铁路信号数据配置系统及应用研究

周小辉，赵国辉，赵晓刚，马群英

当前干线铁路中应用的信号产品主要有TCC（列控中心）、TSRS（临时限速服务器）、联锁、RBC（无线闭塞中心）、超速防护系统等。城市轨道交通信号系统主要由ATS（列车自动监控）、VOBC（车载控制器）、ZC（区域控制器）、联锁等子系统组成，各子系统工程化应用过程中很重要的一个环节就是产品数据的配置［1］。早期的数据配置以信号系统为单位进行独立规划，每个信号产品各自开发一个数据配置软件。伴随着信号产品种类的增加，软件变更越来越频繁，由此带来的数据配置工作量也越来越大，且重复性工作较多［2-4］。这些数据配置软件有较多功能相同或类似，如站场图形绘制等图形化处理功能、工程数据导入及处理功能等。

为此，本文设计了一款通用铁路信号数据配置系统，统一实现数据图形化处理及工程数据处理，根据各信号系统的数据规格，完成数据的差异化输出。结合信号工程实际，同步将信号产品方案设计和工程设计集成到数据配置系统中，并通过信息化技术，将信号工程设计的工作流程控制纳入数据配置系统，使信号工程设计进度透明化，项目管理层和领导层能随时获取信号工程设计的进度，从而实现资源有效调配和项目全局把控。

随着信号系统种类的增加，数据配置系统可针对新增信号产品进行功能扩展，如新增列控联锁一体化产品，则数据配置系统可以扩展对该产品数据配置的支持［5-6］。

1 系统分析

1）系统化。实现数据图形化处理及工程数据处理的系统化，根据各产品的数据规格完成各产品数据的差异化生成。目前该系统具备列控中心、临时限速服务器、联锁、无线闭塞中心、VOBC、ZC等信号产品的下位机数据和维护终端数据生成功能。

2）工程化。工程应用设计中的产品方案设计、网络设计、物料统计等环节，都是数据配置的输入文件，因此可将上述过程标准化，纳入数据配置平台。一方面可自动生成标准的设计文件；另一方面，可直接应用这些设计数据，实现工程应用设计与数据配置的无缝衔接，提高工作效率。

3）信息化。通过信息化手段，将信号系统工程应用设计的各个环节进度展示出来，便于工程项目经理、主管领导等对工程项目整体把控和调整。

4）智能化。在数据配置或方案管理的过程中，需通过智能化手段对历史数据配置、方案和案例，进行搜索、统计和分析。

1.1 功能架构

铁路信号数据配置系统的功能架构见图1。基于统一的图形化设计，将系统功能分为工程应用设计、数据配置、数据分析和工程进度信息化4部分。

图1 铁路信号数据配置系统功能架构

工程应用设计指产品方案设计、网络设计和物料统计等；数据配置指传统铁路数据配置系统的功能，即生成信号设备的配置数据；数据分析指智能化的数据搜索、案例统计等功能；工程进度信息化指对工程进度各环节的自动监控功能。

1.2 技术架构

铁路信号数据配置系统采用B/S（浏览器/服务器）整体技术架构［7］，通过Spring Boot基础框架来构建应用模块。应用开发采用前后端分离开发模式，方便数据服务的共享与个性化应用的渲染。根据需求的扩展再逐步演进为服务化、分布式架构模式。技术架构见图2。

图2 技术架构

1）展示层和通信层：展示层使用基于WEB的图形设计器，实现设计站场图显示；通信层基于TCP/HTTP/HTTPS 3种通信方式，实现前后端数据通信。

2）应用层：根据业务类型划分，分模块构建业务应用；业务层分为工程应用设计模块、数据配置平台模块、信息化模块和数据分析模块。通过HTTP、TCP、Socket通信服务，以JSON规范的数据格式，向展示层提供数据内容交互服务。注重业务的逻辑实现，对于通用、专业的逻辑，通常封装成服务，以服务接口的方式提供；通过服务层的数据访问服务降低业务实现的复杂度。

