2015年6月15日（信息來源：2015中國互聯(lián)網+創(chuàng)新大會•河北峰會）
6月13日，在2015中國互聯(lián)網+創(chuàng)新大會•河北峰會上，中國工程院院士杜彥良以“大型結構健康監(jiān)測與互聯(lián)網＋”為主題，圍繞結構安全保障面臨的問題，結構健康狀態(tài)與互聯(lián)網的關系，“互聯(lián)網+”時代的結構健康等三個問題，以“互聯(lián)網＋”交通為例，闡述了如何實時掌控大型結構的安全狀態(tài)？如何監(jiān)測結構的系統(tǒng)情況以及如何防治大型結構安全問題？
大型結構包括：高層建筑、空間結構、大型橋梁、大型交通樞紐、大壩、長道隧道，大型結構的安全性、可靠性與我們每個人密切相關。由于自然災害、人為因素或者是結構本身的性能問題，突發(fā)事件屢有發(fā)生，一旦某一個結構造成損毀會造成經濟損失，甚至危及生命財產安全。
傳統(tǒng)的大型結構健康監(jiān)測存在擴展性差、施工復雜性和建設費用高等弊端，隨著互聯(lián)網的發(fā)展，實現遠程化、智能化信號與信息處理成為發(fā)展的重點方向。
交通運輸存在哪些安全問題
交通運輸是國民經濟的基礎產業(yè)，是經濟發(fā)展的大動脈，在當今的經濟社會發(fā)展過程中起著至關重要的作用。當前從國家提出的發(fā)展戰(zhàn)略是以京津冀城市群為代表的五大城市群建設，包括國家“一帶一路”和中國高鐵走出去的發(fā)展戰(zhàn)略。
目前，我國公路交通從建國初18.74萬公里已經發(fā)展到現在的370萬公里。我國鐵路由建國初的2.2萬公里發(fā)展到現在的12萬公里，其中，高鐵今年年底將達到1.9萬公里，軌道交通在22個城市建成95條，達到3173公里，到2020年預計達到超過6000公里，而且隨著我國城市建設的發(fā)展多制式軌道交通也在我國迅速發(fā)展。
但其中交通基礎設施的安全保障面臨著問題，一個是建國后的第一個高峰期到現在已經超過50多年，到上世紀90年代是第二個建設的高峰期，雖然年限不長，但是由于施工速度快，不合理的工期、不合理的質量、不合理的合同，造成一些工程質量的短缺，所以事故頻繁發(fā)生，我國交通基礎設施將迎來安全期的爆發(fā)期。
我國一直高度重視結構健康狀態(tài)的發(fā)展，從國家中長期發(fā)展規(guī)劃來層面制定了多個措施保證安全狀態(tài)。一是，在結構安全期的狀態(tài)如何保障。二是，如何進行監(jiān)測和預報，包括技術理論和裝備的研發(fā)。
從鐵道系統(tǒng)，因為我國鐵道系統(tǒng)發(fā)展迅猛，特別是高速鐵路，如何通過對交通基礎設施重大工程結構健康狀態(tài)的安全性和發(fā)展進行實時掌控。對在運行過程中事故、突發(fā)災害的狀態(tài)進行監(jiān)控，以保證全線運營安全。
工信部在中長期和十二五以來針對信息的感知、信息傳輸、信息處理、信息安全方面開展了一系列行動，為今后大型工程結構監(jiān)測和其他發(fā)展創(chuàng)造了很好的基礎。目前信息化、工業(yè)化的融合為大型交通基礎設施、為大型交通工程的安全性進一步提供了保障。
交通健康監(jiān)測的安全系統(tǒng)
交通健康監(jiān)測系統(tǒng)一般分成四大部分，一是監(jiān)測系統(tǒng)，采用什么樣的傳感技術能夠完整、長期、準確、連續(xù)地獲得信息。二是信息的處理與傳輸部分，這部分保證對信息實時、快速傳到監(jiān)控中心。三是對數據的分析處理，對它的損傷程度、損傷位置進行識別，做出判斷。四是養(yǎng)護維修進行修護。
依據結構養(yǎng)護的需求以及當今科技手段，實現結構狀態(tài)數字化和信息化，推動主動式養(yǎng)護與管理進步，有效提高和保障結構運營的檢測、養(yǎng)護和管理水平，降低全壽命期運營安全風險，延長安全使用壽命意義重大。一個工程結構我們百年設計，如何在百年過程中保障安全，延長使用壽命就是我們當前所需要做的重要工作。
