沉降觀測數據處理及繪圖一體化程序開發與應用

吳慶芳，裴良臣，徐 輝，程正逢

（中南電力設計院，湖北 武漢430071）

1 引言

目前隨著越來越多的高層建筑和地下工程等項目建設的進行，沉降觀測工作也越來越被建管部門重視，而且在安全生產、質量第一的宗旨下，沉降觀測工作的意義也越來越重大。隨著測繪科學和技術的發展，電子水準儀以其高精度、使用方便、速度快等優點在各行各業的測繪工作中已經代替了傳統的光學水準儀，被廣泛應用到測繪生產之中。在沉降觀測過程中，傳統的人工數據處理和繪圖方法，不僅花費大量的時間和人力，而且在處理過程中容易產生錯誤，故而迫切需要一套完整的數據處理及繪圖程序。采用計算機軟件處理各項數據，可以大大提高工作效率，避免錯誤的發生，還可以節約人力和財力，成品資料更具有美觀性。因此，沉降觀測數據處理及繪圖一體化程序開發與應用具有重大的現實意義。

2 軟件開發

為了解決沉降觀測項目中繁雜的數據處理問題，筆者開發完成了沉降觀測數據處理及繪圖一體化軟件（以下簡稱“沉降觀測軟件”），在大提高了數據處理和繪圖的自動化程度，解決了長期困擾中南電力設計院此類工程的一大難題。

本文以徠卡DNA03水準儀為例，對沉降觀測數據處理及繪圖一體化軟件開發方式及運行的基本環境、功能、性能、軟件使用等進行簡要的說明，不詳細描述軟件的具體代碼。

2.1 軟件開發方式及運行的基本環境

本軟件采用VBA方式實現Excel二次開發，無需安裝，將沉降觀測數據處理及繪圖一體化軟件直接在Excel中打開運行。

2.2 軟件數據處理流程

軟件數據處理流程見圖1。

2.3 沉降觀測軟件的功能

從實際使用出發，軟件實現的功能包括如下方面。

（1）自動讀取DNA03儀器外業水準記錄數據并裝載標準格式測量記錄本（不同品牌電子水準儀可以根據其數據格式的不同在程序中做選擇裝載標準格式測量記錄本）。

（2）自動匯總水準記錄數據。

（3）將匯總的水準記錄數據簡單處理，即可生成水準網平差的原始數據格式。

（4）自動讀取水準網平差結果到指定工作表內，經簡單處理即可生成外業平差結果匯總表。

（5）自動讀取外業平差結果匯總表，生成沉降觀測記錄表。

（6）自動讀取外業平差結果匯總表，生成繪圖文件數據表。

（7）根據繪圖文件數據表，生成沉降觀測點曲線示意圖。

2.4 沉降觀測軟件的性能

該軟件在數據的錄入上采用自動錄入的方式，經簡單的菜單操作進行各項計算，提供完整的沉降觀測報表并繪制出沉降觀測曲線示意圖。表格采用模板格式復制后選擇粘貼格式得到，而文件可以到任何電腦上的Excel中運行，操作非常簡單，并具有較強的實用性。

2.5 沉降觀測軟件的特點

沉降觀測數據處理及繪圖一體化軟件實現了沉降觀測數據的自動化處理，與傳統數據處理方法相比有以下4個方面的特點。

（1）觀測數據超限檢查自動化。傳統的水準測量觀測方法是采用光學水準儀人工測記的方法進行，現場測站限差計算繁瑣且費時，要求有專門的記錄計算人員，同時讀數與記錄有讀記不符的現象產生。外業觀測記錄本在室內還要進行多次的檢查工作，工作效率低；沉降觀測數據處理及繪圖一體化軟件則是用電子水準儀自動記錄和計算測站限差，數據記錄準確，即記即算，由于外業的各項測站限差均有儀器內置程序嚴格控制，外業觀測完畢，內業檢查的工作量大大減少，速度快，無錯誤產生，節省人力和時間，減少內外業工作量，大大提高工作效率。

（2）避免平差前的人工數據輸入環節。傳統的水準測量外業工作結束后，內業計算出平差計算需要的各項數據并人工錄入到計算程序中，容易造成誤輸或錯數，增加了檢查和重復錄入的工作量。

沉降觀測數據處理及繪圖一體化軟件是采用菜單式操作，按照平差計算所需要的文件格式自動形成所需要的文件，在平差計算時直接輸入該文件名字就可以完成全部的計算，實現了觀測與計算的有機連接。

