基于VBA的平差数据精度指标处理程序设计

方 齐

(中国铁路设计集团有限公司，天津 300308)

EXCEL软件在测量行业的应用较为普遍，利用EXCEL VBA进行二次开发也较为方便快捷，具有适用性广、开发维护方便等特点[1-3]。王汉雄等[4]将EXCEL VBA应用于测量数据处理；刘晓云[5]、石林峰[7]、贾丙普[9]等利用VBA进行测量程序的开发；卢向科[10]、杨晓玉[13]等对EXCEL在矿山测量方面的应用进行了探索。

利用VBA程序语言进行二次开发，生成可视化菜单，再嵌入EXCEL软件中，编制了一套数据精度指标统计分析程序。该程序可以对基线解算过程中及平差后的精度指标进行统计分析，实现最大值、最小值、限差等的输出显示；对各精度指标进行可视化绘图，方便分析、引用、插入；还可对复测结果进行指标计算分析。该程序能够满足数据的统计分析要求，自动化程度高，人工干预少，极大地方便了数据处理分析工作。

1 GPS精度指标处理程序的实现

EXCEL软件自带的功能能够处理大量数据，但是手工处理操作繁琐，不易批量化操作。Visual Basic for Applications(VBA)是一种宏语言，主要用于扩展Windows的应用程序功能，特别是Microsoft Office软件。VBA是寄生于VB应用程序的版本。利用VBA编写程序，能够规范用户的操作，控制用户的操作行为，实现数据的自动化处理与统计。

本程序主要包括三个功能模块：精度指标统计模块，指标计算值曲线绘制模块，控制网复测统计分析模块，程序框架见图1。

图1 程序框架

精度指标统计模块包括重复基线及环闭合差检验、无约束平差基线向量改正数检验、约束平差技术指标检验等。指标超限和合格均有信息提示及WORD输出功能；指标检验合格后可进行各指标的曲线图绘制。控制网复测分析模块包含复测坐标较差值计算和复测坐标差之差相对精度计算等。为了方便日常操作，本程序将会自动在EXCEL菜单栏上加载，如图2所示。

图2 程序加载到菜单栏

主要技术要点包括：自动识别规范指标并进行指标值统计分析；对指标计算值及限差值进行排序比较；对超限和合格指标信息进行输出提示；进行EXCEL和WORD之间的信息传递，将各指标输入到相对应的表格信息中；对于符合要求的数据进行曲线图绘制；对控制网复测坐标进行分析，计算相应的指标值；自动备注信息及控制网复测分析等。

1.1 精度指标统计程序

GPS控制网平差检验指标主要包含重复基线、独立环、无约束平差后基线向量各分量的改正数、约束平差后基线向量各分量改正数与无约束平差同一基线改正数较差的绝对值、基线边方向中误差、最弱边相对中误差、相邻点的相对中误差等；控制网复测按照坐标较差、相邻点间坐标差之差的相对精度两种指标进行分析，以确定内插更新点。

不同等级控制网约束平差后，基线边方向中误差、最弱边相对中误差、相邻点的相对中误差应满足表1的要求。

表1 各等级控制网技术指标

本程序会按照上述规范要求，根据允许的限差值，自动标记超限值以及提示超限警告，方便超限值的快速查看和分辨。若指标满足规范要求则自动统计各指标最大值、限差值及最大值相对应的基线或环，并且有窗口输出和WORD表格输出两种输出格式，方便统计结果的查看和引用。

1.2 计算指标绘图程序

满足上述各指标要求后，绘图程序会自动对指标值进行分析，自动划分合适的坐标轴间隔，方便查看各指标变化及极值情况。独立环闭合差曲线图以环为横轴，各环闭合差值为竖轴。对于其他指标，如重复基线、无约束平差后基线向量各分量的改正数、约束平差后基线向量各分量改正数与无约束平差同一基线改正数较差的绝对值、基线边方向中误差、最弱边相对中误差、相邻点的相对中误差等，以各指标对应的所在边为横轴，各指标值为竖轴作图，各指标的允许限差以红色折线标记。

1.3 控制网复测统计分析

待上述指标满足限差要求后，进行约束平差计算。控制网复测后还需要进行本次复测成果与原测成果的比较，确定更新点(见表2)。在满足坐标较差及坐标较差之差相对精度的前提下，可采用原测成果；如果超限，则采用同精度内插法更新控制点坐标。

坐标较差按式(1)、式(2)计算

ΔX=X复-X原

(1)

ΔY=Y复-Y原

(2)

