本发明涉及车站进路分配技术领域，特别是一种基于车站进路冲突的列车间隔数据设计方法。
背景技术：
车站进路分配是编图工作中的一项重要任务，根据列车间隔数据合理疏解具有敌对进路的相邻到站列车，是车站安全运营的重要保障。目前，我国车站列车间隔数据主要由车站技术工作人员以手工形式记录完成，该方法只能从车站到发线数量的角度考虑列车进路是否够用，在进路分配时，还需由技术工人根据车站站型、列车类型以及衔接区间对其合理性进行判断。对于具有大量列车到发作业的铁路车站，此方法严重影响了车站的工作效率。
现有技术方法主要依靠车站技术工作人员以人工方式记录车站列车间隔数据，该类数据在运行图上尚无法显示，因此不能通过计算机自动判断同一车站相邻列车是否存在进路冲突，进行相邻列车进路冲突检验需要花费大量的人力。设计合理的车站列车间隔数据结构，运用计算法的高效运算能力加以检验，可以大幅减少人工作业成本且大大提高车站技术作业的效率。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于车站进路冲突的列车间隔数据设计方法，可为编图工作中车站进路分配提供基础保障，而且数据结构标准统一，易于存储与读取，具有很好的通用性。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种基于车站进路冲突的列车间隔数据设计方法，包括以下步骤：
步骤1：采用人工智能中的状态空间表示法对列车间隔数据的组成要素进行描述；所述列车间隔数据组成要素包括列车间隔信息、列车特征信息、车站进路占用信息；
所述列车间隔信息包括列车间隔类型、列车间隔时间；所述列车特征信息包括列车种类、到站列车状态、到站列车所属区间、到站列车所属区间标志；所述车站进路占用信息包括列车占用到发线、占用进路号、约束起始时间、约束终止时间；
基于人工智能的状态描述，将任—时刻状况的数据结构用一组变量的有序集表示：
sk＝(sk1,sk2,...,skn)
sk表示集合，sk1、sk2等表示集合中的元素；列车间隔数据结构由三元组{i,f,r}构成，其中，i表示到站列车间隔信息，f表示到站列车特征信息，r表示到站列车的车站进路占用信
步骤2：根据列车间隔数据的组成要素设计数据结构
1)建立车站站场拓扑结构
将车站的设备分为到发线、道岔、信号机、道岔区段、无岔区段、绝缘节这些对象，各个对象之间连接起来形成车站的网络拓扑结构；
2)建立列车进路数据结构
列车进路由多个车站设备组成，且具有顺序性，其顺序决定了列车依次走行的顺序；即一条进路由一个车站的设备序列组成，根据网络拓扑结构得到各设备对象之间的衔接关系；
3)建立列车间隔数据结构
建立的列车间隔数据结构能够详细地描述出两列车在指定车站的来向车站、去向车站、作业类型、占用进路、间隔类型、间隔时分；列车间隔数据结构为列车运行图编制提供间隔时分标准的依据；
步骤3：搜索车站进路，具体为：
1)从拓扑结构图中查找能够作为进路始端的设备对象作为搜索起点；
2)以该设备对象为搜索起点，生成二叉树，二叉树的叶子节点即为作为进路终端设备的结点；把搜索起点作为二叉树的根结点，根据结点之间的衔接关系确定根结点的左右孩子，再根据左右孩子的结点之间的衔接关系确定它们各自的左右孩子，依次类推，确定二叉树上各个结点的左右孩子，进而建立以搜索起点为根结点的二叉树模型；
3)先序遍历步骤2)中生成的二叉树，从根节点到叶子节点的一条路径即形成一条车站进路，根据进路的起终端节点类型确定进路类型；
步骤4：判断进路敌对关系
根据敌对进路的定义，对于任意两条进路，在同一到发线或咽喉区内只要有同向或对向的重叠，这两条进路即称为互相敌对的进路；两条互为敌对的进路不能同时办理列车作业，否则将会发生撞车或追尾事故，进路用信号机进行防护，在进路办理过程中先锁闭进路，然后才对防护信号进行操作；通过判断两条不同进路之间是否存在相同股道、道岔、渡线来判定这两条进路互为敌对进路；
通过敌对关系判断，确定与某条进路存在敌对关系的进路编号，将该编号添加到进路结构中的敌对进路编号集合中；
步骤5：车站间隔数据初始化
根据进路与进路之间的敌对关系来生成车站初始列车间隔数据，具体为：
1)依次遍历选择车站进路集合中的每条进路；