我國從上個世紀末開始開展健康監(jiān)測系統(tǒng)的研究，雖然時間短，但是發(fā)展快，隨著我國大批大型工程建設，大型交通基礎設施的建設如何保證結構的質量，如何保證運營安全成為結構健康監(jiān)測的任務。
交通健康系統(tǒng)的主要有四個方面：
一是為結構長期科學有序的監(jiān)測、巡檢、養(yǎng)護、管理提供一個數據平臺，建立結構長期的數字化和信息化檔案。過去是人工管理，對結構不了解、不掌握。
二是盡早發(fā)現結構自身或者行車過程中的危險狀態(tài)，在結構危險萌芽階段時提前預警，確保安全，以鐵路為例，要實時提前發(fā)現事故隱患，提前排除確保安全。
三是有效掌控運行期間結構的局部或整體長期使用狀態(tài)和發(fā)展趨勢，為養(yǎng)護決策提供數據與信息支持。
四是有效掌握交通基礎設施運營期在的運行狀態(tài)，為突發(fā)狀態(tài)時提供數據保障。
從宏觀上結構健康監(jiān)測系統(tǒng)的主要目標：為結構安全、設計校核、養(yǎng)護維修和監(jiān)測技術發(fā)展提供服務。從技術細節(jié)和實現要求來說，健康檢測系統(tǒng)：一是，具備足夠的傳感測試能力。二是，具備數據采集和傳輸能力。三是，需要對結構的安全評估與健康診斷。首先是對結構模型的修正與分析，對損傷的模型定位，損傷發(fā)生在什么地方，對結構將來有什么影響，同時對結構的安全性發(fā)出實時預警預報。
實時健康監(jiān)測是跨學科、多領域的綜合技術，將涉及到土木工程、動力學、材料學、傳感技術、測試技術、信號分析、計算機技術以及網絡通信技術等等，所以結構健康監(jiān)測系統(tǒng)的發(fā)展與通信與網絡技術的發(fā)展緊密相關。所以未來的目標是以結構運營安全與維護為服務對象，以現代化監(jiān)測全息、泛在、智能為要求，以結構物聯(lián)網為基礎，以提供專業(yè)化的海量數據計算服務為平臺，是對現有結構健康監(jiān)測系統(tǒng)的拓展，以促進建設形態(tài)與養(yǎng)護模式的創(chuàng)新與改進。
大數據下的健康監(jiān)測
健康監(jiān)測系統(tǒng)與平臺的新特征與能力是什么呢？主要有四個方面：
一是隨著結構建設規(guī)模的越來越大，結構建筑物數量的越來越多，組成監(jiān)測系統(tǒng)傳感網絡的采集、傳輸的數據量接近海量，同時新型機動車輛的檢測對階段數據類型不斷豐富將出現大數據的特點，也就是說我們將會長期、完整地獲取各結構的信息，對信息的處理成為今后面對的問題。
二是在健康監(jiān)測領域管理者關注的是及時掌握結構的異常狀態(tài)、安全狀態(tài)，必要的時候要對它進行維護和管理，根本就是基于對于數據規(guī)律的挖掘，有助于充分利用數據價值，所以說大數據和互聯(lián)網將為科學研究提供新一步的途徑。這是我們今后研究和發(fā)展的重點。
三是設計和研究者將關注與結構運營時的荷載與響應是否與設計相一致。過去研究是在實驗室建立的小模型，現在如果有了實時的對結構的監(jiān)測，我們每一個結構物都是我們的實驗模型，都是我們的實驗實體，都是我們的研究對象，這就可以及時提升結構設計的安全性，而且結構與經濟的平衡更好，保證結構壽命更長，找到平衡點。
四是在多結構健康監(jiān)測數據分析需求形成規(guī)模時，專業(yè)數據分析中心的云計算系統(tǒng)提供的數據分析與共享服務將會質優(yōu)而價廉。隨著信息系統(tǒng)和互聯(lián)網的發(fā)展為這樣的監(jiān)測系統(tǒng)提供廉價的服務成為可能，基于數據的服務業(yè)更具針對性和準確性，智能化和智慧化系統(tǒng)特性更為顯著，使未來的智慧城市成為可能。
互聯(lián)網+的未來大有可能，以京津冀城市群智能交通體系為代表的構建實時掌控路網的實時動態(tài)。基于數字化、信息化市政管網監(jiān)控系統(tǒng)的構建，同時信息技術在大型交通工程中的選線、勘察、設計、維護、運營、管理全壽命的周期進行管理；包括對防災監(jiān)控構建。也就是說互聯(lián)網+結構的健康監(jiān)測對整個大型結構未來的安全性、可靠性將起到很好的作用。
