李 鳴,倪智振

(南昌大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院,南昌 330031)

機(jī)車交路圖反映機(jī)務(wù)部門(mén)機(jī)車運(yùn)用的組織方式，機(jī)車牽引的運(yùn)輸能力及各鐵路局機(jī)務(wù)部門(mén)所擔(dān)當(dāng)?shù)倪\(yùn)輸任務(wù)與相關(guān)管轄范圍[1]。機(jī)車交路圖是繪制機(jī)車周轉(zhuǎn)圖的重要依據(jù)，鐵道部頒布的《鐵路機(jī)車周轉(zhuǎn)圖編制規(guī)則》規(guī)定機(jī)車交路圖由特定標(biāo)準(zhǔn)圖形符號(hào)按照國(guó)家統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)組合而成[2]，當(dāng)前機(jī)務(wù)應(yīng)用人員大多數(shù)采用一些通用商業(yè)繪圖CAD軟件繪制方式，往往因其商業(yè)通用性而失去了對(duì)機(jī)車交路繪制領(lǐng)域的專業(yè)針對(duì)性，存在學(xué)習(xí)門(mén)檻高，自動(dòng)化程度不夠，設(shè)計(jì)針對(duì)性不強(qiáng)等問(wèn)題，極大阻礙了機(jī)務(wù)部門(mén)信息化水平的發(fā)展[3]。極個(gè)別信息化配套設(shè)施不完善的機(jī)務(wù)組甚至仍采用傳統(tǒng)人工手繪的方式[4]。然而某些復(fù)雜的交路單位通常含有多達(dá)上百個(gè)車站，機(jī)務(wù)折返點(diǎn)，數(shù)十個(gè)機(jī)務(wù)、乘務(wù)交路及大量的輔助數(shù)據(jù)和頻繁的修改操作[5]。機(jī)車交路圖繪制工作異常繁重，傳統(tǒng)繪圖方式已不能滿足需要。2002年武漢鐵路局工程師趙友銳、周智勇運(yùn)用C++BUILDER語(yǔ)言開(kāi)發(fā)了基于Win98操作系統(tǒng)環(huán)境下的《機(jī)車交路圖輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)》[6]，該系統(tǒng)的普及是機(jī)務(wù)信息化水平建設(shè)的一次重大革新，時(shí)隔十多年，計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)迅速發(fā)展，該系統(tǒng)在操作環(huán)境，運(yùn)行效率和功能需求方面漸顯不足。

本系統(tǒng)采用Visual Studio 2010 MFC類庫(kù)以面向?qū)ο蟮姆绞蕉x各邏輯類，doc/view類多文檔組織形式，系統(tǒng)界面菜單采用Microsoft word 07版的Ribbon控制條形式，繪圖操作調(diào)用Win 7 GDI函數(shù)完成。

1 設(shè)計(jì)要求

根據(jù)當(dāng)代需求分析和GUI軟件設(shè)計(jì)思路，參照《鐵路機(jī)車周轉(zhuǎn)圖編制規(guī)則》，定義以下設(shè)計(jì)要求。

(1)站段要求

提供全部機(jī)務(wù)段及車站類等站段圖形的鼠標(biāo)一鍵繪制功能。站段圖形可鼠標(biāo)拖放移動(dòng)，坐標(biāo)定點(diǎn)移動(dòng)和圖形放縮；站段屬性、名稱可修改可刪除可放縮，適合多尺寸多標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)要求，并保證與之相聯(lián)系的線路、交路、標(biāo)注等輔助性數(shù)據(jù)的修改一致性[7]。

(2)線路要求

提供電力、內(nèi)燃、動(dòng)車單線復(fù)線的繪制功能。線路屬性可修改可刪除，并保證與之相聯(lián)系的交路，標(biāo)注等輔助性數(shù)據(jù)的修改一致性。

