聯(lián)鎖表自動(dòng)生成軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

陳灝捷，楊 揚(yáng)

（西南交通大學(xué) 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，成都 611756）

隨著我國鐵路的快速發(fā)展，鐵路信號領(lǐng)域的設(shè)計(jì)工作量也在快速增長，車站數(shù)量增多，出圖量增大，為此，迫切需要能夠代替復(fù)雜的人工設(shè)計(jì)、減少設(shè)計(jì)人員的工作量、降低人為產(chǎn)生的誤差、提高設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件。

聯(lián)鎖表是體現(xiàn)車站信號設(shè)備之間聯(lián)鎖關(guān)系的重要圖紙，根據(jù)其說明的進(jìn)路、道岔、信號機(jī)間的聯(lián)鎖內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)車站聯(lián)鎖關(guān)系的檢查[1]。聯(lián)鎖表不僅能確保行車安全，還能提高運(yùn)行效率，是信號工程設(shè)計(jì)中不可或缺的部分。運(yùn)用傳統(tǒng)方法編制聯(lián)鎖表，設(shè)計(jì)人員需要消耗大量時(shí)間進(jìn)行制圖和校驗(yàn)，效率低，也無法保證圖紙的準(zhǔn)確性。因此，實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖表的自動(dòng)生成具有重要意義。

本文設(shè)計(jì)聯(lián)鎖表自動(dòng)生成軟件，介紹其設(shè)計(jì)流程及實(shí)現(xiàn)方法。

1 聯(lián)鎖表自動(dòng)生成軟件結(jié)構(gòu)

1.1 軟件外部交互結(jié)構(gòu)

聯(lián)鎖表自動(dòng)生成軟件以AutoCAD 軟件繪制的車站信號設(shè)備平面布置圖（簡稱：站場平面圖）作為數(shù)據(jù)輸入，經(jīng)過邏輯運(yùn)算，調(diào)用AutoCAD 軟件，生成CAD 格式的聯(lián)鎖表。本軟件與AutoCAD 軟件的關(guān)系如圖1 所示。

圖1 聯(lián)鎖表自動(dòng)生成軟件與AutoCAD 軟件關(guān)系

1.2 軟件總體結(jié)構(gòu)

聯(lián)鎖表自動(dòng)生成軟件可分為4 個(gè)部分：

（1）信號設(shè)備圖元設(shè)計(jì)程序；

（2）站場平面圖重繪程序；

（3）站場形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)建立和進(jìn)路搜索程序；

（4）CAD 格式的聯(lián)鎖表輸出程序。其中，數(shù)據(jù)平面圖是對站場平面圖的重繪，在數(shù)據(jù)平面圖中，可對站場的數(shù)據(jù)進(jìn)行人工校驗(yàn)及操作。軟件總體結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

采用Microsoft Visual Studio 2012 作為軟件開發(fā)平臺(tái)，利用Visual C++編程語言實(shí)現(xiàn)面向?qū)ο蠼Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。軟件對導(dǎo)入的符合信號設(shè)備圖元設(shè)計(jì)規(guī)則的站場平面圖[2]進(jìn)行重繪，生成數(shù)據(jù)平面圖，通過站場形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)建立、搜索進(jìn)路并保存進(jìn)路數(shù)據(jù)等，輸出CAD 格式的聯(lián)鎖表。

2 軟件設(shè)計(jì)

2.1 站場平面圖重繪流程

2.1.1 信號設(shè)備圖元設(shè)計(jì)

圖元數(shù)據(jù)模型描述圖元數(shù)據(jù)的存取結(jié)構(gòu)和圖元數(shù)據(jù)的完備性[3]。聯(lián)鎖表自動(dòng)生成軟件在內(nèi)存中分配和存儲(chǔ)信號機(jī)、道岔、軌道區(qū)段等信號設(shè)備的圖元數(shù)據(jù)模型中包含的所有信息，包括信號設(shè)備的特征和屬性等。建立各類信號設(shè)備圖元數(shù)據(jù)模型對應(yīng)的數(shù)據(jù)存放區(qū)域，圖元數(shù)據(jù)模型的創(chuàng)建和信息的存取都在各自的區(qū)域中操作，當(dāng)聯(lián)鎖系統(tǒng)正確完成對信號設(shè)備的圖元數(shù)據(jù)模型處理后，將信號設(shè)備的完整數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到聯(lián)鎖系統(tǒng)為其分配的數(shù)據(jù)存放區(qū)域。

