高等学校道路勘测设计实习改革探索与实践

沈照庆，王和平，张富强

（1.长安大学 公路学院，陕西 西安 710064）

目前，我国高校勘测实习大都是以传统模式为主。随着科学技术的发展和不同学科间的相互渗透，以GPS为主的“3S”测设技术改变了传统的测设理念，尤其是实时动态（RTK）定位技术在公路测设中更是蕴含着巨大技术潜力。为了让我校道桥专业毕业生掌握的测设技术与国际先进技术接轨，急需将GPS-RTK技术引入并推广到道路测设实习中[1-5]。

1 高校道路勘测实习的现状及问题

在各大高校，道路测设的实习模式主要还是以经纬仪、水准仪为主的传统模式，甚至还有利用十字架、花杆、皮尺为主的低级测设方式，很多方法和仪器都已经被淘汰。这种传统测设方式存在很多弊端。

1）传统的仪器必须要求点与点之间通视，否则无法作业。在测设中时常遇到视线被植物、山体或者建筑物遮挡的情况，造成工程进度滞后。

2）受天气环境影响大，在雨雪天气和高温天气时，光学仪器和全站仪观测精度低，在光线阴暗和天黑时无法进行作业。

3）作业流程效率低，每个测设小组一般都需要配备6～7个人，测设中的很多数据需要人工记录和处理，易导致错误和大的误差。

2 GPS-RTK+全站仪一体化实习模式构建

根据现行的测设作业方式，利用GPS定位导航技术，挖掘RTK的测设技术潜力，并研究道路测设新方案，构建GPS-RTK+全站仪一体化实习模式，使我国的道路勘测设计实习与国际测设水平接轨，对提高学生的高科技工程素养有着十分重要的意义[5-12]。

2.1 实践意义

通过勘测实习新方案的研究和实践，将GPS、全站仪与传统的测量仪器有机结合起来，优势互补，使学生能了解全新的行业作业模式，同时深刻体会实践方法和技术要领，使实习内容与以后工作有机统一起来。这种测设新技术，不仅保证和提高了测量勘测精度，还提出了基于GPS的测设新模式。GPS-RTK与全站仪都存在应用的局限性与不足，将它们的优势互补，可实现实习模式的最优化。

2.2 利用GPS-RTK与全站仪联合进行道路测设

《测量学》作为一门地学类专业的技术基础课，必须结合各专业的特点开展教学活动。在实验内容方面，必须注重因地制宜、各有侧重的教学原则，如地球物理学、地质学、资源勘查等专业，将来从事的工作主要是进行野外地质勘察，因此在课间实习中可选择开设经纬仪仪器认识、角度测量、水准测量、点位极坐标放样、地形图等实习内容。集中实习应以测绘地形地貌、野外地形图识图用图、手持 GPS 导航与测量等内容为主。

2.3 方案设计

中桩放样是设计线路体现到现实地面的关键环节。现行的主要工程作业模式都是利用全站仪中线放样，在通视不良的情况下无法作业。利用GPS-RTK实现道路测设，具有精度高、时间短、效率高、不受通视条件和气候限制、全天候工作的特点。但GPS使用时点位附近不能有遮挡和信号干扰，在这些区域可以利用全站仪进行测设，形成以GPS为主、全站仪为辅的测设模式。

2.4 具体实施

我校太白实习基地，可同时满足3个班级进行勘测实习。周期为10 d，主要任务为路线设计、选线和路线测设。每个小组首先进行室内路线设计，然后进行中线和横断面测设，每小组有一台全站仪和GPS。以LEICA GPS15为例，设站流程为：架设基站（整平、对中、量取仪器高）→架设流动站→设置基站→设置流动站→新建项目→开始测量→定义坐标系→测量、放样。

首先将基准站架设在较空旷的地方，架设完后安装电台，连接好仪器后开启基准站主机并进行相关设置。打开电源，转到基站菜单，连接蓝牙，设置电台，启动基站，在开始测量菜单下选择在已知点上模式输入仪器高，选取天线类型，转到流动站菜单。然后进行流动站设置，连接蓝牙，连接电台，新建项目，导入数据（包括坐标系，已知控制点坐标等），导出数据，最后进入放样模式进行放样中线。

道路横断面测量的主要目的是道路调坡和工程土石方预算，高程测量精度达cm级即可。利用GPS来确定横断面的方向，利用GPS-RTK作业模式，在更密集的间距上获得点的平面位置和高程，从而提供更为真实的道路断面图。在不通视和卫星信号不良的区域，利用全站仪进行补测，通过实际操作，来接触和掌握崭新的理念和方法。

GPS RTK技术进行线路定测的优缺点：

1）常规的中线测量总是先确定平面位置，而后再确定高程，即先放线，后做中平测量。RTK技术可提供三维坐标信息，因此在放样中线的同时也获得了点位的高程信息，无需再进行中平测量，大大提高了工作效率。

