（交通信息工程及控制专业论文）CTCS2级列控系统地面设备辅助设计系统的研究及实现.pdf

西南交通大学硕士研究生毕业论文第1 页 摘要 c t c s - 2 级列控系统是我国提速干线及客运专线中的关键系统，是我 国铁路信号专业的新技术。该系统的信号工程设计与基于传统铁路信号系 统的工程设计有较大变化，增加了区间线路坡度简化计算、区间线路速度 合并、区间载频布置、线路纵断面图设计等新内容，设计难度与工作量都 有较大增长。 本文研究了一种以计算机为基础的c t c s 2 级列控系统地面设备辅助 设计系统。该系统改变了传统的以人工为主的工作方式，克服了目前 c t c s 一2 级列控系统的信号工程设计存在的设计效率低下、设计质量难以 保证等问题，能自动化、智能化完成既有线2 0 0 公里提速和新建客运专线 列控系统地面信号系统工程设计，极大地提高了信号工程设计的设计效率 和设计质量。 论文分析了系统需求，阐述了系统的研究背景及意义，描述了国内外 研究现状；根据系统总体需求和各个模块的相关需求，按照软件工程的思 想研究了系统总体结构，研究了预处理模块、用户数据表的编制模块、工 程图的设计模块及系统界面模块的设计方法，并进行了系统软件的设计； 文中描述了系统的主要功能块：预处理模块，线路坡度简化模块，线路速 度合并模块，区间载频布置模块，线路纵断面图模块，工程数量统计模块 等的详细设计方法；最后对系统的界面和操作流程进行了介绍。 关键字c t c s 一2 ；信号工程设计；辅助设计系统；用户数据表；工程图 西南交通大学硕士研究生毕业论文第li 页 a b s t r a c t c t c s - 2i sak e ys y s t e mo ft h es p e e d - r a i s e dm a i nl i n ea n dp a s s e n g e r s p e c i a l l i n eo fc h i n a , i ti san e wt e c h n o l o g yo fr a i l w a ys i g n a li nm l r c o u n t r y t h ed e s i g nf o rp r o j e c to fs i g n a lo ft h es y s t e mh a sc h a n g e dm o r e c o m p a r e dt ot h et r a d i t i o n a ls y s t e mo fr a i l w a ys i g n a l ，m a n yn 四yc o n t e n t sh a v e a d d e dt oi ts u c ha st h ep r e d i g e s t i o no ft h es l o p eo fl i n e t h ec o m b i n a t i o no ft h e s p e e do fl i n e ，t h el a yo fs e c t i o nf r e q u e n c ya n dt h ed e s i g nf o rv e r t i c a ld r a w i n g o fl i n e ，b o t ht h ed i f f i c u l t yo fd e s i g na n dt h ew o r k l o a dh a v ei n c r e a s e dm o r e aa s s i s t a n ts y s t e mo fd e s i g nf o rt h eg r o u n df a c i l i t yo fc t c s 一2w h i c hi s b a s e do nt h ec o m p u t e rw a gs t u d y e di nt h i sp a p e r t h es y s t e mh a sc h a n g e dt h e t r a d i t i o n a lw o r k i n gw h i c h m a i n l yr e l yo nm e n a n do v e r c o m e dl o t so f p r o b l e m s s u c ha st h el o we f f i c i e n c ya n dq u a l i t yo ft h ed e s i g nf o rp r o j e c to fs i g n a lo f c t c s - 2n o w i tc a nc o m p l e t et h ed e s i g nf o rp r o j e c to fg r o u n ds i g n a ls y s t e mo f t h ee x i s t i n gl i n ew h i c hr a i s e dt 02 0 0 k m ha n dn e wp a s s e n g e rs p e c i a ll i n e a u t o m a t i c a l l ya n di n t e l l i g e n t l y , i ta