CN113312742B - 环形空间网格数据结构及其构建和检索方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有环形空间网格的数据结构，具有若干长轴和短轴按函数递增且交点重合的椭圆形成的若干环形空间网格；每个所述环形空间网格具有已知震级与地震分区的任一地震事件的任一地震参数的一个地震参数值；所述地震动参数值对应所述椭圆的长轴Ra和短轴Rb。本发明针对地震衰减及影响场分布特征，提供一种环状空间网格的构建及快速检索的设计方法及装置。既提高数据精度，又极大幅度减小存储空间，解决中长期地震损失评估等功能的需要。

Description

环形空间网格数据结构及其构建和检索方法及装置

技术领域

本发明属于地震巨灾模型领域，特别涉及环形空间网格数据结构 及其构建和检索方法及装置。

背景技术

在地震巨灾模型中，为了评估中长期地震造成的损失情况，往往需要 模拟上千万个地震事件集。根据其地震强度不同地震影响场范围从几 千公里到几万平方公里不等，其中大地震造成的影响范围甚至超过十 万平方公里。为分析地震事件所造成的破坏和损失，往往需要计算地 震的影响场。传统的等面积(或等经纬度)地震影响场网格需要占用 巨大的存储空间，以模拟一百万年为例则需要占用TB级的空间，而且 地震影响场成指数型衰减，接近震中的误差较大，而距离震中远的网 格数据数值非常接近，浪费存储空间。

发明内容

为了解决这些技术问题，以下技术方案记载了解决这些问题的涉 及的方法或装置，但这些技术方案不能被理解为对本发明的限制。

首先涉及一种具有环形空间网格的数据结构，具有若干长轴和短 轴按函数递增且交点重合的椭圆形成的若干环形空间网格；每个所述 环形空间网格具有已知震级与地震分区的任一地震事件的任一地震参 数的一个地震参数值；所述地震动参数值对应所述椭圆的长轴Ra和短轴Rb，按照式1和式2所示的所述函数计算：

lgY_l＝A+BM+Clg(R_a+De^EM) 式1

lgY_s＝A′+B′M+C′lg(Rb+D′e^E′M) 式2

其中，Y_l为长轴上地震动参数，Y_S为短轴上的地震动参数，M为 震级；A、A′、B、B′、C、C′、D、D′、E、E′均为回归系数。

其次涉及一种环形空间网格的数据结构构建方法，所述方法包括 如下步骤：

根据确定的网格精度来获取已知震级与地震分区的任一地震事件 的任一地震参数的所有参数值；

根据式1和式2计算所述参数集中的所有参数值对应的长轴Ra和 短轴Rb，若干所述长轴Ra和短轴Rb确定的椭圆即组成了该地震事件 的环形空间网格的数据结构，

lgY_l＝A+BM+Clg(R_a+De^EM) 式1

lgY_s＝A′+B′M+C′lg(R_b+D′e^E′M) 式2

其中，Y_l为长轴上地震动参数，Y_S为短轴上的地震动参数，M为震 级；A、A′、B、B′、C、C′、D、D′、E、E′均为回归系数。

进一步的，本发明的所述方法还包括如下步骤：

将同一地震事件的其他逐地震动参数计算出的Ra_i与Rb_i按位存储 到二进制文件中。

进一步的，所述方法还包括如下步骤：

计算所有其他地震事件的环形空间网格，并建立事件、环形网格 的映射，作为检索的索引。

进一步的：所述方法还包括如下步骤：

将所述其他地震事件的环形空间网格顺序存储到二进制文件中。

本发明还涉及一种基于地震动衰减椭圆模型的环形空间网格的构 建方法，所述方法包括如下步骤：

获得地震位置、震级大小；术语“地震位置”在一些实施例中是指“地震震中位置”， 即“震中”，进一步的，地震波发源的地方，叫作震源，震源在地面上的垂直投影，叫作震中， 计算机系统中为方便计算常用经纬度(Longtitude、Latitude)或横纵坐标(x、y)表示震中 的位置。术语“地震分区”，在一些实施例中是指“地震衰减关系分区”，地震动的衰减特征存 在区域性差异，因此大多数地震动衰减关系均只适合于特定的地区。比如，中国地震区划图 编制时，将全国分为青藏区、新疆区、东部强震区、中强地震区。

