第07章 橋梁結(jié)構(gòu)智慧監(jiān)測(cè)系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)方法

第7章橋梁結(jié)構(gòu)智慧監(jiān)測(cè)系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)方法橋梁工程結(jié)構(gòu)智慧監(jiān)測(cè)——理論與實(shí)踐CONTENTS17.1總體設(shè)計(jì)27.2橋梁智慧監(jiān)測(cè)系統(tǒng)概念設(shè)計(jì)37.3橋梁智慧監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)方案設(shè)計(jì)長(zhǎng)期以來，對(duì)橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，多是站在傳感器系統(tǒng)、IT技術(shù)的角度進(jìn)行的，包括近年來陸續(xù)出臺(tái)的各種規(guī)范指南，多數(shù)并沒有考慮橋梁結(jié)構(gòu)的監(jiān)測(cè)需求和特點(diǎn)，因此，這些規(guī)范只能起到指導(dǎo)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)獲取功能的實(shí)現(xiàn)，并不能發(fā)揮進(jìn)一步的數(shù)據(jù)分析處理和利用功能的設(shè)計(jì)、開發(fā)和實(shí)施，不能指導(dǎo)智慧化的工程結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。7.1總體設(shè)計(jì)7.1.1橋梁智慧監(jiān)測(cè)系統(tǒng)目標(biāo)和服務(wù)對(duì)象1橋梁智慧監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的總體目標(biāo)橋梁智慧監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的目標(biāo)可以分成四個(gè)層次：

以保證橋梁正常運(yùn)行期內(nèi)的整體性能狀態(tài)的正確偵測(cè)、判斷為目的；以偵測(cè)、監(jiān)控、判斷結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)區(qū)域的病害的發(fā)生、發(fā)展及其對(duì)結(jié)構(gòu)整體健康狀態(tài)的危害程度為目的；以監(jiān)控結(jié)構(gòu)整體或重要部件是否發(fā)生極端安全性事件為目的；以掌握結(jié)構(gòu)某些特定方面的行為規(guī)律為目的；結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)不應(yīng)以結(jié)構(gòu)局部損傷的識(shí)別為目的，而是應(yīng)該以識(shí)別結(jié)構(gòu)整體性能、病害、安全事故、特定行為規(guī)律為目的。力學(xué)特性上易損的部位不一定是實(shí)際病害易發(fā)的部位，只有同時(shí)滿足力學(xué)上和使用荷載模式下在概率意義上易于發(fā)生的損傷才可稱之為病害，才具有監(jiān)測(cè)的必要性和實(shí)際意義。2健康監(jiān)測(cè)目標(biāo)體系針對(duì)所設(shè)定的總體目標(biāo)，結(jié)合監(jiān)測(cè)對(duì)象的具體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、荷載特點(diǎn)等因素，對(duì)總體目標(biāo)進(jìn)行細(xì)化設(shè)計(jì)，每個(gè)細(xì)化的監(jiān)測(cè)目標(biāo)反映結(jié)構(gòu)的某方面的工作性能，某種病害程度，某種極端安全事件的程度發(fā)生可能性，或者某種特定探索性監(jiān)測(cè)目的。一個(gè)定義良好的健康監(jiān)測(cè)目標(biāo)，應(yīng)該被有物理意義的函數(shù)所描述和度量，稱其為功能函數(shù)。功能函數(shù)的自變量應(yīng)該是具體的、有意義的指標(biāo)量和對(duì)應(yīng)的指標(biāo)閥值，這些量應(yīng)與結(jié)構(gòu)的荷載、響應(yīng)、物理力學(xué)特性和幾何構(gòu)型有關(guān)。不論該函數(shù)本身是否能被測(cè)量，指標(biāo)應(yīng)該是能被直接或間接測(cè)量的。對(duì)于結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)目標(biāo)的發(fā)展演變過程中的特定狀態(tài)，應(yīng)該有唯一的功能函數(shù)取值與之對(duì)應(yīng)，這些與特定狀態(tài)對(duì)應(yīng)的功能函數(shù)值唯一劃分了該結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)目標(biāo)的演變空間。不同的結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)目標(biāo)對(duì)結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)的描述能力是不同的，可以用加權(quán)和的方式匯總單個(gè)監(jiān)測(cè)目標(biāo)的函數(shù)值，得到反映結(jié)構(gòu)最終的健康狀態(tài)，以供決策。不同的結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)目標(biāo)之間可以不考慮信息冗余各自獨(dú)立存在。3結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)服務(wù)對(duì)象橋梁智慧監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的服務(wù)對(duì)象：首先應(yīng)該是橋梁管養(yǎng)部門，即應(yīng)為橋梁管養(yǎng)維護(hù)決策提供數(shù)據(jù)和信息支持，為橋梁管養(yǎng)及維護(hù)的效果提供客觀科學(xué)的評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)。其次的服務(wù)對(duì)象才是具有探索和研究目的的設(shè)計(jì)者和研究者。結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過對(duì)整體性能的監(jiān)測(cè)與診斷，為管養(yǎng)部門制定總體管養(yǎng)維護(hù)方案提供依據(jù)；對(duì)于病害的監(jiān)測(cè)，為橋梁的大、中、小修決策、方案和效果評(píng)判提供依據(jù)；對(duì)于結(jié)構(gòu)安全性或使用條件下某些性能狀態(tài)超越極限值事件的監(jiān)測(cè)及監(jiān)控，可以為橋梁的交通管理、日常管理、災(zāi)害時(shí)的快速評(píng)估提供依據(jù)。7.1.2一般設(shè)計(jì)流程橋梁智慧監(jiān)測(cè)系統(tǒng)一般化設(shè)計(jì)流程包括三大步驟，即橋梁智慧監(jiān)測(cè)系統(tǒng)概念設(shè)計(jì)、橋梁智慧監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)方案設(shè)計(jì)、橋梁智慧監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)施方案設(shè)計(jì)。橋梁智慧監(jiān)測(cè)系統(tǒng)一般化設(shè)計(jì)流程橋梁智慧監(jiān)測(cè)系統(tǒng)概念設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)是解決系統(tǒng)建設(shè)的必要性、主要工作方向和基本技術(shù)路線問題。根據(jù)橋梁智慧監(jiān)測(cè)系統(tǒng)目標(biāo)，概念設(shè)計(jì)需要回答為什么監(jiān)測(cè)（why）、監(jiān)測(cè)什么（what）、如何監(jiān)測(cè)（how）的問題。Why?What?How?1橋梁智慧監(jiān)測(cè)系統(tǒng)概念設(shè)計(jì)流程（1）監(jiān)測(cè)需求分析根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、荷載和作用特點(diǎn)，對(duì)運(yùn)營(yíng)期橋梁的管養(yǎng)決策過程和依據(jù)進(jìn)行梳理和了解，總結(jié)出其對(duì)所需信息的需求，對(duì)這些信息的可監(jiān)測(cè)性進(jìn)行論證分析，總結(jié)、設(shè)計(jì)出合理的結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)目標(biāo)體系；（2）結(jié)構(gòu)損傷（病害）及性能演變分析

根據(jù)合理設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)目標(biāo)體系，對(duì)服役期結(jié)構(gòu)可能的損傷（病害）演變過程、整體性能退化過程進(jìn)行仿真分析，預(yù)測(cè)特定結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)目標(biāo)的結(jié)構(gòu)行為變化規(guī)律；（3）

監(jiān)測(cè)信息特征和指標(biāo)體系的設(shè)計(jì)

根據(jù)結(jié)構(gòu)損傷（病害）及性能演變分析所揭示的結(jié)構(gòu)行為規(guī)律，在既定的結(jié)構(gòu)效應(yīng)、指標(biāo)中比選表征結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)目標(biāo)演變過程的最佳指標(biāo)，必要時(shí)可從結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)目標(biāo)演變過程中計(jì)算出的力學(xué)效應(yīng)場(chǎng)中構(gòu)造、設(shè)計(jì)出最佳表征指標(biāo)。將對(duì)應(yīng)于不同監(jiān)測(cè)目標(biāo)的指標(biāo)體系進(jìn)行集成，形成完備的指標(biāo)體系；（4）監(jiān)測(cè)模式的設(shè)計(jì)：根據(jù)3）中形成的每一個(gè)指標(biāo)，設(shè)計(jì)最佳監(jiān)測(cè)模式，包括確定指標(biāo)與可測(cè)量的數(shù)學(xué)關(guān)系，確定監(jiān)測(cè)內(nèi)容和測(cè)點(diǎn)布置方案，確定監(jiān)測(cè)技術(shù)類型和傳感設(shè)備的技術(shù)參數(shù)，確定從監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中抽取識(shí)別指標(biāo)的方法，以及根據(jù)指標(biāo)進(jìn)行結(jié)構(gòu)健康診斷和狀態(tài)判別的方法；內(nèi)容和順序1橋梁智慧監(jiān)測(cè)系統(tǒng)概念設(shè)計(jì)流程（5）多監(jiān)測(cè)模式的集約與優(yōu)化：結(jié)構(gòu)通常需要多個(gè)監(jiān)測(cè)目標(biāo)，每個(gè)監(jiān)測(cè)目標(biāo)有一個(gè)監(jiān)測(cè)模式，當(dāng)結(jié)構(gòu)需要同時(shí)設(shè)置多個(gè)監(jiān)測(cè)模式時(shí)，還需要將他們進(jìn)行將集約化再設(shè)計(jì)。這包括：使從屬于不同監(jiān)測(cè)模式的測(cè)點(diǎn)最大程度共用互聯(lián)；采用'最大公約數(shù)'的方式選擇監(jiān)測(cè)技術(shù)和設(shè)定設(shè)備參數(shù)技術(shù)參數(shù)；采用數(shù)據(jù)格式統(tǒng)一，以便同一測(cè)點(diǎn)為不同監(jiān)測(cè)模式使用；嘗試對(duì)指標(biāo)抽取識(shí)別和結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)判別的算法加以通用化處理，以便采用同一種程序來處理不同的監(jiān)測(cè)模式；1橋梁智慧監(jiān)測(cè)系統(tǒng)概念設(shè)計(jì)流程內(nèi)容和順序橋梁智慧監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的概念設(shè)計(jì)的承擔(dān)者需要此階段作為一信息收集、集成、分析的角色，這包括：與橋梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方協(xié)同工作，了解結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和設(shè)計(jì)者的關(guān)切；與橋梁施工單位協(xié)同工作，收集橋梁施工工藝過程、施工材料、施工細(xì)節(jié)的處理等關(guān)乎成橋運(yùn)營(yíng)期結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)的信息；與橋梁管養(yǎng)單位及檢測(cè)單位協(xié)同工作，了解橋梁管養(yǎng)決策對(duì)支持信息的需求、了解檢測(cè)技術(shù)的難點(diǎn)和短板等信息。根據(jù)上述信息，概念設(shè)計(jì)者需要確定健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的確切目標(biāo)，合理分解總體目標(biāo)并設(shè)計(jì)具體化的目標(biāo)體系，然后根據(jù)具體化的目標(biāo)體系，組織進(jìn)行結(jié)構(gòu)損傷（病害）和性能演變分析，根據(jù)分析成果進(jìn)行如下工作:設(shè)計(jì)并建立監(jiān)測(cè)指標(biāo)體系、指標(biāo)的閥值體系和預(yù)警評(píng)估體系；根據(jù)監(jiān)測(cè)指標(biāo)體系，設(shè)計(jì)監(jiān)測(cè)內(nèi)容、測(cè)點(diǎn)布置，確定傳感設(shè)備的技術(shù)參數(shù)需求；確定監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件方案和軟件方案的總體框架。1橋梁智慧監(jiān)測(cè)系統(tǒng)概念設(shè)計(jì)流程2橋梁智慧監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)方案設(shè)計(jì)流程橋梁智慧監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)方案設(shè)計(jì)是概念設(shè)計(jì)的具體化，主要解決詳細(xì)技術(shù)路線的問題。工作內(nèi)容和設(shè)計(jì)流程如下：硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

主要針對(duì)設(shè)計(jì)好的監(jiān)測(cè)模式或集約化的監(jiān)測(cè)模式群，統(tǒng)一設(shè)計(jì)監(jiān)測(cè)所需的硬件系統(tǒng)，包括傳感設(shè)備、數(shù)據(jù)采集設(shè)備、通訊傳輸設(shè)備、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理設(shè)備、數(shù)據(jù)分析處理設(shè)備、數(shù)據(jù)展示發(fā)布媒介設(shè)備等一系列的內(nèi)容；軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

