كاربرد الگوريتم ژنتيك در آناليز معكوس منحني پراكندگي امواج رايلي ميكروترمورهاي آرايه‌اي (يادداشت فني)

Application of Genetic Algorithm in Inversion of Raighly Waves Dispersion Curves of Array Measurement of Microtremores (Technical Note)

آناليز معكوس منحني پراكندگي امواج سطحي يكي از مسايل كاربردي در شناسايي لايه‌هاي زمين مي‌باشد. روش‌هاي خطي آناليز معكوس به علت طبيعت غيرخطي مساله و امكان درگير شدن عمليات بهينه‌يابي تابع هدف با جواب‌هاي بهينه محلي، چندان قابل اعتماد نمي‌باشند. به همين منظور جهت افزايش اطمينان از عمليات آناليز معكوس و دستيابي به جواب‌هاي بهينه كلي مساله، در اين تحقيق از الگوريتم ژنتيك استفاده شده‌است. هدف نهايي الگوريتم ژنتيك در اين مساله عبارت است از يافتن پارامترهاي مجهول مساله كه عبارتند از: ضخامت و سرعت موج برشي لايه‌هاي خاك به گونه‌اي كه بيشترين تطابق ميان منحني پراكندگي تجربي به دست آمده از ميكروترمورهاي ثبت شده به صورت آرايه‌اي و منحني پراكندگي تيوري به دست آمده از روابط ارايه شده توسط هسكل (1953) براساس تيوري انتشار امواج در محيط‌هاي لايه‌اي حاصل شود. الگوريتم ژنتيك درابتدا بهينه‌يابي را با فرض تصادفي مجهولات آغاز مي‌نمايد و با به كارگيري عملگرهاي انتخاب، پيوند، جهش و نخبه‌گرا و توليد مجموعه جواب‌هاي جديد در مسير بهبود جواب‌ها پيش مي‌رود به گونه‌اي كه جواب‌هاي هر نسل از جواب‌هاي نسل قبل بهتر مي‌باشند. قابليت‌هاي روش ارايه شده به وسيله مثالي نمونه بررسي شده‌است. در اين مثال نشان داده شده‌است كه اولا روش ارايه شده تطابق بسيار خوبي بين منحني‌هاي پراكندگي تيوري و تجربي ايجاد مي‌نمايد و ثانيا پروفيل سرعت موج برشي به دست آمده از اين روش از مطابقت خوبي با ساير روش‌هاي تعيين پروفيل سرعت موج برشي برخوردار است.

Inversion analysis of dispersion curves for surface waves is one of recent and important applications in surface soil explorations. This is a challenging problem for linear inversion procedures to be used in evaluation of surface soil mechanical properties due to a highly non-linear nature of soil and to the possibility of large numbers of local minima and maxima of the objective function (multi-modality) in any inversion procedure. As the important outcome of the current study, Genetic algorithm (GA) method is utilized in optimizing the inversion of measured dispersion curves. The main objective of application of Genetic Algorithm in this study is to estimate unknown shear-wave velocity profile of soils in such a manner that the most conformity achieves between experimental dispersion curve obtained by Array measurements of microtremors and the theoretical dispersion curve obtained by the relations which are presented by Haskell (1953) based on wave-propagation theory in layered medium. GA firstly assumes random values for unknown parameters and then by using Selection, Crossover, Mutation and Elitism operators and producing new estimation for these parameters improves the results so that the results in each generation becomes more accurate. The effectiveness of the presented method is considered by an example presented in this study. The results of provided example show acceptable coincidence between the theoretical and experimental dispersion curves. Also, the shear-wave velocity profile of the example site obtained by the new method agrees well with the profiles which are obtained by another alternative method of determination of shear-wave velocity profile.