地铁正线联锁表自动生成软件的研究与设计

于 磊，骆正新

（通号城市轨道交通技术有限公司，北京 100070）

1 概述

城轨联锁系统是以计算机为主要技术实现联锁控制的系统，该系统应保证行车安全，提高运输效率，改善劳动条件，并为管理、服务现代化创造条件，应能满足城市轨道交通各种站场规模和运营作业的需要。而联锁表是联锁系统的重要组成部分，是计算机联锁逻辑处理的基础和联锁测试的依据，决定车站作业安全。联锁表记录了每条进路的联锁信息，包括进路、道岔、信号机之间的联锁逻辑关系及相关轨旁设备的相关信息，内容庞杂，逻辑复杂，随站场变化而变化[1]。

传统的联锁表编制方法以人工对照信号平面布置图填写为主，工作量大，容易出错且效率低。一旦需要修改站场图，就必须重新编制和修改联锁表。通过工具软件读取配置文件自动生成联锁表的方法，人工填写配置文件内容工作量仍然繁重。如果能根据设计提供的原则实现联锁表的自动生成将会大大缩短工作时间，降低错误率，提高工作效率[2]。

2 从CAD信号平面布置图获取联锁表信息

联锁表中的联锁信息，几乎全部来自于CAD信号平面布置图。地铁正线联锁表的主体是进路，直观反映了进路与相关信号机、道岔、区段以及其他进路之间的联锁关系[3]。地铁正线联锁表内容主要包含：进路始端信号机、终端信号机、信号显示、敌对信号、进路中的道岔、进路中的区段、进路保护区段、进路接近区段、其他联锁对象（紧急停车、站台扣车、屏蔽门）等。

实现从CAD信号平面布置图中获取联锁表信息，软件需要解决以下关键问题：

1）从图中识别出信号机、轨道区段、计轴、道岔等图元；

2）进路搜索始终端信号机的确定；

3）进路搜索起始轨道区段、终止轨道区段的确定；

4）信号机、道岔、轨道区段、计轴等图元之间链接关系的确定；

5）进路搜索，经过对向道岔时多条进路搜索路径的确定；

6）进路搜索，经过轨道区段的记录；

7）进路搜索，经过道岔及道岔位置、防护道岔、带动道岔信息的记录；

8）进路敌对信号的确定、是否条件敌对的判断以及条件敌对时道岔位置条件的记录。

为了解决上述问题，软件采用ObjectARX开发一套标准化地铁设备图元库，并设计一套完善的绘图原则，从而能够实现信号平面布置图中各种设备图元的识别、属性计算以及进路搜索计算。

3 软件设计

本文软件采用ObjectARX对CAD进行二次开发，开发出一套完整的地铁设备图元库，软件以插件的形式运行于CAD平台上，能够实现地铁CAD信号平面布置图的快速绘制。ObjectARX提供了以C++为基础的面向对象的开发环境及应用程序接口，能真正快速地访问AutoCAD图形数据库[4-5]。各种地铁设备图元被设计成不同的自定义实体图块，具备了各自特有的功能和属性。

本文软件的主要模块设计如图1所示，主要分为站场图元绘制模块、图元链接关系计算模块、进路搜索计算模块、联锁数据输出模块4个部分。

图1 软件模块设计Fig.1 Design of software module

3.1 站场图元绘制模块

为了能直接从信号平面布置图中获取联锁表需要的信息，需要对信号平面布置图中的各种图元进行统一标准化处理[6]。将线路、计轴、信号机、道岔、应答器、车站、集中区分界等图元封装成不同类型的标准图块，建立标准图元库，如图2所示。打开CAD软件并加载本文绘图软件插件，便可通过CAD菜单命令打开“地铁图库”，根据绘图需要选取图库面板上提供的标准图块完成信号平面布置图的绘制。

图2 标准化地铁设备图元库Fig.2 Standard metro equipment element library

3.2 图元链接关系计算模块

软件实现联锁数据自动计算的关键是信号平面布置图中的各种设备图元之间建立起完善的链接关系，这就要求设备图元具备完善的属性信息。采用标准图元库绘制的地铁站场信号平面布置图，设计绘图人员可以人工对图中的各种设备图元设置部分属性信息。同时，软件也提供自动计算设备图元部分属性的功能。各种设备图元的属性信息如图3所示。

图3 设备图元属性信息Fig.3 Attribute information of equipment elements

采用标准图块封装的每一种设备图元，都具备完善的属性信息，通过ObjectARX便可读取信号平面布置图中的标准图块及其附带的属性信息。且每一个图块在CAD图形数据库中，都有一个唯一标识ID值。每种设备图元的属性中都存储了关联设备图元的ID值，关联设备图元的ID值为“引用”属性。通过ID值，便可打开并读取对应图元的相关设备信息。由此，不同设备图元之间，便建立起完善的链接关系。

