淺談關(guān)于土木工程專業(yè)的水準(zhǔn)測量實踐教學(xué)方法

許善文

摘 要：為使學(xué)生掌握水準(zhǔn)測量的原理以及內(nèi)容、熟悉水準(zhǔn)測量的儀器和工具、了解水準(zhǔn)測量的誤差來源和注意事項、培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊協(xié)作意識和專業(yè)素質(zhì)精神，該文通過對土木工程專業(yè)學(xué)生的水準(zhǔn)測量實踐教學(xué)方法設(shè)計和教學(xué)成果的探討，使學(xué)生將水準(zhǔn)測量原理應(yīng)用到實際的測量工作中，并發(fā)現(xiàn)和解決一些運(yùn)用過程的問題，提高學(xué)生實踐能力和應(yīng)用能力，從根本上保證工程測量課程的教學(xué)質(zhì)量，為社會培養(yǎng)出適應(yīng)企業(yè)需求的技術(shù)型人才。

關(guān)鍵詞：水準(zhǔn)測量 工程測量 實踐教學(xué) 教學(xué)成果

中圖分類號：TU19 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）01（c）-0118-03

Abstract：Train students so that they can master the content of the leveling measurement，familiar with the leveling measurement tools，pay attention to the matter of leveling measurement and cultivate the studentsteam spirit and professional spirit.This paper discusses the practice teaching method design and teaching achievement of the leveling measurement.To make the students apply the leveling measurement principle in the using process while find and solve some problems.improve students'practical ability and application ability in order to meet the needs of working.

Key Words：Leveling measurement；Engineering surveying；Practical teaching；Teaching achievement

土木工程專業(yè)的測量課程主要教學(xué)任務(wù)是使學(xué)生了解和掌握測量的原理和方法以及測量儀器的操作應(yīng)用，使學(xué)生從事專業(yè)的施工管理具有良好的理論基礎(chǔ)?！豆こ虦y量》課程是土木工程專業(yè)一門具有較強(qiáng)實踐性的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課[1]，是為培養(yǎng)滿足土木工程行業(yè)對具有較強(qiáng)的實踐能力的土木工程高級專業(yè)技術(shù)人才的需要而設(shè)置的[2]，旨在培養(yǎng)學(xué)生掌握土木工程測量的基本理論、基本方法和基本技能。該課程具有實踐性、技術(shù)性強(qiáng)的特點，學(xué)習(xí)并掌握土木工程測量課程的基本理論和技能是土木工程類專業(yè)學(xué)生將來從事現(xiàn)代工程建設(shè)的基本條件。

1 探討水準(zhǔn)測量實踐教學(xué)方法的意義

水準(zhǔn)測量是高程測量中精度最高、用途最廣的一種普遍采用的測量方法，水準(zhǔn)測量成果的精確與否，直接影響到工程的質(zhì)量[3]。實施測量過程中，要求測量人員以高度負(fù)責(zé)認(rèn)真的態(tài)度來對待測量工作，嚴(yán)格控制數(shù)據(jù)精度，養(yǎng)成良好的操作習(xí)慣，更好地為工程服務(wù)。在水準(zhǔn)測量實踐教學(xué)中，一個有效果的教學(xué)方案應(yīng)該讓學(xué)生積極全面的參與實踐環(huán)節(jié)，掌握水準(zhǔn)測量的內(nèi)容、熟悉水準(zhǔn)測量工具、了解水準(zhǔn)測量注意事項、培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊意識和專業(yè)精神等。

在高校土木工程專業(yè)指導(dǎo)委員會制定的“測量學(xué)課程教學(xué)大綱”中[4]，水準(zhǔn)測量緊密銜接緒論之后，是學(xué)生最先接觸的測量學(xué)理論與實踐的章節(jié)部分。所以，探討水準(zhǔn)測量實踐教學(xué)方法，對老師如何教好、學(xué)生怎樣學(xué)好該課程有一定的積極影響。

2 水準(zhǔn)測量實踐教學(xué)方法設(shè)計

2.1 主要實踐目的

水準(zhǔn)測量的主要實踐目的就是鍛煉學(xué)生能熟練操作儀器完成不同的水準(zhǔn)測量工作并正確應(yīng)對測量中出現(xiàn)的一些異常情況。

