利用Python語言實現集中監測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二次開發語言有：LISP、C、VBA語言等。LISP語言因為可以直接調用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。

由于集中監測系統所有采集內容都來自外部輸入，具備采集內容靈活多樣，輸入數據龐大，數據處理復雜等特點，因此作為集中監測輔助工程設計工具的開發語言一定要在靈活性，以及處理龐大復雜數據方面具有絕對的優勢。

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，可以調用AutoCAD的命令，從而實現CAD的輔助設計。

2 Python語言優勢分析

Python是面向對象的程序設計語言，比傳統結構化的語言更適合于大型軟件的開發，實現高度抽象的數據模型。作為腳本語言，它具有許多高級數據類型，如列表、字典、元組等，比系統語言更容易實現復雜的數據結構．由于腳本語言的膠合性，使它易于利用已有組件實現系統的功能。

得力于Python豐富的內建模塊和三方模塊，Python可通過在Unix或Windows上調用系統語言C／C++的擴展模塊，或利用已有函數包來提高大量數據處理的運行速度。

綜合分析，Python腳本語言在CAD二次開發方面有如下優勢。

語法簡潔：Python有相對較少的關鍵字，結構簡單，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、數據庫、網頁瀏覽器、電子郵件、XML、HTML、WAV文件、圖形用戶界面（GUI）和其他與系統有關的操作。當然，也包括調用AutoCAD的命令，實現輔助工具開發功能。

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。

面向對象：Python既支持面向過程的編程，也支持面向對象的編程。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構建起來的。在“面向對象”的語言中，程序是由數據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面向對象編程。

3 AutoCAD命令調用實現

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，輸入參數寫入的坐標、文本內容、對齊方式和文本大小。

open_acad_template - 打開AutoCAD文件，輸入參數為要打開的文件路徑。

get_all_text_dicts - 獲取所有文本及其內容的字典。

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 實現監測施工圖輔助設計

采用模塊化的設計思路，實現集中監測施工圖輔助設計工具的開發，將軟件系統劃分為任務調度、數據提取、數據寫入、數據分析、AutoCAD控制、車站配置等6個模塊。

系統架構如圖1所示。

圖1 系統架構圖Fig.1 System architecture diagram

1） 任務調度模塊

任務調度模塊主要負責根據軟件處理流程，完成各模塊間的調用。通過python中concurrent.futures庫實現多張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，便于根據車站基礎情況制定相應的采集內容，調用相應的CAD模板文件。如車站類型、信號機類型、轉轍機類型、軌道電路類型、聯鎖制式、列控制式等，并根據采集內容合理分配機柜布置、組合柜布置等。

3）數據分析模塊

數據分析模塊定義了[需要寫需要分析的類型]所需要進行的數據分析底層方法實現，包括讀取txt數據內容，源數據處理，歸并提取信息并寫入python字典的功能。

4）AutoCAD控制模塊

根據前面數據分析模塊獲得的各最終txt數據文件，選擇打開各個CAD模板，利用Python文件調用CAD命令，將這些數據文件寫入CAD模板，自動繪制集中監測施工設計圖紙。

5）數據提取模塊

數據提取模塊主要負責根據車站配置通過AutoCAD控制模塊來讀取計算機聯鎖系統、列控系統、智能電源屏系統等外部輸入信息，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測采集點的位置信息，因此是集中監測工程圖紙的重要輸入來源。數據提取模塊的輸出結果是相對應的txt源文件，主要用來作為數據寫入模塊的數據源和事后審查。

6） 數據寫入模塊

數據寫入模塊根據前面數據提取模塊獲得的源txt數據文件，調用AutoCAD控制模塊。選擇打開相應CAD模板，根據車站配置模塊的信息，將這些數據文件寫入CAD模板，完成自動繪制集中監測施工設計圖紙。

根據上述模塊定義，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，基于集中監測采集設計的輸入圖紙，如聯鎖圖紙、區間列控圖紙等，根據車站的配置信息，軟件程序進行數據提取，再將提取出來的數據進行提煉和數據轉換，從而得到監測采集需要的中間數據文件。

圖2 軟件流程圖Fig.2 Software flow diagram

然后，讀取這些數據文件，根據AutoCAD模版的格式需要，進一步調整數據內容，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 結語

利用面向對象的腳本語言Python對鐵路信號工程計算機輔助設計CAD進行二次開發，在實現大型的、結構復雜、運算速度高的科學計算軟件方面有較大的優勢，利用Python語言作為集中監測系統施工圖輔助設計工具的開發工具，可滿足集中監測系統采集內容靈活多樣、輸入數據龐大，數據處理復雜的特點，可根據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。