一種建筑風洞測壓試驗數據壓縮方法技術

一種建筑風洞測壓試驗數據壓縮方法，本發明專利技術涉及建筑風洞測壓試驗數據壓縮方法。本發明專利技術是為了解決現有技術中對風荷載頻域特性及相關性關注較少，導致數據壓縮的偏差和實際應用中的誤差的問題。本發明專利技術通過Hermite多項式對數據的統計信息進行重構，以及通過Beta函數理論對頻譜信息進行重構，最終結合隨機模擬技術可重建壓縮的風壓場。本發明專利技術可將GB、TB級別的建筑風洞測壓數據壓縮到KB、MB級別，是對風荷載隨時間、空間變化的高維時程大數據的一種新型信息提取和建模方法，最終達到數據壓縮的目的。本發明專利技術應用于建筑風洞測壓試驗領域。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及建筑風洞測壓試驗數據壓縮方法。
技術介紹
風洞測壓試驗是目前大型復雜工程結構抗風設計的關鍵步驟之一。風洞測壓試驗獲得的脈動風荷載時程數據量大，可達GB甚至TB級別，且蘊含豐富的信息。大數據量導致了數據存儲和分析的困難，因此，有必要對數據進行特性提取和壓縮存儲，以便于數據的積累、分析和預測。建筑風洞試驗獲得的風荷載時程數據特點可歸結為非高斯部分相關的標量場。目前的風洞試驗數據壓縮，多采用本征向量法，關注風荷載場在時域的主坐標信息，或對風荷載時程的時域統計信息進行建模，對風荷載頻域特性及相關性關注較少，導致數據壓縮的偏差和實際應用中的誤差。
技術實現思路
本專利技術是為了解決現有技術中對風荷載頻域特性及相關性關注較少，導致數據壓縮的偏差和實際應用中的誤差的問題，而提出的一種建筑風洞測壓試驗數據壓縮方法。一種建筑風洞測壓試驗數據壓縮方法按以下步驟實現：步驟一：將建筑風洞試驗測壓得到的風壓時間序列數據無量綱化為風壓系數時程數據，并計算風壓系數的無偏估計平均值、均方根值、偏度值和和峰度值；步驟二：對風壓系數時程進行自功率譜估計得到自功率譜，計算無量綱功率譜曲線的峰值以及曲線高頻段在雙對數坐標下的斜率；步驟三：采用Welch法估計風壓系數場的相干函數，用指數函數擬合相干函數；步驟四：根據步驟二求解帶Bata函數的方程得到無量綱自功率譜的表達式，并根據Beta函數得到任意ν階無量綱譜矩；步驟五：根據步驟一、步驟三和步驟四形成壓縮后的風荷載數據；步驟六：根據Hermite多項式轉換函數，形成互譜矩陣并對風壓場進行重構；步驟七：估計極值風荷載；步驟八：計算結構風振響應。專利技術效果：本專利技術為一種基于Hermite多項式及Beta函數的建筑風洞測壓試驗數據壓縮方法，可將GB、TB級別的建筑風洞測壓數據壓縮到KB、MB級別，是對風荷載隨時間、空間變化的高維時程大數據的一種新型信息提取和建模方法，最終達到數據壓縮的目的。本專利技術的優勢在于，建模過程明確簡單，能夠得到高效存儲和應用的數據格式，便于數據的深入挖掘。可通過Hermite多項式對數據的統計信息進行重構，以及通過Beta函數理論對頻譜信息進行重構，最終結合隨機模擬技術可重建壓縮的風壓場。從結構抗風設計的應用角度，壓縮數據可進行工程要求的抗風分析，簡化了繁瑣的時程和頻譜分析過程，較為實用。附圖說明圖1為本專利技術流程圖；圖2為基于Bata函數的風壓譜建模結果圖；圖3(a)為歸一化的風壓系數時程圖；圖中橫坐標為時間tk(s)，縱坐標為歸一化的風壓系數時程圖3(b)為風壓系數概率密度函數圖，圖中橫坐標為歸一化的風壓系數縱坐標為概率密度函數；圖3(c)風壓系數無量綱功率譜密度函數圖；圖中橫坐標為頻率f(Hz)；縱坐標為無量綱功率譜密度函數S；圖4為基于Hermite多項式轉換函數法的極值風荷載估計結果與真實值的對比圖；圖5為基于壓縮數據進行的平板網架風振響應與原始數據計算結果的對比圖。具體實施方式具體實施方式一：如圖1所示，一種建筑風洞測壓試驗數據壓縮方法包括以下步驟：步驟一：將建筑風洞試驗測壓得到的風壓時間序列數據無量綱化為風壓系數時程數據，并計算風壓系數的無偏估計平均值、均方根值、偏度值和和峰度值；步驟二：對風壓系數時程進行自功率譜估計得到自功率譜，計算無量綱功率譜曲線的峰值以及曲線高頻段在雙對數坐標下的斜率；步驟三：采用Welch法估計風壓系數場的相干函數，用指數函數擬合相干函數；步驟四：根據步驟二求解帶Bata函數的方程得到無量綱自功率譜的表達式，并根據Beta函數得到任意ν階無量綱譜矩；步驟五：根據步驟一、步驟三和步驟四形成壓縮后的風荷載數據；步驟六：根據Hermite多項式轉換函數，形成互譜矩陣并對風壓場進行重構；步驟七：估計極值風荷載；步驟八：計算結構風振響應。具體實施方式二：本實施方式與具體實施方式一不同的是：所述步驟一中將建筑風洞試驗測壓得到的風壓時間序列數據無量綱化為風壓系數時程數據，計算風壓系數的無偏估計平均值、均方根值、偏度值和和峰度值具體為：將建筑風洞試驗測壓得到的風壓時間序列數據pi(tk)，無量綱化為風壓系數時程數據其中所述i表示測點號，t為時間，k表示時間序列號，取值為1,2,…,N，N為采樣長度，ρ為空氣密度，U表示參考高度處來流風速；并計算風壓系數的無偏估計平均值均方根值偏度值和峰度值Cp,ku=[N+1N(N-1N)2Σk=1N[Cp(tk)-C‾pC~p]4-3(N-1)]N-1(N-2)(N-3)+3.]]>其它步驟及參數與具體實施方式一相同。具體實施方式三：本實施方式與具體實施方式一或二不同的是：所述步驟二中對風壓系數時程進行自功率譜估計得到自功率譜，計算無量綱功率譜曲線的峰值以及曲線高頻段在雙對數坐標下的斜率具體為：采用自回歸AR模型對進行風壓系數時程進行自功率譜估計，得到自功率譜SCp(f)，對其無量綱化，表示為頻率f無量綱化為其中L表示參考尺度；計算無量綱功率譜曲線S-F曲線的峰值，即Sm＝max{S(F)本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種建筑風洞測壓試驗數據壓縮方法，其特征在于，所述建筑風洞測壓試驗數據壓縮方法的具體過程為：步驟一：將建筑風洞試驗測壓得到的風壓時間序列數據無量綱化為風壓系數時程數據，并計算風壓系數的無偏估計平均值、均方根值、偏度值和和峰度值；步驟二：對風壓系數時程進行自功率譜估計得到自功率譜，計算無量綱功率譜曲線的峰值以及曲線高頻段在雙對數坐標下的斜率；步驟三：采用Welch法估計風壓系數場的相干函數，用指數函數擬合相干函數；步驟四：根據步驟二求解帶Bata函數的方程得到無量綱自功率譜的表達式，并根據Beta函數得到任意ν階無量綱譜矩；步驟五：根據步驟一、步驟三和步驟四形成壓縮后的風荷載數據；步驟六：根據Hermite多項式轉換函數，形成互譜矩陣并對風壓場進行重構；步驟七：估計極值風荷載；步驟八：計算結構風振響應。

