基于A-Star算法的进路搜索研究

摘要

计算机联锁系统是以计算机技术为核心，综合利用控制、通信、容错等技术来实现车站联锁逻辑功能的实时控制系统。它具有较高可靠性和故障—安全性要求，对保障客货安全运输、提高运输效率起着举足轻重的作用。
　　计算机联锁系统的联锁软件实现联锁逻辑运算，是保障系统安全的核心模块，随着铁路承担客货运输载体的功能越来越重要，车站计算机联锁系统进路办理的效率对铁路作业影响较大，而进路搜索在进路办理过程中起着至关重要的作用。进路搜索是联锁控制层具有的核心功能。进路搜索，顾名思义，就是根据进路操作命令，从始端信号开始，在信号设备中依次搜索终端信号，选出一条符合需要的进路并随时记录进路中选出的设备。
　　目前在我国铁路现场采用的计算机联锁系统，进路搜索普遍采用的方法是利用已有的联锁表，对大量进路进行搜索，同时需要对搜索结果进行选择、优化，耗费资源较大、搜索效率较低。现阶段，在定型电路设计的基础上，由于运营需求发生变化而增加一些零散配线或者站场规模的扩大，会导致整个站场结构发生变化，特别是在既有线路改造的过程中，联锁表要重新编写，而联锁表中进路信息要依靠手工方法来审核，不但效率低，而且极易出错。
　　为了提高效率，本论文研究将人工智能理论应用到铁路站场，将启发式搜索思想和站场进路搜索相结合，改善现有的进路搜索方法，在进路办理环节前加以完善，使其能适应多种站场情况下进路办理的需要。
　　论文通过对进路搜索算法的横向比较与纵向分析，以长昆线线路数据为依据，分析了仿真平台对数据的需求，对进路搜索算法所需的线路数据结构进行了设计，同时设计有向图的自动生成方法，将原始数据转换成有向图的形式;分析站场拓扑结构并进行有向图建模，应用图论对进路搜索过程进行研究，将A-Star算法和进路搜索过程相结合，经过在测试平台的多次试验确定算法的启发函数，结合车站进路搜索特点将该算法进行完善、优化;然后设计了数据管理模块，不仅能够存储拓扑数据，而且能够把算法测试过程中产生的信息存储到数据库中以便分析算法性能。
　　通过在仿真平台上的测试，并和现有的进路搜索算法综合比较，本文所阐述的进路搜索算法具有较强的实用性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 研究现状分析

1．2．1 计算机联锁系统研究现状

1．2．2 进路搜索研究现状

1．3 研究目标

1．4 研究内容

第2章 站场拓扑结构建模

2．1 图论简介

2．1．1 有向图

2．1．2 有向无环图

2．1．3 图的存储结构

2．2 站场拓扑结构的有向图建模

2．2．1 站场拓扑结构描述

2．2．2 线路拓扑数据的有向图模型

2．3 本章总结

第3章 A-Star算法在进路搜索中的应用

3．1 A-Star算法基础

3．1．1 人工智能

3．1．2 搜索策略

3．2 A-Star算法

3．2．1 A-Star算法的原理

3．2．2 A-Star算法的性质

3．3 A-Star算法在进路搜索中的应用

3．3．1 A-Star进路搜索算法的策略

3．3．2 A-Star进路搜索算法估价函数的确定

3．3．3 A-Star进路搜索算法的流程

3．4 本章总结

第4章 仿真平台设计与建模

4．1 仿真平台需求分析

4．1．1 仿真平台功能需求分析

4．1．2 仿真平台数据需求分析

4．2 仿真平台结构设计

4．2．1 仿真平台结构模型

4．2．2 仿真平台功能模块图

4．3 仿真平台数据流分析

4．4 站场设备数据结构及模型建立

4．4．1 站场设备数据

4．4．2 有向图拓扑数据

4．5 有向图线路拓扑数据生成算法设计

4．5．1 节点的生成算法

4．5．2 边的生成算法

4．6 进路控制过程

4．6．1 进路搜索的流程

4．6．2 进路搜索的算法

4．7 本章总结

第5章 软件实现与性能分析

5．1 软件开发环境

5．2 界面显示模块

5．3 进路预处理模块

5．4 设备故障设置模块

5．5 进路办理过程

5．6 数据管理模块

5．7 进路搜索时间比较

5．8 性能分析

5．8．1 A-Star算法和Dijkstra算法比较

5．8．2 A-Star算法和传统进路搜索算法比较

5．9 本章总结

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果

附录：设备类型定义