2.1.2 站場平面圖重繪

本文中設(shè)置的圖形算法處理規(guī)則：根據(jù)站場平面圖中信號機(jī)、道岔等信號設(shè)備的坐標(biāo)及屬性布置數(shù)據(jù)平面圖的圖元，讀取站場平面圖中絕緣節(jié)的坐標(biāo)及類型，與道岔坐標(biāo)進(jìn)行匹配，即搜索道岔所在進(jìn)路上距離最近的信號設(shè)備，若最近信號設(shè)備為絕緣節(jié)，則將數(shù)據(jù)平面圖中道岔分支移動(dòng)到該位置，并根據(jù)站場平面圖中獲取的絕緣節(jié)屬性設(shè)置絕緣節(jié)類型，若最近信號設(shè)備為道岔，則移動(dòng)到兩道岔分支的中間位置，絕緣節(jié)類型為無絕緣節(jié)，其流程如圖3 所示。同理，搜索進(jìn)路上距離絕緣節(jié)位置最近的信號設(shè)備，若為絕緣節(jié)，則判斷為軌道區(qū)段，布置軌道區(qū)段，并將軌道區(qū)段兩端絕緣節(jié)移動(dòng)到相應(yīng)位置，根據(jù)站場平面圖中無岔區(qū)段名稱的文本坐標(biāo)數(shù)據(jù)，與軌道區(qū)段進(jìn)行匹配，完成站場圖的重繪。

站場平面圖中需要讀取的數(shù)據(jù)包括信號機(jī)、道岔、絕緣節(jié)、脫軌器、預(yù)告信號機(jī)及相關(guān)連接直線等。其中，信號機(jī)分為發(fā)車型信號機(jī)、接車型信號機(jī)、進(jìn)路型信號機(jī)及具有特殊功能的信號機(jī)；絕緣節(jié)包括普通絕緣節(jié)、超限絕緣節(jié)、端頭絕緣節(jié)。采用繪圖交換格式（DXF，Drawing Exchang Format）讀取方法，在AutoCAD 軟件與聯(lián)鎖表自動(dòng)生成軟件之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換[4-5]，其處理流程如圖4 所示。

圖3 道岔圖形算法處理流程

圖4 站場平面圖重繪流程

信號設(shè)備參數(shù)包括設(shè)備的名稱、類型、位置等。圖形算法處理部分主要實(shí)現(xiàn)道岔區(qū)段及無岔區(qū)段絕緣節(jié)的連接，無岔區(qū)段命名的匹配，發(fā)車口、脫軌器等站場平面圖數(shù)據(jù)的匹配。人工校驗(yàn)操作分為自動(dòng)實(shí)現(xiàn)和人工實(shí)現(xiàn)2 個(gè)部分：（1）通過軟件自動(dòng)完成數(shù)據(jù)平面圖中所有信號設(shè)備咽喉區(qū)編號的設(shè)置；（2）發(fā)車方向名稱與進(jìn)站信號機(jī)的匹配、股道接發(fā)車方向的判斷、脫軌器屬性的設(shè)置等，可通過人工對其準(zhǔn)確性進(jìn)行校驗(yàn)及修改，接車制式和發(fā)車制式缺省值如表1 所示。數(shù)據(jù)平面圖站場屬性和基本變通進(jìn)路等無法從站場平面圖直接得到的屬性通過人工進(jìn)行設(shè)置。

2.2 站場形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)建立和進(jìn)路搜索流程

數(shù)據(jù)平面圖中信號設(shè)備的圖元數(shù)據(jù)模型包含了各個(gè)信號設(shè)備的屬性和前后連接關(guān)系。對于道岔而言，需設(shè)置道岔前支標(biāo)記（pFC）、道岔定位標(biāo)記（pNC）、道岔反位標(biāo)記（pRC）；對于軌道區(qū)段和信號機(jī)而言，需設(shè)置指向前一個(gè)信號設(shè)備的標(biāo)記（pZC）和指向后一個(gè)信號設(shè)備的標(biāo)記（pMC）。信號設(shè)備圖元標(biāo)記示意如圖5 所示。

