时间：2022-04-19 05:10:50
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摘要：本文对工程测量学重新进行了定义，指出了该学科的地位和研究应用领域；阐述了工程测量学领域通用和专用仪器的发展；在理论方法发展方面，重点对平差理论、工程网优化设计、变形观测数据处理方法进行了归纳和总结。扼要地叙述了大型特种精密工程测量在国内外的发展情况。结合科研和开发实践，简介了地面控制与施工测量工程内外业数据处理一体化自动化系统——科傻系统。最后展望了21世纪工程测量学若干发展方向。
关键词：工程测量工业测量精密工程测量测量机器人工程网优化设计
一、学科地位和研究应用领域
1.学科定义
工程测量学是研究地球空间(地面、地下、水下、空中)中具体几何实体的测量描绘和抽象几何实体的测设实现的理论方法和技术的一门应用性学科。它主要以建筑工程、机器和设备为研究服务对象。
2.学科地位
测绘科学和技术(或称测绘学)是一门具有悠久历史和现展的一级学科。该学科无论怎样发展，服务领域无论怎样拓宽，与其他学科的交叉无论怎样增多或加强，学科无论出现怎样的综合和细分，学科名称无论怎样改变，学科的本质和特点都不会改变。总的来说，整个学科的二级学科仍应作如下划分：
——大地测量学(包括天文、几何、物理、卫星和海洋大地测量)；
——工程测量学(含近景摄影测量和矿山测量)；
——航空摄影测量与遥感学；
——地图制图学；
——不动产地籍与土地整理。
3.研究应用领域
目前国内把工程建设有关的工程测量按勘测设计、施工建设和运行管理三个阶段划分；也有按行业划分成：线路(铁路、公路等)工程测量、水利工程测量、桥隧工程测量、建筑工程测量、矿山测量、海洋工程测量、军事工程测量、3维工业测量等，几乎每一行业和工程测量都有相应的著书或教材。
由Hennecke,Mueller,Werner3个德国人所编著的工程测量学，主要按下述内容进行划分和编写：①测量仪器和方法；②线路、铁路、公路建设测量；③高层建筑测量；④地下建筑测量；⑤安全监测；⑥机器和设备测量。
由于工程测量的研究应用领域非常广泛，发展变化也很快，因此写书十分困难。目前国内外没有一本全面涉及工程测量学理论、技术、方法和实际应用的现代专著或教材。
国际测量师联合会(FIG)的第六委员会称作工程测量委员会，过去它下设4个工作组：测量方法和限差；土石方计算；变形测量；地下工程测量。此外还设了一个特别组：变形分析与解释。现在，下设了6个工作组和2个专题组。6个工作组是：大型科学设备的高精度测量技术与方法；线路工程测量与优化；变形测量；工程测量信息系统；激光技术在工程测量中的应用；电子科技文献和网络。2个专题组是：工程和工业中的特殊测量仪器；工程测量标准。
德国、瑞士、奥地利3个德语语系国家自50年起组织每3～4年举行一次的“工程测量国际学术讨论会”。过去把工程测量划分为以下几个专题：测量仪器和数据获取；数据解释、处理和应用；高层建筑和设备安装测量；地下和深层建筑测量；环境和工程建筑物变形监测。
1992年第11届讨论会的专题是：测量理论与测量方案；测量技术和测量系统；信息系统和CAD；在建筑工程和工业中的应用。
1996年的第12届讨论会的专题是：测量和数据处理系统；监测和控制；在工业和建筑工程中的质量问题；数据模型和信息系统；交叉学科的大型工程项目。
从以上可见，工程测量学的研究领域既有相对的固定性，又是不断发展变化的。笔者认为，工程测量学主要包括以工程建筑为对象的工程测量和以设备与机器安装为对象的工业测量两大部分。在学科上可划分为普通工程测量和精密工程测量。工程测量学的主要任务是为各种工程建设提供测绘保障，满足工程所提出的要求。精密工程测量代表着工程测量学的发展方向，大型特种精密工程建设是促进工程测量学科发展的动力。
二、工程测量仪器的发展
工程测量仪器可分通用仪器和专用仪器。通用仪器中常规的光学经纬仪、光学水准仪和电磁波测距仪将逐渐被电子全测仪、电子水准仪所替代。电脑型全站仪配合丰富的软件，向全能型和智能化方向发展。带电动马达驱动和程序控制的全站仪结合激光、通讯及CCD技术，可实现测量的全自动化，被称作测量机器人。测量机器人可自动寻找并精确照准目标，在1s内完成一目标点的观测，像机器人一样对成百上千个目标作持续和重复观测，可广泛用于变形监测和施工测量。GPS接收机已逐渐成为一种通用的定位仪器在工程测量中得到广泛应用。将GPS接收机与电子全站仪或测量机器人连接在一起，称超全站仪或超测量机器人。它将GPS的实时动态定位技术与全站仪灵活的3维极坐标测量技术完美结合，可实现无控制网的各种工程测量。
专用仪器是工程测量学仪器发展最活跃的，主要应用在精密工程测量领域。其中，包括机械式、光电式及光机电(子)结合式的仪器或测量系统。主要特点是：高精度、自动化、遥测和持续观测。
用于建立水平的或竖直的基准线或基准面，测量目标点相对于基准线(或基准面)的偏距(垂距)，称为基准线测量或准直测量。这方面的仪器有正、倒锤与垂线观测仪，金属丝引张线，各种激光准直仪、铅直仪(向下、向上)、自准直仪，以及尼龙丝或金属丝准直测量系统等。
在距离测量方面，包括中长距离(数十米至数公里)、短距离(数米至数十米)和微距离(毫米至数米)及其变化量的精密测量。以ME5000为代表的精密激光测距仪和TERRAMETERLDM2双频激光测距仪，中长距离测量精度可达亚毫米级；可喜的是，许多短距离、微距离测量都实现了测量数据采集的自动化，其中最典型的代表是铟瓦线尺测距仪DISTINVAR，应变仪DISTERMETERISETH，石英伸缩仪，各种光学应变计，位移与振动激光快速遥测仪等。采用多谱勒效应的双频激光干涉仪，能在数十米范围内达到0.01μm的计量精度，成为重要的长度检校和精密测量设备；采用CCD线列传感器测量微距离可达到百分之几微米的精度，它们使距离测量精度从毫米、微米级进入到纳米级世界。
高程测量方面，最显著的发展应数液体静力水准测量系统。这种系统通过各种类型的传感器测量容器的液面高度，可同时获取数十乃至数百个监测点的高程，具有高精度、遥测、自动化、可移动和持续测量等特点。两容器间的距离可达数十公里，如用于跨河与跨海峡的水准测量；通过一种压力传感器，允许两容器之间的高差从过去的数厘米达到数米。
与高程测量有关的是倾斜测量(又称挠度曲线测量)，即确定被测对象(如桥、塔)在竖直平面内相对于水平或铅直基准线的挠度曲线。各种机械式测斜(倾)仪、电子测倾仪都向着数字显示、自动记录和灵活移动等方向发展，其精度达微米级。
具有多种功能的混合测量系统是工程测量专用仪器发展的显著特点，采用多传感器的高速铁路轨道测量系统，用测量机器人自动跟踪沿铁路轨道前进的测量车，测量车上装有棱镜、斜倾传感器、长度传感器和微机，可用于测量轨道的3维坐标、轨道的宽度和倾角。液体静力水准测量与金属丝准直集成的混合测量系统在数百米长的基准线上可精确测量测点的高程和偏距。
综上所述，工程测量专用仪器具有高精度(亚毫米、微米乃至纳米)、快速、遥测、无接触、可移动、连续、自动记录、微机控制等特点，可作精密定位和准直测量，可测量倾斜度、厚度、表面粗糙度和平直度，还可测振动频率以及物体的动态行为。
三、工程测量理论方法的发展
1.测量平差理论
最小二乘法广泛应用于测量平差。最小二乘配置包括了平差、滤波和推估。附有限制条件的条件平差模型被称为概括平差模型，它是各种经典的和现代平差模型的统一模型。测量误差理论主要表现在对模型误差的研究上，主要包括：平差中函数模型误差、随机模型误差的鉴别或诊断；模型误差对参数估计的影响，对参数和残差统计性质的影响；病态方程与控制网及其观测方案设计的关系。由于变形监测网参考点稳定性检验的需要，导致了自由网平差和拟稳平差的出现和发展。观测值粗差的研究促进了控制网可靠性理论，以及变形监测网变形和观测值粗差的可区分性理论的研究和发展。针对观测值存在粗差的客观实际，出现了稳健估计(或称抗差估计)；针对法方程系数阵存在病态的可能，发展了有偏估计。与最小二乘估计相区别，稳健估计和有偏估计称为非最小二乘估计。
巴尔达的数据探测法对观测值中只存在一个粗差时有效，稳健估计法具有抵抗多个粗差影响的优点。建立改正数向量与观测值真误差向量之间的函数关系，可对多个粗差同时进行定位和定值，这种方法已在通用平差软件包中得到算法实现和应用。
方差和协方差分量估计实质上是精化平差的随机模型，过去一直仅停留在理论的研究上。实际中，要求对多种观测量进行综合处理，因此，方差分量估计已成为测量平差的必备内容了。目前，通用平差软件包中已增加了该功能，但还需要在测量规范中明确提出来。
需要指出的是：许多测量作业单位喜欢采用附合导线进行逐级加密，主要依据目前规范中有关一、二、三级导线和图根导线的规定。无疑附合导线具有许多优点，但由于多余观测少，发现和抵抗粗差的能力较弱，不宜滥用。建立一个区域的控制，首级网点采用GPS测量，下面最好用一个等级的导线网作全面加密。从测量平差理论来看，全面布设的导线网具有更好的图形强度，精密较均匀，可靠性也较高。
2.工程控制网优化设计理论和方法
网的优化设计方法有解析法和模拟法两种。解析法是基于优化设计理论构造目标函数和约束条件，解求目标函数的极大值或极小值。一般将网的质量指标作为目标函数或约束条件。网的质量指标主要有精度、可靠性和建网费用，对于变形监测网还包括网的灵敏度或可区分性。对于网的平差模型而言，按固定参数和待定参数的不同，网的优化设计又分为零类、一类、二类和三类优化设计，涉及到网的基准设计，网形、观测值精度以及观测方案的设计。在工程测量中，施工控制网、安装控制网和变形监测网都需要作优化设计。由于采用GPS定位技术和电磁波测距，网的几何图形概念与传统的测角网有很大的区别。除特别的精密控制网可考虑用专门编写的解析法优化设计程序作网的优化设计外，其他的网都可用模拟法进行设计。模拟法优化设计的软件功能和进行优化设计的步骤主要是：根据设计资料和地图资料在图上选点布网，获取网点近似坐标(最好将资料作数字化扫描并在微机上进行)。模拟观测方案，根据仪器确定观测值精度，可进一步模拟观测值。计算网的各种质量指标如精度、可靠性、灵敏度。精度应包括点位精度、相邻点位精度、任意两点间的相对精度、最弱点和最弱边精度、边长和方位角精度。进一步可计算坐标未知数的协方差阵或部分点坐标的协方差阵，协方差阵的主成份计算，特征值计算，点位误差椭圆、置信椭圆的计算等。可靠性包括每个观测值的多余观测分量(内部可靠性)和某一观测值的粗差界限值对平差坐标的影响(外部可靠性)。灵敏度包括灵敏度椭圆、在给定变形向量下的灵敏度指标以及观测值的灵敏度影响系数。将计算出的各质量指标与设计要求的指标比较，使之既满足设计要求，又不致于有太大的富余。通过改变观测值的精度或改变观测方案(增加或减少观测值)或局部改变网形(增加或减少网点)等方法重新作上述设计计算，直到获取一个较好的结果。
在实践中，总结出了下述优化设计策略：先固定观测值的精度，对选取的网点，观测所有可能的边和方向，计算网的质量的指标，若质量偏低，则必须提高观测值的精度。在某一组先验精度下，若网的质量指标偏高了，这时可按观测值的内部可靠性指标ri，删减观测值。ri太大，说明该观测值显得多余，应删去；若ri很小，则该观测值的精度不宜增加。这种根据ri大小来删除观测值的方法称为从“密”到“疏”，从“肥”到“瘦”的优化策略。
从模拟法优化设计的整个过程来看，它是一种试算法，需要有一个好的软件。该软件除具有通用平差软件的功能外，在成果输出的多样性、直观性，在可视化以及人机交互界面设计方面都有更高要求。同时也要求设计者具有坚实的专业知识和丰富的经验。
用模拟法可获得一个相对较优且切实可行的方案，可进一步用模拟观测值作网的平差计算，同时可模拟观测值粗差并计算对结果的影响。这种方法称为数学扭曲法或蒙特卡洛法。对于一个精度、可靠性以及灵敏度要求极高的监测网或精密控制网，作上述优化设计和精细计算是十分必要的。国内在这方面的应用报道较少。多是为了安全起见，有较大的质量富余，建网费用偏高。网优化设计费用很少，所带来的效益较大，凡是较重要的工程控制网，都应作优化设计。
3.变形观测数据处理
工程建筑物及与工程有关的变形的监测、分析及预报是工程测量学的重要研究内容。其中的变形分析和预报涉及到变形观测数据处理。但变形分析和预报的范畴更广，属于多学科的交叉。
(1)变形观测数据处理的几种典型方法
根据变形观测数据绘制变形过程曲线是一种最简单而有效的数据处理方法，由过程曲线可作趋势分析。如果将变形观测数据与影响因子进行多元回归分析和逐步回归计算，可得到变形与显著性因子间的函数关系，除作物理解释外，也可用于变形预报。多元回归分析需要较长的一致性好的多组时间序列数据。
若仅对变形观测数据，可采用灰色系统理论或时间序列分析理论建模，前者可针对小数据量的时间序列，对原始数列采用累加生成法变为生成数列，因此有减弱随机性、增加规律性的作用。如果对一个变形观测量(如位移)的时间序列，通过建立一阶或二阶灰微分方程提取变形的趋势项，然后再采用时序分析中的自回归滑动平均模型ARMA，这种组合建模的方法，可分性好且具有以下显著优点：将非平稳相关时序转化为独立的平衡时序；具有同时进行平滑、滤波和推估的作用；模型参数聚集了系统输出的特征和状态；这种组合模型是基于输出的等价系统的理想动态模型。
把变形体视为一个动态系统，将一组观测值作为系统的输出，可以用卡尔曼滤波模型来描述系统的状态。动态系统由状态方程和观测方程描述，以监测点的位置、速率和加速率参数为状态向量，可构造一个典型的运动模型。状态方程中要加进系统的动态噪声。卡尔曼滤波的优点是勿需保留用过的观测值序列，按照一套递推算法，把参数估计和预报有机地结合起来。除观测值的随机模型外，动态噪声向量的协方差阵估计和初始周期状态向量及其协方差阵的确定值得注意。采用自适应卡尔曼滤波可较好地解决动态噪声协方差的实时估计问题。卡尔曼滤波特别适合滑坡监测数据的动态处理；也可用于静态点场、似静态点场在周期的观测中显著性变化点的检验识别。
