KR20190080712A - Methods for differentiation of earthquake signal and prediction of earthquake intensity using randomly generated artificial seismic training data for an arbitrary zone - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 임의 지진구역 대상 무작위 생성 지진학습데이터를 이용한 지진여부판별 방법 및 이에 의한 진도예측 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 과거 지진데이터가 부족한 지역에 대해 인공신경망 학습을 통해 구조물의 응답, 진도 등의 지진의 파급력을 예측할 수 있는 임의 지진구역 대상 무작위 생성 지진학습데이터를 이용한 지진여부판별 방법 및 이에 의한 진도예측 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an earthquake discrimination method using randomly generated seismic learning data for an arbitrary seismic zone and a system for predicting the earthquake using the seismic learning data. More particularly, the present invention relates to an artificial neural network The present invention relates to an earthquake discrimination method using randomly generated seismic learning data for an arbitrary seismic zone object capable of predicting the earthquake power of an earthquake,
일반적으로 구조물의 지진피해를 최소화하기 위한 선제적 예방 조치로서 주요 구조물에 대한 내진설계가 적용되고 있다.In general, seismic design for major structures is being applied as a preemptive preventive measure to minimize earthquake damage of structures.
그러나 중규모 이상의 지진이 발생될 경우에 지진의 특성상 지진 발생 인근 지역에서의 안전기준을 초과하는 지반진동 발생에 의해 지진피해가 발생될 수 있다.However, earthquake damage may occur due to the occurrence of ground vibration exceeding the safety standard in the vicinity of the earthquake due to the nature of the earthquake.
한편, 지진 피해 발생 시 신속한 복구를 위해 구조물의 지진피해 정도의 정량적인 추정 및 피해 정도에 따른 적절한 후속 조치가 수행해야 한다.On the other hand, in order to recover quickly in case of earthquake damage, appropriate follow-up measures should be performed according to the quantitative estimation of the earthquake damage of the structure and degree of damage.
그러나 우리나라에는 중규모 이상의 지진 데이터에 대한 실측 자료가 많지 않기 때문에, 실제로 중규모 이상의 지진발생 시에 구조물의 지진피해 정도를 정량적으로 추정할 수 있는 모델 및 방법론이 미흡한 실정이다.However, there is not much model and methodology for quantitatively estimating the extent of earthquake damage of structures in case of mid - scale earthquake.
구조물의 지진피해 정도와 관련하여 일반적으로 알려진 방법은, 대규모 지진만을 상정하여 경험적이거나 실험적, 혹은 해석적인 방법으로 도출한 구조물의 지진 취약도 곡선을 이용하여 지반운동 크기별 지진피해(손상) 정도를 확률적으로 추정하는 방법이다.Generally known methods for earthquake damages of structures are earthquake damage (damage) magnitude by ground motion size using the seismic vulnerability curve of structures derived from empirical, experimental, or analytical methods assuming only large earthquakes It is a method of estimation.
그러나 이 방법은 대규모 지진만을 상정하여 지진 피해 정도를 추정하기 때문에 중소 규모 지진이 예상되는 지역에서는 지진 피해 정도를 과대평가할 수 있는 문제점이 있다.However, this method estimates the magnitude of earthquake damage by assuming only large - scale earthquakes. Therefore, there is a problem that the magnitude of the earthquake damage can be overestimated in a region where a small - scale earthquake is expected.
또한, 종래에는 대부분 제한적인 과거 지진 데이터를 기반으로 인공 신경망 기법을 활용하여 지역별 구조물에 대한 지진 피해를 예측하고 있으나, 과거 지진 데이터가 부족한 지역의 경우에 구조물의 지진 영향을 정확히 분석할 수 없어 해당 지역에 대한 지진 경보의 정확도와 신뢰도가 떨어질 수밖에 없는 문제점이 있다.In addition, in the past, earthquake damage to local structures was predicted by using artificial neural network technique based on past earthquake data, which is mostly limited. However, in the case of a region where there is insufficient earthquake data in the past, There is a problem that the accuracy and reliability of the earthquake warning for the area are inevitably lowered.
이에 본 출원인은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결할 수 있는 새로운 방식의 인공신경망 기법을 이용한 지진 정보 예측 방법을 창안하게 되었다.The applicant of the present invention has developed a method of predicting seismic information using a new artificial neural network technique which can solve the problems of the related art as described above.
본 발명은 지역별 과거 지진 데이터를 이용하여 P파 지진 진동과 일반 진동의 학습 데이터를 무작위로 생성하고, 학습 데이터를 인공신경망의 입력 데이터로 활용하여 지진 판별, S파의 특성, 구조물의 응답 레벨의 진도 산정 및 지진 피해 규모를 예측할 수 있는 임의 지진구역 대상 무작위 생성 지진학습데이터를 이용한 지진여부판별 방법 및 이에 의한 진도예측 시스템을 제공한다.The present invention randomly generates learning data of P-wave earthquake vibration and general vibration using past earthquake data by region and uses learning data as input data of artificial neural network to determine seismic discrimination, characteristics of S wave, Provided is a method for judging whether or not an earthquake has occurred using randomly generated earthquake learning data and a system for predicting the earthquake damage.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 임의 지진구역 대상 무작위 생성 지진학습데이터를 이용한 지진여부판별 방법은, 대상 지역의 지진파를 이용하여 지진 판별 및 진도를 예측하는 진도예측 시스템에 의해 수행하는 인공신경망 기법을 이용한 지진여부판별 방법에 있어서, 대상 지역의 과거 지진 데이터를 수집하고, 상기 수집된 과거 지진 데이터에서 지진파 특성 데이터를 도출하는 단계; 상기 도출된 지진파 특성 데이터를 반영하여 상기 대상 지역에 대한 일반 진동 및 지진 진동의 학습 데이터를 무작위로 생성하는 의사진동 확률 모델을 수행하는 단계; 상기 의사진동 확률 모델을 통해 생성된 학습 데이터를 인공 신경망 학습에 제공하는 단계; 실제 P파가 감지되면, 상기 감지된 P파를 상기 인공 신경망에 입력하여 지진 여부를 판별하는 단계; 및 상기 인공 신경망 기법을 통해 구조물 응답 추정을 위해 인공 S파를 생성하고, 상기 생성된 인공 S파를 이용하여 구조물의 피해 규모를 예측하여 지진 경보를 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The earthquake discrimination method using randomly generated earthquake learning data for an arbitrary earthquake zone object according to a preferred embodiment of the present invention includes an artificial neural network technique performed by an earthquake discrimination and an earthquake prediction system for predicting the earthquake using a seismic wave of a target area The method comprising: collecting past earthquake data of a target area and deriving seismic characteristic data from the collected past earthquake data; Performing a pseudo vibration probability model for randomly generating learning data of general vibration and seismic vibration for the target area by reflecting the derived seismic characteristic data; Providing learning data generated through the pseudo-vibration probability model to artificial neural network learning; Inputting the detected P wave into the artificial neural network to determine whether or not an earthquake has occurred; And generating an artificial S wave for estimating a structure response through the artificial neural network technique and estimating a damage scale of the structure using the artificial S wave to provide an earthquake warning.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 지진파의 특성 데이터는 P파에 대한 실효치(), 에너지 분포(), 초기 지진파 증폭 특성, 지진 성분 대표 진폭비를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to another embodiment of the present invention, the characteristic data of the seismic wave includes an effective value for the P wave ), Energy distribution ( ), An initial seismic amplification characteristic, and an earthquake component representative amplitude ratio.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 의사진동(Pseudo Earthquake) 확률 모델은 P파의 에너지 분포, 실효치, 진폭증가비, 진폭비를 입력 데이터로 사용하고, Norm, Max, Min을 포함한 대표값을 이용한 입력 데이터의 정규화와 주성분 분석을 통해 차원 축소 과정을 거쳐 일반 진동과 지진 진동의 학습 데이터를 생성하는 것을 특징으로 한다.According to another embodiment of the present invention, the pseudo earthquake probability model uses the energy distribution, the effective value, the amplitude increase ratio, and the amplitude ratio of the P wave as input data and uses representative values including Norm, Max and Min And the learning data of the general vibration and the earthquake vibration is generated through the dimension reduction process through the normalization of the input data and the principal component analysis.