高速铁路系统集成技术发展现状与趋势

高速铁路提速及更高速度铁路建设等顶层需求不断提升，对高速铁路系统集成技术带来了极大挑战。需求提升与高速铁路系统自身能力不完善之间的矛盾推动高速铁路系统集成技术持续发展。对高速铁路系统集成技术框架结构与顶层设计、接口管理、验证评估、集成优化技术的理论研究和应用现状进行剖析。在此基础上，针对高速铁路自主创新需求、多元化系统集成以及前沿技术驱动等挑战，探讨了铁路系统需求映射与表达，系统模型化与模型驱动，系统数字化与数据驱动，系统效能评估与仿真验证，系统多目标协同优化等方向与系统集成结合的研究重点和发展趋势。     

基于模态频率应变能熵和Tent—SSA—BP神经网络的桥梁损伤识别方法的研究

针对服役中的中小型梁桥因环境和材料因素影响易发生损伤的问题，提出了一种融合模态应变能、频率和信息熵的桥梁损伤识别的方法。该方法首先提取出桥梁的模态参数，通过公式得出模态频率应变能熵，对梁进行单点和多点损伤定位分析。其次，利用混沌tent映射，优化麻雀搜索算法的权阈值，调整寻优能力，并且将麻雀搜索算法(SSA)和混沌优化过后的麻雀搜索算法(Tent—SSA)分别优化BP神经网络。最后，将熵值变化率作为输入数据放进神经网络中训练，输出简支梁桥的损伤程度，做出定量对比分析。使用有限元软件进行算例分析的结果表明，模态频率应变能熵能精确定位损伤的位置，对损伤的敏感度较强，解决了识别过程中的非线性问题；同时，优化过后的BP神经网络对损伤识别的准确率更高，预测效果更好。     

基于实时操作系统车载 ECU 双分区软件空中下载升级技术

针对空中下载（Over The Air，OTA） 升级失败时，实时操作系统 （Real Time Operating System，RTOS） 控制器无法进行软件回滚的问题，提出了一种双分区升级技术，此技术分为同面启动升级和异面启动升级。同面启动升级通过外扩存储器作为备份分区，升级时将原程序复制至备份分区后将软件下载至激活分区启动执行；而异面启动升级通过读取控制器分区信息将软件下载至备份分区，利用地址重映射技术和SWAP AB技术进行分区切换，从而实现升级或失败时软件回滚。通过搭建测试环境验证了该软件回滚技术的可行性、有效性及稳定性。     

浅埋非圆形隧道开挖引起的力学响应解析解

浅埋非圆形隧道的力学分析对城市地铁隧道的施工安全具有重要意义，其求解难点在于如何考虑重力场的影响以及圆环域保角映射函数的确定.为此，在复变函数理论框架下通过重构解析函数的表达，提出了重力条件下浅埋非圆形隧道力学分析的解耦保角映射方法，该方法将解析函数拆分成两组子函数，并采用不同的局部坐标系进行表达，两组子函数可以分别表达地表边界内与隧道边界外的应力与位移场，同时地表边界与隧道边界也可以单独进行保角映射；利用快速Fourier变换将用于确定解析函数的边界条件方程转化为频域方程进行求解；将本文方法应用于浅埋隧道开挖引起的地表沉降分析.研究结果表明：隧道形状会对地表沉降的大小造成显著影响，其主因素来源于隧道的高跨比；隧道埋深会同时对地表沉降量以及沉降槽宽度产生影响，埋深越小其敏感程度越大；侧压力系数的改变对地表沉降槽的宽度影响较小；与有限元方法相比，本文方法的程序体量极小、计算速度更快且精度更高.     

车路协同网络中服务功能链可行时长优化映射算法

以车路协同网络为研究对象，针对物理链路间连通时长的差异性，本文提出优化可行时长的服务功能链映射算法。首先，建立车路协同的物理传输网络模型，并分别分析车车链路和车路链路的连通时长；其次，以映射可行时长为优化目标，以服务功能链的映射规则为约束，建立整数规划问题；最后，为求解该NP-hard问题，提出基于改进子图同构的映射算法，联合考虑车路协同环境中的节点属性、链路属性及链路间关联关系，设计剪枝策略，从而实现服务链路在物理链路上的组合优化映射。实验结果表明，通过考虑物理链路连通时长的差异性，并对其进行优化选择，提出算法在车间通信距离150m和最大车速60km·h-1 条件下，可将可行时长提升34.4%；同时，在车车通信范围、车辆数以及最大车辆速度这3项主要参数设置中均可验证发现，所提算法可有效提升映射可行时长。     

面向车路协同孪生仿真测试的多尺度滤波同步方法

为提升车路协同孪生仿真测试系统的同步性能，明确了孪生主体的运行机理，分析了影响系统同步性能的干扰因素，建立了孪生状态同步映射模型; 针对孪生状态采样的时钟异步问题，设计了时钟误差估计策略，修正了孪生仿真测试系统的量测时间偏差; 在此基础上，结合卡尔曼滤波原理，引入多尺度滤波器更新机制，建立了考虑同步采样误差的量测噪声模型，提出了多尺度滤波同步优化方法; 最后，在搭建的孪生仿真测试原型系统中，选取NGSIM数据集的车辆轨迹开展试验。研究结果表明:在不同车辆速度条件下，提出的多尺度滤波同步优化方法能够保持良好的同步性能; 在横向坐标同步方面，平均绝对误差小于1 mm，99.5%的绝对误差控制在8 mm以内; 在纵向坐标同步方面，平均绝对误差小于9 mm，99.5%的绝对误差控制在38 mm以内; 在速度同步方面，平均绝对误差小于2.8 cm·s-1，99.5%的绝对误差控制在24 cm·s-1以内; 在偏航角同步方面，平均绝对误差小于1.1×10-3 rad，99.5%的绝对误差控制在1.1×10-2 rad以内; 与航迹推算方法相比，提出的方法能够在横向坐标、纵向坐标、速度和偏航角方面平均提升30.0%的同步精度，能够有效解决孪生主体的状态异步问题，可保障车路协同孪生仿真测试系统的实时同步与精准运行。