一种基于DXF格式的车站平面图信息提取与实例化方法与流程

一种基于dxf格式的车站平面图信息提取与实例化方法
技术领域
1.本发明涉及铁路工程设计与施工领域，具体涉及一种基于dxf格式的车站平面图信息提取与实例化方法。


背景技术：

2.车站信号平面布置图(以下简称“车站平面图”)是铁路工程设计与施工的重要依据，同时也是联锁数据制作的设计输入，能够直观反映铁路信号设备布置情况及重要联锁关系。城市轨道交通车站数据制作通过计算机辅助设计软件，采用人工绘制站场图的方式，将车站平面图中的信号设备通过控件重绘站场图，进而对站场图中各设备的属性进行设置，完善站场图数据，为后续信号设计提供输入。出于提高联锁数据设计人员工作效率，保证车站平面图信息识别完整的目的，通过计算机辅助设计软件提取车站平面图数据并实例化站场图设备，自动完成站场图的绘制是实现联锁数据设计自动化的必然趋势。
3.目前的车站平面图数据提取方法或者是无法直观反映信号设备间的联锁关系，对于联锁数据设计人员不适用，或者是未将信号设备进行实例化，无法编辑生成的图形，使得在车站平面图某处设备改动，需要重新生成站场图，更新对应设备信息时，数据不具备升级管理的功能，且无法建立联锁关系，为生成站场形数据结构做准备。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提出一种可直观反映信号设备间的联锁关系，且将信号设备实例化，使生成的图形可编辑，具备升级管理功能的车站平面图数据提取方法。
5.为实现上述目的，本发明提出了一种基于dxf格式的车站平面图信息提取与实例化方法，包括以下步骤：
6.s1、根据计算机联锁车站联锁图表编制原则，结合车站平面图既有设备类型，设计信号设备控件及其属性；
7.s2、读取dxf文件的entities模块，根据dxf文件的图形对象代码，获取车站信号平面图中各设备的类型、坐标以及属性；
8.s3、根据步骤s2中提取的设备类型及对应的坐标和旋转属性，调用s1中设计的不同类型的设备控件，将信号机、道岔和计轴绘制在对应坐标位置上，形成初始站场图；
9.s4、在所述初始站场图的基础上，根据各个计轴位置通过图形位置算法生成区段，并将站场图中的道岔进行连接，形成连续且完整的站场图；
10.s5、根据步骤s2中提取的设备类型和属性，获取以设备名称命名的各信号设备图元名，将其作为站场图中对应控件的名称和属性，并调用文本控件，将所述名称和属性放置在对应信号设备上方，完成站场图的绘制；
11.s6、当需要修改站场图时，人工对信号设备进行操作，完善无法直接通过车站平面图获取的属性，为联锁数据结构提供输入。
12.其中，所述信号设备控件包括信号机控件、道岔控件、计轴控件、区段控件、文本控
件、左右方向箭头控件、按钮控件、表示灯控件以及站台控件。
13.其中，所述步骤s2进一步的包括以下步骤：
14.s21、读取dxf格式数据，判断每行数据是否为entities字段，如果不是entities字段，则读取下一行数据，如果是entities字段，则按行获取符合设备类型命名规则的各实体段；
15.s22、按行依次读取dxf格式数据，直至读取到为endsec字段的数据，结束信息提取过程。
16.其中，所述步骤s21包括以下情况：若该行数据为信号机实体或道岔实体对应的设备类型名称，则提取dxf组码1对应的设备名称、组码10对应的设备横坐标、组码20对应的设备纵坐标和组码50对应的设备旋转属性；若该行数据为计轴实体对应的设备类型名称，则提取组码10对应的设备横坐标、组码20对应的设备纵坐标和组码50对应的设备旋转属性。
17.其中，所述步骤s4进一步的包括以下步骤：
18.s41、对于每个计轴图元，根据该计轴的坐标及其邻近设备，绘制区段并设置区段名称；
19.s42、对于每个道岔图元，根据道岔的岔尖方向及其邻近设备，绘制道岔并连接计轴设备和道岔设备；
20.s43、遍历站场图中的计轴和道岔，根据s41和s42中的绘制和连接方式，完成所有区段和道岔的绘制。
21.其中，对于每个计轴图元，所述步骤s41进一步的包括以下步骤：
22.s411、对于每个计轴图元，在其坐标右边的第一指定范围内对计轴设备和道岔设备进行搜索；
