地震动记录数据的获取方法、装置、电子设备及存储介质

技术领域

本发明涉及土木工程技术领域，尤其涉及一种地震动记录数据的获取方法、装置、电子设备及存储介质。

背景技术

地震动记录数据是开展工程抗震研究的重要基础数据。对于一些历史地震动数据，可能只有地震动时程和反应谱的图像保存下来；对于一些保密级别较高的地震动数据，能够获取的也只有地震动时程和反应谱的图像。此时，需要从地震动的图像中解析到地震动记录数据，服务于后续的工程抗震相关的研究。

针对此问题，传统方法是对地震动时程图像进行数字化解析，获取地震动时程记录，但由于地震动采样频率较高，单位像素长度内的图像仅能识别个别地震动加速度记录点，从而丢失大部分地震动数据点，导致解析得到的地震动记录只能保存部分时域特征，丢失大部分频域特征，解析得到的地震动记录数据的反应谱与实际反应谱之间存在很大误差，精确度低。

发明内容

本发明提供一种地震动记录数据的获取方法、装置、电子设备及存储介质，实现能够解析出精确度高的地震动记录数据。

本发明提供一种地震动记录数据的获取方法，包括：

对地震动时程图像和地震动反应谱图像进行数字化解析，获取第一地震动时程曲线和第一地震动反应谱曲线；

基于所述第一地震动时程曲线进行数据清理和插值采样处理，获取第二地震动时程曲线；

将所述第二地震动时程曲线确定为种子地震动时程曲线，将所述第一地震动反应谱曲线确定为目标地震动反应谱曲线；

基于所述种子地震动时程曲线和所述目标地震动反应谱曲线进行连续小波变换，获取地震动记录数据。

根据本发明提供的一种地震动记录数据的获取方法，所述基于所述种子地震动时程曲线和所述目标地震动反应谱曲线进行连续小波变换，获取地震动记录数据，包括：

对所述种子地震动时程曲线进行连续小波变换，获取第一小波系数；

对所述种子地震动时程曲线进行计算，获取种子地震动反应谱曲线；

获取所述目标地震动反应谱曲线和所述种子地震动反应谱曲线的第一比值；

岁所述第一比值和所述第一小波系数进行相乘计算，获取第二小波系数；

对所述第二小波系数进行逆小波变换，获取第三地震动时程曲线；

判断所述第三地震动时程曲线是否满足变换停止条件；

若满足所述变换停止条件，则基于所述第三地震动时程曲线获取所述地震动记录数据。

根据本发明提供的一种地震动记录数据的获取方法，还包括：

若不满足所述变换停止条件，则将所述种子地震动时程曲线更新为所述第三地震动时程曲线，将所述种子地震动反应谱曲线更新为所述第三地震动时程曲线计算得到的第二地震动反应谱曲线，返回执行所述对所述种子地震动时程曲线进行连续小波变换，获取第一小波系数；对所述种子地震动时程曲线进行计算，获取种子地震动反应谱曲线；获取所述目标地震动反应谱曲线和种子地震动反应谱曲线的第一比值；对所述第一比值和所述第一小波系数进行相乘计算，获取第二小波系数；对所述第二小波系数进行逆小波变换，获取第三地震动时程曲线；判断所述第三地震动时程曲线是否满足变换停止条件的步骤。

