利用Python語言實現(xiàn)集中監(jiān)測CAD施工圖輔助設計

劉 娜

(北京全路通信信號研究設計院集團有限公司，北京 100070)

1 背景概況

當前最為廣泛應用的AutoCAD二次開發(fā)語言有：LISP、C、VBA語言等。LISP語言因為可以直接調(diào)用AutoCAD的命令，因此在CAD輔助軟件設計中被應用的最廣泛。

但LISP語言的缺點也比較明顯，大致列舉如下：

1) 功能比較單一，綜合處理能力差；

2) 解釋執(zhí)行，程序運行速度慢；

3) 缺乏很好的保護機制，源程序保密性差；

4) 不能直接訪問硬件設備、進行二進制文件的讀寫。

由于集中監(jiān)測系統(tǒng)所有采集內(nèi)容都來自外部輸入，具備采集內(nèi)容靈活多樣，輸入數(shù)據(jù)龐大，數(shù)據(jù)處理復雜等特點，因此作為集中監(jiān)測輔助工程設計工具的開發(fā)語言一定要在靈活性，以及處理龐大復雜數(shù)據(jù)方面具有絕對的優(yōu)勢。

基于這個考慮，尋找一種更為簡潔，功能更全面，可讀性更強的語言，可以調(diào)用AutoCAD的命令，從而實現(xiàn)CAD的輔助設計。

2 Python語言優(yōu)勢分析

Python是面向?qū)ο蟮某绦蛟O計語言，比傳統(tǒng)結(jié)構化的語言更適合于大型軟件的開發(fā)，實現(xiàn)高度抽象的數(shù)據(jù)模型。作為腳本語言，它具有許多高級數(shù)據(jù)類型，如列表、字典、元組等，比系統(tǒng)語言更容易實現(xiàn)復雜的數(shù)據(jù)結(jié)構．由于腳本語言的膠合性，使它易于利用已有組件實現(xiàn)系統(tǒng)的功能。

得力于Python豐富的內(nèi)建模塊和三方模塊，Python可通過在Unix或Windows上調(diào)用系統(tǒng)語言C／C++的擴展模塊，或利用已有函數(shù)包來提高大量數(shù)據(jù)處理的運行速度。

綜合分析，Python腳本語言在CAD二次開發(fā)方面有如下優(yōu)勢。

語法簡潔：Python有相對較少的關鍵字，結(jié)構簡單，有一個明確定義的語法，學習起來更加容易。

易于閱讀：Python代碼定義的更清晰，它采用強制縮進的方式使得代碼具有極佳的可讀性。

具有豐富的庫：Python的最大優(yōu)勢是它具有豐富的庫，且是跨平臺的。Python標準庫很龐大。它可以幫助你處理各種工作，包括文檔生成、數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)頁瀏覽器、電子郵件、XML、HTML、WAV文件、圖形用戶界面（GUI）和其他與系統(tǒng)有關的操作。當然，也包括調(diào)用AutoCAD的命令，實現(xiàn)輔助工具開發(fā)功能。

可擴展：如果需要一段關鍵代碼運行得更快或者希望某些算法不公開，可以把部分程序用C或C++編寫，然后在Python程序中使用。

面向?qū)ο螅篜ython既支持面向過程的編程，也支持面向?qū)ο蟮木幊?。在“面向過程”的語言中，程序是由過程或僅僅是可重用代碼的函數(shù)構建起來的。在“面向?qū)ο蟆钡恼Z言中，程序是由數(shù)據(jù)和功能組合而成的對象構建起來的。與其他主要的語言如C++和Java相比，Python以一種非常強大又簡單的方式實現(xiàn)面向?qū)ο缶幊獭?/p>

3 AutoCAD命令調(diào)用實現(xiàn)

上文提到Python語言有著豐富的庫，因此它也具有控制AutoCAD的庫，即pyautocad模塊。pyautocad包可以對任何版本的AutoCAD軟件進行操作，實際上接口都是一樣的。連接CAD的代碼如下。

1.from pyautocad import APoint

2.

3.class AutoCadOperations(object):

4. def draw_text(self, point, text_content):

5. self.acad.model.AddText(text_content, p,font_size)

6. def open_acad_template(self, acad_ fi le):

7. self.acad.app.documents.open(join_path('acad_ fi les', acad_ fi le))

8. def close_current_acad_ fi le(self):

9. self.acad.doc.close()

作為AutoCAD的基本控制模塊，AutoCadOperations定義了：

draw_text - 將文本寫入到當前打開的Auto-CAD文件，輸入?yún)?shù)寫入的坐標、文本內(nèi)容、對齊方式和文本大小。

open_acad_template - 打開AutoCAD文件，輸入?yún)?shù)為要打開的文件路徑。

get_all_text_dicts - 獲取所有文本及其內(nèi)容的字典。

close_current_acad_file - 關閉當前的AutoCAD文件。

該控制模塊的基本調(diào)用如下所示。

1.def write_acad_file(self, source_content, out_fi le):

