基于Excel VBA的沉降監測數據自動化處理系統設計與實現

申秋羚 林毅

（海南水文地質工程地質勘察院，海南 海口 571100）

1 引言

建（構）筑物的沉降監測是一項十分重要的工作，根據基準點對在建（構）筑物上設置的觀測點進行沉降監測，并對監測數據進行統計、分析，得出沉降趨勢，可提前對危險狀況作出預警。沉降監測周期較長，監測數據量大，常規統計方法大多使用平差軟件對監測數據進行計算，并采用Excel 記錄和保存得到各監測點的高程，再利用Excel 的簡單計算功能統計出各觀測點的相關數據，最后繪制出相應的沉降曲線圖。上述方法采用人工統計數據，效率低，易出錯。為加強監測數據管理，提高數據處理的效率和準確性，基于Excel VBA 編程語言設計開發沉降監測數據自動化處理系統，可以實現沉降監測統計表、沉降監測曲線圖的自動化生成，具有較好的應用效果。

2 Excel VBA 概述

Excel 具有強大的制表、運算和數據分析功能[1]，直觀的界面交互、便捷的數據錄入、強大的公式計算和豐富的圖表繪制功能成為最流行的數據處理軟件。

VBA 是一種通用程序設計開發編程語言，功能強大、直觀易用[2]，以Excel 軟件本身作為開發平臺，利用其內嵌的VBA 語言進行二次開發，使得編程工作變得相對簡單。VBA 嵌入Excel 中用于定制和擴展Excel 功能，可方便地被其他應用程序以OLE自動化形式調用和控制，用戶可輕松錄制或開發出自動化的處理程序。Excel VBA 中的應用程序對象Application、工作簿對象Workbook、工作表對象Worksheet、行列區域對象Range、單元格對象Cell、窗體控件、圖表控件等[3]對象層次分明，封裝的屬性和方法極大地方便了功能需求的實現。

3 系統設計

3.1 系統開發流程

Excel 可以存儲和輸出沉降監測數據，并完成復雜的數據運算，但不能自動化處理這些數據。要實現從導入監測數據到輸出成果的全程自動化處理，需要利用Excel 自帶的VBA 進行二次開發。

系統開發流程為：（1）源數據預處理：對電子水準儀的源數據進行預處理，檢查限差，生成測段數據表和往返測觀測值平均值數據表等；（2）源數據計算：計算各測段高差、測段距離及測站數，并生成平差軟件所需的數據格式并平差；（3）平差后數據導入：根據平差得出的沉降監測點高程值，通過VBA 編程實現自動導入沉降監測成果表中；（4）生成變形曲線圖表：VBA 編程自動生成各變形觀測點的高程值和變形曲線圖表；（5）編寫成果分析文件：提取各變形觀測點的本期沉降量、累積沉降量、沉降速率，并進行統計分析，自動編寫成果分析文件。

3.2 系統功能設計

結合沉降監測的工作流程，系統設置了一個較為簡潔的用戶界面，通過點擊菜單按鈕即可調用各功能模塊，提高了使用的便利性，如圖1 所示。

圖1 系統界面

（1）沉降監測數據處理

在Excel 表中新增“沉降監測數據處理”工具欄，在該工具欄中編程添加“手簿檢查”“統計觀測數據”“往返測數據取平均值”“生成平差易數據”子命令菜單。分別實現對原始監測數據的限差檢查、生成測段數據表格、生成往返測觀測值平均值數據表格、生成符合要求的數據格式。

該模塊的編程思路為：①把控制網的原始監測數據導入同一個Excel 文檔不同的表中，在文檔工具欄位置調出“沉降監測數據處理”菜單。② 通過“統計觀測數據”，輸入往測或返測數據所在的工作表名，可自動生成測段起點號、測段終點號、測段距離、測段高差及測段測站數，同時自動生成一個“往返測較差比較”表，數據可自動導入該表。③ 往返測測段數據生成后，通過“往返測取平均”命令，在“往返測較差比較”表中生成測段平均距離、平均高差、測段測站數。如測段高差超限，高差的差值欄則以紅色來標示，該測段的平均高差不再進行計算，需外業返工重測。④ 往返測測段數據合限取平均后，自動生成符合要求的數據格式。該模塊的部分代碼如下：

（2）導入平差高程數據

自動生成一個Excel 工作簿，把平差后的沉降監測點高程全部導入表格中。該模塊的編程思路為：①打開平差軟件進行平差計算，得到平差計算后的點高程值。②通過“導入平差高程數據”命令，把監測點高程成果導入Excel 工作表。部分代碼如下：

（3）往沉降表中填寫高程

在Excel 中增加一個“往沉降表中填寫高程”工具欄，把平差得到的各沉降監測點的高程按照點名一一對應，導入各建（構）筑物沉降監測成果表。該模塊的編程思路為：①點擊“統計觀測數據”，根據輸入沉降監測路線的表名,自動在該表中生成測段起點號、測段終點號、測段距離、測段高差及測段測站數，把在該沉降監測路線表中生成的平差成果數據輸出到保存目錄下，并以表名稱.txt 文件來保存。② 選擇需要填入沉降監測點成果的建（構）筑物名稱，點擊命令按鈕“往沉降表中填寫高程”，在彈出的對話框中，輸入建（構）筑物表名稱、觀測點數及第幾次觀測等，便自動把“平差后高程”表中的與建（構）筑物表觀測點號相同的沉降數據填寫到該表中。部分代碼如下：

（4）建立變形曲線圖表

利用VBA 編程對各變形觀測點的高程值自動生成直觀的變形曲線圖表，繪制曲線為系統的重要功能和核心部分，根據時間和沉降量組成的點陣畫出一列點，用輕量級多義線連接所有點，最后對多義線擬合成沉降量曲線圖表和累計沉降量曲線圖表[4]。代碼如下：

（5）成果分析

提取各變形觀測點的本期沉降量、累積沉降量、沉降速率等，并進行統計分析，導出分析結果。

4 應用實例

2021 年7 月，在某電廠建（構）筑物沉降監測項目中，采用沉降監測數據處理系統對監測數據進行統計，系統可直接調入原始監測數據，避免手工輸入的錯誤；然后依次按照程序設計的步驟，利用軟件自動進行各項數據的計算和處理，最終自動生成相應的表格和變形曲線圖表，如表1 和圖2 所示。

表1 累計沉降成果

圖2 累計沉降量曲線

5 結束語

Excel VBA 簡單易掌握，其代碼便于修改的特性為普通Excel 用戶的日常工作帶來了便利[5]。本文利用Excel VBA 設計并開發了沉降監測數據自動化處理系統，實現了沉降監測數據的自動化統計，可直接生成可視化監測成果，與傳統方式相比，系統減少了人為干預，降低了勞動強度，提高了數據處理的效率和準確度，具有較強的實用性。