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 의사진동 확률 모델은, 상기 과거 지진 데이터에서 주파수별 에너지 강도 변환 계수(Ra , Rbk)를 무작위로 설정하고, 상기 설정된 Ra, Rbk를 이용하여 지진파 특성 데이터가 반영된 실효치()와 주파수 에너지 분포()를 가지는 지진진동의 학습 데이터를 생성하는 것을 특징으로 한다.According to another embodiment of the present invention, the pseudo-vibration probability model randomly sets frequency-dependent energy intensity conversion coefficients (Ra, Rbk) in the past seismic data, and uses the set Ra and Rbk to calculate seismic- Reflected RMS value ) And the frequency energy distribution ( And generating the learning data of the seismic vibrations.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 의사진동 확률 모델은, 초기 지진파의 증폭 특성을 반영하기 위해 초기 지진파의 증폭비를 무작위로 조정하는 삼각형 윈도우 함수를 적용하여 학습 데이터를 생성하는 것을 특징으로 한다.According to another embodiment of the present invention, the pseudo-vibration probability model is characterized in that learning data is generated by applying a triangular window function for randomly adjusting an amplification ratio of an initial seismic wave to reflect an amplification characteristic of an initial seismic wave .
또한, 수평 및 수직 성분의 대표 진폭비를 고려하여 학습 데이터를 생성하는 것을 특징으로 한다.Further, the learning data is generated in consideration of the representative amplitude ratio of the horizontal and vertical components.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 의사진동 확률 모델은, 상기 과거 지진 데이터를 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform, FFT)을 통해 주파수 영역의 제1 지진샘플값을 출력하는 단계; 상기 제1 지진샘플값에 상기 과거 지진 데이터의 확률 통계 특성으로 범위(l1, l2)가 설정된 무작위 Ra, Rbk를 설정한 후 주 파수 에너지 분포 변환을 수행하여 제2 지진샘플값을 출력하는 단계; 및 상기 제2 지진샘플값을 역 FFT에 의해 주파수 영역에서 시간 영역으로 변환하여 지진 진동의 학습 데이터를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to another embodiment of the present invention, the pseudo vibration probability model may include: outputting a first earthquake sample value in the frequency domain through Fast Fourier Transform (FFT) of the past earthquake data; Setting a random Ra and Rbk having a range (l1, l2) as a probability statistic characteristic of the past earthquake data to the first earthquake sample value, and then performing a frequency-to-frequency energy distribution conversion to output a second earthquake sample value; And converting the second seismic sample value into a time domain in the frequency domain by an inverse FFT to generate learning data of the seismic vibration.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 의사진동 확률 모델은, 상기 과거 지진 데이터에서 주파수별 에너지 강도 변환 계수(Ra, Rbk)를 무작위로 설정하고, 상기 설정된 Ra, Rbk를 이용하여 지진파 특성 데이터가 반영된 실효치()와 주파수 에너지 분포()를 가지는 일반진동의 학습 데이터를 생성하는 것을 특징으로 한다.According to another embodiment of the present invention, the pseudo-vibration probability model randomly sets frequency-dependent energy intensity conversion coefficients (Ra, Rbk) in the past seismic data, and uses the set Ra and Rbk to calculate seismic- Reflected RMS value ) And the frequency energy distribution ( And generating the learning data of the general vibration having the normal vibration.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 의사진동 확률 모델은, 상기 과거 지진 데이터를 시간 영역 무작위 스케일링 및 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform, FFT)을 통해 주파수 영역의 제2 일반샘플값을 출력하는 단계; 상기 제1 일반샘플값에 상기 과거 지진 데이터의 확률 통계 특성에서 벗어난 범위(l1, l2)로 설정된 무작위 Ra, Rbk를 설정한 후 주파수 에너지 분포 변환을 수행하여 제2 일반샘플값을 출력하는 단계; 및 상기 제2 일반샘플값을 역 FFT에 의해 주파수 영역 에서 시간 영역으로 변환하여 일반 진동의 학습 데이터를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to another embodiment of the present invention, the pseudo vibration probability model may include a step of outputting a second general sample value in the frequency domain through time domain random scaling and Fast Fourier Transform (FFT) ; Setting a random Ra, Rbk set to a range (l1, l2) deviating from a probability statistic characteristic of the past seismic data to the first general sample value, and then performing a frequency energy distribution conversion to output a second general sample value; And converting the second normal sample value into a time domain in the frequency domain by inverse FFT to generate learning data of the general oscillation.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 의사진동 확률 모델을 통해 생성된 학습 데이터를 인공 신경망 학습에 제공하는 단계는, 인공 신경망에 P파를 이용한 지진 진동 및 일반 진동의 학습 데이터가 입력되면 차원 축소 과정을 거쳐 지진 판별 인공 신경망 가중치()를 계산하여 P파를 이용한 지진 판별 인공 신경망을 생성하는 단계; 및 P파의 학습 데이터를 이용하여 에너지 강도 및 분포에 대한 주파수 특성을 이용하여 S파의 주파수 특성을 인공 신경망으로 추정하여 S파 생성 인자 도출 인공 신경망을 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to another embodiment of the present invention, the step of providing the learning data generated through the pseudo-vibration probability model to the artificial neural network learning includes a step of, when the learning data of the earthquake vibration and the general vibration using the P- Earthquake discrimination artificial neural network weighting ) To generate an earthquake discrimination artificial neural network using the P wave; And generating S-wave generating factor-derived artificial neural network by estimating the frequency characteristic of the S-wave using the artificial neural network using the frequency characteristics of the energy intensity and the distribution using the learning data of the P-wave.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 P파를 이용한 지진 판별 인공 신경망의 출력값은 하기 수학 식 1로 나타나고, 상기 수학식 1에서 , 이며, 의 정규화 실시, 입력-출력 데이터 집합에 의한 가중치()를 계산하는 것을 특징으로 한다.According to another embodiment of the present invention, the output value of the earthquake discrimination artificial neural network using the P wave is expressed by the following Equation 1, , Lt; , Weighting by input-output data set ( ) Is calculated.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 S파 생성 인자 도출 인공 신경망의 출력값은 하기 수학식 2로 나타내고, 상기 수학식 2에서, R'a, R'bk는 S파 주파수별 강도 변환계수이고, Es는 S파 주파수별 에너지 분포이며,, 이고, 의 정규화 실시 및 입력-출력 데이터 집합에 의한 가중치()를 계산하는 것을 특징으로 한다.According to another embodiment of the present invention, the output value of the S-wave generating factor artificial neural network is represented by the following equation (2), where R'a and R'bk are intensity conversion coefficients by S- Es is the energy distribution by S-wave frequency, , ego, And weighting by the input-output data set ( ) Is calculated.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 인공 신경망 기법을 통해 구조물 응답 추정을 위해 인공 S파를 생성하고, 상기 생성된 인공 S파를 이용하여 구조물의 피해 규모를 예측하여 지진 경보를 제공하는 단계는, 수학식 3을 이용하여 인공 S파를 생성하는 것을 특징으로 한다.According to another embodiment of the present invention, the step of generating an artificial S wave for estimating the structure response through the artificial neural network technique and estimating the damage scale of the structure using the artificial S wave to provide an earthquake alert , And an artificial S wave is generated using Equation (3).