針對(duì)設(shè)計(jì)好的監(jiān)測(cè)模式或集約化的監(jiān)測(cè)模式群，統(tǒng)一設(shè)計(jì)監(jiān)測(cè)所需的軟件系統(tǒng)，包括監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件平臺(tái)、采集驅(qū)動(dòng)程序或模塊，數(shù)據(jù)傳輸、通訊控制軟件，數(shù)據(jù)信號(hào)調(diào)理和預(yù)處理軟件、應(yīng)用分析軟件模塊等；計(jì)算方案及算法設(shè)計(jì)

針對(duì)設(shè)計(jì)好的監(jiān)測(cè)模式或集約化的監(jiān)測(cè)模式群，研究合理的數(shù)據(jù)調(diào)理算法、數(shù)據(jù)初步處理和常規(guī)數(shù)據(jù)挖掘算法、基于力學(xué)分析模型的特征指標(biāo)抽取和識(shí)別算法、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的在線預(yù)警算法、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的健康狀態(tài)評(píng)估診斷算法、模型驅(qū)動(dòng)的結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)評(píng)估診斷算法。此外，對(duì)于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的科學(xué)顯示和發(fā)布算法也是一個(gè)重要的設(shè)計(jì)內(nèi)容；專項(xiàng)監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)對(duì)于一些特殊的單個(gè)監(jiān)測(cè)目的，要進(jìn)行單項(xiàng)、獨(dú)立、自治的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)；2橋梁智慧監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)方案設(shè)計(jì)流程施工期監(jiān)測(cè)的納入

對(duì)于某些要求包括施工監(jiān)測(cè)和成橋期監(jiān)測(cè)在內(nèi)的全壽面期監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)，還需要專門對(duì)施工期監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)和實(shí)施方案進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)，以便實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)設(shè)備的共用和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的歷史延續(xù)；系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)接入

對(duì)于網(wǎng)絡(luò)化或區(qū)域集中管理需求的多個(gè)橋梁監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，還需要設(shè)計(jì)單個(gè)橋梁智慧監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)接入和整合方案。3橋梁智慧監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)施方案設(shè)計(jì)流程橋梁智慧監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)施方案是對(duì)橋梁智慧監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)設(shè)計(jì)方案的實(shí)施過程進(jìn)行詳細(xì)規(guī)劃的重要環(huán)節(jié)，工作內(nèi)容和設(shè)計(jì)流程如下：硬件系統(tǒng)的安裝與保護(hù)

對(duì)傳感器、設(shè)備的安裝、電磁保護(hù)、氣溫控制、防水防雷、防盜、安全供電等環(huán)節(jié)進(jìn)行設(shè)計(jì)；軟件系統(tǒng)開發(fā)、部署和聯(lián)調(diào)

對(duì)軟件開發(fā)工程中的質(zhì)量控制、文檔管理、代碼編制與調(diào)試，多學(xué)科聯(lián)合開發(fā)辦法等加以規(guī)劃，對(duì)軟件的部署方案、軟硬件聯(lián)調(diào)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)；系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)的優(yōu)化與校驗(yàn)

包括試運(yùn)行期硬件、軟件的運(yùn)行參數(shù)的優(yōu)化設(shè)置辦法，系統(tǒng)運(yùn)行狀況的認(rèn)定辦法，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的有效性校驗(yàn)方案；監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的成果輸出與發(fā)布方案

橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況、系統(tǒng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及其分析結(jié)果等，應(yīng)該以定期或非定期報(bào)告的形式予以輸出和發(fā)布，系統(tǒng)設(shè)計(jì)者或?qū)嵤﹩挝粦?yīng)該給出報(bào)告的標(biāo)準(zhǔn)模版；在試運(yùn)行期內(nèi)，對(duì)于關(guān)鍵監(jiān)測(cè)模式，還應(yīng)該給出數(shù)據(jù)的范式分析報(bào)告，以供業(yè)主和相關(guān)主管使用。7.2橋梁智慧監(jiān)測(cè)系統(tǒng)概念設(shè)計(jì)7.2.1監(jiān)測(cè)需求分析根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、荷載和作用特點(diǎn)，對(duì)運(yùn)營(yíng)期橋梁的管養(yǎng)決策過程和依據(jù)進(jìn)行梳理和了解，總結(jié)出其對(duì)所需測(cè)量信息的需求，對(duì)這些信息的可監(jiān)測(cè)性進(jìn)行論證分析，總結(jié)、設(shè)計(jì)出合理的結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)目標(biāo)體系。“”1監(jiān)測(cè)對(duì)象的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析對(duì)于待監(jiān)測(cè)的結(jié)構(gòu)對(duì)象，通過咨詢結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)單位或自行分析的方式，對(duì)該對(duì)象的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和行為特點(diǎn)進(jìn)行分析，這包括：明確結(jié)構(gòu)主要傳力路線，找出關(guān)鍵受力位置和關(guān)鍵構(gòu)件，了解主要受力行為規(guī)律；通過力學(xué)分析計(jì)算，對(duì)結(jié)構(gòu)關(guān)鍵位置的效應(yīng)做大致了解，對(duì)結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性做出預(yù)先計(jì)算；對(duì)結(jié)構(gòu)的構(gòu)造特點(diǎn)進(jìn)行分析，了解關(guān)鍵的附屬元件或構(gòu)造措施；根據(jù)同類橋梁的經(jīng)驗(yàn)，判斷結(jié)構(gòu)主要病害類型、發(fā)生部位和演變規(guī)律；根據(jù)結(jié)構(gòu)的材料力學(xué)性能，判斷結(jié)構(gòu)可能得性能演變規(guī)律。在此基礎(chǔ)上，初步給出所有感興趣的、可能的結(jié)構(gòu)的監(jiān)測(cè)目標(biāo)，框定所需測(cè)量信息范圍。2監(jiān)測(cè)對(duì)象的荷載和作用橋梁結(jié)構(gòu)的健康狀態(tài)除了與結(jié)構(gòu)本身特點(diǎn)息息相關(guān)之外，還與結(jié)構(gòu)遭受的荷載、作用緊密相關(guān)。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者該對(duì)監(jiān)測(cè)對(duì)象在不同階段承受的荷載進(jìn)行分析：根據(jù)地區(qū)或城市規(guī)劃，預(yù)測(cè)橋梁交通荷載趨勢(shì)；根據(jù)歷史氣象資料，總結(jié)、預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載和溫度效應(yīng)；根據(jù)橋址地質(zhì)水文資料，總結(jié)和預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)不均勻沉降趨勢(shì)和規(guī)律，以及沖刷趨勢(shì)；根據(jù)溫度、周圍水體酸堿度資料，研判結(jié)構(gòu)材質(zhì)和力學(xué)性能退化的趨勢(shì)和規(guī)律。在此基礎(chǔ)上，對(duì)所有羅列的可能的監(jiān)測(cè)目標(biāo)進(jìn)行篩選，適當(dāng)調(diào)整量測(cè)范圍，增加與荷載和作用有關(guān)的監(jiān)測(cè)信息。3橋梁的管養(yǎng)決策過程和依據(jù)不同種類、不同用途、不同地區(qū)，甚至于不同業(yè)主，對(duì)橋梁的管養(yǎng)方式均有差異。橋梁管養(yǎng)決策過程和決策依據(jù)是因橋而異、具有相當(dāng)程度個(gè)性化的過程。橋梁智慧監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的最終目的是為管養(yǎng)決策服務(wù)的，因此，了解監(jiān)測(cè)對(duì)象未來可能的管養(yǎng)決策習(xí)慣、過程，了解決策的依據(jù)，可以進(jìn)一步篩選監(jiān)測(cè)目標(biāo)，并依據(jù)其決策過程的支持程度，對(duì)監(jiān)測(cè)目標(biāo)進(jìn)行排序。一般地，可以從如下幾個(gè)方面考察管養(yǎng)決策對(duì)監(jiān)測(cè)的需求：（1）根據(jù)監(jiān)測(cè)、檢測(cè)得到橋梁的局部運(yùn)行性能數(shù)據(jù)，如主梁振動(dòng)幅值數(shù)據(jù)、伸縮縫跨度、兩端轉(zhuǎn)角等，可以對(duì)日常維護(hù)制度作出科學(xué)及時(shí)地調(diào)整；（2）根據(jù)監(jiān)測(cè)、檢測(cè)得到橋梁的局部運(yùn)行性能數(shù)據(jù)，對(duì)結(jié)構(gòu)日常安全狀態(tài)及長(zhǎng)期性能趨勢(shì)的評(píng)估及維修決策；（3）橋梁營(yíng)運(yùn)期管理決策：根據(jù)對(duì)大霧天氣中能見度程度的不同情況，及時(shí)采取相應(yīng)的交通管制(限速、限制通行等)措施；根據(jù)路面交通車輛的通行監(jiān)測(cè)，在出現(xiàn)交通違規(guī)及其它緊急情況及時(shí)處理；根據(jù)河道水位的不同，設(shè)置引導(dǎo)通航的不同標(biāo)志防止有關(guān)與通航凈空有關(guān)的險(xiǎn)情發(fā)生；（4）橋梁智慧監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所得的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可用于建立可靠的橋梁結(jié)構(gòu)基準(zhǔn)模型，不斷更新的響應(yīng)數(shù)據(jù)用來更新基準(zhǔn)模型的各種參數(shù)，從而對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的時(shí)變可靠度進(jìn)行評(píng)估，對(duì)某一階段的各種維修養(yǎng)護(hù)方案的實(shí)施進(jìn)行比較分析，挑選出滿足橋梁生命周期成本管理原則的當(dāng)前最佳實(shí)施方案。4信息的可監(jiān)測(cè)性分析對(duì)前文得到的所需偵測(cè)的信息進(jìn)行評(píng)估，首先從信息的測(cè)量方式、技術(shù)手段方面將這些信息加以分類（檢測(cè)類、監(jiān)測(cè)類），對(duì)于檢測(cè)類信息，不在本規(guī)程范圍內(nèi)。對(duì)于監(jiān)測(cè)類信息，繼續(xù)根據(jù)可監(jiān)測(cè)性（包括監(jiān)測(cè)技術(shù)的成熟度、難易度和經(jīng)濟(jì)性)，將這些信息建議排序。應(yīng)該優(yōu)先采用可監(jiān)測(cè)型號(hào)的監(jiān)測(cè)信息和目標(biāo)。5結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)目標(biāo)體系設(shè)計(jì)綜合前文給出的所有監(jiān)測(cè)目標(biāo)和信息，進(jìn)一步設(shè)計(jì)完善這些監(jiān)測(cè)目標(biāo)，包括：判斷每一個(gè)具體監(jiān)測(cè)目標(biāo)的歸屬類型；確定與每一個(gè)具體監(jiān)測(cè)目標(biāo)所關(guān)聯(lián)且需要偵測(cè)信息，給出其可監(jiān)測(cè)性判斷；為每一個(gè)具體監(jiān)測(cè)目標(biāo)確定一個(gè)表征量，初步建立描述其發(fā)展演變過程的完整描述，依據(jù)該表征量，序列化該監(jiān)測(cè)目標(biāo)；初步確定描述該監(jiān)測(cè)目標(biāo)發(fā)展演變的功能方程形式。7.2.2結(jié)構(gòu)損傷（病害）及性能演變分析結(jié)構(gòu)損傷（病害）及性能演變分析的主要目的是為橋梁智慧監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)和運(yùn)營(yíng)服務(wù)的，是通過對(duì)運(yùn)營(yíng)期結(jié)構(gòu)的力學(xué)模型的仿真分析，尋找、發(fā)現(xiàn)或設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)整體性能、局部病害、極端安全事件的發(fā)生或者結(jié)構(gòu)特定行為有關(guān)的最佳信息監(jiān)測(cè)模式，包括監(jiān)測(cè)指標(biāo)、內(nèi)容、測(cè)點(diǎn)、測(cè)量方式、信息處理和利用方式。其核心工作內(nèi)容包括三部分：一是面向運(yùn)營(yíng)期橋梁的數(shù)值建模；二是損傷（病害）及性能演變的仿真分析；三是監(jiān)測(cè)模式設(shè)計(jì)。監(jiān)測(cè)模式是指為了揭示結(jié)構(gòu)的某項(xiàng)性能或?yàn)榱吮O(jiān)測(cè)某項(xiàng)關(guān)切的目標(biāo)而組織起來的一整套監(jiān)測(cè)方案。一個(gè)完整的監(jiān)測(cè)模式應(yīng)首先包括：監(jiān)測(cè)目標(biāo)，監(jiān)測(cè)指標(biāo)，支撐監(jiān)測(cè)指標(biāo)信息測(cè)量的基本物理力學(xué)量測(cè)量網(wǎng)絡(luò)（邏輯組），指標(biāo)識(shí)別或抽取計(jì)算方案、基于功能函數(shù)的狀態(tài)識(shí)別方案（預(yù)警和評(píng)估）和趨勢(shì)跟蹤預(yù)測(cè)方案。1面向運(yùn)營(yíng)期橋梁的數(shù)值建模首先根據(jù)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)定的目標(biāo)體系，建立目標(biāo)結(jié)構(gòu)的合理的力學(xué)分析模型，然后針對(duì)結(jié)構(gòu)運(yùn)營(yíng)期的各種荷載和作用，建立合理的預(yù)測(cè)模型；并針對(duì)結(jié)構(gòu)的材質(zhì)退化、合理的損傷和病害，這部分工作可以總結(jié)為三種建模：結(jié)構(gòu)建模、荷載/作用建模、損傷/性能退化建模。接著，根據(jù)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)定的目標(biāo)，對(duì)上述三種模型進(jìn)行合理耦合，形成初始模型；然后，通過合理的信息反饋，對(duì)初始模型進(jìn)行模型確認(rèn)或修正，使其能夠正確描述結(jié)構(gòu)使用現(xiàn)狀。2損傷（病害）及性能演變的仿真分析先根據(jù)橋梁智慧監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的目標(biāo)體系，選擇適宜的結(jié)構(gòu)性能退化模式、損傷（病害）演變模式，將退化演變過程系列化；選擇合理的荷載或作用組合，將荷載或作用劃分為多個(gè)等級(jí)；然后將指定的荷載或作用水平加載在結(jié)構(gòu)模型上，依次將系列化的退化會(huì)演變模型應(yīng)用在結(jié)構(gòu)模型上；進(jìn)行結(jié)構(gòu)力學(xué)分析，計(jì)算結(jié)構(gòu)指定點(diǎn)或區(qū)域的動(dòng)靜力特性、動(dòng)力響應(yīng)水平、靜力效應(yīng)水平，以及反映結(jié)構(gòu)行為的有關(guān)指標(biāo)量。7.2.3監(jiān)測(cè)信息特征和指標(biāo)體系的設(shè)計(jì)1特征指標(biāo)的確定原則評(píng)估指標(biāo)的確定一般應(yīng)遵循以下原則：客觀性原則