23.s412、若所述计轴图元右边相邻最近的设备为计轴设备，则这两个计轴间的区域为区段，调用区段控件进行绘制，区段的起始坐标和终止坐标分别为两个计轴的坐标，并继续执行s413；若所述计轴图元右边相邻最近的设备不为计轴设备，则返回s411；
24.s413、在两个计轴间的第二指定范围内，从左至右依次搜索满足区段命名规则的文本图元，并判断该文本图元是否在所述区段范围内，如果在，则将该文本作为两个计轴构成的区段的名称属性，并返回s411；若该文本图元不在所述区段范围内，则继续搜索，直至在第二指定范围内搜索到文本图元作为区段的名称属性，再返回s411。
25.其中，对于每个计轴图元，所述第一指定范围为：与其纵坐标差值小于5个单位坐标；对于两个计轴，所述第二指定范围为：横坐标在两个计轴的横坐标之间，纵坐标与两个计轴的差值小于5个单位坐标。
26.其中，对于每个道岔图元，所述步骤s42进一步的包括以下步骤：
27.s421、对于每个道岔图元，在其左右两边的第三指定范围内对计轴设备和道岔设备进行搜索；
28.s422、若在第三指定范围内与该道岔图元相邻最近的设备为计轴设备，则将该道岔图元表示的道岔的分支连接到该计轴设备，并执行s425；若在第三指定范围内与该道岔图元相邻最近的设备不为计轴设备，则继续执行s423；
29.s423、若在第三指定范围内与该道岔图元相邻最近的设备为道岔设备，则将该道岔图元表示的道岔的分支连接到两个道岔设备中间，并执行s425；若在第三指定范围内与
该道岔图元相邻最近的设备不为道岔设备，则返回s421，在下一个道岔图元的左右两边第三指定范围内继续搜索并判断与其相邻最近的设备是否为计轴设备或道岔设备；
30.s424、在第四指定范围内找到该道岔反位位置上的直线端点，若该直线延伸后的另一端点与其他道岔的反位连接，则将该道岔的反位分支与所述直线延伸后的另一端点的道岔的反位分支连接，并返回s421；若该直线延伸后的另一端点没有与其他道岔的反位连接，则执行s425；
31.s425、在每个道岔反位直线延伸后的另一端点位置左右两边的第五指定范围内对计轴设备和道岔设备进行搜索，若距离该端点相邻最近的设备为计轴设备，则先将该道岔反位分支延伸至直线另一端点处后再与该计轴设备相连，并返回s421；若距离该端点相邻最近的设备不是计轴设备，则执行s426；
32.s426、在每个道岔反位直线延伸后的另一端点位置左右两边的第五指定范围内，若距离每个道岔反位直线延伸后的另一端点相邻最近的设备为道岔设备，则根据两个道岔的岔尖方向、开口方向进行对两个道岔连接，再返回s421；若距离每个道岔反位直线延伸后的另一端点相邻最近的设备不是道岔设备，则直接返回s421。
33.其中，对于每个道岔图元，所述第三指定范围为：与其纵坐标差值小于3个单位坐标；所述第四指定范围为：与其横坐标差值小于1个单位坐标，与其纵坐标差值小于5个单位坐标；所述第五指定范围为：与其反位直线另一端点的纵坐标差值小于5个单位坐标。
34.其中，所述步骤s422包括以下情况：
35.当所述道岔岔尖向右时，若计轴设备在该道岔左边，则将该道岔岔前分支连接到该计轴设备；若计轴设备在该道岔右边，则将该道岔岔后分支连接到该计轴设备；
36.当所述道岔岔尖向左时，若计轴设备在该道岔左边，则将该道岔岔后分支连接到该计轴设备；若计轴设备在该道岔右边，则将该道岔岔前分支连接到该计轴设备。
37.其中，所述步骤s423包括以下情况：
38.第一道岔岔尖向右，第二道岔岔尖方向与其相同：若第二道岔在第一道岔的左边，则将第一道岔的岔前分支与第二道岔的岔后分支相连；若第二道岔在第一道岔的右边，则将第一道岔的岔后分支与第二道岔的岔前分支相连；
39.第一道岔岔尖向右，第二道岔岔尖方向与其相反：若第二道岔在第一道岔的左边，则将第一道岔的岔前分支与第二道岔的岔前分支相连；若第二道岔在第一道岔的右边，则将第一道岔的岔后分支与第二道岔的岔后分支相连；
40.第一道岔岔尖向左，第二道岔岔尖方向与其相同：若第二道岔在第一道岔的左边，则将第一道岔的岔后分支与第二道岔的岔前分支相连；若第二道岔在第一道岔的右边，则将第一道岔的岔前分支与第二道岔的岔后分支相连；