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 인공 신경망 기법을 통해 구조물 응답 추정을 위해 인공 S파를 생성하고, 상기 생성된 인공 S파를 이용하여 구조물의 피해 규모를 예측하여 지진 경보를 제공하는 단계는, 상기 인공 S파를 이용하여 비선형 구조물 해석을 통해 최대 변위 및 층간 변위를 도출하고, 상기 도출된 최대 변위 및 층간 변위를 통해 경보 레벨을 설정하여 지진 경보를 발생하는 것을 특징으로 한다.According to another embodiment of the present invention, the step of generating an artificial S wave for estimating the structure response through the artificial neural network technique and estimating the damage scale of the structure using the artificial S wave to provide an earthquake alert , A maximum displacement and an inter-story displacement are derived by analyzing a non-linear structure using the artificial S wave, and an alarm level is set through the derived maximum displacement and inter-story displacement to generate an earthquake warning.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 인공 신경망 기법을 통해 구조물 응답 추정을 위해 인공 S파를 생성하고, 상기 생성된 인공 S파를 이용하여 구조물의 피해 규모를 예측하여 지진 경보를 제공하는 단계는, 상기 일반 진동 및 지진 진동의 학습 데이터를 이용하여 사전에 구조물의 비선형 해석을 수행하여 구조물 응답 학습 데이터를 생성하는 단계; 및 상기 인공 S파의 주파수 특성을 이용하여 최대 변위 및 층간 변위를 도출하고, 상기 도출된 최대 변위 및 층간 변위를 통해 경보 레벨을 설정하여 지진 경보를 발생하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to another embodiment of the present invention, the step of generating an artificial S wave for estimating the structure response through the artificial neural network technique and estimating the damage scale of the structure using the artificial S wave to provide an earthquake alert Generating structural response learning data by performing nonlinear analysis of a structure in advance using learning data of the general vibration and seismic vibration; And deriving a maximum displacement and an inter-story displacement using the frequency characteristics of the artificial S-wave and setting an alarm level through the derived maximum displacement and inter-story displacement to generate an earthquake warning.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 지진 경보가 제공이 완료된 P파와 S파의 최종 계측된 지진 데이터를 이용해 최대 가속도와 진도 정보를 산출하여 데이터베이스에 저장하고, 최종 계측된 지진 데이터를 이용하여 인공신경망에 재학습하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.According to another embodiment of the present invention, the maximum acceleration and the progress information are calculated using the last measured seismic data of the P wave and the S wave having been provided with the earthquake warning and stored in the database, And re-learning the neural network.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 지역별로 과거 지진 데이터, 지진 규모별 피해 규모 데이터를 데이터베이스 저장하고, 현재 계측된 지진 데이터를 과거 지진 데이터 및 지진 규모별 피해 규모 데이터와 비교하여 현재 계측된 지진에 의한 지진 규모 및 피해 규모를 예측하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. According to another embodiment of the present invention, the past earthquake data and the damage scale data by the earthquake scale are stored in the database, and the currently measured earthquake data is compared with the past earthquake data and the damage scale data by the earthquake scale, And estimating the magnitude of the earthquake and the magnitude of the damage caused by the earthquake.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 시설물에 건물 응답 센서가 설치된 경우에, 상기 건물 응답 센서의 센서 데이터와 최종 계측된 지진 데이터를 이용하여 지진에 따른 시설물의 피해 규모를 학습하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.According to another embodiment of the present invention, when the building response sensor is installed in the facility, the method further includes learning the damage scale of the facility due to the earthquake using the sensor data of the building response sensor and the last measured earthquake data .
한편 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있으며, 특정 실시예들은 상세한 설명에서 구체적으로 설명한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해서 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.
또한 본 발명에서 사용하는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.It is also to be understood that the terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the term "comprises" or "having ", etc. is intended to specify the presence of stated features, integers, steps, operations, elements, parts, or combinations thereof, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.
본 발명의 임의 지진구역 대상 무작위 생성 지진학습데이터를 이용한 지진여부판별 방법 및 이에 의한 진도예측 시스템에 따르면, 시설물의 스마트 지진계에 적용되어 지진 경보의 정확도와 신뢰도를 향상시킬 수 있고, 건축 및 토목 분야의 구조물 건전성 모니터링(SHM) 기술에 적용되어 구조물의 지진 영향을 분석할 수 있으며, 시공 중인 구조물에도 적용되어 공사 현장에 자연재해 발생 시 신속히 조기 대피 및 조기 설비 제어를 수행할 수 있는 효과가 있다. According to the earthquake discrimination method and the earthquake prediction system using the random earthquake learning data of the arbitrary earthquake zone target of the present invention, it is possible to improve the accuracy and reliability of the earthquake warning applied to the smart seismometer of the facility, (SHM) technology to analyze the seismic effect of the structure, and it can be applied to the structure under construction, so that it is possible to perform the early evacuation and early facility control in case of natural disaster at the construction site.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 진도예측 시스템을 설명하는 도면,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 인공신경망 기법을 이용한 지진여부판별 방법을 설명하는 순서도,
도 3은 도 2의 과거 지진 데이터를 이용한 인공신경망 학습 과정을 설명하는 순서도,
도 4는 도 2의 지진 판별 구조물의 응답 도출 과정을 설명하는 순서도,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 임의 지진구역 대상 무작위 생성 지진학습데이터를 이용한 지진여부판별 방법을 이용한 지진 규모 및 피해 규모 예측 과정을 설명하는 도면이다. FIG. 1 is a diagram illustrating a progress prediction system according to an embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 2 is a flowchart illustrating an earthquake determination method using an artificial neural network technique according to an embodiment of the present invention. FIG.
3 is a flowchart illustrating an artificial neural network learning process using the past earthquake data of FIG. 2,
FIG. 4 is a flowchart for explaining a response derivation process of the seismic determination structure of FIG. 2;
5 is a view for explaining an earthquake scale and a damage scale prediction process using an earthquake discrimination method using randomly generated seismic learning data for an arbitrary seismic zone object according to an embodiment of the present invention.
