联锁进路敌对信号的搜索算法设计概要

・212・计算机测量与控制.2009.17(1Computer Measurement &Control设计与应用收稿日期:2008205211;修回日期:2008206212。

基金项目:国家自然科学基金资助项目(60674042。

作者简介:祝庚(19752,男,湖南衡阳人,讲师,博士生,主要从事计算机控制技术、混合控制系统设计等方向的研究。

文章编号:167124598(20090120212203中图分类号:TP27315文献标识码:A联锁进路敌对信号的搜索算法设计祝庚1,2(11东莞理工学院软件学院,广东东莞523808;21华南理工大学自动化科学与工程学院,广东广州510640摘要:分析了铁路信号计算机联锁系统中进路敌对信号的定义及处理生成问题,借助联锁进路表阐述了敌对信号与进路搜索之间的约束关系;结合站场有向图和邻接矩阵,利用数学图论知识,提出了一种进路敌信号搜索算法和k 步进路扩散生成算法,给出了算法步骤流程并通过类C 语言实现算法全过程。

算法在实际工程项目中进行了应用,并对实际的站场实例进行了算法仿真模拟,提供了部分铁路站场进路和敌对信号实例数据。

关键词:联锁进路表;敌对信号;代价矩阵;站场拓扑图Design of Search Algorithm in Interlock Route πs H ostile SignalZhu Geng 1,2(11Software College ,Dongguan University of Technology ,Dongguan523808,China ;21College of Automation Science and Engineering ,South China University of Technology ,Guangzhou 510640,ChinaAbstract :This paper analyzes t he definition of route πs hostile signal and t he problem to dispose or generate it in railway signal computer interlock system.Wit h t he interlock route ,it expounds t he restriction relationship between hostile signal and route ing direc 2tional graph of t he railway station and mat hematic knowledge of t heory of graph and adjacency matrix ,a k 2steps route πs hostile signal search algorit hm and a k 2steps route pervasion generating algorit hm are put forward ,whose processing flows are given out and are realized by a com 2puter language like C.The algorit hms are applied in material project s and simulated by an instance of a practice railway station.At last ,a part of instance data of railway station route and it s πhostile signal are given out wit h t his algorit hm.K ey w ords :interlock route ;hostile signal ;cost matrix ;topology graph of railway station0引言铁路信号计算机联锁控制系统应确保控制站场进路中的道岔、信号机、轨道电路之间的安全联锁关系,其主要实现的联锁运算功能和操作有进路选路、进路开放、转岔、一致性检查、人工解锁与取消、故障(区段解锁等6502电气集中的重要功能[1]。

进路敌对信号生成是生成进路的前提和约束条件,因此提出一种敌对信号搜索算法和与此对应的k 步进路生成算法流程,并在参加开发的HJ 04A 铁路信号联锁系统中进行了应用。

1敌对信号处理111敌对信号的定义敌对信号是指在本进路建立后不能用道岔位置区分的,同时建立会危及行车安全的进路[2]。

通常所填的敌对信号为这些不得建立的进路的始端信号,敌对信号描述还包括:敌对进路性质———即以敌对信号为始端的进路是列车进路还是调车进路;道岔位置———是指以敌对信号为始端的进路要求道岔在所写位置时才属敌对进路。

联锁进路中对应的敌对信号是其他同时要运行的进路的敌对信号,它的敌对信号并集成为其他待生成进路的约束非扩展节点,否则生成的进路将与敌对信号对应的进路互为敌对进路而危害行车安全。

在HJ04A 工程应用中,许多设备和逻辑结构均采用简单的文件结构形式表示,进路、信号机、道岔、轨道电路、敌对信号等重要结构采用数据基来表示。

例如,敌对信号数据基用二进制文件格式DD 1DA T 表示,敌对表DD 包括的字段主要为{信号机下标列表|道岔列表(道岔编号,道岔位置,进路状态},|表示可选项。

例如没有敌对信号时,信号机填-1、道岔填-1、道岔位置填-1。

112敌对信号处理如果将站场信号机、道岔等设备抽象为图的节点,轨道、路段或区段抽象为连接节点的边,站场拓扑图可以转化为网络图结构[3]。

同时可以充分利用成熟的图论理论来解决进路搜索和敌对信号搜索问题,并结合边的运行代价求解最优化问题。

将站场分为不同的咽喉区,如上行区、公共区和下行区,这样将整个站场对应的无向图简化为尺寸较小的有向图减少算法计算的复杂性。

值得注意的是进路的方向性将直接影响到求解其对应敌对信号的结果。

求解咽喉区内基本进路的敌对信号时,可以依次搜索和判断进路中的节点是否为其敌对信号,并将其简化为对应有向图中敌对节点的搜索问题。

求解长调进路的敌对信号时,考虑它是由若干个不同的基本进路独立组合连接而成,不妨设长调进路CDJL =JBJL1∪…∪JBJL n ,则其敌对求解信号函数满足DDXH (CDJL =DDXH (JBJL1∪…∪DDXH (JBJL n 等式。

