浅谈Excel在矿山测量数据处理和分析中的应用

吴 燕

(潞安环能股份公司 王庄煤矿，山西 长治 046031)

Excel是微软办公软件中的重要组成部分，可以进行各种数据的处理、分析和辅助决策等，并能够按照需求进行各种数据图形的输出。Excel通过强大的数据表格处理功能、丰富的数学计算函数、强大的绘图和图形处理功能、多种数学分析模型以及外部数据功能，实现了源数据多种形式的展现和结果分析，在诸多行业中得到广泛的应用，而Excel提供的VB编程模块，更是提高了Excel应用灵活性[1]。矿山测量工作的主要任务是利用测量仪器设备获取应用所需的观测数据，并对观测数据进行处理和分析，以此获取相应的目标信息[2]。利用Excel强大的数据表格处理功能和函数功能，可以实现对观测数据的快速处理，既能保证观测成果的准确度，又方便对数据进行进一步的分析和应用。

1 矿山测量中的数据处理和分析

矿山测量是矿山建设的基础工作，同时也是矿山建设和生产时期的重要一环，工作范围涉及地面和井下，主要包括矿区地面控制网、矿区地形图测绘、矿山施工测量、地表岩移观测和矿图绘制等工作[2]。矿山测量数据或观测数据是指利用一定的仪器设备或其他手段反映矿山地理信息或者其他实体空间分布有关信息的数据。矿山测量数据处理和分析，是基于获取的相关空间数据信息，通过坐标系转换、平差、坐标正算、坐标反算、高程计算等进行相关数据处理，并借助数据分析和成图软件，进行地理信息输入，以便获取矿山建设所需专题数据和图纸[2]。

最为基础的矿山测量数据为角度、距离和高差，所以最本质的矿山测量数据处理就是利用获取的角度、距离和高差等求取未知点的空间信息数据，或者利用已知的空间信息数据获取角度、距离和高差等基础数据，而任何数据都存在一定的误差，影响结果精度，就必须对采集的数据进行平差处理[3]。与此同时，在数据获取过程中选择的参考基准不同，致使结果信息存在于不同的坐标系下，为了统一进行空间信息数据的管理和分析，必须进行坐标系统之间的转换，主要包括大地坐标和平面直角坐标系之间的转换，北京54坐标系、西安80坐标系、WGS-84坐标系之间的转换，任意两空间坐标系之间的转换等。

2 Excel应用于矿山测量数据处理的基本原理

Excel中提供了丰富的数据计算和分析统计公式，并且可以进行VB编程，这样就为矿山测量数据计算提供了优势条件，而Excel中可以实现单个或多个单元格的数据、公式进行扩展计算，其操作方法是利用Excel的单元格绝对引用、相对引用或混合引用，向下或向右拖动单元格[1]。矿山测量获取的数据资料往往很多，包括大量的空间信息，但矿山测量数据计算所选用的计算方法和公式相同，矿山测量数据计算过程往往就是机械化的重复过程，即可以使用Excel提供的公式引用功能，直接拖动单元格，就可以实现大量数据的计算。在矿山测量中，应用最多的是Excel的相对引用功能，即引用过程中的相对引用单元格都会根据单元格拖动进行相应改变，这样便于导线计算，连续坐标点间的方位角、距离反算。如果数据计算，相对引用单元格不需要或部分不需要发生改变，则需要应用Excel中的绝对引用和混合引用[4-5]。

3 Excel在矿山测量数据处理中的应用

3.1 Excel在数据计算中的应用

矿山测量数据的计算，主要包括坐标正算、坐标反算与高程传递计算。坐标正算即利用已知点与未知点之间的距离及方位角关系求取未知点坐标；坐标反算是已知两点坐标，反算两点间的距离及方位角；高程传递是利用已知点高程、已知点与未知点间高差、仪器高、前视高等数据求取未知点高程信息。本文以某次矿山测量工作为例，探讨Excel在坐标正算与坐标反算中的应用，见图1。

图1 Excel中测量数据的计算方法

例1：已知点P坐标(x=5 000，y=8 000)，距离l=29.690 m，方位角α=180°37′27″，求未知点A(x1,y1)、B(x2,y2)、C(x3,y3)、D(x4,y4)。

1) 将已知点P坐标及已有方位角和距离信息输入Excel表格中，见图1，坐标正算公式为x1=x+l·cosα，y1=y+l·sinα；

2) 在Excel中实现三角函数的计算，必须将方位角度数表示转换为弧度表示，在单元格J3中输入公式为：fx=RADIANS(G3+(H3+I3/60)/60)，得到PA方向的方位角弧度为3.152 5；