根据本发明提供的一种地震动记录数据的获取方法，所述变换停止条件包括：

获取所述第三地震动时程曲线对应的第二地震动反应谱曲线；

所述第二地震动反应谱曲线与所述种子地震动反应谱曲线的误差值小于或者等于预设误差值。

根据本发明提供的一种地震动记录数据的获取方法，所述变换停止条件包括：

获取所述第三地震动时程曲线对应的变换次数；

所述变换次数大于或者等于预设变换次数。

根据本发明提供的一种地震动记录数据的获取方法，所述基于所述第一地震动时程曲线进行数据清理和插值采样处理，获取第二地震动时程曲线，包括：

对所述第一地震动时程曲线上的数据点进行数据清理；

对数据清理后的数据点按照等预设时间间距进行插值采样，获取第二地震动时程曲线。

本发明还提供一种地震动记录数据的获取装置，包括：

第一获取模块，用于对地震动时程图像和地震动反应谱图像进行数字化解析，获取第一地震动时程曲线和第一地震动反应谱曲线；

第二获取模块，用于基于所述第一地震动时程曲线进行数据清理和插值采样处理，获取第二地震动时程曲线；

确定模块，用于将所述第二地震动时程曲线确定为种子地震动时程曲线，将所述第一地震动反应谱曲线确定为目标地震动反应谱曲线；

第三获取模块，用于基于所述种子地震动时程曲线和所述目标地震动反应谱曲线进行连续小波变换，获取地震动记录数据。

本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述地震动记录数据的获取方法。

本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述地震动记录数据的获取方法。

本发明还提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述地震动记录数据的获取方法。

本发明提供的地震动记录数据的获取方法、装置、电子设备及存储介质，通过对地震动时程图像和地震动反应谱图像进行数字化解析后，获取第一地震动时程曲线和第一地震动反应谱曲线，并且对第一地震动时程曲线进行数据清理和插值采样处理，获取第二地震动时程曲线，结合第二地震动时程曲线和第一地震动反应谱曲线进行连续小波变换，获取地震动记录数据，与现有技术仅通过数字化解析获取的地震动记录数据相比，本发明获取的地震动记录数据的误差更小，精确度更高，且兼顾了时域特征和频域特征，从而在应用于结构动力响应分析时能够得到更为准确的结果，为开展工程抗震研究提供了更为准确的地震动数据。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的地震动记录数据的获取方法的流程示意图；

图2是本发明提供的地震动记录数据的获取方法中的连续小波变换的过程示意图；

图3是采用原始的地震动时程图像中的原始地震动时程曲线的示意图；

图4是采用本发明的地震动记录数据的获取方法所获取的地震动记录数据计算出的地震动时程曲线的示意图；

图5是现有技术中仅通过数字化解析所获取的地震动记录数据计算出的地震动反应谱曲线与原始的地震动反应谱图像中的原始地震动反应谱曲线的对比示意图；

图6是采用本发明的地震动记录数据的获取方法所获取的地震动记录数据计算出的地震动反应谱曲线与原始的地震动反应谱图像中的原始地震动反应谱曲线的对比示意图；

图7是现有技术中典型三层钢筋混凝土框架结构的示意图；

图8是原始地震动记录数据、现有技术中仅通过数字化解析所获取的地震动记录数据以及采用本发明的地震动记录数据的获取方法所获取的地震动记录数据在6度设防的典型三层钢筋混凝土框架结构中的层间位移角的对比示意图；

图9是原始地震动记录数据、现有技术中仅通过数字化解析所获取的地震动记录数据以及采用本发明的地震动记录数据的获取方法所获取的地震动记录数据在7度设防的典型三层钢筋混凝土框架结构中的层间位移角的对比示意图；

图10是原始地震动记录数据、现有技术中仅通过数字化解析所获取的地震动记录数据以及采用本发明的地震动记录数据的获取方法所获取的地震动记录数据在8度设防的典型三层钢筋混凝土框架结构中的层间位移角的对比示意图；

图11是本发明提供的地震动记录数据的获取装置的结构示意图；

图12是本发明提供的电子设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在本发明实施例的描述中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施，且“第一”、“第二”等所区分的对象通常为一类，并不限定对象的个数，例如第一对象可以是一个，也可以是多个。此外，“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

下面结合图1-图10描述本发明的一种地震动记录数据的获取方法。

如图1所示，本发明提供的一种地震动记录数据的获取方法，包括：

步骤110，对地震动时程图像和地震动反应谱图像进行数字化解析，获取第一地震动时程曲线和第一地震动反应谱曲线。

具体地，对于一些历史地震动数据或者保密级别较高的地震动数据，只能够获取地震动时程图像和地震动反应谱图像，其中，地震动时程图像描述的是原始地震动数据的地震动时程曲线，地震动反应谱图像述的是原始地震动数据的地震动反应谱曲线。