2. file_num = len(source_content) / one_file_column_num + 1

3. for fi le_index in range(0, fi le_num):

4. self.acad_operations.open_acad_template(self.acad_ fi le)

5. for table_index, first_start_point in

enumerate(self.table_start_points):

6. point_list = self.generate_point_lists(first_start_point)

7. for column_index in range(len(point_list)):

8. source_index = table_index * self.table_set_num + column_index + file_index *one_ fi le_column_num

9. self.acad_operations.save_acad_file(generate_ fi le_name(out_ fi le, fi le_index))

10. self.acad_operations.close_current_acad_if le()

4 實現(xiàn)監(jiān)測施工圖輔助設計

采用模塊化的設計思路，實現(xiàn)集中監(jiān)測施工圖輔助設計工具的開發(fā)，將軟件系統(tǒng)劃分為任務調(diào)度、數(shù)據(jù)提取、數(shù)據(jù)寫入、數(shù)據(jù)分析、AutoCAD控制、車站配置等6個模塊。

系統(tǒng)架構如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)架構圖Fig.1 System architecture diagram

1） 任務調(diào)度模塊

任務調(diào)度模塊主要負責根據(jù)軟件處理流程，完成各模塊間的調(diào)用。通過python中concurrent.futures庫實現(xiàn)多張AutoCAD圖的并行快速生成。

2） 車站配置模塊

車站配置模塊主要負責配置各車站基礎情況，便于根據(jù)車站基礎情況制定相應的采集內(nèi)容，調(diào)用相應的CAD模板文件。如車站類型、信號機類型、轉(zhuǎn)轍機類型、軌道電路類型、聯(lián)鎖制式、列控制式等，并根據(jù)采集內(nèi)容合理分配機柜布置、組合柜布置等。

3）數(shù)據(jù)分析模塊

數(shù)據(jù)分析模塊定義了[需要寫需要分析的類型]所需要進行的數(shù)據(jù)分析底層方法實現(xiàn)，包括讀取txt數(shù)據(jù)內(nèi)容，源數(shù)據(jù)處理，歸并提取信息并寫入python字典的功能。

4）AutoCAD控制模塊

根據(jù)前面數(shù)據(jù)分析模塊獲得的各最終txt數(shù)據(jù)文件，選擇打開各個CAD模板，利用Python文件調(diào)用CAD命令，將這些數(shù)據(jù)文件寫入CAD模板，自動繪制集中監(jiān)測施工設計圖紙。

5）數(shù)據(jù)提取模塊

數(shù)據(jù)提取模塊主要負責根據(jù)車站配置通過AutoCAD控制模塊來讀取計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)、列控系統(tǒng)、智能電源屏系統(tǒng)等外部輸入信息，如分線盤的定義、組合架的分配等信息。這些信息決定了集中監(jiān)測采集點的位置信息，因此是集中監(jiān)測工程圖紙的重要輸入來源。數(shù)據(jù)提取模塊的輸出結(jié)果是相對應的txt源文件，主要用來作為數(shù)據(jù)寫入模塊的數(shù)據(jù)源和事后審查。

6） 數(shù)據(jù)寫入模塊

數(shù)據(jù)寫入模塊根據(jù)前面數(shù)據(jù)提取模塊獲得的源txt數(shù)據(jù)文件，調(diào)用AutoCAD控制模塊。選擇打開相應CAD模板，根據(jù)車站配置模塊的信息，將這些數(shù)據(jù)文件寫入CAD模板，完成自動繪制集中監(jiān)測施工設計圖紙。

根據(jù)上述模塊定義，該軟件的流程如圖2所示。

軟件流程可以概括為兩個步驟。

首先，基于集中監(jiān)測采集設計的輸入圖紙，如聯(lián)鎖圖紙、區(qū)間列控圖紙等，根據(jù)車站的配置信息，軟件程序進行數(shù)據(jù)提取，再將提取出來的數(shù)據(jù)進行提煉和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，從而得到監(jiān)測采集需要的中間數(shù)據(jù)文件。

圖2 軟件流程圖Fig.2 Software flow diagram

然后，讀取這些數(shù)據(jù)文件，根據(jù)AutoCAD模版的格式需要，進一步調(diào)整數(shù)據(jù)內(nèi)容，寫入到python的列表。打開AutoCAD模板文件，進行寫入操作，從而得到最終需要的成果文件，完成輔助設計流程。

5 結(jié)語

利用面向?qū)ο蟮哪_本語言Python對鐵路信號工程計算機輔助設計CAD進行二次開發(fā)，在實現(xiàn)大型的、結(jié)構復雜、運算速度高的科學計算軟件方面有較大的優(yōu)勢，利用Python語言作為集中監(jiān)測系統(tǒng)施工圖輔助設計工具的開發(fā)工具，可滿足集中監(jiān)測系統(tǒng)采集內(nèi)容靈活多樣、輸入數(shù)據(jù)龐大，數(shù)據(jù)處理復雜的特點，可根據(jù)各站場基本情況不同，進行定制化分析處理，大大的提高了輔助設計工作的效率和準確性。