对于具有周期性变化的变形观测时间序列，通过Fourier变换，可将时域内的信息转变到频域内分析，例如大坝的水平位移、桥梁的垂直位移都具有明显的周期性。在某一观测时刻的观测值数字信号可表示为许多个不同频率的谐波分量之和，通过计算各谐波频率的振幅，最大振幅以及所对应的主频率等，可揭示变形的周期变化规律。若将变形体视为动态系统，变形视为输出，各种影响因子视为输入，并假设系统是线性的，输入输出信号是平稳的，则通过频谱分析中的相干函数、频响函数和响应谱函数估计，可以分析输入输出信号之间的相干性，输入对系统的贡献(即影响变形的主要因素及其频谱特性)。
(2)变形的几何分析与物理解释
传统的方法将变形观测数据处理分为变形的几何分析和物理解释。几何分析在于描述变形的空间及时间特性，主要包括模型初步鉴别、模型参数估计和模拟统计检验及最佳模型选取3个步骤。变形监测网的参考网、相对网在周期观测下，参考点的稳定性检验和目标点和位移值计算是建立变形模型的基础。变形模型既可根据变形体的物理力学性质和地质信息选取，也可根据点场的位移矢量和变形过程曲线选取。此外，前述的时间序列分析，灰色理论建模、卡尔曼滤波以及时间序列频域法分析中的主频率和振幅计算等也可看作变形的几何分析。
变形的物理解释在于确定变形与引起变形的原因之间的关系，通常采用统计分析法和确定函数法。统计分析法包括多元回归分析、灰色系统理论中的关联度分析以及时间序列频域法分析中的动态响应分析等。统计分析法以实测资料为基础，观测资料愈丰富、质量愈高，其结果愈可靠，且具有“后验”性质，它与变形的几何分析具有密切的关系，是测量工作者最熟悉和乐于采用的方法。确定函数法是根据变形体的物理力学参数，建立力(荷载)和变形之间的函数关系如位移场的微分方程，在边界条件已知时，采用有限元法解微分方程，可得到变形体有限元结点上的变形。采用有限元法，可以计算混凝土大坝、矿山地表以及滑坡在外力(表面力和体力)作用下的位移值。这种方法不需要监测数据(监测数据仅作检验用)，具有“先验”性质。只要有限元划分得当，变形体的物理力学参数(如杨氏弹性模量，泊松比，内摩擦角、内聚力以及容重等)选取得较好，该法无疑是一种多快好省的方法，目前有许多有限元计算软件如COSMOS/M供用。但变形体的物理力学参数的确定和所建立的微分方程都带有一定的假设，有时用有限元法计算的值与实测值有较大的差异，这就导致了将两种方法相结合的综合分析法，以及根据实测值按一定理论反求变形体物理力学参数的反演分析法，通过反演解算，重新用有限元法作修正计算。相对于有限元法，条分法用于边坡稳定性分析、计算和评价更为简单，其中萨尔码(SARMA)法应用最普遍，根据力学模型、几何条件和静力平衡方程，对平衡条件作迭代计算，可定量的得到边坡稳定性评价指标——稳定安全系统。一般要求对条分法和有限元法同时使用。上述方法对大多数测量工作者来说较为陌生，用确定函数法进行地变形的物理解释和预测属于学科交叉领域，需要与地质和工程结构方面的人员合作。
(3)变形分析与预报的系统论方法
用现代系统论为指导进行变形分析与预报是目前研究的一个方向。变形体是一个复杂的系统，它具有多层次高维的灰箱或黑箱式结构，是非线性的，开放性(耗散)的，它还具有随机性，这种随机性除包括外界干扰的不确定性外，还表现在对初始状态的敏感性和系统长期行为的混沌性。此外，还具有自相似性、突变性、自组织性和动态性等特征。
按系统论方法，对变形体系统一般采用输入—输出模型和动力学方程两种建模方法进行研究，前者系针对黑箱或灰箱系统建模，前述的时序分析、卡尔曼滤波、灰色系统建模、神经网络模型乃至多元回归分析法都可以视为输入—输出建模法。采用动力学方程建模与变形物理解释中的确定函数法相似，系根据系统运动的物理规律建立确定的微分方程来描述系统的运动演化。但对动力学方程不是通过有限元法求解，而是在对系统受力和变形认识的基础上，用低阶的简化的在数学上可解和可分析的模型来模拟变形过程，模型解算的结果基本符合客观事实。例如用弹簧滑块模型模拟地震过程的混沌状态和高边坡的粘滑过程，用单滑块模型模拟大坝的变形过程，用尖点突变模型解释大坝失稳的机理。对动力学方程的解的研究是系统论分析方法的核心，为此引入了许多与动力系统有关的基本概念，这些概念与变形分析和预报密切相关，它们是：状态空间或相空间(称解空间)、相轨线、吸引子、相体积、李亚普诺夫指数和柯尔莫哥洛夫熵等。例如相轨线代表相点运动的迹线，每一个相点代表状态向量(变形、速率或影响因子)在某一时刻的解；吸引子代表系统的一种稳定的运动状态，它可以是一个稳定的相点位，环或环面，也可以是相空间的一个有限区域，对于局部不稳定的非线性系统，将出现分数维的奇怪吸引子，表示系统将出现混沌状态。李亚普诺夫指数描述系统对于初始条件的敏感特征，根据其符号可以判断吸引子的类型以及轨线是发散的还是吸引(收敛)的。柯尔莫哥洛夫熵则是系统不确定性的量度，由它可导出系统变形平均可预报的时间尺度。对变形观测的时间序列(如位移量)进行相空间重构，并按一定的算法计算吸引子的关联维数，柯尔莫哥洛夫熵和李亚普诺夫指数等，可在整体上定性地认识变形的规律。另外，也可根据监测资料，反演变形体系统的非线性动力学方程。
系统论方法还涉及变形体运动稳定性研究，这种稳定性在数学上可转化为微分方程稳定性的研究，主要采用李亚普诺夫提出的判别方法。
系统论方法涉及到许多非线性科学学科的知识，如系统论、控制论、信息论、突变论、协同论、分形、混沌理论、耗散结构等。上述理论远不是工程测量工作者所能掌握的，将系统论方法与变形分析与预报相结合的研究只是初步的，希望有更多的青年学者加入到这一研究领域来。
四、大型特种精密工程测量
大型特种精密工程建设和对测绘的要求是工程测量学发展的动力。这里仅简单介绍国内外有关情况。
1.国内览胜
三峡水利枢纽工程变形监测和库区地壳形变、滑坡、岩崩以及水库诱发地震监测，其规模之大，监测项目之多，都堪称世界之最。不仅采用目前国内外最成熟最先进的仪器、技术，在实践中也在不断发展新的技术和方法，如对滑坡体变形与失稳研究的计算机智能仿真系统；拟进行研究的三峡库区滑坡泥石流预报的3S工程等，都涉及到精密工程测量。隔河岩大坝外部变形观测的GPS实时持续自动监测系统，监测点的位置精度达到了亚毫米。该工程用地面方法建立的变形监测网，其最弱点精度优于±1.5mm。
北京正负电子对撞机的精密控制网，精度达±0.3mm。设备定位精度优于±0.2mm，200m直线段漂移管直线精度达±0.1mm。大亚湾核电站控制网精度达±2mm，秦山核电站的环型安装测量控制网精度达±0.1mm。
上海杨浦大桥控制网的最弱点精度达±0.2mm，桥墩点位标定精度达±0.1mm；武汉长江二桥全桥的贯通精度(跨距和墩中心偏差)达毫米级。高454m的东方明珠电视塔对于长114m、重300t的钢桅杆天线，安装的垂准误差仅±9mm。
长18.4km的秦岭隧道，洞外GPS网的平均点位精度优于±3mm，一等精密水准线路长120多公里。目前辅助隧道已贯通，仅一个贯通面的情况下，横向贯通误差为12mm，高程方向的贯通误差只有3mm。
2.国外简述
国外的大型特种精密工程更不胜枚举。以大型粒子加速器为例，德国汉堡的粒子加速器研究中心，堪称特种精密工程测量的历史博物馆。1959年建的同步加速器，直径仅100m，1978年的正负电子储存环，直径743m，1990年的电子质子储存环，直径2000m。为了减少能量损失，改用直线加速器代替环形加速器，正在建的直线加速器长达30km，100～300m的磁件相邻精度要求优于±0.1mm,磁件的精密定位精度仅几个微米，并能以纳米级的精度确定直线度。整个测量过程都是无接触自动化的。用精密激光测距仪TC2002K距离测量，其测距精度与ME5000相当，对平均边长为50m的3800条边，改正数小于0.1mm的占95%。美国的超导超级对撞机，其直径达27km，为保证椭圆轨道上的投影变形最小且位于一平面上，利用了一种双重正形投影。所作的各种精密测量，均考虑了重力和潮汐的影响。主网和加密网采用GPS测量，精度优于1×10-6D。
露天煤矿的大型挖煤机开挖量的动态测量计算系统(德国)。大型挖煤机长140m，高65m,自重8000t，其挖斗轮的直径17.8m，每天挖煤量可达10多万吨。为了实时动态地得到挖煤机的采煤量，在其上安置了3台GPS接收机，与参考站无线电实时数据传输和差分动态定位，挖煤机上两点间距离的精度可达±1.5cm。根据3台接收机的坐标，按一定几何模型可计算出挖煤机挖斗轮的位置及采煤层截曲面，可计算出采煤量，经对比试验，其精度达7%～4%。这是GPS，GIS技术相结合在大型特种工程中应用的一个典型例子。
核电站冷却塔的施工测量系统。南非某一核电站的冷却塔高165m，直径163m。在整个施工过程中，要求每一高程面上塔壁中心线与设计的限差小于±50mm，在塔高方向上每10m的相邻精度优于10mm。由于在建造过程中发现地基地质构造不良，出现不均匀沉陷，使塔身产生变形。为此，要根据精密测量资料拟合出实际的塔壁中心线作为修改设计的依据。采用测量机器人用极坐标法作3维测量，对每一施工层，沿塔外壁设置了1600多个目标点，在夜间可完成全部测量工作。对大量的测量资料通过恰当的数据处理模型使精度提高了一至数倍，所达到的相邻精度远远超过了设计要求。精密测量不仅是施工的质量保证，也为整治工程病害提供了可靠的资料，同时也能对整治效果作出精确评价。
瑞士阿尔卑斯山的特长双线铁路隧道哥特哈德长达57km，为该工程特地重新作了国家大地测量(LV95)，采用GPS技术施测的控制网，平面精度达±7mm，高程精度约±2cm。以厘米级的精度确定出了整个地区的大地水准面。为加快进度和避开不良地质段，中间设了3个竖井，共4个贯通面，横向贯通误差允许值为69～92mm(较只设一个贯通面可缩短工期11年)。整个隧道的工程投资预计约15亿瑞士法朗，计划于2004年全线贯通。
高耸建筑物方面，有人设想，在21世纪将建造2000m乃至4000m的摩天大厦，这不仅是建筑师的梦想，也是对测量工程师的挑战。
五、科技研究开发实践
将科研成果转化为生产力是科研的最终目的，作为一门应用性学科，这种转化尤为重要。它主要表现在软硬件的开发研制上。
基于掌上电脑的地面控制与施工测量工程内外业数据处理一体化自动化系统(简称科傻系统)是我们近年来所作的一项科技研究开发实践。科傻系统是对电子全站仪实现在线控制数据采集。掌上电脑上可固化两个软件包，一个用于地面控制测量数据采集、检查、预处理、概算以及网平差等(称科傻一)；一个用于工程放样、道路测量以及碎部点数据采集(称科傻三)。另外，在微机上研制了一个“现代测量控制网数据处理通用软件包”(称科傻二)。上述3个软件包既可独立使用，又有密切的联系(特别是科傻一与科傻二之间)。科傻一可用于任意2、3维工程控制网，国家及城市等级网，一、二、三级导线网以及图根加密网的在线或离线数据采集到网平差，实现了内外业数据处理的一体化。同时也可作一、二、三、四等和等外水准测量从数据采集到网平差的数据处理。科傻二除具有任意网形、任意规模的地面平面、高程控制网的平差功能外，还包含近似坐标计算，稀疏矩阵压缩存贮，网点优化排序，闭合差自动计算，概算，粗差定值计算和改正，方差分量估计，贯通误差影响值估算，工程控制网模拟法优化设计，控制网数据管理，网图显绘，成果报表输出，以及与掌上电脑、全站仪的数据通讯等功能。
科傻系统集成了测量学、控制测量学、工程测量学、测量平差等课程的有关专业知识和长期科研成果，可广泛应用于生产、教学及科技开发活动。
基于科傻系统的主要功能，在索佳Powerset2000电脑型全站仪上，已成功地开发了全中文版软件包，这种全站仪通过软件开发，功能得到大大增强，故称为全能型全站仪。结合专业测量特点，我们在科傻系统的基础上还研制开发了“铁路施工测量数据自动化处理系统”。该软件包也通过了铁道部的鉴定，将在整个铁路系统的测量单位推广应用。对于城市工程测量、地籍测量、水利工程测量等各种测量，只要对科傻系统稍加修改，都可以满足测量工程数据采集和处理的一体化自动化要求。同时，可将科傻系统移植应用到不同型号的电脑型全站仪上和商品化掌上电脑上，进一步扩大用户。如果移植到测量机器人上，并进一步开发各种智能化应用程序，可应用到滑坡监测、施工测量中以及工业测量。若再开发与GPS网平差和实时动态定位软件的集成软件包，并研制开发相应的软件，可望大大改变目前工程测量领域的面貌。
通过科技研究开发实践，我们深刻体会到科技是第一生产力的科学论断，感受到了为社会作贡献的人生价值的乐趣。科技开发和成果转化必须有具备以下特点：是真正的转化而不是抄袭，必须有自己的研究成果；有一定特色；既要有通用性也要专业化；易于扩展和维护，要不断完善并推陈出新；要有市场观念、竞争意识和为用户服务的态度。
六、工程测量学的发展展望
展望21世纪，工程测量学在以下方面将得到显著发展：
1.测量机器人将作为多传感器集成系统在人工智能方面得到进一步发展，其应用范围将进一步扩大，影像、图形和数据处理方面的能力进一步增强；
2.在变形观测数据处理和大型工程建设中，将发展基于知识的信息系统，并进一步与大地测量、地球物理、工程与水文地质以及土木建筑等学科相结合，解决工程建设中以及运行期间的安全监测、灾害防治和环境保护的各种问题。
3.工程测量将从土木工程测量、3维工业测量扩展到人体科学测量，如人体各器官或部位的显微测量和显微图像处理；
4.多传感器的混合测量系统将得到迅速发展和广泛应用，如GPS接收机与电子全站仪或测量机器人集成，可在大区域乃至国家范围内进行无控制网的各种测量工作。
5.GPS、GIS技术将紧密结合工程项目，在勘测、设计、施工管理一体化方面发挥重大作用。
6.大型和复杂结构建筑、设备的3维测量、几何重构以及质量控制将是工程测量学发展的一个特点。
7.数据处理中数学物理模型的建立、分析和辨识将成为工程测量学专业教育的重要内容。
综上所述，工程测量学的发展，主要表现在从1维、2维到3维、4维，从点信息到面信息获取，从静态到动态，从后处理到实时处理，从人眼观测操作到机器人自动寻标观测，从大型特种工程到人体测量工程，从高空到地面、地下以及水下，从人工量测到无接触遥测，从周期观测到持续测量。测量精度从毫米级到微米乃至纳米级。工程测量学的上述发展将直接对改善人们的生活环境，提高人们的生活质量起重要作用。
【摘要】随着测绘学科的发展，非测绘专业原有的知识系统已经不能满足现代测绘的需要，作者通过分析测量教学中所存在的问题，提出了有针对性的改进措施，并通过教学实践的验证，得出其可行性与必要性，为今后测量学教学的改革提供了依据。
