一种基于非统计假设检验的地震动强度快速评定方法技术

一种基于非统计假设检验的地震动强度快速评定方法，包括步骤：(1)任取同一地震动强度下SI谱烈度n个数据将其进行升序排列；(2)求解SI谱烈度隶属函数离散值；(3)估计某地震强度下的SI谱烈度真值；(4)求解SI谱烈度的拟合函数；(5)根据水平截集λ得到SI谱烈度的隶属区间；(6)根据隶属区间，判定同一地震动强度下SI谱烈度值对应的烈度；(7)对不同的地震动强度采取步骤(1)～(6)进行判定。本发明专利技术针对地震动强度的评定中贫信息的特点，引入非统计假设检验原理，解决了地震动记录数据量少，寻找统计规律困难的贫信息条件下地震动强度评定问题。

A method for rapid assessment of ground motion intensity based on non statistical hypothesis tests

A non statistical hypothesis test based on the seismic intensity rapid assessment method, which comprises the following steps: (1) take any strength under SI spectrum intensity of N data to its ascending order the same ground motion; (2) to solve the SI spectrum intensity discrete membership function value; (3) estimation of earthquake intensity of the SI spectrum the intensity of the true value; (4) fitting function for SI spectrum intensity; (5) according to the level cut set membership interval SI spectrum intensity; (6) according to the membership interval, determine the strength of SI spectrum intensity values corresponding to the intensity of the same ground motion; (7) take steps to different seismic intensity (1) ~ (6) determination. The present invention according to the characteristics of poor information evaluation of earthquake intensity in the introduction of non statistical hypothesis testing principle, to solve the seismic records of less data, poor information conditions for evaluating the strength of statistical rules under difficult ground motion.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种地震动强度快速评定方法，特别是，用于地震应急救援与防灾减灾。
技术介绍
地震灾情发生后，地震规模、程度、空间分布、次生灾害，以及灾情发展趋势等灾情信息的快速获取是整个地震应急响应的核心，同时也是救援决策的关键。地震动强度信息是地震灾情信息的重要组成部份，用以表征地面运动的规模，以及估计不同地区的受灾程度。地震动强度的快速评定在地震灾情信息获取、应急响应、紧急处置、救援决策、指挥营救等行动中，发挥着重要的作用。因此地震动强度的快速评定方法已经成为相关领域的研究热点，Wald D. J.等提出了利用地面峰值加速度(Peak Ground Acceleration,PGA)和地面峰值速度(Peak Ground Velocity, PGV)两个参数，通过回归分析生成ShakeMap仪器烈度的方法(见:ffald D. J. , Quitoriano V. Heaton Τ. H. , et al, "TriNet shakemaps Rapid generation of peakground motion and intensity maps for earthquakes in southern California", Earthquake Spectra, 1999,15(3) :537-555.)。其优点是计算简便，实时性强，但其精度仍然有待提高。袁一凡提出了综合运用PGA、傅氏振幅谱的峰值频率和相对持时，以及四个频率点(8Ηζ、5Ηζ、2Ηζ和IHz)对应的反应谱值，进行地震动强度两级评定的方法(见袁一凡，“由地震动三要素确定地震动强度(烈度)的研究”，哈尔滨中国地震局工程力学研究所，1998 :1-51.)。其优点是与工程结构的特征相结合，评定精度得到了提高，但其算法复杂，实时性不强。王玉石等基于假设检验的方法，对历史震害资料进行统计， 提出了一种利用地震动参数判别地震动强度的方法(见王玉石，周正华，王伟，“基于假设检验的地震动强度(烈度)速报方法”，地震工程与工程振动，2008，观(5) :49- .)。其优点是从震害资料出发，设计地震动强度评定方法，但其对震害资料的数据量和典型性具有较强的依赖性，可靠性有待商榷。