數(shù)字測圖原理與方法實踐環(huán)節(jié)的組織與實施*

程效軍，劉 春，童小華，樓立志

(同濟大學(xué) 測繪與地理信息學(xué)院，上海 200092)

0 引言

根據(jù)《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要》，為落實同濟大學(xué)“十二五”卓越人才培養(yǎng)規(guī)劃，同濟大學(xué)組織實施本科卓越課程(專業(yè)核心課程改革)行動計劃，并計劃在“十二五”期間建設(shè)150 門卓越課程，以確保“知識、能力、人格”的卓越人才培養(yǎng)目標和專業(yè)標準落到實處。同濟大學(xué)測繪與地理信息學(xué)院開設(shè)的“數(shù)字測圖原理與方法”課程作為同濟大學(xué)首批卓越課程改革試點。

按照教學(xué)計劃，數(shù)字測圖原理與方法為測繪工程專業(yè)與地理信息系統(tǒng)專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程和核心課程，課堂教學(xué)分2 學(xué)期進行，總學(xué)時為90，其中包括26 學(xué)時的課堂實驗，在理論學(xué)習結(jié)束后，安排四周的集中實習。

數(shù)字測圖原理與方法是一門實踐性非常強的課程，實踐環(huán)節(jié)組織與實施的好壞將直接影響課程教學(xué)的總體效果，本文從課堂實驗、開放實驗室、實習基地建設(shè)、實驗與實習教材編寫等方面入手介紹同濟大學(xué)卓越課程數(shù)字測圖原理與方法實踐環(huán)節(jié)的組織與實施［1］。

1 課堂實驗

1．1 課堂實驗安排

在數(shù)字測圖原理與方法教學(xué)過程中，每兩周安排一次2 節(jié)課的課堂實驗，通過實驗使學(xué)生鞏固課堂內(nèi)學(xué)習的理論和方法，掌握各種儀器的實際操作和數(shù)字測圖的作業(yè)過程，具體安排，見表1。課堂實驗的目的:一方面是使學(xué)生充分接觸和熟悉基本的測量儀器，另一方面是使他們能有足夠的時間使用各種儀器，包括電子水準儀和電子全站儀等。

1．2 標準實驗場地的建設(shè)

標準的測量實驗場地是指在場地中布設(shè)永久性的測量標志，作為測量實驗時安置儀器的測站點和瞄準的目標點。按同時安排200 人實驗的要求，每4 人一組即50 組，因此測站點應(yīng)在60個左右，同時在測站點的前方開闊地帶均勻布設(shè)高低不同的目標點50 個，一部分目標點可布設(shè)在墻上。布設(shè)這110 多個控制點時，要保證控制點的牢固及穩(wěn)定，測站點和目標點的標志清晰。

表1 數(shù)字測圖原理與方法課堂實驗安排Tab．1 The experiment arrangement of Principles and Methods of Digital Mapping in the class

控制點布設(shè)好后，采用高精度的電子全站儀對控制點進行觀測，經(jīng)過嚴密平差計算出各點的平面位置坐標，平面坐標采用上海市城市坐標系統(tǒng);高程采用上海市通用的吳淞高程系統(tǒng)，高差采用精密電子水準儀按二等水準測量的要求進行測量，平差后計算各點的高程，這樣就可以得到標準測量實驗場地內(nèi)各控制點的三維坐標(平面直角坐標X，Y 及高程H)。

測量標準實驗場地，可滿足200 名學(xué)生同時在該場地內(nèi)進行從距離、高差、方向測量到施工放樣等多項實驗。在任何一點進行觀測時，該點與其它各點的距離、高差、方向以及空間三維位置都是已知的。有了這樣的實驗場地，學(xué)生在該場地測量的數(shù)據(jù)都可以與標準的數(shù)據(jù)進行比較，從而可以非常準確地判斷其成果正確與否以及精度高低［2］。另外在該場地上還可以方便地對測量儀器進行檢驗與校正，也可以對學(xué)生的實驗操作進行考核［3］。

1．3 開放實驗室建設(shè)

同濟大學(xué)啟動的測量雙基實驗室建設(shè)項目，先后投入數(shù)百萬人民幣，用于改造測量實驗室，測量實驗室添置了50 余臺電子全站儀、10 余臺電子水準儀、28 臺用于數(shù)字測圖的便攜機等?？紤]到個別學(xué)生在實驗課中沒有完成實驗任務(wù)以及進一步滿足有興趣的學(xué)生提高儀器的使用水平，在儀器的管理制度上進行了相應(yīng)的改革，對實驗室實行開放制度，允許學(xué)生網(wǎng)上預(yù)約，在課外憑學(xué)生證自由借用。開放實驗室大大提高了儀器的使用率，也為學(xué)生在課余時間能更多地接觸新儀器提供了可能。

