列控編碼區間自動閉塞室內設計軟件研究

收稿日期：2024-03-18

作者簡介：曾舒宇（1997—），男，碩士研究生，助理工程師，研究方向：鐵路信號工程設計。

基金項目：中鐵第四勘察設計院集團有限公司科研課題“新型列控系統總體架構及工程應用關鍵技術研究”（KY20230

73S）。

摘要 為減少區間自動閉塞室內圖紙的設計時間、降低設計人員勞動強度、提高圖紙準確度，文章通過分析軟件適用性、可維護性等需求，提出分層式三級軟件架構，實現了基于數據驅動圖紙的關鍵技術。基于MYSQL數據庫、CAD二次開發技術設計并實現了可滿足多列控廠家的列控編碼區間自動閉塞室內設計軟件，并應用于武荊、宜興等項目，結果表明軟件生成圖紙準確、滿足設計要求，提高了設計質量和效率，具備可維護性高、適用性強的特點。

關鍵詞 區間自動閉塞；信號工程設計；輔助成圖；CAD二次開發

中圖分類號 D631.5文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2024）11-0015-03

0 引言

區間自動閉塞技術是一種用于鐵路系統的列車運行控制技術，是保障行車安全和提高運輸效率的重要手段[1]。目前我國高速鐵路達到45 000 km，預計2035年達到

70 000 km[2]，新建鐵路區間閉塞以自動閉塞為主。對于鐵路信號設計人員來說，區間閉塞室內圖紙存在數量多、質量要求高等特點，需要消耗大量的時間和精力。

目前，現有軟件由于開發時間久遠、針對不同的列控廠家需要單獨修改軟件，導致軟件維護工作多、難度大，且無法滿足鐵路信號發展過程中設計需要的變化。為解決以上問題，研究一款適應性強、維護性高的區間自動閉塞室內軟件很有必要。

1 軟件需求分析

在設計開發軟件前，對軟件的需求進行分析以明確軟件需具備的功能及軟件的可靠性、可維護性等。軟件需求如下：

（1）區間自動閉塞室內圖紙類型分為排列表圖、設備電路原理圖、配線圖、結配線圖4類，其中排列表包括組合排列表、移頻柜排列表、綜合柜排列表；設備電路原理圖包括區間信號機電燈電路圖、軌道電路原理圖；配線圖包括列控采集驅動配線圖、分線柜配線圖、組合側面配線圖、移頻柜綜合柜零層配線圖。為減少設計人員工作量，軟件應能生成以上類型的圖紙。

（2）由于國內列控產品種類較多，常見列控廠家有通號、鐵科、和利時、卡斯柯、交大斯諾，而不同廠家間部分原理存在不同。為提高軟件的通用性，針對不同列控廠家，軟件應準確生成區間自動閉塞室內圖紙。

（3）為應對鐵路信號發展過程中的設計需求變化，對于業務相關的邏輯數據應獨立于軟件編碼之外，使軟件具有易維護性。同時，為滿足用戶在使用過程中對排列表的調整，人機交互界面應簡潔易用。

2 軟件架構及功能

該文研究的軟件總體架構圖如圖1所示，按照分層式結構[3]將軟件分為數據層、業務邏輯層、展現層三個部分。

（1）數據層：由數據表和Dwg版圖兩部分構成。數據表按功能可分為設備數據生成組合、組合生成配線、生成圖紙三種類型；數據表存于MYSQL數據庫[4]，便于后期維護。CAD版圖采用Dwg格式存儲，便于CAD二次開發實現讀取寫入等操作[5-6]。

（2）業務邏輯層：完成區間自動閉塞室內圖紙設計要求的業務邏輯處理。該部分按業務流程分為相關數據輸入、排列表生成、組合配線、Dwg格式圖紙生成。

（3）展現層：展現層用于接收用戶輸入的數據和顯示處理后用戶需要的數據。包括導入輸入數據、設置項目參數、調整排列表位置等。

3 軟件功能模塊

該文研究軟件的功能模塊如圖2所示，共有5個模塊：用戶輸入模塊、排列表生成模塊、人機交互模塊、組合配線模塊、圖紙生成模塊。

（1）用戶輸入模塊：實現區間信號設備數據的導入與修改、項目參數的設置、列控采驅碼位信息導入。其中，區間信號設備數據可通過既有區間平面輔助設計軟件接口數據獲取，提高用戶輸入效率。

（2）排列表生成模塊：由設備組合生成、相關排列表生成子模塊構成。設備組合生成子模塊基于輸入的區間信號設備數據生成對應的設備組合，如軌道區段設備生成GJ、FQJ組合等。相關排列表生成子模塊將設備組合按照設計習慣及要求（組合位、咽喉、設備類型等）進行排列[7]，實現組合排列表的生成，基于軌道區段的上下行完成移頻柜和綜合柜的布置。

