張 陶 賈利生

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司， 天津 300251)

客運(yùn)專線ZPW-2000A區(qū)間軌道電路自動(dòng)分割算法研究

張 陶 賈利生

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司， 天津 300251)

軌道電路是利用鋼軌作為導(dǎo)體，用以檢查列車占用狀態(tài)并向車載設(shè)備發(fā)送相關(guān)機(jī)車信號(hào)的地面軌旁設(shè)備。當(dāng)衰耗過(guò)大使得一段軌道電路無(wú)法正常工作時(shí)，則需要用兩段或兩段以上軌道電路來(lái)完成，而衰耗過(guò)大通常是因?yàn)檐壍离娐烽L(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)或線路環(huán)境等原因引起的?？瓦\(yùn)專線區(qū)間閉塞分區(qū)的長(zhǎng)度一般情況下均大于一段ZPW-2000A軌道電路的長(zhǎng)度，因此，在設(shè)計(jì)階段需要對(duì)其進(jìn)行軌道電路分割，以保證其功能的正常完成。然而由設(shè)計(jì)者人工進(jìn)行軌道電路的分割不僅效率低下且準(zhǔn)確性難以保證。因此，借助計(jì)算機(jī)輔助軟件替代人工完成軌道電路分割設(shè)計(jì)工作是非常必要的。文章提出了一套完善的軌道電路自動(dòng)分割算法，以該算法為核心，開(kāi)發(fā)出了輔助軟件，并應(yīng)用于工程實(shí)踐。

ZPW-2000A； 軌道電路； 閉塞分區(qū)； 分割

1 背景

在鐵路信號(hào)區(qū)間工程設(shè)計(jì)中，由行車專業(yè)向信號(hào)專業(yè)提供行車布點(diǎn)資料，該資料包括信號(hào)機(jī)里程、閉塞分區(qū)長(zhǎng)度等信息。一般客專閉塞分區(qū)長(zhǎng)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(zhǎng)度為600 m到1 400 m不等，因一段軌道電路長(zhǎng)度小于閉塞分區(qū)長(zhǎng)度，需要對(duì)閉塞分區(qū)進(jìn)行分割，即一個(gè)閉塞分區(qū)由多段軌道電路區(qū)段組成，完成相應(yīng)的列車占用、發(fā)送地面信號(hào)等功能。而目前對(duì)閉塞分區(qū)進(jìn)行軌道電路區(qū)段劃分的工作均由設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)長(zhǎng)度表，對(duì)閉塞分區(qū)進(jìn)行軌道電路區(qū)段劃分，該項(xiàng)工作需要在上述資料當(dāng)中進(jìn)行大量的信息比對(duì)，人工效率十分低下，設(shè)計(jì)復(fù)核周期較長(zhǎng)，存在著很大的不可預(yù)見(jiàn)性。且一旦出現(xiàn)問(wèn)題，就會(huì)對(duì)后續(xù)設(shè)計(jì)甚至在施工階段造成影響或是返工。因此，使用計(jì)算機(jī)對(duì)閉塞分區(qū)進(jìn)行自動(dòng)劃分將會(huì)極大的提高設(shè)計(jì)效率和準(zhǔn)確性。

2 分割原則

軌道電路工程設(shè)計(jì)長(zhǎng)度表，如表1、表2所示。

表1 區(qū)間無(wú)砟軌道電路工程設(shè)計(jì)長(zhǎng)度表

表2 區(qū)間有砟軌道電路工程設(shè)計(jì)長(zhǎng)度表

圖1 閉塞分區(qū)分割點(diǎn)自動(dòng)分割算法流程圖

當(dāng)同一區(qū)段由兩種及以上道床類型構(gòu)成時(shí)，區(qū)段長(zhǎng)度按不超過(guò)各道床類型最短長(zhǎng)度設(shè)計(jì)。