（1）熟悉儀器。了解所使用的水準(zhǔn)儀的構(gòu)造，認(rèn)識水準(zhǔn)儀各部件名稱及其功能；掌握使用儀器步驟；掌握配合水準(zhǔn)尺的讀數(shù)方法。

（2）掌握測量方法步驟。根據(jù)水準(zhǔn)測量原理，實踐三等、四等或者圖根水準(zhǔn)測量過程，也可按照閉合導(dǎo)線、符合導(dǎo)線或者支導(dǎo)線的布設(shè)方式完成測量步驟。

（3）對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，檢核數(shù)據(jù)質(zhì)量，分析測量成果，找出異常情況和引起的原因，總結(jié)注意事項等。

2.2 儀器與工具

結(jié)合實驗室配置，該部分實踐教學(xué)使用儀器為DS3微傾式水準(zhǔn)儀，雙面尺和尺墊。

2.3 實踐內(nèi)容

（1）熟練使用DS3微傾式水準(zhǔn)儀。

水準(zhǔn)儀主要由望遠(yuǎn)鏡、水準(zhǔn)器和基座三個部件組成。微傾式水準(zhǔn)儀通過調(diào)整長水準(zhǔn)管氣泡居中獲得水平視線。以DS3微傾式水準(zhǔn)儀為例，D是指大地測量漢語拼音首字母，S是水準(zhǔn)儀漢語拼音首字母，3指該型號儀器每公里往返測高差中數(shù)的偶然中誤差，單位為mm。在我國的水準(zhǔn)儀等級劃分中，DS3屬于普通水準(zhǔn)儀，主要用于國家三、四等水準(zhǔn)測量或者是一般工程建設(shè)測量。

水準(zhǔn)儀使用步驟為：安置儀器、粗平、對光瞄準(zhǔn)、精平和讀數(shù)。安置儀器，包括取出三腳架，要求三腳架高度適當(dāng)，架頭水平。將三腳架踩實穩(wěn)固架好，高度適合觀測。平穩(wěn)取出水準(zhǔn)儀，放置在三腳架上并用連接螺旋旋緊。粗平儀器指運(yùn)用左手大拇指原則，首先反方向旋轉(zhuǎn)兩個腳螺旋，使圓水準(zhǔn)器的氣泡移至這兩個腳螺旋連線的中線上，再左手旋轉(zhuǎn)第三個腳螺旋，將氣泡移至居中位置即可。對光瞄準(zhǔn)是指首先將目鏡對光，旋轉(zhuǎn)目鏡調(diào)焦螺旋，使十字絲清晰，再用望遠(yuǎn)鏡瞄準(zhǔn)水準(zhǔn)尺，制動照準(zhǔn)部后，旋轉(zhuǎn)物鏡調(diào)焦螺旋，使目標(biāo)清晰，再旋轉(zhuǎn)微動使豎絲對準(zhǔn)水準(zhǔn)尺，注意消除視差即可。精平是指旋轉(zhuǎn)微傾螺旋使符合氣泡觀察窗內(nèi)的兩個氣泡半像移至符合成完整的圓弧。讀數(shù)是指在完成精平后立即讀數(shù)，由小到大方向讀出米、分米和厘米位再估讀出毫米位，需要注意讀數(shù)完后立即檢查符合氣泡是否居中，否則重新精平再讀數(shù)。

該部分實踐要求學(xué)生能對照DS3微傾式水準(zhǔn)儀，準(zhǔn)確快速講出各部件名稱及其功能；快速完成使用水準(zhǔn)儀的步驟和正確讀數(shù)。

（2）普通水準(zhǔn)測量。

測量一段閉合水準(zhǔn)路線，在實驗場地上選定一點A，作為已知高程點，高程假設(shè)為30.000 m，記作BM1。選擇1、2、3、4作為待定高程點，記作TP1、TP2、TP3、TP4，用鋼卷尺丈量各段距離，進(jìn)行閉合水準(zhǔn)路線測量。

