wireless transmission

2. 1. 9 同步传输

synchronous transmission

工程规范发送方和接收方的时钟是统一的、字符与字符间的传输是同 步无间隔的数据传输方式。

asynchronous transmission

不要求发送方和接收方的时钟完全一样，字符与字符间的传 输是异步的数据传输方式。

structural performance

结构性能的欠缺或不完整。

deterioration

结构性能随时间推移而发生的不利变

2. 1. 15 失效

结构系统失去原有设计功能的

利用结构的响应数据来分析结构物理参数的变化，进而 结构的损伤的过程。

modal property

modalproperty

结构的固有振动特性，每阶模态具有特定的固有频率、阻尼比 态振型。按照模态参数是实数还是复数，可分为实模态和复

通过测量得到的结构动力响应信息，以获得结构模态特 过程

parameter identification

描述系统特性的各种模态参数的过程。

2.1.21 安全等级

safety class

根据构件或结构破坏后果的严重程度划分的等级

safety assessment

通过各种可能的测试手段，分析结构当前的工作状态，并与其 临界失效状态进行比较，评价其安全等级

在危险发生之前，根据结构监测、损伤诊断和安全评定结果， 向相关部门发出紧急信号的过程

maintenance

2. 1. 25 数据库

长期储存在计算机内的、有组织的、可共享的数据集合。

2.1.26数据库管理系统

借助操作系统的支持对数据库和系统资源进行统一管理和控 制的软件。其主要功能包括：数据库的建立、数据定义、数据操作、 数据库的运行管理和维护

MACij 模态保证准则矩阵的第（，）个元素： 归一化后的模态矩阵，其每一列为结构的一个模 态； 矩阵的转置； S 模态矩阵的奇异值比； 1 模态矩阵的最大奇异值： Om 模态矩阵的最小奇异值： Fisher信息阵：

Jrls一表征最小二乘法准则的目标函数； qOLS 利用较多传感器取得的模态坐标的最佳最小二乘 估计； q 采用某待选传感器组合时模态坐标的最小二乘估 计； MKE, 与第个模态第i个自由度相对应的模态动能； Φ 第k个模态在i点的分量； M 有限元质量阵的第（i，j）个元素； Φi 第k个模态在i点的分量： ECP 第i个自由度的特征向量乘积指标； MSSP, 第i个自由度的模态分量加和指标； DPR 原点留数法的指标； ? 矩阵Φ与Φ相对应的元素点点相乘； 八 对角的结构特征值矩阵； ED 有效独立系数； Q 与Φ维数相同的n×m维的单位正交矩阵； diag(.) 提取括弧内矩阵的对角元； R mXm维的上三角矩阵

3.1.1传感器的选型 1结构健康监测应根据具体的项目要求和实际应用条件，本 着力争实现“监测完整、性能稳定兼顾性价比最优”的主要原则选 择合理的传感器类型和数量。 2传感器应根据结构状态、体系和形式以及经济条件选择， 并结合健康监测中具体内容和目的选择适宜的传感器类型和数 量。 3传感器应在监测期间具有良好的稳定性和抗十扰能力，采 集信号的信噪比应满足实际工程需求。 4宜选择具有补偿功能的传感器。 3.1.2传感器选型应符合下列规定： 1宜建立比较精确的力学模型，对结构的内力分布和动力特 性作全面的分析，并结合监测数据寻找结构静动力反应较大的部 位，确定需要监测的结构反应类型和监测参数。 2应根据力学模型分析的结果、工程经验判断以及当前传感 器产品的制作水平、性能参数和价格确定传感器的类型。 3应根据现场调研和力学分析结果确定必要和合理的监测 位置、数量和安装方式。 4应根据传感器类型，选择操作方便、耐候性好且精度合适 的数据采集及信号通讯系统，保证监测结果的可信度。 3.1.3常用传感器的选型和使用注意事项宜按本标准附录A的 规定进行。