【关键词】工程测量；教学改革；课程建设
1.引言
《工程测量学》是土木工程、建筑工程技术、工程概预算等专业的技术性、专业性、实践性很强的专业基础课。一方面，随着社会的发展和科学技术的进步，老的知识体系和教学方法已经不能满足现代工程建设对测量人员"懂测绘、会应用、能测绘"的要求；另一方面随着高等学校教学改革的进行，课时压缩得越来越少[1]，如何在有限的课时内保证教学质量的同时兼顾教学内容的实用性，成为每一名测量教师急需解决的问题。目前市面上几乎所有非测绘类《工程测量学》教材的安排都按照：绪论、水准测量、角度测量、距离测量、小区域控制测量、地形图的测绘与应用、施工测量的基本工作、民用建筑工程测量、工业建筑施工测量、线路测量与桥梁施工测量、建筑物变形监测和竣工图的编绘等来编排。
毕业生就业岗位分析表明，80% 以上学生在施工企业从事施工技术工作，它要求学生具有 "放线""抄平"及地形测量等职业能力[2-3]。但是由于课时量的压缩导致与土建类专业结合紧密的测设（放样）部分，只有极少课时甚至课时为零，造成"学"与"用"的脱节。因此，对工程测量学课程教学进行改革，势在必行。
2.非测绘专业《工程测量学》教学实践过程中存在的问题
2.1 测绘知识增加而课时减少的矛盾
工程测量课程教学一般包括理论课教学（含课内实验）与测量实习两部分，课程内容基本兼顾了传统与现代测绘的基本原理和方法。随着测绘"新理论""新仪器"、"新技术"的不断发展，工程测量的信息量也越来越大，但是随着高等学校课程的改革，在非测绘专业工程测量教学的教学课时不断被压缩，比如按照学科设置工程测量学的理论课时应该安排在60个学时才算合理[4]，但是多数高校在课程改革后课时数都减少了不少，以WF科技学院为例，目前建筑工技术和工程概预算专业课时只有48个，刨除因法定节假日而减少的课时，实际上课时长还达不到48学时。
2.2 教学内容陈旧，与生产脱节
在工程测量学的理论教学中，部分教学内容陈旧，严重滞后于实际测量工作的需要：如在生产中已普遍采用全站仪进行角度测量、距离测量和测设工作，而在教学中仍以介绍光学经纬仪、钢尺量距等内容，明显滞后于生产实际，导致工程测量课程的"学"与"用"之间存在一定的脱节。此外，测量实习内容以测绘地形图为主，而实际上，非测绘专业学生毕业后大部分接触到的是施工测设工作，很少专门从事测图工作，而在校学习过程中对测设和施工测量的锻炼则明显不足！
2.3仪器设备老化，跟不上科技的进步
测量仪器是工程测量学教学必不可少的设备，它的数量和先进性直接影响《工程测量学》实践环节的教学效果，此外工程测量教学中许多仪器比较贵重如陀螺全站仪、超站仪、三维激光扫描仪等，许多学校经费投入不足，尤其是民办院校甚至不愿意投入这么多资金，造成仪器落后，品种不全，教师上课时只能简单地用图片介绍，从而影响到实践教学效果。
另外，随着高考扩招，班级逐年增多，仪器由于常年使用经常损坏，却得不到及时修理，存在误差较大的严重问题，有些甚至已经没法使用，造成学生实验结果不准确，以至于迷惑不解，甚至对测量方法产生怀疑。以WF为例：13级土木有18个本科班，建筑工程技术专业21个专科班，都需要用到测量仪器，仪器的使用率较高，维修效率跟不上。
2.4考核形式单一，不能完全反映出学生的水平
传统的工程测量考核方案是平时成绩+课内实验成绩+期末考试成绩，这样的考核方法不利于考查学生的实践技能，比如实习过程中同组的6-8个人有些同学能够按照课前要求进行实验，还有部分同学没有实训只是借用同组其他人的测量成果，不能反映出实习的真实效果，同组实习数据都是一样的，这会造成吃大锅饭的情况，成绩好坏与学生在操作过程中的表现影响不大，打击了好学生的积极性。
3.《工程测量学》教学实践改革的措施
为了解决以上矛盾，拟从以下各方面着手，采取措施：
3.1整合教学内容，优化教学体系
为了解决内容多课时少和教学内容陈旧，与生产脱节的矛盾，专业教师应结合各专业的特点合理取舍有关内容，确定授课的重点、次重点、选学内容，对教材上已经过时的内容，予以删减。对于新的测量理论和测量技术属于了解和选学的内容，比如GPS测量技术、遥感技术、摄影测量技术等采取专题讲座的形式进行，这样不仅可以让非测绘专业同学对测量的前沿知识有一定的认知，也可以节省课时学习与生产实际结合紧密的知识。
3.2加强实验室建设，加强校企合作力度
对于仪器不足的问题，学校层面上要加大资金的投入力度，通过深入生产企业调研，准确定位生产中常用仪器的型号和种类，充分利用有限资金购置与生产对接急需的仪器。对于部分特别贵重的仪器，比如超站仪、测量机器人、垂准仪等，可以同仪器的生产企业合作，采取展销会的形式，由校方提供场地，仪器生产商展摆仪器，并委派技术人员，进行现场讲解。这对双方来讲都是一个双赢的事情，仪器生产商通过展销调高了自己的知名度，学校不仅节省了资金，同时也达到了让同学们认识了解先进仪器的目的。
3.3多途径考核，避免一考定"生死"
鉴于传统考核采用平时+实习+期末成绩的局限性，对此进行细化：平时成绩以课堂出勤情况作为考核指标；实习成绩为避免同组人员吃大锅饭的现象，采取教师与组内成员打分相结合的方法，即专业老师针对实习的结果的正确性给出相应分数，同组人员根据操作过程付出工作量的大小，给出一个阶梯化的分数，二者所占权重各占50%；对于期末成绩可以采用试卷的形式，或者其他能反映专业能力的方法。例如，WF科技学院，鼓励在校专科生报名参加测量员考试，凡是取得测量员证书者，提出申请可以不参加最终的结课考试，期末成绩按照优秀对待。此外还鼓励学生参加学习举行的测绘技能大赛，凡是能够取得三等奖以上者，同样可以不进行期末考试，成绩依然按照优秀处理。
4.教学改革的成果
从2013年开始进行的教学实验以来，共经历了12级建筑工程技术，12级工程概预算，12级工程测量与监理及12级土木工程（还未毕业），这几个专业学生已经参加工作或者正在工作单位进行顶岗实习，从用人单位反馈的情况来讲看，现在的学生要比改革之前从事测量工作时，上手更快，经过简单的培训即可独立从事测量工作。由于实行以证代考，多数的专科学生在毕业之前已经拿到测量员证书，通过顶岗实习，使所学知识有一更大的提升。部分同学因为在顶岗过程中的优异表现，同用人单位达成协议，毕业之后只要愿意就可以到单位上班，称为一名正式员工。
5.结束语
实践证明，WF科技学院根据自身实际，进行的非测绘专业《工程测量学》教学内容、教学体系、实践教学的改革，是成功的。在改革后的教学体系下，能使学生更容易接受测绘理论，增加测绘技能，培养的学生更符合生产实际的需要，适应市场对人才的要求。同时也符合WF科技学院"素质教育五项工程"----思想品德提升工程、书香校园工程、应用文写作与口才锻炼工程、社会实践工程、身心素质训练工程中，要培养"坐下来能写，站起来能讲，走出去能干"的"三能人才"的要求。
[摘 要]本文主要针对当前工程测量学课程已经不能适应测绘技术的应用发展趋势现象所进行了“工程测量学”这门课程的教学方法的改革探究，从而对“工程测量学”课程的教材编写、教学内容以及教学方法上的改革提出了研究对策，希望工程测量学课程教法能适应实际工程建设需求，提升学生的专业技能与综合能力。
[关键词]工程测量学 教材 事例型教学方法
引言
对于测绘工程专业的学生来讲，工程测量学是一门必修的专业主课。当前测绘技术得到了发展，测绘技术及其实际的生产作业设备都已经得到了改变，使得工程测量学这门教学滞后于现代测绘，需要测绘专业教学进行相应的教学改革，通过教学内容和方法上的革新来适应现代测绘技术的发展进步，从而培养出优秀的适应社会需求的测绘专业人才。改革“测量工程学”这门课程，就需要对其教材、教学内容以及教学方法等都进行改革，补充先进的测绘技术，适当增加测量工程学的教学课时，这是“测量工程学”改革的必然趋势。
一、教材编写改革
工程方面的教材种类不多，很多高校所用的工程教材基本是《工程测量学》（武汉大学出版），这是由于这本教材具有全面、科学、先进的优点，具有编排特色;然而这本教材内容上有一些重叠的地方，整体内容篇幅过大。由此，需要在此基础上编订新的工程测量学的教材。
在编订新的工程测量学教材时，必须要根据时代要求将新的测绘技术与测量仪器编入教材中，并作为重点的教材内容进行简绍，对那些过时的测绘技术与仪器，只作概略介绍就可以。其次，对于测绘设备和方法的编制必须要符合实际工作，是实际工作中用到的，要从基本原理、工作步骤、方法、注意问题、适用场合等都进行详细的介绍，要求学生能够通过学习达到会用、管用和够用的目的。第三，针对前面教材篇幅过大问题，新教材的编订要求精简，要让学生容易掌握到教材中的重难点知识和技术，适当缩减重叠的篇幅内容，并上调学生学习该门课程的学分。第四，教材内容编订要体现出综合性，反应出工程领域中普遍的测绘技术，并能对特殊的测绘理论技术进行介绍，将工程主要类型得到全面覆盖。第五，对于应用性极强的工程测量学课程来讲，必须要使得教材内容要以实践为基础，描写总结实践，并提升为理论、原理以及工作流程。第六，对于内容编排上要显示教材的特色，以凸显出教材的鲜明个性。
二、教学内容分析
“工程测量学”这门课程根据工程建设过程主要分为三部分的教学内容，分别是规划设计中的测量工作、施工中的测量工作和运营管理中的测量工作。以工程进度作为工程测量学教材的编排内容，其出发点在于考虑到将工程过程中所有的测量内容都能全面、有条理地反应出来。然而这就使得教材内容不能突出工程测量的重点和要点，并且对于这三个过程中的工作内在联系没有得到明显的阐述。
规划设计阶段。由于其他课程已经专门介绍了数字化测图知识点，该阶段的测量工作重点则只是对各种比例尺的地形图进行测绘，由此，只需简要介绍此阶段的测量内容与方法，对另外的测量要求做好概述即可。
施工阶段。此阶段的测量重点是施工放样，由此，需要对施工控制网的建立理论和方法、放样原理和方法、特殊测量方法进行介绍。基于当前测绘技术的发展，有一部分过时的内容可以省去，只作大概介绍，但要补充一些新工程类型的相关内容。
运营管理阶段。变形监测是该阶段的重点内容，这个知识点在不同版本的教材中有不同的详略介绍，这主要是基于学时设置考虑的，学时较少，那么教材将重点集中在施工测量内容的讲解介绍上。运营管理中的变形监测内容与施工测量有着同等重要的作用，由此，必须要加强该教学内容的详细讲解学习，这部分内容的学习有助于增强学生的工作适应能力。然而事实是过去的教材对这部分内容的介绍比重较小，所阐述的知识点不够全面完整。
在工程建设中，必须要对工程的各个环节都做好建设服务，即从勘测设计、施工建设到运营管理等阶段都需要做好相关准备接洽的工作，使得每一个阶段的工作都能得到有机联系，从而服务好工程建设，做到一致的工作内容和工作标准，能够在工程始终都能将资料进行共享利用，加强工程测量的信息化管理，教材内容与授课需要体现出这样的内容。同时，还需要注意学生在测量中的责任心的培养，确保其在施工放样中做到数据结果的正确性和准确性。
三、教学方法探讨
（一）专业素质和生活理念的并重教育
在校大学生一般是年轻的90后甚至00后，他们有自己的个性特征，优点与缺点并存，例如较为灵活、变通，但缺乏吃苦精神。所以测量工程学的授课需要采取一些特殊的教学方法，根据该课程的内容、教学进程以及实际工作特征来进行介绍，让这些学生们做好对学习本专业课程和未来本专业工作的心理准备。该课程的应用性极强，要求教师要多对测绘工作的特点、胜任本专业工作的业务能力和必备的素质进行介绍，使得学生能够了解现代测绘技术人员必备的专业技能和其它综合能力，让学生能有有一个明确的学习目标和现代生活理念。
（二）创建轻松活泼的课堂教学氛围
针对实践性极强的技术学科而言，采用传统教法来教授学生工程测量学很难让学生产生学习共鸣意识，由此，必须采取启发式教法来吸引学生的学习注意力，让学生能够有一个自由发挥的空间，制造课堂教学气氛，促进教学效果的提升。
（三）发挥事例型教学方法的优势
在工程建设过程中所应用到的工程测量技术，实践性极强，对工程建设的作用非常重要，由此，必须要紧密联系工程实际，在教学中充分利用工程实际中的测量学的例子，进行典型的案例教学，通过案例教学的分析来加深对工程实例中的相关工程测量原理、方法、注意事项、数据处理技巧等，使得学生能对工程测量有一种直观的感知和理解，从而升华测绘相关知识理论。这可以在某个工程建设阶段中的特殊类型工程实例进行介绍，使得学生能够全面了解和掌握测绘专业基本知识。
四、结束语
综述，“工程测量学”学科与工程建设实际联系密切，必须要根据当前已经有的先进测绘技术与仪器、学生自身的特征等进行该课程教学方法的改革，适时更新教材教学内容，舍弃一些重叠的教材内容，使得内容编排上要合理、有特色、全面，能区分重难点，在教学方法上注意采用现代化教学方式理念，吸引学生的专业学习注意力，制造课堂氛围，充分发挥实例型教学法的优势，促进学生对专业基本知识的全面了解和掌握。
摘要：近年来，社会上“就业难”与“用工难”的矛盾日益突出，究其主要原因是学校教学与工程实际脱节，工程测量学作为土木工程专业必修的专业基础课也不例外。按照“以岗导学”人才培养模式，根据工程施工测量人员的岗位职责要求和土木工程测量学教学现状分析，提出基于“以岗导学”的“三段式”土木工程测量学教学模式，把教学过程与岗位职责要求对应，构建了工程测量的“三段式”教学方案并进行了实践，使学生的测量技能实现阶梯式提升，形成岗位职业能力，有效缩短了毕业生的就业适应期。
关键词：工程测量；以岗导学；教学模式
在工程项目建设中，最重要、最基础的工作就是工程测量，它贯穿于工程项目的始终，从项目规划、设计到施工，乃至运营管理阶段都离不开测量工作。在设计阶段，场地地形图、平面图是设计的依据；在施工阶段，将工程设计图纸转化为工程实体、测量放线等都属于测量的范畴；在其运营管理阶段，建筑物的变形观测离不了测量。目前，像我们这类二本院校的土木工程专业学生，毕业后直接去现场从事项目施工工作的较多，即使几年后晋升为工程师甚至高级工程师，也离不开测量工作或管理工作。因此，测量技能就成为了土木类专业学生的最实用、最急需的基本技能。
一、工程施工测量人员的岗位职责
