大气温度场下历史建筑结构响应预测方法及系统与流程

本发明涉及土木工程领域，特别涉及一种大气温度场下历史建筑结构响应预测方法及系统。

背景技术：

1、历史建筑等既有建筑在使用过程中，不仅会受到日晒、风蚀、雨淋、地基沉降、钢结构生锈、混凝土收缩等不利因素的作用，还会遭受温度变化等平稳荷载的影响。目前，部分历史建筑结构已安装相应的监测设备，实现对历史建筑结构实施位移、应力、应变等物理量的监测。已有的监测数据显示，相关历史建筑的结构响应会受到结构表面温度情况的影响，而结构表面的温度情况也与大气温度场相关联。已有基于温度预测结构响应过程往往基于有限元方法，建立结构温度-应力模型，通过有限单元法由温度预测结构响应。但是，由于历史建筑年代久远，其结构随时间发生一定的变化，由温度通过有限元预测结构响应的方法存在着建模不准确的问题，另外单个有限元计算模型计算耗时长、不同温度工况需重新进行有限元计算也需要更多计算资源。

技术实现思路

1、本发明的目的是，提供一种大气温度场下历史建筑结构响应预测方法及系统，以解决传统有限元分析温度到结构响应方法的建模无法随时间实时更新、计算耗时久、不同工况需要重复计算、需要更多计算资源的问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供一种大气温度场下历史建筑结构响应预测方法，包括：

3、获取历史建筑结构所在区域在过去某段时间内大气温度场信息、结构温度场信息以及结构响应信息；

4、将过去某段时间内的大气温度场信息与结构温度场信息作为训练集，根据过去某段时间内随着大气温度场信息变化获取的结构温度场信息，基于人工智能算法建立并训练大气温度预测结构温度模型；

5、将该段时间内的结构温度场信息与结构响应信息作为训练集，根据该段时间内随着结构温度场信息变化获取的结构响应信息，基于人工智能算法建立并训练结构温度预测结构响应模型；

6、在大气温度预测结构温度模型上根据输入的未来某段时间内的未来大气温度场信息和未来某段时间之前的过去某段时间内的历史结构温度场信息来预测未来某段时间内的未来结构温度场信息并将预测的未来结构温度场信息输入至结构温度预测结构响应模型；

7、在结构温度预测结构响应模型上根据结构温度预测结构响应模型预测的未来结构温度场信息和未来某段时间之前的过去某段时间内的历史结构响应信息来预测未来某段时间内历史建筑结构的未来结构响应信息。

8、进一步地，本发明提供的大气温度场下历史建筑结构响应预测方法，

9、将大气温度预测结构温度模型和结构温度预测结构响应模型组合叠加形成大气温度场预测结构响应模型；

10、在大气温度场预测结构响应模型上根据输入的未来某段时间内的未来大气温度场信息和未来某段时间之前的过去某段时间内的历史结构温度场信息和历史结构响应信息，根据未来大气温度场信息和历史结构温度场信息来预测未来某段时间内的未来结构温度场信息，并根据未来结构温度场信息和历史结构响应信息来预测未来某段时间内历史建筑结构的未来结构响应信息。

11、进一步地，本发明提供的大气温度场下历史建筑结构响应预测方法，通过过去某段时间内的天气预报或者历史天气记录获取历史建筑结构所在区域在过去某段时间内大气温度场信息，通过在历史建筑上设置的温度传感器获取该段时间内在大气温度场信息下的结构温度场信息，通过在历史建筑上设置的结构响应传感器获取该段时间内在结构温度场信息下的结构响应信息。

12、进一步地，本发明提供的大气温度场下历史建筑结构响应预测方法，根据过去某段时间内随着大气温度场信息变化和云层厚度获取的结构温度场信息，建立并训练大气温度预测结构温度模型。

13、进一步地，本发明提供的大气温度场下历史建筑结构响应预测方法，根据过去某段时间内随着大气温度场信息变化和降雨情况获取的结构温度场信息，建立并训练大气温度预测结构温度模型。

14、进一步地，本发明提供的大气温度场下历史建筑结构响应预测方法，根据过去某段时间内随着大气温度场信息变化、云层厚度和降雨情况获取的结构温度场信息，建立并训练大气温度预测结构温度模型。