3）服务层：以提供API接口或独立部署的服务接口方式，封装通用或专业的业务逻辑，为上层应用提供服务。通用数据访问服务接口，采用Spring Data开发框架。Spring Data JPA提供免编程的数据访问接口；Spring Data REST可提供基于HTTP Restful的数据服务接口，在本系统中采用Spring Data JPA作为数据访问接口。

4）数据层：主要提供关系型数据库服务。工具平台中，结构化的数据都可以存储在关系型数据库中，在本系统中使用MySQL数据库。

2 软件设计

系统软件可分为工程应用设计模块、数据配置模块、信息化模块，以及数据分析模块，模块关系见图3。信息化模块对工程应用设计模块和数据配置模块进行管理，并获取这2个模块的数据以更新进度等信息；工程应用设计模块的数据是数据配置模块的输入，工程应用设计模块和数据配置模块则是数据分析模块的数据输入。

图3 模块关系

2.1 工程应用设计模块

目前工程应用设计模块主要实现应用方案和网络方案的设计。在传统的信号工程施工中，每套信号产品均需出一份Word文档的应用设计方案和网络设计方案。以TCC应用设计方案为例，其按照文件夹方式管理，一层文件夹为线路名称，二层文件夹为车站名称，TCC应用设计方案在第二层文件夹内。这种直接由工程总工拟制的Word文档的方案设计存在以下缺陷：①设计方案主观性较强，文档的编制效率和正确性取决于编制人员的技术水平，且容易出现笔误；②无法进行数据的统计搜索；③无法应用到TCC的配置数据中；④编制的文档格式存在差异。

以TCC产品为例，通过分析发现，每份TCC方案文档内容都相对固定，每个章节或者子章节基本为固定字段，每个字段内容为选择项或者填写项。因此通过对设计方案的章节和字段进行抽象提取，形成一站式导航界面进行数据的选择或编写，编写后的数据存储到关系型数据库中，并按照固定的格式导出到Word文档中［8］。该导航式方法能提高方案编制的效率及正确性；编制完成后的方案数据被存储到数据库中后，可实现统计、搜索及分析功能，且可以作为制作TCC配置数据的输入数据。同理，通过相同的方法将TSRS设计方案、RBC设计方案和网络设计方案标准化后，设计为导航式网页方案。

通过设计方案标准化，全方位实现工程应用设计与数据配置的一体化。数据配置过程中最重要的环节是输入数据的准备工作，而此环节的输入数据有一部分来源于工程应用设计方案。数据配置系统工程应用设计电子化后，也实现了相关作业的标准化，有效提高了工程设计和数据配置的质量和效率；且工程应用设计能够与数据配置的输入进行有效转化，提高岗位间工作产出的交互效率。

2.2 数据配置模块

数据配置模块支持多种铁路信号产品的数据配置，如TCC、TSRS、联锁、RBC等，以及城市轨道交通的VOBC、ZC、联锁等。其主要功能包括：可视化站场图配置；工程数据处理与导入；支持各应用产品的硬件数据配置；根据站场图组态信息，生成应用产品所需的静态线路数据；支持各应用产品维护终端所需的站场数据配置；支持对生成的数据进行校验。数据配置模块功能见图4。

图4 数据配置模块功能

各应用产品可根据需要通过配置选择自身相应的“应用模块”，得到适合的数据配置软件，如TCC产品选择TCC应用模块，即可进行TCC的数据配置。

该模块采用分层结构，公用部分与应用独立，可分别维护；当某个应用子模块根据新的需求更改配置系统软件时，无需修改产品的公用模块部分［9］。

2.2.1 数据配置公用子模块

数据配置公用子模块根据功能可分为工程数据导入、工程数据校验、站场图可视化配置、链接关系计算等功能。工程数据导入与校验是将经校验的工程数据导入到数据库中供数据生成使用；站场图可视化配置是根据工程图纸提供的站场信息，向用户提供交互配置界面，完成站场绘制；链接关系计算是计算站场图中道岔、区段、信号机的链接关系，供应用产品数据生成时使用。公用子模块配置操作流程见图5。图5中，生成设备ID包括生成车站ID、轨道区段ID、闭塞分区ID、站内信号机ID、区间信号机ID；导入原始数据表包含导入车站信息表、信号数据表、应答器位置表、长短链表、进路表、线路速度表、公里标转化表等。计算链接关系后需要检查区段、道岔、信号机的链接关系是否正确；若与区段链接的信号机不正确，需检查站场图中该区段及其前后信号机的绘制是否正确，如位置有偏差，需调整后重新计算链接关系。

