铁路计算机联锁软件重构关键技术研究

计算机联锁软件的基础是联锁软件数据结构的选取和进路搜索算法的设计。针对传统计算机联锁系统上位机软件在站场结构发生变化时需要作出大量修改的问题,为提高联锁系统的灵活性与可重用性,降低人员劳动强度,一方面通过拖拽的方式由控件拼凑构建平面站场图,达到平面站场图灵活重构的目的;另一方面,利用二叉树与站场数据结构之间的相似性建立单链表站场数据结构。在此基础上,提出了一种新的计算机联锁进路搜索算法,达到使整个计算机联锁系统上位机软件可重用的目标。整个计算机联锁上位机软件以VS2015为开发平台,采用面向对象的语言进行编写与实现,为车站的后期改造提供便捷。     

基于改进滑模极值搜索算法的货运列车黏着控制研究

针对传统的滑模极值搜索控制算法（SMESC）在货运列车最佳黏着工作点追踪过程中存在稳态振荡、收敛速度慢的问题，提出了参数时变的改进滑模极值搜索控制算法。为削弱稳态振荡和加快SMESC收敛速度，分析了SMESC中增益参数与稳态振幅间的数学关系，以及辅助函数斜率与收敛性的联系，并对其进行优化：设计了时变辅助函数斜率以改善SMESC的收敛速度，设计了以观测误差为基准的动态增益参数以削减稳态振荡，并进行了收敛性分析。针对行车阻力无法直接测量的问题，引入了基于粒子群算法（PSO）的阻力参数估计，最后设计了基于SMESC的黏着控制律，通过与传统滑模极值搜索进行对比，证实了所提方法的有效性和实用性。     

交互式水域环卫机器人的避障路径规划算法

为使交互式水域环卫机器人（Interactive Water Sanitation Vehicle，IWSV）在进行垃圾收集时成功捕获水中浮动垃圾并顺利规避水域障碍物，提出一种将基于采样的快速搜索随机树（Rapidly-exploring Random Tree，RRT）算法与速度障碍模型相结合的路径规划算法。利用双目摄像头基于视差定位法获取水域动态障碍物的位置坐标，利用IWSV搭载的感应元件获取其自身与障碍物的相对方位角，基于速度障碍法计算可成功避开障碍物的移动角度调整范围，对更优的RRT*算法中的随机采样过程进行进一步优化，得到改进的避障路径规划算法。考虑实际应用场景，引入抗积分饱和比例积分微分控制（Proportional Integral Differential Control，PID Control）法使航向控制器的控制效果更为精准有效。在实景测试时避障路径规划算法存在稳健性，基于到达时间（Time of Arrival，TOA）定位法进行仿真分析。仿真试验结果表明，该路径规划算法比RRT算法和改进前的RRT*算法路径规划效果更优，可靠性更好，可在较短时间内避障并得到较优移动路径。在实景测试时基于TOA的Chan算法更加符合定位估计需求，且IWSV本体感应装置的噪声测算宜在10 m以内。     

基于邻域搜索的黄骅港煤炭堆场自动化卸车方案

现代煤炭码头对港口整体调度的服务水平与效率性要求不断提高。针对黄骅港煤炭堆场存在的卸车方案人工决策时间长、作业冲突和列车在港时间过长等问题，对黄骅港煤炭堆场卸车自动决策方法进行研究。通过考虑列车可拆分特征和设备流程串唯一性特征，以最小化列车等待时间和最大化匹配得分为目标，提出一种带有邻域搜索策略的新型解决方案，并通过邻域搜索策略提升算法的搜索效率。结果表明，新型解决方案的决策时间短于1 min,且其结果优于人工决策方案。     

疫情防控背景下的地铁多车站客流协同控制模型及算法

基于各车站在各时段客流进站速率的协同优化，考虑客流控制和客流承载过程中的各种约束，以列车车厢内客流聚集总风险最低和乘客在车站总等待时间最短为双目标，构建疫情防控背景下的多车站地铁客流协同控制模型。针对模型的非线性特点，设计基于变邻域搜索的启发式算法进行求解。依托南昌地铁1号线实际客流数据构建算例进行验证。结果表明：实施客流协同控制后，研究时段内全部23列列车的满载率均未超过满载率阈值0.5，且客流聚集总风险值较控制前下降65.41%，乘客平均等待时间仅为3.87 min；随着列车最大满载率阈值的增加，乘客的等待时间呈指数下降趋势，而客流聚集风险则呈线性增长；缩短发车间隔时间能够有效降低列车满载率，但列车运行成本也会急剧增加；按实际发车间隔时间（10 min）实施客流协同控制后，所有列车的满载率均低于0.5，客流聚集总风险值下降22.36%，而乘客平均等待时间仅增加0.6 min，验证了模型及算法能更加高效地降低列车满载率。     

