客運專線ZPW-2000A區(qū)間軌道電路自動分割算法研究

張 陶 賈利生

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司， 天津 300251)

客運專線ZPW-2000A區(qū)間軌道電路自動分割算法研究

張 陶 賈利生

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司， 天津 300251)

軌道電路是利用鋼軌作為導體，用以檢查列車占用狀態(tài)并向車載設備發(fā)送相關機車信號的地面軌旁設備。當衰耗過大使得一段軌道電路無法正常工作時，則需要用兩段或兩段以上軌道電路來完成，而衰耗過大通常是因為軌道電路長度過長或線路環(huán)境等原因引起的。客運專線區(qū)間閉塞分區(qū)的長度一般情況下均大于一段ZPW-2000A軌道電路的長度，因此，在設計階段需要對其進行軌道電路分割，以保證其功能的正常完成。然而由設計者人工進行軌道電路的分割不僅效率低下且準確性難以保證。因此，借助計算機輔助軟件替代人工完成軌道電路分割設計工作是非常必要的。文章提出了一套完善的軌道電路自動分割算法，以該算法為核心，開發(fā)出了輔助軟件，并應用于工程實踐。

ZPW-2000A； 軌道電路； 閉塞分區(qū)； 分割

1 背景

在鐵路信號區(qū)間工程設計中，由行車專業(yè)向信號專業(yè)提供行車布點資料，該資料包括信號機里程、閉塞分區(qū)長度等信息。一般客專閉塞分區(qū)長度為2 000 m左右，而客專ZPW-2000A軌道電路因所處道床類型不同，其極限長度為600 m到1 400 m不等，因一段軌道電路長度小于閉塞分區(qū)長度，需要對閉塞分區(qū)進行分割，即一個閉塞分區(qū)由多段軌道電路區(qū)段組成，完成相應的列車占用、發(fā)送地面信號等功能。而目前對閉塞分區(qū)進行軌道電路區(qū)段劃分的工作均由設計者人工完成，根據(jù)橋梁專業(yè)、隧道專業(yè)、線路專業(yè)提供的橋梁表、隧道表、斷鏈信息表，以及客專ZPW-2000A軌道電路廠家提供的軌道電路工程設計長度表，對閉塞分區(qū)進行軌道電路區(qū)段劃分，該項工作需要在上述資料當中進行大量的信息比對，人工效率十分低下，設計復核周期較長，存在著很大的不可預見性。且一旦出現(xiàn)問題，就會對后續(xù)設計甚至在施工階段造成影響或是返工。因此，使用計算機對閉塞分區(qū)進行自動劃分將會極大的提高設計效率和準確性。

2 分割原則

軌道電路工程設計長度表，如表1、表2所示。

表1 區(qū)間無砟軌道電路工程設計長度表

表2 區(qū)間有砟軌道電路工程設計長度表

圖1 閉塞分區(qū)分割點自動分割算法流程圖

當同一區(qū)段由兩種及以上道床類型構成時，區(qū)段長度按不超過各道床類型最短長度設計。

3 分割算法

分別算法流程圖，如圖1所示。

通過讀取行車布點資料，構造全線閉塞分區(qū)對象，然后通過讀取橋梁表、隧道表及斷鏈表組成的土建表，將地形信息加載到已構造好的閉塞分區(qū)對象中。按照以下步驟流程執(zhí)行相關操作。

(1)若該閉塞分區(qū)是單一地形，即該閉塞分區(qū)范圍內只有路基、隧道、或者橋梁其中一種地形，則根據(jù)實際設計情況，對該閉塞分區(qū)進行等距分割，單一地形等距分割示例，如圖2所示，為一有砟路基地段閉塞分區(qū)，閉塞分區(qū)長度為1 900 m，根據(jù)分割原則進行等距分割后，每段軌道電路長度為950 m。

圖2 單一地形等距分割示例(m)

(2)若該閉塞分區(qū)不是單一地形，而是由兩種及以上地形構成的混合區(qū)段，則需要通過軌道電路的起點所處地形的軌道電路極限長度ltdLen向前延伸，判斷分割點的具體位置。

(3)ltdLen覆蓋范圍內的地形構成地形集合otherGeo，并可得到otherGeo中最短的極限長度otherLtdLen，判斷l(xiāng)tdLen與otherLtdLen的長短關系。

(4)若ltdLen小于或等于otherLtdLen，則ltdLen即為本軌道電路的長度，判斷是否分割完成。

(5)若完成分割，則判斷是否是最后一個閉塞分區(qū)，若是，則結束，若不是，則對下一個閉塞分區(qū)進行地形判斷，跳轉(1)或(2)繼續(xù)執(zhí)行。

(6)若未完成分割，則以該長度的終點作為下一軌道電路的起點，計算ltdLen并跳轉至(3)繼續(xù)執(zhí)行。

圖3 軌道電路分割示例一(m)

