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《工程测量》课程是我院开设的一门专业基础课,主要面向土木工程、建筑学、工程管理、工程造价等专业,本课程培养学生系统地掌握工程测量学的基本理论和基本技能,学会常规测量仪器的操作,了解测绘新仪器、新技术的原理及其应用,同时熟悉地形图的应用,能够从事相关专业中的测量工作,具有使用各种测量仪器的的能力,更好地从事测量方面的工作,以便更加适应社会需求[1]。
1工程测量课程基本信息
1.1主要内容
《工程测量》课程主要内容:水准测量、角度测量、距离测量与直线定向、测量误差、小地区控制测量、地形图的基本知识、大比例尺地形图测绘及应用、建筑工程施工测量、道路工程测量、房屋建筑建筑物变形观测等[2]。该课程教学主体上分为两大模块:理论教学和实践教学,理论教学主要教授学生测量基本理论与方法,实践教学主要是使学生正确熟练操作仪器并掌握相关的测量技能,具备解决工程施工能力。
1.2学时安排
我院的《工程测量》课程共48-64学时,3-4个学分,每学年有9个~11个班级授课,年修读学生300人以上。
1.3与其他课程的关系
《工程测量》以建筑材料、建筑制图等课程为基础,同时又为建筑施工、砌体结构、地基与基础等后继专业课程提供必要的基础知识。既是前面所学课程的延续,又是学习后续课程的基础,只有掌握了本课程的主要内容并运用其它的专业和基础知识,才能熟练完成项目施工过程的技术指导和管理。
1.4教学中出现的一些问题
随着教学深入,也暴露出一些问题。主要有:(1)学生没有吃透测量原理、不能很好的理论联系实际[3];(2)在实践操作中有诸多不合规范的操作习惯;(3)部分学生心态浮躁不得更适当的学习方法、不能潜心研究学术问题。例如:不注重知识的连贯性学习;(4)面对棘手问题不能够发散思维立足于新的视角合作的解决;(5)课程考核不能全面客观的反应学生对该课程的学习掌握程度[4]。2工程测量课程教学改革设计思路课程体系与内容的改革围绕相关专业培养目标,以人才培养质量及人才全面发展、社会需求为导向,根据工程测量课程的教学特点和行业发展的新要求,不断探索和深化教学改革,做到课程体系改革与教学内容改革有计划、有措施、有特色的落实到教学中的每一个环节。(1)在理论教学上,教学内容吸取国内其他更高水平院校同行的先进经验;深入到社会项目上,与一线的技术员和专家共同探讨;优化和完善工程测量教学大纲,适当删减过时保守内容或者仅作简单讲述;(2)在实践教学上,积极加强校内实验室和校外实训基地建设[5];通过测量技能大赛、产学研结合等多种方法,促进学生动手能力、创新能力;积极增加投入购置新型教学仪器设备,努力改善教学条件以满足教学要求;加强与生产单位以及测绘仪器销售商的交流;(3)在教学方法和教学手段上,形成了以授课课件、实践操作录像等方法相结合的立体感官教学方法[6][7];严格要求学生遵守测量规范和操作程序、培养良好的专业工作习惯,提高学生们的专业素质;通过参加专业比赛,锻炼并检测学生的测量技能,进一步提高学生们的测量专业知识;(4)另外,关注提高学生的“测、绘、算”技术能力,使学生熟练掌握全站仪,了解GPS测量技术[8],学习CASS成图技术,让学生尝试结合EXCEL编写简单的计算软件;(5)在考试改革上,采用综合性笔试和平时性考核项目的多维度考核办法,不断探索优化更加客观的考核方式,以全面的反映出学生参与该课程学习的程度以及获得该课程总体知识、能力、素质综合成果的体现程度。
3工程测量课程目标
(1)掌握各类普通测量包括水准测量、角度测量、距离测量和小区域控制测量的基本原理和测量方法;并会正确规范熟练的使用各种常规测量仪器包括水准仪、经纬仪和全站仪;(2)会结合现行规程规范和选取合适的仪器,设计一般性的测量方案,并进行有效率的测量和内业处理包括建筑工程施工测量项目、建筑物变形监测项目。
4工程测量课程活动设计
4.1各类普通测量以分组比赛类型教学
下面以四等水准测量为例作介绍。(1)目的:使学生正确熟练的操作水准仪;使学生深入的掌握水准测量原理、四等水准测量的规范操作工序和规范的水准内业处理,培养学生扎实的专业基础和提高实操水平;(2)活动安排:水准测量原理、四等水准观测方法、内业处理流程、学生练习水准仪、普通水准测量实验,计划4课时;分组完成四等水准外业、内业,提交成果资料,计划2课时;成绩和总结,评定成绩并总结问题、分析原因,计划2课时;(3)评价方案:仪器操作与观测方法占30%,观测记录和内业处理占30%,观测记录和内业处理,占30%;小组总结报告占30%;出勤占10%。
4.2建筑工程施测量以案例分析来完成教学
