《Geomatics》：Structural Health Monitoring of Tall Slender Structures Under Environmental Factors: A Review of Geomatics and Multi-Technology Approaches with Bibliometric Analysis
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极高的细长结构是一类由于其特殊的结构特性而最易受环境因素（特别是风和日照不均匀）影响的构筑物。研究人员特指高度超过200 m的烟囱和高耸电视塔，因其截头锥形结构表现出与住宅类建筑不同的行为。环境应力表现为可诱发可逆倾斜和振荡的力——当其数值显著超过设计值时，可
极高的细长结构是一类由于其特殊的结构特性而最易受环境因素（特别是风和日照不均匀）影响的构筑物。研究人员特指高度超过200 m的烟囱和高耸电视塔，因其截头锥形结构表现出与住宅类建筑不同的行为。环境应力表现为可诱发可逆倾斜和振荡的力——当其数值显著超过设计值时，可能导致结构损坏甚至破坏。在环境因素影响下监测结构完整性的保持——这是结构健康监测（Structural Health Monitoring, SHM）的基本组成部分——对于安全和维护至关重要。在极高细长结构的SHM中，许多研究采用了因信息技术扩展而快速发展的各种理论、方法和技术。本研究旨在识别现有文献中关于影响极高细长结构可逆位移的环境因素，以及用于监测这些结构的技术与分析方法方面缺乏研究的领域。为实现此目标，通过对最常用数据库的系统检索，确定了最关键的环境因素和技术，尤其是基于传感器的技术。随后，研究采用文献计量分析，探索专业文献中反映的挑战和前瞻性研究领域。对该主题在专业文献（特别是该领域最权威期刊发表的文献）中的研究现状（State-of-the-Art）进行了广泛分析。研究结果表明，关于影响极高细长结构SHM的环境因素，特别是日照不均匀对结构影响的研究缺乏科学调查。该研究对极高细长结构的SHM提供了全面理解，并为开发有效的监测方法具有实际意义。
**环境因素作用下高大细长结构的结构健康监测：基于地球空间信息学与多技术方法的综述及文献计量分析**
**研究背景**
极高的细长结构（如超过200米的工业烟囱和高耸电视塔）因其独特的高柔特性（低固有阻尼和高柔度），对环境荷载（特别是风和日照不均匀）极为敏感。这些环境应力可诱发结构的可逆倾斜和振荡，当其数值显著超过设计值时，可能导致结构损坏甚至破坏。因此，结构健康监测（Structural Health Monitoring, SHM）对于评估和维护此类结构的安全性与长期性能至关重要。尽管风和地震荷载获得了广泛研究，但日照不均匀——作为唯一持续且可预测的环境荷载——对极高细长结构的影响在现有文献中却关注不足。当前SHM研究面临数据集成、AI模型可靠性、传感器长期稳定性以及缺乏标准化协议等挑战。为系统识别这些研究缺口，特别是关于非均匀太阳辐射对烟囱和电视塔结构完整性的影响，本研究开展了综述。
**开展的研究与结论**
该研究通过系统文献综述（SLR）、文献计量分析和定性分析（覆盖73篇核心论文）回答了四个研究问题：识别最重要的环境因素（RQ1）；评估当前监测方法、技术与仪器（RQ2）；通过文献计量分析揭示研究缺口（RQ3）；以及总结研究趋势（RQ4）。研究结论表明，非均匀太阳辐射应被视为最关键的环境因素之一，因其会产生可测量的位移、累积疲劳效应并调节动态响应，但针对其的SHM研究仅占极小部分。论文为《Geomatics》提供了关于该主题的首次系统量化分析。