对地震动时程图像和地震动反应谱图像进行数字化解析，可以确定地震动时程图像和地震动反应谱图像中x、y坐标轴最大值和最小值的位置，确定坐标轴的位置后，通过确定地震动时程曲线上每个点的像素位置便可得到曲线上点的具体数值，即地震动时程的时间和加速度大小；同理地，通过地震动反应谱曲线上每个点的像素位置便可得到曲线上点的具体数值，即地震动反应谱的周期和谱加速度大小。

在地震动时程图像中，x坐标轴代表的是时间，y坐标轴代表的是地震动加速度；在地震动反应谱图像中，x坐标轴代表的是周期，y坐标轴代表的是地震动谱加速度。

需要说明的是，由于地震动采样频率较高，单位像素长度内的地震动时程图像仅能识别个别地震动数据点，从而丢失大部分地震动数据点，因此，数字化解析后获取的第一地震动时程曲线仍存在较大的误差。

步骤120，基于所述第一地震动时程曲线进行数据清理和插值采样处理，获取第二地震动时程曲线。

具体地，所述基于所述第一地震动时程曲线进行数据清理和插值采样处理，获取第二地震动时程曲线，包括：对所述第一地震动时程曲线上的数据点进行数据清理；对数据清理后的数据点按照等预设时间间距进行插值采样，获取第二地震动时程曲线。

对第一地震动时程曲线中的数据点进行数据清理，可以保证地震动时间点从小到大排序且没有重复的时间点，对清理后的地震动数据点按照等时间间距进行插值采样，利用已知的数据点预测补充其他未知的数据点，以获得较为完整的第二地震动时程曲线。

在一个实施例中，可以采用100Hz的采样频率进行等时间间距插值采样。

步骤130，将所述第二地震动时程曲线确定为种子地震动时程曲线(Seed GroundMotion)，将所述第一地震动反应谱曲线确定为目标地震动反应谱曲线。

步骤140，基于所述种子地震动时程曲线和所述目标地震动反应谱曲线进行连续小波变换，获取地震动记录数据。

本发明提供的一种地震动记录数据的获取方法，通过对地震动时程图像和地震动反应谱图像进行数字化解析后，获取第一地震动时程曲线和第一地震动反应谱曲线，并且对第一地震动时程曲线进行数据清理和插值采样处理，获取第二地震动时程曲线，结合第二地震动时程曲线和第一地震动反应谱曲线进行连续小波变换，获取地震动记录数据，与现有技术仅通过数字化解析获取的地震动记录数据相比，本发明获取的地震动记录数据的误差更小，精确度更高，且兼顾了时域特征和频域特征，从而在应用于结构动力响应分析时能够得到更为准确的结果，为开展工程抗震研究提供了更为准确的地震动数据。

如图2所示，为本发明提供的一示例性实施例的地震动记录数据的获取方法中的连续小波变换的过程示意图，具体地，所述基于所述种子地震动时程曲线和所述目标地震动反应谱曲线进行连续小波变换，获取地震动记录数据，包括：

步骤210，对所述种子地震动时程曲线进行连续小波变换，获取第一小波系数。

步骤220，对所述种子地震动时程曲线进行计算，获取种子地震动反应谱曲线。

步骤230，获取所述目标地震动反应谱曲线和种子地震动反应谱曲线的第一比值。

具体地，计算不同周期点的目标地震动反应谱曲线和种子地震动反应谱曲线的比值，即两者之间的误差程度。可以理解，如果第一比值更接近1，则目标地震反应谱曲线和种子地震动反应谱曲线的误差程度较小。

