區(qū)間信號平面圖自動設(shè)計軟件開發(fā)

全宏宇

(中鐵第四勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司，武漢 430063)

區(qū)間信號平面圖為鐵路信號自動閉塞的重要技術(shù)基礎(chǔ)圖紙，包含區(qū)間通過信號機(jī)或閉塞分區(qū)標(biāo)志牌布置、軌道電路分割、應(yīng)答器設(shè)置、橋隧等設(shè)計內(nèi)容。目前區(qū)間信號平面圖的設(shè)計主要通過手工輸入軌道電路、應(yīng)答器等數(shù)據(jù)，通過輔助軟件生成設(shè)計圖紙。為進(jìn)一步提高設(shè)計效率和設(shè)計質(zhì)量，很有必要進(jìn)行區(qū)間信號平面圖自動設(shè)計軟件的開發(fā)，軟件結(jié)合行車布點和橋隧信息，自動進(jìn)行區(qū)間軌道電路分割和應(yīng)答器布置，以滿足不同等級列控系統(tǒng)的區(qū)間信號平面圖設(shè)計要求。

1 軟件需求

在鐵路信號區(qū)間平面圖設(shè)計過程中，根據(jù)行車布點和橋隧信息，首先對閉塞分區(qū)進(jìn)行軌道電路分割，然后根據(jù)列控等級進(jìn)行應(yīng)答器布置，最后進(jìn)行平面圖繪制。區(qū)間信號平面圖設(shè)計過程如圖1所示。

圖1 區(qū)間信號平面圖設(shè)計過程Fig.1 Design process of section signal plan

軌道電路分割：根據(jù)《高速鐵路設(shè)計規(guī)范》、《鐵路信號設(shè)計規(guī)范》、《ZPW-2000軌道電路技術(shù)條件》[1-3]中規(guī)定的不同軌道結(jié)構(gòu)類型的軌道電路工程設(shè)計最大長度，對行車布點的閉塞分區(qū)進(jìn)行軌道電路分割。

應(yīng)答器布置：對于采用CTCS-2級或CTCS-3級列控系統(tǒng)的線路，根據(jù)《列控系統(tǒng)應(yīng)答器應(yīng)用原則》[4]中規(guī)定的應(yīng)答器布置原則，結(jié)合軌道電路設(shè)置情況，進(jìn)行區(qū)間應(yīng)答器布置。

信號平面圖成圖：根據(jù)《鐵路信號設(shè)計規(guī)范》要求和《鐵路信號工程制圖標(biāo)準(zhǔn)》[5]，繪制區(qū)間信號平面圖。

由于目前區(qū)間信號平面圖的軌道電路分割、應(yīng)答器布置主要依靠人工輸入數(shù)據(jù)設(shè)計。因此區(qū)間信號平面圖自動設(shè)計的核心為區(qū)間軌道電路自動分割和區(qū)間應(yīng)答器自動布置。

2 軟件開發(fā)

2.1 數(shù)據(jù)輸入

區(qū)間信號平面圖自動設(shè)計軟件的輸入數(shù)據(jù)包括行車布點、橋隧、分相區(qū)、車站、長短鏈等。軟件輸入數(shù)據(jù)采用Excel表格格式，如表1所示。

表1 輸入數(shù)據(jù)Tab.1 Input data

另外，軟件需根據(jù)工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置區(qū)間信號機(jī)或閉塞分區(qū)標(biāo)志牌、軌道電路制式、列控系統(tǒng)等級等參數(shù)。軟件采用菜單選項進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，參數(shù)設(shè)計如表2所示。

表2 參數(shù)設(shè)置Tab.2 Parameter setting

2.2 軌道電路自動分割算法

根據(jù)輸入的數(shù)據(jù)，軟件進(jìn)行軌道電路分割。軌道電路分割主要包含閉塞分區(qū)數(shù)據(jù)生成、獲取閉塞分區(qū)范圍內(nèi)橋隧信息、閉塞分區(qū)軌道電路分割3個過程[6，7]。

1）根據(jù)行車數(shù)據(jù)生成閉塞分區(qū)。

2）根據(jù)閉塞分區(qū)與橋隧的相對位置關(guān)系，獲取閉塞分區(qū)范圍內(nèi)的橋隧數(shù)據(jù)。

3）根據(jù)閉塞分區(qū)范圍內(nèi)的橋隧數(shù)據(jù)，判斷閉塞分區(qū)的軌道結(jié)構(gòu)類型。如果閉塞分區(qū)的軌道結(jié)構(gòu)為單一類型（路基、橋梁、隧道），按照該類型的不同軌道結(jié)構(gòu)類型的極限長度作為分割間隔進(jìn)行均分；如果閉塞分區(qū)的軌道結(jié)構(gòu)為混合結(jié)構(gòu)，按照最小極限長度作為分割間隔進(jìn)行均分。

