? 能够早于其它子系统发现结构的早期损伤，将维护或维修的费用降至最低 ? 能够发现其它子系统无法发现的损伤，避免结构发生危险 ? 能够对损伤的发展趋势进行对比分析及预测，评估损伤的危险程度 ? 能够根据损伤的程度及发展趋势制定经济合理的维护及维修计划 ? 能够向用户提供损伤情况及损伤发展的报告
人工巡检子系统作为采集子系统的必要的补充和完善需要具备以下几个方面的功能： ? 对锈蚀、裂缝、砼的劣化以及螺栓破坏的人工目测巡检及无损检测 ? 损伤记录 ? 损伤趋势分析 ? 维护及维修计划 ? 损伤报告生成
1.6 结构状态识别子系统
桥梁结构的安全状态直接由其内力状态和损伤状态决定，因此，状态识别及损失识别子系统是进行结构安全状态评估的基础，是桥梁结构安全综合管理系统的核心内容之一。桥梁状态识别子系统的中心任务是将数据采集系统获得的结构响应信息转化为反映结构安全状态的信息，在此基础上对安全状态信息进行综合评价即可获得结构在特定时刻的安全程度及其健康状况，为桥梁结构的运营及维护决策提高科学依据。通俗地讲，结构状态识别子系统起到了“解码器”的作用，即对结构响应信息进行“解码”，将其转化为明确的结构安全状态信息。在缺乏结构状态和损伤识别子系统的情况下，无论结构响应监测信息多么全面和准确，都无法根据这些信息把握结构的健康状态，因而无法进行科学的运营和养护决策。因此，对于桥梁结构运营监测综合管理系统而言，状态识别子系统至关重要，是评价健康监测系统设计是否成功、对结构运营维护能否提供依据的重要指标之一。
由于结构状态识别和损伤识别是由结构响应反演结构状态的问题，属于系统辨识问题。该类问题理论上非常复杂，对于大型复杂结构更是如此。因此，应在深入系统地研究其相关理论的基础上，结合结构的力学特性及损伤特性确定适当的识别解决方案，即确定科学的结构响应监测信息“解码”机制。为基于结构响应信息实现结构状态的准确识别，首先根据结构状态识别的功能要求将结构状态识别子系统分为内力状态识别模块和损伤识别模块两个模块。其中，内力状态识别模块侧重于结构内力状态的反演；而损伤识别模块则侧重于根据
结构动静力响应获得结构的整体损伤信息。两个模块相辅相成，联合应用两个模块的信息即可把握结构的整体安全状况。其中，内力状态识别模块主要识别结构的恒载内力状态。
结构的内力状态识别和损伤状态识别均基于结构的基准有限元模型进行，基准有限元模型的建立是关键。首先根据结构的施工监控等信息建立结构的初始有限元模型，随着结构健康监测的运营，不断引入结构的响应信息及结构的损伤信息修正有限元模型，获得能够充分反映结构自身特性的有限元基准模型。由于结构的功能退化、结构损伤、结构内力重分布等因素，结构有限元基准模型是时变模型。当前时刻的有限元基准模型是基于前一时刻的结构内力状态识别结果及结构损伤监测信息得到，基于当前时刻的结构响应信息和前一时刻有限元基准模型进行当前时刻的内力状态损伤状态识别，根据两种信息建立新的有限元基准模型。上述流程如图6.1所示。
养护管理子系统结构损伤人工监测损伤识别模块结构损伤识别新的结构损伤信息初始基准有限元模型历史损伤信息旧的有限元基准模型有限元基准模型结构响应监测数据高频滤波器结构准静力响应结构内力状态识别当前结构的恒载内力状态安全评估子系统新的有限元基准模型图6.1 结构损伤识别和内力状态识别流程示意图
由于结构的动静力测试数据不可避免地含有观测噪声，因此不确定性是结构内力状态识别和损伤状态识别的本质属性。为避免结构内力状态识别和损伤识别的误判问题，引入概率参数结构理论和蒙特卡罗随机有限元理论，将正则化方法引入参数识别过程抑制其不适定性，采用蒙特卡罗法获得待识别参数的统计特征。首先采用概率参数结构的思想建立有限元基准模型，在此基础上基于概率可靠度理论实现结构状态即损伤状态的自动识别。
结构初始概率参数结构根据结构的施工监控及由成桥荷载试验获得的结构响应信息获得。概率参数基准有限元模型建立的流程图如图6.2所示。在概率参数结构的建立过程中，利用了蒙特卡罗法的基本思想，即根据结构响应监测数据的误差水平对当前结构的实测响应
