基于VBA的平差數(shù)據(jù)精度指標處理程序設計

方 齊

(中國鐵路設計集團有限公司，天津 300308)

EXCEL軟件在測量行業(yè)的應用較為普遍，利用EXCEL VBA進行二次開發(fā)也較為方便快捷，具有適用性廣、開發(fā)維護方便等特點[1-3]。王漢雄等[4]將EXCEL VBA應用于測量數(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用進行了探索。

利用VBA程序語言進行二次開發(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進行統(tǒng)計分析，實現(xiàn)最大值、最小值、限差等的輸出顯示；對各精度指標進行可視化繪圖，方便分析、引用、插入；還可對復測結(jié)果進行指標計算分析。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，人工干預少，極大地方便了數(shù)據(jù)處理分析工作。

1 GPS精度指標處理程序的實現(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，主要用于擴展Windows的應用程序功能，特別是Microsoft Office軟件。VBA是寄生于VB應用程序的版本。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：精度指標統(tǒng)計模塊，指標計算值曲線繪制模塊，控制網(wǎng)復測統(tǒng)計分析模塊，程序框架見圖1。

圖1 程序框架

精度指標統(tǒng)計模塊包括重復基線及環(huán)閉合差檢驗、無約束平差基線向量改正數(shù)檢驗、約束平差技術(shù)指標檢驗等。指標超限和合格均有信息提示及WORD輸出功能；指標檢驗合格后可進行各指標的曲線圖繪制?？刂凭W(wǎng)復測分析模塊包含復測坐標較差值計算和復測坐標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)要點包括：自動識別規(guī)范指標并進行指標值統(tǒng)計分析；對指標計算值及限差值進行排序比較；對超限和合格指標信息進行輸出提示；進行EXCEL和WORD之間的信息傳遞，將各指標輸入到相對應的表格信息中；對于符合要求的數(shù)據(jù)進行曲線圖繪制；對控制網(wǎng)復測坐標進行分析，計算相應的指標值；自動備注信息及控制網(wǎng)復測分析等。

1.1 精度指標統(tǒng)計程序

GPS控制網(wǎng)平差檢驗指標主要包含重復基線、獨立環(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、相鄰點的相對中誤差等；控制網(wǎng)復測按照坐標較差、相鄰點間坐標差之差的相對精度兩種指標進行分析，以確定內(nèi)插更新點。

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、相鄰點的相對中誤差應滿足表1的要求。

表1 各等級控制網(wǎng)技術(shù)指標

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。若指標滿足規(guī)范要求則自動統(tǒng)計各指標最大值、限差值及最大值相對應的基線或環(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 計算指標繪圖程序

滿足上述各指標要求后，繪圖程序會自動對指標值進行分析，自動劃分合適的坐標軸間隔，方便查看各指標變化及極值情況。獨立環(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，如重復基線、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、相鄰點的相對中誤差等，以各指標對應的所在邊為橫軸，各指標值為豎軸作圖，各指標的允許限差以紅色折線標記。

1.3 控制網(wǎng)復測統(tǒng)計分析

待上述指標滿足限差要求后，進行約束平差計算?？刂凭W(wǎng)復測后還需要進行本次復測成果與原測成果的比較，確定更新點(見表2)。在滿足坐標較差及坐標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)插法更新控制點坐標。

坐標較差按式(1)、式(2)計算

ΔX=X復-X原

(1)

ΔY=Y復-Y原

(2)

相鄰點間坐標差之差的相對精度按式(3)計算

(3)

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

S—相鄰點間的二維平面距離；

ΔXij，ΔYij—相鄰點i與j間二維坐標差之差/m。

表2 控制網(wǎng)復測技術(shù)指標

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

2 工程應用

以某鐵路工程控制網(wǎng)復測為例。某鐵路正線全長95.8 km，設有CPI控制點50個，工程獨立坐標系劃分為兩個，第一工程獨立坐標系為WGS-84坐標系，第二工程獨立坐標系為2000國家大地坐標系。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)觀測形式進行CPⅠ、CPⅡ網(wǎng)的復測，將外業(yè)靜態(tài)觀測原始文件轉(zhuǎn)換為標準RINEX格式，使用基線解算軟件進行基線解算并使用平差軟件導入基線文件，進行重復基線、獨立環(huán)檢驗、無約束平差及約束平差等操作。待平差完畢后，打開本程序，進行指標檢驗操作。

2.1 重復基線及獨立環(huán)檢驗

打開平差文件，加載本程序，點擊“獨立環(huán)檢驗命令”，程序會自動統(tǒng)計重復基線、獨立環(huán)指標，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，本次測量重復基線較差最大值為1.71 cm，獨立環(huán)閉合差X分量最大值為1.46 cm，獨立環(huán)閉合差Y分量最大值為-2.68 cm，獨立環(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 重復基線較差及獨立環(huán)閉合差曲線

表3 重復基線較差最大值統(tǒng)計

表4 獨立環(huán)閉合差最大值統(tǒng)計

2.2 無約束平差及約束平差指標檢驗

待重復基線、獨立環(huán)檢驗合格后，點擊無約束平差檢驗，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，進行約束平差及統(tǒng)計分析(見圖6、圖7)。 約束平差指標統(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，各指標均在限差范圍內(nèi)，滿足規(guī)范要求。

圖7 約束平差指標曲線

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，相鄰點的相對中誤差為5.69 mm，各指標均在限差范圍內(nèi)，滿足規(guī)范要求。

2.3 控制網(wǎng)復測分析

控制網(wǎng)復測分析模塊：首先進行參數(shù)設置(見圖8)，程序自動生成輸入數(shù)據(jù)模板，輸入原測成果和復測成果后，程序執(zhí)行計算，生成坐標較差表和坐標差之差相對精度表(見表7、表8)。并按照復測指標要求標記超限和合格成果，最后按照坐標較差和坐標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，輸出內(nèi)插更新成果表。通過坐標較差和坐標差之差的相對精度，確定需要內(nèi)插更新的控制點，見表9。

表6 約束平差指標最大值統(tǒng)計示例

表7 控制網(wǎng)復測坐標較差部分計算成果輸出表格示例

表8 控制網(wǎng)復測坐標差之差相對精度部分計算成果示例

表9 控制網(wǎng)復測內(nèi)插更新點部分成果示例

圖8 控制網(wǎng)復測參數(shù)設

3 結(jié)束語

利用EXCEL VBA編程，實現(xiàn)了EXCEL與WORD的數(shù)據(jù)交互，能夠快速進行平差數(shù)據(jù)后處理，基線解算過程中及平差后精度指標的統(tǒng)計分析，最大值、最小值、限差等輸出顯示，各精度指標的可視化繪圖等。實踐證明，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的統(tǒng)計工作效率，減少了內(nèi)業(yè)工作量，進一步提高了測量內(nèi)業(yè)辦公的自動化程度和圖表統(tǒng)計工作的規(guī)范性。