胡 旭

（通號城市軌道交通技術有限公司，北京 100070）

1 概述

城軌CBTC系統(tǒng)信號設計人員以聯(lián)鎖設備集中站為界限，將各集中站的進路、道岔、軌道區(qū)段、敵對信號、接近區(qū)段、其他聯(lián)鎖對象、保護區(qū)段、自動觸發(fā)等聯(lián)鎖關系編制成聯(lián)鎖表。聯(lián)鎖表內(nèi)容一般包括CBTC聯(lián)鎖表、降級模式聯(lián)鎖表、引導信號聯(lián)鎖表、自動折返進路表等文件，作為后續(xù)聯(lián)鎖、ZC、ATP和ATS等設備軟件數(shù)據(jù)配置的重要輸入文件。

人工編制聯(lián)鎖表工作量大、容易出錯、效率低，需要進行多輪人工校核，而且聯(lián)鎖表格式不容易統(tǒng)一。在工程實踐過程中，尤其是使用一體化綜合自動生產(chǎn)工具平臺生成聯(lián)鎖、ZC、ATP和ATS等軟件的配置數(shù)據(jù)，或使用自動測試工具測試相關軟件時，多次發(fā)現(xiàn)人工編制的聯(lián)鎖表與相關工具軟件兼容性不好的問題。因此，使用軟件自動生成聯(lián)鎖表可以防范人工因素產(chǎn)生的錯誤或格式不統(tǒng)一的問題，可大大縮短編制時間，提高編制效率。

一體化繪圖工具（簡稱工具）基于AutoCAD二次開發(fā)，可實現(xiàn)平面圖的輔助繪制，支持后續(xù)室內(nèi)圖紙、室外圖紙、一體化工程數(shù)據(jù)表等的自動生成，信號設計人員可使用可視化的界面調(diào)整設計數(shù)據(jù)。通過設計圖紙獲取工程相關數(shù)據(jù)，并輸出一體化工程數(shù)據(jù)表作為后續(xù)多個工具的接口資料。聯(lián)鎖表自動生成軟件通過讀取一體化工程數(shù)據(jù)表中的站場數(shù)據(jù)建立站場數(shù)據(jù)模型，通過進路搜索計算可以生成城軌CBTC系統(tǒng)的聯(lián)鎖表。

2 聯(lián)鎖表自動生成軟件總體架構(gòu)

軟件按功能劃分，主要包括3大功能模塊：數(shù)據(jù)表讀取模塊、進路數(shù)據(jù)自動搜索模塊、聯(lián)鎖表輸出模塊。

數(shù)據(jù)表讀取模塊的功能：通過讀取本聯(lián)鎖區(qū)及相鄰聯(lián)鎖區(qū)的工程數(shù)據(jù)對照表獲取站場數(shù)據(jù)，包括軌道區(qū)段、信號機、道岔、PSD屏蔽門、站臺、車站名稱簡稱、超限區(qū)段等。進路數(shù)據(jù)自動搜索模塊的功能：使用站場數(shù)據(jù)計算本站進路、鄰站進路、保護進路、接近區(qū)段數(shù)據(jù)、折返進路，并根據(jù)相關進路數(shù)據(jù)生成聯(lián)鎖表中的所有信息字符串。聯(lián)鎖表輸出模塊的功能：根據(jù)聯(lián)鎖數(shù)據(jù)格式化輸出聯(lián)鎖區(qū)聯(lián)鎖表文件。

軟件采用Visual Studio Code作為軟件開發(fā)平臺，利用Python語言實現(xiàn)面向?qū)ο蟮慕Y(jié)構(gòu)設計，通過導入一體化工程數(shù)據(jù)對照表獲取基礎站場數(shù)據(jù)及關鍵參數(shù)，工具使用站場搜索技術生成列車進路，隨后生成聯(lián)鎖表。

