01
功能性
桥梁能否通行、大坝能否挡水泄洪、海上设施能否稳定发电或作业？
02
安全性
承载、防渗、整体稳定、基础与关键连接是否可靠？
03
耐久性
疲劳、腐蚀、裂缝、冲刷与渗透劣化是否持续累积？
对象不同、失效模式不同；监测目标随工程任务而定。
第 1 讲｜水工 · 海洋 · 桥梁共通的“观测—证据—状态”问题
这座桥现在健康吗？
结构健康监测（Structural Health Monitoring，SHM）
先说依据：仅凭一张外观图，哪些状态仍然看不见？
SHM 从观测出发，经证据链形成状态判断，并支持决策。
“结构健康”里到底包含什么？
哪些是状态，哪些只是观测？
为每一项选择类别
先把六项分为状态、响应与环境，再说明理由。
刚度退化
加速度
温度
应变
连接刚度
风速
观测量不等于状态量；混淆两者，推断从起点就会出错。
SHM 最终应该回答哪些工程问题？
识别｜发生了什么？
- 是否异常或损伤？
- 位置在哪里、程度多大？
评估｜意味着什么？
- 功能与安全裕度如何？
- 风险是否正在上升？
决策｜接下来做什么？
- 观察、限载还是检测？
- 何时维修、优先查哪里？
先定义管理问题，再选择传感器、算法和报警规则。
我们实际上能够测到什么？
结构与水力响应
加速度 应变 位移 倾角
裂缝 / 接缝 渗压 / 渗流量
传感器记录的是结构及其内部水力场对作用的反应。
环境与作用
温度 库水位 风浪流
交通与设备运行
它们既可能驱动响应，也可能掩盖真正的状态变化。
温度、水位、风浪流与运营荷载，是解释响应变化不可缺的条件。
从观测到状态，中间缺了什么？
观测数据
→质量控制
→特征 / 参数
→基线 / 模型
→多源证据
→状态判断
核心工作：把“观测变化”变成“可验证的状态证据”。
有很多传感器，就算 SHM 了吗？
A｜采集100 个传感器，只保存数据
B｜报警数据可视化，并设置阈值
C｜闭环质量保障 → 状态解释 → 风险与处置
A、B 提供监测基础；只有 C 进一步把证据转成状态与行动。
从“感知”到“决策”，能力如何升级？
感知｜Sensing把物理量转成信号
监测｜Monitoring持续获取、传输与管理
诊断｜Diagnosis识别异常、解释状态
决策｜Decision评估风险、支持处置
中段检查｜阈值报警后，第一句话应该是什么？
把它们连起来：完整 SHM 信息链
环境 / 荷载
→结构响应
→传感 / 采集
→数据质量
→特征 / 模型
→状态 / 风险
→运维决策
水位、温度 → 变形、渗压与渗流 → 安全性评估与调度检查
长期缓变 · 多场耦合风、浪、流 → 振动与应变 → 疲劳、腐蚀、冲刷与检修
恶劣环境 · 难以接近风、温度、交通 → 振动与位移 → 状态评估与养护行动
动态监测 · 系统集成所以，SHM 到底是什么？
结构健康监测，是利用长期或持续获取的结构响应及相关信息，对结构状态进行识别、评估和跟踪的过程。对象：结构状态 ｜ 证据：响应与相关信息 ｜ 目标：评估、跟踪与决策支持
水工｜安全监测 / 原型观测
长期监测变形、渗流、渗压、应力应变；名称未必是 SHM，核心任务已经覆盖状态跟踪与安全管理。
海洋｜结构完整性 / 状态监测
面向海上风电、平台和管线，重点处理风浪流、疲劳、腐蚀、冲刷以及难以接近条件下的检修决策。
真实案例｜青马大桥（悬索桥）
风与结构响应监测 → 与结构模型对照 → 解释强风下响应 → 为检查维护提供证据。
Liu 等，2009：计算与实测应力对照
不能仅凭一次响应超限直接判定损伤。
一条监测数据，是怎样形成的？
荷载 → 响应 → 传感 → 采集 → 数据
模态频率下降了：结构损伤了吗？
频率不是直接测得的量：先从可靠的响应时程中提取，再在可比工况下长期跟踪；提取方法留待后续讲次。
你的初步判断
信心：
某阶模态频率 / Hz
现象：频率变了。结论：结构状态尚未被唯一确定。
加入温度后，刚才的判断会改变吗？
沿同一时间轴比较：温度升高时，频率怎样变化？
环境影响，不是损伤结论
本例中温度与频率反向变化。材料和边界条件可受温度影响；相关性本身既不能证明，也不能排除损伤。
迁移讨论｜坝体位移随库水位、海上结构应变随海况变化时，还需补充什么证据才能判断结构状态？
同一时间轴｜频率与温度对照
y(t) = f[状态，环境，荷载，测量系统，噪声]
异常尖峰意味着什么？
多选｜优先核查哪些证据？
先区分真实冲击、传感器、采集、通信和处理问题，再谈结构状态。
从数据到决策：哪一环都不能“跳步”
→→→→→
逐步补齐证据链；点击已出现的节点，检查这一环的前提。
Garbage in → Garbage out后端算法不能自动弥补前端证据的不可信。
这 32 学时，我们要走完哪条路？
01监测目标
02监测量
03传感器与测点
04采集与同步
05数据质量
06信号分析
07模态识别
08状态特征
09损伤识别
10人工智能
11状态评估
12运维决策
模块 1SHM 概论与监测系统第 1—2 讲 · 4 学时
模块 2数据获取与质量保障第 3—6 讲 · 8 学时
模块 3振动分析与模态识别第 7—10 讲 · 8 学时
模块 4损伤特征与状态识别第 11—13 讲 · 6 学时
模块 5人工智能与 SHM第 14 讲 · 2 学时
模块 6状态评估与智慧运维第 15—16 讲 · 4 学时
课程安排与参考资料
课末四题：检验观测、证据、状态与处置能否连成完整判断链。
课末测验｜你会怎样判断？
Q1｜哪项属于直接观测？
Q2｜频率连续 3 天下降？
Q3｜传感器多，但未形成质量—状态—处置闭环？
Q4｜单通道出现尖峰，第一步？
离场问题｜凭什么相信“健康结论”？请写下两项独立证据，以及结论如何支持一项运维行动。