l s oc a ni m p r o v e t h ee f f i c i e n c ya n dq u a l i t yo f t h ed e s i g nf o rp r o j e c to fs i g n a lg r e a t l y t h ep a p e ra n a l y z e dt h ed e m a n do ft h es y s t e m e x p l a i n e dt h eb a c k g r o u n d a n ds i g n i f i c a n c eo fs t u d y i n go ft h es y s t e m ，t h ec i v i la n do v e r s e aa c t u a l i t yw a g d e s c r i b e d ；a c c o r d i n gt o 也et o t a ld e m a n do ft h es y s t e ma n dt h ec o r r e s p o n d i n g r e q u i r e m e n to f e a c hm o d u l e ，i ta n a l y z e dt h et o t a lf r a m e w o r ko ft h es y s t e m ，t h e d e s i g nf o rp r e t r e a t m e n tm o d u l e , t h ed e s i g nf o ru s e rt a b l em o d u l e ，t h ed e s i g nf o r p r o j e c td r a w i n gm o d u l ea n dt h ed e s i g nf o rs y s t e mi n t e r f a c em o d u l e i nt e r mo f t h ei d e ao fs o f t w a r ee n g i n e e r i n g ，t h es o f t w a r ed e s i g no fs y s t e mw a sa l s o p r o d u c e d ；t h i sp a p e rd e s c r i b e dt h ed e t a i ld e s i g nm e t h o do ft h ep a i m a r y f u n c t i o nm o d u l e so ft h es y s t e mw h i c hc o n s i s t so fp r e t r e a t m e n tm o d u l e ， p r e d i g e s t i o no ft h es l o p eo fl i n em o d u l e ，c o m b i n a t i o no ft h es p e e do fl i n e m o d u l e ，t h el a yo fs e c t i o nf r e q u e n c ym o d u l e ，v e r t i c a ld r a w i n go fl i n em o d u l e a n ds t a t i s t i co f p r o j e c tn u m b e rm o d u l e ；a tl a s t ，b o t ht h ei n t e r f a c ea n dt h ef l o w o f o p e r a t i o nw e r ei n t r o d u c e d k e yw o r d sc t c s - 2 ；t h ed e s i g nf o rp r o j e c to fs i g n a l ；a s s i s t a n ts y s t e m ；u s e r t a b l e ；p r o j e c td r a w i n g 西南交通大学硕士研究生毕业论文第1 页 1 1 研究背景及意义 第1 章绪论 为了解决欧盟各国信号制式不统一，列车跨国运行时a t p 不兼容的问 题，在上世纪9 0 年代由欧洲铁路运输管理系统( 职t m s ) 和各家信号公司 联合制定了e t c s ( e u r o p et r a i nc o n t r o ls y s t e m ) 规范，其目的在于提 高互通运营性，减少车载设备和轨道设备，与既有信号系统兼容。 在我国，铁路运输的特点是客货列车混跑，不同速度列车共线运行； 高密度、大重量运输和地面信号制式复杂、线路限速多样，其运输强度和 复杂度为世界之最。近年来，为了提速发展的需要，我国在吸取和借鉴欧 洲e t c s 发展经验的同时，结合中国的具体国情，制定出了相应的c t c s 的 技术标准。c t c s 的主要目标是与国际接轨，既能满足既有线运输安全和 提速发展的需要，也能满足高速铁路线上列车运行安全的要求。 针对中国铁路不同的线路、不同的传输信息方式和闭塞技术【l j ，c t c s 划分为5 个等级，依次为c t c s o - - c t c s 4 级，以满足不同线路速度需求。 