（交通信息工程及控制专业论文）铁路信号设计一体化系统研究.pdf

北京交通人学硕十学何论文 中文摘要 中文摘要 摘要：信号设计是铁路勘测设计的重要组成部分。我国铁路建设已进入跨越式发 展的新阶段，信号设计任务随之迅猛增长，现有设计能力不足与设计需求之间的 矛盾也r 益凸显出来，迫切需要提高生产效率。在此背景下本论文提出铁路信号 设计一体化系统设想，改变信号工程传统设计模式，为实现信号专业智能设计自 动成图提供了研究方式。 论文介绍了信号设计业务内容及已有的辅助设计软件，在深入分析了铁路信 号设计一体化系统功能需求的基础上，结合信号设计舰范及现有设计模式，制订 了系统设计原则。在此原则指导下，论文提出了系统整体结构设计方案：采用模 块化设计方法，将信号设计分为多个环节，每个环节独立开发新模块或是利用已 有软件，各个环节相互联系、有机结合，同时采用人工核查与系统核查相结合的 多级反馈机制保证各环节间数据传递准确性。 针对系统中车站信号平面布置图设计模块这一关键环节，论文给出了详细设 计方案。该模块设计车站信号平面布置图( 即信号平面图) 时，先由设计人员根 据其他专业提供的资料用图块绘制出车站图形，软件即可自动生成图纸。此模块 的核心点是图块，论文制订了图块设计细则，规定每个图块包含多个存储设备信 息的属性，利用这些属性即可建立设备间联系。此模块还生成各设备编码供系统 其他模块使用，设备编码采用固定编码与逻辑编码相结合的设计方式。 论文设计了双线轨道电路布置图设计模块。该模块提取信号平面图中图块属 性，构建链接整个车站所有设备的网络结构图，用于软件实现轨道电路极性交叉 并调取双线图块绘制出双线轨道电路布置图( 即双线图) 。按照系统设计原则，信 号平面图块与双线图块分属不同图库，两者由关系表连接，软件调取所需双线图 块绘图时先查询关系表中对应的信号平面图块。 论文最后选用祝桥站为例，测试了系统中两个新模块的功能，结果表明，两 个模块能够较好地完成该车站信号平面图、双线图以及其他模块需求数据的自动 设计工作，较之现行设计模式效率提高较大。论文分析了各模块测试中反应出的 不足并给出了改进措施，对系统可靠性、设计效率以及应用前景作了定性与定量 分析，验证了系统的优越性。 本论文共有图2 9 幅，表1 1 幅，参考文献3 2 篇 关键词：信号设计；车站信号平面布置图；双线轨道电路布置图；a u t o c a d ；v b a 分类号：u 2 8 2 + 2 北京交通人学硕十学何论文a b s t r a c t a bs t r a c t a b s t r a c t ：s i g n a ld e s i g ni sa ni m p o r t a n tp a r to fr a i l w a ys u r v e ya n dd e s i g n c h i n e s e r a i l w a yc o n s t r u c t i o nh a se n t e r e dan e ws t a g eo fd e v e l o p m e n tb yl e a p sa n db o u n d s ， w h e r ea f t e r , t h ec o n t r a d i c t i o nb e t w e e ne x i s t i n gi n s u f f i c i e n td e s i g na b i l i t ya n dr a p i d g r o w t ho fs i g n a ld e s i g nt a s k si n c r e a s i n g l yc o m eo u t t h e r ei su r g e n tn e e dt oi m p r o v e p r o d u c t i o ne f f i c i e n c y o nt h i sb a c k g r o u n d ，t h i sp a p e rp r e s e n t sr a i l w a ys i g n a ld e s i g n i n t e g r a t i n gs y s t e mt oc h a n g et r a d i t i o n a ld e s i g np a t t e r n so fs i g n a lw o r k s ，a n dp r o v i d e s r e s e a r c hm o d eo fr e a l i z a t i o no fi n t e l l i g e n td e s i g na n da u t o m a t i c a l l yd r a w i n gf o r p r o f e s s i o n a ls i g n a l t h i sp a p e ri n t r o d u c e st h ec o n t e n t so fs i g n a ld e s i g na n dt h ee x i s t i n ga i d e dd e s i g n s o f t w a r e b a s e do ni n d e p t ha n a l y s i sr e q u