2）目前RTK基准站数据链的作用半径可以达到10 km以上，因此整个线路上只要布设首级控制网便可完成控制，而不必布设加密控制网。只要保存好首级点，即可随时放样中线或恢复整个线路，因此也不必担心桩位的遗失而给线路测量带来困难等。

3）在RTK定线测量中首级控制网直接与中线桩点联系，点位精度可达cm级，不存在中间点的误差积累问题，因此能达到很高的精度，适合高等级线路工程的要求。

4）RTK基准站发出的数据链信息，可供多个流动站应用，而基准站只需由1个人单独操作，可大大节省人力，提高工效。

5）应用RTK技术进行线路定测工作比较轻松，流动站作业员只要进入放样模式，并调出放样点，手簿软件中的电子罗盘就会引导作业员到达放样点。当屏幕显示流动站杆位和设计点位重合时，检查精度，记录放样点坐标和高程，然后标记地面点位(如打桩)。

6）GPS-RTK在一定条件下受外界影响较大，除了受与卫星、传播途径、接收设备有关的误差影响外，还要受卫星通视、电台信号的影响。当流动站处于高大建筑物、树林等遮挡卫星、电台通信信号位置时，没有足够的数据连接，GPS-RTK往往不能初始化，或者不能测得满意的数据。

因为GPS-RTK与全站仪都存在应用的局限性与不足，所以RTK技术可与常规全站仪相结合，充分发挥GPS无需通视以及常规全站仪灵活方便的优点，避免RTK的劣势和全站仪必须相互通视的缺点，实现优势互补。GPS-RTK+全站仪联合路线测设的优越性如下：

1）在控制点距离远、不通视或通视不方便的地方，完全利用全站仪耗时间，耗人力，无法快速测量。利用RTK+全站仪的方法可以很好地解决这一问题。

2）实时动态显示经可靠性检验的cm级精度测量成果（包括高程）彻底摆脱了由于误差造成的返工，提高了路线测设的作业效率。

3）作业效率高，每个放样点只需要测量3～5个历元，流动站小组作业，每小组（3～4人）可完成中线测量5～10 km，其精度和效率是常规测量方法无法比拟的。

4）应用范围广，可以涵盖公路测量（包括平、纵、横）、施工放样、监理、竣工测量、养护测量、GIS前端数据采集诸多方面。

5）当GPS-RTK技术在单基站的模式下受到作业半径的限制，或遇到多路径效应、电磁波干扰或高大建筑物对接收机视野限制时，利用全站仪进行测量，可保证测量的高精度。

3 实习新模式的实施与评价

1）课堂教学和野外实践紧密结合。在实习基地多媒体教室采用了讲授与课堂操作相结合、传统方法与多媒体教学手段相结合的模式。将抽象的理论和复杂的工程流程以直观的方式传授，弥补单纯口授的不足，充分调动了学生学习的积极性，取得了良好的效果。

外业实习采用轮流操作流水线模式，坚持小组团队协作，1个班至少配备2名老师，一对一地指导，使每个学生都能快速掌握实习内容。通过一系列的课程教学方法与手段建设，极大地提高了教学效果。

2）重视实习硬件条件的提升。对实习基地硬件进行了大规模整修，重新制作了控制点，绘制了太白校区的大比例尺地形图，在现有仪器设备的基础上购置了GPS接收机、绘图电脑、投影仪、打印机等教学设备，并建立了太白实习机房，极大地改善了实习硬件条件。

3）加强教师队伍建设，对教师进行仪器和实习步骤的培训，并结合系所的教学会议和相关的科研项目、科技服务项目，提高教师的实践能力和教学水平。在原有课件、典型案例、视频录相、模型、挂图等教学资源的基础上，录制了教学视频，同时跟踪学科的发展前沿，及时将新技术以及教师的教学思想充实到实习中。逐步扩大工程实例教学内容的比例，加深学生对理论学习的掌握和理解。在《道路勘测设计》（第三版）的基础上，编制了道路勘测实习指导书，构建了一系列实习指导表格、规章和流程，形成了一整套完整的道路勘测实习教学体系。

4 结 语

探索GPS在道桥专业测量勘测教学实习中的方式与方法，建立提高学生动手操作能力和创新能力的教学理论体系与操作方案，使先进的勘测技术和理念贯穿于测量勘测实习全过程中，丰富和创新道桥专业勘测实习的技术含量，转变实习理念和方法，进而使学生能了解全新的行业作业模式，将GPS-RTK技术与工程测设技术衔接。使实习内容与以后的工作学习有机统一起来，对建立我国更具特色的道桥测量勘测教学实习具有借鉴意义。

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