이하, 본 발명을 첨부된 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 진도예측 시스템을 설명하는 도면이다.1 is a view for explaining a progress prediction system according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참고하면, 진도예측 시스템(100)은, 지진 계측부(110), 지진 분석부(120), 지진 경보 발생부(130) 및 데이터베이스(140)를 포함한다.Referring to FIG. 1, the
지진 계측부(110)는 P파와 S파뿐만 아니라 일반 진동을 감지하여 지진 분석 부(120)에 제공한다.The
지진 분석부(120)는 P파 계측 시 과거 지진 데이터를 이용한 대상 지역의 특성을 반영하여 S파의 규모 및 구조물의 진도를 예측하기 위해 인공신경망 기법을 활용한다.The
이러한 지진 분석부(120)는 대상 지역의 지진파 특성 데이터를 반영하여 대상 지역에 대한 일반 진동 및 지진 진동의 학습 데이터를 무작위로 생성하는 의사 진동 확률 모델을 수행하고, P파 계측 시 대상 구역의 P파를 이용하여 실시간 S파의 규모, 구조물의 응답 레벨이나 층별 진도 레벨 등의 지진 피해를 예측한다.The
이때, 의사진동(Pseudo Earthquake) 확률 모델은 P파의 에너지 분포, 실효치, 진폭증가비, 진폭비를 입력 데이터로 사용하고, Norm, Max, Min 등의 대표값을 이용한 입력 데이터의 정규화와 주성분 분석을 통해 차원 축소 과정을 거쳐 일반 진동과 지진 진동의 학습 데이터를 생성하는 모델이다.In this case, the Pseudo Earthquake probability model uses the energy distribution, effective value, amplitude increase ratio, and amplitude ratio of the P wave as input data, and normalization and principal component analysis of input data using representative values such as Norm, Max, Is a model that generates learning data of general vibration and seismic vibration through the dimensional reduction process.
지진 경보 발생부(130)는 지진 분석부(120)에서 분석된 구조물의 피해 규모의 예측하여 조기 대피 경보 또는 조기 설비 제어를 포함한 지진 경보를 발생한다.The seismic
데이터베이스(140)는 지역별로 과거 지진 데이터, 과거 지진 규모별 피해 규모 데이터, 현재 최종 측정된 지진 데이터 등을 저장한다.The
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 인공신경망 기법을 이용한 지진여부판별 방법을 설명하는 순서도이다.2 is a flowchart illustrating an earthquake discrimination method using an artificial neural network technique according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참고하면, 인공신경망 기법을 이용한 지진여부판별 방법은, 대상 지역의 과거 지진 데이터를 수집하고, 수집된 과거 지진 데이터에서 지진파 특성 데이터를 도출한다.(S201)2, the earthquake discrimination method using the artificial neural network technique collects past earthquake data of the target area and derives seismic characteristic data from the collected past earthquake data (S201)
i번째 과거 P파 지진 기록데이터인 지진파()의 특성 데이터는 P파에 대한 실효치(), 에너지 분포(), 초기 지진파 증폭 특성, 지진 성분 대표 진폭비를 포함한다. 여기서, 는 i번째 지진파의 FFT 결과에서 k번째 주파수 그룹을 의미한다.i-th past P-wave earthquake record data ) Is the rms value of the P wave ( ), Energy distribution ( ), Initial seismic amplification characteristics, and seismic component representative amplitude ratio. here, Denotes the k-th frequency group in the FFT result of the i-th seismic wave.
이때, 실효치(root mean square)는 임의의 데이터를 확률통계적으로 평가하는 경우의 기본이 되는 값, 즉 평균하는 시간으로서 지반운동의 주요 움직임이 있는 부분을 이용하면 최대가속도와 같은 순간값과 다르게 실제적인 세기를 나타낼 수가 있다. 실효치는 평균하는 시간에 의하여 값이 달라지기 때문에 주의하여야 한다. In this case, the root mean square (RMS) is a value that is a basic value when probabilistic statistical evaluation of arbitrary data, that is, averaging time, Can be expressed. Note that the rms value varies depending on the averaging time.
진도예측 시스템(100)은 도출된 지진파 특성 데이터를 반영하여 대상 지역에 대한 일반 진동 및 지진 진동의 학습 데이터를 무작위로 생성하는 의사진동 확률 모델을 수행하고, 의사진동 확률 모델을 통해 생성된 학습 데이터를 인공 신경망 학습에 제공한다.(S202, S203)The
진도예측 시스템은 실제 P파가 감지되면 감지된 P파의 지진 신호를 학습된 인공 신경망에 입력하여 지진 여부를 판별한다.(S204, S205, S206)When the actual P-wave is detected, the system predicts the earthquake by inputting the P-wave earthquake signal to the learned artificial neural network (S204, S205, S206)
또한, 진도예측 시스템은 학습된 인공 신경망을 통해 S파의 특성을 도출하여 구조물 응답 추정을 위한 인공 S파를 생성한다.(S207)In addition, the progress prediction system generates an artificial S wave for estimating the structure response by deriving the characteristics of the S wave through the learned artificial neural network (S207)
진도예측 시스템은 인공 S파를 이용하여 구조물의 피해 규모를 예측한 후 지진 경보를 발령한다.(S208, S209)The prediction system estimates the damage level of the structure using the artificial S wave and issues an earthquake warning (S208, S209)
도 3은 도 2의 과거 지진 데이터를 이용한 인공 신경망 학습 과정을 설명하는 순서도이다.3 is a flowchart illustrating an artificial neural network learning process using the past earthquake data of FIG.
도 3을 참고하면, 진도예측 시스템은 중강진 지진 데이터가 부족한 지역인 경우에 대상 지역의 인접 지역에 대한 과거 지진 데이터를 초기 학습 데이터로 사용하고, 의사진동 확률 모델을 통해 P파에 대한 지진 진동과 일반 진동의 학습 데이터를 생성한다.(S301, S302)Referring to FIG. 3, in the case of the region where the medium-sized earthquake data is insufficient, the pseudo-prediction system uses the past earthquake data for the adjacent region as the initial learning data, And generates learning data of the general vibration (S301, S302)
이때, 의사진동 확률 모델은, 과거 지진 데이터에서 주파수별 에너지 강도 변환 계수(Ra, Rbk)를 무작위로 설정하고, 상기 설정된 Ra, Rbk를 이용하여 지진파 특성 데이터가 반영된 실효치()와 주파수 에너지 분포()를 가지는 지진진동의 학습 데이터를 생성한다.At this time, the pseudo-vibration probability model randomly sets frequency-dependent energy intensity conversion coefficients (Ra, Rbk) in the past earthquake data, and uses the set Ra and Rbk to calculate the rms value ) And the frequency energy distribution ( ) Of the earthquake vibration.