41.第一道岔岔尖向左，第二道岔岔尖方向与其相反：若第二道岔在第一道岔的左边，则将第一道岔的岔后分支与第二道岔的岔后分支相连；若第二道岔在第一道岔的右边，则将第一道岔的岔前分支与第二道岔的岔前分支相连；
42.其中，所述第一道岔为正在绘制的每个所述道岔，第二道岔为与该第一道岔相邻最近的道岔设备。
43.其中，所述步骤s426包括以下情况：
44.若第一道岔和第三道岔的岔尖方向和开向均相同，则将第一道岔的反位分支延伸
至端点后再与第三道岔的岔前分支相连；
45.若第一道岔和第三道岔的岔尖方向不同、开向相同，则将第一道岔的反位分支延伸至端点处后再与第三道岔的岔后分支相连；
46.其中，所述第一道岔为正在绘制的每个所述道岔，所述第三道岔为与该第一道岔反位直线端点相邻最近的道岔设备。
47.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
48.本方法通过dxf格式直接提取车站平面图中联锁信号设备的类型及位置关系，采用自定义实体的方式将信号设备实例化，通过调用信号设备控件重绘站场图，为站场数据结构的形成提供可靠输入，且数据升级更加便捷；
49.本方法采用图形位置算法，将计轴设备和区段及道岔进行位置匹配，通过道岔岔尖方向和开向细化道岔类型，使站场图的连接更接近车站平面图，能更直观地反映信号设备的联锁关系；
50.本方法通过对实例化信号设备的操作，便于设计人员校验和修改站场图连接关系及设备类型，通过实例化信号设备属性的设置更改，能够减少因数据变更需从源头修改带来的工作量，提高设计人员数据制作的效率。
附图说明
51.图1为本发明一种基于dxf格式的车站平面图信息提取与实例化方法的流程示意图；
52.图2为设备实例化结构图；
53.图3为dxf数据提取流程图；
54.图4为区段图形位置算法原理实现流程图；
55.图5为道岔图形位置算法原理实现流程图；
56.图6为道岔类型及道岔分支示意图。
具体实施方式
57.以下将结合本发明实施例中的图1～图6，对本发明实施例中的技术方案、构造特征、所达成目的及功效予以详细说明。
58.需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施方式的目的，并非用以限定本发明实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。
59.需要说明的是，在本发明中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括明确列出的要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
60.本实施例公开了一种基于dxf格式的车站平面图信息提取与实例化方法，dxf格式
是autocad进行数据交换的cad数据文件格式，其具有很好的可读性。由于车站平面图中的信号设备以块图元的方式进行存储，而dxf文件中的entities模块是对块图元的描述，因此，通过读取该部分图形实体数据，包括信号机、道岔、计轴等，可获取车站平面图中各信号设备的坐标和基本属性，再通过调用控件重绘车站平面图，从而生成信号设备连接完整的可编辑站场图，为联锁数据结构提供输入。如图1所示，本方法具体包括以下步骤：
61.s1、根据计算机联锁车站联锁图表编制原则，结合车站平面图既有设备类型，设计信号设备控件及其属性，所述信号设备控件主要包括信号机控件、道岔控件、计轴控件、区段控件，以及其他便于设计人员使用的控件，包括文本控件、左右方向箭头控件、按钮控件、表示灯控件以及站台控件，图2展示了部分设备的实例化结构，其中上行和下行采用不同颜色以进行区分。
62.s2、读取dxf文件的entities模块，根据dxf文件图形对象代码，获取车站信号平面图中各设备的类型、坐标以及属性，如图3所示，具体步骤如下：
63.s21、读取dxf格式数据，判断每行数据是否为entities字段，如果不是entities字段，则读取下一行数据，如果是entities字段，则按行获取符合设备类型命名规则的各实体段。
