工程波动理论与方法

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出版者:科学
作者:杜修力
出品人:
页数:444
译者:
出版时间:2009-5
价格:88.00元
装帧:
isbn号码:9787030245892
丛书系列:
图书标签:
  • 5
  • 工程力学
  • 波动理论
  • 振动分析
  • 结构动力学
  • 有限元
  • 数值方法
  • 数学物理
  • 工程应用
  • 机械工程
  • 控制工程
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具体描述

《工程波动理论与方法(精)》论述了有关工程波动理论与研究方法的问题。全书共分8章,主要内容包括:弹性波动理论的一些基本概念;弹性波动定解问题,特别是近场波动问题的求解方法;波动数值模拟的边界元和时域显式有限元方法;多种介质的动力相互作用问题;固体界面的动态接触过程模拟;无限域能量辐射的时域数值模拟方法;求解近场非线性波动问题的时域显式整体分析方法及其在混凝土高坝结构抗震分析中的应用。《工程波动理论与方法(精)》可作为研究工程波动问题,特别是近场波动问题的工程科研人员和研究生的参考书,也可作为土木、水利、矿山和工程力学等专业的高年级本科生和研究生教学参考用书。

遥感图像解译与应用:从数据到认知 图书简介 本著作《遥感图像解译与应用:从数据到认知》系统性地梳理了遥感信息获取、处理、分析及在具体行业应用中的理论基础与实践方法。全书内容聚焦于如何有效地从复杂的遥感影像数据中提取有价值的信息,并将其转化为可指导决策的知识体系。本书旨在为遥感技术、地理信息科学、环境科学、城市规划以及相关工程技术领域的学生、研究人员和专业技术人员提供一本兼具理论深度与操作指导性的参考手册。 本书共分为六个主要部分,结构清晰,逻辑严谨,层层递进地展示了遥感图像解译的全过程。 --- 第一部分:遥感成像机理与数据基础 (Foundations of Remote Sensing Imagery) 本部分深入探讨了电磁波与地物的相互作用机制,这是理解所有遥感数据产生的基础。我们详细分析了不同波段(可见光、近红外、短波红外、热红外及微波)的辐射特性及其对地物光谱签名的影响。 核心内容包括: 1. 电磁波谱与遥感窗口: 详细介绍电磁波谱的各个敏感波段,重点阐述大气对不同波段辐射传输的影响,以及如何选择最优的成像波段组合以区分特定地物目标(如植被健康度、水体质量、矿物分布)。 2. 传感器原理与数据获取: 系统介绍主流的主动式(如SAR、激光雷达)和被动式(如多光谱、高光谱)遥感传感器的基本工作原理、成像几何、辐射定标与几何校正的必要性。特别关注高分辨率商业卫星和无人机遥感平台的数据特性。 3. 遥感数据预处理: 详细讲解了辐射校正(去除大气和传感器误差)、几何校正(正射纠正、配准)以及图像增强技术(如对比度拉伸、直方图均衡化)在后续解译前的关键作用,确保数据质量符合解译要求。 --- 第二部分:数字图像处理与特征提取 (Digital Image Processing and Feature Extraction) 本部分侧重于将原始遥感数据转化为可被机器和人眼识别的特征集。这是实现自动化解译的关键技术环节。 核心内容包括: 1. 图像增强与可视化: 探讨空间域和频率域的增强技术,例如卷积滤波、傅里叶变换在去除噪声和突出特征方面的应用。重点介绍假彩色合成和真彩色合成技术,以及如何利用人眼的视觉特性优化图像展示效果。 2. 几何与辐射变换: 阐述不同坐标系之间的转换方法,以及如何利用地面控制点(GCPs)和数字高程模型(DEM)进行精确的空间定位。深入分析了热红外和微波数据的辐射校正至地表温度或后向散射系数的转化过程。 3. 特征空间分析: 详细介绍了光谱特征空间的构建。包括主成分分析(PCA)、特征子空间投影等维度缩减技术,以减少数据冗余,并增强类间可分性。 --- 第三部分:传统分类与信息提取方法 (Classical Classification and Information Extraction) 本部分系统梳理了基于统计学和机器学习的传统遥感图像分类技术,这些方法构成了遥感解译的经典基石。 核心内容包括: 1. 监督分类技术: 深入讲解最大似然法(MLC)、最小距离法(MDC)、马氏距离分类器等参数分类器的统计基础、应用条件和局限性。强调了训练样本的选取原则、代表性和数量对分类精度的决定性影响。 2. 非监督分类技术: 介绍K均值(K-means)、Isodata等聚类算法在探索性数据分析和未知地物分类中的应用。讨论如何通过后验分析确定聚类结果的实际地理意义。 3. 面向对象遥感图像分析(OBIA): 区别于传统的基于像素的分类,本书详细介绍了面向对象的方法论。包括图像分块(Segmentation)算法(如多尺度分割、边缘检测)、特征集构建(纹理、形状、光谱指数)以及对象级分类的流程。 --- 第四部分:深度学习在遥感解译中的前沿应用 (Frontier Applications of Deep Learning in Remote Sensing Interpretation) 本部分紧跟技术发展前沿,系统介绍卷积神经网络(CNN)及其变体在复杂遥感场景理解中的应用。 核心内容包括: 1. 深度学习基础与网络架构: 概述CNN的基本结构(卷积层、池化层、激活函数),并重点介绍适用于遥感图像分析的特定架构,如U-Net(用于语义分割)、Mask R-CNN(用于实例分割和目标检测)。 2. 高分辨率影像解译: 探讨深度学习在小目标检测(如舰船、飞机、特定基础设施)中的挑战与优化策略,如多尺度特征融合和目标尺度适应性设计。 3. 高光谱数据处理: 针对高光谱数据“高维、数据量大”的特点,介绍1D-CNN和3D-CNN在光谱-空间联合分类中的应用,实现更精细的物质成分识别。 4. 时间序列分析: 探讨利用循环神经网络(RNN/LSTM)对多景连续影像进行分析,用于监测地物变化、作物长势动态以及灾害演变过程。 --- 第五部分:不确定性分析与精度评估 (Uncertainty Analysis and Accuracy Assessment) 有效的解译必须伴随着对结果可靠性的量化评估。本部分专注于评估解译结果的质量和内在的不确定性来源。 核心内容包括: 1. 分类精度评估指标: 全面介绍混淆矩阵、总体精度、用户精度(精度)、生产者精度(召回率)的计算及其在分类结果评价中的侧重点。引入Kappa系数和F1分数等综合指标。 2. 不确定性来源剖析: 分析误差在遥感流程中的传递路径,包括传感器误差、大气/辐射误差、采样误差(训练样本不代表性)以及模型假设带来的内在误差。 3. 贝叶斯方法与模糊集理论: 探讨如何利用概率论和模糊逻辑来处理分类结果中的边界模糊性和信息不完全性,从而提供更具信息量的置信区间描述。 --- 第六部分:行业应用案例精选 (Selected Industry Application Cases) 本部分通过具体的、具有代表性的案例,展示前述理论和方法在实际工程和科研中的落地应用。 核心内容包括: 1. 城市环境监测与规划: 利用高分辨率影像结合深度学习进行城市不透水面提取、城市热岛效应分析、耕地动态监测及违章建筑识别。 2. 地质资源勘查: 应用高光谱和SAR数据,结合判别分析和特定指数,进行矿化蚀变带的提取和地表形变监测。 3. 林业与农业精细化管理: 结合NDVI、EVI等植被指数,利用时间序列分析评估作物胁迫状况,并进行病虫害早期预警和精准施肥区的划分。 4. 水资源与灾害评估: 探讨利用SAR数据进行洪水淹没范围快速提取、地表水体边界变化监测,以及利用雷达干涉测量(InSAR)监测滑坡和地面沉降。 --- 总结与展望: 全书内容贯穿了从基础电磁波原理到前沿AI算法的完整技术链条,强调了理论理解与实际操作的紧密结合。通过大量图示、流程图和具有代表性的数据实例,帮助读者构建起一个全面、系统的遥感图像信息提取和应用知识框架,为推动遥感技术在多领域的深度融合应用奠定坚实基础。