2)遍历选择步骤1)中选择进路的敌对进路，判断两条进路的类型，根据进路类型确定间隔类型；
3)生成间隔数据，取两条敌对进路的属性数据完善间隔数据结构中的各属性数据，包括间隔时间，间隔时间的取值为两敌对进路占用咽喉时间的最大值。
进一步的，所述步骤2中，建立车站站场拓扑结构采用面向对象的设计方法，即：
定义对象类：基类cdevice、到发线类cstationcadline、信号机类cstationcadsignal、道岔类cstationcadswitch、道岔区段类cstationcaddcsection、绝缘节类cstationcadjyj、无岔区段类cstationcadnosection；在基类中定义设备的共有属性，包括：版本号、设备id、设备名、设备类型、所属路局名、所属车站名；
定义cdevice*类型的变量m_ppre、m_pnext、m_pnegative，这些指针变量用于指向本对象所衔接的相邻对象，其中，m_ppre指向前序连接对象，m_pnext指向后续连接对象，m_pnegative用于道岔对象反位所指向的后续连接对象，通过这样的连接，将整个车站的所有设备对象构造成一个网络结构，网络中的节点为各设备对象，网络中的边为车站设备与设备之间的连接关系。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：1)采用计算机方法取代当前人工记录各类车站列车间隔数据的形式；2)将各类列车间隔性质、特点进行归纳分类，可以确定将列车进路方向、列车性质、列车间隔类型作为描述列车间隔的基本要素来考虑；为编图工作中车站进路分配提供基础保障，而且数据结构标准统一，易于存储与读取，具有很好的通用性。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明方法设计通用化的列车间隔数据结构，将相邻到站列车的各类间隔数据存储联网存储，并通过计算机后台运算的方式进行车站进路铺画，可以高效、合理地对车站相邻列车进路进行分配。通过归纳汇总列车间隔数据的构成要素，并设计基于进路冲突的列车间隔数据结构，可实现在联网条件下计算机自动分配列车可靠进路的自动分配检验，也是列车运行图编制精细化的一种重要体现。
基于进路冲突的车站列车间隔数据主要是对各类列车间隔性质、特点进行归纳分类，可以确定将列车进路方向、列车性质、列车间隔类型作为描述列车间隔的基本要素来考虑，以此为依据可设计出能描述各种列车间隔的通用数据结构。主要需解决：(1)如何描述相邻到站列车的间隔信息(间隔类型、时分)；(2)如何描述相邻到站列车的各种特征信息(列车种类、状态、区间、区间标志)；(3)如何描述相邻到站列车对车站进路的占用信息(占用到发线、进路以及占用时间)。
通过对到达车站列车进路分配技术作业过程和数据结构的研究，抽象存在进路冲突的列车间隔数据结构的实体和属性，并分析实体之间的对应关系，建立关系数据结构模型，从而设计一个结构合理、适合计算机调用的列车间隔数据结构。本发明方法详述如下：
1、列车间隔数据组成要素
1)列车间隔信息
traininterval＝{intervaltypes,intervaltime}
分别表示列车间隔类型、列车间隔时间，记列车间隔信息集ti为
ti＝{i1,i2}
2)列车特征信息
trainfeature＝{id,traintypes,trainstatus,trainsection,sectionsign}
分别表示列车种类、到站列车状态、到站列车所属区间、到站列车所属区间标志，第i趟列车的特征信息集tfi记为
tfi＝{i,fi1,fi2,fi3,fi4}
3)车站进路占用信息
routeoccupancy＝{id,various,conncetion1,connection2,occupytime,readytime,releasetime}
分别表示列车占用到发线、占用进路号、约束起始时间、约束终止时间，第i趟列车的进路占用信息集tfi记为
基于人工智能的状态描述是问题求解过程中任—时刻状况的数据结构，可用一组变量的有序集表示：
sk＝(sk1,sk2,...,skn)
