《測量學(xué)》與《道路勘測設(shè)計(jì)》課程實(shí)習(xí)一體化

孔艷冬，謝曉莉，沈照慶

（1.長安大學(xué) 公路學(xué)院，陜西 西安 710064）

對于道路橋梁與渡河工程專業(yè)、交通工程專業(yè)以及土木工程專業(yè)（公路與城市道路方向）的學(xué)生來說，一般分別在第五和第六兩個(gè)連續(xù)的學(xué)期內(nèi)先后學(xué)習(xí)《測量學(xué)》（下文簡稱《測量》）和《道路勘測設(shè)計(jì)》（下文簡稱《道勘》）這兩門課程，并分別在第五學(xué)期和第七學(xué)期進(jìn)行相應(yīng)的課程實(shí)習(xí)?！稖y量》這門課程是《道勘》課程學(xué)習(xí)的前期基礎(chǔ)，《道勘》實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)是《測量》課程學(xué)習(xí)內(nèi)容的后期運(yùn)用。目前《測量》與《道勘》這兩門課程的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)是完全獨(dú)立開的，即在安排實(shí)習(xí)教學(xué)內(nèi)容時(shí)并不對兩門課進(jìn)行統(tǒng)籌考慮。對于仍采用傳統(tǒng)手工方法測圖的多數(shù)高校，這兩門課程實(shí)踐教學(xué)的孤立造成實(shí)習(xí)內(nèi)容在很大程度上相互重復(fù)，主要體現(xiàn)在地形圖繪制的有關(guān)部分。內(nèi)容上的重復(fù)固然有利于鞏固學(xué)生的基礎(chǔ)知識和技能，但是卻容易造成教學(xué)內(nèi)容重點(diǎn)不突出、教學(xué)資源浪費(fèi)的問題。這是因?yàn)椴捎脗鹘y(tǒng)手工測圖方法繪制地形圖工作量大、需要花費(fèi)大量的時(shí)間[1]，讓學(xué)生誤以為學(xué)會(huì)測圖是《道勘》實(shí)習(xí)的主要目的，不但導(dǎo)致教學(xué)資源的浪費(fèi)，更不利于學(xué)生對主要知識的總體把握。這一問題對于《測量》和《道勘》實(shí)習(xí)采用同一地形圖的高校來說更加突出。

為了解決由于實(shí)踐環(huán)節(jié)孤立引起的教學(xué)內(nèi)容重復(fù)的問題，本文提出一體化《測量》和《道勘》這兩門課程實(shí)踐教學(xué)的思路，通過調(diào)整和更新兩門課程的部分實(shí)習(xí)內(nèi)容，加強(qiáng)兩門課程之間的教學(xué)聯(lián)系，達(dá)到強(qiáng)調(diào)核心教學(xué)內(nèi)容、提高教學(xué)質(zhì)量的目的。

1 一體化的必要性

1.1 實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容的重復(fù)

《測量》和《道勘》這兩門課程都是實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，需要通過野外實(shí)習(xí)的教學(xué)環(huán)節(jié)培養(yǎng)學(xué)生對基本理論和方法的掌握以及動(dòng)手操作相關(guān)儀器的技能。“勘測”在《道勘》這門課程中占有重要地位，是進(jìn)行后續(xù)道路設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)?？睖y的任務(wù)就是快速、準(zhǔn)確、有效地獲取道路設(shè)計(jì)所需的各種地形原始數(shù)據(jù)[2]。而《測量》就是系統(tǒng)介紹測量基本概念和理論、測量儀器的操作技能，以及工程應(yīng)用的一門課程[3]。兩門課程實(shí)踐教學(xué)的主要內(nèi)容如下：

1）《道勘》實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容。野外道路勘測設(shè)計(jì)實(shí)習(xí)這一教學(xué)環(huán)節(jié)對學(xué)生綜合掌握設(shè)計(jì)和勘測的方法、加深對理論的理解有著非常重要的作用[4]。實(shí)習(xí)外業(yè)的主要內(nèi)容是：學(xué)習(xí)現(xiàn)場選線和定線方法、中線測量、橫斷面測量并繪制路線地形圖。在室內(nèi)進(jìn)行的實(shí)習(xí)內(nèi)業(yè)是外業(yè)工作的繼續(xù)與深化，是《道勘》實(shí)習(xí)的另一個(gè)重要組成部分，不在本文的討論范圍。

2）《測量》實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容。對于非測繪專業(yè)，由于受到教育教學(xué)條件的限制，不少高校的測量學(xué)綜合實(shí)習(xí)仍一直圍繞著大比例尺白紙測圖這個(gè)總中心來組織展開[5]，主要培養(yǎng)學(xué)生建立控制測量和地形圖測繪的完整概念，綜合訓(xùn)練學(xué)生的測量基本功，對其全面了解測圖過程、掌握工程測量基本理論知識和方法起著重要的作用[6,7]。野外測量學(xué)綜合實(shí)習(xí)的主要內(nèi)容是：控制網(wǎng)布設(shè)、量距、測角、水準(zhǔn)測量、內(nèi)業(yè)計(jì)算、展點(diǎn)和繪圖。

