一種聯(lián)鎖圖表自動生成軟件研究與設(shè)計

孫曉光

(通號城市軌道交通技術(shù)有限公司，北京 100070)

1 概述

聯(lián)鎖是指道岔、信號、進(jìn)路遵循一定順序，在符合規(guī)定的技術(shù)條件后，才能動作或建立相互關(guān)系的技術(shù)[1]。聯(lián)鎖表反映車站全部列車和調(diào)車進(jìn)路，以及進(jìn)路與進(jìn)路、進(jìn)路與道岔及信號機(jī)之間的聯(lián)鎖關(guān)系[2]。為了生成聯(lián)鎖表，需要從信號平面布置圖準(zhǔn)確獲取聯(lián)鎖數(shù)據(jù)[3]。為了提取聯(lián)鎖信息，目前聯(lián)鎖表自動生成軟件主要基于兩種方式。

1）根據(jù)信號平面布置圖，采用人工編寫并錄入聯(lián)鎖數(shù)據(jù)文件后，自動生成聯(lián)鎖表。錄入數(shù)據(jù)工作量大，保證準(zhǔn)確難度高。

2）利用CAD技術(shù)，通過模塊拼接方式描述信號平面布置圖，自動導(dǎo)入信號平面布置圖生成聯(lián)鎖表[4]。將繁雜的人工編寫聯(lián)鎖數(shù)據(jù)文件簡化為對站場圖形的直觀錄入，減少人工填寫數(shù)據(jù)的工作量，降低人為錯誤的概率[5-6]。

本文結(jié)合工程設(shè)計，提出一種基于信號平面布置圖自動生成聯(lián)鎖表的軟件設(shè)計和實(shí)現(xiàn)方法，并且對基于信號平面布置圖生成其他設(shè)計圖紙具有較好擴(kuò)展性。

2 信號平面布置圖與聯(lián)鎖表關(guān)系

信號設(shè)計業(yè)務(wù)中信號平面布置圖幾乎是所有后續(xù)工作的基礎(chǔ)，車站聯(lián)鎖系統(tǒng)設(shè)計、研制、施工都是以它為依據(jù)[7]。信號平面布置圖是根據(jù)站場線路繪制的，反映了站場線路的布置和接發(fā)車方向，可以確定信號樓的位置和集中聯(lián)鎖區(qū)的范圍，表明信號機(jī)、道岔名稱編號和設(shè)置的位置，劃分了軌道區(qū)段。

實(shí)現(xiàn)直接從CAD格式的信號平面布置圖中獲取聯(lián)鎖數(shù)據(jù)要解決的問題如下：

1）識別、區(qū)分平面布置圖信號機(jī)、道岔、軌道區(qū)段、警沖標(biāo)等；

2）綁定軌道線和軌道名稱、對應(yīng)軌道線和軌道區(qū)段；

3）建立任意軌道區(qū)段的相鄰軌道區(qū)段關(guān)系；

4）確定進(jìn)路的起始軌道、終止軌道；

5）搜索進(jìn)路，記錄經(jīng)過的軌道區(qū)段；

6）搜索進(jìn)路經(jīng)過道岔的位置，確定與該道岔有關(guān)系的雙動、防護(hù)、帶動道岔的開通位置；

7）搜索某條進(jìn)路的敵對信號，區(qū)分無條件敵對、有條件敵對。

為了解決上述問題，軟件設(shè)計一系列繪圖準(zhǔn)則。繪制信號平面布置圖時按照統(tǒng)一的準(zhǔn)則進(jìn)行繪制。

3 軟件設(shè)計

聯(lián)鎖表計算的信息包括：方向、進(jìn)路號碼、進(jìn)路、進(jìn)路方式、排列進(jìn)路按下按鈕、確定運(yùn)行方向道岔、信號機(jī)（名稱、顯示、表示器）、道岔、敵對信號、軌道區(qū)段、迎面進(jìn)路（列車、調(diào)車）、其他聯(lián)鎖等。

3.1 信號平面布置圖標(biāo)準(zhǔn)化處理

為了便于本軟件從信號平面布置圖獲取聯(lián)鎖表所需信息，信號平面布置圖各種圖塊需要進(jìn)行統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)化處理。將信號機(jī)、道岔、絕緣節(jié)、信號樓等做成統(tǒng)一的圖塊。

信號機(jī)分列車信號機(jī)、調(diào)車信號機(jī)。列車信號機(jī)可分接車、發(fā)車。調(diào)車信號機(jī)可以分普通調(diào)車信號機(jī)、盡頭線調(diào)車信號機(jī)等。信號機(jī)根據(jù)屬性不同做成不同的圖塊，利用圖塊的屬性區(qū)分信號機(jī)的性質(zhì)和名稱，利用圖塊基點(diǎn)和旋轉(zhuǎn)方向獲取信號機(jī)的位置和方向。