其中，c t c s - 2 级列控系统由地面和车载设备构成【4 j 。地面设备主要包括列 车控制中心、车站联锁设备、调度集中系统、轨道电路、应答器。车载 a t p 设备主要由车载安全计算机、人机界面、轨道信息接收模块、应答器 信息接收模块、测速模块、制动接口单元、运行维护记录单元、轨道信息 接收天线、应答器接收天线等组成。c t c s 一2 级列控系统是一个集计算机 控制、列车运行控制、计算机安全通信网络、超大规模集成电路等高新技 术的综合信号安全控制系统，将在我国提速干线及客运专线得到广泛应 用。 c t c s 一2 级列控系统是我国高速铁路发展的关键系统，它的信号工程 设计与基于传统铁路信号系统的工程设计有较大变化，设计难度与工作量 都有较大增长。目前，c t c s 一2 级列控系统地面信号系统工程设计均为手 工绘图、填表，这种传统的设计方法存在以下一些问题： 1 手工绘图、填表的设计周期长，生产效率低。 西南交通大学硕士研究生毕业论文第2 页 2 基础数据的准确性直接影响到列车的舒适性和安全性，然而目前大量 基础数据需要人工录入，容易出错，数据准确性难以保证。 3 由于线路调坡、取直、统一里程等一系列因素，基础数据可能产生调 整，从而引起设计变更。由于工期紧，员工长期疲劳作业，设计变更 的质量很难保证。 4 用户数据表和工程图纸等文件的种类繁多，而且命名复杂，人工存取 的话容易造成文件的重名及混乱。 5 由于设计人员个体差异和设计习惯不同，导致用户数据表和图纸出现 不致的情况。 由于目前这种传统的工程设计方法存在一系列的缺陷和不足，本文提 出一种新型的以计算机为基础的c t c s 一2 级列控系统地面设备辅助设计系 统。该系统的研制将彻底改变目前c t c s 一2 级列控系统地面设备工程运用 设计的落后方式，把繁琐的人工计算、人工填表、人工绘图的设计工作变 成计算机自动化、智能化设计，经过在浙赣线c t c s - 2 级列控系统地面设 备工程运用设计过程中试验，证明设计效率提高l o 倍以上，设计质量也 有很大提高。 近年来，随着我国多条干线的提速，以及合宁线、合武线、石太线等 客运专线的投入建设，c t c s 一2 级列控系统必然将得到广泛的应用。本辅 助设计系统的应用和推广，可以解决铁路高速化发展新形势下信号专业设 计中迫切需要解决的问题，对于推动列控系统新技术的发展具有重大意 义。 1 2 国内外研究的现状 国外列车运行控制系统应用比较普遍，各种速度的铁路都有运用，但 在高速铁路上的应用更显示出其高水平和具有代表性。目前，高速铁路正 在欧洲和亚洲快速发展，已通车或正在建设中的高速线路多达十几条，其 列控系统各不相同，技术比较成熟的主要有法国t v m 3 0 0 和t v m 4 3 0 、日本 a t c 和数字a t c 、德国l z b 等系统设型”。欧洲针对既有的列车运行控制 系统种类繁多、互不兼容的现状，为保证高速列车在欧洲铁路网内互通运 西南交通大学硕士研究生毕业论文第3 页 行，提出发展欧洲列车运行控制系统( e t c s ) 9 - 1 1 】。随着各国列控系统的 迅速发展，相应的地面信号系统的工程设计也经历了一个高速发展的时 期，法国和日本的一些信号设计机构和设备集成商已经开发出了一系列与 之列控系统配套的工程数据编制系统和报文灌输系统，整个列控系统的工 程设计已形成一套完整的体系。 在我国，2 0 0 4 年初，铁道部组织国内、外专家，通过对e t c s 技术规 范、世界各国列控标准及实际运营情况的分析，结合我国铁路实际运营需 求、设备状况和技术政策，经过长时间的论证和研究，提出了c t c s 技 术规范总则，确定c t c s 五个等级的总体技术框架；并制订了c t c s 一2 级列控系统暂行技术条件p 】，由点式应答器+ 连续式轨道电路向列车传 输运行许可信息，采用目标距离模式曲线监控列车安全运行。 在我国铁路既有线第六次大提速中，许多线路都采用了c t c s 一2 级列 控系统，但是在这些线路的列控系统工程设计中，大量工程数据的录入、 编制以及校核仍然以人工方式为主，当前国内只有全路通通信信号设计院 在研究c t c s - 2 级列控系统地面设备辅助设计软件，但该软件现阶段仅针 对既有提速2 0 0 k m h 线路进行开发，存在局限性且不成熟。随着客运专线 的大量建设，使用计算机辅助设计将成为c t c s 一2 级列控系统工程设计的 主要手段，将来也必是大势所趋。 1 3 本论文研究内容 本文以c t c s 2 级列控系统地面设备的辅助设计为研究重点，全文共 分六章，各章节内容安排如下： 第一章：绪论 本章阐述了c t c s 2 级列控系统地面设备辅助设计系统产生的背景和 研究的意义，然后对该系统的国内外现状进行了介绍，最后简述了本论文 的主要研究内容。 第二章：系统需求分析和总体设计 本章通过对c t c s 2 级列控系统基本控车原理的介绍和应答器用户数 据的引入，划分了系统的各个功能模块并对其进行了需求分析，并在此基 西南交通大学硕士研究生毕业论文第4 页 础上进行了系统的总体设计。 