評(píng)估指標(biāo)要求不同橋梁之間具有可比性和通用性，避免因各方利益沖突而造成評(píng)估結(jié)果的差異；代表性原則

在具體對(duì)某一對(duì)象進(jìn)行評(píng)估時(shí)，既要全面分析其相關(guān)因素，又要抓住主要矛盾選擇最能反映對(duì)象水平的因素，使評(píng)估指標(biāo)具有代表性；完備性原則

評(píng)估指標(biāo)應(yīng)盡可能完整地、全面地反映和度量橋梁的安全性與耐久性；相對(duì)獨(dú)立性原則

在設(shè)計(jì)評(píng)估指標(biāo)時(shí)，有些指標(biāo)之間往往具有一定程度的相關(guān)性，因此要采用科學(xué)的方法處理指標(biāo)體系中彼此相關(guān)程度較大的因素，盡可能使各指標(biāo)之間應(yīng)相互獨(dú)立，避免相互包容；簡(jiǎn)潔性原則

在滿足完備性原則的前提下，應(yīng)盡可能減少指標(biāo)數(shù)。次級(jí)指標(biāo)應(yīng)能夠量化，評(píng)估指標(biāo)的取得應(yīng)簡(jiǎn)單易行，便于操作，技術(shù)上可行，經(jīng)濟(jì)上合理。2特征指標(biāo)設(shè)計(jì)方法根據(jù)結(jié)構(gòu)損傷和性能演變分析的計(jì)算結(jié)果，提煉、總結(jié)和發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的如下規(guī)律：特定結(jié)構(gòu)性能退化模式、損傷（病害）演變模式下的結(jié)構(gòu)動(dòng)靜力特性發(fā)展規(guī)律、關(guān)鍵效應(yīng)的發(fā)展規(guī)律、反映結(jié)構(gòu)行為的有關(guān)指標(biāo)量的發(fā)展規(guī)律，尋找最佳的指標(biāo)量來表征對(duì)結(jié)構(gòu)性能退化模式、損傷（病害）演變模式，并根據(jù)結(jié)構(gòu)退化演變的關(guān)鍵狀態(tài)，決定這些指標(biāo)的狀態(tài)空間劃分和閥值體系；根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)退化演變水平下的結(jié)構(gòu)效應(yīng)計(jì)算結(jié)果，探索和設(shè)計(jì)新型指標(biāo)（指不包含在已有知識(shí)知識(shí)體系內(nèi)的量）來表征結(jié)構(gòu)退化演變過程，并根據(jù)結(jié)構(gòu)退化演變的關(guān)鍵狀態(tài)，決定這些指標(biāo)的狀態(tài)空間劃分和閥值體系；不同荷載水平下結(jié)構(gòu)關(guān)鍵效應(yīng)、反映結(jié)構(gòu)行為的有關(guān)指標(biāo)量的發(fā)展規(guī)律，尋找或設(shè)計(jì)最佳的指標(biāo)量來表征結(jié)構(gòu)整體或局部的安全性，并根據(jù)一些關(guān)鍵結(jié)構(gòu)荷載水平來決定這些指標(biāo)的狀態(tài)空間劃分和閥值體系。7.2.4監(jiān)測(cè)模式的設(shè)計(jì)根據(jù)前文形成的每一個(gè)指標(biāo)，設(shè)計(jì)最佳監(jiān)測(cè)模式，一般化過程如下：首先確定指標(biāo)與可測(cè)量的數(shù)學(xué)關(guān)系，然后再確定監(jiān)測(cè)內(nèi)容和測(cè)點(diǎn)布置方案，以及監(jiān)測(cè)技術(shù)類型和傳感設(shè)備的技術(shù)參數(shù)；最后，確定從監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中抽取識(shí)別指標(biāo)的方法，以及根據(jù)指標(biāo)進(jìn)行結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)判別的方法。指標(biāo)與可測(cè)量的數(shù)學(xué)關(guān)系監(jiān)測(cè)內(nèi)容和測(cè)點(diǎn)布置方案監(jiān)測(cè)技術(shù)類型和傳感設(shè)備的技術(shù)參數(shù)識(shí)別指標(biāo)的方法結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)判別的方法1特征指標(biāo)與可測(cè)量的數(shù)學(xué)關(guān)系建模一般而言，描述結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)指標(biāo)不可直接測(cè)量，或者直接測(cè)量的代價(jià)要遠(yuǎn)大于其它間接方式，這時(shí)就需要建立指標(biāo)和可測(cè)量之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，以便可測(cè)的物理力學(xué)量來間接地得到這些指標(biāo)的估計(jì)。已知的描述結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)指標(biāo)與有關(guān)可測(cè)量的數(shù)學(xué)關(guān)系已經(jīng)明確建立了，可以分為如下幾種類型：指標(biāo)是一些可測(cè)量的顯式函數(shù)，則可直接組織對(duì)這些可測(cè)量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，間接得到待測(cè)指標(biāo)；指標(biāo)與一些可測(cè)量存在復(fù)雜的函數(shù)關(guān)系，很難顯式地給出其關(guān)系式，則可嘗試通過數(shù)值試驗(yàn)或?qū)嶋H模型試驗(yàn)的方式生成指標(biāo)與可測(cè)量的數(shù)據(jù)模式對(duì)比，嘗試用簡(jiǎn)化的替代函數(shù)或其它數(shù)學(xué)模型來替代建立其關(guān)系，這包括曲線擬合、響應(yīng)面函數(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊推理系統(tǒng)、支持向量機(jī)等；指標(biāo)與一些可測(cè)量不存在函數(shù)關(guān)系，但卻與可測(cè)量的某種變換形式存在聯(lián)系，比如結(jié)構(gòu)的模態(tài)頻率，是通過結(jié)構(gòu)的加速度的時(shí)域測(cè)量信息的轉(zhuǎn)換成頻域形式，然后通過極值定位得到的。對(duì)于這些指標(biāo)，也可以以某種適當(dāng)?shù)姆绞浇M織對(duì)相關(guān)可測(cè)量的監(jiān)測(cè)，通過一套計(jì)算方案來得到；還有一些指標(biāo)量兼顧上述三種情形，比如復(fù)雜纜索體系的索力識(shí)別，也可按類似的方式建立其數(shù)學(xué)關(guān)系。2監(jiān)測(cè)內(nèi)容及測(cè)點(diǎn)布置方案每一種待監(jiān)測(cè)的指標(biāo)都和若干可測(cè)量相聯(lián)系的。每一個(gè)監(jiān)測(cè)指標(biāo)所需的監(jiān)測(cè)內(nèi)容就因此可以確定下來。如何得到利用盡可能少的監(jiān)測(cè)資源得到盡可能高質(zhì)量的指標(biāo)，還必須通過測(cè)點(diǎn)的最優(yōu)化布置得到。常用的測(cè)點(diǎn)優(yōu)化布置方案是遵循如下原則取得的：（1）識(shí)別(傳遞)誤差最小準(zhǔn)則

該方法的要點(diǎn)是連續(xù)對(duì)傳感網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行調(diào)整，直至識(shí)別(傳遞)目標(biāo)的誤差達(dá)到最小值為止。Kammer

有效獨(dú)立法(EffectiveIndependenceMethods)：其基本思想是逐步消除那些對(duì)目標(biāo)參量的獨(dú)立性貢獻(xiàn)最小的自由度，以使目標(biāo)的空問分辯率達(dá)到最佳程度；Liu&Tasker

采用擾動(dòng)分析法推導(dǎo)了傳感器位置與識(shí)別誤差的關(guān)系，從而使配置的傳感器網(wǎng)絡(luò)所獲得的目標(biāo)識(shí)別誤差最小。該準(zhǔn)則即適于靜力作用下的結(jié)構(gòu)參數(shù)識(shí)別也適于動(dòng)力作用下橋梁的模態(tài)識(shí)別。2監(jiān)測(cè)內(nèi)容及測(cè)點(diǎn)布置方案（2）模型縮減準(zhǔn)則

在模型縮減中常常將系統(tǒng)自由度區(qū)分為主要和次要自由度，縮減以后的模型應(yīng)保留主要自由度而去掉次要自由度。將傳感器配置于這些主要自由度上測(cè)得的結(jié)構(gòu)效應(yīng)或響應(yīng)，應(yīng)能較好的反映結(jié)構(gòu)的動(dòng)、靜力特性。用于模型縮聚常用方法有Guyan縮聚法、改進(jìn)縮聚法(ImprovedReducedSystem)等。（3）插值擬合準(zhǔn)則

有時(shí)傳感器優(yōu)化配置的目的是為了利用有限測(cè)點(diǎn)的效應(yīng)(對(duì)動(dòng)力而言為響應(yīng))來獲得未測(cè)量點(diǎn)的響應(yīng)。這時(shí)可采用插值擬合的方法獲得目標(biāo)點(diǎn)(未測(cè)量點(diǎn))的響應(yīng)，為了得到最佳效果，可采用插值擬合的誤差最小原則來配置傳感器。（4）模態(tài)應(yīng)變能準(zhǔn)則

