浅谈关于土木工程专业的水准测量实践教学方法

许善文

摘 要：为使学生掌握水准测量的原理以及内容、熟悉水准测量的仪器和工具、了解水准测量的误差来源和注意事项、培养学生团队协作意识和专业素质精神，该文通过对土木工程专业学生的水准测量实践教学方法设计和教学成果的探讨，使学生将水准测量原理应用到实际的测量工作中，并发现和解决一些运用过程的问题，提高学生实践能力和应用能力，从根本上保证工程测量课程的教学质量，为社会培养出适应企业需求的技术型人才。

关键词：水准测量 工程测量 实践教学 教学成果

中图分类号：TU19 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）01（c）-0118-03

Abstract：Train students so that they can master the content of the leveling measurement，familiar with the leveling measurement tools，pay attention to the matter of leveling measurement and cultivate the studentsteam spirit and professional spirit.This paper discusses the practice teaching method design and teaching achievement of the leveling measurement.To make the students apply the leveling measurement principle in the using process while find and solve some problems.improve students'practical ability and application ability in order to meet the needs of working.

Key Words：Leveling measurement；Engineering surveying；Practical teaching；Teaching achievement

土木工程专业的测量课程主要教学任务是使学生了解和掌握测量的原理和方法以及测量仪器的操作应用，使学生从事专业的施工管理具有良好的理论基础。《工程测量》课程是土木工程专业一门具有较强实践性的专业技术基础课[1]，是为培养满足土木工程行业对具有较强的实践能力的土木工程高级专业技术人才的需要而设置的[2]，旨在培养学生掌握土木工程测量的基本理论、基本方法和基本技能。该课程具有实践性、技术性强的特点，学习并掌握土木工程测量课程的基本理论和技能是土木工程类专业学生将来从事现代工程建设的基本条件。

1 探讨水准测量实践教学方法的意义

水准测量是高程测量中精度最高、用途最广的一种普遍采用的测量方法，水准测量成果的精确与否，直接影响到工程的质量[3]。实施测量过程中，要求测量人员以高度负责认真的态度来对待测量工作，严格控制数据精度，养成良好的操作习惯，更好地为工程服务。在水准测量实践教学中，一个有效果的教学方案应该让学生积极全面的参与实践环节，掌握水准测量的内容、熟悉水准测量工具、了解水准测量注意事项、培养学生团队意识和专业精神等。

在高校土木工程专业指导委员会制定的“测量学课程教学大纲”中[4]，水准测量紧密衔接绪论之后，是学生最先接触的测量学理论与实践的章节部分。所以，探讨水准测量实践教学方法，对老师如何教好、学生怎样学好该课程有一定的积极影响。

2 水准测量实践教学方法设计

2.1 主要实践目的

水准测量的主要实践目的就是锻炼学生能熟练操作仪器完成不同的水准测量工作并正确应对测量中出现的一些异常情况。

（1）熟悉仪器。了解所使用的水准仪的构造，认识水准仪各部件名称及其功能；掌握使用仪器步骤；掌握配合水准尺的读数方法。

（2）掌握测量方法步骤。根据水准测量原理，实践三等、四等或者图根水准测量过程，也可按照闭合导线、符合导线或者支导线的布设方式完成测量步骤。

（3）对采集的数据进行处理，检核数据质量，分析测量成果，找出异常情况和引起的原因，总结注意事项等。

2.2 仪器与工具

结合实验室配置，该部分实践教学使用仪器为DS3微倾式水准仪，双面尺和尺垫。

2.3 实践内容

（1）熟练使用DS3微倾式水准仪。

水准仪主要由望远镜、水准器和基座三个部件组成。微倾式水准仪通过调整长水准管气泡居中获得水平视线。以DS3微倾式水准仪为例，D是指大地测量汉语拼音首字母，S是水准仪汉语拼音首字母，3指该型号仪器每公里往返测高差中数的偶然中误差，单位为mm。在我国的水准仪等级划分中，DS3属于普通水准仪，主要用于国家三、四等水准测量或者是一般工程建设测量。

