概率地震经济损失计算方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种概率地震经济损失计算方法及系统。该方法包括：选择影响目标区域的地震带与潜在震源区，并确定地震活动性模型和地震活动性参数；通过蒙特卡洛随机模拟方法生成地震事件数据库；选取衰减模型，并根据地震目录库计算目标区域内任意场点的地震烈度；根据地震烈度和宏观经济易损性模型，计算目标区域的经济损失；结合大数定理和全概率公式，计算t年内任意场点的地震损失发生概率以及指定概率条件下场点的经济损失。该系统包括：模型及参数确定单元、地震事件数据库生成单元、地震烈度计算单元、经济损失计算单元和地震损失发生概率及损失计算单元。本发明专利技术考虑了场点可能多次遭受同一烈度影响，为地震损失预测提供技术支持。

Calculation Method and System of Probabilistic Earthquake Economic Loss

【技术实现步骤摘要】
概率地震经济损失计算方法及系统
本专利技术涉及概率地震损失风险评估和地震损失预测
，尤其涉及一种概率地震经济损失计算方法及系统。
技术介绍
20世纪以来，我国约占全球地震死亡人数的一半，随着社会经济的不断发展，全球地震灾害呈现迅速增长的趋势。当地震与自然和人文环境的脆弱性、暴露度叠加后形成灾害风险，进而可能发生灾害。因此减轻地震灾害风险关键是风险识别评估。如何防范地震风险、有效降低震害损失成为全人类面临的一项长期而艰巨的任务。传统的震害损失预测分析通常采用易损性分类清单的方法，要求对研究区内建筑设施结构进行详尽的调查给出震害矩阵。但面临现代社会的快速发展，使得传统方法在资料收集以及更新方面都存在局限性。在宏观经济易损性模型的震害损失预测分析中，例如以GDP损失为指标，一般在考虑地震危险性时是有概率水平的,可是在分析震害及经济损失时,没有充分考虑这些因素的概率特征。此外，在目前流行的地震期望损失评估方法中，将某种烈度造成的损失定义为未来场地遭受一次地震所造成的平均损失，没有考虑在给定年限内，场点可能多次遭受同一烈度的影响。这样往往会低估地震的损失，特别是给定评估的年限较长时，其不准确性将显著增加。因此，需要充分考虑震害损失预测中的概率水平，来研究地震损失发生概率及地震经济损失的估计方法是本领域亟待解决的技术问题。
技术实现思路
为解决现有技术中存在的“因未考虑一个场点可能多次遭受同一烈度的影响而造成地震损失评估结果不准确”的问题，本专利技术提供一种概率地震经济损失计算的方法及系统，考虑了在预测年限内，场点可能多次遭受同一烈度或不同烈度的影响，为地震损失预测和地震风险防控，有效地减轻地震风险提供了很好的技术支持。第一方面，本专利技术提供一种概率地震经济损失计算方法，该方法包括：步骤1、选择影响目标区域的地震带与潜在震源区，并确定所述目标区域的地震活动性模型和地震活动性参数；步骤2、根据所述地震活动性模型和所述地震活动性参数，通过蒙特卡洛随机模拟方法生成地震事件数据库；步骤3、选取衰减模型，并根据所述地震目录库计算所述目标区域内任意场点的地震烈度；步骤4、根据所述地震烈度和宏观经济易损性模型，计算目标区域的经济损失；步骤5、结合大数定理和全概率公式，计算待预测t年内任意场点的地震损失发生概率以及指定概率条件下场点的经济损失。进一步地，所述步骤2具体包括：步骤2.1、采用马特赛特旋转演算法生成随机数r，r∈[0,1]；步骤2.2、根据地震活动的年平均发生率和地震发生次数累积分布函数，得到一次实验待预测t年内地震的发生次数k，所述地震发生次数累积分布函数为式(1)：其中，v0为年平均发生率；P(n≤k)＝r；步骤2.3、根据地震震级累积分布函数，得到k个地震的震级分布，所述地震震级累积分布函数为式(2)：其中，m0为震级下限，muz为震级上限，β＝2.3b，b为目标区域G-R关系的系数；步骤2.4、根据地震活动在潜在震源区的空间概率分布函数，得到每个地震所属的潜源编号，重复k次，得到k个地震所属的潜源编号；其中，设定不同震级档地震在不同潜在震源区之间为不均匀分布，mj震级档地震落入第l个潜在震源区的空间累积概率分布函数为式(3)：其中，为mj震级档第为l′个潜在震源区的地震年发生率；表示mj震级档的地震年发生概率；F(l,mj)＝r；步骤2.5、基于震中在潜在震源区内均匀分布的假定，通过随机抽样，生成取值位于[0,1]之间且满足二维空间均匀分布的随机数对(r1,r2)，并根据所述随机数对(r1,r2)按照式(4)和式(5)生成第i次地震的震中经纬度坐标(xi,yi)，若所述震中经纬度坐标(xi,yi)位于潜在震源区内部，则将所述震中经纬度坐标(xi,yi)作为第i次地震的震中位置，重复k次，得到k个地震事件的震中位置；xi＝(x_max-x_min)·r1+x_min(4)yi＝(y_max-y_min)·r2+y_min(5)其中，i＝1,2,…,k；x_max和x_min分别表示潜在震源区的最小外接矩形在x轴方向上的最大坐标和最小坐标；y_max和y_min分别表示潜在震源区的最小外接矩形在y轴方向上的最大坐标和最小坐标；步骤2.6、若潜在震源区衰减长轴方位角的概率大于所述随机数r，则确定地震方位角为第一预设方向θ1；否则，确定地震方位角为第二预设方向θ2；步骤2.7、重复步骤2.1～步骤2.6直到满足预设地震活动模拟实验次数Nr，生成含有Nr组地震事件的地震事件数据库。