Page 99 - 《振动工程学报》2026年第2期

第 2 期 王 晨，等：地震动大数据降维及其特征母波频谱分析 415

450 用长短时窗法对加速度时程进行处理 [25] ，处理前后
400 的加速度时程如图 所示。
350 2
300
250 地震动数据量 0.1 P波 处理前
200 0
150 加速度 / g
100 −0.1
50
0 50 100 150 200 250 300
0
时间 / s
Mw≥7.0 [6.5,7.0) [6.0,6.5) [5.5,6.0) Mw<5.5 (0,20] (40,60] (80,100] 0.1 0 处理后
(60,80]
R / km
R≥100 km
(20,40]
Mw
(a) 硬土场地 加速度 / g −0.1
(a) Hard soil site
0 50 100 150 200 250 300
1000
时间 / s

800 图 2 地震加速度记录处理
地震动数据量
600 Fig. 2 Earthquake acceleration records processing
400 （2）为了使同一个地震动数据集中的数据构建

200 成数据矩阵，需要同一个数据集中的每条加速度记
录具有相同的数据长度。加速度记录的持续时间可
0 以定义为 t = t 1 +t s +t c ，其中， 为上升阶段的持续时
t 1
Mw≥7.0 [6.5,7.0) [6.0,6.5) [5.5,6.0) (0,20] (40,60] (80,100] 间， t s 为平稳段持续时间， 为下降段的持续时间，可
t c
Mw<5.5
表示为：
(60,80]
R / km
R≥100 km
(20,40]
Mw
t c = − lnk （1）
(b) 中硬土场地 c
(b) Medium-hard soil site 式中，c 为地震加速度时程下降段的衰减系数；k 为
350 下降段加速度衰减到平稳段加速度幅值的相对比
300 值。并假定加速度时程下降段 e −c(t−t 1 −t s ) = k时，可以看
250 作地震动终止。
地震动数据量
200 本文规定 k=0.3，利用式（1）求得 t c 后确定地震动
150 加速度总持续时间，利用 t ⩾ t 1 +t s +t c 的原则将组内
100
的加速度记录截断为相同的持续时间。
50
（3）对地震加速度时程进行了三次样条插值，将
0
地震加速度时程的时间间隔统一调整为 0.005 s。

Mw≥7.0 [6.5,7.0) [6.0,6.5) [5.5,6.0) Mw<5.5 (0,20] (40,60] (80,100] 2 基 于 PCA 算 法 的 数 据 降 维
R≥100 km
(60,80]
R / km
(20,40]
Mw
(c) 软土场地
(c) Soft soil site
基于实际地震记录进行地震加速度拟合，主要
图 1 地震动记录分布 目标是能够表征地震动所要求的主要特征，因此，为
Fig. 1 Distribution of ground motions records 了提高拟合效率，应在能达到预期拟合精度的条件
下采用尽可能少的原始地震记录。如表 1 所示，虽
震。由于不同台站所使用的加速度计采样率不同，
然按照震级、距离和场地条件进行了地震动分组，
导致记录到的加速度时程数据的时间间隔不一致；
但在有些分组内地震加速度的数量依然较大。鉴于
再者，由于地震加速度时程的持续时间受到多方面
此，需要采用合适的方法，在保证地震动频谱特征不
因 素 影 响， 致 使 每 条 地 震 动 的 持 续 时 间 也 存 在 差
变的情况下，寻找到合适的地震动数量，即进行地震
异。为了使一个地震动数据集中保持数据格式统 动数据集（矩阵）的降维，也可称为对大量地震动数
一，对一个分组内的数据进行以下处理： 据的第二次降维。通过数据降维，不但可以减少计
（1）使地震加速度记录是从 P 波初动开始的完 算成本和存储需求，而且有助于减少噪声和冗余数
整记录，即去除加速度记录开始部分的近 0 值。采 据对结果的影响。目前，数据降维的方法有很多种，