一种面向震后影响场生成的地震烈度衰减模型更新方法与流程

本发明涉及地震烈度衰减模型更新，尤其涉及一种面向震后影响场生成的地震烈度衰减模型更新方法。

背景技术：

1、震后影响场是地震发生后用于快速判断受影响区域、烈度分布范围和应急处置重点区域的重要数据产品，通常依赖地震烈度衰减模型，结合震级、震源深度、震中距、方位角、历史等震线资料以及台站记录生成。随着强震动台站和烈度仪布设密度提高，震后早期的台站波形数据能够更快进入数据中台，并用于修正烈度衰减模型和生成震后影响场。然而，在城市密集台站区域，部分台站可能安装在建筑墙体、设备基础、地下工程结构、桥梁墩台附近或硬质铺装边界处，地震动到达该类局部刚度突变区域时，容易产生反射、散射、短时叠加或安装结构瞬态响应，使台站记录中出现短持续高峰值成分。该成分会抬高基于峰值加速度和峰值速度得到的仪器烈度，但其对常见建筑物破坏相关周期范围内的响应贡献有限，导致台站仪器烈度与宏观烈度表现不一致，进而影响震后影响场生成的准确性。

2、现有震后影响场生成方法通常将台站峰值加速度、峰值速度或由其转换得到的仪器烈度作为模型更新依据，或者在历史等震线样本基础上对烈度衰减模型进行整体优化。这类方法能够提高区域烈度衰减关系的拟合能力，但对局部台站安装环境和浅部工程结构造成的短持续高峰值响应识别不足，容易将局部非破坏性峰值升高误认为区域地震动增强。尤其在震后早期宏观调查资料尚不充分时，若该类台站数据直接参与长轴方向、短轴方向和距离衰减参数更新，容易使地震烈度衰减模型吸收局部异常响应，造成震后影响场局部虚高、影响范围异常外扩或轴向分布偏差，降低震后应急评估结果的可靠性。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决现有技术中存在的难以识别台站局部结构边界引起的短持续高峰值脉冲，导致峰值型仪器烈度被误用于地震烈度衰减模型更新，进而使震后影响场出现局部虚高、异常外扩或轴向分布偏差的缺点，而提出的一种面向震后影响场生成的地震烈度衰减模型更新方法。

2、为了解决现有技术存在的问题，本发明采用了如下技术方案：

3、一种面向震后影响场生成的地震烈度衰减模型更新方法，包括：

4、s1、获取目标地震的台站波形数据、台站位置数据和震源参数，根据台站波形数据计算水平合成加速度时程，并提取峰值加速度和峰值速度以转换为峰值型仪器烈度；

5、s2、基于台站波形数据中的水平向加速度时程提取水平相对速度反应谱值，在确定的积分区间内对水平相对速度反应谱值进行积分求取谱强度，并将谱强度转换为谱烈度；

6、s3、根据峰值型仪器烈度与谱烈度的差值计算峰谱错位量，并基于水平合成加速度时程的能量分布提取脉冲集中量；

7、s4、根据台站位置数据计算空间参照权重，结合周边台站的峰谱错位量提取空间孤立错位量，并基于峰谱错位量、脉冲集中量和空间孤立错位量构建结构边界触发伪抬升强度；

8、s5、根据结构边界触发伪抬升强度、峰值型仪器烈度以及谱烈度确定可信烈度，基于结构边界触发伪抬升强度确定贡献权重，并结合可信烈度与贡献权重对地震烈度衰减模型进行参数更新；

9、s6、利用参数更新后的地震烈度衰减模型，计算目标区域内各网格点的预测烈度，以生成更新后的震后影响场。

10、优选地，获取目标地震的台站波形数据、台站位置数据和震源参数，根据台站波形数据计算水平合成加速度时程，并提取峰值加速度和峰值速度以转换为峰值型仪器烈度，包括：

