计算机联锁软件设计及进路搜索算法的应用与研究

韩 斌

（甘肃建筑职业技术学院 甘肃 兰州 730000）

1 引言

随着交通运输的发展，在目前的大多数铁路车站控制系统构建中，都应用了联锁控制系统，通过联锁软件应用，实现对于车站重要信息和参数的分析，为车站安全管理提供依据和技术支持，对于车站联锁控制具有重要价值。

2 计算机联锁系统软件总体结构

2.1 设计要求

需要结合所给的站场分析设计软件的具体功能流程。根据铁路局提供的车站情况，对于站场的联锁功能需求进行分析，作为流程设计的基本依据，构建相应的联锁数据和数据结构[1]。

2.2 功能需求分析

根据中国铁道部颁布的《铁路信号名词术语》，其中关于联锁的解释是，借助技术方法，实现信号、进路以及道岔的程序和具体的条件相统一，构建起相应的动作和联锁关系。要确保车站行车安全性，需要制订具体的联锁规则以及约束信号，将信号、进路以及道岔之间的关系建立起来。其次需要借助技术支持，来实现相应流程功能。

3 联锁软件设计流程

在站场进路中，包含列车进路和调车进路，针对这两类进步的控制过程大致相同，而一条进路的控制需要做好两点，即进路解锁和进路构建。

3.1 进路建立

这一过程中，包含的主要工作流程依次为进路选择、道岔控制、进步锁闭以及信号控制。

第1步，进路选择。在这一阶段，需要相关人员检查操作手续是否规范合理，对于选择的进路状态检查，判断是否处于闲置状态，还要检查敌对进路建立情况，确保都已建立完毕；其次，需要进行征用信号的设置，对于选择的进路信号设计的电路、道岔以及信号进行设置，避免这些信号被其他进路采用；最后，将选出的进路状态数据记录下来。

第2步，道岔控制。这一阶段重点对于进路中相应道岔具体位置进行检查，查看其和进路需要的部位走向和实际位置是否一致，如果不一致，且道岔不是锁闭状态，需要及时进行调整，使其达到指定位置。

第3步，进路锁闭。在检查好相应的道岔实际位置和进路空闲状态后，检查无敌对进路，达到要求的情况下，进行进路锁闭，使相应轨道中的电路进入到锁闭状态。这样可以对轨道区段中的道岔进行锁闭，避免其被操控。这时，处于闭锁状况中的其他进路很难构建起来，所以敌对进路也呈现闭锁状态，保证互不干扰。

第4步，信号控制。在完成进路闭锁后，需立刻开放防护进路信号，为列车进入进路提供指导。而在这一信号开发的情况下，要防止有其他的车辆进入，避免道岔位置以为违规操作产生变化。所以，在信号开放后，不但要确保闭锁进路处于闭锁状态，还需要对于进路空闲以及道岔位置再一次核对清楚，保证无误，防止突发情况出现。而在检测到异常信号的情况下，则需要即刻关闭信号通道。为了避免这一过程中的突发情况出现，所以需要在车辆进入进路后，将开放信号立即关闭。此外，考虑到这里需要用到调车信号机，所以在使用调车机车的过程中，安全起见，应该等到整个列车都进入到信号机中后关闭信号。

3.2 进路解锁

这一部分工作主要目的是要对于已经构建的进路、敌对金库以及道岔等进行闭锁。而按照实际的进路闭锁形式，进路解锁方式也有不同。结合进路解锁的具体条件和时机的差异，基本的进路解锁方式包含以下几种。

3.2.1 取消进路

在完成进路闭锁后，考虑到现场可能会出现一些其他的情况，这时候就需要临时解锁处理。此时，只要进路在预先锁闭情况下且处于进路空闲的状态，可以由系统操控人员来按照规范要求来取消闭锁状态，实现解锁处理。

3.2.2 人工解锁

当进路接近锁闭状态的情况下，如果有必要的情况下，需要进行解锁操作，可以通过相关工作人员，进行人为解锁。人工解锁中，第1步要将信号机关闭，从信号被关闭时开始计算，且需要适当延迟时间，这为了确保进路完全处于空闲状态，这时候才能够执行人工解锁操作。需要注意的是，延迟的时间一定要超过制动时间，保证解锁顺利完成。现阶段，延迟标准时间为3 min，不过针对侧线发车进路和调车进路，延迟时间可以缩短为30 s。

3.2.3 正常解锁

这种解锁方式是在列车通过进路后的道岔区段，系统自动对其解锁。而正常解锁中，也包含一次解锁和分段解锁两种模式。前者指的是列车在穿越进路中的道岔区段后，相应道岔以及敌对进路同时完成解锁任务。而后者指的是根据进路中的轨道电路区段进行逐一解锁，简单来说，就是列车在通过一段轨道电路区段后，该区段自动完成解锁，这样逐步完成解锁过程。