關于杜彥良
中國工程院院士，何梁何利（科學與技術進步獎）獲得者，石家莊鐵道大學副校長，工學博士，教授。男，漢族，石家莊鐵道大學、北京交通大學、武漢大學博士生導師，河北省土木工程特聘崗位“燕趙學者”。2013年當選為中國工程院土木、水利與建筑工程學部院士。孫利民，1963年出生于內蒙古包頭市。同濟大學橋梁系特聘教授，博士生導師。
關于結構健康監(jiān)測
結構健康監(jiān)測是指對工程結構實施損傷檢測和識別。 我們這里所說的損傷包括材料特性改變或結構體系的幾何特性發(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)性對結構的服役能力有至關重要的作用。 結構健康監(jiān)測涉及到通過分析定期采集的結構布置的傳感器陣列的動力響應數據來觀察體系隨時間推移產生的變化，損傷敏感特征值的提取并通過數據分析來確定結構目前的健康狀態(tài)。對于長期結構健康監(jiān)測，通過數據定期更新來估計結構老化和惡劣服役環(huán)境對工程結構是否有能力繼續(xù)實現設計功能。
關于聚華科技
杭州聚華光電科技有限公司（Cavono, Inc.）是一家基于物聯(lián)網光纖傳感器技術從事土木工程結構健康監(jiān)測與預警管理的高新技術企業(yè)，聚華是光纖光柵傳感器產品提供商和土木工程結構健康監(jiān)測一站式解決方案優(yōu)質合作伙伴。公司專注于橋梁、隧道、邊坡、基坑、地鐵、礦山、電力等土木工程領域的結構健康監(jiān)測相關產品的研發(fā)、生產、推廣與應用，以提供野外光纖傳感器自動化監(jiān)測產品、工程結構安全監(jiān)測一站式解決方案見長。主要以光纖光柵傳感器技術、分布式光纖測溫技術、工程安全自動化云計算軟件、工程化專業(yè)領域數據分析為技術核心。www.tibetyl.com
6月13日，在2015中國互聯(lián)網+創(chuàng)新大會•河北峰會上，中國工程院院士杜彥良以“大型結構健康監(jiān)測與互聯(lián)網＋”為主題，圍繞結構安全保障面臨的問題，結構健康狀態(tài)與互聯(lián)網的關系，“互聯(lián)網+”時代的結構健康等三個問題，以“互聯(lián)網＋”交通為例，闡述了如何實時掌控大型結構的安全狀態(tài)？如何監(jiān)測結構的系統(tǒng)情況以及如何防治大型結構安全問題？
大型結構包括：高層建筑、空間結構、大型橋梁、大型交通樞紐、大壩、長道隧道，大型結構的安全性、可靠性與我們每個人密切相關。由于自然災害、人為因素或者是結構本身的性能問題，突發(fā)事件屢有發(fā)生，一旦某一個結構造成損毀會造成經濟損失，甚至危及生命財產安全。
傳統(tǒng)的大型結構健康監(jiān)測存在擴展性差、施工復雜性和建設費用高等弊端，隨著互聯(lián)網的發(fā)展，實現遠程化、智能化信號與信息處理成為發(fā)展的重點方向。
交通運輸存在哪些安全問題
交通運輸是國民經濟的基礎產業(yè)，是經濟發(fā)展的大動脈，在當今的經濟社會發(fā)展過程中起著至關重要的作用。當前從國家提出的發(fā)展戰(zhàn)略是以京津冀城市群為代表的五大城市群建設，包括國家“一帶一路”和中國高鐵走出去的發(fā)展戰(zhàn)略。
目前，我國公路交通從建國初18.74萬公里已經發(fā)展到現在的370萬公里。我國鐵路由建國初的2.2萬公里發(fā)展到現在的12萬公里，其中，高鐵今年年底將達到1.9萬公里，軌道交通在22個城市建成95條，達到3173公里，到2020年預計達到超過6000公里，而且隨著我國城市建設的發(fā)展多制式軌道交通也在我國迅速發(fā)展。
