基于VBA的機車交路圖計算機輔助繪圖系統研究

楊 震，黃小鋼

（中鐵第四勘察設計院 設備處，武漢 430063）

基于VBA的機車交路圖計算機輔助繪圖系統研究

楊 震，黃小鋼

（中鐵第四勘察設計院 設備處，武漢 430063）

機車交路圖是鐵路組織列車運行的基礎性文件，采用AutoCAD的原始制圖命令進行制圖操作，效率較低且容易出錯。本文采用AutoCAD VBA二次開發，開發了基于參數輸入的機車交路圖計算機輔助繪圖系統，實現了機車交路圖的快速生成和修改。

機務；機車交路；輔助繪圖系統

我國鐵路設計正朝著信息化、規范化、智能化、現代化的方向發展，機務是鐵路建設的一個重要組成部分，而機車交路圖是機務部門組織運輸生產活動的基礎，是繪制機車周轉圖的重要依據，規范、清晰的機車交路圖，對提高機車運用效率具有重要意義。當前設計人員多采用通用繪圖軟件AutoCAD進行機車交路圖的繪制，該方法勞動強度大、工作效率低，隨著鐵路運輸的頻繁變化，已無法滿足鐵路信息化的發展需求[1]。周智勇[2]采用C++ Builder語言開發了運行于Windows 98操作系統下的機車交路圖輔助設計系統，隨著計算機技術的更新換代，該系統的適用性已稍顯不足；李鳴[3]基于MFC類庫采用C++語言開發了獨立于AutoCAD的機車交路圖設計軟件，但由于目前機車交路圖的設計、傳遞、打印、存檔等均以AutoCAD為介質，使得該軟件的普及較為困難。

本系統采用VBA語言對AutoCAD進行二次開發，基于模塊化設計思想，以面向對象方式進行編程，采用GDI圖形界面技術設計人機交互界面，調用Windows API接口進行預覽圖顯示，調用AutoCAD ActiveX接口進行圖形自動繪制，實現了機車交路圖的計算機輔助繪制，使用戶只需輸入參數，無需使用AutoCAD繪圖命令，即可完成機車交路圖的繪制。

1 設計思路

1.1 繪圖內容要求

繪制出各種類型的站段，如內燃機務段、機務折返段等，繪制出各種類型的機車交路，如立折交路、肩回交路等。站段、交路屬性齊全，站段名稱、位置等可修改，交路顏色可變，可添加、修改、刪除途徑站段，交路要素表要素齊全，可修改。需保證交路元素的相關性，交路的形狀會根據途徑站段的變化而變化，圖例內容與站段和交路元素始終保持一致。

1.2 繪圖方式要求

一張完整的機車交路圖包含有站段、機車交路、交路要素表、圖例、標題、圖框等元素，元素種類較少，數量較多，重復工作量較大。同時站段、機車交路等元素間關聯緊密，一處小的修改可能會導致整個圖面的變化，使用AutoCAD繪圖及修改較為繁瑣。

通過軟件開發，采用圖形界面和參數驅動相結合的方式，提供機車交路圖繪制的全新手段，取代手工繪制的方式。開發友好的人機交互界面，提供站段信息、交路信息、邊框、標題、圖例、方案數量等基本信息的規范輸入格式，并提供預覽功能，保證用戶交互簡潔、方便、易懂，如圖1所示。

圖1 軟件用戶界面

2 軟件結構

根據需求分析，以模塊化的思想進行軟件框架的設計，將軟件分為4個模塊：用戶交互界面、后臺數據處理、CAD自動出圖、文件存取，各模塊之間關系密切，同時又相對獨立，各模塊之間的聯系如圖2所示。各模塊又細分為多個子模塊，圖3為軟件功能模塊劃分圖。

圖2 軟件框架圖

用戶交互界面：采用GDI圖形界面技術開發人機交互界面，交互界面分區設置，包含了站段、交路、邊框、標題、圖例、方案等信息，為用戶提供這些參數的輸入、修改、保存和讀取操作，同時軟件還會對參數進行分析，對錯誤的輸入參數進行提示。為了方便用戶交互，便于設計過程參數調整，用戶界面根據輸入參數提供預覽功能，使參數更加直觀。最終的機車交路CAD圖形由這些輸入參數所確定，整個過程用戶無需手動繪圖。

后臺數據處理：本系統的核心模塊，根據用戶輸入參數，在后臺自動進行繪圖數據的計算，包括輸入參數分析、站段圖形計算、交路形狀計算、站段布局計算等，該模塊定義了機車交路圖的數據組織結構，包含了大量的幾何代數算法，計算得到的數據用于預覽圖和CAD圖的繪制。

CAD自動出圖：根據用戶輸入參數和后臺處理數據，軟件調用CAD圖形繪制模塊，進行機車交路圖的繪制，該模塊又包含段所繪制模塊、交路繪制模塊以及其它元素繪制模塊等。CAD圖形繪制模塊調用AutoCAD ActiveX繪圖指令，使用匿名塊命令繪制站段，使用直線、圓弧、圓角命令繪制交路，使用文字命令繪制標題、交路要素表等。使用CAD圖形繪制模塊自動生成機車交路圖，省去手工繪制操作，提高了繪圖效率。