在BM1和TP1之間安置水準(zhǔn)儀，后視BM1上的水準(zhǔn)尺，前視BM2上的水準(zhǔn)尺，，將后視讀數(shù)與前視讀數(shù)記錄到手薄上，然后在進(jìn)行測站檢核，可以采用兩次儀器高法（變更儀器高10 cm以上）或者采用雙面尺法，并將再次測得的后視和前視讀數(shù)記錄到手薄上。并現(xiàn)場計算出A點和待定點1間的高差，對兩組高差比較，二者之差不能超過限差（5 mm），取其平均值作為平均高差。完成第一測站測量工作后換站。

再用同樣方法，重復(fù)第一測站所有工作，沿著選定水準(zhǔn)路線，依次經(jīng)過1、2、3、4點連續(xù)觀測，最后回到A點。現(xiàn)場進(jìn)行計算檢核。

該部分要求學(xué)生在熟練使用水準(zhǔn)儀的基礎(chǔ)上，能熟練掌握普通水準(zhǔn)測量的觀測工作，以及普通水準(zhǔn)測量的測站檢核和計算檢核。

（3）成果處理。

水準(zhǔn)測量成果處理包括計算高差閉合差，并判定是否超過高差閉合差的容許值，即高差閉合差的絕對值小于容許值時，水準(zhǔn)測量觀測成果合格，否則應(yīng)檢查原因并要求返工。成果合格后調(diào)整高差閉合差，再計算改正后的高差和各點高程。

各點高差的代數(shù)和理論上等于兩個已知水準(zhǔn)點間的高差，如果不等，兩者之差稱為高差閉合差，記作f h（mm）。閉合導(dǎo)線的高差閉合差理論值為0，所以閉合水準(zhǔn)路線高差閉合差fh=∑h。

普通水準(zhǔn)測量容許高差閉合差計算公式為f h容=40√L 平地，或者fh容=12√n 山地，其中L是指各測段水準(zhǔn)路線長度，n是指各測段的測站數(shù)。在本次實踐中設(shè)定測量出L值，所以可以采用L值代入計算。

按照高差閉合差調(diào)整原則[3，5]，各測段高差閉合差的改正數(shù)計算公式：Vi= -。各測段改正后高差即：h=h測+Vi，依次計算出的各測段改正高差，并再次代入計算水準(zhǔn)路線高差閉合差，高差閉合差應(yīng)該為0。根據(jù)已知點A的高程，可以依次推算出各待測點的高程值為：Hi=Hi-1+h。

2.4 實踐方法

在環(huán)節(jié)設(shè)計上，這一實踐學(xué)時需要4個學(xué)時。首先在課堂理論課學(xué)習(xí)完備的基礎(chǔ)上，熟悉水準(zhǔn)儀使用，準(zhǔn)確快速讀出十字絲在水準(zhǔn)尺的讀數(shù)，然后熟練掌握普通水準(zhǔn)測量的基本工作和成果處理流程。

采用隊長負(fù)責(zé)制，即每個測量隊4～5人，設(shè)隊長一名。隊長職責(zé)是協(xié)助老師并領(lǐng)導(dǎo)測量小隊完成水準(zhǔn)測量工作，另外負(fù)責(zé)儀器領(lǐng)取、歸還、檢查等工作。所以，隊長的選拔應(yīng)該注重學(xué)生是否有責(zé)任心、吃苦耐勞并且好學(xué)上進(jìn)的特質(zhì)[6]。

采取趣味競賽模式，以各測量小隊為參賽成員，比賽正確快速熟悉水準(zhǔn)儀、正確快速使用儀器，合格快速完成普通水準(zhǔn)測量的測站檢核和計算檢核。以完整和規(guī)范的測量作業(yè)流程和數(shù)據(jù)處理的過程，激發(fā)他們對課程的學(xué)習(xí)興趣。此外，由學(xué)生自己進(jìn)行內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理，形成水準(zhǔn)測量成果，這種實踐教學(xué)方法有利于培養(yǎng)學(xué)生的動手能力、分析和解決工程實際應(yīng)用問題的能力。

