测量实验室创新管理模式的改革与实践

周波阳，崔家武，张兴福，张永毅

目前广东工业大学已入选 “广东省高水平大学重点建设高校”,这对学校的人才培养、学科建设、科学研究3个方面提出了严格要求。高校实验室不仅是对学生进行综合素质教育的重要阵地和培养新世纪创新人才的摇篮,同时也是学科建设、科学研究的重要基地[1-3]。因此,加强高校实验室管理与建设,是将学校建设成高水平教学研究型大学的必然要求[4]。

学校于2003年设立了测绘工程专业,是广东省最早开设该专业的本科高校,并于2015年增设“测绘科学与技术”一级硕士点,目前也是广东省唯一的。学校的测量实验室包含工程测量、控制测量和3S技术3个部分,其中工程测量实验室主要承担土木工程、道路桥梁与渡河工程、地下城市空间工程、工程管理、交通运输、给水排水科学与工程、土地资源管理、环境工程8个专业的 “工程测量”的实验教学和课程实习,而控制测量实验室和3S技术实验室承担测绘工程本专业的实验教学和课程实习,测量实验室每年约承担25个班级的实验教学和课程实习,年均实验总时长为362小时,实习总时长为42周,任务较为繁重。本文结合实验室的现状和测绘行业的发展趋势,提出几点建议,以期提升工作效率,助力高水平大学建设。

1 实验室管理现状分析

随着学校的高速发展,特别是进入 “广东省高水平大学重点建设高校”以来,学校对各实验室的资金投入逐渐加大,测量实验室的仪器设备的种类和数量也越来越多,但测量实验室也存在一些问题和不足,本文将结合实验室的现状进行具体阐述。

1.1 器材质量低，精密仪器台套数不足

实验室的设备采购需上报学校的实验室与设备管理处,由学校进行统一招标。目前,仪器采购仍存在着 “只追求量不重视质”的观念,比如针对教学设备,按照学校规定只能采购国产仪器。每年测量实验室累计要承担42周的实习和大量的实验教学任务,普通测量仪器,如水准仪和全站仪的使用率较高,这些设备几乎全是国产的。国产仪器普遍价格低廉,存在精度低、稳定性低的问题,在实验教学与课程实习过程中使用此类仪器往往不能取得理想的结果,而且在使用过程中小毛病不断,频繁地送检和维修不仅需要大量经费,而且实验室管理人员的大量时间也消耗在仪器报修与经费报销上；相反,在生产实践中,一般采用进口仪器。这一现象容易造成教学与社会实践脱节。

高精度高稳定性的进口仪器较少,这一情况在高校实验室普遍存在。测量实验室目前有徕卡TC1610、徕卡 TCA1800、 拓普康 IS201、Trimble 5700共4台精密仪器,台套数较少,同时也存在使用率过低的问题。由于财力限制,精密仪器设备的购置经费得不到保障,导致购买的仪器设备的台套数不足或精度达不到要求。一方面,仪器的台套数不足,导致与之相关的实验课程只能是演示实验；另一方面,台套数不足或仪器的精度不够,与之相关的科研项目无法展开,没有与此相关的科研任务做保证,精密仪器的使用率很难提高,容易形成恶性循环。同时,由于精密仪器设备的专业性特强,往往需要比普通仪器更多的维护费用,在没有专项拨款时,精密仪器无法多开机,从而影响利用率。

1.2 仪器检定和维修严重依赖仪器厂商

测量实验和实习最常用的仪器是水准仪和全站仪,目前用于常规实验和实习的水准仪有60台,全站仪有40台。水准仪最常见的问题是十字丝倾斜、i角超标；全站仪最常见的问题是管水准气泡偏心、对中器偏心、制动螺旋失灵、微动螺旋失灵、竖盘指标差超标及2C超标。其中,水准仪的十字丝倾斜、全站仪的管水准气泡偏心和对中器偏心的校正较为简单,可以由实验室管理人员完成；其他问题则需要专业维修人员利用专业维修设备进行校正,即将仪器返厂维护。理论上,每一次实习之前都需对仪器进行检验和校正；实际操作过程中,因实习时间十分紧凑、仪器台套数不足,实验室管理人员只会对存在明显问题的仪器返厂维护,其他仪器则在学期末的空档时间和寒暑假进行集中维护。

1.3 仪器管理依赖纸质文档

测量实验室依托于土木与交通工程学院和实验室与设备管理处。实验室与设备管理处统筹管理学校所有的仪器设备,并建立了数字化数据库,包含项目与采购信息管理信息系统、仪器管理系统、大型仪器管理系统、维修管理系统。然而实验室的管理与建设是一项庞大的系统工程,而且每个专业实验室都有各自的特色,学校的管理系统并不能面面俱到,如目前测量实验室的仪器借还就不能体现在学校的管理系统中。

测量实验室仪器的借出和归还、问题仪器的送修和返还、大型仪器使用记录都采用纸质登记,这种仪器设备管理模式较为落后,不仅不环保,而且在查询相关的使用记录时较为繁琐,效率低下。

2 创新管理模式

实验室建设和管理水平的高低,会直接影响到实验教学的质量和办学效益。为了更好地服务于教学与科研,应该对现有的实验室管理模式进行改革,建立一个行之有效的管理模式和管理体系,使实验室的仪器设备最大限度地发挥作用,实现实验室的管理现代化,设备运转高效化。