i r e m e n t so fr a i l w a ys i g n a li n t e g r a t i n gd e s i g n s y s t e m ，c o m b i n e dw i t ht h es i g n a ld e s i g ns p e c i f i c a t i o n sa n dt h ee x i s t i n gd e s i g np a r e m s ， p a p e rd e v e l o p st h ep r i n c i p l e so fs y s t e md e s i g n a tg u i d a n c eo ft h e s ep r i n c i p l e s ，p a p e r p r e s e n t e dd e s i g ns c h e m ef o rw h o l es y s t e ms t r u c t u r e ：w i t hm o d u l a rd e s i g na p p r o a c h ，i t d i v i d e ss i g n a ld e s i g ni n t oan u m b e ro fa s p e c t s e a c ha s p e c ti sai n d e p e n d e n tm o d u l e w h i c hw a sn e wd e v e l o p m e n to ra ne x i s t i n gs o f t w a r e ，a n da l la s p e c t sa r ec o m b i n e d o r g a n i c a l l y t oe n s u r et h ea c c u r a c yo f d a t ai nt r a n s m i t t i n gb e t w e e na s p e c t s ，i tu s e s m u l t i l e v e lf e e d b a c km e c h a n i s mt h a tc o m b i n e da r t i f i c i a lv e r i f i c a t i o na n ds y s t e m v 嘶f i c a t i o n a i m i n ga tl a y o u to fs t a t i o ns i g n a ld e s i g nm o d u l ew h i c hi st h ek e ya s p e c to fs y s t e m ， p a p e rp r e s e n t e dad e t a i l e dd e s i g ns c h e m e a c c o r d i n gt oi n f o r m a t i o np r o v i d e db yo t h e r d e p a r t m e n t ，d e s i g n e rd r a w so u ts h a p eo fs t a t i o nb yd r a w i n gb l o c k s ，t h e ns o f t w a r ec a n g e n e r a t e st h el a y o u to fs t a t i o ns i g n a la u t o m a t i c a l l y d r a w i n gb l o c k ，t h ec o r eo ft h i s m o d u l e ，w a sf o r m u l a t e dd e s i g nr u l e sb yp a p e r i tc o n t a i n sm u l t i p l ea t t r i b u t e sw h i c h s t o r a g ei n f o r m a t i o no fd e v i c e w i t ht h e s ea t t r i b u t e s ，t h em o d u l ee s t a b l i s h e sr e l a t i o n s h i p b e t w e e nd e v i c e s t h em o d u l ee n c o d e sd e v i c e sf o rt h eu s eo fo t h e rm o d u l e s ，a n da e n c o d i n gm e t h o dt h a tc o m b i n e df i x e de n c o d i n ga n dl o g i ce n c o d i n gi su s e di nt h i s p r o c e s s p a p e rp r e s e n t e dad e t a i l e dd e s i g ns c h e m ef o rl a y o u to f t r a c kc i r c u i td e s i g nm o d u l e 。 