下面以民用建筑施工测量为例做介绍。(1)目的:了解施工测量任务、特点及测设的基本工作;掌握测设点的平面位置的方法和施工控制测量的方法;掌握民用建筑施工放样流程;(2)活动安排:课堂讲解施工测量任务、特点及测设的基本工作,计划2课时;课堂讲解测设点的平面位置的方法和施工控制测量的方法,计划2课时;观看民用建筑施工放样现场教学视频,课堂提问学生,总结分析施工放样流程,学生完成案例分析学结,计划4学时;(3)评价方案:课堂提问占40%;民用建筑施工测量案例分析学结占50%;出勤占10%。
4.3建筑物变形测量以完成项目类型教学
(1)项目目的:使学生了解建筑变形测量的意义与重要性;理解建筑物变形测量的施测内容与测量方法;熟悉建筑物变形测量项目的整个流程;(2)活动安排:收集该项目相关的资料,了解此建筑物的变形情况,配置测量仪器,制定观测计划,计划2课时;布设水准点、观测点,做垂直位移测量,计划2课时;布设控制点和工作基点,做水平位移测量,计划2课时;处理数据,整理项目成果,并给出项目结论及建议,计划2课时;(3)评价方案:外业测量占30%;观测记录和内业处理占30%;项目总结报告占30%;出勤占10%。
5工程测量课程学习评价方案
理论考试内容围绕教学大纲进行,在学期末组织学生考试。其他考核项目在授课期间进行。制定如下考核方案:(1)综合性笔试,占总评成绩比重50%,评分标准依据参考答案评分;(2)小组数据和总结报告,占总评成绩比重10%,评分标准是水准测量占25%、角度测量占25%、距离测量占25%及小区域控制测量占25%;(3)建筑工程施测测量案例分析总结,占总评成绩比重10%,评分标准是民用建筑施工测量案例分析总结占50%,工业建筑的施工测量案例分析总结占50%;(4)建筑物变形测量项目成果书面材料,占总评成绩比重10%,评分标准是成果精度统计及质量检验结果占30%,变形测量过程中出现的变形异常和作业中发生的特殊情况汇总占20%,变形分析的基本结论与建议占30%,附图附表占20%;(5)课程论文,占总评成绩比重5%,评分标准是把握测绘科学前沿动态占40%,内容充实可靠占50%,论文形式要素正确占10%;(6)出勤,占总评成绩比重10%,评分标准是旷课、迟到、早退酌情扣分。
6总结
结合工程测量课程特色和学习目标,在非测绘专业的工程测量教学实施中体现“以学生为中心”,分别从不同知识板块设计教学活动,并在课程考核上注重“多维度”评价学生的学习成效,才能更加客观全面的反映出学生参与学习的程度以及获得知识、能力、素质等综合成果的量度,这样才能更好的达到工程测量课程的教学质量与效果,为社会培养出适应企业需求的技术型人才。
作者:许善文 唐小方 单位:广东白云学院
参考文献
[1]岑敏仪.土木工程测量[M].高等教育出版社,2015.
[2]颜为莉.探究工程测量课程实践教学改革措施[J].湖北函授大学学报,2016(16):136-137.
[3]许善文.浅谈关于土木工程专业的水准测量实践教学方法[J].科技资讯,2016(3):118-121.
[4]陈晓刚,赵海云,林辉.MOOC背景下建筑类专业工程测量课程教学改革策略[J].测绘通报,2016(4):128-132.
[5]田桂娥,吴长悦.测绘实习基地的建立与完善[J].山西建筑,2016(10):246-248.
2、GPS定位技术在工程测量中发挥的作用
GPS技术的出现和广泛应用,是测量技术的重大变革,它改变了许多工程测量的方法和手段,大大减轻了工程测量的难度、工作量和工作强度。GPS技术具有全天候、海陆空均可进行三维定位的能力,利用GPS定位技术,在工程测量时可以方便快捷地测定高精度的三维坐标,具有高速度、高精度、操作简单、方便灵活的特点。当前,GPS定位技术已经应用到各行各业,在工程测量中,无论是各等级控制网的建立与改造,还是在单点定位、地形图测绘、线路施工、变形监测、地球板块监测、海岛海礁测量等,都具有得天独厚的优势和便利性。随着我国各地大范围、高密度CORS基准网的全面建设完成,利用GPS差分定位技术和RTK实时差分定位,单点定位技术和精度不断提高,GPS技术在工程测量中控制网布设、碎部点测绘、施工放样、变形监测、高程测定等方面已经全面应用于实际工作中。同时,利用GPS定位技术连续、实时、自动测量的特点,加上自动化处理技术,工程测量中自动测量、实时处理、连续监测的应用将有很大的发展空间。
3、RS技术已是地形图测绘的重要手段之一
RS(遥感)技术在测量中的应用有着悠久的历史,并发挥着巨大的作用。RS技术的特点是不需要接触观测目标、直接通过遥感信息对其各项特征信息进行解译处理,提取有用信息。利用RS技术获取的信息(如遥感影像等),通过纠正定位,可以获取准确的地理空间信息,因此广泛应用到工程测量中。当前,随着高质量、高精度、高效率、低成本的遥感测量仪器的不断推出,结合计算机技术中的应用,RS技术已经能够提供完全、实时、大范围的三维空间地理信息,特别是广泛应用于地形图测绘中。RS技术的广泛应用,降低了测量成本,减少了外业工作量,缩短了测量周期,具有测量高效、高精度,成果品种多、直观性强等特点。在地形测绘、线路勘选、变形监测、文物保护等工作中起到了巨大的作用。如今,全数字摄影测量系统、集群式数字摄影工作站等新技术已经全面应用,为RS技术应用提供了更为高效的技术手段和方法,也使得RS技术在工程测量中发挥了极其重要的作用。
