Excel VBA程序設(shè)計(jì)在公路勘測(cè)實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用研究

談秋英 應(yīng)楠欣 阮曉光

摘要：Excel軟件作為一款被廣泛應(yīng)用的數(shù)據(jù)處理辦公軟件，兼有函數(shù)計(jì)算、程序設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫編輯及調(diào)用等二次開發(fā)功能。公路勘測(cè)作業(yè)數(shù)據(jù)的處理專業(yè)性強(qiáng)、數(shù)學(xué)模型相對(duì)復(fù)雜，文章以公路勘測(cè)內(nèi)外業(yè)為例，充分利用Excel計(jì)算功能和VBA編程功能，論述了Excel在公路勘測(cè)實(shí)踐教學(xué)工作中的具體方法和注意事項(xiàng)。通過筆者所在單位教學(xué)環(huán)節(jié)的實(shí)踐，該方法適用于解決公路勘測(cè)工作中數(shù)據(jù)計(jì)算量大、重復(fù)性強(qiáng)的實(shí)際問題，可以為相關(guān)課程課間實(shí)訓(xùn)、課程實(shí)習(xí)提供思路。

關(guān)鍵詞：公路勘測(cè)? Excel? 編程? 函數(shù)

中圖分類號(hào)：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(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展正在推動(dòng)著教育領(lǐng)域的深刻變化。根據(jù)該要求“國(guó)家中長(zhǎng)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(qiáng)實(shí)踐教學(xué)，并且必須使用科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用為重要手段提高教學(xué)質(zhì)量[2]。實(shí)踐教學(xué)是教育技術(shù)的一個(gè)組成部分，是培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用科學(xué)知識(shí)和方法解決實(shí)際問題的能力。公路勘測(cè)工程應(yīng)用與實(shí)踐教學(xué)中會(huì)涉及很多的函數(shù)公式，采用傳統(tǒng)的人工計(jì)算方式不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且對(duì)于所學(xué)知識(shí)點(diǎn)的運(yùn)用處理也不夠靈活。由于公路勘測(cè)工程應(yīng)用與實(shí)踐教學(xué)路線中交點(diǎn)個(gè)數(shù)多，曲線也多，線路坐標(biāo)計(jì)算手工計(jì)算繁重，費(fèi)時(shí)費(fèi)力又易出錯(cuò)，滿足不了公路勘測(cè)規(guī)范快速準(zhǔn)確放樣要求，工作中通常采用編程計(jì)算，編程可以解決這種復(fù)雜的坐標(biāo)計(jì)算。Excel作為一個(gè)對(duì)外開放的軟件平臺(tái)，兼容VBA面向?qū)ο蟮木幊陶Z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(dāng)?shù)木幊坛绦?，避免了重?fù)、繁瑣的數(shù)據(jù)處理過程。因此，借助Excel強(qiáng)大的計(jì)算功能和VBA編程功能，可以設(shè)計(jì)出公路勘測(cè)程序項(xiàng)目，將該方法用于公路勘測(cè)實(shí)訓(xùn)教學(xué)優(yōu)勢(shì)明顯，主要表現(xiàn)為如下方面。

（1）VBA面向?qū)ο蟮木幊陶Z言，語法簡(jiǎn)單，易于掌握[6]。根據(jù)計(jì)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(shí)現(xiàn)復(fù)雜的計(jì)算功能。

（2）通過Excel二次開發(fā)，可大幅提升測(cè)量?jī)?nèi)外業(yè)效率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度。傳統(tǒng)手工計(jì)算，既繁瑣又易出錯(cuò)，該方法通過計(jì)算機(jī)自動(dòng)判斷、計(jì)算，能夠保證計(jì)算的準(zhǔn)確性，提高工作效率。

（3）Excel VBA編程思想用于公路勘測(cè)實(shí)踐教學(xué)，可提升過程化考核可操作性。公路勘測(cè)實(shí)訓(xùn)中數(shù)據(jù)核對(duì)、樁號(hào)校驗(yàn)、精度檢核等工作繁瑣復(fù)雜，例如計(jì)算公式涉及頻繁的角度換算，采用Excel VBA進(jìn)行角度轉(zhuǎn)換方法編程，可以簡(jiǎn)化Excel計(jì)算公式，便于直觀地進(jìn)行單元格數(shù)據(jù)核對(duì)[7-8]。