t h i sm o d u l ee x t r a c t sa t t r i b u t e so fd r a w i n gb l o c k si nl a y o u to fs t a t i o ns i g n a lt ob u i l d s n e t w o r ks t r u c t u r ed i a g r a mt ol i n k sa l ls i g n a ld e v i c e so fs t a t i o n t h i sd i a g r a mu s e db y s o f t w a r et oc r o s s i n gp o l a r i t yo ft r a c kc i r c u i tf o rd r a w i n gl a y o u to ft r a c kc i r c u i t i n a c c o r d a n c ew i t ht h ep r i n c i p l e so fs y s t e md e s i g n ，d r a w i n gb l o c k so fl a y o u to fs t a t i o n s i g n a la n dd r a w i n g b l o c k so f l a y o u to ft r a c kc i r c u i ta r eb e l o n gt od i f f e r e n t b l o c kl i b r a r y , a n dc o n n e c t e db yt h er e l a t i o nt a b l e w h e ns o f t w a r en e e d sd r a w i n gb l o c ko fl a y o u to f t r a c kc i r c u i t ，i tf i r s t l yq u e r yc o r r e s p o n d i n gd r a w i n gb l o c ko fl a y o u to fs t a t i o ns i g n a li n r e l a t i o nt a b l e f i n a l l y ，t h i sp a p e rt a k ez h u q i a os t a t i o na sa l le x a m p l et e s t e dt w o n e wm o d u l e so f r a i l w a ys i g n a li n t e g r a t i n gd e s i g ns y s t e m t h er e s u l ts h o w e dt h a tt h e s et w om o d u l e s c a n a u t o m a t i c a l l yd e s i g nl a y o u to fs t a t i o ns i g n a l ，l a y o u to ft r a c kc i r c u i t ，a n dd a t ao t h e r m o d u l e sd e m a n d 。c o m p a r e dw i t ht h ec u r r e n td e s i g np a t t e r n s ，i t sp r o d u c t i o ne f f i c i e n c y i m p r o v e sg r e a t l y a f t e ra n a l y z i n gt h el a c ko fm o d u l e sa p p e a r e di nt e s t ，t h i sp a p e r p r o p o s e di m p r o v e m e n to f m e a s u r e s t h eq u a l i t a t i v ea n dq u a n t i t a t i v ea n a l y s i so f s y s t e m sr e l i a b i l i t y ，e f f i c i e n c y , a n da p p l i c a t i o nv e r i f i e di t ss u p e r i o r i t y k e y w o r d s ：s i g n a ld e s i g n ；l a y o u to fs t a t i o ns i g n a l ；l a y o u to ft r a c kc i r c u i t ；a u t o c a d ； v b a c i a s s n o ：u 2 8 2 + 2 v 北京交通大学硕+ 学位论文独创性声明 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除 了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也 不包含为获得北京交通大学或其他教育机构的学何或证1 5 而使川过的材料。与我一同上作的 同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：。