表1 接車制式和發(fā)車制式缺省值

圖5 信號設(shè)備圖元標(biāo)記示意

每個(gè)信號設(shè)備的圖元數(shù)據(jù)模型按照站場平面圖的形式連接，將站場平面圖中每個(gè)信號設(shè)備的圖元數(shù)據(jù)模型看成單個(gè)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)通過指針把站場平面圖中的所有信號設(shè)備連接起來，形成由頂點(diǎn)和邊構(gòu)成的集合，建立站場形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

信號機(jī)模塊在站場平面圖中所處的位置坐標(biāo)不同，可以分為上行咽喉區(qū)信號機(jī)和下行咽喉區(qū)信號機(jī)，列車信號機(jī)類型可分為接車、發(fā)車和進(jìn)路類型，調(diào)車信號機(jī)分為單置、并置、差置和盡頭類型。有的始終端信號機(jī)可以構(gòu)成合法進(jìn)路，同時(shí)也有小部分終端信號機(jī)不能構(gòu)成合法進(jìn)路。為了能生成完整的聯(lián)鎖表，須對所有可能構(gòu)成合法進(jìn)路的始終端信號機(jī)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行遍歷[6]。廣度優(yōu)先搜索算法能夠遍歷圖中的所有節(jié)點(diǎn)從而找尋結(jié)果，因此本設(shè)計(jì)運(yùn)用該算法實(shí)現(xiàn)進(jìn)路搜索。

建立站場形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和進(jìn)路搜索流程描述如下：

（1）依據(jù)人工編制聯(lián)鎖表的習(xí)慣，依次選取站場平面圖中信號機(jī)節(jié)點(diǎn)作為進(jìn)路搜索的始端；

（2）對其它的信號機(jī)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行遍歷，找出能與該始端信號機(jī)節(jié)點(diǎn)構(gòu)成合法進(jìn)路的終端信號機(jī)節(jié)點(diǎn)；

（3）對該始終端信號機(jī)節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的進(jìn)路展開搜索，如果該進(jìn)路合法則將進(jìn)路上所有相關(guān)信號設(shè)備節(jié)點(diǎn)（包括信號機(jī)節(jié)點(diǎn)、道岔節(jié)點(diǎn)、軌道區(qū)段節(jié)點(diǎn)、絕緣節(jié)節(jié)點(diǎn)等）的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)起來；

（4）繼續(xù)搜索以當(dāng)前信號機(jī)節(jié)點(diǎn)作為始端的進(jìn)路，如果沒有找到其它的合法進(jìn)路，則停止搜索，返回第（1）步，選擇站場的下個(gè)信號機(jī)節(jié)點(diǎn)作為進(jìn)路的始端進(jìn)行進(jìn)路搜索，完成該始端信號機(jī)節(jié)點(diǎn)的進(jìn)路搜索；

（5）當(dāng)站場平面圖中所有的信號機(jī)節(jié)點(diǎn)都作為進(jìn)路始端完成進(jìn)路搜索時(shí)，把存儲(chǔ)的進(jìn)路數(shù)據(jù)讀取出來，依次填寫在表中，生成整個(gè)站場的聯(lián)鎖表。

建立站場形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和進(jìn)路搜索流程，如圖6所示。

在進(jìn)路搜索過程中，相對于調(diào)車進(jìn)路，列車進(jìn)路條件更加復(fù)雜，比如，判斷始端信號機(jī)是否有6‰坡道標(biāo)記且進(jìn)路終端信號機(jī)外方是股道，以此作為延續(xù)進(jìn)路的判斷條件，進(jìn)入延續(xù)進(jìn)路搜索過程。在列車進(jìn)路搜索過程中，若前方還有同性質(zhì)的進(jìn)路可排列，考慮組合列車進(jìn)路，將進(jìn)路數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，在后續(xù)進(jìn)路搜索完成后，結(jié)合當(dāng)前進(jìn)路和存儲(chǔ)的上一段進(jìn)路信息，構(gòu)成組合列車進(jìn)路，記錄組合列車進(jìn)路數(shù)據(jù)。

2.3 特殊聯(lián)鎖處理流程

在進(jìn)路搜索完成后，為了得到完整的進(jìn)路信息，還需要進(jìn)一步處理生成的進(jìn)路，包括安全線防護(hù)、接近鎖閉區(qū)段搜索和敵對進(jìn)路處理。特殊聯(lián)鎖處理流程如圖7 所示。

