基于VBA的平差數(shù)據(jù)精度指標(biāo)處理程序設(shè)計

方 齊

(中國鐵路設(shè)計集團(tuán)有限公司，天津 300308)

EXCEL軟件在測量行業(yè)的應(yīng)用較為普遍，利用EXCEL VBA進(jìn)行二次開發(fā)也較為方便快捷，具有適用性廣、開發(fā)維護(hù)方便等特點(diǎn)[1-3]。王漢雄等[4]將EXCEL VBA應(yīng)用于測量數(shù)據(jù)處理；劉曉云[5]、石林峰[7]、賈丙普[9]等利用VBA進(jìn)行測量程序的開發(fā)；盧向科[10]、楊曉玉[13]等對EXCEL在礦山測量方面的應(yīng)用進(jìn)行了探索。

利用VBA程序語言進(jìn)行二次開發(fā)，生成可視化菜單，再嵌入EXCEL軟件中，編制了一套數(shù)據(jù)精度指標(biāo)統(tǒng)計分析程序。該程序可以對基線解算過程中及平差后的精度指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計分析，實(shí)現(xiàn)最大值、最小值、限差等的輸出顯示；對各精度指標(biāo)進(jìn)行可視化繪圖，方便分析、引用、插入；還可對復(fù)測結(jié)果進(jìn)行指標(biāo)計算分析。該程序能夠滿足數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析要求，自動化程度高，人工干預(yù)少，極大地方便了數(shù)據(jù)處理分析工作。

1 GPS精度指標(biāo)處理程序的實(shí)現(xiàn)

EXCEL軟件自帶的功能能夠處理大量數(shù)據(jù)，但是手工處理操作繁瑣，不易批量化操作。Visual Basic for Applications(VBA)是一種宏語言，主要用于擴(kuò)展Windows的應(yīng)用程序功能，特別是Microsoft Office軟件。VBA是寄生于VB應(yīng)用程序的版本。利用VBA編寫程序，能夠規(guī)范用戶的操作，控制用戶的操作行為，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動化處理與統(tǒng)計。

本程序主要包括三個功能模塊：精度指標(biāo)統(tǒng)計模塊，指標(biāo)計算值曲線繪制模塊，控制網(wǎng)復(fù)測統(tǒng)計分析模塊，程序框架見圖1。

圖1 程序框架

精度指標(biāo)統(tǒng)計模塊包括重復(fù)基線及環(huán)閉合差檢驗(yàn)、無約束平差基線向量改正數(shù)檢驗(yàn)、約束平差技術(shù)指標(biāo)檢驗(yàn)等。指標(biāo)超限和合格均有信息提示及WORD輸出功能；指標(biāo)檢驗(yàn)合格后可進(jìn)行各指標(biāo)的曲線圖繪制。控制網(wǎng)復(fù)測分析模塊包含復(fù)測坐標(biāo)較差值計算和復(fù)測坐標(biāo)差之差相對精度計算等。為了方便日常操作，本程序?qū)詣釉贓XCEL菜單欄上加載，如圖2所示。

圖2 程序加載到菜單欄

主要技術(shù)要點(diǎn)包括：自動識別規(guī)范指標(biāo)并進(jìn)行指標(biāo)值統(tǒng)計分析；對指標(biāo)計算值及限差值進(jìn)行排序比較；對超限和合格指標(biāo)信息進(jìn)行輸出提示；進(jìn)行EXCEL和WORD之間的信息傳遞，將各指標(biāo)輸入到相對應(yīng)的表格信息中；對于符合要求的數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線圖繪制；對控制網(wǎng)復(fù)測坐標(biāo)進(jìn)行分析，計算相應(yīng)的指標(biāo)值；自動備注信息及控制網(wǎng)復(fù)測分析等。

1.1 精度指標(biāo)統(tǒng)計程序

GPS控制網(wǎng)平差檢驗(yàn)指標(biāo)主要包含重復(fù)基線、獨(dú)立環(huán)、無約束平差后基線向量各分量的改正數(shù)、約束平差后基線向量各分量改正數(shù)與無約束平差同一基線改正數(shù)較差的絕對值、基線邊方向中誤差、最弱邊相對中誤差、相鄰點(diǎn)的相對中誤差等；控制網(wǎng)復(fù)測按照坐標(biāo)較差、相鄰點(diǎn)間坐標(biāo)差之差的相對精度兩種指標(biāo)進(jìn)行分析，以確定內(nèi)插更新點(diǎn)。

不同等級控制網(wǎng)約束平差后，基線邊方向中誤差、最弱邊相對中誤差、相鄰點(diǎn)的相對中誤差應(yīng)滿足表1的要求。

表1 各等級控制網(wǎng)技術(shù)指標(biāo)