1结构健康监测应根据具体的项目要求和实际应用条件，本 着力争实现“监测完整、性能稳定兼顾性价比最优”的主要原则选 择合理的传感器类型和数量。 2传感器应根据结构状态、体系和形式以及经济条件选择， 并结合健康监测中具体内容和目的选择适宜的传感器类型和数 量。 3传感器应在监测期间具有良好的稳定性和抗干扰能力，采 集信号的信噪比应满足实际工程需求。 叔

1宜建立比较精确的力学模型，对结构的内力分布和动力特 性作全面的分析，并结合监测数据寻找结构静动力反应较大的部 位，确定需要监测的结构反应类型和监测参数。 2应根据力学模型分析的结果、工程经验判断以及当前传感 器产品的制作水平、性能参数和价格确定传感器的类型。 3应根据现场调研和力学分析结果确定必要和合理的监测 位置、数量和安装方式。 4应根据传感器类型，选择操作方便、耐候性好且精度合适 的数据采集及信号通讯系统，保证监测结果的可信度。 3.1.3常用传感器的选型和使用注意事项宜按本标准附录A的 规定进行。

3.1.4传感器的性能参数应符合下列要求

1传感器的量程宜为满量程的80%～90%，且最大工作状 态点不应超过满量程。 2应根据监测参数和传感器类型选择适当的采样频率。当 在对结构加速度等动态反应进行监测时，传感器采样频率应为需 监测到的结构最大频率的2倍以上，采样频率宜为结构最大频率 的（3～4）倍。 3传感器应具有良好而稳定的线性度，在对结构位移及应变 等反应进行监测时需要满足较高的线性度要求。 4传感器应具有良好而稳定的灵敏度和信噪比。 5传感器应具有良好而稳定的分辨率，且不应低于所需监测 参数的最小单位量级。 6传感器应具有满足监测要求且足够小的迟滞差值。 7传感器应具有良好而稳定的重复性。 8传感器测量值的漂移应严格控制。 3.1.51 传感器除应符合本标准第3.1.4条的性能参数要求外，尚 应符合下列规定： 1不同类型传感器的供电方式应根据实际情况和监测要求 确定。 2 传感器应满足结构实际使用环境的要求。 3 传感器的使用年限应满足结构健康监测持续的时间。 3.1.6 对于实时监测要求比较高的传感器，尚应考虑下列动态特 性： 传感器的传递函数。 传感器的频率响应函数。 3 传感器的静态标定与校准。 4 传感器的动态标定与校准。

3.2传感器的布置原则

1测得的数据应对实际结构的静、动力参数或环境条件变化 较为敏感。 2 测得的数据应能充分并准确地反应结构的动力特性。 3 测得的参数应能够与理论分析结果建立起对应关系。 4 应能通过合理添加传感器对敏感区域进行数据重点采集。 5 宜在结构反应最不利处或已损伤处布置。 6 可合理利用结构的对称性原则，达到减少传感器的目的。 7 传感器的布置宜便于安装和更换。 8 宜减少信号的传输距离。 3.2.2 传感器布置应包括下列内容： 1 环境监测、几何监测、外部荷载监测和结构反应监测等传 感器在结构上的布置。 2 加速度传感器的布置。 3.2.3 加速度传感器布置宜符合本标准附录B的准则，

3.3传感器的布置方法

3.3.1环境监测、几何监测、外部荷载监测和结构反应监测等传 感器可通过有限元分析确定极值或关键控制位置，风速仪等特殊 类型的传感器可依其测量特点进行布置。 速t威明照准注

4.1.1采集设备的性能应与对应传感器性能匹配，并满足被测物 理量的要求。

特点与现场具体条件，可选择数据集中采集和分散采集两种模式。 4.1.3采集设备宜对信号进行放大、滤波、去噪、隔离等预处理 对信号强度量级有较大差异的不同信号，应严格进行采集前的信 号隔离。

