目錄
第1章 土木工程簡介與回顧 1
1.1 材料力學(xué)基本知識 1
1.1.1 材料力學(xué)的基本任務(wù)與基本內(nèi)容 1
1.1.2 材料力學(xué)中的基本概念 2
1.1.3 材料的力學(xué)性能 4
1.1.4 應(yīng)力應(yīng)變分析與強度理論 6
1.2 結(jié)構(gòu)力學(xué)基本知識 9
1.2.1 結(jié)構(gòu)力學(xué)的基本任務(wù)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(xué)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(yīng)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(shè)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(yīng)用和發(fā)展 21
1.4.2 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能 23
1.4.3 水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計思路 27
1.4.4 水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)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(fēng)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(lǐng)域廣闊 35
1.6.2 海洋土木工程環(huán)境因素復(fù)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(dǎo)材料 46
2.2.5 多功能材料系統(tǒng) 47
2.3 超材料：以力學(xué)超材料為例 49
2.3.1 力學(xué)超材料的定義與常見制備技術(shù) 49
2.3.2 力學(xué)超材料的典型分類方法 51
2.3.3 手性力學(xué)超材料 51
2.3.4 折/剪紙力學(xué)超材料 53
2.3.5 蜂窩力學(xué)超材料 54
2.3.6 力學(xué)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(shù) 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(yīng)用 65
3.1 機器學(xué)習(xí)算法 65
3.1.1 監(jiān)督學(xué)習(xí) 66
3.1.2 無監(jiān)督學(xué)習(xí) 69
3.1.3 強化學(xué)習(xí) 71
3.2 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和深度學(xué)習(xí)算法 73
3.2.1 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 73
3.2.2 卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 75
3.2.3 深度學(xué)習(xí) 76
3.3 海洋土木工程人工智能技術(shù) 77
3.3.1 海況監(jiān)測預(yù)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(shè)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(yīng)用實例 89
3.5.1 機器學(xué)習(xí)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(shù) 97
4.1 監(jiān)測感知技術(shù)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(shù)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(shù) 101
4.2.1 監(jiān)測感知技術(shù)系統(tǒng)組成及功能分析 101
4.2.2 子系統(tǒng)常見技術(shù)簡介 102
4.3 應(yīng)變、位移與加速度監(jiān)測感知技術(shù) 105
4.3.1 電阻應(yīng)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(yīng)用 110
4.4.1 位移傳感器的海洋土木工程應(yīng)用 110
4.4.2 加速度傳感器的海洋土木工程應(yīng)用 110
4.5 多技術(shù)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(luò)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(luò)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(shù)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(yīng)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(shù) 119
5.1 智能監(jiān)測感知傳感器組網(wǎng)監(jiān)測技術(shù) 119
5.1.1 傳感器技術(shù) 119
5.1.2 無線傳輸技術(shù) 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(shù) 131
5.2.1 數(shù)據(jù)預(yù)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(shù)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(luò)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(chǔ)跨域監(jiān)測技術(shù) 137
5.4.2 數(shù)字孿生技術(shù) 137
5.4.3 數(shù)字仿真技術(shù) 138
5.4.4 全生命周期一體化監(jiān)測感知預(yù)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(shù)的技術(shù)瓶頸與發(fā)展趨勢 146
6.1.1 常見監(jiān)測傳感器技術(shù)的技術(shù)瓶頸 147
6.1.2 常見監(jiān)測傳感器技術(shù)的發(fā)展趨勢 148
6.1.3 常見數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的技術(shù)瓶頸 149
6.1.4 常見數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的發(fā)展趨勢 151
6.1.5 常見數(shù)據(jù)處理技術(shù)的技術(shù)瓶頸 151
6.1.6 常見數(shù)據(jù)處理技術(shù)的發(fā)展趨勢 152
6.2 海洋土木工程新能源技術(shù)介紹與發(fā)展趨勢 153
6.2.1 海洋土木工程新能源技術(shù)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(luò) 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