1 钦瞅签字日期乞。呷年月伊 5 9 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特 授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：玉一i 毵幺久 导师签名： 签字日期：伸7 年6 月厂日 弘蟀 签字同期：z 口p i 罗年月心日 致谢 看到自己辛勤的汗水凝结成厚厚的文字，内心充满了喜悦和感慨。两年的学 习生活即将结束，我也即将走向工作岗位，在此谨向在我攻读硕士学位期间指导、 关心、帮助过我的老师和同学表示真挚的感谢。 本论文是在我的导师王俊峰副教授的悉心指导下完成的。王老师在生活上给 我无微不至的关怀，在思想道德情操和为人处事上给我树立了光辉的榜样，其严 谨的治学态度和求实的科学精神将使我终生受益。从课题的选择到最终完成，王 老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持。藉此论文完成之际，谨向教育我的 导师致以诚挚的感谢和崇高的敬意。 铁四院通号处沈志凌总工程师，龙安宝所长，李华副所长，项守宽高级工程 师，杜广宇博士悉心指导我完成了论文的研究工作，在铁四院实习期问给予了我 很大的关心和帮助，在此向他们表示衷心的谢意。同时感谢在我实习及撰写论文 期间给我帮助和关心的铁四院的领导和朋友们。 在学校撰写论文期间，郑霄、王皓、邓紫阳等同学对我论文中的研究工作给 予了热情帮助，在此向他们表达我的感激之情。 感谢我的家人，他们的理解和默默的支持使我能够在学校专心完成我的学业， 他们的鼓励和支持是我在学习成长路上的动力和保证。 最后祝所有给予我帮助的亲人、老师、朋友和同学一切顺利、幸福健康。 北京交通人学硕十学位论文引言 1 引言 从18 7 6 年中国土地上出现第一条铁路一吴淞铁路至今，铁路发展了近l5 0 年，经久不衰，如今全球经济危机，国家更是把大力发展铁路建设作为拉动 经济增长的投资方向。从铁路诞生的那一刻起，铁路设计就与之相伴，从最 初的完全手工勘测，绘制图纸，到后来的仪器勘测，定型图纸模板，铁路设 计效率不断提高，计算机出现后更是借助各种计算机辅助设计软件，大大提 高了铁路设计效率，缩短了设计周期，同时精确性和准确性也成倍提高。 1 1 研究背景 1 1 1 勘测设计一体化系统 上世纪九十年代初，计算机开始成为铁路勘测设计的主要生产工具，计算机 的应用对缩短生产周期、提高产品质量、降低劳动强度、促进生产力的发展起到 了非常重要的作用。到“八五 后期，人们对计算机的应用提出了更高的要求， 希望通过计算机网络利用信息技术实现全部勘测设计信息的互通共享，开展一体 化设计。为此，铁道部在“九五”铁路科技发展规划中明确“铁路勘测设计要广 泛采用航测、遥感、综合勘探和电子计算机技术，实现勘测设计一体化、智能化。 自1 9 9 4 年开始，铁道部立项，铁一院牵头，铁三院、铁二院、各高校参加，对勘 测设计一体化系统进行了大量的研究开发工作，取得了众多研究开发成果【l 】。但是 距生产实际所需还有比较大的差距。面对新的勘测设计市场，铁四院于2 0 0 1 年成 立总体组丌始研究勘测设计一体化系统，并在当年完成了勘测设计一体化总体 规划及“十五”实施方案。十五期间，总体组继续研究，取得了一些阶段性成果， 但是总体而言，距生产所需要的总目标还有相当大的差距。 勘测设计一体化系统是一个在计算机物理网络上运行的计算机应用软件系 统，具有项目一体化设计和管理两大类功能。设计管理包含生产计划监督管理、 设计任务管理、设计成果审核和批注、信息查询和统计等。一体化设计包含基于 文件的协同设计( 文件服务) 、基于数据的协同设计( 静态数据服务、动态数据服 务) 。文件服务解决的是人与人之间的信息安全共享问题，它对单个人的生产效率 提高不明显，但可以比较明显地提高整体工作效率。数据服务解决的是专业设计 软件之间的信息共享问题，它直接明显地提高个体的生产效率。采用数据服务， 北京交通人学硕十学位论文引言 可以比较好地处理各个专业的设计软件与勘测设计一体化系统之间的关系，建立 勘测设计一体化系统与专业软件子系统之间相互促进共同发展的局面。 1 1 2 铁路信号设计一体化系统 专业软件子系统是勘测设计一体化系统的根本和核心，是信息的创建者和利 用者，如果没有专业软件子系统，就没有需要协同的对象、就没有可消除的信息 孤岛，这时一体化系统将沦落为一个文件管理系统。信号设计专业即是系统需要 一体化的一项重要内容，目前的现状是所有的工序分别由人工及多个专业设计软 件来完成，为了实现勘测设计一体化的终极目标，必须将先信号设计业务一体化， 在此背景下论文提出了铁路信号设计一体化系统。 铁路信号设计一体化系统是勘测设计一体化系统的一个子系统，二者的关系 是互不约束，共同发展。铁路信号设计一体化系统的主要业务是接收勘测设计一 体化系统提供的必要的设计任务和设计资料，整合相关专业的数据，设计铁路建 设中信号部分的施工图纸，包括站内和区间的信号设备平面图御置图( 下简称信 号平面图) ，双线轨道电路布置图( 下简称双线图) ，电缆径路图，室内联锁图配 线图等。这些图纸的设计步骤都是环环相扣的，后一步必需有前一步的数据才能 进行，一般设计流程为：先室外后室内，先平面后电路，信号平面图是基础。