2.5 誤差分析與注意事項

水準(zhǔn)測量誤差來源于三個方面，儀器誤差、觀測誤差和外界環(huán)境的影響。

儀器誤差包括水準(zhǔn)管軸與視準(zhǔn)軸不平行造成的殘余誤差和水準(zhǔn)尺誤差；觀測誤差包括管水準(zhǔn)氣泡居中誤差、讀數(shù)誤差、視差和水準(zhǔn)尺傾斜誤差等；外界環(huán)境因素包括地球曲率、大氣折光，溫度和風(fēng)力，儀器或尺墊下沉等。

針對不同原因引起的誤差，處理方式不同，例如處理儀器校正后的殘余誤差，需要要求嚴(yán)格檢校儀器并限制前后視距差值來降低該項誤差，而消除視差只能通過仔細(xì)對光。

在水準(zhǔn)測量時，要遵守測量儀器使用規(guī)范，正確使用、合理操作水準(zhǔn)儀是保證水準(zhǔn)測量工作順利完成的根本，要注意保持前后視距相等，消除視差，讀數(shù)后立即檢查符合氣泡是否居中等，另外還要注意記錄員在記錄時要書寫整齊清楚，符合測量資料記錄規(guī)范。

3 水準(zhǔn)測量實踐教學(xué)成果

3.1 達(dá)到水準(zhǔn)測量實踐教學(xué)目的程度

從學(xué)生對該次實踐教學(xué)的掌握情況分析，便能得出是否達(dá)到水準(zhǔn)測量實踐教學(xué)的目的，在操作水準(zhǔn)儀過程中檢查學(xué)生對水準(zhǔn)儀熟悉程度，在普通水準(zhǔn)測量中檢查各測量小隊的測量工作是否順利進(jìn)行，以及檢查學(xué)生對水準(zhǔn)測量成果處理流程的掌握情況。給出綜合成績，評估最終達(dá)到水準(zhǔn)測量實踐教學(xué)目的程度。

3.2 實踐教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)的問題

在水準(zhǔn)測量實踐學(xué)習(xí)過程中會遇到各種問題，教師可以引導(dǎo)學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)并解決問題。例如在粗平水準(zhǔn)儀時，有學(xué)生發(fā)現(xiàn)按照左手原則操作時，氣泡并不移動，教師可引導(dǎo)學(xué)生理解圓水準(zhǔn)器氣泡移動的原理，重新安置儀器，調(diào)節(jié)腳螺旋以達(dá)到粗平儀器。

在實踐教學(xué)過程中，學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度問題也是影響教學(xué)效果的重要因素，例如記錄觀測數(shù)據(jù)時，有學(xué)生經(jīng)常出現(xiàn)數(shù)據(jù)涂改嚴(yán)重、不按規(guī)范記錄等現(xiàn)象，教師需要認(rèn)真闡明觀測手薄作為測量基礎(chǔ)資料的重要性，嚴(yán)格要求各測量隊記錄員的專業(yè)素質(zhì)。

4 結(jié)語

水準(zhǔn)測量實踐教學(xué)是非常重要的，不僅可以幫助學(xué)生加深理解和掌握水準(zhǔn)測量的基本理論和技術(shù)，還可以讓學(xué)生將水準(zhǔn)測量原理應(yīng)用到實際的測量工作中，并能發(fā)現(xiàn)和解決一些運(yùn)用過程中的問題。

水準(zhǔn)測量實踐教學(xué)目的使學(xué)生掌握水準(zhǔn)測量的內(nèi)容、熟悉水準(zhǔn)測量工具、了解水準(zhǔn)測量注意事項、培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊意識和專業(yè)精神等。教師在教學(xué)中需要提高學(xué)生實踐能力和應(yīng)用能力，只有這樣才能從根本上保證工程測量課程的教學(xué)質(zhì)量，為社會培養(yǎng)出適應(yīng)企業(yè)需求的技術(shù)型人才。

參考文獻(xiàn)

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[2] 趙麗萍.淺談現(xiàn)代教育技術(shù)下《土木工程測量》的教學(xué)實踐[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2011（1）：190.

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