1．4 實驗教材

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，先進技術(shù)在測繪學(xué)科中得到了廣泛的應(yīng)用。測繪儀器從原來的以精密機械與幾何光學(xué)器件的組合為主，逐步增加了物理光學(xué)和電子器件以及軟件系統(tǒng)，成為光、機、電、軟結(jié)合的現(xiàn)代化電子測量儀器，其功能、精度和自動化程度也大大提高。測量學(xué)實驗(第二版)［4］就是以這部分內(nèi)容為主，考慮到學(xué)生實驗時數(shù)的限制和學(xué)習的循序漸進，教材在介紹新儀器的性能和使用方法時，力求內(nèi)容突出重點和文字簡明扼要，避免求全求深，以期通過有限時間的學(xué)習和實踐，使學(xué)生能較快掌握其基本性能和主要方法［3］。

2 實習基地的建設(shè)與實習的組織

2．1 實習基地的建設(shè)

數(shù)字測圖實習為教學(xué)實習，按照教學(xué)計劃，教學(xué)實習集中在暑假進行，時間為4 周。同濟大學(xué)測繪與地理信息學(xué)院在該校四平路校區(qū)、同濟新村和同濟大學(xué)嘉定校區(qū)都建立了專門的平面圖測量實習基地。在浙江臨安浙江農(nóng)林大學(xué)東湖校區(qū)和江西吉安井岡山大學(xué)建立等高線測量實習基地，同濟大學(xué)土木工程、測繪工程等專業(yè)學(xué)生都要分別到這兩個基地去進行測繪等高線地形圖測量實習。

2．2 實習方式

實習分校內(nèi)和校外兩部分:校內(nèi)主要任務(wù)為平面圖測繪和施工放樣，安排在同濟大學(xué)四平路校區(qū)、同濟新村和同濟大學(xué)嘉定校區(qū)進行;校外主要任務(wù)為等高線地形圖測繪，安排在同濟大學(xué)校外測量實習基地——浙江農(nóng)林大學(xué)和井岡山大學(xué)進行。測量實習方式按小組進行，每小組由6 人組成，各小組在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，獨立完成實習的各項任務(wù)。每個實習小組配備電子全站儀1 臺、筆記本電腦1 臺和實習軟件，學(xué)生在實習過程中使用電子全站儀采集特征點，通過數(shù)據(jù)通訊傳輸?shù)奖銛y機中，再應(yīng)用成圖軟件自動繪制數(shù)字地形圖和等高線圖，這種方式大大減輕了學(xué)生測量實習的勞動強度和提高了技術(shù)含量，使學(xué)生對數(shù)字測圖的實習產(chǎn)生濃厚的興趣。

2．3 實習內(nèi)容

學(xué)生在為期4 周的數(shù)字測圖實習中需要完成以下內(nèi)容:

1)水準儀和經(jīng)緯儀的檢驗與校正;

2)導(dǎo)線測量:每組按測量規(guī)范完成約1 km的二級導(dǎo)線測量和若干圖根導(dǎo)線測量工作;

3)水準測量:每組按測量規(guī)范完成約1 km的三等或四等水準測量的外業(yè)和內(nèi)業(yè)工作;

4)平面圖的測繪:每組完成1 幅1∶500 的數(shù)字平面圖測繪;

5)等高線地形圖測繪:去浙江實習基地進行等高線地形圖測繪實習的學(xué)生，每組完成面積約為200 m×200 m范圍1∶500的等高線地形圖測繪;

6)建筑三維圖測繪:測繪校內(nèi)某建筑(內(nèi)外)的三維圖(采用統(tǒng)一坐標系);

7)圖上設(shè)計與實地放樣:按圖上設(shè)計的建筑物位置，進行實地放樣，要求每位學(xué)生至少放樣2 個點的平面位置和高程;

8)測圖軟件:每組把測量實習所用的符號庫(超過30 個符號)、線型(超過20 種，包括6 種復(fù)雜線型)、AutoLISP 程序(超過30 個程序)、填充符號(超過20 個)等匯總成測圖軟件包;

9)技術(shù)總結(jié)報告:將實習作為一個生產(chǎn)項目，實習結(jié)束后每位實習學(xué)生要撰寫技術(shù)總結(jié)報告，作為實習考核的主要內(nèi)容;

10)考核:根據(jù)實習情況進行書面考核。

實習要求每組從圖根控制開始，對細部點進行采集與編碼，結(jié)合外業(yè)數(shù)據(jù)采集，以組為單位開發(fā)出最基本的測圖系統(tǒng)(包括自動連線、分層、建立符號庫和線型庫等)，各組利用自己的測圖系統(tǒng)完成細部點的自動連線和圖形編輯，在提交成果時各組要利用自己的測圖系統(tǒng)展示數(shù)據(jù)展點與成圖過程。圖1 為某實習小組完成的等高線地形圖。