즉, 의사진동 확률 모델은 과거 지진 데이터를 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform, FFT)을 통해 주파수 영역의 제1 지진샘플값을 출력하고, 제1 지진샘플값에 상기 과거 지진 데이터의 확률 통계 특성으로 범위(l1, l2)가 설정된 무작위 Ra, Rbk를 설정한 후 주파수 에너지 분포 변환을 수행하여 제2 지진샘플값을 출력하며, 제2 지진샘플값을 역 FFT에 의해 주파수 영역에서 시간 영역으로 변환하여 지진 진동의 학습 데이터(, , )를 생성한다.That is, the pseudo vibration probability model outputs the first earthquake sample value in the frequency domain through the Fast Fourier Transform (FFT) of the past earthquake data, and outputs the first earthquake sample value as the probability statistic characteristic of the past earthquake data After setting the random Ra and Rbk in the range (11, 12), the frequency energy distribution transformation is performed to output the second seismic sample value, and the second seismic sample value is transformed from the frequency domain to the time domain by the inverse FFT Learning data of earthquake vibration ( , , ).
한편, 의사진동 확률 모델은, 과거 지진 데이터에서 주파수별 에너지 강도 변환 계수(Ra, Rbk)를 무작위로 설정하고, Ra, Rbk를 이용하여 지진파 특성 데이터가 반영된 일반 진동에 대한 실효치()와 주파수 에너지 분포()를 가지는 일반진동의 학습 데이터를 생성한다.On the other hand, the pseudo-vibration probability model randomly sets frequency-dependent energy intensity conversion coefficients (Ra, Rbk) in the past earthquake data and uses Ra and Rbk to calculate the rms value ) And the frequency energy distribution ( ) Of the normal vibration.
세부적으로, 초기 지진 강도 증폭비의 변화를 반영하기 위해 의 초기 임의 시간대에 삼각형 윈도우(window) 함수를 적용하여 변화시킬 수 있으며, 상기 삼각형 윈도우 함수를 사용하여 학습 데이터를 생성한다.In detail, to reflect changes in the initial seismic intensity amplification ratio A triangle window function may be applied at an initial arbitrary time zone of the triangle window function to generate learning data using the triangle window function.
이때, 수평 및 수직 성분의 대표 진폭비를 고려하여 학습데이터를 생성할 수 있다.At this time, the learning data can be generated in consideration of the representative amplitude ratio of the horizontal and vertical components.
즉, 의사진동 확률 모델은, 과거 지진 데이터를 시간 영역 무작위 스케일링 및 고속 푸리에 변환(FFT)을 통해 주파수 영역의 제 1 일반샘플값을 출력하고, 제1 일반샘플값에 과거 지진 데이터의 확률 통계 특성에서 벗어난 범위(l1, l2)로 설정된 무작위 Ra, Rbk를 설정한 후 주파수 에너지 분포 변환을 수행하여 제2 일반샘플값을 출력하며, 제2 일반샘플값을 역 FFT에 의해 주파수 영역에서 시간 영역으로 변환하여 일반 진동의 학습 데이터(, , )를 생성한다.That is, the pseudo vibration probability model outputs the first general sample value in the frequency domain through the time domain random scaling and the fast Fourier transform (FFT) of the past earthquake data, and adds the probability statistical characteristic And outputs a second normal sample value by performing a frequency energy distribution conversion after setting the random Ra and Rbk set to a range (l1, l2) out of the frequency domain to a time domain from the frequency domain by an inverse FFT And transforms the learning data ( , , ).
이후에, 진도예측 시스템은 의사진동 확률 모델을 통해 생성된 P파를 이용한 지진 진동 및 일반 진동의 학습 데이터를 인공 신경망의 입력 데이터로 제공하고, 차원 축소 과정을 수행한다.(S303)Thereafter, the progress prediction system provides the learning data of the seismic vibration and the general vibration using the P wave generated through the pseudo-vibration probability model as input data of the artificial neural network, and performs the dimension reduction process (S303).
또한, 진도예측 시스템은 P파의 학습 데이터를 이용하여 에너지 강도 및 분포에 대한 주파수 특성을 이용하여 S파의 주파수 특성을 인공 신경망으로 추정하여 S파 생성 인자 도출 인공 신경망을 생성한다.(S304)Also, the S / P system generates the S-wave generating factor artificial neural network by estimating the frequency characteristic of the S-wave using the artificial neural network using the frequency characteristics of the energy intensity and the distribution using the P-wave learning data (S304)
진도예측 시스템은 지진 판별 인공 신경망 가중치()를 계산하고, S파 생성 인자 도출 인공 신경망 가중치()를 계산한다.(S305, S306)Progression prediction system is based on earthquake discrimination artificial neural network weighting ), And the S-wave generation factor derived artificial neural network weight ( ) (S305, S306)
이때, P파를 이용한 지진 판별 인공 신경망의 출력값은 하기 수학식 1로 나타낼 수 있다. In this case, the output value of the earthquake discrimination artificial neural network using the P wave can be expressed by the following equation (1).
[수학식 1][Equation 1]
상기 수학식 1에서 , 이며, 의 정규화 실시(MinMax, STD, norm), 입력-출력 데이터 집합에 의한 가중치()를 계산한다.In Equation (1) , Lt; (MinMax, STD, norm), weight by input-output data set ( ).
또한, S파 생성 인자 도출 인공 신경망의 출력값은 하기 수학식 2로 나타내고, 수학식 2에서 , 이고, 의 정규화 실시(MinMax, STD, norm) 및 입력-출력 데이터 집합에 의한 가중치()를 계산한다.Further, the output value of the S-wave generating factor-derived artificial neural network is expressed by the following equation (2) , ego, Normalization (MinMax, STD, norm) and input-output data set weight ( ).
여기서, R'a , R'bk는 S파 주파수별 강도 변환계수이고, Es는 S파 주파수별 에너지 분포이다.Here, R'a and R'bk are the intensity conversion coefficients for the S-wave frequency, and Es is the energy distribution for the S-wave frequency.
[수학식 2]&Quot; (2) "
도 4는 도 2의 지진 판별 구조물의 응답 도출 과정을 설명하는 순서도이다.4 is a flowchart for explaining a response derivation process of the seismic discrimination structure of FIG.