水准仪使用步骤为：安置仪器、粗平、对光瞄准、精平和读数。安置仪器，包括取出三脚架，要求三脚架高度适当，架头水平。将三脚架踩实稳固架好，高度适合观测。平稳取出水准仪，放置在三脚架上并用连接螺旋旋紧。粗平仪器指运用左手大拇指原则，首先反方向旋转两个脚螺旋，使圆水准器的气泡移至这两个脚螺旋连线的中线上，再左手旋转第三个脚螺旋，将气泡移至居中位置即可。对光瞄准是指首先将目镜对光，旋转目镜调焦螺旋，使十字丝清晰，再用望远镜瞄准水准尺，制动照准部后，旋转物镜调焦螺旋，使目标清晰，再旋转微动使竖丝对准水准尺，注意消除视差即可。精平是指旋转微倾螺旋使符合气泡观察窗内的两个气泡半像移至符合成完整的圆弧。读数是指在完成精平后立即读数，由小到大方向读出米、分米和厘米位再估读出毫米位，需要注意读数完后立即检查符合气泡是否居中，否则重新精平再读数。

该部分实践要求学生能对照DS3微倾式水准仪，准确快速讲出各部件名称及其功能；快速完成使用水准仪的步骤和正确读数。

（2）普通水准测量。

测量一段闭合水准路线，在实验场地上选定一点A，作为已知高程点，高程假设为30.000 m，记作BM1。选择1、2、3、4作为待定高程点，记作TP1、TP2、TP3、TP4，用钢卷尺丈量各段距离，进行闭合水准路线测量。

在BM1和TP1之间安置水准仪，后视BM1上的水准尺，前视BM2上的水准尺，，将后视读数与前视读数记录到手薄上，然后在进行测站检核，可以采用两次仪器高法（变更仪器高10 cm以上）或者采用双面尺法，并将再次测得的后视和前视读数记录到手薄上。并现场计算出A点和待定点1间的高差，对两组高差比较，二者之差不能超过限差（5 mm），取其平均值作为平均高差。完成第一测站测量工作后换站。

再用同样方法，重复第一测站所有工作，沿着选定水准路线，依次经过1、2、3、4点连续观测，最后回到A点。现场进行计算检核。

该部分要求学生在熟练使用水准仪的基础上，能熟练掌握普通水准测量的观测工作，以及普通水准测量的测站检核和计算检核。

（3）成果处理。

水准测量成果处理包括计算高差闭合差，并判定是否超过高差闭合差的容许值，即高差闭合差的绝对值小于容许值时，水准测量观测成果合格，否则应检查原因并要求返工。成果合格后调整高差闭合差，再计算改正后的高差和各点高程。

各点高差的代数和理论上等于两个已知水准点间的高差，如果不等，两者之差称为高差闭合差，记作f h（mm）。闭合导线的高差闭合差理论值为0，所以闭合水准路线高差闭合差fh=∑h。

普通水准测量容许高差闭合差计算公式为f h容=40√L 平地，或者fh容=12√n 山地，其中L是指各测段水准路线长度，n是指各测段的测站数。在本次实践中设定测量出L值，所以可以采用L值代入计算。

按照高差闭合差调整原则[3，5]，各测段高差闭合差的改正数计算公式：Vi= -。各测段改正后高差即：h=h测+Vi，依次计算出的各测段改正高差，并再次代入计算水准路线高差闭合差，高差闭合差应该为0。根据已知点A的高程，可以依次推算出各待测点的高程值为：Hi=Hi-1+h。

2.4 实践方法

在环节设计上，这一实践学时需要4个学时。首先在课堂理论课学习完备的基础上，熟悉水准仪使用，准确快速读出十字丝在水准尺的读数，然后熟练掌握普通水准测量的基本工作和成果处理流程。