所谓“岗”就是指任职岗位，即从事这个岗位的职责、最需要具备的知识、能力和素质要求等[1]。对于建筑行业的施工测量岗位，基本可归纳为三类[2]：一是测量工，他们只负责仪器具体操作，是在技术员、测量员的详细具体操作指令下，应用水准仪、经纬仪、全站仪或RTK等测绘仪器设备来完成具体测量任务，而自己并不具备独立完成工程测量任务的能力，在工程中往往只是作为测量辅助人员来使用的。二是测量员，既掌握测量仪器操作技巧，也具备独立完成一定的工程测量任务的能力。在工作中，他们只需技术员发出简单总体的任务指令，而无需详细的具体操作指令，便可完成一定的测量任务。在工程测量实际中，他们是可以独当一面的。三是测量工程师，他们既具备仪器操作技能，可以完成一定的工程测量任务，也具备完成一定的工程技术管理工作能力。在实际工程中，他们无需别人发出工作指令，自己可以根据工程进展来安排相关的测量具体事项，可以独立完成单项工程的测量工作。在具体工程实践中，具有双重身份，即测量员和技术员或施工员。目前，土木工程专业本科毕业生（特别是一线施工人员）步入工作岗位后，一般都需经历从低到高的岗位转变工程。第一阶段，就是一般的“测量工”，这个阶段所经历时间的长短与毕业生掌握的仪器操作技能的熟练程度和所接触的工程项目难易程度有关，有半年、一年甚至更长时间的，当然也有1～2个月的。跨过这个阶段，就进入了“测量员”阶段，这时他们就成为技术部的一员，与技术员一起工作，其所需时间长短同样由个人的工程素养及工程项目的具体情况决定。最后阶段，即成为“测量工程师”=“技术员+测量员”，也成为了技术部的主要成员、骨干甚至负责人，开始指导其他技术员、测量员开展工作，这个阶段时间的长短主要与个人的具体岗位升迁有关。
二、工程测量教学的现状
工程测量是土木工程专业必修的一门基础课程，内容包括测量学基本理论、基本方法、基本技能和各种测量仪器工具的技术性能、操作方法及其使用技术等，具有覆盖面广、实践性强、更新速度快的特点。课程教学目的就是要通过课堂教学、实验、实习等各个环节使学生掌握测量和放样的基本技能，培养学生实际操作能力，并能运用所学知识和技能，正确分析和处理工程中出现的各种测量技术问题，使其毕业之后达到就业“零适应期”。进入21世纪以来，随着计算机技术和信息技术的快速发展，测绘科学领域的理论、技术也发生了根本性的变化。在土木工程测量工作中电子全站仪、测量机器人、数字水准仪、GPS测量、激光三维扫描技术等已被广泛使用。这些技术的应用，使得控制测量、地形图测绘、施工放样、高程传递等技术已经与传统方法截然不同，而目前工程测量课程教学大多数仍然使用传统模式，以测量的基本理论为基础、以传统的水准仪、经纬仪等仪器为根据、以高差、角度、距离测量为内容开展教学，对新兴的工程测量仪器、技术等内容介绍甚少，即使有些院校已经购置了全站仪、电子水准仪等现代测量仪器，单由于课时、场地等原因，只是在实验课上以观摩的形式进行，学生对这些仪器的了解往往仅限于简单的使用，对一些深层次的原因甚至不知，更谈不上结合岗位、部位、阶段的具体要求来制定测量方案并实施，致使很多毕业生工作后遇到工程实践时无从下手。针对这些问题，结合多年教学工作的体会、土木工程专业学生就业和行业岗位的需求，构建了“以岗导学”的“三段式”工程测量教学模式并进行实践。
三、“以岗导学”的“三段式”土木工程测量学教学模式构建与实践
1.“以岗导学”的“三段式”教学模式。为了达到教学为实际工作服务的目的，我们根据课程特点和岗位要求，从岗位职业能力要求出发，以岗位执业能力为核心，构建了递进的“三段式”土木工程测量学教学模式。将他们工程测量学课程教学与工程测量的三个不同层次岗位要求对应，将其划分为三个时间阶段，即基础理论教学、基本操作技能训练（课程实习）、综合任务实训（专业实习）三个阶段，以项目作为任务驱动教学，实施全过程考核，引导学生在真实生动、严谨有序的训练中提升测量综合技能，加快学生在工作中不断实现岗位提升。
2.“以岗导学”的“三段式”教学模式的实施。以工程测量岗位职业能力为核心，将工程测量课程教学内容与岗位职责要求相对应，开展工程测量课程教学改革研究。①根据行业特点和土木工程专业教学的具体情况，依据国家相关职业标准，将岗位技能需求与教学内容对照，设定土木工程测量学课程教学的目标、内容、方法和要求。②通过对同类院校和企业调研，对测量工作各层次岗位和一些典型测量工作任务进行分析，针对职业能力需求不断优化项目式教学内容。③结合毕业生就业去向，按照不同层次岗位技能需求，选择对应的教学内容，构建了“三段式”的模块化课程。④组织编写“三段式”教学方案并在土木工程专业学生中开展实践，同时，不断总结优化，与企业技术骨干、相关院校专家一起编写“三段式”教学的配套教材，共同使用。
四、结语
以岗位需求为导向，以职业能力训练与职业能力培养为主线，以工程项目现场所需要的知识、能力为内容[8]，坚持理论与实践结合的原则，将现场测量人员的不同层次岗位要求与教学各阶段相对应，构建了特色鲜明、与国家（乃至国际）行业标准紧密接轨的“三段式”土木工程测量学课程教学模式。自2001年以来，我们按照“三段式”教学模式在99-13级土木工程专业学生中开展课堂、实验、实习等各个环节教学，使学生的测量技能实现阶梯式提升，逐步形成岗位职业能力，使其毕业之后达到就业“零适应期”，直接步入第二层次（测量员）开展工作。
摘要： 本文对工程测量学进行了定义，指出了该学科的地位及研究应用领域，阐述了工程测量学领域通用和专用仪器的发展。结合科研和开发实践，简单介绍了地面控制与施工测量工程内外业数据处理一体化自动化系统―――科傻系统。最后展望了 21 世纪工程测量学若干发展方向。
关键词： 测量学;工程测量;测量机器人
1 学科地位和研究应用领域
1.1 学科定义工程测量学是研究地球空间（地面、地下、水下、空中）中具体几何实体的测量描绘和抽象几何实体的测设实现的理论方法和技术的一门应用性学科。它主要以建筑工程、机器和设备为研究服务对象。
1.2 学科地位测绘科学和技术（或称测绘学）是一门具有悠久历史和现展的一级学科。总的来说，整个学科的二级学科应作如下划分：
①大地测量学（包括天文、几何、物理、卫星和海洋大地测量）;
②工程测量学（含近景摄影测量和矿山测量）;
③航空摄影测量与遥感学;
④地图制图学;
⑤不动产地籍与土地整理。
1.3 研究应用领域工程测量遍布我国国民经济建设的各个方面，按照工程建设的对象可分为：建筑工程测量、水利工程测量、桥梁工程测量、矿山测量、军事工程测量等;按照工作顺序可分为：勘测设计阶段的工程测量;施工过程中的工程测量和竣工结束后的工程测量这三个阶段。
工程测量在不同的建筑工程施工阶段有着不同的职责，它是工程建设中最基本的工作之一，它为建筑工程的其他相关工作提供服务，同时也是保障施工建筑工程质量的最基本工作。由于工程测量学的研究应用领域非常广泛，很多的学者就工程测量的某一行业进行著书立说的比较常见，而全面涉及工程测量学理论、技术、方法和实际应用的现代专著或教材则尚未出现。
工程测量学的研究领域既有相对的固定性，又是不断发展变化的。笔者认为，工程测量学主要包括以工程建筑为对象的工程测量和以设备与机器安装为对象的工业测量两大部分。在学科上可划分为普通工程测量和精密工程测量。工程测量学的主要任务是为各种工程建设提供测绘保障，满足工程所提出的要求。精密工程测量代表着工程测量学的发展方向，大型特种精密工程建设是促进工程测量学科发展的动力。
2 工程测量仪器的发展和新技术的应用
测量仪器伴随着测绘科学发展而不断发展，工程测量仪器可分通用仪器和专用仪器。随着计算机技术和精密机械技术的发展，通用仪器中常规的光学经纬仪、光学水准仪和电磁波测距仪将逐渐被电子全测仪、电子水准仪所替代。专用仪器主要包括机械式、光电式及光机电（子）结合式的仪器或测量系统，具有高精度、自动化、遥测和持续观测的特点。
2.1 GPS 系统的应用在工程测量的工作中，GPS 技术发挥着至关重要的作用，是以卫星为基础的无线电卫星导航定位系统，它具有全能性、全球性、全天候、连续性和实时性的精密三维导航与定位功能，而且具有良好的抗干扰性和保密性。RTK 技术对传统逐级布网的理念进行了更新，具有点位选择限制少，作业时光短，结果精度高，工程费用低等优势。过去测地形图时，都需要通过在测站上测出四周地貌的碎部点来完成，最少需要2-3 人才能完成该项工作。RTK 技术只需要一人背着仪器在要测的地貌碎部点呆上两秒钟左右，并同时输入特性编码，通过手簿能实时知道点位精度，把一个区域测完后回到室内，由专业的软件接口就能输出所要求的地形图，省时省力，工作效率大大提高。
2.2 地图数字化技术早期的纸质地图不利于保存和使用，信息技术的发展使得各工程测绘部门开始对早期的纸质地图进行数字化的处理工作，方便存取、传输、修改和排版。利用扫描矢量化技术进行地图数字化是提高数字化质量与速度的必由之路，针对大比例尺地形图，大多数扫描矢量化软件能自动提取多边形信息，高效、便捷、保真地对地图进行数字化处理。
2.3 数字化成图技术传统的成图方法难以适应社会发展的需要。测绘向自动化、数字化、信息化方向发展。数字测图取代模拟测图将成为必然。数字化成图技术以其精度高、劳动强度小、便于保存和管理的特性受到了工程测绘人员的青睐。目前数字测图有内外业一体化和电子平板两种模式，主要设备为全站仪、电子手簿等，操作方便，成图效率高，现场可以方便、及时发现和纠正出现的错误和遗漏的信息，这是传统测图方法所无法比拟的，是一种理想数字测图模式。
2.4科傻系统科傻系统（COSA）是“地面测量工程控制与施工测量内外业一体化和数据处理自动化系统”的简称，它使工程测量行业发生了革命性变化。该系统由两个子系统组成：“基于掌上型电脑的测量数据采集和处理系统”（简称COSA-HC），该系统的最大特点是自动化程度高，通用性强，处理速度快，解算容量大。该子系统具有水准测量、二、三维控制、碎部测量、道路测设、工程放样等测量作业模块;具有小规模水准网、二、三维工程网的平差功能;具有文件管理和数据通信功能;该系统灵活方便，适合外业环境。其自动化表现在通过和COSA 子系统COSAHC相配合，可以做到由外业数据采集、检查到内业概算、平差和成果报表输出的自动化数据处理流程;其通用性表现在对控制网的网形、等级和网点编号没有任何限制，可以处理任意结构的水准网和平面网，无须给出冗余的附加信息;其解算速度快，解算容量大表现在采用稀疏矩阵压缩存储、网点优化排序和虚拟内存等技术，在主频166MHz 的586 微机上，解算500 个点的平面和水准控制网不到1 分钟;在具有20MB 剩余硬盘空间的微机上，可以解算多达5000 个点的平面控制网。
3 工程测量学的发展展望
①全球定位系统（GPS）技术、RTK、CORS 测量技术的广泛应用。随着社会的发展，科学技术的不断创新带来了现代测量技术的不断推陈出新，工程测量领域广泛应用GPS、RTK、CORS 等现代的数字化测绘技术，不但加大了工程测量的精确度，而且降低了在野外进行工程测量的难度。②测量机器人的应用范围进一步扩大。③工程测量将从土木工程测量、三维工业测量扩展到人体科学测量，如人体各器官或部位的显微测量和显微图像处理。④大型和复杂结构建筑、设备的三维测量、几何重构以及质量控制将是工程测量学发展的一个特点。⑤数据处理中数学物理模型的建立、分析和辨识将成为工程测量学专业教育的重要内容。
工程测量对于工程施工的各个环节都起着至关重要的作用。如果没有工程测量人员的参与，工程的施工人员也将无法开展施工工作。在信息社会里，工程测量学的作用日益重要。因此，对测量工作要高度予以重视，大力提高我国测量的技术水平。
【摘要】《工程测量学》是一门工程性和实践性很强的学科。以宿州学院“厚基础、强技能、高素质”应用型人才培养目标为基准，基于创造性思维模式展开了《工程测量学》教学改革研究，通过师生角色转换、创造性思维教学活动设计来改善课堂教学效果，对课程改革提出建设性策略。
【关键词】创造性思维模式，工程测量学，应用
一、引言
目前，高等教育的人才有创新型人才、应用型人才和高素质劳动者三个层次。第一类主要由国家所属的研究型大学和省属研究型大学培养，第二类由普通本科院校培养，第三类由高职、中职院校培养。新建本科院校一般应定位于研究型大学与职业院校之间，属于应用型大学。宿州学院作为新建本科院校，以就业为导向，以服务社会为目的，确立了“厚基础、强技能、高素质”的应用型本科人才培养目标。
面对日趋激烈的竞争，测绘用人单位倾向于聘用具有创新能力的学生。鉴于此，本文基于创造性思维教学模式对《工程测量学》展开课程教学改革，以学生为中心，从师生角色转变、课程教学设计入手，注重理论联系实际、创新能力的养成，使其掌握扎实的理论基础和过硬的实践技能，培养基础广、知识面宽、能力强、素质高的应用型创新测绘人才，增强学生就业竞争能力，满足社会和用人单位所需。
二、社会对应用型创新人才的需求
学生是否掌握测绘相关岗位所需的理论知识、测绘技能及创新思维能力，解决实际工程中所遇问题，是培养应用型创新人才关键所在。应用型创新人才必须具备以下几方面的基本能力：
1.扎实的理论功底。只有具备深厚的基础知识，才能多渠道汲取知识，综合运用知识思考问题、敏锐地发现问题本质，找到问题的解决办法。在大学四年本科学习生涯中，不仅要一如既往重视英语、数学、计算机等课程的学习，打好公共基础关，扩大人文社会科学知识，还要打好专业基础课，积极关注学科领域前沿知识，才能激发创造思维，不断丰富、更新自身的知识架构。
2.过硬的实践技能。理论与实践相结合，是培养应用型创新人才的重要方式。《工程测量学》课程从根本上说，其主要任务是运用测绘仪器解决工程规划设计、施工建设、运营管理三阶段的测量工作，具有很强的工程性和实践性。实践出真知，注重社会需求调查和岗位分析对人才知识、能力、素质的需求，面向市场，以应用为主旨，把好实践环节项目设置关，狠抓实践技能训练，使学生在有深厚的理论知识下，具有过硬的实践技能。
3.树立创新意识。学生不仅要掌握一定的理论知识和实践技能，还要具备创新观念，能够生产新知识。通过积极关注国内外学术研究动态，扩大知识面，关注面对一些工程实际问题，能大胆提出新思想、新方法。显然，只有那些具备扎实的理论基础和过硬的实践技能的人才，能正确地把理论研究应用到实际工程中，才能有效表达创新意图，将书本知识转化为实际工作能力，实现知识向生产力的转化。
三、创造性思维模式概述
人类根据已有的知识和经验，从某些事实中进一步找出新关系、寻求新答案，这样的思维活动属于人类思维的高级阶段，即创造性思维。创造性思维概况起来主要具有新颖性、综合性、突跃性、变通性、独创性和价值性等特征。
