《測量學》實踐教學中全站儀與光學儀器的比較

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《測量學》實踐教學中全站儀與光學儀器的比較

陶 葉 青，楊娟，戴 洪 寶，白 洪 偉

(安徽省宿州學院 環(huán)境與測繪工程學院，安徽 宿州 234000)

摘要：在分析《測量學》實踐教學內(nèi)容的基礎(chǔ)上，對實踐教學所需要的測量儀器在測量精度、可操作性等方面的要求進行了討論。全站儀與水準儀、經(jīng)緯儀等傳統(tǒng)光學儀器能否滿足實踐教學對儀器性能、數(shù)字化程度等方面的要求進行比較。在此基礎(chǔ)上，給出以全站儀為重點，顧及傳統(tǒng)光學儀器的《測量學》實踐課程體系。

關(guān)鍵詞：全站儀；光學儀器；實踐教學；適用性

《測量學》做為測繪工程專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課之一，主要任務是講授測量工作的基本原理、并通過測量儀器對所講原理進行驗證，用測量儀器完成相應的測量工作[1-3]。測量的主要工作是獲取地面點間的距離、角度、高差三個觀測量[4]。在大平板測圖時代，距離主要通過卷尺進行量距，角度通過經(jīng)緯儀測量，高差通過水準儀進行觀測。隨著測繪技術(shù)的發(fā)展，以前的大平板測圖時代已被數(shù)字化測圖技術(shù)所取代，傳統(tǒng)光學儀器在測量工作中的作用也逐漸削弱。相比較而言，全站儀作為數(shù)字化測圖的代表性儀器，在測量工作中已必不可少。

因此，圍繞傳統(tǒng)的光學儀器進行的《測量學》實踐教學也應進行相應的調(diào)整，提高數(shù)字化儀器在實踐教學中的地位與作用，以使課程教學內(nèi)容跟上測繪技術(shù)的進步與發(fā)展。文獻[5]對實踐教學體系改革進行研究；文獻[6-7]對實踐教學模式改革進行研究；文獻[8]對建立模塊化的實踐教學體系進行研究。論文結(jié)合《測量學》實踐教學內(nèi)容，在比較全站儀與傳統(tǒng)光學儀器性能的基礎(chǔ)上，對全站儀與傳統(tǒng)光學儀器的教學適用性進行討論，并提出適合課程需要的實踐教學體系。

1實踐教學的主要內(nèi)容

為達到《測量學》課程的教學要求，對課程所學知識進行實踐認知是必不可少的，實踐教學效果決定了課程理論教學的成敗，并且對以課程教學中各章節(jié)的理論學習有一定的輔助作用。安徽省宿州學院測繪工程專業(yè)的《測量學》實踐教學的主要內(nèi)容為：水準測量、角度測量、距離測量、平面導線控制測量、高程控制測量、碎部測量。實驗性質(zhì)與常用儀器如表(1)：

表1：實驗名稱與性質(zhì)

水準測量實驗的主要內(nèi)容是通過水準儀完成閉合水準路線、附合水準路線、支水準路線的測量作業(yè)。實踐教學中通常采用S3型水準儀來完成實驗的主要內(nèi)容。

角度測量實驗的主要內(nèi)容是通過儀器完成水平角觀測、垂直角觀測。實踐教學中可以借助經(jīng)緯儀與全站儀、通過測回法或全圓觀測法來完成相應的角度觀測。

距離測量實驗主要通過鋼卷尺或激光測距儀完成傾斜距離或水平距離的觀測。

導線控制測量實驗的主要內(nèi)容：閉合導線測量、附合導線測量、支導線測量。實驗教學中通常采用鋼卷心、經(jīng)緯儀來完成，也可以通過全站儀實現(xiàn)。熟練掌握角度測量與距離測量是進行導線控制測量的前提。

高程控制測量實驗的主要內(nèi)容為三等高程控制測量與四等高程控制測量。實踐教學中通常采用水準儀完成，也可以通過經(jīng)緯儀與全站儀來實現(xiàn)。

碎部測量實驗要求在熟練掌握水準測量、角度測量、距離測量的基礎(chǔ)上，應用導線與高程控制測量的成果進行實踐教學。碎部測量可以通過平板儀或全站儀來完成。

2儀器的性能參數(shù)比較

全站儀與光學儀器在性能參數(shù)上的比較主要為高差、角度、距離三個觀測量的測量精度比較。高差觀測量的精度衡量標準為每千米水準測量的高差中誤差，角度觀測量的精度衡量標準為角度測量一測回的方向中誤差，距離觀測量的精度衡量標準為：

(1)

式中ms為測距精度，a為常誤差，S為觀測距離，b為比例誤差。宿州學院測繪工程實驗室常用

光學儀器與全站儀的精度比較如表2：

表2表明全站儀的測距精度顯著高于鋼卷尺的測距精度，與測距儀的測距精度相當；測角精度高于經(jīng)緯儀。應用三角高程測量原理，測定點間的高差，全站儀的測量精度可達到毫米級，與高等級水準儀的測量精度相當。