15、进一步地，本发明提供的大气温度场下历史建筑结构响应预测方法，采用sgd或者adam算法训练模型。

16、进一步地，本发明提供的大气温度场下历史建筑结构响应预测方法，所述结构温度预测结构响应模型和结构温度预测结构响应模型的模型类型均为dnn、rnn、lstm或者transformer模型。

17、为了解决上述技术问题，本发明还提供一种大气温度场下历史建筑结构响应预测系统，包括：

18、信息获取模块，用于获取历史建筑结构所在区域在过去某段时间内大气温度场信息、结构温度场信息以及结构响应信息；

19、大气温度预测结构温度模块，将过去某段时间内的大气温度场信息与结构温度场信息作为训练集，根据过去某段时间内随着大气温度场信息变化获取的结构温度场信息，基于人工智能算法建立并训练大气温度预测结构温度模型；在大气温度预测结构温度模型上根据输入的未来某段时间内的未来大气温度场信息和未来某段时间之前的过去某段时间内的历史结构温度场信息来预测未来某段时间内的未来结构温度场信息；

20、结构温度预测结构响应模块，将该段时间内的结构温度场信息与结构响应信息作为训练集，根据该段时间内随着结构温度场信息变化获取的结构响应信息，基于人工智能算法建立并训练结构温度预测结构响应模型；在结构温度预测结构响应模型上根据结构温度预测结构响应模型预测的未来结构温度场信息和未来某段时间之前的过去某段时间内的历史结构响应信息来预测未来某段时间内历史建筑结构的未来结构响应信息。

21、为了解决上述技术问题，本发明又提供一种大气温度场下历史建筑结构响应预测系统，包括：

22、信息获取模块，用于获取历史建筑结构所在区域在过去某段时间内大气温度场信息、结构温度场信息以及结构响应信息；

23、大气温度预测结构温度模块，将过去某段时间内的大气温度场信息与结构温度场信息作为训练集，根据过去某段时间内随着大气温度场信息变化获取的结构温度场信息，基于人工智能算法建立并训练大气温度预测结构温度模型；

24、结构温度预测结构响应模块，将该段时间内的结构温度场信息与结构响应信息作为训练集，根据该段时间内随着结构温度场信息变化获取的结构响应信息，基于人工智能算法建立并训练结构温度预测结构响应模型；

25、大气温度块预测结构响应模块，用于将大气温度预测结构温度模型和结构温度预测结构响应模型组合叠加形成复合预测模型；在大气温度场预测结构响应模型上根据输入的未来某段时间内的未来大气温度场信息和未来某段时间之前的过去某段时间内的历史结构温度场信息和历史结构响应信息，根据未来大气温度场信息和历史结构温度场信息来预测未来某段时间内的未来结构温度场信息，并根据未来结构温度场信息和历史结构响应信息来预测未来某段时间内历史建筑结构的未来结构响应信息。

26、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

27、本发明提供的大气温度场下历史建筑结构响应预测方法及系统，通过获取历史建筑结构所在区域在过去某段时间内大气温度场信息、结构温度场信息以及结构响应信息，基于人工智能算法根据大气温度场信息与结构温度场信息以及结构温度场信息与结构响应信息分别作为训练集分别建立并训练大气温度预测结构温度模型和结构温度预测结构响应模型；然后根据未来大气温度场信息和历史结构温度场信息通过大气温度预测结构温度模型预测未来某段时间内的未来结构温度场信息，最后根据未来结构温度场信息和历史结构响应信息通过结构温度预测结构响应模型预测未来某段时间内历史建筑的结构响应信息。与有限元模型建模及分析历史建筑的结构响应方法相比，能够根据实时更新的大气温度场信息、结构温度场信息以及结构响应信息更新大气温度预测结构温度模型和结构温度预测结构响应模型，提高了模型建立的精度和效率，从而提高了历史建筑随着大气温度变化产生结构响应的预测精度和准确性。同时基于更新的数据信息，避免有限元求解过程中的重复计算，减小计算量，无需占用较多的计算资源。

28、本发明提供的大气温度场下历史建筑结构响应预测方法及系统，从天气出发，考虑气候温度条件对历史建筑结构的温度影响，进而通过结构温度推测大气温度对史建筑结构的结构响应，与有限元分析方法通过温度预测结构响应相比，适用面更广。