淺談校園測(cè)量控制網(wǎng)的建設(shè)

摘 要：開(kāi)設(shè)測(cè)繪專業(yè)的高校基本都建立了校園測(cè)量控制網(wǎng)。學(xué)生在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)時(shí)，均是采用各自的假定系統(tǒng)，彼此之間的測(cè)量成果不能進(jìn)行檢核。本文以江西科技學(xué)院校園測(cè)量控制網(wǎng)的建設(shè)為研究對(duì)象，重點(diǎn)介紹校園測(cè)量控制網(wǎng)的布設(shè)方案及實(shí)施方法，對(duì)土木工程相關(guān)專業(yè)的工程測(cè)量課程教學(xué)、競(jìng)賽等具有重要意義。

關(guān)鍵詞：高校；工程測(cè)量；測(cè)量控制網(wǎng)；競(jìng)賽

隨著我國(guó)科技的發(fā)展，新的儀器與設(shè)備不斷出現(xiàn)，極大地提高了我國(guó)的測(cè)繪技術(shù)水平。全國(guó)各地凡設(shè)有測(cè)繪學(xué)科的高校，為了能跟上新技術(shù)的快速發(fā)展，逐步建成校園測(cè)量控制網(wǎng)，以此來(lái)滿足高等技術(shù)人才培養(yǎng)的需求。同時(shí)，也是為了讓學(xué)生能夠在較短時(shí)間內(nèi)掌握水準(zhǔn)儀、全站儀、GPS、RTK、傾斜攝影等新儀器的技術(shù)要領(lǐng)。

一、測(cè)繪學(xué)科的教學(xué)特點(diǎn)

測(cè)繪學(xué)主要包括測(cè)量和制圖兩項(xiàng)內(nèi)容，測(cè)繪學(xué)科是一門實(shí)踐性學(xué)科，需要較強(qiáng)的技術(shù)性。測(cè)繪學(xué)科相對(duì)于其他學(xué)科而言具有自身的教學(xué)特點(diǎn)，主要為：（1）實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)占教學(xué)很大的比重，學(xué)生需要在學(xué)習(xí)理論知識(shí)的同時(shí)，培養(yǎng)自己的動(dòng)手能力和操作能力；（2）學(xué)校需提供適合實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)開(kāi)展的教學(xué)基地，否則無(wú)法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。我校新設(shè)測(cè)繪工程本科專業(yè)，但并未建立校園測(cè)量控制網(wǎng)，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)過(guò)程中不能獲得符合限差的測(cè)繪成果，使得實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量無(wú)法得到保障。

校園測(cè)量控制網(wǎng)是測(cè)繪教學(xué)的基礎(chǔ)。在以前的測(cè)量觀測(cè)過(guò)程中，外業(yè)觀測(cè)數(shù)據(jù)基本是測(cè)量人員手動(dòng)記錄，有的采用了電子形式記錄，獲得的觀測(cè)成果都是分散存儲(chǔ)，缺乏有效的管理模式，最終導(dǎo)致在實(shí)際操作中無(wú)法綜合利用控制點(diǎn)。

本文對(duì)校園測(cè)量控制網(wǎng)數(shù)字化建設(shè)進(jìn)行研究，將建立好的控制網(wǎng)應(yīng)用于教學(xué)中，實(shí)現(xiàn)測(cè)圖繪圖數(shù)字化，并進(jìn)行校園地形圖的拼接。

二、測(cè)區(qū)概況

江西科技學(xué)院位于南昌，坐落于瑤湖高校園區(qū)，占地面積198.7萬(wàn)平方米，建筑面積119.7萬(wàn)平方米。整個(gè)校園分為教學(xué)區(qū)和生活區(qū)。校園內(nèi)綠化帶較多，無(wú)固定測(cè)量實(shí)訓(xùn)基地，土建類學(xué)生進(jìn)行測(cè)量實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)等均在全校范圍內(nèi)進(jìn)行。

