三四等水准测量教学的测站图示法

谢小魁+周清+方武生+樊志军

摘 要 三、四等水准测量步骤严谨、数据繁多、计算复杂。为了使观测过程形象化、具体化，提出测站图示法，用模型表示前后视，用数字表示操作顺序，用位置表示变量意义，用线型（原文为“颜色”）或上标表示数据关系，因此把仪器操作、原始数据、检核数据及记录表格联系起来。测站模型可做成教科书插图、教学挂图、交互动画，便于教师讲解和交互测验。

关键词 水准测量；教学改革；实践教学；测站图示法

中图分类号：G642 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2016）22-0147-03

Station Pictorial Method for Third and Fourth Order Leveling Teaching//XIE Xiaokui， ZHOU Qing， FANG Wusheng， FAN Zhijun

Abstract The third and fourth order leveling has strict theory basis and strong operational requirements. In order to make the measure procedures more visual and concrete， a station pictorial model was presented. Simple models were used to denote foresight and back sight， digitals were adopted to show the observation and calculation sequence and the locations of these numbers could indicate the signi-

ficances and the concepts of the measuring and calculating variables， line types or superscript represented the mathematical relationship of these data. So the pictorial model can link measure steps， original measure variable， checking data and recording table. The pictorial model can be made into a textbook illustration， teaching charts and interaction animation which is easy for teaching and interactive training.

Key words leveling； teaching reform； practical teaching； station pictorial method

1 引言

三、四等水準测量直接提供地形测图和各种工程建设所需的高程控制点[1]，是测量学实验教学的主要内容之一。但是观测量多、操作烦琐、计算量大、精度要求高，如野外观测时有8个观测值、10个现场计算值，其中有7个值需要进行限差检核，以至于学生难以理解和记忆。而且水准测量一般是第一次测量实训课，对于没有测量仪器操作和平差计算经验的学生而言，其内容非常抽象。经过理论讲解和实验演示后，学生在动手初次操作仪器时，往往理不清头绪，不明白当前的操作步骤，导致出现“测量员边观测边问记录员，记录员边记录边翻书”的情况，影响了教学效果和测量效率。一些非测绘专业的学生，如农业资源、草业等专业，即使有一次水准测量实验，但经过若干年后，基本难以记清水准测量的操作步骤。

采取相关技术，如利用智能移动设备辅助数据记录和限差检核[2-3]，开发内外业一体化系统[4]，可以提高测量效率，是实际工程实践的重要技术手段。但如何提高学生对水准测量的直观认识，深化对水准测量基本原理的理解，增强教学效果，是水准测量实验教学需要思考的问题[5]。本文提出利用测站图示模型用以辅助三、四等水准测量教学。本图示模型利用直观的线型（原文为“图示颜色”）和符号表示观测量的意义和顺序以及数据间的关系，可以形象表示水准测量的观测、计算和校核顺序、过程和结果，形象地演示实际的测量工作，提高对水准测量本质的理解，从而加深记忆。

2 传统三、四等水准测量教学

传统测量学实习教程[6]和教材[7]对三、四等水准测量都采用文字描述：一般采取双面尺法进行观测。在前视点和后视点上的水准尺分别用黑面和红面各进行一次读数，测得两次高差，相互进行检核。根据《国家三、四等水准测量规范》[1]，三等水准测量一个测站照准标尺分划顺序为后前前后（或者黑黑红红）；四等水准测量一个测站照准标尺分划顺序为后后前前（或者黑红黑红）。

三等水准测量具体观测步骤：1）后视标尺黑面（基本分划）；2）前视标尺黑面（基本分划）；3）前视标尺红面（辅助分划）；4）后视标尺红面（辅助分划）。

四等水准测量具体观测步骤：1）后视标尺黑面（基本分划）；2）后视标尺红面（辅助分划）；3）前视标尺黑面（基本分划）；4）前视标尺红面（辅助分划）。

可以看出，三、四等水准测量步骤非常严格，其记录表格也非常复杂，难以让初次接触测量学的学生产生深刻印象，容易导致学生死记硬背的情况！如何用模型或图示，形象具体再现水准测量的操作过程，使学生产生一种动画感和全局观？