其基本思想是具有較大模態(tài)應(yīng)變能的自由度上的響應(yīng)也比較大，將傳感器配置于這些自由度所對(duì)應(yīng)的位置上將有利于參數(shù)識(shí)別。這一方法需要借助有限元分析法。3監(jiān)測(cè)技術(shù)及其參數(shù)選型橋梁智慧監(jiān)測(cè)技術(shù)選型應(yīng)該遵循如下原則：（1）傳感技術(shù)應(yīng)該首先以滿足對(duì)監(jiān)測(cè)指標(biāo)的測(cè)量需求，其次要兼顧技術(shù)成熟度、經(jīng)濟(jì)性、實(shí)施難易程度等方面的要求；（2）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通訊、存儲(chǔ)及處理系統(tǒng)的技術(shù)選型應(yīng)該與監(jiān)測(cè)目標(biāo)、監(jiān)測(cè)模式和指標(biāo)匹配，同時(shí)要兼顧同一個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的多種傳感設(shè)備，盡可能實(shí)現(xiàn)采集設(shè)備公用，以節(jié)省成本；（3）傳感設(shè)備的技術(shù)參數(shù)選擇應(yīng)該根據(jù)結(jié)構(gòu)損傷和性能演變分析的計(jì)算結(jié)果，合理選擇傳感設(shè)備的量程、分辨率、精度等參數(shù)；應(yīng)該根據(jù)指標(biāo)的識(shí)別算法，來合理選擇傳感設(shè)備的采樣頻率、動(dòng)態(tài)性能等參數(shù)。在前文規(guī)定的損傷（病害）及性能演變的仿真分析中，一個(gè)重要的分析內(nèi)容即為結(jié)構(gòu)在極端設(shè)計(jì)荷載下的效應(yīng)分析，通過這些分析結(jié)果的范圍、變化規(guī)律，可以為傳感器的最大量程、分辨率等的設(shè)定提供依據(jù)；根據(jù)前文規(guī)定的指標(biāo)情況，以及前文規(guī)定的指標(biāo)抽取識(shí)別算法的具體設(shè)計(jì)原則，可以為傳感設(shè)備采樣頻率、動(dòng)態(tài)性能等參數(shù)的設(shè)定提出依據(jù)。4狀態(tài)空間的屬性劃分——指標(biāo)閾值設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)狀態(tài)空間屬性劃分方法的關(guān)鍵是指標(biāo)臨界值或閾值。由結(jié)構(gòu)損傷（病害）及性能演變分析的計(jì)算結(jié)果，設(shè)計(jì)得到指標(biāo)的閾值，這些閾值可作為結(jié)構(gòu)狀態(tài)屬性判斷的依據(jù)。每一個(gè)具體的監(jiān)測(cè)目標(biāo)均代表了橋梁結(jié)構(gòu)的某一方面性能，因此對(duì)該方面的性能狀態(tài)的描述可以用對(duì)應(yīng)的功能函數(shù)來進(jìn)行。這種描述方式可以分為確定性描述、概率性描述和可靠度描述三種形式。4狀態(tài)空間的屬性劃分——指標(biāo)閥值設(shè)計(jì)確定性描述方式通常將與監(jiān)測(cè)目標(biāo)的特定狀態(tài)（臨界狀態(tài)）相對(duì)應(yīng)的功能函數(shù)取值來判斷。對(duì)于單臨界狀態(tài)的監(jiān)測(cè)目標(biāo)，通常將其臨界狀態(tài)對(duì)應(yīng)于功能函數(shù)等于零的狀態(tài)，并定義功能函數(shù)大于零的狀態(tài)為健康狀態(tài)，小于零的狀態(tài)為不健康狀態(tài)。對(duì)于多臨界狀態(tài)的監(jiān)測(cè)目標(biāo)，可以通過與這些臨界狀態(tài)對(duì)應(yīng)的功能函數(shù)的取值大小，將結(jié)構(gòu)的健康狀態(tài)進(jìn)行多級(jí)評(píng)定；概率性描述方式是將構(gòu)成功能函數(shù)的指標(biāo)及其閥值視作隨機(jī)變量，并將臨界狀態(tài)與功能函數(shù)的特定取值相關(guān)聯(lián)，從概率的角度，來表達(dá)結(jié)構(gòu)的狀態(tài)。對(duì)于單極限狀態(tài)的監(jiān)測(cè)目標(biāo)，可以定義一個(gè)臨界概率PH，當(dāng)功能函數(shù)的大于零的概率大于PH時(shí)，結(jié)構(gòu)為健康狀態(tài)，否則為不健康狀態(tài)。對(duì)于多臨界狀態(tài)的監(jiān)測(cè)目標(biāo)，也可以定義出系列概率PI，PII，PIII，……，根據(jù)概率大小來劃定結(jié)構(gòu)的健康狀態(tài)等級(jí)；可靠度描述方式與概率性方式基本過程類似，不同的是用可靠性指標(biāo)來取代概率，來描述結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)。5狀態(tài)演變過程的參照系統(tǒng)由結(jié)構(gòu)損傷（病害）及性能演變分析，可計(jì)算得到與狀態(tài)演變過程相對(duì)應(yīng)的指標(biāo)趨勢(shì)，可用做實(shí)際監(jiān)測(cè)得到指標(biāo)趨勢(shì)線的參照，做出趨勢(shì)變化健康與否的判斷。依照指標(biāo)的趨勢(shì)規(guī)律也可對(duì)結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)做出判斷。這可以通過如下幾種途徑達(dá)到：判斷實(shí)測(cè)趨勢(shì)線與參照趨勢(shì)線的匹配程度，可以據(jù)此得出指標(biāo)的演變是否受某種已知規(guī)律的支配的結(jié)論；依據(jù)實(shí)測(cè)趨勢(shì)線與參照趨勢(shì)線融合模型，比較當(dāng)前或未來時(shí)刻的指標(biāo)預(yù)測(cè)值和實(shí)測(cè)值，可以給出結(jié)構(gòu)狀態(tài)健康與否的判斷或預(yù)警；比較參照趨勢(shì)線的變化速度（時(shí)間導(dǎo)數(shù)或?qū)δ骋蛩氐膶?dǎo)數(shù)）和實(shí)測(cè)趨勢(shì)線的變化速度，可以給出結(jié)構(gòu)狀態(tài)健康與否的判斷或預(yù)警。7.2.5多監(jiān)測(cè)模式的集約與優(yōu)化1測(cè)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)的集約與測(cè)點(diǎn)邏輯組結(jié)構(gòu)通常需要多個(gè)監(jiān)測(cè)目標(biāo)，每個(gè)監(jiān)測(cè)目標(biāo)有一個(gè)監(jiān)測(cè)模式，每個(gè)監(jiān)測(cè)模式均有一個(gè)獨(dú)立設(shè)計(jì)的測(cè)點(diǎn)組。設(shè)計(jì)者需要將這些各自獨(dú)立的測(cè)點(diǎn)組進(jìn)行歸并處理，并進(jìn)行集約化再設(shè)計(jì)，使從屬于不同監(jiān)測(cè)模式的測(cè)點(diǎn)最大程度共用互聯(lián)。這包括：對(duì)位置相近且使用同種傳感器的情況，盡管每一個(gè)測(cè)點(diǎn)都在其從屬的測(cè)點(diǎn)組內(nèi)是最優(yōu)化位置，但考慮到經(jīng)濟(jì)節(jié)約的因素，應(yīng)該將這些測(cè)點(diǎn)歸并成一個(gè)測(cè)點(diǎn)，使其一兼多職；可以使用傳感器邏輯組的概念，使分屬于不同測(cè)點(diǎn)組的傳感器可以組成邏輯上的新的測(cè)點(diǎn)組，形成新的監(jiān)測(cè)模式；將所有經(jīng)過歸并化的測(cè)點(diǎn)組，組成總體測(cè)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)。建立總體的測(cè)點(diǎn)布置原則，然后依據(jù)該原則在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)進(jìn)行測(cè)點(diǎn)的重新設(shè)計(jì)，取舍冗余測(cè)點(diǎn)，移動(dòng)測(cè)點(diǎn)位置到總體最佳程度。2監(jiān)測(cè)技術(shù)及其參數(shù)的集約化從屬與不同測(cè)點(diǎn)組的測(cè)點(diǎn)，在測(cè)量相同物理量的情形下，應(yīng)該盡可能采用同種監(jiān)測(cè)技術(shù)，包括采用同樣的傳感器、數(shù)據(jù)采集技術(shù)、數(shù)據(jù)控制通訊技術(shù)等，并且應(yīng)該盡可能采用相同的技術(shù)參數(shù)，如采樣頻率、量程、分辨率等。3數(shù)據(jù)格式的統(tǒng)一大型結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)動(dòng)則擁有數(shù)十甚至上百的數(shù)據(jù)通道。這些數(shù)據(jù)的采集、傳輸和存儲(chǔ)過程中應(yīng)該遵循統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式，包括統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)簽規(guī)則、統(tǒng)一的時(shí)間戳、統(tǒng)一的數(shù)據(jù)計(jì)數(shù)法、統(tǒng)一的數(shù)據(jù)有效位和小數(shù)點(diǎn)位數(shù)。磁盤介質(zhì)記錄時(shí)也應(yīng)該采用相同的格式（推薦二進(jìn)制格式）；對(duì)于原始監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)任何加工處理得到的二次數(shù)據(jù)，如統(tǒng)計(jì)量、特征指標(biāo)量等，也應(yīng)該遵循統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式。4算法的通用化設(shè)計(jì)對(duì)于原始數(shù)據(jù)的處理算法，能夠通用的盡可能采用通用算法。一般而言，無論是靜力效應(yīng)的測(cè)量數(shù)據(jù)還是動(dòng)力響應(yīng)的測(cè)量數(shù)據(jù)，在進(jìn)行一般意義上的統(tǒng)計(jì)處理和例行數(shù)據(jù)規(guī)律挖掘時(shí)，其算法可以通用；對(duì)于一些指標(biāo)抽取識(shí)別算法，如譜估計(jì)、模態(tài)參數(shù)識(shí)別等，應(yīng)該盡可能設(shè)計(jì)成通用模式，便于處理不同監(jiān)測(cè)模式下的計(jì)算；對(duì)于利用監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)形成的在線預(yù)警、在線評(píng)估功能的，其算法設(shè)計(jì)應(yīng)盡可能通用化，即應(yīng)該盡可能采用同一個(gè)算法框架實(shí)現(xiàn)預(yù)警、評(píng)估等信息加工利用過程。7.3橋梁智慧監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)方案設(shè)計(jì)7.3.1軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件技術(shù)選擇原則

大橋健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是一個(gè)橫跨橋梁結(jié)構(gòu)、工業(yè)傳感器、工業(yè)自動(dòng)控制、網(wǎng)絡(luò)傳輸、信息實(shí)時(shí)采集、橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)分析、信息發(fā)布顯示、軟件集成領(lǐng)域的一個(gè)系統(tǒng)集成項(xiàng)目，因此在整個(gè)系統(tǒng)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)手段的選擇上必須遵循以下原則：采用的技術(shù)實(shí)現(xiàn)手段必須保證其可靠性、實(shí)時(shí)性要求；選擇成熟的專業(yè)軟件、并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行定制開發(fā)；采用的技術(shù)實(shí)現(xiàn)手段必須有一定的擴(kuò)展性和移植能力。1設(shè)計(jì)原則與總體設(shè)計(jì)1設(shè)計(jì)原則與總體設(shè)計(jì)軟件使用、設(shè)計(jì)和開發(fā)的總體要求

橋梁智慧監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件使用、設(shè)計(jì)和開發(fā)應(yīng)遵循如下一些基本要求：對(duì)于受版權(quán)保護(hù)軟件，應(yīng)嚴(yán)格按照供應(yīng)商許可協(xié)議使用。在使用過程中，應(yīng)驗(yàn)證其可靠性，以及提供當(dāng)前使用該軟件模塊的實(shí)際用戶數(shù)量、軟件的使用期限；軟件應(yīng)采用模塊化形式。所有自行開發(fā)的各個(gè)軟件模塊要達(dá)到所要求的功能，具有良好的界面；對(duì)于自行開發(fā)軟件，應(yīng)具有可維修性、可追蹤性、編程適應(yīng)性和擴(kuò)展可能性等功能，并提供詳細(xì)的研發(fā)文檔及用戶操作軟件；應(yīng)為各個(gè)已開發(fā)的軟件模塊和整個(gè)系統(tǒng)定義一個(gè)軟件測(cè)試驗(yàn)收計(jì)劃，以此作為軟件質(zhì)量評(píng)估和最終接受的基礎(chǔ)；軟件在應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)之前，還須進(jìn)行全面的測(cè)試。軟件系統(tǒng)應(yīng)具有完備的安全保障體系，應(yīng)確定該軟件系統(tǒng)崩潰的危險(xiǎn)性，并在該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中采用適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施；大橋監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建成后，軟件系統(tǒng)的開發(fā)方應(yīng)提供若干（待定）年的系統(tǒng)維護(hù)和優(yōu)化服務(wù)。1設(shè)計(jì)原則與總體設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)一般化結(jié)構(gòu)

軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)，可以包括如下內(nèi)容：數(shù)據(jù)采集及傳輸控制系統(tǒng)；數(shù)據(jù)庫及數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)；以集約化特征抽取為目標(biāo)的數(shù)據(jù)分析及處理系統(tǒng)；在線預(yù)警及評(píng)估系統(tǒng)；在線監(jiān)測(cè)反演仿真系統(tǒng)（運(yùn)行以獲取未測(cè)部位結(jié)構(gòu)狀態(tài)量為目標(biāo)的在線混合計(jì)算方案）。在進(jìn)行軟件系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)時(shí)，可遵循如下原則進(jìn)行：數(shù)據(jù)采集及傳輸系統(tǒng)，應(yīng)以集成設(shè)備供應(yīng)商為主，設(shè)計(jì)者需要給出各種不同傳感設(shè)備的數(shù)據(jù)采集、傳輸軟件的集成軟件解決方案，制定好數(shù)據(jù)接口、通信協(xié)議；制定好統(tǒng)一、高效的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，保證數(shù)據(jù)的快捷存取和長(zhǎng)期保存；構(gòu)建適用性強(qiáng)、效率高的分析軟件集成平臺(tái)，盡可能利用已有的工程分析軟件和數(shù)據(jù)分析軟件，并注重網(wǎng)絡(luò)化云計(jì)算等新的計(jì)算模式；工程數(shù)據(jù)的可視化表示方式，利用BIM技術(shù)、GIS技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)橋梁監(jiān)測(cè)信息的有效分析和表達(dá)，最大程度地支撐橋梁管養(yǎng)決策。1設(shè)計(jì)原則與總體設(shè)計(jì)軟件部署方案

結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)通常由多個(gè)復(fù)雜的模塊或多個(gè)獨(dú)立的軟件系統(tǒng)構(gòu)成，設(shè)計(jì)者應(yīng)該給出個(gè)構(gòu)成部分在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的部署方案。部署原則包括：功能相近的構(gòu)成要素部署在同一個(gè)運(yùn)算節(jié)點(diǎn)上；根據(jù)數(shù)據(jù)通訊負(fù)荷大小，決定各運(yùn)算節(jié)點(diǎn)的聯(lián)通方式，依次可供選擇的方式包括：內(nèi)部總線方式、外部總線方式、局域網(wǎng)方式、互聯(lián)網(wǎng)方式等。數(shù)據(jù)采集軟件（模塊）。1設(shè)計(jì)原則與總體設(shè)計(jì)軟件部署方案

其中數(shù)據(jù)采集軟件（模塊）功能要求如下：數(shù)據(jù)采集軟件應(yīng)具有數(shù)據(jù)采集和緩存管理功能，并能對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行基本的統(tǒng)計(jì)運(yùn)算，以便顯示相應(yīng)信息；對(duì)每個(gè)傳感器信號(hào)提供在線預(yù)覽、濾波、變換和同步統(tǒng)計(jì)處理功能，以便根據(jù)實(shí)際傳感器信號(hào)的時(shí)域、頻域性質(zhì)合理設(shè)置采樣參數(shù)；所有用于數(shù)據(jù)采集的參數(shù)應(yīng)該是可存儲(chǔ)、可編輯的、可預(yù)先定義的、可熱切換；系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)自診斷功能，能夠識(shí)別傳感器失效、信號(hào)異常、子系統(tǒng)功能失效或系統(tǒng)異常等。出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)能立即自動(dòng)地將故障信息上傳至數(shù)據(jù)處理與控制服務(wù)器(DPC)，并激活警報(bào)信息，與此同時(shí)，隔離故障傳感器或子系統(tǒng)以保障其余部分正常工作；當(dāng)系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)部分暫時(shí)斷電時(shí)，系統(tǒng)的各個(gè)部分應(yīng)無需人為干涉即可自動(dòng)重新啟動(dòng)、同步校準(zhǔn)和繼續(xù)正確運(yùn)行，并保留斷點(diǎn)信息；數(shù)據(jù)采集軟件應(yīng)界面友好，便于操作，具有數(shù)據(jù)捕獲、篩選和檔案處理功能。2數(shù)據(jù)傳輸與通訊軟件（模塊）數(shù)據(jù)傳輸與通信軟件模塊控制負(fù)責(zé)各信息節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)交換，交換的數(shù)據(jù)主要有三類：類別號(hào)傳輸數(shù)據(jù)類型數(shù)據(jù)特點(diǎn)及傳輸要求1傳感器實(shí)時(shí)采集的原始數(shù)據(jù)傳輸實(shí)時(shí)性要求高2傳感器實(shí)時(shí)采集的歷史數(shù)據(jù)即正點(diǎn)保存的歷史數(shù)據(jù)，該類數(shù)據(jù)的傳輸要求可靠性高3其他數(shù)據(jù)如DAU配置參數(shù)、各種策略信息、控制信息、自檢信息，該類數(shù)據(jù)的傳輸實(shí)時(shí)性要求高3數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理軟件（模塊）需要存儲(chǔ)管理的數(shù)據(jù)類型及存儲(chǔ)對(duì)策

序號(hào)數(shù)據(jù)類型數(shù)據(jù)特點(diǎn)及存儲(chǔ)對(duì)策1傳感器采集的實(shí)時(shí)原始數(shù)據(jù)該類數(shù)據(jù)的特點(diǎn)是數(shù)據(jù)量大，可靠性要求高，并且必須保持一段時(shí)間。因此在存儲(chǔ)上必須特殊考慮，建議文件方式存儲(chǔ)。需要給出明確的文件命名規(guī)則。2原始監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的加工后的導(dǎo)出數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)量大大減小，但仍與時(shí)間相關(guān)，建議以數(shù)據(jù)庫方式存儲(chǔ)。構(gòu)建好數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)。3系統(tǒng)參數(shù)與時(shí)間無關(guān)，該類數(shù)據(jù)如DAU配置參數(shù)、各種策略信息、DAU工作狀態(tài)信息等，特點(diǎn)是該類數(shù)據(jù)量小，主要是一些控制信息，存儲(chǔ)上可不作特殊考慮。3數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理軟件（模塊）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的基本原則數(shù)據(jù)存儲(chǔ)分為兩個(gè)操作模式：系統(tǒng)自動(dòng)保存和人為選擇保存；原始采樣數(shù)據(jù)以二進(jìn)制文件存儲(chǔ)，文件名中包含工作站、傳感器、采樣時(shí)間和長(zhǎng)度等檢索信息。公開文件格式，為用戶在結(jié)構(gòu)評(píng)估服務(wù)器上擴(kuò)展自定義分析、轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)工具提供方便；用戶可以在結(jié)構(gòu)評(píng)估服務(wù)器上通過數(shù)據(jù)管理與評(píng)估軟件觀察原始數(shù)據(jù)，并選擇參數(shù)進(jìn)行各種實(shí)時(shí)處理，并保存感興趣的處理結(jié)果。另外可以考慮將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換并存儲(chǔ)成其它格式的文件。3數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理軟件（模塊）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的基本原則橋梁智慧監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中需要高采樣頻率進(jìn)行測(cè)量的傳感器，如加速度傳感器和光纖光柵應(yīng)變計(jì)，其采集的數(shù)據(jù)約占整個(gè)原始數(shù)據(jù)的70~80％，考慮到實(shí)施實(shí)時(shí)采集致使數(shù)據(jù)量太多，以至于沒有足夠的人力資源進(jìn)行處理分析，而且得到的信息中有很多是重復(fù)的冗余信息。因此針對(duì)加速度傳感器將制定采集制度，按照一定的條件定期采集數(shù)據(jù)，大量地降低無用信息的冗余。

第二章中的FBG加速度傳感器和FBG陣列應(yīng)變傳感器3數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理軟件（模塊）數(shù)據(jù)管理方式由于數(shù)據(jù)來源多樣，形式復(fù)雜，格式不一，因此對(duì)數(shù)據(jù)管理必須統(tǒng)一規(guī)劃、分步實(shí)施。主要可有三種形式。直接以數(shù)據(jù)文件形式存儲(chǔ)原始數(shù)據(jù)，構(gòu)造能夠記錄采集設(shè)備、采集時(shí)間等必要信息的文件名，以便根據(jù)時(shí)間，部位檢索原始數(shù)據(jù)；根據(jù)系統(tǒng)對(duì)海量數(shù)據(jù)以及不同形式數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與管理需求，應(yīng)該選擇用合適的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)橋梁幾何數(shù)據(jù)、監(jiān)測(cè)時(shí)間序列數(shù)據(jù)、圖像監(jiān)測(cè)信息和文本信息的統(tǒng)一存儲(chǔ)；信息查詢子系統(tǒng)應(yīng)該能為用戶提供各種有關(guān)橋梁狀態(tài)的各種歷史信息、實(shí)時(shí)信息的查詢。應(yīng)該提供多線索查詢手段，比如時(shí)段、結(jié)構(gòu)區(qū)域、傳感器類別、檢查維修記錄等。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可設(shè)八個(gè)數(shù)據(jù)庫：系統(tǒng)參數(shù)數(shù)據(jù)庫、結(jié)構(gòu)信息數(shù)據(jù)庫、結(jié)構(gòu)模型數(shù)據(jù)庫、長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫、健康狀態(tài)數(shù)據(jù)庫、超域值事件數(shù)據(jù)庫、系統(tǒng)維護(hù)數(shù)據(jù)庫、管養(yǎng)檢查信息庫。系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的運(yùn)用大大提高了系統(tǒng)的效率，系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫具有友好的、可視化程度高的人機(jī)交互界面，方便多用戶的訪問。

系統(tǒng)參數(shù)數(shù)據(jù)庫由系統(tǒng)參數(shù)模塊生成，包括基本結(jié)構(gòu)參數(shù)，結(jié)構(gòu)與傳感器關(guān)系參數(shù)，以及傳感器采樣頻率、數(shù)據(jù)預(yù)處理參數(shù)等各類可設(shè)置參數(shù)。橋梁設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理信息等存入結(jié)構(gòu)信息數(shù)據(jù)庫。橋梁結(jié)構(gòu)的各監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的初始值以及隨時(shí)間的趨勢(shì)進(jìn)化存入結(jié)構(gòu)模型數(shù)據(jù)庫。健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的定期自檢以及事故維修記錄存入系統(tǒng)維護(hù)記錄庫。各種傳感器的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和定期采樣數(shù)據(jù)、直接加入到長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫，以便今后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行精確分析、查詢及校核。圖像監(jiān)測(cè)信息經(jīng)刪選后以圖幅方式也存入長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫。對(duì)于經(jīng)過預(yù)處理的各個(gè)監(jiān)測(cè)內(nèi)容的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的直接加入健康狀態(tài)數(shù)據(jù)庫，以便專家系統(tǒng)對(duì)橋梁的健康狀態(tài)進(jìn)行快速而高效的分析和評(píng)估。對(duì)于超過閥值的各監(jiān)測(cè)內(nèi)容的原始數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在超域值事件數(shù)據(jù)庫，以便對(duì)超域值事件進(jìn)行重點(diǎn)分析和評(píng)估。事件(損傷、維修記錄等)信息存入管養(yǎng)檢查信息庫。3數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理軟件（模塊）數(shù)據(jù)管理方式4應(yīng)用分析軟件（模塊）應(yīng)用分析軟件主要的功能主要數(shù)據(jù)分析與處理計(jì)算方案及算法設(shè)計(jì)，可以包括如下內(nèi)容：基本數(shù)據(jù)的校驗(yàn)；基本數(shù)據(jù)的凈化、野點(diǎn)去除、濾波處理；數(shù)據(jù)的基本統(tǒng)計(jì)分析及基本數(shù)據(jù)挖掘；特征提?。ɑ跀?shù)據(jù)本身的特征提取和結(jié)合結(jié)構(gòu)力學(xué)模型定義的特征的提?。唤Y(jié)構(gòu)預(yù)警計(jì)算方案及算法；結(jié)構(gòu)評(píng)估評(píng)估方案及算法；在線混合計(jì)算方案及算法（以獲取未測(cè)部位結(jié)構(gòu)狀態(tài)量為目標(biāo)的，定期以監(jiān)測(cè)量為基準(zhǔn)校準(zhǔn)模型，然后以監(jiān)測(cè)信息驅(qū)動(dòng)校準(zhǔn)后的數(shù)值模型，進(jìn)行在線分析計(jì)算，實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)未測(cè)部位的行為的合理推斷，進(jìn)而獲得更加全面的結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)信息）。計(jì)算方案及算法設(shè)計(jì)的總體原則應(yīng)該以結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)概念設(shè)計(jì)階段形成的目標(biāo)體系、基于監(jiān)測(cè)信息的指標(biāo)抽取、指標(biāo)閥值的獲取、以及基于指標(biāo)的評(píng)估預(yù)警為主要工作內(nèi)容，應(yīng)該做到計(jì)算目的的明確性，節(jié)約寶貴計(jì)算資源，保證每次計(jì)算的結(jié)果都應(yīng)能夠用于對(duì)結(jié)構(gòu)狀態(tài)的了解和判斷上，都應(yīng)該能對(duì)結(jié)構(gòu)行為的解釋有幫助。缺乏明確用途的、難于解釋或者純粹數(shù)學(xué)上的數(shù)據(jù)加工和處理、為了計(jì)算而計(jì)算的計(jì)算不應(yīng)成為占用監(jiān)測(cè)系統(tǒng)寶貴計(jì)算資源的主要負(fù)擔(dān)。4應(yīng)用分析軟件（模塊）應(yīng)用分析軟件設(shè)計(jì)和開發(fā)策略由于橋梁監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用軟件是實(shí)現(xiàn)智能監(jiān)測(cè)診斷目標(biāo)的最重要一環(huán)，因此對(duì)這部分的研究、設(shè)計(jì)和開發(fā)還處于初步探索階段。根據(jù)以往的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，建議如下軟件設(shè)計(jì)和開發(fā)策略：數(shù)據(jù)初步處理，包括基本數(shù)據(jù)的校驗(yàn)，基本數(shù)據(jù)的凈化、野點(diǎn)去除、濾波處理，以及數(shù)據(jù)的基本統(tǒng)計(jì)分析、數(shù)據(jù)規(guī)律挖掘等，建議首先做出篩選，不是非常必要的計(jì)算任務(wù)，可以不進(jìn)行軟件實(shí)現(xiàn)，以節(jié)省寶貴計(jì)算機(jī)CPU資源；特征提取，是應(yīng)用分析的核心部分之一，建議針對(duì)每一個(gè)監(jiān)測(cè)模式的具體特點(diǎn)，遵循特征指標(biāo)與可測(cè)量的數(shù)學(xué)關(guān)系，給出詳細(xì)的流程設(shè)計(jì)，進(jìn)而給出其程序?qū)崿F(xiàn)；結(jié)構(gòu)預(yù)警和評(píng)估，同樣是應(yīng)用分析的核心部分之一，應(yīng)該根據(jù)7.2節(jié)的方法，給出每一種監(jiān)測(cè)模式下的預(yù)警和評(píng)估方案，選擇適宜的技術(shù)予以程序?qū)崿F(xiàn)；在線混合計(jì)算，應(yīng)結(jié)合成熟商用有限元軟件及成熟數(shù)據(jù)分析軟件，實(shí)際開發(fā)這些軟件的統(tǒng)一調(diào)度平臺(tái)。7.3.2計(jì)算方案及算法設(shè)計(jì)1數(shù)據(jù)調(diào)理和凈化一般的，原始監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)在正式進(jìn)行處理前還須進(jìn)行必要的調(diào)理和凈化處理。主要的目的在于：野值剔除，消除噪聲和趨勢(shì)項(xiàng)。

