一种联锁图表自动生成软件研究与设计

孙晓光

(通号城市轨道交通技术有限公司，北京 100070)

1 概述

联锁是指道岔、信号、进路遵循一定顺序，在符合规定的技术条件后，才能动作或建立相互关系的技术[1]。联锁表反映车站全部列车和调车进路，以及进路与进路、进路与道岔及信号机之间的联锁关系[2]。为了生成联锁表，需要从信号平面布置图准确获取联锁数据[3]。为了提取联锁信息，目前联锁表自动生成软件主要基于两种方式。

1）根据信号平面布置图，采用人工编写并录入联锁数据文件后，自动生成联锁表。录入数据工作量大，保证准确难度高。

2）利用CAD技术，通过模块拼接方式描述信号平面布置图，自动导入信号平面布置图生成联锁表[4]。将繁杂的人工编写联锁数据文件简化为对站场图形的直观录入，减少人工填写数据的工作量，降低人为错误的概率[5-6]。

本文结合工程设计，提出一种基于信号平面布置图自动生成联锁表的软件设计和实现方法，并且对基于信号平面布置图生成其他设计图纸具有较好扩展性。

2 信号平面布置图与联锁表关系

信号设计业务中信号平面布置图几乎是所有后续工作的基础，车站联锁系统设计、研制、施工都是以它为依据[7]。信号平面布置图是根据站场线路绘制的，反映了站场线路的布置和接发车方向，可以确定信号楼的位置和集中联锁区的范围，表明信号机、道岔名称编号和设置的位置，划分了轨道区段。

实现直接从CAD格式的信号平面布置图中获取联锁数据要解决的问题如下：

1）识别、区分平面布置图信号机、道岔、轨道区段、警冲标等；

2）绑定轨道线和轨道名称、对应轨道线和轨道区段；

3）建立任意轨道区段的相邻轨道区段关系；

4）确定进路的起始轨道、终止轨道；

5）搜索进路，记录经过的轨道区段；

6）搜索进路经过道岔的位置，确定与该道岔有关系的双动、防护、带动道岔的开通位置；

7）搜索某条进路的敌对信号，区分无条件敌对、有条件敌对。

为了解决上述问题，软件设计一系列绘图准则。绘制信号平面布置图时按照统一的准则进行绘制。

3 软件设计

联锁表计算的信息包括：方向、进路号码、进路、进路方式、排列进路按下按钮、确定运行方向道岔、信号机（名称、显示、表示器）、道岔、敌对信号、轨道区段、迎面进路（列车、调车）、其他联锁等。

3.1 信号平面布置图标准化处理

为了便于本软件从信号平面布置图获取联锁表所需信息，信号平面布置图各种图块需要进行统一标准化处理。将信号机、道岔、绝缘节、信号楼等做成统一的图块。

信号机分列车信号机、调车信号机。列车信号机可分接车、发车。调车信号机可以分普通调车信号机、尽头线调车信号机等。信号机根据属性不同做成不同的图块，利用图块的属性区分信号机的性质和名称，利用图块基点和旋转方向获取信号机的位置和方向。

利用道岔和轨道线相交位置，识别道岔的定位线和反位线。

绝缘节分为普通、渡线、尽头线和超限绝缘节等。除渡线绝缘节、尽头线绝缘节外，轨道区段由左右各一个绝缘节分割开，利用该特点进行轨道区段切割及命名。绝缘节是两个相邻轨道区段的分界，利用绝缘节该特点找到相邻轨道区段。

在绘制平面布置图时，利用图块面板上提供的统一图块完成平面布置图的绘制，如图1所示。

图1 平面布置图标准图块面板Fig.1 Panel of standard icons on a layout

3.2 软件主要功能模块

根据联锁表编制需求，结合联锁表生成步骤及用户习惯，软件包括5个主要功能模块，如图2所示。

图2 软件功能模块划分Fig.2 Division of software function module

4 主要算法逻辑

4.1 合法性检查

软件可以从信号平面布置图中识别并提取信息的前提是信号平面布置图必须符合软件要求的一系列标准规格。信号机、道岔、信号楼等标识必须采用规定的图块，轨道线采用CAD自带的多段线绘制。对于不符合规格的信号平面布置图，软件输出校验失败相关提示信息，用于支撑用户修改信号平面布置图。

4.2 切割轨道区段

软件在平面布置图中进行进路搜索，进路搜索过程中需识别走行轨道区段。为保证单个轨道区段能和一条多段线对应，软件需要对轨道线进行切割。

软件将平面布置图中所有轨道线在绝缘节的位置打断，将轨道线分割成轨道区段，两个相邻的绝缘节之间的轨道线成为一条单独的多段线，即轨道区段。

4.3 计算轨道名称

软件根据信号机、道岔、绝缘节、信号楼、运行方向等图块的基点、块名、属性名、左端轨道线、右端轨道线、道岔所在反位线和定位线等，依据《铁路信号联锁图表编制原则》（TB/T 1123-1992）[8]命名切割形成的轨道区段名称。

4.4 计算联锁表信息

如图3所示，根据联锁表进路的特征，可分为列车进路、通过进路、调车进路、延续进路。进路方向分为上行和下行，进路由始端按钮和终端按钮确定，进路按照始端信号机离信号楼距离远近顺序输出。

