孫曉光

(通號(hào)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(hào)、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(dòng)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(hào)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(hào)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(dòng)生成軟件主要基于兩種方式。

1）根據(jù)信號(hào)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(dòng)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(guò)模塊拼接方式描述信號(hào)平面布置圖，自動(dòng)導(dǎo)入信號(hào)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(jiǎn)化為對(duì)站場(chǎng)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(cuò)誤的概率[5-6]。

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

2 信號(hào)平面布置圖與聯(lián)鎖表關(guān)系

信號(hào)設(shè)計(jì)業(yè)務(wù)中信號(hào)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(jì)、研制、施工都是以它為依據(jù)[7]。信號(hào)平面布置圖是根據(jù)站場(chǎng)線路繪制的，反映了站場(chǎng)線路的布置和接發(fā)車方向，可以確定信號(hào)樓的位置和集中聯(lián)鎖區(qū)的范圍，表明信號(hào)機(jī)、道岔名稱編號(hào)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(hào)平面布置圖中獲取聯(lián)鎖數(shù)據(jù)要解決的問(wèn)題如下：

1）識(shí)別、區(qū)分平面布置圖信號(hào)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(duì)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(guò)的軌道區(qū)段；

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

7）搜索某條進(jìn)路的敵對(duì)信號(hào)，區(qū)分無(wú)條件敵對(duì)、有條件敵對(duì)。

為了解決上述問(wèn)題，軟件設(shè)計(jì)一系列繪圖準(zhǔn)則。繪制信號(hào)平面布置圖時(shí)按照統(tǒng)一的準(zhǔn)則進(jìn)行繪制。

3 軟件設(shè)計(jì)

聯(lián)鎖表計(jì)算的信息包括：方向、進(jìn)路號(hào)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(hào)機(jī)（名稱、顯示、表示器）、道岔、敵對(duì)信號(hào)、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(hào)平面布置圖標(biāo)準(zhǔn)化處理

為了便于本軟件從信號(hào)平面布置圖獲取聯(lián)鎖表所需信息，信號(hào)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(hào)機(jī)、道岔、絕緣節(jié)、信號(hào)樓等做成統(tǒng)一的圖塊。

信號(hào)機(jī)分列車信號(hào)機(jī)、調(diào)車信號(hào)機(jī)。列車信號(hào)機(jī)可分接車、發(fā)車。調(diào)車信號(hào)機(jī)可以分普通調(diào)車信號(hào)機(jī)、盡頭線調(diào)車信號(hào)機(jī)等。信號(hào)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(hào)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(hào)機(jī)的位置和方向。

利用道岔和軌道線相交位置，識(shí)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(gè)絕緣節(jié)分割開(kāi)，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(gè)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(shí)，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(gè)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(hào)平面布置圖中識(shí)別并提取信息的前提是信號(hào)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(hào)機(jī)、道岔、信號(hào)樓等標(biāo)識(shí)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(duì)于不符合規(guī)格的信號(hào)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(hào)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(guò)程中需識(shí)別走行軌道區(qū)段。為保證單個(gè)軌道區(qū)段能和一條多段線對(duì)應(yīng)，軟件需要對(duì)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(gè)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(jì)算軌道名稱

軟件根據(jù)信號(hào)機(jī)、道岔、絕緣節(jié)、信號(hào)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(hào)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(jì)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(guò)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(hào)機(jī)離信號(hào)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(shuō)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(shí)，始端按鈕為進(jìn)站信號(hào)機(jī)，終端按鈕為反向出站信號(hào)機(jī)。發(fā)車進(jìn)路時(shí)，始端按鈕為出站信號(hào)機(jī)，終端為反向進(jìn)站信號(hào)機(jī)。

調(diào)車進(jìn)路的始端按鈕為任意調(diào)車信號(hào)機(jī)或者出站兼調(diào)車信號(hào)機(jī)，終端按鈕可以是同向或者背向信號(hào)機(jī)。調(diào)車進(jìn)路終端按鈕可能含有多個(gè)。根據(jù)調(diào)車始端信號(hào)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(hào)機(jī)，如果存在同向調(diào)車信號(hào)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(hào)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(wú)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(duì)應(yīng)出站信號(hào)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(shí)，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(guò)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(guò)進(jìn)路，尋找后繼區(qū)段分為兩種方式。

1）通過(guò)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(guò)時(shí)）。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(gè)絕緣節(jié)。向右尋找軌道區(qū)段的直接后繼時(shí)，通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)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(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)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(hào)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(guò)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(shí)）。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(guò)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(gè)數(shù)以及走過(guò)的軌道區(qū)段、信號(hào)機(jī)、道岔定反位。該模塊通過(guò)遞歸調(diào)用尋找后繼軌道區(qū)段過(guò)程來(lái)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(duì)信號(hào)

在計(jì)算聯(lián)鎖表的過(guò)程中，調(diào)車進(jìn)路的敵對(duì)信號(hào)需考慮如下4種情況[9]：

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

2）始端按鈕前方的敵對(duì)信號(hào)（敵對(duì)列車信號(hào)）；

3）終端按鈕后方的敵對(duì)信號(hào)（敵對(duì)列車信號(hào)和敵對(duì)調(diào)車信號(hào)）；

4）始終端按鈕之間道岔上的敵對(duì)信號(hào)（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(hào)的方向朝向本進(jìn)路時(shí)，以該單置調(diào)車為終端的進(jìn)路為敵對(duì)進(jìn)路，其始端信號(hào)為敵對(duì)信號(hào)）。

以搜索終端按鈕后方敵對(duì)列車信號(hào)為例。根據(jù)調(diào)車終端信號(hào)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(hào)機(jī)背向的列車信號(hào)機(jī)。如果有，則加入對(duì)向敵對(duì)列車信號(hào)機(jī)隊(duì)列；如果沒(méi)有，獲取該軌道區(qū)段的所有后繼軌道區(qū)段，對(duì)每一條后繼軌道區(qū)段分析，并判斷是否存在背向敵對(duì)列車信號(hào)機(jī)。如果有，加入敵對(duì)列車信號(hào)機(jī)隊(duì)列；如果沒(méi)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(hào)機(jī)為止，并將其加入對(duì)向敵對(duì)列車信號(hào)機(jī)隊(duì)列中。其他敵對(duì)信號(hào)搜索算法流程類似。

4.4.4 調(diào)車進(jìn)路敵對(duì)條件

搜索所有對(duì)向敵對(duì)調(diào)車信號(hào)機(jī)，計(jì)算不在該調(diào)車進(jìn)路內(nèi)以該信號(hào)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(duì)條件。

4.5 生成聯(lián)鎖圖表圖紙

軟件自動(dòng)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(guò)修改、確認(rèn)、審核后軟件提供自動(dòng)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(jì)算機(jī)輔助軟件將設(shè)計(jì)者從繁雜的計(jì)算中解放出來(lái)是未來(lái)工程設(shè)計(jì)的趨勢(shì)，本文設(shè)計(jì)的聯(lián)鎖表自動(dòng)生成軟件可以完成常規(guī)站場(chǎng)聯(lián)鎖表生成過(guò)程中95%以上的工作；后續(xù)可以進(jìn)一步完善對(duì)含有復(fù)式交分道岔、轉(zhuǎn)場(chǎng)進(jìn)路等站場(chǎng)的支持功能。