Χρήση ντετερμινιστικών και γεωστατιστικών μεθόδων παρεμβολής για τη δημιουργία ψηφιακών ισόσειστων καμπύλων σε περιβάλλον GIS. Εφαρμογή σε δεδομένα ισχυρών σεισμών του ελλαδικού χώρου:
Creators: name: Παπαδοπούλου, Ευσεβία Βύρωνα
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2014
Subjects: Ισόσειστες καμπύλες
Ντετερμινιστικά μοντέλα
Γεωστατιστική
Isoseismal lines
Deterministic models
Geostatistics

description: Μετά από ένα σεισμό, ένας σεισμολόγος θα προσπαθήσει να συλλέξει τις εμπειρίες των ανθρώπων και να τις συγκρίνει με την κλίμακα μακροσεισμικής έντασης. Για την παράσταση της γεωγραφικής χωρικής κατανομής των μακροσεισμικών εντάσεων χρησιμοποιούνται οι ισόσειστες καμπύλες. Μέσω των ισόσειστων καμπύλων σε χάρτες μικρής κλίμακας, αφενός γίνεται έρευνα του μηχανισμού απόσβεσης των σεισμικών κυμάτων στο μέσο διάδοσής τους και αφετέρου μπορεί να βρεθεί το μακροσεισμικό μέγεθος και το επίκεντρο ιστορικών σεισμών που έγιναν πριν την ανακάλυψη και χρήση των οργάνων καταγραφής (πριν το 1900 περίπου). Μέσω των ισόσειστων καμπύλων σε χάρτες μεγάλης κλίμακας γίνεται η μελέτη-συσχέτιση των βλαβών από μεγάλους σεισμούς και του εδάφους θεμελίωσης σε οικοδομικά συγκροτή¬ματα. Στην παρούσα εργασία, μελετάται η δημιουργία ισόσειστων καμπύλων σε χάρτες μικρής κλίμακας. Οι πόλεις και τα χωριά αποτελούν σημειακά φαινόμενα που για όλη την έκτασή τους υπολογίζεται μία τιμή έντασης Ι. Για τον υπολογισμό τιμών έντασης σε σημεία που δεν έγινε μέτρηση, εφαρμόζονται στα δεδομένα μέθοδοι χωρικής παρεμβολής παράγοντας επιφάνειες μακροσεισμικής έντασης για όλη την περιοχή μελέτης. Στην παρούσα μελέτη εφαρμόστηκαν ντετερμινιστικές και γεωστατιστικές μέθοδοι χωρικής παρεμβολής σε δεδομένα δύο ισχυρών σεισμών του ελλαδικού χώρου (Σοφάδες 1954, Στίβος 1978), στο περιβάλλον του λογισμικού ArcGIS 9.3. Οι μέθοδοι παρεμβολής που εφαρμόστηκαν είναι η Στάθμιση της Αντίστροφης Απόστασης, οι Συναρτήσεις Ακτινικής Βάσης, η Τοπική Πολυωνυμική Παρεμβολή, η Γενική Πολυωνυμική Παρεμβολή, το Τριγωνικό Μη Κανονικό Δίκτυο, η Φυσική Γειτνίαση και το Σύνηθες Kriging. Με γνώμονα τα αποτελέσματα της Διερευνητικής Ανάλυσης Χωρικών Δεδομένων λήφθηκαν υπόψη οι κατάλληλες παράμετροι για την κάθε μέθοδο. Η μέθοδος της Σταυρωτής Επικύρωσης καθώς και ένα σύνολο στατιστικών ποσοτήτων χρησιμοποιήθηκε για τον έλεγχο της ακρίβειας των αποτελεσμάτων της κάθε μεθόδου. Επιπλέον, για τη μέθοδο Kriging εφαρμόσθηκε η Ανάλυση Ευαισθησίας του ημιβαριογράμματος. Οι ανωμαλίες της μορφής των ισόσειστων καμπύλων που προέκυψαν είναι χρήσιμες στον ειδικό επιστήμονα για την ανάγνωση των μικρού μήκους κύματος ανωμαλιών της γεωφυσικής δομής του φλοιού. Προκειμένου ο επιστήμονας να πάρει πληροφορία σχετική με τις μεγάλου μήκους κύματος ανωμαλίες της γεωφυσικής δομής του φλοιού, οι καμπύλες εξομαλύνθηκαν με εφαρμογή κατάλληλων αλγορίθμων/φίλτρων. Γενικότερα συμπεράσματα για το ποια μέθοδος είναι η καταλληλότερη δεν μπορούν να εξαχθούν, διότι χρειάζεται να μελετηθούν περισσότεροι από δύο σεισμοί, εκτός των ορίων της εργασίας αυτής. Σίγουρα, όμως, βάσει της φύσης του φαινομένου, προτιμώνται οι ακριβείς μέθοδοι έναντι των εξομαλυντικών και οι τοπικές έναντι των γενικών ενώ οι γεωστατιστικές μέθοδοι πλεονεκτούν όσον αφορά στον έλεγχο της ακρίβειας των αποτελεσμάτων. Οι ντετερμινιστικές μέθοδοι έδωσαν ικανοποιητικά αποτελέσματα στις περιοχές υψηλής πυκνότητας δεδομένων, αλλά στις ακριβείς μεθόδους γύρω από ακραίες τιμές εμφανιζόταν το φαινόμενο bull’s-eye ενώ στις εξομαλυντικές μεθόδους εμφανίζονταν μεγάλες τιμές έντασης στα άκρα της επιφάνειας. Η μέθοδος Kriging έδωσε ικανοποιητικά στατιστικά και απεικονιστικά αποτελέσματα στην περίπτωση του ανισοτροπικού μοντέλου, ύστερα από την αφαίρεση της τάσης από τα δεδομένα.