进一步地，所述步骤3具体包括：步骤3.1、选取地震动椭圆衰减模型，所述地震动椭圆衰减模型为式(6)至式(8)：其中，C1～C7为长轴的衰减系数；D1～D7为短轴的衰减系数；Ra椭圆长轴长；Rb为椭圆短轴长；ε为不确定性；表示长轴方向烈度；表示短轴方向烈度；M表示地震震级；步骤3.2、联立式(6)至式(8)，使得运用二分法，将方程的零点所在的区间不断地一分为二，使新得到的区间不断变小，两个端点逐步逼近方程的解，求得衰减椭圆的长轴长度和短轴长度，再将长轴长度和震级大小带入式(7)中，得到每一地震事件下任意场点的烈度。进一步地，所述步骤4具体包括：步骤4.1、根据式(9)计算损失率F(I,GDP)：F(I,GDP)＝C·A·IB(9)其中，F(I,GDP)表示GDP损失率，I为地震烈度，A、B为易损性统计参数，C为修正系数；步骤4.2、根据式(10)计算经济损失LOSSGDP：LOSSGDP＝F(I,GDP)×GDP(10)。进一步地，所述步骤5具体包括：步骤5.1、设定在所述地震事件数据库中包含Nr组地震事件，设定第g组地震事件包含kg个地震活动，第i个地震活动对场点s产生的地震损失为LOSS1i，场点s在待预测t年内的地震总数为Ksum(g)，地震损失LOSS1i大于设定值LOSS10且小于LOSS10+1的个数为N(LOSS10+1≥LOSS1i≥LOSS10)；场点s所在地震带发生的总地震个数为Nmean，其中：N(LOSS10+1≥LOSS1i≥LOSS10)＝count[LOSS10+1≥LOSS1i≥LOSS10](12)Nmean＝v0*t(13)其中，v0为年平均发生率；步骤5.2、按照式(14)计算待预测t年内场点s在发生一次地震时产生地震损失LOSS1i大于设定值LOSS10且小于设定值LOSS10+1的概率为p(LOSS10+1≥LOSS1i≥LOSS10：步骤5.3、按照式(15)计算待预测t年内场点s在发生不止一次地震时产生的地震损失LOSS1con在LOSS10+1和LOSS10之间的发生概率为p(LOSS10+1≥LOSS1con≥LOSS10：p(LOSS10+1≥LOSS1con≥LOSS10)＝1-(1-p(LOSS10+1≥LOSS1i≥LOSS10)Nmean)(15)步骤5.4、按照式(16)计算第g组地震事件对场点s产生的地震损失的最大值LOSSmax(g)：步骤5.5、重复步骤5.4，得到Nr组地震事件中每一组的LOSSmax值，将Nr*p％对应的LOSSmax值作为超越概率p％下的地震损失。第二方面，本专利技术实施例还提供一种概率地震经济损失计算系统，该系统包括：模型及参数确定单元，用于选择影响目本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.概率地震经济损失计算方法，其特征在于，包括：步骤1、选择影响目标区域的地震带与潜在震源区，并确定所述目标区域的地震活动性模型和地震活动性参数；步骤2、根据所述地震活动性模型和所述地震活动性参数，通过蒙特卡洛随机模拟方法生成地震事件数据库；步骤3、选取衰减模型，并根据所述地震目录库计算所述目标区域内任意场点的地震烈度；步骤4、根据所述地震烈度和宏观经济易损性模型，计算目标区域的经济损失；步骤5、结合大数定理和全概率公式，计算待预测t年内任意场点的地震损失发生概率以及指定概率条件下场点的经济损失。

【技术特征摘要】
1.概率地震经济损失计算方法，其特征在于，包括：步骤1、选择影响目标区域的地震带与潜在震源区，并确定所述目标区域的地震活动性模型和地震活动性参数；步骤2、根据所述地震活动性模型和所述地震活动性参数，通过蒙特卡洛随机模拟方法生成地震事件数据库；步骤3、选取衰减模型，并根据所述地震目录库计算所述目标区域内任意场点的地震烈度；步骤4、根据所述地震烈度和宏观经济易损性模型，计算目标区域的经济损失；步骤5、结合大数定理和全概率公式，计算待预测t年内任意场点的地震损失发生概率以及指定概率条件下场点的经济损失。