获取地震动参数及网格精度；

获取地震分区、短轴长轴方程的回归系数；

依据式1和式2计算所有地震动参数的Ra与Rb，

lgY_l＝A+BM+Clg(R_a+De^EM) 式1

lgY_s＝A′+B′M+C′lg(R_b+D′e^E′M) 式2

其中，Y_l为长轴上地震动参数，Y_S为短轴上的地震动参数，M为震 级；A、A′、B、B′、C、C′、D、D′、E、E′均为回归系数；

获取二进制文件开始位置；

将震动参数计算出的Ra_i与Rb_i按位存储到二进制文件中；

返回该二进制文件的结束位置。

本发明也涉及一种基于上述任一权利要求所述的环形空间网格的 检索方法，所述方法用于根据已知被查询点的位置，查询出某个地震 对该位置的地震动参数，所述方法包括如下步骤：

根据地震断层走向角度与被查询点位置计算出R、x、y；具体包括如下步骤：

1)将被查询点位置与震中连接成直线，获得该直线与地震断层走向的夹角θ

2)根据公式x＝Rcosθ；y＝Rsinθ，计算出x与y；其中，x和y分别表示被查询位置在 坐标系中的横坐标和纵坐标，以地震的断层走向为横坐标，断层走向垂直方向为纵坐标形 成所述坐标系。

根据地震分区与地震震级，确定长轴、短轴的相关回归参数，根 据Y＝F(R)并分别计算出Y_l与Y_S；

根据Y_l与Y_S找出需要检索的范围：

根据i_start与i_end，从二进制文件中读取offset∈[start_j+i_start*2,start_j+ iend*2+1的所有Ra和Rb；

计算出最小的Ra和Rb所在offset，因而得出其对应的地震 动参数step*(offset/2+1)。

本发明也涉及一种基于上述任一权利要求所述的环形空间网格的 装置，所述装置存储有环形空间网格的数据结构。

本发明也涉及一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机 程序被处理器执行时实现权利要求2-7所述方法的步骤。

本发明的有益效果在于，本发明针对地震衰减及影响场分布特征，提 供一种环状空间网格的构建及快速检索的设计方法及装置。既提高数 据精度，又极大幅度减小存储空间，解决中长期地震损失评估等功能 的需要。

附图说明

图1传统的地震影响场网格示意图；

图2实施例的地震的环形网格逻辑示意图；

图3Ra_i与Rb_i按位存储到二进制文件的示意图；

图4所有地震事件的环形网格及建立事件、环形网格的映射示意 图；

图5将所有的环形网格顺序存储到二进制文件中的示意图；

图6实施例的环形空间网格的构建流程图；

图7环形空间网格存储空间对比示意图；

图8根据地震断层走向角度与被查询点位置计算出R、x、y的示 意图；

具体实施方式

以下的一些实施方式用于理解本发明的诸多细节，然而，其仍然 不能被理解为对本发明保护范围的具体限定。

参见图1所示的传统的等面积(或等经纬度)地震影响场网格示 意图，震中区域的误差很大，而外周区域由于地震动参数值差异极小 浪费了存储。

环形空间网格的构建

1.根据地震动衰减椭圆模型(详见GB 18306-2015)，对于已知分 区和震级的地震，可知长轴、短轴上地震动参数与距离的关系为：

lgY_l＝A+BM+Clg(R+De^EM)

lgY_s＝A′+B′M+C′lg(R+D′e^E′M)

Y为地震动参数(Y_l为长轴上地震动参数，Y_S为短轴上的地震动参 数)，R为震中距，M为震级。对于已知震级与地震所在分区，长轴和短轴对应A、B、C、D、E为已知的回归系数。因此便得到一个关于Y 与R的关系F:

Y＝F(R)

因此可得知推导出：

R＝F^-1(Y)