三、校園測(cè)量控制網(wǎng)建設(shè)方案

校園測(cè)量控制網(wǎng)的布設(shè)根據(jù)“分級(jí)布設(shè)、逐級(jí)控制”的基本原則進(jìn)行設(shè)計(jì)。校園內(nèi)所布設(shè)的控制網(wǎng)需要滿足所有測(cè)繪類課程的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)要求，包括測(cè)繪類專業(yè)與非測(cè)繪類專業(yè)的課程，我校非測(cè)繪類專業(yè)主要有土木工程、工程管理、建筑工程技術(shù)、工程造價(jià)四個(gè)專業(yè)。同時(shí)，還需要考慮工程測(cè)量技能大賽對(duì)控制網(wǎng)的需求，因此需要建設(shè)相關(guān)的模擬比賽場(chǎng)地。此次我校校園測(cè)量控制網(wǎng)主要分兩級(jí)進(jìn)行布設(shè)，校園內(nèi)的起算基準(zhǔn)以首級(jí)控制網(wǎng)為準(zhǔn)，二級(jí)控制網(wǎng)在首級(jí)的基礎(chǔ)上進(jìn)行加密。首級(jí)平面控制點(diǎn)沿著學(xué)校的主干道共布設(shè)了19個(gè)點(diǎn)，依次進(jìn)行編號(hào)。次級(jí)網(wǎng)在首級(jí)網(wǎng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了加密，主要涉及的區(qū)域?yàn)樯鷳B(tài)園、宿舍區(qū)、奧體體育場(chǎng)、藍(lán)海大劇院。

1. 平面控制網(wǎng)的建設(shè)

綜合考慮學(xué)校內(nèi)的所有教學(xué)區(qū)和生活區(qū)的建筑物、道路后，在此基礎(chǔ)上布設(shè)校園平面控制網(wǎng)，首級(jí)控制網(wǎng)布設(shè)為二級(jí)導(dǎo)線，采用單一閉合導(dǎo)線形式，次級(jí)網(wǎng)的密度和精度按照三級(jí)導(dǎo)線的要求設(shè)計(jì)，最終對(duì)所測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行近似平差獲得平面控制點(diǎn)內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)。所選用的儀器為工程測(cè)量實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有拓普康全站儀，坐標(biāo)系統(tǒng)采用獨(dú)立坐標(biāo)系。

（1）平面控制測(cè)量的外業(yè)工作

第一步：踏勘、選點(diǎn)（造標(biāo)）、埋石。外業(yè)進(jìn)行導(dǎo)線選點(diǎn)時(shí)應(yīng)遵循的原則為：所布設(shè)的相鄰導(dǎo)線點(diǎn)之間的邊長(zhǎng)以及總的導(dǎo)線全長(zhǎng)必須符合規(guī)范要求；所選的導(dǎo)線點(diǎn)盡量布設(shè)在堅(jiān)硬的土質(zhì)上，要便于后續(xù)測(cè)量的使用；相鄰兩點(diǎn)之間不應(yīng)有遮擋物，否則不利于后續(xù)測(cè)量工作的開(kāi)展；導(dǎo)線點(diǎn)附近要求開(kāi)闊，后續(xù)要能夠進(jìn)行碎步測(cè)量；導(dǎo)線的邊與邊之間宜沿著平緩的道路、河堤等延伸，盡量避免突然大傾角延伸；相鄰導(dǎo)線點(diǎn)之間的邊長(zhǎng)需要大致相等，不能長(zhǎng)短不一；如果采用先進(jìn)儀器進(jìn)行觀測(cè)，如電磁波測(cè)距儀，則需要避免電磁場(chǎng)的影響。

在校園內(nèi)布置測(cè)量標(biāo)志時(shí)，我們用鋼釘直接釘在水泥路面上，并用紅色油漆在地面上做好標(biāo)志，將布設(shè)好的控制點(diǎn)作為全校整個(gè)控制網(wǎng)的框架，為后續(xù)教學(xué)、競(jìng)賽等提供服務(wù)。

第二步：測(cè)角、量邊。

（2）平面控制測(cè)量的內(nèi)業(yè)工作

第一，計(jì)算平差后的點(diǎn)位坐標(biāo)、邊長(zhǎng)（或坐標(biāo)反算邊長(zhǎng)）、坐標(biāo)方位角。對(duì)外業(yè)測(cè)得的水平角和水平距離進(jìn)行相關(guān)限差檢核后，進(jìn)行導(dǎo)線內(nèi)業(yè)相關(guān)計(jì)算。進(jìn)行自由網(wǎng)平差，用此來(lái)檢驗(yàn)導(dǎo)線網(wǎng)相關(guān)內(nèi)部的精度是否符合要求，最終求得各點(diǎn)的坐標(biāo)。