第三章：预处理模块的设计 本章引入了工程的概念，介绍了工程文件的组成及结构，并对基础资 料的预处理进行了描述。 第四章：用户数据表的编制 本章具体介绍了与用户数据表相关的功能模块：线路坡度简化模块、 线路速度合并模块、区间载频布置模块等的设计原理，并对每个模块的详 细设计进行了叙述。 第五章：工程图的设计 本章具体介绍了工程图的设计模块：线路纵断面图模块、线路区间图 模块以及车站电码化频率配置图模块的设计原理及实现，并简述了基于 c a d 图的工程数量统计。 第六章：系统界面设计与说明 本章对整个系统的操作界面进行了简要说明。 西南交通大学硕士研究生毕业论文第5 页 第2 章系统需求分析和总体设计 2 1c t c s - 2 级列控系统的信号工程设计概述 在传统的铁路信号系统中，由轨道电路完成列车占用检测及列车完整 性检查，连续向列车传送控制信息，线路静态信息主要存储于列车运行监 控记录装置，车地之间传输的信息量较少，因此其信号工程设计也相对比 较简单。c t c s - 2 级列控系统是采用目标距离模式曲线控制列车运行，并 通过轨道电路和点式应答器传输行车许可信息的列车运行控制系统，由于 控车原理和信息传输方式的改变，该系统的信号工程设计与基于传统铁路 信号系统的工程设计相比有较大变化。 2 1 1c t c s - 2 级列控系统基本控车原理 在c t c s 一2 级列控系统中是通过目标距离一速度控制模式来控制列车 运行，即根据目标距离、目标速度及列车自身的制动性能，确定列车制动 曲线，采取连续式一次制动模式控制列车运行 1 3 - 1 4 】。如图2 1 所示，实线 为目标距离速度监控曲线，从最高速至零的列车速度监控曲线为一条连贯 光滑的曲线，虚线为列车实际驾驶速度曲线，列车实际减速运行只要在监 控曲线之下就可以了，如果超速碰撞了速度监控曲线，列控车载设备将自 动触发常用制动或紧急制动，防止列车超速运行。 列控车载设备给出的一次连续的制动速度控制曲线是根据目标距离、 线路参数和列车自身的制动性能计算而定的。为计算得到速度监控曲线， 由轨道电路发送行车许可和前方空闲闭塞分区数量信息，由应答器发送闭 塞分区长度、线路速度、线路坡度等静态信息，列控车载设备接收上述信 息，通过“前方空闲闭塞分区数量”和“闭塞分区长度”信息，获得目标 距离长度，并结合线路速度、线路坡度和对应列车的制动性能等固定参数， 实时计算得到速度监控曲线，并监控实际驾驶曲线处于速度监控曲线下 方，保证列车安全运行。 西南交通大学硕士研究生毕业论文第6 页 速度 五 翌 罂翌 ：缝：塑：金一掣坠云l 图2 - 1 目标距离速度控制模式 2 1 2 应答器用户数据的引入 毙离 在c t c s 2 级列控系统中，列车经过安装在线路上的应答器上方时， 利用应答器车载设备激活应答器，并接收应答器发送的报文，经过解码处 理后，获得列车运行的线路参数，根据轨道电路等信息，生成列车控制曲 线，控制列车安全运行。 应答器向列控车载设备传送的信息主要包括： ( 1 ) 线路基本参数：如线路坡度、轨道区段等参数； ( 2 ) 线路速度信息：如线路最大允许速度、列车最大允许速度等； ( 3 ) 临时限速信息：当由于施工、天气等原因引起的对列车运行速度 进行限制时，向列车提供临时限速信息； ( 4 ) 车站进路信息：根据车站接发车进路，向列车提供“线路坡度”、 “线路速度”、“轨道区段”等线路参数； ( 5 ) 道岔信息：给出前方道岔侧向允许列车运行的速度； ( 6 ) 特殊定位信息：如升降弓、进出隧道、鸣笛、列车定位等； ( 7 ) 其他信息：固定障碍物信息、列车运行目标数据、链接数据等。 西南交通大学硕士研究生毕业论文第7 页 其中，这些相关信息是通过报文的形式传送到车载设备的瞄】。应答器 报文是根据应答器用户数据表中描述的线路参数，利用规定的应答器信息 包格式，根据控车需要，组合编制成应答器用户报文，描述相应的线路参 数。 应答器用户数据表【3 0 】是根据c t c s - 2 级应答器的报文定义及列车控制 需要，对线路信息利用一套数据表格进行描述，其内容主要包括正向区间 信号点、轨道区段数据表；反向区间信号点、轨道区段数据表；区间线路 坡度表；区间线路速度表；应答器位置表；铁路线路里程断链明细表：车 站列车进路数据表等。 正是由于应答器用户数据的引入，c t c s 2 级列控系统的信号工程设 计与基于传统铁路信号系统的工程设计相比发生了较大变化，增加了区间 线路坡度简化计算、区间线路速度合并、应答器布置、线路纵断面图设计 等一系列内容，设计难度与工作量都有较大增长。 2 2 系统需求分析 需求分析是发现、求精、建模、规格说明和复审的过程。需求分析是 软件开发过程中的重要阶段，其目的是定义系统的边界和功能、非功能需 求，以便客户或者最终用户和项目组对所开发的内容达成一致；使项目组 能够更好的理解需求，并达成一致；建立软件需求基线供软件工程和管理 使用；软件计划、产品和活动同软件需求保持一致；为其它软件工程活动 提供基础( 如管理活动、测试活动) 。 2 2 1 总体需求概述 本系统着眼于c t c s 一2 级列控系统地面设备的辅助设计，主要需实现 四大功能：工程文件管理、基础资料预处理、用户数据表的编制以及工程 图的设计。