Excel VBA程序設計在公路勘測實踐教學中的應用研究

談秋英 應楠欣 阮曉光

摘要：Excel軟件作為一款被廣泛應用的數(shù)據(jù)處理辦公軟件，兼有函數(shù)計算、程序設計、數(shù)據(jù)庫編輯及調用等二次開發(fā)功能。公路勘測作業(yè)數(shù)據(jù)的處理專業(yè)性強、數(shù)學模型相對復雜，文章以公路勘測內(nèi)外業(yè)為例，充分利用Excel計算功能和VBA編程功能，論述了Excel在公路勘測實踐教學工作中的具體方法和注意事項。通過筆者所在單位教學環(huán)節(jié)的實踐，該方法適用于解決公路勘測工作中數(shù)據(jù)計算量大、重復性強的實際問題，可以為相關課程課間實訓、課程實習提供思路。

關鍵詞：公路勘測? Excel? 編程? 函數(shù)

中圖分類號：U412.2；G421

Abstract：As a widely used data processing office software， Excel software has secondary development functions such as function calculation， programming， and database editing and calling. The processing of highway survey operation data is highly professional and the mathematical model is relatively complex. Taking the internal and external business of highway survey as an example，? making full use of? Excel calculation function and VBA programming function， this paper introduces the specific methods and precautions of Excel in practical teaching of highway survey. Through the practice of teaching links in the authors unit， this method is suitable for solving the practical problems of large amount of data calculation and strong repeatability in highway survey work， and can provide ideas for the inter-class training and course practice of relevant courses.

Key Words：Highway survey；Excel；Programming；Function；

科學技術的不斷發(fā)展正在推動著教育領域的深刻變化。根據(jù)該要求“國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）”[1]，人才培養(yǎng)必須注重加強實踐教學，并且必須使用科學技術的應用為重要手段提高教學質量[2]。實踐教學是教育技術的一個組成部分，是培養(yǎng)學生運用科學知識和方法解決實際問題的能力。公路勘測工程應用與實踐教學中會涉及很多的函數(shù)公式，采用傳統(tǒng)的人工計算方式不僅費時費力，而且對于所學知識點的運用處理也不夠靈活。由于公路勘測工程應用與實踐教學路線中交點個數(shù)多，曲線也多，線路坐標計算手工計算繁重，費時費力又易出錯，滿足不了公路勘測規(guī)范快速準確放樣要求，工作中通常采用編程計算，編程可以解決這種復雜的坐標計算。Excel作為一個對外開放的軟件平臺，兼容VBA面向對象的編程語言，支持源數(shù)據(jù)跨表格同步更新與二次開發(fā)[3-5]，用戶可按需編寫適當?shù)木幊坛绦颍苊饬酥貜汀⒎爆嵉臄?shù)據(jù)處理過程。因此，借助Excel強大的計算功能和VBA編程功能，可以設計出公路勘測程序項目，將該方法用于公路勘測實訓教學優(yōu)勢明顯，主要表現(xiàn)為如下方面。

（1）VBA面向對象的編程語言，語法簡單，易于掌握[6]。根據(jù)計算內(nèi)容、要求和目的，通過基本的VBA程序語言和短代碼，即可實現(xiàn)復雜的計算功能。

（2）通過Excel二次開發(fā)，可大幅提升測量內(nèi)外業(yè)效率，降低勞動強度。傳統(tǒng)手工計算，既繁瑣又易出錯，該方法通過計算機自動判斷、計算，能夠保證計算的準確性，提高工作效率。

（3）Excel VBA編程思想用于公路勘測實踐教學，可提升過程化考核可操作性。公路勘測實訓中數(shù)據(jù)核對、樁號校驗、精度檢核等工作繁瑣復雜，例如計算公式涉及頻繁的角度換算，采用Excel VBA進行角度轉換方法編程，可以簡化Excel計算公式，便于直觀地進行單元格數(shù)據(jù)核對[7-8]。

本文面向公路勘測工程應用，以導線測量及線路平面坐標計算涉及到的數(shù)學模型為例，詳細闡述程序設計在公路勘測實踐教學中的應用思路。

1 公路勘測數(shù)據(jù)計算的數(shù)學模型

1.1導線測量外業(yè)計算

導線測量外業(yè)計算的公式如式（1）所示。

2 程序編制

2.1 基本思路及注意事項

2.1.1 基本思路

在辦公軟件Excel的表格中建立若干個工作表，利用Excel的自定義函數(shù)自由地進行二次開發(fā)。計算步驟如下。

（1）選擇“開發(fā)工具”菜單中選擇“VB編輯器”或按“Alt+F11”快捷鍵，打開VB編輯器窗口，在窗口中執(zhí)行“插入→模塊”菜單命令，插入3個模塊。