4、数字化技术成为工程测量中的主流
大比例尺地形图测绘是工程测量的重要内容,以往常规的模拟成图方法靠模拟采集、现场手工绘制、事后整理整饰,是一项脑力劳动和体力劳动结合的艰苦的野外工作,而且手工描绘成图周期长,产品形式单一,专题成果制作困难,成果应用不能实现多样化,难以适应现代化工程建设对地形图多样化的需要。随着全站仪、RTK等数字化测量仪器的广泛应用和数字化专业成图系统的出现,工程测量从模拟时代进入到数字化时代,它把野外数据采集、计算机数据处理、数字制图、成果分类分层存放等优势有机结合起来,形成了内外业一体化的数字化成图系统。况且数字化测绘技术产品成果多样,能够轻松制作不同用途的专题产品,能够轻松应对各类工程测量中的多样化需求,同时还能有效提高工作效率,成果存储、管理应用、转移等方便易行。如今,数字化测绘技术在工程测量领域已是广泛应用,大比例尺测图技术及其产品已经实现了数字化、信息化、多样化。随着专业数字化成图系统的不断发展,一些工程图纸(如纵横断面图、宗地图等)实现了自动绘制,有效提高了工程测量的工作效率。数字化的专业成图系统不仅可直接提供纸图,还可以建立专业数据库,为基础地理信息的多样化应用和服务自动化、网络化、社会化打下良好的基础。
5、GIS技术在工程测量成果应用服务中渐成主流
随着数字化技术在工程测量中全面普及,测量数据采集与处理已实现数字化,工程测量进入了全数字化时代。然而,大量测量成果如何更好地服务于社会发展和工程建设,是必须解决的问题。面对海量的地理信息成果数据,怎样管理和应用工程测量成果,目前最好、最有效的方法就是利用数据库技术和GIS技术。具体地说,就是将测量成果进行标准化、规范化的处理,通过建立地理信息数据库及其应用管理的信息系统,有效管理、存储和处理测量成果;利用GIS的统计和分析更能,提供针对性强、满足专题应用的图件和统计结果,更好的应用测量成果;同时利用网络技术,实现测量成果服务应用和定向分发的网络化和自动化,更好地应用到科学管理和科学决策中。GIS管理应用系统建设是一项复杂、庞大的系统工程,不仅需要较大的资金投入,也需要网络等基础设施的支撑,更需要技术人才的培养,才能发挥其巨大的作用。如今,GIS技术已经得到政府部门的高度重视,在专业部门得到推广应用,并已成为信息产业的重要组成部分,地理信息产业的发展,也迎来了良好的发展局面。
6、InSar技术逐渐被重视
合成孔径雷达干涉测量(InSAR)是近期才发展起来的一项新的对地测量技术,它是以合成孔径雷达复影像数据中提取的相位信息作为数据源,通过整合处理和运算,获取地表三维信息和及其变化信息,精度高、范围广,且InSAR技术具有全天候、全天时和一定的透视性的优势和特点,这种技术已经引起了世界各国的广泛关注和深入研究。目前,这种技术的应用已经十分的广泛,比如:在监测地震变形中的有着重要的应用,在大范围检测监测厘米级或更微小量级的地球表面形变中也起着越来越重要的作用,在形变灾害监测领域和滑坡形变监测中也有着不可替代的优势和作用,等。正因如此,InSar技术在工程测量中也逐渐得到重视,应用前景和发展前景十分广泛。
目前,中国矿业大学采矿工程专业教材采用高井祥老师编写的《测量学》,课程主要分为理论课和实验课两大部分,其中课堂授课为24课时,实验课8课时,内容设置如表1所示。实验课程主要开设水准测量、角度测量及全站仪认识与使用及地形图认读等内容。
1.2课程存在的问题
分析课程现状,目前中国矿业大学采矿工程专业测量学课程的设置存在如下几个问题:
(1)课程内容较多,而学时较少
从测量基础理论知识到矿山测量的应用,课程几乎涵盖了大部分测量学科的相关知识,但只有24课时的课堂教学明显无法面面俱到,不得不对部分内容进行缩减,课程内容的连续性不易保证,影响了教学效果。
(2)基础理论多,而专业应用内容少
测量学的基础理论知识占到总课堂学时的91.7%,而与采矿工程专业相关的矿山测量知识较少,只讲解基本概念,无法让学生对井上下测量工作有深刻的认识。此外,还有矿图、开采沉陷变形及控制等内容没有包含在内。
(3)实践内容不足
实践是测量学这门课程的必备环节,能够加深同学对课程相关理论知识的认知,便于在生产中综合运用。为此,中国矿业大学专门建立了实验室开放系统,全校同学可以根据自己的情况进行预约实验。但是现有的8课时实验内容全部集中在测量基础知识的学习上,未涉及将来工作中可能用到的矿山测量知识,导致学生学习和生产应用的脱节。
(4)测绘新技术和理论讲述较少
