一種聯鎖圖表自動生成軟件研究與設計

孫曉光

(通號城市軌道交通技術有限公司，北京 100070)

1 概述

聯鎖是指道岔、信號、進路遵循一定順序，在符合規定的技術條件后，才能動作或建立相互關系的技術[1]。聯鎖表反映車站全部列車和調車進路，以及進路與進路、進路與道岔及信號機之間的聯鎖關系[2]。為了生成聯鎖表，需要從信號平面布置圖準確獲取聯鎖數據[3]。為了提取聯鎖信息，目前聯鎖表自動生成軟件主要基于兩種方式。

1）根據信號平面布置圖，采用人工編寫并錄入聯鎖數據文件后，自動生成聯鎖表。錄入數據工作量大，保證準確難度高。

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

本文結合工程設計，提出一種基于信號平面布置圖自動生成聯鎖表的軟件設計和實現方法，并且對基于信號平面布置圖生成其他設計圖紙具有較好擴展性。

2 信號平面布置圖與聯鎖表關系

信號設計業務中信號平面布置圖幾乎是所有后續工作的基礎，車站聯鎖系統設計、研制、施工都是以它為依據[7]。信號平面布置圖是根據站場線路繪制的，反映了站場線路的布置和接發車方向，可以確定信號樓的位置和集中聯鎖區的范圍，表明信號機、道岔名稱編號和設置的位置，劃分了軌道區段。

實現直接從CAD格式的信號平面布置圖中獲取聯鎖數據要解決的問題如下：

1）識別、區分平面布置圖信號機、道岔、軌道區段、警沖標等；

2）綁定軌道線和軌道名稱、對應軌道線和軌道區段；

3）建立任意軌道區段的相鄰軌道區段關系；

4）確定進路的起始軌道、終止軌道；

5）搜索進路，記錄經過的軌道區段；

6）搜索進路經過道岔的位置，確定與該道岔有關系的雙動、防護、帶動道岔的開通位置；

7）搜索某條進路的敵對信號，區分無條件敵對、有條件敵對。

為了解決上述問題，軟件設計一系列繪圖準則。繪制信號平面布置圖時按照統一的準則進行繪制。

3 軟件設計

聯鎖表計算的信息包括：方向、進路號碼、進路、進路方式、排列進路按下按鈕、確定運行方向道岔、信號機（名稱、顯示、表示器）、道岔、敵對信號、軌道區段、迎面進路（列車、調車）、其他聯鎖等。

3.1 信號平面布置圖標準化處理

為了便于本軟件從信號平面布置圖獲取聯鎖表所需信息，信號平面布置圖各種圖塊需要進行統一標準化處理。將信號機、道岔、絕緣節、信號樓等做成統一的圖塊。

信號機分列車信號機、調車信號機。列車信號機可分接車、發車。調車信號機可以分普通調車信號機、盡頭線調車信號機等。信號機根據屬性不同做成不同的圖塊，利用圖塊的屬性區分信號機的性質和名稱，利用圖塊基點和旋轉方向獲取信號機的位置和方向。

利用道岔和軌道線相交位置，識別道岔的定位線和反位線。

絕緣節分為普通、渡線、盡頭線和超限絕緣節等。除渡線絕緣節、盡頭線絕緣節外，軌道區段由左右各一個絕緣節分割開，利用該特點進行軌道區段切割及命名。絕緣節是兩個相鄰軌道區段的分界，利用絕緣節該特點找到相鄰軌道區段。

在繪制平面布置圖時，利用圖塊面板上提供的統一圖塊完成平面布置圖的繪制，如圖1所示。

圖1 平面布置圖標準圖塊面板Fig.1 Panel of standard icons on a layout

3.2 軟件主要功能模塊

根據聯鎖表編制需求，結合聯鎖表生成步驟及用戶習慣，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準規格。信號機、道岔、信號樓等標識必須采用規定的圖塊，軌道線采用CAD自帶的多段線繪制。對于不符合規格的信號平面布置圖，軟件輸出校驗失敗相關提示信息，用于支撐用戶修改信號平面布置圖。

4.2 切割軌道區段

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

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

4.3 計算軌道名稱

軟件根據信號機、道岔、絕緣節、信號樓、運行方向等圖塊的基點、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《鐵路信號聯鎖圖表編制原則》（TB/T 1123-1992）[8]命名切割形成的軌道區段名稱。

4.4 計算聯鎖表信息

如圖3所示，根據聯鎖表進路的特征，可分為列車進路、通過進路、調車進路、延續進路。進路方向分為上行和下行，進路由始端按鈕和終端按鈕確定，進路按照始端信號機離信號樓距離遠近順序輸出。

圖3 進路特征Fig.3 Route characteristics

本文主要以列車進路、調車進路為例說明軟件的實現邏輯。

4.4.1 始端按鈕和終端按鈕確定

根據進路特征的不同，尋找進路的始端按鈕和終端按鈕。

列車進路分為接車進路和發車進路。接車進路時，始端按鈕為進站信號機，終端按鈕為反向出站信號機。發車進路時，始端按鈕為出站信號機，終端為反向進站信號機。

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

4.4.2 進路搜索

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

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

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

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

圖5 尋找后繼軌道區段算法主要流程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路個數以及走過的軌道區段、信號機、道岔定反位。該模塊通過遞歸調用尋找后繼軌道區段過程來實現。

進路搜索算法主要流程如圖6所示。

圖6 進路搜索算法主要流程Fig.6 Flowchart of the algorithm for searching routes

4.4.3 調車進路的敵對信號

在計算聯鎖表的過程中，調車進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（進路內部的所有調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車信號）；

4）始終端按鈕之間道岔上的敵對信號（進路上存在超限絕緣節并且設置了單置調車，且該信號的方向朝向本進路時，以該單置調車為終端的進路為敵對進路，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。根據調車終端信號機所在的軌道區段，獲取是否有與該進路中調車始端信號機背向的列車信號機。如果有，則加入對向敵對列車信號機隊列；如果沒有，獲取該軌道區段的所有后繼軌道區段，對每一條后繼軌道區段分析，并判斷是否存在背向敵對列車信號機。如果有，加入敵對列車信號機隊列；如果沒有，分析當前軌道區段的所有后繼軌道區段，直至找到背向列車信號機為止，并將其加入對向敵對列車信號機隊列中。其他敵對信號搜索算法流程類似。

4.4.4 調車進路敵對條件

搜索所有對向敵對調車信號機，計算不在該調車進路內以該信號機為調車始端的調車進路。如存在，則需要加上敵對條件。

4.5 生成聯鎖圖表圖紙

軟件自動生成Excel表格作為中間文件，以方便人工審核，人工刪除多余的進路(如不需要的變更進路)，經過修改、確認、審核后軟件提供自動轉換成DWG格式功能，生成標準規格聯鎖表。

5 總結與展望

利用計算機輔助軟件將設計者從繁雜的計算中解放出來是未來工程設計的趨勢，本文設計的聯鎖表自動生成軟件可以完成常規站場聯鎖表生成過程中95%以上的工作；后續可以進一步完善對含有復式交分道岔、轉場進路等站場的支持功能。