**主要关键技术方法**
研究人员主要采用了以下关键技术方法：1) **系统文献综述（Systematic Literature Review, SLR）**方法，通过Scopus数据库进行多阶段检索与筛选；2) **文献计量分析**，利用VOSviewer 1.6.20软件对关键词共现、聚类及网络密度进行可视化和量化分析；3) **非接触式外部监测技术**，包括高精度全球导航卫星系统（GNSS）、地面激光扫描（TLS）、无人机系统（UAS）、地面雷达干涉测量（GB-InSAR）及激光多普勒测振仪（LDV）；4) **接触式传感器技术**，如倾斜仪、加速度计、光纤布拉格光栅（FBG）传感器和分布式光纤传感器（DFOS）。样本队列来源为Scopus数据库中检索到的73篇核心论文，涵盖工业烟囱（19篇）、电视塔（13篇）、摩天大楼（25篇）及其他结构。
**研究结果**
**2.2.1 影响结构完整性的最重要环境因素 (RQ1)**
通过文献分析，研究人员明确了最关键的三大环境因素：风荷载（诱发涡激振动VIV和顺风向振动）、地震作用（引发宽带多模态响应）以及日照不均匀（产生温度梯度导致结构弯曲和循环热疲劳）。研究指出，非均匀太阳辐射是唯一持续且可预测的荷载，其诱发弯曲、调节动态响应以及累积疲劳损伤的效应在现有文献中常被低估。
**2.2.2 当前结构监测的方法、技术与技术 (RQ2)**
研究归纳了四大类监测方法：非接触外部方法（GNSS、TLS、UAS、雷达干涉仪等）、接触电气传感器（倾斜仪、加速度计、应变片等）和接触光纤传感器（FBG、DFOS）。研究表明，没有任何单一传感器能捕获热变形的全部特征，必须通过协同集成（如同步GNSS与倾斜仪、光纤传感器）才能完整获取结构响应。研究提供了针对不同测量目标（如热椭圆轨迹、长期沉降、模态识别）的传感器选择与部署建议。
**2.3 文献计量分析 (RQ3)**
通过Scopus数据库检索与VOSviewer分析，研究人员发现，在超过56万篇SHM文献中，仅有73篇核心论文直接涉及非均匀太阳辐射对极高细长结构的影响，占比低于0.02%。热效应的研究密度远低于风和地震研究。关键词共现聚类分析（形成“SHM与损伤检测”、“地震工程与结构行为”、“建模与经典监测”三大簇）表明，温度作为一个变量在研究网络中位置偏边缘，是显著的缺口领域。
**2.4 核心论文定性分析**
研究人员识别出四种应对不均匀太阳辐射的方法：直接大地测量监测（如GNSS记录顶部日间椭圆轨迹）、数值建模及有限元分析（FEA）、解析/半经验公式、以及集成SHM传感器网络与热补偿。研究指出，长期连续数据集缺乏、数值模型验证不足以及设计规范中缺乏热疲劳考虑是主要技术缺口。
**2.5 局限性、缺口与研究不足**
研究确认了尚未解决的重大问题：缺乏基于AI的热补偿模型、对非均匀温度分布的精确建模不足、长期监测数据缺失、以及标准化的缺乏。特别是，日照引起的热梯度在高度和圆周方向上的不均匀分布及其对结构应力的影响，是研究最少、最关键的缺口。
**2.6 SHM研究趋势 (RQ4)**
研究总结了六大趋势：无线传感器网络（WSN）的成熟、光纤传感器的普及、运行模态分析（OMA）的巩固、数字孪生技术（Digital Twin）的兴起、机器学习信号分离的初期研究以及能量采集技术的原型验证。对于日照不均匀监测，主导趋势是整合数值模型、持续监测与先进信号处理。
**讨论与结论**
研究结论强调，非均匀太阳辐射绝非次要荷载，而是作用在烟囱和电视塔上的一种永久、循环且可预测的应力源，能产生显著位移、积累疲劳、调节风致反应并影响基础性能。当前研究缺口不仅源于忽视，更由于问题本身的难度：热输入的空间与时间表征要求高、信号分离分析复杂、材料参数不确定、经济成本高以及缺乏标准化基准。研究建议优先开展以下工作：开发低成本的无线热传感器网络；创建多年度、可公开访问的基准数据集；提出包含循环热疲劳的设计规范修订建议。论文最终呼吁采取协调的研究计划，以弥补这一关键安全领域的不足。