步骤240，对所述第一比值和所述第一小波系数进行相乘计算，获取第二小波系数。

步骤250，对所述第二小波系数进行逆小波变换，获取第三地震动时程曲线。

步骤260，判断所述第三地震动时程曲线是否满足变换停止条件；若满足所述变换停止条件，则执行步骤270；若不满足所述变换停止条件，则执行步骤280。

步骤270，若满足，则基于所述第三地震动时程曲线获取所述地震动记录数据。

步骤280，将所述种子地震动时程曲线更新为所述第三地震动时程曲线，将所述种子地震动反应谱曲线更新为所述第三地震动时程曲线计算得到的第二地震动反应谱曲线，返回执行210。

应该理解的是，本实施例通过多次连续小波变换的迭代，具体设置了变换停止条件，使得获得的地震动记录数据具有更高的准确度。

在一个实施例中，所述变换停止条件包括：获取所述第三地震动时程曲线对应的第二地震动反应谱曲线；所述第二地震动反应谱曲线与所述目标地震动反应谱曲线的误差值小于或者等于预设误差值。

具体地，在每次连续小波变换后，通过判断获取到的第三地震动时程曲线对应的第二地震动反应谱曲线，计算第二地震动反应谱曲线与目标地震动反应谱曲线的误差值是否小于或者等于预设误差值，判断停止连续小波变换。可以理解的是，当误差值小于或者等于预设误差值，所得到的地震动记录数据已具有较高的准确度。

具体地，可以计算第二地震动反应谱曲线与目标地震动反应谱曲线在各周期点的误差值之和，判断是否小于或者等于预设误差值，若是，即满足变换停止条件，停止连续小波变换；否则继续迭代进行连续小波变换。

在另一个实施例中，所述变换停止条件包括：获取所述第三地震动时程曲线对应的第二地震动反应谱曲线；所述第二地震动反应谱曲线与目标地震动反应谱曲线的第二比值在预设比值范围内。

具体地，在每次连续小波变换后，通过判断获取到的第三地震动时程曲线对应的第二地震动反应谱曲线，计算第二地震动反应谱曲线与目标地震动反应谱曲线的第二比值，判断是否在预设比值范围内，若是即满足变换停止条件，停止连续小波变换；否则继续迭代进行连续小波变换，这里的第二比值则为更新后的第一比值。可以理解的是，当第二比值在预设比值范围内，所得到的地震动记录数据已具有较高的准确度。

在另一个实施例中，所述变换停止条件包括：获取所述第三地震动时程曲线对应的变换次数；所述变换次数大于或者等于预设变换次数。

具体地，通过设置最大变换次数来限制进行连续小波变换的次数，可以理解的是，通过最大变换次数的连续小波变换之后，所得到的地震动记录数据已具有较高的准确度。

为了进一步地体现本发明提供的地震动记录数据的获取方法具有较高的准确度，如图3至10所示，图3为原始的地震动时程图像中的原始地震动时程曲线的示意图，图4是采用本发明的地震动记录数据的获取方法所获取的地震动记录数据计算出的地震动时程曲线的示意图，将图3与图4对比可以看出，两个地震动时程曲线相对接近。

图5为现有技术中仅通过数字化解析所获取的地震动记录数据计算出的地震动反应谱曲线与原始的地震动反应谱图像中的原始地震动反应谱曲线的对比示意图，图6则是采用本发明的地震动记录数据的获取方法所获取的地震动记录数据计算出的地震动反应谱曲线与原始的地震动反应谱图像中的原始地震动反应谱曲线的对比示意图。

具体地，采用的是2022年3月16日日本福岛7.7级地震中MYG016台站EW方向的地震动反应谱图像，可以得出，图5中仅通过数字化解析所获取的地震动记录数据计算出的地震动反应谱曲线(虚线图例，数字化地震动反应谱)与原始地震动反应谱曲线(实线图例，原始地震动反应谱)的仍有较大的误差，图6中本发明的地震动记录数据的获取方法所获取的地震动记录数据计算出的地震动反应谱曲线(虚线图例，本发明地震动反应谱)与原始地震动反应谱曲线(实线图例，原始地震动反应谱)基本重合，也就是说，本发明的地震动记录数据的获取方法所获取的地震动记录数据具有较高的准确度。

