具体描述
本书以国家和地方重点科学技术项目为基础，专题研究了光纤传感技术在大坝工程中的应用。思想新颖、内容丰富、多学科交叉渗透明显。涉及的主要内容有大坝随机裂缝、板间缝与周边缝位移、温度、挠度以及边坡深部变形等监测项目的分布式光纤传感技术。本书可供从事水利电力、建筑、道桥、海洋钻井平台、隧道、核电站等工程的科技人员使用，以及有关大专院校教师参考，也可作为大学生和研究生的教学参考书。
精选图书简介：超越光纤的视野 书名：先进结构健康监测系统的理论与实践 作者：张伟、李芳、王强 出版社：科技前沿出版社 出版日期：2023年10月 --- 内容概述： 《先进结构健康监测系统的理论与实践》是一部全面深入探讨现代土木工程、交通基础设施以及重要工业设施结构健康监测（Structural Health Monitoring, SHM）前沿技术、系统设计、数据处理与实际应用的专业著作。本书旨在弥合理论研究与工程实践之间的鸿沟，为结构工程师、监测系统设计师、科研人员以及高校师生提供一个坚实的知识平台和操作指南。 本书摒弃了单一传感技术路径的局限性，聚焦于多源异构数据融合和智能化诊断分析的前沿领域。全书共分为七大部分，涵盖了从基础理论到复杂系统集成的完整知识体系，强调对结构状态的实时、连续、高精度监测和评估能力。 第一部分：结构健康监测系统的基础理论与发展趋势 本部分首先对SHM系统的基本概念、历史沿革及当前面临的挑战进行了系统的梳理。重点阐述了信息论在监测数据采集与传输中的应用，以及不确定性分析在评估监测结果可靠性中的核心地位。讨论了下一代监测系统应具备的特征，包括自适应采样、边缘计算能力以及与数字孪生模型的无缝集成。特别深入分析了如何从海量监测数据中有效提取“健康”指标，而非仅仅记录“应力”或“位移”。 第二部分：高精度传感技术的新进展 本部分详细介绍了当前主流与新兴的非接触式、分布式和嵌入式传感技术。 非接触式测量技术： 侧重于无人机（UAV）搭载的高分辨率激光雷达（LiDAR）和合成孔径雷达（SAR）在宏观形变监测中的精度标定与误差补偿方法。详细讲解了如何利用差分干涉测量技术（DInSAR）分析大型结构物的微小沉降与位移场。 分布式传感网络： 深入探讨了基于光纤光栅（FBG）阵列和分布式声波传感（DAS）技术的应用潜力，尤其是在长距离、高密度应变和温度场监测中的优势。 压电/仿生传感： 介绍了智能材料如形状记忆合金（SMA）和压电陶瓷（PZT）在主动健康监测（Active SHM）中的机理与应用，包括如何利用其驱动和感知能力进行结构损伤的快速定位和激发。 第三部分：监测网络设计与数据采集架构 有效的监测系统依赖于合理的网络拓扑和高效的数据传输机制。本章详细阐述了监测点优化配置的算法，包括基于模态分析的传感器放置策略（Optimal Sensor Placement, OSP）和基于信息熵的传感器冗余度评估。在数据传输方面，重点讨论了低功耗广域网（LPWAN）技术，如LoRa和NB-IoT，在能源受限环境下的应用方案，以及如何构建具备实时同步和容错能力的分布式数据采集系统。 第四部分：多源异构数据的预处理与融合 这是本书的核心技术难点之一。现代监测系统产生的数据往往具有时间尺度不一、测量原理各异的特点。本章系统介绍了先进的数据清洗技术，包括时间序列滤波和异常值识别。重点阐述了基于卡尔曼滤波（Kalman Filter）和粒子滤波（Particle Filter）的动态数据融合方法，以及如何通过多核学习（Multiple Kernel Learning）框架整合来自不同传感器类型的数据，以获取比单一传感器更鲁棒的结构状态估计。 第五部分：基于机器学习的损伤识别与状态评估 本部分是实现SHM智能化转型的关键。从传统的基于模态参数的识别方法（如振型曲率法）过渡到现代的基于数据的深度学习方法。 特征工程： 如何从时域、频域和时频域信号中提取对损伤敏感的特征向量。 深度学习模型： 详细介绍了卷积神经网络（CNN）在处理振动信号频谱特征图上的应用，以及循环神经网络（RNN）/长短期记忆网络（LSTM）在预测结构寿命和演化趋势方面的有效性。特别强调了迁移学习在不同结构类型之间知识复用中的应用策略。 第六部分：复杂工程结构的健康评估与案例分析 本章将前述理论应用于实际工程场景，通过多个详尽的工程案例，展示先进SHM系统的全流程实施。案例涵盖了： 超高层建筑的长期稳定性监测： 侧重于风致振动响应和基座沉降的耦合分析。 大型桥梁的疲劳损伤早期预警： 结合交通荷载特征提取与残余寿命预测。 水利枢纽混凝土结构的内部缺陷检测： 应用超声波和电阻抗层析成像（Electrical Impedance Tomography, EIT）技术进行体积缺陷的可视化评估。 第七部分：系统可靠性、维护与标准化 最后一部分关注监测系统的实际运行维护和工程规范。讨论了传感器故障诊断、数据链的鲁棒性设计，以及如何建立符合国际标准的监测数据报告体系。强调了传感器自校准和远程诊断维护的技术流程，确保监测系统能够长期、可靠地服务于结构的安全管理。 本书特色： 前沿交叉性： 融合了土木工程、信号处理、模式识别和信息论等多个学科的最新成果。 实践指导性强： 提供了大量可操作的算法流程图、参数设定建议以及软件工具的介绍（不涉及具体商业软件的深度操作，而是侧重算法实现原理）。 注重数据质量： 对监测数据采集、融合、去噪的流程给予了前所未有的重视，强调“垃圾进，垃圾出”的原理在SHM中的体现。 适用对象： 结构工程、土木工程、交通工程、仪器科学与技术、自动化、材料科学等相关专业的研究生、博士生、高校教师，以及从事基础设施设计、施工、运营和维护的工程技术人员。 --- 本书为独立研究成果，致力于推动结构健康监测技术向更智能、更可靠的方向发展，为保障现代工程系统的长期安全运行提供强有力的技术支撑。
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