(3)交路要求

提供各種單肩回、半循環(huán)、全循環(huán)機(jī)車交路，中間換乘及機(jī)車乘務(wù)交路等繪制功能，包括3種外段折返(立折、調(diào)休、駐班)形式[7-8]。交路圖形顏色、線寬可變，交路屬性可修改可刪除，交路內(nèi)的站段可修改可刪除，自動(dòng)計(jì)算交路長(zhǎng)度，并保證與之相聯(lián)系的標(biāo)注等輔助性數(shù)據(jù)修改一致性。

(4)標(biāo)注要求

提供2種形式標(biāo)注。引線標(biāo)注和平行標(biāo)注。標(biāo)注屬性和位置可修改可刪除，并保證與之相聯(lián)系的各元素的修改一致性。

(5)輔助要求

機(jī)車交路圖擁有自動(dòng)存儲(chǔ)功能，且繪制視圖可放縮，可以矢量圖片格式存儲(chǔ)，可與對(duì)應(yīng)EXCEL表格進(jìn)行智能數(shù)據(jù)的相互轉(zhuǎn)存；有繪圖幫助，操作提示系統(tǒng)，提供多尺寸紙張的打印功能。同時(shí)考慮到極個(gè)別大型交路圖，應(yīng)具備網(wǎng)格尺寸線，批量選擇性顯示，修改，刪除等群操作，以及一些對(duì)齊平行，圖例一鍵繪制等常用輔助繪制工具。

2 可行性分析

(1)開(kāi)發(fā)工具的先進(jìn)性。本系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)Visual Studio 2010，是繼VC++6.0之后又一里程碑級(jí)的進(jìn)步[9]，MFC是微軟公司為方便用戶開(kāi)發(fā)桌面應(yīng)用程序而以C++類的形式封裝了幾乎所有的win API函數(shù)庫(kù)，這為用戶進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)提供非常快捷而高效的設(shè)計(jì)途徑[10]。

(2)用戶界面的友好性。本軟件界面上創(chuàng)新地采用了微軟Ribbon控制條形式菜單，在文檔形式上采用doc/view類多文檔組織形式[11]，在視覺(jué)上給予了用戶類似Microsoft office 的操作舒適感和親切感，同時(shí)，在一些繪圖的操作設(shè)計(jì)上，在完成功能的前提下盡可能多地借鑒通用CAD繪圖軟件的操作步驟和用戶習(xí)慣性的操作思維。

(3)運(yùn)行平臺(tái)的時(shí)代性。本軟件支持微軟最新推出的WIN7操作系統(tǒng)，同時(shí)兼容WIN XP，支持各類基于該系統(tǒng)的軟硬件，整合了自動(dòng)化應(yīng)用程序提交和交叉程序數(shù)據(jù)的透明性[12]，保證了該軟件設(shè)計(jì)壽命的長(zhǎng)久性，根據(jù)目前行業(yè)發(fā)展態(tài)勢(shì)，初步預(yù)計(jì)該系統(tǒng)在未來(lái)20年之內(nèi)仍能適應(yīng)運(yùn)行環(huán)境。

3 功能模塊

根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行如下框架邏輯設(shè)計(jì)。本軟件功能定義為四大模塊：圖形模塊，工具模塊，交換模塊，設(shè)置模塊。限于篇幅，本文僅做扼要描述。

3.1 圖形模塊(圖1)

圖1 圖形模塊關(guān)系

主模塊為圖形模塊，實(shí)現(xiàn)交路圖的繪制和修改功能，繪圖函數(shù)的設(shè)計(jì)充分利用了win7系統(tǒng)內(nèi)部的圖形繪制GDI函數(shù)，繪制和修改操作的本質(zhì)均為添加和修改底層存儲(chǔ)的相應(yīng)數(shù)據(jù)，最后圖形重繪函數(shù)則依據(jù)底層數(shù)據(jù)庫(kù)提供的各交路數(shù)據(jù)依次繪出所有圖形。

3.2 工具模塊(圖2)