3 三、四等水准测量图示教学

测站图示模型 三、四等水准测量每测站有8个原始观测数据，10个现场计算数据，代表了一个测站的计算与检核。在某些印刷出品中，不方便使用彩色插图。本文用简单的模型形象地表示水准仪、后视尺和前视尺。用三脚架表示水准仪；用不同线型的竖直线段表示水准尺，、

区分水准尺的黑面和红面（原文为“用带颜色的竖直线段表示水准尺，黑红颜色区分水准尺的黑面和红面”）；用数字所在位置表示观测数据的意义，数字大小表示观测顺序。以三等水准测量观测方法为例，一个测站的观测可用图1.a来表示。

图中数字的序号表示野外测量中观测/计算的序号，在水准测量时应依照所标序号进行观测、记录和计算。线型（原文为“颜色”）表示数据间的关系，（原文为“黑色”）数据表示为原始数据，（原文为“红色”）数据表示当前数据是经过相关数据“相减”而得到，（原文为“绿色”）数据表示当前数据是经过相关数据“相加”而得到，（原文为“黄色”）数据表示当前数据是经过相关数据“平均”而得到。

还可以使用另外一种符号来表示数据间的算术关系。在这里，对于数字i，如果是由相关数据相减得到，则用表示；如果是由相关数据相加得到，则用表示；如果是由相关数据取平均得到，则用表示。综合使用线型（原文为“颜色”）和上标，设计出图1.b的测站图示法。当只用黑白色打印时，依然可以表示相关测量数据之间的关系。

在安置仪器和水准尺，粗平、瞄准、精平后，依照图1的顺序进行观测即可。得到1～8共8个原始观测数据后，接着按照图示符号，计算9～18，进行测站计算和检核。

记录表格 传统的水准测量记录表格用数字表示观测顺序，对指导测量过程有较大的帮助，适合于专业测量人员。但对于初次接触水准测量人呀和非专业人员而言，数据间的关系依然不够直观。用线型（原文为“颜色”）或上标表示数据间的关系，设计表1.a和表1.b，可以清晰地完成数据记录、计算，有效减少记录员对数据意义的思考时间。

4 结论与讨论

針对三、四等水准测量理论严密、操作严格、难学难记的问题，本文提出利用测站图示模型来表示三、四等水准测量实验教学的新方法。通过使用简单模型、数字、线型（原文为“颜色”）和上标等常用符号表示水准测量中的各要素，形象直观，易懂易记，使学生更加容易掌握观测量和计算量之间的内在联系，非常适合学校教学和社会培训。经过5年的测量教学实践表明，此模型图示可以显著加深学生的记忆，也便于教师对内容进行讲解。

目前，普通测量学的教科书中有不少仪器的黑白照片，但基本没有操作过程的示意图和模型。对于水准测量的具体实施过程，主要依靠文字描述，不便于学生理解、记忆，更不利于社会培训和自学。本文建议在教科书中增加测量过程的彩色模型图示，用来表示每一个原始观测数据、计算检核数据的意义和处理顺序，改变过去测量学教科书生硬单调的状况。测量教学一般分为理论讲授、实验操作2个环节：理论讲授一般在多媒体教室采用幻灯片进行，可以把本文提出的模型做成动画，直观演示测量过程；而在实验教学时，可以把该模型做成大幅彩色挂图进行讲解，然后辅以实际演示。

参考文献

[1]国家测绘局测绘标准化研究所.GB/T12898-2009，国家三、四等水准测量规范[S].北京：中国标准出版社，2009.

[2]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（6）：187-188.

[3]张广兴.智能手机在三四等水准测量观测记录中的应用[J].山西建筑，2010（10）：359-361.

[4]袁国根，周航宇.三四等水准测量内外业一体化系统的开发[J].江西水利科技，2012（3）：208-210.

[5]杨国华.提高水准测量教学效果的探讨[J].吉林省教育学院学报，2010（4）：145-146.

[6]黄朝禧.测量学实验指导[M].2版.北京：中国农业出版社，2013.

[7]吴建新，樊志军，孙江.测量学[M].武汉：华中科技大学出版社.2013.