（3）沉降曲線繪制自動化。傳統沉降曲線的繪制是在CAD環境中手動進行，其成品的出版需要單頁曬圖后裝訂。

沉降觀測數據處理及繪圖一體化程序作業是在電子表格中直接繪制沉降曲線示意圖，該圖可以單點成圖，也可以多點成圖；多點成圖時，采用顏色標示來區分不同點的沉降曲線，并在圖的右側自動顯示圖例，出版時和其他報告文件一起采用雙面彩色打印一并出版，從而改變了傳統的成品資料出版方式，減少出版工序并節省了人力和財力。

（4）沉降觀測數據報表制作自動化。傳統的沉降觀測報表的制作與錄入均采用人工錄入方法進行，易錯并費時。

沉降觀測數據處理及繪圖一體化程序作業是采用中文菜單操作，可直接從平差計算的成果數據文件中讀入，并形成不同的標準式的表格報表，具有速度快、準確率高、表格美觀的特點。

3 軟件使用

3.1 軟件啟動

該軟件無需安裝，只要將模板Excel文件拷入固定的目錄中即可運行。啟動Excel文件時，菜單會自動加載，選擇相應的項目菜單，就可以使用相應的功能。

3.2 DNA03水準觀測數據導入

選任意工作簿的任意工作表為當前數據輸入表格，再選擇導入水準測量原始數據對應菜單，如圖2所示，導入后的數據如圖3所示。

圖2 導入水準測量原始數據菜單示意

圖3 導入水準測量原始數據后示意

3.3 觀測數據匯總

在水準記錄表格的任意一個單元格內用鼠標點擊一下，再選擇相應的菜單進行數據匯總操作。匯總后的數據格式如圖4所示。

3.4 生成水準計算格式HDA

經簡單編輯后就可以生成HDA文件，供GMADJ平差軟件計算使用。生成HDA文件前的電子表格文件式樣如圖5所示，菜單操作后，所生成的HDA格式文件如圖6所示。

圖4 匯總后的數據格式

圖5 生成HDA文件前的電子表格文件

圖6 生成HDA文件的文本格式

3.5 導入HGT文件中點號和高程平差值

選擇當前表格的一個單元格后，再選擇對應的菜單如圖7所示，經簡單處理成為沉降觀測點高程記錄數據匯總如圖8所示。

3.6 生成沉降數據記錄表

圖7 導入HGT文件數據菜單操作界面

圖8 導入HGT文件數據后形成的數據匯總表

選擇菜單后自動讀取到當前工作表內（注意：沉降觀測點高程記錄數據匯總表放在工作簿的第一個工作表內），如圖9所示。

圖9 沉降觀測記錄

數據表格只考慮了觀測次數30次和總點數為60個的情況，可以根據實際情況增加。

本次沉降量＝本次值－上次值，

累計沉降量＝本次值－首次值。

3.7 生成Excel繪圖文件數據

選擇菜單后自動讀取到當前工作表內，如圖10所示，觀測點下面的數據是對應觀測次數的累計沉降量值。

3.8 繪制沉降曲線示意圖

（1）選擇對應菜單自動繪制多點沉降曲線示意圖如圖11所示。圖的右側是各點沉降曲線顏色圖列。沉降曲線圖可以根據需要用菜單選擇來繪制成有、無荷載曲線一起表示的曲線圖。

（2）選擇對應菜單也可以生成單點沉降觀測曲線示意圖，如圖12所示。

圖10 Excel繪圖文件數據

圖11 多點沉降曲線示意

圖12 單點沉降曲線示意

4 結語

（1）采用沉降觀測數據處理及繪圖一體化軟件基本實現了沉降觀測從基準網建立到沉降觀測的全過程的數據自動化處理，成品資料數據精確、圖表齊全美觀；很大程度上減少了內、外業作業人員的勞動強度，減少了作業人員和工序，提高了工作效率；節省了人力和財力，具有較好的經濟性。

（2）沉降觀測數據處理及繪圖一體化軟件適用于各級水準測量的作業模式，并可以在不同工程的高程測量控制作業中使用。

（3）沉降觀測數據處理及繪圖一體化軟件無需安裝即可使用Microsoft Excel，采用中文菜單式操作，具有操作簡單、實用的特點。