城轨CBTC联锁表自动生成工具的研究与开发

2022-08-27胡旭

铁路通信信号工程技术 2022年8期

胡旭

（通号城市轨道交通技术有限公司，北京 100070）

1 概述

城轨CBTC系统信号设计人员以联锁设备集中站为界限，将各集中站的进路、道岔、轨道区段、敌对信号、接近区段、其他联锁对象、保护区段、自动触发等联锁关系编制成联锁表。联锁表内容一般包括CBTC联锁表、降级模式联锁表、引导信号联锁表、自动折返进路表等文件，作为后续联锁、ZC、ATP和ATS等设备软件数据配置的重要输入文件。

人工编制联锁表工作量大、容易出错、效率低，需要进行多轮人工校核，而且联锁表格式不容易统一。在工程实践过程中，尤其是使用一体化综合自动生产工具平台生成联锁、ZC、ATP和ATS等软件的配置数据，或使用自动测试工具测试相关软件时，多次发现人工编制的联锁表与相关工具软件兼容性不好的问题。因此，使用软件自动生成联锁表可以防范人工因素产生的错误或格式不统一的问题，可大大缩短编制时间，提高编制效率。

一体化绘图工具（简称工具）基于AutoCAD二次开发，可实现平面图的辅助绘制，支持后续室内图纸、室外图纸、一体化工程数据表等的自动生成，信号设计人员可使用可视化的界面调整设计数据。通过设计图纸获取工程相关数据，并输出一体化工程数据表作为后续多个工具的接口资料。联锁表自动生成软件通过读取一体化工程数据表中的站场数据建立站场数据模型，通过进路搜索计算可以生成城轨CBTC系统的联锁表。

2 联锁表自动生成软件总体架构

软件按功能划分，主要包括3大功能模块：数据表读取模块、进路数据自动搜索模块、联锁表输出模块。

数据表读取模块的功能：通过读取本联锁区及相邻联锁区的工程数据对照表获取站场数据，包括轨道区段、信号机、道岔、PSD屏蔽门、站台、车站名称简称、超限区段等。进路数据自动搜索模块的功能：使用站场数据计算本站进路、邻站进路、保护进路、接近区段数据、折返进路，并根据相关进路数据生成联锁表中的所有信息字符串。联锁表输出模块的功能：根据联锁数据格式化输出联锁区联锁表文件。

软件采用Visual Studio Code作为软件开发平台，利用Python语言实现面向对象的结构设计，通过导入一体化工程数据对照表获取基础站场数据及关键参数，工具使用站场搜索技术生成列车进路，随后生成联锁表。

3 软件主要功能模块

进路自动搜索模块根据站场数据及关键参数搜索生成进路、保护进路、接近区段3部分基本进路数据，后续分别生成降级模式联锁表、CBTC联锁表、引导进路表、自动折返进路表共4个表单。

3.1 站场数据结构分析

进路搜索的站场数据实际上类似于图的结构，由节点（轨道区段、道岔）的集合（节点包含相互之间的链接）组成。如图1所示，轨道区段是若干逻辑轨道区段的组合。无岔计轴区段与轨道区段的范围一致，对于道岔计轴区段，岔前、岔后定位，岔后反位各定义为一个轨道区段。每个轨道区段都根据左、右公里标，长度，长链、短链数据，逻辑轨道区段的长度等计算并校核，为后续搜索保护进路和接近延长区段做好准备。

图1 站场数据结构示意Fig.1 Schematic diagram of station data structure

道岔被定义为没有长度的特殊节点，只有道岔有左侧第二轨道区段链接和右侧第二轨道区段链接，每个道岔由于岔尖向左或向右，只有1个第二轨道区段链接有效，另1个为空。每个节点都有左侧链接区段和右侧链接区段，如果该轨道区段在尽头处，链接区段为空。

每1个轨道区段增加左侧信号机、右侧信号机的链接，信号机按照其位置链接到其接近轨道区段内。如图2所示，X4001信号机在其接近区段T4003的左侧，所以T4003的左侧信号机为X4001；X4003信号机在其接近区段T4003的右侧，所以T4003的右侧信号机为X4003。由此，在进路搜索时可根据搜索方向方便找到进路的始端、终端。由于部分信号机没有接近区段，信号机数据结构包含接近区段、内方区段和信号机朝向，方便后续记录搜索时检索数据。

图2 站场平面局部示例Fig.2 Local example of station plane

3.2 输入数据表读取模块

模块的主要功能为读取本联锁区及相邻联锁区的工程数据对照表获取站场数据，包括轨道区段、信号机、道岔、PSD屏蔽门、站台、车站名称简称、超限区段等。工程数据对照表中的数据已包含设备间链接关系信息，工具在读入表格时同步更新设备间相互链接的数据，如轨道区段的左、右链接轨道区段及所有其他设备所属轨道区段信息，为后续联锁进路的搜索做好准备。