它的功能框图如图2 2 所示： 西南交通大学硕士研究生毕业论文第8 页 2 擐判拄系统逊 辅助设计系统 文件管理潞础资料预处理ll 蘼户数据袁的编制li 工纛囤的设计 戮 图2 2 系统功能总体框图 其中，工程文件管理主要针对一个设计标段的所有文件进行项目化的 统一管理；基础资料预处理是对整个系统的原始输入文件进行预先检查核 实，以便提前发现异常：用户数据表的编制则是按照应答器报文的相关要 求，通过一系列算法生成控车所需的用户数据表格；工程图的设计则是通 过相关绘图算法完成的工程图纸的自动绘制，以实现对线路环境的图形化 描述。 2 2 2 具体功能需求 2 2 2 1 智能化的项目管理 对一条铁路线或一个设计标段所有相关设计文件( 包括：基础资料、 中间文件及最终设计文件) 进行工程化统一管理，包括工程目录及其子目 录的自动创建、工程信息的读入和存储以及用户操作的实时记录等，以避 免产生文件与数据的误用和混用。 2 2 ，2 2 文件的自动导入导出 实现从指定路径读取基础资料数据并将输出文件存放至指定位置，并 可随时查看文件的更新日期及其数据内容，还可按照设计单位的要求以规 工程数罴统计 站码毽l ! 配蹦车屯纯攀置 线路区闯翻 线路纵断匿瑶 进路数据袭 葚答器位置袭 筒哥轨篷数袭 嚣信点道段据 线路逮寝袭线路坡寝袭 教措格式梭鲞 文佟名擒蠢 嚣雌雀 打歼已暂工程 新建王程 劬建工程录 西南交通大学硕士研究生毕业论文第9 页 定方式与格式打印设计文件。 2 2 2 3 基础资料的预处理 对基础资料的名称和格式进行检查核实，并进行数据检错，发现异常 数据，及时提醒设计人员修改、确认。通过此环节，可将进入设计前的基 础数据过滤一遍，以保证设计时所用原始数据的合法性和合理性。 2 2 2 4 线路坡度简化 根据现场勘测线路坡度数据，按照铁标t b t 1 4 0 7 1 9 9 8 列车牵引计 算规程及线路坡度简化原则设计坡度简化算法，自动将设计范围内所有 坡度数据进行计算与简化，并同时自动编制线路坡度表。 2 2 2 5 线路速度合并 根据现场勘测线路速度数据，按照相应线路速度简化原则设计线路速 度简化算法，自动将设计范围内所有速度数据进行计算与合并，并同时自 动编制线路速度表。 2 2 2 6 区间载频布置 根据铁道部相关设计规范及具体客运专线载频布置的相关规则，设计 区间的轨道区段载频布置算法，并结合现场勘测的信号点和轨道区段的相 关参数，自动编制正反向信号点、轨道区段数据表。 2 2 2 7 应答器的布置 按照铁道部相关设计规范及既有提速2 0 0 k m h 线路、新建2 0 0 2 5 0 k m h 客运专线和新建3 0 0 - 3 5 0 k m h 客运专线不同线路应答器的设置 要求，运用相关算法实现区间应答器自动布置以及应答器容量分析和检 算，并编制应答器位置表和容量检算表。 西南交通大学硕士研究生毕业论文第10 页 2 2 2 8 列控中心数据设计 根据站场平面图及车站联锁表，按照铁道部相关设计规范及具体客运 专线列控中心的数据需求，以前期各种设计文件的相关数据为依据，自动 编制车站列车进路数据表。 2 2 2 9 线路纵断面图设计 按照铁道部相关设计规范，运用智能化的方法综合使用前期的设计数 据，以a u t o c a d2 0 0 4 为绘图平台，完成线路纵断面的绘制工作，同时自 动生成c a d 图纸文件。 2 2 2 1 0 线路区间图设计 按照铁道部相关设计规范，运用智能化的方法综合使用前期的设计数 据，以a u t o c a d2 0 0 4 为绘图平台，完成线路区间图的绘制工作，同时自 动生成c a d 图纸文件。 2 2 2 1 1 车站电码化频率配置图设计 按照铁道部相关设计规范，结合各个车站的具体站场情况，以 a u t o c a d2 0 0 4 为绘图平台，完成各车站电码化频率配置图的绘制工作， 同时自动生成c a d 图纸文件。 2 2 2 1 2 工程数量统计 按照铁道部相关设计规范，设计自动统计程序，智能化统计信号机、 应答器、电缆长度等工程数量。 西南交通大学硕士研究生毕业论文第1 1 页 2 3 系统总体设计 系统设计是计算机信息系统开发过程中最重要的环节，是在科学、合 理的进行了系统分析，确定了系统总体模型的基础上，尽可能的提高系统 的运行效率、通用性、可靠性、可控性和工作质量的关键步骤。 按照模块化设计原则，根据不同功能设计了相对独立的功能模块。具 体数据流如图2 3 所示。 