（2）在Excel里建立4個工作表，分別命名為導線測量外業(yè)計算表、交點坐標計算表、直曲轉角表、逐樁坐標計算表。

（3）在對應的表格中插入函數(shù)編輯所需的公式。例如：“導線測量外業(yè)計算表”E7=MOD（RtoD（DtoR（D8）-DtoR（D7）+DtoR（360）），360），F(xiàn)7=MOD（RtoD（DtoR（$E$7）/2+DtoR（$E$9）/2），360），G7=dtos（RtoD（DtoR（E7）-DtoR（E9）））；“逐樁坐標表”D6=$D$4+（C6-$C$4）*COS（DtoR（直、曲轉角表！$S$7）），D列坐標驗證公式I6=直、曲轉角表！B8+直、曲轉角表！I8*COS（DtoR（直、曲轉角表！S7）+DtoR（180））。

2.1.2 注意事項

（1）程序自身的可讀性問題：為了分別進行角度與弧度之間的轉換，以及角度之間大單位與小單元之間的轉換，特設置若干個子程序，以保證自身的可讀性和編輯思維的連續(xù)性。

（2）數(shù)值計算精度：現(xiàn)在的電腦運行速度快和計算程序是比較小的，所以沒有必要考慮運行速度和容量的程序。中間計算應采取盡可能多的小數(shù)位（如編程中π的取值到小數(shù)點后14位），以保證計算結果的精度。

（3）坐標方位角判斷問題：計算方位角α需要先確定象限角，然后再選擇是處于一、二、三、四哪個象限，最后轉換成方位角。

（4）里程的表示與樁距的計算設置問題：線路工程中，習慣用“K0+000.000”里程方式表示樁號，在程序中要作特定設置，以便參與表格中的計算。

2.2 核心代碼

2.2.1 模塊1代碼

模塊1代碼如下，其中“#”后為程序代碼注釋。

Public Const pi = 3.14159265358979

#定義函數(shù)π的數(shù)值

Public Function DtoR（n As Double）

#定義函數(shù)名字DtoR，n為參數(shù)雙精度變量

Dim S As Double， D As Double， F As Double， M As Double

#創(chuàng)建變量S、D、F、M

S = Sgn（n）

#返回一個整型變量值，并指出參數(shù)n的正負，并賦值于S

n = Abs（n） + 0.00000001

#求整數(shù)n的絕對值加上微小值

D = Int（n）

#度值

F = Int（（n - D） * 100）

#分值

M = （n - D - F / 100） * 10000

#秒值

DtoR = （D + F / 60 + M / 3600） * S * pi / 180

#將數(shù)值轉化為弧度

End Function

#結束運行

2.2.2 模塊2代碼

模塊2代碼如下：

Public Const pi = 3.14159265358979

Public Function RtoD（n As Double）

#定義函數(shù)名稱RtoD

Dim S As Double， D As Double， F As Double， M As Double

S = Sgn（n）

n = Abs（n） * 180 / pi

#求整數(shù)n的絕對值再轉化為60進制角度值

D = Int（n）

#得到度值

F = Int（（n - D） * 60）

#得到分值

M = Round（（n - D - F / 60） * 3600， 0）

#求四舍五入后取整數(shù)的秒值

If M = 60 Then M = 0 F = F + 1 Else M = M F = F End If

#設置為度分秒格式，60秒等于1分

If F = 60 Then D = D + 1 F = 0 Else D = DF = F End If

#設置為度分秒格式，60分等于1度

RtoD = （D + F / 100 + M / 10000） * S

#弧度轉化為60進制角度

End Function

2.2.3 模塊3代碼

模塊3代碼如下：

Public Function DtoS（n As Double）

#定義函數(shù)名稱DtoS

Dim S As Double， D As Double， F As Double， M As Double

S = Sgn（n）

n = Abs（n） + 0.00000001

D = Int（n）

F = Int（（n - D） * 100）

M = （n - D - F / 100） * 10000

DtoS = （D * 3600 + F * 60 + M） * S

#角度制中度分轉化為秒

End Function

通過以上設計，定義DtoR、RtoD、DtoS這3個函數(shù)，以此解決60進制角度與Excel默認弧度制之間相互轉換的問題。

3 應用案例

按照浙江公路技師學院測繪工程、公路施工與養(yǎng)護等專業(yè)培養(yǎng)方案，開設108個學時（包括48個實踐學時）的《公路勘測技術》核心課程，將上述程序設計方案應用到公路勘測實踐教學中，以驗證該方法的可行性和可靠性。

3.1 項目概括

選一片場地利用三聯(lián)架法（高精度角度測量，測距誤差小，導線的高精度測量）安置儀器進行觀測導線，要求點與點之間互相通視。按照順時針方向、用測回法完成一個附合導線的右角觀測和邊長觀測。已知數(shù)據(jù)：QD（545.966，824.761）、JD1（523.482，827.699）、JD5（556.016，761.889）、ZD（596.252，757.054），外業(yè)數(shù)據(jù)如圖1所示。