圖1 某實習小組完成的等高線地形圖Fig．1 The contour map drawn by a practice group

2．4 實習教材

在同濟大學(xué)測繪與地理信息學(xué)院教師多年來開展測量教學(xué)實習、教學(xué)改革及科研工作所積累的資料和歷年的教學(xué)實習指導(dǎo)書的基礎(chǔ)上編寫了測量實習教程［5］，該教材已由同濟大學(xué)出版社正式出版。因各種原因，校外等高線地形圖實習基地幾經(jīng)更址，從最初的浙江大學(xué)老和山到杭州轉(zhuǎn)塘的浙江工業(yè)大學(xué)、從浙江諸暨、浙江安吉到浙江臨安與江西吉安，期間經(jīng)歷了幾十年，有無數(shù)教師為之付出過心血和汗水，為同濟大學(xué)培養(yǎng)數(shù)以萬計的人才作出了貢獻。根據(jù)歷年來測量實習總結(jié)的經(jīng)驗，該教材針對教學(xué)實習又結(jié)合生產(chǎn)實踐，對培養(yǎng)學(xué)生的動手能力、自學(xué)能力、解決問題能力和創(chuàng)新能力，提高學(xué)習的積極性、趣味性，提高學(xué)生適應(yīng)社會的能力都有很大幫助;同時結(jié)合多年來的教改成果，全面采用教改項目開發(fā)的實習軟件;并通過在同濟大學(xué)四平路校區(qū)、同濟新村和和同濟大學(xué)嘉定校區(qū)建立了專門的平面圖測量實習基地，以及在浙江省臨安與江西吉安建立了等高線地形圖測量實習基地，以確保測量實習穩(wěn)定、有序、高質(zhì)高效地進行［6］。

該教材以數(shù)字地形圖的測繪為主線，在介紹測量實習的目的和任務(wù)的基礎(chǔ)上，對電子全站儀的使用和數(shù)字測圖方法進行了全面的介紹。內(nèi)容包括各種常用儀器(經(jīng)緯儀、水準儀、電子全站儀和電子水準儀)的檢驗與校正、導(dǎo)線測量(包括二級導(dǎo)線和圖根導(dǎo)線)的外業(yè)測量和內(nèi)業(yè)計算、水準測量(包括四等水準和圖根水準)的外業(yè)測量和內(nèi)業(yè)計算、平面圖測繪方法和內(nèi)容、電子全站儀SET22D、SET530R 和OTS600 使用、測記法數(shù)字化測圖、利用測圖軟件進行數(shù)字測圖、施工放樣、等高線地形圖測繪、建筑物沉降和傾斜測量、地籍圖測繪和房地產(chǎn)面積測量等［7］。

2．5 實習成績評定

對實習成績評定方式進行改革，改變單一方式確定最終成績的方式，具體做法包括:

1)進行現(xiàn)場儀器操作考核，根據(jù)學(xué)生測量某個量所用的時間和測量精度評定其操作成績;

2)根據(jù)小組提交的成果質(zhì)量以及小組匯報情況評定各小組的成績;

3)根據(jù)個人提交的成果質(zhì)量以及在實習中的綜合表現(xiàn)評定個人成績;

4)根據(jù)實習中出現(xiàn)的問題設(shè)計考卷進行書面考核;

5)最終根據(jù)儀器操作成績、小組成績、個人成績和書面考核成績4 個方面加權(quán)綜合評定每位同學(xué)的成績。

3 結(jié)束語

數(shù)字測圖原理與方法課程實踐環(huán)節(jié)是教學(xué)中必不可少的重要環(huán)節(jié)，理論學(xué)習的效果最終要通過實踐來驗證。因此如何安排和組織好數(shù)字測圖原理與方法課程實踐環(huán)節(jié)在教學(xué)過程中顯得尤其重要。本文從課堂實驗、開放實驗、實習基地建設(shè)、實驗與實習教材編寫等方面入手介紹了同濟大學(xué)卓越課程數(shù)字測圖原理與方法實踐環(huán)節(jié)的組織與實施。在建立標準實驗場地、開放實驗、建立校內(nèi)外實習基地以及實踐類教材的建設(shè)都具有一定的特色［8］。同濟大學(xué)對實習教學(xué)非常重視，由于上海沒有山地，盡管到外地實習的費用很高，但同濟大學(xué)始終堅持到外地去進行等高線地形圖測量實習，這是非常不容易的。

［1］ 陳美智，周桂銓．基于數(shù)字測圖原理與方法的教學(xué)和實踐［J］． 測繪與空間地理信息，2009(6):36 -37，40．

［2］ 顧孝烈，鮑峰，程效軍． 測量學(xué)［M］． 4 版． 上海:同濟大學(xué)出版社，2011．

［3］ 寧津生，王正濤．面向信息化時代的測繪科學(xué)技術(shù)新進展［J］． 測繪科學(xué)，2010(5):5 -10．

［4］ 顧孝烈，鮑峰，程效軍．測量學(xué)實驗［M］．2 版．上海:同濟大學(xué)出版社，2003．

［5］ 程效軍，須鼎興，劉春． 測量實習教程［M］． 上海:同濟大學(xué)出版社，2005．

［6］ 潘正風，程效軍，成樞，等．數(shù)字測圖原理與方法［M］．2 版． 武漢:武漢大學(xué)出版社，2009．

［7］ 劉春，程效軍．注重能力培養(yǎng)的“測量學(xué)”課程多樣化教學(xué)方法探討［J］．中國地質(zhì)教育，2010(1):105 -108．

［8］ 程效軍，劉春，童小華，等．“數(shù)字測圖原理與方法”卓越課程改革與實踐［J］．測繪通報，2013(9):125 -127．