野值本質(zhì)上是一種粗大誤差，需要在監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中予以剔除。目測(cè)法只能用于人工進(jìn)行。目前有很多種自動(dòng)剔除方法主要是依靠一些準(zhǔn)則來自動(dòng)判斷某次測(cè)量數(shù)據(jù)是否為野值，包括：萊以特法（準(zhǔn)則）、羅曼諾夫斯基準(zhǔn)則（t檢驗(yàn)準(zhǔn)則）、格羅布斯準(zhǔn)則、狄克松準(zhǔn)則等。注：野值剔除準(zhǔn)則中，以萊以特準(zhǔn)則最為常用，但是利用萊以特準(zhǔn)則剔除野值，需要?dú)埐顫M足正態(tài)分布，這在測(cè)量數(shù)據(jù)中經(jīng)常得不到滿足。如果將測(cè)量數(shù)據(jù)中的特征變化項(xiàng)作為趨勢(shì)項(xiàng)提取出來，然后對(duì)剩余部分依據(jù)萊以特準(zhǔn)則進(jìn)行野值剔除，則會(huì)有很好的效果。1數(shù)據(jù)調(diào)理和凈化測(cè)量隨機(jī)誤差，反映在動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)上就是一種噪聲，噪聲水平過高時(shí)，常常需要對(duì)其降噪。除了在采集板卡電路上進(jìn)行硬件降噪外，還可以進(jìn)行測(cè)量后數(shù)據(jù)的軟降噪。軟降噪有兩種工作方式，一種是準(zhǔn)實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)幀降噪，一種是實(shí)時(shí)降噪，均多種方法可供選擇。

數(shù)據(jù)幀式降噪，是指將多次連續(xù)采集的數(shù)據(jù)集組成數(shù)據(jù)幀，然后利用各種降噪方法進(jìn)行數(shù)字降噪，包括有限脈沖和無限脈沖類的傳統(tǒng)降噪法，以及自適應(yīng)最小二乘濾波、小波變換、EMD降噪法等新近出現(xiàn)的方法。降噪時(shí)，通常需要進(jìn)行加窗處理。

實(shí)時(shí)降噪法是指一類通過對(duì)數(shù)據(jù)歷史的學(xué)習(xí)而掌握其基本規(guī)律而建立的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)濾波算法，包括自適應(yīng)最小二乘濾波、卡爾曼濾波、粒子濾波等。1數(shù)據(jù)調(diào)理和凈化

趨勢(shì)項(xiàng)的本質(zhì)是系統(tǒng)誤差，可以在測(cè)量后對(duì)數(shù)據(jù)修正，達(dá)到對(duì)趨勢(shì)項(xiàng)進(jìn)行減小和消除的效果。和降噪類似，也有兩種方式，準(zhǔn)實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)幀方式和實(shí)時(shí)方式。

準(zhǔn)實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)幀方式去除趨勢(shì)項(xiàng)的具體實(shí)現(xiàn)方法包括：高通濾波法、平均傾斜法和最小二乘法。當(dāng)趨勢(shì)項(xiàng)為低頻信號(hào)，且頻率低于感興趣的頻率時(shí)，可采用高通濾波法將趨勢(shì)項(xiàng)予以剔除；當(dāng)趨勢(shì)項(xiàng)是隨時(shí)間線性變化時(shí)，可采用平均傾斜法；當(dāng)趨勢(shì)項(xiàng)呈高階多項(xiàng)式態(tài)勢(shì)時(shí)，采用最小二乘法。2數(shù)據(jù)的初步處理主要目的：是對(duì)結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行一些進(jìn)行必要的統(tǒng)計(jì)運(yùn)算、頻譜計(jì)算或特殊變換，以從總體上了解監(jiān)測(cè)所得的荷載、作用或結(jié)構(gòu)響應(yīng)的數(shù)據(jù)特征，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)隱蔽結(jié)構(gòu)，進(jìn)而為監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)規(guī)律的進(jìn)一步挖掘、特征抽取和識(shí)別來服務(wù)。

時(shí)域統(tǒng)計(jì)處理

比如，在設(shè)定時(shí)段內(nèi)的計(jì)算數(shù)據(jù)的最值、均值、方差、標(biāo)準(zhǔn)差、變化幅值、自相關(guān)、峭度、平坦度等，計(jì)算結(jié)果可作為初級(jí)預(yù)警的輸入，并用以判定信號(hào)是否正常；

頻域譜估計(jì)

包括傅立葉功率譜、幅值譜、相位譜等，計(jì)算結(jié)果可以用于發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)潛在規(guī)律、能量分布等，進(jìn)而據(jù)此找到結(jié)構(gòu)行為的”模態(tài)“；

特殊變換處理

通過某些數(shù)學(xué)映射變換，將數(shù)據(jù)進(jìn)行變形、投射、篩選和成分分解和重構(gòu)，即所謂的”換個(gè)角度看數(shù)據(jù)“。常用的有除了傅立葉變換之外的各種變換、小波變換、希爾伯特變換、希黃變換、梅林變換、頻率阻尼二維變換等。由于是換個(gè)角度看問題，因此這類數(shù)據(jù)處理方案通常會(huì)起到奇效，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)中一些特殊規(guī)律。建議在進(jìn)行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的初步處理時(shí)一定要秉承實(shí)事求是原則，明確監(jiān)測(cè)目標(biāo)，摒棄一切雕飾，實(shí)現(xiàn)真正有意義的計(jì)算任務(wù)。3數(shù)據(jù)挖掘任務(wù)描述和數(shù)據(jù)初步處理任務(wù)一樣，數(shù)據(jù)挖掘主要也是用來從監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)行為規(guī)律的一種處理任務(wù)，不同的是，數(shù)據(jù)挖掘更加關(guān)注利用數(shù)據(jù)挖掘的基本數(shù)學(xué)工具來發(fā)現(xiàn)監(jiān)測(cè)對(duì)象的不同物理量、不同指標(biāo)量?jī)?nèi)部規(guī)律和之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)隱藏地結(jié)構(gòu)行為規(guī)律。挖掘的最主要目標(biāo)就是利用數(shù)據(jù)的概化、相關(guān)性/相干性分析，找出數(shù)據(jù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)規(guī)律，以及不同數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系、關(guān)聯(lián)強(qiáng)度，利用簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)模型來逼近這些關(guān)聯(lián)關(guān)系和建立規(guī)則，找出結(jié)構(gòu)性能退化過程的數(shù)值表述方式。3數(shù)據(jù)挖掘橋梁監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的重要數(shù)據(jù)挖掘任務(wù)

1)動(dòng)態(tài)應(yīng)變數(shù)據(jù)的疲勞應(yīng)力/應(yīng)變譜估計(jì)，雨流分析；2)從動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)中分析疲勞荷載譜規(guī)律，發(fā)現(xiàn)和建立交通流荷載模型及其參數(shù)；3)從風(fēng)速風(fēng)向監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中估計(jì)風(fēng)譜，從風(fēng)壓監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中估計(jì)結(jié)構(gòu)表面風(fēng)壓系數(shù)等參數(shù)；4)通過結(jié)構(gòu)效應(yīng)監(jiān)測(cè)值與結(jié)構(gòu)溫度、濕度等監(jiān)測(cè)信息的相關(guān)分析，發(fā)現(xiàn)、評(píng)估結(jié)構(gòu)溫度效應(yīng)，或從結(jié)構(gòu)總體效應(yīng)中剔除溫度效應(yīng)和濕度影響；5)通過結(jié)構(gòu)效應(yīng)監(jiān)測(cè)值與風(fēng)監(jiān)測(cè)信息的相關(guān)分析，發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的風(fēng)荷載下的行為規(guī)律；非常必要和有意義的工作3數(shù)據(jù)挖掘常用數(shù)學(xué)工具

數(shù)據(jù)挖掘工作僅限于數(shù)學(xué)概念上的運(yùn)算，主要的數(shù)學(xué)工具包括：1)因子分析（FactorAnalysis）和主成分分析(PrincipleComponentAnalysis)；2)多元回歸分析(MultiplierRegression)；3)統(tǒng)計(jì)模式識(shí)別（StatisticalPatternRecognition）和判別分析(DiscriminantAnalysis)；4)聚類分析（ClusteringAnalysis）5)幸存分析（SurvivalAnalysis）利用監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行深度的挖掘工作，有助于掌握已有工程學(xué)和已有經(jīng)驗(yàn)中所不曾掌握的結(jié)構(gòu)、荷載、效應(yīng)的發(fā)展演變規(guī)律。4特征/指標(biāo)的抽取和識(shí)別特征/指標(biāo)

以監(jiān)測(cè)模式為核心的結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)體系統(tǒng)，特征或者指標(biāo)通常是以力學(xué)、結(jié)構(gòu)為背景的監(jiān)測(cè)量的導(dǎo)出量，其定義方法已在概念設(shè)計(jì)階段（7.2節(jié)）解決了。設(shè)計(jì)者需要在基本的定義基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出具體的從直接監(jiān)測(cè)信息到特征/指標(biāo)抽取算法。特征/指標(biāo)抽取算法通常是以指標(biāo)的定義為基礎(chǔ)，對(duì)從屬于同一個(gè)監(jiān)測(cè)模式規(guī)定的傳感器邏輯組的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行各種建工處理運(yùn)算。4特征/指標(biāo)的抽取和識(shí)別指標(biāo)的分類

