数字测图原理与方法实践环节的组织与实施*

程效军，刘 春，童小华，楼立志

(同济大学 测绘与地理信息学院，上海 200092)

0 引言

根据《国家中长期教育改革和发展规划纲要》，为落实同济大学“十二五”卓越人才培养规划，同济大学组织实施本科卓越课程(专业核心课程改革)行动计划，并计划在“十二五”期间建设150 门卓越课程，以确保“知识、能力、人格”的卓越人才培养目标和专业标准落到实处。同济大学测绘与地理信息学院开设的“数字测图原理与方法”课程作为同济大学首批卓越课程改革试点。

按照教学计划，数字测图原理与方法为测绘工程专业与地理信息系统专业的专业基础课程和核心课程，课堂教学分2 学期进行，总学时为90，其中包括26 学时的课堂实验，在理论学习结束后，安排四周的集中实习。

数字测图原理与方法是一门实践性非常强的课程，实践环节组织与实施的好坏将直接影响课程教学的总体效果，本文从课堂实验、开放实验室、实习基地建设、实验与实习教材编写等方面入手介绍同济大学卓越课程数字测图原理与方法实践环节的组织与实施［1］。

1 课堂实验

1．1 课堂实验安排

在数字测图原理与方法教学过程中，每两周安排一次2 节课的课堂实验，通过实验使学生巩固课堂内学习的理论和方法，掌握各种仪器的实际操作和数字测图的作业过程，具体安排，见表1。课堂实验的目的:一方面是使学生充分接触和熟悉基本的测量仪器，另一方面是使他们能有足够的时间使用各种仪器，包括电子水准仪和电子全站仪等。

1．2 标准实验场地的建设

标准的测量实验场地是指在场地中布设永久性的测量标志，作为测量实验时安置仪器的测站点和瞄准的目标点。按同时安排200 人实验的要求，每4 人一组即50 组，因此测站点应在60个左右，同时在测站点的前方开阔地带均匀布设高低不同的目标点50 个，一部分目标点可布设在墙上。布设这110 多个控制点时，要保证控制点的牢固及稳定，测站点和目标点的标志清晰。

表1 数字测图原理与方法课堂实验安排Tab．1 The experiment arrangement of Principles and Methods of Digital Mapping in the class

控制点布设好后，采用高精度的电子全站仪对控制点进行观测，经过严密平差计算出各点的平面位置坐标，平面坐标采用上海市城市坐标系统;高程采用上海市通用的吴淞高程系统，高差采用精密电子水准仪按二等水准测量的要求进行测量，平差后计算各点的高程，这样就可以得到标准测量实验场地内各控制点的三维坐标(平面直角坐标X，Y 及高程H)。

测量标准实验场地，可满足200 名学生同时在该场地内进行从距离、高差、方向测量到施工放样等多项实验。在任何一点进行观测时，该点与其它各点的距离、高差、方向以及空间三维位置都是已知的。有了这样的实验场地，学生在该场地测量的数据都可以与标准的数据进行比较，从而可以非常准确地判断其成果正确与否以及精度高低［2］。另外在该场地上还可以方便地对测量仪器进行检验与校正，也可以对学生的实验操作进行考核［3］。

1．3 开放实验室建设

同济大学启动的测量双基实验室建设项目，先后投入数百万人民币，用于改造测量实验室，测量实验室添置了50 余台电子全站仪、10 余台电子水准仪、28 台用于数字测图的便携机等。考虑到个别学生在实验课中没有完成实验任务以及进一步满足有兴趣的学生提高仪器的使用水平，在仪器的管理制度上进行了相应的改革，对实验室实行开放制度，允许学生网上预约，在课外凭学生证自由借用。开放实验室大大提高了仪器的使用率，也为学生在课余时间能更多地接触新仪器提供了可能。