（3）人機交互模塊：在排列表生成后，用戶通過人機交互模塊對排列表進行調整，如調整組合的位置、增刪組合柜、修改組合柜名稱、調整移頻柜或綜合柜設備的位置等。

（4）組合配線模塊：由GFJ組合配線、分線柜接口柜配線、組合及電源配線三個子模塊構成。用戶調整排列表后，該模塊依次實現以下功能：首先GFJ組合配線子模塊基于列控制式及FQJ組合設備信息，依次完成軌道區段FQJ繼電器間配線，并由列控制式決定FQJ與GFJ組合是否配線；然后分線柜接口柜配線子模塊完成組合至分線柜配線，同時依據列控采驅碼位信息實現組合至接口柜配線；最后組合及電源配線子模塊實現組合間配線、基于組合電源信息生成對應電源端子、基于電源端子類型及位置完成組合內及組合間電源配線。

（5）圖紙生成模塊：實現Dwg格式相關圖紙的生成。首先基于圖紙類型生成圖紙寫入數據，接著應用CAD二次開發技術基于圖紙配置信息及CAD版圖庫完成圖紙寫入，最后實現Dwg格式圖紙的生成。

4 關鍵技術

4.1 數據結構定義

該文研究的軟件依據鐵路線路區間、電路原理圖等實現結構化，形成區間—設備—組合—端子四級數據結構。區間信號設備、組合單元、配線端子數據結構如表1所示。

區間信號設備具有設備名稱、設備咽喉、設備代碼、設備類型、設備行別、區段頻率及所有組合單元等屬性。其中，設備咽喉、類型、行別用于設備的分類，設備代碼決定設備具有哪些組合。

組合單元除基礎屬性外，還具有分組、分類、排序、占用層數等屬性，這些屬性在組合生成排列表時，按組合所屬的組、類及排列順序對組合進行排列。

配線端子除基礎屬性外，還具有去向配線類型、去向組合名、線型等屬性。其中，去向配線類型用于在生成圖紙寫入數據時區分配線類型，去向組合名用于獲取對應組合的配線，線型表示電纜的類型。

4.2 基于數據驅動的圖紙生成

區間自動閉塞室內圖紙種類較多，不同類型版圖寫入數據內容大不相同，既有軟件針對每一類版圖單獨編碼以輸出寫入數據，該文提出基于數據驅動的圖紙生成方法解決單獨編碼痛點。

為實現基于數據驅動的圖紙，對各類版圖寫入內容進行代碼定義，軟件對代碼譯碼后輸出相應寫入數據，代碼定義如表2所示。NAME、ZW、Q、DZ依次表示設備名稱、組合位置、配線去向、端子名稱，配線去向Q共有CJ、QD、Z、F、YPG、ZHG六類，表示列控采集、列控驅動、組合柜、分線柜、移頻柜、綜合柜配線，Zname、Dname表示組合名稱和端子名稱，應用以上代碼定義可完整表明需向圖紙寫入的內容。

4.3 軟件開發及驗證

該文應用c#高級編程語言，基于WinForm開發框架、CAD二次開發技術及MYSQL數據庫開發了列控編碼區間自動閉塞室內設計軟件。軟件設計成項目管理區、窗口切換區、參數設置及排列表調整區。項目管理區負責項目的新建、打開、保存等。窗口切換區負責線路各個區間的切換。參數設置及排列表調整區進行項目相關參數如列控制式、設計階段等參數的設置。同時，該顯示排列表、移頻柜、綜合柜、接口柜等界面。

該軟件在杭溫高鐵項目進行了測試，并應用于武荊高鐵、宜昌至鄭萬聯絡線等項目進行驗證，應用結果表明軟件適用于通號、鐵科、和利時、卡斯柯、交大斯諾列控廠家，可準確生成區間自動閉塞室內排列表、電路圖、采驅圖、配線圖紙。

5 結論

該文基于分層式三級結構完成了列控編碼區間自動閉塞室內設計軟件的結構設計，同時基于區間自動閉塞室內圖紙需求設計了相應的軟件功能模塊與軟件數據結構，針對業務需求的難點提出了基于數據驅動圖紙生成。通過在多個鐵路項目實際生產中的應用表明，該文研究的軟件可生成不同的列控制式下區間自動閉塞室內圖紙，具有較高的可維護度。軟件生成的圖紙內容準確，提高了圖紙準確度的同時減少了設計時間以及降低了設計人員的勞動強度。

參考文獻

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[2]王召杰. 我國高鐵運營里程達到4.5萬公里[N]. 人民鐵道， 2024-01-12（001）.

[3] Kleppmann M . Designing Data-Intensive Applications： The Big Ideas Behind Reliable， Scalable， and Maintainable Systems[M]. 2017.

[4]李艷杰. 基于MySQL數據庫的數據安全應用設計[J]. 現代信息科技， 2023（12）： 151-154.

[5]張敏慧. ZPW-2000R自動閉塞輔助設計軟件開發[J]. 鐵路計算機應用， 2016（6）： 52-54+69.

[6]楊瑞宇. CAD二次開發及其在鐵路信號施工圖設計中的應用[J]. 鐵道標準設計， 2012（2）： 115-117.

[7]劉國升. 計算機聯鎖室內工程自動設計與驗證研究[D]. 成都：西南交通大學， 2022.