圖3為無砟軌道區(qū)段，DK 1+000里程處的信號機所處地形的軌道電路極限長度ltdLen為600 m，以DK 1+000為起點，600 m范圍內的地形集合otherGeo中有兩種地形類型：2 000 m以上的長大隧道和路基，則可以得到otherGeo中的最短極限長度otherLtdLen與ltdLen相等，均為600 m，則600 m即為以DK 1+000為起點的軌道電路長度。該段軌道電路分割完成后，判斷是否分割完成，已分割完成的軌道電路長度之和為600 m，小于閉塞分區(qū)長度 1 900 m，即該閉塞分區(qū)還未分割完成，則以DK 1+600為起點，按照(3)繼續(xù)下一段軌道電路的分割工作。DK 1+600處的分割點所處地形的軌道電路極限長度為 1 000 m，而 1 000 m范圍內的地形集合ohterGeo僅為無砟路基，其otherLtdLen為1 000 m，因為ltdLen等于otherLtdLen，則DK 1+600為起點的軌道電路長度為 1 000 m。已分割完成的軌道電路長度之和為 1 600 m，小于閉塞分區(qū)長度，則繼續(xù)按照(3)分割出第三段軌道電路，長度為 1 000 m。已分割完成的軌道電路長度之和為 2 600 m，大于閉塞分區(qū)長度，則說明軌道電路分割完成，但最后一段軌道電路的長度需要進行修正，為閉塞分區(qū)長度減去前面所有軌道電路長度之和，得到最后一段軌道電路的實際長度為300 m。然而300 m的軌道電路長度并不合理，所以需要通過軌道電路長度均勻算法對該閉塞分區(qū)中的軌道電路長度做進一步的優(yōu)化，使得各軌道電路的長度在不違反分割原則的前提下盡可能的均勻分配。具體實現(xiàn)方法在第4節(jié)內容中給出。

(7)若ltdLen大于otherLtdLen，則說明otherGeo集合中某個地形的軌道電路極限長度比起點的長度短，即不能使用ltdLen作為軌道電路的長度，重新使用otherLtdLen從起點向前延伸，獲取其覆蓋范圍的地形集合otherGeo_2，判斷otherGeo和otherGeo_2集合中的地形數(shù)量。

(8)若二者相等，則otherLtdLen即為本軌道電路的長度，判斷分割是否完成，若完成則跳轉至(5)，若未完成則跳轉至(6)繼續(xù)執(zhí)行。

圖4為無砟軌道區(qū)段，DK 1+000里程處的信號機所處地形的軌道電路極限長度ltdLen為 1 000 m，以該里程點位起點，1 000 m范圍內的地形集合otherGeo中有兩種地形類型：路基和 2 000 m以上的長大隧道，則可以得到otherGeo中的最短極限長度otherLtdLen為600 m，使用otherLtdLen重新從DK 1+000向前延伸，該范圍內的地形集合otherGeo_2的地形數(shù)量與otherGeo中的相等，則該軌道電路的長度為600 m。

圖4 軌道電路分割示例二(m)

(9)若二者不相等，則必然otherGeo_2中的地形數(shù)量較少，獲取otherGeo_2集合中最短的軌道電路極限長度otherLtdLen_2，判斷otherLtdLen與otherLtdLen_2的長短關系

(10)若otherLtdLen大于等于otherLtdLen_2，則otherLtdLen即為本軌道電路的長度，判斷是否分割完成，跳轉至(5)或(6)繼續(xù)執(zhí)行。

(11)若otherLtdLen_2較大，則說明otherGeo_2中相較于otherGeo減少的地形是導致otherLtdLen變短的原因，但此時不能直接使用otherLtdLen或otherLtdLen_2作為軌道電路的長度，若采用otherLtdLen_2會違背分割原則，而采用otherLtdLen又會導致多一段軌道區(qū)段，從而造成工程浪費。此時應采用優(yōu)化算法：從閉塞分區(qū)起點至otherGeo_2集合中最后一個地形，所有地形長度之和減去已分割完成的軌道電路長度之和，即為本軌道電路的長度，判斷是否分割完成，跳轉至(5)或(6)繼續(xù)執(zhí)行。

如圖5為無砟軌道區(qū)段，DK 1+000里程處所對應的ltdLen為 1 000 m，可知地形集合otherGeo包含路基和 2 000 m以上的長大隧道，則otherLtdLen為600 m，進一步得到地形集合otherGeo_2僅包含路基，而otherLtdLen_2為 1 000 m。

若采用otherLtdLen_2作為本軌道電路的長度(如圖6所示)將違反分割原則。

若采用otherLtdLen作為軌道電路的長度，進一步完成所有分割之后，相較于優(yōu)化算法分割，將會多一段軌道電路，如圖7、圖8所示。

圖5 軌道電路分割示例閉塞分區(qū)情況(m)

圖6 采用otherLtdLen_2作為第一段軌道電路的長度(m)