11、获取目标台站的东西向加速度时程和南北向加速度时程；

12、将东西向加速度时程的平方与南北向加速度时程的平方求和后取平方根，构建目标台站的水平合成加速度时程；

13、提取水平合成加速度时程绝对值的最大值，作为峰值加速度；分别对东西向加速度时程和南北向加速度时程进行时间积分，得到东西向速度时程和南北向速度时程；

14、将东西向速度时程的平方与南北向速度时程的平方求和后取平方根，得到水平合成速度时程；

15、提取水平合成速度时程的最大值作为峰值速度；

16、根据由历史震例数据或仪器烈度规范标定得到的转换关系，将峰值加速度和峰值速度转换为峰值型仪器烈度。

17、优选地，基于台站波形数据中的水平向加速度时程提取水平相对速度反应谱值，在确定的积分区间内对水平相对速度反应谱值进行积分求取谱强度，并将谱强度转换为谱烈度，包括：

18、根据台站波形数据中的东西向加速度时程、南北向加速度时程、由历史震例标定或按照地震反应谱计算规则确定的阻尼比和结构振动周期，分别计算东西向单自由度体系响应和南北向单自由度体系响应，并得到东西向相对速度响应和南北向相对速度响应；

19、分别提取采样时刻内东西向相对速度响应绝对值的最大值和南北向相对速度响应绝对值的最大值，得到东西向相对速度反应谱值和南北向相对速度反应谱值；

20、东西向相对速度反应谱值的平方与南北向相对速度反应谱值的平方求和后取平方根，得到水平相对速度反应谱值；

21、获取历史震例样本集合中的宏观烈度，确定使得候选周期范围内的谱强度与宏观烈度相关性达到最大的候选周期下限和候选周期上限，分别作为谱烈度积分周期下限和谱烈度积分周期上限；

22、在谱烈度积分周期下限和谱烈度积分周期上限确定的范围内，对水平相对速度反应谱值进行积分，并将积分结果除以谱烈度积分周期上限与谱烈度积分周期下限的差值，得到谱强度；

23、根据历史震例中谱强度与宏观烈度的拟合函数，将谱强度转换为谱烈度。

24、优选地，根据峰值型仪器烈度与谱烈度的差值计算峰谱错位量，并基于水平合成加速度时程的能量分布提取脉冲集中量，包括：

25、将峰值型仪器烈度减去谱烈度，得到峰谱错位量；

26、对水平合成加速度时程的平方在全采样时间域上进行积分，得到全时程能量；

27、计算采样时刻与水平合成加速度时程平方的乘积的时间积分，并将该时间积分除以全时程能量，得到能量中心时刻；

28、计算采样时刻与能量中心时刻之差的平方同水平合成加速度时程平方的乘积的时间积分，将该时间积分除以全时程能量后取平方根，得到能量扩展时间；

29、将峰值加速度除以全时程能量与能量扩展时间比值的平方根，得到脉冲集中量。

30、优选地，根据台站位置数据计算空间参照权重，结合周边台站的峰谱错位量提取空间孤立错位量，包括：

31、确定目标台站以外且空间位置不同的有效台站，作为周边台站；

32、根据目标台站与周边各台站的横向坐标差值平方同纵向坐标差值平方之和的平方根，计算目标台站与各周边台站之间的空间距离；

33、将目标台站与单个周边台站之间空间距离的倒数，除以目标台站与所有周边台站空间距离倒数之和，得到空间参照权重；

34、利用空间参照权重对各周边台站的峰谱错位量进行加权求和，得到加权峰谱错位参照量；

35、将目标台站的峰谱错位量减去加权峰谱错位参照量，得到空间孤立错位量。

36、优选地，基于峰谱错位量、脉冲集中量和空间孤立错位量构建结构边界触发伪抬升强度，包括：

37、分别获取本次地震所有有效台站的峰谱错位量、脉冲集中量和空间孤立错位量的中位数以及四分位距；

38、当任一指标的四分位距为零时，采用该指标的非零绝对偏差均值替代四分位距，其中，非零绝对偏差均值为本次地震所有有效台站对应指标与该指标中位数之间的非零绝对差值的平均值；

39、当对应指标不存在非零绝对差值时，将该指标对应的稳健标准化结果置为零；

40、将目标台站的各项指标减去对应的中位数后，除以对应的四分位距或非零绝对偏差均值，分别得到峰谱错位量稳健标准化结果、脉冲集中量稳健标准化结果和空间孤立错位量稳健标准化结果；