信 号设计工作量最大的是“车站信号 室外电缆及室内联锁电路设计、“区间信号 室外电缆及室内自闭电路的设计。信号专业目前已经有众多成熟的软件能够独立 设计部分图纸，但仍有相当一部分图纸需要人工完成，铁路信号设计一体化系统 将开发新软件实现这部分图纸自动设计，同时将已有的各独立的设计软件整合为 一体，形成一个完整的系统，最终实现所有的设计工作都由软件完成，只需要少 量的人工干预，从而提高生产效率，节约劳动力成本。 1 1 3 研究现状 1 、信号设计软件状况 目前国内尚无信号设计通用软件包，各铁路设计院基本都是根据设计需要开 发信号设计a u t o c a d 应用模块。铁四院的信号a u t o c a d 软件尽管没有集成化， 但已经涵盖了大部分设计工作【2 1 。已有的软件有： ( 1 ) 车站室外部分 信号室外电缆配线辅助设计软件、信号室外电缆网络图辅助设计软件、信号 车站平面图辅助工具软件、车站电缆径路图辅助设计软件。 2 北京交通人学硕十学位论文引言 ( 2 ) 车站联锁设计 进路表辅助设计软件、信号侧配辅助设计软件、信号6 5 0 2 大电路辅助设计软件、 信号6 5 0 2 小电路辅助设计软件、信号控制台辅助设计软件、信号室内设计各类配 线成图辅助设计软件、微机联锁辅助设计软件。 ( 3 ) 车站电码化设计 4 信息叠加及切换式车站电码化辅助设计软件、多信息车站电码化辅助设计软 件、通用式车站电码化辅助设计软件、车站闭环电码化辅助设计软件。 ( 4 ) 信号区间部分 自动闭塞区间信号平面图辅助设计软件、自动闭塞区间信号电缆径路图辅助设 计软件、4 信息自动闭塞区间信号辅助设计软件、1 8 信息自动闭塞区| 日j 信号辅助设 计软件、u m 7 1 及z p w 2 0 0 0 自动闭塞区间信号辅助设计软件。 ( 5 ) 信号概算软件 目前为止已经开发出四版软件，最新一版从2 0 0 7 年开始启用。 2 、亟需解决的问题 目前只采用图形菜单的方式绘制信号平面图，未解决信号平面图中设备之间 对应关系，不能输出后续设计模块的基础数据，期望能从站场平面布置图( 下简 称站场图) 直接转换成信号平面图，或仍采用图形菜单方式设计，但融入设备对 应关系模块，以便生成后续设计基础数据。 车站信号室外电缆径路图目前尚未有成熟的软件，仍处在摸索及开发阶段， 期望能开发出一套完整系统的设计软件，实现这部分图纸自动设计生成。车站信 号室内联锁软件模块较多，各模块基本成熟，能独立运行，但各个模块没有实现 数据串连与共享，影响了设计效率，也容易造成差错。期望能从信号平面图转换 出电缆布置图、配线图，统计出室外工程数量等。能从信号平面图自动生成室内 联锁电路设计模块的基础数据，各个模块之间实现数据能实现共享和传递，自动 生成所有室内电路图纸，统计出室内工程数量。期望逐步实现程序语言统一，用 户界面统一，实现各功能模块的大集成。 1 2 研究意义 我国铁路已经进入了跨越式发展新阶段，随之而来的是信号设计业务量的迅 猛增长，在现有条件下，铁路信号设计能力不足与需求之间的矛盾也r 益凸显出 来。现阶段铁路信号设计主要存在下面两方面的问题： 一方面是站场图的频繁修改对信号设计影响巨大。站场图是信号设计的基础， 两者紧密相关，站场图一个细小的变化( 信号机、道岔的增减，位移) 都会带来 北京交通人学硕十学位论文 引言 信号图纸的变更，甚至重新设计，由此带来大量重复工作。 另一方面，现有信号设计已经摆脱了墨水笔，图板的时代，设计人员主要依 靠a u t o c a d 软件在计算机上实现。虽然用到一些a u t o c a d 软件辅助设计，但存 在各软件之间相对孤立，信息不共享，手工反复编制软件输入数据等问题。对同 一车站进行站场图设计时定义的数据在进行信号平面图设计时不能使用，还得重 新定义，浪费了大量人力。 总之信号设计人员的设计方式没有根本性变化，仍然停留在人工主导分块设 计的模式，效率也没有得到根本性提高。针对存在的问题，利用信息技术和人工 智能技术，研究铁路信号设计一体化系统，直接提取并处理站场图中相关信息， 整合集成已有信号设计软件，实现数据共享，自动生成所有信号图纸。铁路信号 设计一体化系统的实现必将极大的提高信号设计效率，并对信号设计模式带来深 远影响。 1 3 本文主要研究内容 本文介绍了信号设计业务内容及已有的辅助设计软件，在深入分析了铁路信 号设计一体化系统功能需求的基础上，结合信号设计规范及现有设计模式，制订 了系统设计原则。在此原则指导下，设计了系统整体结构，以及系统中的两个模 块，实现了信号设计中此部分图纸软件自动生成。论文主要内容如下： 第一章引入铁路信号设计一体化系统概念，介绍前人研究成果，并且说明研 究此系统的意义。 第二章介绍信号设计业务主要内容，分析选取何种软件开发工具。 第三章明确系统功能需求，制订系统设计原则，规划系统整体框架，分析系 统中已有软件改造方法及新开发模块的设计思路，并探讨了各模块间数据传递准 确性及软件的保密性。 第四章研究系统中两个模块的软件实现方法，制订信号平面图块设计细则， 设计包含设备信息的图块属性及链接接各图块的网络结构图。分析了与信号平面 图块相对应的双线图块选择问题，极性交叉问题，以及双线图的绘图原则和方法。 