本研究的主要目的為利用遞迴式子空間識別法進行結構於地震外力作用當下的線上系統識別。全文總共可分成三大部分:第一，利用多重輸入與輸出之遞迴式子空間識別法分析訊號，識別結構物的模態參數變化。第二，將模態參數運用於本文提出的二階段結構損傷識別理論；第一階段建立代表結構物的簡化模型，第二階段計算出模型內各元素於地震歷時中的勁度折減量。第三，將遞迴式子空間識別法與二階段結構損傷識別理論分別應用於振動台實驗的量測資料與實際結構物的地震監測訊號進行驗證。 在遞迴式子空間識別法部分，本研究針對識別所需的使用者自訂參數提出設定建議，並經實際分析驗證此自訂參數。本文亦比較四種不同遞迴式子空間識別法的識別表現與計算時間；其中可分為(1)固定長度移動資料視窗法，與(2)不斷新增資料點並引進遺忘因子的擴大資料視窗法，由識別結果發現，擴大資料視窗法在追蹤模態參數變化方面有較好的成效。另外，以斜投影為基礎的二種方法有較穩定的識別結果。但在數值分析的計算時間方面，以正交投影為基礎的二種方法有較少的運算時間；其中又以本文首次提出的一種遞迴式子空間識別法(RSI-EIVPAST-Orthogonal)能夠在過程中節省最多的計算量，並在即時系統識別過程中花費最少的分析時間。 在二階段結構損傷識別理論部分，結構物在有限的感測器分佈限制之下，能由健康狀態下識別的模態參數於第一階段建立簡化的有限元素模型，再於第二階段中由地震歷時中即時識別的模態參數以有效模型修正法不斷更新結構模型，或以元素損壞指標法不斷計算歷時中各時間點的元素損壞指標，兩種策略經實際分析驗證均可有效量化各元素的勁度折減量。 本研究透過建議之使用者自訂參數執行遞迴式子空間識別法，將線上識別之模態參數運用於二階段結構損傷識別理論，可於地震外力作用的過程中即時識別結構勁度損傷的位置與時間，並量化損傷情況。

結構健康監測為土木工程與結構工程中日趨重要之研究方向，結構健康監測可以在事件結束後速就結構系統的完整性與破壞提供可靠的資訊與快速的評估。本計畫的目的在為致力於研究與發展新式結構系統識別與損傷監測之研究者提供一個優良的標竿資料，因此，設計與建造兩座四分之一縮尺的鋼結構並執行振動台測試，振動台測試利用三軸向地震模擬振動台實現註明的921集集地震（TCU071）並輸入縮尺結構物，完整的結構反應利用多種感應器和資料擷取系統量測與收齊，最終與其他詳細的資料完整地儲存在隨報告所附之資料光碟。初步的分析結果顯示兩座試體均在數個地震後產生塑性行為並在最後幾個地震產生永久變形，研究者可以利用本次標竿資料簡單的針對類似結構物發展結構健康監測之技術，有意驗證各式先進技術亦可利用此標竿資料實現。

臺灣屬於環太平洋地震帶的一部分，每年皆發生許多地震。近年來政府雖在強化地震觀測與紀錄上投入很多心力，但僅觀測地震發生對於降低地震災害並無實質幫助。如何能在地震來臨前進行先期預警，橋梁、建築即時管制，人員快速的防災因應才是重點。 本計畫綜合國家地震中心於地震特徵分析與預測等相關領域的研究，發展現地型地震預警技術。其運用現地測站實時偵測地震前導波起始點，再將地震前導波特徵參數帶入所開發的地震預測技術中推估地震最大地表加速度，以進行地震預警；另本團隊在研發中考量近、遠域地震不同之特性，引入區域型地震預警技術，結合現地型與區域型預警技術之優點形成地震預警系統，提供全方位之即時地震防護。 本地震預警系統在研究團隊的推動下，民國一○二年底為止已在臺灣本島建置十座預警示範站，示範站中包含前端之地震預警系統與後端之地震警報系統，並對示範站使用者進行防災教育指導。此舉除了進行系統長期現地驗證測試外，也透過實際運作及演練，提供該測站使用者即時地震防護與相應之防災意識。各示範站運作背景下所蒐集之預警訊息則被統整為地震預警系統振動偵測事件資料庫，此資料庫將可作為各種地震預警技術的發展與驗證之用。藉由年度檢視資料庫中各測站之運作狀態，研究團隊可從各式參數中統計運作成效以為精進之參酌，將可在下次地震來臨時提供更準確之預測結果，也可成為研發區域最佳化地震預測技術之重要基石。