创造性思维教学是为培养创造性思维能力的教学。其存在创造问题性解决的教学模式、问题解决型教学模式、多元才能发展教学模式、创造性思维教学三段模式四种形式。ATDE创造性思维教学模式在学生原有的知识和经验基础上，通过“问（Asking）”“想（Thinking）”“做（Doing）”“评（Evaluation）”四步训练，培养学生的创造性思维能力（包括敏锐力、流畅力、变通力、独创力及周密的思维能力等“五力”）。
四、《工程测量学》课程教学中创造性思维的应用
工程测量学是测绘学的重要分支。它是继《测量学》、《数字测图原理与方法》、《误差理论与方法》、《控制测量》等专业课程之后的又一门主干课程，其理论与实践并重。
1.教学过程中，师生角色转变
在创造性思维教学模式下，教学的中心从过去的“教”转移到“学”， 学生则由过去被动的接受者，成为问题主动探究者。教师在教学过程中，重在引导，说明思维和推理的过程，引导学生发现问题、分析问题，重视并培养学生学习的自主能力，激发其创新与创作热情，掌握良好的学习方法，发挥其主观能动性，进而创造性地解决问题，使得教学达到理想的成效。
2.创造性思维教学活动设计
（1）课程教学目标：按照知识、能力、素质的要求，培养学生掌握工程测量的基本理论知识和基本技能；掌握带测绘仪器和相关专业软件的操作技能，独立思考和分析解决问题的能力；具备良好的职业道德素质，较强人际交往能力，形成爱岗敬业、踏实肯干的专业素养。
（2） 课程教学内容优化。教学内容优化是课程教学改革的核心问题。目前，该课程选用武汉大学张正禄教授的《工程测量学》教材，主要是围绕工程建设的三个阶段规划设计、建设施工、运营管理中的测量工作来编写。《工程测量学》应结合测绘发展方向，以社会实际需求为依据，明确课程线路测量、建筑工程测量、桥梁工程测量等几条脉络主线。并搜集工程案例，将近年来的一些新仪器和测绘新技术穿插到教材相应章节，让学生了解新测绘仪器和大型工程案例，贴近社会生产实践，领会理论的产生是源于对实际工程的总结。
工程测量的实践内容要贴合工程实际情况，侧重于知识和技术创新，注重应用型测绘人才能力的开发与培养，诸如：掌握控制网布设原则及布置要求，完成测设任务，进行场地平整测量，学会土方量计算，学会坡度线测设，一般高程法放样，建立回归方程对变形监测数据进行处理等。
（3）教学方法革新。教学方法是提高教学质量的重要手段。从应用型创新人才培养的层面来看，迫切要求改变旧的教学手段与观念，在教学中，以学生为中心，教师要运用多种教学方法，案例法、讲授法、小组教学法等。针对典型工程进行分析、研究，积极开展体验式教学，以使学生在掌握工程测量学的基本理论基础上，紧密联系实际，熟悉将来要工作的环境，提高学生的综合业务素质。
（4）教学质量评价体系构建。教学过程是师生双向互动的过程。积极开展教师对学生学习情况的评价，综合工程测量学课程特点，构建学生评价、教师互评、督察组评教相结合的教师评价方式与教师对学生学习评价长效教学质量评价体系，确保及时发现教学过程中存在的问题并改之，督促教师全面提高个人业务素质，学习积极投入学习，提升教学质量。
基于创造性思维模式，学生首先带着疑问如何实测高程进行土方量计算，然后借助相关实验器材，设计方案用仪器测得高差信息，进而付诸实施实地测量高程。各小组依据各自方案比比哪组测量的更精确，方法更甚一筹，最后对实测的高程基于方格网进行土方计算，对手工计算方法和cass软件计算结果进行比较看有无差异。教师结合各小组实验方案实施可行性、实测高程时仪器操作熟练程度、计算土方过程严谨性及绘图质量等综合评价小组表现，完成“问-想-做-评”创造性思维活动训练。
五、结论与建议
基于创造性思维模式践行《工程测量学》教学改革，在教学活动中进行师生角色转换、优化课程教学内容、革新教学方法、构建教学质量评价体系来提高教学质量。在此基础上，提出以下几点教学改革建议：
1.制定新的教学大纲，编写实验讲义。宿州学院作为新建本科高校，成立专门的编审组每两年为一周期对培养方案进行修订。工程测量学实验重点通过实验项目训练，掌握典型工程中测量工作，为学生将来从事生产、科研等专业技术工作打下了必要的基础。为了提高实验教程实用性，方便教学，进行自主编写，在确保教材内容具较强学术性的同时，也要注意与实际的联系。
2.强化师资队伍创新意识培育。强化教师队伍建设，是新建应用型本科高校发展战略的必然选择。教师通过不间断的学习，具备创新意识，把创新作为组织教学的出发点，从教学理念、教学方法与手段、教学内容几方面入手着手研究创新，以适应教学环境的变化并重新塑造自己，有意识引导学生养成创新的学习方法。
3.建立严格的教学管理机制。严格的教学管理是保证应用型创新人才培养的重要环节。学生学了获取理论知识和实践技能，培养创新意识之外，尤为重要的是养成良好的纪律观。依据学生在教学过程中学习态度、学习纪律遵守情况、仪器操作熟练程度、完成任务的实习任务的质量、爱护仪器等情况对学生学习全过程进行合理考核、评价，严肃考风、考纪，形成公平竞争良性的教学管理机制，促进教学质量的全面提高。
摘要：本文对工程测量学重新进行了定义，指出了该学科的地位和研究应用领域；阐述了工程测量学领域通用和专用仪器的发展；在理论方法发展方面，重点对平差理论、工程网优化设计、变形观测数据处理方法进行了归纳和总结。扼要地叙述了大型特种精密工程测量在国内外的发展情况。结合科研和开发实践，简介了地面控制与施工测量工程内外业数据处理一体化自动化系统——科傻系统。最后展望了21世纪工程测量学若干发展方向。
关键词：工程测量；工业测量；精密工程测量；测量机器人；工程网优化设计
工程测量学是研究地球空间(地面、地下、水下、空中)中具体几何实体的测量描绘和抽象几何实体的测设实现的理论方法和技术的一门应用性学科。它主要以建筑工程、机器和设备为研究服务对象。
研究应用领域
国际测量师联合会(FIG)的第六委员会称作工程测量委员会，过去它下设4个工作组：测量方法和限差；土石方计算；变形测量；地下工程测量。此外还设了一个特别组：变形分析与解释。现在，下设了6个工作组和2个专题组。6个工作组是：大型科学设备的高精度测量技术与方法；线路工程测量与优化；变形测量；工程测量信息系统；激光技术在工程测量中的应用；电子科技文献和网络。2个专题组是：工程和工业中的特殊测量仪器；工程测量标准。
德国、瑞士、奥地利3个德语语系国家自50年起组织每3～4年举行一次的“工程测量国际学术讨论会”。过去把工程测量划分为以下几个专题：测量仪器和数据获取；数据解释、处理和应用；高层建筑和设备安装测量；地下和深层建筑测量；环境和工程建筑物变形监测。
从以上可见，工程测量学的研究领域既有相对的固定性，又是不断发展变化的。笔者认为，工程测量学主要包括以工程建筑为对象的工程测量和以设备与机器安装为对象的工业测量两大部分。在学科上可划分为普通工程测量和精密工程测量。工程测量学的主要任务是为各种工程建设提供测绘保障，满足工程所提出的要求。精密工程测量代表着工程测量学的发展方向，大型特种精密工程建设是促进工程测量学科发展的动力。
二、工程测量仪器的发展
工程测量仪器可分通用仪器和专用仪器。通用仪器中常规的光学经纬仪、光学水准仪和电磁波测距仪将逐渐被电子全测仪、电子水准仪所替代。电脑型全站仪配合丰富的软件，向全能型和智能化方向发展。带电动马达驱动和程序控制的全站仪结合激光、通讯及CCD技术，可实现测量的全自动化，被称作测量机器人。测量机器人可自动寻找并精确照准目标，在1 s内完成一目标点的观测，像机器人一样对成百上千个目标作持续和重复观测，可广泛用于变形监测和施工测量。GPS接收机已逐渐成为一种通用的定位仪器在工程测量中得到广泛应用。将GPS接收机与电子全站仪或测量机器人连接在一起，称超全站仪或超测量机器人。它将GPS的实时动态定位技术与全站仪灵活的3维极坐标测量技术完美结合，可实现无控制网的各种工程测量。
专用仪器是工程测量学仪器发展最活跃的，主要应用在精密工程测量领域。其中，包括机械式、光电式及光机电(子)结合式的仪器或测量系统。主要特点是：高精度、自动化、遥测和持续观测。
综上所述，工程测量专用仪器具有高精度(亚毫米、微米乃至纳米)、快速、遥测、无接触、可移动、连续、自动记录、微机控制等特点，可作精密定位和准直测量，可测量倾斜度、厚度、表面粗糙度和平直度，还可测振动频率以及物体的动态行为。
工程测量理论方法的发展
1. 测量平差理论
最小二乘法广泛应用于测量平差。最小二乘配置包括了平差、滤波和推估。附有限制条件的条件平差模型被称为概括平差模型，它是各种经典的和现代平差模型的统一模型。测量误差理论主要表现在对模型误差的研究上，主要包括：平差中函数模型误差、随机模型误差的鉴别或诊断；模型误差对参数估计的影响，对参数和残差统计性质的影响；病态方程与控制网及其观测方案设计的关系。由于变形监测网参考点稳定性检验的需要，导致了自由网平差和拟稳平差的出现和发展。观测值粗差的研究促进了控制网可靠性理论，以及变形监测网变形和观测值粗差的可区分性理论的研究和发展。针对观测值存在粗差的客观实际，出现了稳健估计(或称抗差估计)；针对法方程系数阵存在病态的可能，发展了有偏估计。与最小二乘估计相区别，稳健估计和有偏估计称为非最小二乘估计。
2. 工程控制网优化设计理论和方法
网的优化设计方法有解析法和模拟法两种。解析法是基于优化设计理论构造目标函数和约束条件，解求目标函数的极大值或极小值。一般将网的质量指标作为目标函数或约束条件。网的质量指标主要有精度、可靠性和建网费用，对于变形监测网还包括网的灵敏度或可区分性。对于网的平差模型而言，按固定参数和待定参数的不同，网的优化设计又分为零类、一类、二类和三类优化设计，涉及到网的基准设计，网形、观测值精度以及观测方案的设计。在工程测量中，施工控制网、安装控制网和变形监测网都需要作优化设计。
变形观测数据处理
工程建筑物及与工程有关的变形的监测、分析及预报是工程测量学的重要研究内容。其中的变形分析和预报涉及到变形观测数据处理。但变形分析和预报的范畴更广，属于多学科的交叉。
工程测量学的发展展望
展望21世纪，工程测量学在以下方面将得到显著发展：
测量机器人将作为多传感器集成系统在人工智能方面得到进一步发展，其应用范围将进一步扩大，影像、图形和数据处理方面的能力进一步增强；
在变形观测数据处理和大型工程建设中，将发展基于知识的信息系统，并进一步与大地测量、地球物理、工程与水文地质以及土木建筑等学科相结合，解决工程建设中以及运行期间的安全监测、灾害防治和环境保护的各种问题。
工程测量将从土木工程测量、3维工业测量扩展到人体科学测量，如人体各器官或部位的显微测量和显微图像处理 ；
多传感器的混合测量系统将得到迅速发展和广泛应用，如GPS接收机与电子全站仪或测量机器人集成，可在大区域乃至国家范围内进行无控制网的各种测量工作。
GPS、GIS技术将紧密结合工程项目，在勘测、设计、施工管理一体化方面发挥重大作用。
大型和复杂结构建筑、设备的3维测量、几何重构以及质量控制将是工程测量学发展的一个特点。
数据处理中数学物理模型的建立、分析和辨识将成为工程测量学专业教育的重要内容。
综上所述，工程测量学的发展，主要表现在从1维、2维到3维、4维，从点信息到面信息获取，从静态到动态，从后处理到实时处理，从人眼观测操作到机器人自动寻标观测，从大型特种工程到人体测量工程，从高空到地面、地下以及水下，从人工量测到无接触遥测，从周期观测到持续测量。测量精度从毫米级到微米乃至纳米级。工程测量学的上述发展将 直接对改善人们的生活环境，提高人们的生活质量起重要作用。
摘要：工程测量技术有着悠远的历史，它的服务范围也极其广阔。在国民经济建设、国防建设以及科学研究领域，都占有很重要的地位，对国家的可持续发展发挥着越来越重要的作用。
关键词：工程测量、GPS、GIS、发展
近十几年来，随着信息科学和空间科学的快速发展，全球定位系统（GPS）、遥感（RS）、地理信息系统（GIS）技术已经成为当前工程测量技术的核心。并且，随着工程测量的数字化，为测量服务的相关软件也孕育而生，如：ARCGIS、MAPGIS、AutoCAD等。
一、工程测量学定义
工程测量学是研究在工程建设、工业和城市以及资源开发中，在规划、勘测设计、施工建设和运营管理各个阶段所进行的控制测量、地形和有关信息的采集和处理（即大比例尺地形图测绘）、地籍测绘、施工放样、设备安装、变形监测及分析和预报等的理论、技术和方法，以及研究对测量和工程建设有关的信息进行管理和使用的学科。[1]
二、工程测量学的研究应用领域
从应用的角度看，工程测量是一门服务性技术。除了其本身的理论与技术体系外，主要面向广泛的工程应用，为工程建设服务[2]。工程测量学的研究领域既有相对的固定性，又是不断发展变化的。工程测量学主要包括以工程建筑为对象的工程测量和以设备与机器安装为对象的工业测量两大部分。在学科上可划分为普通工程测量和精密工程测量。工程测量学的主要任务是为各种工程建设提供 测绘 保障，满足工程所提出的要求。精密工程测量代表着工程测量学的发展方向，大型特种精密工程建设是促进工程测量学科发展的动力。
三、工程测量仪器的发展
工程测量仪器可分通用仪器和专用仪器。通用仪器中常规的光学经纬仪、光学水准仪和电磁波测距仪将逐渐被电子全测仪、电子水准仪所替代。电脑型全站仪配合丰富的 软件 ，向全能型和智能化方向发展。带电动马达驱动和程序控制的全站仪结合激光、通讯及CCD技术，可实现测量的全自动化，被称作测量机器人。测量机器人可自动寻找并精确照准目标，在1 s内完成一目标点的观测，像机器人一样对成百上千个目标作持续和重复观测，可广泛用于变形监测和 施工 测量。GPS接收机已逐渐成为一种通用的定位仪器在工程测量中得到广泛应用。将GPS接收机与电子全站仪或测量机器人连接在一起，称超全站仪或超测量机器人。它将GPS的实时动态定位技术与全站仪灵活的三维极坐标测量技术完美结合，可实现无控制网的各种工程测量。
专用仪器是工程测量学仪器发展最活跃的，主要应用在精密工程测量领域。其中，包括机械式、光电式及光机电（子）结合式的仪器或测量系统。主要特点是：高精度、自动化、遥测和持续观测。