图2 3 系统总体数据流图 数据流描述如下： a l 线路初始信息= 信号点名称+ 信号点里程+ 车站编号+ 分界点坐标+ 站房中 心坐标+ a 2 原始坡度信息+ a 1 4 原始速度信息 a 2 原始坡度信息= 原始坡度值+ 原始坡长+ 原始终端里程 a 3 简化后坡度信息= 简化后坡度值+ 简化后坡长+ 简化后终端里程 a 4 原始信号点信息= 信号点名称+ 信号点里程+ 分界点坐标 a 5 信号点轨道区段信息= 信号点名称+ 信号点里程+ 信号点类型+ 轨道区段 西南交通大学硕士研究生毕业论文第12 页 名+ 轨道区段长度+ 轨道区段载频 a 6 进路测量信息= 站内轨道区段长度+ 股道数 a 7 车站电码化信息= 站内轨道区段载频+ 接车进路长度 a 8 所有线路信息= a 2 原始坡度信息+ a 3 简化后坡度信息+ a 5 信号点轨道 区段信息+ a 7 车站电码化信息+ a 1 3 应答器信息+ a 1 5 合并后速度信息 a 9 区间设备信息= a 5 信号点轨道区段信息+ a 1 3 应答器信息 a i o 迸路基础信息= 进路号+ 应答器编号+ a 3 简化后坡度信息+ a 7 车站电 码化信息+ a 1 5 合并后速度信息 a l l 列车进路信息= 进路号+ 应答器编号+ 进路类型+ 进路速度+ 站内轨道区 段长度+ 站内轨道区段载频+ 站内信号机类型 a 1 2 线路环境信息= 车站编号+ a 3 简化后坡度信息+ a 5 信号点轨道区段信 息+ a 1 5 合并后速度信息 a 1 3 应答器信息= 应答器名称+ 应答器编号+ 应答器里程+ 应答器类型 a 1 4 原始速度信息= 原始速度值+ 原始速度长度+ 原始终端里程 a 1 5 合并后速度信息= 合并后速度值+ 合并后速度长度+ 合并后终端里程 a 1 6 工程设备信息= 站内信号点位置+ a 9 区间设备信息 a 1 7 设备数量信息= 轨道区段数量+ 信号机类型+ 信号机数量+ 绝缘节类型+ 绝缘节数量+ 应答器类型+ 应答器数量+ l e u 数量 西南交通大学硕士研究生毕业论文第13 页 第3 章预处理模块的设计 本章分两个部分，首先引入了工程的概念，然后再对基础资料的预处 理进行了描述。 3 1 工程的引入 3 1 1 工程文件概述 在c t c s 2 级列控系统的信号工程设计中，所涉及到的工程文件种类 数量繁多，包括信号点基础数据表、车站编号表、线路坡度表、线路速度 表等一系列表格和相关图纸文件：各个标段的文件类型格式大致相同但数 据内容却差别很大，而且它们命名复杂，如果稍有不慎就容易造成文件的 重名及混乱，后果将会不堪设想。 因此，本文提出了“工程”的概念，即将一条线路或一个标段的各种 文件统一存放、统一管理，并将它们分门别类，这条线路或标段的所有相 关文件都属于这个工程，工程的相关信息也将记录在此。这样的话如果信 号设计人员想对某条线路或某个标段的应答器用户数据进行设计或修改 时，只需知道该工程的名称和路径，就可获得该工程的所有相关信息，文 件的可靠性和设计效率都得到极大的提高。 3 1 ，1 。1 工程文件的层次结构 本系统中，将工程中得所有文件分为基础资料、工程信息表和设计文 件三大类，每个大类下又包含其具体的文件类型，文件的层次结构如图 3 1 所示： 西南交通大学硕士研究生毕业论文第1 4 页 停 工程圈 潮震 图3 - 1 工程文件层次结构图 为了方便地对工程内部的各种文件进行管理，我们定义了一个文件结 构体，每种文件的相关属性将记录在结构体中，如表3 1 所示： 表3 1 文件结构体定义表 变量名变量类型代表含义 n a m e s t r i n g文件名称 p a t hs t r i n g文件路径 s t a t eb o o l e a n文件状态 l c 0 n p i c t u r e b o x文件图标 f i l e l a b e ll a b e l文件标记 3 1 1 2 工程文件的相互关系 在各种工程文件中，基础资料是整个系统的原始输入，设计文件是整 个系统的最终输出。我们把所有的工程文件分为4 个等级，其中每一级文 件既是上一级的输出文件，同时也是下一级的输入文件，它们之间的相互 西南交通大学硕士研究生毕业论文第15 页 关系如图3 2 所示： i 级u 级硅l 级i v 级 图3 2 工程文件关系图 以应答器位置表为例，它的输入文件有线路坡度表、区间信号点轨道 区段数据表、线路速度表以及车站编号表，它的输出文件有线路区间图、 线路纵断面图以及进路数据表。 3 1 2 新建工程 新建工程是指为一条线路或一个标段创建一个新的项目，并进行该项 目的初始化工作，它的流程如图3 3 所示： 西南交通大学硕士研究生毕业论文第16 页 图3 3 新建工程流程图 工程信息初始设置主要是对该工程的一些初始参数进行设置，它的流 程如图3 4 所示： l 歼始 ； 辕入1 = 程襄 l i 选择t 羧存放路经 i i 臻入始终煮牵皴 ； i 确定线魏方国 i i 臻宠下括线錾程 l i 缩裘 图3 4 工程初始信息设置流程图 西南交通大学硕士研究生毕业论文第17 页 3 1 3 打开已有工程 打开已有工程是指打开一个已经存在的项目，设计人员可以进行该项 目的继续设计或设计变更。它有选择最近工程和根据路径查找工程两种方 式，设计人员可以根据实际需要选择不同的方式。打开已有工程的具体流 程如图3 5 所示： 图3 5 打开已有工程流程图 3 2 基础资料的数据预处理 工程建立之后，下一步需进行的工作就是基础资料的导入。基础资料 作为整个系统的输入文件，它们是生成各种设计文件的原始依据。预处理 模块的主要任务就是对基础资料的名称和数据格式等进行检查核实，发现 异常数据，提醒设计人员及时更改，以保证后期设计的可靠性。 