采集仪应有不间断电源保障

4.1.5结构健康监测系统可根据监测的频度划分为3个等 线实时监测系统（一级）、定期在线连续监测系统（二级）、定期 系统(三级)。

4.1.6数据的采样频率应能反映被监测结构的行为和状

足结构健康监测数据的应用条件。对于动力信号，数据的采样频 率应在被测物理量预估最高频率的5倍以上。传感器可视具体情 况选择相同或不同采集时间间隔

4.1.7数据的采样时间应有足够的长度。当测点较多而传感器 数量不足时，可分批测量，每批测试应至少保留一个共同的参考 点。

所有相关数据应同步采集；否则，可选择伪同步采集或异步采集。

.2.1数据采集前，应对含噪信号进行降噪处理，提高信号 枭比。 .2.2 数据分析处理之前，应正确处理粗差、系统误差、偶然 李。

4.2.3应正确判断异常数据是由结构状态变化引起还是监测系

4.2.3应正止确判断异常数据是由结构状态变化引起还是监测系 统自身异常引起，应剔除由监测系统自身引起的异常数据。 4.2.4对于交变类型的较高频连续监测数据，可根据数据存储准 则存储数据。

5.1.1 数据传输可用下列方式： 基于信号的同步技术。 2 基于时间的同步技术。 3 有线传输。 4 无线传输。 5.1.2 数据传输系统应具有对来自数据采集系统的各种数据予 以接收、处理、交换和传输的能力。数据传输系统设计，应保证数 据传输的可靠性、高数性和数据传输质量，并符合下列规定： 1当历史数据平均值有效数字不统一时，应与最多有效数字 立数的情况一致。 2采集得到的数据和历史数据的差值应在一定范围内，可根 据具体情况设定阈值，当超过阅值时，应检查系统的运行状态。 5.1.3数据传输系统按照传输速度不同，可设计为同步传输和异 步传输两种方式。 1低速数据传输可采用异步传输。 2高速数据传输可采用同步传输。 5.1.4当数据传输系统选择同步传输时，应结合现场实际情况， 综合考虑传感器间距离、工程各阶段特征及工程现场地形条件等 因素，选择合适的同步技术。 1对于小范围的结构健康监测系统，宜采用基于信号的同步 技术。当采用基于信号的同步技术时，在设计时尚应考虑路线最 优化，并注意外部的突发事件对信号可能造成的十扰。 2对于大范围的结构健康监测系统，宜采用基于时间的同步

技木。 3根据工程实际需要，可选取一种或两种同步技术组合使 用。 5.1.5数据传输系统的设计应坚持因地制宜的原则，并综合考虑 数据传输距离、工程各阶段特征和工程现场地形条件、网络覆盖状 况、已有的通信设施等因素，灵活选取合适的数据传输方式。 1当工程现场存在无线发射设备或在有强电磁场的环境下， 应采取有效的电磁屏蔽措施，当无法实施电磁屏蔽时，应采用有线 传输方式。 2对于交通不便的深山峡谷、复杂地形、物理线路布设和维 护困难的环境下，宜采用无线传输方式。 3需要构建临时传输网络的工程现场，宜采用无线传输方 式。 4根据工程实际需要，可选择一种或多种传输方式进行组合 使用。

5.1.6采用有线传输数据,设计时宜利用监测系统已有的光纤通

信网或部门局域互联网等数据传输线路，设置必要的中继器或转 发器，选取适当的传输介质；同时应以现场数据采集器的接口为基 础，以增加最少的接口转换器为原则，选取适当的接口类型。

1数据采集子站应至少保存最近7d的监测数据做备 2宜设置双卡槽的数据存储介质以满足连续观测需 量应根据结构健康监测系统每天接收的数据量选取。

1工程场地的现状平面图，包括交通设施、高压架空 管线和地下构筑物的分布。

电力及有关建筑材料的供应条件。 周围建筑物振动、噪声源等信息资料。 工程总平面布置图。 工程基础平面图和剖面图。 工程施工方案。

并将校验码加入数据段后的校验位。 5.2.2数据传输系统中应设计校验机制，在传送和接收两方对数 据进行确认。 5.2.3当数据通道发生故障而中断，在故障排除后，数据传输系 统应具有补发功能，将中断时间段内所有数据发送到接收端。 5.2.4对于数据传输系统的应答、重发和补发模块应设置时限 避免因应答等待、重发及补发影响正常数据发送，宜利用数据通道 空闲时段完成补发数据传输。