但其中交通基礎設施的安全保障面臨著問題，一個是建國后的第一個高峰期到現在已經超過50多年，到上世紀90年代是第二個建設的高峰期，雖然年限不長，但是由于施工速度快，不合理的工期、不合理的質量、不合理的合同，造成一些工程質量的短缺，所以事故頻繁發(fā)生，我國交通基礎設施將迎來安全期的爆發(fā)期。
我國一直高度重視結構健康狀態(tài)的發(fā)展，從國家中長期發(fā)展規(guī)劃來層面制定了多個措施保證安全狀態(tài)。一是，在結構安全期的狀態(tài)如何保障。二是，如何進行監(jiān)測和預報，包括技術理論和裝備的研發(fā)。
從鐵道系統(tǒng)，因為我國鐵道系統(tǒng)發(fā)展迅猛，特別是高速鐵路，如何通過對交通基礎設施重大工程結構健康狀態(tài)的安全性和發(fā)展進行實時掌控。對在運行過程中事故、突發(fā)災害的狀態(tài)進行監(jiān)控，以保證全線運營安全。
工信部在中長期和十二五以來針對信息的感知、信息傳輸、信息處理、信息安全方面開展了一系列行動，為今后大型工程結構監(jiān)測和其他發(fā)展創(chuàng)造了很好的基礎。目前信息化、工業(yè)化的融合為大型交通基礎設施、為大型交通工程的安全性進一步提供了保障。
交通健康監(jiān)測的安全系統(tǒng)
交通健康監(jiān)測系統(tǒng)一般分成四大部分，一是監(jiān)測系統(tǒng)，采用什么樣的傳感技術能夠完整、長期、準確、連續(xù)地獲得信息。二是信息的處理與傳輸部分，這部分保證對信息實時、快速傳到監(jiān)控中心。三是對數據的分析處理，對它的損傷程度、損傷位置進行識別，做出判斷。四是養(yǎng)護維修進行修護。
依據結構養(yǎng)護的需求以及當今科技手段，實現結構狀態(tài)數字化和信息化，推動主動式養(yǎng)護與管理進步，有效提高和保障結構運營的檢測、養(yǎng)護和管理水平，降低全壽命期運營安全風險，延長安全使用壽命意義重大。一個工程結構我們百年設計，如何在百年過程中保障安全，延長使用壽命就是我們當前所需要做的重要工作。
我國從上個世紀末開始開展健康監(jiān)測系統(tǒng)的研究，雖然時間短，但是發(fā)展快，隨著我國大批大型工程建設，大型交通基礎設施的建設如何保證結構的質量，如何保證運營安全成為結構健康監(jiān)測的任務。
交通健康系統(tǒng)的主要有四個方面：
一是為結構長期科學有序的監(jiān)測、巡檢、養(yǎng)護、管理提供一個數據平臺，建立結構長期的數字化和信息化檔案。過去是人工管理，對結構不了解、不掌握。
二是盡早發(fā)現結構自身或者行車過程中的危險狀態(tài)，在結構危險萌芽階段時提前預警，確保安全，以鐵路為例，要實時提前發(fā)現事故隱患，提前排除確保安全。
三是有效掌控運行期間結構的局部或整體長期使用狀態(tài)和發(fā)展趨勢，為養(yǎng)護決策提供數據與信息支持。
四是有效掌握交通基礎設施運營期在的運行狀態(tài)，為突發(fā)狀態(tài)時提供數據保障。
從宏觀上結構健康監(jiān)測系統(tǒng)的主要目標：為結構安全、設計校核、養(yǎng)護維修和監(jiān)測技術發(fā)展提供服務。從技術細節(jié)和實現要求來說，健康檢測系統(tǒng)：一是，具備足夠的傳感測試能力。二是，具備數據采集和傳輸能力。三是，需要對結構的安全評估與健康診斷。首先是對結構模型的修正與分析，對損傷的模型定位，損傷發(fā)生在什么地方，對結構將來有什么影響，同時對結構的安全性發(fā)出實時預警預報。
實時健康監(jiān)測是跨學科、多領域的綜合技術，將涉及到土木工程、動力學、材料學、傳感技術、測試技術、信號分析、計算機技術以及網絡通信技術等等，所以結構健康監(jiān)測系統(tǒng)的發(fā)展與通信與網絡技術的發(fā)展緊密相關。所以未來的目標是以結構運營安全與維護為服務對象，以現代化監(jiān)測全息、泛在、智能為要求，以結構物聯(lián)網為基礎，以提供專業(yè)化的海量數據計算服務為平臺，是對現有結構健康監(jiān)測系統(tǒng)的拓展，以促進建設形態(tài)與養(yǎng)護模式的創(chuàng)新與改進。
