基于随机地震动数据库构建的数据交互方法及数据库装置与流程

本发明涉及结构抗震分析和可靠性评价领域，尤其是涉及一种基于随机地震动数据库构建的数据交互方法及数据库装置。

背景技术：

发生在人类居住区的大震往往会引起大量的人员伤亡和严重的经济损失。为了降低地震灾害对人民生命、生产生活的影响，对工程结构进行抗震设计是有效的手段。而工程结构抗震设计的基础是掌握和应用地震动数据。工程中，或者直接将地震作用简化为静力荷载，或者挑选3～5条地震动时程(天然波或人工波)进行结构时程分析，这对于反映地震动强烈的随机性来说，是远远不够的。

在建筑的结构抗震分析和可靠性评价中需要有数据的支持，但是现有的数据库结构没有针对地震数据的特点进行优化设计，导致在应用时的读取效率低，在读取之后需要终端进行再次处理，导致了结构抗震分析和可靠性评价效率不高，例如中国专利cn108829717a公开了一种基于地震数据进行深水水道构型量化分析和形态模拟的数据库系统，包括：数据录入模块，录入地震三维坐标与工区的地质背景信息数据；数据整理模块，将数据分成与深水水道构型相关的多种数据类型；数据存储模块，将各种数据类型分别存储在具有分级式结构的数据库；筛选模块，筛选出发育在相似沉积环境中的深水水道；数据输出模块，将筛选出的表征参数或几何描述信息输出；图形生成模块，基于存储在数据库内的各类数据生成图表或形态模型；对比模块，利用模糊模型识别计算模型的形态相似度。本发明利用编程建立有关深水水道构型单元的数据库，以收录、整理不同构型单元的定量以及定性数据，并对水道构型进行量化分析以及形态模拟。

但是其一是不支持实测地震数据和模拟地震数据的分类存储，二是其没有考虑场地对于地震分析的影响，因此其在结构抗震分析和可靠性评价应用环节的数交互效率低下。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于随机地震动数据库构建的数据交互方法及数据库装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于随机地震动数据库构建的数据交互方法，包括：

步骤s1：获取地震动数据，根据地震动数据的来源、对应的场地和地震动参数存放至数据库中的指定位置，其中，所述地震动数据的来源包括实测地震动数据和模拟地震动数据；

步骤s2：接收到数据获取指令后，根据所需要获取的地震动数据的来源、对应的场地和地震动参数从对应分组获取相应的数据并返回。

所述地震动数据库包括用于存储实测地震动数据的第一模块，和用于存储模拟地震动数据的第二模块。

所述第一模块中包括四个分别对应不同场地的大组，每个大组内通过聚类的方式将数据分为多个小组；

所述第二模块中包括四个分别对应不同场地的大组，每个大组内通过聚类的方式将数据分为多个小组。

所述聚类的方式为基于能量分布准则的聚类方式或基于震级-距离准则的聚类方式。

所述实测地震动数据对应的地震动参数至少包括地震的名称、发生时间、观测台站名、振动方位、震级、震中距、观测台站地下30m平均剪切波速、持时、数据点的时间间隔。

所述模拟地震动数据对应的地震动参数至少包括加速度时程数据及图像、反应谱数据及图像和多个随机参数，以及所在分组随机参数的概率分布及统计特征值，其中，所述随机参数包括2个震源参数、场地等效阻尼比、等效圆频率、4个经验参数和震中距。

一种工程随机地震动数据库装置，包括数据库、存储器、处理器，以及存储于存储器中并由所述处理器执行的程序，所述处理器执行所述程序时实现以下步骤：

步骤s1：获取地震动数据，根据地震动数据的来源、对应的场地和地震动参数存放至数据库中的指定位置，其中，所述地震动数据的来源包括实测地震动数据和模拟地震动数据；

步骤s2：接收到数据获取指令后，根据所需要获取的地震动数据的来源、对应的场地和地震动参数从对应分组获取相应的数据并返回。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1)囊括了实测地震动数据和模拟地震动数据，满足结构抗震设计和分析中对地震动数据的需求，可以提高数据交互的效率，从而提高抗震设计和分析的效果。

