《测量学》实践教学中全站仪与光学仪器的比较



《测量学》实践教学中全站仪与光学仪器的比较

陶 叶 青，杨娟，戴 洪 宝，白 洪 伟

(安徽省宿州学院 环境与测绘工程学院，安徽 宿州 234000)

摘要：在分析《测量学》实践教学内容的基础上，对实践教学所需要的测量仪器在测量精度、可操作性等方面的要求进行了讨论。全站仪与水准仪、经纬仪等传统光学仪器能否满足实践教学对仪器性能、数字化程度等方面的要求进行比较。在此基础上，给出以全站仪为重点，顾及传统光学仪器的《测量学》实践课程体系。

关键词：全站仪；光学仪器；实践教学；适用性

《测量学》做为测绘工程专业的专业基础课之一，主要任务是讲授测量工作的基本原理、并通过测量仪器对所讲原理进行验证，用测量仪器完成相应的测量工作[1-3]。测量的主要工作是获取地面点间的距离、角度、高差三个观测量[4]。在大平板测图时代，距离主要通过卷尺进行量距，角度通过经纬仪测量，高差通过水准仪进行观测。随着测绘技术的发展，以前的大平板测图时代已被数字化测图技术所取代，传统光学仪器在测量工作中的作用也逐渐削弱。相比较而言，全站仪作为数字化测图的代表性仪器，在测量工作中已必不可少。

因此，围绕传统的光学仪器进行的《测量学》实践教学也应进行相应的调整，提高数字化仪器在实践教学中的地位与作用，以使课程教学内容跟上测绘技术的进步与发展。文献[5]对实践教学体系改革进行研究；文献[6-7]对实践教学模式改革进行研究；文献[8]对建立模块化的实践教学体系进行研究。论文结合《测量学》实践教学内容，在比较全站仪与传统光学仪器性能的基础上，对全站仪与传统光学仪器的教学适用性进行讨论，并提出适合课程需要的实践教学体系。

1实践教学的主要内容

为达到《测量学》课程的教学要求，对课程所学知识进行实践认知是必不可少的，实践教学效果决定了课程理论教学的成败，并且对以课程教学中各章节的理论学习有一定的辅助作用。安徽省宿州学院测绘工程专业的《测量学》实践教学的主要内容为：水准测量、角度测量、距离测量、平面导线控制测量、高程控制测量、碎部测量。实验性质与常用仪器如表(1)：

表1：实验名称与性质

水准测量实验的主要内容是通过水准仪完成闭合水准路线、附合水准路线、支水准路线的测量作业。实践教学中通常采用S3型水准仪来完成实验的主要内容。

角度测量实验的主要内容是通过仪器完成水平角观测、垂直角观测。实践教学中可以借助经纬仪与全站仪、通过测回法或全圆观测法来完成相应的角度观测。

距离测量实验主要通过钢卷尺或激光测距仪完成倾斜距离或水平距离的观测。

导线控制测量实验的主要内容：闭合导线测量、附合导线测量、支导线测量。实验教学中通常采用钢卷心、经纬仪来完成，也可以通过全站仪实现。熟练掌握角度测量与距离测量是进行导线控制测量的前提。

高程控制测量实验的主要内容为三等高程控制测量与四等高程控制测量。实践教学中通常采用水准仪完成，也可以通过经纬仪与全站仪来实现。

碎部测量实验要求在熟练掌握水准测量、角度测量、距离测量的基础上，应用导线与高程控制测量的成果进行实践教学。碎部测量可以通过平板仪或全站仪来完成。

2仪器的性能参数比较

全站仪与光学仪器在性能参数上的比较主要为高差、角度、距离三个观测量的测量精度比较。高差观测量的精度衡量标准为每千米水准测量的高差中误差，角度观测量的精度衡量标准为角度测量一测回的方向中误差，距离观测量的精度衡量标准为：

(1)

式中ms为测距精度，a为常误差，S为观测距离，b为比例误差。宿州学院测绘工程实验室常用

光学仪器与全站仪的精度比较如表2：

表2表明全站仪的测距精度显著高于钢卷尺的测距精度，与测距仪的测距精度相当；测角精度高于经纬仪。应用三角高程测量原理，测定点间的高差，全站仪的测量精度可达到毫米级，与高等级水准仪的测量精度相当。