进行多次摄动，基于每次摄动结果对结构的各关键参数进行参数识别，对于结构的每个关键参数均能够获得多个识别结果。对所有的参数识别结果进行统计分析，即可获得其主要的统计特征。这一统计特征中不仅充分反映的结构的力学特性，而且充分体现了观测误差的影响。依据识别结果，即可建立概率参数结构。以此流程为蓝本，可以建立任意时刻的概率参数结构模型。基于该模型，根据概率统计理论的基本思想进行结构的内力状态和损伤状态识别，可以有效避免由观测噪声、模型不确定性引起的误判问题。
结构加载和激励方法实际结构初始结构分析模型传感器及数据采集子系统结构力学行为研究结构响应测试向量确定结构待识别参数建立结构关于待识别参数的灵敏度矩阵结构响应监测数据分析待修正概率参数结构确定数据摄动水平及摄动次数结构响应分析数据摄动数据组集结构响应残差系统辨识问题求解摄动次数满足要求？否识别结果的统计分析基准概率参数结构
图6.2 概率参数基准有限元模型建立的流程图
1.7 结构安全综合评估子系统
1.7.1 综合评估子系统总体方案
该方案提出了综合人工巡检与传感器监测的综合评估子系统，其设计总体方案参见图7.1.1。该子系统除了涉及对结构进行安全性、适用性以及耐久性三个方面的评估和利用外，增加了对人工巡检结果的评估过程，以实现基于对自动监测信息和人工巡检信息的综合利用。
结构安全综合评估子系统巡检信息提取评估模块巡检结果评估承载力评估评估结论适用性评估预警模块决策建议结构监测信息提取耐久性评估其它监测信息提取图7.1.1 综合评估子系统总体方案图
1.8 用户界面子系统
1.8.1 用户界面主应用框架
主应用框架提供了一个基础应用框架，实现对功能模块的初始化和调用管理，动态加载扩展模块并实现扩展模块的用户界面部分的调用接口，主应用框架提供基础的GIS模型加载和管理功能，并通过工具栏、菜单、右键菜单等用户界面实现扩展模块的功能调用，同时规范了扩展模块开发的接口，使系统可以方便的进行扩充。
主应用框架主要实现了以下功能 1) 对功能模块的初始化 2) 创建和管理用户界面元素
3) 根据配置信息动态加载扩展模块
4) 加载和管理结构物模型并提供基础的GIS功能服务，包括放大、缩小、平移、旋转、选择、动画等等
5) 提供用户报表和历史曲线以及评估分析程序的调用接口
1.8.2 静态资料管理扩展模块
静态资料管理扩展模块通过插件的形式加入到应用框架中，主要实现对结构物的电子化文档的管理，主要包括设计、施工、竣工、试验、运营监测系统还有可能会加入的机电、路政设施等各种资料的管理，可以管理的文档包括PDF、Word、Excel、PowerPoint、Visio等，并可以通过UI界面与主框架中的结构物模型进行交互，通过查询工具对资料进行搜索等；
静态资料管理扩展模块主要实现了以下功能 1) 实现插件规划的接口功能； 2) 使用UI元素承载资料管理数据；
3) 打开、查看和修改PDF、Word、Excel、PowerPoint、Visio等文档； 4) 结构物模型的定位功能 5) 对象资料的属性功能 6) 资料查询搜索功能
1.8.3 实时数据展示扩展模块
实时数据展示扩展模块通过插件的形式加入到应用框架中，主要实现对数据的实时采集并与后台数据处理、数据采集与控制模块进行交互，实现数据的实时传输、同时通过用户界面，实时展示采集系统的数据曲线、通讯工况等，并可以通过数据分析工具对当前时段的数据进行即时的分析处理；
实时数据展示扩展模块主要实现了以下功能 1) 实现插件规划的接口功能；
2) 使用UI元素承载系统安装和使用的采集系统信息； 3) 实现对通讯管理功能模块的接口调用；
4) 即时的数据分析和处理功能并展示在用户界面上；
5) 具体功能主要包括应力、索力、变形、温度、湿度、风、振动、位移、支座等；
6) 与主应用框架实现交互功能。
1.8.4 巡检管理扩展模块
巡检管理扩展模块通过插件的形式加入到应用框架中，主要实现对电子化人工巡检管理系统中数据调用的接口，并完善和补充电子化人工巡检中有缺陷和无法实现的功能，该模块主要包括巡检日历、巡检通道、巡检对象、巡检报告四个子功能；
巡检管理扩展模块主要实现了以下功能 1) 实现插件规划的接口功能；
2) 使用UI元素承载巡检日历、巡检管理对象、巡检通道、巡检记录、巡检报告等数据信息；
3) 实现巡检任务的定义、查看、提示以及任务完成情况的记录； 4) 实现巡检通道在主应用框架提供的模型上的动画展示功能。