圖2 工具模塊

該模塊提供一些方便用戶集群操作的優(yōu)化工具，直線化工具包括垂直對(duì)齊，水平對(duì)齊和斜線對(duì)齊，其算法思路為運(yùn)行至該段程序時(shí)，計(jì)算起始選中站段和終端選中站段的斜率，根據(jù)該斜率計(jì)算執(zhí)行后中間選中站段的各坐標(biāo)值，存儲(chǔ)并覆蓋原坐標(biāo)值，最后執(zhí)行圖形重繪；批量操作根據(jù)客戶繪圖需要提供線路，交路，標(biāo)注全刪除功能，其算法思路為順序遍歷目標(biāo)數(shù)據(jù)庫(kù)并判斷是否符合用戶目的成員，若符合則刪除。并自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)一致性連鎖操作；區(qū)域操作本質(zhì)為鼠標(biāo)的框選操作，區(qū)域移動(dòng)，區(qū)域復(fù)制，區(qū)域刪除，其設(shè)計(jì)思路為遍歷站段數(shù)據(jù)庫(kù)，記錄站段坐標(biāo)處于鼠標(biāo)框選范圍內(nèi)的站段。然后根據(jù)對(duì)應(yīng)操作進(jìn)行站段坐標(biāo)覆蓋存儲(chǔ)，并自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)一致性連鎖操作。

3.3 交換模塊(圖3)

圖3 交換模塊關(guān)系

磁盤(pán)交換和圖片導(dǎo)出可借助VS2010 MFC設(shè)計(jì)的GUI內(nèi)部自帶的程序進(jìn)行直接的調(diào)用。Excel的導(dǎo)出其設(shè)計(jì)思路可認(rèn)為是MFC軟件運(yùn)行時(shí)內(nèi)存中存在的站段，線路，交路，標(biāo)注等數(shù)據(jù)類通過(guò)MFC與Excel的接口程序而一一對(duì)應(yīng)地表達(dá)在excel中，反之。用戶只需直接修改excel里的數(shù)據(jù)，通過(guò)該excel導(dǎo)入功能便可直接修改龐大的機(jī)車交路圖數(shù)據(jù)，這樣極大地簡(jiǎn)化了用戶在面對(duì)錯(cuò)綜復(fù)雜的大型機(jī)車交路圖時(shí)查找難，修改難的操作問(wèn)題。

3.4 設(shè)置模塊

該模塊提供交路圖整體框架的一些設(shè)置及一些顯示屬性，為滿足機(jī)車交路圖多尺寸多標(biāo)準(zhǔn)選擇的需求，提供了一些數(shù)據(jù)庫(kù)的接口，并直接映射到GUI界面上，用戶可直接通過(guò)界面諸如輸入名稱大小，視圖選擇性顯示等操作間接修改底層數(shù)據(jù)庫(kù)。

4 UML分析類圖

標(biāo)準(zhǔn)建模語(yǔ)言UML的目標(biāo)是以面向?qū)ο髨D的方式來(lái)描述軟件系統(tǒng)的模型，分析類圖產(chǎn)生于分析階段，由系統(tǒng)分析師繪制，主要用來(lái)描述靜態(tài)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中各模塊中類之間的關(guān)系，包括類或者類與接口的繼承關(guān)系，類之間的依賴、聚合等關(guān)系。它還描述每一個(gè)類的詳細(xì)信息，包括變量和方法。為簡(jiǎn)潔描述，本文只簡(jiǎn)單列出幾個(gè)與核心類的定義。

圖4所列為五大圖形元素邏輯類的定義：站段類(Station)滿足站段要求，提供站段繪制，存儲(chǔ)和構(gòu)造函數(shù)；線路類(Line)滿足線路要求，提供線路繪制，存儲(chǔ)和構(gòu)造函數(shù)；交路類(Crossroad)滿足交路要求，提供交路繪制，存儲(chǔ)和構(gòu)造函數(shù)；標(biāo)注類(Label)滿足標(biāo)注要求，提供標(biāo)志繪制，存儲(chǔ)和構(gòu)造函數(shù)?？蚣茴?Frame)定義了邊框，網(wǎng)格，圖例等繪圖函數(shù)，他們的基類均為MFC中的CObject類。