表2：全站仪与光学仪器的精度比较

全站仪测量精度高于或等同于传统光学仪器。此外，全站仪具有数字化、集成化、作业效率高等方面的优势是传统光学仪器无法比拟的，它已成为测量外业工作主要的作业仪器。

3仪器的适用性比较与问卷调查

3.1　仪器的适用性比较

全站仪作为测量作业中必不可少的作业工具，如何在《测量学》实践教学中得到应用和加强，在实践教学课程教学过程中能否与传统光学仪器在各项实践中扮演相同或更重要的角色值得关注。虽然传统光学仪器在测量精度、作业效率以及数字化程度上没有全站仪所具有的优势，但是传统光学仪器伴随着测量学科的发展，是讲授《测量学》课程内容的基本工具，更能加深对测量学知识的理解。因此有必要对全站仪与传统光学仪器在实践教学中的适用性进行比较。根据各项实验的主要内容和目的，全站仪在各项实践中能否达到验目的列于表3：

表3：全站仪与传统光学仪器的适用性比较

3.2　问卷调查

就全站仪与光学仪器在《测量学》各实践教学课程中的使用倾向性问题，对已完成《测量学》课程学习的宿州学院10测绘工程班进行问卷调查，调查样本数量为76人。调查结果如图1所示，图中横轴为实践课程所对应的序号(表3)：

图1：倾向性对比图

序号实验名称课时∕节实验仪器辅助仪器1水准测量4水准仪∕2角度测量4经纬仪全站仪3距离测量3全站仪卷尺4仪器检校4全站仪、水准仪经纬仪、卷尺5导线控制测量4全站仪经纬仪、卷尺6高程控制测量4水准仪全站仪7碎部测量3全站仪平板仪

问卷调查表明，如果全站仪能达到实验目的，学生更倾向于用全站仪完成实验。主要原因是全站仪

可操作性强、测量效率高，并且作为数字化的仪器更容易被当代大学生所接受。但是传统光学仪器并没有完成被目前的测量作业所完全抛弃，作为测绘学科经典的仪器设备，在实践教学中应该有所介绍和讲解。通过问卷调查，以及与校内外测量专业教师的交流，结合宿州学院测绘工程专业现有的教学体系，制定《测量学》实践教学课程体系：

4结论

结合《测量学》实践教学内容，在比较全站仪与传统光学仪器性质的基础上，对仪器的适用性进行比较，并就此进行问卷调查。结果表明，在实践教学中，如果全站仪能达到实验目的，学生更倾向于使用全站仪。由于传统光学仪器的作用并没有被完全取代，讨论并提出更加合理的实践教学课程体系。

〔参考文献〕

[1]罗海滨、赵显富．电子手簿在水准测量实践教学中的应用研究[J]．测绘科学，2012，37(6)：187-188．

[2]马俊海、李秀海、冯守良．测绘工程专业开放式实践教学体系构建[J]．测绘工程，2010，19(6)：76-78．

[3]李长春．《测量学》实践教学改革的思考[J]．华东交通大学学报，2006，(23)：121-122．

[4]陶叶青、黄淑玲、杨娟、等．一种适合单基站CORS平面坐标系统转换的方法[J]．测绘科学，20012，37(3)：116-117．

[5]张新合．测量学实践教学改革探讨[ J]．实验科学与技术，2006，(6)：48-51．

[6]孙佳龙、郭淑艳、焦朋连、等．卫星定位与导航教学的改革与实践[J].测绘科学，2013，38(5)：190-192．

[7]杨玲霞．测量学实践教学模式的探索与研究[J]．山西建筑，2011，37(29)：238-239．

[8]段祝庚、郭丽．模块化测量学新实验教学体系的建立[J]．中国现代教育装备，2011，(19) ：54-56．

Comparation of Total Station with Optical Instruments in the Use of 《Elementary Surveying》 Practice Teaching

TAO Ye-qing,YANG Juan,DAI Hong-bao,BAI Hong-wei

(Earth Science And Engineering School,Suzhou University,Suzhou 234000)

Abstract:Based on the analysis of 《elementary surveying》practice teaching content, discuss the measurement accuracy、feasible operation of measuring instrument which is necessary for the practice teaching.Compare the total station with optical instruments if they can be satisfied with the need of practice teaching about instrument character、degree of digitization.On this basis, given the practice teaching system of《elementary surveying》which take total station as focus and take into account the traditional optical instruments.

Key words:Total station; Optical instruments; Practice teaching; Applicability

中图分类号：P24-4

文献标识码：A

文章编号：1004-1869(2015)02-0069-03

作者简介：陶叶青(1984-)，江苏省淮安市人，讲师，博士研究生，研究方向：测量数据处理。

基金项目：宿州学院教学研究项目(szxyjyxm201301，szxyjyxm201302，szxyjyxm201418，szxyjyxm201419),安徽省煤矿勘探工程技术研究中心(2013YKF04，2014YKF04，2014YKF08)。

收稿日期：2014-11-24