از فاصله گرفته) عمق بیشتر تأثیر کمتر از زیر ده کیلومتر تا ۷۰۰ کیلومتر همین‌طور فاصله بیشتر افقی از رومرکز) تا جهت لرزش) عمودی یا ضربهای (و نوع طول موج لرزش [نیازمند منبع] (فاصله جابجایی مکانی رفتی و برگشتی در هر لرزش (در میزان تخریب تأثیر دارند. امواج زلزله سه نوع P و S (امواج بدنی (و سطحی دارند که نوع P که اول می‌آید به امواج فشاری یا طولی مشهور است زیرا امواجش ضربهای بوده و در جهت انتشار می‌لرزانند) مانند بازی کشیدن طناب (و در پوسته زمین با سرعت ۱٫۵ تا ۸ کیلومتر در ثانیه پیشمیروند برعکس امواج S یا امواج قیچی تا ۱٫۷ بار سرعتشان کمتر است و در جهت عمود بر خط انتشار می‌لرزانند )مانند تکاندن سفره (اما نمی‌توانند از مایعات مثلاً آب یا سنگ مذاب مثل هسته بیرونی زمین رد شوند. زمینلرزه شدید در عمق با زاویهای ۱۰۵ درجه نواحی سطحی را می‌لرزاند و نواحی ورای این زاویه منطقه سایه نامیده می‌شوند و از این رو تجربه نشان داده که امواج P فشاری نسبت به S دامنه بسیار وسیعتری از منطقه سایه را پوشش می‌دهند و موج P می‌تواند با تغییر جهت و گذر از گوشته یا هسته بیرونی زمین منطقهای بسیار دور از رومرکز را بلرزاند.[۱] در نزدیکی سطح زمین، زلزله به صورت ارتعاش یا گاهی جابجایی زمین نمایان می‌شود. زمانی که مرکز زمینلرزه در داخل دریا باشد، در صورت تغییر شکل زیاد و سریع بستر دریا باعث ایجادسونامی می‌شود که معمولاً در زلزله‌های بزرگتر از بزرگی هشت ریشتر اتفاق می‌افتد. ارتعاشات زمین باعث ریزش کوه و همین‌طور فعالیتهای آتشفشانی می‌شوند. در حالت کلی کلمه زمینلرزه هر نوع ارتعاشی را در بر می‌گیرد - چه ارتعاش طبیعی چه مصنوعی توسط انسان - که موجب ایجاد امواج ارتعاشی می‌شود. زمینلرزه‌ها اغلب نتیجه حرکت گسلها هستند، و همین‌طور می‌تواند حاصل فعالیتهای آتشفشانی، ریزش کوه‌ها، انفجار معدنها و آزمایشهای هستهای باشد. نقطه آغازین شکاف لرزه را کانون می‌نامند. مرکز زمینلرزه نقطهای در راستای عمودی کانون و در سطح زمین است.

شتاب استاتیک ( گراویتی )

ماحصل برآیند شتاب جاذبه زمین بر محورها

دینامیک (کنش )

ماحصل برآیند نیروهای وارد بر محورها شتاب استاتیک یا شتاب وارده بر محورهای شتاب سنج است این شتاب برابر با ۹٫۸ متر بر مجذور ثانیه بروی محورقابل مشاهده است و چنانچه سنسور پشت و رو گردد معادل منفی نشان داده می‌شود. بدیهیست تمامی سنسورهای شتاب موجود در بازار حالت فلوت یا سقوط آزاد را نشان می‌دهند که مربوط به نویز مدارات داخلی سنسور است. این شتاب بروی محورهای افقی ایکس یا شرقی و وای یا شمالی معمولاً برآیند حاصل جمع نود درجه محاسبه و نمایش داده می‌شود. شتاب دینامیک معادل نیروی وارده بر سنسور در هر جهت بوده و با واحد متر بر مجذور ثانیه نشان داده می‌شود نمونه هائی از نمودارهای شتاب دینامیک و استاتیک: شتاب استاتیک: و این دو مقوله در شتاب سنجهای الکترونیکی بسیار متفاوت هستند.