本文面向公路勘測(cè)工程應(yīng)用，以導(dǎo)線測(cè)量及線路平面坐標(biāo)計(jì)算涉及到的數(shù)學(xué)模型為例，詳細(xì)闡述程序設(shè)計(jì)在公路勘測(cè)實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用思路。

1 公路勘測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算的數(shù)學(xué)模型

1.1導(dǎo)線測(cè)量外業(yè)計(jì)算

導(dǎo)線測(cè)量外業(yè)計(jì)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(xiàng)

2.1.1 基本思路

在辦公軟件Excel的表格中建立若干個(gè)工作表，利用Excel的自定義函數(shù)自由地進(jìn)行二次開發(fā)。計(jì)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(gè)模塊。

（2）在Excel里建立4個(gè)工作表，分別命名為導(dǎo)線測(cè)量外業(yè)計(jì)算表、交點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算表、直曲轉(zhuǎn)角表、逐樁坐標(biāo)計(jì)算表。

（3）在對(duì)應(yīng)的表格中插入函數(shù)編輯所需的公式。例如：“導(dǎo)線測(cè)量外業(yè)計(jì)算表”E7=MOD（RtoD（DtoR（D8）-DtoR（D7）+DtoR（360）），360），F(xiàn)7=MOD（RtoD（DtoR（$E$7）/2+DtoR（$E$9）/2），360），G7=dtos（RtoD（DtoR（E7）-DtoR（E9）））；“逐樁坐標(biāo)表”D6=$D$4+（C6-$C$4）*COS（DtoR（直、曲轉(zhuǎn)角表！$S$7）），D列坐標(biāo)驗(yàn)證公式I6=直、曲轉(zhuǎn)角表！B8+直、曲轉(zhuǎn)角表！I8*COS（DtoR（直、曲轉(zhuǎn)角表！S7）+DtoR（180））。

2.1.2 注意事項(xiàng)

（1）程序自身的可讀性問題：為了分別進(jìn)行角度與弧度之間的轉(zhuǎn)換，以及角度之間大單位與小單元之間的轉(zhuǎn)換，特設(shè)置若干個(gè)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(jì)算精度：現(xiàn)在的電腦運(yùn)行速度快和計(jì)算程序是比較小的，所以沒有必要考慮運(yùn)行速度和容量的程序。中間計(jì)算應(yīng)采取盡可能多的小數(shù)位（如編程中π的取值到小數(shù)點(diǎn)后14位），以保證計(jì)算結(jié)果的精度。

（3）坐標(biāo)方位角判斷問題：計(jì)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(gè)象限，最后轉(zhuǎn)換成方位角。

（4）里程的表示與樁距的計(jì)算設(shè)置問題：線路工程中，習(xí)慣用“K0+000.000”里程方式表示樁號(hào)，在程序中要作特定設(shè)置，以便參與表格中的計(jì)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(gè)整型變量值，并指出參數(shù)n的正負(fù)，并賦值于S

n = Abs（n） + 0.00000001

#求整數(shù)n的絕對(duì)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(zhuǎn)化為弧度

End Function

#結(jié)束運(yùn)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(duì)值再轉(zhuǎn)化為60進(jìn)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(shè)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(shè)置為度分秒格式，60分等于1度

RtoD = （D + F / 100 + M / 10000） * S

#弧度轉(zhuǎn)化為60進(jìn)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(zhuǎn)化為秒

End Function

通過以上設(shè)計(jì)，定義DtoR、RtoD、DtoS這3個(gè)函數(shù)，以此解決60進(jìn)制角度與Excel默認(rèn)弧度制之間相互轉(zhuǎn)換的問題。

3 應(yīng)用案例

按照浙江公路技師學(xué)院測(cè)繪工程、公路施工與養(yǎng)護(hù)等專業(yè)培養(yǎng)方案，開設(shè)108個(gè)學(xué)時(shí)（包括48個(gè)實(shí)踐學(xué)時(shí)）的《公路勘測(cè)技術(shù)》核心課程，將上述程序設(shè)計(jì)方案應(yīng)用到公路勘測(cè)實(shí)踐教學(xué)中，以驗(yàn)證該方法的可行性和可靠性。

3.1 項(xiàng)目概括

選一片場(chǎng)地利用三聯(lián)架法（高精度角度測(cè)量，測(cè)距誤差小，導(dǎo)線的高精度測(cè)量）安置儀器進(jìn)行觀測(cè)導(dǎo)線，要求點(diǎn)與點(diǎn)之間互相通視。按照順時(shí)針方向、用測(cè)回法完成一個(gè)附合導(dǎo)線的右角觀測(cè)和邊長(zhǎng)觀測(cè)。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(shè)備

