淺談關于土木工程專業的水準測量實踐教學方法

許善文

摘 要：為使學生掌握水準測量的原理以及內容、熟悉水準測量的儀器和工具、了解水準測量的誤差來源和注意事項、培養學生團隊協作意識和專業素質精神，該文通過對土木工程專業學生的水準測量實踐教學方法設計和教學成果的探討，使學生將水準測量原理應用到實際的測量工作中，并發現和解決一些運用過程的問題，提高學生實踐能力和應用能力，從根本上保證工程測量課程的教學質量，為社會培養出適應企業需求的技術型人才。

關鍵詞：水準測量 工程測量 實踐教學 教學成果

中圖分類號：TU19 文獻標識碼：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

土木工程專業的測量課程主要教學任務是使學生了解和掌握測量的原理和方法以及測量儀器的操作應用，使學生從事專業的施工管理具有良好的理論基礎。《工程測量》課程是土木工程專業一門具有較強實踐性的專業技術基礎課[1]，是為培養滿足土木工程行業對具有較強的實踐能力的土木工程高級專業技術人才的需要而設置的[2]，旨在培養學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、技術性強的特點，學習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學生將來從事現代工程建設的基本條件。

1 探討水準測量實踐教學方法的意義

水準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，水準測量成果的精確與否，直接影響到工程的質量[3]。實施測量過程中，要求測量人員以高度負責認真的態度來對待測量工作，嚴格控制數據精度，養成良好的操作習慣，更好地為工程服務。在水準測量實踐教學中，一個有效果的教學方案應該讓學生積極全面的參與實踐環節，掌握水準測量的內容、熟悉水準測量工具、了解水準測量注意事項、培養學生團隊意識和專業精神等。

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

2 水準測量實踐教學方法設計

2.1 主要實踐目的

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

（1）熟悉儀器。了解所使用的水準儀的構造，認識水準儀各部件名稱及其功能；掌握使用儀器步驟；掌握配合水準尺的讀數方法。

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

（3）對采集的數據進行處理，檢核數據質量，分析測量成果，找出異常情況和引起的原因，總結注意事項等。

2.2 儀器與工具

結合實驗室配置，該部分實踐教學使用儀器為DS3微傾式水準儀，雙面尺和尺墊。

2.3 實踐內容

（1）熟練使用DS3微傾式水準儀。

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

水準儀使用步驟為：安置儀器、粗平、對光瞄準、精平和讀數。安置儀器，包括取出三腳架，要求三腳架高度適當，架頭水平。將三腳架踩實穩固架好，高度適合觀測。平穩取出水準儀，放置在三腳架上并用連接螺旋旋緊。粗平儀器指運用左手大拇指原則，首先反方向旋轉兩個腳螺旋，使圓水準器的氣泡移至這兩個腳螺旋連線的中線上，再左手旋轉第三個腳螺旋，將氣泡移至居中位置即可。對光瞄準是指首先將目鏡對光，旋轉目鏡調焦螺旋，使十字絲清晰，再用望遠鏡瞄準水準尺，制動照準部后，旋轉物鏡調焦螺旋，使目標清晰，再旋轉微動使豎絲對準水準尺，注意消除視差即可。精平是指旋轉微傾螺旋使符合氣泡觀察窗內的兩個氣泡半像移至符合成完整的圓弧。讀數是指在完成精平后立即讀數，由小到大方向讀出米、分米和厘米位再估讀出毫米位，需要注意讀數完后立即檢查符合氣泡是否居中，否則重新精平再讀數。

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

（2）普通水準測量。

測量一段閉合水準路線，在實驗場地上選定一點A，作為已知高程點，高程假設為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，進行閉合水準路線測量。

在BM1和TP1之間安置水準儀，后視BM1上的水準尺，前視BM2上的水準尺，，將后視讀數與前視讀數記錄到手薄上，然后在進行測站檢核，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記錄到手薄上。并現場計算出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，重復第一測站所有工作，沿著選定水準路線，依次經過1、2、3、4點連續觀測，最后回到A點。現場進行計算檢核。