依據(jù)指標(biāo)的用途不同，可以區(qū)分為預(yù)警指標(biāo)和評(píng)估指標(biāo)兩類。預(yù)警指標(biāo)用于結(jié)構(gòu)的預(yù)警，對(duì)它的抽取算法必須具有一定的實(shí)時(shí)性，抽取計(jì)算的計(jì)算量應(yīng)該控制在一定程度內(nèi)，單次計(jì)算CPU耗時(shí)應(yīng)該小于數(shù)據(jù)幀的實(shí)際持續(xù)時(shí)間。評(píng)估指標(biāo)可以不受此限制。預(yù)警和結(jié)構(gòu)狀態(tài)評(píng)估的內(nèi)在機(jī)制類似，不同之處就是預(yù)警的判別更注重時(shí)效性。這些預(yù)警指標(biāo)可以與評(píng)估用的狀態(tài)指標(biāo)相同，也可以另行定義。選擇預(yù)警指標(biāo)的原則是：1)物理意義明確；2)可以從實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信息中抽取，算法相對(duì)簡(jiǎn)單，識(shí)別或抽取的耗時(shí)小，便于實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)過濾機(jī)制；3)能夠?qū)Ξ惓５牟课弧⒊潭冉o出大致的判斷；4)預(yù)警判別算法擬采用統(tǒng)計(jì)模式識(shí)別算法、模糊推理系統(tǒng)或神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。4特征/指標(biāo)的抽取和識(shí)別指標(biāo)的分類

預(yù)警是一種實(shí)時(shí)化的在線評(píng)估，它和普通的評(píng)估過程的最大區(qū)別就是注重預(yù)警過程的時(shí)效性。盡管從原始監(jiān)測(cè)信息到最終的預(yù)警指標(biāo)體系是經(jīng)過特征抽取和選擇的，數(shù)據(jù)的維數(shù)大大降低，但由于計(jì)算的復(fù)雜性和大的數(shù)據(jù)量，預(yù)警指標(biāo)的抽取和選擇的時(shí)效性依然占整個(gè)預(yù)警時(shí)效的大部分。需要研究實(shí)時(shí)化的預(yù)警指標(biāo)的抽取算法4特征/指標(biāo)的抽取和識(shí)別指標(biāo)抽取算法設(shè)計(jì)內(nèi)容

按照7.2.4規(guī)定的特征指標(biāo)與可測(cè)量的數(shù)學(xué)關(guān)系建模方法，可以給出指標(biāo)識(shí)別算法基本的框架，在此基礎(chǔ)上，還須進(jìn)一步設(shè)計(jì)如下連續(xù)化的指標(biāo)識(shí)別算法或計(jì)算方案，其要點(diǎn)包括：1)確定可測(cè)量之間的時(shí)間同步關(guān)系；2)確定各可測(cè)量的代表值，是選用采用時(shí)刻的實(shí)測(cè)值，還是固定時(shí)間區(qū)間內(nèi)的測(cè)量值的均值；3)確定指標(biāo)抽取計(jì)算的時(shí)間頻度，以及相關(guān)聯(lián)的可測(cè)量時(shí)間序列的每一幀長(zhǎng)度、幀重疊方案；4)確定測(cè)量誤差的傳遞方式，優(yōu)化算法基本參數(shù)，使得指標(biāo)識(shí)別的質(zhì)量最佳化（偏最小化，方差最小化）；5)已提出的時(shí)域、時(shí)序模型參數(shù)及常規(guī)頻譜特征參數(shù)等以外，還可以進(jìn)行基于時(shí)-頻分布分析、小波變換、高階統(tǒng)計(jì)量分析及非線性動(dòng)力學(xué)特征量（如Lyapunov譜、關(guān)聯(lián)維數(shù)等）的特征參數(shù)生成；6)對(duì)于生成的眾多特征參數(shù)，采用模式識(shí)別理論的有關(guān)類別可分性判據(jù)并結(jié)合損傷模式分析選擇獨(dú)立、有效的特征；7)對(duì)選擇的特征，通過線性映射和非線性映射進(jìn)行特征提取，獲取最敏感的特征，并進(jìn)一步進(jìn)行敏感特征的最優(yōu)組合。4特征/指標(biāo)的抽取和識(shí)別常用指標(biāo)

對(duì)結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)進(jìn)行掌控，首先要建議一套能夠真正反映結(jié)構(gòu)當(dāng)前工作狀態(tài)的指標(biāo)體系，其當(dāng)前值需要從已有的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信息和巡檢信息中抽取或識(shí)別，然后將該指標(biāo)體系的當(dāng)前值與其對(duì)應(yīng)的閥值進(jìn)行比較，從而給出當(dāng)前狀態(tài)的判斷和掌控。其中，反映結(jié)構(gòu)內(nèi)力狀態(tài)的量將成為指標(biāo)體系中的重要組成部分，如，拉索索力，主梁軸力和彎矩，主塔軸力及彎矩、主纜的張力等，這些力學(xué)量大多不能夠直接進(jìn)行測(cè)量，需要從其它物理量中進(jìn)行抽取計(jì)算。除了反映內(nèi)力狀態(tài)的指標(biāo)外，反映結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的指標(biāo)，如橋梁的模態(tài)參數(shù)及其他各種動(dòng)力學(xué)指標(biāo)，也是反映結(jié)構(gòu)剛度、質(zhì)量和阻尼特性的重要標(biāo)志，他們和反映內(nèi)力狀態(tài)的指標(biāo)同等重要。反映結(jié)構(gòu)耐久性狀態(tài)的指標(biāo)，如混凝體碳化狀態(tài)、氯離子濃度、PH值、腐蝕電位等，以及反映大橋使用性狀態(tài)的參數(shù)，也都應(yīng)該稱為評(píng)估指標(biāo)的一部分。5結(jié)構(gòu)自動(dòng)預(yù)警方案預(yù)警概念

第一類預(yù)警，即通代表某具體監(jiān)測(cè)目標(biāo)的指標(biāo)的歷史觀測(cè)值，對(duì)未來的某一時(shí)刻的值做出預(yù)測(cè)，并根據(jù)指標(biāo)預(yù)測(cè)值，依照某種判別法則對(duì)預(yù)警事件進(jìn)行判斷。第二類預(yù)警的實(shí)質(zhì)是一種實(shí)時(shí)化的在線評(píng)估，即根據(jù)結(jié)構(gòu)已經(jīng)發(fā)生的狀態(tài)記錄，在盡可能短的時(shí)間滯后內(nèi)，完成對(duì)橋梁狀態(tài)的評(píng)估，并將評(píng)估結(jié)果及時(shí)通知橋梁的管理者。幾點(diǎn)說明如下：1)有些結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的預(yù)警系統(tǒng)分為初級(jí)預(yù)警及結(jié)構(gòu)預(yù)警兩部分，其中初級(jí)預(yù)警程序能識(shí)別判斷并排除結(jié)構(gòu)受損以外的其他因素，包括傳感器、采集設(shè)備、傳輸設(shè)備等異常的報(bào)警；2)通俗地講，所謂橋梁智慧監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中第一類預(yù)警，是在橋梁結(jié)構(gòu)可能發(fā)生的危及結(jié)構(gòu)安全或改變橋梁結(jié)構(gòu)當(dāng)前健康狀態(tài)的異常事件之前，對(duì)表征該狀態(tài)的預(yù)警指標(biāo)體系進(jìn)行預(yù)測(cè)和判斷，并對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行報(bào)警和定級(jí)；5結(jié)構(gòu)自動(dòng)預(yù)警方案預(yù)警概念

3)以上定義的兩類預(yù)警有本質(zhì)的不同，第一類預(yù)警的對(duì)象是橋梁，目的是防止未來橋梁結(jié)構(gòu)發(fā)生不安全事件或橋梁的使用功能上的受損狀態(tài)。第二類預(yù)警的對(duì)象則是橋梁的管理者，目的是使管理者在最短時(shí)間內(nèi)了解橋梁已經(jīng)發(fā)生的結(jié)構(gòu)不安全狀態(tài)和使用功能受損狀態(tài)。對(duì)橋梁而言，有意義的第一類預(yù)警實(shí)例主要是：1）通過對(duì)風(fēng)速的連續(xù)觀測(cè)，預(yù)測(cè)未來一段時(shí)間內(nèi)橋梁的可能遭受的風(fēng)荷載，并據(jù)此判斷結(jié)構(gòu)的某種響應(yīng)是否超限；2）通過對(duì)橋下通航的目標(biāo)船只位置、航速、航向的連續(xù)觀測(cè)，預(yù)測(cè)船通過橋梁下方航道時(shí)的路線和姿態(tài)，判斷是否有船撞可能。在現(xiàn)階段，裝置了風(fēng)速風(fēng)向觀測(cè)系統(tǒng)，而對(duì)橋下船只進(jìn)行定位的裝置（如雷達(dá)）則很少?？梢詫?duì)風(fēng)荷載展開第一類預(yù)警。欲做到準(zhǔn)確的第一類預(yù)警，尚需進(jìn)行大量研究。目前實(shí)現(xiàn)第二類預(yù)警更具有技術(shù)上的可操作性和現(xiàn)實(shí)意義。本文將集中討論的是第二類預(yù)警技術(shù)，即針對(duì)橋梁管理者的預(yù)警。5結(jié)構(gòu)自動(dòng)預(yù)警方案預(yù)警指標(biāo)的抽取算法的實(shí)時(shí)化

如前文所述，為了實(shí)現(xiàn)工程意義上的預(yù)警實(shí)時(shí)性和對(duì)預(yù)警事件的時(shí)間定位的準(zhǔn)確性，需要研究實(shí)時(shí)化的預(yù)警指標(biāo)的抽取算法。對(duì)一個(gè)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)而言，預(yù)警指標(biāo)的抽取過程往往需要經(jīng)過如圖所示的過程：上圖中，數(shù)據(jù)流的時(shí)間參量即t_i,i=0,1,2,…，數(shù)據(jù)幀的時(shí)間特征有幀長(zhǎng)度l、幀結(jié)束時(shí)間t_(i+l-1)，即T_i=[t_i,t_(i+1),…,t_(i+l-1)]，預(yù)警指標(biāo)的時(shí)間特征與數(shù)據(jù)幀相同。5結(jié)構(gòu)自動(dòng)預(yù)警方案預(yù)警指標(biāo)的抽取算法的實(shí)時(shí)化

影響預(yù)警指標(biāo)計(jì)算耗時(shí)的主要因素有：1)數(shù)據(jù)幀長(zhǎng)度數(shù)據(jù)幀的長(zhǎng)度直接影響指標(biāo)抽取的質(zhì)量：過短的幀會(huì)丟失數(shù)據(jù)信息和原有數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，而且由于窗口效應(yīng)和邊界效應(yīng)，抽取得到的指標(biāo)在頻域和時(shí)域均受到污染；過長(zhǎng)的幀則不利于預(yù)警的時(shí)間分辨率，易于掩蓋或遺漏結(jié)構(gòu)的瞬時(shí)異常。因此，需要在幀長(zhǎng)度和預(yù)警時(shí)間分辨率之間進(jìn)行平衡；2)指標(biāo)抽取算法的復(fù)雜程度預(yù)警指標(biāo)要做到對(duì)時(shí)間的準(zhǔn)確定位和快速響應(yīng)，必須對(duì)指標(biāo)的抽取算法的復(fù)雜程度進(jìn)行控制。一般而言，直接對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行的時(shí)域變換和計(jì)算，其算法相對(duì)簡(jiǎn)單但易于受噪聲干擾；而進(jìn)行頻域計(jì)算或時(shí)頻域變換得算法則復(fù)雜一些，但由此抽取得到得預(yù)警指標(biāo)得質(zhì)量好。因此，需要在指標(biāo)質(zhì)量和算法簡(jiǎn)單性之間進(jìn)行取舍；3)指標(biāo)抽取算法的運(yùn)算方式不管何種指標(biāo)抽取運(yùn)算都有兩種運(yùn)算方式，即單次運(yùn)算和實(shí)時(shí)運(yùn)算。單次運(yùn)算是算法的原始狀態(tài)，往往不能顧及計(jì)算耗時(shí)的要求；實(shí)時(shí)運(yùn)算是將算法加以改造，以實(shí)現(xiàn)連續(xù)實(shí)時(shí)計(jì)算的要求。5結(jié)構(gòu)自動(dòng)預(yù)警方案預(yù)警方法（預(yù)警引擎）