閉塞分區(qū)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(yīng)答器自動布置算法

完成軌道分割后，軟件根據(jù)軌道電路分割情況進(jìn)行應(yīng)答器布置。應(yīng)答器布置算法主要包含進(jìn)站應(yīng)答器（JZ）、中繼站應(yīng)答器（ZJ）、區(qū)間應(yīng)答器（Q）、反向區(qū)間應(yīng)答器（FQ）、定位應(yīng)答器（DW）常規(guī)應(yīng)答器布置，其中區(qū)間應(yīng)答器（Q）、反向區(qū)間應(yīng)答器（FQ）、區(qū)間定位應(yīng)答器（DW）需按CTCS-2級列控系統(tǒng)和CTCS-3級列控系統(tǒng)分別考慮。各類型應(yīng)答器布置原則如下。

1）進(jìn)站應(yīng)答器（JZ）：在進(jìn)站信號機(jī)（含反向進(jìn)站信號機(jī)）外方設(shè)置JZ應(yīng)答器。

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

3）區(qū)間應(yīng)答器（Q）：對于CTCS-2級列控系統(tǒng)，每間隔1個閉塞分區(qū)入口處設(shè)置Q應(yīng)答器組；對于CTCS-3級列控系統(tǒng)，每個區(qū)間閉塞分區(qū)入口處設(shè)置Q應(yīng)答器。

4）反向區(qū)間應(yīng)答器（FQ）：每隔3個閉塞分區(qū)在軌道電路絕緣節(jié)入口處設(shè)置FQ應(yīng)答器。

5）區(qū)間定位應(yīng)答器（DW）：在進(jìn)站信號機(jī)（含反向進(jìn)站信號機(jī)）外方250 m處設(shè)置DW應(yīng)答器；對于CTCS-2級列控系統(tǒng)，當(dāng)丟失一個應(yīng)答器組后，相鄰應(yīng)答器組之間的間距大于5 000 m時，在未設(shè)置區(qū)間應(yīng)答器組的閉塞分區(qū)入口處應(yīng)設(shè)置DW應(yīng)答器；對于CTCS-3級列控系統(tǒng)，兩個應(yīng)答器組超過1 500 m時，在軌道電路絕緣節(jié)入口處增加DW應(yīng)答器。

根據(jù)應(yīng)答器布置原則設(shè)計的應(yīng)答器自動布置算法如圖3所示。

2.4 生成區(qū)間信號平面布置圖

根據(jù)輸入數(shù)據(jù)，結(jié)合軌道電路分割、應(yīng)答器布置結(jié)果，軟件自動生成區(qū)間信號平面布置圖。軟件成圖采用基于ActiveX/ObjectDBX的CAD環(huán)境開發(fā)。

圖3 應(yīng)答器自動布置算法Fig.3 Automatic balise arrangement algorithm

3 軟件的應(yīng)用

3.1 軟件應(yīng)用及驗證

軟件采用Visual Studio平臺的C#語言進(jìn)行開發(fā)，數(shù)據(jù)輸入采用Excel文件，輸出圖紙采用基于ActiveX/ObjectDBX的CAD環(huán)境[8]。目前，軟件已經(jīng)應(yīng)用到商合杭高鐵、福廈高鐵等工程項目的區(qū)間信號平面圖設(shè)計。軟件根據(jù)行車布點、橋隧輸入數(shù)據(jù)直接生成信號平面布置圖，軟件自動化程度達(dá)到90%以上，顯著提高了設(shè)計效率和設(shè)計質(zhì)量。

3.2 有待改進(jìn)的項

軌道電路分割算法目前按照均分進(jìn)行設(shè)計，對于個別橋隧混合地段，按照均分可能分割區(qū)段個數(shù)較多，可以進(jìn)一步研究更加智能的分割算法，在滿足技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的前提下，減少分割的軌道電路區(qū)段數(shù)量，以節(jié)省工程投資。

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

4 總結(jié)

介紹區(qū)間信號平面圖自動設(shè)計軟件的開發(fā)流程，提出了軌道電路分割、應(yīng)答器布置的關(guān)鍵算法。開發(fā)的軟件已經(jīng)成功應(yīng)用到鐵路信號工程設(shè)計中，較大提高了設(shè)計效率和設(shè)計質(zhì)量。