三四等水準測量教學的測站圖示法

謝小魁+周清+方武生+樊志軍

摘 要 三、四等水準測量步驟嚴謹、數據繁多、計算復雜。為了使觀測過程形象化、具體化，提出測站圖示法，用模型表示前后視，用數字表示操作順序，用位置表示變量意義，用線型（原文為“顏色”）或上標表示數據關系，因此把儀器操作、原始數據、檢核數據及記錄表格聯系起來。測站模型可做成教科書插圖、教學掛圖、交互動畫，便于教師講解和交互測驗。

關鍵詞 水準測量；教學改革；實踐教學；測站圖示法

中圖分類號：G642 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2016）22-0147-03

Station Pictorial Method for Third and Fourth Order Leveling Teaching//XIE Xiaokui， ZHOU Qing， FANG Wusheng， FAN Zhijun

Abstract The third and fourth order leveling has strict theory basis and strong operational requirements. In order to make the measure procedures more visual and concrete， a station pictorial model was presented. Simple models were used to denote foresight and back sight， digitals were adopted to show the observation and calculation sequence and the locations of these numbers could indicate the signi-

ficances and the concepts of the measuring and calculating variables， line types or superscript represented the mathematical relationship of these data. So the pictorial model can link measure steps， original measure variable， checking data and recording table. The pictorial model can be made into a textbook illustration， teaching charts and interaction animation which is easy for teaching and interactive training.

Key words leveling； teaching reform； practical teaching； station pictorial method

1 引言

三、四等水準測量直接提供地形測圖和各種工程建設所需的高程控制點[1]，是測量學實驗教學的主要內容之一。但是觀測量多、操作煩瑣、計算量大、精度要求高，如野外觀測時有8個觀測值、10個現場計算值，其中有7個值需要進行限差檢核，以至于學生難以理解和記憶。而且水準測量一般是第一次測量實訓課，對于沒有測量儀器操作和平差計算經驗的學生而言，其內容非常抽象。經過理論講解和實驗演示后，學生在動手初次操作儀器時，往往理不清頭緒，不明白當前的操作步驟，導致出現“測量員邊觀測邊問記錄員，記錄員邊記錄邊翻書”的情況，影響了教學效果和測量效率。一些非測繪專業的學生，如農業資源、草業等專業，即使有一次水準測量實驗，但經過若干年后，基本難以記清水準測量的操作步驟。

采取相關技術，如利用智能移動設備輔助數據記錄和限差檢核[2-3]，開發內外業一體化系統[4]，可以提高測量效率，是實際工程實踐的重要技術手段。但如何提高學生對水準測量的直觀認識，深化對水準測量基本原理的理解，增強教學效果，是水準測量實驗教學需要思考的問題[5]。本文提出利用測站圖示模型用以輔助三、四等水準測量教學。本圖示模型利用直觀的線型（原文為“圖示顏色”）和符號表示觀測量的意義和順序以及數據間的關系，可以形象表示水準測量的觀測、計算和校核順序、過程和結果，形象地演示實際的測量工作，提高對水準測量本質的理解，從而加深記憶。

2 傳統三、四等水準測量教學

傳統測量學實習教程[6]和教材[7]對三、四等水準測量都采用文字描述：一般采取雙面尺法進行觀測。在前視點和后視點上的水準尺分別用黑面和紅面各進行一次讀數，測得兩次高差，相互進行檢核。根據《國家三、四等水準測量規范》[1]，三等水準測量一個測站照準標尺分劃順序為后前前后（或者黑黑紅紅）；四等水準測量一個測站照準標尺分劃順序為后后前前（或者黑紅黑紅）。

三等水準測量具體觀測步驟：1）后視標尺黑面（基本分劃）；2）前視標尺黑面（基本分劃）；3）前視標尺紅面（輔助分劃）；4）后視標尺紅面（輔助分劃）。

四等水準測量具體觀測步驟：1）后視標尺黑面（基本分劃）；2）后視標尺紅面（輔助分劃）；3）前視標尺黑面（基本分劃）；4）前視標尺紅面（輔助分劃）。

可以看出，三、四等水準測量步驟非常嚴格，其記錄表格也非常復雜，難以讓初次接觸測量學的學生產生深刻印象，容易導致學生死記硬背的情況！如何用模型或圖示，形象具體再現水準測量的操作過程，使學生產生一種動畫感和全局觀？