本章还分析联锁软件的需求数据，制订了数据编制原则并设计了软件实现方法。 第五章选用祝桥站为例，对系统进行测试，讨论了软件的不足。对整个系统 的可靠性、效率及应用前景进行了分析。 第六章总结全文，指出铁路信号设计一体化系统今后的研究方向。 4 北京交通人学硕十学位论文 系统设计基础 2 系统设计基础 2 1 信号设计业务介绍 信号工程设计的一般工作流程是接到有关部门下达的设计任务书后进行初步 设计，确定设计原则，接着勘测调查搜集设计资料，然后进行施工设计，最终生 成施工设计图，待工程完工后，施工单位根据施工情况对施工图纸进行必要的修 改，形成竣工图纸，作为维修单位r 后维护信号设备的依据。图2 1 是信号专业具 体的施工图设计流程，也是信号设计的核心工作。 信号设计主要分两大块，车站电气集中( 简称站内部分) 和区间部分，对于半 自动闭塞线路，没有区间部分。无论站内还是区间，都先设计出信号平面图( 图 2 1 中“车站信号平面布置图 和“区间信号平面布置图”) ，然后再以此为基础分 室内室外进行设计。室外主要是信号设备布置，电缆径路设计；室内主要是各种 组合电路及配线表设计。设计中各个环节坏环相扣，后一项必须在前一项数据基 础上才能进行，若是一个环节出了差错，后面的所有环节都将受到影响，一个小 小的错误就极可能导致后面所有的图纸全部重新设计，所以在设计过程中复核审 查工作就显得尤为重要，一般是一个环节的图纸设计完成之后需要几道复核，准 确无误之后再进行下一环节的设计工作。 复核的一般程序是：图纸设计完成之后设计者自己核查一遍，再交给资历较老 的高级工程师复核，签字完后交由专业设计负责人复核，至此一份图纸才算完成。 对于特别重要的图纸，比如信号平面图，还需要总体设计负责人和处总工程师复 核签字。对于配线图只需资历较老的高级工程师复核签字即可，不需经由专业设 计负责人复核。 在信号设计过程中，有可能因为出现其他专业设计方案改动或是提供的数据有 误而导致已设计好的图纸修改或是从新设计，为了减少这种失误，设计过程中必 须严格按照设计规范进行设计，对于不明确不翔实的地方需要时时与其他专业沟 通确认。由于整个信号设计过程环节众多，一般不会将整个车站的设计任务都分 配给一个设计人员，多数情况下是分配给多个人设计，所以各设计人员设计过程 中会时常沟通，确保所有的数据都正确。 室内或室外图纸设计完之后需统计出工程数量，所有图纸都设计完成之后统计 出总的信号设计工程数量。信号设计工程数量在整个铁路设计所有专业中图纸数 量是最多的，即使是一个三股道的小站，所有信号图纸加起来也有两百多张，在 计算机普遍应用于信号设计之前一个设计人员需要花费几个月的时间才能完成这 北京交通人学硕士学位论文 系统设计基础 些图纸，现在有了a u t o c a d 辅助设计软件及众多自主开发的信号设计软件，这么 多图纸也需要花费一个设计人员一两周的时间。 总之，信号设计工作是一项繁琐而又严肃的工作，涉及列车行车安全，设计过 程中需时时保证设计合理准确。 一一一一r 一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一卜一一一一一一一一一一1 一一一一一一一一一一一一t 一一一一一一一一一一一一一一一 ： 一。，一一= j 一一 信号专业 一 一 一 l j了、f = l l 图2 1 信号设计流程 f i 9 2 - 1f l o wc h a r tf o rs i g n a ld e s i g n 6 北京交通人学硕十学位论文系统设计基础 2 1 1 信号专业与其他专业的相互联系 信号专业与众多专业有联系，有需要其它专业提供资料的，也有需给其他专业 提供资料的，在图2 1 中只列出了信号专业与其他主要专业的联系。信号专业与站 场专业和线路专业联系最多，施工图设计的绝大部分资料都来自于它们，设计车 站电气集中时需要站场专业提供的资料有站场平面图( 即站场图) 、线路纵断面图、 站场的进出站信号机罩程表、车站道龠表、道岔警冲标信号机对应关系表；设计 区问信号时需要线路专业提供沿线各站进出站罩程、桥梁表、涵洞表、隧道表、 线路长短链、沿线地质情况资料。此外信号专业还与行车专业、房建专业、供电 专业及通信专业相联系。 2 1 2 车站电气集中部分 车站电气集中设计分室内部分和室外部分，室内部分主要是关于微机联锁和电 码化的继电器组合电路的设计，室外部分主要是轨道电路和电缆径路的设计。无 论室内还是室外都是以信号平面图为基础的，所以绘制信号平面图是整个车站电 气集中设计的关键。以下是信号平面图、双线图、电缆径路图、室内图纸所包括 的内容【3 】： 1 、信号平面图包括内容 ( 1 ) 集中范围的线路，以及与集中范围有密切联系的非集中线路，正线应以粗 线标出； ( 2 ) 车站线路应以箭头表示其接车方向，双线双向运行时，实心箭头指示j 下方 向，空心箭头指示反方向； ( 3 ) 所有集中范围内的道岔定位状态，并应标出每组岔尖距信号楼中心的距离 一坐标；信号机的灯光配列及其坐标； ( 4 ) 轨道区段的划分，对不与信号机并置和不是渡线上的绝缘节，应标出其坐 标，侵限绝缘节应用圆圈标出； ( 5 ) 集中道岔、股道、信号机和无俞区段的编号、名称；与信号机位置有关的 以及侵入限界绝缘节处的警冲标坐标； ( 6 ) 站台的位置、宽度及线路间距；桥梁、涵洞的坐标和宽度；机务段闸楼的 坐标； ( 7 ) 信号楼设置位置，并标出其距该线路起点站的公里标数；信号楼外墙至最 近线路中心的距离； ( 8 ) 进站信号机外方制动距离内接车方向平均换算坡度超过6 o 的线路下坡道 7 北京交通人学硕十学位论文 系统没计基础 示意图： ( 9 ) 道翁类型和股道有效长的统计表。 