3 軟件主要功能模塊

進路自動搜索模塊根據(jù)站場數(shù)據(jù)及關鍵參數(shù)搜索生成進路、保護進路、接近區(qū)段3部分基本進路數(shù)據(jù)，后續(xù)分別生成降級模式聯(lián)鎖表、CBTC聯(lián)鎖表、引導進路表、自動折返進路表共4個表單。

3.1 站場數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分析

進路搜索的站場數(shù)據(jù)實際上類似于圖的結(jié)構(gòu)，由節(jié)點（軌道區(qū)段、道岔）的集合（節(jié)點包含相互之間的鏈接）組成。如圖1所示，軌道區(qū)段是若干邏輯軌道區(qū)段的組合。無岔計軸區(qū)段與軌道區(qū)段的范圍一致，對于道岔計軸區(qū)段，岔前、岔后定位，岔后反位各定義為一個軌道區(qū)段。每個軌道區(qū)段都根據(jù)左、右公里標，長度，長鏈、短鏈數(shù)據(jù)，邏輯軌道區(qū)段的長度等計算并校核，為后續(xù)搜索保護進路和接近延長區(qū)段做好準備。

圖1 站場數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)示意Fig.1 Schematic diagram of station data structure

道岔被定義為沒有長度的特殊節(jié)點，只有道岔有左側(cè)第二軌道區(qū)段鏈接和右側(cè)第二軌道區(qū)段鏈接，每個道岔由于岔尖向左或向右，只有1個第二軌道區(qū)段鏈接有效，另1個為空。每個節(jié)點都有左側(cè)鏈接區(qū)段和右側(cè)鏈接區(qū)段，如果該軌道區(qū)段在盡頭處，鏈接區(qū)段為空。

每1個軌道區(qū)段增加左側(cè)信號機、右側(cè)信號機的鏈接，信號機按照其位置鏈接到其接近軌道區(qū)段內(nèi)。如圖2所示，X4001信號機在其接近區(qū)段T4003的左側(cè)，所以T4003的左側(cè)信號機為X4001；X4003信號機在其接近區(qū)段T4003的右側(cè)，所以T4003的右側(cè)信號機為X4003。由此，在進路搜索時可根據(jù)搜索方向方便找到進路的始端、終端。由于部分信號機沒有接近區(qū)段，信號機數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包含接近區(qū)段、內(nèi)方區(qū)段和信號機朝向，方便后續(xù)記錄搜索時檢索數(shù)據(jù)。

圖2 站場平面局部示例Fig.2 Local example of station plane

3.2 輸入數(shù)據(jù)表讀取模塊

模塊的主要功能為讀取本聯(lián)鎖區(qū)及相鄰聯(lián)鎖區(qū)的工程數(shù)據(jù)對照表獲取站場數(shù)據(jù)，包括軌道區(qū)段、信號機、道岔、PSD屏蔽門、站臺、車站名稱簡稱、超限區(qū)段等。工程數(shù)據(jù)對照表中的數(shù)據(jù)已包含設備間鏈接關系信息，工具在讀入表格時同步更新設備間相互鏈接的數(shù)據(jù)，如軌道區(qū)段的左、右鏈接軌道區(qū)段及所有其他設備所屬軌道區(qū)段信息，為后續(xù)聯(lián)鎖進路的搜索做好準備。

模塊讀取本站及相鄰車站的工程數(shù)據(jù)對照表，生成站場數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，按設備類別將設備類數(shù)據(jù)存入列表中并同步建立設備類成員間的鏈接指針。主要包括軌道區(qū)段列表、無岔計軸區(qū)段列表、道岔計軸區(qū)段列表、道岔列表、信號機列表、長鏈短鏈列表、超限區(qū)段列表、屏蔽門列表等。該模塊還負責根據(jù)道岔軌道區(qū)段的鏈接生成雙動道岔列表、交分道岔列表，方便后續(xù)自動計算防護道岔和帶動道岔信息。