地震對台灣的影響很大，近年政府為了強化地震的觀測與紀錄，協同中央氣象局、地震測報中心與中央研究院建立全台的地震觀測網，積極觀測、記錄與研究台灣所發生的地震。但是單純觀測地震的發生對降低地震災害並沒有多大的實質幫助，所以地震的即時預報、快速推估與警戒對於台灣而言是非常重要的課題。 國家地震工程研究中心自民國79年創立以來，一直致力於地震災損評估、建物耐震設計、橋梁減震分析…等相關領域之研究。地震即時警報系統希望運用近端測站所紀錄之短時P波資料和即時預報技術，並藉由國家地震工程研究中心歷年發展之結構物受震反應快速推估技術，在地震來襲時對地震影響範圍內的群眾提供預警，且預報可能受到損傷的建物，讓地震影響範圍內之居民能透過地震即時警報系統採取正確的應變措施以有效的減少傷亡、降低災害。 然而，如何推估大型結構物遭受地震後之反應一直以來都是工程師最關切的問題。地震為偶發性事件，歷時短而形式上無常理可尋且無法預測，因此準確的推估結構物受震反應是非常具挑戰性的目標。因此地震即時警報系統為了發展結構物受震反應快速推估技術，必須建立地震相關資料與結構物受震反應相關資料之資料庫，此資料庫可以提供各種快速反應分析方法的發展與驗證。結構物受震反應資料庫整合了歷年台灣的地震資料及特定結構物受震反應資料，因為真實結構物受震反應資料稀少，結構物受震反應資料庫更結合目標結構物的有限元素模型和依據此模型產生的大量結構物受震反應資料。此資料庫搭配各種快速反應分析方法，預料能在地震發生時快速且準確的推估結構物受震反應。

結構物系統識別與破壞識別為土木工程領域中日趨重要之研究方向。本計畫的目的即是提供致力於研究結構物系統識別與破壞識別方法之研究者一個良好的實驗範例。本試驗之試體為六座相同之一層樓兩跨之鋼筋混凝土構架。地震力選用921集集大地震(TCU082NS)，將不同強度之地震力經由振動台作用於不同試體中，各試體將得到不同程度之破壞。在每個試體的振動台試驗結束之後，再對試體進行循環載重試驗，以期獲得更多結構物破壞的資訊。另外，微震試驗也包含於本計畫中。對於結構物系統識別與破壞識別方法之相關研究者而言，本試驗提供了一個良好的範例。

結構健康度檢測（Structural Health Monitoring）在土木工程領域裡頭一直非常受到重視，為了實現這個理念，系統識別（System Identification）與傷害檢測（Damage Detection）變成近十或十五年裡最重要的技術。在一個強大的動力事件中，結構系統也許遭受了某種程度的損害，而此結構系統的損壞將會反應在參數數值的變動上，且被包含在振動反應的量測中。因此系統識別的技術，尤其是即時識別的技術（On-line Identification Technique）近年來大量的被採用。 在即時識別的技術上，時間域的分析（Time Domain Analysis）以迭代運算（iterative computation）的形式被應用，例如卡氏過濾理論（Kalman Filter Technique）。然而此種迭代運算非常地倚賴過去的資料且無法識別系統參數瞬間的改變，為了克服這個缺點，適應性卡氏過濾理論（Adaptive Kalman Filter）使用了適應性尋跡的技術（Adaptive Tracking Technique）而被提出。 在這篇論文中將提出一個適應性尋跡的技術，此技術運用卡氏過濾理論為基礎，並著眼於誤差共變數矩陣（error covariance matrix）的發展。首先，每一個時間點的殘餘誤差（residual error）將被算出，而適應性矩陣（adaptation matrix）根據殘餘誤差產生，最後透過推薦的誤差指數（error index）使得系統參數可以即時的被識別。此方法能夠在嚴重的動力事件中識別系統參數瞬間的改變，此外也可以應用於識別非線性系統之恢復力（restoring force）的背脊線（backbone curve）。為了驗證這方法，結構系統的反應將以數值模擬與實驗量測兩種方法產生，而用以識別結構系統參數。最後，識別結果會有所比較與討論。