即：

2.根据实际项目需要，确定精度与地震动参数，以0.1m/s²为精度 (step)的地震动峰值加速度(PGA)为例，可根据R＝F^-1(Y)计算出所 有参数对应的长轴Ra和短轴Rb，即组成了该地震的环形网格，参见图 2所示

3.将逐个地震动参数计算出的Ra_i与Rb_i按位存储到二进制文件中。 offset＝i*2，参见图3所示。

4.计算所有地震事件的环形网格，并建立事件、环形网格的映射， 作为检索的索引，参见图4所示。

5.将所有的环形网格顺序存储到二进制文件中，参见图5所示。

参见图6所示，示意了一个具体的实施例的环形空间网格的构建流 程。

环形空间网格存储空间对比

以下是中强地震区单次事件，采用环形空间网格(step为0.1m/s²， 地震动参数为PGA)与传统公里网格(空间网格大小为1km*1km)所占 空间与误差的对比。占用存储空间节约160-658倍，而且精度提高了 10倍以上，如下表及图7所示。

环形空间网格的检索

当已知被查询点的位置时，可根据以下步骤快速查询出某个地震 对该位置的地震动参数。

1.根据地震断层走向角度与被查询点位置计算出R、x、y，参见图 8所示。

2.根据地震分区与地震震级，确定长轴、短轴的相关回归参数， 根据Y＝F(R)并分别计算出Y_l与Y_S。

3.根据Y_l与Y_S找出需要检索的范围：上述 例子中，以R为40举例，则Y_l与Y_S分别为0.58与0.42，那么i_start与i_end分 别为4与6，参见下表。

4.根据i_start与i_end，从二进制文件中读取offset∈[start_j+i_start* 2,startj+iend*2+1的所有Ra和Rb。

5.并计算出最小的Ra和Rb所在offset，因而得出其对 应的地震动参数step*(offset/2+1)。

本说明书中描述的主题的实施方式和功能性操作可以在以下中实 施：数字电子电路，有形实施的计算机软件或者固件，计算机硬件，包 括本说明书中公开的结构及其结构等同体，或者上述中的一者以上的组 合。本说明书中描述的主题的实施方式可以被实施为一个或多个计算机 程序，即，一个或多个有形非暂时性程序载体上编码的计算机程序指令的一个或多个模块，用以被数据处理设备执行或者控制数据处理设备的 操作。

作为替代或者附加，程序指令可以被编码在人工生成的传播信号上， 例如，机器生成的电信号、光信号或者电磁信号，上述信号被生成为编 码信息以传递到用数据处理设备执行的适当的接收器设备。计算机存储 介质可以是机器可读存储装置、机器可读的存储基片、随机或者串行存 取存储器装置或者上述装置中的一种或多种的组合。

术语“数据处理设备”包含所有种类的用于处理数据的设备、装 置以及机器，作为实例，包括可编程处理器、计算机或者多重处理器或 者多重计算机。设备可以包括专用逻辑电路，例如，FPGA(现场可编程 门阵列)或者ASIC(专用集成电路)。设备除了包括硬件之外，还可以包 括创建相关计算机程序的执行环境的代码，例如构成处理器固件、协议栈、数据库管理系统、操作系统或者它们中的一种或多种的组合代码。

计算机程序(还可以被称为或者描述为程序、软件、软件应用、模 块、软件模块、脚本或者代码)可以以任意形式的编程语言而被写出， 包括编译语言或者解释语言或者声明性语言或过程式语言，并且计算机程序可以以任意形式展开，包括作为独立程序或者作为模块、组件、子 程序或者适于在计算环境中使用的其他单元。计算机程序可以但不必须 对应于文件系统中的文件。程序可以被存储在保存其他程序或者数据的 文件的一部分中，例如，存储在如下中的一个或多个脚本：在标记语言 文档中；在专用于相关程序的单个文件中；或者在多个协同文件中，例 如，存储一个或多个模块、子程序或者代码部分的文件。计算机程序可以被展开为执行在一个计算机或者多个计算机上，所述计算机位于一处， 或者分布至多个场所并且通过通信网络而互相连接。