近年来,测绘技术的变化日新月异,GPS、摄影测量、遥感等技术在各行业的应用越来越广。煤矿企业大多都配备有先进的测量仪器,如GPS、全站仪、自动安平水准仪、陀螺仪等。因此,在讲课过程中需要对测绘新技术、理论及仪器设备进行讲解,使学生能够把握测量知识的应用方向,而目前课程对此方面的讲述明显不足。
2理论教学内容的改革
2.1课程内容改革
(1)精简或删除部分基础测量理论及技术。
对于距离、高程和角度测量等内容,应精简钢尺量距、视距测量、经纬仪测角等占的比例;对小地区控制测量部分,应精简三角网和小三角测量及交会法定向的内容;对地形测图等内容,应删除平板仪测图、经纬仪联合小平板仪测图,精简经纬仪测图。
(2)增加测绘新技术、新理论的比例。
增加自动安平水准仪、数字水准仪、全站仪的相关内容和应用;在控制测量部分增加GPS、RTK的等原理的讲述;在地形图测图部分增加航空、低空摄影测量及遥感成图的相关内容。
(3)加强矿山测量部分的应用教学。
加强井下控制测量、巷道施工测量的内容;增加矿图的认识及开采沉陷变形监测;拓展新型沉陷变形监测技术,如合成孔径雷达干涉测量技术(InSAR)、激光三维扫描等新技术的介绍。
2.2教学方法、手段改革
多媒体是目前高校普遍采用的一种教学手段。与传统的黑板教学相比,多媒体教学图文并茂,便于演示,可以提高课堂教学效率和效果,但也存在内容多,信息量大的缺点,致使学生思路跟不上,容易走神。因此,有必要将多媒体和板书进行有机结合,以达到最佳的教学效果。例如在讲解经纬仪整平对中时,可以在多媒体中增加动画效果,模拟圆水准气泡、管水准气泡的移动同三脚架、脚螺旋移动的关系,使学生有直观的认识。在讲解方位角、导线坐标等公式的推算时,先采用板书推导,使学生的思路能够循序渐进,促进学生思考问题,推导完成之后,可以采用多媒体再播放一遍推导过程,巩固重点和难点内容。中国矿业大学在2012年新的教学大纲中要求课堂教学中应有一定的研讨学时,采矿专业测量学课程设置4课时。这把传统上以“教”为主的教学模式转变为以学生“学”为主的教学模式,在课堂上采用“启发式”、“问题式”、“讨论式”、“探究式”等互动教学方法,可以激发学生的学习兴趣和积极性,加深学生对知识的理解,培养学生学以致用的能力。实施过程中可以采用分组讨论、辩论及学生讲课等形式。案例教学是一种非常重要的教学手段。学生通过案例分析可以更加深入的同应用相结合,有助于巩固课堂理论知识,培养学生分析问题和解决问题的能力。例如:在讲述大比例尺地形图测绘时,将校园作为实例,对平面控制测量和高程控制测量,甚至是GPS控制测量进行讲述和分析,然后再以学院楼、道路、花池等为例介绍大比例尺成图的过程和方法。由于同学对校园环境非常熟悉,更容易掌握相关的知识点和工程应用。
2.3考试与考核改革
课程考核是对学生掌握知识、技能、理论应用的一次检测,也是评定学生能否获取课程学分的一个重要依据。多数高校都将期末考试的70%~80%作为最终的课程考试成绩。这种一次考试定成绩的考核方式容易使学生出现考前突击、死记硬背、一知半解等情况,难以达到课程教学目的。因此,课程考试考核应采用多元化的方式,在课程教学中可以增加小测验、研讨、期中考试、课程论文等过程考核,完善现有的考试考核方式。此外,计算机技术也可以作为考核的一项重要手段,例如在完成导线计算的讲述后,可以让同学采用程序开发的方式实现导线的内业计算。这既可以让学生深入掌握导线计算的方法和流程,也可以锻炼学生的程序开发和应用能力。
3实践内容的改革
实践是培养工科专业学生动手操作、理论应用、团队协作意识等综合能力的必备环节。随着测绘仪器、理论及计算机技术的飞速发展,原有的一些测绘实践内容已无法满足社会需求,因此需要在有限的课时内对相关知识进行取舍优化,以达到实践教学的目的。
3.1实验教学改革
目前,中国矿业大学采矿工程专业只有8课时实验课,主要开设水准测量、角度测量及全站仪认识与使用及地形图认读等内容。实验课中课时安排不够合理,也未涉及矿山测量知识。此外,水准测量和角度测量所采用的仪器仍然为DS3水准仪和DJ6经纬仪,仪器过于陈旧,因此有必要对实验内容进行改革。将原有的水准测量实验仍设置为2课时,但需讲述DS3水准仪和自动安平水准仪的使用;原有角度测量减少为2课时,仪器改为全站仪测角和使用;去除全站仪认识与使用及地形图认读的实验内容,改为数字化测图(2课时);增加矿山测量实验内容,如矿井联系测量,实验场地可以设置在地下车库,以便模拟井下环境。
3.2科研促进教学
矿山测量是中国矿业大学的特色课程,采矿工程专业必须能够认识矿图,了解井下测量工作和开采沉陷及变形控制。中国矿业大学教师与矿山企业联系紧密,各类与矿山相关的科研项目较多,内容涉及矿山测量、井下开采方案设计、充填开采、开采沉陷及变形控制、建筑物损害鉴定、土地复垦及生态规划及重建等方面。在课堂、实践等教学过程中,适当穿插与科研项目相关的内容,可以增强学生的思考、动手、理论联系实际等能力,并且对矿山相关新技术能有初步的认知。这丰富了教学内容和方法,能够让学生了解所学知识的应用之处,有助于提高学生的学习兴趣。