西南交通大学硕士研究生毕业论文第18 页 3 2 1 基础资料的基本要求 1 信号点基础数据表： 包含两个有效的s h e e t ，名称分别为“下行线”和“上行线”。对于每 个有效的s h e e t ，有效列从左至右依次为a ，b ，c ，d ，e 列，a 列为序 号，b 列为车站名称，c 列为信号点名称，d 列为信号点里程，e 列为信 号点的备注( 如该处有信号机，则填写信号机的高、矮柱，左、右侧) 。 1 ) 所有单元格均以文本方式存在，且不能有公式。 2 1 序号列( 即a 列) 有效值从第四行开始，且第一个有效值为1 ， 依次累加，至结束前不能为空。 3 ) 车站名称( 即b 列) 填写该信号点所属的车站名称。 4 1 信号点名称( 即c 列) 填写信号点的名称，如为分割点，则该处 为空。 5 ) 信号点里程( 即d 列) 填写信号点的里程，需按列车正向运行方 向填写。 6 1 备注列( 即e 列) ，如该信号点处有信号机，默认属性是高柱、左 侧。如果不是默认的属性，需进行标注，标注格式为“矮，右侧” 或“矮”或“右侧”等。 2 原始坡度表 包含两个有效的s h e e t ，名称分别为“下行线”和“上行线”。对于每 个有效的s h e e t ，有效列从左至右依次为a 、b 、c 、d 、e 、f 、g 列。a 列为序号，b 列为坡度，c 列为长度，d 列为终端里程，e 列为合并坡度， f 列为合并长度，g 列为合并的终端里程，其中坡度的单位为，长度的 单位为m 。 1 1 所有单元格均以文本方式存在，且不能有公式。 2 ) 序号列( 即a 列) 有效值从第三行开始，且第一个有效值为1 ， 依次累加，至结束前不能为空。 3 ) 坡度列( 即b 列) 填写坡度值，小数点后保留一位有效数字，按 西南交通大学硕士研究生毕业论文第19 页 列车正向运行方向填写，下坡用负数表示。坡度值的有效值范围 为2 0 _ - 2 0 。 4 1 长度列( 即c 列) 填写坡度长度，精确到整数， 5 1 终端里程列( 即d 列) 填写坡度的终端里程，需按列车正向运行 方向填写。 6 1 合并坡度( 即e 列) 、合并长度( 即f 列) 、终端里程( 即g 列) 均为空。 3 原始速度表 包含两个有效的s h e e t ，名称分别为“下行线”和“上行线”。对于每 个有效的s h e e t ，有效列从左至右依次为a 、b 、c 、d 、e 列。a 列为序 号，b 列为速度值，c 列为长度，d 列为终端里程，e 列为备注，其中 速度单位为k m h ，长度单位为m 。 1 1 所有单元格均以文本方式存在，且不能有公式。 2 ) 序号列( 即a 列) 有效值从第三行开始，且第一个有效值为l ，依 次累加，至结束前不能为空。 3 1 速度值列( 即b 列) 填写线路允许速度，有效值范围为3 0 - - 3 0 0 k m h ， 均为整数。 4 1 长度列( 即c 列) 填写允许速度的长度，精确到整数。 5 1 终端里程列( 即d 列) 填写坡度的终端里程，需按列车正向运行 方向填写。 6 ) 备注列( 即e 列) ，e 3 单元格必须填写如“起点：k 8 0 1 + 2 3 0 ”格式 的第一个速度的起点里程，该列其余单元格可填写该速度范围内的 断链类型和长度。 4 车站编号表 包含一个有效的s h e e t ，名称为“s h e e t l ”，对于这个有效的s h e e t ，有 效列从左至右依次为a 、b 、c 、d 四列，a 列为大区编号( 如“0 3 8 ”) 、 b 列为分区编号( 如“1 ”) 、c 列为车站编号，d 列为车站名称。 5 站房中心坐标表 西南交通大学硕士研究生毕业论文第2 0 页 包含两个有效的s h e e t ，名称分别为“下行线”和“上行线”，对于每 个有效的s h e e t ，从左至右依次为a 、b 、c 四列，a 列为车站名称，b 列 为站房中心坐标，c 列为备注列。 6 线路断链表 包含两个有效的s h e e t ，名称分别为“下行线”和“上行线”，对于每 个有效的s h e e t ，有效列从左至右依次为a 列、b 列、c 列、d 列、e 列、 f 列、g 列，a 列为序号，b 列为行别( “上”或“下”) ，c 列断链起点里 程，d 列为断链终端里程，e 列为短链填写列( 如为长链则不填写，即只 填短链的长度，单位为m ) ，f 列为长链填写列( 如为短链则不填写，即 只填长链的长度，单位为m ) ，g 列为备注列。 7 进路测量表 线路涉及车站均应有对应的进路测量表，包含一个有效的s h e e t ，名 称为“测量表”，对于这个有效的s h e e t ，有效列分别为a 列、b 列、c 列、 d 列和e 列，分别为序号、接车进路，行经道岔、长度和进路编号。 3 2 2 数据预处理 基础资料作为整个系统的原始输入文件，其数据正确性是非常重要 的，往往一个信号点里程的错误就会导致整个设计标段的重新设计，将会 对设计效率与质量造成严重的影响。上一节中，我们对各种基础资料的数 据格式进行了严格的定义，尽管如此，在录入数据时仍然避免不了人为的 错误。因此，在对基础资料进行导入之前，需对它所包含的所有文件数据 进行预先检查。如果检查通过，该文件可以成功导入；否则该文件不能导 入工程。