The evaluation of shear modulus (or shear wave velocity) profile of the site is very important in various fields of geotechnical engineering and various surface wave methods have applied to determine the shear wave velocity profiles and showed good performance. Surface wave methods evaluate the dispersion curve in the field and determine the shear wave velocity profile through the inversion process. In this paper, the automated inversion process using the genetic algorithm is developed for HWAW method which is one of surface wave methods recently developed. The proposed method uses the error function based on the wavelength domain dispersion curve and can determine the reliable shear wave velocity profile not only in shallow depth but also in deep depth. To estimate the validity of the proposed method, numerical simulations and field test were performed and the proposed method was applied to determine the shear wave velocity profiles. Through the numerical simulations and field applications, the promising potential of the proposed method was verified.
Inversion of traveltime requires an efficient algorithm for computing the traveltime as well as its $Frech\hat{e}t$ derivative. We compute the traveltime of the head waves using the damped wave solution in the Laplace domain and then present a new algorithm for calculating the $Frech\hat{e}t$ derivative of the head wave traveltimes by exploiting the numerical structure of the finite element method, the modem sparse matrix technology, and SWEET algorithm developed recently. Then, we use a properly regularized steepest descent method to invert the traveltime of the Marmousi-2 model. Through our numerical tests, we will demonstrate that the refraction tomography with large aperture data can be used to construct the initial velocity model for the prestack depth migration.
Traditional two-dimensional (2D) interpretation of magnetotelluric (MT) data utilizes only transverse magnetic (TM)-mode data, because 2D inversion of transverse electric (TE)-mode data results in spurious features when 3D structures exist in the subsurface. The application of a 3D inversion algorithm to a single MT profile can reduce contamination due to off-profile anomalies and help us to incorporate TE-mode data in the interpretation. In this study, we conduct 2D and 3D inversions of MT data observed along two lines in Jeju Island. First, we invert apparent resistivities and phases in the TM and TE modes separately. Then, we perform 2D joint inversion of both TM- and TE-mode data and 3D inversion of both Zxy- and Zyx-mode data corresponding to TE- and TM-mode data in 2D. The resistivity images derived from all four data show that the geoelectrical structure in Jeju Island is a three-layered earth with the resistive-conductive-resistive stratigraphy within a depth of 5 km. The 3D inversion does not produce clear anomalies in the reconstructed profile image, while all of 2D do. This attributed to the possibility that 2D inversion results are distorted by exiting off-profile 3D anomalies in Jeju. With 3D inversion of 2D profile MT data, we can deduce more reliable results that are not seriously distorted by off-profile 3D anomalies.
An inversion method is presented for the determination of the compressional wave speed, compressional wave attenuation, thickness of the sediment layer and density as a function of depth for a horizontally stratified ocean bottom. An experiment for estimating those properties was conducted in the shallow water of South Sea in Korea. In the experiment, a light bulb implosion and the propagating sound were measured using a VLA (vertical line array). As a method for estimating the geoacoustic properties, a coherent broadband matched field processing combined with Genetic Algorithm was employed. When a time-dependent signal is very short, the Fourier transform results are not accurate, since the frequency components are not locatable in time and the windowed Fourier transform is limited by the length of the window. However, it is possible to do this using the wavelet transform a transform that yields a time-frequency representation of a signal. In this study, this transform is used to identify and extract the acoustic components from multipath time series. The inversion is formulated as an optimization problem which maximizes the cost function defined as a normalized correlation between the measured and modeled signals in the wavelet transform coefficient vector. The experiments and procedures for deploying the light bulbs and the coherent broadband inversion method are described, and the estimated geoacoustic profile in the vicinity of the VLA site is presented.
The tau-p inversion algorithm is widely employed to generate starting models with most computer programs, which implement refraction tomography. This algorithm emphasises the vertical resolution of many layers, and as a result, it frequently fails to detect even large lateral variations in seismic velocities, such as the decreases which are indicative of shear zones. This study demonstrates the failure of the tau-p inversion algorithm to detect or define a major shear zone which is 50m or 10 stations wide. Furthermore, the majority of refraction tomography programs parameterise the seismic velocities within each layer with vertical velocity gradients. By contrast, the Generalized Reciprocal Method (GRM) inversion algorithms emphasise the lateral resolution of individual layers. This study demonstrates the successful detection and definition of the 50m wide shear zone with the GRM inversion algorithms. The existence of the shear zone is confirmed by a 2D analysis of the head wave amplitudes and by numerous closely spaced orthogonal seismic profiles carried out as part of a later 3D refraction investigation. Furthermore, an analysis of the shot record amplitudes indicates that a reversal in the seismic velocities, rather than vertical velocity gradients, occurs in the weathered layers. The major conclusion reached in this study is that while all seismic refraction operations should aim to provide as accurate depth estimates as is practical, those which emphasise the lateral resolution of individual layers generate more useful results for geotechnical and environmental applications. The advantages of the improved lateral resolution are obtained with 2D traverses in which the structural features can be recognised from the magnitudes of the variations in the seismic velocities. Furthermore, the spatial patterns obtained with 3D investigations facilitate the recognition of structural features such as faults which do not display any intrinsic variation or 'signature' in seismic velocities.