1臺(tái)測(cè)角精度2″級(jí)的全站儀、2個(gè)三棱鏡組、3個(gè)腳架（以上設(shè)備儀器需檢定部門檢定合格使用）。

3.3 精度要求

角度測(cè)量上、下半測(cè)回較差不得超過±40″，邊長(zhǎng)采用單向觀測(cè)。

3.4 成果展示

導(dǎo)線測(cè)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(cè)的數(shù)據(jù)可以自動(dòng)計(jì)算出交點(diǎn)坐標(biāo)（圖3）、直曲線及轉(zhuǎn)角（圖4）、逐樁坐標(biāo)（表1），根據(jù)逐樁坐標(biāo)可以快速地在AutoCAD軟件中繪制設(shè)計(jì)線路的平面圖，如圖5所示。

3.5 其他注意事項(xiàng)

（1）為了審核逐樁坐標(biāo)是否正確，采用了手工計(jì)算進(jìn)行復(fù)核，最終結(jié)果顯示誤差值在限差范圍內(nèi)，外業(yè)觀測(cè)數(shù)據(jù)均滿足精度要求。

（2）在“導(dǎo)線測(cè)量外業(yè)計(jì)算設(shè)計(jì)界面”D7～D26中按“度.分分秒秒”格式輸入外業(yè)觀測(cè)角值，在I7～I(xiàn)30中輸入導(dǎo)線邊長(zhǎng)；在“交點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算表”T5～U8中輸入起始邊已知點(diǎn)坐標(biāo)；在“直曲轉(zhuǎn)角表”E7中輸入起點(diǎn)樁號(hào)，L9～L18中輸入圓曲線半徑；在“逐樁坐標(biāo)計(jì)算表”中輸入加密中樁里程。

（3）在內(nèi)業(yè)計(jì)算中，計(jì)算出所有中樁坐標(biāo)后，到現(xiàn)場(chǎng)把各中樁在實(shí)地放樣出來，是后續(xù)的水準(zhǔn)抄平的前沿工作。中線的放樣工作是運(yùn)用全站儀坐標(biāo)測(cè)設(shè)的原理進(jìn)行的。重要的測(cè)量前必須認(rèn)真做好控制點(diǎn)位選取和埋設(shè)，確保導(dǎo)線相關(guān)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(cè)量事故。

4 結(jié)語

本文針對(duì)公路勘測(cè)內(nèi)外業(yè)實(shí)踐教學(xué)工作中數(shù)據(jù)處理實(shí)際需求，以實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)為例，重點(diǎn)闡述了Excel計(jì)算功能和VBA編程功能在公路勘測(cè)實(shí)踐教學(xué)工作中的具體方法和注意事項(xiàng)，為相關(guān)課程課間實(shí)訓(xùn)、課程實(shí)習(xí)提供了思路。Excel VBA編程思想在公路勘測(cè)實(shí)訓(xùn)教學(xué)中應(yīng)用本身的意義不僅在于提高作業(yè)水平，縮短內(nèi)業(yè)計(jì)算時(shí)間，更重要的是使學(xué)生掌握普遍原理的基礎(chǔ)上充分認(rèn)識(shí)和使用VBA的編程功能。以問題為導(dǎo)向，讓學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)編程過程所遇到的問題加以思考和鞏固，并自主設(shè)計(jì)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(chǔ)上，促進(jìn)公路勘測(cè)相關(guān)專業(yè)第一課堂“理實(shí)結(jié)合”，提升教學(xué)效果。近年來，虛擬仿真教學(xué)在創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)方法、模式及體系方面有了長(zhǎng)足進(jìn)步，如數(shù)字測(cè)圖虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)。在疫情防控常態(tài)化背景下，按照國(guó)家中長(zhǎng)期和長(zhǎng)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(shè)計(jì)的虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)，必將成為提升實(shí)踐教學(xué)的重要手段和研究方向。

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作者簡(jiǎn)介：談秋英（1990—），女，本科，助理講師，研究方向?yàn)闇y(cè)繪地理信息專業(yè)的教育與研究。

應(yīng)楠欣（1998—），女，本科，助理講師，研究方向?yàn)楣肥┕づc養(yǎng)護(hù)專業(yè)的教育與研究。