工程的變形監(jiān)測分析與預報

前言

工程變形監(jiān)測的分析與預報是一個永恒的課題。變形監(jiān)測是分析與預報的基礎，是一門發(fā)展很快的技術。變形分析與預報技術和方法涉及多學科交叉，如系統論和非線性科學等。因此，研究工程變形監(jiān)測分析與預報的理論具有重要的學術意義及應用價值。本書是編著者在多年教學、科研（自然科學基金、國際合作項目）和博士學位論文研究的基礎上，將研究成果以專著形式出版。全書共分16章，其中包括多篇博士論文的有關部分，圍繞工程的變形監(jiān)測分析與預報這一主題，將最新研究成果結合在一起。其主要內容如下：——變形監(jiān)測分析與預報的進展?！こ套冃伪O(jiān)測分析與預報的基礎理論。變形影響因子和變形模型，變形監(jiān)測方案設計，變形監(jiān)測技術與方法，變形觀測數據處理以及監(jiān)測資料整理、成果表達和解釋等?！冃畏治龅南到y論方法。變形體系統研究的動力學方法，運動穩(wěn)定性分析，動力學模型的建立，系統失穩(wěn)的突變模型，變形分析與預報的輸入一輸出模型等?！冃文Ｊ降耐負浼s束識別及其應用。二、三維變形模式的拓撲約束識別方法?！趶椥粤W平面和空間問題的變形驅動力反演?！赃m應卡爾曼濾波及其應用。運動點場分析與預報的卡爾曼濾波模型?！獣r間序列分析和頻譜分析法。時間序列與灰色系統組合模型，頻域分析方法、變形動態(tài)響應分析?！冃晤A報的人工神經網絡法，BP網絡及其拓撲結構設計，確定BP網絡結構的主成分法、大樣本法，BP網絡的推廣能力及性能評估，BP網絡的智能訓練算法、改進算法與分析?！冃晤A報神經網絡專家系統。神經網絡與專家系統集成的方法、神經網絡專家系統的結構、規(guī)則抽取和功能模塊設計?！〔ɡ碚摷靶〔V波去噪方法。小波分解與重構法去噪、非線性小波變換閾值法去噪、小波函數的選取與去噪效果分析?！〔ǘ喑叨茸冃畏治鼋?。觀測序列小波多尺度變換特征分析，小波多尺度自回歸建模，小波多尺度卡爾曼濾波模型?！〔ㄉ窠浘W絡變形預測?！植诩碚摷捌湓谶吰缕茐哪Ｊ街械膽?。邊坡變形破壞地質工程模型的特征及建模方法，基于分形理論的邊坡巖體結構特征粗糙預測，邊坡變形破壞模式粗糙集判定。——基于粗糙集理論的邊坡穩(wěn)定性預測，邊坡穩(wěn)定性粗糙集神經網絡預測?！蔷€性估計理論及其在變形監(jiān)測中的應用。非線性參數模型、非參數模型和半參數模型的估計方法，非線性估計理論在變形監(jiān)測中的應用?！冃伪O(jiān)測分析與預報的發(fā)展展望。本書稿的編寫分工是：——張正祿教授、博士、博士生導師（武漢大學），撰寫第1章、第2章、第16章，并負責全書的組織、設計及統稿工作?！S全義教授、博士、博士生導師（清華大學），撰寫第8章、第9章?！镍櫻憬淌凇⒉┦?、碩士生導師（桂林工學院），撰寫第10章、第11章、第12章。

內容概要

工程的變形監(jiān)測分析與預報是一個永恒的課題。圍繞這一課題，作者在總結教學、科研成果的基礎上編著了該書，包括教材和多篇博士論文的有關部分。主要內容有：工程變形監(jiān)測分析與預報的基礎理論，變形分析的系統論方法，變形模式的拓撲約束識別及其應用，變形驅動力反演，自適應卡爾曼濾波、時間序列分析及應用，變形預報的人工神經網絡方法和神經網絡專家系統，小波理論及應用，粗糙集理論及其在邊坡破壞模式中的應用，非線性問題及其在變形分析中的應用，變形監(jiān)測分析與預報的進展和發(fā)展展望等。    本書可作為從事測繪、變形觀測及數據處理等方面的教學、科研、生產人員的參考書，也可作為測繪工程專業(yè)本科生、碩士研究生的指定參考書和博士研究生的教材。