相邻点间坐标差之差的相对精度按式(3)计算

(3)

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

S—相邻点间的二维平面距离；

ΔXij，ΔYij—相邻点i与j间二维坐标差之差/m。

表2 控制网复测技术指标

根据输入的原测成果和复测成果，自动计算坐标差较差和相邻点间坐标差之差的相对精度，对于超限点自动进行标注。根据上述两指标计算结果，兼顾各点涉及的坐标差较差和相邻点间坐标差之差的相对精度指标值，自动确定更新点并且自动标注，并按要求格式生成约束点已知文件。

2 工程应用

以某铁路工程控制网复测为例。某铁路正线全长95.8 km，设有CPI控制点50个，工程独立坐标系划分为两个，第一工程独立坐标系为WGS-84坐标系，第二工程独立坐标系为2000国家大地坐标系。为保证全线控制网的整网精度，全线平面控制网复测等级为：CPⅠ按照卫星定位控制测量二等网施测；CPⅡ按照卫星定位控制测量三等网施测。按“CPⅠ、CPⅡ”两级施测，测量网形和原测基本保持一致的要求，采用GPS静态观测形式进行CPⅠ、CPⅡ网的复测，将外业静态观测原始文件转换为标准RINEX格式，使用基线解算软件进行基线解算并使用平差软件导入基线文件，进行重复基线、独立环检验、无约束平差及约束平差等操作。待平差完毕后，打开本程序，进行指标检验操作。

2.1 重复基线及独立环检验

打开平差文件，加载本程序，点击“独立环检验命令”，程序会自动统计重复基线、独立环指标，若有超限值，程序会出现提示超限警告信息。反之，则会自动统计各指标最大值和最大值所在环或边的信息以及允许的限差值(见图3)，绘制各指标曲线(见图4)，同时自动输出WORD表格信息(见表3、表4)。由图3、图4和表3、表4可知，本次测量重复基线较差最大值为1.71 cm，独立环闭合差X分量最大值为1.46 cm，独立环闭合差Y分量最大值为-2.68 cm，独立环闭合差Z分量最大值为3.13 cm，均在允许限差范围内。

图3 统计信息框

图4 重复基线较差及独立环闭合差曲线

表3 重复基线较差最大值统计

表4 独立环闭合差最大值统计

2.2 无约束平差及约束平差指标检验

待重复基线、独立环检验合格后，点击无约束平差检验，程序会自动比较无约束平差后基线向量各分量的改正数与限差值，如有超限，出现超限警告。没有超限值，则会出现无约束平差后基线向量各分量的改正数统计信息对话框，并绘制曲线图(见图5、表5)。之后选择控制网等级，进行约束平差及统计分析(见图6、图7)。 约束平差指标统计见表6。

图5 基线向量改正数曲线

表5 无约束平差基线向量改正数最大值统计

图6 控制网等级选择

由图5、表5可知，无约束平差基线向量X分量改正数最大值为-1.45 cm， 基线向量Y分量改正数最大值为2.32 cm基线向量Z分量改正数最大值为-2.02 cm，各指标均在限差范围内，满足规范要求。

图7 约束平差指标曲线

约束平差后基线边方向中误差最大值为0.98″，最弱边相对中误差为1/196 152，相邻点的相对中误差为5.69 mm，各指标均在限差范围内，满足规范要求。

2.3 控制网复测分析

控制网复测分析模块：首先进行参数设置(见图8)，程序自动生成输入数据模板，输入原测成果和复测成果后，程序执行计算，生成坐标较差表和坐标差之差相对精度表(见表7、表8)。并按照复测指标要求标记超限和合格成果，最后按照坐标较差和坐标差之差相对精度的要求，建立内插更新规则，自动确定需要内插的更新点，输出内插更新成果表。通过坐标较差和坐标差之差的相对精度，确定需要内插更新的控制点，见表9。

表6 约束平差指标最大值统计示例

表7 控制网复测坐标较差部分计算成果输出表格示例

表8 控制网复测坐标差之差相对精度部分计算成果示例

表9 控制网复测内插更新点部分成果示例

图8 控制网复测参数设

3 结束语

利用EXCEL VBA编程，实现了EXCEL与WORD的数据交互，能够快速进行平差数据后处理，基线解算过程中及平差后精度指标的统计分析，最大值、最小值、限差等输出显示，各精度指标的可视化绘图等。实践证明，该程序操作方便，满足内业数据统计分析的要求，有效提高了精度指标的统计工作效率，减少了内业工作量，进一步提高了测量内业办公的自动化程度和图表统计工作的规范性。