大地測量與GPS數(shù)據(jù)處理實踐教學(xué)探討

常亮

【摘 要】本文針對上海海洋大學(xué)新增設(shè)的《大地測量與GPS數(shù)據(jù)處理》實踐課程的教學(xué)大綱進行探討。并通過對以往相關(guān)課程的理論與實踐教學(xué)的總結(jié)，探討了一種利用教學(xué)視頻進行輔助教學(xué)的新方式，以期提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與熱情，以及對實踐課程所運用技術(shù)的認(rèn)識和理解。

【關(guān)鍵詞】大地測量;GPS;視頻教學(xué)

中圖分類號： P228.4 文獻標(biāo)識碼： A文章編號： 2095-2457（2019）05-0183-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.05.070

0 前言

隨著空間科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，衛(wèi)星觀測手段在大地測量領(lǐng)域已發(fā)揮越來越重要的作用。比如全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（GNSS），大大改善了已有的地面測量技術(shù)，并通過對衛(wèi)星精密軌道跟蹤觀測的分析已提供了地球重力場的最好的長波數(shù)據(jù)，其中包括地球的扁率等，對深空探測器的跟蹤還可以最精確地確定地球的質(zhì)量。GNSS主要包括四大系統(tǒng)，分別是美國的GPS、俄羅斯的GLONASS（前蘇聯(lián)）、歐盟的GALILEO和我國的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BDS）。上海海洋大學(xué)自成立海洋測繪專業(yè)以來，一直重視《大地測量學(xué)基礎(chǔ)》、《GPS原理與應(yīng)用》等課程的建設(shè)。為了進一步檢驗和鞏固《大地測量學(xué)基礎(chǔ)》和《GPS原理與應(yīng)用》課程學(xué)習(xí)到的理論知識，在最新的教學(xué)大綱中增設(shè)了基于上述兩門課程的實踐學(xué)習(xí)。

本文主要致力于新增的《大地測量與GPS數(shù)據(jù)處理》實踐課程的教學(xué)探討，并通過對前期兩門單獨的實踐課程——《大地測量學(xué)與工程測量學(xué)》和《GPS測量與數(shù)據(jù)處理》的教學(xué)思考和總結(jié)，進行相應(yīng)的教學(xué)改革方案，以期促進學(xué)生對理論課程教學(xué)知識的認(rèn)識和理解，并提高教學(xué)質(zhì)量。

1 實踐教學(xué)大綱

1.1 課程目標(biāo)

（1）學(xué)習(xí)大地測量行業(yè)應(yīng)該具備的職業(yè)道德，使學(xué)生理解誠實公正、誠實守信的職業(yè)操守和規(guī)范，并能在以后的工作崗位中自覺遵守行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，形成崗位的責(zé)任心;

（2）培養(yǎng)學(xué)生的動手操作能力，使學(xué)生能夠通過實踐操作方式，對今后工作中可能遇到的問題，以及在工作過程中如何和他人進行有效合作與溝通;

（3）理解并掌握大地測量和GPS基礎(chǔ)知識，運用理論知識實現(xiàn)傳統(tǒng)技術(shù)和GPS技術(shù)進行高程測量;

（4）具備處理和分析水準(zhǔn)儀觀測數(shù)據(jù)的能力，可以用大地測量知識評價觀測結(jié)果的質(zhì)量和精度;

（5）具備處理和分析GPS觀測數(shù)據(jù)的能力，通過比較大地測量和GPS測量的實際觀測，深刻認(rèn)識傳統(tǒng)和現(xiàn)代測量技術(shù)的各自特點。

1.2 課程組織、實施與考核方式

本課程的組織和實施將主要以班級為單位，并按實習(xí)內(nèi)容分成5個小組，每組均需輪流進行水準(zhǔn)儀和GPS的數(shù)據(jù)測量和處理工作，每組5-6人。各小組輪流進行每項項內(nèi)容的實習(xí)，各小組需指定負(fù)責(zé)人，以天為時間節(jié)點按時向指導(dǎo)老師進行實習(xí)進程的匯報。

本課程的考核將主要以實習(xí)表現(xiàn)、實習(xí)報告和實習(xí)過程中的操作能力三個部分進行考核。實習(xí)表現(xiàn)指是否遵守實習(xí)規(guī)定的紀(jì)律，采樣工作是否積極主動，實驗工程是否認(rèn)真負(fù)責(zé)，有無發(fā)生重大事故，實習(xí)考勤情況等。實習(xí)報告的具體要求是，每人撰寫關(guān)于大地測量與GPS數(shù)據(jù)處理的報告一份。最后，實習(xí)成績的評定按照如下標(biāo)準(zhǔn)實施：實習(xí)基地考勤等20%;野外采樣和室內(nèi)實驗50%;實習(xí)報告30%標(biāo)準(zhǔn)實施?？己顺煽?yōu)槲寮壷疲簝?yōu)、良、中、差、及格和不及。