3 分割算法

分別算法流程圖，如圖1所示。

通過(guò)讀取行車布點(diǎn)資料，構(gòu)造全線閉塞分區(qū)對(duì)象，然后通過(guò)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(gòu)造好的閉塞分區(qū)對(duì)象中。按照以下步驟流程執(zhí)行相關(guān)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(nèi)只有路基、隧道、或者橋梁其中一種地形，則根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)情況，對(duì)該閉塞分區(qū)進(jìn)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(zhǎng)度為1 900 m，根據(jù)分割原則進(jìn)行等距分割后，每段軌道電路長(zhǎng)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(gòu)成的混合區(qū)段，則需要通過(guò)軌道電路的起點(diǎn)所處地形的軌道電路極限長(zhǎng)度ltdLen向前延伸，判斷分割點(diǎn)的具體位置。

(3)ltdLen覆蓋范圍內(nèi)的地形構(gòu)成地形集合otherGeo，并可得到otherGeo中最短的極限長(zhǎng)度otherLtdLen，判斷l(xiāng)tdLen與otherLtdLen的長(zhǎng)短關(guān)系。

(4)若ltdLen小于或等于otherLtdLen，則ltdLen即為本軌道電路的長(zhǎng)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(gè)閉塞分區(qū)，若是，則結(jié)束，若不是，則對(duì)下一個(gè)閉塞分區(qū)進(jìn)行地形判斷，跳轉(zhuǎn)(1)或(2)繼續(xù)執(zhí)行。

(6)若未完成分割，則以該長(zhǎng)度的終點(diǎn)作為下一軌道電路的起點(diǎn)，計(jì)算ltdLen并跳轉(zhuǎn)至(3)繼續(xù)執(zhí)行。

圖3 軌道電路分割示例一(m)

圖3為無(wú)砟軌道區(qū)段，DK 1+000里程處的信號(hào)機(jī)所處地形的軌道電路極限長(zhǎng)度ltdLen為600 m，以DK 1+000為起點(diǎn)，600 m范圍內(nèi)的地形集合otherGeo中有兩種地形類型：2 000 m以上的長(zhǎng)大隧道和路基，則可以得到otherGeo中的最短極限長(zhǎng)度otherLtdLen與ltdLen相等，均為600 m，則600 m即為以DK 1+000為起點(diǎn)的軌道電路長(zhǎng)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(zhǎng)度之和為600 m，小于閉塞分區(qū)長(zhǎng)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(diǎn)，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(diǎn)所處地形的軌道電路極限長(zhǎng)度為 1 000 m，而 1 000 m范圍內(nèi)的地形集合ohterGeo僅為無(wú)砟路基，其otherLtdLen為1 000 m，因?yàn)閘tdLen等于otherLtdLen，則DK 1+600為起點(diǎn)的軌道電路長(zhǎng)度為 1 000 m。已分割完成的軌道電路長(zhǎng)度之和為 1 600 m，小于閉塞分區(qū)長(zhǎng)度，則繼續(xù)按照(3)分割出第三段軌道電路，長(zhǎng)度為 1 000 m。已分割完成的軌道電路長(zhǎng)度之和為 2 600 m，大于閉塞分區(qū)長(zhǎng)度，則說(shuō)明軌道電路分割完成，但最后一段軌道電路的長(zhǎng)度需要進(jìn)行修正，為閉塞分區(qū)長(zhǎng)度減去前面所有軌道電路長(zhǎng)度之和，得到最后一段軌道電路的實(shí)際長(zhǎng)度為300 m。然而300 m的軌道電路長(zhǎng)度并不合理，所以需要通過(guò)軌道電路長(zhǎng)度均勻算法對(duì)該閉塞分區(qū)中的軌道電路長(zhǎng)度做進(jìn)一步的優(yōu)化，使得各軌道電路的長(zhǎng)度在不違反分割原則的前提下盡可能的均勻分配。具體實(shí)現(xiàn)方法在第4節(jié)內(nèi)容中給出。

(7)若ltdLen大于otherLtdLen，則說(shuō)明otherGeo集合中某個(gè)地形的軌道電路極限長(zhǎng)度比起點(diǎn)的長(zhǎng)度短，即不能使用ltdLen作為軌道電路的長(zhǎng)度，重新使用otherLtdLen從起點(diǎn)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(zhǎng)度，判斷分割是否完成，若完成則跳轉(zhuǎn)至(5)，若未完成則跳轉(zhuǎn)至(6)繼續(xù)執(zhí)行。

