工程测量实习教学模式改革与实践

2016-12-15张兴福魏德宏王宇会赵滔滔

测绘通报 2016年9期

关键词：测绘考核测量

张兴福，魏德宏，余旭，王宇会，赵滔滔

(广东工业大学测绘工程系，广东广州 510006)

工程测量实习教学模式改革与实践

张兴福，魏德宏，余旭，王宇会，赵滔滔

(广东工业大学测绘工程系，广东广州 510006)

工程测量是一门应用性很强的课程，主要涉及理论课程、试验及实习等关键环节，而实习环节是培养学生动手能力和创新精神的重要手段，是衡量学生对工程测量知识掌握程度的标尺之一。本文结合当前工程测量的特点和工程教育认证标准，在笔者所在院校建立了一个多功能工程测量实习基地，按照生产模式开展工程测量实习，构建了较为完善的实习内容、成绩考核体系及实习跟踪机制，有利于激发学生实习兴趣，合理评价学生能力，跟踪实习表现。

工程测量实习基地；实习内容；考核体系；跟踪机制

工程测量是测绘工程专业和土建类专业的基础课程，测绘工程专业一般在大四上学期开设工程测量学，主要讲授工程控制网的布设原理与方法、工程测量数据理论与方法、施工放样方法与技术、工程变形监测的理论与方法、工民建工程测量、线形工程测量技术与方法(公路、铁路、桥梁等)、地下工程测量等[1]。而土建类专业一般在大二下学期开设工程测量，主要讲授工程测量的定义、工程测量的三大基本任务、误差理论、地形图的获取与应用及工程施工放样等[2]。工程测量理论课由于教学场地固定、学生相对集中等原因，教学过程相对较容易控制，讲授内容可根据本专业定位与特色和培养目标确定，通过借助多媒体等工具，采用启发式或项目式等教学方法均可获得较好的教学效果[1-2]。而测绘工程专业的工程测量实习一般可采用去校外生产单位参观学习或在校内外实习基地进行模拟生产实习。去校外生产单位参观学习可让学生了解更多典型工程中的工程测量工作流程与技术及质量控制方法等，这种方式只能采用“看”和“听”进行学习，而基本无法“动手”，但通过一线技术人员的讲解和演示可以更逼真地还原生产实际。在校内外实习基地进行模拟生产实习可更方便地进行“动手”练习，以实际生产管理模式进行模拟生产实习，可根据需要对学生进行针对性的训练，从中让学生掌握工程建设阶段大部分或某一阶段中工程测量内容，模拟生产实习对教师要求较高，需要有较好的工程实践背景和经验积累。土建类的工程测量实习一般在校内进行，以锻炼学生仪器操作及地形图测绘为主。工程测量实习由于实习场地较大、人数较多、学生相对分散、指导教师数量有限、实习方法及评价机制等原因，整个实习过程质量控制与跟踪相对较难，需要有完善的工程测量实习基地、合理的实习内容及成绩考核体系、实习(过程跟踪)监督制度等教学资源与制度支撑。

笔者所在院校测绘工程专业在大四开设毕业实习，主要结合毕业设计内容安排学生到生产单位进行为期5周的实习，为避免重复，测绘工程专业的工程测量实习以模拟生产实习方式进行。此外，《工程教育认证标准(2015版)》和《全国高等学校土木工程专业评估(认证)文件(2015版)》均指出：对学生在整个学习过程中的表现进行跟踪与评估，以证明学生能力的达成，保证毕业时达到毕业要求，毕业后具有社会适应能力与就业竞争力，进而达到培养目标的要求[3-6]。由此可见学生学习过程中的跟踪与评估非常重要，同样工程测量作为一门基础应用型专业课程，对学生在整个学习过程中的表现进行跟踪与评估也具有非常重要的意义，而作为工程测量课程中非常关键的工程测量实习是开展实践教学、培养学生实践能力和创新精神的重要手段，是学生接触生产实践的纽带。鉴于工程测量实习在工程测量教学中的地位和作用，本文结合当前工程测量的特点和工程教育认证标准，采用现代测量技术，在笔者所在院校建立了一个多功能工程测量实习基地，以满足测绘工程专业的工程测量实习、毕业实习、毕业设计等实践课程及土建类专业的工程测量实习的需求，同时探讨工程测量实习内容、成绩考核体系及监督制度等教学机制，力求构建以生产实践和学生为中心的工程测量实习教学体系，并配有完善的跟踪监督机制以提高实习效果，增强学生动手能力及独立思考问题能力，毕业后能更快地融入实际生产。