1．4 实验教材

随着现代科学技术的飞速发展，先进技术在测绘学科中得到了广泛的应用。测绘仪器从原来的以精密机械与几何光学器件的组合为主，逐步增加了物理光学和电子器件以及软件系统，成为光、机、电、软结合的现代化电子测量仪器，其功能、精度和自动化程度也大大提高。测量学实验(第二版)［4］就是以这部分内容为主，考虑到学生实验时数的限制和学习的循序渐进，教材在介绍新仪器的性能和使用方法时，力求内容突出重点和文字简明扼要，避免求全求深，以期通过有限时间的学习和实践，使学生能较快掌握其基本性能和主要方法［3］。

2 实习基地的建设与实习的组织

2．1 实习基地的建设

数字测图实习为教学实习，按照教学计划，教学实习集中在暑假进行，时间为4 周。同济大学测绘与地理信息学院在该校四平路校区、同济新村和同济大学嘉定校区都建立了专门的平面图测量实习基地。在浙江临安浙江农林大学东湖校区和江西吉安井冈山大学建立等高线测量实习基地，同济大学土木工程、测绘工程等专业学生都要分别到这两个基地去进行测绘等高线地形图测量实习。

2．2 实习方式

实习分校内和校外两部分:校内主要任务为平面图测绘和施工放样，安排在同济大学四平路校区、同济新村和同济大学嘉定校区进行;校外主要任务为等高线地形图测绘，安排在同济大学校外测量实习基地——浙江农林大学和井冈山大学进行。测量实习方式按小组进行，每小组由6 人组成，各小组在指导教师的指导下，独立完成实习的各项任务。每个实习小组配备电子全站仪1 台、笔记本电脑1 台和实习软件，学生在实习过程中使用电子全站仪采集特征点，通过数据通讯传输到便携机中，再应用成图软件自动绘制数字地形图和等高线图，这种方式大大减轻了学生测量实习的劳动强度和提高了技术含量，使学生对数字测图的实习产生浓厚的兴趣。

2．3 实习内容

学生在为期4 周的数字测图实习中需要完成以下内容:

1)水准仪和经纬仪的检验与校正;

2)导线测量:每组按测量规范完成约1 km的二级导线测量和若干图根导线测量工作;

3)水准测量:每组按测量规范完成约1 km的三等或四等水准测量的外业和内业工作;

4)平面图的测绘:每组完成1 幅1∶500 的数字平面图测绘;

5)等高线地形图测绘:去浙江实习基地进行等高线地形图测绘实习的学生，每组完成面积约为200 m×200 m范围1∶500的等高线地形图测绘;

6)建筑三维图测绘:测绘校内某建筑(内外)的三维图(采用统一坐标系);

7)图上设计与实地放样:按图上设计的建筑物位置，进行实地放样，要求每位学生至少放样2 个点的平面位置和高程;

8)测图软件:每组把测量实习所用的符号库(超过30 个符号)、线型(超过20 种，包括6 种复杂线型)、AutoLISP 程序(超过30 个程序)、填充符号(超过20 个)等汇总成测图软件包;

9)技术总结报告:将实习作为一个生产项目，实习结束后每位实习学生要撰写技术总结报告，作为实习考核的主要内容;

10)考核:根据实习情况进行书面考核。

实习要求每组从图根控制开始，对细部点进行采集与编码，结合外业数据采集，以组为单位开发出最基本的测图系统(包括自动连线、分层、建立符号库和线型库等)，各组利用自己的测图系统完成细部点的自动连线和图形编辑，在提交成果时各组要利用自己的测图系统展示数据展点与成图过程。图1 为某实习小组完成的等高线地形图。

