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        有向圖在CBTC 系統(tǒng)中的應(yīng)用

        2013-12-15 05:04:38陳凌安
        黑龍江交通科技 2013年8期
        關(guān)鍵詞:有向圖信標(biāo)靜態(tài)

        陳凌安

        (上海自儀泰雷茲交通自動化系統(tǒng)有限公司)

        0 引 言

        根據(jù)IEEE 中的定義,CBTC 系統(tǒng)是一種不依賴于軌道電路的高精度的列車定位,雙向連續(xù)、大容量的車-地數(shù)據(jù)通信和車載、地面安全功能處理器來實現(xiàn)列車連續(xù)自動控制的系統(tǒng)。因此,高精度的列車定位是實現(xiàn)CBTC 的基礎(chǔ)。如何從CBTC 系統(tǒng)軟件上,設(shè)計和管理列車的位置,以及其他與CBTC 功能相關(guān)的信號設(shè)備的位置等信息,是本文需要討論的問題。

        本文首先從有向圖的理論,來分析城市軌道交通線路與有向圖的相似性。然后,從城市軌道交通的靜態(tài)信號設(shè)備和動態(tài)信號設(shè)備兩個方面,來分析有向圖的運用及重要作用,最后說明有向圖理論在CBTC 系統(tǒng)中的實用性。

        1 有向圖理論

        有向圖是一個二元組<V,E >,其中,V 是非空集合,稱為頂點集。E 是V×V 的子集,稱為弧集。如圖1 所示,是典型的有線圖的形式。

        圖1 有向圖形式

        因此,在有向圖上可以用<E,偏移量>來表示圖上任意一點的信息,并且任意點<Ei,偏移量j >還具有唯一性的特點,不存在二義性的問題。

        2 有向圖理論在CBTC 中的應(yīng)用

        通過以上對有向圖的理解,城市軌道交通線路類似于一個有向圖,如圖2 所示。通過引入有向圖的概念,我們可以充分利用有向圖中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法,來實現(xiàn)一些設(shè)備管理和搜索的算法,并可以將這些算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)運用到CBTC系統(tǒng)的軟件中。

        在圖2 中,整個的軌道交通線路,以道岔和線路終端作為有向圖的節(jié)點ni。節(jié)點nj和節(jié)點nk之間的線路或者道岔為有向圖的邊si。并且,si具有一定的方向性,在圖中規(guī)定所有向左的方向定義為邊的正方向。

        通過以上方式,可以唯一得確定軌道上任何一點的位置,用(si,offset)來表示。

        圖2 線路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

        2.1 靜態(tài)設(shè)備的管理

        靜態(tài)數(shù)據(jù)是指其在城市軌道交通線路圖中位置同定不變的數(shù)據(jù)類型,主要包括靜態(tài)線路數(shù)據(jù)和線路拓?fù)鋽?shù)據(jù)。對于CBTC 來講,靜態(tài)設(shè)備主要包括以下內(nèi)容:

        (1)軌道線路

        (2)信標(biāo)

        (3)站臺

        (4)區(qū)段

        (5)信號機等。

        如圖3 所示,為上海某商用運營線路的部分設(shè)備布置圖。采用有向圖的方法來管理和搜索信號設(shè)備,是一種高效的方法。以定位信標(biāo)transponderi為例,對于具體的信標(biāo)來講,transponderi∈sk,同時,

        其中,sk的正方向相鄰邊為sn,sk的反方向相鄰邊為sm。

        采用有向圖的方法,可以借鑒圖論的經(jīng)典搜索算法來實現(xiàn)CBTC 系統(tǒng)中的信標(biāo)搜索功能。這樣,既提高了算法的效率,又合理地設(shè)計了信號設(shè)備的軟件數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。同樣,對于其他的靜態(tài)信號設(shè)備,都可以采用這種方式來實現(xiàn)存儲和管理。

        2.2 動態(tài)設(shè)備的管理

        對于CBTC 下的動態(tài)設(shè)備來講,主要就是列車。由于CBTC 的實現(xiàn)依賴于高精度的列車定位,那么如何確定以及實時更新列車的位置,在CBTC 系統(tǒng)中是一個主要的問題。采用有向圖的方法,可以很簡潔地表示列車的位置信息。

        圖3 上海某商用運營線路部分信號設(shè)備平面布置圖

        假設(shè)列車所在的位置是traink(si,offsetm),如果列車運行了distance,則更新后的列車位置計算,可以采用如圖4 的算法來實現(xiàn):

        圖4 更新列車位置算法

        因此,采用有向圖的方法,可以很方便地實現(xiàn)更新列車位置的算法,并且該算法還具有一定的通用性,比如說,可以運用到搜索一定區(qū)域范圍內(nèi)的信號設(shè)備信息等方面。

        3 結(jié) 論

        綜上所述,通過將有向圖理論應(yīng)用到城市軌道交通的CBTC 系統(tǒng)中,可以解決如下的問題:

        (1)CBTC 系統(tǒng)中的設(shè)備信息管理;(2)CBTC 系統(tǒng)中的軟件算法優(yōu)化;(3)為實現(xiàn)城市軌道交通信號系統(tǒng)的互聯(lián)互通打好基礎(chǔ)。

        [1] Rail transit vehicle interface standards committee. IEEE standard for communication-based train control performance and functional requirements.1999.

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