数据预处理的流程如图3 - 6 所示： 西南交通大学硕士研究生毕业论文第2 1 页 图3 - 6 数据预处理流程图 对每种文件的数据检查主要包括以下几个方面的内容： 1 搜索即将导入的文件是否已经存在，如果存在的话给出文件的最后修 改日期，询问用户是否需要覆盖原文件； 2 检查文件名称是否与预先定义的标准名称一致，如果不一致给出提 示； 3 检查文件数据格式是否与标准格式一致，如有不一致则取消导入，在 文件中格式错误处给予标注； 4 检查文件数据的数值是否合法，如有不合法数据则取消导入，在文件 中数据非法处给予标注； 西南交通大学硕士研究生毕业论文第2 2 页 5 对文件数据的完整性进行检查，如有数据缺失给出相关提示并取消导 入。 对于不同类型的文件，需检查的数据内容有所区别，在这里只对信号 点基础数据表作简要介绍，它的检查流程如图3 7 所示： 图3 7 信号点基础数据表检查流程图 西南交通大学硕士研究生毕业论文第2 3 页 4 1 概述 第4 章用户数据表的编制 在c t c s 一2 级列控系统的信号工程设计中，应答器用户数据表的编制 是一个十分重要的组成部分。应答器用户数据表是根据c t c s 一2 级应答器 的报文定义及列车控制需要，对线路信息进行描述的一套数据表格。因此， 用户数据表的准确性和可靠性，直接影响到动车组运行的安全和效率。 应答器用户数据表的基本要求如下【4 驯： 1 数据准确性 在c t c s 一2 级列车控制系统中，列车控制方式采用目标一距离模式， 在数据表格中，长度、坡度、速度等信息对列车的控制至关重要，如果长 度信息与线路实际情况误差较大，将直接危及到行车安全。 2 数据完整性 应答器用户数据主要指编制c t c s 一2 级列控区段的线路数据，为了在 列控车载设备与l k j 切换后，保证切换后的列车能够安全运行，在列控车 载设备与l k j 的切换点往外，均应是切换前设备的控制范围，因此该范围 内的线路坡度、速度、轨道区段等信息，均应编制在应答器用户数据表中。 3 字及格式规范性 应答器用户数据表是应答器报文及列控中心设备的输入数据，因此， 在应答器用户数据表编制中，应注意各种类型数据的规范性，如信号机名 称的规范、长度数据的精度、里程标的表示等，都应该采用标准的格式， 做到文字及格式的统一规范。 4 可追溯性 应答器用户数据的准确性及正确性，直接影响到列车的控制安全。因 此，为了文件的归档管理和责任划分，应答器用户数据表格文件印刷版表 格应按线路区段归类汇总，整理成册，在封面上注明线路名称，制表单位、 建设单位、铁路局( 公司) 电务处，依次盖章确认。对于各种数据表格， 西南交通大学硕士研究生毕业论文第2 4 页 制表者、复核者、建设单位、工务处和电务处责任人签字有效，并注明数 据填写的日期。每种表格应在表格顶端填写该表所对应的线路、车站、上 下行别名称和“第页共页”。电子版应刻录成c d 光盘发布。 按照软件工程中的模块化设计原则，根据用户数据表的不同类型将用 户数据表的编制分为线路坡度简化、线路速度合并、区间载频布置、应答 器布置和列控中心数据设计五大模块。在这里只对前面三个模块作详细介 绍。 4 2 线路坡度简化模块的设计 4 2 1 坡道简化原理 根据铁标t b t 1 4 0 7 1 9 9 8 列车牵引计算规程的相关规定 ，坡 道简化原理如下： 化简坡道k ，按下式计算： 铲生粤x 1 0 0 0 6 ( 4 - 1 ) 式中- 2 、耳化简坡段的线路纵断面始终点标高，m ； ，、， 6 厶化简坡段长度，m 化简坡段中的任一实测坡道长度厶= ，必须符合下列检查公式方 可化简： z ：s 2 0 0 0 f 式中：2 0 0 0 经验常数。 ( 4 2 ) 西南交通大学硕士研究生毕业论文第2 5 页 f = h f i 化简坡度与化简地段中任一实测坡度差的绝对 值，( 牛3 ) 除此之外，坡度简化还须按列车运行方向进行，且正负坡度不能合并。 线路坡度的简化示意图如图4 - 1 所示： 下行方向 含并菏坡度 合并扁坡度 i 夕面测、枣l i 冰i 哪3 4 4 4 , i6 9 3 0 i i 6 4 5 2i i 赠弋i r 4 2 2 详细设计 坡度数据主要有3 个元素，它的定义如表4 - i 所示： 表4 1 坡度结构体定义表 变量名变量类型代表含义 g r a d i e n t d o u b l e坡度值 l e n g t hi n t e g e r 坡长 e n d m i l ev 撕a n t终端里程 =窖 罕? =2 z 图4 - 2 为坡度简化模块总的流程图。程序当中，我们首先从路局提供 的原始坡度表中读取原始坡度数据并存储起来，然后按照坡度简化原理计 算出合并后的坡度数据，最后将它们写入线路坡度表中并存储表格文件。 图意承| ) i 际简度坡路 6i亭+毋嚣)i 线舡! 擎e 呈) l 目 慕一)l毳口+萋黛 西南交通大学硕士研究生毕业论文第2 6 页 i歼始 i l 获取原始缓痰表 i雅经 i 读取鞭始坡度数攥 i i 数挺藏纯 ； l 鸳入螽箨后数据 i 设置袤头，袤惩 绣裘 图4 2 线路坡度简化模块总流程图 图4 3 数据简化流程图 西