預(yù)警的實(shí)質(zhì)就是一種注重時(shí)效的在線評(píng)估（第一類預(yù)警是未來時(shí)刻的狀態(tài)；第二類預(yù)警是當(dāng)前時(shí)刻的狀態(tài)評(píng)估），評(píng)估的實(shí)質(zhì)是指標(biāo)和其對(duì)應(yīng)的閥值進(jìn)行比較。根據(jù)比較的方式不同，可有如下幾種預(yù)警方法：1)簡(jiǎn)單的比較法：將預(yù)警指標(biāo)與其閥值進(jìn)行簡(jiǎn)單意義的比較；2)統(tǒng)計(jì)量評(píng)判法：考慮預(yù)警指標(biāo)的隨機(jī)性，用指標(biāo)的某種統(tǒng)計(jì)量來替代指標(biāo)本身來進(jìn)行比較；3)概率評(píng)判法：用概率的的大小來評(píng)判事件的發(fā)生可能；4)指標(biāo)趨勢(shì)判別法：根據(jù)指標(biāo)趨勢(shì)線的特征來做出預(yù)警判斷；5)統(tǒng)計(jì)模式識(shí)別法：將各測(cè)量值集組成模式，利用模式識(shí)別理論給出指標(biāo)和其屬性的判別結(jié)論；6)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法：網(wǎng)絡(luò)的輸入層節(jié)點(diǎn)為測(cè)量值，輸出層為指標(biāo)和其屬性的判別結(jié)論；7)模糊推理法：推理機(jī)的輸入為測(cè)量值，輸出為指標(biāo)和其屬性的判別結(jié)論；8)其它映射替代法（響應(yīng)面、支持向量機(jī)等）：映射的原像為測(cè)量值，像為指標(biāo)和其屬性的判別結(jié)論。5結(jié)構(gòu)自動(dòng)預(yù)警方案預(yù)警方法（預(yù)警引擎）

預(yù)警和評(píng)估的方法有：1)簡(jiǎn)單的比較法即將預(yù)警指標(biāo)與其閥值進(jìn)行簡(jiǎn)單意義的比較。通常，可以對(duì)每一個(gè)預(yù)警指標(biāo)的取值空間進(jìn)行先驗(yàn)分析，劃定符合工程意義上的多級(jí)別閥值，然后比較實(shí)測(cè)指標(biāo)落入哪個(gè)區(qū)間?；驹u(píng)判規(guī)則如下：上述簡(jiǎn)單意義上的比較法只適于確定性強(qiáng)的指標(biāo)。由于測(cè)量的原因，以及系統(tǒng)本身的不確定性，實(shí)測(cè)得到的指標(biāo)通常表現(xiàn)為相當(dāng)程度上的不確定性或隨機(jī)性，尤其是在預(yù)警評(píng)估的情形下，預(yù)警指標(biāo)是源源不斷地得到的，因此其隨機(jī)性表現(xiàn)更為明顯，在此情形下，需要用考慮信息不確定性的方法來進(jìn)行評(píng)估。5結(jié)構(gòu)自動(dòng)預(yù)警方案預(yù)警方法（預(yù)警引擎）

2)統(tǒng)計(jì)評(píng)判法考慮預(yù)警指標(biāo)的隨機(jī)性，用指標(biāo)的某種統(tǒng)計(jì)量來替代指標(biāo)本身來進(jìn)行比較，常用的是指標(biāo)的期望點(diǎn)估計(jì)或指標(biāo)的置信區(qū)間估計(jì)來進(jìn)行比較，指標(biāo)閥值依然采用確定性方法予以確定?；九袆e規(guī)則如下：這種方法的缺點(diǎn)依然是對(duì)指標(biāo)的隨機(jī)性考慮不到位。5結(jié)構(gòu)自動(dòng)預(yù)警方案預(yù)警方法（預(yù)警引擎）

3)概率評(píng)判法既考慮到指標(biāo)的隨機(jī)性，也考慮到閥值的不確定性，建立指標(biāo)的功能函數(shù)，然后用概率的大小來評(píng)判。稱指標(biāo)以概率P進(jìn)入i級(jí)預(yù)警狀態(tài)?？煽慷戎笜?biāo)其實(shí)就是一種特殊的概率指標(biāo)。也可以說，這種指標(biāo)的概率判別法是一種泛化的可靠度評(píng)估法。5結(jié)構(gòu)自動(dòng)預(yù)警方案預(yù)警方法（預(yù)警引擎）

4)統(tǒng)計(jì)模式識(shí)別法該方法的主要思想是將多個(gè)預(yù)警指標(biāo)合成為模式，然后根據(jù)實(shí)測(cè)模式在整個(gè)模式空間的位置來判別結(jié)構(gòu)的狀態(tài)。5結(jié)構(gòu)自動(dòng)預(yù)警方案預(yù)警方法（預(yù)警引擎）

5)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法利用已知的模式、結(jié)構(gòu)狀態(tài)對(duì)的集合數(shù)據(jù)來尋兩神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，使其具有相當(dāng)?shù)姆夯芰?，然后在線應(yīng)用，來判別當(dāng)前狀態(tài)。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ArtificialNeuralNetwork，ANN）是由大量?jī)H具有簡(jiǎn)單行為的神經(jīng)元廣泛互連組成的，可表現(xiàn)出大量復(fù)雜行為的巨系統(tǒng)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用于土工結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別具有以下優(yōu)點(diǎn)：可處理帶噪聲的或不完備的測(cè)試數(shù)據(jù)；結(jié)構(gòu)的損傷機(jī)理非常復(fù)雜，損傷方式不可預(yù)期，而神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)并不要求事先知道損傷機(jī)理和控制方程，只借助樣本數(shù)據(jù)的訓(xùn)練即可表達(dá)輸入到輸出空間的映射，適合于任意非線性問題；實(shí)際工程往往會(huì)遇到“意外”，而神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)能力可以滿足這一要求。采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，針對(duì)永和大橋進(jìn)行典型損傷的仿真研究，力求較為準(zhǔn)確地辨別出損傷位置。5結(jié)構(gòu)自動(dòng)預(yù)警方案預(yù)警方法（預(yù)警引擎）

5)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的橋梁結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別可以分為三個(gè)環(huán)節(jié)：訓(xùn)練樣本準(zhǔn)備環(huán)節(jié)；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型構(gòu)造環(huán)節(jié)；損傷識(shí)別環(huán)節(jié)。i.在訓(xùn)練樣本準(zhǔn)備環(huán)節(jié)，首先根據(jù)工程實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，分析橋梁結(jié)構(gòu)典型的損傷模式，并根據(jù)典型損傷模式，利用修正后的橋梁有限元模型進(jìn)行有限元模擬以獲取仿真損傷數(shù)據(jù)集，然后結(jié)合歷史實(shí)測(cè)損傷數(shù)據(jù)構(gòu)成完整的訓(xùn)練樣本集；ii.在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型構(gòu)造環(huán)節(jié)，首先確定模型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，然后利用訓(xùn)練樣本集進(jìn)行訓(xùn)練，并對(duì)訓(xùn)練后的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行檢驗(yàn)。在精度檢驗(yàn)合格后輸出模型；iii.在損傷識(shí)別環(huán)節(jié)，可將當(dāng)前實(shí)測(cè)的數(shù)據(jù)輸入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，判斷當(dāng)前損傷狀況。5結(jié)構(gòu)自動(dòng)預(yù)警方案預(yù)警方法（預(yù)警引擎）

6)模糊推理法方法類似神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。首先基于ANFIS的橋梁體系安全性耐久性評(píng)估系統(tǒng)的基本框架以及該系統(tǒng)的評(píng)估流程、評(píng)估輸入項(xiàng)目等；然后對(duì)本系統(tǒng)的評(píng)估輸入項(xiàng)與評(píng)估結(jié)果之間的模糊準(zhǔn)則如何確定進(jìn)行了深入的分析討論；最終建立了基于ANFIS的橋梁纜索體系安全性耐久性狀態(tài)的評(píng)估系統(tǒng)。5結(jié)構(gòu)自動(dòng)預(yù)警方案預(yù)警模式/線程管理

用于預(yù)警的監(jiān)測(cè)模式及預(yù)警模式，每一個(gè)預(yù)警模式就是一個(gè)值更個(gè)體，可以通過合理的調(diào)度安排，對(duì)擁有多個(gè)預(yù)警模式的橋梁監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行值更/輪休管理。通常，系統(tǒng)擁有多個(gè)預(yù)警模式時(shí)，可以對(duì)指定其中之一為主預(yù)警模式（更夫長(zhǎng)）。建議的橋梁常用預(yù)警模式

可以根據(jù)需要，在系統(tǒng)中設(shè)置如下預(yù)警模式：環(huán)境臺(tái)風(fēng)、環(huán)境高溫、拉索激振、塔體極端變位、塔體激振、地震、梁體激振、橋梁超重車、梁體振動(dòng)模態(tài)頻率、塔體振動(dòng)模態(tài)頻率、梁豎向模態(tài)柔度、梁豎向模態(tài)保證因子、橋梁索纜體系內(nèi)力狀態(tài)。6監(jiān)測(cè)信息驅(qū)動(dòng)的結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)診斷基本概念

1)結(jié)構(gòu)健康診斷：每一個(gè)待監(jiān)測(cè)對(duì)象的監(jiān)測(cè)目標(biāo)體系是一個(gè)與時(shí)間相關(guān)的動(dòng)態(tài)演變過程，對(duì)這個(gè)過程的認(rèn)識(shí)把握可以從兩個(gè)方面來進(jìn)行，一是通過狀態(tài)評(píng)估，了解對(duì)象當(dāng)前時(shí)刻的各監(jiān)測(cè)目標(biāo)的取值和（健康與否）屬性；再就是通過對(duì)狀態(tài)的歷史演變，了解過去、現(xiàn)在，并預(yù)測(cè)未來，即趨勢(shì)跟蹤與預(yù)測(cè)，這兩種手段構(gòu)成了結(jié)構(gòu)健康診斷的主要內(nèi)容。2)狀態(tài)空間的表征：監(jiān)測(cè)對(duì)象的多監(jiān)測(cè)目標(biāo)體系構(gòu)成了多維狀態(tài)空間，每一個(gè)監(jiān)測(cè)目標(biāo)成為狀態(tài)空間的一個(gè)維度。其進(jìn)一步的數(shù)據(jù)表征形式就是一個(gè)時(shí)變的多維指標(biāo)向量，其元素就是與每一個(gè)具體監(jiān)測(cè)目標(biāo)和監(jiān)測(cè)模式對(duì)應(yīng)的監(jiān)測(cè)指標(biāo)。3)狀態(tài)空間的屬性劃分：可以根據(jù)結(jié)構(gòu)完成預(yù)定工作性能（即待監(jiān)測(cè)的目標(biāo)性能）的能力將結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)進(jìn)行屬性劃分（健康與否，或者健康程度等級(jí)的歸屬）。狀態(tài)空間的屬性劃分是進(jìn)行狀態(tài)評(píng)估的前提和關(guān)鍵，良好的狀態(tài)空間屬性劃分是健康診斷和狀態(tài)評(píng)估正確與否的關(guān)鍵?？梢杂妹枋霰O(jiān)測(cè)目標(biāo)的功能方程來對(duì)整個(gè)狀態(tài)空間屬性進(jìn)行合理劃分。6監(jiān)測(cè)信息驅(qū)動(dòng)的結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)診斷基本概念

4)狀態(tài)評(píng)估：經(jīng)過對(duì)上述幾個(gè)概念的梳理和定義后，狀態(tài)評(píng)估的實(shí)質(zhì)就可以歸結(jié)為一個(gè)指標(biāo)和指標(biāo)閥值的比較過程，即，依據(jù)當(dāng)前時(shí)刻的狀態(tài)向量的各元素測(cè)量值（——監(jiān)測(cè)指標(biāo)），依次或者用某種特殊組織方式與其相應(yīng)的指標(biāo)閥值做出某種形式的比較，進(jìn)而做出結(jié)構(gòu)當(dāng)前工作狀態(tài)的屬性判斷的過程。5)趨勢(shì)跟蹤與預(yù)測(cè)：同樣的，經(jīng)概念澄清和梳理后，趨勢(shì)跟蹤與預(yù)測(cè)的實(shí)質(zhì)也可描述為通過狀態(tài)向量歷史演變規(guī)律來判斷當(dāng)前和未來的結(jié)構(gòu)狀態(tài)屬性。具體地說，就是利用求導(dǎo)、統(tǒng)計(jì)、擬合、建模等數(shù)學(xué)手段，對(duì)監(jiān)測(cè)指標(biāo)歷史連續(xù)監(jiān)測(cè)值進(jìn)行處理，得到指標(biāo)隨時(shí)間或隨某可變因素的變化規(guī)律，通過與7.2.4中建立的指標(biāo)趨勢(shì)的參照系統(tǒng)進(jìn)而比較，可得出結(jié)構(gòu)狀態(tài)演變的判斷和預(yù)測(cè)。6監(jiān)測(cè)信息驅(qū)動(dòng)的結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)診斷狀態(tài)評(píng)估的技術(shù)路線