基于拓?fù)鋱D論策略的城市軌道交通信號(hào)設(shè)備布置方法探究論文
近年來，伴隨著我國城市化進(jìn)程的加快以及經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，城市人口快速增長，城市規(guī)模日益擴(kuò)大，許多大城市的地面交通己經(jīng)無法適應(yīng)日益增長的客運(yùn)需求。由于城市軌道交通系統(tǒng)具有快速、便捷、大運(yùn)量的特點(diǎn)，因此許多城市己經(jīng)確定了以軌道交通作為公共交通骨干的戰(zhàn)略。
城市軌道交通信號(hào)項(xiàng)目實(shí)施過程中，由于信號(hào)設(shè)備量大，程序繁瑣，大大降低了進(jìn)度。因此，設(shè)計(jì)具有針對(duì)性的信號(hào)設(shè)備應(yīng)用模型在城市軌道交通中起著非常重要的作用，直接影響著工程的效率。
本文通過分析和研究各個(gè)信號(hào)設(shè)備之間的關(guān)系，并結(jié)合拓?fù)鋱D論的相關(guān)策略，建立城市軌道交通信號(hào)設(shè)備基礎(chǔ)線路數(shù)據(jù)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，方便后續(xù)拓展應(yīng)用功能的開發(fā)和研究。
1 圖論拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
圖論通過將具體事物抽象成圖形的形式來描述具有某種關(guān)系的系統(tǒng)，并根據(jù)圖的性質(zhì)進(jìn)行分析，提供研究各種系統(tǒng)的巧妙方法。本文采用矢量圖形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)組織信號(hào)設(shè)備和線路數(shù)據(jù)信息，使圖元數(shù)據(jù)的層次性更強(qiáng)，對(duì)圖元的操作也變得容易很多。
在解圖論問題的算法中，經(jīng)常需要從圖的某一點(diǎn)出發(fā)，系統(tǒng)訪問圖的其余頂點(diǎn)，且使每一個(gè)頂點(diǎn)最多被訪問一次，這一過程稱為圖的搜索。圖的搜索是人工智能中一種重要而且有力的解決問題的方法。最典型的圖搜索方法有 3 種。包括 ：寬度優(yōu)先搜索，深度優(yōu)先搜索，啟發(fā)式搜索。
2 城市軌道交通信號(hào)設(shè)備應(yīng)用模型
2.1 圖元化處理
圖元化處理是將現(xiàn)實(shí)存在的需要處理的事物，抽象成具有某些特殊屬性的'圖元來表示和處理。
此處以信號(hào)機(jī)為例說明。信號(hào)機(jī)是指引列車在線路上運(yùn)行的主要信號(hào)設(shè)備，機(jī)車上的司機(jī)根據(jù)信號(hào)機(jī)的不同顯示來決定列車是否可以前行、前行的速度級(jí)別。將信號(hào)機(jī)實(shí)體用函數(shù)對(duì)象來進(jìn)行定義和實(shí)現(xiàn)，在城市軌道交通中信號(hào)機(jī)分為單顯示信號(hào)機(jī)、三顯示信號(hào)機(jī)和虛擬信號(hào)機(jī)共3種類型。
因此，構(gòu)建的線路數(shù)據(jù)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要包括：軌道區(qū)段信息、道岔區(qū)段信息和它們的連接關(guān)系。其中，軌道區(qū)段信息和道岔區(qū)段信息是用節(jié)點(diǎn)來表示的，它們的連接關(guān)系是用線來表示的，線路信息數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)本質(zhì)上是節(jié)點(diǎn)的鏈接表。根據(jù)節(jié)點(diǎn)鏈接圖就可以生成站場形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。每個(gè)節(jié)點(diǎn)所占區(qū)域劃分成數(shù)據(jù)場 df 和指針場 pf 兩部分。數(shù)據(jù)場存放該節(jié)點(diǎn)的常量，指針場存放相鄰節(jié)點(diǎn)首地址。指針場定義了兩個(gè)指針 sp 和 xp，sp 表示上行方向上該節(jié)點(diǎn)的后輩節(jié)點(diǎn)首地址，xp表示下行方向上該節(jié)點(diǎn)的后輩節(jié)點(diǎn)首地址，當(dāng)沒有鄰節(jié)點(diǎn)時(shí)即沒有后輩節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)，則在相應(yīng)的指針場中記入“0”。對(duì)于道岔節(jié)點(diǎn)來說，有 3 個(gè)指針場：
（1）岔前指針場，用來存放岔前鄰節(jié)點(diǎn)的首地址；
�。�2）岔后直股指針場，用來存放岔后直股鄰節(jié)點(diǎn)的首地址；
�。�3）岔后彎股指針場，用來存放岔后彎股鄰節(jié)點(diǎn)的首地址。
2.3 基于拓?fù)鋱D論搜索的設(shè)備布置模型
根據(jù)拓?fù)鋱D論的思想，將信號(hào)設(shè)備數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與線路拓?fù)鋽?shù)據(jù)關(guān)聯(lián)。將信號(hào)設(shè)備數(shù)據(jù)放到線路拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，在節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)中包含道岔，在邊數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中包含信號(hào)機(jī)、計(jì)軸、應(yīng)答器等。
2.3.1 基于矢量拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的遍歷搜索
