图纸内容提取验证方法.pdf

本发明提供了一种图纸内容提取验证方法，包括：基于先验知识的分类提取算法，按照分别提取方法，根据几何特征存储各个图形元素、线缆、单机和标注名称，从而以位置坐标作为计算基准，使图形与其标注名称相匹配；确定线缆和单机之间的连接关系；验证关于设计图纸的相关信息的正确性。本发明提出的方法，通用化程度高，根据通信卫星有效载荷分系统电子图纸的几何特征，提出了自动化的图纸内容提取和验证方法，使用时只需确定单机和线缆的特征名称即可，不需要额外的配置，还使用了分类筛选的思想，在图形提取过程中，隔离了其它图形元素对名称匹配所造成的影响，可将图形元素内容精确提出。

权利要求书
1.  一种图纸内容提取验证方法，用于基于分类提取技术，对通信卫星有效载荷的设计图纸进行自动化提取和验证，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，基于先验知识的分类提取算法，按照分别提取方法，根据几何特征存储各个图形元素、线缆、单机和标注名称，从而以位置坐标作为计算基准，使图形与其标注名称相匹配；
步骤二，采用规则一，确定所述线缆和所述单机之间的连接关系；以及
步骤三，验证关于所述设计图纸的相关信息的正确性。

2.  根据权利要求1所述的图纸内容提取验证方法，其特征在于，还包括：
熟练掌握对所述设计图纸中的所有图形元素、单机以及线缆的命名规则，从而了解所述设计图纸的原理图。

3.  根据权利要求2所述的图纸内容提取验证方法，其特征在于，所述图形元素至少包括：线段、多边形、图形块以及文字标注，
其中，多条线段构成两台单机之间的线缆，
多边形和图形块构成各个类型的单机，以及
文字标注用于给出线缆的编号以及单机的名称。

4.  根据权利要求3所述的图纸内容提取验证方法，其特征在于，所述单机分为复杂形态与简单形态，
其中，复杂形态的单机由多个基本图形构成并且以图形块的整体形式存在，以及简单形态的单机由多边形构成。

5.  根据权利要求4所述的图纸内容提取验证方法，其特征在于，在所述步骤一中执行：
S102，以线段为筛选条件，遍历所述设计图纸的整个原理图，从而提取出途中所有的线段并以所述线段的两个端点作为要素构成线段序列；
S104，确定由多条线段构成的线缆，并利用所述线缆的标注名称以特定字符为起始作为筛选条件，提取所有线缆的名称并记录所述线缆在所述原理图中的坐标位置；
S106，利用最邻近原则，使所述线缆与其标注名称相匹配；
S108，以图形块和多边形为筛选条件，提取出所述设计图纸中的所有单机图形，并计算中心坐标；
S110，将所述图形块作为特殊的多边形，从而记录其各个顶点并进行存储，并且所述图形块的中心坐标为所述各个顶点的中心坐标；
S112，按照所有单机都有统一编号的特性，提取所有单机的名称，并记录所述单机的 坐标位置；以及
S112，利用最邻近原则，使所述单机与其标注名称相匹配。

6.  根据权利要求5所述的图纸内容提取验证方法，其特征在于，在S104中，
当所述线缆由多条线段构成时，采用规则二，组合端点相互重合的线段，从而确定所述线缆，
其中，规则二为：当线段序列的元素数为n时，从n条线段中任选一条线段l，其后遍历其它线段端点，找出与l具有相同端点的线段，并将其标记后移出线段序列，并与l合并形成线缆，继续遍历序列中的线段，直至所有线段被遍历以确保所述线段序列为空。

7.  根据权利要求6所述的图纸内容提取验证方法，其特征在于，所述规则一为：
从所有线缆中任选一条线缆，遍历所有单机的多边形；
如果所选的线缆的一个端点与其中一个单机的距离小于0.01，则确定所述线缆的所述端点与所述单机相连；以及
分别在所述端点和所述单机的多边形处记录连接信息。

8.  根据权利要求7所述的图纸内容提取验证方法，其特征在于，在所述步骤二中执行：
采用所述规则一，找到与所选线缆的另一个端点相连的单机并记录连接信息，从而确定所选线缆的两个端点的连接关系；以及
对所述所有线缆，均采用所述规则一，从而确定所述所有线缆的端点的所有连接关系。

9.  根据权利要求8所述的图纸内容提取验证方法，其特征在于，在所述步骤三中执行：
验证所述单机中的一个单机所连接的线缆的信息的正确性；
验证所述线缆中的一个线缆所连接的单机的信息的正确性；以及
以所述单机中的一个单机为起点，逐个遍历通路上的单机和线缆，从而验证所述通路连接的正确性。