2.中职土木工程测量教学改进措施
对于教学中存在的问题,要及时的解决,使用先进的教材,引进先进的仪器设备,对老师进行在职培训,提高老师的实际操作能力,促进教学质量的提高。
2.1使用与教学目标相符的教材
根据学校学科自身的特点选择适合的教材,优化教材的内容,使教学内容更加具体,更加系统。采用偏向实践的教材,进行操作技术的讲解,体现学科的实用性。教材要采用先进的传媒形式,利用多媒体教学,使教学内容更加生动,提高课堂的效率。教学内容要及时进行更新,要跟得上社会体制与信息技术的发展,增强学生对先进技术的了解。
2.2加大设备投资,加强设备的管理
学校要及时购进最先进的测量仪器,让学生掌握先进仪器的使用。添置测量仪器,保证仪器可以供学生使用,让学生掌握仪器使用的技巧。对于测量仪器数量较少的学校,要进行合理地配置,让学生可以高效的使用,锻炼学生的动手能力。定期对设备仪器进行维修,保证仪器的正常使用,提高课堂效率。
2.3提升教师的专业素质
学校要加强对老师的培训,提高教师的专业素质,弥补教师实践能力较低的不足。吸收一些具有实际经验的教师,增强教师队伍的整体素质。可以利用假期的时间,将老师分配到实际工作单位,让老师掌握最先进的操作技术。加强对外交流,安排教师到相关的院校进行学习与培训,向学生传授最先进的理论技术。教师进行教学方法的改变与创新,激发学生的创新能力,进行仪器展示与使用讲解,提高课堂效率。
2.4提高学生的实践能力
中职是一种特殊的学校,接收的学生多是初中毕业,或是初中还未毕业,是为了学习一门技术。学生的基础较差,尤其是数学上的知识,对一些函数的了解较少,在土木工程测量应用讲授时有一定的困难,要结合学生的自身特点,进行知识的讲解。教师要发挥学生的主体地位,充分调动学生的积极性,激发学生对于土木工程学习的兴趣。教学时,要注意留给学生充分的时间,老师讲授完理论知识后,让学生及时地进行练习,趁热打铁,让学生把握操作技术。
二、施工前的对于数据测量而进行的测量准备工作
首先要熟悉建筑工程的图纸,在实际数据采集前应该对于图纸标明目标的明确性,从而设计空间网络来覆盖整个测量区域。其次是对施工现场的实地的考察和对周围环境的勘测以此来明确各个点对基础面的检测的覆盖范围的实际的影响能力确保真实准确数据的采集。然后是对于周边环境各个监控点对于监控点周围设施的整理制定最佳的测量监控方案,选择适合实际情况的工具进行测量,这些测量工具包括深层沉降仪和测斜仪的安装使用,可对地理位置的GPS的空间设定等。
三、与工程测量施工质量有影响的因素分析与研究
和其他工程相对比,工程建筑测量有着自己特点和规律。首先是测量的结果的好坏与测试人员的技术水平息息相关,精密测量仪器操作员的测试水平直接决定测量结果是否是精确的。其次对于工程施工前的测量之初的总体的测量方案的设定对于以后的测量定位系统精度和其可进行施工的时间也有着很大关系。施工网的局部微型可控制网的检测过程中对于观测测回和联测方向的数量的选取都是重要影响的相关因素。还有对于现场施工不可预测的环境恶化对于测量工作和正常施工带来的影响所发生的可能性的预防是否到位直接影响测量质量的好坏。仪器测量的误差和人为误差也会直接影响测量结果。
1.实训场地缺乏规范性布置
因为实训场地没有建立可以长期使用的标志点,导致学生选择测站点、目标点随意性太大,标志点不固定、不集中,不便老师对学生实训进行集中指导和管理。同时,因为不固定的测点缺乏标准数据,对学生实训数据的准确性无法做出科学客观的检查,部分学生甚至为了达到精度而对观测数据进行涂改、伪造,这使得建筑工程测量实训教学质量很难得到保证。
2.因为缺乏统一的、规范化的建筑工程测量实训场地
在学生人数较多,难以安排到校外实训基地的情况下,容易导致学生在校内安置仪器的随意性较大,如道路上、路边停车区、人流比较集中区等,这样因过往车辆和行人影响了测量实训教学的顺利进行,同时也给测量仪器工具的安全性带来了隐患。因此,为了提高建筑工程测量实践教学的质量,规范化校内建筑工程测量实训场地势在必行。
二、建筑工程测量