圖6 站場形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)建立和進(jìn)路搜索流程

圖7 特殊聯(lián)鎖處理流程

通過接車進(jìn)路始端對應(yīng)的方向口獲取方向口屬性，根據(jù)線路方向及預(yù)告信號機(jī)等數(shù)據(jù)，結(jié)合表1判斷接車制式為半自動(dòng)閉塞、三顯示自動(dòng)閉塞或四顯示自動(dòng)閉塞，從而得到接車進(jìn)路的接近鎖閉區(qū)段。而對于發(fā)車進(jìn)路，還需結(jié)合前一段進(jìn)路進(jìn)行判斷。敵對進(jìn)路處理分為列車敵對進(jìn)路處理、調(diào)車敵對進(jìn)路處理和迎面敵對進(jìn)路處理，根據(jù)聯(lián)鎖敵對進(jìn)路的各種情況記錄滿足敵對條件的信號。

2.4 CAD 格式的聯(lián)鎖表輸出流程

AutoCAD 軟件輸出的數(shù)據(jù)為聯(lián)鎖表數(shù)據(jù)及工程圖紙的圖標(biāo)數(shù)據(jù)，生成DWG 格式的圖紙并保存[7]。聯(lián)鎖表進(jìn)路數(shù)據(jù)由前期的操作生成，圖號、設(shè)計(jì)者、日期等使用者信息由人機(jī)交互界面輸入得到。CAD格式的聯(lián)鎖表輸出流程如圖8 所示。

根據(jù)進(jìn)路的數(shù)據(jù)量計(jì)算表格所需行數(shù)，并與預(yù)設(shè)的欄寬長度比較，適當(dāng)增加或減少欄寬，根據(jù)得到的欄寬進(jìn)行計(jì)算，確定該圖紙的長度、圖紙內(nèi)表格的起點(diǎn)坐標(biāo)，繪制圖紙邊框，并繪制空的列車進(jìn)路聯(lián)鎖表表格。判斷是否有相應(yīng)聯(lián)鎖表數(shù)據(jù)，根據(jù)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖車站聯(lián)鎖表編制原則[8]，分別繪制出列車進(jìn)路聯(lián)鎖表、調(diào)車進(jìn)路聯(lián)鎖表、延續(xù)進(jìn)路聯(lián)鎖表、組合列車進(jìn)路聯(lián)鎖表，以及非調(diào)車進(jìn)路聯(lián)鎖表。

圖8 CAD 格式的聯(lián)鎖表輸出流程

3 軟件實(shí)現(xiàn)

聯(lián)鎖表自動(dòng)生成軟件在導(dǎo)入站場平面圖數(shù)據(jù)后啟動(dòng)站場數(shù)據(jù)讀取和連接模塊，通過各模塊間的調(diào)用，讀入站場平面圖的數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換為信號設(shè)備圖元并連接，還原站場，完成設(shè)備咽喉區(qū)編號等屬性的設(shè)置。調(diào)用站場形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)生成模塊，生成站場拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，調(diào)用聯(lián)鎖數(shù)據(jù)生成模塊，以信號機(jī)為始端，按照站場拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)搜索進(jìn)路?？稍谟脩艚缑嬲{(diào)用變更進(jìn)路控制模塊和非進(jìn)路調(diào)車控制模塊進(jìn)行進(jìn)路控制。生成進(jìn)路信息后，調(diào)用聯(lián)鎖表輸出模塊，輸出CAD 格式聯(lián)鎖表。本設(shè)計(jì)使用廣州局集團(tuán)有限公司石龍站站場平面圖，對軟件的可靠性進(jìn)行驗(yàn)證。

3.1 軟件接口

通過ActiveX 技術(shù)，遵循COM 規(guī)范，將聯(lián)鎖表自動(dòng)生成軟件與已經(jīng)安裝好的AutoCAD 軟件連接[9]，使用C++語言調(diào)用CAD 的函數(shù)，進(jìn)行多段線繪制、文字插入及塊等操作。

制作ARX 插件并將其放置在AutoCAD 軟件的安裝路徑中，聯(lián)鎖表自動(dòng)生成軟件與AutoCAD 軟件連接后，采用函數(shù)調(diào)用的方式完成加載插件及輸入命令的操作。