도 4를 참고하면, 진도예측 시스템은 실시간 P파를 계측하여 지진 신호를 출력하고, 인공 신경망에 P파의 지진 신호를 입력 데이터로 제공한 후 차원 축소 과정을 거쳐 인공 신경망에서 지진 판별용 출력값을 산출한다.(S401, S402, S403)Referring to FIG. 4, the progress prediction system measures an earthquake signal by measuring a real-time P wave, provides a P-wave earthquake signal as an input data to the artificial neural network, (S401, S402, S403)
진도예측 시스템은 지진 판별용 출력값을 통해 지진 여부를 판별하고, 지진이라고 판단된 경우에 인공신경망에서 인공 S파 생성용 출력값을 산출하고, 구조물 응답 추정을 위해 하기 수학식 3을 이용해 인공 S파를 생성한다.(S405, S406)The earthquake prediction system determines earthquake through an output value for earthquake discrimination, calculates an output value for generating an artificial S wave in the artificial neural network when it is judged to be an earthquake, and uses an artificial S wave (S405, S406)
[수학식 3]&Quot; (3) "
진도예측 시스템은 P파와 S파의 특성 관계가 대상 구역의 지반, 진원 단층 특성, 발생 깊이 등에 의해 비선형 관계를 가지므로 인공 S파를 이용하여 구조물의 비선형 해석을 수행하고, 구조물의 응답 레벨(최대 변위)과 층별 진도 레벨(층간 변위)을 산출한 후 경보 레벨을 설정하여 조기 대피 경보 및 조기 설비 제어를 위한 지진 경보를 발생한다.(S407, S408, S410)Since the characteristic relation between the P wave and the S wave has a nonlinear relationship with the ground, the fault layer characteristics, and the depth of occurrence of the object zone, the PPC system performs nonlinear analysis of the structure using the artificial S wave, And an earthquake warning for early evacuation alarm and early facility control are generated (S407, S408, S410) by calculating the level of progress (floor displacement) and the level of stratification (interlayer displacement)
또는 진도예측 시스템은 일반 진동 및 지진 진동의 학습 데이터를 이용하여 사전에 구조물의 비선형 해석을 수행하여 구조물 응답 학습 데이터를 생성한 후 인공 신경망에 S파의 주파수 특성과 을 입력 데이터로 제공하고, 인공 신경망에서 구조물의 최대 변위 및 층간 변위를 도출할 수도 있다. (S409)Or propagation prediction system generates the structure response learning data by performing the nonlinear analysis of the structure in advance using the learning data of the general vibration and the seismic vibration, As the input data, and derive the maximum displacement and interstory displacement of the structure in the artificial neural network. (S409)
진도예측 시스템은 지진 경보가 제공이 완료된 P파와 S파의 최종 계측된 지진 데이터를 이용해 최대 가속도와 진도 정보를 산출하여 데이터베이스(140)에 저장하고, 최종 계측된 지진 데이터를 이용하여 인공신경망에 재학습을 실시한다.(S411, S412)The system predicts the maximum acceleration and the progress information by using the last measured seismic data of the P wave and the S wave that have been provided with the seismic warning and stores the maximum acceleration and the progress information in the
이때, 최종 계측된 지진 데이터뿐만 아니라 일반 진동에 관련된 데이터도 재학습 데이터로 사용하고, 대상 지역의 지진파 특성 데이터에 반영함으로써 지속적으로 지진 판별 및 지진 피해 규모 산정의 정확도를 개선시킬 수 있도록 한다.At this time, not only the final measured seismic data but also the data related to the general vibration are used as the re-learning data, and it is reflected in the seismic characteristic data of the target area so as to continuously improve the accuracy of seismic discrimination and earthquake damage estimation.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 임의 지진구역 대상 무작위 생성 지진학습데이터를 이용한 지진여부판별 방법을 이용한 지진 규모 및 피해 규모 예측 과정을 설명하는 도면이다.5 is a view for explaining an earthquake scale and a damage scale prediction process using an earthquake discrimination method using randomly generated seismic learning data for an arbitrary seismic zone object according to an embodiment of the present invention.
도 5를 참고하면, 진도예측 시스템은 지역별로 과거 지진 데이터를 데이터베이스에 저장하고, 과거 지진 규모별 피해 규모 데이터도 데이터베이스에 저장한다.(S501, S502)5, the magnitude prediction system stores past earthquake data in a database for each region, and also stores damage scale data for each past earthquake scale in the database (S501, S502)
진도예측 시스템은 실제 P파의 지진 신호가 계측되면 데이터베이스에서 과거 지진 데이터, 과거 지진 규모별 피해 규모 데이터를 읽어오고, 현재 계측된 지진 데이터와 비교하여 향후 지진 규모 및 피해 규모를 예측할 수 있다.(S503, S504, S505)When the actual P-wave earthquake signal is measured, the magnitude prediction system reads past earthquake data, damage data by past earthquake scale, and compares it with the currently measured earthquake data to predict future earthquake magnitude and damage scale. S503, S504, S505)
또한, 진도예측 시스템은 시설물에 건물 응답 센서가 설치된 경우에, 상기 건물 응답 센서의 센서 데이터와 최종 계측된 지진 데이터를 이용하여 지진에 따른 시설물의 피해 규모를 학습할 수 있다.Also, in the case where the building response sensor is installed in the facility, the progress prediction system can learn the scale of the damage caused by the earthquake using the sensor data of the building response sensor and the last measured earthquake data.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the present invention as defined by the following claims It can be understood that
한편, 본 발명에 기재된 실시예 및 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 표현하는 것은 아니므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예 및 도면에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.It should be noted that the scope of the present invention is not limited to the embodiments described in the description of the present invention, And is not to be construed as limited by the drawings. That is, the embodiments are to be construed as being variously embodied and having various forms, so that the scope of the present invention should be understood to include equivalents capable of realizing technical ideas. Also, the purpose or effect of the present invention should not be construed as limiting the scope of the present invention, since it does not mean that a specific embodiment should include all or only such effect.
나아가, 여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.Further, all terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention belongs, unless otherwise defined. Commonly used predefined terms should be interpreted to be consistent with the meanings in the context of the relevant art and can not be construed as having ideal or overly formal meanings which are not expressly defined in the present invention.
110 : 지진 계측부 120 : 지진 분석부
130 : 지진 경보 발생부 140 : 데이터베이스110: Seismic measurement part 120: Seismic analysis part
130: Seismic alert generator 140: Database
Claims (17)
대상 지역의 과거 지진 데이터를 수집하고, 상기 수집된 과거 지진 데이터에서 지진파 특성 데이터를 도출하는 단계;
상기 도출된 지진파 특성 데이터를 반영하여 상기 대상 지역에 대한 일반 진동 및 지진 진동의 학습 데이터를 무작위로 생성하는 의사진동 확률 모델을 수행하는 단계;
상기 의사진동 확률 모델을 통해 생성된 학습 데이터를 인공 신경망 학습에 제공하는 단계;
실제 P파가 감지되면, 상기 감지된 P파를 상기 인공 신경망에 입력하여 지진 여부를 판별하는 단계; 및
상기 인공 신경망 기법을 통해 구조물 응답 추정을 위해 인공 S파를 생성하고, 상기 생성된 인공 S파를 이용하여 구조물의 피해 규모를 예측하여 지진 경보를 제공하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 임의 지진구역 대상 무작위 생성 지진학습데이터를 이용한 지진여부판별 방법.
In an earthquake discrimination method using an artificial neural network technique performed by an earthquake prediction system for predicting an earthquake using a seismic wave of a target area,
Collecting past earthquake data of a target area and deriving seismic characteristic data from the collected past earthquake data;
Performing a pseudo vibration probability model for randomly generating learning data of general vibration and seismic vibration for the target area by reflecting the derived seismic characteristic data;
Providing learning data generated through the pseudo-vibration probability model to artificial neural network learning;
Inputting the detected P wave into the artificial neural network to determine whether or not an earthquake has occurred; And
Generating an artificial S wave for estimating a structure response through the artificial neural network technique and estimating a damage scale of the structure using the generated artificial S wave to provide an earthquake warning; A Method for Determining Earthquake Using Random Generation Earthquake Learning Data.