2)数据库分为两层、框架清晰，首先将地震动数据按场地类别划分为4组，得到数据库第一层，然后数据库第二层进一步考虑同一场地类别下地震动数据的差异，可以提供更加细化的数据查询和调用，提高响应速度。

3)反映了实测地震动数据的记录信息。

4)反映了工程随机地震动物理模型的概率信息。

5)提供了加速度时程数据和反应谱数据的图像显示和下载。

6)每个分组构成了一个具有完备概率信息的随机地震动集合，可直接用于结构随机地震响应分析和可靠度评价。

附图说明

图1为本发明方法的主要步骤流程示意图；

图2为数据库的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

一种基于随机地震动数据库构建的数据交互方法，该方法通过计算程序的形式由计算机系统执行，该计算机系统包括数据库、存储器、处理器，以及存储于存储器中并由处理器执行的程序，如图1所示，处理器执行程序时实现以下步骤：

步骤s1：获取地震动数据，根据地震动数据的来源、对应的场地和地震动参数存放至数据库中的指定位置，其中，地震动数据的来源包括实测地震动数据和模拟地震动数据；

步骤s2：接收到数据获取指令后，根据所需要获取的地震动数据的来源、对应的场地和地震动参数从对应分组获取相应的数据并返回。

如图2所示，地震动数据库包括用于存储实测地震动数据的第一模块，和用于存储模拟地震动数据的第二模块。

第一模块中包括四个分别对应不同场地的大组，每个大组内通过聚类的方式将数据分为多个小组；第二模块中包括四个分别对应不同场地的大组，每个大组内通过聚类的方式将数据分为多个小组。

聚类的方式为基于能量分布准则的聚类方式或基于震级-距离准则的聚类方式。

实测地震动数据对应的地震动参数至少包括地震的名称、发生时间、观测台站名、振动方位、震级、震中距、观测台站地下30m平均剪切波速、持时、数据点的时间间隔。

模拟地震动数据对应的地震动参数至少包括加速度时程数据及图像、反应谱数据及图像和多个随机参数，以及所在分组随机参数的概率分布及统计特征值，其中，随机参数包括2个震源参数、场地等效阻尼比、等效圆频率、4个经验参数和震中距。

具体的，对于实测地震动数据，以《建筑抗震设计规范gb50011-2010》中对场地类别的规定，将实测地震动记录按场地类别划分为4组，得到数据库第一层；分别基于能量分布准则和震级-距离准则的地震动记录聚类分组方法，将每类场地下的地震动记录划分为3组，得到数据库第二层。

对于实测部分，每一条地震动记录，除提供加速度时程数据及图像、反应谱数据及图像外，还提供相对应地震的名称、发生时间、观测台站名、振动方位、震级、震中距、vs30(观测台站地下30m平均剪切波速)、持时、数据点的时间间隔。其中，反应谱包括加速度、速度和位移反应谱，加速度时程数据和反应谱数据均支持下载。

对于模拟部分，采用工程随机地震动物理模型模拟得到对应于记录地震动数据库的12组模拟随机地震动数据。对每一条模拟地震动，除提供加速度时程数据及图像、反应谱数据及图像外，还提供该条地震动所对应的工程随机地震动物理模型中9个随机参数(包括：2个震源参数，场地等效阻尼比，等效圆频率，4个经验参数和震中距)的取值，以及所在分组随机参数的概率分布及统计特征值。同样，反应谱包括加速度、速度和位移反应谱，加速度时程数据和反应谱数据均支持下载。