We developed a method for inverting magnetic data to recover the 3D susceptibility models. The major difficulty in the inversion of the potential data is the non-uniqueness and the vast computing time. The insufficient number of data compared with that of inversion blocks intensifies the non-uniqueness problem. Furthermore, there is poor depth resolution inherent in magnetic data. To overcome this non-uniqueness problem, we propose a resolution model constraint that imposes large penalty on the model parameter with good resolution; on the other hand, small penalty on the model parameter with poor resolution. Using this model constraint, the model parameter with a poor resolution can be effectively resolved. Moreover, the wavelet transform and parallel solving were introduced to save the computing time. Through the wavelet transform, a large system matrix was transformed to a sparse matrix and solved by a parallel linear equation solver. This procedure is able to enormously save the computing time for the 3D inversion of magnetic data. The developed inversion algorithm is applied to the inversion of the synthetic data for typical models of magnetic anomalies and real airborne data obtained at the Geumsan area of Korea.
We propose a waveform inversion method for SH-wave data obtained in a shallow seismic refraction survey, to determine a 2D inhomogeneous S-wave profile of shallow soils. In this method, a 2.5D equation is used to simulate SH-wave propagation in 2D media. The equation is solved with the staggered grid finite-difference approximation to the 4th-order in space and 2nd-order in time, to compute a synthetic wave. The misfit, defined using differences between calculated and observed waveforms, is minimised with a hybrid heuristic search method. We parameterise a 2D subsurface structural model with blocks with different depth boundaries, and S-wave velocities in each block. Numerical experiments were conducted using synthetic SH-wave data with white noise for a model having a blind layer and irregular interfaces. We could reconstruct a structure including a blind layer with reasonable computation time from surface seismic refraction data.
Despite of large demand for high spatial resolution products of aerosol properties from satellite remote sensing, it has been very difficult due to the weak signal by a single pixel and higher noise from clouds. In this study, aerosol retrieval algorithm with the high spatial resolution ($500m{\times}500m$) was developed using Geostationary Ocean Color Imager (GOCI) data during the Korea-US Air Quality (KORUS-AQ) period in May-June, 2016.Currently, conventional GOCI Yonsei aerosol retrieval(YAER) algorithm provides $6km{\times}6km$ spatial resolution product. The algorithm was tested for its best possible resolution of 500 m product based on GOCI YAER version 2 algorithm. With the new additional cloud masking, aerosol optical depth (AOD) is retrieved using the inversion method, aerosol model, and lookup table as in the GOCI YAER algorithm. In some cases, 500 m AOD shows consistent horizontal distribution and magnitude of AOD compared to the 6 km AOD. However, the 500 m AOD has more retrieved pixels than 6 km AOD because of its higher spatial resolution. As a result, the 500 m AOD exists around small clouds and shows finer features of AOD. To validate the accuracy of 500 m AOD, we used dataset from ground-based Aerosol Robotic Network (AERONET) sunphotometer over Korea. Even with the spatial resolution of 500 m, 500 m AOD shows the correlation coefficient of 0.76 against AERONET, and the ratio within Expected Error (EE) of 51.1%, which are comparable to the results of 6 km AOD.
To estimate the shear-wave velocity (${\nu}_s$ beneath the OTVZ seismic station on Ngauruhoe volcano in New Zealand, we calculated receiver functions (RFs) using 127 teleseismic data ($Mw{\geq}5.5$) with high signal-to-noise ratios recorded during November 11, 2011 to September 11, 2013. The genetic inversion algorithms was applied to 21 RFs calculated by the iterative time-domain deconvolution method. In the 1-D ${\nu}_s$ model derived by the inversion, the Moho is observed at a 14 km depth, marked by a ${\nu}_s$ transition from 3.7 km/s to 4.7 km/s. The average ${\nu}_s$ of the overlying crust is 3.4 km/s, and the average ${\nu}_s$ of a greater than 9-km thick low-velocity layer (LVL) in the lower crust is 3.1 km/s. The LVL becomes thinner with increasing distance from the station. Another LVL thicker than 10 km with ${\nu}_s$ less than 4.3 km/s is found in the upper mantle. Those LVLs in the lower crust and the upper mantle and the relatively thin crust might be related to the magma activity caused by the subducting Pacific plate.
Noh, Hyoseob;Kim, Byunguk;Lee, Minjae;Park, Yong Sung;Bang, Ki Young;Yoo, Hojun
Journal of Korea Water Resources Association
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v.56
no.spc1
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pp.1027-1036
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2023
Coastal topographic information is crucial in coastal management, but point measurment based approeaches, which are labor intensive, are generally applied to land and underwater, separately. This study introduces an efficient method enabling land and undetwater surveys using an unmanned aerial vehicle (UAV). This method involves applying two different algorithms to measure the topography on land and water depth, respectively, using UAV imagery and merge them to reconstruct whole coastal digital elevation model. Acquisition of the landside terrain is achieved using the Structure-from-Motion Multi-View Stereo technique with spatial scan imagery. Independently, underwater bathymetry is retrieved by employing a depth inversion technique with a drone-acquired wave field video. After merging the two digital elevation models into a local coordinate, interpolation is performed for areas where terrain measurement is not feasible, ultimately obtaining a continuous nearshore terrain. We applied the proposed survey technique to Jangsa Beach, South Korea, and verified that detailed terrain characteristics, such as berm, can be measured. The proposed UAV-based survey method has significant efficiency in terms of time, cost, and safety compared to existing methods.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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