传感器优化布置是设计结构健康监测系统的关键问题之一,对数据采集的有效性、存储和处理有着至关重要的影响。在实际情况中,由于经济和场地限制只能在有限位置布置少量传感器,因此如何利用有限的传感器获取最有效信息是传感器优化布置的关键问题。本文针对传感器优化布置算法和评价方法中存在的问题进行研究,包括测点数据模态可观测性和损伤识别不一致性、测点集中、传感器优化方案评价单一笼统等问题进行了系统的研究,研究主要包括以下几个方面内容:(1)传感器优化方案评价准则众多,每一种评价准则只能对单个方面进行优劣评价,无法进行全面的综合评价。故本文根据5种评价准则,建立了含有5种评价指标的综合评价体系,应用该综合评价体系,可以定量的计算出该优化方案的综合得分,并直观、准确的反映方案的优劣。(2)在实际工程中传感器数量往往大于监测模态数,此时传感器测点会出现明显聚类特性。为此,引入二分k-means聚类算法将自由度根据振动特性相似性进行分类,把所有自由度划分为多个簇,簇与簇之间形成不相交子集,避免测点集中,造成测点浪费和信息冗余等问题。(3)针对模态可观性和损伤识别性不一致问题,引入应变模态,利用系统的振动位移响应和应变响应方程,建立了同时包含结构损伤信息和模态信息的双控信息矩阵,提出了聚类-有效独立法。(4)利用提出的聚类-有效独立法对南京大胜关长江大桥的桁梁和拱肋位移传感器进行了优化布置,并跟能量法、序列法、有效独立法、灵敏度系数法进行对比分析,验证其有效性。此外,为研究传感器数量对优化算法的影响,在传感器数量变化时,优化算法与评价指标关系图,全面验证了本文方法的有效性。