10.  根据权利要求1所述的图纸内容提取验证方法，其特征在于，所述设计图纸以AutoCAD格式发布。

说明书图纸内容提取验证方法
技术领域
本发明涉及电子电路的设计领域，更具体地，涉及一种使用图形提取技术进行通信卫星有效载荷分系统电子图纸验证的方法。
背景技术
在电子电路的设计领域，电子图纸已经成为不可缺少的辅助手段。图纸的规范程度也较高，无论国际是IEEE出台的国际规范，还是中国自行制定GB4728《电气图形符号国家标准》，对各类电子元器件的绘制样式都进行了较为详细的规定。各种专业的电子电路图纸绘制软件，例如Protel公司推出的Protel2004及其后续版本软件，其提供的电子元件库兼容国际标准和GB4728，提供了完备的原理图设计和仿真工具，可方便进行电路的走查。相比于通用的电子电路原理图设计，通信卫星有效载荷则由于专业化程度较高，目前缺乏专用工具对电子图纸本身进行电路进行提取和验证。
在卫星研制流程中，有效载荷分系统设计师会使用计算机辅助设计(Computer Aided Design，以下简称为CAD)软件绘制系统原理图，其中涵盖了设备的连接关系。在实际工作过程中，设计师往往需要验证图纸中某些单机、线缆或者开关的连接关系，载荷通道关系判决等。如果使用人工判读的方法，不但效率低下，而且容易产生错误。
鉴于以上情况，对通信卫星有效载荷图纸进行自动化提取和验证是一个急需解决的问题，利用AutoCAD二次开发接口，使用图形提取方法，对有效载荷图纸的内容进行验证。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种在通信卫星有效载荷领域，自动提取设计图纸内容，从而进行验证的方法。
采用本发明的方法，通用化程度较高，不依赖于特定的型号，虽然在提取图纸中的单机或者线缆时，需要使用设计师提供所有单机和线缆的命名规则，但仅作为提取图纸时所用的依据，和方法本身无关。
另外，本发明提供的方法使用门槛低，即使用户并不具备通信卫星有效载荷的专业知识，也可使用该方法进行图纸内容的提取和验证。
本发明提供了一种图纸内容提取验证方法，用于基于分类提取技术，对通信卫星有效载 荷的设计图纸进行自动化提取和验证。该方法包括以下步骤：步骤一，基于先验知识的分类提取算法，按照分别提取方法，根据几何特征存储各个图形元素、线缆、单机和标注名称，从而以位置坐标作为计算基准，使图形与其标注名称相匹配；步骤二，采用规则一，确定线缆和单机之间的连接关系；以及步骤三，验证关于设计图纸的相关信息的正确性。
本发明的图纸内容提取验证方法还包括：熟练掌握对设计图纸中的所有图形元素、单机以及线缆的命名规则，从而了解设计图纸的原理图。
在本发明中，图形元素至少包括：线段、多边形、图形块以及文字标注，其中，多条线段构成两台单机之间的线缆，多边形和图形块构成各个类型的单机，以及文字标注用于给出线缆的编号以及单机的名称。
优选地，单机分为复杂形态与简单形态，其中，复杂形态的单机由多个基本图形构成并且以图形块的整体形式存在，以及简单形态的单机由多边形构成。
在步骤一中执行：S102，以线段为筛选条件，遍历设计图纸的整个原理图，从而提取出途中所有的线段并以线段的两个端点作为要素构成线段序列；S104，确定由多条线段构成的线缆，并利用线缆的标注名称以特定字符为起始作为筛选条件，提取所有线缆的名称并记录线缆在原理图中的坐标位置；S106，利用最邻近原则，使线缆与其标注名称相匹配；S108，以图形块和多边形为筛选条件，提取出设计图纸中的所有单机图形，并计算中心坐标；S110，将图形块作为特殊的多边形，从而记录其各个顶点并进行存储，并且图形块的中心坐标为各个顶点的中心坐标；S112，按照所有单机都有统一编号的特性，提取所有单机的名称，并记录单机的坐标位置；以及S112，利用最邻近原则，使单机与其标注名称相匹配。
在S104中，当线缆由多条线段构成时，采用规则二，组合端点相互重合的线段，从而确定线缆，其中，规则二为：当线段序列的元素数为n时，从n条线段中任选一条线段l，其后遍历其它线段端点，找出与l具有相同端点的线段，并将其标记后移出线段序列，并与l合并形成线缆，继续遍历序列中的线段，直至所有线段被遍历以确保线段序列为空。
具体地，规则一为：从所有线缆中任选一条线缆，遍历所有单机的多边形；如果所选的线缆的一个端点与其中一个单机的距离小于0.01，则确定线缆的端点与单机相连；以及分别在端点和单机的多边形处记录连接信息。