該部分要求學生在熟練使用水準儀的基礎上，能熟練掌握普通水準測量的觀測工作，以及普通水準測量的測站檢核和計算檢核。

（3）成果處理。

水準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，水準測量觀測成果合格，否則應檢查原因并要求返工。成果合格后調整高差閉合差，再計算改正后的高差和各點高程。

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

普通水準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是指各測段水準路線長度，n是指各測段的測站數。在本次實踐中設定測量出L值，所以可以采用L值代入計算。

按照高差閉合差調整原則[3，5]，各測段高差閉合差的改正數計算公式：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路線高差閉合差，高差閉合差應該為0。根據已知點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

在環節設計上，這一實踐學時需要4個學時。首先在課堂理論課學習完備的基礎上，熟悉水準儀使用，準確快速讀出十字絲在水準尺的讀數，然后熟練掌握普通水準測量的基本工作和成果處理流程。

采用隊長負責制，即每個測量隊4～5人，設隊長一名。隊長職責是協助老師并領導測量小隊完成水準測量工作，另外負責儀器領取、歸還、檢查等工作。所以，隊長的選拔應該注重學生是否有責任心、吃苦耐勞并且好學上進的特質[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儀、正確快速使用儀器，合格快速完成普通水準測量的測站檢核和計算檢核。以完整和規范的測量作業流程和數據處理的過程，激發他們對課程的學習興趣。此外，由學生自己進行內業數據處理，形成水準測量成果，這種實踐教學方法有利于培養學生的動手能力、分析和解決工程實際應用問題的能力。

2.5 誤差分析與注意事項

水準測量誤差來源于三個方面，儀器誤差、觀測誤差和外界環境的影響。

儀器誤差包括水準管軸與視準軸不平行造成的殘余誤差和水準尺誤差；觀測誤差包括管水準氣泡居中誤差、讀數誤差、視差和水準尺傾斜誤差等；外界環境因素包括地球曲率、大氣折光，溫度和風力，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對光。

在水準測量時，要遵守測量儀器使用規范，正確使用、合理操作水準儀是保證水準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范。

3 水準測量實踐教學成果

3.1 達到水準測量實踐教學目的程度

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

3.2 實踐教學過程中發現的問題

在水準測量實踐學習過程中會遇到各種問題，教師可以引導學生自己發現并解決問題。例如在粗平水準儀時，有學生發現按照左手原則操作時，氣泡并不移動，教師可引導學生理解圓水準器氣泡移動的原理，重新安置儀器，調節腳螺旋以達到粗平儀器。

在實踐教學過程中，學生的學習態度問題也是影響教學效果的重要因素，例如記錄觀測數據時，有學生經常出現數據涂改嚴重、不按規范記錄等現象，教師需要認真闡明觀測手薄作為測量基礎資料的重要性，嚴格要求各測量隊記錄員的專業素質。

4 結語

水準測量實踐教學是非常重要的，不僅可以幫助學生加深理解和掌握水準測量的基本理論和技術，還可以讓學生將水準測量原理應用到實際的測量工作中，并能發現和解決一些運用過程中的問題。

水準測量實踐教學目的使學生掌握水準測量的內容、熟悉水準測量工具、了解水準測量注意事項、培養學生團隊意識和專業精神等。教師在教學中需要提高學生實踐能力和應用能力，只有這樣才能從根本上保證工程測量課程的教學質量，為社會培養出適應企業需求的技術型人才。

參考文獻

[1] 張洪萍.《土木工程測量》教學方法改革和思考[J].河北農業大學學報，2009，11（4）：482-485.

[2] 趙麗萍.淺談現代教育技術下《土木工程測量》的教學實踐[J].科技創新導報，2011（1）：190.

[3] 曲仁明.淺談水準測量的誤差來源及控制方法[J].黑龍江科技信息，2009（14）：40.

[4] 步硯忠.建筑工程測量[M].哈爾濱工業大學出版社，2014.

[5] 魯云仿.工程測量[M].西南交通大學出版社，2014.

[6] 徐愛梅.《土木工程測量》教學方法改革的探討[J].江西測繪，2014（4）：28-29.