工程測量實習教學模式改革與實踐

張興福，魏德宏，余 旭，王宇會，趙滔滔

(廣東工業大學測繪工程系，廣東 廣州 510006)

工程測量實習教學模式改革與實踐

張興福，魏德宏，余 旭，王宇會，趙滔滔

(廣東工業大學測繪工程系，廣東 廣州 510006)

工程測量是一門應用性很強的課程，主要涉及理論課程、試驗及實習等關鍵環節，而實習環節是培養學生動手能力和創新精神的重要手段，是衡量學生對工程測量知識掌握程度的標尺之一。本文結合當前工程測量的特點和工程教育認證標準，在筆者所在院校建立了一個多功能工程測量實習基地，按照生產模式開展工程測量實習，構建了較為完善的實習內容、成績考核體系及實習跟蹤機制，有利于激發學生實習興趣，合理評價學生能力，跟蹤實習表現。

工程測量實習基地；實習內容；考核體系；跟蹤機制

工程測量是測繪工程專業和土建類專業的基礎課程，測繪工程專業一般在大四上學期開設工程測量學，主要講授工程控制網的布設原理與方法、工程測量數據理論與方法、施工放樣方法與技術、工程變形監測的理論與方法、工民建工程測量、線形工程測量技術與方法(公路、鐵路、橋梁等)、地下工程測量等[1]。而土建類專業一般在大二下學期開設工程測量，主要講授工程測量的定義、工程測量的三大基本任務、誤差理論、地形圖的獲取與應用及工程施工放樣等[2]。工程測量理論課由于教學場地固定、學生相對集中等原因，教學過程相對較容易控制，講授內容可根據本專業定位與特色和培養目標確定，通過借助多媒體等工具，采用啟發式或項目式等教學方法均可獲得較好的教學效果[1-2]。而測繪工程專業的工程測量實習一般可采用去校外生產單位參觀學習或在校內外實習基地進行模擬生產實習。去校外生產單位參觀學習可讓學生了解更多典型工程中的工程測量工作流程與技術及質量控制方法等，這種方式只能采用“看”和“聽”進行學習，而基本無法“動手”，但通過一線技術人員的講解和演示可以更逼真地還原生產實際。在校內外實習基地進行模擬生產實習可更方便地進行“動手”練習，以實際生產管理模式進行模擬生產實習，可根據需要對學生進行針對性的訓練，從中讓學生掌握工程建設階段大部分或某一階段中工程測量內容，模擬生產實習對教師要求較高，需要有較好的工程實踐背景和經驗積累。土建類的工程測量實習一般在校內進行，以鍛煉學生儀器操作及地形圖測繪為主。工程測量實習由于實習場地較大、人數較多、學生相對分散、指導教師數量有限、實習方法及評價機制等原因，整個實習過程質量控制與跟蹤相對較難，需要有完善的工程測量實習基地、合理的實習內容及成績考核體系、實習(過程跟蹤)監督制度等教學資源與制度支撐。

筆者所在院校測繪工程專業在大四開設畢業實習，主要結合畢業設計內容安排學生到生產單位進行為期5周的實習，為避免重復，測繪工程專業的工程測量實習以模擬生產實習方式進行。此外，《工程教育認證標準(2015版)》和《全國高等學校土木工程專業評估(認證)文件(2015版)》均指出：對學生在整個學習過程中的表現進行跟蹤與評估，以證明學生能力的達成，保證畢業時達到畢業要求，畢業后具有社會適應能力與就業競爭力，進而達到培養目標的要求[3-6]。由此可見學生學習過程中的跟蹤與評估非常重要，同樣工程測量作為一門基礎應用型專業課程，對學生在整個學習過程中的表現進行跟蹤與評估也具有非常重要的意義，而作為工程測量課程中非常關鍵的工程測量實習是開展實踐教學、培養學生實踐能力和創新精神的重要手段，是學生接觸生產實踐的紐帶。鑒于工程測量實習在工程測量教學中的地位和作用，本文結合當前工程測量的特點和工程教育認證標準，采用現代測量技術，在筆者所在院校建立了一個多功能工程測量實習基地，以滿足測繪工程專業的工程測量實習、畢業實習、畢業設計等實踐課程及土建類專業的工程測量實習的需求，同時探討工程測量實習內容、成績考核體系及監督制度等教學機制，力求構建以生產實踐和學生為中心的工程測量實習教學體系，并配有完善的跟蹤監督機制以提高實習效果，增強學生動手能力及獨立思考問題能力，畢業后能更快地融入實際生產。