具体地，在步骤二中执行：采用规则一，找到与所选线缆的另一个端点相连的单机并记录连接信息，从而确定所选线缆的两个端点的连接关系；以及对所有线缆，均采用规则一，从而确定所有线缆的端点的所有连接关系。
在步骤三中执行：验证单机中的一个单机所连接的线缆的信息的正确性；验证线缆中的 一个线缆所连接的单机的信息的正确性；以及以单机中的一个单机为起点，逐个遍历通路上的单机和线缆，从而验证通路连接的正确性。
优选地，设计图纸以AutoCAD格式发布。
因此，本发明提出的方法，通用化程度高。根据通信卫星有效载荷分系统电子图纸的几何特征，提出了自动化的图纸内容提取和验证方法。使用时只需确定单机和线缆的特征名称即可，不需要额外的配置。
另外，本发明提出的方法使用了分类筛选的思想，在图形提取过程中，隔离了其它图形元素对名称匹配所造成的影响，可将图形元素内容精确提出。
附图说明
图1是根据本发明的通信卫星有效载荷分系统的设计原理图中各元素的示意图；
图2是根据本发明的有效载荷原理图局部截图；以及
图3是遍历线段后的提取结果的示图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施方式对本发明进行详细说明。
为能对本发明的特征、目的及功能有更进一步的认识与了解，下文将结合具体实施方案，对本发明的设计思想进行说明，以使得本领域技术人员可以了解本发明的特点，简要说明陈述如下：
一、设置方法实现环境
目前，通信卫星有效载荷设计图纸均使用AutoCAD2004以上的软件版本进行绘制，因此需要在计算机上安装AutoCAD，并确保其软件版本的先进性。另外，务必安装其二次开发接口，本例中仍然选择ActiveX/VBA。在AutoCAD的编辑环境中，选择“工具——宏——Visual Basic编辑器”，即可看到可视Basic语言应用程序(Visual Basic Application，以下简称为VBA)的编程环境。
二、图纸内容提取验证的实现
在进行图纸提取方法的实现时，最好能同时用AutoCAD软件同时打开一张有效载荷图纸，以便程序的调试。因为VBA是嵌入在AutoCAD环境中的寄居语言，VBA可直接访问图纸内容。通过上文的介绍可知，图纸内容可通过全局对象ThisDrawing进行访问。
例如筛选线段时，在筛选集中初始化筛选对象的语句如下：
Dim ssLine As AcadSelectionSet
Set ssLine＝ThisDrawing.SelectionSets.Add(″Mark_line″)
其余部分的设计内容，按照第二章技术方案给出的算法翻译成VBA代码，随后保存为VBA工程。
三、方法的使用
在图纸内容提取验证的实现中，介绍了实现VBA代码编写的手段，程序完成后即可在所有的有效载荷图纸中使用。在打开有效载荷图纸之后，加载先前的VBA工程。对于不同型号的卫星，其线缆、单机名称的前缀有可能不同，只需在VBA工程中修改名称，之后运行程序即可。
具体地，图1是根据本发明的通信卫星有效载荷分系统的设计原理图中各元素的示意图，图2是根据本发明的有效载荷原理图局部截图，以及图3是遍历线段后的提取结果的示图。
接下来将给出通信卫星有效载荷原理图的简介，原理图提取以及验证方法。
首先，介绍有效载荷的原理图。
通信卫星有效载荷分系统的设计原理图，其核心在于展示各个单机的连接关系。图形元素主要包括线段、多边形、图形块以及文字标注。其中多条线段可构成两台单机之间的线缆，多边形和图形块表示各个类型的单机，文字标注则给出了线缆的编号以及单机的名称。图1给出了载荷原理图中各个元素的图形，从左至右具体包括线缆、复杂形态的单机和简单形态的单机。
设计图中的线缆如图1所示，为水平或者垂直线段组合而成，线缆名称标注于其临近位置。单机则有复杂形态与简单形态之分，复杂形态的单机通常由多个基本图形组合而成，在AutoCAD中以图形块的整体形式存在。简单形态的单机则是多边形等基本形状构成。单机名称也会标注其临近位置或者图形内部。线缆和单机的连接则构成了整个有效载荷设计原理图。
图2是有效载荷原理图的局部截图，图中包含线缆如W201、W202、W213等，包含单机CSX10501-11、CSX10502-11和CSX10701-11，线缆、单机与其对应的标准名称均保持较近的距离。
接下来，具体介绍有效载荷原理图的提取方法。