2.1 合理配置进口仪器与国产仪器的比例

测绘科学与技术的发展日新月异,李德仁院士指出,测绘学科已经从 “大测绘”迈向 “新地理信息”时代[5-7]。为培养学生的研发创新意识和实践能力,除了要不断保持教学内容的科学性、前沿性和先进性外,也必须加大创新性实验和新技术新设备实验的比例[8-9]。因此,测绘实验设备和实验技术也要结合学科发展,与国际前沿紧密结合。合理增加徕卡、天宝、拓普康等国外品牌仪器的配置比例,一方面可以丰富实验室的仪器种类,扩展学生的国际视野,有利于培养创新性人才；另一方面,也有利于相关科研活动和科学研究的开展。

因进口仪器较为昂贵,不可能大批量采购,可采用如下方法缓解这一问题,如在测绘工程本专业的数字测图、二等水准测量等实习过程中,学生50人,分为10个小组,可将实习基地分成2个部分,5个小组采用国产仪器进行测量,另5个小组采用进口仪器测量,然后再互换测区和仪器。采用这一方法,可使得采购进口仪器的台套数减半。目前测量实验室配置有2台高精度进口电子水准仪、3台徕卡TC402型全站仪,台套数不满足2个实习的要求,另需采购3台以上进口电子水准仪、2台以上进口全站仪。此外,Trimble Net R9型GPS接收机、进口三维激光扫描仪、进口无人机等已列入学校高水平建设实验室仪器采购计划。

2.2 检验校正场的建设

做好仪器设备的维修和保养工作,定期对仪器设备进行检验和校正,可使仪器设备长期处于完好可用状态,不仅可以保障实验教学和实习工作的顺利实施,而且可以延长仪器的使用寿命,以达到挖掘潜力、节约经费、提高使用效益的目的[10]。

加快测量仪器检验校正场的建设,并在实验教学和课程实习中增加仪器检验校正的内容,不仅在一定程度上避免仪器设备的损坏,而且可以增强学生的动手能力和综合素质,为培养高层次的本科生奠定了坚实的基础。测量实验室配置了成功牌大地测量仪器检验校正台如图1所示,可以完成水准仪i角的检校和全站仪竖盘指标差及2C的检校；在实验室中架设了强制对中墩如图2所示,可以进行全站仪乘常数、加常数的检校；在实验室楼顶布设了GPS接收机检校场,可以进行GPS接收机相位中心的检定。目前,仪器检校场的建设已初有成效,文献 [11]与文献 [12]为取得的部分成果,图3和图4为相关的检校现场。

图1 平行光管检验台

图2 强制对中墩

图3 水准仪和全站仪检校现场

图4 GPS接收机相位中心检定现场

2.3 自主开发数字化实验室管理系统，实行基于校园网的实验室信息管理运行模式

实验室已采购一台服务器DELL PowerEdge R730,以此为载体,自主研发了实验室电子管理系统,其主体结构如图5所示。系统预留外部借口,实行基于校园网的实验室信息管理运行模式,对实验室进行半智能化管理,具备以下3个方面的功能。

1)仪器管理子系统：建立仪器设备的电子档案,包含仪器名称、仪器编号、出厂号、设备原值、出厂地、维修记录、使用记录、规定使用年限等,系统能够新建、编辑、删除、查找相关的档案记录。对于超出规定使用年限的仪器,系统发送该仪器的信息到管理人员的邮箱,提醒管理人员实施报废手续。

2)仪器借还子系统：学生必须刷校园卡才能实现仪器的借出,同时系统也会依据学生领取的仪器型号向学生的邮箱发送该仪器的电子版说明书；学生必须刷校园卡才能实现仪器的归还,同时实验室管理人员要对仪器设备进行检查,如有不正常现象,要进行相关的责任认定和追究,并在系统中对该台仪器进行标识,以便及时维护。

3)仪器调校和维修子系统：对状态标识为“需检校”的仪器,建立检校记录,内容包括检校项目、检校日期、检校人；对状态标识为 “损坏”的仪器,建立维修记录,内容包括维修项目、维修单位、价格、发票号码、送修日期、返回日期等。

图5 实验室信息管理系统的主体结构

3 结束语

测绘学科是一门实践性较强的学科,测量实验室是测绘实验教学和科学研究的基地。为了打造创新性实验平台,学校的测量实验室不仅要在仪器配置、检校场建设、信息管理平台的设计等方面做出努力,还需要进一步完善实验室的规章制度,加强仪器设备管理,同时也要提升管理人员的科研和管理素质,这样才能更好地为实验教学和科研工作服务。

[1]宫亮,冯杰.高校实验室管理与建设在科研中的地位和作用[J].长春师范学院学报(自然科学版),2013,31(12)：112-114.

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[3]张秀平.浅谈高职院校实验室建设和管理的目标追求[J].宿州教育学院学报,2011,14(6)：55-57.

[4]阎秋生,熊薇,刘怡军,等.地方工科教学研究型大学研究生培养的探索与实践——以广东工业大学为例[J].南方论刊,2014(1)：101-103.

[5]李德仁,邵振峰.论新地理信息时代[J].中国科学(F辑：信息科学),2009,39(6)：579-587.

[6]李德仁,王艳军,邵振峰.新地理信息时代的信息化测绘[J].武汉大学学报 (信息科学版),2012,37(1)：1-7.

[7]李德仁,姚远,邵振峰.智慧地球时代测绘地理信息学的新使命[J].测绘科学,2012,37(6)：5-8.

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[11]周波阳,李锦城,黎家州,等.采用平行光管检验校正台校正光学水准仪的i角[J].广东工业大学学报,2016,33(2)：15-18.

[12]张永毅,张兴福.一种简易的GNSS接收机自检方法[J].测绘科学,2016(6)：162-167.