校内实训场地的建设以科学发展观为指导,统筹兼顾,合理配置,资源共享,全面分析社会对高职土建类专业人才测量技能的要求,构筑一个以能力培养为本位的建筑工程测量校内实训场地。首先,在校园内选择合适的实训场地是保证建筑工程测量实践教学能够顺利开展的关键因素之一。综合我院校园每天的人流量、人流集中时间点、人流和车辆主要行驶路线以及地物、地貌的特点等相关因素,选择了两个校内建筑工程测量实践教学的实训场地,第一块实训场地为图书馆与主教学楼之间的草坪地块,该片场地面积相对较大,在上课时间段受人流和车辆的影响较小,适合约10组的测量小组(5人/组)展开基本测量工作,如水准仪、经纬仪、全站仪的认识与基本操作;闭合路线水准测量;角度测量和距离测量等。同时,因为该片场地相对比较集中,便于指导老师对学生进行实训指导和监督管理。第二块实训场地为建筑工程学院办公楼前人工湖地带,因为该片场地地势落差较大,地貌特征比较明显,地形变化较大,同时地物也比较丰富,有主干道、弯曲的石子小路、小湖、凉亭、桥、办公楼、台阶、绿色植被等,与生产一线的具体情况较为接近,比较适合开展数字化测图、施工放样等测量项目,使学生毕业后能够更快地适应生产一线的测量任务;其次,点位的布设是进行具体测量实施的关键工作。布设点位主要有控制点和测站点,为了使布置的点位能够长期使用,我院选择了专门的不锈钢材质、大小适中的永久性测量标志点100个点左右,每个标志点上均有“建筑工程学院+点号”的字样,方便学生查找;采用钻头和混凝土将这些标志点布置到两个实训场地的相应位置,做到了间距整齐、分布合理、标志清晰、牢固稳定,并且数量充足,确保能满足测量实训教学的要求。通过这些标志点的布设,也纠正了学生以往对“点”标准的错误理解,再根据点位情况,分成若干测区,按小组分配到不同区域完成相应的测量任务。这样有助于多个教师同时对学生进行分组指导,更为及时掌握学生实训动态。再次,点位布设好后,接下来就要有这些点的平面坐标和高程的参考数据,我们以控制点坐标和高程为参考,利用全站仪和GPS测量技术对所布置的近100个标志点进行了全面的观测,获取了这些点的平面坐标值和高程值,并将这些点利用CASS软件绘制成测区地形图,这样就对学生的实训结果的正确性和精准性有了比较客观的评价,从而防止学生马虎敷衍、弄虚作假,保证了建筑工程测量实训教学质量。最后,为了满足一年一度的安徽省高职院校测绘类项目的技能大赛,我们还特意布置了一些专门为大赛项目准备的一些点位,以满足大赛项目的测量要求。
1前言
工程测量通常是指在工程建设的勘测设计、施工和管理阶段中运用的各种测量理论、方法和技术的总称。传统工程测量技术的服务领域包括建筑、水利、交通、矿山等部门,其基本内容有测图和放样两部分。现代工程测量己经远远突破了仅仅为工程建设服务的概念,它不仅涉及工程的静态、动态几何与物理量测定,而且包括对测量结果的分析,甚至对物体发展变化的趋势预报。苏黎世高等工业大学马西斯教授指出:“一切不属于地球测量,不属于国家地图集的陆地测量,和不属于法定测量的应用测量都属于工程测量”。随着传统测绘技术向数字化测绘技术转化,我国工程测量的发展可以概括为“四化”和“十六字”,所谓“四化”是:工程测量内外业作业的一体化,数据获取及其处理的自动化,测量过程控制和系统行为的智能化,测量成果和产品的数字化。“十六字”是:连续、动态、遥测、实时、精确、可靠、快速、简便。
2我国工程测量技术现状
2.1先进的地面测量仪器在工程测量中的应用。
20世纪80年代以来出现许多先进的地面测量仪器,为工程测量提供了先进的技术工具和手段,如:光电测距仪、精密测距仪、电子经纬仪、全站仪、电子水准仪、数字水准仪、激光准直仪、激光扫平仪等,为工程测量向现代化、自动化、数字化方向发展创造了有利的条件,改变了传统的工程控制网布网、地形测量、道路测量和施工测量等的作业方法。三角网已被三边网、边角网、测距导线网所替代;光电测距三角高程测量代替三、四等水准测量;具有自动跟踪和连续显示功能的测距仪用于施工放样测量;无需棱镜的测距仪解决了难以攀登和无法到达的测量点的测距工作;电子速测仪为细部测量提供了理想的仪器;精密测距仪的应用代替了传统的基线丈量。
2.2GPS定位技术在工程测量中的应用。
GPS是美国从20世纪70年代开始研制,历时20年,耗资200亿美元,于1994年全面建成,具有海、陆、空进行全方位实施三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。随着GPS定位技术的不断改进,软、硬件的不断完善,长期使用的测角、测距、测水准为主体的常规地面定位技术,正在逐步被以一次性确定三维坐标的高速度、高精度、费用省、操作简单的GPS技术代替。
在我国GPS定位技术的应用已深入各个领域,国家大地网、城市控制网、工程控制网的建立与改造已普遍地应用GPS技术,在石油勘探、高速公路、通信线路、地下铁路、隧道贯通、建筑变形、大坝监测、山体滑坡、地震的形变监测、海岛或海域测量等也已广泛的使用GPS技术。随着DGPS差分定位技术和RTK实时差分定位系统的发展和美国AS技术的解除,单点定位精度不断提高,GPS技术在导航、运载工具实时监控、石油物探点定位、地质勘查剖面测量、碎部点的测绘与放样等领域将有广泛的应用前景。
2.3数字化测绘技术在工程测量中的应用。
数字化测绘技术在测绘工程领域得以广泛应用,使大比例尺测图技术向数字化、信息化发展。大比例尺地形图和工程图的测绘,历来就是城市与工程测量的重要内容和任务。