从宏观上而言，载荷原理图的线缆、单机以及文字标注的位置呈现随机分布状态。提取图形元素直观的做法，则是从整个图形的原点(0，0)开始，检查是否存在图形元素，然后逐个进行提取，直至遍历完成整个图形文件，从而完成图形的提取。这种盲目穷举法存在以下两个问题：
一、由于线缆是由多条线段构成，这些线段很难在图形存储中呈现连续排布的情况。因 而提取的线缆呈离散状态，在进行有效载荷通路判决则比较困难。
二、由于是盲目搜索，不利用先验知识，可能会造成单机和标注名称不对应的情况，造成提取的单机连接状态有误，例如，在图2中的文字“W202”比文字“CSX10501-11”和单机距离更小，这样很可能就将单机标示为“W202”的线缆。
因此，针对以上问题，本发明提出了基于先验知识的分类提取算法，按照线缆、单机、标注名称分别提取的思想，按照几何特征存储各个元素。以位置坐标为计算基准，匹配图形与其标注名称。其具体工作流程如下：
1)以线段为筛选条件，遍历整个原理图，提取图中所有的线段，以线段的两个端点作为要素构成线段序列。以图2为例，进行完该步骤以后，由于以线段为筛选条件，因此图3中的折线段(例如，W202)将被识别为两条线段。
2)有些线缆是甚至由更多条线段构成，必须组合端点重合的线段，才能构成线缆。假设线段序列元素数为n，从n条线段中任选一条线段l，其后遍历其它线段端点，找出与l具有相同端点的线段，并将其标记后移出线段序列，并与l合并形成线缆，继续遍历序列中的线段，直至所有线段被遍历。
3)再从线段序列中任选一线段，重复步骤2)，直至线段序列为空。这样由多条线段构成的线缆就被合并完成。
4)载荷图中线缆的标注名称以特定字符为起始，利用该特征为筛选条件，提取所有的线缆名称，并记录其在图中的坐标位置。以图2为例，所有线缆的名称均以“W”为起始。
5)利用“最近邻”原则，匹配线缆及其名称，距离标注名称最近的线段即为其对应的线缆。具体而言，计算线缆名称中心坐标，找出与其距离最小的线缆，直至所有线缆匹配完成。点到线段的距离计算公式可参见现有技术中的相关数学资料，本发明将不做具体介绍。
6)分别以图形块和多边形为筛选条件，提取出所有的单机图形，并计算其中心坐标。
7)图形块将被作为特殊的多边形进行处理，记录其各个顶点并进行存储，其中心坐标即为各个顶点的中心坐标。此外，还需要记录那些顶点之间存在边。具体地，可以参考计算机科学《数据结构》中“无向图”的存储方法，相关资料在公开出版物均有记载。
8)根据卫星要求，所有的单机也都有统一的编号。按照该特性，提取其所有的单机名称，并记录其坐标位置。以图2为例，所有单机均以“CSX”开头。
9)同样按照“最近邻”原则，匹配所有标注名称和单机。
因此，经过以上9个步骤之后，所有图形数据被提取完毕，线缆和单机及其对应的名称都绑定在一起。但各个图形仍然呈现离散分布状态，需要匹配线缆和单机的连接关系。
然后，判断线缆和单机是否存在连接关系。
在几何意义上，判断线缆和单机是否存在连接关系，即判断线段的端点是否落在多边形的一条边上。在实际操作中只需计算端点到多边形的边的距离是否为0，为了避免图形绘制误差，如果距离小于0.01则判为重合。匹配线缆和单机连接关系方法如下：
(1)从所有线缆中任选一条wi，遍历所有单机(多边形)，如果wi某一端点与其中的单机相连(距离小于0.01)，则分别在端点和多边形处记录连接信息。
(2)使用相同的方法，寻找与wi另一个端点相连的单机，并记录连接信息，至此线缆wi两端的连接关系查找完成。
(3)从剩下的线缆中再任选一条，重复步骤(1)和(2)，直至所有线缆连接关系。
另外，介绍有效载荷原理图的验证方法。
应了解，由于在图形提取过程中，线缆的数据中包含了所连接单机的信息，单机的数据中也包含了与其相连线缆的信息，因此可以达到双向索引的目的。
具体地，可进行以下三种形式的图纸验证工作：
一、检查某个单机所连接线缆信息的正确性。以图2为例，检查单机CSX10501-11所连接线缆，则会输出“W201、W202和W203”。
二、检查某个线缆所连接单机信息的正确性。以图2为例，检查线缆W205所连接单机，则会输出“CSX10502-11”和“CSX10701-11”。
三、以某个单机为起点，逐个遍历通路上的单机和线缆，验证通路连接的正确性。特别指出的是，有效载荷图纸以左端单机为输入端，因此遍历通路时，图纸元素的横坐标应依次递增。以图2为例，检查以单机CSX10501-11起点的通路，则输出为“W202——CSX10701-11——W213”或者“W202——CSX10701-11——W214”。
