基于全線碼序追蹤的碼序表自動生成方法

張?zhí)礻?，?揚

在鐵路信號系統(tǒng)中，低頻信息碼傳輸序列表（簡稱“碼序表”），是驗證列控中心編碼邏輯正確性的重要依據(jù)，是整個信號系統(tǒng)設計中的重要環(huán)節(jié)［1］。碼序表的編制具有數(shù)據(jù)量大、周期短的特點，編制過程繁瑣、重復度高且易出錯。傳統(tǒng)的人工編制方式已無法滿足需求，而計算機輔助繪圖方式則提供了較好的解決辦法。針對碼序表輔助設計軟件的開發(fā)，已有學者展開了研究。例如，通過人工輸入特征數(shù)據(jù)，按特征表格進行碼序運算，將結(jié)果存入access 表格后，再將數(shù)據(jù)寫入AutoCAD 圖形文件；以區(qū)間及車站信號平面布置圖、信號點布置表作為輸入，實現(xiàn)碼序運算與圖紙的直接生成；基于列控工程數(shù)據(jù)表，對客運專線碼序表的工程設計進行研究［2-5］。

然而，現(xiàn)階段已有的碼序表自動生成輔助設計軟件大多以進路或車站為單位，無法獲取到鄰站的邊界碼序，故處理方式通常以L5～HU 碼作為鄰站默認的邊界碼序輸入。雖然這種軟件設計方法能夠確保生成的碼序表在列舉邊界區(qū)段的發(fā)碼情形時，不會出現(xiàn)缺漏，但可能存在贅余，需要對表格內(nèi)容進行逐一校核與修改。尤其當站場結(jié)構(gòu)復雜時，進路數(shù)量非常多，會導致生成的大量圖紙內(nèi)容需要調(diào)整，且由于輸入數(shù)據(jù)的局限性，難以在碼序表中體現(xiàn)車站站形及進路示意。

為進一步提高碼序表生成的準確性及豐富圖紙信息，本文以整條線路為單位提供必要的輸入數(shù)據(jù)，對線路各信號設備建立面向?qū)ο竽Ｐ?，?gòu)建全線拓撲關(guān)系［6-7］，并依序?qū)M路各軌道區(qū)段碼序進行遞推，得到精確的邊界碼序，進而實現(xiàn)全線碼序的追蹤，同時基于線路拓撲關(guān)系繪制車站簡易站形結(jié)構(gòu)及進路走行示意圖。

1 總體設計思路

在信號設計時，碼序表是以區(qū)間、車站信號平面布置圖及列控工程數(shù)據(jù)表為基礎，車站（線路所）的每張碼序表與車站進路數(shù)據(jù)表的每條列控編碼接、發(fā)車進路一一對應。每張碼序表的縱列，表示該進路對應的列車運行前方鄰站TCC邊界區(qū)段的各種碼型，以及本站不同區(qū)段的占用情況；橫列表示本站進路（含區(qū)間）范圍內(nèi)，各軌道區(qū)段的遞推碼序情況。碼序表通常為dwg 格式的AutoCAD 文件，本文采用Visual Studio 2010+ObjectARX2013+AutoCAD2013 組合開發(fā)環(huán)境實現(xiàn)軟件設計?？傮w設計方案見圖1。

圖1 總體設計方案

ObjectARX 具有高效的AutoCAD 圖形處理效率［8］，其生成的軟件需通過動態(tài)鏈接庫的方式加載到AutoCAD中，對象鏈接與嵌入技術(shù)（Object Linking and Embedding，OLE）能通過跨進程的方式實現(xiàn)AutoCAD 與Excel 進程間的數(shù)據(jù)交換，故在AutoCAD 平臺下能同時實現(xiàn)dwg、Excel 文件的讀取與生成。

