[发明专利]一种基于Kriging的输电塔结构风灾易损性建模方法

权利要求书

1.一种基于Kriging的输电塔结构风灾易损性建模方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将输电塔抗风极限承载力表示为关于风场平均强度、风向角和线路水平档距的函数，提出输电塔抗风能力面；

S2、以抗风能力面为对象，明确输入参数概率分布，生成n₀个初始观测点和相应观测结果，构建输电塔抗风能力面等代模型的初始实验集：

Z＝Z₀＝[X⁰ Y⁰]

其中n₀为点集规模，X⁰为初始观测点集，Y⁰为初始观测结果；

S3、基于实验集，引入一阶多项式回归函数和抛物线式相关函数，构建输电塔抗风能面的Kriging等代模型；

S4、在输入参数变化域内进行全局采点，运用构建的Kriging等代模型预测输出量，即塔结构极限风速对数值，并计算预测误差方差，采用接受-拒绝采样技术，生成补充点集X^**，使得补充点集X^**服从以预测误差方差为概率密度的分布；

S5、结合二分K-means算法与迭代自组织数据分析算法，对补充点集进行聚类、分裂和降维，进而生成优化补点集Z^**＝[X^**Y^**]，其中X^**为补充观测点集，Y^**为补充观测结果；

S6、验证输电塔抗风能力面Kriging等代模型的有效性；

S7、判断等代模型精度及拟合结果是否合理，若不合理，则通过引入补点集Z^**，扩充实验集：Z'＝[Z；Z^**]，形成新的实验集，并返回步骤S3中，直至模型精度及拟合结果合理；

S8、构建输电塔抗风能力面的最终Kriging等代模型；

S9、结合蒙特卡洛模拟方法，开展输电塔风致易损性计算，生成输电塔风致失效概率关于风场平均强度、风向角和水平档距的四维易损模型。

2.根据权利要求1所述的一种基于Kriging的输电塔结构风灾易损性建模方法，其特征在于：所述输入参数包括能力面参变量、竖向风剖面参数、结构不确定性参数以及结构确定性参数。

3.根据权利要求2所述的一种基于Kriging的输电塔结构风灾易损性建模方法，其特征在于：所述能力面参变量包括风向角和水平档距，且两参变量服从基于取值区间的均匀分布。

4.根据权利要求1所述的一种基于Kriging的输电塔结构风灾易损性建模方法，其特征在于，所述步骤S5中的验证方法，包括以下步骤：

a、采用横向验证技术，在每个循环下的实验集中随机抽取1个点作为验证点，设实验点规模为N，剩下N-1个点作为观测点构建Kriging模型，进而计算关于验证点的预测误差，随机抽取N次，统计获得衡量Kriging模型整体精度的决定系数和平均百分误差，验证模型整体精度；

b、将补点集视为验证集，选取均方根误差和平均绝对误差来检验Kriging模型的局部精度；

c、依据能力面参变量取值区间，均匀选取一定数量的能力面检验点，并依据结构参数概率分布随机生成不确定性特征预测点集，再使用当下循环步构建的Kriging模型，预测各个能力面检验点在不确定性特征预测点集下的极限承载力值；然后，统计各检验点的极限承载力均值和标准差，并计算其相对于上一个循环步的变化率，以检验点极限承载能力均值和标准差的变化率作为模型校验指标，验证等代模型的有效性，并考查模型拟合结果正确与否。

5.根据权利要求4所述的一种基于Kriging的输电塔结构风灾易损性建模方法，其特征在于：所述步骤a中，若所述决定系数值小于0.99或平均百分误差大于0.02，将优化点集并入实验集，形成新的实验点集，并返回步骤S3中，否则进入步骤b中。