文件存取：分為文本文件輸出和文本文件讀取，將用戶輸入參數進行保存，生成文本文件，并且能夠讀取文件，方便機車交路圖的修改和重生成。

3 數據模型

3.1 數據結構

根據行業標準《鐵路機務設備設計規范》規定，站段按其屬性可分為若干類型，且《鐵路工程制圖圖形符號標準》給出了其標準圖例。

圖3 軟件功能模塊劃分圖

采用集合結構組織站段參數數據，建立站段參數矩陣A=（a1, a2, a3, a4），其中

a1=站段編號；

a2=站段名稱；

a3=站段類型；

a4=站段坐標點組合。

機車交路包含多種屬性，根據機車運轉方式，分為肩回交路、循環交路、半循環交路；根據乘務員駐班性質，分為駐班交路、立折交路；根據機車類型，分為內燃機車交路、電力機車交路等。

采用集合結構組織交路參數數據，建立交路參數矩陣B=（b1, b2, b3, b4, b5），其中

b1=交路編號；

b2=交路類型；

b3=交路途徑站點；

b4=交路顏色；

b5=交路要素表。

其中，交路要素表為數據集合，包括機車類型、牽引噸數、交路里程、限制坡度、坐標等參數，在此不再贅述。

交路空間主要由站段、交路構成，此外還包括圖例、圖框、標題等元素，交路空間數據模型如下：

V=(A, B, C,…, R)

其中，R為交路空間集合中所有元素之間關系的有限集合，數據元素之間存在著一對一、一對多和多對多的關系，構成了交路空間的網狀結構，如圖4所示。

圖4 數據結構

3.2 數據算法

（1）站段繪制算法

由上節可知，機務設備輸入類型較多，不同類型圖例各不相同，針對各類機務設備設計單獨的繪制算法，調用不同的圖形塊，各算法之間呈并列關系，根據類型參數一一映射到繪制算法，完成機務設備的計算和繪制。算法具有線性的時間復雜度，針對相同的機務設備類型，算法只計算一次，節省了內存空間，具有較好的空間復雜度。站段算法流程圖如圖5所示。

圖5 站段算法流程圖

（2）交路繪制算法

交路形狀的計算涉及到二維空間幾何變換，如圖6所示，交路的肩寬與長度成正比I，當機務設備A、B、C三點共線時，交路上任意一點D的坐標[x, y]T可由下式計算：

其中，λ為0～1的小數，若坐標系橫軸不與交路中心線平行，可通過旋轉矩陣R1將坐標系旋轉至橫軸與交路中心線平行，然后將由式（1）得到的交路坐標左乘旋轉矩陣R1的逆矩陣即可，旋轉矩陣R1由下式計算：

其中，α為交路中心線到坐標系橫軸的夾角。

當A、B、C三點不共線時，可看作BC段繞B點進行了旋轉，如圖6所示。圖中列出了3種BC段旋轉不同角度的情況，AB段交路坐標仍由式（2）計算，BC’段交路坐標[x’,y’]T可由旋轉變換獲得：

其中，設BC’與BC之間的夾角為θ，則旋轉矩陣R2為：

圖6 機車交路示意圖

最后，還需對折角處進行圓角處理，圓角半徑為B點到交路線段的垂直距離。

當交路途徑站點多于3個，后續交路區段計算原理與前面相同。

（3）空間布局算法

用戶輸入參數可以構成一幅完整的機車交路圖，但出圖通常采用標準圖框，且為了保證圖面整潔、布局良好，通常將圖框區域按適當比例劃分為若干個功能區，如圖7所示，要將實際交路空間恰當地顯示在圖紙空間的繪圖區上，則要經過多重映射。

采用包圍盒算法算出實際交路空間的長度L和寬度H，繪圖區的長度L’和寬度H’已分配，取L/L’和H/H’的較小值為縮放比例因子，實際交路空間中心與繪圖區中心對應，以此進行空間映射。映射后實際交路空間坐標轉變為AutoCAD圖紙空間坐標，方便打印。

圖7 坐標空間映射

4 結束語

機車交路圖輔助繪圖系統與AutoCAD緊密結合且采用簡單易用的VBA語言開發，根據參數輸入自動生成機車交路圖，用戶界面簡潔易懂，操作方便，提高了機車交路圖的繪圖效率，滿足機務部門的繪圖需要，軟件預置有數據庫功能，經推廣應用和深化開發可建立全國機車交路數據系統，進一步提高繪圖效率。

[1] 葉利華. 機車交路系統的設計與實現[D]. 成都：西南交通大學，2005.

[2] 周智勇. 機車交路圖輔助設計系統的研究[J]. 鐵路計算機應用，2003（Z1）：123-126.

[3] 李 鳴，倪智振. 基于MFC的機車交路圖輔助設計系統研究[J]. 鐵道標準設計，2013（8）：133-136.

責任編輯 陳 蓉

Computer-aided Drawing System of locomotive routing map based on VBA

YANG Zhen, HUANG Xiaogang
( Department of Equipment Design and Research, China Railway SIYUAN Survey and Design Group CO.,LTD, Wuhan 430063, China )

Locomotive routing map was the base of railway organization. The common drawing operation now was based on AutoCAD. The eff i ciency and accuracy of this method were low. In order to improve the efficiency of locomotive routing mapping, a Computer-aided Drawing System with parameters input was developed by means of AutoCAD VBA.

locomotive servicing and maintenance; locomotive routing; Computer-aided Drawing System

U268∶TP39

A

1005-8451（2014）10-0004-04

2014-04-28

楊 震，助理工程師；黃小鋼，教授級高級工程師 。