大數據下的健康監(jiān)測
健康監(jiān)測系統(tǒng)與平臺的新特征與能力是什么呢？主要有四個方面：
一是隨著結構建設規(guī)模的越來越大，結構建筑物數量的越來越多，組成監(jiān)測系統(tǒng)傳感網絡的采集、傳輸的數據量接近海量，同時新型機動車輛的檢測對階段數據類型不斷豐富將出現大數據的特點，也就是說我們將會長期、完整地獲取各結構的信息，對信息的處理成為今后面對的問題。
二是在健康監(jiān)測領域管理者關注的是及時掌握結構的異常狀態(tài)、安全狀態(tài)，必要的時候要對它進行維護和管理，根本就是基于對于數據規(guī)律的挖掘，有助于充分利用數據價值，所以說大數據和互聯(lián)網將為科學研究提供新一步的途徑。這是我們今后研究和發(fā)展的重點。
三是設計和研究者將關注與結構運營時的荷載與響應是否與設計相一致。過去研究是在實驗室建立的小模型，現在如果有了實時的對結構的監(jiān)測，我們每一個結構物都是我們的實驗模型，都是我們的實驗實體，都是我們的研究對象，這就可以及時提升結構設計的安全性，而且結構與經濟的平衡更好，保證結構壽命更長，找到平衡點。
四是在多結構健康監(jiān)測數據分析需求形成規(guī)模時，專業(yè)數據分析中心的云計算系統(tǒng)提供的數據分析與共享服務將會質優(yōu)而價廉。隨著信息系統(tǒng)和互聯(lián)網的發(fā)展為這樣的監(jiān)測系統(tǒng)提供廉價的服務成為可能，基于數據的服務業(yè)更具針對性和準確性，智能化和智慧化系統(tǒng)特性更為顯著，使未來的智慧城市成為可能。
互聯(lián)網+的未來大有可能，以京津冀城市群智能交通體系為代表的構建實時掌控路網的實時動態(tài)。基于數字化、信息化市政管網監(jiān)控系統(tǒng)的構建，同時信息技術在大型交通工程中的選線、勘察、設計、維護、運營、管理全壽命的周期進行管理；包括對防災監(jiān)控構建。也就是說互聯(lián)網+結構的健康監(jiān)測對整個大型結構未來的安全性、可靠性將起到很好的作用。
關于杜彥良
中國工程院院士，何梁何利（科學與技術進步獎）獲得者，石家莊鐵道大學副校長，工學博士，教授。男，漢族，石家莊鐵道大學、北京交通大學、武漢大學博士生導師，河北省土木工程特聘崗位“燕趙學者”。2013年當選為中國工程院土木、水利與建筑工程學部院士。孫利民，1963年出生于內蒙古包頭市。同濟大學橋梁系特聘教授，博士生導師。
關于結構健康監(jiān)測
結構健康監(jiān)測是指對工程結構實施損傷檢測和識別。 我們這里所說的損傷包括材料特性改變或結構體系的幾何特性發(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)性對結構的服役能力有至關重要的作用。 結構健康監(jiān)測涉及到通過分析定期采集的結構布置的傳感器陣列的動力響應數據來觀察體系隨時間推移產生的變化，損傷敏感特征值的提取并通過數據分析來確定結構目前的健康狀態(tài)。對于長期結構健康監(jiān)測，通過數據定期更新來估計結構老化和惡劣服役環(huán)境對工程結構是否有能力繼續(xù)實現設計功能。
關于聚華科技
杭州聚華光電科技有限公司（Cavono, Inc.）是一家基于物聯(lián)網光纖傳感器技術從事土木工程結構健康監(jiān)測與預警管理的高新技術企業(yè)，聚華是光纖光柵傳感器產品提供商和土木工程結構健康監(jiān)測一站式解決方案優(yōu)質合作伙伴。公司專注于橋梁、隧道、邊坡、基坑、地鐵、礦山、電力等土木工程領域的結構健康監(jiān)測相關產品的研發(fā)、生產、推廣與應用，以提供野外光纖傳感器自動化監(jiān)測產品、工程結構安全監(jiān)測一站式解決方案見長。主要以光纖光柵傳感器技術、分布式光纖測溫技術、工程安全自動化云計算軟件、工程化專業(yè)領域數據分析為技術核心。www.tibetyl.com