当给每一个分量以确定的值时，就得到了一个具体的状态。基于车站进路冲突的列车间隔数据结构由三元组{i,f,r}构成。其中，i表示到站列车间隔信息，为列车间隔类型、列车间隔时分；f表示到站列车特征信息，为到站列车种类、到站列车状态、到站列车所属区间、到站列车所属区间标志；r表示到站列车的车站进路占用信息，为到站列车占用到发线、占用进路号、约束起始时间、约束终止时间。
2、列车间隔数据结构设计
列车车站间隔表示的是车站在办理两列车到达、出发或通过作业时所需要的最小间隔时间，而列车进行到达、出发或通过作业的前提是需要先办理好列车在车站的接车进路、发车进路、通过进路。
列车的作业过程实际即为列车在进路上的走行过程，当列车进入进路时，进路转为占用状态，在列车在进路走行过程中，进路进行分段解锁，直到整条进路出清变为空闲状态。当一条进路占用时，若此时需要办理另一条进路进行列车作业，则首先需要判断这条进路与当前正占用的进路之间是否存在敌对关系，若存在敌对关系，则不允许后续作业，只有当前一条进路出清与后一条进路敌对的设备之后，才允许后续作业，这个时间差则为我们所需要的列车间隔。
要完成列车间隔数据的描述，我们需要对车站的站场拓扑结构、车站进路、进路间敌对关系的结构均需要详细描述，建立起一个完善的体系，下面就介绍各部分数据结构设计。
1)车站站场拓扑结构
将车站的设备分为到发线、道岔、信号机、道岔区段、无岔区段、绝缘节几种对象，各个对象之间连接起来形成车站的网络拓扑结构。
本发明采用面向对象的设计方法，定义了cdevice(基类)、cstationcadline(到发线类)、cstationcadsignal(信号机类)、cstationcadswitch(道岔类)、cstationcaddcsection(道岔区段类)、cstationcadjyj(绝缘节类)、cstationcadnosection(无岔区段类)几种对象类。cdevice为基类，其他类均由该类派生，在基类中定义了设备的共有属性，比如：版本号、设备id、设备名、设备类型、所属路局名、所属车站名等属性，还定义了cdevice*类型的变量m_ppre、m_pnext、m_pnegative，这几个指针变量用于指向本对象所衔接的相邻对象，其中m_ppre指向前序连接对象，m_pnext指向后续连接对象，m_pnegative专用于道岔对象反位所指向的后续连接对象，通过这样的连接，将整个车站的所有设备对象构造成一个网络结构，网络中的节点为各设备对象，网络中的边为车站设备与设备之间的连接关系。
2)列车进路数据结构
列车进路由多个车站设备组成，且具有顺序性，其顺序决定了列车依次走行的顺序，比如以接车进路为例，可能依次包含进站信号机、无岔区段、道岔、反向出站信号机、车站到发线，也就是说一条进路由一个车站的设备序列组成，各设备对象之间的衔接关系在之前我们构建的网络结构中已经形成。
在本发明中，定义车站进路数据结构如下：
进路结点对象类用于描述组成进路的设备对象，主要包含设备id和指向设备对象的指针，采用冗余的设计方式，在构建进路结点对象时生成设备id及指针变量，但在持久化时只保存设备对象id(唯一)，在系统加载进路对象时再根据设备id去车站所有设备对象集合中进行查找，构造出指针对象。
进路数据结构包含车站唯一的进路号，在下面的列车间隔数据结构中将会使用。重要的属性包括进路方向、进路类型、进路状态、延续进路id、敌对进路id集合、进路占用咽喉时间、是否为基本进路等。进路状态分为空闲、正在办理、锁闭、占用、出清几个状态，在进路未处于空闲状态，不允许再办理该进路。
3)列车间隔数据结构
本发明中的列车间隔数据结构具有通用性，可用于描述中国铁路的任意车站的间隔约束，本结构描述了3站2区间的详细信息，描述了前行列车与后行列车的种类、状态、占用进路情况，通过本结构可以描述出任意组合方式下的车站列车间隔，下面对本结构进行详细解释。
假定有3个顺序相邻的车站cz1、cz2、cz3，cz1和cz2构成区间qj1，cz2和cz3构成区间qj2，前行列车为t2，后行列车为t1。
