計算機聯鎖軟件設計及進路搜索算法的應用與研究

韓 斌

（甘肅建筑職業技術學院 甘肅 蘭州 730000）

1 引言

隨著交通運輸的發展，在目前的大多數鐵路車站控制系統構建中，都應用了聯鎖控制系統，通過聯鎖軟件應用，實現對于車站重要信息和參數的分析，為車站安全管理提供依據和技術支持，對于車站聯鎖控制具有重要價值。

2 計算機聯鎖系統軟件總體結構

2.1 設計要求

需要結合所給的站場分析設計軟件的具體功能流程。根據鐵路局提供的車站情況，對于站場的聯鎖功能需求進行分析，作為流程設計的基本依據，構建相應的聯鎖數據和數據結構[1]。

2.2 功能需求分析

根據中國鐵道部頒布的《鐵路信號名詞術語》，其中關于聯鎖的解釋是，借助技術方法，實現信號、進路以及道岔的程序和具體的條件相統一，構建起相應的動作和聯鎖關系。要確保車站行車安全性，需要制訂具體的聯鎖規則以及約束信號，將信號、進路以及道岔之間的關系建立起來。其次需要借助技術支持，來實現相應流程功能。

3 聯鎖軟件設計流程

在站場進路中，包含列車進路和調車進路，針對這兩類進步的控制過程大致相同，而一條進路的控制需要做好兩點，即進路解鎖和進路構建。

3.1 進路建立

這一過程中，包含的主要工作流程依次為進路選擇、道岔控制、進步鎖閉以及信號控制。

第1步，進路選擇。在這一階段，需要相關人員檢查操作手續是否規范合理，對于選擇的進路狀態檢查，判斷是否處于閑置狀態，還要檢查敵對進路建立情況，確保都已建立完畢；其次，需要進行征用信號的設置，對于選擇的進路信號設計的電路、道岔以及信號進行設置，避免這些信號被其他進路采用；最后，將選出的進路狀態數據記錄下來。

第2步，道岔控制。這一階段重點對于進路中相應道岔具體位置進行檢查，查看其和進路需要的部位走向和實際位置是否一致，如果不一致，且道岔不是鎖閉狀態，需要及時進行調整，使其達到指定位置。

第3步，進路鎖閉。在檢查好相應的道岔實際位置和進路空閑狀態后，檢查無敵對進路，達到要求的情況下，進行進路鎖閉，使相應軌道中的電路進入到鎖閉狀態。這樣可以對軌道區段中的道岔進行鎖閉，避免其被操控。這時，處于閉鎖狀況中的其他進路很難構建起來，所以敵對進路也呈現閉鎖狀態，保證互不干擾。

第4步，信號控制。在完成進路閉鎖后，需立刻開放防護進路信號，為列車進入進路提供指導。而在這一信號開發的情況下，要防止有其他的車輛進入，避免道岔位置以為違規操作產生變化。所以，在信號開放后，不但要確保閉鎖進路處于閉鎖狀態，還需要對于進路空閑以及道岔位置再一次核對清楚，保證無誤，防止突發情況出現。而在檢測到異常信號的情況下，則需要即刻關閉信號通道。為了避免這一過程中的突發情況出現，所以需要在車輛進入進路后，將開放信號立即關閉。此外，考慮到這里需要用到調車信號機，所以在使用調車機車的過程中，安全起見，應該等到整個列車都進入到信號機中后關閉信號。

3.2 進路解鎖

這一部分工作主要目的是要對于已經構建的進路、敵對金庫以及道岔等進行閉鎖。而按照實際的進路閉鎖形式，進路解鎖方式也有不同。結合進路解鎖的具體條件和時機的差異，基本的進路解鎖方式包含以下幾種。

3.2.1 取消進路

在完成進路閉鎖后，考慮到現場可能會出現一些其他的情況，這時候就需要臨時解鎖處理。此時，只要進路在預先鎖閉情況下且處于進路空閑的狀態，可以由系統操控人員來按照規范要求來取消閉鎖狀態，實現解鎖處理。

3.2.2 人工解鎖

當進路接近鎖閉狀態的情況下，如果有必要的情況下，需要進行解鎖操作，可以通過相關工作人員，進行人為解鎖。人工解鎖中，第1步要將信號機關閉，從信號被關閉時開始計算，且需要適當延遲時間，這為了確保進路完全處于空閑狀態，這時候才能夠執行人工解鎖操作。需要注意的是，延遲的時間一定要超過制動時間，保證解鎖順利完成?，F階段，延遲標準時間為3 min，不過針對側線發車進路和調車進路，延遲時間可以縮短為30 s。

3.2.3 正常解鎖

這種解鎖方式是在列車通過進路后的道岔區段，系統自動對其解鎖。而正常解鎖中，也包含一次解鎖和分段解鎖兩種模式。前者指的是列車在穿越進路中的道岔區段后，相應道岔以及敵對進路同時完成解鎖任務。而后者指的是根據進路中的軌道電路區段進行逐一解鎖，簡單來說，就是列車在通過一段軌道電路區段后，該區段自動完成解鎖，這樣逐步完成解鎖過程。