書籍目錄

第1章 緒論　§1.1 工程的變形監(jiān)測分析與預報的進展　§1.2 本書的主要內容第2章 變形監(jiān)測分析與預報的基礎理論　§2.1 基礎知識　§2.2 變形監(jiān)測方案設計　§2.3 變形監(jiān)測方法和自動化　§2.4 變形監(jiān)測數據處理　§2.5 變形監(jiān)測資料整理及成果表達和解釋　§2.6 實例分析第3章 變形分析的系統論方法　§3.1 系統科學基本理論　§3.2 變形分析與預報的系統論原理　§3.3 變形體系統研究的動力學方法　§3.4 根據監(jiān)測資料計算非線性動力學特征　§3.5 變形體系統的運動穩(wěn)定性分析　§3.6 變形體系統失穩(wěn)的突變模型　§3.7 自組織臨界模型　§3.8 數據處理的組合方法第4章 變形模型的拓撲約束識別　§4.1 引言　§4.2 聚類分析相似性測度　§4.3 變形模型及其檢驗　§4.4 變形模式的拓撲約束識別　§4.5 拓撲約束識別中多傳感器觀測數據的應用　§4.6 應用說明　§4.7 應用實例第5章 變形驅動力反演　§5.1 引言　§5.2 彈性力學基本方程　§5.3 彈性力學平面問題的有限單元法　§5.4 基于彈性力學平面問題的變形驅動力反演　§5.5 基于彈性力學空間問題的變形驅動力反演第6章 自適應卡爾曼濾波　§6.1 卡爾曼濾波基本模型　§6.2 自適應卡爾曼濾波　§6.3 卡爾曼濾波在測量和變形分析中的應用第7章 變形的時序分析和頻譜分析法　§7.1 時間序列分析法的基本理論　§7.2 時間序列與灰色系統組合模型　§7.3 頻域分析方法　§7.4 變形動態(tài)響應分析　§7.5 變形時序分析的應用實例第8章 變形預報的人工神經網絡法　§8.1 概述　§8.2 BP網絡及其訓練算法　§8.3 BP網絡拓撲結構設計　§8.4 相似相關系數法確定BP網絡結構　§8.5 主成分法確定BP網絡結構　§8.6 大樣本法確定BP網絡結構　§8.7 訓練樣本的質量對BP網絡推廣能力的影響　§8.8 BP網絡的推廣能力及網絡性能的評估　§8.9 BP網絡的改進算法分析　§8.1 0BP網絡的智能訓練算法第9章 變形預報神經網絡專家系統　§9.1 概述　§9.2 神經網絡與專家系統集成的方法　§9.3 神經網絡專家系統的結構　§9.4 神經網絡專家系統的功能模塊設計　§9.5 神經網絡專家系統的規(guī)則抽取第10章 小波理論及小波濾波去噪方法　§10.1 從傅里葉變換到小波分析　§10.2 小波變換　§10.3 小波分解與重構　§10.4 常用小波函數　§10.5 小波分解與重構法去噪　§10.6 非線性小波變換閾值法去噪　§10.7 小波函數的選取與去噪效果　§10.8 小波濾波去噪其它方法　§10.9 小波濾波去噪效果評價指標第11章 小波多尺度變形分析建?！　?1.1 小波多尺度概述　§11.2 觀測序列小波多尺度變換特征分析　§11.3 小波多尺度傅里葉時頻分析　§11.4 小波多尺度自回歸建模　§11.5 小波濾波模型第12章 小波神經網絡變形預測　§12.1 小波神經網絡理論　§12.2 小波神經網絡變形預測模型及應用第13章 粗糙集理論及其在邊坡破壞模式中的應用　§13.1 粗糙集理論　§13.2 邊坡變形破壞地質工程模型　§13.3 基于粗糙集理論的邊坡變形破壞地質工程模型判別第14章 基于粗糙集理論的邊坡穩(wěn)定性預測　§14.1 邊坡穩(wěn)定性評價預測模型　§14.2 邊坡穩(wěn)定性粗糙集神經網絡預測第15章 非線性問題及其在變形分析中的應用　§15.1 概述　§15.2 非線性參數模型的估計方法　§15.3 非線性非參數模型的估計方法　§15.4 非線性半參數模型的估計方法　§15.5 變形分析中的非線性問題及應用第16章 變形監(jiān)測分析與預報的發(fā)展展望　§16.1 工程的變形監(jiān)測技術的發(fā)展展望　§16.2 工程的變形分析和預報的發(fā)展展望　§16.3 工程安全監(jiān)測、分析與預報綜合信息系統參考文獻后記