1.3 實踐教學(xué)內(nèi)容

本實踐課程的主要教學(xué)內(nèi)容包括以下5個部分：

（1）在分組完成后，集中進行水準(zhǔn)儀操作方法的學(xué)習(xí)，然后以小組為單位，各組進行路線勘查和控制點布設(shè)。在進行控制點布設(shè)時，要求選取視野開闊的區(qū)域，方便后續(xù)的GPS觀測。

（2）各組依據(jù)所布設(shè)的路線和控制點位置，利用水準(zhǔn)儀進行線路測量、沉降觀測等，水準(zhǔn)測量結(jié)果要求按照二等水準(zhǔn)的要求完成。測量完成后需要提交各組的記錄手簿，以及高程計算和分析結(jié)果。

（3）赴校外進行參觀實習(xí)，了解包含GPS等在內(nèi)的空間對地觀測原理。后續(xù)需提供參觀實習(xí)的學(xué)習(xí)感想一份。

（4）繼續(xù)進行野外采集與數(shù)據(jù)處理，與前序不同的是，此次需使用GPS觀測進行線路測量和沉降觀測。觀測完成后需提交GPS Rinex格式的觀測文件，以及利用自帶的GPS數(shù)據(jù)處理軟件進行GPS數(shù)據(jù)處理和分析的結(jié)果文件一份。

（5）最后，需要每組進行內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理與分析，重點還需要比較水準(zhǔn)測量與GPS測量的結(jié)果，并分析兩者的差異的可能原因。

2 教學(xué)改革方法

在以往的課堂教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，利用傳統(tǒng)的PPT授課方式仍然無法促進學(xué)生對相關(guān)問題的認(rèn)識和理解，在接下來的實踐課程教學(xué)中，會準(zhǔn)備1-2課時的時間進行思政素材的學(xué)習(xí)。以本門課程為例，結(jié)合視頻材料，選取了以下兩個內(nèi)容進行教學(xué)和學(xué)習(xí)。

（1）通過視頻觀測，讓同學(xué)們認(rèn)識到包括GNSS觀測技術(shù)在內(nèi)的空間對地觀測技術(shù)具有宏觀、快速、準(zhǔn)確探測地球的特點，可對“一帶一路”進行全局整體分析和長周期動態(tài)監(jiān)測。通過將GNSS技術(shù)與傳統(tǒng)測量技術(shù)的對比，讓大家深刻認(rèn)識到我國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的重要作用，產(chǎn)生民族自豪感。

（2）繼續(xù)通過視頻放映，以我國早期測量工作者——國測一大隊為例，讓同學(xué)們認(rèn)識到早期我國大地測量前輩的工作成就。1975年，國測一大隊隊員，在地球之巔的生命禁區(qū)——珠穆朗瑪峰，奮戰(zhàn)80多天，最終將測量覘標(biāo)牢牢矗立于珠峰之巔，圓滿完成了我國首次珠穆朗瑪峰測量任務(wù)，向世界宣布珠穆朗瑪峰海拔高度為8848.13米。這個精確的“中國高度”，迅速得到了聯(lián)合國教科文組織和全世界的承認(rèn)。他們90%以上的隊員都是知識分子，每一位技術(shù)人員一年中有大半年時間都在荒郊野外度過;他們六次登上珠穆朗瑪峰，兩次在珠穆朗瑪峰上刻下舉世矚目的“中國高度”;24次進駐內(nèi)蒙古荒原，28次深入西藏?zé)o人區(qū)，37次踏入新疆腹地，徒步行程總計5000多萬公里，相當(dāng)于繞地球1200多圈。通過實習(xí)過程中傳統(tǒng)技術(shù)和現(xiàn)代技術(shù)的對比，讓同學(xué)們體會技術(shù)發(fā)展帶來便利的同時，仍然不能忘記我國大地測量前輩工作者們?yōu)樽鎳慕?jīng)濟發(fā)展與建設(shè)所付出的努力。

3 結(jié)論

本文結(jié)合對以往《大地測量學(xué)基礎(chǔ)》和《GPS原理與應(yīng)用》課程的理論學(xué)習(xí)，以及《大地測量學(xué)與工程測量學(xué)》和《GPS測量與數(shù)據(jù)處理》實踐課程的教學(xué)思考和總結(jié)，探討可能的教學(xué)改革方法。本文提出了關(guān)于實踐課程過程中利用教學(xué)視頻進行輔助教學(xué)的思考，以期提高學(xué)生對課程應(yīng)用的深入思考，提高教學(xué)效果和質(zhì)量，促進學(xué)生們在衛(wèi)星大地測量的基本理論與應(yīng)用的知識理解。