作者简介

目录信息

前言常用符号列表第1章 弹性波动方程及解与波动的一些基本概念 1.1 一维波动方程及解 1.2 无限各向同性弹性介质中的波 1.3 非均匀介质中波的透射与反射 1.4 成层介质中的面波 1.5 波动能量和波阻抗 1.6 介质的阻尼效应 1.7 传递矩阵法及成层介质的一维地震反应分析 1.8 液固两相介质中的波动 参考文献第2章 定解问题及其求解方法 2.1 定解问题的描述及其主要类型 2.2 定解问题的求解方法 2.3 近场波动问题分析方法 参考文献第3章 弹性波动问题的边界元方法 3.1 奇异边界元方法 3.2 间接边界元方法 3.3 级数解边界元方法 3.4 级数解边界积分法 3.5 半解析边界元方法 3.6 边界元方法在地震波散射问题中的应用 3.7 边界积分方程充要性的讨论及其权函数的选择 参考文献第4章 连续固体介质中波动求解的显式有限元方法 4.1 连续介质空间离散化及其有限元模型 4.2 节点运动方程及其节点刚度、质量、阻尼系数 4.3 节点运动方程的求解及时域数值积分方法 4.4 时域数值积分方法的几个问题 4.5 无阻尼体系节点运动方程的时域显式数值积分方法 4.6 一般阻尼体系节点运动方程的时域显式数值积分方法 4.7 显式积分方法的数值稳定性 4.8 显式积分方法的精度问题 4.9 时空离散网格模型中的波动及离散化准则 参考文献第5章 多种介质相互耦合的显式有限元方法 5.1 流体介质动力问题的显式有限元方法 5.2 流体饱和两相多孔介质动力问题的显式有限元方法 5.3 基于显式有限元的多种介质相互耦合的边界条件 参考文献第6章 基于显式有限元法的固体介质界面动接触力模拟方法 6.1 接触问题及其求解 6.2 二维无阻尼介质中缝界面动接触的显式有限元方法 6.3 二维有阻尼介质中缝界面动接触的显式有限元方法 6.4 三维介质中界面动接触的显式有限元方法 6.5 有阻尼介质动接触问题的阻尼简化处理方法 6.6 界面静接触的显式有限元方法 参考文献第7章 无限域能量辐射的时域数值模拟方法 7.1 无限域能量辐射模拟的解析人工边界 7.2 动力刚度系数的有理近似 7.3 高阶弹簧一阻尼一质量模型 7.4 基于一维单向波动的高阶弹簧一阻尼一质量边界 7.5 基于边界傅里叶模态展开的高阶弹簧一阻尼一质量边界 7.6 时域递归算法 7.7 广义黏弹性边界 7.8 流固两相耦合多孔介质的人工边界 参考文献第8章 近场非线性波动的时域显式整体模拟方法及应用 8.1 近域介质材料的非线性模型 8.2 基于动力松弛法的无约束域问题的静动作用组合分析方法 8.3 地震动输入问题 8.4 工程应用成果 参考文献附录A 特殊函数 A.1 贝塞尔(Bessel)函数 A.2 勒让德(Legendre)函数附录B 度量因子名词索引
· · · · · · (收起)

读后感

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用户评价

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在我看来,这本书的价值还体现在其对“跨学科应用”的广阔视野。它不仅仅聚焦于传统的固体力学或电磁学中的波动,而是巧妙地将视野拓展到了更广阔的领域。比如,书中有一章专门讨论了在微纳尺度下,热传导中的波动力学行为,即“热波”现象,以及它与经典声波在数学描述上的深刻联系——都遵循相似的波动方程形式,只是参数和边界条件不同。此外,对地震学中地波传播模型的简化与求解的案例分析,也极具启发性。它展示了如何将复杂的地球内部结构模型,通过一系列的降维和假设,转化为可以求解的波动方程。这种能够打破学科壁垒,提炼出核心数学模型的抽象能力,是这本书赋予读者的最宝贵的财富之一。它教会我们,无论面对的是声学、光学、电磁学还是热力学,其底层的波动规律往往是相通的。

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这本书的写作风格非常独特,它没有那种教科书的刻板,反而更像是一位经验丰富的大师在娓娓道来,充满着一种对科学探索的热忱。作者在引言部分就明确指出,理解波动现象的核心在于理解“信息”和“能量”的传输过程,而不是仅仅停留在求解偏微分方程的技巧上。这种哲学层面的引导,贯穿了全书。例如,在讨论布拉格散射(Bragg Scattering)时,作者不仅仅展示了能带结构图,还用类比的方式解释了波的周期性结构如何像一个“滤波器”一样,选择性地阻止特定波长的传播。这种高屋建瓴的叙事方式,使得原本枯燥的数学推导变得富有画面感和启发性。我发现自己不仅仅是在学习方法,更是在培养一种对物理现象的直觉判断力,这对于处理那些教科书上没有明确给出标准解的“灰色地带”问题至关重要。

