PEER|Python整理PEER所下载的地震波源数据——提取地震波至txt+生成地震波反应谱 python|地震波

Python整理PEER所下载的地震波源数据——提取地震波至txt+生成地震波反应谱

导语
- 一、实现目标
- - 运行效果
  - 1 已下载的文件
  - 2 实现的效果
- 二、代码过程
- - 1 需要的库
  - 2 主要函数：共5个
  - - 函数1：得到‘.py’程序所在的文件目录及下一级子目录的路径列表a，返回列表a
    - 函数2：将每一路径下的‘.csv’文件转为‘.xlsx’（‘.csv’文件存有地震波名称，此步转化方便将地震波名称从‘.xlsx’中提取出来）
    - 函数3：处理地震波源数据，返回地震波的dt、npst、数据列表
    - 函数4：根据所给路径创建文件夹
    - 函数5：由保存有地震波的列表，计算地震波反应谱（此处参考[Dino陈博](https://zhuanlan.zhihu.com/p/401823576)所推荐的Nigam积分法）
  - 3 实现思路
结语

导语在进行动力时程分析前，选取合适的地震波是必须的。当前最热门的地震波下载网站当属PEER（太平洋地震工程研究中心）。从此网站下载地震波以后，往往需要将地震波数据进行二次转化，一方面得到用于导入其他软件的特种格式，另一方面生成地震波的反应谱。得到反应谱并不难，但是如何及时得到反应谱而略掉繁琐的‘点、点、点~’呢？本篇文章将解决此问题。
一、实现目标本篇文章的前提是处理从PEER上下载的地震波，目标是将所下载的地震波的地震波数据（存于txt中）、dt（时间步长）、ntps（时间步）、加速度反应谱四类信息进行处理。得到的结果，将地震波数据按不同时间步长整理的文件夹；含有地震波名称、dt、npts、加速度谱信息的表格。
运行效果
1 已下载的文件

PEER|Python整理PEER所下载的地震波源数据——提取地震波至txt+生成地震波反应谱

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为了展示，此处只下载了两条地震波，并在此目录文件内及下一级子目录文件内将地震波进行解压。可以看到，在这种状态下，当每级目录下的地震波若有100条时，或者，一条一条下载所得的地震波，处理起来的工程量不小。虽然能处理地震波的软件不少，但是地震波导入以后再依次复制出目标信息的方式非常的繁琐。
2 实现的效果
运行后，会将处理后的信息进行汇总于“处理后输出汇总”文件夹内。

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“处理后输出汇总”文件夹，是根据地震波所在的目录，将地震波按目录重新创建文件夹，并将其按时间步长类型进行整理。“地震波信息汇总.xlsx”表格保存有每级目录下的地震波的名称、dt、npts、加速度谱。

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二、代码过程 1 需要的库

import os import glob import openpyxl from pyexcel.cookbook import merge_all_to_a_book as sss import math

2 主要函数：共5个

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函数1：得到‘.py’程序所在的文件目录及下一级子目录的路径列表a，返回列表a

def file_name(file_dir): # 将目标路径和它下一级的子目录文件夹路径全部输出至列表 a1 = 1 a = [] for root, dirs, files in os.walk(file_dir): if a1 == 1: b = dirs a.append(file_dir) for i in range(0,len(b)): h = file_dir + '\\' + b[i] a.append(h) break return a

函数2：将每一路径下的‘.csv’文件转为‘.xlsx’（‘.csv’文件存有地震波名称，此步转化方便将地震波名称从‘.xlsx’中提取出来）

def csv_to_xlsx(path_1):# path_1为列表 h1 = file_name(path_1) bb1 = 1 print('共有' + str(len(h1)) + '个含有' + '.scv' + '文件夹目录') for i in range(0,len(h1)): print('现在处理第' + str(bb1) + '个文件夹内的所有'+ ''''.csv'文件！''') b1 = h1[i] + '\\' '*.csv' b2 = glob.glob(b1)# 获取bb文件夹内的所有‘.csv’文件的路径 print(b2) b3 = [] if b2 == []: continue else: for j in range(0,len(b2)): b3.append(b2[j]) sss(b3, h1[i] + '\\' + b2[j].split('\\')[-1].replace('.csv','.xlsx')) b3 = [] bb1 += 1 print('’.scv‘文件处理完毕')