在本说明书中描述的处理和逻辑流程可以由一个或多个可编程计 算机执行，该计算机通过运算输入数据并且生成输出而执行一个或多个 的计算机程序，以运行函数。处理和逻辑流程还可以由专用逻辑电路， 例如，FPGA(可现场编程门阵列)或者ASIC(专用集成电路)执行，并且设备也可以被实施为专用逻辑电路。

适于实行计算机程序的计算机包括并且示例性地可以基于通用微 处理器或者专用微处理器或者上述处理器两者，或者任意其他种类的中 央处理单元。通常地，中央处理单元将接收来自只读存储器或者随机存 取存储器或者这两者的指令和数据。计算机的主要元件是用于运行或者 执行指令的中央处理单元以及用于存储指令和数据的一个或多个存储器装置。通常地，计算机还将包括或者是可操作性地耦合，以从用于存 储数据的一个或多个大容量存储装置接收数据或者传递数据到大容量 存储装置，或者接收和传递两者，该大容量存储器例如为磁盘、磁光盘 或者光盘。然而，计算机不必须具有这样的装置。此外，计算机可以被 嵌入到另一装置中，例如，移动电话、个人数字助理(PDA)、移动音频或者视频播放器、游戏主控台、全球定位系统(GPS)接收器或者可移动 存储设备，例如，通用串行总线(USB)闪存盘等。

适于存储计算机程序指令和数据的计算机可读介质包括所有形式 的非易失存储器、介质和存储器装置，作为实例，包括：半导体存储器 装置，例如，EPROM、EEPROM和闪速存储器装置；磁盘，例如，内置硬盘或者可移动磁盘；磁光盘；CD-ROM和DVD-ROM盘。处理器和存储器可 以补充以或者并入至专用逻辑电路。

为了发送与用户的交互，本说明书中描述的主题的实施方式可以被 实施在计算机上，该计算机具有：显示装置，例如，CRT(阴极射线管) 或者LCD(液晶显示器)监控器，用于向用户显示信息；以及键盘和例如 鼠标或者追踪球这样的定位装置，用户利用它们可以将输入发送到计算 机。其他种类的装置也可以用于发送与用户的交互；例如，提供给用户的反馈可以是任意形式的传感反馈，例如，视觉反馈、听觉反馈或者触觉反馈；以及来自用户的输入可以以任意形式接收到，包括声响输入、 语音输入或者触觉输入。另外，计算机可以通过将文档发送至由用户使 用的装置并且接收来自该装置的文档而与用户交互；例如，通过响应于 接收到的来自网络浏览器的请求，而将网页发送到用户的客户端装置上 的网络浏览器。

本说明书中描述的主题的实施方式可以在计算系统中实施，该计算 系统包括例如数据服务器这样的后端组件，或者包括例如应用服务器这 样的中间组件，或者包括例如客户端计算机这样的前端组件，该客户端 计算机具有图形用户界面或者网络浏览器，用户可以通过图形用户界面 或者网络浏览器而与本说明书中描述的主题的实施进行交互，或者该计算机系统包括一个或多个这种后端组件、中间组件或者前端组件的任 意组合。系统中的组件可以通过例如通信网络的任意形式或介质的数字 数据通信而互相连接。通信网络的实例包括局域网络(“LAN”)和广域 网络(“WAN”)，例如，因特网。__计算系统可以包括客户端和服务器。 客户端和服务器通常彼此远离，并且通常通过通信网络而交互。客户端与服务器之间的关系利用在各自的计算机上运行并且具有彼此之间的 客户端-服务器关系的计算机程序而产生。

虽然本说明书包含很多具体的实施细节，但是这些不应当被解释为 对任何发明的范围或者对可以要求保护的内容的范围的限制，而是作为 可以使特定发明的特定实施方式具体化的特征的说明。在独立的实施方 式的语境中的本说明书中描述的特定特征还可以与单个实施方式组合 地实施。相反地，在单个实施方式的语境中描述的各种特征还可以独立地在多个实施方式中实施，或者在任何合适的子组合中实施。此外，虽 然以上可以将特征描述为组合作用并且甚至最初这样要求，但是来自要 求的组合的一个或多个特征在一些情况下可以从该组合去掉，并且要求 的组合可以转向子组合或者子组合的变形。