41、分别提取各项稳健标准化结果大于零的部分，对应作为各项指标的正向部分；

42、将各项指标的正向部分的乘积，除以数值一与该乘积之和，得到结构边界触发伪抬升强度。

43、优选地，根据结构边界触发伪抬升强度、峰值型仪器烈度以及谱烈度确定可信烈度，基于结构边界触发伪抬升强度确定贡献权重，并结合可信烈度与贡献权重对地震烈度衰减模型进行参数更新，包括：

44、将峰值型仪器烈度减去谱烈度，得到峰谱烈度差值；

45、提取峰谱烈度差值大于零的部分，作为峰谱正向差值；

46、将峰谱正向差值同结构边界触发伪抬升强度相乘，得到烈度扣减量；

47、将峰值型仪器烈度减去烈度扣减量，得到可信烈度；

48、利用数值一减去结构边界触发伪抬升强度，得到贡献权重；

49、获取台站的震中距或断层距、台站相对于震源的方位角、本次地震震级、本次地震震源深度，以及地震烈度衰减模型中的长轴方向角、长轴方向尺度参数和短轴方向尺度参数；

50、将方位角减去长轴方向角得到方位差角，基于震中距或断层距乘以方位差角余弦值与长轴方向尺度参数的商计算长轴分量，基于震中距或断层距乘以方位差角正弦值与短轴方向尺度参数的商计算短轴分量；

51、计算长轴分量平方与短轴分量平方之和的平方根，得到方向等效距离；

52、构建以方向等效距离、本次地震震级及本次地震震源深度为自变量的地震烈度衰减模型，地震烈度衰减模型的待更新参数包括常数项、震级影响系数、震源深度影响系数、距离衰减系数、长轴方向角、长轴方向尺度参数和短轴方向尺度参数，其中，长轴方向尺度参数和短轴方向尺度参数为正值；

53、计算地震烈度衰减模型输出的预测烈度与可信烈度之间差值的平方，并乘以贡献权重构成加权误差；

54、通过最小化所有台站的加权误差之和，求解更新后的地震烈度衰减模型参数。

55、优选地，利用参数更新后的地震烈度衰减模型，计算目标区域内各网格点的预测烈度，以生成更新后的震后影响场，包括：

56、获取目标区域内各网格点的震中距或断层距、相对于震源的方位角、本次地震震级以及本次地震震源深度；

57、将各网格点的上述参数代入参数更新后的地震烈度衰减模型中，计算得到各网格点的预测烈度；

58、将目标区域内各网格点的位置与对应的预测烈度构成空间分布集合，作为更新后的震后影响场。

59、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

60、1、本发明通过分别计算峰值型仪器烈度和谱烈度，进一步构建峰谱错位量、脉冲集中量和空间孤立错位量，能够从烈度偏离、波形能量集中程度以及周边台站一致性三个方面识别结构边界触发的峰谱错位型烈度伪抬升；对于由建筑墙体、设备基础、地下工程结构或硬质边界引起的短持续高峰值脉冲，本发明并非直接删除对应台站记录，而是通过结构边界触发伪抬升强度量化该台站记录对区域地震动的代表性，使台站局部安装环境或浅部工程结构造成的非破坏性峰值升高能够被有效识别，从而降低峰值型仪器烈度虚高对震后影响场生成的干扰；

61、2、本发明根据结构边界触发伪抬升强度对峰值型仪器烈度进行自适应扣减，得到用于模型更新的可信烈度，并同步生成贡献权重，将可信烈度和贡献权重共同引入地震烈度衰减模型参数更新过程；疑似受到局部结构边界影响的台站仍可保留有效地震动信息，但其异常峰值不会过度拉动长轴方向、短轴方向和距离衰减参数，使更新后的地震烈度衰减模型能够更稳定地生成震后影响场，减少局部虚高、影响范围异常外扩和轴向分布偏差，提高震后灾害快速评估结果与实际地震影响分布的一致性。