目錄
第1章 土木工程簡介與回顧 1
1.1 材料力學基本知識 1
1.1.1 材料力學的基本任務與基本內(nèi)容 1
1.1.2 材料力學中的基本概念 2
1.1.3 材料的力學性能 4
1.1.4 應力應變分析與強度理論 6
1.2 結(jié)構(gòu)力學基本知識 9
1.2.1 結(jié)構(gòu)力學的基本任務和基本內(nèi)容 9
1.2.2 結(jié)構(gòu)的幾何構(gòu)造分析 9
1.2.3 結(jié)構(gòu)力學的分析方法 11
1.2.4 影響線 16
1.3 水工鋼結(jié)構(gòu)基本知識 17
1.3.1 鋼結(jié)構(gòu)的基本特點 17
1.3.2 鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展概況和應用 18
1.3.3 鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展方向 19
1.3.4 水工鋼結(jié)構(gòu)的設計方法 20
1.4 水工鋼筋混凝土基本知識 21
1.4.1 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的特點、應用和發(fā)展 21
1.4.2 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的力學性能 23
1.4.3 水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的設計思路 27
1.4.4 水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的設計內(nèi)容 27
1.5 海洋環(huán)境特征及其對土木工程的影響 28
1.5.1 海洋環(huán)境中的風及其對土木工程的影響 28
1.5.2 海洋環(huán)境中的波浪及其對土木工程的影響 31
1.5.3 海洋環(huán)境中的潮汐及其對土木工程的影響 33
1.5.4 海洋環(huán)境中的海流、海冰及其對土木工程的影響 33
1.6 海洋土木工程的基本特點 35
1.6.1 海洋土木工程所涉領域廣闊 35
1.6.2 海洋土木工程環(huán)境因素復雜 36
1.6.3 海洋土木工程結(jié)構(gòu)形式多樣 36
1.6.4 海洋土木工程與生態(tài)環(huán)境聯(lián)系密切 37
1.6.5 海洋土木工程信息化進程加速 37
1.7 本章小結(jié) 38
參考文獻 39
第2章 功能材料與結(jié)構(gòu)化材料 40
2.1 功能材料簡介 40
2.1.1 功能材料的定義 40
2.1.2 功能材料的分類 40
2.2 代表性功能材料 41
2.2.1 形狀記憶材料 41
2.2.2 壓電材料 43
2.2.3 摩擦電材料 45
2.2.4 超導材料 46
2.2.5 多功能材料系統(tǒng) 47
2.3 超材料：以力學超材料為例 49
2.3.1 力學超材料的定義與常見制備技術 49
2.3.2 力學超材料的典型分類方法 51
2.3.3 手性力學超材料 51
2.3.4 折/剪紙力學超材料 53
2.3.5 蜂窩力學超材料 54
2.3.6 力學功能超材料 56
2.4 數(shù)據(jù)驅(qū)動的新型結(jié)構(gòu)化材料 57
2.4.1 大數(shù)據(jù)與人工智能技術 57
2.4.2 大數(shù)據(jù)驅(qū)動的智能結(jié)構(gòu)化材料 58
2.4.3 水聲調(diào)控結(jié)構(gòu)化材料 59
2.4.4 抗沖減振結(jié)構(gòu)化材料 61
2.5 本章小結(jié) 62
參考文獻 62
第3章 人工智能海洋土木工程應用 65
3.1 機器學習算法 65
3.1.1 監(jiān)督學習 66
3.1.2 無監(jiān)督學習 69
3.1.3 強化學習 71
3.2 人工神經(jīng)網(wǎng)絡和深度學習算法 73
3.2.1 人工神經(jīng)網(wǎng)絡 73
3.2.2 卷積神經(jīng)網(wǎng)絡 75
3.2.3 深度學習 76
3.3 海洋土木工程人工智能技術 77
3.3.1 海況監(jiān)測預警 78
3.3.2 海洋數(shù)據(jù)降維 79
3.3.3 船舶路徑規(guī)劃 81
3.3.4 水下圖像增強 82
3.4 海洋土木工程人工智能輔助設計 83
3.4.1 智能建造 84
3.4.2 施工現(xiàn)場智能視覺 85
3.4.3 數(shù)字孿生 86
3.4.4 智能建筑材料 88
3.5 人工智能的海洋土木工程應用實例 89
3.5.1 機器學習算法選擇 89
3.5.2 損傷識別與裂縫檢測 91
3.5.3 定位與運動軌跡分類 93
3.6 本章小結(jié) 93