图7是现有技术中一种典型三层钢筋混凝土框架结构的示意图，具体地，将原始地震动记录数据、采用现有技术中仅通过数字化解析所获取的地震动记录数据以及采用本发明的地震动记录数据的获取方法所获取的地震动记录数据输入到图7所示的6度、7度和8度设防的典型三层钢筋混凝土框架结构中，可以得到三种地震动作用下结构层间位移角对比结果。

根据图8、9、10可以得出，采用本发明的地震动记录数据的获取方法所获取的地震动记录数据的层间位移角(菱形图例)与原始地震动记录数据的层间位移角(三角形图例)的结果相近，误差较小，而采用现有技术中仅通过数字化解析所获取的地震动记录数据的层间位移角(叉形图例)与原始地震动记录数据的层间位移角的误差较大。由此可知，相比于现有技术中仅通过数字化解析所获取的地震动记录数据，采用本发明的地震动记录数据的获取方法所获取的地震动记录数据在应用于结构分析时，能够得到更为准确的分析结果。

下面对本发明提供的地震动记录数据的获取装置进行描述，下文描述的地震动记录数据的获取装置与上文描述的地震动记录数据的获取方法可相互对应参照。

如图11所示，本发明提供一种地震动记录数据的获取装置，包括：

第一获取模块1110，用于对地震动时程图像和地震动反应谱图像进行数字化解析，获取第一地震动时程曲线和第一地震动反应谱曲线。

第二获取模块1120，用于基于所述第一地震动时程曲线进行数据清理和插值采样处理，获取第二地震动时程曲线。

确定模块1130，用于将所述第二地震动时程曲线确定为种子地震动时程曲线，将所述第一地震动反应谱曲线确定为目标地震动反应谱曲线。

第三获取模块1140，用于基于所述种子地震动时程曲线和所述目标地震动反应谱曲线进行连续小波变换，获取地震动记录数据。

图12示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图12所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)1210、通信接口(Communications Interface)1220、存储器(memory)1230和通信总线1240，其中，处理器1210，通信接口1220，存储器1230通过通信总线1240完成相互间的通信。处理器1210可以调用存储器1230中的逻辑指令，以执行地震动记录数据的获取方法，该方法包括：对地震动时程图像和地震动反应谱图像进行数字化解析，获取第一地震动时程曲线和第一地震动反应谱曲线；基于所述第一地震动时程曲线进行数据清理和插值采样处理，获取第二地震动时程曲线；将所述第二地震动时程曲线确定为种子地震动时程曲线，将所述第一地震动反应谱曲线确定为目标地震动反应谱曲线；基于所述种子地震动时程曲线和所述目标地震动反应谱曲线进行连续小波变换，获取地震动记录数据。

此外，上述的存储器1230中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机程序，计算机程序可存储在非暂态计算机可读存储介质上，所述计算机程序被处理器执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的地震动记录数据的获取方法，该方法包括：对地震动时程图像和地震动反应谱图像进行数字化解析，获取第一地震动时程曲线和第一地震动反应谱曲线；基于所述第一地震动时程曲线进行数据清理和插值采样处理，获取第二地震动时程曲线；将所述第二地震动时程曲线确定为种子地震动时程曲线，将所述第一地震动反应谱曲线确定为目标地震动反应谱曲线；基于所述种子地震动时程曲线和所述目标地震动反应谱曲线进行连续小波变换，获取地震动记录数据。

又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各方法提供的地震动记录数据的获取方法，该方法包括：对地震动时程图像和地震动反应谱图像进行数字化解析，获取第一地震动时程曲线和第一地震动反应谱曲线；基于所述第一地震动时程曲线进行数据清理和插值采样处理，获取第二地震动时程曲线；将所述第二地震动时程曲线确定为种子地震动时程曲线，将所述第一地震动反应谱曲线确定为目标地震动反应谱曲线；基于所述种子地震动时程曲线和所述目标地震动反应谱曲线进行连续小波变换，获取地震动记录数据。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。