第二，評(píng)定精度。二級(jí)導(dǎo)線：導(dǎo)線長(zhǎng)度限差為2.4km，平均邊長(zhǎng)限差為0.25km，測(cè)角中誤差限差為8″，測(cè)距中誤差限差為15mm，測(cè)距相對(duì)中誤差限差為1/14000，水平角測(cè)回?cái)?shù)要求對(duì)于2秒級(jí)儀器為1測(cè)回，6秒級(jí)儀器為3測(cè)回，方位角閉合差限差為16√n秒（n為測(cè)站數(shù)），導(dǎo)線全長(zhǎng)相對(duì)閉合差限差要小于等于1/10000；三級(jí)導(dǎo)線：導(dǎo)線長(zhǎng)度限差為0.1km，平均邊長(zhǎng)限差為0.1km，測(cè)角中誤差限差為12″，測(cè)距中誤差限差為15mm，測(cè)距相對(duì)中誤差限差為1/7000，水平角測(cè)回?cái)?shù)要求對(duì)于2秒級(jí)儀器為1測(cè)回，6秒級(jí)儀器為2測(cè)回，方位角閉合差限差為24√n秒，導(dǎo)線全長(zhǎng)相對(duì)閉合差限差要小于等于1/5000；如果在測(cè)區(qū)內(nèi)進(jìn)行測(cè)圖時(shí)所繪圖的比例尺最大的達(dá)到1：1000時(shí)，對(duì)于各級(jí)導(dǎo)線都可以放長(zhǎng)，但是導(dǎo)線的最大長(zhǎng)度不能超過(guò)規(guī)范規(guī)定的長(zhǎng)度的兩倍。

2. 高程控制網(wǎng)的建設(shè)

此次校園測(cè)量控制網(wǎng)里面的高程控制網(wǎng)不重新設(shè)點(diǎn)，直接采用已經(jīng)布好的平面控制點(diǎn)當(dāng)作高程控制點(diǎn)。此次高程控制網(wǎng)的觀測(cè)精度按照三等進(jìn)行，采用近似平差進(jìn)行內(nèi)業(yè)處理。儀器選用實(shí)驗(yàn)室自有DSZ3自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀，高程系統(tǒng)采用假定高程系統(tǒng)。

三等水準(zhǔn)測(cè)量外業(yè)一個(gè)測(cè)站上的觀測(cè)順序簡(jiǎn)稱為后前前后（黑黑紅紅），即先瞄準(zhǔn)后視尺讀取水準(zhǔn)尺上面下、上絲讀數(shù)、中絲讀數(shù)；然后旋轉(zhuǎn)水準(zhǔn)儀望遠(yuǎn)鏡瞄準(zhǔn)前視尺，同樣讀數(shù)讀取下、上絲讀數(shù)、中絲讀數(shù)；再反轉(zhuǎn)前視尺到紅面，只讀紅面中絲讀數(shù)；最后旋轉(zhuǎn)望遠(yuǎn)鏡瞄準(zhǔn)后視尺紅面，讀取紅面中絲讀數(shù)。

三等水準(zhǔn)測(cè)量的技術(shù)指標(biāo)主要為：要求視距要小于等于75m，高差閉合差對(duì)于平地為±12√L（L為水準(zhǔn)路程總長(zhǎng)）、山區(qū)為±4√n（n為水準(zhǔn)路線測(cè)站總數(shù)），對(duì)于視線高度要求三絲能讀數(shù)，前后視距差小于等于2.0米，前后視距累積差小于等于5.0米，黑、紅面讀數(shù)差小于等于2.0mm，黑紅面所測(cè)得高度之差小于等于3.0mm。在實(shí)際觀測(cè)過(guò)程中凡是出現(xiàn)了結(jié)果超出規(guī)定限差要求的均需要重新進(jìn)行觀測(cè)；如果是在觀測(cè)過(guò)程中某一測(cè)站出現(xiàn)限差超限的，則需要在發(fā)現(xiàn)后重新進(jìn)行觀測(cè)；如果是已經(jīng)搬站后才發(fā)現(xiàn)的，就得從水準(zhǔn)點(diǎn)或者轉(zhuǎn)點(diǎn)重新測(cè)量；若因測(cè)段往返高差出現(xiàn)超限，需要按照可靠性較小的往測(cè)或者返測(cè)重新進(jìn)行整測(cè)段外業(yè)觀測(cè)。