函数3：处理地震波源数据，返回地震波的dt、npst、数据列表

def Ssw(inFilename): dt = 0.0 npts = 0 a = [] inFileID = open(inFilename, 'r') flag = 0 for line in inFileID: if line == '\n': continue elif flag == 1:# 此处用flag来进行标记，读取到带有DT的行后，后面的行都标记为1（进而将后面的行进行写出） ################################### words = line.split() lengthLine = len(words) if words[0] == '***': break else: for i in range(0, lengthLine): a.append(float(words[i]))# 将地震波数据提取并存储至列表a中 ####################################### else:# 此处为对数据进行读取，并标记开始进行数据写入的开始行（只不过并没有标记处是从哪一行开始，而是以从这一行开始后面都是需要写入的地震波数据 words = line.split() lengthLine = len(words) if lengthLine >= 4: if words[0] == 'NPTS=': for word in words: if word != '': if flag == 1: dt = float(word) break# 此处的break中断的点是单个line的判断 if flag == 2: npts = int(word.strip(',')) flag = 0 if word == 'DT=' or word == 'dt': flag = 1 if word == 'NPTS=': flag = 2 elif words[-1] == 'DT': count = 0 for word in words: if word != '': if count == 0: npts = int(word) elif count == 1: dt = float(word) elif word == 'DT': flag = 1 break# 此处的break中断的点是单个line的判断 count += 1 return dt, npts, a

函数4：根据所给路径创建文件夹

def mkdir(path): # 此项为创文件 import os # 去除首位空格 path = path.strip()# 删除空白符（包括'\n', '\r','\t',' '） path = path.rstrip("\\")# 去除尾部 \ 符号 # 判断路径是否存在 isExists = os.path.exists(path) if not isExists: # 如果不存在则创建目录 # 创建目录操作函数 os.makedirs(path) print(path + ' 创建成功') return True else: # 如果目录存在则不创建，并提示目录已存在 print(path + ' 目录已存在') return False

函数5：由保存有地震波的列表，计算地震波反应谱（此处参考Dino陈博所推荐的Nigam积分法）

def nigam_clac(k,m,dt,damp,nstep): tt=w=h=w2=hw=0.0 hw=wd=e=a11=a12=a21=a22=ss=cc=s1=c1=s2=c2=s3=c3=0.0 wdt=cwdt=swdt=b11=b12=b21=b22=x=sa=sv=sd=0.0 ddx=dx=dxf=xf=ddym=ddyf=0.0 nn=mm=0 dis=[] vel=[] acc=[] tim=[] pi = math.pi ## tt =2*pi*math.sqrt(m/k) w =2*pi/tt##cir freq h =damp w2 =w*w hw =h*w wd =w*math.sqrt(1-h*h) wdt =wd*dt e =math.exp(-hw*dt) cwdt =math.cos(wdt) swdt =math.sin(wdt) ## a11 =e*(cwdt+hw*swdt/wd) a12 =e*swdt/wd a21 =-e*w2*swdt/wd a22 =e*(cwdt-hw*swdt/wd) ss =-hw*swdt-wd*cwdt cc =-hw*cwdt+wd*swdt s1 =(e*ss+wd)/w2 c1 =(e*cc+hw)/w2 s2 =(e*dt*ss+hw*s1+wd*c1)/w2 c2 =(e*dt*cc+hw*c1-wd*s1)/w2 s3 =dt*s1-s2 c3 =dt*c1-c2 b11 =-s2/wdt b12 =-s3/wdt b21 =(hw*s2-wd*c2)/wdt b22 =(hw*s3-wd*c3)/wdt ## acc.append(2*hw*gm[0]*dt) vel.append(-1*gm[0]*dt) dis.append(0.0) tim.append(0.0) x =0.0 sa =0.0 sv =0.0 sd =0.0 nn =nstep for mmin range(nn): tim.append(mm*dt) dxf =dx xf =x ddym =gm[mm+1] ddyf =gm[mm] x = a12*dxf+a11*xf+b12*ddym+b11*ddyf dx =a22*dxf+a21*xf+b22*ddym+b21*ddyf ddx =-2*hw*dx-w2*x acc.append(ddx) vel.append(dx) dis.append(x) sa =max(sa,abs(ddx)) sv =max(sv,abs(dx)) sd =max(sd,abs(x)) ## alpha =sa/9800.0 kdisp =sd ##return tim,dis,vel,acc return alpha,kdisp

3 实现思路
1 从‘.py’文件所在目录，得到当前目录及下一级子目录的路径列表a1
2 遍历路径列表a1，并将其下的‘.csv’文件转化为‘.xlsx’，并保存在当前目录下
3 创建输出目录并得到其路径，遍历路径列表a1，先将先前生成的‘.xlsx’文件打开并得到指定方向的地震波名称列表a2，根据地震波名称列表a2，逐个处理地震波源数据文件，并将所得信息进行输出至所创建的输出目录中。
4 完成地震波文件的处理
结语 【PEER|Python整理PEER所下载的地震波源数据——提取地震波至txt+生成地震波反应谱】全部功能实现代码已托管至我的gitee账号Hongtao_He，如有代码问题，可在gitee中提交，或与我联系。对于地震波数据整理所需的关键函数已全部展示于上，亦可根据提示编辑属于自己的实现程序。
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