圖4 交路圖圖形元素類定義

圖5中應(yīng)用程序類(CJLTApp)為本系統(tǒng)優(yōu)先級(jí)最高類，配合交路圖初始信息類(Myopts)完成系統(tǒng)的初始化任務(wù)，屏幕logo，防盜版設(shè)計(jì)等優(yōu)先級(jí)較高的子功能。視窗類(CJLTView)和文檔類(CJLTDoc)是整個(gè)核心系統(tǒng)中的核心，前者提供了GUI視圖界面所有的控件輸入輸出接口和圖形的顯示。后者承擔(dān)了所有圖形數(shù)據(jù)的計(jì)算，搜索和存儲(chǔ)及保證數(shù)據(jù)的一致性要求。

圖5 MFC生成類定義

圖6為系統(tǒng)定義了子窗口接口類，為用戶提供了繪圖數(shù)據(jù)輸入窗口界面，他們由MFC基類CPropsheet派生。

圖6 窗口接口類定義

圖7 核心類類圖

圖7反映了幾個(gè)大類之間的依賴，關(guān)聯(lián)關(guān)系。圖形元素和EXCEL實(shí)際為多個(gè)類，因其性質(zhì)相同如圖用一個(gè)類示意。EXCEL類實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)導(dǎo)入導(dǎo)出功能，本系統(tǒng)繪圖的本質(zhì)為不斷調(diào)用CJLTView類中的圖形重繪函數(shù)(Redraw)，從CJLTDoc類中提取圖形內(nèi)容數(shù)據(jù)，輸入到對(duì)應(yīng)五大圖形元素類中實(shí)現(xiàn)圖形的具體繪制。因此，本系統(tǒng)編程實(shí)現(xiàn)的實(shí)質(zhì)為CJLTView類和CJLTDoc類成員函數(shù)對(duì)五大圖形元素類和一些輔助類的統(tǒng)籌調(diào)用。

圖8 A4尺寸XPS格式機(jī)車交路圖全景示意

5 設(shè)計(jì)成品

圖8為本系統(tǒng)繪制的武漢鐵路局機(jī)車交路圖范例，圖形精確，滿足機(jī)務(wù)繪圖需要。該軟件調(diào)用win API GDI函數(shù)繪制圖形，所繪交路圖為微軟XPS格式矢量圖，通過(guò)多個(gè)對(duì)象組合生成，對(duì)其中的每一個(gè)對(duì)象的紀(jì)錄方式，以數(shù)學(xué)函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，如圖9所示對(duì)畫(huà)面進(jìn)行大倍數(shù)縮放后，其顯示效果仍然相同，縮放不失真。圖10為該系統(tǒng)ribbon控制條形式的GUI界面，類似微軟word07版本界面，友好簡(jiǎn)潔，符合通用操作習(xí)慣。

圖9 交路圖放大5倍

圖10 系統(tǒng)GUI

6 結(jié)語(yǔ)

機(jī)車交路圖輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，編程量大，設(shè)計(jì)歷時(shí)半年。得益于當(dāng)前先進(jìn)的開(kāi)發(fā)工具(vs2010 MFC)和運(yùn)行環(huán)境(win7)，采用面向?qū)ο笳Z(yǔ)言C++編制系統(tǒng)程序，使得該系統(tǒng)具有體積小，功能全，操作簡(jiǎn)便，運(yùn)行速度快等優(yōu)點(diǎn)，交路圖的繪制過(guò)程充分考慮了繪圖標(biāo)準(zhǔn)及繪制人的操作習(xí)慣，該軟件系統(tǒng)能夠出色的繪制，修改并打印出各種尺寸不失真的機(jī)車交路圖，滿足機(jī)務(wù)部門(mén)繪圖需要。我們有理由相信，該系統(tǒng)的成功普及將會(huì)把鐵道機(jī)務(wù)信息化建設(shè)水平提高到一個(gè)新的水平。

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