基于對碼序表內(nèi)容的分析，本文以列控系統(tǒng)基礎數(shù)據(jù)表、車站信號平面布置圖（簡稱“站場圖”）及車站聯(lián)鎖表作為輸入數(shù)據(jù)。根據(jù)《列控數(shù)據(jù)管理暫行辦法》《計算機聯(lián)鎖車站聯(lián)鎖圖表編制原則》［9-10］，列控基礎數(shù)據(jù)表與聯(lián)鎖表都有其相應的編制規(guī)范，便于軟件進行信息識別與數(shù)據(jù)處理。但是站場圖通常是基于AutoCAD 中提供的基礎圖元繪制而成，圖紙數(shù)據(jù)雖易提取，但難以實現(xiàn)各信號設備類別的區(qū)分及屬性數(shù)據(jù)歸類。為此，對站場圖按自定義實體方式進行規(guī)范化繪制。自定義實體是指通過CAD 二次開發(fā)方式定制圖元對象，鐵路信號設備的屬性數(shù)據(jù)可以直接封裝在圖元中，并以函數(shù)接口形式獲取相應數(shù)據(jù)［11］。

2 構(gòu)建全線拓撲關(guān)系

全線碼序追蹤的前提是建立線路的拓撲關(guān)系，按順序根據(jù)線路經(jīng)行的軌道區(qū)段逐一遞推得到其碼序信息。在生成碼序表時，以各車站進路為單位，需在線路拓撲結(jié)構(gòu)基礎上進行通過進路搜索及閉塞分區(qū)的劃分。

2.1 建立拓撲關(guān)系

基于面向?qū)ο笏枷氲姆庋b特性，將對應信號設備抽象成對象時，可實現(xiàn)文件讀取過程中離散數(shù)據(jù)的整合。根據(jù)站場圖生成站內(nèi)信號設備對象，每個對象有其唯一的ID 信息，然后基于圖紙中各對象的坐標數(shù)據(jù)，可構(gòu)建站內(nèi)拓撲關(guān)系，并以ID 信息進行表示。列控基礎數(shù)據(jù)表中的信號點布置表，包含了線路正線上的信號點布置信息，可據(jù)此生成區(qū)間中各信號設備對象，并按里程信息直接建立區(qū)間內(nèi)的拓撲關(guān)系。

由于輸入的線路數(shù)據(jù)分別來自于站場圖與信號點布置表，兩者文件格式不同，導致獲取到的車站數(shù)據(jù)與區(qū)間數(shù)據(jù)間的關(guān)聯(lián)性被割裂，需對區(qū)間與站內(nèi)的拓撲關(guān)系另做處理。在讀取信號點布置表時，根據(jù)表中的“進站”與“出站口”標識，可定位到車站正線上的正/反向進站信號機外方的相鄰區(qū)間區(qū)段，并對其設置相應的屬性標識：將下行線正向進站信號機外方的區(qū)間區(qū)段設置為三接近區(qū)段（3JJG），下行線反向進站信號機外方的區(qū)間區(qū)段，設置為一離去區(qū)段（1LQG），上行線同理。以站內(nèi)4 個進站信號機處的絕緣節(jié)為節(jié)點，根據(jù)線路的上、下行與區(qū)間區(qū)段屬性搜索區(qū)段對象，確定絕緣節(jié)左右連接的具體區(qū)段，從而完成區(qū)間與車站拓撲關(guān)系的重新連接，形成全線的拓撲結(jié)構(gòu)。

2.2 閉塞分區(qū)劃分

一個閉塞分區(qū)可能包含多個軌道區(qū)段，區(qū)間軌道區(qū)段根據(jù)其所屬防護信號機是否相同，判斷是否屬于同一閉塞分區(qū)；站內(nèi)軌道區(qū)段根據(jù)其所屬咽喉是否為股道，判斷是否屬于同一閉塞分區(qū)。以車站下行正向運行的進路為例，發(fā)車進路由上行咽喉區(qū)段組成，接車進路由下行咽喉區(qū)段與股道組成，因此，進路中X1LQG 與屬于上行咽喉的站內(nèi)區(qū)段為同一閉塞分區(qū)，股道與屬于下行咽喉的站內(nèi)區(qū)段為同一閉塞分區(qū)，其閉塞分區(qū)劃分示意見圖2。對于反向運行時閉塞分區(qū)的劃分，還需考慮離去區(qū)段發(fā)碼分區(qū)是否合并。

圖2 3JJG與1LQG及閉塞分區(qū)劃分示意

2.3 通過進路搜索

每條通過進路對應一張碼序表，表中需體現(xiàn)進路中每一軌道區(qū)段的發(fā)碼信息。對于結(jié)構(gòu)較為簡單、站內(nèi)不存在進路信號機的車站，可直接以接車進路與發(fā)車進路組合的方式得到通過進路；對于存在進路信號機的車站，則無法采用上述方法。為適應不同站場結(jié)構(gòu)，本文設計了一種基于聯(lián)鎖表的通過進路遞歸搜索算法。

