基于UML的铁路信号图纸校核系统研究

黄程辉，周 荣，宿世明，苏 琛，吴阿龙

（1.中国铁路广州局集团有限公司，广州 510699；2.广西沿海铁路股份有限公司钦州电务段，广西钦州 535000；3.甘肃省轨道交通信号与控制评测行业技术中心，兰州 730070；4.兰州安信铁路科技有限公司，兰州 730070）

铁路信号系统承担保障列车安全平稳运行、提高运输效率的重要功能，一旦现场发生电路故障，工作人员需要对照设计的纸质版图纸进行仔细核查。在信号设备安装施工时，相关人员也需要对照图纸进行施工。因此，实现铁路信号图纸的智能化、信息化、校核管理具有很大的必要性。

针对信号图纸的信息化管理，国内外相关学者已经有了一定程度的研究。张亚琼等人研究了BIM 技术在铁路信号工程中的运用；胡卫岩等人通过大数据分析技术设计了铁路信号设备全生命周期评价系统；刘智平等人通过BIM 技术设计了电务施工软件，研究了信号设计工程运维一体化的实施方案；陈美玲等学者研究了铁路信号设备的智能化管理，探讨了关键设备的全生命周期履历的数字化管理方案；解亚龙等学者研究了二维图纸的自动分析识别技术，探索数字化应用场景；周献中等学者基于UML 技术研究了铁路输送辅助决策软件系统，提高了现场运输效率；王婧等学者则通过UML 研究信号系统的安全标准论证方法。以上研究均侧重于图纸管理和自动化生成，并未对图纸原理校核进行过多的研究。目前该领域主要存在以下问题。

1）在信号图纸设计阶段，往往需要经过设计、校核、复审等环节，这些环节由不同的人独立完成，不同车站及不同信号设备的图纸也有可能是不同的人完成的。这些人工完成的图纸可能会添加经验色彩，缺乏验证，准确性与高效性难以保证。同时图纸绘图与对接的工作量庞大，加大工作人员的劳动强度。

2）在图纸使用过程中，可能会存在施工或维修人员修改图纸的情况，而且改变的内容如果不能及时更新，可能会造成二次数据错误，耽误施工进度。

3）在竣工验收时，电务人员需要安排专人负责室内外配线逐一校核，现场核对的工作量较大，并且对于一些混线或逻辑配线错误，需要根据厂家的电路原理图才能判别。目前靠“数线头”的方式无法完整地校核所有的配线图纸是否准确，为后期的列车运行留下一定的隐患。

1 图纸校核系统介绍

1.1 系统整体框架

铁路信号图纸校核系统（简称图纸校核系统）主要包含图纸数据读取、信号设备原理图数据模型、图纸配线数据智能校验逻辑模块、图纸校核记录查询和报告等4 部分。该校核系统将CAD 版本的图纸配线数据进行读取，按照接口柜配线图、组合内部配线图、组合侧面配线图、分线盘配线图、综合柜配线图和移频柜配线图等不同类型进行数据分类存储。通过将图纸配线数据与信号电路原理图数据模型进行智能分析和校核，对于缺线、混线等不同场景下的配线数据进行提醒和标记，并且生成图纸配线校核报告。系统整体框架如图1 所示。

图1 系统整体结构Fig.1 Overall system structure

1.2 系统核心功能

1）图纸数据读取

根据信号机、道岔、组合架等设备的不同特点，设计出信号室内设备和室外信号设备图纸识别方案，研究识别方案需求的具体技术及算法，并进行软件实现与测试优化，实现信号室内外CAD 图纸设计信息的识别功能。

2）信号设备原理图数据模型

按照不同型号设备的类型，将信号设备的电路原理图数据进行数字化转换，建立信号设备原理图数据模型库，包含各个型号的进站信号机电路、出站信号机电路、调车信号机电路、道岔启动电路、道岔控制电路、计算机接口电路的数据化模型。按照电路数据模型可以实现电路原理图不同元器件的连接关系和位置信息，为图纸校核提供核对的数据依据。

3）图纸配线数据智能校验逻辑模块

依据信号设备原理图数据模型、铁路图纸设计规范，按照车站的信号设备的不同类型，进行图纸配线的校核。图纸校核的范围分为以下阶段：

a.电气特性的静态校核：如断头线、I/O 表和图纸的核对、继电器只有励磁没有接点连线或者只有接点连线没有励磁等；

b.标准电路图的静态校核：根据组合属性与标准电路图进行自动比对，自动提示不一致的地方（如电路多出了支路、与联锁表中关联的接点条件不一致等）；

c.非标电路的静态校核：如果是常用并可定型的非标电路，可纳入自定义库进行校核；如果是特殊电路，可纳入本站的图纸库进行逻辑编辑后进行校核。

4）图纸校核记录查询和报告

系统提供详细的图纸校核记录，对于配线数据与原理图数据不一致的内容，提供详细的原理图节点信息，为电务人员修改提供数据和理论的依据。系统在测试完成后提供详细的测试报告，包含图纸版本、校核的依据和图纸的校核详细结果，并且将测试结果存档至服务器中，供电务人员预览和下载。