本结构中的xldm、xlm、czxh、czh和czm用于描述cz2的属性，通过这些属性可以唯一确定该车站。xldm1用于描述cz1所属线路代码，qj1czm1即为cz1，qj1czm2即为cz2，qjbz1用于描述qj1的属性，dfxh1为后行列车t1在cz2所占用的到发线号，lczl1用于描述后行列车t1的种类(比如：动车组、直达特快、特快等，下同)，lczt1用于描述后行列车状态(包括到、发、通过、终到、始发、作业、摘挂，下同)。
xldm2用于描述cz2所属线路代码，qj2czm1即为cz1，qj2czm2即为cz3，qjbz2用于描述qj2的属性，dfxh2为前行列车t2在cz2所占用的到发线号，lczl2用于描述前行列车t2的种类，lczt2用于描述前行列车t2状态。
jglx描述列车t1与t2构成的间隔类型(主要有：出发间隔、到达间隔、追踪间隔、)，jgsf描述此间隔时分(即最小间隔时间，单位为分钟)，ysqssj描述间隔约束起始时间，yszzsj描述间隔约束终止时间，ljm描述cz2所属路局名，qjh1描述qj1的唯一编号，qjh2描述qj2的唯一编号，zyjlh1描述后行列车t1在车站cz2所占用的进路编号，该编号即为在前面定义的进路结构中的进路号，在同一车站中该编号唯一，zyjlh2描述前行列车t2在车站cz2所占用的进路编号。
通过本结构可以详细的描述出两列车在指定车站的来向车站、去向车站、作业类型、占用进路、间隔类型、间隔时分，通过该结构即为列车运行图编制提供间隔时分标准的依据。
3、列车进路及间隔相关算法
前面对数据结构进行了定义，通过上述数据结构，结合一定的算法即可实现列车进路及敌对关系的管理，列车各类间隔数据的生成和管理，具体为：
1)车站进路搜索
本发明中将车站的行车设备构建成一个拓扑网络结构，各设备之间形成连接关系，在该网络结构图中，设备作为图的顶点，设备间连接关系形成图中的边，从某一顶点到另一顶点的路径即构成了设备的序列，比如接车进路即可看成由进站信号机始经过各设备对象到到发线止的这样一条路径。因此，车站进路搜索问题即可转换成图论的问题。
要完成进路搜索，必须确定进路搜索的起止点，即要明确组成进路的始终端设备的类型，在本发明中始终端类型有：进站信号机、出站信号机、调车信号机、调车终端按钮、通过信号机，不同的起终点构成不同类型的进路，比如：进站+出站构成接车进路，出站+进站构成发车进路，调车+调车构成调车进路等。
在本发明中进路搜索的方法如下：
step1：从图中查找可作为进路始端的设备对象作为搜索起点；
step2：以该设备对象为搜索起点，生成二叉树，二叉树的叶子节点即为可作为进路终端设备的结点；
把搜索起点作为二叉树的根结点，根据结点之间的衔接关系即可确定根结点的左右孩子，再根据左右孩子的结点之间的衔接关系确定它们各自的左右孩子，依次类推，即可确定二叉树上各个结点的左右孩子，由此以搜索起点为根结点的二叉树模型就建立起来。
step3：先序遍历step2中生成的二叉树，从根节点到叶子节点的一条路径即形成一条车站进路，根据进路的起终端节点类型确定进路类型；
2)进路敌对关系判断
根据敌对进路的定义，对于任意两条进路，在同一到发线或咽喉区内只要有同向或对向的重叠，这两条进路即称为互相敌对的进路，一条进路的敌对进路可有多条。两条互为敌对的进路不能同时办理列车作业，否则将会发生撞车或追尾事故，进路通常用信号机进行防护，在进路办理过程中先锁闭进路，然后才对防护信号进行操作。因此，只要判断两条不同进路之间只要存在相同股道、道岔、渡线则可判定这两条进路互为敌对进路。
通过敌对关系判断，确定与某条进路存在敌对关系的进路编号，将该编号添加到进路结构中的敌对进路编号集合中。
3)车站间隔数据初始化
车站的进路相对固定，且进路与进路间的敌对关系也相对固定，通过前面的工作，我们可以生成车站进路以及进路间的敌对关系，本发明根据进路与进路之间的敌对关系来生成车站初始列车间隔数据，在此间隔数据上用户再进行修改，减少间隔数据的维护工作量，其生成算法流程如下：
step1：依次遍历选择车站进路集合中的每条进路；
step2：遍历选择step1中选择进路的敌对进路，判断两条进路的类型，根据进路类型确定间隔类型，比如接车+接车为先到后到，接车+发车为先发后到，依次类推；
step3：生成间隔数据，取两条敌对进路的属性数据完善间隔数据结构中的各属性数据，包括间隔时间，间隔时间的取值为两敌对进路占用咽喉时间的最大值。