圖4為無(wú)砟軌道區(qū)段，DK 1+000里程處的信號(hào)機(jī)所處地形的軌道電路極限長(zhǎng)度ltdLen為 1 000 m，以該里程點(diǎn)位起點(diǎn)，1 000 m范圍內(nèi)的地形集合otherGeo中有兩種地形類型：路基和 2 000 m以上的長(zhǎng)大隧道，則可以得到otherGeo中的最短極限長(zhǎng)度otherLtdLen為600 m，使用otherLtdLen重新從DK 1+000向前延伸，該范圍內(nèi)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(zhǎng)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(zhǎng)度otherLtdLen_2，判斷otherLtdLen與otherLtdLen_2的長(zhǎng)短關(guān)系

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

(11)若otherLtdLen_2較大，則說(shuō)明otherGeo_2中相較于otherGeo減少的地形是導(dǎo)致otherLtdLen變短的原因，但此時(shí)不能直接使用otherLtdLen或otherLtdLen_2作為軌道電路的長(zhǎng)度，若采用otherLtdLen_2會(huì)違背分割原則，而采用otherLtdLen又會(huì)導(dǎo)致多一段軌道區(qū)段，從而造成工程浪費(fèi)。此時(shí)應(yīng)采用優(yōu)化算法：從閉塞分區(qū)起點(diǎn)至otherGeo_2集合中最后一個(gè)地形，所有地形長(zhǎng)度之和減去已分割完成的軌道電路長(zhǎng)度之和，即為本軌道電路的長(zhǎng)度，判斷是否分割完成，跳轉(zhuǎn)至(5)或(6)繼續(xù)執(zhí)行。

如圖5為無(wú)砟軌道區(qū)段，DK 1+000里程處所對(duì)應(yīng)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(zhǎng)大隧道，則otherLtdLen為600 m，進(jìn)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(zhǎng)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(zhǎng)度，進(jìn)一步完成所有分割之后，相較于優(yōu)化算法分割，將會(huì)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(zhǎng)度(m)

圖7 采用otherLtdLen作為第一段軌道電路的長(zhǎng)度(m)

圖8 采用優(yōu)化算法的長(zhǎng)度作為第一段軌道電路的長(zhǎng)度(m)

4 軌道電路長(zhǎng)度均勻算法

某一個(gè)閉塞分區(qū)分割完成后，軌道電路的長(zhǎng)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(dǎo)致其長(zhǎng)度可能會(huì)較短，因此，需要在不違反分割原則的基礎(chǔ)上，對(duì)軌道電路長(zhǎng)度進(jìn)行再優(yōu)化分配。算法流程圖，如圖9所示。

圖9 軌道電路長(zhǎng)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(zhǎng)度為300 m，該長(zhǎng)度明顯不合理，需要對(duì)整個(gè)閉塞分區(qū)的軌道電路長(zhǎng)度進(jìn)行均勻優(yōu)化。

圖10 軌道電路長(zhǎng)度均勻算法優(yōu)化前分割情況(m)

從0011CG開(kāi)始，平均長(zhǎng)度aLen=1 900/3，為633 m，而0011CG的極限長(zhǎng)度為600 m，因此將0011CG排除，否則0011CG將被重置為633 m，導(dǎo)致違反分割原則。重新從0011BG開(kāi)始計(jì)算aLen=1 300/2，為650 m，而0011BG和0011AG的極限長(zhǎng)度為 1 000 m， 均大于650， 則從0011BG開(kāi)始，

對(duì)該兩段軌

道電路的長(zhǎng)度進(jìn)行均勻分配，長(zhǎng)度均為650 m，而原分割點(diǎn)DK 2+600則移至DK 2+250，如圖11所示。從上述示例可得出，通過(guò)均勻算法，軌道電路的長(zhǎng)度設(shè)計(jì)更加合理。

圖11 軌道電路長(zhǎng)度均勻算法優(yōu)化后分割情況(m)

5 應(yīng)用前景

本算法已在Visual Studio平臺(tái)下，使用C#語(yǔ)言完成了軟件開(kāi)發(fā)工作，并使用哈牡客專的相關(guān)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)對(duì)算法進(jìn)行了應(yīng)用驗(yàn)證工作，最終達(dá)到了預(yù)期效果。

對(duì)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(zhǎng)度要求對(duì)分割原則進(jìn)行相應(yīng)修改即可。

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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