利用道岔和軌道線相交位置，識別道岔的定位線和反位線。

絕緣節(jié)分為普通、渡線、盡頭線和超限絕緣節(jié)等。除渡線絕緣節(jié)、盡頭線絕緣節(jié)外，軌道區(qū)段由左右各一個絕緣節(jié)分割開，利用該特點(diǎn)進(jìn)行軌道區(qū)段切割及命名。絕緣節(jié)是兩個相鄰軌道區(qū)段的分界，利用絕緣節(jié)該特點(diǎn)找到相鄰軌道區(qū)段。

在繪制平面布置圖時，利用圖塊面板上提供的統(tǒng)一圖塊完成平面布置圖的繪制，如圖1所示。

圖1 平面布置圖標(biāo)準(zhǔn)圖塊面板Fig.1 Panel of standard icons on a layout

3.2 軟件主要功能模塊

根據(jù)聯(lián)鎖表編制需求，結(jié)合聯(lián)鎖表生成步驟及用戶習(xí)慣，軟件包括5個主要功能模塊，如圖2所示。

圖2 軟件功能模塊劃分Fig.2 Division of software function module

4 主要算法邏輯

4.1 合法性檢查

軟件可以從信號平面布置圖中識別并提取信息的前提是信號平面布置圖必須符合軟件要求的一系列標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格。信號機(jī)、道岔、信號樓等標(biāo)識必須采用規(guī)定的圖塊，軌道線采用CAD自帶的多段線繪制。對于不符合規(guī)格的信號平面布置圖，軟件輸出校驗(yàn)失敗相關(guān)提示信息，用于支撐用戶修改信號平面布置圖。

4.2 切割軌道區(qū)段

軟件在平面布置圖中進(jìn)行進(jìn)路搜索，進(jìn)路搜索過程中需識別走行軌道區(qū)段。為保證單個軌道區(qū)段能和一條多段線對應(yīng)，軟件需要對軌道線進(jìn)行切割。

軟件將平面布置圖中所有軌道線在絕緣節(jié)的位置打斷，將軌道線分割成軌道區(qū)段，兩個相鄰的絕緣節(jié)之間的軌道線成為一條單獨(dú)的多段線，即軌道區(qū)段。

4.3 計算軌道名稱

軟件根據(jù)信號機(jī)、道岔、絕緣節(jié)、信號樓、運(yùn)行方向等圖塊的基點(diǎn)、塊名、屬性名、左端軌道線、右端軌道線、道岔所在反位線和定位線等，依據(jù)《鐵路信號聯(lián)鎖圖表編制原則》（TB/T 1123-1992）[8]命名切割形成的軌道區(qū)段名稱。

4.4 計算聯(lián)鎖表信息

如圖3所示，根據(jù)聯(lián)鎖表進(jìn)路的特征，可分為列車進(jìn)路、通過進(jìn)路、調(diào)車進(jìn)路、延續(xù)進(jìn)路。進(jìn)路方向分為上行和下行，進(jìn)路由始端按鈕和終端按鈕確定，進(jìn)路按照始端信號機(jī)離信號樓距離遠(yuǎn)近順序輸出。

圖3 進(jìn)路特征Fig.3 Route characteristics

本文主要以列車進(jìn)路、調(diào)車進(jìn)路為例說明軟件的實(shí)現(xiàn)邏輯。

4.4.1 始端按鈕和終端按鈕確定

根據(jù)進(jìn)路特征的不同，尋找進(jìn)路的始端按鈕和終端按鈕。

列車進(jìn)路分為接車進(jìn)路和發(fā)車進(jìn)路。接車進(jìn)路時，始端按鈕為進(jìn)站信號機(jī)，終端按鈕為反向出站信號機(jī)。發(fā)車進(jìn)路時，始端按鈕為出站信號機(jī)，終端為反向進(jìn)站信號機(jī)。

調(diào)車進(jìn)路的始端按鈕為任意調(diào)車信號機(jī)或者出站兼調(diào)車信號機(jī)，終端按鈕可以是同向或者背向信號機(jī)。調(diào)車進(jìn)路終端按鈕可能含有多個。根據(jù)調(diào)車始端信號機(jī)的方向和所在軌道區(qū)段，確定進(jìn)路始端和搜索方向。尋找該軌道區(qū)段的所有后繼軌道區(qū)段，并查詢后繼區(qū)段是否存在調(diào)車信號機(jī)，如果存在同向調(diào)車信號機(jī)，則為終端按鈕，加入終端按鈕數(shù)組中；如果存在背向調(diào)車信號機(jī)，并且該軌道區(qū)段為盡頭線或者為接近區(qū)段或者為無岔區(qū)段，則為終端按鈕，加入終端按鈕數(shù)組中；如果該軌道區(qū)段為股道，則對應(yīng)出站信號機(jī)為終端按鈕，加入到終端按鈕數(shù)組中；以上條件都不滿足時，繼續(xù)往下搜索該軌道區(qū)段的所有后繼軌道區(qū)段，重復(fù)上述操作至在所有后繼區(qū)段上都找到終端按鈕。

4.4.2 進(jìn)路搜索

根據(jù)進(jìn)路的始端按鈕和終端按鈕確定進(jìn)路的起始軌道和終端軌道以及進(jìn)路搜索的方向，在切割區(qū)段后的平面布置圖中搜索所有可能的路徑。