可以看出，兩門課程的實(shí)踐教學(xué)中都存在繪圖的部分。在采用傳統(tǒng)手工方法測圖時(shí)，這一教學(xué)內(nèi)容的重復(fù)會(huì)耗費(fèi)教師和學(xué)生大量的時(shí)間和精力。

1.2 學(xué)生未來的工作需求

隨著現(xiàn)代工程建設(shè)和測繪技術(shù)的發(fā)展，目前我國道路設(shè)計(jì)、施工單位基本均引進(jìn)了國內(nèi)外先進(jìn)的測設(shè)儀器設(shè)備和軟件等，并已投入使用。利用全站儀或GPS采集地形原始數(shù)據(jù)，再利用計(jì)算機(jī)繪制大比例尺電子地形圖，建立數(shù)字地面模型（DTM），然后采用路線CAD集成系統(tǒng)完成路線設(shè)計(jì)的方法，已經(jīng)在全國范圍內(nèi)全面應(yīng)用[2,8]。

這一現(xiàn)狀意味著當(dāng)學(xué)生畢業(yè)后從事道路工程設(shè)計(jì)和施工的相關(guān)工作時(shí)，大多是從當(dāng)?shù)販y繪部門直接取得所需測繪資料及地形圖的電子文件，基本不會(huì)采用傳統(tǒng)手工方法測繪地形圖。未來工作的需求從工程應(yīng)用上對學(xué)生的能力提出了新的培養(yǎng)要求，因此有必要將兩門課程實(shí)踐教學(xué)中大量重復(fù)的手工繪圖環(huán)節(jié)弱化，將節(jié)省的時(shí)間和精力用于加強(qiáng)學(xué)生對計(jì)算機(jī)輔助制圖軟件的使用、新型測量儀器的使用等實(shí)踐能力方面的培養(yǎng)。

2 一體化的實(shí)施

基于前文的分析，本文以地形數(shù)據(jù)的采集與處理為核心，以增加課程實(shí)用性、先進(jìn)性和連續(xù)性為目標(biāo)，統(tǒng)一設(shè)計(jì)《測量》和《道勘》這兩門課程的實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容。

2.1 《測量》實(shí)踐教學(xué)的改革內(nèi)容

測量學(xué)綜合實(shí)習(xí)前半部分的控制測量實(shí)習(xí)內(nèi)容保持不變，將后半部分的經(jīng)緯儀白紙測圖改為全站儀電子數(shù)字測圖。采用全站儀或GPS進(jìn)行電子數(shù)字測圖是目前普遍采用的方法[1]。通過電子數(shù)字測圖將野外實(shí)習(xí)場地?cái)?shù)字化，為后續(xù)采用CAD集成軟件系統(tǒng)進(jìn)行道路設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。全站儀電子數(shù)字測圖的具體內(nèi)容如下：

1）外業(yè)數(shù)據(jù)采集。這一部分與道路勘測設(shè)計(jì)實(shí)習(xí)中白紙測圖的數(shù)據(jù)采集方法一樣，采用全站儀或GPS進(jìn)行外業(yè)數(shù)據(jù)采集[9]。測量時(shí)，要求用全站儀或GPS（包括存儲(chǔ)器）直接記錄所有碎部點(diǎn)的點(diǎn)號和三維坐標(biāo)。同時(shí)，人工繪制草圖記錄碎部點(diǎn)的連接關(guān)系和實(shí)體的地理屬性等繪圖信息。這樣改革既更新了測圖時(shí)的數(shù)據(jù)采集方法，也將道路勘測設(shè)計(jì)實(shí)習(xí)的測圖內(nèi)容提前學(xué)習(xí)，在保證教學(xué)內(nèi)容的前提下為后續(xù)道路勘測設(shè)計(jì)實(shí)習(xí)改革提供了空間。

2）內(nèi)業(yè)地圖繪制。這一部分與傳統(tǒng)的白紙測圖不同，不是直接在現(xiàn)場手工繪制地圖，而是在室內(nèi)根據(jù)外業(yè)采集的數(shù)據(jù)和繪制的草圖用電子數(shù)字制圖軟件利用計(jì)算機(jī)成圖。繪圖時(shí)，將碎部點(diǎn)坐標(biāo)直接從全站儀或GPS傳入計(jì)算機(jī)，然后根據(jù)草圖按照測圖要求采用人機(jī)交互編輯成圖。這樣既節(jié)省了手工繪制地圖的時(shí)間和精力，又能保證學(xué)生對繪圖步驟和方法的理解。另外，數(shù)字化測圖的成果可以分層存放，從而有利于道路勘測設(shè)計(jì)實(shí)習(xí)對成果的深加工利用。