应了解，本发明提出的方法可以独立于具体编程语言而由任何开发接口实现。目前通信卫星有效载荷设计图纸以AutoCAD格式进行发布，而要实现上述方法，则必须读取AutoCAD图纸。
基于AutoCAD的二次开发接口中，AutoLISP、ObjectARX和ActiveX是最常见的三种方式。下面以ActiveX为例，介绍如何实现本发明提出的方法。
一、AutoCAD ActiveX开发接口简介
ActiveX是微软推出的基于COM的技术。AutoCAD已经实现了作为ActiveXAutomation服务器应用程序的功能，使得面向对象的编译语言可以通过ActiveX与AutoCAD进行通信，操作和处理AutoCAD内部的图形对象。ActiveX隔离了外部程序语言与AutoCAD内部对象 的直接交互，有效保护了AutoCAD的内部数据结构。
Microsoft VBA(Visual Basic for Applications)是一个面向对象的编程环境，是所有ActiveX应用语言中最为简单易用的一种。VBA可与AutoCAD在同一进程空间中运行，因而其执行效率较高。另外，VBA工程既可以嵌入AutoCAD工程，亦可独立运行，因此具有较好的灵活性。
基于以上优势，ActiveX/VBA逐渐成为AutoCAD最为流行的二次开发接口。本文提出的算法，也将会给出基于ActiveX/VBA的实现途径。
二、涉及到的VBA对象
本发明提出的方法主要利用图纸内容的几何特征进行提取和验证，因此下面介绍能够访问图纸几何特征的VBA对象。
(1)ThisDrawing对象
ThisDrawing对象就文字含义而言，意为当前图形，在VBA中代表能够执行当前VBA程序的图形，为用户提供了图形的最外层访问接口。在程序中调用任何图形相关的对象或者接口，都必须通过ThisDrawing。
(2)SelectionSets对象
SelectionSets对象，中文译为“选择集”，由于该单词的末尾有“s”，所以SelectionSets本身包含多个元素，其元素即为单个“选择集”。用户访问图形的选择集使用ThisDrawing.SelectionSets即可访问“选择集”元素。
(3)AcadSelectionSet类型对象
SelectionSets是多个“选择集”元素构成。每个元素都是AcadSelectionSet类型的对象，每个“选择集”对象其初始值均为整个设计图纸。如果要实现筛选功能，则必须定义“过滤器”对象，其准则由具体算术或者逻辑表达式实现。在本发明中，以线段、标注名称、图形块为筛选条件筛选图形时，则必须使用AcadSelectionSet对象。
(4)AcadLine、AcadMText和AcadBlockReference图形对象
AcadLine、AcadMText和AcadBlockReference三个对象，是本文算法反复调用的对象，顾名思义，表示“线段”、“标注文字”和“图形块”。使用其提供的属性例如坐标值，对象宽和高，便可进行中心坐标以及距离值的计算。
三、提取图形的步骤
本发明提供的核心步骤即为图形的提取，下面以提取线段为例，给出软件实现的基本方法，其它图形的提取方式基本相同。
1)使用ThisDrawing.SelectionSets的add方法，添加新的AcadSelectionSet类型选择集。
2)使用过滤器定义选择准则，筛选类型为“Line”。
3)使能AcadSelectionSet的select接口，得到筛选的线段集合。
4)通过AcadLine的StartPoint和EndPoint接口，得到线段的端点。
5)AutoCAD在VBA编程方面主要采用面向对象的方法，因此只要能够找到相应的对象和接口便可实现特定的算法。本文其余的算法实现，只须引用从接口中获得的数据进行计算即可。
因此，通过本发明提供的方法，通用化程度高，根据通信卫星有效载荷分系统电子图纸的几何特征，提出了自动化的图纸内容提取和验证方法。使用时只需确定单机和线缆的特征名称即可，不需要额外的配置。另外，该方法还使用了分类筛选的思想，在图形提取过程中，隔离了其它图形元素对名称匹配所造成的影响，可将图形元素内容精确提出。
本发明中未说明部分属于本领域的公知技术。