土木工程结构如房屋建筑、桥梁、海洋平台等由于受到环境和荷载的长期作用会产生不同程度的损伤，结构损伤经过长期的累积必然导致结构的安全性、适用性和耐久性降低。目前，结构损伤识别及健康监测已经成为国内外土木工程学者的研究热点。混凝土结构的破坏通常是从裂缝开始的，结构裂缝的出现和扩展在某种程度上决定着结构的可靠性、使用功能和耐久性，所以，常把达到某一尺度的裂缝的存在视作结构物濒临破坏的危险征兆。由于混凝土结构裂缝和其它表观损伤在其分布区域、几何形态、发展变化上的复杂性，对其损伤特征的识别和表征具有相当的难度，在工程上还是以定性的描述为主，这就使得根据混凝土表观损伤进行的结构评估带上了明显的经验性和主观性。为了结构健康监测和结构评估的需要，混凝土结构表观损伤特征识别的研究的重要性与必要性已经凸显出来。 混凝土结构表观损伤特征识别的目的就在于：通过对混凝土结构表观损伤的时空特征的分析，建立混凝土结构表观损伤特征的数据模型及分析方法，使混凝土结构表观损伤特征（例如裂缝的长度、宽度、角度及其扩展速度）的“定量化”描述、统计、分析及对不同时段表观损伤变化的“定量”比较成为可能，为混凝土结构的健康监测及结构评估提供重要的基础和手段。 本文在综述和分析了混凝土表观损伤特征识别研究现状与存在问题的基础上，进行了针对混凝土结构表观损伤特征的结构损伤识别方法研究，提出了适用于结构表观损伤特征的三维空间数据模型、三维重建、时空数据管理及空间分析法方法。为此，本文就以下几个方面开展了探索性的研究工作： （1）从混凝土结构表观裂缝、表层缺损和结构变形变位方面描述了表观损伤的特征，并对混凝土结构表观损伤特征对象的几何形态、描述方法和表征数据模型等进行分析；利用分形几何方法分析了结构表观裂缝的几何形态特征，并提出了在满足相似性及精度要求下的结构表观裂缝的化简模型，构造矢量线表征裂缝的几何特征；针对网状裂缝的特点，提出了基于网络模型的网状裂缝数据模型。 （2）在以矢量与栅格集成的空间数据模型的基础上，对结构表观损伤特征的三维模型建模方法进行深入详细分析，研究了以B—Rep模型及其3D FDS数据结构为核心的面向对象三维空间数据模型，并提出了适宜进行结构表观损伤特征及空间分析的三维建模的数据结构。由于三维空间实体及现象随着研究领域的不同，描述空间实体的方法存在较大差异，不可能设计一种数据模型来适合所有的应用领域，根据研究领域空间实体分布特征，设计出针对结构表观损伤特征的三维空间数据模型。 （3）根据基于逆向工程技术的三维重建原理，结合三维数据获取的方法，提出了多源数据融合的三维重建思想，并建立了结构表观损伤特征的三维模型重建框架；利用数字近景摄影测量技术对表观损伤特征的进行三维数据采集，结合计算机视觉、摄影测量和图像处理等技术，分析结构表观损伤特征的数据获取及空间三维重建方法；利用数字图像处理技术对结构表观裂缝图像进行处理与分析，研究裂缝的几何特征的提取算法及矢量化方法；根据结构表层缺损图像的特征，提出了基于几何特征和纹理特征的表层缺损特征的获取与三维重建方法。 （4）分析了混凝土结构表观损伤特征的时态表达方式，采用面向对象的方法，以事件驱动和动态建模的思想为指导，建立了混凝土结构表观损伤特征的时空数据概念模型；根据结构表观损伤特征的动态关联特点，以基态修正模型为基础，构建了基于版本—差量的数据存储管理模式，解决空间数据的存储问题，而面向对象数据模型是解决空间数据的组织问题，二者结合可以有效地解决时空数据的存储和组织，实现对混凝土结构表观损伤特征的三维空间数据进行组织、管理、操作的同时，对空间数据的历史演变过程进行模拟或回溯，跟踪和分析空间信息随时间的变化。 （5）根据混凝土结构表观损伤特征的时空数据，提出了几种混凝土结构表观损伤特征的空间分析方法。针对结构表观损伤的空间特征，进行了结构损伤特征的空间度量分析，并提出了基于系统聚类分析的混凝土结构表观损伤特征的统计分类分析方法，可根据不同的分类体系对表观损伤特征进行分类重组；根据空间叠置分析原理，对不同时期的结构表观损伤特征进行叠置分析，形象地反映出表观损伤特征的时空结构演变的总体情况，并演示其动态变化过程；利用分形几何理论，分析不同时期的表观裂缝在结构表面分布特征的分形维特征量，从而得出混凝土结构表观损伤的变化特征和趋势。 （6）作为混凝土结构表观损伤特征三维空间数据模型、时空数据管理及空间分析方法的应用，以VC++程序设计语言开发了具有一定功能的实验系统原型。 目前，针对结构表观损伤特征的数据模型及其损伤分析在结构损伤识别及健康监测领域的研究尚无报道。本文研究运用三维空间数据模型的建模方法以及基于逆向工程的三维重建技术，以结构表观损伤特征的时态数据管理为基础，提出了基于空间特征的结构表观损伤定量分析方法，具有一定的理论和应用价值。