انحراف از معیار امواج زلزله

اگر بپذیریم که برصفحات زمین شتاب وارد می‌شود) چه استاتیک چه دینامیک (باید بپذیریم که نیروئی بر آنها وارد می‌شود که بر حسب نیوتن بر متر در واحد زمان قابل حاسبه باشد؛ و نیز می‌دانیم طبق قانون دوم و سوم نیوتن باید برآیند نیروهای وارده در حالت سکون صفر باشد. اما می‌دانیم صفحات ساختاری زمین در مناطق مختلف با ضرب و آهنگی متفاوت جابجا می‌گردند. در نتیجه صرف نظر از منبع نیروی وارده می‌توان چنین استنباط نمود که نیرو یا نیروهای وارده همواره برابر با صفر نخواهد بود. تنش دینامیکی وارد بر سطح از سوی نیروی ما حصل از جابجائی زمین ساختاری مساوی با شتاب استاتیک و نیروی نگهدرنده ساختارها یا همان نیروی استاتیک در واقع نیروی ماحصل از شتاب جاذبه زمین است. این شتاب در کل زمین ثابت ولی مقدار ان بنا بر ساختار و چگالی منطقه متغیر است که ممکن است کمتر یا بیشتر از ۸ / ۹ متر بر مجذور ثانیه باشد. اما شتاب دینامیکی که می‌تواند تحت عامل تحرکا ت زمین ساختاری یا عوامل انسانی و محیطی باشد. بدیهیست نمی‌توان به صرف وجود عوامل محیطی) نویز (عوامل طبیعی را حذف نمود. آنچه مسلم است زمین زیر پای ما درحال حرکت است و بیشتر از آنکه به شیء جامد با ساختار خشک شبیه باشد به سیالی با گرانروی بسیار بالا شبیه است. تجمع نیروی وارده از صفحات زمین ساختی برهم و در اثر تجمع این نیرو می‌توان تغییراتی را بصورت تغییرات شتاب خواه مثبت یا منفی یا در هر جهتی که باشد ایجاد می‌نماید. این تغییرات شتاب بصورت شکل زیر قابل مشاهده است: مفهوم منطقی تصویر بالا چنین است: در زمان مشخصی شتاب زمین افزایش یافته‌است! در نتیجه منطقیست که بگوئیم زمین به میزان بسیار ناچیز فرورفته است. این فرو رفتگی و در برخی مواردبرامدگی تنها یک چیز را ثابت می‌کند زمین زیر پای ما در مسیر حرکت نرم و روان خود دچار مشکل شده‌است! گرچه اثبات شده‌است که این شکل از موج همواره منجر به زلزله نخواهد شد اما هیچ زلزله ای وجود ندارد که چنین شکل موجی را در نمودارهای شتاب خود نشان ندهد. معیار: یک روز عادی در یک نقطه از زمین را تصور کنید که شتابنگارها مشغول نمونه برداری هستند در این منطقه برآیند تمامی نیروهای وارده بر سطح سنسور همواره ثابت است. این ثبات را می‌توان معیاری در مورد تغییرات شتاب زمین در ان منطقه محسوب نمود. در چنین مواردی با صرف نظر کردن تحرکات زمین ساختاری تنها عاملی که می‌تواند نمودارهای شتاب را تغییر دهند فرازمینی هستند اول ماه و دوم خورشید. اما با در نظر گرفتن تحرکات زمین ساختاری می‌توان شتاب ثابتی را مشاهده نمود این بدان معنی است که زمین با ضرب آهنگی یکنواخت در حرکت است.