常规的成图方法是一项脑力劳动和体力劳动结合的艰苦的野外工作,同时还有大量的室内数据处理和绘图工作,成图周期长,产品单一,难以适应飞速发展的城市建设和现代化工程建设的需要。随着电子经纬仪、全站仪的应用和GEOMAP系统的出现,把野外数据采集的先进设备与微机及数控绘图仪三者结合起来,形成一个从野外或室内数据采集、数据处理、图形编辑和绘图的自动测图系统。系统的开发研究主要是面向城市大比例尺基本图、工程地形图、带状地形图、纵横断面图、地籍图、地下管线图等各类图件的自动绘制。系统可直接提供纸图,也可提供软盘,为专业设计自动化,建立专业数据库和基础地理信息系统打下基础。
20世纪80年代以来,我国数字化测绘技术的开发研究和应用发展很快,成效显著。由于技术标准和规范不同,国外研究成功的数字化测绘系统不适合国情,难以推广应用,只有依靠自己研究开发。1987年北京市测绘设计研究院在国内首先完成了“大比例尺数字化测图系统”(即DGJ)的软件开发,并通过技术鉴定,1990年被建设部列为第一批技术推广应用项目之一,在80多个城市及工程测量单位推广应用,同时又有十几个大专院校、仪器公司和工程测量单位,先后开发和研制出多个类似的数字测图系统软件。
2.4摄影测量技术在工程测绘中的应用。
摄影测量技术已越来越广泛的在城市和工程测绘领域中得以应用,由于高质量、高精度的摄影测量仪器的研制生产,结合计算机技术中的应用,使得摄影测量能够提供完全的、实时的三维空间信息。不仅不需要接触物体,而且减少了外业工作量,具有测量高效、高精度,成果品种繁多等特点。在城市和工程大比例尺地形测绘、地籍测绘、公路、铁路以及长距离通讯和电力选线、描述被测物体状态、建筑物变形监测、文物保护和医学上异物定位中都起到了一般测量难以起到的作用,具有广泛的应用前景。由于全数字摄影测量工作站的出现,为摄影测量技术应用提供了新的技术手段和方法,该技术已在一些大中城市和大型工程勘察单位得以引进和应用。
航空摄影测量是进行城市大面积大比例尺地形图、地籍图测绘与更新以及大型工程勘测的重要手段与方法,它可以提供数字的、影像的、线划的等多种形式的地图成果。目前,我国有100多个城市或工测单位利用航测技术测制大比例尺地形图和地籍图,最大比例尺为1/500。采用的仪器除利用高精度的模拟测图仪和解析测图仪成图方法外,还用立体坐标测图仪与微机连接进行数据采集,经微机数据处理输入绘图机自动绘图。
3工程测量技术的发展展望
展望21世纪,工程测量将在以下方面将得到显著发展:
测量机器人将作为多传感器集成系统在人工智能方面得到进一步发展,其应用范围将进一步扩大,影像、图形和数据处理方面的能力进一步增强。
在变形观测数据处理和大型工程建设中,将发展基于知识的信息系统,并进一步与大地测量、地球物理、工程与水文地质以及土木建筑等学科相结合,解决工程建设中以及运行期间的安全监测、灾害防治和环境保护的各种问题。
大型复杂结构建筑、设备的三维测量,几何重构及质量控制,以及由于现代工业生产对自动化流程,生产过程控制,产品质量检验与监控的数据与定位要求越来越高,将促使三维业测量技术的进一步发展。工程测量将从土木工程测量、三维工业测量扩展到人体科学测量。
多传感器的混合测量系统将得到迅速发展和广泛应用,如GPS接收机与电子全站仪或测量机器人集成,可在大区域乃至国家范围内进行无控制网的各种测量工作。
GPS、GIS技术将紧密结合工程项目,在勘测、设计、施工管理一体化方面发挥重大作用。
在人类活动中,工程测量是无处不在、无时不用,只要有建设就必然存在工程测量,因而其发展和应用的前景是广阔的。
二、启发式教学模式
在工程测量的教学中采用启发式教学模式,例如,从为什么经纬仪需要对中、整平来引导学生了解经纬仪的轴线,进而掌握经纬仪的检验和校正方法;引导学生思考为什么水准测量和角度测量实验数据无法闭合,以此来进行误差的分析和判断等。从而使学生能够自觉地、独立地进行思考,融会贯通所掌握的知识和技能,提高思维能力和创新能力。
三、采取开放式实验项目
工程测量是一门实践性很强的学科,因此在课内实验环节将学生分为4人一组,教师给出实验目的,由学生根据所掌握的理论方法设计测量方案,每组上交各组根据实验目的设计的实验名称、所需仪器、实验内容和方法、可能出现的错误和注意事项,并同时提交根据上述内容所测实验数据。在测量实训环节则进一步加强学生的自主能力,仿照工程施工测量,给出施工图纸,由学生编制测设方案并进行实地模拟测设及定线放样。在考核方法上,采取单独考核的方式,每个学生水准测量的仪器操作成绩+角度测量的仪器操作成绩+理论考试成绩为工程测量的成绩。通过实验方法和考核方法的改革,学生的工程测量成绩和操作技能的熟练程度都得到了大幅度的提升。表1是3年来土木工程专业学生的工程测量考核成绩。
四、充分重视专业认识实习和专业实习