综上所述，由于每次地震的震源机制、场地特征、环境因素和生命线工程系统属性等存在较大差异，以及典型的破坏资料以及仪器观测的历史资料缺乏，可获得的数据量少，寻找统计规律困难，地震动强度评定具有贫信息特征。在贫信息条件下，现有的方法或技术通过个别地震动参数进行的地震动强度评定都存在着一定的局限性。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题克服现有技术的不足，提供，该方法可以实现地震动强度的快速评定。本专利技术的技术解决方案， 实现步骤如下(1)任取同一地震动强度下SI谱烈度η个数据将其进行升序排列；(2)求解SI谱烈度隶属函数离散值；(3)估计某地震强度下的SI谱烈度真值；(4)求解SI谱烈度的拟合函数；(5)根据水平截集λ得到SI谱烈度的隶属区间；(6)根据隶属区间，判定SI谱烈度值对应的烈度；(7)对不同的地震动强度采取步骤(1) (6)进行判定。所述的步骤( 求解隶属函数离散值方法为利用线性排序估计法得到隶属函数的离散值。线性估计排序法将步骤(1)形成的新序列逐项相减，差值形成新的序列，利用新形成的差值序列，可构造线性隶属函数。线性隶属函数的值即为步骤(2)所需求解的隶属函数离散值。所述的步骤( 估计某地震强度下的SI谱烈度真值方法为在步骤( 求解得到的隶属函数的基础上，根据隶属最大原则估计SI谱烈度真值，即为取隶属函数值为1时的自变量值为SI谱烈度真值。所述的步骤(4)求解SI谱烈度的拟合函数方法如下采取三阶多项式的拟合方式得到SI谱烈度的拟合函数。所述的三阶多项式拟合是采样数据与权利要求1中步骤(2) 所需求解的隶属函数离散值之间残差无穷范数最小方法确定多项式系数。所述的步骤( 根据水平截集λ得到SI谱烈度的隶属区间方法如下根据模糊集合理论意义上的最优水平确定相应的水平截集λ，从而得到隶属区间。所述的步骤(6)通过隶属区间原则确定SI谱烈度值对应的地震动强度，非统计假设检验的隶属区间，公式统一、确定和概率分布无关。所述的步骤(7)应用步骤(1) (6)方法进行烈度判定，其中会出现一个数据同时隶属于两个烈度隶属区间的情况，此时采取残差最小化方法进行地震动强度评定。所采取的残差最小化方法为达到所需判定数据与步骤C3)所得SI谱烈度真值之差绝对值最小。本专利技术与现有技术相比的优点在于(1)本专利技术所提出的基于非统计假设检验的地震动强度快速评定方法，其算法简单、实时性强，适合地震动强度的在线评定。基于非统计假设检验的地震动强度快速评定方法是以模糊集合理论为基础，以隶属函数为基本特征，从少量数据出发，用线性估计法自动识别总体分布的真值及其分布区间。(2)本专利技术所提出的地震动强度快速评定方法中，非统计假设检验允许已有震害资料的地震台站数据较少，同时允许总体的概率分布是非典型的或是概率分布未知的；不同的概率分布，统计假设检验需要不用的统计量和否定域，因而难以进行检验。非统计假设检验不存在这个问题，隶属范围的确定公式统一、确定和概率分布无关，因而对任何概率分布总体的参数都可以进行检验，更具有一般性，同时允许采样数据的个数很少，步骤(2)线性排序估计法数据大于两个即可。附图说明图1为本专利技术方法的实现流程图；图2为地震动参数χ的隶属函数；图3为地震动强度判定误差结果统计。具体实施例方式一、如图1所示，本专利技术所述的基于非统计假设检验的地震动强度快速评定方法的具体实现步骤为1、任取同一地震动强度D下SI谱烈度η个数据将其进行升序排列从已有地震动资料出发，设相同地震动强度D下SI谱烈度的地震台站采样数据序列为χ = {x (D，X (2)，. . .，X (k)，. . .，χ (η)}。其中，X (k)为第k个地震台站获得的地震动参数，η为地震台站个数。2、求解SI谱烈度隶属函数离散值利用线性排序估计法求解SI谱烈度隶属函数离散值将离散数x(k)看作模糊数， 连续的X即为模糊变量。如图2所示，χ的隶属函数定义为f (X) = Y1 (X)' X"X°(1)l/2 0)，χ > Λ式中，f (χ) e 为隶属函数；f\(x)为左增函数；f2(x)为右减函数成为地震动参数总体分布的真值。线性排序估计法将X序列按从小到大排序，形成新序列Y= {y(l), y(2),...， y(n)}。定义Ai = y(i+l)-y(i) ^ 0(2)式中，Ai*新序列Y中邻近元素差值序列，其中i = 1,2,…，n-1。差值越小，数据分布越密集；否则越稀疏。因此，用线性隶属函数描述总体的概率密度函数。设线性隶属函数m. =1-(Δ. -Δ . )/Δι\ ιmm / max=maxA,(3)Δ腿=minA,式中，mk为第k个分布因子，Δ_为差值序列Ai中最大值，Amin为差值序列Ai 中最小值，i = 1,2,…，n-1。则满足区间的离散隶属数值为^-(Y(J)) =Iiij(4)式中，j= l，2，...，v，和f2J(y(j)) =Iiij(5)式中，j = ν, ν+l,…，η-l，其中f^与f2本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种基于非统计假设检验的地震动强度快速评定方法，其特征在于实现步骤如下：（１）任取同一地震动强度下ＳＩ谱烈度ｎ个数据将其进行升序排列；（２）求解ＳＩ谱烈度隶属函数离散值；（３）在步骤（２）求解得到的隶属函数的基础上，根据隶属最大原则估计ＳＩ谱烈度真值；（４）根据步骤（３）得到的ＳＩ谱烈度真值，采取三阶多项式拟合的方式得到ＳＩ谱烈度的拟合函数；（５）根据模糊集合理论意义上的最优水平确定相应的水平截集λ，从而得到ＳＩ谱烈度的隶属区间；（６）根据隶属区间，判定ＳＩ谱烈度值对应的烈度；（７）对不同的地震动强度采取步骤（１）～（６）进行判定。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：付继华，李智涛，谭巧，刘晓皙，刘冠中，王建军，吴荣辉，
申请(专利权)人：中国地震局地壳应力研究所，
类型：发明
国别省市：11