一、工程測量實習體系構建

工程測量實習可以幫助學生加深理解所學理論知識、鍛煉測量儀器的操作能力、熟悉測繪軟件的使用方法、掌握測量內業數據處理等工程實踐，以培養學生的工程應用能力。完整的工程測量實習體系一般可由工程測量實習基地、實習內容、成績考核體系、實習(過程跟蹤)監督制度等幾部分組成。

1. 多功能工程測量實習基地建設

為了滿足測繪工程專業的工程測量學實習、畢業實習、畢業設計等實踐課程需求，土建類專業的工程測量實習及道路勘測實習的需求，筆者采用GNSS、電子水準儀及全站儀等測量儀器在廣州大學城建立了一個多功能的工程測量實習基地，主要用于測量實習及畢業設計等有關實習中的工程控制測量、地形資料獲取、工程獨立坐標系建立及坐標轉換、區域似大地水準面確定或GNSS高程轉換及成果質量檢核等。實習基地由四等GNSS控制網、一級導線、二等高程控制網、區域似大地水準面模型及廣東工業大學CORS單基站系統等幾部分組成。

(1) 四等GNSS控制網

實習基地共布設了16個四等GNSS控制點(包括1個連續運行CORS單基站)，作為首級控制，結合《工程測量規范》(GB 50026—2007)及廣州地區GNSS測量的影響因素等確定了本次測量所采用的技術指標，主要要求見表1[7]，控制網圖如圖1所示，其中G00點為廣東工業大學CORS基站(如圖2所示)，控制區域長度約3 km，寬度約1.5 km，其中帶“W”的點是在校外沿外環路布設，主要滿足線形工程勘測實習需要，帶“G”的點是在校內布設，主要滿足面狀工程的工程測量實習需要。采用5臺ZHD V30和2臺Trimble 5700 GNSS接收機進行外業觀測,重復設站數大于2，觀測時間為2 h。測量成果基準分別為ITRF97框架，2000歷元，控制點坐標包括GZCORS WGS-84坐標、廣州獨立坐標和1980西安坐標。

數據處理流程和精度指標評價：①利用G00站的觀測數據和精密星歷，采用精密單點定位技術確定G00點在ITRF97框架，2000歷元三維坐標(取3天計算結果的平均值)，精度優于1 cm；②利用G00點1天觀測數據與GZCORS聯測獲得G00點WGS-84坐標(相對于GZCORS基準)；③采用LGO軟件進行基線解算，TGPPS網平差軟件進行平差計算，閉合環(含重復基線)平均閉合差為9 mm(絕對值)，將G00點作為固定點進行無約束平差，坐標取①和②計算結果，基線最大改正數和最小改正數分別為18和-13 mm，大地高精度優于10 mm；④將W48和G00點GZCORS WGS-84坐標轉換為廣州獨立坐標和1980西安坐標，然后將其作為已知點，利用同濟大學TGPPS軟件進行約束平差，平差后的點位中誤差優于10 mm，最弱邊相對中誤差小于1/40 000，所有指標均滿足工程測量規范要求。

表1 GNSS網主要技術要求

圖1 四等GNSS控制網

圖2 CORS單基站

(2) 一級導線控制網

一級導線點共布設了27個，均布設在校內，導線點標志如圖3所示(GNSS控制點標志與導線點標志相同)，控制網如圖4所示。其中，導線點2、21和22與GNSS控制點G2、G21和G22重合，采用的主要技術指標見表2[7]，測量成果基準為廣州獨立坐標，采用南方NTS312全站儀進行外業觀測。

表2 一級導線主要技術要求

數據處理流程和精度指標評價：將G2、G21和G22點作為起算點，采用南方平差易進行數據處理，角度環閉合差最大為6″，最小為-13″，全長相對閉合差為1/29 000～1/107 000，均滿足規范要求。

(3) 二等水準測量

二等水準點共布設了30個，施測線路總長約14.7 km，高程起算點位于廣州大學城穗石村附近，高程基準為1985國家高程基準，主要技術要求見表3[7]。本高程控制網采用Leica DNA03電子水準儀觀測，觀測質量統計結果見表4。平差后，每千米高差全中誤差和每千米高差偶然均為0.11 mm，滿足工程測量規范要求。