用于建立水平的或竖直的基准线或基准面，测量目标点相对于基准线（或基准面）的偏距（垂距），称为基准线测量或准直测量。这方面的仪器有正、倒锤与垂线观测仪，金属丝引张线，各种激光准直仪、铅直仪（向下、向上）、自准直仪，以及尼龙丝或金属丝准直测量系统等。
在距离测量方面，包括中长距离（数十米至数公里）、短距离（数米至数十米）和微距离（毫米至数米）及其变化量的精密测量。以ME5000为代表的精密激光测距仪和TERRAMETER LDM2双频激光测距仪，中长距离测量精度可达亚毫米级；可喜的是，许多短距离、微距离测量都实现了测量数据采集的自动化，其中最典型的代表是铟瓦线尺测距仪DISTINVAR，应变仪DISTERMETER ISETH，石英伸缩仪，各种光学应变计，位移与振动激光快速遥测仪等。采用多谱勒效应的双频激光干涉仪，能在数十米范围内达到0.01μm的计量精度，成为重要的长度检校和精密测量设备；采用CCD线列传感器测量微距离可达到百分之几微米的精度，它们使距离测量精度从毫米、微米级进入到纳米级世界。
四、工程测量现阶段的发展状况
1、空间技术在工程测量中的应用与发展
GPS的出现使定位、导航发生了革命性的变革。目前GPS伪距单点定位的精度为2～10m；载波相位单点定位为厘米到分米级；差分GPS（Differential Global Positioning）定位为亚米级到米级；实时动态定位（Real-Time Kinematic，RTK）为亚厘米到厘米级，而载波静态相对定位为毫米级。
2、数字测绘与空间信息的系统技术的应用与发展
我国数测绘技术从20世纪90年代处开始，经历十几年的发展已日渐成熟，形成了自己的方法和多个具有自主版权的国产软件。现在的数字测绘正在从二维向三维发展，形成三维测绘技术。
3、变形检测理论和方法的发展
变形检测是一项跨学科的研究，它是研究变形信息的获取、分析和解释，以及预报变形的理论和方法。
变形分析包括变形的几何分析和物理解释。前者用于模拟时空的特征，后者用于解释变形和引起变形原因之间的关系。
4、工业测量
现代工业生产要求对产品的设计、仿真、生产的自动化流程，生产过程控制，产品质量检验与监控等进行快速的、高精度的测量和定位，并给出复杂形体的数字模型或运算轨迹等，这对工程测量提出了新的任务，兴起了工业测量。工业测量技术发展飞速，技术设备向自动化、智能化、信息化的方向迈进。[3]
五、工程测量学的发展展望
随着科学的进步，工程测量学必将在以下几个方面取得快速的发展：
1. 测量机器人将作为多传感器集成系统在人工智能方面得到进一步发展，其应用范围将进一步扩大，影像、图形和数据处理方面的能力进一步增强；
2. 在变形观测数据处理和大型工程建设中，将发展基于知识的信息系统，并进一步与大地测量、地球物理、工程与水文地质以及土木建筑等学科相结合，解决工程建设中以及运行期间的安全监测、灾害防治和环境保护的各种问题。
3. 工程测量将从土木工程测量、三维工业测量扩展到人体科学测量，如人体各器官或部位的显微测量和显微图像处理。
4. 多传感器的混合测量系统将得到迅速发展和广泛应用，如GPS接收机与电子全站仪或测量机器人集成，可在大区域乃至国家范围内进行无控制网的各种测量工作。
5. GPS、GIS技术将紧密结合工程项目，在勘测、设计、 施工 管理一体化方面发挥重大作用。
6. 大型和复杂 结构 建筑、设备的三维测量、几何重构以及质量控制将是工程测量学发展的一个特点。
7. 数据处理中数学物理模型的建立、分析和辨识将成为工程测量学专业教育的重要内容。
工程测量学的发展，主要表现在从一维、二维到三维、四维，从点信息到面信息获取，从静态到动态，从后处理到实时处理，从人眼观测操作到机器人自动寻标观测，从大型特种工程到人体测量工程，从高空到地面、地下以及水下，从人工量测到无接触遥测，从周期观测到持续测量。测量精度从毫米级到微米乃至纳米级。工程测量学的上述发展将直接对改善人们的生活环境，提高人们的生活质量起重要作用。
摘要：我国的经济的发展是很快的，很多的工程上都是会运用测量的，精确的测量对工程的实施是有很大的帮助的，常用的测量方法有很多，精密工程测量在较为科学的地面测量仪器、三维工业测量技术、GPS定位技术、数字化测绘技术、数据库技术与GIS技术和大型精密精密工程测量的运用。最终提出精密工程测量科学的未来发展。
关键词：精密工程测量学；运用；发展
中图分类号： 文献标识码：A 文章编号：
精密工程测量科学是探索地球空间中详细几何实体的测量描绘和抽象几何实体的测量实现的理论办法及科学技术的一项运用行科学。它着重对建筑工程、器械和设施加以探究服务对象。
精密工程测量科学关键包含工程建筑为对象的精密工程测量和以设备与机器装配为对象的工业测量两个主要方面。在学科上可划分为普通精密工程测量和精密精密工程测量。精密工程测量科学的重要工作是对各种工程建设供应测绘保障，满足工程所提出的要求。精密精密工程测量代表着精密工程测量学的发展方向，大型特种精密工程建设是促进精密工程测量学科发展的动力。
一 精密工程测量学在现实工作中的详细运用
1、先进的地面测量仪器在精密工程测量中的运用
⑴ 电子经纬仪和全站仪的运用，是地面测量技术进步的重要标志之一。电子经纬仪具有自动记录、自动改正仪器轴系统差、自动归化计算、角度测量自动扫描、消除度盘分划误差和偏心差等优点。全站仪测量可以利用电子手簿把野外测量数据自动记录下来，通过接口设备传输到计算机，利用“人机交互”方式进行测量数据的自动数据处理和图形编辑，还可以把由微机控制的跟踪设备加到全站仪上，能对一系列目标自动测量，即所谓“测地机器人”或“电子平板”野外直接图形编辑，为测图和工程放样向数字化发展开辟了道路。
⑵ 激光水准仪、全自动数字水准仪、记录式精密补偿水准仪等仪器的出现，实现了在几何水准测量中自动安平、自动读数和记录、自动检核测量数据等功能，使几何水准测量向自动化、数字化方向迈进。激光准直仪和激光扫描仪在高层建筑施工和大面积混凝土施工中是必不可少的仪器。国产JDA系列多功能自动激光准直仪，具有6种自动保持精度的基准，可用于高层和高耸建筑的轴线测控；滑模测偏、测扭、水平测控；构筑物与设备安装放线控测；各类工程测平，结构变形观测等。
⑶陀螺经纬仪是用于矿山、隧道等精密工程测量的另一类主要的地面测量仪器，新一代的陀螺经纬仪是由微机控制，仪器自动、连续地观测陀螺的摇动并能补偿外部的干扰，观测时间短、精度高，如Cromad陀螺经纬仪在7min左右的观测时间能获取3″的精度，比传统陀螺经纬仪精度提高近7倍，作业效率提高近10倍，标志着陀螺经纬仪向自动化方向迈进。
2、三维工业测量技术的兴起和运用
80年代以来，随着高新技术的发展和社会的进步，现代工业生产进入了一个新的阶段，许多新的工业生产要求对生产的自动化流程、生产过程控制、产品质量检验与监测等工作进行快速、高精度的测点、定位，并给出运行轨道或复杂形体的数字模型等，这是传统的光学、机械方法所无法完成的。三维工业测量系统是以电子经纬仪或近景摄影仪为传感器，在电子计算机的支持下而形成的三维测量系统，主要运用于以下的工业领域：汽车、飞机工业及空间技术等方面设计、试验、制造、组装过程中的测量和定位；工业用机器人的检测；卫星接收天线安装和维护的精度检测；生产自动化过程、生产过程控制、生产质量检验与检测的动态测量；负荷试验中变形与应变测定。
三维工业测量系统分为两大类，以电子经纬仪为传感器的工业大地测量系统和以近景摄影机为传感器的工业摄影测量系统。
工业摄影测量系统，通常是以近景摄影的方式实现的，其优点是通过像片提供大量信息，施测周期短，可在瞬间完成测量全过程，可对动态目标进行测量，可以多重摄影，有多余观测值，精度可靠。西欧北美一些国家的高精度工业摄影测量系统，最好的相对测量精度已达到百万分之一。在我国的工业摄影测量系统一般精度较低，但也较多地得到运用并取得显著成效。如北京市测绘设计研究院用于测绘大型飞机外型；武汉测绘科技大学用于葛洲坝船闸变形监测、龙口及上下游水面流速动态测量；武钢“4号高炉”煤气管道变形监测等。
3、GPS定位技术在精密工程测量中的运用
80年代以来，随着GPS定位技术的出现和不断发展完善，使测绘定位技术发生了革命性的变革，为精密工程测量提供了崭新的技术手段和方法。长期以来用测角、测距、测水准为主体的常规地面定位技术，正在逐步被以一次性确定三维坐标的、高速度、高效率、高精度的GPS技术所代替，同时定位范围已从陆地和近海扩展到海洋和宇宙空间；定位方法已从静态扩展到动态；定位服务领域已从导航和测绘领域扩展到国民经济建设的广阔领域。
在我国GPS定位技术的运用已深入各个领域，国家大地网、城市控制网、工程控制网的建立与改造已普遍地运用GPS技术，在石油勘探、高速公路、通信线路、地下铁路、隧道贯通、建筑变形、大坝监测、地震的形变监测、海岛或海域测量等也已广泛的使用GPS技术。随着DGPS差分定位技术和RTK实时差分定位系统的发展和美国AS技术的解除，单点定位精度不断提高，GPS技术在导航、运载工具实时监控、石油物探点定位、地质勘查剖面测量、碎部点的测绘与放样等领域将有广泛的运用前景。
4、数字化测绘技术在精密工程测量中的运用
大比例尺地形图和工程图的测绘，是城市与精密工程测量的重要内容和任务。常规的成图方法是一项脑力劳动和体力劳动结合的艰苦的野外工作，同时还有大量的室内数据处理和绘图工作，成图周期长，产品单一，难以适应飞速发展的城市建设和现代化工程建设的需要。
随着电子经纬仪、全站仪的运用和GEOMAP系统的出现，把野外数据采集的先进设备与微机及数控绘图仪三者结合起来，形成一个从野外或室内数据采集、数据处理、图形编辑和绘图的自动测图系统。系统的开发研究主要是面向城市大比例尺基本图、工程地形图、带状地形图、纵横断面图、地籍图、地下管线图等各类图件的自动绘制。系统可直接提供纸图，也可提供软盘，为专业设计自动化，建立专业数据库和基础地理信息系统打下基础。
根据调研的不完全统计，目前我国有60%城市与精密工程测量单位已不同程度的运用数字化测绘技术。目前存在的难题是数字化测绘系统的数据规格、标准还不能满足GIS的要求，所以，要制定一套标准化数据格式，使得数字化测绘成果既能满足地形图和专业图的需求，同时又能通过数据交换满足各类GIS的运用，才能更好地推动数字化测绘技术的发展。
5、摄影测量技术的运用
摄影测量由于高质量的摄影机，高精度测量仪器和GPS以及计算机技术的运用，加上软件的不断改进和完善，测量精度和效率显著提高。摄影测量技术由于可以提供实时的三维空间信息，无需接触被测物体，以及野外工作量少、效率高和成果品种多等优点，具有广泛的运用前景。
采用的仪器除利用高精度的模拟测图仪和解析测图仪成图方法外，还用立体坐标测图仪与微机连接进行数据采集，经微机数据处理输入绘图机自动绘图。近几年由于全数字摄影测量工作站的出现，为摄影测量技术运用提供了崭新的技术手段和方法。同时，由于GPS技术在摄影测量中的运用，大量减少野外控制点的连测，大大提高了航测的效率与效益，开创了摄影测量向自动化、数字化方向迈进。在国际上，如瑞士、美国、加拿大一些仪器厂商都先后研制和推出全数字摄影测量系统，并得到有效的推广与运用。
摘要：数学在理工科学科方面有着举足轻重的作用。本文主要讨论数学与测量学的关系，数学在测量上的应用，尤其是在公路工程测量上的具体应用。最后说明数学思想对测量的指导作用。
关键词：数学、公路工程测量、应用
1.引言
数学，是自然科学之首，是一门研究数与量的学科，同时也是一门研究空间形式的学科。作为一门基础学科历史悠久，伴随着人类文明进步不断发展完善，至今数学这门学科的内容丰富，其下门类分科众多，与人类生活息息相关，不可分割。
与其他学科相比，数学是比较抽象的，但其应用又是十分广泛的，其应用范围遍及几乎所有学科，几乎每门学科都用数学解决自身的实际问题。实际问题为数学提供应用背景，数学为实际问题提供理论基础。数学在研究数量、结构、空间及变化上有一个很重要的分支——测量学。
2.公路工程测量学
工程测量学是研究工程建设和资源开发中，在规划、设计、施工、管理各阶段，进行的控制测量、地形测绘和施工放样、变形监测的理论、技术和方法的学科。由于建设工程的不同，工程测量又可分为矿山工程测量学、水利工程测量学、公路工程测量学以及铁路工程测量学等。
公路工程测量是一门重要的应用学科，在生活中所有工程建设项目都必须以社会与经济效益为依据，按照自然条件和预期目的，进行规划设计，测量工作是工程建设中的一项最基础的工作，在道路、桥梁、隧道工程建设中起着重要的作用，为选取一条最经济、最合理的路线，首先要进行路线勘测，绘制带状地形图，进行纵、横断面测量，进行纸上定线和路线设计，并将设计好的路线平面位置、纵坡及路基边坡在地面上标定出来，以指导施工，当路线跨越河流时，拟设置桥梁跨越之前，应测绘河流及两岸地形图，测定桥轴线的长度及桥位处的河床断面，桥位处的河流比降，为桥梁方案选择及结构设计提供必要的依据，当路线纵坡受地形限制，采用避让山岭绕线平面线形不能满足规范要求，而选用隧道方案时，测定隧道进出口大比例尺地形图，为隧道洞口布置选择提供必要的数据。
3.数学与测量学的关系
数学在测量中的应用历史悠久，数学与测量的关系源远流长，数学在测量的各个方面都得到了广泛应用。其应用总体上都是围绕“数”和“形”这两个数学的基本概念进行的。而测量的各个方面在数学的“数”和“形”的应用上又各有侧重。
数学与测量的关系可以追溯到远古时代，人类最早丈量土地就与“数”和“形”有密不可分的关系。科学的产生和发展是有生产决定的。测量科学也不例外，它是人类长期以来，在生活和生产方面与自然界斗争的结晶。由于生活和生产的需要，测量工作在远古时代的人类社会中就被用于实际。早在公元前21世纪夏禹治水时，已使用了“准、绳、规、矩”四种测量工具和方法。埃及尼罗河泛滥后在农田的整治中也应用了原始的测量技术，几何学应用而生。数学为测量的发展提供了有力的解决问题的工具。长期以来，像其他学科一样，测量学就不断应用各种数学方法，几乎所有的数学分支都在测量中取得了重要应用。