各种设备图元链接关系如图4所示，其中道岔图元引用左子区段、右子区段和岔后反子区段3个子区段图元的ID值，计轴图元引用左子区段和右子区段图元的ID值，子区段图元（信号平面布置图中的轨道区段）则引用左实体和右实体图元的ID值（左、右实体图元即信号平面布置图中的道岔、计轴、车挡等设备图元）。

3.3 进路搜索记录模块

该模块基于不同设备图元之间建立起完善的链接关系，实现一套完整的进路搜索算法。从始端信号机开始，根据链接关系搜索进路经过的道岔和轨道区段，直到找到进路的终端信号机。在此过程中，进路的始终端信号机、经过的轨道区段、经过的道岔、道岔的位置状态等信息全部被存储到特定的进路数据结构中，为后续进一步计算各种联锁表数据提供基础。

3.4 联锁数据输出模块

当CAD信号平面中的各图元建立起完整的链接关系，便可完成图中进路的搜索，同时进路经过的信号机、道岔、轨道区段等设备都被进路数据结构存储记录。进一步发展，进路的敌对信号、接近区段、保护区段、自动触发区段等各种联锁信息都可以结合各种图元的图块信息和链接关系计算得到。计算得到的联锁信息按照进路被逐条存储到相应的联锁数据结构中，通过程序直接输出到对应的Excel联锁表中。

4 主要算法逻辑

4.1 进路搜索

联锁表数据主要由进路数据构成，实现进路搜索是完成联锁表数据自动计算的关键[7]。本文软件依据一套完整的进路搜索算法实现进路搜索，如图5所示。具体的进路搜索算法步骤如下：

图5 进路搜索算法流程Fig.5 Flow chart of route search algorithm

1）识别图中所有信号机、轨道区段、道岔、计轴、车挡、车站分界等设备图元；

2）遍历图中所有的信号机，依次以每一个信号机为进路始端信号机，开始进路搜索，此处以始端信号机朝向为右为例继续后续描述；

3）确定始端信号机内方轨道区段，作为进路路径搜索的起始轨道区段；

4）遍历图中所有信号机，确定进路当前搜索轨道区段是否为某信号机外方轨道区段，如果是，则终止搜索，此信号机为进路末端信号机，如果不是，则根据图元链接关系获取当前轨道区段右端实体类型，继续下述步骤搜索；

5）若当前轨道区段右端实体为计轴，则继续根据图元链接关系获取计轴右侧轨道区段图元；若当前轨道区段右端实体为道岔，判断此道岔为对向道岔还是顺向道岔，若为顺向道岔，则继续获取道岔右子区段（轨道区段）图元；若是对向道岔，则存储记录此对向道岔，首先获取此道岔的右子区段（轨道区段）图元，当完成一条进路的搜索之后，后续会回退到此对向道岔，重新获取此道岔的岔后反子区段（轨道区段）图元，继续搜索另外一条进路；若当前轨道区段右端实体为车挡，则未找到有效进路，进路搜索结束；

6）重复执行上述4）、5）步骤，直到满足进路搜索终止条件，确定进路终端信号机。

4.2 敌对信号

敌对信号反应了联锁表中进路之间相互约束关系，是重要的联锁数据[8]。敌对信号的计算按照如下步骤进行：

1）遍历进路搜索得到的所有进路，确定一条当前计算敌对信号的进路；

2）获取进路数据结构中存储的当前进路经过的所有轨道区段；

3）遍历当前进路之外的其他所有进路，找到与当前进路始端信号机朝向相反，且进路内轨道区段与当前进路内轨道区段存在相同轨道区段的一条进路，则此进路为当前进路的敌对进路，其始端信号机为当前进路的敌对信号机；

4）判断此敌对信号机是否为条件敌对信号机，若以此信号机为始端信号机的所有进路都与当前进路敌对，则为无条件敌对；若以此信号机为始端信号机的所有进路中存在一条进路与当前进路不是敌对关系，则此信号机为条件敌对，敌对进路中经过的对向道岔位置信息为敌对条件。

4.3 接近锁闭计算

进路接近锁闭的计算，主要包含以下步骤：1）遍历进路搜索得到的所有进路，确定一条当前计算接近锁闭的进路；

2）根据接近区段长度计算公式，计算进路接近区段长度；

3）以此进路始端信号机外方第一个轨道区段为起点，按照此进路始端信号机朝向相反方向，根据图元链接关系搜索进路可能存在的接近方案；

4）记录接近方案经过的接近区段、道岔、道岔位置以及信号机开放条件等信息。

5 总结与展望

配套工具开发属于企业数字化转型工作的一部分，利用工具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。从CAD信号平面布置图自动生成联锁表数据，能够提升设计数据自动化，极大地提高工作效率，同时保证联锁数据的可靠性、安全性，为轨道列车的安全出行提供有力保障。后续在此基础上，将CAD信号平面布置图中的联锁数据存储到服务器数据库中，并增加相应的版本记录，便能够实现联锁数据对信号平面布置图变更的追踪记录，更加便于联锁表数据的更新和管理。