表2：全站儀與光學儀器的精度比較

全站儀測量精度高于或等同于傳統(tǒng)光學儀器。此外，全站儀具有數(shù)字化、集成化、作業(yè)效率高等方面的優(yōu)勢是傳統(tǒng)光學儀器無法比擬的，它已成為測量外業(yè)工作主要的作業(yè)儀器。

3儀器的適用性比較與問卷調(diào)查

3.1　儀器的適用性比較

全站儀作為測量作業(yè)中必不可少的作業(yè)工具，如何在《測量學》實踐教學中得到應用和加強，在實踐教學課程教學過程中能否與傳統(tǒng)光學儀器在各項實踐中扮演相同或更重要的角色值得關(guān)注。雖然傳統(tǒng)光學儀器在測量精度、作業(yè)效率以及數(shù)字化程度上沒有全站儀所具有的優(yōu)勢，但是傳統(tǒng)光學儀器伴隨著測量學科的發(fā)展，是講授《測量學》課程內(nèi)容的基本工具，更能加深對測量學知識的理解。因此有必要對全站儀與傳統(tǒng)光學儀器在實踐教學中的適用性進行比較。根據(jù)各項實驗的主要內(nèi)容和目的，全站儀在各項實踐中能否達到驗目的列于表3：

表3：全站儀與傳統(tǒng)光學儀器的適用性比較

3.2　問卷調(diào)查

就全站儀與光學儀器在《測量學》各實踐教學課程中的使用傾向性問題，對已完成《測量學》課程學習的宿州學院10測繪工程班進行問卷調(diào)查，調(diào)查樣本數(shù)量為76人。調(diào)查結(jié)果如圖1所示，圖中橫軸為實踐課程所對應的序號(表3)：

圖1：傾向性對比圖

序號實驗名稱課時∕節(jié)實驗儀器輔助儀器1水準測量4水準儀∕2角度測量4經(jīng)緯儀全站儀3距離測量3全站儀卷尺4儀器檢校4全站儀、水準儀經(jīng)緯儀、卷尺5導線控制測量4全站儀經(jīng)緯儀、卷尺6高程控制測量4水準儀全站儀7碎部測量3全站儀平板儀

問卷調(diào)查表明，如果全站儀能達到實驗目的，學生更傾向于用全站儀完成實驗。主要原因是全站儀

可操作性強、測量效率高，并且作為數(shù)字化的儀器更容易被當代大學生所接受。但是傳統(tǒng)光學儀器并沒有完成被目前的測量作業(yè)所完全拋棄，作為測繪學科經(jīng)典的儀器設(shè)備，在實踐教學中應該有所介紹和講解。通過問卷調(diào)查，以及與校內(nèi)外測量專業(yè)教師的交流，結(jié)合宿州學院測繪工程專業(yè)現(xiàn)有的教學體系，制定《測量學》實踐教學課程體系：

4結(jié)論

結(jié)合《測量學》實踐教學內(nèi)容，在比較全站儀與傳統(tǒng)光學儀器性質(zhì)的基礎(chǔ)上，對儀器的適用性進行比較，并就此進行問卷調(diào)查。結(jié)果表明，在實踐教學中，如果全站儀能達到實驗目的，學生更傾向于使用全站儀。由于傳統(tǒng)光學儀器的作用并沒有被完全取代，討論并提出更加合理的實踐教學課程體系。

〔參考文獻〕

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Comparation of Total Station with Optical Instruments in the Use of 《Elementary Surveying》 Practice Teaching

TAO Ye-qing,YANG Juan,DAI Hong-bao,BAI Hong-wei

(Earth Science And Engineering School,Suzhou University,Suzhou 234000)

Abstract:Based on the analysis of 《elementary surveying》practice teaching content, discuss the measurement accuracy、feasible operation of measuring instrument which is necessary for the practice teaching.Compare the total station with optical instruments if they can be satisfied with the need of practice teaching about instrument character、degree of digitization.On this basis, given the practice teaching system of《elementary surveying》which take total station as focus and take into account the traditional optical instruments.

Key words:Total station; Optical instruments; Practice teaching; Applicability

中圖分類號：P24-4

文獻標識碼：A

文章編號：1004-1869(2015)02-0069-03

作者簡介：陶葉青(1984-)，江蘇省淮安市人，講師，博士研究生，研究方向：測量數(shù)據(jù)處理。

基金項目：宿州學院教學研究項目(szxyjyxm201301，szxyjyxm201302，szxyjyxm201418，szxyjyxm201419),安徽省煤礦勘探工程技術(shù)研究中心(2013YKF04，2014YKF04，2014YKF08)。

收稿日期：2014-11-24