5.3.1工程现场应有安置传输设备的观测室，观测室应

工程现场应有安置传输设备的观测室，观测室应符合下列

1电力应稳定可靠，交通应方便，自然环境应清洁。 2应远离产生粉尘、油烟、有害气体以及生产或贮存具有腐 蚀性、易燃、易爆物品的工厂广、仓库、堆场等。 3 应远离强振源和强噪声源。 4 宜避开强电磁场十扰，无法避开时应采取有效的电磁屏蔽 措施。 5应具有防雷、防火设施。 6观测室内部温度、湿度等条件应满足通信及其他设备的工 作环境要求。

5.3.2数据传输系统的线路应满足设备安装的相关要求，并采取

5.3.3数据传输应根据实际情况制定应对特殊突发情况的应急 预案。

5.3.3数据传输应根据实际情况制定应对特殊突发情况的应急

数据库系统的功能和设计原

6.1.1结构健康监测数据库应将采集系统收集到的实时数据和

6.1.1结构健康监测数据库应将采集系统收集到的实时数据和 历史数据，提供给数据处理系统进行数据处理，并提供给评估系统 进行数据分析，最终将处理及分析结果进行保存以便查询。 6.1.2数据库设计应遵循数据库系统的可靠性、先进性、开放性

6.1.2数据库设计应遵循数据库系统的可靠性、先进性、开放性、

6.2数据库设计基本要求

6.2.4监测信息管理应包括监测信息的自动导入、图形或文 式导出数据、历史监测信息的查询，并宜其备监测信息的可视 能。

5.2.5结构模型信息管理应提供结构的基本参数和评估分

6.2.6评估分析信息管理应提供评估准则、保存评估结果并

2.7数据转储管理应支持海量数据的归档以及相应的元类 理。归档的数据可以存储在大容量存储设备中并应支持使月 可访问性。

6.2.8用户管理应支持用户权限的定义和分配功能。系统根据

2.8用户管理应支持用 权限的定文和分配切能。系统 户的权限来操作不同模块，提供基于角色的用户组管理、用 、注册账号和认证管理等。

6.2.9系统安全管理应提供系统运行环境的网络安全管理和安

全保护、数据库的容灾备份机制、敏感信息标记以及用户使用日志 审计等功能。数据库系统安全管理应有相应的硬件、软件和人员 来支持。

6.2.12结构监测数据和分析数据的精度应满足监测目的，并根

5.2.12结构监测数据和分析数据的精度应满足监测目的，并根 据结构特性、监测内容确定。

6.3.1数据库按主题可划分为监测设备数据库、监测信息数据 库、结构模型信息数据库、评估分析信息数据库和用户数据库等。 1监测设备数据库的内容宜包括设备标识、设备名称、所属 子站、儿何位置、设备功能、出厂参数、安装时间、采样频率、警戒 直、运行状况、维修记录等。 2监测信息数据库应包括监测到的原始环境信息、荷载信 息、结构反应信息、结构形态信息以及原始数据经简单处理后的附 加信息。各种原始监测信息的记录应能满足监测目的。环境信息 的内容宜包括气压、风速和风向、环境温度和太阳辐射强度、湿度

蚀；荷载信息的内容宜包括风压、地面加速度、车辆荷载、结构温 度；结构反应信息的内容宜包括结构位移、速度、加速度、应变、倾 角、沉降；结构形态信息宜包括结构的几何坐座标或线形。 3结构模型信息数据库的内容宜包括结构设计图纸、基本设 计参数、结构分析所需要的有限元模型。 4评估分析信息数据库的内容宜包括评估所采用的准则和 方法，评估时的主体、时间、参数、对象、结果和报告。 5用户数据库的内容宜包括用户名、用户标识、用户组、个人 信息。 6.3.2数据库应建立在清晰、简明、标准化的数据元上，保证用户 方便、快速、准确地检索到所需的信息。 6.3.3数据元标准应包括数据元的定义、命名/标识和一致性。 6.3.4监测单位应遵照“国际标准、国家标准、行业标准和企业标 准”来建立适合结构物实际情况的健康监测信息分类与编码标准， 应做好名词俗语的标准化，确定信息分类与编码对象、编码原则和