2 、双线轨道电路布置图包括内容 ( 1 ) 轨道电路极性交叉； ( 2 ) 轨道电路送、受电端布置； ( 3 ) 绘出各种室外设备，并标出距信号楼的距离。 3 、电缆径路图包括内容 ( 1 ) 室外电缆网络连接设备的类型和位置； ( 2 ) 室外信号设备的串接顺序和电缆径路； ( 3 ) 每根电缆长度和芯数。 4 、室内图纸所包括的内容 联锁表，控制台盘面及其他控制设备盘面图，楼内设备布置示意图，组合连 接图，组合排列表，站内电码化设备布置图，各种电路图及配线图，主要设备数 量，设备及材料表等。 2 1 3 区间信号部分 只有自动闭塞的线路区间才需进行信号设计，半自动闭塞线路没有区间信号设 计。z p w - - 2 0 0 0 系列自动闭塞设备工程设计主要包括内容：区间信号平面布置图、 区间电缆径路图、室内设备布置示意图、区间移频柜设备布置图、区间综合架设 备布置图、区间组合架设备布置图、闭塞分区电路图、站间联系电路图、区间设 备报警电路图、n + i 电路等电路图的设计以及区间移频柜零层端子配线表、区间 综合架零层端子配线表、区间组合架零层配线表、区间组合架侧面端子配线表、 电灯隔离变压器侧面配线表、室内电源电缆配线图的设计等配线图表设计。 2 2 软件开发工具选择 铁路信号设计中已有的软件所使用的开发语言多种多样，有用c 语言写的基 于d o s 环境下的，有用v c + + ，v b 写的，还有用l i s p ，v b a 写的。在整个信号 设计过程中，语言和界面不统一，给软件的维护带来极大的困难，目前要将已有 软件全改造为统一语言和界面编写还不太现实，只能是将新开发的软件统一为一 种语言一种界面类型。已有的软件中，基于v b 或是c a d 内嵌语言v b a 、l i s p 语言开发的软件最多，铁路信号设计一体化系统新开发的软件可从这三种开发环 境中选出一种作为今后软件开发的固定模式。以下是三种语言的介绍： 北京交通人学硕十学位论文系统设计基础 2 2 1v i s u a ll i s p 语言 l i s p 是表处理( l i s tp r o c e s s i n g ) 语言，它是一种人工智能语割4 】。对l i s p 来说，程序并不是指计算机进行操作的指令集合，而是计算机操作的数据集合。 在l i s p 中，程序实际上也是数据表，程序设计就是建立一个由函数、字符串、整 数和实数等元素组成的表。由于l i s p 的数据和程序都是表，因此程序也可以当作 数据来处理。所以，l i s p 语言的语法比较简单，但它的使用却非常灵活。v i s u a ll i s p 是一种嵌入在a u t o c a d 内部的l i s p 编程语言，它是l i s p 语言与a u t o c a d 有机 结合的产物。v i s u a ll i s p 采用了和c o m m o n l i s p 接近的语法和编程约定，具有 c o m m o n l i s p 的一些特性，但它针对a u t o c a d 又增加了许多功能。通过v i s u a l l i s p ，可以直接存取和修改a u t o c a d 图形实体数据；可以直接存取a u t o c a d 的 块表、层表、字型表和线型表；可以控制a u t o c a d 的图形屏幕和设备的输入等等。 因此，v i s u a ll i s p 既能完成通常的科学计算和数据处理，又具备一般高级语言所 没有的强大图形处理能力。所以，s i a ll i s p 语言是开发a u t o c a d 的强有力工具。 v i s u a ll i s p 具有下列特点： 是一种嵌入式语言，不需要操作系统的支持，直接运行于a u t o c a d 系统； 是函数式语言，一切功能均通过函数调用来实现； 函数和数据的形式都为符号表达式，语法结构简单； 程序的执行过程就是对函数求值的过程，函数的功能在求值过程中实现； 可直接调用几乎所有的a u t o c a d 命令。 2 2 2v b 和v b a 开发工具 所谓v b a 就是v i s u a lb a s i cf o ra p p l i c a t i o n 的简称【5 j 。由于它是一个引入了对 象的程序设计环境，为用户提供类似v i s u a lb a s i c ( v b ) 语言所拥有的功能，所以其 潜力无穷。v b a 可以执行并访问a u t o c a d 环境的大部分资源。此外，v b a 可以 整合其他具有v b a 能力的应用程序。这使得a u t o c a d 可以成为其他应用程序( 如 w o r d 或e x c e l ) 的a u t o m a t i o n 控制器。 