在外業(yè)進(jìn)行水準(zhǔn)測(cè)量時(shí)，及時(shí)進(jìn)行各測(cè)站檢核和計(jì)算檢核，外業(yè)完成后進(jìn)行成果檢核和內(nèi)業(yè)平差計(jì)算，最終平差處理求得各點(diǎn)的高程。

四、控制網(wǎng)在實(shí)訓(xùn)中的應(yīng)用

無(wú)論是測(cè)繪類學(xué)生還是非測(cè)繪類學(xué)生，熟練掌握測(cè)量技術(shù)至關(guān)重要。測(cè)量課程包括理論課與實(shí)踐課，而更注重實(shí)踐課的教學(xué)，注重學(xué)生動(dòng)手能力和實(shí)操能力的培養(yǎng)。我校土木工程測(cè)量綜合實(shí)習(xí)分勘測(cè)設(shè)計(jì)階段大比例尺地形圖測(cè)繪、施工階段的定位放線測(cè)量，分別在土木工程測(cè)量課堂教學(xué)結(jié)束后進(jìn)行，實(shí)習(xí)時(shí)間安排為1～2周。以前實(shí)習(xí)都是各班各組建立各自獨(dú)立的坐標(biāo)系統(tǒng)和假定高程系統(tǒng)，無(wú)法進(jìn)行地形圖拼接，學(xué)生出現(xiàn)錯(cuò)誤也無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)。在布設(shè)了校園測(cè)量控制網(wǎng)后，所有實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)均在此網(wǎng)基礎(chǔ)上進(jìn)行，使學(xué)生在校期間模擬工程勘測(cè)設(shè)計(jì)、施工建設(shè)、運(yùn)營(yíng)管理的全工程測(cè)量工作，等畢業(yè)時(shí)參加工作能夠達(dá)到零距離上崗。

我校目前主要參加的工程測(cè)量技能大賽為江西省大學(xué)生科技創(chuàng)新與職業(yè)技能競(jìng)賽，此賽項(xiàng)的主要競(jìng)賽內(nèi)容包括閉合水準(zhǔn)測(cè)量、全站儀坐標(biāo)放樣，主要內(nèi)容要求如下：

1. 閉合水準(zhǔn)測(cè)量

大賽規(guī)定，所有參賽的小組需要獨(dú)立完成一條閉合水準(zhǔn)路線的測(cè)量工作，閉合水準(zhǔn)路線由6個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn)組成，并且這6個(gè)點(diǎn)大賽組已規(guī)定了第一點(diǎn)為已定點(diǎn)，其余5點(diǎn)為待定點(diǎn)。觀測(cè)的精度等級(jí)按照四等水準(zhǔn)測(cè)量的等級(jí)進(jìn)行，外業(yè)觀測(cè)的所有限差必須符合要求。完成外業(yè)觀測(cè)后，需進(jìn)行內(nèi)業(yè)計(jì)算，最終成果檢核同樣要符合精度的需求。大賽同時(shí)規(guī)定在外業(yè)觀測(cè)過(guò)程中每人最少觀測(cè)并且記錄一站，并在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成。

2. 全站儀坐標(biāo)放樣

全站儀坐標(biāo)放樣比賽要求各參賽小組的學(xué)生在有限的時(shí)間內(nèi)，按照賽委提供的各已知點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行放樣，所使用的全站儀全部為國(guó)產(chǎn)全站儀，不能帶有激光功能。根據(jù)提供的兩個(gè)定向點(diǎn)，將三個(gè)待放點(diǎn)在地面上標(biāo)定出來(lái)。所有點(diǎn)放樣完后，需要對(duì)三點(diǎn)組成的三角形內(nèi)角以及三角形邊長(zhǎng)進(jìn)行觀測(cè)，內(nèi)角的觀測(cè)采用測(cè)回法一測(cè)回進(jìn)行觀測(cè)，對(duì)于邊長(zhǎng)采用往返觀測(cè)。所有值觀測(cè)完后需對(duì)角度進(jìn)行平差計(jì)算，邊長(zhǎng)在往返測(cè)后取平均值為最終值。同水準(zhǔn)測(cè)量一樣，放樣可由一人完成，但角度、邊長(zhǎng)的觀測(cè)要求每人至少觀測(cè)一站并完成記錄工作。

校園測(cè)量控制網(wǎng)的建立，為學(xué)生參加比賽創(chuàng)造了條件，學(xué)生能夠在比賽時(shí)快速進(jìn)入狀態(tài)。通過(guò)參加比賽，有利于學(xué)生提升實(shí)際操作能力。

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