CN109703604B

CN109703604B - 一种可调整的局部最优进路快速搜索方法

Info

Publication number: CN109703604B
Application number: CN201811496968.2A
Authority: CN
Inventors: 张瓅鑫; 孙寿龙; 杜江红; 赵红; 王清永
Original assignee: Tianjin Jinhang Computing Technology Research Institute
Current assignee: Tianjin Jinhang Computing Technology Research Institute
Priority date: 2018-12-07
Filing date: 2018-12-07
Publication date: 2020-06-30
Anticipated expiration: 2038-12-07
Also published as: CN109703604A

Abstract

本发明属于轨道交通列车信号控制系统领域，具体涉及一种可调整的局部最优进路快速搜索方法，可调整的局部最优进路快速搜索方法，减少了程序配置数据的输入量，工程测试、验证的工作量也相应减少；同时仅系统初始化时搜索并存储全站进路，后续通过查表的方式选路，耗时较每次选路都使用动态搜索的方案少很多。可通过调整站场道岔节点(路径分支开始的节点)的搜索偏向值，来影响某一条或某类进路的搜索结果，达到与设计输入的联锁表结果一致的目的。调整方便直观，影响范围可控。

Description

一种可调整的局部最优进路快速搜索方法

技术领域

本发明属于轨道交通列车信号控制系统领域，具体涉及一种可调整的局部最优进路快速搜索方法。

背景技术

轨道交通列车信号控制系统是基于轨道运行线路的实际情况，以及列车实时的运行情况，对列车运行状态进行控制，防护、调整和监督的信号系统。

其中地面车站控制系统包括CI子系统，用于车站进路、信号、道岔、区段等联锁关系计算，完成轨旁设备控制与防护功能。相同方向的防护信号机间连通的列车可通行路径称为进路，进路数据包括进路路径上所有设备(信号机、道岔、区段等)的控制、防护条件以及通行路径之外的敌对信号机、道岔侧方向防护等检查条件，进路数据是CI运算逻辑的基础，关乎铁路运营安全。

进路联锁表是列车所有可行进路的数据表述。联锁表的数据输入来源自工程设计，CI系统运算中使用的进路数据需确保与设计输入一致^注1。CI的配置数据可以是直接将工程设计的联锁表录入为配置数据的格式(或通过工具转化)，在CI运算时，直接获取相应的进路数据；也可以是站场的拓扑数据结构，将车站信号平面图中的相关设备链接起来，在CI运算时，使用进路搜索算法，动态的搜索出可通行的路径。

对应上述两类配置基础数据方式，目前业内联锁软件使用的进路联锁表主要有两种方案：

方案A：静态联锁表，将设计提供的联锁表通过表格录入或工具转化的方式，转为CI软件的配置数据，在CI软件运行时读取，通过查表的方式选择进路数据使用。优点是输入数据与工程设计的联锁表能一一对应，不会选出不在录入的联锁表数据中的进路。

方案B：动态搜索进路，CI软件不直接存储进路联锁表数据，而是CI软件在运行时，响应操作人员下达的选路指令，在站场拓扑数据图中，动态搜索进路的“起点”-“变更点”-“终点”之间的进路路径，再通过节典型的路径搜索算法有Dijkstra算法、A Star算法等，其中Dijkstra算法可得到有向节点图中任意两点间的最优路径，工程数据配置人员可通过调整某个边的权值(代价)来影响搜索结果；A Star算法是启发式的进路搜索，通过估计函数(常为欧几里得距离或曼哈顿距离)，估计路径上经过不同节点导向目的地的代价，优先搜索代价较小的节点。

注1：TB 3027-2015计算机联锁技术条件要求，进路办理可选出的进路需唯一，且CI不可选出进路联锁表之外的进路。

现有技术方案A：缺点是录入数据过多，工程改造时数据变动量较大，对数据配置人员有一定的设计背景要求，容易出错。配置数据多，导致工程测试、验证的工作量较大。

现有技术方案B:搜索结果为全局最优的进路路径，但调整搜索结果不方便，调整站场节点参数(例如A Star算法中的估计函数，Dijkstra算法中道岔节点侧向边的权值)后，影响范围比较大，可能会影响多条进路，而不仅仅是想调整的那一条；动态搜索运算耗时较大，CI系统同时处理多条进路选路命令时，有超时的风险。

专业技术名词解释:

CI：Computer Interlocking计算机联锁

ATS：Automatic Train Supervision列车自动监控系统

进路：列车通行的路径，一般从阻挡信号机到同向阻挡终端信号或线路终端

RS模块：Route Search模块，进路搜索模块

DFS：Depth first search深度优先搜索

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：进路联锁表录入数据过多，工程改造时数据变动量较大，对数据配置人员有一定的设计背景要求，容易出错。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供一种可调整的局部最优进路快速搜索方法，包括

