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結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)是指對(duì)工程結(jié)構(gòu)實(shí)施損傷檢測(cè)和識(shí)別。 我們這里所說(shuō)的損傷包括材料特性改變或結(jié)構(gòu)體系的幾何特性發(fā)生改變，以及邊界條件和體系的連續(xù)性，體系的整體連續(xù)性對(duì)結(jié)構(gòu)的服役能力有至關(guān)重要的作用。 結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)涉及到通過(guò)分析定期采集的結(jié)構(gòu)布置的傳感器陣列的動(dòng)力響應(yīng)數(shù)據(jù)來(lái)觀察體系隨時(shí)間推移產(chǎn)生的變化，損傷敏感特征值的提取并通過(guò)數(shù)據(jù)分析來(lái)確定結(jié)構(gòu)目前的健康狀態(tài)。對(duì)于長(zhǎng)期結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)，通過(guò)數(shù)據(jù)定期更新來(lái)估計(jì)結(jié)構(gòu)老化和惡劣服役環(huán)境對(duì)工程結(jié)構(gòu)是否有能力繼續(xù)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)功能。

1 起源
　　長(zhǎng)期以來(lái)，我們一直使用針對(duì)質(zhì)量的不連續(xù)的方法來(lái)評(píng)估結(jié)構(gòu)是否有能力繼續(xù)服役以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目的。從19世紀(jì)初開(kāi)始，列車(chē)員借助小錘通過(guò)聽(tīng)錘擊鐵軌的聲音來(lái)確定是否存在損傷。在旋轉(zhuǎn)機(jī)械行業(yè)，幾十年來(lái)振動(dòng)監(jiān)測(cè)一直作為檢測(cè)手段。在過(guò)去的十到十五年里，結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)開(kāi)始興起并產(chǎn)生一個(gè)聯(lián)合不同工程學(xué)科分支的新的領(lǐng)域，而且專(zhuān)注于這個(gè)領(lǐng)域的學(xué)術(shù)會(huì)議和科學(xué)期刊開(kāi)始產(chǎn)生。因此這些技術(shù)變得更為常見(jiàn)。

2 數(shù)據(jù)模式識(shí)別算法

　　結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)的問(wèn)題可歸入數(shù)據(jù)模式識(shí)別算法的范疇。這個(gè)算法可分解為四部分：（1）實(shí)用性評(píng)估，（2）數(shù)據(jù)采集和提純，（3）特征提取和數(shù)據(jù)壓縮，（4）統(tǒng)計(jì)模型的發(fā)展。當(dāng)你試圖將此算法應(yīng)用于實(shí)際工程結(jié)構(gòu)上獲取的數(shù)據(jù)時(shí)，很明顯的是，第2-4部分，即數(shù)據(jù)提純、壓縮、正規(guī)化和數(shù)據(jù)融合來(lái)貼近工程實(shí)際服役環(huán)境是非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，我們可通過(guò)硬件、軟件以及二者的有機(jī)結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)。
實(shí)用性評(píng)估
　　對(duì)于健康監(jiān)測(cè)對(duì)結(jié)構(gòu)的損傷識(shí)別能力，實(shí)用性評(píng)估涉及到四個(gè)方面：

　?。?）結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)的應(yīng)用對(duì)于生命安全和經(jīng)濟(jì)效益有什么好處？

　?。?）怎樣對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行損傷定義，多重?fù)p傷同時(shí)存在的可能性，哪種類(lèi)型最值得關(guān)注？

　?。?）什么條件下（不同用途、不同環(huán)境）的體系需要監(jiān)測(cè)

　?。?）使用過(guò)程中采集數(shù)據(jù)的局限性

　　使用環(huán)境對(duì)監(jiān)測(cè)的體系和監(jiān)測(cè)過(guò)程的完成形成限制條件。 這種評(píng)估開(kāi)始將損傷識(shí)別的過(guò)程和損傷的外部特征聯(lián)系起來(lái)，當(dāng)然也用到獨(dú)特的損傷特征來(lái)完成檢測(cè)。
數(shù)據(jù)采集和提純
　　結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)采集部分涉及到選擇激勵(lì)方法、傳感器類(lèi)型、數(shù)量和布置，以及數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、傳輸設(shè)備。經(jīng)濟(jì)效益是選擇方案一個(gè)重要的參考因素，采樣周期是另一個(gè)不可忽視的因素。因?yàn)閿?shù)據(jù)可在變化的環(huán)境中獲取，將這些數(shù)據(jù)正規(guī)化的能力在損傷識(shí)別過(guò)程中變得非常重要。當(dāng)應(yīng)用于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)時(shí)，數(shù)據(jù)正規(guī)化是一個(gè)分離出由于環(huán)境或操作而導(dǎo)致的傳感器測(cè)得的不準(zhǔn)確的數(shù)值。最常見(jiàn)的方法是通過(guò)測(cè)量輸入?yún)?shù)來(lái)正規(guī)化測(cè)得的響應(yīng)。當(dāng)環(huán)境或操作影響比較顯著時(shí)，我們需要來(lái)對(duì)比相似時(shí)間段的數(shù)據(jù)或?qū)?yīng)的操作周期。數(shù)據(jù)的不穩(wěn)定性的來(lái)源需要認(rèn)識(shí)到并把它對(duì)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)的影響降到最低?？偟膩?lái)說(shuō)，不是所有的影響因素都可以消除，因此，我們有必要才去適當(dāng)?shù)拇胧﹣?lái)確保這些無(wú)法消除的因素對(duì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的影響作用大小。數(shù)據(jù)的不穩(wěn)定性會(huì)因?yàn)樽兓沫h(huán)境因素、測(cè)試條件以及測(cè)試的不連續(xù)性而加劇。