3.3 聯(lián)鎖數(shù)據(jù)自動搜索模塊

進路實際上是給列車運行時預留的路徑，進路搜索是基于抽象處理后的信號平面布置圖中軌道區(qū)段的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，搜索給定起點的多條進路數(shù)據(jù)，每一條進路都包含起點至阻擋信號機的所有軌道區(qū)段節(jié)點。

工具使用一種改進的深度優(yōu)先搜索算法搜索進路。由于相同起點的多條進路大部分路徑相同，工具一次搜索以某一起點的所有進路數(shù)據(jù)。該算法適用于地鐵正線中不存在變更進路的情況，搜索到的進路依次為直向進路、側(cè)向進路1、側(cè)向進路2等。

3.3.1 進路數(shù)據(jù)搜索

如圖3所示，進路搜索函數(shù)算法如下。

圖3 進路搜索函數(shù)流程Fig.3 Flow chart of route search function

1）遍歷信號機列表，如果信號機非空、信號機內(nèi)方區(qū)段非空，則開始搜索。

2）進路搜索前，先初始化控制表。

3）循環(huán)n次，啟動單條進路搜索函數(shù)。

以進路始端信號機內(nèi)方軌道區(qū)段為起點，向信號機對應方向搜索進路。如果設備節(jié)點堆棧為空，則當前節(jié)點設為始端信號機內(nèi)方區(qū)段開始搜索。如果設備節(jié)點堆棧不空，則堆棧彈出一個節(jié)點作為當前節(jié)點開始搜索。

判斷當前節(jié)點搜索方向是否有阻擋信號機。如果有則當前節(jié)點入棧，當前節(jié)點搜索次數(shù)加1，函數(shù)結(jié)束返回找到一條進路。否則進入循環(huán)繼續(xù)搜索。

判斷當前節(jié)點是否為空，為空則堆棧彈出一個節(jié)點作為當前節(jié)點。繼續(xù)檢查如果堆棧彈出的當前節(jié)點為空，則表明堆棧已空，搜索結(jié)束函數(shù)返回假。否則當前節(jié)點壓入堆棧。按給定方向搜索，找到當前節(jié)點的下一個節(jié)點并設為當前節(jié)點。

判斷當前節(jié)點是否為空，為空則跳轉(zhuǎn)至循環(huán)開始處。否則判斷當前節(jié)點在搜索方向是否有阻擋信號機，如有當前節(jié)點入棧，當前節(jié)點搜索次數(shù)加1，返回找到一條進路。否則跳轉(zhuǎn)至循環(huán)開始處。

如果已搜索到進路，則生成一條進路數(shù)據(jù)：將設備節(jié)點堆棧中的數(shù)據(jù)作為進路數(shù)據(jù)存入該進路中，將該進路存入始端信號機節(jié)點的進路列表中，并將該進路存入進路列表中。否則函數(shù)結(jié)束返回假。

4）如果搜索到一條進路且已存入進路列表中，則繼續(xù)循環(huán)查找下一條進路。

5）如果設備節(jié)點堆棧為空，沒有找到進路則退出循環(huán)。

3.3.2 保護進路的自動生成

一般情況下進路最后一個區(qū)段為站臺區(qū)域或停車線區(qū)域的進路設置保護區(qū)段。工具會自動根據(jù)進路終端信號機的接近區(qū)段是否有保護進路，以該區(qū)段為始端搜索保護進路。工具使用與進路搜索相同的改進深度優(yōu)先搜索算法，找到所有滿足最小長度要求的保護區(qū)段數(shù)據(jù)，一次可搜索出多條相同進路終端的保護進路。搜索算法與進路的搜索算法基本相同，只修改判斷保護進路成功找到的條件。