圖3 控制點標志

圖4 一級導線控制網

每千米高差全中誤差/mm觀測次數視線長度/m前后視距差/m視距累積差/m閉合差2往返各1次50134L

表4 閉合環閉合差統計結果

(4) 實習區域似大地水準面模型確定

利用2160階的EIGEN-6c4地球重力場模型和GNSS+水準數據(選擇W47、W48、G26、GM和G21五點為已知點)，利用最小二乘配置法(LSC)建立了實習區域7.5″(約250 m)分辨率的似大地水準面模型[8-9]，似大地水準面模型如圖5所示，利用其余GNSS+水準點作為檢核點，進行精度檢核，所有檢核點的高程異常殘差均小于15 mm，標準差為8 mm，可作為GNSS快速高程測量的高程基準模型。似大地水準面模型精度較好的原因為：①GNSS測量的時間較長(2 h)，平差后大地高精度較高，優于10 mm,GNSS點聯測了二等水準，從而保證了GNSS水準點高程異常的精度；②整個控制網范圍較小，且高程異常變化較平滑，選擇5個GNSS+水準點作為已知點即可。但需要注意一點，給出的似大地水準面模型的西北部分無控制點(如圖1所示)，因此后續還需要進一步增加GNSS水準點，以保證覆蓋整個似大地水準面模型區域。

圖5 似大地水準面模型

2. 工程測量實習內容、成績考核標準及過程跟蹤

測繪工程專業的工程測量實習內容為線形(公路、鐵路等)工程勘測，主要包括工程控制測量、帶狀地形圖測量、線路設計(中線設計)、中線定測及線路縱橫斷面圖測繪等[10]。土建類專業的工程測量實習內容為大比例尺數字地形圖測繪(土木工程等專業)或管道勘測(城水科學等專業)，主要包括圖根控制測量、地形圖測繪及施工放樣等。

工程測量實習內容和流程如圖6所示。由于大四學生已經完成了數字測圖實習、大地測量實習、GPS測量實習等主要課程的實習，故本實習目的的核心是全面培養學生動手能力、獨立思考問題的能力及團隊協作能力，從任務書的發放開始，所有工作均需團隊配合。整個實習按照生產單位的生產任務模式進行管理：①各小組根據發放的任務書進行技術方案設計，評分標準重點看任務概括、成果坐標及高程基準、采用的規范、儀器設備、數據處理軟件、實施方案及質量控制措施等；②以小組為單位進行方案設計答辯，取指導教師及各組獨立打分的平均值作為該項最終成績，答辯未通過者必須整改，重新答辯，累計2次答辯不通過者，整個小組成績判為不及格；③按照技術方案進行選點、埋石、外業觀測(GNSS、導線及水準等)、內業數據處理及控制網技術方案總結；④1∶1000帶狀地形圖測繪、中線設計、中線定測、縱橫斷面圖測繪等，測量手段可以采用廣東工業大學CORS系統、RTK、全站儀或組合方式等；⑤成果質量抽查，抽查10%左右的控制點、中線點及地形點，地形圖主要看是否有主要地物遺漏等；⑥實習內容考核，采用單獨抽題考核方式，每個學生抽1～2題，重點考核學生對生產項目流程的把握及重點內容的掌握情況。總實習成績由出勤、技術方案設計、考核、報告及成果質量等幾部分組成，具體比例和要求見表5。

圖6 工程測量學實習流程

項目比例內容備注出勤10%保證每天的實習時間,曠課1次扣5分請假累計超過20%,則成績判為不及格技術設計方案20%確保技術方案可行2次答辯不通過者成績判為不及格考核25%實習內容考核,含技術總結等不熟悉整個實習流程的判為不及格報告20%撰寫的實習報告質量若有抄襲可判為不及格成果及質量25%實習成果質量抽查若有實習成果造假,成績直接判為不及格;若抽查不合格,則需要整改