64.autocad对dxf格式entities字段定义的所有组码中，组码1对应图元的主名称，即设备名称，组码10、20分别对应图元在平面图中的x、y坐标，组码50对应图元在平面图中的旋转属性，当然还有其他对应拉伸属性、缩放比例等的组码。但在重绘平面图时，只需要用到信号机、道岔和计轴的设备名称、坐标和旋转属性，即可完成车站平面图的绘制。
65.所述设备的旋转属性，是为了更准确的还原平面图的设备布置情况：信号机等设备可能存在一定的旋转角度，即该设备位于斜线线路上，因此调用对应的控件进行绘图时，也应进行同样的旋转来还原站场图。
66.而根据每行数据的设备类型不同，该步骤s21包括以下情况：
67.若该行数据为信号机实体或道岔实体对应的设备类型名称，则提取dxf组码1对应的设备名称、组码10对应的设备横坐标、组码20对应的设备纵坐标和组码50对应的设备旋转属性；
68.若该行数据为计轴实体对应的设备类型名称，则提取组码10对应的设备横坐标、组码20对应的设备纵坐标和组码50对应的设备旋转属性；
69.s22、按行依次读取dxf格式数据，直至读取到为endsec字段的数据，结束信息提取过程。
70.s3、根据s2提取的设备类型和对应坐标及旋转属性，调用s1中设计的不同类型的设备控件，将信号机、道岔和计轴绘制在对应坐标位置上，形成初始站场图；
71.s4、在形成的初始站场图的基础上，根据计轴和道岔的位置通过图形位置算法生成区段，并将站场图中的道岔进行连接，形成连续且完整的站场图；
72.通过所述图形位置算法，能够实现站场图中区段设备的绘制和命名，以及道岔设备的连接，具体包括以下步骤：
73.s41、对于每个计轴图元，根据计轴的坐标及其邻近设备，调用区段控件绘制区段，并设置区段名称，如图4所示，具体包括以下步骤：
74.s411、对于每个计轴图元，在其坐标的右边的第一指定范围内对计轴和道岔设备
进行搜索(为便于描述，以下将每个正在对其周边进行搜索的计轴图元称为第一计轴图元)，所述第一指定范围根据实际需要进行设定，本实施例中设定该指定范围为：与第一计轴图元的纵坐标差值小于5个单位坐标；
75.s412、若所述第一计轴图元右边相邻最近的设备为计轴设备，则这两个计轴间的区域为区段，调用区段控件进行绘制，区段的起始坐标和终止坐标分别为两个计轴的坐标，并继续执行s413；若所述第一计轴图元右边相邻最近的设备不为计轴设备，则返回s411，对下一个计轴图元的右边第一指定范围进行搜索；
76.s413、在两个计轴间的第二指定范围内，从左至右依次搜索满足区段命名规则，即区段名称以g或t开头的文本图元，并判断该文本图元是否在区段范围内，如果是，则将该文本作为两个计轴构成的区段的名称属性，并返回s411，若不是，则继续搜索，直至在第二指定范围内搜索到位于区段范围内且满足区段命名规则的文本图元并将其作为该区段的名称属性，返回s411，对下一个计轴图元的右边第一指定范围进行搜索。所述指定范围根据实际情况设定，本实施例中，设定该第二指定范围为：在横坐标上，设定在两个计轴的横坐标之间；在纵坐标上，设定与两个计轴的纵坐标差值小于5个单位坐标；
77.s42、对于每个道岔图元(为便于描述，以下将每个正在绘制的道岔图元称为第一道岔图元)，根据道岔的岔尖方向和邻近设备，绘制道岔并连接计轴设备和道岔设备，如图5所示，具体包括以下步骤：
78.s421、对于每个道岔图元，在其左右两边的第三指定范围内对计轴设备和道岔设备进行搜索，所述第三指定范围根据实际需要进行设定，本实施例中设定该第三指定范围为：与该第一道岔图元纵坐标差值小于3个单位坐标；
79.s422、若在第三指定范围内与该第一道岔图元相邻最近的设备为计轴设备，则将第一道岔图元表示的第一道岔的分支连接到该计轴设备，并继续执行s424；若不为计轴设备，则执行下一步骤s423；
80.当在第三指定范围内，距离该第一道岔最近的设备为计轴设备时，根据第一道岔的岔尖方向(图6展示了各道岔类型)以及计轴设备与第一道岔的相对位置不同，包括以下情况：
81.当第一道岔岔尖向右时，若计轴设备在该第一道岔左边，则将该第一道岔岔前分支连接到该计轴设备；若计轴设备在该第一道岔右边，则将该第一道岔岔后分支连接到该计轴设备；
