孙利民
我们提出半数据-半模型驱动的“动力混合监测”概念，融合SHM 系统监测信息和结构有限元模型，发挥其各自优势，将离散的实测数据拓展至全桥，改善数据质量，并得到多种无法直接测量的桥梁响应类型。理论推进之外，在上海嘉定区建立了大比例缩尺实验模型，模型与实验数据可建立Benchmark模型，对外公开发布。
图1 桥梁结构混合监测（Hybrid Monitoring）
相关研究成果也在大跨度桥梁结构监测中开始应用。
图2 桥梁混合监测应用
着手研究“物理意义-力学体征-数据特征”融合的多尺度数字孪生模型，从物理模型修正问题出发，以监测数据和有限元模型为抓手，提出可综合考虑瞬时和长期效应的多目标修正方法，建立物理模型与数据模型的标准化动态协同规则，形成物理-数据双驱动的桥梁性能演化数字孪生模型修校方法。
我们提出的区域多源复杂异构数据的集成规则和结构化方法提高了原始数据的可读性。为解决实测数据的强不完备性问题，借助深度学习中残差注意力网络模型和对抗神经网络模型实现了对异常实测数据的高精度识别与真实值重构。集成得到的区域健康监测数据库、区域检测数据库和区域设计信息数据库分别为区域控制性单体桥梁状态评估、区域桥梁日常退化性能评估及区域桥梁地震灾害韧性评估提供了数据支撑和保障。
我们针对量大面广的中小跨径桥梁的快速检测需求，围绕车辆传感技术开展了应用基础研究，意图利用移动车辆作为桥梁的激振源和传感器，间接地从车载传感器的信号中识别出桥梁结构的性能参数从传感车辆的加速度信号中识别出桥梁结构的模态参数，较系统地开展了理论推导、数值模拟、模型试验和实桥试验等研究，取得了初步成效。
图3 中小跨径桥梁移动监测
我们研究基于现场监测数据的超高层结构的风致动力响应特性。基于台风实时监测数据研究了超高层建筑的高空风场特性，采用非平稳风速模型，研究了不同时距下平均风速之间的关系；针对台风不同演变阶段，对脉动风的湍流强度、阵风因子、湍流积分尺度和脉动风功率谱等特性进行分析，并与相关文献进行了对比研究。基于常态风和台风下的实时监测数据，对超高层结构的顶部风场及风致动力响应开展了深入研究，验证了现有理论对600m+超高层建筑的适用性，获得了风速和结构动力特性参数的相关规律，给出了该类结构的抗风设计建议参数，为600m+超高层建筑的抗风设计提供了重要参考。
图4 超高层建筑风环境监测与分析
我们提出并研发了一种基于流数据的新型实时结构健康监测（SHM）系统。与传统的 SHM 系统相比，新系统对数据传输和处理技术进行了一系列优化，能更好地满足实时性需求。一方面，采用流媒体系统中的水印技术来解决实时性要求下何时触发计算时间窗口的问题；另一方面，通过并行机制来满足并行数据流中的多级计算需求。以实际超高层结构为研究对象对新系统进行了测试。测试环境下的结果表明，从数据生成、数据传输到Web服务器的总时延仅为200-400ms左右，并行计算有效地降低了数据延迟，为将随机减量技术法、随机子空间识别法或其它算法并行集成到新监测系统中提供了有效参考。
我们发展了一套基于计算机视觉的结构动力行为精准鲁棒识别方法，构建了不同类型特征点（Shi-Tomasi、Harris、SURF 等）与多种特征点跟踪方式（特征匹配与光流）的融合方法，实现数字图像上的目标跟踪；建立了相机成像模型简化为像素解析度模型的快速坐标变换模型；基于刚体运动模型对特征点位移进行拟合，得到准确的位移与转角估计。
图5 基于计算机视觉的结构动力响应识别
我们编制了上海市工程建设规范《建筑结构健康监测技术标准》大纲文件，2021年6月16日，以同济大学为牵头单位，张其林教授为主编，正式启动了上海市工程建设规范《建筑结构健康监测技术标准》的编制工作，制定了大纲文件，确定了主参编单位和编制组成员，明确了任务来源、编制原则、技术路线、章节内容和进度计划。该技术标准共11章，具体内容包括：总则、术语与符号、基本规定、设备与系统、监测与评估、超高层建筑、大跨空间结构和人行桥梁、高耸结构和工业构筑物、施工与验收、运维与管养、附录等。