模块读取本站及相邻车站的工程数据对照表，生成站场数据的数据结构，按设备类别将设备类数据存入列表中并同步建立设备类成员间的链接指针。主要包括轨道区段列表、无岔计轴区段列表、道岔计轴区段列表、道岔列表、信号机列表、长链短链列表、超限区段列表、屏蔽门列表等。该模块还负责根据道岔轨道区段的链接生成双动道岔列表、交分道岔列表，方便后续自动计算防护道岔和带动道岔信息。

3.3 联锁数据自动搜索模块

进路实际上是给列车运行时预留的路径，进路搜索是基于抽象处理后的信号平面布置图中轨道区段的数据结构，搜索给定起点的多条进路数据，每一条进路都包含起点至阻挡信号机的所有轨道区段节点。

工具使用一种改进的深度优先搜索算法搜索进路。由于相同起点的多条进路大部分路径相同，工具一次搜索以某一起点的所有进路数据。该算法适用于地铁正线中不存在变更进路的情况，搜索到的进路依次为直向进路、侧向进路1、侧向进路2等。

3.3.1 进路数据搜索

如图3所示，进路搜索函数算法如下。

图3 进路搜索函数流程Fig.3 Flow chart of route search function

1）遍历信号机列表，如果信号机非空、信号机内方区段非空，则开始搜索。

2）进路搜索前，先初始化控制表。

3）循环n次，启动单条进路搜索函数。

以进路始端信号机内方轨道区段为起点，向信号机对应方向搜索进路。如果设备节点堆栈为空，则当前节点设为始端信号机内方区段开始搜索。如果设备节点堆栈不空，则堆栈弹出一个节点作为当前节点开始搜索。

判断当前节点搜索方向是否有阻挡信号机。如果有则当前节点入栈，当前节点搜索次数加1，函数结束返回找到一条进路。否则进入循环继续搜索。

判断当前节点是否为空，为空则堆栈弹出一个节点作为当前节点。继续检查如果堆栈弹出的当前节点为空，则表明堆栈已空，搜索结束函数返回假。否则当前节点压入堆栈。按给定方向搜索，找到当前节点的下一个节点并设为当前节点。

判断当前节点是否为空，为空则跳转至循环开始处。否则判断当前节点在搜索方向是否有阻挡信号机，如有当前节点入栈，当前节点搜索次数加1，返回找到一条进路。否则跳转至循环开始处。

如果已搜索到进路，则生成一条进路数据：将设备节点堆栈中的数据作为进路数据存入该进路中，将该进路存入始端信号机节点的进路列表中，并将该进路存入进路列表中。否则函数结束返回假。

4）如果搜索到一条进路且已存入进路列表中，则继续循环查找下一条进路。

5）如果设备节点堆栈为空，没有找到进路则退出循环。

3.3.2 保护进路的自动生成

一般情况下进路最后一个区段为站台区域或停车线区域的进路设置保护区段。工具会自动根据进路终端信号机的接近区段是否有保护进路，以该区段为始端搜索保护进路。工具使用与进路搜索相同的改进深度优先搜索算法，找到所有满足最小长度要求的保护区段数据，一次可搜索出多条相同进路终端的保护进路。搜索算法与进路的搜索算法基本相同，只修改判断保护进路成功找到的条件。

3.3.3 接近区段的自动生成

接近区段为满足接近锁闭长度要求的轨道区段。CBTC联锁表及降级模式联锁表中，顺序填写该进路的接近区段。信号开放后一旦接近区段有车占用，进路立即转入接近锁闭状态，只有等列车经过后正常解锁，或使用人工解锁的方法，办理人工解锁，首先关闭信号，然后开始计时，延时结束后进路解锁。

工具使用与进路搜索相同的改进深度优先搜索算法搜索接近区段的信息。列车通过道岔侧向时需要限速运行，所以接近延长的区段全部通过道岔直向和部分通过道岔侧向时需要的长度不同。工具由进路始端信号机的接近区段向信号机反方向搜索接近区段，把满足直向路径长度大于“接近延长直向最小长度” 及侧向路径大于“接近延长侧向最小长度” 的路径一次全搜索出来。搜索算法与进路的搜索算法基本相同，只修改判断接近延长路径成功的条件。

由于列车实际运行区段的速度等级不同，实际接近延长的最小长度需根据接近延长中是否有道岔侧向及相关轨道区段的列车最高运行速度，使用牵引计算工具计算出理论最小值。工具先使用全站较大的两个长度值进行接近延长搜索，并自动生成《联锁区接近延长区段长度表》。根据《接近区段计算统计清单》使用牵引计算工具计算出每一条接近区段的计算长度值，并填入《联锁区接近延长区段长度表》中，工具自动读取《联锁区接近延长区段长度表》，并按照接近区段的计算长度校核接近延长区段的长度（按计轴区段为单位回缩），由此精确生成联锁进路的接近区段信息。工具在修订接近区段的长度后还会自动重新生成《联锁区接近延长区段长度表》，同步更新表中的数据，方便人工复核。