參考文獻 94
第4章 智能監(jiān)測感知技術 97
4.1 監(jiān)測感知技術的出現(xiàn)與發(fā)展 97
4.1.1 背景與重要性 97
4.1.2 基本技術與方法 98
4.1.3 發(fā)展進程與前景 99
4.2 常見的智能監(jiān)測感知技術 101
4.2.1 監(jiān)測感知技術系統(tǒng)組成及功能分析 101
4.2.2 子系統(tǒng)常見技術簡介 102
4.3 應變、位移與加速度監(jiān)測感知技術 105
4.3.1 電阻應變片傳感器 105
4.3.2 壓電貼片傳感器 107
4.3.3 位移傳感器 108
4.3.4 加速度傳感器 109
4.4 位移與加速度傳感器的海洋土木工程應用 110
4.4.1 位移傳感器的海洋土木工程應用 110
4.4.2 加速度傳感器的海洋土木工程應用 110
4.5 多技術耦合組網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng) 111
4.5.1 多傳感器組網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)概述 111
4.5.2 無線傳感器及其網(wǎng)絡特性 112
4.5.3 無線傳感器節(jié)點組成 113
4.5.4 無線傳感器網(wǎng)絡生成及其節(jié)點工作原理 113
4.5.5 多傳感器組網(wǎng)監(jiān)測技術研究現(xiàn)狀 114
4.5.6 多傳感器監(jiān)測網(wǎng)的海洋土木工程應用 116
4.6 本章小結(jié) 117
參考文獻 117
第5章 海洋智能土木工程監(jiān)測感知技術 119
5.1 智能監(jiān)測感知傳感器組網(wǎng)監(jiān)測技術 119
5.1.1 傳感器技術 119
5.1.2 無線傳輸技術 120
5.1.3 無線物聯(lián)網(wǎng)智能組網(wǎng)架構(gòu) 121
5.1.4 無線傳感器數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議 124
5.1.5 基于窄帶物聯(lián)網(wǎng)的低功耗無線監(jiān)測節(jié)點 126
5.1.6 基于4G/5G的高速率監(jiān)測節(jié)點 129
5.2 監(jiān)測數(shù)據(jù)實時分析處理與評估技術 131
5.2.1 數(shù)據(jù)預處理 131
5.2.2 數(shù)據(jù)融合 131
5.2.3 模式識別 132
5.2.4 數(shù)據(jù)處理 132
5.2.5 數(shù)據(jù)可視化 133
5.3 常見的監(jiān)測數(shù)據(jù)評估技術與方法 133
5.3.1 層次分析法 133
5.3.2 模糊綜合評價法 134
5.3.3 數(shù)據(jù)包絡分析法 135
5.4 跨域全生命周期一體化監(jiān)測感知系統(tǒng) 137
5.4.1 水上-水下-基礎跨域監(jiān)測技術 137
5.4.2 數(shù)字孿生技術 137
5.4.3 數(shù)字仿真技術 138
5.4.4 全生命周期一體化監(jiān)測感知預警系統(tǒng) 139
5.5 本章小結(jié) 143
參考文獻 144
第6章 海洋智能土木工程展望與愿景 146
6.1 監(jiān)測傳感器、數(shù)據(jù)傳輸與處理技術的技術瓶頸與發(fā)展趨勢 146
6.1.1 常見監(jiān)測傳感器技術的技術瓶頸 147
6.1.2 常見監(jiān)測傳感器技術的發(fā)展趨勢 148
6.1.3 常見數(shù)據(jù)傳輸技術的技術瓶頸 149
6.1.4 常見數(shù)據(jù)傳輸技術的發(fā)展趨勢 151
6.1.5 常見數(shù)據(jù)處理技術的技術瓶頸 151
6.1.6 常見數(shù)據(jù)處理技術的發(fā)展趨勢 152
6.2 海洋土木工程新能源技術介紹與發(fā)展趨勢 153
6.2.1 海洋土木工程新能源技術介紹 153
6.2.2 海洋土木工程新能源發(fā)展趨勢 156
6.3 海洋土木工程材料介紹與展望 157
6.3.1 海洋土木工程材料介紹 157
6.3.2 海洋土木工程材料展望 160
6.4 數(shù)據(jù)時代海洋土木工程信息智能化 162
6.4.1 海洋信息采集傳感器 162
6.4.2 海洋立體傳感器網(wǎng)絡 164
6.4.3 數(shù)據(jù)實時分析處理系統(tǒng) 166
6.5 海洋智能土木工程與智慧海洋 168
6.5.1 海洋智能近海工程 168
6.5.2 海洋智能港口碼頭 168
6.5.3 智慧海上交通 169
6.5.4 智慧海洋牧場 169
6.5.5 智慧海洋石油平臺 170
6.6 本章小結(jié) 171
參考文獻 171