图3 进路特征Fig.3 Route characteristics

本文主要以列车进路、调车进路为例说明软件的实现逻辑。

4.4.1 始端按钮和终端按钮确定

根据进路特征的不同，寻找进路的始端按钮和终端按钮。

列车进路分为接车进路和发车进路。接车进路时，始端按钮为进站信号机，终端按钮为反向出站信号机。发车进路时，始端按钮为出站信号机，终端为反向进站信号机。

调车进路的始端按钮为任意调车信号机或者出站兼调车信号机，终端按钮可以是同向或者背向信号机。调车进路终端按钮可能含有多个。根据调车始端信号机的方向和所在轨道区段，确定进路始端和搜索方向。寻找该轨道区段的所有后继轨道区段，并查询后继区段是否存在调车信号机，如果存在同向调车信号机，则为终端按钮，加入终端按钮数组中；如果存在背向调车信号机，并且该轨道区段为尽头线或者为接近区段或者为无岔区段，则为终端按钮，加入终端按钮数组中；如果该轨道区段为股道，则对应出站信号机为终端按钮，加入到终端按钮数组中；以上条件都不满足时，继续往下搜索该轨道区段的所有后继轨道区段，重复上述操作至在所有后继区段上都找到终端按钮。

4.4.2 进路搜索

根据进路的始端按钮和终端按钮确定进路的起始轨道和终端轨道以及进路搜索的方向，在切割区段后的平面布置图中搜索所有可能的路径。

在进路搜索过程中，最主要的操作是从当前轨道区段，找到相邻的下一条轨道区段。为了区分正线通过进路，寻找后继区段分为两种方式。

1）通过一条轨道区段，寻找其左方或右方直接后继轨道区段（如正线通过时）。如图4所示，11DG的右方直接后继轨道区段应该为13-17DG。1-5DG的左方直接后继轨道区段为D1G。每条轨道区段（除渡线、起始轨道线和终止轨道线外）均有左右两个绝缘节。向右寻找轨道区段的直接后继时，通过数据库查询，获取右端绝缘节的右连接线；如果不为空，则其为轨道区段右侧直接后继。同理，如果向左寻找轨道区段的直接后继，通过数据库查询，获取左端绝缘节的左连接线；如果不为空，则其为轨道区段的左侧直接后继。

图4 信号平面布置图上行咽喉部分Fig.4 Layout of signals in the up-direction throat section

2）通过一条轨道区段，寻找其左方或者右方所有后继轨道区段（如寻找列车进路和调车进路时）。如图4所示，1-5DG的右方所有后继轨道区段为：1-5DG1，7-15DG，5/21WG。1-5DG1的左方所有后继轨道区段为：D1G。寻找所有后继轨道区段算法主要流程如图5所示。

图5 寻找后继轨道区段算法主要流程Fig.5 Flowchart of the algorithm for identifying subsequent track sections

3）通过始端轨道和终端轨道，搜索从始端轨道到终端轨道存在的进路个数以及走过的轨道区段、信号机、道岔定反位。该模块通过递归调用寻找后继轨道区段过程来实现。

进路搜索算法主要流程如图6所示。

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

4.4.3 调车进路的敌对信号

在计算联锁表的过程中，调车进路的敌对信号需考虑如下4种情况[9]：

1）始终端按钮之间的敌对信号（进路内部的所有调车信号均为敌对信号）；

2）始端按钮前方的敌对信号（敌对列车信号）；

3）终端按钮后方的敌对信号（敌对列车信号和敌对调车信号）；

4）始终端按钮之间道岔上的敌对信号（进路上存在超限绝缘节并且设置了单置调车，且该信号的方向朝向本进路时，以该单置调车为终端的进路为敌对进路，其始端信号为敌对信号）。

以搜索终端按钮后方敌对列车信号为例。根据调车终端信号机所在的轨道区段，获取是否有与该进路中调车始端信号机背向的列车信号机。如果有，则加入对向敌对列车信号机队列；如果没有，获取该轨道区段的所有后继轨道区段，对每一条后继轨道区段分析，并判断是否存在背向敌对列车信号机。如果有，加入敌对列车信号机队列；如果没有，分析当前轨道区段的所有后继轨道区段，直至找到背向列车信号机为止，并将其加入对向敌对列车信号机队列中。其他敌对信号搜索算法流程类似。

4.4.4 调车进路敌对条件

搜索所有对向敌对调车信号机，计算不在该调车进路内以该信号机为调车始端的调车进路。如存在，则需要加上敌对条件。

4.5 生成联锁图表图纸

软件自动生成Excel表格作为中间文件，以方便人工审核，人工删除多余的进路(如不需要的变更进路)，经过修改、确认、审核后软件提供自动转换成DWG格式功能，生成标准规格联锁表。

5 总结与展望

利用计算机辅助软件将设计者从繁杂的计算中解放出来是未来工程设计的趋势，本文设计的联锁表自动生成软件可以完成常规站场联锁表生成过程中95%以上的工作；后续可以进一步完善对含有复式交分道岔、转场进路等站场的支持功能。