因此下面只考虑基本进路生成及其敌对信号生成问题,在建立进路时,需要利用进路搜索算法进行处理,并要求它不得与联锁进路表中包含的多条同时段进路互为敌对进路,同时间段开放的进路在站场图中不得交叉、重叠和共用相同道岔。

通过利用相应进路敌对信号生成算法求解其对应的敌对信号,并将该进路的详细数据项添加到联锁进路表中,而在某进第1期祝庚:联锁进路敌对信号的搜索算法设计・213・路计划完成或取消后应将其对应联锁进路表中的记录调入历史进路表中生成日志文件,并且将对应记录从联锁表中删除。

113k步进路搜索算法目前进路搜索算法一般有深度优先、广度优先及其他智能搜索算法,而且基于图的进路生成算法需要联锁进路表的敌对信号作为约束必要搜索条件,进路搜索进路初始节点到终端节点的可行通路或最优通路。

下面提出一种k步进路扩散搜索算法,并使用代价矩阵替代邻接矩阵来产生优化进路,它的思想是基于边的最小代价扩散。

算法从进路始端沿其有向最小代价边扩散,有多条等值最小代价边则同时扩散,直至搜索到进路终端或者无法扩散时结束,算法具体搜索步骤如下所示[4]。

Step1:一步搜索时,从始端S寻找下一步的待搜索集SD1,令图的一步已经搜索点集为F1=S、对未搜索点集及权值矩阵进行调整,其中Fi表示第i步的扩散点集。

Step2:二步搜索时,令S P1=S D1-D,D为当前联锁进路表中的敌对信号并集,进行集合差运算是因为敌对信号点不能再进行继续搜索,否则将与该敌对节点对应的进路敌对。

对S P1进行优化排序修正处理或不处理,并将结果赋值给二步扩散点集F2,令F=F1∪F2,F为多步已搜索点集的并集。

将所有本次进行过扩散边的权调整为无穷大的数值避免下次重复扩散,而对于F中没有扩散的边对应的权值减去本次扩散消耗的最小代价,说明这些节点边进行了等待消耗。

Step3:对F中的所有节点进行类似Step1和Step2处理,得到第三步扩散点集F3,令F=F∪F3,只所以对F而不是Fi进行扩散搜索,是因为算法要求已搜索点集均能够按权值最小进行发散性扩散搜索,它采用一种从开始点按权值量进行发散搜索的方法,从而保证搜索进路具有扩散代价最优性。

Step4:进行k步搜索后,令F=F∪Fk,若已搜索集F 中包含进路目标终端T,则计算S到T的所有路径为可生成的进路,有多条时可计算最优进路或作业调度计划。

若已搜索完站场拓扑图或Fk为空集仍未寻找到T,则说明当前S与T 之间不存在可行的进路,算法结束。

值得注意的是在最小扩散步数对应的Fk中出现T时,其对应的进路具有最小代价性,若要产生其他预备的进路,算法仍然可以再扩散多步来产生其他较高代价的进路,从而为进路调度提供更多的可行方案。

2敌对信号的搜索生成算法211敌对信号生成算法设计根据进路对应的分区站场拓扑图、进路及车列状态确定分区有向图G,并产生对应的邻接矩阵A和代价矩阵W。

进路的结构可采用链表和类等方法表示,其基本进路JBJL结构主要包括进路的始端信号机S、终端信号机T、进路方向(进站或出站Dir、经过道岔列表J gDC、经过区段列表J gQD、迎面进路YmJL、进路状态(接、发及调车Flag等。

求解敌对信号中需要判断进路中的节点是否为其他进路的始端信号时利用过程IsStart XH,若始端信号为道岔时还要判断其他进路与本进路是否共用了道岔,只有满足条件的始端信号才为敌对信号,通常用防护道岔路段的信号机表示其敌对信号。

结合k步进路搜索算法和图论的一些基本知识,下面提出一种联锁进路敌对信号生成算法的搜索流程:Step1:确定基本进路所在分区的有向图G,邻接矩阵A 和代价矩阵W,需要提供的站场设备数据基文件包括道岔DD1DA T、信号机XHJ1DA T、区段QD1DA T 文件,同时需要联锁进路表L S。

Step2:利用k步进路搜索算法产生待求解敌对信号的进路,求得基本进路JBJL=ks_SearchJL(G,A,S,T,并产生进路的区段列表、经过道岔列表等数据,若进路为长调进路时则分解为若干个基本进路,对各个基本进路逐个进行处理后取并集。

Step3:根据进路的方向和状态修正分区的有向图G和邻接矩阵A及代价矩阵W,设初始进路敌对信号集为空集,即DD=Ф。