一、工程测量实习体系构建

工程测量实习可以帮助学生加深理解所学理论知识、锻炼测量仪器的操作能力、熟悉测绘软件的使用方法、掌握测量内业数据处理等工程实践，以培养学生的工程应用能力。完整的工程测量实习体系一般可由工程测量实习基地、实习内容、成绩考核体系、实习(过程跟踪)监督制度等几部分组成。

1. 多功能工程测量实习基地建设

为了满足测绘工程专业的工程测量学实习、毕业实习、毕业设计等实践课程需求，土建类专业的工程测量实习及道路勘测实习的需求，笔者采用GNSS、电子水准仪及全站仪等测量仪器在广州大学城建立了一个多功能的工程测量实习基地，主要用于测量实习及毕业设计等有关实习中的工程控制测量、地形资料获取、工程独立坐标系建立及坐标转换、区域似大地水准面确定或GNSS高程转换及成果质量检核等。实习基地由四等GNSS控制网、一级导线、二等高程控制网、区域似大地水准面模型及广东工业大学CORS单基站系统等几部分组成。

(1) 四等GNSS控制网

实习基地共布设了16个四等GNSS控制点(包括1个连续运行CORS单基站)，作为首级控制，结合《工程测量规范》(GB 50026—2007)及广州地区GNSS测量的影响因素等确定了本次测量所采用的技术指标，主要要求见表1[7]，控制网图如图1所示，其中G00点为广东工业大学CORS基站(如图2所示)，控制区域长度约3 km，宽度约1.5 km，其中带“W”的点是在校外沿外环路布设，主要满足线形工程勘测实习需要，带“G”的点是在校内布设，主要满足面状工程的工程测量实习需要。采用5台ZHD V30和2台Trimble 5700 GNSS接收机进行外业观测,重复设站数大于2，观测时间为2 h。测量成果基准分别为ITRF97框架，2000历元，控制点坐标包括GZCORS WGS-84坐标、广州独立坐标和1980西安坐标。

数据处理流程和精度指标评价：①利用G00站的观测数据和精密星历，采用精密单点定位技术确定G00点在ITRF97框架，2000历元三维坐标(取3天计算结果的平均值)，精度优于1 cm；②利用G00点1天观测数据与GZCORS联测获得G00点WGS-84坐标(相对于GZCORS基准)；③采用LGO软件进行基线解算，TGPPS网平差软件进行平差计算，闭合环(含重复基线)平均闭合差为9 mm(绝对值)，将G00点作为固定点进行无约束平差，坐标取①和②计算结果，基线最大改正数和最小改正数分别为18和-13 mm，大地高精度优于10 mm；④将W48和G00点GZCORS WGS-84坐标转换为广州独立坐标和1980西安坐标，然后将其作为已知点，利用同济大学TGPPS软件进行约束平差，平差后的点位中误差优于10 mm，最弱边相对中误差小于1/40 000，所有指标均满足工程测量规范要求。

表1 GNSS网主要技术要求

图1 四等GNSS控制网

图2 CORS单基站

(2) 一级导线控制网

一级导线点共布设了27个，均布设在校内，导线点标志如图3所示(GNSS控制点标志与导线点标志相同)，控制网如图4所示。其中，导线点2、21和22与GNSS控制点G2、G21和G22重合，采用的主要技术指标见表2[7]，测量成果基准为广州独立坐标，采用南方NTS312全站仪进行外业观测。

表2 一级导线主要技术要求

数据处理流程和精度指标评价：将G2、G21和G22点作为起算点，采用南方平差易进行数据处理，角度环闭合差最大为6″，最小为-13″，全长相对闭合差为1/29 000～1/107 000，均满足规范要求。

(3) 二等水准测量

二等水准点共布设了30个，施测线路总长约14.7 km，高程起算点位于广州大学城穗石村附近，高程基准为1985国家高程基准，主要技术要求见表3[7]。本高程控制网采用Leica DNA03电子水准仪观测，观测质量统计结果见表4。平差后，每千米高差全中误差和每千米高差偶然均为0.11 mm，满足工程测量规范要求。

