区间信号平面图自动设计软件开发

全宏宇

(中铁第四勘察设计院集团有限公司，武汉 430063)

区间信号平面图为铁路信号自动闭塞的重要技术基础图纸，包含区间通过信号机或闭塞分区标志牌布置、轨道电路分割、应答器设置、桥隧等设计内容。目前区间信号平面图的设计主要通过手工输入轨道电路、应答器等数据，通过辅助软件生成设计图纸。为进一步提高设计效率和设计质量，很有必要进行区间信号平面图自动设计软件的开发，软件结合行车布点和桥隧信息，自动进行区间轨道电路分割和应答器布置，以满足不同等级列控系统的区间信号平面图设计要求。

1 软件需求

在铁路信号区间平面图设计过程中，根据行车布点和桥隧信息，首先对闭塞分区进行轨道电路分割，然后根据列控等级进行应答器布置，最后进行平面图绘制。区间信号平面图设计过程如图1所示。

图1 区间信号平面图设计过程Fig.1 Design process of section signal plan

轨道电路分割：根据《高速铁路设计规范》、《铁路信号设计规范》、《ZPW-2000轨道电路技术条件》[1-3]中规定的不同轨道结构类型的轨道电路工程设计最大长度，对行车布点的闭塞分区进行轨道电路分割。

应答器布置：对于采用CTCS-2级或CTCS-3级列控系统的线路，根据《列控系统应答器应用原则》[4]中规定的应答器布置原则，结合轨道电路设置情况，进行区间应答器布置。

信号平面图成图：根据《铁路信号设计规范》要求和《铁路信号工程制图标准》[5]，绘制区间信号平面图。

由于目前区间信号平面图的轨道电路分割、应答器布置主要依靠人工输入数据设计。因此区间信号平面图自动设计的核心为区间轨道电路自动分割和区间应答器自动布置。

2 软件开发

2.1 数据输入

区间信号平面图自动设计软件的输入数据包括行车布点、桥隧、分相区、车站、长短链等。软件输入数据采用Excel表格格式，如表1所示。

表1 输入数据Tab.1 Input data

另外，软件需根据工程技术标准设置区间信号机或闭塞分区标志牌、轨道电路制式、列控系统等级等参数。软件采用菜单选项进行参数设置，参数设计如表2所示。

表2 参数设置Tab.2 Parameter setting

2.2 轨道电路自动分割算法

根据输入的数据，软件进行轨道电路分割。轨道电路分割主要包含闭塞分区数据生成、获取闭塞分区范围内桥隧信息、闭塞分区轨道电路分割3个过程[6，7]。

1）根据行车数据生成闭塞分区。

2）根据闭塞分区与桥隧的相对位置关系，获取闭塞分区范围内的桥隧数据。

3）根据闭塞分区范围内的桥隧数据，判断闭塞分区的轨道结构类型。如果闭塞分区的轨道结构为单一类型（路基、桥梁、隧道），按照该类型的不同轨道结构类型的极限长度作为分割间隔进行均分；如果闭塞分区的轨道结构为混合结构，按照最小极限长度作为分割间隔进行均分。

闭塞分区轨道电路自动分割算法如图2所示。

图2 轨道电路自动分割算法Fig.2 Automatic track circuit cut-section algorithm

2.3 应答器自动布置算法

完成轨道分割后，软件根据轨道电路分割情况进行应答器布置。应答器布置算法主要包含进站应答器（JZ）、中继站应答器（ZJ）、区间应答器（Q）、反向区间应答器（FQ）、定位应答器（DW）常规应答器布置，其中区间应答器（Q）、反向区间应答器（FQ）、区间定位应答器（DW）需按CTCS-2级列控系统和CTCS-3级列控系统分别考虑。各类型应答器布置原则如下。

1）进站应答器（JZ）：在进站信号机（含反向进站信号机）外方设置JZ应答器。

2）中继站应答器（ZJ）：在距中继站信号楼位置最近的闭塞分区入口处设置中继站应答器组。

3）区间应答器（Q）：对于CTCS-2级列控系统，每间隔1个闭塞分区入口处设置Q应答器组；对于CTCS-3级列控系统，每个区间闭塞分区入口处设置Q应答器。

4）反向区间应答器（FQ）：每隔3个闭塞分区在轨道电路绝缘节入口处设置FQ应答器。

5）区间定位应答器（DW）：在进站信号机（含反向进站信号机）外方250 m处设置DW应答器；对于CTCS-2级列控系统，当丢失一个应答器组后，相邻应答器组之间的间距大于5 000 m时，在未设置区间应答器组的闭塞分区入口处应设置DW应答器；对于CTCS-3级列控系统，两个应答器组超过1 500 m时，在轨道电路绝缘节入口处增加DW应答器。

根据应答器布置原则设计的应答器自动布置算法如图3所示。

2.4 生成区间信号平面布置图

根据输入数据，结合轨道电路分割、应答器布置结果，软件自动生成区间信号平面布置图。软件成图采用基于ActiveX/ObjectDBX的CAD环境开发。

图3 应答器自动布置算法Fig.3 Automatic balise arrangement algorithm

3 软件的应用

3.1 软件应用及验证

软件采用Visual Studio平台的C#语言进行开发，数据输入采用Excel文件，输出图纸采用基于ActiveX/ObjectDBX的CAD环境[8]。目前，软件已经应用到商合杭高铁、福厦高铁等工程项目的区间信号平面图设计。软件根据行车布点、桥隧输入数据直接生成信号平面布置图，软件自动化程度达到90%以上，显著提高了设计效率和设计质量。

3.2 有待改进的项

轨道电路分割算法目前按照均分进行设计，对于个别桥隧混合地段，按照均分可能分割区段个数较多，可以进一步研究更加智能的分割算法，在满足技术标准的前提下，减少分割的轨道电路区段数量，以节省工程投资。

应答器布置算法目前仅针对常规应答器（JZ、ZJ、Q、FQ、DW）布置，暂未考虑RBC切换、列控等级转换等应答器布置。

4 总结

介绍区间信号平面图自动设计软件的开发流程，提出了轨道电路分割、应答器布置的关键算法。开发的软件已经成功应用到铁路信号工程设计中，较大提高了设计效率和设计质量。