測繪工程專業(yè)“工程測量學”課程體系建設探討

張興福，趙滔滔，王國輝，余 旭

（廣東工業(yè)大學 測繪工程系，廣東 廣州 510006）

“工程測量學”是測繪工程本科專業(yè)的核心課程之一，也是一門技術性、應用性很強的學科。我?！肮こ虦y量學”與“測量學與數(shù)字測圖”、“控制測量學”、“誤差理論與測量平差”、“攝影測量學”以及“GPS測量原理及應用”等課程的基本理論緊密聯(lián)系，并將其相關理論延伸到工程建設領域，該課程更注重學科的基本理論與方法的應用，應用領域以各類工程建設3個階段所涉及到的測量工作為主線，包括工程控制網的建立、工程建設中各類比例尺地形圖的獲取與應用、工程建筑物的施工放樣、變形監(jiān)測、典型工程建設測量工作以及工業(yè)測量等。隨著社會經濟的快速發(fā)展，“工程測量學”的涵義及應用領域越來越廣泛［1－3］，測量新技術在工程建設中的應用及高難度工程建設項目對高精度測量的需求也極大地推動了工程測量學科的發(fā)展。在這樣的大背景下，“工程測量學”課程體系的構建、教學手段、考核方式等方面的科學性和合理性都將影響“工程測量學”的教學質量。許多專家和學者對“工程測量學”課程建設進行了深入探討和研究，并提出許多有建設性的建議［4－8］。

本文結合我校測繪工程專業(yè)2010版培養(yǎng)方案中有關“工程測量學”課程計劃，探討“工程測量學”課程體系的合理構建，以達到將“工程測量學”的基本理論、方法、測量新技術與實際應用相結合，逐步加強測繪工程專業(yè)本科生理論教學與實際生產的結合，鍛煉學生獨立工作和分析問題的能力，使其能夠勝任新形勢下工程建設不同階段的測量工作。

1 “工程測量學”課程體系構建

任何一門課程都應當具有完整的知識結構、靈活的教學手段、合理的考核方式、科學有效的教學評價方法，以激發(fā)學生學習的興趣，增強學生學習的主動性，進而提高教學質量?！肮こ虦y量學”是測繪工程本科專業(yè)的核心課程之一，“工程測量學”教學課題組經過4年的摸索和研究，目前已基本建立起較為完善的課程體系，其主要由4大部分構成：理論教學、實驗教學、課程設計以及實習（實踐）教學（2010版培養(yǎng)計劃），課程體系具體內容見圖1。其中，理論課程安排56學時，實驗課程安排8學時，課程設計時間為1周，教學實習安排2周。

圖1 工程測量學課程體系

1.1 “工程測量學”理論課程及實驗課程內容

“工程測量學”經過長期的發(fā)展和完善，已經形成了較為完善的理論體系。從我系4年測繪工程本科專業(yè)就業(yè)去向看，工程測量是需求畢業(yè)生量最大的技術工種之一，如各類比例尺地形圖的獲取、道路和橋梁勘測、建筑工程測量及與工程建設有關的各類監(jiān)測等。結合我系測繪工程專業(yè)特色、培養(yǎng)目標、畢業(yè)生的去向以及新形勢下工程測量的特點，“工程測量學”的理論教學主要包括以下幾個部分［9］：

1）工程控制網布設的理論與方法，這部分內容是從事工程測量及對測量成果進行科學解釋與分析的重要理論基礎之一。精密工程測量中控制網的優(yōu)化設計，重點在于利用現(xiàn)有的軟件對控制網進行優(yōu)化設計的方法與步驟。

2）工程測量的專用儀器與使用方法，重點介紹針對工程測量的專用儀器。

3）工程建設中各類大比例尺地形圖的獲取方法與技術及其應用。重點在于工程建設中不同階段對各類比例尺地形圖的需求，掌握根據現(xiàn)有的地形圖計算土方量的方法與過程，突出GPS－RTK技術在局部大比例尺地形圖獲取中的應用。