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初读这本书时,我主要被其中对“阻尼与耗散”的讨论所吸引。市面上很多教材往往将阻尼视为一个简单的附加项,但在本书中,作者似乎花了不少笔墨深入探讨了耗散机制在不同物理系统中的微观根源,这在我处理实际结构振动问题时提供了新的视角。比如,在讨论粘弹性介质中的波传播时,作者引入了广义赫兹理论(Generalized Hertzian theory)的某些概念来修正传统的质量-弹簧-阻尼模型,使得模型更贴近真实材料的行为。更让我惊喜的是,书中对非线性波动现象的处理,特别是孤波(Solitons)在光纤和水波中的应用案例,讲解得深入浅出。作者没有满足于给出偏微分方程的数值解,而是尝试去挖掘这些非线性解背后的守恒律和对称性,这种理论高度让人叹服。虽然某些高级章节涉及到泛函分析和群论的知识点,阅读门槛稍高,但作者总能巧妙地用工程背景的例子来锚定抽象的数学工具,保证了读者不会在纯理论的海洋中迷失方向。

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这本书最让我感到受益匪浅的,是它对于“数值方法与工程实践”的整合深度。很多理论书籍在推导完解析解后便戛然而止,留给读者自己去面对庞大复杂的工程问题。然而,本书在理论讲解之后,紧接着就系统地介绍了有限元法(FEM)、边界元法(BEM)以及时域有限差分法(FDTD)在求解波动方程中的具体应用。尤其是在有限元部分,作者详细阐述了形函数(Shape Functions)的选择对计算精度和稳定性的影响,并给出了在处理高频问题时,如何避免“锯齿效应”的几种有效策略。我曾尝试用书中的建议来优化我们项目中一个复杂的声学散射模型,通过调整单元的尺寸和高阶插值函数的使用,计算收敛速度有了显著提升,错误率也降低了一个数量级。这种从物理机理到数学建模,再到工程实现的完整闭环,是这本书区别于其他同类教材的显著标志。

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这本书的装帧设计本身就透露出一种严谨而深邃的气质。封面采用的是深海蓝搭配哑光处理,中央的烫金字体“工程波动理论与方法”在灯光下熠熠生辉,给人一种非常专业和权威的印象。拿到手上,厚重的纸张质感和清晰的排版让人心情愉悦。内页的印刷质量极高,图表和公式的线条都非常锐利,即便是复杂的傅里叶变换或者拉普拉斯逆变换,也能看得一清二楚,这一点对于需要反复对照和演算的读者来说简直是福音。我很欣赏作者在章节布局上的用心,知识点层层递进,从基础的波动方程推导,到各种边界条件的引入,再到高维空间和非均匀介质中的解析解,逻辑链条极其严密。尤其是那些经典算例的展示,每一步计算过程都详略得当,既不会因为过于简洁而让人抓不到头绪,也不会因为过度冗长而拖沓。这本书显然是为那些希望系统掌握波动现象本质,并能将其应用于实际工程问题的研究者和工程师们量身定做的。它不只是工具书,更像是一本哲学著作,引导我们去思考“波”这种现象在不同尺度和介质中的普适性与特殊性。

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有些理论推导还是挺艰深晦涩的,也可能是我太菜了。除去目前不会涉及的一小部分知识,基本都看了一遍,解决了我的很多困惑:果然老杜提出的概念还是得从老杜的专著里去找准确含义。另外,我还是很佩服老杜的波动理论功底和数学功底的。

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有些理论推导还是挺艰深晦涩的,也可能是我太菜了。除去目前不会涉及的一小部分知识,基本都看了一遍,解决了我的很多困惑:果然老杜提出的概念还是得从老杜的专著里去找准确含义。另外,我还是很佩服老杜的波动理论功底和数学功底的。

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有些理论推导还是挺艰深晦涩的,也可能是我太菜了。除去目前不会涉及的一小部分知识,基本都看了一遍,解决了我的很多困惑:果然老杜提出的概念还是得从老杜的专著里去找准确含义。另外,我还是很佩服老杜的波动理论功底和数学功底的。

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有些理论推导还是挺艰深晦涩的,也可能是我太菜了。除去目前不会涉及的一小部分知识,基本都看了一遍,解决了我的很多困惑:果然老杜提出的概念还是得从老杜的专著里去找准确含义。另外,我还是很佩服老杜的波动理论功底和数学功底的。

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有些理论推导还是挺艰深晦涩的,也可能是我太菜了。除去目前不会涉及的一小部分知识,基本都看了一遍,解决了我的很多困惑:果然老杜提出的概念还是得从老杜的专著里去找准确含义。另外,我还是很佩服老杜的波动理论功底和数学功底的。

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