利用Python语言实现集中监测CAD施工图辅助设计

刘 娜

(北京全路通信信号研究设计院集团有限公司，北京 100070)

1 背景概况

当前最为广泛应用的AutoCAD二次开发语言有：LISP、C、VBA语言等。LISP语言因为可以直接调用AutoCAD的命令，因此在CAD辅助软件设计中被应用的最广泛。

但LISP语言的缺点也比较明显，大致列举如下：

1) 功能比较单一，综合处理能力差；

2) 解释执行，程序运行速度慢；

3) 缺乏很好的保护机制，源程序保密性差；

4) 不能直接访问硬件设备、进行二进制文件的读写。

由于集中监测系统所有采集内容都来自外部输入，具备采集内容灵活多样，输入数据庞大，数据处理复杂等特点，因此作为集中监测辅助工程设计工具的开发语言一定要在灵活性，以及处理庞大复杂数据方面具有绝对的优势。

基于这个考虑，寻找一种更为简洁，功能更全面，可读性更强的语言，可以调用AutoCAD的命令，从而实现CAD的辅助设计。

2 Python语言优势分析

Python是面向对象的程序设计语言，比传统结构化的语言更适合于大型软件的开发，实现高度抽象的数据模型。作为脚本语言，它具有许多高级数据类型，如列表、字典、元组等，比系统语言更容易实现复杂的数据结构．由于脚本语言的胶合性，使它易于利用已有组件实现系统的功能。

得力于Python丰富的内建模块和三方模块，Python可通过在Unix或Windows上调用系统语言C／C++的扩展模块，或利用已有函数包来提高大量数据处理的运行速度。

综合分析，Python脚本语言在CAD二次开发方面有如下优势。

语法简洁：Python有相对较少的关键字，结构简单，有一个明确定义的语法，学习起来更加容易。

易于阅读：Python代码定义的更清晰，它采用强制缩进的方式使得代码具有极佳的可读性。

具有丰富的库：Python的最大优势是它具有丰富的库，且是跨平台的。Python标准库很庞大。它可以帮助你处理各种工作，包括文档生成、数据库、网页浏览器、电子邮件、XML、HTML、WAV文件、图形用户界面（GUI）和其他与系统有关的操作。当然，也包括调用AutoCAD的命令，实现辅助工具开发功能。

可扩展：如果需要一段关键代码运行得更快或者希望某些算法不公开，可以把部分程序用C或C++编写，然后在Python程序中使用。

面向对象：Python既支持面向过程的编程，也支持面向对象的编程。在“面向过程”的语言中，程序是由过程或仅仅是可重用代码的函数构建起来的。在“面向对象”的语言中，程序是由数据和功能组合而成的对象构建起来的。与其他主要的语言如C++和Java相比，Python以一种非常强大又简单的方式实现面向对象编程。

3 AutoCAD命令调用实现

上文提到Python语言有着丰富的库，因此它也具有控制AutoCAD的库，即pyautocad模块。pyautocad包可以对任何版本的AutoCAD软件进行操作，实际上接口都是一样的。连接CAD的代码如下。

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()

作为AutoCAD的基本控制模块，AutoCadOperations定义了：

draw_text - 将文本写入到当前打开的Auto-CAD文件，输入参数写入的坐标、文本内容、对齐方式和文本大小。

open_acad_template - 打开AutoCAD文件，输入参数为要打开的文件路径。

get_all_text_dicts - 获取所有文本及其内容的字典。

close_current_acad_file - 关闭当前的AutoCAD文件。

该控制模块的基本调用如下所示。

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 实现监测施工图辅助设计

采用模块化的设计思路，实现集中监测施工图辅助设计工具的开发，将软件系统划分为任务调度、数据提取、数据写入、数据分析、AutoCAD控制、车站配置等6个模块。

系统架构如图1所示。

图1 系统架构图Fig.1 System architecture diagram

1） 任务调度模块

任务调度模块主要负责根据软件处理流程，完成各模块间的调用。通过python中concurrent.futures库实现多张AutoCAD图的并行快速生成。

2） 车站配置模块

车站配置模块主要负责配置各车站基础情况，便于根据车站基础情况制定相应的采集内容，调用相应的CAD模板文件。如车站类型、信号机类型、转辙机类型、轨道电路类型、联锁制式、列控制式等，并根据采集内容合理分配机柜布置、组合柜布置等。

3）数据分析模块

数据分析模块定义了[需要写需要分析的类型]所需要进行的数据分析底层方法实现，包括读取txt数据内容，源数据处理，归并提取信息并写入python字典的功能。

4）AutoCAD控制模块

根据前面数据分析模块获得的各最终txt数据文件，选择打开各个CAD模板，利用Python文件调用CAD命令，将这些数据文件写入CAD模板，自动绘制集中监测施工设计图纸。

5）数据提取模块

数据提取模块主要负责根据车站配置通过AutoCAD控制模块来读取计算机联锁系统、列控系统、智能电源屏系统等外部输入信息，如分线盘的定义、组合架的分配等信息。这些信息决定了集中监测采集点的位置信息，因此是集中监测工程图纸的重要输入来源。数据提取模块的输出结果是相对应的txt源文件，主要用来作为数据写入模块的数据源和事后审查。

6） 数据写入模块

数据写入模块根据前面数据提取模块获得的源txt数据文件，调用AutoCAD控制模块。选择打开相应CAD模板，根据车站配置模块的信息，将这些数据文件写入CAD模板，完成自动绘制集中监测施工设计图纸。

根据上述模块定义，该软件的流程如图2所示。

软件流程可以概括为两个步骤。

首先，基于集中监测采集设计的输入图纸，如联锁图纸、区间列控图纸等，根据车站的配置信息，软件程序进行数据提取，再将提取出来的数据进行提炼和数据转换，从而得到监测采集需要的中间数据文件。

图2 软件流程图Fig.2 Software flow diagram

然后，读取这些数据文件，根据AutoCAD模版的格式需要，进一步调整数据内容，写入到python的列表。打开AutoCAD模板文件，进行写入操作，从而得到最终需要的成果文件，完成辅助设计流程。

5 结语

利用面向对象的脚本语言Python对铁路信号工程计算机辅助设计CAD进行二次开发，在实现大型的、结构复杂、运算速度高的科学计算软件方面有较大的优势，利用Python语言作为集中监测系统施工图辅助设计工具的开发工具，可满足集中监测系统采集内容灵活多样、输入数据庞大，数据处理复杂的特点，可根据各站场基本情况不同，进行定制化分析处理，大大的提高了辅助设计工作的效率和准确性。