准”来建立适合结构物实际情况的健康监测信息分类与编码标准， 应做好名词俗语的标准化，确定信息分类与编码对象、编码原则和 编码表标准

6.4数据库选型的要求

6.4.1 选择数据库管理系统宜考虑下列因素： 系统支持对海量数据的高效管理机制。 异常情况下的容错功能。 3 系统恢复功能。 4 系统宜支持分布式数据管理功能，包括分布式数据存储 复制、数据透明访问等。 6.4.2 异常情况下的容错功能可按下列内容进行评价： 有无操作系统故障、网络故障硬件的容错。 有无磁盘镜象处理功能软件的容错。 3 有无应用软件异常情况的容错功能。 6.4.3 当突然停电、出现硬件故障、软件失效、病毒或严重错误操

作时，系统应提供恢复数据库的功能，如定期转存、恢复备份、回滚 等，使系统将数据库恢复到损坏以前的状态

1人机交互系统应具有友好的、符合专业操作习惯的用户界 面。 2监测系统可通过数据传输与控制系统将监测数据存储到 数据库系统中，也可从数据库中请求和提取需要处理和分析的数 据。处理分析完的相关信息应存储在数据库系统中，以便系统能 够进一步进行各种深人分析和评估。 3在分布式环境下，可通过数据的分片等技术将系统数据进 行分布存储

6.6数据库的运行管理

6.6.1数据库的工作坏境应满足下列要求： 1数据库管理系统应处于安全的物理环境。对数据库管理 系统资源的处理应限定在些可控制的访问设备内，防止未授权 的访问。系统硬件和软件应受到保护以免未授权用户的物理修 改。 2应有一个或多个能胜任的授权用户来管理数据库管理系 统和它所包含信息的安全。管理员应经过培训，以便能正确有效 地建立和维护安全策略。被授权的管理员应严格遵从系统管理员 文档的要求进行操作，不应蓄意破坏数据库管理系统，不应蓄意违 支操作规程。授权用户应具备必要的授权来访问由数据库管理系 统管理的少量信息。 3数据库管理系统应在系统管理员的配置下正常运行，用户

可通过网络远程访问和使用数据库管理系统。授权用户可 们希望得到的适当服务。

门希望得到的适当服务 6.6.2在应用程序调试完成后，应对数据库进行试运行操作，包 括功能测试和性能测试。试运行操作期间，应做好数据库的备份 和恢复工作。

6.6.3数据库的维护应符合下列规定：

1数据库管理员应针对不同的应用要求制定不同的数据备 份计划，定期对数据库和日志文件进行备份，以保证一旦发生故 障，能利用数据库备份和日志文件备份，尽快将数据库恢复到某科 致性状态，并尽可能减少数据库的丢失。 2数据库管理员应根据用户的实际需要授予其不同的操作 权限。在数据库运行过程中，宜根据环境的变化适当调整原有的 安全性和完整性控制，以满足用户要求。 3数据库管理员应借助数据库管理系统的系统性能监测工 具，来监督系统运行状态，判断当前系统是否处于最佳运行状态： 否则，需要通过调整某些参数来进一步改进数据库性能。 4数据库管理员在必要时应借助数据库管理系统提供的实 用程序对数据库进行重组织和重新构造。

7.1.1模态参数识别应满足下列要求:

1应通过结构振动监测数据，获取结构自振频率、振型 比。当有特殊要求时，应获取模态刚度、模态质量。 2获取的结构动力特性参数，可为结构模型修正及损伤 提供基础数据

7.1.2模态参数识别可采用下列方法：

7.2.1损伤识别宜由浅入深逐次分为损伤判断、损伤定位、损伤 定量、损伤评估，并符合下列规定： 1损伤判断应给出结构是否发生损伤的明确判断，并对相应 的判断准则或阈值进行说明。 2损伤定位宜给出具体的结构损伤单元或构件发生的位置 3损伤定量应给出发生损伤的单元或构件的损伤程度 4损伤评估应对结构损伤后的性能退化做出综合评估，对结 构损伤后的剩余寿命进行预测