کالیبراسیون calibration

عبارتست از معیار تغییرات شتاب زمین در یک بازه زمانی که در ابتدای نمونه برداری انجام می‌گیرد. هرچه تعداد نمونه برداریها بیشتر باشد شاخص کایبره انطباق بیشتری با میزان شتاب متوسط منطقه دارد. کالیبراسیون اولین مرحله از مراحل سه‌گانه راه اندازی می‌باشد. یک دستگاه بطور متوسط می‌بایست ۱۰۰۰۰ نمونه برداری صحیح انجام دهد. انحراف معیار ا متغیر تصادفی) آبی (انحراف معیار σ نماینده پخششدگی مقادیر متغیر تصادفی حول مقدار میانگین، μ، است. در آمار انحراف معیار] ۱ [ )به انگلیسی: standard deviation ( )که با نماد σ نشان داده می‌شود( یکی از شاخصهای پراکندگی است که نشان می‌دهد به‌طور میانگین داده‌ها چه مقدار از مقدار متوسط فاصله دارند. اگر انحراف معیار مجموعهای از داده‌ها نزدیک به صفر باشد، نشانه آن است که داده‌ها نزدیک به میانگین هستند و پراکندگی اندکی دارند؛ در حالی که انحراف معیار بزرگ بیانگر پراکندگی قابل توجه داده‌ها می‌باشد. انحراف معیار برابر با ریشه دومواریانساست. خوبی آن نسبت به واریانس، این است که هم بعد با داده‌ها می‌باشد. انحراف معیار برای تعیین ضریب اطمینان در تحلیلهای آماری نیز به کار می‌رود. در مطالعات علمی، معمولاً داده‌های با اختلاف بیشتر از دو انحراف معیار از مقدار میانگین به عنوان داده‌های پرت در نظر گرفته و از تحلیل، خارج می‌شوند. لازمه بهره‌مندی از داده‌ها صحت داده‌است . انحراف از معیار بیان می‌کند چه تعداد داده دریافتی در میان انبوه داده‌های ورودی صحت دارند . بدیهیست وجود نویزهای محیطی که با انحراف ناگهانی از کالیبراسیون معیار مشخص ندارند کالیبراسیون را برهم می‌زنند . لذا می‌بایست ابتدا نونه‌های خارج از معیار شناسائی و حذف شوند .

متوسط حداکثری

در داده ورزی بهترین امار برای مشخص نمودن حداکثر تغییرات داده‌ها است . در بهترین حالت بهتر است ماکسیمم داده‌ها نباید بیشتر از متوسط حداکثری آنها باشد .

متوسط حداقلی

متوسط کمترین اعداد جمع‌آوری شده‌است با حذف داده‌های خارج از معیار خط کالیبراسیون با ابی متوسط حداکثری و متوسط حداقل با قرمز مشخص شده‌است