3.2.4 中途解鎖

這種解鎖模式是調車中常用的一種方式。但是執行這種解鎖方式，需要確保車輛已經折返離開牽出進路中的待解鎖區段方可操作。

3.2.5 故障解鎖

上述的解鎖方式都是在列車正常行駛的情況下使用的，而實際的列車行駛中，可能會出現一些故障，如出現軌道電路故障的情況下，就需要用到故障解鎖模式。

4 進路搜索算法

就進路的組成結構來看，主要包含多個信號機、道岔、軌道區段等，這些元素在車站內組成相應的進路。在進行算法構建前，需要對于進路中的所有信息進行了解，在完成終端按鈕對集合后，依次取出多個按鈕來完成進路搜索任務，此時如果有回路現象，可能會在完成個別節點的搜索后，回到之前訪問的節點，這樣就會出現反復訪問的問題，對此，需要選擇有效的進路搜索算法，避免上述問題產生。本次選擇的算法融合了二叉樹、四叉鏈表的優勢，并堅持高度原則，這樣的搜索算法應用效果更理想[2]。

4.1 二叉數據結構

二叉樹構建的是一種非線性數據結構模型。圖1為其基本結構（a）和建模圖示（b）。

圖1 二叉樹結構圖及建模圖

其中，A表示根節點，其他的為葉節點，二叉樹的各個節點的子樹數量最多為2。從圖上看，二叉樹的子樹分布的左右位置也是有要求的，需要按照次序來，避免混亂。二叉樹的存儲中，借助的是鏈式存儲結構模式，這樣相應的節點就包含了一個數據元素和左右子樹的兩個分支部分，這樣的二叉樹鏈就有3個域。二叉樹搜索可以通過圖搜索算法。這樣來看，鐵路站場的分布和二叉樹結構在一定程度上是類似的。對此，對站場的結構模型構建可以通過二叉樹來實現，以此來建立站場模型，再使用圖搜索算法來搜索，構建二叉樹的模型圖。

4.2 四叉鏈表

通過鏈表數據結構搭建，將相關節點數據場以及指針場組合起來，這時候相應的數據場能夠發揮對應節點數據的存儲作用，指針則能夠完成雙向搜索。通過站場型數據結構構建，還能節約空間，省去編制總進路表的麻煩，這樣對于設計人員而言，大大降低了工作量，還可以減少設計錯誤的影響，確保聯鎖軟件設計的規范化和有效性。

在進行計算機聯鎖軟件設計中，要結合進路方向搜索，通過四叉雙向鏈表結構進行站場信號平面布置圖的設計。這時候，相應數據存儲站場信號平面圖中對應的信息能夠一目了然。在設計中，通過4個指針域P1、P2、P3、P4來對于節點之間的領接關系進行描述。

在這一結構（圖2）中，在對應的各個股道中，都設有一個頭節點和一組信息節點，前者以及相應股道上的首個信息節點的指針相互對應，在CT領域存儲著相應股道的信息節點的數量；在4個指針域中，對應的指針域表示的關系也不一樣，從P1到P4分別表示的是：本節點和同一股道節點的左鄰關系、和同一股道節點的右鄰關系、和不同股道節點的道岔向上鄰接關系以及和不同股道節點的向下鄰接關系。

圖2 節點結構圖

借助四叉鏈表中相應關系的模型的構建，可以提升進路搜索的效率。一般在自動搜索進路中，需要堅持直股有限原則，這樣在執行搜索中，需要對各個進路實施完全搜索，而借助四叉鏈表的應用，可以避免時間和資源浪費，提升搜索效率[3]。

4.3 堅持的原則

在相應按鈕的節點呈現上，這些節點在站場圖中并不是處于同一坐標上的，所以，要結合辦卡禮進路時的按鈕高度來設立差異性節點高度數據庫，通過將相關節點縱坐標進行存儲，在進路辦理中，通過比較始端節點以及目標節點高度關系，把握搜索方向，具體的執行原則應該包含以下幾點。

（1）始端節點高于目標節點，執行后端節點低于始端節點的搜索。

（2）始端節點低于目標節點，執行后端節點高于始端節點的搜索。

（3）始端節點和目標節點一直，則后端節點和始端節點也一致。

5 結語

在工程實踐過程中，實際的情況和預想的情況往往相差比較大，所以，在站場節點的聯鎖控制中，需要結合實際情況來設計具體的算法，構建算法模型、創新算法模式等，這樣可以起到很好的保障效果。在不同站場程序中，使用的模塊大致相同，在進行聯鎖設計和進路搜索算法設計中，只需要修改站場數據就能滿足程序設計的要求，借助相應算法，能夠有效加速運算過程，提升計算效率，提升空間利用效率。