【技術特征摘要】
1.一種建筑風洞測壓試驗數據壓縮方法，其特征在于，所述建筑風洞測壓試驗數據壓縮方法的具體過程為：步驟一：將建筑風洞試驗測壓得到的風壓時間序列數據無量綱化為風壓系數時程數據，并計算風壓系數的無偏估計平均值、均方根值、偏度值和和峰度值；步驟二：對風壓系數時程進行自功率譜估計得到自功率譜，計算無量綱功率譜曲線的峰值以及曲線高頻段在雙對數坐標下的斜率；步驟三：采用Welch法估計風壓系數場的相干函數，用指數函數擬合相干函數；步驟四：根據步驟二求解帶Bata函數的方程得到無量綱自功率譜的表達式，并根據Beta函數得到任意ν階無量綱譜矩；步驟五：根據步驟一、步驟三和步驟四形成壓縮后的風荷載數據；步驟六：根據Hermite多項式轉換函數，形成互譜矩陣并對風壓場進行重構；步驟七：估計極值風荷載；步驟八：計算結構風振響應。2.根據權利要求1所述的一種建筑風洞測壓試驗數據壓縮方法，其特征在于，所述步驟一中將建筑風洞試驗測壓得到的風壓時間序列數據無量綱化為風壓系數時程數據，計算風壓系數的無偏估計平...

【專利技術屬性】
技術研發人員：蘇寧，孫瑛，武岳，沈世釗，
申請(專利權)人：哈爾濱工業大學，
類型：發明
國別省市：黑龍江;23