相似地，虽然以特定顺序在附图中描述了操作，但是不应当理解为： 为了实现期望的结果，要求这样的操作以示出的特定顺序或者以顺序次 序而执行，或者所有图示的操作都被执行。在特定情况下，多任务处理 和并行处理可以是有利的。此外，上述实施方式中的各种系统模块和组 件的分离不应当理解为在所有实施方式中要求这样的分离，并且应当理解程序组件和系统可以通常被一体化在单个软件产品中或者打包至多 个软件产品中。

已经描述了主题的特定实施方式。其他实施方式在以下权利要求的 范围内。例如，在权利要求中记载的活动可以以不同的顺序执行并且仍 旧实现期望的结果。作为一个实例，为了实现期望的结果，附图中描述 的处理不必须要求示出的特定顺序或者顺序次序。在特定实现中，多任 务处理和并行处理可以是有优势的。

Claims (7)

1.一种环形空间网格的数据结构构建方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：

根据确定的网格精度来获取已知震级与地震分区的任一地震事件的任一地震参数的所有参数值；

根据式1、式2和式3计算参数集中的所有参数值对应的长轴Ra和短轴Rb，若干所述长轴Ra和短轴Rb确定的椭圆即组成了该地震事件的环形空间网格的数据结构，

lgY_l＝A+BM+C lg(R+De^EM) 式1

lgY_s＝A′+B′M+C′lg(R+D′e^E′M) 式2

其中，Y_l为长轴上地震动参数，Y_S为短轴上的地震动参数，R为震中距，M为震级；A、A′、B、B′、C、C′、D、D′、E、E′均为回归系数。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述方法还包括如下步骤：

将同一地震事件的其他逐地震动参数计算出的Ra_i与Rb_i按位存储到二进制文件中。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：所述方法还包括如下步骤：

计算所有其他地震事件的环形空间网格，并建立事件、环形网格的映射，作为检索的索引。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于：所述方法还包括如下步骤：

将所述其他地震事件的环形空间网格顺序存储到二进制文件中。

5.一种基于地震动衰减椭圆模型的环形空间网格的构建方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：

获得地震位置、震级大小；

获取地震动参数及网格精度；

获取地震分区、短轴长轴方程的回归系数；

依据式1、式2和式3计算所有地震动参数值对应所述椭圆的长轴Ra与短轴Rb，

lgY_l＝A+BM+C lg(R+De^EM) 式1

lgY_s＝A′+B′M+C′lg(R+D′e^E′M) 式2

其中，Y_l为长轴上地震动参数，Y_S为短轴上的地震动参数，R为震中距，M为震级；A、A′、B、B′、C、C′、D、D′、E、E′均为回归系数；

获取二进制文件开始位置；

将震动参数计算出的Ra_i与Rb_i按位存储到二进制文件中；

返回该二进制文件的结束位置。

6.一种基于上述任一权利要求所述的环形空间网格的检索方法，其特征在于：所述方法用于根据已知被查询点的位置，查询出某个地震对该位置的地震动参数，所述方法包括如下步骤：

根据地震断层走向角度与被查询点位置计算出R、x、y，其中，x和y分别表示被查询位置在坐标系中的横坐标和纵坐标、R为震中距；

根据地震分区与地震震级，确定长轴、短轴的相关回归参数，根据Y＝F(R)并分别计算出Y_l与Y_S；

根据Y_l与Y_S找出需要检索的范围：其中，step表示精度；

根据i_start与i_end，从二进制文件中读取offset∈[start_j+i_start*2,start_j+i_end*2+1]的所有地震动参数值对应椭圆的长轴Ra和短轴Rb；start_j表示地震事件集中的第j个事件的环形网格在二进制数据中的起始位置；

计算出最小的Ra和Rb所在offset，因而得出其对应的地震动参数step*(offset/2+1)。

7.一种基于上述任一权利要求所述的环形空间网格的装置，其特征在于：所述装置包括至少一个处理器；以及存储器，其存储有指令，当通过至少一个处理器来执行该指令时，实施按照权利要求1-6任一项所述的方法的步骤。