3.2.4 中途解锁

这种解锁模式是调车中常用的一种方式。但是执行这种解锁方式，需要确保车辆已经折返离开牵出进路中的待解锁区段方可操作。

3.2.5 故障解锁

上述的解锁方式都是在列车正常行驶的情况下使用的，而实际的列车行驶中，可能会出现一些故障，如出现轨道电路故障的情况下，就需要用到故障解锁模式。

4 进路搜索算法

就进路的组成结构来看，主要包含多个信号机、道岔、轨道区段等，这些元素在车站内组成相应的进路。在进行算法构建前，需要对于进路中的所有信息进行了解，在完成终端按钮对集合后，依次取出多个按钮来完成进路搜索任务，此时如果有回路现象，可能会在完成个别节点的搜索后，回到之前访问的节点，这样就会出现反复访问的问题，对此，需要选择有效的进路搜索算法，避免上述问题产生。本次选择的算法融合了二叉树、四叉链表的优势，并坚持高度原则，这样的搜索算法应用效果更理想[2]。

4.1 二叉数据结构

二叉树构建的是一种非线性数据结构模型。图1为其基本结构（a）和建模图示（b）。

图1 二叉树结构图及建模图

其中，A表示根节点，其他的为叶节点，二叉树的各个节点的子树数量最多为2。从图上看，二叉树的子树分布的左右位置也是有要求的，需要按照次序来，避免混乱。二叉树的存储中，借助的是链式存储结构模式，这样相应的节点就包含了一个数据元素和左右子树的两个分支部分，这样的二叉树链就有3个域。二叉树搜索可以通过图搜索算法。这样来看，铁路站场的分布和二叉树结构在一定程度上是类似的。对此，对站场的结构模型构建可以通过二叉树来实现，以此来建立站场模型，再使用图搜索算法来搜索，构建二叉树的模型图。

4.2 四叉链表

通过链表数据结构搭建，将相关节点数据场以及指针场组合起来，这时候相应的数据场能够发挥对应节点数据的存储作用，指针则能够完成双向搜索。通过站场型数据结构构建，还能节约空间，省去编制总进路表的麻烦，这样对于设计人员而言，大大降低了工作量，还可以减少设计错误的影响，确保联锁软件设计的规范化和有效性。

在进行计算机联锁软件设计中，要结合进路方向搜索，通过四叉双向链表结构进行站场信号平面布置图的设计。这时候，相应数据存储站场信号平面图中对应的信息能够一目了然。在设计中，通过4个指针域P1、P2、P3、P4来对于节点之间的领接关系进行描述。

在这一结构（图2）中，在对应的各个股道中，都设有一个头节点和一组信息节点，前者以及相应股道上的首个信息节点的指针相互对应，在CT领域存储着相应股道的信息节点的数量；在4个指针域中，对应的指针域表示的关系也不一样，从P1到P4分别表示的是：本节点和同一股道节点的左邻关系、和同一股道节点的右邻关系、和不同股道节点的道岔向上邻接关系以及和不同股道节点的向下邻接关系。

图2 节点结构图

借助四叉链表中相应关系的模型的构建，可以提升进路搜索的效率。一般在自动搜索进路中，需要坚持直股有限原则，这样在执行搜索中，需要对各个进路实施完全搜索，而借助四叉链表的应用，可以避免时间和资源浪费，提升搜索效率[3]。

4.3 坚持的原则

在相应按钮的节点呈现上，这些节点在站场图中并不是处于同一坐标上的，所以，要结合办卡礼进路时的按钮高度来设立差异性节点高度数据库，通过将相关节点纵坐标进行存储，在进路办理中，通过比较始端节点以及目标节点高度关系，把握搜索方向，具体的执行原则应该包含以下几点。

（1）始端节点高于目标节点，执行后端节点低于始端节点的搜索。

（2）始端节点低于目标节点，执行后端节点高于始端节点的搜索。

（3）始端节点和目标节点一直，则后端节点和始端节点也一致。

5 结语

在工程实践过程中，实际的情况和预想的情况往往相差比较大，所以，在站场节点的联锁控制中，需要结合实际情况来设计具体的算法，构建算法模型、创新算法模式等，这样可以起到很好的保障效果。在不同站场程序中，使用的模块大致相同，在进行联锁设计和进路搜索算法设计中，只需要修改站场数据就能满足程序设计的要求，借助相应算法，能够有效加速运算过程，提升计算效率，提升空间利用效率。