3) 则在Excel中，未知点A(x1,y1)表示：在单元格B3输入“=B2+D3×cos(J3)”，单元格C3中输入“=C2+D3×sin(J3)”，得到A点坐标(4 970.312，7 999.677)；

4) 利用Excel相对引用功能，向下拖动单元格，即可利用已有单元格计算公式求得未知点B、C、D点的坐标信息。

例2：已知点P和点A的坐标(5 000，8 000)、(4 970.312，7 999.677)，反算距离l、PA方向方位角α。

2) 坐标反算方位角。在平面直角坐标系中，分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四个象限，四个象限的坐标方位角分别表示为：

Ⅰ：α=β,Δx>0,Δy>0；

Ⅱ：α=180°-β，Δx>0,Δy<0；

Ⅲ：α=180°+β，Δx<0,Δy<0；

Ⅳ：α=360°-β，Δx<0,Δy>0；

其中β表示象限夹角，β=arctan|y-y1|/|x-x1|。

3) 在Excel中实现距离计算。在单元格D3中输入“=SQRT((B2-B3)2+(C2-C3)2)”，得到距离l=29.690 m。

4) 在Excel中实现方位角计算，必须让Excel系统自动计算象限夹角β，并识别Δx和Δy处于哪个象限，所以使用到编程模块IF语句，即实现：

α=IF(AND(B3-B2>0,C3-C2>0),ATAN((C3-C2)/(B3-B2))×180/PI(),

IF(AND(B3-B2<0,C3-C2>0),ATAN((C3-C2)/(B3-B2))×180/PI()+180,

IF(AND(B3-B2<0,C3-C2<0),ATAN((C3-C2)/(B3-B2))×180/PI()+180,

ATAN((C3-C2)/(B3-B2))×180/PI()+360)))

5) 在Excel中计算的方位角为数学表示，即方位角α计算结果为180.624°，应当转换为度分秒表示，计算公式为：

fx=INT(E3)&"°"&INT((E3-INT(E3))×60)&"′"

ROUND((60×(E3-INT(E3))-INT(60×(E3-INT(E3))))×60，2)&"″"

6) 通过向下拖动单元格，就可利用沿用单元格公式进行坐标反算。

3.2 Excel中空间信息数据导入绘图软件

矿山测量中应用到的绘图软件主要以AutoCAD和龙软地测空间管理信息系统(LRGIS)为主，LRGIS是专门针对矿山特点设计的矿山图形绘制和分析软件，内部建立了完善的符合煤炭行业标准规范的专业数据库，为用户提供了方便的图形编辑、数据管理、查询和空间分析功能。本文以LRGIS软件为例，介绍Excel中坐标数据导入绘图软件的具体方法。已知Excel数据包括5个点位的坐标信息和高程信息，见图2。具体方法如下：

图2 Excel中建立的空间信息及结果显示

1) 将Excel中已有的空间信息以(点号，x，y，高程)形式在一个单元格中显示，在单元格E2中输入“=A2&“，”&B2&“，”&C2&“，”&D2”，见图2。

2) 新建文本文档，在界面中第一行按照顺序输入点号，x，y，高程，利用复制命令将Excel中E2-E6数据复制到文档中，见图3。

图3 构建的空间信息文档

3)打开LRGIS软件，菜单栏选择[平面图形]，通过提示按照以下步骤进行操作：[平面图形]—[读数据]—[离散点数据]—[选择文档文件]—[分隔符“逗号”]—[字段关联]—[选取点位标记符号]—[比例尺]—[确定]，图形结果见图4。

图4 在LRGIS中导入的离散点数据

4)Excel坐标文件导入LRGIS中，关键在于空间数据格式要统一，即都设定为“点号，x，y，高程”顺序，分隔符选择要相同，本文中都选择的为“,”。

4 结 语

Excel强大的数据运算和分析处理能力，具有实时、可视化等特点，不仅可以极大提高数据计算效率，保证数据计算精度，及时发现和改正数据计算错误，还能够与矿山测量制图软件之间进行数据共享，Excel数据可以直接应用于图形绘制，缩短了成图时间，提高了成图精度。而Excel-VBL可以开发出较复杂和规模较大的数据处理分析程序，与其强大的数据运算和分析能力结合可以覆盖矿山测量常用的数据处理功能，这是其他数据处理软件无法比拟的。