图3 控制点标志

图4 一级导线控制网

每千米高差全中误差/mm观测次数视线长度/m前后视距差/m视距累积差/m闭合差2往返各1次50134L

表4 闭合环闭合差统计结果

(4) 实习区域似大地水准面模型确定

利用2160阶的EIGEN-6c4地球重力场模型和GNSS+水准数据(选择W47、W48、G26、GM和G21五点为已知点)，利用最小二乘配置法(LSC)建立了实习区域7.5″(约250 m)分辨率的似大地水准面模型[8-9]，似大地水准面模型如图5所示，利用其余GNSS+水准点作为检核点，进行精度检核，所有检核点的高程异常残差均小于15 mm，标准差为8 mm，可作为GNSS快速高程测量的高程基准模型。似大地水准面模型精度较好的原因为：①GNSS测量的时间较长(2 h)，平差后大地高精度较高，优于10 mm,GNSS点联测了二等水准，从而保证了GNSS水准点高程异常的精度；②整个控制网范围较小，且高程异常变化较平滑，选择5个GNSS+水准点作为已知点即可。但需要注意一点，给出的似大地水准面模型的西北部分无控制点(如图1所示)，因此后续还需要进一步增加GNSS水准点，以保证覆盖整个似大地水准面模型区域。

图5 似大地水准面模型

2. 工程测量实习内容、成绩考核标准及过程跟踪

测绘工程专业的工程测量实习内容为线形(公路、铁路等)工程勘测，主要包括工程控制测量、带状地形图测量、线路设计(中线设计)、中线定测及线路纵横断面图测绘等[10]。土建类专业的工程测量实习内容为大比例尺数字地形图测绘(土木工程等专业)或管道勘测(城水科学等专业)，主要包括图根控制测量、地形图测绘及施工放样等。

工程测量实习内容和流程如图6所示。由于大四学生已经完成了数字测图实习、大地测量实习、GPS测量实习等主要课程的实习，故本实习目的的核心是全面培养学生动手能力、独立思考问题的能力及团队协作能力，从任务书的发放开始，所有工作均需团队配合。整个实习按照生产单位的生产任务模式进行管理：①各小组根据发放的任务书进行技术方案设计，评分标准重点看任务概括、成果坐标及高程基准、采用的规范、仪器设备、数据处理软件、实施方案及质量控制措施等；②以小组为单位进行方案设计答辩，取指导教师及各组独立打分的平均值作为该项最终成绩，答辩未通过者必须整改，重新答辩，累计2次答辩不通过者，整个小组成绩判为不及格；③按照技术方案进行选点、埋石、外业观测(GNSS、导线及水准等)、内业数据处理及控制网技术方案总结；④1∶1000带状地形图测绘、中线设计、中线定测、纵横断面图测绘等，测量手段可以采用广东工业大学CORS系统、RTK、全站仪或组合方式等；⑤成果质量抽查，抽查10%左右的控制点、中线点及地形点，地形图主要看是否有主要地物遗漏等；⑥实习内容考核，采用单独抽题考核方式，每个学生抽1～2题，重点考核学生对生产项目流程的把握及重点内容的掌握情况。总实习成绩由出勤、技术方案设计、考核、报告及成果质量等几部分组成，具体比例和要求见表5。

图6 工程测量学实习流程

项目比例内容备注出勤10%保证每天的实习时间,旷课1次扣5分请假累计超过20%,则成绩判为不及格技术设计方案20%确保技术方案可行2次答辩不通过者成绩判为不及格考核25%实习内容考核,含技术总结等不熟悉整个实习流程的判为不及格报告20%撰写的实习报告质量若有抄袭可判为不及格成果及质量25%实习成果质量抽查若有实习成果造假,成绩直接判为不及格;若抽查不合格,则需要整改

土建类的工程测量实习内容和流程如图7所示。实习目的的核心是加强学生对工程测量基本理论理解，培养学生动手能力，从任务书和指导书的发放开始，所有工作均需团队配合。具体内容和流程：①各小组根据发放的任务书进行技术方案的设计；②按照技术方案进行选点、埋石、外业观测(导线及水准等)、内业数据处理及控制网技术方案总结；③1∶500地形图测绘、施工放样等，采用全站仪；④成果质量抽查，抽查10%左右的控制点和地形图典型地物点；⑤考核，考查学生操作仪器熟练程度，主要利用经纬仪或全站仪进行对中整平考核，时间超过10 min的同学成绩判为不及格，给予补考机会1次，累计2次不及格成绩判为不及格。对于非测绘工程专业的工程测量实习，总实习成绩由出勤、考核、报告及成果质量等几部分组成，具体比例和要求见表6。