상기 지진파()의 특성 데이터는 P파에 대한 실효치(), 에너지 분포(), 초기 지진파 증폭 특성, 지진 성분 대표 진폭비를 포함하는 것을 특징으로 하는 임의 지진구역 대상 무작위 생성 지진학습데이터를 이용한 지진여부판별 방법.
The method according to claim 1,
The seismic wave ( ) Is the rms value of the P wave ( ), Energy distribution ( ), An initial seismic amplification characteristic, and a representative amplitude ratio of an earthquake component.
상기 의사진동(Pseudo Earthquake) 확률 모델은 P파의 에너지 분포, 실효치, 진폭증가비, 진폭비를 입력 데이터로 사용하고, Norm, Max, Min을 포함한 대표값을 이용한 입력 데이터의 정규화와 주성분 분석을 통해 차원 축소 과정을 거쳐 일반 진동과 지진 진동의 학습 데이터를 생성하는 것을 특징으로 하는 임의 지진구역 대상 무작위 생성 지진학습데이터를 이용한 지진여부판별 방법.
3. The method of claim 2,
The pseudo earthquake probability model uses the energy distribution, the effective value, the amplitude increase ratio, and the amplitude ratio of the P wave as the input data, and normalization and principal component analysis of the input data using the representative values including Norm, Max and Min And generating learning data of the general vibration and the earthquake vibration through the dimension reduction process. The earthquake discrimination method using the random earthquake learning data for the arbitrary earthquake zone object.
상기 의사진동 확률 모델은,
상기 과거 지진 데이터에서 주파수별 에너지 강도 변환 계수(Ra, Rbk)를 무작위로 설정하고, 상기 설정된 Ra, Rbk를 이용하여 지진파 특성 데이터가 반영된 실효치()와 주파수 에너지 분포()를 가지는 지진진동의 학습 데이터를 생성하는 것을 특징으로 하는 임의 지진구역 대상 무작위 생성 지진학습데이터를 이용한 지진여부판별 방법.
3. The method of claim 2,
Wherein the pseudo-vibration probability model comprises:
Frequency-dependent energy intensity conversion coefficients (Ra, Rbk) are randomly set in the past seismic data, and an erroneous value ) And the frequency energy distribution ( And generating learning data of the earthquake vibration having the random seismic zone object randomly generated.
상기 의사진동 확률 모델은,
초기 지진파의 증폭 특성을 반영하기 위해 초기 지진파의 증폭비를 무작위로 조정하는 삼각형 윈도우(window) 함수를 적용하여 학습 데이터를 생성하는 것을 특징으로 하는 임의 지진구역 대상 무작위 생성 지진학습데이터를 이용한 지진여부판별 방법.
3. The method of claim 2,
Wherein the pseudo-vibration probability model comprises:
And a triangular window function for randomly adjusting the amplification ratio of the initial seismic wave to reflect the amplification characteristics of the initial seismic wave. Identification method.
상기 의사진동 확률 모델은,
상기 과거 지진 데이터를 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform, FFT)을 통해 주파수 영역의 제1 지진샘플값을 출력하는 단계;
상기 제1 지진샘플값에 상기 과거 지진 데이터의 확률 통계 특성으로 범위(l1, l2)가 설정된 무작위 Ra, Rbk를 설정한 후 주파수 에너지 분포 변환을 수행하여 제2 지진샘플값을 출력하는 단계; 및
상기 제2 지진샘플값을 역 FFT에 의해 주파수 영역에서 시간 영역으로 변환하여 지진 진동의 학습 데이터를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 임의 지진구역 대상 무작위 생성 지진학습데이터를 이용한 지진여부판별 방법.
5. The method of claim 4,
Wherein the pseudo-vibration probability model comprises:
Outputting a first earthquake sample value in the frequency domain through Fast Fourier Transform (FFT) of the past earthquake data;
Setting a random Ra, Rbk with a range (l1, l2) as a probability statistic characteristic of the past earthquake data to the first earthquake sample value, and then performing a frequency energy distribution transformation to output a second earthquake sample value; And
And generating learning data of an earthquake vibration by converting the second earthquake sample value into a time domain in a frequency domain by an inverse FFT to generate seismic vibration learning data. .
상기 의사진동 확률 모델은,
상기 과거 지진 데이터에서 주파수별 에너지 강도 변환 계수(Ra, Rbk)를 무작위로 설정하고, 상기 설정된 Ra, Rbk를 이용하여 지진 P파 특성 데이터가 반영된 실효치()와 주파수 에너지 분포()를 가지는 일반진동의 학습 데이터를 생성하는 것을 특징으로 하는 임의 지진구역 대상 무작위 생성 지진학습데이터를 이용한 지진여부판별 방법.
3. The method of claim 2,
Wherein the pseudo-vibration probability model comprises:
Frequency-dependent energy intensity conversion coefficients (Ra, Rbk) are randomly set in the past seismic data, and the effective values (Ra, Rbk) ) And the frequency energy distribution ( And generating learning data of the general vibration having the random vibration generating seismic learning data.
상기 의사진동 확률 모델은,
상기 과거 지진 데이터를 시간 영역 무작위 스케일링 및 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform, FFT)을 통해 주파수 영역의 제2 일반 샘플값을 출력하는 단계;
상기 제1 일반샘플값에 상기 과거 지진 데이터의 확률 통계 특성에서 벗어난 범위(l1, l2)로 설정된 무작위 Ra, Rbk를 설정한 후 주파수 에너지 분포 변환을 수행하여 제2 일반샘플값을 출력하는 단계; 및
상기 제2 일반샘플값을 역 FFT에 의해 주파수 영역에서 시간 영역으로 변환하여 일반 진동의 학습 데이터를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 임의 지진구역 대상 무작위 생성 지진학습데이터를 이용한 지진여부판별 방법.
8. The method of claim 7,
Wherein the pseudo-vibration probability model comprises:
Outputting a second general sample value in the frequency domain through time domain random scaling and Fast Fourier Transform (FFT) of the past earthquake data;
Setting a random Ra, Rbk set to a range (l1, l2) deviating from a probability statistic characteristic of the past seismic data to the first general sample value, and then performing a frequency energy distribution conversion to output a second general sample value; And
And generating learning data of a general vibration by converting the second general sample value into a time domain in a frequency domain by an inverse FFT to generate a learning data of a general vibration. .
상기 의사진동 확률 모델을 통해 생성된 학습 데이터를 인공 신경망 학습에 제공하는 단계는,
인공 신경망에 P파를 이용한 지진 진동 및 일반 진동의 학습 데이터가 입력되면 차원 축소 과정을 거쳐 지진 판별 인공 신경망 가중치()를 계산하여 P파를 이용한 지진 판별 인공 신경망을 생성하는 단계; 및
P파의 학습 데이터를 이용하여 에너지 강도 및 분포에 대한 주파수 특성을 이용하여 S파의 주파수 특성을 인공 신경망으로 추정하여 S파 생성 인자 도출 인공 신경망을 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 임의 지진구역 대상 무작위 생성 지진학습데이터를 이용한 지진여부판별 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the step of providing the learning data generated through the pseudo-vibration probability model to the artificial neural network learning comprises:
If the learning data of seismic vibration and general vibration using P wave is input to artificial neural network, the earthquake discrimination artificial neural network weighting ) To generate an earthquake discrimination artificial neural network using the P wave; And
And generating an S-wave generating factor-derived artificial neural network by estimating the frequency characteristic of the S-wave using the artificial neural network using the frequency characteristics of the energy intensity and the distribution using the P-wave learning data. A Method for Determining Earthquake Using Random Generation Earthquake Learning Data.