通過遍歷聯(lián)鎖表中的列車進路，首先確定組合通過進路的首條列車進路，其必須滿足的條件為：始端信號機類型為進站信號機；后續(xù)接續(xù)進路的始端信號機與上一條進路的終端信號機相同。按此條件不斷查找接續(xù)進路并添加滿足條件的進路信息，直到找到的接續(xù)進路終端信號機類型為進站信號機，說明查找到的所有列車進路已經(jīng)組合成一條完整的通過進路。通過進路搜索流程見圖3。

圖3 通過進路搜索流程

結(jié)合全線拓撲關(guān)系，獲取通過進路始、終端信號機外方連接的區(qū)間軌道區(qū)段信息，由此得到列車在本站集中區(qū)范圍（兩端TCC 邊界）內(nèi)通過進路的完整運行路徑，包括進路運行方向、直彎進出股道、信號機、軌道區(qū)段、道岔等信息，可直接供碼序遞推過程使用。

3 碼序追蹤及圖紙生成

3.1 全線碼序追蹤

車站的邊界碼是相鄰站間進行碼序追蹤與遞推的基本依據(jù)。由于碼序追蹤具有方向性，碼序信息的遞推過程需根據(jù)車站信息表，對全線車站進行順序或逆序遍歷，得到每一車站相同運行方向進路的碼序，此處約定下行正向與上行反向的列車運行進路方向相同。因線路兩端車站的邊界區(qū)段碼序情形未知，需通過人工輸入。

考慮列車下行正向運行方向，設列車經(jīng)行的首個車站為始發(fā)站，最后一個車站為終到站。對于最高碼序為L5 碼的線路，參考碼序表編制的相關(guān)規(guī)則［12-14］，全線中所有下行正向與上行反向的進路碼序追蹤運算示意見圖4，詳細步驟如下。

圖4 全線碼序追蹤運算示意

Step 1按全線碼序追蹤思想，每一車站必須先獲取其前方鄰站邊界區(qū)段的所有邊界碼，才能遞推本站的碼序內(nèi)容，并得到本站邊界區(qū)段的邊界碼，以供后方鄰站追蹤使用，故需先對終到站所有下行正向與上行反向進路的碼序進行遞推。終到站的前方線路數(shù)據(jù)不存在，故其參考的邊界碼序由人工輸入。

Step 2對終到站所有滿足運行方向要求的進路，依序遍歷其中所有的軌道區(qū)段，按占用-HB/HU-U-LU-L-L2-L3-L4-L5或占用-HB/HUUU/UUS-U2/U2S-LU-L-L2-L3-L4-L5 的碼序順序，依次對進路中所屬閉塞分區(qū)不同的軌道區(qū)段遞推得到其碼序。

Step 3若車站進路中存在過彎（側(cè)線進路）的情形，則軌道區(qū)段可能需降級或升級發(fā)送UU/UUS 碼，此時需基于UU/UUS 碼順序遞推其相鄰軌道區(qū)段的碼序。

Step 4若進路為反向運行，列車按自動站間閉塞制式行車，此時區(qū)間有車占用與空閑時的發(fā)碼規(guī)則不同。區(qū)間空閑時，碼序追蹤方式與正向運行相同；區(qū)間被占用時，出站信號機關(guān)閉，股道及對應咽喉區(qū)段發(fā)HU 碼。此時需結(jié)合本站與鄰站間的閉塞分區(qū)個數(shù)及鄰站邊界區(qū)段的追蹤碼序，分別確定區(qū)間空閑與占用時可能的發(fā)碼情形，據(jù)此遞推得到本進路各軌道區(qū)段碼序。

Step 5每條進路經(jīng)過的首個軌道區(qū)段為本站左側(cè)TCC 內(nèi)方的邊界區(qū)段，根據(jù)其所屬上、下行線路，分別存儲對應邊界區(qū)段的所有邊界碼，供鄰站追蹤使用。

