基于VBA的牽引計算用坡度坡長自動提取

劉超 湯人杰 尹竹瑩

(中車株洲電力機車有限公司 湖南株洲 412001)

軌道交通車輛牽引計算需要使用線路的坡度和坡長數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)的提取方式為人工讀取CAD文件，將數(shù)據(jù)逐一錄入到Excel 中。在CAD 文件中，與整條線路相比，坡度坡長數(shù)據(jù)的字體不大；相鄰數(shù)據(jù)間隔較大。若放大圖紙，一次讀取的數(shù)據(jù)較少，將大幅增加錄入時間；若不放大圖紙，某些數(shù)字容易讀錯，將直接影響牽引計算的精度。

基于VBA的CAD二次開發(fā)功能，可以使用程序批量處理大量文檔數(shù)據(jù)，已經(jīng)用于軟件及插件開發(fā)[1-2]、圖紙繪制及修改[3-8]、數(shù)據(jù)提取[9-11]等。

為自動提取坡度坡長數(shù)據(jù)，本文編寫了VBA 程序。讀取設(shè)計坡度和設(shè)計標(biāo)高所在圖層的數(shù)據(jù)，將其導(dǎo)出到Excel，排序后確定上行線、下行線和環(huán)線數(shù)據(jù)，通過設(shè)計標(biāo)高得到坡度值的正負號。實際應(yīng)用結(jié)果驗證了程序的有效性和可行性。

1 原始數(shù)據(jù)獲取

1.1 獲取設(shè)計坡度、設(shè)計標(biāo)高的圖層名稱

通過InputBox( )得到手動輸入的設(shè)計坡度、設(shè)計標(biāo)高圖層名稱。

一張圖紙中可能同時存在上行線、下行線、環(huán)線，不同線路設(shè)計坡度、設(shè)計標(biāo)高所在圖層的名稱可能不同，故需要判定是否包含多個圖層，若存在多個圖層，分離出每個圖層名稱和圖層總數(shù)。

1.2 讀取設(shè)計坡度、設(shè)計標(biāo)高所在圖層的數(shù)據(jù)

對于設(shè)計標(biāo)高圖層的數(shù)據(jù)，若圖層名稱和設(shè)計標(biāo)高圖層名稱相同、類型為文本，則將字符串、坐標(biāo)保存到數(shù)組中，通過計數(shù)器變量實時更新總數(shù)。

設(shè)計坡度圖層中除了坡度和坡長以外，還存在旋轉(zhuǎn)了90°的數(shù)據(jù)，如圖1 所示，故除了圖層名稱和類型需滿足要求外，還需限定旋轉(zhuǎn)角度為0。

圖1 圖紙示例

設(shè)計坡度圖層中，每一段路程的起點和終點有一條豎線，如圖1 所示，讀取豎線的坐標(biāo)，用于匹配坡度坡長數(shù)據(jù)、更新起點站和終點站的坡長。

本文使用的是中望CAD，文本、線條類型分別為ZcadText和ZcadLine。不同類型的對象的屬性不完全相同，故在獲取數(shù)據(jù)時，滿足類型相同后才判斷其他條件。

1.3 讀取起點站、終點站、設(shè)計坡度、設(shè)計標(biāo)高的坐標(biāo)

一般圖紙中起點站左邊、終點站右邊均存在少量線路數(shù)據(jù)，故需要獲取起點站、終點站的坐標(biāo)，用于標(biāo)記有用數(shù)據(jù)。

每條線路最左側(cè)會有注釋，如圖1 中的“設(shè)計坡度”和“設(shè)計標(biāo)高”。獲取“設(shè)計坡度”和“設(shè)計標(biāo)高”的坐標(biāo)，用于分離每條線路的數(shù)據(jù)。

圖紙中文字可能存在空格，如“設(shè) 計 標(biāo) 高”，故對于文本類型的對象，需要對每個字符進行匹配，同時滿足時將坐標(biāo)存儲于數(shù)組中。

2 豎線數(shù)據(jù)處理

若圖紙只有一條線路，默認為上行線；若包含環(huán)線且終點站在環(huán)線上，默認環(huán)線位于上行線或下行線的右側(cè)。

2.1 創(chuàng)建Excel文件并寫入數(shù)據(jù)

CAD VBA 讀取數(shù)據(jù)的原則是根據(jù)數(shù)據(jù)放置的先后順序，則讀取的數(shù)據(jù)不一定按照橫坐標(biāo)從小到大的順序排列，本文借助Excel 對其進行排序。通過CAD VBA 新建Excel 文件，新增3 個空白工作簿，分別保存坡度坡長、標(biāo)高、豎線的數(shù)據(jù)。