2.2 《道勘》實(shí)踐教學(xué)的改革內(nèi)容

道路勘測設(shè)計(jì)實(shí)習(xí)的內(nèi)容將進(jìn)行比較大的變動(dòng)，核心是將傳統(tǒng)的現(xiàn)場定線改為在室內(nèi)進(jìn)行紙上定線。傳統(tǒng)的現(xiàn)場定線是設(shè)計(jì)人員在實(shí)地現(xiàn)場確定道路中線位置的方法，這種定線方法在設(shè)計(jì)單位目前已經(jīng)基本不用，現(xiàn)在普遍采用的定線方法是紙上定線。紙上定線之后進(jìn)行實(shí)地放線，然后現(xiàn)場核對并測量中樁地面高程和橫斷面地面線，再重新設(shè)計(jì)縱斷面和橫斷面。這樣，整個(gè)實(shí)習(xí)流程符合目前道路勘察設(shè)計(jì)單位普遍采用的勘測設(shè)計(jì)流程。因此，對道路勘測設(shè)計(jì)實(shí)習(xí)的內(nèi)容進(jìn)行改革是非常必要的，滿足學(xué)生未來的工作需求。改革后的實(shí)習(xí)內(nèi)容如下：

1）內(nèi)業(yè)紙上定線。將電子地圖導(dǎo)入路線CAD集成系統(tǒng)中，建立數(shù)字地面模型。運(yùn)用路線CAD集成設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行路線平面、縱斷面和橫斷面的設(shè)計(jì)。由于學(xué)生在測量學(xué)綜合實(shí)習(xí)時(shí)通過繪制電子地圖已經(jīng)充分了解實(shí)習(xí)場地的情況，有利于紙上定線的順利完成。而利用電子地圖建立的數(shù)字地面模型更為直觀，可以三維展示所設(shè)計(jì)的路線，使復(fù)雜條件下的多方案比選輕而易舉，使路線設(shè)計(jì)的合理性和效率顯著提高[8]。

2）外業(yè)實(shí)地放線。紙上定線后需將道路中線在地面上標(biāo)定，供落實(shí)核對以及詳細(xì)測量和施工之用。實(shí)地放線就是將紙上定線定好的路線敷設(shè)到地面上。具體做法是以設(shè)計(jì)路線的中樁為待放樣點(diǎn)，采用全站儀或GPS根據(jù)放樣點(diǎn)坐標(biāo)在實(shí)地標(biāo)出放樣點(diǎn)的平面位置。這一部分內(nèi)容基本與傳統(tǒng)的實(shí)習(xí)內(nèi)容一致。

3）外業(yè)數(shù)據(jù)測量。實(shí)地放線之后，采用水準(zhǔn)儀或GPS測量中樁地面高程，采用花桿皮尺法測量中樁處橫斷面地面線數(shù)據(jù)。這一部分內(nèi)容與傳統(tǒng)的道路勘測設(shè)計(jì)實(shí)習(xí)內(nèi)容基本一致，但改革后的重點(diǎn)在于現(xiàn)場落實(shí)核對紙上定線階段所設(shè)計(jì)的路線。

4）內(nèi)業(yè)路線調(diào)整。由于紙上定線時(shí)所用的中樁地面高程和橫斷面地面線數(shù)據(jù)是直接由數(shù)字地面模型獲得的，受電子地圖精度的影響，需要根據(jù)實(shí)地測量的數(shù)據(jù)重新設(shè)計(jì)路線的縱斷面和橫斷面。對于路線線位設(shè)計(jì)不當(dāng)?shù)那闆r，還需根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況對路線進(jìn)行局部修改。

3 一體化后的實(shí)踐教學(xué)流程

一體化后的實(shí)踐教學(xué)流程如圖1所示。

圖1 《測量》和《道勘》課程實(shí)習(xí)一體化流程圖（深色底紋圖框?yàn)楦母锏膬?nèi)容）

4 結(jié) 語

通過對《測量》和《道勘》兩門課程實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容的合理選擇和優(yōu)化，將兩門課程的實(shí)習(xí)內(nèi)容一體化，以期實(shí)現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容的先進(jìn)性、實(shí)用性和連續(xù)性。

1）將測量學(xué)綜合實(shí)習(xí)以采用的白紙測圖為中心改革為數(shù)字測圖以用圖和測設(shè)為中心；將道路勘測設(shè)計(jì)實(shí)習(xí)的焦點(diǎn)從勘測儀器的使用轉(zhuǎn)移到設(shè)計(jì)技術(shù)的學(xué)習(xí)上。這種以學(xué)生未來工作需求為導(dǎo)向的改革有助于提高學(xué)生的就業(yè)競爭力。

2）通過測繪電子地圖將兩門課程的實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容聯(lián)系起來，增加了學(xué)生對實(shí)習(xí)場地的熟悉程度，有利于教師在《道勘》實(shí)習(xí)中依托場地的情況開展選線部分的深入教學(xué)。

3）本文所提出的一體化改革思路適用于測量學(xué)綜合實(shí)習(xí)和道路勘測設(shè)計(jì)實(shí)習(xí)場地一致的情況，符合未來高校的建設(shè)趨勢。