水电工程三维监测信息分析系统理论与实践

本书聚焦于水电工程三维监测信息系统建模与分析方法，应用三维地理信息、虚拟现实、数据库、计算机网络、智能分析、可靠性分析等优选技术，对水电边坡和地下洞室安全监测分析的三维信息化、可视化、智能化和集成化分析所面临的技术难题进行研究。系统介绍地理信息系统基本理论、水电工程常规安全监测技术、多元信息三维地层建模方法、工程安全性评估智能分析方法、三维监测信息分析系统研发、典型水电工程及相关岩土工程的应用等内容。本书可供水利水电工程、岩土工程、交通、矿山等行业从事研究、勘察、设计工作的科技人员参考，也可供岩土力学、防灾减灾、环境工程、采矿工程等专业的高校、科研就够学生和教师参考。

第1章绪论1
1.1研究意义1
1.2研究进展3
1.2.1三维地质建模研究进展3
1.2.2水电工程及岩土工程中的GIS技术研究进展4
1.3本书的主要思路和内容6
第2章理论技术基础7
2.1GIS7
2.1.1GIS的组成7
2.1.2GIS空间数据及空间插值8
2.1.3GIS的应用13
2.2三维数字地层模型生成算法基础14
2.2.1等高线转成格网DEM14
2.2.2格网DEM转成TIN14
2.2.3Delaunay三角剖分16
2.2.4三角网内插18
2.3水电工程岩土安全监测19
2.3.1岩土边坡安全监测方法19
2.3.2地下洞室安全监测方法23
第3章基于GIS的水电工程地质三维建模与分析32
3.1基于Grid和TIN的GIS数据格式与模型32
3.1.1GIS数据的基本表示32
3.1.2表面模型33
3.1.3实体模型34
3.1.4混合模型37
3.2三维地表与地层建模39
3.2.1三维地层准确地表覆盖模型的生成39
3.2.2数字边坡自适应三维地层模型的生成41
3.3基于三维地层信息的洞室建模43
3.3.1生成洞室的三维实体形态44
3.3.2洞室自相交46
3.3.3洞室和地裙相交47
3.3.4洞室和地层相交48
3.4工程边坡开挖建模49
3.5工程构筑物多元信息三维建模50
3.5.1大坝建模方法50
3.5.2监测设施模型构建实例55
3.6三维场景的智能快速显示56
3.6.1基于四叉树结构DEM模型的递归生成与快速显示57
3.6.2DEM中的视锥裁减58
3.7基于地层信息的三维空间分析方法59
3.7.1单纯地层剖面的生成59
3.7.2地层中的水位面和三维物体的剖切处理60
3.7.3地层与地下洞室的混合剖面60
3.7.4面积计算61
3.7.5体积计算62
第4章水电岩土工程安全性评估智能分析方法63
4.1基于时间序列的边坡变形预测智能分析63
4.1.1时间序列的基本思想63
4.1.2遗传进化模型64
4.1.3进化神经网络模型67
4.1.4进化支持向量机模型69
4.2边坡危险性分区的进化动态聚类分析71
4.2.1动态聚类分析概述71
4.2.2边坡危险性分区指标的选用72
4.2.3基于动态聚类分析的进化支持向量机危险性分区方法74
4.3基于SVM的边坡工程可靠性分析与岩体力学参数的不确定分析75
4.3.1可靠性理论与SVM75
4.3.2基于SVM的边坡可靠性分析87
4.3.3水电边坡岩体力学参数的不确定分析104
4.4基于多元分布-相关向量机的地下洞室变形概率分析121
4.4.1多元分布-相关向量机模型122
4.4.2锦屏地下洞室工程案例分析123
第5章水电工程三维监测信息分析系统研发130
5.1系统开发环境与总体设计130
5.1.1系统开发环境130
5.1.2系统总体设计130
5.2集成系统的开发实现133
5.2.1程序开发模式的选择133
5.2.2系统模块的结构实现134
5.2.3系统数据的存储136
5.3系统的网络发布137
5.3.1数据压缩137
5.3.2数据加密138
5.3.3网络发布流程建立138
5.4基于网络的远程监测与传输设计141
5.4.1监测数据获取141
5.4.2GPRS数据通信142
5.4.3数据加密143
5.5三维可视化效果集成实现143
5.5.1基于光照明的可视化143
5.5.2基于纹理的可视化145
5.5.3基于动画的可视化145
5.6水电工程三维监测信息分析系统功能146
5.6.1数据库管理功能146
5.6.2二维分析功能147
5.6.3三维分析功能147
5.6.4安全性评估功能148
5.6.5文件的输入和输出148
5.6.6网络发布功能148
第6章工程应用实例149
6.1龙滩水电站高边坡三维监测信息反馈分析与安全评估149
6.1.1工程概况149
6.1.2监测断面布置151
6.1.3工程信息数据库管理155
6.1.4边坡工程场址的信息可视化与GIS辅助分析157
6.1.5基于信息平台的边坡变形预测161
6.2糯扎渡水电站地下洞室群三维地质建模和监测163
6.2.1工程概况163
6.2.2工程场址的信息可视化分析167
6.2.3工程信息数据库管理分析174
6.3其他工程应用176
6.3.1八尺门滑坡三维监测信息分析与动态设计176
6.3.2沪蓉西高速公路边坡监测信息管理分析184
参考文献194