2 关键技术

2.1 UML建模技术

统一建模语言（Unified Modeling Language，UML）技术是一个支持模型化和软件系统开发的图形化语言，为软件开发的所有阶段提供模型化和可视化支持，包括由需求分析到规格，到构造和配置。采用UML 来实现铁路信号图纸校核系统的建模，主要包括计算机联锁图纸、区间图纸、列控数据等3 大类，这样就构成了完整的铁路信号图纸校核系统模型结构。

2.2 图纸校核技术

1）信号图纸设计信息数字化关键技术

采用数据挖掘、数据衍生等技术，对识别得到的信号图纸初始数据进行分析处理，然后建立各种类型数据间的关系，将分析处理后的数据及数据关系储存在数据库中，最终实现图纸设计信息的数字化。

2）铁路信号图纸准确性验证关键技术

针对不同信号设备的验证内容，结合计算机仿真测试理念，在图纸校核系统中加入准确性验证模块，结合铁路信号设备原理图和验证理论体系，实现了铁路信号图纸准确性的验证。

3）信号图纸仿真验证测试案例库构建关键技术

根据铁路信号各系统接口要求，定义不同信号设备测试案例的结构。参照铁路信号行业相关设计规范，构建各系统、各设备、各个场景下的简单测试案例库。

4）信号图纸仿真验证动态展示关键技术

根据车站联锁、列控、区间、电码化等不同特征，实现仿真验证展示界面与车站信号设备数字化动态仿真模块在仿真验证过程中的实时信息交互，实现仿真验证过程的动态展示。

5）仿真验证报告自动生成关键技术

实现图纸校核测试全过程的管理及记录，并将测试结果的准确性进行对比研判，最终自动生成整套图纸的仿真验证报告，供工作人员浏览下载。

3 图纸校核系统设计与实现

系统可以实现计算机联锁图纸联锁表、配线表、电码化图纸校核，也可以实现区间图纸排列表、配线表等图纸的审核测试，同时也能对列控数据中进路信息、信号数据表等数据进行测试。具体测试范围如图2 所示。

图2 校核测试范围Fig.2 Check test scope

3.1 图纸校核系统功能验证设计

通过图纸数据服务平台的车站数据，建立车站的数据模型，包含联锁、室内机械室、室外设备和列控系统等。每一种类型图纸的校核测试流程都有所不同，针对配线图的校核流程如图3 所示。

图3 配线图校核流程Fig.3 Distribution diagram check flow chart

3.2 图纸校核系统功能验证实现

完成图纸校核系统功能验证流程设计后，在图纸校核平台上进行功能的验证。分别以联锁表校核功能和配线图校核功能为例进行验证。联锁表功能验证界面如图4 所示。通过可视化界面显示既有联锁表和参考进路信息，并将二者的对比信息显示在联锁表功能验证界面的下侧。

图4 联锁表校核功能验证界面Fig.4 Interlocking table check function verification interface

配线图校核系统的功能验证界面如图5 所示。从验证界面可以看出，验证界面能够详细记录道岔、信号机、轨道电路等铁路信号设备的试验报告信息，并综合分析给出可能的故障类型，为铁路信号设备故障处理提供一定的参考和帮助。

图5 配线图校核功能验证界面Fig.5 Distribution diagram check function verification interface

4 图纸校核系统应用

在实际工程项目中，根据各个铁路车站和区间的信号图纸，利用UML 技术为现场施工提供一套独立的设计图纸校核系统，用于设计图纸信息的展示、测试、校核和验证。如有问题能够及时提醒，可有效提升电务系统人员的工作效率，具体效果如下。

1）降低或避免因设计图纸错误导致现场故障或行车事故发生，保障生命财产安全。

2）减少图纸校核工作量。通过本校核系统，可以缩短审核时间，减轻人员的工作强度，降低铁路信号系统设计图纸生产过程中的人力成本。

3）提供辅助审查工具。基于设计图纸的工作原理、业务流程，通过计算机仿真技术和逆向测试技术，搭建数字化平台，使用数字手段代替人工审核进行图纸信息的测试、审查、校核和管理，将设计图纸审核与监管集于一体，辅助设计人员和施工人员快速实现了图纸校核，避免出现遗漏、错误、不合理等情况，提高现场工作效率。

4）形成可供电务段或厂家在联锁仿真实验阶段使用信号图纸校核产品，实现全套信号系统在正式实施前的室内仿真试验可提前发现问题。

5 结束语

随着计算机技术的不断发展，铁路信号设备图纸的管理和铁路信号工程的施工管理也应该打破原有的观念，勇于创新，充分发挥互联网的优势，不断推进铁路信号系统的信息化发展，提高铁路信号图纸的管理效率和施工管理质量。本文设计的铁路信号图纸校核系统实现了铁路信号设备的数字化和智能化管理，能实现站场平面布置图、信号电缆图、联锁表、配线图等图纸的集中存储、数据共享、动态管理、在线校核等功能，缩短图纸审核时间，提高审图效率。通过本图纸校核系统在铁路建设生产中的实际应用，将为铁路数字化的发展提供借鉴作用。