本程序會按照上述規(guī)范要求，根據(jù)允許的限差值，自動標(biāo)記超限值以及提示超限警告，方便超限值的快速查看和分辨。若指標(biāo)滿足規(guī)范要求則自動統(tǒng)計各指標(biāo)最大值、限差值及最大值相對應(yīng)的基線或環(huán)，并且有窗口輸出和WORD表格輸出兩種輸出格式，方便統(tǒng)計結(jié)果的查看和引用。

1.2 計算指標(biāo)繪圖程序

滿足上述各指標(biāo)要求后，繪圖程序會自動對指標(biāo)值進(jìn)行分析，自動劃分合適的坐標(biāo)軸間隔，方便查看各指標(biāo)變化及極值情況。獨(dú)立環(huán)閉合差曲線圖以環(huán)為橫軸，各環(huán)閉合差值為豎軸。對于其他指標(biāo)，如重復(fù)基線、無約束平差后基線向量各分量的改正數(shù)、約束平差后基線向量各分量改正數(shù)與無約束平差同一基線改正數(shù)較差的絕對值、基線邊方向中誤差、最弱邊相對中誤差、相鄰點(diǎn)的相對中誤差等，以各指標(biāo)對應(yīng)的所在邊為橫軸，各指標(biāo)值為豎軸作圖，各指標(biāo)的允許限差以紅色折線標(biāo)記。

1.3 控制網(wǎng)復(fù)測統(tǒng)計分析

待上述指標(biāo)滿足限差要求后，進(jìn)行約束平差計算。控制網(wǎng)復(fù)測后還需要進(jìn)行本次復(fù)測成果與原測成果的比較，確定更新點(diǎn)(見表2)。在滿足坐標(biāo)較差及坐標(biāo)較差之差相對精度的前提下，可采用原測成果；如果超限，則采用同精度內(nèi)插法更新控制點(diǎn)坐標(biāo)。

坐標(biāo)較差按式(1)、式(2)計算

ΔX=X復(fù)-X原

(1)

ΔY=Y復(fù)-Y原

(2)

相鄰點(diǎn)間坐標(biāo)差之差的相對精度按式(3)計算

(3)

式中：ΔXij=(Xj-Xi)復(fù)-(Xj-Xi)原，ΔYij=(Yj-Yi)復(fù)-(Yj-Yi)原;

S—相鄰點(diǎn)間的二維平面距離；

ΔXij，ΔYij—相鄰點(diǎn)i與j間二維坐標(biāo)差之差/m。

表2 控制網(wǎng)復(fù)測技術(shù)指標(biāo)

根據(jù)輸入的原測成果和復(fù)測成果，自動計算坐標(biāo)差較差和相鄰點(diǎn)間坐標(biāo)差之差的相對精度，對于超限點(diǎn)自動進(jìn)行標(biāo)注。根據(jù)上述兩指標(biāo)計算結(jié)果，兼顧各點(diǎn)涉及的坐標(biāo)差較差和相鄰點(diǎn)間坐標(biāo)差之差的相對精度指標(biāo)值，自動確定更新點(diǎn)并且自動標(biāo)注，并按要求格式生成約束點(diǎn)已知文件。

2 工程應(yīng)用

以某鐵路工程控制網(wǎng)復(fù)測為例。某鐵路正線全長95.8 km，設(shè)有CPI控制點(diǎn)50個，工程獨(dú)立坐標(biāo)系劃分為兩個，第一工程獨(dú)立坐標(biāo)系為WGS-84坐標(biāo)系，第二工程獨(dú)立坐標(biāo)系為2000國家大地坐標(biāo)系。為保證全線控制網(wǎng)的整網(wǎng)精度，全線平面控制網(wǎng)復(fù)測等級為：CPⅠ按照衛(wèi)星定位控制測量二等網(wǎng)施測；CPⅡ按照衛(wèi)星定位控制測量三等網(wǎng)施測。按“CPⅠ、CPⅡ”兩級施測，測量網(wǎng)形和原測基本保持一致的要求，采用GPS靜態(tài)觀測形式進(jìn)行CPⅠ、CPⅡ網(wǎng)的復(fù)測，將外業(yè)靜態(tài)觀測原始文件轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)RINEX格式，使用基線解算軟件進(jìn)行基線解算并使用平差軟件導(dǎo)入基線文件，進(jìn)行重復(fù)基線、獨(dú)立環(huán)檢驗(yàn)、無約束平差及約束平差等操作。待平差完畢后，打開本程序，進(jìn)行指標(biāo)檢驗(yàn)操作。

2.1 重復(fù)基線及獨(dú)立環(huán)檢驗(yàn)