4）工程建筑物的施工放樣。建筑限差和精度分配的理解與掌握，重點在于常用建筑物的施工放樣方法以及曲線測設的基本理論與過程。

5）工業(yè)設備的安裝和檢校測量。重點在于精密微型控制網的類型與建立方法，精密定線、短邊方位傳遞方法，尤其是影響短邊方位傳遞的誤差源。

6）典型工程的測量工作。這部分內容主要包括：線狀工程測量、橋梁工程測量、工業(yè)與民用建筑測量、地下工程測量。鐵路和公路工程建設中不同階段對測量工程的要求以及相應的測量內容，尤其目前主流的線路中線定測的方法與技術，如GPSRTK技術等；橋梁工程中橋梁施工控制網的特點及布設方法，不同階段施工放樣的內容與方法。工業(yè)與民用建筑測量部分主要涉及高層和高聳建筑物的施工測量以及大型工業(yè)廠區(qū)的施工測量，特別是高聳建筑物基準的豎向傳遞方法與垂直度監(jiān)測技術。地下工程部分重點在于隧道與地鐵工程中橫向貫通誤差的預計方法以及聯(lián)系測量的方法與具體實施的過程。

7）水利工程測量。主要是熟悉水利工程不同階段的測量工作內容，掌握水下地形測量的方法與過程，特別是基于GPS－RTK技術的無驗潮水下地形測量方法。

8）各類工程建設中的變形監(jiān)測。這部分內容不安排專門的時間進行講授，而是穿插在各個有關部分進行講解。每一部分內容都有可能涉及其它專業(yè)課程的理論與方法，如工程控制網建立過程中涉及控制測量與GPS技術等，課程都會有針對性的講解。

通過“工程測量學”理論課程的學習，讓學生掌握工程測量的基本理論與方法，熟悉各種工程建設中不同階段工程測量的內容、相應工程控制網的建立方法以及特定工程的誤差估計理論，同時將其它相關專業(yè)課的有關知識融入工程測量學，如GPS、控制測量、測量平差等，為實驗課、課程設計以及實習打下良好的基礎。

“工程測量學”實驗課安排了4次共8個學時，包括建筑施工放樣方法、曲線測設、線路縱橫斷面測量以及一井定向，主要涉及較為常用的建筑施工測量、道路勘測以及地下工程基準傳遞，更多、更系統(tǒng)的實踐將安排在工程測量實習部分。

1.2 “工程測量學”課程設計內容

“工程測量學”課程設計時間為1周，課程設計由5個獨立的專題組成：

1）曲線測設計算。完成曲線測設中有關公式的推導與整理，包括：曲線要素的計算、曲線主點的里程計算以及中線與邊樁任意點坐標的計算，并根據相應的算法編制曲線測設數(shù)據的計算程序。

2）利用GPS－RTK技術進行大比例尺地形圖測繪時，地形點的平面位置和高程同步測定的有關計算及程序設計。

3）土方量計算。根據給定的兩期DEM數(shù)據計算施工土方量，編寫相應的程序并完成有關計算。

4）建筑施工測量、復測中有關計算及程序設計，特別是復雜建筑物軸線復測技術及數(shù)據處理。

5）隧道施工控制網的布設方法及貫通誤差估計，也需編寫相應的計算程序。學生可根據自己的興趣，任意選擇一個專題或多個專題進行課程設計（可根據自己的能力及時間），完成相應工作。

每一個專題均需要完成一定的程序設計，對于編程語言不做強制要求，學生可以根據自己的實際情況選擇，建議優(yōu)先選擇主流程序設計語言，選擇5個專題作為“工程測量學”課程設計的內容，原因有：①有多個專題，學生選擇余地大，可根據自己興趣選擇。②5個專題均在工程測量中較為常用，難易度適中，能鍛煉學生動手能力。③每一部分內容工作量適中，均需要從公式推導與整理，到根據自己的理解用程序實現(xiàn)該計算過程，是一個循序漸進且曲折的過程，需要一定的耐心。④注重“學以致用”思想的推廣。目前，隨著計算機技術的發(fā)展，測量領域的眾多計算已經脫離了計算器，基本上都用相應的軟件在PC或PDA上實現(xiàn)相關的計算，而測繪工程本科專業(yè)開設了很多計算機程序設計方面的課程，如VB、C＋＋、測量程序設計等，在這樣的背景下，將程序設計引入“工程測量學”課程設計具有很重要的現(xiàn)實意義，即可培養(yǎng)學生程序設計能力，緊跟時代發(fā)展的步伐，使得各門課程緊密聯(lián)系，又可促進學生對相關基本理論的理解與認識。從近幾年課程設計反饋結果看，效果很好。