聯(lián)鎖表自動(dòng)生成軟件在搜索進(jìn)路時(shí)，以信號機(jī)為始端，按照拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行搜索，在遍歷過程中記錄并存儲(chǔ)信號機(jī)節(jié)點(diǎn)、道岔節(jié)點(diǎn)、軌道區(qū)段節(jié)點(diǎn)、絕緣節(jié)節(jié)點(diǎn)等數(shù)據(jù)，通過每一個(gè)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)屬性判斷，生成各類進(jìn)路信息所需要的數(shù)據(jù)，通過函數(shù)調(diào)用等方式在各模塊之間進(jìn)行傳輸。

3.2 用戶界面

用戶界面設(shè)計(jì)簡單，布局清晰，能直觀體現(xiàn)各菜單的功能，并且菜單按照操作的流程順序布置，更易于操作。圖9 為導(dǎo)入石龍站站場平面圖后自動(dòng)生成的數(shù)據(jù)平面效果圖，通過該界面能夠直觀校核平面圖的準(zhǔn)確性，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)充和完善。使用C++進(jìn)行編程，在界面上使用MFC 所提供的可視化組件[10]。通過用戶界面能夠?qū)崿F(xiàn)文件的存儲(chǔ)和讀取、CAD 站場圖數(shù)據(jù)的讀取、站場形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)生成、聯(lián)鎖數(shù)據(jù)生成、普速鐵路與高速鐵路的切換、進(jìn)路控制變更、非進(jìn)路調(diào)車控制、聯(lián)鎖表輸出等功能。

圖9 石龍站數(shù)據(jù)平面效果

運(yùn)行控制按照各模塊間函數(shù)調(diào)用關(guān)系來實(shí)現(xiàn)。生成數(shù)據(jù)平面圖后，設(shè)置站場屬性和咽喉區(qū)編號，對數(shù)據(jù)平面圖進(jìn)行后續(xù)操作。在生成聯(lián)鎖數(shù)據(jù)和非進(jìn)路調(diào)車進(jìn)路之前，生成站場形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。變更進(jìn)路的操作需要在有進(jìn)路信息的前提下才能進(jìn)行，變更進(jìn)路搜索控制界面如圖10 所示，通過輸入進(jìn)路的始、終端按鈕查找符合條件的所有進(jìn)路，并選擇基本進(jìn)路。

3.3 生成設(shè)計(jì)文件

根據(jù)基礎(chǔ)輸入或基礎(chǔ)圖紙調(diào)整后，生成CAD 格式的聯(lián)鎖表，聯(lián)鎖表左下角包含生成軟件的版本、時(shí)間及使用者信息?？缮? 種聯(lián)鎖表：列車進(jìn)路聯(lián)鎖表，調(diào)車進(jìn)路聯(lián)鎖表，延續(xù)進(jìn)路聯(lián)鎖表，組合進(jìn)路聯(lián)鎖表，非調(diào)車進(jìn)路聯(lián)鎖表。根據(jù)石龍站站場平面圖生成的列車進(jìn)路聯(lián)鎖表，如圖11所示。

4 結(jié)束語

圖10 變更進(jìn)路搜索控制界面

圖11 列車進(jìn)路聯(lián)鎖表效果示意

聯(lián)鎖表自動(dòng)生成軟件通過將AutoCAD 軟件繪制的站場平面圖重繪，轉(zhuǎn)換為可調(diào)整的數(shù)據(jù)平面圖，運(yùn)用圖形算法處理規(guī)則，讀取站場平面圖中的數(shù)據(jù)，并添加無法直接通過站場平面圖獲取的站場數(shù)據(jù)，搜索進(jìn)路信息，根據(jù)聯(lián)鎖表編制原則處理進(jìn)路數(shù)據(jù)，并利用AutoCAD 軟件生成圖紙，實(shí)現(xiàn)列車進(jìn)路聯(lián)鎖表、調(diào)車進(jìn)路聯(lián)鎖表、延續(xù)進(jìn)路聯(lián)鎖表、組合列車進(jìn)路聯(lián)鎖表、非調(diào)車進(jìn)路聯(lián)鎖表的自動(dòng)生成。

該軟件已應(yīng)用于現(xiàn)場，應(yīng)用結(jié)果表明，運(yùn)用該軟件編制聯(lián)鎖表，可以提高編制效率，減少人工校核所需時(shí)間，通過程序進(jìn)行聯(lián)鎖邏輯判斷，提高聯(lián)鎖表的完整性和準(zhǔn)確性。由于該軟件重繪站場圖，這也為修改站場圖基本數(shù)據(jù)提供了便利。