从运作上来看，v b a 通过a u t o c a da c t i v e xa u t o m a t i o n 接口将信息传送给 a u t o c a d 。而a u t o c a dv b a 也许v b a 环境与a u t o c a d 同时执行并通过 a c t i v e x a u t o m a t i o n 接口提供a u t o c a d 的程序。如此，a u t o c a d 、a c t i v e x a u t o m a t i o n 与v b a 的结合方式，提供了功能极其强大的接口，不仅可以操作a u t o c a d 的内 部对象件，更可以在其他的应用程序之间传送或接收数据。v b a 具有以下特点： 语法为易学的v i s u a lb a s i c ； 9 北京交通入学硕十学位论文系统设计基础 v b a 同时也提供与其他应用程序整合。这意味着a u t o c a d 可以利用此功 能来控制其他应用程序( 如：w o r d 、e x c e l 、c h a r t 或g r a p h 等) ； v b a 与a u t o c a d 执行于同一处理程序，所以执行速度快； 在v b a 中快捷设计对话框； 项目可以独立或内嵌在图画中。这种功能在提供开发者发表应用程序上有 很大的用处与灵活性。 2 2 3 三种开发模式的比较 v b a 要比l i s p 、c c + + 等易学，与l i s p 的情况类似，a u t o c a d 所包含的 v b a 可以与a u t o c a d 一起共享地址空间。而传统的v b 与a c t i v e x a u t o m a t i o n 的 接口则需要通过i p c ( 内部处理连接) 来驱动a u t o c a d ，所以使用a u t o c a d 里的 v b a 要比一般的v b 语言具有明显的性能优势。与a u t o l i s p v i s u a ll i s p 相比， v b a 在制作对话框方面有独到的优势，是取代d c l 很好的工具。 作为铁路信号设计系统今后的统一开发语言，其必须具备以下几个特点： 简单易学，以便更多的设计者在花少量的时间学习后就能够对软件进行 开发和修改，节省软件开发时间和成本； 与已有的软件有良好的衔接关系，能够最大限度地利用已有软件的设计 思路和代码； 由于信号设计主要用的辅助设计工具是a u t o c a d 软件，所以开发工具必 须和a u t o c a d 有着良好的衔接功能。另外，信号设计中大量的数据是用 e x c e l 存储的，所以开发工具还需与e x c e l 衔接较好。 综上，选择v b a 作为铁路信号设计一体化系统的丌发工具是最合适的。 2 3 本章小结 本章介绍了信号设计的主要业务，与相关专业的联系，需要设计的图纸，以及 主要图纸的设计要求等。接着探讨了铁路信号设计一体化系统的开发工具选择， 比较已有软件使用的几种开发工具的优缺点，最终选择了最适合铁路信号设计一 体化系统的开发工具v b a ，今后系统中所有设计模块将逐步统一用v b a 语言开 发。 1 0 北京交通人学硕十学位论文系统总体没计 3 系统总体设计 信号设计工作主要包括站内和区间两部分，区间的信号设计工作比站内简单 许多，目前铁四院所拥有的各区问信号设计软件基本能够实现人工输入必要数据 就能自动生成区间图纸。而站内的信号设计工作比较复杂，也是信号设计的主要 内容，目前铁四院虽已有大量多数模块的设计软件，但仍有些关键部分图纸需要 人工来完成。本论文只研究了铁路信号没计一体化系统的站内部分，对于区间部 分等站内部分研究成熟之后再纳入并整合为一体。信号专业对于站内部分期望的 终极目标是：软件提取站场专业提供的站场图信息直接生成站内信号平面图及后 续所有信号图纸。由于站场专业所用绘图软件已经成熟，要改动起来并非易事， 并且涉及两个专业的协调，就目前的实际情况而言要实现此远期目标不太现实， 于是论文提出了近期目标：人工绘制信号平面图，在少许人工干预下生成后续所 有信号图纸。 3 1 系统设计 3 1 1 系统设计原则 铁路信号与列车行车安全密切相关，要求设备出现任何故障的情况下都能将 列车导向安全，对于车站信号设计有着严格的技术规范，人工设计时这些技术规 范都是由设计人员把握，使用软件自动成图后这些技术规范就得由程序逻辑进行 判断。在提高信号设计效率的同时需保证图纸设计的正确性，论文制订了铁路信 号设计一体化系统设计原则： 系统应采用模块化设计方法，各设计模块之间接口简便，前一模块能生成 后续模块需求数据，后续模块直接将这些数据导入即可开始设计。各模块 应具备检查输入数据数据格式是否j 下确功能，对于不满足设计规范的数据 能作出提示或警告。软件运行过程中需要人工干预的步骤，对于设计者做 出的不合理选择能作出提示或警告。 系统中多个设计模块都需要的数据能够做到共享，只需人工输入次即 可，对于相似的需求数据模块能够自动进行修改后利用，尽量减少重复性 工作。 每个信号设计模块应满足该模块包含的所有信号设计内容，尽量考虑可能 北京交通人学硕+ 学位论文系统总体设计 的特殊处理情况，对于软件没有考虑的情况能够给出警示，提醒设计者注 意复核此图纸。 系统各模块遵循逻辑判断与数据库相独立的设计方式