1.3 “工程測量學”實習內容及方式

“工程測量學”實驗課程的教學內容與安排基本上能滿足對若干工程測量的基本方法進行實驗這一目標，但是由于每次實驗課一般安排為2～3學時，時間比較緊，在這么短的時間內學生很難系統(tǒng)地對工程測量相關的理論與方法進行驗證，而本專業(yè)學生畢業(yè)后，所從事的測量工作中工程測量所占的比重最大，因此有必要專門設立工程測量實習課程，進一步加強學生在工程測量領域實際動手與分析問題的能力，提高學生就業(yè)和適應相關工程測量工作的競爭力。經過課題組仔細討論并不斷完善，在2010版培養(yǎng)計劃中增加了工程測量學實習課程，時間為2周。鑒于工程控制網的建立方法與技術、大比例尺地形圖的獲取、施工放樣等在工程測量中占有很大的份額，并結合我校測繪工程專業(yè)特點，“工程測量學”課程實習以線型工程測量為主線，將控制網的建立、大比例尺地形圖獲取、施工放樣等內容融入“工程測量學”實習中。由于本次實習是安排在數(shù)字測圖實習、控制測量實習以及GPS實習之后，學生已具備較強的實踐操作能力，故本次實習更注重鍛煉學生完成實際生產任務的能力，實習以生產任務書的形式下達，學生需要完成技術方案設計、外業(yè)觀測、數(shù)據處理、技術總結報告以及各類成果提交，所有過程均按照實際生產方式進行管理和考核。具體內容安排如下：

1）工程控制網的建立。鑒于目前大部分工程平面控制網的建立均采用了GPS技術，結合我校所擁有的測繪儀器情況，本次實習采用GPS網和附和導線相結合的方式。整個控制網采用兩級控制，首級控制網采用GPS技術（實驗室有6臺GPS接收機），控制點間距控制在1～2km，線路總長度不超過3km，然后在首級控制網下利用全站儀進行加密測量，點間距為首級控制網的1/5～1/4。高程控制網采用水準測量方式。GPS測量等級為D級，導線為二級，水準測量為四等。該部分計劃2d完成。

2）帶狀大比例尺地形圖的獲取。采用GPSRTK（1＋2）技術和全站儀進行線路帶狀1∶1 000地形圖數(shù)據采集，并利用數(shù)字化成圖軟件成圖，寬度為線路兩側各50m。該部分計劃3d完成。

3）線路設計。在獲取的大比例尺地形圖上自行設計一簡單線路，該線路要包括直線段和曲線段，并在地形圖上獲取該線路的線形要素。該部分計劃0.5d完成。

4）線路中線定測及縱橫斷面獲取。將自行設計的簡單線路在實地進行定測，并進行縱橫斷面數(shù)據獲取，儀器采用GPS－RTK和全站儀，定測中曲線段的測設比較復雜，全站儀定測方法有偏角法、切線支距法以及任意設站極坐標法等。而利用GPSRTK技術具有點間無需通視且誤差不累積等優(yōu)點，利用該方法進行中線定測方便、實用。目前，GPSRTK技術在工程建設尤其線路中線定測中的應用越來越廣泛，學生畢業(yè)后走上工作崗位將接觸到相關的工作內容，而實驗課程及GPS實習并未開展這方面的教學工作。該部分計劃3.5d完成，其余時間用于各類資料整理和實習考核。

1.4 “工程測量學”教學手段及考核方式

1.4.1 教學手段

教學手段是聯(lián)系老師與學生的紐帶，任何一門課程的合理的教學手段都是保證教學質量的關鍵所在。“工程測量學”理論部分教學以多媒體為主，并配合一定的板書，整個教學過程由理論講授、案例分析與討論、課堂作業(yè)、課后作業(yè)、作業(yè)點評以及答疑等部分組成。在課堂教學中注重老師與學生的互動，激發(fā)學生學習的主動性，并采用啟發(fā)式和聯(lián)系式教學，將問題、生產案例與基本理論緊密聯(lián)系，逐步縮短教學與生產的距離，任課老師注重收集有關的生產案例，并將其引入課堂，盡量做到理論與生產的無縫連接。而在課程設計與實習階段，以任務書為中心，以計算機及各種儀器設備為工具，以測量規(guī)范為依據，以老師的指導和答疑為輔助手段，自己動手完成相應的工作，突出學生在教學活動中的主體作用，為培養(yǎng)學生獨立從事工程測量打下良好基礎。