图5 公用子模块配置操作流程

2.2.2 应用子模块

应用子模块目前有列控中心、临时限速服务器、国铁联锁、无线闭塞中心等，也包括城轨交通VOBC、ZC、地铁联锁等应用子模块，可根据配置进行挂接。例如，可在平台中挂接TCC数据配置模块，实现TCC的数据配置［10-12］。

应用子模块一般还会分为下位机数据配置、终端数据配置和硬件数据配置3个子模块［13-14］。以TCC应用子模块下位机数据配置模块为例，其数据配置流程见图6。图6中，TCC设备ID包含发车口ID、股道ID、进路ID等，TCC数据表有采集驱动表、LEU与应答器对应关系表、调车进路表等数据。TCC下位机数据配置模块需制作并生成TCC设备ID，并导入TCC数据表中，进行数据编译并生成编码文件，供数据配置使用；若编译过程中存在异常数据，会及时进行错误提示，以便重新修正错误数据并进行编码。

图6 TCC应用子模块下位机数据配置流程

2.3 信息化模块

信息化模块主要是将信号系统工程应用设计的各个环节的进度展示出来，将其划分为5个子模块：项目概览、项目信息、车站信息、项目周计划和版本记录管理。

项目概览是工程项目开发情况的总览，展示当前平台中项目的整体数量，包括在执行和已发布的项目数量；再根据项目、产品、状态、逾期等各个维度进行细化统计分析。项目信息是对项目的描述，主要有项目查询、项目编辑、项目删除、增加项目、发布项目、历史项目导入等功能。车站信息是对列控车站的描述，主要功能有车站查询、车站编辑、车站删除、增加车站、发布车站和历史车站导入等。项目周计划主要实现在任务清单里，以设备为维度填写的工程设计本周进展、下周计划，以及V&V（验证和确认）测试的本周进展、下周计划等，并且支持按照项目分类、项目名称等数据实现信息查询和展示。版本记录管理是对工程设计中的设计方案和配置数据版本记录的相关操作，主要包含版本记录查询、版本新增、版本修改、版本删除等。

2.4 数据分析模块

数据分析模块主要包括：工程应用设计数据分析和配置数据分析［15］。

工程应用设计数据分析能够根据车站应用方案中的关键字进行查询，例如：对于TCC产品，可以快速查询开通3点检查的车站，与CBI通信协议为Subset 037（欧洲无线电系统功能接口规范）的车站，通过TDCS（列车调度指挥管理系系统）下达限速命令的车站，集中区在邻站边界的车站。将部分明确的关键字列为搜索条件，可直接勾选这些条件进行数据搜索，对于未来不明确的分析搜索则提供SQL语句搜索入口供研发人员使用，便于快捷地统计数据。

配置数据的分析搜索方法与工程设计方案搜索方法相同。通过该模块，极大地减少了日常工作中的各种统计、汇报数据的工作量。

3 结论

1）铁路信号数据配置系统是一个融合铁路信号工程设计各环节及工程项目管理的数据系统，通过该系统能简化铁路信号产品整个工程设计过程，提高铁路工程应用设计进度，缩短工程化工期，同时还具备工程化项目管理的监控功能。

2）目前该系统已经具备为国铁信号产品，如列控中心、临时限速服务器、联锁、无线闭塞中心，城市轨道交通信号产品，如VOBC、ZC、联锁等，进行工程设计及数据配置的功能，并能应对新产品数据配置的扩展开发，已成功应用于内自沪、常益长等国铁信号产品的工程，以及昆明长水机场地铁信号工程中，大幅提升了铁路信号系统工程实施质量和效率，基础数据的标准化也将在未来的大数据应用领域发挥更大的优势。