區間信號平面圖自動設計軟件開發

全宏宇

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司，武漢 430063)

區間信號平面圖為鐵路信號自動閉塞的重要技術基礎圖紙，包含區間通過信號機或閉塞分區標志牌布置、軌道電路分割、應答器設置、橋隧等設計內容。目前區間信號平面圖的設計主要通過手工輸入軌道電路、應答器等數據，通過輔助軟件生成設計圖紙。為進一步提高設計效率和設計質量，很有必要進行區間信號平面圖自動設計軟件的開發，軟件結合行車布點和橋隧信息，自動進行區間軌道電路分割和應答器布置，以滿足不同等級列控系統的區間信號平面圖設計要求。

1 軟件需求

在鐵路信號區間平面圖設計過程中，根據行車布點和橋隧信息，首先對閉塞分區進行軌道電路分割，然后根據列控等級進行應答器布置，最后進行平面圖繪制。區間信號平面圖設計過程如圖1所示。

圖1 區間信號平面圖設計過程Fig.1 Design process of section signal plan

軌道電路分割：根據《高速鐵路設計規范》、《鐵路信號設計規范》、《ZPW-2000軌道電路技術條件》[1-3]中規定的不同軌道結構類型的軌道電路工程設計最大長度，對行車布點的閉塞分區進行軌道電路分割。

應答器布置：對于采用CTCS-2級或CTCS-3級列控系統的線路，根據《列控系統應答器應用原則》[4]中規定的應答器布置原則，結合軌道電路設置情況，進行區間應答器布置。

信號平面圖成圖：根據《鐵路信號設計規范》要求和《鐵路信號工程制圖標準》[5]，繪制區間信號平面圖。

由于目前區間信號平面圖的軌道電路分割、應答器布置主要依靠人工輸入數據設計。因此區間信號平面圖自動設計的核心為區間軌道電路自動分割和區間應答器自動布置。

2 軟件開發

2.1 數據輸入

區間信號平面圖自動設計軟件的輸入數據包括行車布點、橋隧、分相區、車站、長短鏈等。軟件輸入數據采用Excel表格格式，如表1所示。

表1 輸入數據Tab.1 Input data

另外，軟件需根據工程技術標準設置區間信號機或閉塞分區標志牌、軌道電路制式、列控系統等級等參數。軟件采用菜單選項進行參數設置，參數設計如表2所示。

表2 參數設置Tab.2 Parameter setting

2.2 軌道電路自動分割算法

根據輸入的數據，軟件進行軌道電路分割。軌道電路分割主要包含閉塞分區數據生成、獲取閉塞分區范圍內橋隧信息、閉塞分區軌道電路分割3個過程[6，7]。

1）根據行車數據生成閉塞分區。

2）根據閉塞分區與橋隧的相對位置關系，獲取閉塞分區范圍內的橋隧數據。

3）根據閉塞分區范圍內的橋隧數據，判斷閉塞分區的軌道結構類型。如果閉塞分區的軌道結構為單一類型（路基、橋梁、隧道），按照該類型的不同軌道結構類型的極限長度作為分割間隔進行均分；如果閉塞分區的軌道結構為混合結構，按照最小極限長度作為分割間隔進行均分。

閉塞分區軌道電路自動分割算法如圖2所示。

圖2 軌道電路自動分割算法Fig.2 Automatic track circuit cut-section algorithm

2.3 應答器自動布置算法

完成軌道分割后，軟件根據軌道電路分割情況進行應答器布置。應答器布置算法主要包含進站應答器（JZ）、中繼站應答器（ZJ）、區間應答器（Q）、反向區間應答器（FQ）、定位應答器（DW）常規應答器布置，其中區間應答器（Q）、反向區間應答器（FQ）、區間定位應答器（DW）需按CTCS-2級列控系統和CTCS-3級列控系統分別考慮。各類型應答器布置原則如下。

1）進站應答器（JZ）：在進站信號機（含反向進站信號機）外方設置JZ應答器。

2）中繼站應答器（ZJ）：在距中繼站信號樓位置最近的閉塞分區入口處設置中繼站應答器組。

3）區間應答器（Q）：對于CTCS-2級列控系統，每間隔1個閉塞分區入口處設置Q應答器組；對于CTCS-3級列控系統，每個區間閉塞分區入口處設置Q應答器。

4）反向區間應答器（FQ）：每隔3個閉塞分區在軌道電路絕緣節入口處設置FQ應答器。

5）區間定位應答器（DW）：在進站信號機（含反向進站信號機）外方250 m處設置DW應答器；對于CTCS-2級列控系統，當丟失一個應答器組后，相鄰應答器組之間的間距大于5 000 m時，在未設置區間應答器組的閉塞分區入口處應設置DW應答器；對于CTCS-3級列控系統，兩個應答器組超過1 500 m時，在軌道電路絕緣節入口處增加DW應答器。

根據應答器布置原則設計的應答器自動布置算法如圖3所示。

2.4 生成區間信號平面布置圖

根據輸入數據，結合軌道電路分割、應答器布置結果，軟件自動生成區間信號平面布置圖。軟件成圖采用基于ActiveX/ObjectDBX的CAD環境開發。

圖3 應答器自動布置算法Fig.3 Automatic balise arrangement algorithm

3 軟件的應用

3.1 軟件應用及驗證

軟件采用Visual Studio平臺的C#語言進行開發，數據輸入采用Excel文件，輸出圖紙采用基于ActiveX/ObjectDBX的CAD環境[8]。目前，軟件已經應用到商合杭高鐵、福廈高鐵等工程項目的區間信號平面圖設計。軟件根據行車布點、橋隧輸入數據直接生成信號平面布置圖，軟件自動化程度達到90%以上，顯著提高了設計效率和設計質量。

3.2 有待改進的項

軌道電路分割算法目前按照均分進行設計，對于個別橋隧混合地段，按照均分可能分割區段個數較多，可以進一步研究更加智能的分割算法，在滿足技術標準的前提下，減少分割的軌道電路區段數量，以節省工程投資。

應答器布置算法目前僅針對常規應答器（JZ、ZJ、Q、FQ、DW）布置，暫未考慮RBC切換、列控等級轉換等應答器布置。

4 總結

介紹區間信號平面圖自動設計軟件的開發流程，提出了軌道電路分割、應答器布置的關鍵算法。開發的軟件已經成功應用到鐵路信號工程設計中，較大提高了設計效率和設計質量。