寫入數(shù)據(jù)時，先將保存在數(shù)組中的變量賦值給Variant變量，再賦值給Excel，將無用的數(shù)據(jù)清除。

2.2 分離豎線的上行線和下行線數(shù)據(jù)

將豎線的橫坐標(biāo)按照升序進行排序，調(diào)整豎線的起點和終點，始終滿足起點的縱坐標(biāo)小于終點的縱坐標(biāo)。

圖2 為每條線路的標(biāo)注，一般設(shè)計標(biāo)高和設(shè)計坡度不在兩端，則兩條線路之間的距離大于豎線的長度。此外，同一條線路的豎線的長度不一定相同，可能存在細微偏差，如圖3所示。

圖2 圖紙標(biāo)注示例

圖3 上行線和下行線劃分

記橫坐標(biāo)最小的豎線V0的起點坐標(biāo)和終點坐標(biāo)分別為(xst，yst)和(xed，yed)，長度為l0。以V0為基準(zhǔn)，將y≥yed+l0的豎線標(biāo)記為上行線，此時上行線標(biāo)志位flag_sxx=1；y≤yst-l0的豎線標(biāo)記為下行線，下行線標(biāo)志位flag_xxx=1；yed-l0≤y≤yst+l0的豎線標(biāo)記為中線，如圖3所示。

（1）若flag_sxx=1 且flag_xxx=1，則同時存在上行線、下行線和環(huán)線，此時不更新標(biāo)記。

（2）若flag_sxx=1且flag_xxx=0，則存在一條線路在上方，默認縱坐標(biāo)大的線路為上行線，將中線改為下行線。

（3）除上述情況外，將中線改為上行線。

更新標(biāo)記后，進行以下處理。

（1）按照標(biāo)記升序的原則進行排序。

（2）對于相鄰、橫坐標(biāo)之差小于1 的豎線，刪除其中一條。

（3）確定上行線和下行線的分界點和分界線，見圖4。

圖4 上行線和下行線分界線

分界線縱坐標(biāo)表達式為ysx=（ysxx0+yxxx0）/2，ysxx0、yxxx0分別為上行線第一條豎線起點縱坐標(biāo)和下行線第一條豎線終點縱坐標(biāo)。若圖紙中只有一條線路，則ysx=0。

通過分界點確定下行線數(shù)據(jù)個數(shù)，可能存在個別上行線豎線偏離其他豎線，被判定為下行線的情況，故假定下行線數(shù)據(jù)個數(shù)大于3個時才計算分界線。

2.3 分離豎線中的環(huán)線數(shù)據(jù)

若存在環(huán)線，環(huán)線數(shù)據(jù)位于上行線或下行線數(shù)據(jù)中，則存在一個“設(shè)計坡度”的橫坐標(biāo)xzy滿足（xzy-xxx0）（xzy-xxxk）＜0，其中xxx0、xxxk分別為上行線或下行線的起點和終點的橫坐標(biāo)，設(shè)定該橫坐標(biāo)xzy為環(huán)線的分界線。

將上行線和下行線中橫坐標(biāo)大于xzy的豎線標(biāo)記為環(huán)線。

3 標(biāo)高數(shù)據(jù)處理

3.1 分離上行線、下行線和環(huán)線數(shù)據(jù)

通過ysx將標(biāo)高數(shù)據(jù)標(biāo)記為上行線和下行線，然后按照標(biāo)記升序進行排序，確定上行線和下行線的分界點；通過xzy標(biāo)記標(biāo)高環(huán)線數(shù)據(jù)。

相鄰標(biāo)高數(shù)據(jù)，若滿足標(biāo)高值、橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)之差的絕對值小于1，則刪除其中一個標(biāo)高數(shù)據(jù)。圖5是環(huán)線分界線圖。

圖5 環(huán)線分界線

3.2 刪除偏離豎線較遠的標(biāo)高數(shù)據(jù)

可能存在位于兩條豎線之間的標(biāo)高值，如圖6 所示。一條豎線對應(yīng)一個標(biāo)高數(shù)據(jù)，對于第k個標(biāo)高數(shù)據(jù)，從第k-n條豎線開始判斷，若標(biāo)高的橫坐標(biāo)和豎線的橫坐標(biāo)之差的絕對值大于10，清除該行的標(biāo)高數(shù)據(jù)。n為第k個標(biāo)高數(shù)據(jù)之前被清空數(shù)據(jù)的標(biāo)高的總數(shù)，每清空一個標(biāo)高數(shù)據(jù)時通過n=n+1更新n值。所有的標(biāo)高數(shù)據(jù)均核對后，將清空形成的空白行刪除。

圖6 冗余的標(biāo)高數(shù)據(jù)