采用队长负责制，即每个测量队4～5人，设队长一名。队长职责是协助老师并领导测量小队完成水准测量工作，另外负责仪器领取、归还、检查等工作。所以，队长的选拔应该注重学生是否有责任心、吃苦耐劳并且好学上进的特质[6]。

采取趣味竞赛模式，以各测量小队为参赛成员，比赛正确快速熟悉水准仪、正确快速使用仪器，合格快速完成普通水准测量的测站检核和计算检核。以完整和规范的测量作业流程和数据处理的过程，激发他们对课程的学习兴趣。此外，由学生自己进行内业数据处理，形成水准测量成果，这种实践教学方法有利于培养学生的动手能力、分析和解决工程实际应用问题的能力。

2.5 误差分析与注意事项

水准测量误差来源于三个方面，仪器误差、观测误差和外界环境的影响。

仪器误差包括水准管轴与视准轴不平行造成的残余误差和水准尺误差；观测误差包括管水准气泡居中误差、读数误差、视差和水准尺倾斜误差等；外界环境因素包括地球曲率、大气折光，温度和风力，仪器或尺垫下沉等。

针对不同原因引起的误差，处理方式不同，例如处理仪器校正后的残余误差，需要要求严格检校仪器并限制前后视距差值来降低该项误差，而消除视差只能通过仔细对光。

在水准测量时，要遵守测量仪器使用规范，正确使用、合理操作水准仪是保证水准测量工作顺利完成的根本，要注意保持前后视距相等，消除视差，读数后立即检查符合气泡是否居中等，另外还要注意记录员在记录时要书写整齐清楚，符合测量资料记录规范。

3 水准测量实践教学成果

3.1 达到水准测量实践教学目的程度

从学生对该次实践教学的掌握情况分析，便能得出是否达到水准测量实践教学的目的，在操作水准仪过程中检查学生对水准仪熟悉程度，在普通水准测量中检查各测量小队的测量工作是否顺利进行，以及检查学生对水准测量成果处理流程的掌握情况。给出综合成绩，评估最终达到水准测量实践教学目的程度。

3.2 实践教学过程中发现的问题

在水准测量实践学习过程中会遇到各种问题，教师可以引导学生自己发现并解决问题。例如在粗平水准仪时，有学生发现按照左手原则操作时，气泡并不移动，教师可引导学生理解圆水准器气泡移动的原理，重新安置仪器，调节脚螺旋以达到粗平仪器。

在实践教学过程中，学生的学习态度问题也是影响教学效果的重要因素，例如记录观测数据时，有学生经常出现数据涂改严重、不按规范记录等现象，教师需要认真阐明观测手薄作为测量基础资料的重要性，严格要求各测量队记录员的专业素质。

4 结语

水准测量实践教学是非常重要的，不仅可以帮助学生加深理解和掌握水准测量的基本理论和技术，还可以让学生将水准测量原理应用到实际的测量工作中，并能发现和解决一些运用过程中的问题。

水准测量实践教学目的使学生掌握水准测量的内容、熟悉水准测量工具、了解水准测量注意事项、培养学生团队意识和专业精神等。教师在教学中需要提高学生实践能力和应用能力，只有这样才能从根本上保证工程测量课程的教学质量，为社会培养出适应企业需求的技术型人才。

参考文献

[1] 张洪萍.《土木工程测量》教学方法改革和思考[J].河北农业大学学报，2009，11（4）：482-485.

[2] 赵丽萍.浅谈现代教育技术下《土木工程测量》的教学实践[J].科技创新导报，2011（1）：190.

[3] 曲仁明.浅谈水准测量的误差来源及控制方法[J].黑龙江科技信息，2009（14）：40.

[4] 步砚忠.建筑工程测量[M].哈尔滨工业大学出版社，2014.

[5] 鲁云仿.工程测量[M].西南交通大学出版社，2014.

[6] 徐爱梅.《土木工程测量》教学方法改革的探讨[J].江西测绘，2014（4）：28-29.