图1 某实习小组完成的等高线地形图Fig．1 The contour map drawn by a practice group

2．4 实习教材

在同济大学测绘与地理信息学院教师多年来开展测量教学实习、教学改革及科研工作所积累的资料和历年的教学实习指导书的基础上编写了测量实习教程［5］，该教材已由同济大学出版社正式出版。因各种原因，校外等高线地形图实习基地几经更址，从最初的浙江大学老和山到杭州转塘的浙江工业大学、从浙江诸暨、浙江安吉到浙江临安与江西吉安，期间经历了几十年，有无数教师为之付出过心血和汗水，为同济大学培养数以万计的人才作出了贡献。根据历年来测量实习总结的经验，该教材针对教学实习又结合生产实践，对培养学生的动手能力、自学能力、解决问题能力和创新能力，提高学习的积极性、趣味性，提高学生适应社会的能力都有很大帮助;同时结合多年来的教改成果，全面采用教改项目开发的实习软件;并通过在同济大学四平路校区、同济新村和和同济大学嘉定校区建立了专门的平面图测量实习基地，以及在浙江省临安与江西吉安建立了等高线地形图测量实习基地，以确保测量实习稳定、有序、高质高效地进行［6］。

该教材以数字地形图的测绘为主线，在介绍测量实习的目的和任务的基础上，对电子全站仪的使用和数字测图方法进行了全面的介绍。内容包括各种常用仪器(经纬仪、水准仪、电子全站仪和电子水准仪)的检验与校正、导线测量(包括二级导线和图根导线)的外业测量和内业计算、水准测量(包括四等水准和图根水准)的外业测量和内业计算、平面图测绘方法和内容、电子全站仪SET22D、SET530R 和OTS600 使用、测记法数字化测图、利用测图软件进行数字测图、施工放样、等高线地形图测绘、建筑物沉降和倾斜测量、地籍图测绘和房地产面积测量等［7］。

2．5 实习成绩评定

对实习成绩评定方式进行改革，改变单一方式确定最终成绩的方式，具体做法包括:

1)进行现场仪器操作考核，根据学生测量某个量所用的时间和测量精度评定其操作成绩;

2)根据小组提交的成果质量以及小组汇报情况评定各小组的成绩;

3)根据个人提交的成果质量以及在实习中的综合表现评定个人成绩;

4)根据实习中出现的问题设计考卷进行书面考核;

5)最终根据仪器操作成绩、小组成绩、个人成绩和书面考核成绩4 个方面加权综合评定每位同学的成绩。

3 结束语

数字测图原理与方法课程实践环节是教学中必不可少的重要环节，理论学习的效果最终要通过实践来验证。因此如何安排和组织好数字测图原理与方法课程实践环节在教学过程中显得尤其重要。本文从课堂实验、开放实验、实习基地建设、实验与实习教材编写等方面入手介绍了同济大学卓越课程数字测图原理与方法实践环节的组织与实施。在建立标准实验场地、开放实验、建立校内外实习基地以及实践类教材的建设都具有一定的特色［8］。同济大学对实习教学非常重视，由于上海没有山地，尽管到外地实习的费用很高，但同济大学始终坚持到外地去进行等高线地形图测量实习，这是非常不容易的。

［1］ 陈美智，周桂铨．基于数字测图原理与方法的教学和实践［J］． 测绘与空间地理信息，2009(6):36 -37，40．

［2］ 顾孝烈，鲍峰，程效军． 测量学［M］． 4 版． 上海:同济大学出版社，2011．

［3］ 宁津生，王正涛．面向信息化时代的测绘科学技术新进展［J］． 测绘科学，2010(5):5 -10．

［4］ 顾孝烈，鲍峰，程效军．测量学实验［M］．2 版．上海:同济大学出版社，2003．

［5］ 程效军，须鼎兴，刘春． 测量实习教程［M］． 上海:同济大学出版社，2005．

［6］ 潘正风，程效军，成枢，等．数字测图原理与方法［M］．2 版． 武汉:武汉大学出版社，2009．

［7］ 刘春，程效军．注重能力培养的“测量学”课程多样化教学方法探讨［J］．中国地质教育，2010(1):105 -108．

［8］ 程效军，刘春，童小华，等．“数字测图原理与方法”卓越课程改革与实践［J］．测绘通报，2013(9):125 -127．