Step 6以終到站為起點，對線路上所有車站逆序遍歷，重復Step 2～Step 5，則可計算得到全線所有下行正向與上行反向運行的軌道區(qū)段碼序。

Step 7根據(jù)Step 1～Step 6 的步驟，同理可計算得到全線車站所有下行反向與上行正向運行的進路碼序，由此完成全線碼序信息的追蹤與遞推。

反向運行的進路碼序遞推過程：獲取前方鄰站邊界區(qū)段的邊界碼，根據(jù)線路拓撲關(guān)系計算本站與前方鄰站間的閉塞分區(qū)個數(shù)n，當n≥8 時，區(qū)間空閑時的邊界碼序只可能為L5 碼；當n=7時，區(qū)間空閑時的邊界碼序只可能為L5 和L4碼，依此類推。根據(jù)n值，確定區(qū)間空閑時進路邊界區(qū)段最低能夠達到的碼序值，則所有的鄰站邊界碼序中，大于等于該碼序值的邊界碼，均按區(qū)間空閑時的發(fā)碼規(guī)則進行遞推；其余小于該碼序值的邊界碼，均按區(qū)間占用時的發(fā)碼規(guī)則遞推進路碼序信息。

3.2 圖紙生成

按照進路的運行方向分別生成對應格式的碼序表，將每條進路碼序依序填入表格中，并對每行發(fā)碼情形進行說明，具體內(nèi)容填入說明欄中。在表格左上角添加進路走行信息，其格式為：接車進路始端信號機名稱→進路信號機名稱→發(fā)車進路始端信號機名稱→發(fā)車進路終端信號機名稱。若存在變通進路，則在走行信息中額外添加“變通”標注。

根據(jù)全線拓撲結(jié)構(gòu)，按區(qū)間（中繼站）或車站TCC 邊界范圍，分別在圖紙中繪制對應的區(qū)間或車站站形。通過線路拓撲關(guān)系查找到本站TCC邊界范圍內(nèi)所有的軌道區(qū)段、信號機、絕緣節(jié)等對象信息，確定首個繪制的軌道區(qū)段及繪制基點，按照拓撲邏輯關(guān)系依序繪制其余信號設備對象的圖元示意，最終將結(jié)果保存并輸出為dwg 格式的文件。

4 實際應用

軟件通過一次性讀取所有輸入文件，對線路制式、最高碼序等屬性進行設置，選擇性生成全線或部分車站的碼序表。由于碼序表中的發(fā)碼信息存在一定的重復性，為精簡碼序表內(nèi)容，做以下處理：若一個閉塞分區(qū)中存在多個軌道區(qū)段，在列舉該閉塞分區(qū)中軌道區(qū)段占用的發(fā)碼情形時，只考慮列車經(jīng)行該閉塞分區(qū)的末尾軌道區(qū)段；車站站內(nèi)不逐一列舉各道岔區(qū)段或股道占用的發(fā)碼情形，只列舉出站/進路、進站信號機關(guān)閉（HU）與開放引導（HB）時的發(fā)碼情形；若本站TCC 邊界外方恰好為鄰站的進站信號機，則本站邊界區(qū)段的碼序信息，需結(jié)合鄰站站內(nèi)軌道區(qū)段的碼序及鄰站進站信號機的信號顯示具體分析。例如，當鄰站信號機開放側(cè)向進路時，TCC 邊界處鄰站的站內(nèi)軌道區(qū)段可能存在多個發(fā)碼情形，但此時只列舉與進站信號機開放側(cè)線進路的信號顯示對應的發(fā)碼情形。

該軟件已在京津城際線（北京南城際場-天津城際場）碼序表工程圖紙設計中通過測試，并擬投入大秦線（大同-秦皇島）碼序表圖紙設計中使用。京津線亦莊站的某條進路對應的碼序表生成實例見圖5。

圖5 京津線亦莊站碼序表生成實例

5 結(jié)束語

本文以自定義實體的方式將規(guī)范化的站場圖、列控基礎數(shù)據(jù)表及聯(lián)鎖表作為輸入，通過構(gòu)建線路拓撲關(guān)系，實現(xiàn)了全線碼序的追蹤計算。該方式能夠準確計算車站邊界碼序，并繪制簡易站形及進路走行示意，進一步提高了碼序表的編制效率及準確率。