82.当第一道岔岔尖向左时，若计轴设备在该第一道岔左边，则将该第一道岔岔后分支连接到该计轴设备；若计轴设备在第一道岔右边，则将该第一道岔岔前分支连接到该计轴设备；
83.s423、若在第三指定范围内与第一道岔图元相邻最近的设备为道岔设备(为便于描述，将与第一道岔图元相邻最近的道岔设备称为第二道岔)，则将第一道岔图元表示的道岔的分支连接到两个道岔设备中间，并继续执行s424；
84.具体的，根据第一道岔和第二道岔的岔尖方向以及相对位置不同，连接方式包括以下几种情况：
85.第一道岔岔尖向右，第二道岔岔尖方向与其相同：若第二道岔在第一道岔的左边，则将第一道岔的岔前分支与第二道岔的岔后分支相连；若第二道岔在第一道岔的右边，则
将第一道岔的岔后分支与第二道岔的岔前分支相连；
86.第一道岔岔尖向右，第二道岔岔尖方向与其相反：若第二道岔在第一道岔的左边，则将第一道岔的岔前分支与第二道岔的岔前分支相连；若第二道岔在第一道岔的右边，则将第一道岔的岔后分支与第二道岔的岔后分支相连；
87.第一道岔岔尖向左，第二道岔岔尖方向与其相同：若第二道岔在第一道岔的左边，则将第一道岔的岔后分支与第二道岔的岔前分支相连；若第二道岔在第一道岔的右边，则将第一道岔的岔前分支与第二道岔的岔后分支相连；
88.第一道岔岔尖向左，第二道岔岔尖方向与其相反：若第二道岔在第一道岔的左边，则将第一道岔的岔后分支与第二道岔的岔后分支相连；若第二道岔在第一道岔的右边，则将第一道岔的岔前分支与第二道岔的岔前分支相连；
89.若在第三指定范围内与第一道岔图元相邻最近的设备不是道岔设备，则返回s421，在下一个道岔图元的左右两边第三指定范围内继续搜索并判断与其相邻最近的设备是否为计轴设备或道岔设备；
90.s424、在第四指定范围内找到该第一道岔反位位置上的直线端点，若该直线延伸后的另一端点与其他道岔的反位连接，则将第一道岔的反位分支与直线延伸后的另一端点的道岔的反位分支连接，返回s421，对下一个道岔图元进行搜索连接，若该直线延伸后的另一端点没有与其他道岔的反位连接，则继续执行步骤s425；其中，所述第四指定范围为：与第一道岔的横坐标差值小于1个单位坐标，与第一道岔的纵坐标差值小于5个单位坐标；
91.s425、在每个第一道岔反位直线延伸后的另一端点位置左右两边的第五指定范围内对计轴设备和道岔设备进行搜索，首先判断距离该端点相邻最近的设备是否为计轴设备，如果是计轴设备，则先将第一道岔反位分支延伸至直线另一端点处后再与该计轴设备相连，并返回s421，对下一个道岔图元进行搜索连接，若不是计轴设备，则直接执行步骤s426；其中，第五指定范围为：与第一道岔反位直线另一端点的纵坐标差值小于5个单位坐标；
92.s426、在每个第一道岔反位直线延伸后的另一端点位置左右两边的第五指定范围内，判断距离该端点相邻最近的设备是否为道岔设备，如果是道岔设备(为便于描述，将与该第一道岔反位直线端点相邻最近的道岔设备称为第三道岔)，则根据第一道岔和第三道岔的岔尖方向、开口方向进行连接，再返回s421，对下一个道岔图元进行搜索连接；如不是道岔设备，则直接返回s421，对下一个道岔图元进行搜索连接：
93.其中，根据第一道岔和第三道岔的岔尖方向、开向方向进行连接，具体为：
94.若第一道岔和第三道岔的岔尖方向和开口方向均相同，则表明该第一道岔为单动道岔，将第一道岔的反位分支延伸至端点后再与第三道岔的岔前分支相连；
95.若第一道岔和第三道岔的岔尖方向不同、开口方向相同，则表明该第一道岔为双动道岔，将第一道岔的反位分支延伸至端点处后再与第三道岔的岔后分支相连；
96.s43、根据步骤s41至s42，遍历所有计轴图元、道岔图元，完成所有区段和道岔的绘制；
97.s5、根据s2中提取的设备类型和属性，获取以设备名称命名的各信号设备图元名，将其作为站场图中对应控件的名称和属性，并调用文本控件，将所述名称和属性放置在对应信号设备上方，完成站场图的绘制；
98.s6、当需要修改站场图时，可人工对信号设备进行操作，如修改设备属性、增删设备等，完善无法直接通过车站平面图获取的属性，为联锁数据结构提供输入。
99.尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。