3.3.3 接近區(qū)段的自動生成

接近區(qū)段為滿足接近鎖閉長度要求的軌道區(qū)段。CBTC聯(lián)鎖表及降級模式聯(lián)鎖表中，順序填寫該進路的接近區(qū)段。信號開放后一旦接近區(qū)段有車占用，進路立即轉(zhuǎn)入接近鎖閉狀態(tài)，只有等列車經(jīng)過后正常解鎖，或使用人工解鎖的方法，辦理人工解鎖，首先關閉信號，然后開始計時，延時結(jié)束后進路解鎖。

工具使用與進路搜索相同的改進深度優(yōu)先搜索算法搜索接近區(qū)段的信息。列車通過道岔側(cè)向時需要限速運行，所以接近延長的區(qū)段全部通過道岔直向和部分通過道岔側(cè)向時需要的長度不同。工具由進路始端信號機的接近區(qū)段向信號機反方向搜索接近區(qū)段，把滿足直向路徑長度大于“接近延長直向最小長度” 及側(cè)向路徑大于“接近延長側(cè)向最小長度” 的路徑一次全搜索出來。搜索算法與進路的搜索算法基本相同，只修改判斷接近延長路徑成功的條件。

由于列車實際運行區(qū)段的速度等級不同，實際接近延長的最小長度需根據(jù)接近延長中是否有道岔側(cè)向及相關軌道區(qū)段的列車最高運行速度，使用牽引計算工具計算出理論最小值。工具先使用全站較大的兩個長度值進行接近延長搜索，并自動生成《聯(lián)鎖區(qū)接近延長區(qū)段長度表》。根據(jù)《接近區(qū)段計算統(tǒng)計清單》使用牽引計算工具計算出每一條接近區(qū)段的計算長度值，并填入《聯(lián)鎖區(qū)接近延長區(qū)段長度表》中，工具自動讀取《聯(lián)鎖區(qū)接近延長區(qū)段長度表》，并按照接近區(qū)段的計算長度校核接近延長區(qū)段的長度（按計軸區(qū)段為單位回縮），由此精確生成聯(lián)鎖進路的接近區(qū)段信息。工具在修訂接近區(qū)段的長度后還會自動重新生成《聯(lián)鎖區(qū)接近延長區(qū)段長度表》，同步更新表中的數(shù)據(jù)，方便人工復核。

3.4 聯(lián)鎖表輸出模塊

工具在完成進路相關數(shù)據(jù)搜索后，可按照一定的格式輸出聯(lián)鎖表。聯(lián)鎖表包含變更記錄、CBTC聯(lián)鎖表、降級模式聯(lián)鎖表、引導進路表、自動折返進路表等表單。

變更記錄包含版本號、日期、工具的版本號，相關工程數(shù)據(jù)對照表的文件名稱及32位CRC校驗碼、工具的計算參數(shù)等內(nèi)容。由此，工具自動生成聯(lián)鎖表的相關輸入信息可方便地自動記錄，方便后續(xù)版本管理工作。有基本的聯(lián)鎖數(shù)據(jù)，聯(lián)鎖表的輸出就比較簡單。

4 結(jié)束語

工具通過讀取一體化工程數(shù)據(jù)表中的站場數(shù)據(jù)建立站場數(shù)據(jù)模型，通過進路搜索計算生成基本進路、保護進路、接近區(qū)段等，并能根據(jù)相關要求及用戶特殊要求生成聯(lián)鎖表。目前工具生成的聯(lián)鎖表經(jīng)過審核可直接發(fā)布使用，基本上不需要后續(xù)人工修改聯(lián)鎖表。

目前，該工具已成功用于長沙6號線、北京12號線聯(lián)鎖表的生成。通過使用該工具編制聯(lián)鎖表，大大縮短編制時間，提高信號系統(tǒng)設計工效，簡化聯(lián)鎖表的審核。同時，工具大大提高生成聯(lián)鎖表的完整性及正確性，與后續(xù)相關工具軟件兼容性好，對于信號系統(tǒng)工程的快速、高質(zhì)量推進起到很好的作用。