测量学中的大地测量学是一门古老而又年轻的学科，是地球科学的一个分支。大地测量系统包括坐标系统、高程系统、和重力系统。其中，大地测量坐标系统规定了大地测量起算基准的定义及其相应的大地测量常数，是大地测量的尺度标准和实现方式。在我国成立初期，我国暂时采用了克拉索夫斯基参考椭球，并与前苏联于1942年坐标系统进行联测，通过计算建立了我国大地坐标系统，称为“北京1954大地坐标系”。由于采用了前苏联的参考椭球使得与我国的大部地区产生了偏差。基于测量工程精确的要求，20世纪八十年代，我国采用国际大地测量和地球物理联合会的IUGG75椭球作为参考椭球，经过大规模的天文大地测量网计算，建立了较为完善的我国独立的参心坐标系统，称“西安1980坐标系统”。其克服了前一系统对我国大地测量计算的某些不利影响。这充分体现出测量学对于准确、精确客观的要求，这与数学对于其自身的客观准确性的要求是密不可分的。
4.数学在公路工程测量学上的具体应用
水准测量是测量学的一个重要组成部分，利用水准仪测量高差，用到了数学中最基本的几何关系，后期对水准测量成果的处理，如：高差闭合差的计算，高差闭合的调整，都是根据数学原理中的求和求差而计算出来的。
角度测量也是测量中非常重要的一个部分，测量角度的仪器——经纬仪，其本身就与数学有着千丝万缕的联系，如仪器架设，水平度盘、竖直度盘的刻度设置。另外测量成果的处理，也有着统计学的数学思想。
测量学上的坐标正算和坐标反算，跟数学上平面直角坐标系中的坐标算法可以说是一模一样。
测量误差的处理方面，利用到了数学中的算术平均值、众数、相对数等。
同样，导线的测量，也是测量学的一个重要的组成部分，在导线的测量过程中，各种复杂的计算，各种公式的代换，以及为减小误差而做的各种计算，都是以数学为基础的。
平面曲线测设中，利用数学中的回旋线作为缓和曲线，在曲线的计算中用到了三角函数、微积分、角度弧度转换、坐标系转换等数学知识。
归根到底，测量的很多方法，背后都离不了数学的支持。在工程测量的这门学科中，从仪器的使用到对所得数据的处理，从对误差的减小到对计算结果的最终检核，始终没有哪一个步骤，哪一个环节，能离得开数学的支持。未来，随着工程测量学的不断深入，知识的不断增加。相信数学和测量学的融入会更加的广泛。正如德国大数学家，号称“数学王子”的高斯曾说：“数学是科学的皇后”。从上述可见，就数学为人类提供精密的测量而言，“科学的皇后”这顶桂冠，数学是当之无愧的。5.数学思想对测量的指导
几乎所有学科都应用到了数学，用数学来解决自身的实际问题，而数学又以此为背景为实际问题提供理论基础。可见数学在其发展的同时促进了其他学科的发展，而其他学科的发展也促进了数学的进步，当然测量也不例外。将数学与测量相结合，对数学与测量都有重要的意义，有效的利用数学及其新的分支学科，更有利于测量的发展。
相信随着数学思想在测量应用的不断加深，一定会使得其有长足的进步与发展。
摘 要：随着信息技术的发展，城市工程测量正处在从模拟方法测绘到数字化测绘的变革时期。本文对工程测量学重新进行了定义，指出了该学科的地位和研究应用领域；阐述了工程测量学领域通用和专用仪器的发展；结合科研和开发实践，简介了地面控制与施工测量工程内外业数据处理一体化自动化系统——科傻系统。对工程测量学发展作出了展望。
关键词：工程测量、工程测量学仪器
1、概述
由于工程测量的研究应用领域非常广泛，发展变化也很快。工程测量学的研究领域是相对的固定性，又是不断发展变化的。工程测量仪器可分通用仪器和专用仪器。在学科上可划分为普通工程测量和精密工程测量。工程测量学的主要任务是为各种工程建设提供工程保障，满足工程所提出的要求。
解析法和模拟法是网优化设计方法的两种方法。解析法是基于优化设计理论构造目标函数和约束条件，解求目标函数的极大值或极小值。在工程测量中，施工控制网、安装控制网和变形监测网都需要作优化设计。由于采用GPS定位技术和电磁波测距，网的几何图形概念与传统的测角网有很大的区别。根据设计资料和地图资料在图上选点布网，获取网点近似坐标(最好将资料作数字化扫描并在微机上进行)。除特别的精密控制网可考虑用专门编写的解析法优化设计程序作网的优化设计外，其他的网都可用模拟法进行设计。
多元回归分析需要较长的一致性好的多组时间序列数据。也可用于变形预报。变形观测数据处理的几种典型方法。变形模型既可根据变形体的物理力学性质和地质信息选取，也可根据点场的位移矢量和变形过程曲线选取。变形的物理解释通常采用统计分析法和确定函数法。统计分析法包括多元回归分析、灰色系统理论中的关联度分析以及时间序列频域法分析中的动态响应分析等。系统论方法还涉及变形体运动稳定性研究，这种稳定性在数学上可转化为微分方程稳定性的研究，主要采用李亚普诺夫提出的判别方法。
科傻系统集成了测量学、控制测量学、工程测量学、测量平差等课程的有关专业知识和长期科研成果，可广泛应用于生产、教学及科技开发活动。科傻系统是对电子全站仪实现在线控制数据采集。掌上电脑上可固化两个软件包，一个用于地面控制测量数据采集、检查、预处理、概算以及网平差等称科傻一；在微机上研制了一个“现代测量控制网数据处理通用软件包”称科傻二。一个用于工程放样、道路测量以及碎部点数据采集称科傻三。
2、学科地位和研究应用领域
2．1 学科定义
工程测量学是研究地球空间(地面、地下、水下、空中)中具体几何实体的测量描绘和抽象几何实体的测设实现的理论方法和技术的一门应用性学科。它主要以建筑工程、机器和设备为研究服务对象。
2．2 学科地位
测绘科学和技术(或称测绘学)是一门具有悠久历史和现展的一级学科。该学科无论怎样发展，服务领域无论怎样拓宽，与其他学科的交叉无论怎样增多或加强，学科无论出现怎样的综合和细分，学科名称无论怎样改变，学科的本质和特点都不会改变。总的来说，整个学科的二级学科仍应作如下划分：
大地测量学(包括天文、几何、物理、卫星和海洋大地测量)；
工程测量学(含近景摄影测量和矿山测量)；
航空摄影测量与遥感学；
地图制图学；
不动产地籍与土地整理。
2．3 研究应用领域
目前国内把工程建设有关的工程测量按勘测设计、施工建设和运行管理三个阶段划分；也有按行业划分成：线路(铁路、公路等)工程测量、水利工程测量、桥隧工程测量、建筑工程测量、矿山测量、海洋工程测量、军事工程测量、3维工业测量等，几乎每一行业和工程测量都有相应的著书或教材。
由Hennecke,Mueller,Werner 3个德国人所编著的工程测量学，主要按下述内容进行划分和编写：①测量仪器和方法；②线路、铁路、公路建设测量；③高层建筑测量；④地下建筑测量；⑤安全监测；⑥机器和设备测量。
由于工程测量的研究应用领域非常广泛，发展变化也很快，因此写书十分困难。目前国内外没有一本全面涉及工程测量学理论、技术、方法和实际应用的现代专著或教材。
国际测量师联合会(FIG)的第六委员会称作工程测量委员会，过去它下设4个工作组：测量方法和限差；土石方计算；变形测量；地下工程测量。此外还设了一个特别组：变形分析与解释。现在，下设了6个工作组和2个专题组。6个工作组是：大型科学设备的高精度测量技术与方法；线路工程测量与优化；变形测量；工程测量信息系统；激光技术在工程测量中的应用；电子科技文献和网络。2个专题组是：工程和工业中的特殊测量仪器；工程测量标准。
德国、瑞士、奥地利3个德语语系国家自50年起组织每3～4年举行一次的“工程测量国际学术讨论会”。过去把工程测量划分为以下几个专题：测量仪器和数据获取；数据解释、处理和应用；高层建筑和设备安装测量；地下和深层建筑测量；环境和工程建筑物变形监测。 1992年第11届讨论会的专题是：测量理论与测量方案；测量技术和测量系统；信息系统和CAD；在建筑工程和工业中的应用。 1996年的第12届讨论会的专题是：测量和数据处理系统；监测和控制；在工业和建筑工程中的质量问题；数据模型和信息系统；交叉学科的大型工程项目。 从以上可见，工程测量学的研究领域既有相对的固定性，又是不断发展变化的。笔者认为，工程测量学主要包括以工程建筑为对象的工程测量和以设备与机器安装为对象的工业测量两大部分。在学科上可划分为普通工程测量和精密工程测量。工程测量学的主要任务是为各种工程建设提供工程保障，满足工程所提出的要求。精密工程测量代表着工程测量学的发展方向，大型特种精密工程建设是促进工程测量学科发展的动力。
3、 工程测量仪器的发展
工程测量仪器可分通用仪器和专用仪器。通用仪器中常规的光学经纬仪、光学水准仪和电磁波测距仪将逐渐被电子全测仪、电子水准仪所替代。电脑型全站仪配合丰富的软件，向全能型和智能化方向发展。带电动马达驱动和程序控制的全站仪结合激光、通讯及CCD技术，可实现测量的全自动化，被称作测量机器人。测量机器人可自动寻找并精确照准目标，在1 s内完成一目标点的观测，像机器人一样对成百上千个目标作持续和重复观测，可广泛用于变形监测和施工测量。GPS接收机已逐渐成为一种通用的定位仪器在工程测量中得到广泛应用。将GPS接收机与电子全站仪或测量机器人连接在一起，称超全站仪或超测量机器人。它将GPS的实时动态定位技术与全站仪灵活的3维极坐标测量技术完美结合，可实现无控制网的各种工程测量。 专用仪器是工程测量学仪器发展最活跃的，主要应用在精密工程测量领域。其中，包括机械式、光电式及光机电(子)结合式的仪器或测量系统。主要特点是：高精度、自动化、遥测和持续观测。 用于建立水平的或竖直的基准线或基准面，测量目标点相对于基准线(或基准面)的偏距(垂距)，称为基准线测量或准直测量。这方面的仪器有正、倒锤与垂线观测仪，金属丝引张线，各种激光准直仪、铅直仪(向下、向上)、自准直仪，以及尼龙丝或金属丝准直测量系统等。
摘要： 《工程测量学》实践环节在整个教学过程中占有重要地位，针对传统实践教学存在的诸多问题和不足，教改团队提出了多项改革措施并本校学生中进行实验，这是对商丘师范学院办学定位的有益探索尝试，不仅巩固和加深了学生对理论知识的理解与掌握，教学效果良好，更激发了学生们学习技能的积极性、主动性和创造性。
关键词： 土木工程测量；课程改革；实验改革
0 引言
《工程测量学》是土木类专业必修和专业基础课，是一门实践性很强，实践与理论结合严密的学科，因此要求其理论与实践教学并重。商丘师范学院是一所应用型本科院校，其中建筑与土木工程学院现有专业土木工程和建筑学两个专业，培养大量应用型人才，由于建院时间较短，在《工程测量学》的教学上存在很多不足，比如，最初由于设备有限，只注重理论教学，学生实践教学较少，后有所改善，但实践教学方面不足之处仍较多。如实践教学环节包括课后实验和课后实习，随着测绘行业新技术、新设备的出现，校园教学设施更新速度远不及行业进步，因此实践教学与实际工程脱节，教学目标中的要求学生创新能力的提高也难以实现。
1 实践教学环节存在的问题
1.1 教材内容落后，理论与实践脱节 教材内容一成不变，如水准仪和经纬仪构造部分，仍以微倾式水准仪和光学经纬仪为主，而在行业中，这两种设备已经尽乎淘汰。本校所用的水准仪也是自动安平水准仪和电子经纬仪。这就导致理论教学与实践教学脱节，学生不知所云。
1.2 实验内容单一，实验基地建设不足 实验学时少，课后实践环节仅停留在仪器的基本使用上，并且由于没有完善的实验场地，学生仅会进行仪器操作，却无法在实际工程中应用。
1.3 实验设备不足，实验学时少 由于建院时间较短，教学设备十分短缺。正常情况4-5人一组使用一台设备，而由于我院学生较多，设备严重不足，实际的实践环节甚至达到10人一组，又因实验课时较少，很多学生甚至还没轮到其操作就已经下课。两周的测量实习，由于学生多，不得不分批次进行，一学年中第一学期的实习时间，排到后面的学生不得不推到寒冬腊月，而第二学期的实习时间则推到酷暑，这两个时间均不利于测量工作的进行。
1.4 实习内容落后，与行业脱节 测量实习还停留在绘制大比例尺地形图，而在行业中多采用数字测图，且在建筑行业中，从事施工放样的人的比例远高于测绘地形图，因此实习环节与行业应用脱节。
2 实践教学改革内容
针对我院往年在上述实践环节中的不足，本教研团队就如何做好实验和实习，如何改进教学手段和方法，提高教学质量和教学效果，进行了探讨和实践应用。
2.1 从思想上重视实践环节 教师必须首先从思想上重视实践教学，因为实践教学是学生掌握理论知识的基本途径和方法，也是反映课堂理论教学效果好坏的一面镜子。教师不能把实践教学仅仅当作一个教学程序，对学生的实践过程放任自流，而应结合实际，思考理论和技能的应用问题，真正站在学生的角度来考虑学什么、教什么、怎么教和怎么学的问题；同时应重视新技术手段的应用，从观念上提高实践教学的自觉性，增强探索改革的意识。[1]从而帮助学生了解测量实践的重要性，激发学生实践兴趣，变传统的被动学习为主动学习。
2.2 教学设备革新、实训基地建立 学校非常重视测量学的实践教学环节，为解决以往测量设备少，学生多的问题，学校大量采购先进的测量仪器，电子水准仪、电子经纬仪、全站仪、激光测距仪、激光投线仪等一批土建施工中常用先进仪器被购进，一方面解决设备数与学生量不成比例问题，另一方面，使学生能接触工地常用仪器，提高上手速度。测量仪器除学生上课时可以使用外，只要有空闲，学生可随时借用。每种仪器都配有内容详尽的功能介绍和操作说明，配有专门的仪器管理老师，即使专业课老师不在，仪器老师也可进行指导。
建立实训基地。测量学实践教学环节应包括实验室、校内实习基地和校外实习基地建设三个方面。[2]为了提高实习质量，我们在校园内建立了一片独立的校内实习场地。并与国家水准点进行连测，建立了可长期使用的标准固定点。实习场地模拟土建工地实际情况建立，使学生在必做的水准仪、经纬仪、全站仪等实验项目上完全与工地接轨。学校与多家建筑企业建立联合培养学生计划，校外实习与建筑施工相结合，让学生能切身参与到施工的各个环节，为将来学生就业打下坚实基础。
2.3 实践教学内容改革 传统实践课都是验证性实验，不利于培养学生的独立观察、思考及分析问题的能力和独立设计实验的创新意识。因此需要减少验证性实验，探索开设设计性实验，注重发挥学生在实践教学活动中的主体作用。在实践课中，教师根据实际土木工程中所用到的测量知识，提出一个测量任务，如一个建筑物的基础放样，某栋新建筑物的变形测量等，让学生根据所学知识自己设计测量计划并进行实施，教师对学生的设计进行启发式指导。这种实践教学方法体现了以人为本的教育思想，有利于创新人才的培养。其打破了实验依附理论的传统教学模式，使实验教学真正成为学生学习知识、培养能力的基本方法和有效途径。[3]另外，根据对用人单位调研后得出的结果，可以适当减少地形图测绘方面的实验课，多增加施工放样、变形观测、竣工观测等工地应用较多的内容。