打開平差文件，加載本程序，點(diǎn)擊“獨(dú)立環(huán)檢驗(yàn)命令”，程序會自動統(tǒng)計重復(fù)基線、獨(dú)立環(huán)指標(biāo)，若有超限值，程序會出現(xiàn)提示超限警告信息。反之，則會自動統(tǒng)計各指標(biāo)最大值和最大值所在環(huán)或邊的信息以及允許的限差值(見圖3)，繪制各指標(biāo)曲線(見圖4)，同時自動輸出WORD表格信息(見表3、表4)。由圖3、圖4和表3、表4可知，本次測量重復(fù)基線較差最大值為1.71 cm，獨(dú)立環(huán)閉合差X分量最大值為1.46 cm，獨(dú)立環(huán)閉合差Y分量最大值為-2.68 cm，獨(dú)立環(huán)閉合差Z分量最大值為3.13 cm，均在允許限差范圍內(nèi)。

圖3 統(tǒng)計信息框

圖4 重復(fù)基線較差及獨(dú)立環(huán)閉合差曲線

表3 重復(fù)基線較差最大值統(tǒng)計

表4 獨(dú)立環(huán)閉合差最大值統(tǒng)計

2.2 無約束平差及約束平差指標(biāo)檢驗(yàn)

待重復(fù)基線、獨(dú)立環(huán)檢驗(yàn)合格后，點(diǎn)擊無約束平差檢驗(yàn)，程序會自動比較無約束平差后基線向量各分量的改正數(shù)與限差值，如有超限，出現(xiàn)超限警告。沒有超限值，則會出現(xiàn)無約束平差后基線向量各分量的改正數(shù)統(tǒng)計信息對話框，并繪制曲線圖(見圖5、表5)。之后選擇控制網(wǎng)等級，進(jìn)行約束平差及統(tǒng)計分析(見圖6、圖7)。 約束平差指標(biāo)統(tǒng)計見表6。

圖5 基線向量改正數(shù)曲線

表5 無約束平差基線向量改正數(shù)最大值統(tǒng)計

圖6 控制網(wǎng)等級選擇

由圖5、表5可知，無約束平差基線向量X分量改正數(shù)最大值為-1.45 cm， 基線向量Y分量改正數(shù)最大值為2.32 cm基線向量Z分量改正數(shù)最大值為-2.02 cm，各指標(biāo)均在限差范圍內(nèi)，滿足規(guī)范要求。

圖7 約束平差指標(biāo)曲線

約束平差后基線邊方向中誤差最大值為0.98″，最弱邊相對中誤差為1/196 152，相鄰點(diǎn)的相對中誤差為5.69 mm，各指標(biāo)均在限差范圍內(nèi)，滿足規(guī)范要求。

2.3 控制網(wǎng)復(fù)測分析

控制網(wǎng)復(fù)測分析模塊：首先進(jìn)行參數(shù)設(shè)置(見圖8)，程序自動生成輸入數(shù)據(jù)模板，輸入原測成果和復(fù)測成果后，程序執(zhí)行計算，生成坐標(biāo)較差表和坐標(biāo)差之差相對精度表(見表7、表8)。并按照復(fù)測指標(biāo)要求標(biāo)記超限和合格成果，最后按照坐標(biāo)較差和坐標(biāo)差之差相對精度的要求，建立內(nèi)插更新規(guī)則，自動確定需要內(nèi)插的更新點(diǎn)，輸出內(nèi)插更新成果表。通過坐標(biāo)較差和坐標(biāo)差之差的相對精度，確定需要內(nèi)插更新的控制點(diǎn)，見表9。

表6 約束平差指標(biāo)最大值統(tǒng)計示例

表7 控制網(wǎng)復(fù)測坐標(biāo)較差部分計算成果輸出表格示例

表8 控制網(wǎng)復(fù)測坐標(biāo)差之差相對精度部分計算成果示例

表9 控制網(wǎng)復(fù)測內(nèi)插更新點(diǎn)部分成果示例

圖8 控制網(wǎng)復(fù)測參數(shù)設(shè)

3 結(jié)束語

利用EXCEL VBA編程，實(shí)現(xiàn)了EXCEL與WORD的數(shù)據(jù)交互，能夠快速進(jìn)行平差數(shù)據(jù)后處理，基線解算過程中及平差后精度指標(biāo)的統(tǒng)計分析，最大值、最小值、限差等輸出顯示，各精度指標(biāo)的可視化繪圖等。實(shí)踐證明，該程序操作方便，滿足內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析的要求，有效提高了精度指標(biāo)的統(tǒng)計工作效率，減少了內(nèi)業(yè)工作量，進(jìn)一步提高了測量內(nèi)業(yè)辦公的自動化程度和圖表統(tǒng)計工作的規(guī)范性。