3.2 采用的儀器設備

1臺測角精度2″級的全站儀、2個三棱鏡組、3個腳架（以上設備儀器需檢定部門檢定合格使用）。

3.3 精度要求

角度測量上、下半測回較差不得超過±40″，邊長采用單向觀測。

3.4 成果展示

導線測量外業(yè)數(shù)據(jù)輸入界面如圖2所示，該程序基于外業(yè)觀測的數(shù)據(jù)可以自動計算出交點坐標（圖3）、直曲線及轉角（圖4）、逐樁坐標（表1），根據(jù)逐樁坐標可以快速地在AutoCAD軟件中繪制設計線路的平面圖，如圖5所示。

3.5 其他注意事項

（1）為了審核逐樁坐標是否正確，采用了手工計算進行復核，最終結果顯示誤差值在限差范圍內(nèi)，外業(yè)觀測數(shù)據(jù)均滿足精度要求。

（2）在“導線測量外業(yè)計算設計界面”D7～D26中按“度.分分秒秒”格式輸入外業(yè)觀測角值，在I7～I30中輸入導線邊長；在“交點坐標計算表”T5～U8中輸入起始邊已知點坐標；在“直曲轉角表”E7中輸入起點樁號，L9～L18中輸入圓曲線半徑；在“逐樁坐標計算表”中輸入加密中樁里程。

（3）在內(nèi)業(yè)計算中，計算出所有中樁坐標后，到現(xiàn)場把各中樁在實地放樣出來，是后續(xù)的水準抄平的前沿工作。中線的放樣工作是運用全站儀坐標測設的原理進行的。重要的測量前必須認真做好控制點位選取和埋設，確保導線相關的精度滿足規(guī)范要求。千萬千萬不能粗心大意，否則，將造成重大的測量事故。

4 結語

本文針對公路勘測內(nèi)外業(yè)實踐教學工作中數(shù)據(jù)處理實際需求，以實踐教學環(huán)節(jié)為例，重點闡述了Excel計算功能和VBA編程功能在公路勘測實踐教學工作中的具體方法和注意事項，為相關課程課間實訓、課程實習提供了思路。Excel VBA編程思想在公路勘測實訓教學中應用本身的意義不僅在于提高作業(yè)水平，縮短內(nèi)業(yè)計算時間，更重要的是使學生掌握普遍原理的基礎上充分認識和使用VBA的編程功能。以問題為導向，讓學生對學習編程過程所遇到的問題加以思考和鞏固，并自主設計和優(yōu)化解決問題的方案。在提高工作效率、保證數(shù)據(jù)有效性的基礎上，促進公路勘測相關專業(yè)第一課堂“理實結合”，提升教學效果。近年來，虛擬仿真教學在創(chuàng)新實踐教學方法、模式及體系方面有了長足進步，如數(shù)字測圖虛擬仿真教學系統(tǒng)。在疫情防控常態(tài)化背景下，按照國家中長期和長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）要求，集成Excel VBA程序設計的虛擬仿真教學系統(tǒng)，必將成為提升實踐教學的重要手段和研究方向。

參考文獻

[1] 顧明遠.學習和解讀《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020）》[J].高等教育研究，2010（7）：1-6.

[2] 李平.推進虛擬現(xiàn)實技術應用 提高高校教育教學質量[J].實驗室研究與探索，2018，37（1）：1-4.

[3] 唐娟.利用Excel VBA實現(xiàn)高職學生考證信息的統(tǒng)計[J].科技資訊，2017，15（28）：11-12.

[4] 黨曉晶.Excel輔助測量平差課程教學[J].科技創(chuàng)新導報，2019，16（10）：219-220.

[5] 謝江偉，賈云朋，孫青龍.Excel VBA自定義函數(shù)批量計算隧道線路坐標正算方法[J].建筑技術，2020，51（7）：772-775.

[6] 冷繼全.地籍測量面積計算與統(tǒng)計程序設計與實現(xiàn)[J].科技創(chuàng)新導報，2018，15（21）：18-19.

[7] 吳琦璇，謝曉莉.道路勘測設計實踐環(huán)節(jié)批量量化考核方法[J].地理空間信息，2022，20（1）：149-152.

[8] 冷亮.融合Excel的測量計算課程建設及實踐[J].遼寧高職學報，2020，22（6）：56-58，67.

作者簡介：談秋英（1990—），女，本科，助理講師，研究方向為測繪地理信息專業(yè)的教育與研究。

應楠欣（1998—），女，本科，助理講師，研究方向為公路施工與養(yǎng)護專業(yè)的教育與研究。