[发明专利]基于监控物联网的城市建筑群震后损失分布计算方法

权利要求书

1.基于监控物联网的城市建筑群震后损失分布计算方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、在地震发生前，收集目标城市内的各单体建筑信息，建立目标城市建筑群的数据信息库；根据各单体建筑信息，建立各单体建筑的有限元数值模型或简化多自由度力学模型(Multi-degree-of-freedom，MDOF)，所有单体建筑的数值模型经建立与汇总后形成城市建筑群数值模型；

S2、将目标城市内公共建筑的监控系统纳入物联网中，搭建目标城市监控物联网，每一栋建筑的监控系统都是物联网中的单个节点；在地震发生过程中和地震发生后，获取各栋公共建筑的监控系统拍摄到的建筑内部设备、家装、结构构件和非结构构件的损伤情况；

S3、在地震发生后，根据中国地震台网监测得到的地震波，采用数值模拟分析手段，将地震波代入上述步骤S1中构建的城市建筑群数值模型进行地震响应分析，对城市建筑群的地震损失进行仿真计算，得到各单体建筑的地震响应计算结果，其中包括纳入监控物联网的公共建筑地震破坏的地震响应模拟计算结果R(simulated)；

采用机器学习的K-means算法，对城市建筑群中所有建筑物的数值模拟结果进行聚类分析，以建筑的地震响应与损失程度为主要特征，以纳入监控物联网的公共建筑必须在每一分类为限制条件，优化计算建筑分类数目与分类情况；

S4、根据上述步骤S2中搭建的目标城市监控物联网，采用图像识别方法，利用地震发生过程中与地震发生后的监控画面识别建筑内部非结构构件的损伤情况，并根据地震工程领域中非结构构件的易损性理论，反演得到该非结构构件放置位置处对应的结构地震响应R(observed)，结构体系的地震响应参数主要包括楼面峰值加速度和层间位移角；

S5、基于上述步骤S4中监控画面识别的公共建筑内部非结构构件破坏程度与反演得到的结构地震响应R(observed)，以及上述步骤S3中数值模拟得到的公共建筑的地震响应模拟计算结果R(simulated)，得到分别基于监控图像识别手段与基于数值模拟手段的两个地震响应结果之间的系数模型，系数模型的公式如下：

式中，α是对数值模拟结果的修正系数，R(observed)是由监控画面识别反演得到的公共建筑地震响应，R(simulated)是由数值模拟方式获得的公共建筑地震响应，g(struct)是与纳入监控物联网的公共建筑的结构属性有关的影响因子，g(nsc)是监控画面识别到的非结构构件类别的影响因子；

S6、根据上述步骤S3中由数值模拟得到的纳入监控物联网的公共建筑的地震响应模拟计算结果R(simulated)，以及步骤S4中由监控画面识别到的建筑内部损伤状态，利用贝叶斯理论，更新得到由数值模拟得到的地震响应分布概率，地震响应概率分布模型如下：

式中，P(Res≥x)表示公共建筑的结构地震响应超过x的先验概率分布，DS_ob表示监控图像自主识别的地震损伤状态，P(DS_ob)表示建筑的损伤状态为DS_ob的概率；P(DS_ob|Res≥x表示在结构地震响应超过x时建筑损伤状态为DS_ob的概率；P(Res≥x|DS_ob)表示结构地震损伤状态为DS_ob下结构地震响应超过x的后验概率分布；

S7、将上述步骤S5中得到的各公共建筑的系数模型α，应用到上述步骤S3中各公共建筑所属的同一聚类中的其他建筑物，得到一修正系数；将上述步骤S6中得到各公共建筑的地震响应先验概率模型P(Res≥x)与后验概率模型P(Res≥x|DS_ob)，应用于上述步骤S3中各公共建筑所属的同一聚类中的其他建筑物，得到另一修正系数；

经上述两种方式任一方式获得的修正系数，依据目标城市建筑群的地理空间范围内地震动衰减效应，采用Kriging算法对地震响应数值模拟结果进行二次修正，利用Kriging算法得到的所有建筑修正系数，更新所有建筑物的地震响应数值模拟结果后，结合现行抗震韧性评价规程，最终获得目标建筑群的震后损失分布。

2.根据权利要求1所述的基于监控物联网的城市建筑群震后损失分布计算方法，其特征在于：所述步骤S1中，单体建筑信息主要包括各单体建筑的建造年限、建筑高度、楼层数、结构体系类型、占地面积、标准层面积。