2.2损伤识别可采用下列方

7.3.1安全评估应符合下列

.3.1安全评估应符合下列原则： 1 结构在规定的设计使用年限内应具有足够的可靠度。 2结构在施工和设计使用年限内应满足下列功能要求： 1）在正常施工和正常使用时紧固件标准，能承受可能出现的作用。 2）在正常使用时具有良好的工作性能。 3）在正常维护下其有足够的耐久性。 4）在设计规定的偶然事件发生时及发生后，仍能保持规定 要求的整体稳定性。 3施加在结构上的荷载宜采用随机过程概率模型描述。 4结构构件的可靠指标宜采用考虑基本变量概率分析类型 的一次二阶矩方法进行计算。 .3.2 安全评估可采用下列方法： 1 确定性方法。包括层次分析法、极限分析法。 2 可靠度分析方法。包括构件可靠度分析法、体系可靠度分 析法。

附录A传感器的选择和注意事项

A. 1 传感器的分类和性能参

A.1.1结构健康监测用传感器和相关仪器类型按所监测的参数 可分为下列几类： 1环境监测类传感器，包括温度传感器、湿度传感器、风速传 感器和地震动传感器等。 2外部荷载监测类传感器，包括车速传感器和车载传感器 等。 3几何监测类传感器，包括位移传感器、转动传感器和全球 卫星定位系统（GPS)等。 4结构反应监测类传感器，包括应变传感器、位移传感器、加 速度传感器和内力传感器等。 5材料特性监测类传感器，包括锈蚀传感器、裂缝传感器和 疲劳传感器等。

A.1.2监测用传感器和相关仪器宜包括下列类型：

1环境蓝侧类传您： 器、地震动传感器。 1）温度传感器包括接触式温度传感器和非接触式温度传感 器。接触式温度传感器文包括热电偶、热敏电阻、电阻温 度检测器、半导体温度传感器、膨胀式温度计、光纤温度计 非接触式温度传感器文包括红外测温仪、光学温度计。 2）湿度传感器有电子湿度计。 3）风速传感器包括机械式风速仪、超声风速仪、多普勒雷 达、多普勒SODAR。 4）地震动传感器包括地震仪、强震仪。

2外部荷载监测类传感器，包括车速传感器、车载传感器。 车速传感器包括雷达检测、激光检测、红外线视频检测、超声 波检测、感应线圈检测、磁传感器检测、视频检测。 车载传感器包括石英压电传感器、光纤称重传感器、压电薄膜 专感器、弯板式称重系统、动态称重系统。 3儿何监测类传感器，包括位移计、倾角仪、全球卫星定位系 统（GPS）、电子测距器（EDM）、全站仪。 4结构反应监测类传感器，包括应变传感器、位移传感器、转 角传感器、加速度传感器、速度传感器、内力传感器。 应变传感器包括电阻应变计、钢弦式应变计、光纤光栅应变计。 位移传感器包括百分表、连通管、线性可变差动变压位移传感 器（ILVDT）、电阻电位计、激光测距仪、综合型加速度计（位移档）、 微波干涉仪。 转角传感器包括倾角仪。 加速度传感器包括压电加速度计、伺服式加速度计、电容式加 速度计、雷达测速仪、激光多普勒速度仪（LaserDopplerVibrome er，简称LDV)。 速度传感器包括综合型加速度计（速度挡）。 内力传感器包括： 1）应变式压力传感器：筒式应变测压传感器、活塞式应变 压力传感器、平膜片式应变压力传感器。 2）压电式压力传感器。 3）压阻式压力传感器：膜片式压电压力传感器、固态压阻 式压力传感器。 4）磁弹性仪。 5）剪力销。 6）索力：压力传感器、压力环、磁通量索力计、频率方法（加 速度计。 5材料特性监测类传感器，包括监测锈蚀、裂缝、疲劳的传感器

应变传感器宜根据监测目自的和要求路桥施工组织设计 ，可按表A2.1进行选择。 表 A. 2. 1 各种传感器特性