الگوریتمهای دستگاه

الگوریتم آغازین

دستگاه به مدت ۱۰ ثانیه جهت تثبیت وضعیت ولتاژ نمونه برداری نمی‌کند )کالیبراسیون ولتاژ ( تعداد ۱۰۰۰۰۰ نمونه جمع‌آوری شده و معیار و انحراف معیار مشخص می‌شود. متوسط حداکثری و متوسط حداقلی مشخص می‌شود ۱۰۰۰۰۰ نمونه برداری مجدداً انجام می‌گیرد اینبار داده‌های خارج از متوسط حداکثری و متوسط حداقلی از جمع داده‌ها خارج می‌گردد . کالیبراسیون ماحصل جمع داده‌ها تقسیم بر تعداد آنها منهای معیار است .در این شرایط به نقطه همبستگی منطقه می‌رسد . مراحل فوق ده بار تکرار می‌شود و از داده‌های خروجی همین مراحل انجام می‌گیرد . رنج تغییرات بطور متوسط مشخص می‌گردد . این مراحل مشکلترین بخش کار می‌باشد بعد از این مراحل دستگاه وارد حلقه نمونه برداری می‌شود. سطح معیار بعنوان سطح کارکرد دستگاه قرار می‌گیرد تمامی داده‌های ورودی از اعداد سطح معیار در هر محور کسر می‌گردد . داده‌های ورودی بمنظور جداسازی داده‌های حاصل از شتاب دینامیک و نویزهای محیطی با متوسط حداکثری و متوسط حداقلی مقایسه می‌شوند . داده‌های خارج از این معیارها خود بخود حذف می‌شوند . داده‌های باقی مانده شتاب استاتیک ماحص از برآیند شتاب جاذبه زمین و برحسب متر برمجذور ثانیه است . در هر ۱۰ نمونه برداری متوسط جمع هر محور با متسط حداکثری و حداقلی ارزیابی می‌گردد چنانچه کمتر از متوسط حداکثری و بیشتر از متوسط حداقلی باشد که هیچ ولی چنانچه در دو مرحله میانگین اعداد بیشتر مساوی از متوسط حداکثری و کمتر مساوی متوسط حداقلی باشد کلید الارم مساوی یک قرار می‌گیرد و دستگاه وارد مرحله آنالیز اخطار می‌گردد. الگوریتمهای حمایتی : به منظور افزایش سرعت نمونه برداری میکرو پردازنده اصلی هیچ گونه وقفه یا تایمری ندارد و تنها با کانتر شمارها کار می‌کند . آنالیز داده‌های الارم و شدت بوق الارم برعهده میکرو پردازنده ثانویه است . میکرو پردازنده اول از طریق یک رابط صفر و یک به میکرو پردازنده دوم متصل است . از آنجا که چنانچه میکرو پردازنده اول به هر دلیلی متوقف شود نمی‌توان متوجه توقف داده ورزی ان شد لذا پس از هر ۱۰۰ شمارنده کانتر سوم یک پالس به میکرو پردازنده ثانویه ارسال میگیردد تا باعث توقف کانتر شمار سوم ان شود چنانچه این پالس به هر دلیل به میکرو پردازنده ثانویه نرسد این میکرو پردازنده عدم ارسال پالس را به منزله توقف میکرو پردازنده اولیه قلمداد کرده و کل دستگاه را خاموش و روشن ) ریست ( می‌کند . می‌دانیم که مهمترین عامل در ثبات دستگاه الگوریتمهائیست که منجر خواهد شد به بهبود روشهای داده آوری و داده ورزی . در این دستگاه دو عامل مهم وجود دارد اول سرعت و دوم صحت الگوریتمهای سرعت : دستگاه با سرعت ۱۶۰۰۰ نمونه بر ثانیه در مجموع محورها نمونه برداری می‌کند . تعیین بهترین راندمان با کمترین اختلال ممکن در این سیستم بسیار حیاتیست . زمان کافی برای بازگشت صفحات خازنی سنسور باید بدقت محاسبه شده به نحوی که نه در زمان قرائت داده توسط میکرو پردازنده سنسور جامانده باشد و نه سنسور داده تکراری در اختیار میکرو پردازنده قرار دهد . کریستال ساعت سنکرون میکرو پردازنده از نوع ۸ انتخاب شده‌است که حداقل ضریب خطای داخلی مدار را داشته باشد . هر مورد کار کرد که نیاز به محاسبه و معادله داشته باشد از جمله ثبت ساعت و تاریخ در حافظه انجام بخش مربوط به هوشمند سازی ساختمان میزان شارژ باطری و سایر الگوریتمهای حمایتی به میکرو پردازنده ثانویه سپرده شده‌است . الگوریتم اخطار : ما می‌دانیم که قبل از هر زلزله ای می‌بایست مقادیری تغییرات داشته باشیم زیرا همان‌طور که پیشتر گفته شد می‌توان نمونه هائی یافت که استثنائاً خروج از معیار منجر به زلزله نشده باشد اما هرگز نمی‌توان نمونه ای را یافت که بدون خروج از معیارهای حداکثری و حداقلی زلزله ای اتفاق افتاده باشد . کشف صحیح و دقیق انحرافات از معیار کلید حل معمای زلزله است . آنچه ما در تمامی سالها می‌دانستیم . ما می‌دانستیم میزان قدرت زلزله به میزان انحراف از معیارها بستگی تام دارد هرچه میزان خروج از معیارها بیشتر باشد به منزله انست که میزان بیشتری انرژی بطور متوسط در منطقه تجمع یافته و آماده رها شدن است . درواقع می‌توان زمین زیر پایمان را به چله کمان تشبیه کنیم . هرچه میزان خروج از معیار چله کمان بیشتر باشد میزان انرژی پتانسیل جمع شده در ان بشتر است . فراموش نکنید که این میزان انرژی که گاه ظرف چند روز یا ساعت جمع شده‌است باید در کسری از ثانیه تخلیه شود . هرچه میزان انرژی بیشتری جمع شده باشد و زمان کمتری برای تخلیه ان وجود داشته باشد شدت و قدرت زلزله برحسب ریشتر یا ژول بیشتر است . بنابراین ما بصورت پیش فرض سه مرحله در نظر می‌گیریم مساوی نصف انحراف از معیار نسبت به کالیبراسیون، مساوی معیار و بیشتر از سطح معیار شدت الارم نواختی بسته به میزان انحراف از کالیبراسون دارد . انحرا ف از معیار در تصویر بالا که با جمع قبلی بعلاوه بعدی نمایش داده شده‌است در این حالت افزایش شتاب استاتیک و کاهش شتاب استاتیک نمایان است . مجموع لحظه ای