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2具体包括：步骤2.1、采用马特赛特旋转演算法生成随机数r，r∈[0,1]；步骤2.2、根据地震活动的年平均发生率和地震发生次数累积分布函数，得到一次实验待预测t年内地震的发生次数k，所述地震发生次数累积分布函数为式(1)：其中，v0为年平均发生率；P(n≤k)＝r；步骤2.3、根据地震震级累积分布函数，得到k个地震的震级分布，所述地震震级累积分布函数为式(2)：其中，m0为震级下限，muz为震级上限，β＝2.3b，b为目标区域G-R关系的系数；步骤2.4、根据地震活动在潜在震源区的空间概率分布函数，得到每个地震所属的潜源编号，重复k次，得到k个地震所属的潜源编号；其中，设定不同震级档地震在不同潜在震源区之间为不均匀分布，mj震级档地震落入第l个潜在震源区的空间累积概率分布函数为式(3)：其中，为mj震级档第为l′个潜在震源区的地震年发生率；表示mj震级档的地震年发生概率；F(l,mj)＝r；步骤2.5、基于震中在潜在震源区内均匀分布的假定，通过随机抽样，生成取值位于[0,1]之间且满足二维空间均匀分布的随机数对(r1,r2)，并根据所述随机数对(r1,r2)按照式(4)和式(5)生成第i次地震的震中经纬度坐标(xi,yi)，若所述震中经纬度坐标(xi,yi)位于潜在震源区内部，则将所述震中经纬度坐标(xi,yi)作为第i次地震的震中位置，重复k次，得到k个地震事件的震中位置；xi＝(x_max-x_min)·r1+x_min(4)yi＝(y_max-y_min)·r2+y_min(5)其中，i＝1,2,…,k；x_max和x_min分别表示潜在震源区的最小外接矩形在x轴方向上的最大坐标和最小坐标；y_max和y_min分别表示潜在震源区的最小外接矩形在y轴方向上的最大坐标和最小坐标；步骤2.6、若潜在震源区衰减长轴方位角的概率大于所述随机数r，则确定地震方位角为第一预设方向θ1；否则，确定地震方位角为第二预设方向θ2；步骤2.7、重复步骤2.1～步骤2.6直到满足预设地震活动模拟实验次数Nr，生成含有Nr组地震事件的地震事件数据库。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3具体包括：步骤3.1、选取地震动椭圆衰减模型，所述地震动椭圆衰减模型为式(6)至式(8)：其中，C1～C7为长轴的衰减系数；D1～D7为短轴的衰减系数；Ra椭圆长轴长；Rb为椭圆短轴长；ε为不确定性；表示长轴方向烈度；表示短轴方向烈度；M表示地震震级；步骤3.2、联立式(6)至式(8)，使得运用二分法，将方程的零点所在的区间不断地一分为二，使新得到的区间不断变小，两个端点逐步逼近方程的解，求得衰减椭圆的长轴长度和短轴长度，再将长轴长度和震级大小带入式(7)中，得到每一地震事件下任意场点的烈度。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤4具体包括：步骤4.1、根据式(9)计算损失率F(I,GDP)：F(I,GDP)＝C·A·IB(9)其中，F(I,GDP)表示GDP损失率，I为地震烈度，A、B为易损性统计参数，C为修正系数；步骤4.2、根据式(10)计算经济损失LOSSGDP：LOSSGDP＝F(I,GDP)×GDP(10)。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤5具体包括：步骤5.1、设定在所述地震事件数据库中包含Nr组地震事件，设定第g组地震事件包含kg个地震活动，第i个地震活动对场点s产生的地震损失为LOSS1i，场点s在待预测t年内的地震总数为Ksum(g)，地震损失LOSS1i大于设定值LOSS10且小于LOSS10+1的个数为N(LOSS10+1≥LOSS1i≥LOSS10)；场点s所在地震带发生的总地震个数为Nmean，其中：N(LOSS10+1≥LOSS1i≥LOSS10)＝count[LOSS10+1≥LOSS1i≥LOSS10](12)Nmean＝v0*t(13)其中，v0为年平均发生率；步骤5.2、按照式(14)计算待预测t年内场点s在发生一次地震时产生地震损失LOSS1i大于设定值LOSS10且小于设定值LOSS10+1的概率为p(LOSS10+1≥LOSS1i≥LOSS10：步骤5.3、按照式(15)计算待预测t年内场点s在发生不止一次地震时产生的地震损失LOSS1con在LOSS10+1和LOSS10之间的发生概率为p(LOSS10+1≥LOSS1con≥LOSS10：p(LOSS10+1≥LOSS1con≥LOSS10)＝1-(1-p(LOSS10+1≥LOSS1i≥LOSS10)Nmean)(15)步骤5.4、按照式(16)计算第g组地震事件对场点s产生的地震损失的最大值LOSSmax(g)：步骤5.5、重复步骤5.4，得到Nr组地震事件中每一组的LOSSmax值，将Nr*p％对应的LOSSmax值作为超越概率p％下的地震损失。6.概率地震经济损失计算系统，其特征在于，包括：模型及参数确定单元，用于选择影响目标区域的地震带与潜在震源区，并确定所述目标区域的地震活动性模型和地...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵霄怡，王晓青，许冲，马思远，
申请(专利权)人：中国地震局地质研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11