　　數(shù)據(jù)提純是一個(gè)篩選部分有價(jià)值數(shù)據(jù)以完成傳遞的過(guò)程，與特征提取的過(guò)程相反。數(shù)據(jù)提純很大程度上基于個(gè)人相關(guān)數(shù)據(jù)采集的經(jīng)驗(yàn)。舉例來(lái)說(shuō)，通過(guò)檢查測(cè)試設(shè)備的安裝或許會(huì)發(fā)現(xiàn)某個(gè)傳感器的固結(jié)已經(jīng)松動(dòng)，因此基于個(gè)人經(jīng)驗(yàn)可以在數(shù)據(jù)處理的過(guò)程中刪除獲取的這組數(shù)據(jù)或某個(gè)特定傳感器測(cè)得的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)處理技術(shù)，比如濾波和重構(gòu)，也是一種不錯(cuò)的數(shù)據(jù)提純方法。

　　總之，結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)過(guò)程中的數(shù)據(jù)采集、正規(guī)化和提純技術(shù)在不斷前進(jìn)。特征提取過(guò)程的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)和數(shù)據(jù)模型的不斷完善都將有助于數(shù)據(jù)采集技術(shù)的進(jìn)步。
特征提取和數(shù)據(jù)壓縮
　　結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)領(lǐng)域中最受關(guān)注的莫過(guò)于通過(guò)數(shù)據(jù)特征如何辨別出損傷結(jié)構(gòu)與完好結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)壓縮包含于這個(gè)特征選擇過(guò)程，最有效的損傷識(shí)別的特征還是

　　基于相關(guān)測(cè)試系統(tǒng)的相應(yīng)量（比如現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得的振動(dòng)譜或頻率）是最常用的特征之一。另一個(gè)損傷識(shí)別方法是尋找與特定損傷敏感的因素，即某個(gè)結(jié)構(gòu)體系在某特定環(huán)境下的損傷與某種參數(shù)最原始的定義相對(duì)應(yīng)。這種模擬損傷的系統(tǒng)是一種非常有效的工具。分析工具的應(yīng)用也起到非常重要的作用，比如試驗(yàn)驗(yàn)證的有限元模型。分析工具通常用來(lái)進(jìn)行數(shù)值模擬試驗(yàn)，通過(guò)計(jì)算機(jī)設(shè)置來(lái)模擬真實(shí)結(jié)構(gòu)的損傷。通過(guò)觀測(cè)承受荷載的結(jié)構(gòu)體系關(guān)鍵部件的老化得到的損傷累計(jì)測(cè)試也可用于識(shí)別某些損傷。這個(gè)過(guò)程涉及到加速損傷測(cè)試、疲勞測(cè)試、腐蝕、和溫度循環(huán)對(duì)某種類(lèi)型損傷的積累。上文提到的多種類(lèi)型的分析和試驗(yàn)研究或多種研究方法的有機(jī)結(jié)合可加深對(duì)某些損傷特征的認(rèn)識(shí)。
統(tǒng)計(jì)模型的發(fā)展
　　通過(guò)統(tǒng)計(jì)模型來(lái)辨別結(jié)構(gòu)是否存在損傷，是結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)領(lǐng)域文獻(xiàn)中涉及最少的一部分。統(tǒng)計(jì)模型關(guān)注如何評(píng)估結(jié)構(gòu)的損傷狀態(tài)的算法的使用，統(tǒng)計(jì)模型中用到的算法通常分為3種：當(dāng)完好結(jié)構(gòu)和有損傷的結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)都可獲取時(shí)，模式識(shí)別算法通常使用與有參照的研究有關(guān)的整體分類(lèi)，整體分類(lèi)和回歸分析法都屬于有參照研究的范疇；無(wú)參照研究指的是缺乏損傷結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)；新型的檢測(cè)技術(shù)（或引用自其他行業(yè)比較成熟的技術(shù)）是一種應(yīng)用于無(wú)參照研究中的基本算法。所有的算法（分析統(tǒng)計(jì)或提純優(yōu)化）都推動(dòng)損傷識(shí)別技術(shù)的提升。