تفاومت دیدگاه

همان‌طور که قبلاً اشاره شد آنچه در الگوریتم پیش یابی حائز اهمیت است خروج شتاب لحظه به لحظه زمین ) برآیند شتاب جاذبه زمین ( از خطور معیار است اما آنچه که نمودارهای مراکز لرزه‌نگاری و شتابنگاری بیشترین اهمیت را داراست شتابهای دینامیکی منطقه است . این تغییرات از دیدگاه پیش یابی نویز و نا مطلوب شناسائی شده و از نمونه برداریها حذف می‌گردد نمودار شتاب نگار بصورت داده خام که توسط کامپایلر بصورت گراف استحصال شده‌است همان نمودار در گراف شتابنگاری

محاسبه شدت انرژی تجمع یافته در منطقه

انرژی کشسانی انرژی کشسانی یک انرژی پتانسیل مکانیکی استکه در ماده یا یک سامانه فیزیکی ذخیره می‌شود و برابر با کاری است که باید انجام شود تا در آن تغییر حجم یا شکل ایجاد کند. دانشمکانیک جامدات گسترش یافته تا بتواند مکانیک اجسام صلب و ماده را پردازش کند و درک درستی از آن بدست آورد.] ۱ [ انرژی پتانسیل کشسانی در بدست آوردن وضعیت تعادل مکانیکی کاربرد دارد. این انرژی در ماده ذخیره می‌شود یا به بیان دیگر پتانسیل است و می‌تواند به صورت دیگر انرژی یعنی انرژی جنبشی تبدیل شود. معادله ریاضی این انرژی عبارت است از: 2U=1/2KX U=انرژی پتانسیل کشسانی K=ارتفاع فنر قبل از اعمال نیرو X=ارتفاع فنر بعد از اعمال نیرو در حالت کشسانی، برگشتپذیری یک اصل است به عبارت دیگر هنگامی که نیرویی به یک جسم وارد می‌شود و در آن انرژی پتانسیل کشسانی ذخیره می‌گردد، پس از برداشتن آن نیرو، جسم حتماً باید به حالت نخستینش بازگردد. هر مادهای دارای درجه محدودی از شکلپذیری است و بیش از آن ممکن است دچار گسیختگی یا تغییر شکلهای همیشگی شود. اگر از مرز کشسان ماده رد شویم، آن ماده دیگر نمی‌تواند انرژی کشسانی را در خود نگه دارد. برای دریافت میزان کشسانی بودن ماده باید وارد بحثهای کرنششد. انرژی کشسانی یک ماده یا میان میاده یک انرژی استاتیک در اندام مادهاست و به تغییر فاصله میان اتمها ربط دارد. انرژی گرمایی به توزیع تصادفی انرژی جنبشی در میان ماده ربط دارد و باعث نوسانهای درونی ماده نسبت به حالت تعادلش می‌شود. برای نمونه گاهی وقتی یک جسم جامد زیر خمش، پیچش یا دیگر تغییر شکلها قرار می‌گیرد

در آن انرژی گرمایی ایجاد می‌شود و دمایش بالا می‌رود

تقدیر و تشکر

با تشکر از کلیه دوستان و همکارانی که تا کنون مار ا یاری رسانده‌اند . جناب دکتر مختاری از پژوهشکده بین‌المللی زلزله‌شناسی، جناب دکتر لطیفی از سازمان زمین‌شناسی کل کشور اداره پیش یابی زلزله، سرکار خانم دکتر خلیلی از دانشکده زمین‌شناسی دانشگاه شیراز جناب دکتر شاهوار از مرکز شتاب نگاری کل کشور و صدها نفری که ظرف چند سال اخیر ما را یاری نمودند

ارائه دهندگان

علیرضا باقری فرهاد صالحی علیرضا غیور

پانویس

• پیش بینی زلزله
• پیش نشانگرهای زلزله
• گرویتی متری

__DISAMBIG__

This article "پیش بینی زمینلرزه" is from Wikipedia. The list of its authors can be seen in its historical and/or the page Edithistory:پیش بینی زمینلرزه. Articles copied from Draft Namespace on Wikipedia could be seen on the Draft Namespace of Wikipedia and not main one.

📰 Article(s) of the same category(ies)

• الگو:زمین‌شناسی
• انجمن زمین‌شناسی ایران
• بازاریابی پیامکی

---

 Facebook Page

 Follow us on Twitter !

Read or create/edit this page in another language

• پیش بینی زمینلرزه in English