图7 工程测量实习流程

项目比例内容备注出勤10%保证每天的实习时间,旷课1次扣5分请假累计超过20%,则成绩判为不及格考核30%仪器操作考核超过10分钟判为不及格报告30%撰写的实习报告质量若有抄袭可判为不及格成果及质量30%实习成果质量抽查若有实习成果造假,成绩直接判为不及格;若抽查不合格,则需要整改

工程测量实习过程跟踪及监督非常重要，目的是及时跟踪学生在整个实习过程中的表现，督促与监督表现欠佳的学生，严格要求学生按照有关测量规范的要求进行实习及成果质量控制。跟踪及监督的手段：①以实习小组为管理单元，组长每天需要填写考勤表及每位同学的实习工作内容(如导线测量中的观测、安置棱镜等)；②指导教师每天(除上课时间外)上下午需要到现场(至少各1次)巡查及答疑；③通过QQ群或微信群进行答疑与问题讨论；④实习结束后，每组长需对本组成员的整体表现打分，可推荐1～2名表现优秀的同学作为实习成绩优秀候选人；⑤通过实操考核，可判定学生在实习过程中操作仪器的时间；⑥实习成果考核采用广东工业大学CORS单基站，结合区域似大地水准面模型，可快速地测量控制点或地形点的三维坐标。

本文工程测量实习教学模式已用于测绘工程专业2011级工程测量学实习，本班级共有51人，分为10个实习小组，其中有1组技术方案设计答辩未通过，通过整改最终通过，绝大多数同学在整个实习过程中表现良好，技术总结报告完整、实习报告撰写得较为详细、成果质量抽查良好，利用广东工业大学CORS单基站系统并配合似大地水准面模型抽查了105个导线控制点、地形地物点及中线点，90%抽查点的平面和高程结果小于5 cm，有极个别点的高程超过了10 cm(比例约5%)，经过进一步分析发现，情况有两种：①这些点虽然CORS测量结果为固定解，但受树木遮挡等情况影响，检核结果可靠性较差；②有一部分点确实是粗差，原因不明。本次工程测量实习整体效果较好，但是跟踪监督的效果需要进一步加强，有时组长碍于面子对小组成员的每天表现评价不到位。

二、结束语

工程测量实习是培养学生动手能力和创新精神的重要手段，是衡量学生对工程测量知识掌握程度的标尺之一。本文结合当前工程测量的特点和工程教育认证标准，探讨了工程测量实习教学模式，重点从工程测量实习体系的一般组成，即工程测量实习基地、实习内容、成绩考核体系、实习(过程跟踪)监督制度等几部分展开讨论，建立了多功能工程测量实习基地，较为完善的实习内容及成绩考核体系，并将其用于测绘工程专业2011级的工程测量学实习，有利于激发学生实习兴趣、合理评价学生能力。

[1] 张正禄．关于“工程测量学”课程的教学思考[J].测绘通报， 2014(10):125-127．

[2] 白成军，吴葱，张海伶.本科非测绘专业测量实习科研化教学改革的研究与实践[J].测绘通报，2012(4):103-106.

[3] 全国高等学校土木工程专业评估(认证)文件[EB/OL].[2015-08-05].www.mohurd.gov.cn/zcfg/jsbwj_o/jsbwjrsjy/201506/t20150609-221167.html.

[4] 工程教育认证标准(2015版)[EB/OL].[2015-08-05].hgxy.hqu.edu.cn/s/50/t/687/b8/49/info112713.htm.

[5] 谢宏全，周立，焦明连，等.专业认证背景下的测绘工程专业课程体系优化[J].测绘工程，2015,24(5)：77-80.

[6] 韩峰，姚德新，王丹英.以工程教育专业认证为导向的测绘工程专业建设研究[J].高等建筑教育，24(2)：21-24.

[7] 工程测量规范：GB 50026—2007[S].北京：中国计划出版社，2007.

[8] 张兴福,刘成. 综合EGM2008模型和SRTM/DTM2006.0剩余地形模型的GPS高程转换方法[J]. 测绘学报,2012,41(1):25-32.

[9] 张兴福，李博峰，魏德宏，等．多类重力场模型的精度分析及联合确定GPS点正常高的方法[J].测绘学报，2013，42(1)：6-12.

[10] 张兴福，赵滔滔，王国辉，等，测绘工程专业“工程测量学”课程体系建设探讨[J].测绘工程，2013,22(2)：90-93.

TeachingReformandPracticeofEngineeringSurveyingPractice

ZHANG Xingfu,WEI Dehong,YU Xu,WANG Yuhui,ZHAO Taotao