章節(jié)摘錄

插圖：§1.1 工程的變形監(jiān)測分析與預報的進展1.1.1 工程的變形監(jiān)測技術的進展工程的變形監(jiān)測技術（包括儀器、方法和手段等）可分為大地測量和非大地測量兩種。在儀器方面，大地測量儀器又分傳統的和現代的大地測量儀器，通用的和專用的大地測量儀器。傳統的大地測量儀器主要有各種丈量工具、光學經緯儀、光學水準儀、電磁波測距儀、電子經緯儀、電子水準儀、電子全站儀等；現代的大地測量儀器則有GPS，全球定位系統）接收機、測量機器人、激光跟蹤儀、激光掃描儀等；它們大多是通用的大地測量儀器。專用的大地測量儀器有：精密的伸縮儀、各種鉛直儀、準直儀、測傾儀、多點位移計和液體靜力水準儀等；非大地測量儀器主要是指埋設在工程（如大壩、隧道）內部特定部位的儀器，如應變計、測縫計、裂縫儀、滲壓計、揚壓力計、測壓管、滲流量儀、收斂計、測力錨桿、壓力盒、溫度計、氣壓計等。此外，非大地測量儀器還包括各種與攝影測量有關的儀器。工程變形監(jiān)測的方法包括：構網（地面邊角網、導線網、混合網、水準網以及GPS網等）平差法、各種交會法、極坐標法、衛(wèi)星定位法、激光雷達法以及幾何水準法、三角高程法、液體靜力水準測量法、基準線法、攝影測量法、激光掃描法等。變形監(jiān)測技術發(fā)展很快，特別是儀器的發(fā)展，從單純光學的、機械的、電子的儀器到光機電一體化的儀器集成系統。變形監(jiān)測技術的進步與自動控制、精密機械、光電、微電子、計算機、航天、傳感和通訊等科學與技術的進步密不可分。發(fā)展的特點可概括為：自動化、智能化、數字化、網絡化以及高精度、高可靠性、實時、連續(xù)、動態(tài)、遙控、遙測等。1.1.2 工程的變形分析與預報的進展變形分析包括變形的幾何分析和變形的物理解釋。幾何分析涉及變形體幾何狀態(tài)及其變化的描述，物理解釋涉及力或引起變形的原因。1.變形的幾何分析變形監(jiān)測網分為參考網和相對網。變形的幾何分析包括變形監(jiān)測網的幾何分析和監(jiān)測點的幾何分析。變形監(jiān)測網的幾何分析主要是參考點的穩(wěn)定性分析和相對于穩(wěn)定基準的監(jiān)測網點的變形分析。在20世紀20年代，就研究了從兩期觀測值的差值判斷點位的穩(wěn)定性于1971年提出了平均間隙法和最大間隙法，和陳永奇等提出了穩(wěn)健S變換法，國內外研討的很多自由網平差、擬穩(wěn)平差等都與變形監(jiān)測網參考點的穩(wěn)定性分析有關。

后記

本書的研究和出版獲得以下基金和科研項目的資助：（1）國家自然科學基金：“高邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測動態(tài)模型和專家系統研究”，項目編號：49371049，1994-1996。（2）國家自然科學基金：“工程的形變分析和突發(fā)性災害預防的系統方法研究”，項目編號：49771065，1998-2000。（3）國家重點基礎研究發(fā)展計劃（973計劃）項目：“滑坡預警系統集成與優(yōu)化”，項目編號：2003（28716705，2003）-2006。（4）中國－歐盟科技合作項目：“滑坡預警系統集成與優(yōu)化”，項目編號：EVGI-CT-2002-00061，2002-2006。（5）湖北省國際科技合作重點項目：“滑坡預警系統集成與優(yōu)化”，項目編號：2003HB140345，2003-2005。（6）中國－奧地利科技合作項目：“滑坡災害預報專家系統”：編號：V。B。1 1，1998-2001。（7）中國～瑞士科技合作項目：“災害預防多傳感器監(jiān)測系統”，編號：CTI～2003-0107，2003-2005。（8）測繪遙感信息工程國家重點實驗室開放基金：“多傳感器多時相監(jiān)測數據實時處理與分析算法研究”，編號：（2003）0202，2003-2005。（9）廣西壯族自治區(qū)自然科學基金，“工程建筑物小波自適應變形分析模型研究”，項目編號：0339072，2003-2005。（10）國家自然學科基金，“基于小波變形分析模型”，項目編號：40574002，2005-2008。（11）測繪科技專著出版基金，“工程的變形監(jiān)測分析與預報”，2005。特此說明并表示最誠摯的感謝。

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