Z1，逆序入栈所有搜索基础关键节点到初始栈Z1；

Z2，从Z1中取出搜索起点节点到考察栈Z2；

Z3，从Z2中取出搜索考察路径上的节点存入路径保存栈Z3；

S4，如果Z3的栈顶节点N3与Z1中的目标节点一致，则搜索成功，再回到步骤S2看是否有下一个目标点需要搜索；

S5，如果N3与目标点不一致，则将N3的后续节点入栈Z2，当N3为对向道岔时，按照SearchTrend与道岔岔芯SearchPriority配置的要求顺序入栈Z2；

S6，如果N3无后续节点，或者N3的后续节点为阻挡信号机时，依次出栈Z3中保存的路径上的节点，回归到最近的分支路径节点，再继续重复上面的步骤，搜索其它分支；

S7，优先搜索与目标点SearchTrend一致的分支方向，一致的方向遍历完毕后仍没找到目标点的话，再搜索与目标点SearchTrend相反的分支方向；

流程中符号及术语定义：

堆栈Z1：用来存放起始、变更、目标节点；

堆栈Z2：用来存放搜索过程中待考察的节点；

堆栈Z3：用来存放搜索过程中需要保存的路径上的节点；

渡线类型CrossLine：最近一次经过道岔侧向时，侧向链接的渡线类型；

首个拐点FirstTurn：最近一次经过道岔侧向时，道岔岔芯的节点地址；

搜索倾向SearchTrend：搜索起点到目标点直连线对应的渡线类型；(撇型“/”或捺型“\”)。

分支节点：经过道岔岔芯向岔后方向搜索时，因为岔后存在多个后续节点，故将此道岔岔芯称作路径“分支”节点。

进一步，渡线类型分为撇型“/”或捺型“\”。

进一步，通过调整进路起、变更、终止点的SearchTrend以及搜索途经的道岔芯心节点的SearchPriority值。

(三)有益效果

与现有技术相比较，本发明具备如下有益效果：

本发明可调整的局部最优进路快速搜索方法，减少了程序配置数据的输入量，工程测试、验证的工作量也相应减少；同时仅系统初始化时搜索并存储全站进路，后续通过查表的方式选路，耗时较每次选路都使用动态搜索的方案少很多。可通过调整站场道岔节点(路径分支开始的节点)的搜索偏向值，来影响某一条或某类进路的搜索结果，达到与设计输入的联锁表结果一致的目的。调整方便直观，影响范围可控。

附图说明

图1为有向图示例。

图2为真实站场图示例。

图3为真实站场转化后节点图示例。

图4为站场进路DFS搜索优化算法流程图。

图5为“进路搜索模块”与制图软件、联锁软件接口示意图。

图6为进路搜索模块与“制图软件”交互时序图。

图7为CI软件中“进路搜索模块”的调用关系图。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

技术方案主要由以下几个阶段组成：

1、数据配置阶段-此阶段完成搜索基础数据的配置

·将站场图按一定规则转化为节点图录入专门的制图软件：

1.1.节点与边

将站场图中的联锁元素(信号机、超限计轴点、无岔区段、道岔岔芯等)等抽象成一个个节点，节点的集合Node＝{N1，N2，N3，…)，节点图中不同节点间的链接组合，称为边，Edge＝{E1，E2，E3，…}。将铁路站场按不同的咽喉区，规定站场方向(例如:上下行或左右)后，可把整个联锁集中站场结构简化为有向链接图1。

通过邻接表存储节点间链接联系：

表1节点链接关系表

节点	正向相邻节点	逆向相邻节点
			N1	N2	-
N2	N4	N1，N3
			N3	N2	-
N4	-	N2

注：链接表是一个链表数组，数组中每个元素表示了有哪些节点与当前节点链接。

1.2.站场有向节点图

将信号机和道岔节点，区段，超限绝缘节，尽头线、安全线、保养点等作为图的节点。各个节点的相连关系的也将作为图中的一条边。

方向可选定从上行到下行的方向，真实站场图2：

为了便于描述，可按某种自订要求(例如:从上行到下行，从站场图右方到左方)将节点分配地址1，2，3….，以无岔区段D1G为起始节点，D3G为终止节点。真实站场转化后节点图3。

上图各节点链接表为：

表2真实站场节点链接关系表

1.3.进路搜索算法及调整方法

联锁进路搜索常见的算法有DFS(深度优先遍历搜索)等，本系统针对铁路站场特点，使用带导向标志(直股/弯股优先)和优先策略(平行道岔时近股道道岔优先、道岔同类渡线类型优先、经过拐点时优先搜索与目标节点趋势相同的方向)的深度优先遍历搜索算法(DFS)。