土建類的工程測量實習內容和流程如圖7所示。實習目的的核心是加強學生對工程測量基本理論理解，培養學生動手能力，從任務書和指導書的發放開始，所有工作均需團隊配合。具體內容和流程：①各小組根據發放的任務書進行技術方案的設計；②按照技術方案進行選點、埋石、外業觀測(導線及水準等)、內業數據處理及控制網技術方案總結；③1∶500地形圖測繪、施工放樣等，采用全站儀；④成果質量抽查，抽查10%左右的控制點和地形圖典型地物點；⑤考核，考查學生操作儀器熟練程度，主要利用經緯儀或全站儀進行對中整平考核，時間超過10 min的同學成績判為不及格，給予補考機會1次，累計2次不及格成績判為不及格。對于非測繪工程專業的工程測量實習，總實習成績由出勤、考核、報告及成果質量等幾部分組成，具體比例和要求見表6。

圖7 工程測量實習流程

項目比例內容備注出勤10%保證每天的實習時間,曠課1次扣5分請假累計超過20%,則成績判為不及格考核30%儀器操作考核超過10分鐘判為不及格報告30%撰寫的實習報告質量若有抄襲可判為不及格成果及質量30%實習成果質量抽查若有實習成果造假,成績直接判為不及格;若抽查不合格,則需要整改

工程測量實習過程跟蹤及監督非常重要，目的是及時跟蹤學生在整個實習過程中的表現，督促與監督表現欠佳的學生，嚴格要求學生按照有關測量規范的要求進行實習及成果質量控制。跟蹤及監督的手段：①以實習小組為管理單元，組長每天需要填寫考勤表及每位同學的實習工作內容(如導線測量中的觀測、安置棱鏡等)；②指導教師每天(除上課時間外)上下午需要到現場(至少各1次)巡查及答疑；③通過QQ群或微信群進行答疑與問題討論；④實習結束后，每組長需對本組成員的整體表現打分，可推薦1～2名表現優秀的同學作為實習成績優秀候選人；⑤通過實操考核，可判定學生在實習過程中操作儀器的時間；⑥實習成果考核采用廣東工業大學CORS單基站，結合區域似大地水準面模型，可快速地測量控制點或地形點的三維坐標。

本文工程測量實習教學模式已用于測繪工程專業2011級工程測量學實習，本班級共有51人，分為10個實習小組，其中有1組技術方案設計答辯未通過，通過整改最終通過，絕大多數同學在整個實習過程中表現良好，技術總結報告完整、實習報告撰寫得較為詳細、成果質量抽查良好，利用廣東工業大學CORS單基站系統并配合似大地水準面模型抽查了105個導線控制點、地形地物點及中線點，90%抽查點的平面和高程結果小于5 cm，有極個別點的高程超過了10 cm(比例約5%)，經過進一步分析發現，情況有兩種：①這些點雖然CORS測量結果為固定解，但受樹木遮擋等情況影響，檢核結果可靠性較差；②有一部分點確實是粗差，原因不明。本次工程測量實習整體效果較好，但是跟蹤監督的效果需要進一步加強，有時組長礙于面子對小組成員的每天表現評價不到位。

二、結束語

工程測量實習是培養學生動手能力和創新精神的重要手段，是衡量學生對工程測量知識掌握程度的標尺之一。本文結合當前工程測量的特點和工程教育認證標準，探討了工程測量實習教學模式，重點從工程測量實習體系的一般組成，即工程測量實習基地、實習內容、成績考核體系、實習(過程跟蹤)監督制度等幾部分展開討論，建立了多功能工程測量實習基地，較為完善的實習內容及成績考核體系，并將其用于測繪工程專業2011級的工程測量學實習，有利于激發學生實習興趣、合理評價學生能力。

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[2] 白成軍，吳蔥，張海伶.本科非測繪專業測量實習科研化教學改革的研究與實踐[J].測繪通報，2012(4):103-106.

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TeachingReformandPracticeofEngineeringSurveyingPractice

ZHANG Xingfu,WEI Dehong,YU Xu,WANG Yuhui,ZHAO Taotao

張興福，魏德宏，余旭，等.工程測量實習教學模式改革與實踐[J].測繪通報，2016(9)：137-142.

10.13474/j.cnki.11-2246.2016.0314.

G64

B

0494-0911(2016)09-0137-06

2015-09-17

省級精品資源共享課工程測量(升級)(粵教高(2013)113號)；廣東工業大學教育教學改革工程項目(2013ZY025)

張興福(1977—)，男，博士，副教授，主要從事大地測量學與測量工程等方面的科研和教學工作。E-mail：xfzhang77@163.com