根據(jù)信號(hào)設(shè)備布置模型的要求，需查找到布置設(shè)備約束條件中的特定信號(hào)設(shè)備。為了解決這個(gè)問題，在圖論的算法中選擇了圖的搜索算法。
在一個(gè)圖 G 中搜索算法的基本思路：從一個(gè)頂點(diǎn) v1開始，給它一個(gè)“標(biāo)記”，N(v1)。然后給v1的鄰點(diǎn)標(biāo)記，再給它的鄰點(diǎn)的鄰點(diǎn)標(biāo)記，如此等等。最典型的搜索方法有 3 種，即深度優(yōu)先搜索（DFS）、廣度優(yōu)先搜索（BFS）和啟發(fā)式搜索（HS）。
2.3.2 信號(hào)設(shè)備布置原理分析
信號(hào)設(shè)備布置原理分析是模型的重要部分，也是工作量最大的部分。在此部分將對(duì)需要布置的全部信號(hào)設(shè)備逐個(gè)進(jìn)行條件分析，然后確定是否滿足布置的要求。以信號(hào)機(jī)為例簡要說明布置原理分析。
信號(hào)機(jī)的布置與停車點(diǎn)、計(jì)軸、道岔、車擋和防護(hù)門等因素相關(guān)聯(lián)。實(shí)際應(yīng)用時(shí)信號(hào)機(jī)的布置需遵循設(shè)備數(shù)量最少化原則。
2.4 基于圖搜索的進(jìn)路生成模型
在矢量拓?fù)淅碚摰幕A(chǔ)上可以拓展更多的應(yīng)用，如完成更多設(shè)備的自動(dòng)布置功能、聯(lián)鎖進(jìn)路表的生成功能、仿真實(shí)現(xiàn)功能等。以進(jìn)路表的生成為例說明拓展應(yīng)用的開發(fā)和研究的方便性。
進(jìn)路搜索模塊的其任務(wù)是根據(jù)進(jìn)路表名稱從站場形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中選出與該進(jìn)路有關(guān)的節(jié)點(diǎn)及確定進(jìn)路中各道岔應(yīng)處的位置，然后將各節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)及道岔位置信息構(gòu)成該進(jìn)路的“暫態(tài)進(jìn)路（數(shù)據(jù)）表”，作為后續(xù)聯(lián)鎖程序使用。
3 模型仿真與驗(yàn)證
案例采用某實(shí)際地鐵站的信息，在 Visual2010 仿真平臺(tái)上，對(duì)以上所建的城市軌道交通信號(hào)設(shè)備應(yīng)用模型進(jìn)行仿真和驗(yàn)證。
案例中，根據(jù)拓?fù)鋱D論的理論思想，為了反映對(duì)象之間的關(guān)系，首先對(duì)地鐵站所涉及的研究對(duì)象進(jìn)行圖元化處理，實(shí)現(xiàn)了軌道區(qū)段、道岔、信號(hào)機(jī)、計(jì)軸等研究對(duì)象的定義，并完善了這些對(duì)象的操作功能。
3.1 基于拓?fù)鋱D論搜索的信號(hào)設(shè)備布置
案例中要完成主要信號(hào)設(shè)備布置，首先需按照設(shè)定的格式輸入一些必要信息。分析仿真結(jié)果可知，通過此模型有效的實(shí)現(xiàn)了主要信號(hào)設(shè)備如信號(hào)機(jī)、計(jì)軸、應(yīng)答器等的自動(dòng)布置。布置結(jié)果和工程中手動(dòng)設(shè)計(jì)的布置圖誤差很小，且通過系統(tǒng)可以手動(dòng)來調(diào)整這些特殊情況下的設(shè)備布置。由此可見，采用圖論和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)處理數(shù)據(jù)后，可以在較短的時(shí)間內(nèi)，較容易的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的信號(hào)設(shè)備布置關(guān)系。
3.2 進(jìn)路信息Excel表生成
將城市軌道交通信息數(shù)據(jù)通過圖元化處理，以模塊的形式進(jìn)行操作，再將各個(gè)模塊之間的關(guān)系采用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)組織，建立信息模型后，便于進(jìn)行多種功能的擴(kuò)展，如進(jìn)路表。生成進(jìn)路信息Excel 表時(shí)，需要完善信號(hào)機(jī)的屬性。
完善各個(gè)信號(hào)機(jī)的屬性后，經(jīng)過基于圖搜索的進(jìn)路生成模型，自動(dòng)生成進(jìn)路信息 Excel 表的仿真結(jié)果。
進(jìn)路信息 Excel 表列舉了所有進(jìn)路，并明確的反映了每一條進(jìn)路所對(duì)應(yīng)的設(shè)備的具體狀態(tài)。查看進(jìn)路信息 Excel 表可知，由于城市軌道交通和大鐵站點(diǎn)的區(qū)別，使得進(jìn)路信息 Excel 表與以往大鐵聯(lián)鎖表的表示方法具有很大區(qū)別。模型生成的進(jìn)路信息 Excel 表更能明確的反映地鐵中重要的聯(lián)鎖邏輯關(guān)系。
4 結(jié)束語
本文通過對(duì)各個(gè)信號(hào)設(shè)備的研究，將拓?fù)鋱D論的相關(guān)策略運(yùn)用到信號(hào)設(shè)備布置模型中，在較短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)了信號(hào)設(shè)備布置和進(jìn)路信息 Excel表生成，有效的減輕了信號(hào)項(xiàng)目實(shí)施者的工作強(qiáng)度。通過對(duì)實(shí)際地鐵站的仿真和驗(yàn)證，說明了模型的可行性。因此基于圖論拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的城市軌道交通信號(hào)設(shè)備應(yīng)用模型可以大大降低人力成本，提高工程的實(shí)施效率，模型具有一定的應(yīng)用價(jià)值。
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