4 坡度坡長數(shù)據(jù)處理

4.1 分離上行線、下行線和環(huán)線數(shù)據(jù)

和標(biāo)高數(shù)據(jù)的處理方式相同，通過ysx和xzy標(biāo)記上行線、下行線和環(huán)線。排序后確定上行線和下行線的分界點。

4.2 匹配標(biāo)高和坡度坡長

將坡度坡長數(shù)據(jù)放到左側(cè)最近的標(biāo)高數(shù)據(jù)所在行，以圖6為例，將坡度值-2、坡長值430及坐標(biāo)放到標(biāo)高11.64所在行。

由于同一組坡度坡長未合并到同一行，對于第n個坡度坡長，從第Roundup(n/2)個標(biāo)高數(shù)據(jù)開始遍歷，當(dāng)坡度或坡長的橫坐標(biāo)介于第m個和m+1個標(biāo)高的橫坐標(biāo)之間時，將第n個坡度坡長放在第m個標(biāo)高數(shù)據(jù)所在行，滿足先坡度后坡長；然后通過標(biāo)高值確定坡度的正負號，若第m個標(biāo)高值大于第m+1個標(biāo)高值，則坡度符號為正，否則為負。

5 更新坡度坡長數(shù)據(jù)

5.1 確定起點站和終點站位置

只考慮兩種站點標(biāo)注方式，第一種如圖7所示，每個站點標(biāo)注了相鄰站點的名稱。

圖7 站點標(biāo)注

第二種只標(biāo)注每個站點的名稱。站點個數(shù)為奇數(shù)時，以中間站為真實站點；為偶數(shù)個時，對于起點站，以橫坐標(biāo)較小的為真實站點；對于終點站，以橫坐標(biāo)較大的為真實站點。

5.2 更新起點站和終點站坡長

如圖8所示，以起點站為例，起點站到右側(cè)豎線的距離表達式為d=p（xn+1-xqdz）/（xn+1-xn），p為坡度值，xqdz、xn、xn+1分別為起點站、第n條豎線、第n+1條豎線的橫坐標(biāo)。

圖8 起點站路段

對于起點站，直接更新第n個標(biāo)高所在行的坡長值；對于終點站，在第n個和第n+1 個標(biāo)高之間插入空白行，此時空白行為第n+1個數(shù)據(jù)，將第n行賦給第n+1行，更新第n個和第n+1個坡長值。

5.3 將環(huán)線標(biāo)記為上行線和下行線

若存在環(huán)線，默認終點站左側(cè)的數(shù)據(jù)屬于上行線，右側(cè)數(shù)據(jù)屬于下行線。按照上行線/下行線、環(huán)線進行排序，排序后下行線數(shù)據(jù)順序為先環(huán)線再主線，按照橫坐標(biāo)從大到小的順序?qū)χ骶€進行排序。保存提取的數(shù)據(jù)默認保存在D盤根目錄。

6 實例測試

以某項目為例，無環(huán)線，上行線和下行線分別單獨放在一張圖紙中。程序運行后，彈出4個對話框，分別要求手動輸入坡度圖層、標(biāo)高圖層、起點站名稱、終點站名稱，如圖9所示。

圖9 輸入對話框

4個對話框均輸入后，程序自動運行，輸出的部分結(jié)果如圖10 所示，原始圖紙如圖11 所示。坡度值、坡長值滿足要求，坡度的正負號符合要求。

圖10 提取的部分?jǐn)?shù)據(jù)

圖11 原始圖紙

該圖紙中存在個別坡度坡長數(shù)據(jù)的圖層為0，如圖12所示，程序讀取的結(jié)果如圖13所示。

圖12 坡度坡長異常數(shù)據(jù)

圖13 坡度坡長異常數(shù)據(jù)提取結(jié)果

該路段不在兩端，坡度坡長數(shù)據(jù)為空，標(biāo)高不為空，設(shè)計人員可以通過標(biāo)高值快速找到異常數(shù)據(jù)的位置。

以包含環(huán)線的項目的圖紙進行測試，部分結(jié)果如圖14 所示。上行線最后一條豎線沒有對應(yīng)的坡度坡長值，和實際相符。

圖14 環(huán)線提取結(jié)果

由上述結(jié)果可知，程序提取結(jié)果滿足要求。

7 結(jié)語

為了自動從CAD 圖紙中提取線路的坡度坡長數(shù)據(jù)，編寫了VBA 程序，只需人工輸入起點站和終點站名稱、坡度坡長和標(biāo)高所在圖層，操作簡單。測試結(jié)果表明：由程序提取的坡度坡長的準(zhǔn)確性滿足要求；與傳統(tǒng)方法相比，大幅減少了數(shù)據(jù)錄入的時間。