상기 P파를 이용한 지진 판별 인공 신경망의 출력값은 하기 수학식 1로 나타나고,
[수학식 1]
상기 수학식 1에서 , 이며, 의 정규화 실시, 입력-출력 데이터 집합에 의한 가중치()를 계산하는 것을 특징으로 하는 임의 지진구역 대상 무작위 생성 지진학습데이터를 이용한 지진여부판별 방법.
10. The method of claim 9,
The output value of the earthquake discrimination artificial neural network using the P wave is expressed by the following equation (1)
[Equation 1]
In Equation (1) , Lt; , Weighting by input-output data set ( ) Is calculated based on the seismic learning data of the arbitrary seismic zone object.
상기 S파 생성 인자 도출 인공 신경망의 출력값은 하기 수학식 2로 나타내고,
[수학식 2 ]
상기 수학식 2에서, R'a, R'bk는 S파 주파수별 강도 변환계수이고, Es는 S파 주파수별 에너지 분포이며, , 이고, 의 정규화 실시 및 입력-출력 데이터 집합에 의한 가중치()를 계산하는 것을 특징으로 하는 임의 지진구역 대상 무작위 생성 지진학습데이터를 이용한 지진여부판별 방법.
10. The method of claim 9,
The output value of the S-wave generating factor derived artificial neural network is expressed by the following equation (2)
&Quot; (2) "
In Equation (2), R'a and R'bk are intensity conversion coefficients by S-wave frequency, Es is an energy distribution by S-wave frequency, , ego, And weighting by the input-output data set ( ) Is calculated based on the seismic learning data of the arbitrary seismic zone object.
상기 인공 신경망 기법을 통해 구조물 응답 추정을 위해 인공 S파를 생성하고, 상기 생성된 인공 S파를 이용하여 구조물의 피해 규모를 예측하여 지진 경보를 제공하는 단계는,
[수학식 3]
상기 수학식 3을 이용하여 인공 S파를 생성하는 것을 특징으로 하는 임의 지진구역 대상 무작위 생성 지진학습데이터를 이용한 지진여부판별 방법.
The method according to claim 1,
Generating an artificial S wave for estimating a structure response through the artificial neural network technique and estimating a damage scale of the structure using the artificial S wave to provide an earthquake alert,
&Quot; (3) "
And generating an artificial S wave by using Equation (3).
상기 인공 신경망 기법을 통해 구조물 응답 추정을 위해 인공 S파를 생성하고, 상기 생성된 인공 S파를 이용하여 구조물의 피해 규모를 예측하여 지진 경보를 제공 하는 단계는,
상기 인공 S파를 이용하여 비선형 구조물 해석을 통해 최대 변위 및 층간 변위를 도출하고, 상기 도출된 최대 변위 및 층간 변위를 통해 경보 레벨을 설정하여 지진 경보를 발생하는 것을 특징으로 하는 임의 지진구역 대상 무작위 생성 지진학습데이터를 이용한 지진여부판별 방법.
The method according to claim 1,
Generating an artificial S wave for estimating a structure response through the artificial neural network technique and estimating a damage scale of the structure using the artificial S wave to provide an earthquake alert,
And a seismic alert is generated by setting an alarm level through the derived maximum displacement and the inter-story displacement. The method of claim 1, A Method for Determining Whether an Earthquake Occurred Using Generated Seismic Learning Data.
상기 인공 신경망 기법을 통해 구조물 응답 추정을 위해 인공 S파를 생성하고, 상기 생성된 인공 S파를 이용하여 구조물의 피해 규모를 예측하여 지진 경보를 제공하는 단계는,
상기 일반 진동 및 지진 진동의 학습 데이터를 이용하여 사전에 구조물의 비선형 해석을 수행하여 구조물 응답 학습 데이터를 생성하는 단계; 및
상기 인공 S파의 주파수 특성을 이용하여 최대 변위 및 층간 변위를 도출하고, 상기 도출된 최대 변위 및 층간 변위를 통해 경보 레벨을 설정하여 지진 경보를 발생하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 임의 지진구역 대상 무작위 생성 지진학습데이터를 이용한 지진여부판별 방법.
The method according to claim 1,
Generating an artificial S wave for estimating a structure response through the artificial neural network technique and estimating a damage scale of the structure using the artificial S wave to provide an earthquake alert,
Generating structure response learning data by performing nonlinear analysis of a structure in advance using learning data of the general vibration and seismic vibration; And
And deriving a maximum displacement and an inter-story displacement using the frequency characteristic of the artificial S wave and setting an alarm level through the derived maximum displacement and inter-story displacement to generate an earthquake warning A Method for Determining Whether an Earthquake Occurred Using Target Randomly Generated Seismic Learning Data.
상기 지진 경보가 제공이 완료된 P파와 S파의 최종 계측된 지진 데이터를 이용해 최대 가속도와 진도 정보를 산출하여 데이터베이스에 저장하고, 최종 계측된 지진 데이터를 이용하여 인공신경망에 재학습하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 임의 지진구역 대상 무작위 생성 지진학습데이터를 이용한 지진여부판별 방법.
The method according to claim 1,
Calculating the maximum acceleration and the progress information using the last measured seismic data of the P wave and the S wave having been provided with the earthquake warning and storing the calculated maximum acceleration and the progress information in a database and re-learning the artificial neural network using the last measured earthquake data And determining whether or not the earthquake has occurred by using randomly generated earthquake learning data.
지역별로 과거 지진 데이터, 지진 규모별 피해 규모 데이터를 데이터베이스에 저장하고, 현재 계측된 지진 데이터를 과거 지진 데이터 및 지진 규모별 피해 규모 데이터와 비교하여 현재 계측된 지진에 의한 지진 규모 및 피해 규모를 예측하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 임의 지진구역 대상 무작위 생성 지진학습데이터를 이용한 지진여부판별 방법.
16. The method of claim 15,
By storing historical earthquake data and damage data by seismic scale in each region and comparing the present earthquake data with past earthquake data and damage data by seismic scale, Further comprising the step of determining whether or not the seismic region is randomly generated.
시설물에 건물 응답 센서가 설치된 경우에, 상기 건물 응답 센서의 센서 데이터와 최종 계측된 지진 데이터를 이용하여 지진에 따른 시설물의 피해 규모를 학습하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 임의 지진구역 대상 무작위 생성 지진학습데이터를 이용한 지진여부판별 방법.16. The method of claim 15,
Further comprising the step of, when the building response sensor is installed in the facility, learning the damage scale of the facility due to the earthquake using the sensor data of the building response sensor and the last measured earthquake data. A Method for Determining Whether an Earthquake Occurred Using Generated Seismic Learning Data.
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