例如，本实施例中对7778条实测地震动数据和4800条模拟地震动数据进行处理：

1)7778条强震加速度记录均来自太平洋地震工程研究中心(pacificearthquakeengineeringresearchcenter，简称peer)的ngawest2地震动记录数据库。这些记录是从156次地震中获得的。所选数据的震级、震中距和剪切波速跨度范围较大：震级范围为4.2-7.7，震中距范围为0.44km-675.91km，vs30范围为89.3m/s-2100m/s。

2)4800条模拟地震动数据采用工程随机地震动物理模型模拟得到，包括100条每组的12组(小样本组)，和300条每组的12组(大样本组)。

实测地震动数据模块

对应的程序界面中，在界面右上部分做相应分组选择，在clustering(聚类方法)一栏可选择基于能量分布准则的地震动聚类方法和基于震级-距离准则的地震动聚类方法；在group(聚类组别)一栏可选择第1聚类分组、第2聚类分组和第3聚类分组；在site-type(场地类别)一栏可选择ⅰ、ⅱ、ⅲ、ⅳ类场地。例如，选择基于震级-距离准则的聚类方法、第1组和ⅰ类场地，点击“retrieval”，在界面中间区域(记为主面板)的上半部分就会显示ⅰ类场地下根据震级-距离准则分组的第1组的所有地震动记录，包括编号、相对应地震的名称、发生时间、观测台站名、振动方位、震级、震中距、vs30(观测台站地下30m平均剪切波速)、持时、数据点的时间间隔。

主界面的右下方是绘图和数据下载功能区，包括地震动记录(即加速度时程)的绘图和下载，以及反应谱(加速度、速度和位移)的绘图和下载。在主面板区的上部选择1～10条地震动记录，在绘图和下载功能区点击record下的time-history按钮，在主面板区的下部就会显示加速度时程曲线；在绘图和下载功能区的spectrum板块输入阻尼比的取值，分别点击acceleration、velocity或displacement按钮，在主面板区的下部就会显示相应的加速度反应谱、速度反应谱和位移反应谱曲线。点击相应的download按钮，就能将数据保存到电脑指定位置。

模拟地震动数据模块

与实测地震动数据模块相似，通过开发程序界面进行数据的展示，在界面右上部分做相应分组选择，在clustering(聚类方法)一栏可选择基于能量分布准则的地震动聚类方法和基于震级-距离准则的地震动聚类方法；在group(聚类组别)一栏可选择第1聚类分组、第2聚类分组和第3聚类分组；在site-type(场地类别)一栏可选择ⅰ、ⅱ、ⅲ、ⅳ类场地；在sample-n(样本数)一栏可选择100条每组或300条每组。例如，选择基于震级-距离准则的聚类方法、第1组、ⅰ类场地和100条每组，点击“retrieval”，在界面中间区域(记为主面板)的上半部分就会显示ⅰ类场地下根据震级-距离准则分组的第1组的所有100条模拟地震动数据，包括对应的工程随机地震动物理模型中9个随机参数(包括：2个震源参数，场地等效阻尼比，等效圆频率，4个经验参数和震中距)的取值，以及它们的概率分布及统计特征值。

主界面的右下方是绘图和数据下载功能区，包括sample(地震动加速度时程)的绘图和下载，以及spectrum(反应谱)的绘图和下载。在sample板块下，对模拟地震动加速度时程有两种处理方法，分别为加速度峰值归一化处理，对应于normalization选项卡里的peakvalue选项，和加速度峰值均值归一化处理，对应于normalization选项卡里的peakmeanvalue选项。在主面板区的上部选择1～10条地震动数据，在绘图和下载功能区sample板块下选择加速度峰值标准化方法(peakvalue选项)，点击time-history按钮，在主面板区的下部就会显示加速度时程曲线；在绘图和下载功能区的spectrum板块输入阻尼比的取值，分别点击acceleration、velocity或displacement按钮，在主面板区的下部就会显示相应的加速度反应谱、速度反应谱和位移反应谱曲线。点击相应的download按钮，就能将数据保存到电脑指定位置。