基于A*算法的进路搜索应用研究

进路搜索是计算机联锁系统的主要功能之一。针对联锁表查表搜索算法耗时多、效率低的缺点,利用A*算法对联锁的进路搜索过程进行优化。首先利用启发函数控制搜索过程的趋向性,以减少进路搜索中遍历节点的数量;其次采用链表优化程序结构,建立搜索节点之间的方向关系,以提高算法的整体搜索效率。为验证算法的功能和性能,搭建测试平台,上位机基于Visual C++6.0编程,设计站场界面作为控制台,联锁进路搜索功能则由STM32单片机实现,站场数据存储在外部FLASH里,单片机通过文件系统读取,进路搜索出的节点数据保存在链表里,并返回给上位机。测试表明:经A*算法优化的进路搜索程序相比其他搜索算法效率更高,尤其是当进路较长或道岔较多时,效果更加明显。     

基于禁忌搜索的随舰备件优化配置方法

为解决舰船装备保障要求高与备件资源存储空间有限的矛盾，提出一种基于禁忌搜索算法的随舰备件优化配置方法。采用多智能体技术建立装备维修保障工作流程的仿真运行模型，通过仿真计算备件的满足率和利用率，评估给定配置方案下的保障效能，并得到一组可行的初始方案；在此基础上，以规定的备件满足率为约束条件，以备件携带数量为优化目标，结合多智能体评估模型和禁忌搜索算法对备件配置方案进行优化求解。以舰炮装备为例对该优化配置方法的有效性进行验证，结果表明所提方法具有较强的有效性和优越性，可供随舰备件配置方案的设计参考。     

基于改进的教与学优化算法的船舶实时路径规划

利用局部逃逸策略（Local Escaping Operator, LEO）对原始教与学优化算法（Teaching Learning Based Optimization, TLBO）的部分解进行替换，使其快速跳出局部最优，提出一种改进的教与学优化算法（Local Escaping Teaching Learning Based Optimization, LETLBO），并将其应用于船舶实时路径规划中。在船舶实时路径规划仿真试验中，利用概率图搭建搜索地图，利用高概率区域模拟目标所在区域，并采用贝叶斯定理设计一个概率函数作为目标函数。同时，为更好地实现实时路径规划，提出以个体为单位，利用在个体探索时高概率区域同时移动的方式模拟船舶在搜索时目标同时移动的情况，成功模拟船舶实时路径规划，保证试验的有效性。通过船舶实时路径规划仿真试验测试2种模拟情况下LETLBO与原算法及其他多种经典算法的性能，结果发现LETLBO在2个情景中找到目标的概率相比原算法分别提升41.88%和43.38%，运算时间分别减少0.978 9 s和0.375 2 s，且综合性能更优，说明改进的算法具有更好的探索寻优能...     

道岔区轮轨廓形演变对接触几何关系的影响

为揭示轮轨廓形演变对道岔区轮轨接触几何关系的影响，结合迹线法和基于先进经验的窗口放缩搜索法，构建道岔区轮轨多点接触几何模型，并利用传统迹线法和成熟商业软件对比验证几何模型计算的精确性；在测试长期服役过程中真实车轮型面和道岔变截面钢轨廓形的基础上，研究不同服役阶段下轮轨廓形演变对接触点分布、滚动圆半径差和侧滚角的影响，进而分析轮轨接触几何关系和轮轨力过渡特性。结果表明：随着道岔通过总重的增加，轮轨接触点从基本轨提前迁移至尖轨；磨耗会导致轮轨接触点发生跳跃、分布不连续，从而显著增加轮轨间动态相互作用；随着磨耗进一步加剧，轮对侧滚角最大值从0.04 mrad逐渐减小至0 mrad并最终出现负值；轮轨垂向力和车体加速度从86.643 kN和0.032 m·s^-2分别升至101.466 kN和0.038 m·s^-2后，脱轨系数和轮重减载率对应从0.433和0.215分别升至0.505和0.247，显著降低了列车行车平稳性和安全性。     

基于全线码序追踪的码序表自动生成方法

为增大码序表编制的适用范围，减少后期的修改与调整，采用基于ObjectARX的AutoCAD二次开发方式，设计实现了一种码序表辅助设计软件。该软件采用自定义实体方式将规范化的车站信号平面布置图、列控基础数据表，以及联锁表作为数据输入，建立面向对象模型，并构建全线拓扑关系；根据对应场景计算各进路码序，最终自动生成全线车站码序表，同时绘制简易站形示意图。实际的工程应用实例表明：该软件可精确计算出车站边界码序，并能满足高铁与普铁线路码序表编制需求，提高了码序表的生成效率与准确率，便于设计人员进行校核。