3 三、四等水準測量圖示教學

測站圖示模型 三、四等水準測量每測站有8個原始觀測數據，10個現場計算數據，代表了一個測站的計算與檢核。在某些印刷出品中，不方便使用彩色插圖。本文用簡單的模型形象地表示水準儀、后視尺和前視尺。用三腳架表示水準儀；用不同線型的豎直線段表示水準尺，、

區分水準尺的黑面和紅面（原文為“用帶顏色的豎直線段表示水準尺，黑紅顏色區分水準尺的黑面和紅面”）；用數字所在位置表示觀測數據的意義，數字大小表示觀測順序。以三等水準測量觀測方法為例，一個測站的觀測可用圖1.a來表示。

圖中數字的序號表示野外測量中觀測/計算的序號，在水準測量時應依照所標序號進行觀測、記錄和計算。線型（原文為“顏色”）表示數據間的關系，（原文為“黑色”）數據表示為原始數據，（原文為“紅色”）數據表示當前數據是經過相關數據“相減”而得到，（原文為“綠色”）數據表示當前數據是經過相關數據“相加”而得到，（原文為“黃色”）數據表示當前數據是經過相關數據“平均”而得到。

還可以使用另外一種符號來表示數據間的算術關系。在這里，對于數字i，如果是由相關數據相減得到，則用表示；如果是由相關數據相加得到，則用表示；如果是由相關數據取平均得到，則用表示。綜合使用線型（原文為“顏色”）和上標，設計出圖1.b的測站圖示法。當只用黑白色打印時，依然可以表示相關測量數據之間的關系。

在安置儀器和水準尺，粗平、瞄準、精平后，依照圖1的順序進行觀測即可。得到1～8共8個原始觀測數據后，接著按照圖示符號，計算9～18，進行測站計算和檢核。

記錄表格 傳統的水準測量記錄表格用數字表示觀測順序，對指導測量過程有較大的幫助，適合于專業測量人員。但對于初次接觸水準測量人呀和非專業人員而言，數據間的關系依然不夠直觀。用線型（原文為“顏色”）或上標表示數據間的關系，設計表1.a和表1.b，可以清晰地完成數據記錄、計算，有效減少記錄員對數據意義的思考時間。

4 結論與討論

針對三、四等水準測量理論嚴密、操作嚴格、難學難記的問題，本文提出利用測站圖示模型來表示三、四等水準測量實驗教學的新方法。通過使用簡單模型、數字、線型（原文為“顏色”）和上標等常用符號表示水準測量中的各要素，形象直觀，易懂易記，使學生更加容易掌握觀測量和計算量之間的內在聯系，非常適合學校教學和社會培訓。經過5年的測量教學實踐表明，此模型圖示可以顯著加深學生的記憶，也便于教師對內容進行講解。

目前，普通測量學的教科書中有不少儀器的黑白照片，但基本沒有操作過程的示意圖和模型。對于水準測量的具體實施過程，主要依靠文字描述，不便于學生理解、記憶，更不利于社會培訓和自學。本文建議在教科書中增加測量過程的彩色模型圖示，用來表示每一個原始觀測數據、計算檢核數據的意義和處理順序，改變過去測量學教科書生硬單調的狀況。測量教學一般分為理論講授、實驗操作2個環節：理論講授一般在多媒體教室采用幻燈片進行，可以把本文提出的模型做成動畫，直觀演示測量過程；而在實驗教學時，可以把該模型做成大幅彩色掛圖進行講解，然后輔以實際演示。

參考文獻

[1]國家測繪局測繪標準化研究所.GB/T12898-2009，國家三、四等水準測量規范[S].北京：中國標準出版社，2009.

[2]羅海濱，趙顯富.電子手簿在水準測量實踐教學中的應用研究[J].測繪科學，2012（6）：187-188.

[3]張廣興.智能手機在三四等水準測量觀測記錄中的應用[J].山西建筑，2010（10）：359-361.

[4]袁國根，周航宇.三四等水準測量內外業一體化系統的開發[J].江西水利科技，2012（3）：208-210.

[5]楊國華.提高水準測量教學效果的探討[J].吉林省教育學院學報，2010（4）：145-146.

[6]黃朝禧.測量學實驗指導[M].2版.北京：中國農業出版社，2013.

[7]吳建新，樊志軍，孫江.測量學[M].武漢：華中科技大學出版社.2013.