在進(jìn)路搜索過程中，最主要的操作是從當(dāng)前軌道區(qū)段，找到相鄰的下一條軌道區(qū)段。為了區(qū)分正線通過進(jìn)路，尋找后繼區(qū)段分為兩種方式。

1）通過一條軌道區(qū)段，尋找其左方或右方直接后繼軌道區(qū)段（如正線通過時）。如圖4所示，11DG的右方直接后繼軌道區(qū)段應(yīng)該為13-17DG。1-5DG的左方直接后繼軌道區(qū)段為D1G。每條軌道區(qū)段（除渡線、起始軌道線和終止軌道線外）均有左右兩個絕緣節(jié)。向右尋找軌道區(qū)段的直接后繼時，通過數(shù)據(jù)庫查詢，獲取右端絕緣節(jié)的右連接線；如果不為空，則其為軌道區(qū)段右側(cè)直接后繼。同理，如果向左尋找軌道區(qū)段的直接后繼，通過數(shù)據(jù)庫查詢，獲取左端絕緣節(jié)的左連接線；如果不為空，則其為軌道區(qū)段的左側(cè)直接后繼。

圖4 信號平面布置圖上行咽喉部分Fig.4 Layout of signals in the up-direction throat section

2）通過一條軌道區(qū)段，尋找其左方或者右方所有后繼軌道區(qū)段（如尋找列車進(jìn)路和調(diào)車進(jìn)路時）。如圖4所示，1-5DG的右方所有后繼軌道區(qū)段為：1-5DG1，7-15DG，5/21WG。1-5DG1的左方所有后繼軌道區(qū)段為：D1G。尋找所有后繼軌道區(qū)段算法主要流程如圖5所示。

圖5 尋找后繼軌道區(qū)段算法主要流程Fig.5 Flowchart of the algorithm for identifying subsequent track sections

3）通過始端軌道和終端軌道，搜索從始端軌道到終端軌道存在的進(jìn)路個數(shù)以及走過的軌道區(qū)段、信號機(jī)、道岔定反位。該模塊通過遞歸調(diào)用尋找后繼軌道區(qū)段過程來實(shí)現(xiàn)。

進(jìn)路搜索算法主要流程如圖6所示。

圖6 進(jìn)路搜索算法主要流程Fig.6 Flowchart of the algorithm for searching routes

4.4.3 調(diào)車進(jìn)路的敵對信號

在計算聯(lián)鎖表的過程中，調(diào)車進(jìn)路的敵對信號需考慮如下4種情況[9]：

1）始終端按鈕之間的敵對信號（進(jìn)路內(nèi)部的所有調(diào)車信號均為敵對信號）；

2）始端按鈕前方的敵對信號（敵對列車信號）；

3）終端按鈕后方的敵對信號（敵對列車信號和敵對調(diào)車信號）；

4）始終端按鈕之間道岔上的敵對信號（進(jìn)路上存在超限絕緣節(jié)并且設(shè)置了單置調(diào)車，且該信號的方向朝向本進(jìn)路時，以該單置調(diào)車為終端的進(jìn)路為敵對進(jìn)路，其始端信號為敵對信號）。

以搜索終端按鈕后方敵對列車信號為例。根據(jù)調(diào)車終端信號機(jī)所在的軌道區(qū)段，獲取是否有與該進(jìn)路中調(diào)車始端信號機(jī)背向的列車信號機(jī)。如果有，則加入對向敵對列車信號機(jī)隊(duì)列；如果沒有，獲取該軌道區(qū)段的所有后繼軌道區(qū)段，對每一條后繼軌道區(qū)段分析，并判斷是否存在背向敵對列車信號機(jī)。如果有，加入敵對列車信號機(jī)隊(duì)列；如果沒有，分析當(dāng)前軌道區(qū)段的所有后繼軌道區(qū)段，直至找到背向列車信號機(jī)為止，并將其加入對向敵對列車信號機(jī)隊(duì)列中。其他敵對信號搜索算法流程類似。

4.4.4 調(diào)車進(jìn)路敵對條件

搜索所有對向敵對調(diào)車信號機(jī)，計算不在該調(diào)車進(jìn)路內(nèi)以該信號機(jī)為調(diào)車始端的調(diào)車進(jìn)路。如存在，則需要加上敵對條件。

4.5 生成聯(lián)鎖圖表圖紙

軟件自動生成Excel表格作為中間文件，以方便人工審核，人工刪除多余的進(jìn)路(如不需要的變更進(jìn)路)，經(jīng)過修改、確認(rèn)、審核后軟件提供自動轉(zhuǎn)換成DWG格式功能，生成標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格聯(lián)鎖表。

5 總結(jié)與展望

利用計算機(jī)輔助軟件將設(shè)計者從繁雜的計算中解放出來是未來工程設(shè)計的趨勢，本文設(shè)計的聯(lián)鎖表自動生成軟件可以完成常規(guī)站場聯(lián)鎖表生成過程中95%以上的工作；后續(xù)可以進(jìn)一步完善對含有復(fù)式交分道岔、轉(zhuǎn)場進(jìn)路等站場的支持功能。