description: After an earthquake, a seismologist will try to collect people's experiences and compare them with a macroseismic intensity scale. Isoseismal lines are used for the representation of the geographical spatial distribution of macroseismic intensities. On one hand, small scale isoseismal maps are used for the study of the mechanism of seismic-wave attenuation in the propagation medium as well as for the macroseismic magnitude and epicenter evaluation of historical earthquakes, that occurred before the discovery of seismic recording instruments (before 1900). On the other hand, large scale isoseismal maps are used for the correlation between seismic damage distribution and buildings’ soil foundation. This paper studies the formation of small scale isoseismal maps. A single macroseismic intensity value I was calculated for each city and village, which are point phenomena. For the calculation of intensity values at non-measured points, spatial interpolation methods were applied to the data, producing macroseismic intensity surfaces for the entire area of study. In this study, deterministic and geostatistical interpolation methods were applied on two strong motion data of the Hellenic space (Sophades, 1954 and Stivos, 1978), using ArcGIS 9.3 software. The applied methods were: Inverse Distance Weighting, Radial Basis Functions, Local Polynomial Interpolation, Global Polynomial Interpolation, Triangulated Irregular Network, Natural Neighbor and Ordinary Kriging. The appropriate parameter values for each method were taken into account based on the results of the Exploratory Spatial Data Analysis. Cross Validation and a set of statistical indexes were used to test the accuracy of each method’s results. Moreover, the Semivariogram Sensitivity Analysis was applied for the Kriging method. The abnormalities of the produced isoseismals can be used by the scientist for the study of the short wavelength anomalies of the crust’s geophysical structure. In order to get information related to the long wavelength anomalies, smoothing algorithms and filters were applied to the isoseismals. General conclusions about which method is the most appropriate cannot be reached, as more than two earthquakes need to be studied which is beyond the scope of this paper. However, based on the nature of the phenomenon, exact methods are preferred over smoothing methods as well as local over global methods. Moreover, geostatistical methods are advantageous in terms of accuracy. The deterministic methods gave satisfactory results in areas of high-density data, but the exact methods produced bull’s-eye effects around local outliers while the smoothing methods calculated high intensity values at the edges of the surface. Kriging method gave satisfactory statistical and illustrative results for the anisotropic model, after the data trend removal (detrending).