除节点链接表、搜索方向等数据外，站场图内的道岔节点还需要补充以下两种信息：

1)道岔侧向链接渡线类型CrossLine(撇型“/”或捺型“\”)。这里判断渡线类型的主要目的是为了避免选出“八”字型回折的进路。

2)搜索优先标志SearchPriority：向岔后搜索时是优先搜索直股还是弯股。

注：这里的SearchPriority可以是有前提条件的优先。例如：对全场或仅对某些指定进路适用的搜索优先标识)。

流程中符号及术语定义：

堆栈Z1：用来存放起始、变更、目标节点；

堆栈Z2：用来存放搜索过程中待考察的节点；

堆栈Z3：用来存放搜索过程中需要保存的路径上的节点；

注：可通过调整进路起、变更、终止点的SearchTrend以及搜索途经的道岔芯心节点的SearchPriority值，比较直观的影响搜索结果。

快速搜索方法如下

Z1，逆序入栈所有搜索基础关键节点到初始栈Z1；

Z2，从Z1中取出搜索起点节点到考察栈Z2；

Z3，从Z2中取出搜索考察路径上的节点存入路径保存栈Z3；

S8,组合进路(由多条基本进路首尾相接组成的长进路)的搜索方法与基本进路类似，搜索过程中某始端信号对应多条后续基本进路的情况与道岔节点类似，可视为搜索过程中的分支节点。

基本进路搜索算法的具体流程示意图如图4(图中S1、S2和S3分别表示堆栈Z1、堆栈Z2和堆栈Z3)：

·使用专门“制图软件”与“进路搜索模块进行多次交互数据，调整完善输入数据。通过查看比对搜索结果，确保搜索结果与设计输入的联锁表数据一致。

“进路搜索模块”封装成库供“制图软件”或“联锁软件”调用。“制图软件”与“联锁软件”及“进路搜索模块”三者之间调用及数据交互关系示意如图5：

其中制图软件与进路搜索模块间存在多次的数据交互，需工程数据配置人员使用制图软件查看进路搜索结果，与设计输入比较，并通过调整进路的起始、变更、终止节点，以及站场节点图中道岔节点的搜索优先级影响搜索结果，达到搜索结果与设计输入一致的目的。这是一个多次数据调整与尝试搜索，比较结果的过程，“制图软件”与“进路搜索模块”的交互过程示例如图6：

·经过比较确认搜索结果与设计一致后，将此时的节点图等数据导出，作为CI站场配置数据的一部分，用于CI软件运行时搜索进路使用。

2、数据使用阶段：

·CI软件在初次上电初始化或宕机重启后，系统的初始化阶段，由CI应用软件调用进路搜索模块，完成全场进路的搜索和存储。

·将初始化阶段的进路搜索结果存储在内存当中，CI软件运行过程中，响应操作人员的人工选路命令或ATS的自动选路命令，依据进路始端、变更、终端设备，通过查表的方式，找到对应的进路数据。

·CI软件在运行过程中，周期对内存中的进路搜索结果数据进行校验，防范关键数据被意外改写的风险。如图7所示。

本发明

进路表数据生成采用了站场进路路径搜索与进路数据静态存储查询相结合的方法。搜索仅在CI软件初始化时完成；联锁表数据使用时仅通过查表的方式，避免了搜索耗时过长的问题。

可通过调整站场节点的搜索偏向值，影响途经此节点的部分或全部进路搜索结果。

路径优先搜索偏向值趋势一致的节点方向；深度优先的遍历搜索；

通过周期校验联锁表搜索结果，确保关键数据的安全性。

Claims

1.一种可调整的局部最优进路快速搜索方法，其特征在于，包括

S1，逆序入栈所有搜索基础关键节点到初始栈Z1；

S2，从Z1中取出搜索起点节点到考察栈Z2；

S3，从Z2中取出搜索考察路径上的节点存入路径保存栈Z3；

流程中符号及术语定义：

堆栈Z1：用来存放起始、变更、目标节点；

堆栈Z2：用来存放搜索过程中待考察的节点；

堆栈Z3：用来存放搜索过程中需要保存的路径上的节点；

搜索倾向SearchTrend：搜索起点到目标点直连线对应的渡线类型；

分支节点：经过道岔岔芯向岔后方向搜索时，因为岔后存在多个后续节点，故将此道岔岔芯称作路径“分支”节点；

搜索过程中，仅系统初始化时搜索并存储全站进路，后续通过查表的方式选路；通过调整站场道岔节点，即路径分支开始的节点的搜索偏向值，来影响一条或一类进路的搜索结果。

2.根据权利要求1所述可调整的局部最优进路快速搜索方法，其特征在于，渡线类型分为撇型“/”或捺型“\”。

3.根据权利要求1所述可调整的局部最优进路快速搜索方法，其特征在于，通过调整进路起、变更、终止点的SearchTrend以及搜索途经的道岔芯心节点的SearchPriority值。