为了增强学生对工程测量的兴趣和重视程度,在专业认识实习的参观过程中有意识地引导,让学生了解到测量对于工程建设的重要性。在专业实习阶段,根据工地的不同进度让学生进行施工控制测量和施工放样,熟练掌握在各类土木工程建设中需要的测量基本理论、基本方法和基本技能。与此同时,为学生从事土木工程勘测、设计、施工、管理奠定基础。
2现代测量技术发展和应用
2.1摄影测量技术应用
摄影测量技术是把数字化摄影技术、数字化测量技术以及数字化信息处理技术等结合在一起的技术,其主要的作用是为工程施工前期的数据进行测量,主要提供三维、非接触性等高效测量方法。这种测量技术主要用在一些面积比较大的工程当中,其中包括大比例尺地形测量、地籍测量等方面。遥感技术以及卫星技术是摄影测量技术的主要技术核心,并且在此基础上融合了光谱航空摄影测量技术,能够进一步为人们对一个地区基础的地理信息的收集和使用提供非常大的帮助。一方面因为遥感技术有着其同步性、实效性、经济性等优势,能够在工程建设测量中得到非常大的应用;另一方面遥感技术在工程测量方面的使用,为工程测量技术在测量图和地籍图的绘制方面提供了非常高的准确度,对现代化工程测量技术的应用有着非常重大的意义[3]。
2.2数字化测量技术应用
对于大比例尺地形图以及工程图的绘制,是一直以来工程测量的主要任务。但是因为传统的测量技术不能够很好的满足现代化城市建设的需要,所以在传统测量技术的基础上加以改造,数字化信息处理技术以及数字化图形处理技术就在工程测量技术中得到了充分的使用,数字化信息处理技术和数字化图形处理技术在工程测量技术中使用之后,使得工程测绘的工作效率以及工程测绘的工作质量在很大程度上得到了提高。随着这两项技术的完美融合,逐渐的出现了电子经纬仪、全站仪等等,这些仪器能够很好的把野外的采集的数据进行合理充分的整合,从而自动的生成一个非常好的三维测量图。这样就在很大程度上减少了工程测量的时间,提高了工程测量的效率。
2.3卫星定位技术在工程测量中的应用
在工程测量的过程中,合理的使用卫星导航定位技术是非常必要的,其中表现在地形的测绘以及工程的测量等方面,把卫星定位技术融入到工程测量技术中,进一步使得我国工程测量技术走进一步走向科学化,在我国很多工程测量中,都使用到了这两个技术的结合。例如,长江三峡工程建设、南水北调工程建设、青藏铁路工程建设以及浙江省杭州湾大桥的建设等等,这些工程在建设的时候都充分使用了卫星定位技术,这一技术的使用,在很大程度上减少了建设好中工程事故的发生情况,极大的提高了我国工程技术的危险地区作业的效率。
二、市政道路改造工程的特殊测量
环境分析市政道路的改造工程是在道路建设已完成的基础上成立的,因此工程施工的场地已经明确。由于市区中的道路路段需要改造力度更大,加上政府出于对便利市民通行以及美化城市建设等方面的考虑,因此施工地点更加集中于市区之内。下面将具体对控制测量技术在市政道路改造工程中比较特殊的测量环境进行分析。(1)动迁工作特殊。市政道路改造的动迁问题非常突出。在实际的工程施工中,没有完全确定各个部分的动迁位置和时间,甚至在一些项目一经开始施工时也没有明显的进展。(2)施工工期特殊。市政道路的施工改造对市民出行和车辆通行有很大的影响,为了避免对市民带来巨大的不便,市政道路改造的工期要求就会很紧张,施工单位需要在保证工程质量的同时,在合理范围内缩短施工的工期。(3)测量标记的特殊。前文已经提过,市政道路改造的路段比较集中于繁华的市区之中,周边建筑物很多,所以在进行控制测量技术时,很难用常规的方式进行测量的标记处理工作。(4)交通与人员方面的特殊。由于市区人员较为密集,施工场地又必须禁止通行,这在交通能力产生了一定的影响,并且施工现场人员复杂,因此在施工时也应注意处理好人员与交通方面的关系。
三、对于控制测量技术工作中关键问题的处理
(1)处理动迁问题。一般情况下,市政道路改造的目的主要有提高路段性能和带动周边状况两种。市政道路改造工程中,做好控制测量技术工作需要相关人员对市政道路所在地的动迁状况有一个全面的了解,明确道路改造目的,结合道路的改造意图是推理动迁工作中可能出现的问题的重要基础。(2)处理建筑物问题。市政道路改造工程中,施工现场多呈条状分布,现场周边的建筑物较为密集地分布在道路两侧。在此基础上选取加密控制点时,可以于道路路口或者巷口等位置进行加密控制点的引出,以此保证加密控制点在施工现场的变动中始终能够得到及时的补设,从而保证工程施工进度不会因加密控制点的缺失而迟滞。(3)处理环境问题。市政道路改造工程的施工地点多位于市区中心较为繁华的地段。为了维护城市环境,以及保障施工地点周围环境的美观性,因而在设置与记录加密控制点时,尽量不在建筑上做出明显的记号或者标志,在最大限度内保证加密控制点的隐蔽性。除此之外,现场测量人员在以文字或者图像的形式进行对隐蔽性加密控制点的记录后,要做好与控制测量技术人员的交接工作,从而保证加密控制点在工程施工中的控制测量技术中能够得到稳定、可靠的使用。