圖7 采用otherLtdLen作為第一段軌道電路的長度(m)

圖8 采用優(yōu)化算法的長度作為第一段軌道電路的長度(m)

4 軌道電路長度均勻算法

某一個閉塞分區(qū)分割完成后，軌道電路的長度可能并不是最合理的，尤其是最后一段軌道電路區(qū)段，因分割算法本身的原因，導致其長度可能會較短，因此，需要在不違反分割原則的基礎上，對軌道電路長度進行再優(yōu)化分配。算法流程圖，如圖9所示。

圖9 軌道電路長度均勻算法流程圖

圖3所示閉塞分區(qū)完成分割后的閉塞分區(qū)軌道電路如圖10所示。最后一段軌道電路長度為300 m，該長度明顯不合理，需要對整個閉塞分區(qū)的軌道電路長度進行均勻優(yōu)化。

圖10 軌道電路長度均勻算法優(yōu)化前分割情況(m)

從0011CG開始，平均長度aLen=1 900/3，為633 m，而0011CG的極限長度為600 m，因此將0011CG排除，否則0011CG將被重置為633 m，導致違反分割原則。重新從0011BG開始計算aLen=1 300/2，為650 m，而0011BG和0011AG的極限長度為 1 000 m， 均大于650， 則從0011BG開始，

對該兩段軌

道電路的長度進行均勻分配，長度均為650 m，而原分割點DK 2+600則移至DK 2+250，如圖11所示。從上述示例可得出，通過均勻算法，軌道電路的長度設計更加合理。

圖11 軌道電路長度均勻算法優(yōu)化后分割情況(m)

5 應用前景

本算法已在Visual Studio平臺下，使用C#語言完成了軟件開發(fā)工作，并使用哈牡客專的相關基礎數(shù)據(jù)對算法進行了應用驗證工作，最終達到了預期效果。

對于ZPW-2000系列的其他制式的軌道電路，也適用于本算法，只需按照具體制式的軌道電路的長度要求對分割原則進行相應修改即可。

[1] 北京全路通信信號研究設計院有限公司.客專ZPW-2000A軌道電路工程設計說明書[R].北京:北京全路通信信號研究設計院有限公司，2014. Beijing National Railway Research & Design Institute of Signal &Communication Co. Ltd. Engineering Design Specification of High Speed Railway ZPW-2000A Track Circuit[R]. Beijing: Beijing National Railway Research & Design Institute of Signal & Communication Co. Ltd, 2014.

[2] TB/T 3206-2008ZPW-2000軌道電路技術條件[S]. TB/T 3206-2008 The technical specification of ZPW-2000 track circuit[S].

[3] TB 10621-2014高速鐵路設計規(guī)范[S]. TB 10621-2014 Code for Design of High Speed Railway[S].

[4] TB 10007-2006鐵路信號設計規(guī)范[S]. TB 10007-2006 Code for design of railway signaling[S].

[5] Karli Watson, Jacob Vibe Hammer, Jon D Reid，et al. Beginning Visual C# 2012 Programming[M].Britain:Wrox Press,2012.

[6] 薛紅巖.ZPW-2000A型無絕緣移頻軌道電路傳輸衰耗的研究[J].鐵道通信信號，2011，47(2):43-45. XUE Hongyan. Research of Transmission Attenuation of ZPW-2000A Jointless Track Circuit[J].Railway Signalling& Communication, 2011,47(2):43-45.

[7] 劉新樂.ZPW-2000A設備自動閉塞CAD輔助設計軟件[J].鐵路通信信號工程技術，2008,5(3):41-43. LIU Xinle. CAD Assistant Design Software for Automatic Block based on ZPW-2000A[J]. Railway Signalling& Communication Engineering, 2008,5(3):41-43.

Research of Automatic Cut Algorithm for ZPW-2000A Track Circuit on Passenger Dedicated Railway

ZHANG Tao JIA Lisheng

(The Third Railway Survey and Design Institute Group Corporation, Tianjin 300251, China)

Track circuit is a ground trackside equipment using the rail as conductor to check the status of the train occupancy and sending the related the locomotive signal to the mobile unit. If the loss is too large which makes one section of track circuit cannot work normally, two or more sections of track circuits are required to finish the work, which is caused by many reasons, such as excessive long track circuit or circuit environment, etc. The length of high speed railway block section is usually much longer than that of ZPW-2000A track circuit. So, the track circuit should be cut into two or more sections in the design stage to ensure the function can be executed normally. But if the designers do the cut work manually, not only the efficiency will be low, but also the accuracy cannot be guaranteed. It’s very necessary to finish the track circuit cut work by computer assistant software which can substitute the manual method. This paper presents a thorough automatic cut algorithm for track circuit cut, by which assistant software has been developed, and been applied in some actual railway projects.

ZPW-2000A; track circuit; block section; cut

2016-02-26

張?zhí)?1986-)，男，工程師。

1674—8247(2016)03—0029—05

U284.22

A