1.4.2 考核方式

“工程測量學”理論部分考試方式為閉卷考試，題型為名詞解釋（10分）、簡答題（60分）、案例分析題（10分）以及計算與論述題（20分），其中案例分析題是為考查學生獨立分析問題能力，這和目前的注冊測繪師考試中的案例分析類似，難度簡單稍許，理論課總成績＝考試成績（70%）＋作業(yè)成績（20%）＋考勤（10%）?！肮こ虦y量學”課程設計考核內容為提交的課程設計材料及答辯，其中課程設計材料有所完成的軟件以及課程設計報告，答辯為每個同學對自己的課程設計內容講解3～5min（用PPT講解），指導老師提問2min，視講解情況和回答問題情況現(xiàn)場評分，課程設計總成績＝課程設計報告（含軟件，70%）＋答辯（30%）?！肮こ虦y量學”實習成績評定內容為實習技術方案設計、出勤情況以及平時表現(xiàn)、外業(yè)觀測成果及質量、技術總結報告（實習報告）以及實習考核，實習考核是指導老師針對實習過程及各小組實習過程中可能存在的問題對各個小組成員進行提問和質詢，實習總成績＝技術方案設計（20%）＋出勤及平時（15%）＋外業(yè)觀測成果及質量（30%）＋技術總結報告（25%）＋實習考核（10%）。

1.5 “工程測量學”教學質量評價及改革

對教學內容和教學活動進行合理、科學的評價是推動“工程測量學”課程改革，完善“工程測量學”課程體系的前提和基礎。本課程教學質量評價主要依靠學校教務系統(tǒng)中的“教學質量評價系統(tǒng)”完成，每次課程結束后，學生都要登陸教務系統(tǒng)對本課程進行評價，主要涉及課程的教學內容、教學手段、作業(yè)布置情況、教師和學生的溝通情況，教師備課情況以及學生對教學提出的具體要求和建議等，由任課教師對每次課程教學評價情況進行匯總，課題組對意見逐條進行討論，并確定課程具體改革內容及實施辦法。另外課題組還對部分往屆畢業(yè)學生進行調查，評價教學內容是否合理，課程內容是否滿足其所從事的工程測量工作等。

隨著社會的發(fā)展，對工程測量的精度和應用范圍都提出了新的要求，為適應社會的發(fā)展，及時培養(yǎng)社會所需要的工程測量技術人員，“工程測量學”教學課題組計劃每年都召開教學討論會，并到一些生產單位和儀器生產企業(yè)進行調研，從而及時更新教學內容，緊跟社會發(fā)展步伐。

2 結束語

“工程測量學”是測繪工程本科專業(yè)的核心課程之一，也是與實際生產聯(lián)系最緊密的一門課程，科學、合理的“工程測量學”課程體系將是學生最大限度地獲取相關理論與技能的重要保證。結合我校測繪工程專業(yè)的特點，探討該課程體系中的教學內容、教學手段、課程考核方式及教學質量評價等各個方面，每一部分內容都緊密聯(lián)系，并承前啟后，為提高教學質量，縮短理論教學與生產實踐距離，培養(yǎng)實用型工程測量技術人才，提供重要保證。本課程在整個教學過程中都特別突出培養(yǎng)學生動手能力的重要性以及主流測繪技術在工程建設中的應用。

［1］張正祿，鄧勇，羅長林，等.論精密工程測量及其應用［J］.測繪通報，2006（5）：17－20.

［2］岳建平，方露.工程測量研究現(xiàn)狀與發(fā)展探討［J］.測繪通報，2011（3）：20－22.

［3］楊凡，婁妍，孫現(xiàn)申.現(xiàn)代精密工程測量技術及儀器［J］.測繪科學，2011，36（3）：44－46.

［4］張正祿.論“工程測量學”課程的教學改革［J］.測繪通報，2009（4）：71－73.

［5］岳建平，方露.“工程測量學”課程教學方法探討［J］.測繪通報，2011（1）：91－93.

［6］曹俊茹，宋振柏.測繪工程專業(yè)教學改革實踐［J］.測繪科學，2007，32（6）：196－198.

［7］陳德標.學號關聯(lián)數(shù)據在工程測量實踐教學中的應用研究［J］.測繪科學，2011，36（3）：254－256.

［8］張光勝，盧小平.論”工程測量學”教學實踐與改革［J］.測繪與空間地理信息，2005，28（3）：94－96.

［9］張正祿，李廣云，潘國榮，等.工程測量學［M］.武漢：武漢大學出版社，2005：1－11.