2.4 实践教学方法改革 多媒体课件多应用于理论教学环节，在测量实验环节，借助多媒体以三维动画的形式来模拟测量仪器的构造、测量的原理与过程，从而缩短了实验课教师的讲解时间，也使得教学内容更直观，学生更易接受，从而更好地完成实验教学任务。同时还可向学生展示新仪器在工程中的应用情况，引导学生将测量课程与所学专业紧密联系。[4]另外，将平时上课情况拍成教学视频，放在校园网上，方便学生学习。
3 结语
以上改革内容在我校11级土木工程专业进行实验，实验结果表明：学生上交的实习成果规范、数据可靠。不仅巩固和加深了学生对理论知识的理解与掌握，教学效果良好，更激发了学生们学习技能的积极性、主动性和创造性。工地实习发现，学生对仪器操作熟练度，解决工地实际问题的能力明显高于往届。另外，学生的团队意识、团队协作能力也得到了很好的提升。
摘要：工程测量学的主要任务是为各种工程建设提供测绘保障。满足工程所提出的要求，精密工程测量代表着工程测量学的发展方向，大型特种精密工程建设是促进工程测量学科发展的动力。本文主要对工程测量的发展历程作了简要概述，阐述了在工程测量中采用的新技术。
关键词：工程测量；测绘技术；展望
工程测量学新定义
工程测量学科是一门有着悠久历史的应用学科，它直接为各项工程建设服务，并与生产实践紧密结合，是测绘科学中最活跃的一个分支学科。对工程测量学科的一般定义是：城市建设、大型厂矿建筑、水利枢纽、农田水利及道路修建等在勘测设计、施工放样、竣工验收和工程监测保养等方面的测绘工作，统称工程测量学。为了适应国民经济的发展和社会进步的需求，有必要对工程测量学科进行新的定义。对工程测量学科的新定义是：工程测量学是研究地球空间(地面、地下、水下、空中)中具体几何实体的测量描绘和抽象几何实体的测设实现的理论方法和技术的一门应用性学科，它主要以建筑工程，机器和设备为研究服务对象，工程测量学科的研究服务领域主要包括以工程建筑为对象的工程测量和以设备与机器安装为对象的工业测量两大部分，在科学上可划分为普通工程测量和精密工程测量。
二、工程测量学的发展简介
工程测量学是的发展历史悠久，它是从人类生产实践中逐渐发展起来的。在很久以前的古代，工程测量学与测量学并没有严格的区分。直到发展到近现代，随着经济的不断增长，工程建设的大规模发展，才逐渐形成了我们所谓的工程测量学。
从工程测量学的历史来看，它经历了从简单到复杂、从手工操作到测量自动化、从常规测量到精密测量的发展道路，它的发展始终与当时的生产力水平相同步，并且能够不断满足大型精密工程中对测量所提出的愈来愈高的需求。
三、工程测量仪器的发展简介
跟工程测量学一样，工程测量仪器的发展，也经历了一个漫长的历史过程。自80年代以来，已经出现许多先进的测量仪器，为工程测量提供了先进的技术工具和手段。
在高程测量方面的发展，表现最为突出的应该是液体静力水准测量系统。这种测量系统通过各种类型的传感器测量容器的液面高度，可同时获取数十乃至数百个监测点的高程，具有高精度、遥测、自动化、可移动和持续测量等特点。传感器测量容器间的距离最长可达数十公里，可以用于跨河与跨海峡的水准测量；通过一种压力传感器，允许两个容器之间的高差从过去的数厘米达到数米。
工程测量专用仪器发展中最具显著特点的是多种功能的混合测量系统，该系统是采用多传感器的高速铁路轨道测量系统，用测量机器人自动跟踪沿铁路轨道前进的测量车，测量车上装有棱镜、斜倾传感器、长度传感器和微机，可用于测量轨道的3维坐标、轨道的宽度和倾角。
从上面看来，工程测量专用仪器具有高精度(亚毫米、微米乃至纳米)、快速、遥测、无接触、可移动、连续、自动记录、微机控制等特点，可作精密定位和准直测量，可测量倾斜度、厚度、表面粗糙度和平直度，还可测振动频率以及物体的动态行为。
工程测量中的测绘新技术
4.1 数字化成图
传统测绘中最重要的内容就是对大比例尺图形的测绘和对工程图的测绘。与传统的测绘手段相比，数字化成图不需要大规模的野外作业，改善了作业环境恶劣和出图周期长的弊端。数字化成图是一种精度高、劳动力小、测绘工作更为便捷的一种新技术的测绘方法。目前，数字化成图分为两种模式，他们分别是内外业一体化成图模式和电子平板成图模式。内外业一体化是一种精度高、分工明确的数据采集方法，与传统的成图技术相比，具有更高的成图效率。
4.2 工程测量中的卫星定位技术
卫星定位技术简称GPS技术，GSP全球定位系统也是由两大系统组成的，这两大系统分别是空间卫星群和地面的监控系统。用户使用的GPS则是由GPS信号接收器、数字处理器、和终端软件组成。GPS接受器可以有选择的接收某个卫星的信号，并对接收的不同卫星的信号进行交换。当GPS设备运作以后，系统会自动产生一个GSP卫星观测文件，观测文件经过终端处理软件的处理，最终形成准确的测量数据。在使用GSP技术的过程中应该注意到一些问题，有些地方是不适合应用GPS测量技术进行量测的，比如短边测量。如果一定要用GPS测量技术对短边进行两侧，为了保证测量精度，一定要经过多次测量。
RTK是以GPS技术为基础的一种能观测到实时动态的测绘新技术，是GPS技术发展的里程碑。RTK测绘技术是在一个点上安装GPS信号接收机，通过定点的GPS信号接收机接收GPS卫星发出的信号，当GPS接收机接收到卫星发出的信号以后在把信号通过基准台发射出去；流动站在在接收GPS卫星信号的同时也能接收到基准台发出的信号，从而得到基准台的观测量。RTK可以根据控制一定量的基准台就可以测得高精度的地形点和相应物体的坐标等，在利用测图软件的基础上就可以生成电子版的地图。近年来RTK测量技术被广泛的应用到地基和房地产测绘领域。
4.3 工程测量中的地理信息技术
地理信息技术简称GIS，GIS是一种新型的科学，它具有集计算机科学、空间科学和环境科学等学科于一体的特点。GIS已经成为了集多学科于一体的不可缺少的信息显示手段。GIS不仅在数据采集、分析可视化方面发挥这巨大的作用，同时GIS也具有空间提示、预警预报和辅助决策的重要测绘功能。经过近些年的发展，GIS早已成为一种成熟的技术在多领域发挥着重要的作用。GIS、内外一体化测绘等测绘技术的应用，真正实现了工程测绘的科学化、标准化、和信息化。
4.4 工程测量中的数字摄影测量技术
数字摄影测量技术是以数字影像和摄影测量为基础，发展起来的一种新型的测绘技术。数字摄影测绘的过程应用了许多学科的理论和方法，它广泛的使用了计算机技术、数字影像处理技术的科学技术，也是一种集多种技术于一体的测量方法。航空摄影测绘是数字摄影测绘中的一种测绘方法，利用这种方法，可以准确的测得比例尺较大的地形测图，通过这种测绘方法可以获得数字、影像等多种地图版本。目前，我国有100多个城市或工测单位利用航测技术制大比例尺地形图和地籍图，最大比例尺为1/500。全数字摄影工作站和GPS技术在工程测绘中的综合利用，使得摄影测量技术更加自动化和数字化。随着数字摄影技术的快速发展，摄影产品正在向4D（数字高模型、数字正射摄影图、数字线切图和数字栅格图）摄影产品转变，数字摄影技术为工程测绘提供了准确的数据。
过去我国只有海图和陆地地形图，没有测量方法测绘海岸带地形图，对中越划分北部联合测绘的难度更是很大，利用传统的测绘方法最少也要两年，现在广州军区某测绘大队里利用航空摄影等高技术手段，并在测绘生产中第一次大胆采用全数字摄影测量作业，作业效率提高一倍多。他们用时7个月就测绘出了两种规范文字的海岸带地形图，为我国海岸带地形测绘建立新的规范和图示提供了理论和实践依据。
4.5 工程测绘中的遥感技术
遥感技术简称RS，RS技术有着自身的优点，它依靠着大面积同步观测、提供更实时有效的数据等优势正在快速发展，近些年来RS也被广泛的应用到卫星技术上去，利用遥感卫星可以获得到更多的地理信息。小比例尺的地图也可以应用遥感影像技术来获取，遥感影像成为了测量城市地图以及种大、中、小图片的重要方法和手段。
国土资源局利用遥感技术对土地进行动态监测：利用遥感技术，对土地的变更、土地调查和动态进行相关的检测。可以及时的发掘违法用地情况，对违法用地的情况上报给有关部门，随着计算机图像处理技术的成熟和完善，利用遥感技术的动态监测技术必将带来更大的方便。
结束语：
工程测量技术是工程施工的前提条件，现代化的工程技术为工程的施工建设提供了基础保障。但是，现代化测量技术相对传统的测量技术对测量人员的技术和素质要求的更高，这也迫使我国应该加快对现代化工程测量技术人员的培养，通过工程测量技术人员技术培训，能够使得工程测量技术人员正确的使用新的测量技术和设备，为工程建设提供更加准确的工程测量数据。
摘要:工程测量学主要是研究工程建设和自然资源开发中各个阶段进行的控制和地形测绘、施工放样、变形监测的理论和技术。本文主要对工程测量的发展历程作了简要概述，指出了该学科的研究应用领域，阐述了工程测量学领域涉及到的测量仪器的发展。本文针对多年以来相关领域科研和开发的实践经验，对工程测量在实际生活中的应用，以及一系列基于工程测量的产品应用做了相应的研讨。最后，展望了工程测量在21世纪的发展方向和前景。
关键词:工程；测量；应用
1、工程测量的发展
1.1工程测量的概念与分类
通常，工程测量是工程建设中的所有测绘工作，实际上它包括在工程建设勘测、设计、施工和管理等阶段所进行的各种测量工作的统称。工程测量是服务于各项建设项目的勘测、设计、施工、安装、竣工、监测以及营运管理等一系列工程工序的测量学。
可以将工程测量按照其工作顺序和性质分为以下几种：勘测设计阶段的工程控制测量和地形测量；施工阶段的设备安装测量和施工测量；竣工和管理阶段的竣工测量、变形观测及维修养护测量等。
1.2工程测量学的发展简介
工程测量学是的发展历史悠久，它是从人类生产实践中逐渐发展起来的。在很久以前的古代，工程测量学与测量学并没有严格的区分。直到发展到近现代，随着经济的不断增长，工程建设的大规模发展，才逐渐形成了我们所谓的工程测量学。
从工程测量学的历史来看，它经历了从简单到复杂、从手工操作到测量自动化、从常规测量到精密测量的发展道路，它的发展始终与当时的生产力水平相同步，并且能够不断满足大型精密工程中对测量所提出的愈来愈高的需求。
1.3工程测量仪器的发展简介
跟工程测量学一样，工程测量仪器的发展，也经历了一个漫长的历史过程。自80年代以来，已经出现许多先进的测量仪器，为工程测量提供了先进的技术工具和手段。
在高程测量方面的发展，表现最为突出的应该是液体静力水准测量系统。这种测量系统通过各种类型的传感器测量容器的液面高度，可同时获取数十乃至数百个监测点的高程，具有高精度、遥测、自动化、可移动和持续测量等特点。传感器测量容器间的距离最长可达数十公里，可以用于跨河与跨海峡的水准测量；通过一种压力传感器，允许两个容器之间的高差从过去的数厘米达到数米。
工程测量专用仪器发展中最具显著特点的是多种功能的混合测量系统，该系统是采用多传感器的高速铁路轨道测量系统，用测量机器人自动跟踪沿铁路轨道前进的测量车，测量车上装有棱镜、斜倾传感器、长度传感器和微机，可用于测量轨道的3维坐标、轨道的宽度和倾角。
从上面看来，工程测量专用仪器具有高精度(亚毫米、微米乃至纳米)、快速、遥测、无接触、可移动、连续、自动记录、微机控制等特点，可作精密定位和准直测量，可测量倾斜度、厚度、表面粗糙度和平直度，还可测振动频率以及物体的动态行为。
2、 工程测量的应用研究
随着工程测量科技的不断进步，传统测绘技术向数字化测绘技术转化取得了显著的成绩。工程测量的应用发展趋势和方向是，GPS技术、RS技术、GIS技术、数字化测绘技术以及先进地面测量仪器等将广泛应用于工程测量中，并发挥其主导作用。下面介绍几种技术在工程测量中的应用。
2.1 GPS在工程测量中的应用
GPS测量的技术是依据1999年建设部的行业标准《城市测量规范》、1997年建设部的行业标准《全球定位系统城市测量技术规程》 制定的。
相对于常规测量来说，GPS测量主要有以下几个特点：测量精度高、测站间无需通视、观测时间短、仪器操作简便、全天候作业、提供三维坐标等特点。因此，GPS被广泛应用于房地产测绘、数字化测图及施工放样等各种工作中。
2.2 RS技术在工程测量中的应用
遥感（RS）技术在工程测量中快速的普及，是因为其具有大面积的同步观测、时效性、数据的综合性和可比性及经济性等优势，多光谱航空摄影和高分辨率的遥感卫星将成为对地观测获取基础地理信息的重要手段。另外，各种中小比例尺地形图都可以利用遥感影像来获取，为应用于工程测量领域的城市基本地形图、地籍图以及各种大、中、小比例地形图的快速更新提供了十分便利的方法和手段。因此，RS技术在工程测量中的应用意义非凡。
2.3 GIS技术在工程测量中的应用
GIS技术是一门集计算机科学、空间科学信息科学、测绘遥感科学、环境科学和管理科学等学科为一体的新兴学科。GIS技术，现在已成为多学科集成并应用于各领域的基础平台和地学空间信息显示的基本手段与工具。GIS技术的优势不仅仅在于它集地理数据采集存储、管理、分析、三维可视化显示与成果输出于一体的数据流程，还在于它的空间提示、预测预报和辅助决策功能。现在，GIS技术已经成为一门较为成熟的技术科学，而且已经成为一门新兴的产业，它已经在在测绘、地质矿产、农林水利、气象海洋、环境监测、城市规划土地管理、区域开发与国防建设等领域发挥越来越重要的作用。采用数据库、GIS、扫描矢量化及全数字摄影测量等技术，为专业信息系统提供及时、准确、标准化、数字化的基础空间信息，以建立各类专业信息系统，从而实现管理的科学化、标准化、信息化。
3、 工程测量学的发展前景
展望现在我国经济发展的局势，工程测量学将在以下方面将得到显著发展：
3.1测量机器人将在多传感器集成系统的人工智能方面取得非常重要的意义，其应用范围将进一步扩大，图形、影像和数据处理方面的能力将进一步增强；
3.2在大型工程建设和变形观测数据处理中，工程测量学将发展基于知识的信息系统，并进一步与大地测量、地球物理、工程与水文地质以及土木建筑等学科相结合，解决工程建设中以及运行期间的安全监测、灾害防治和环境保护的各种问题。
3.4工程测量将从原来的土木工程测量扩展到人体科学测量方面。
3.5GPS、GIS技术等相关的技术将紧密结合建设工程项目，在勘测、设计、施工等领域发挥重大作用。
3.6数学模型和物理模型的建立、分析与辨识将成为工程测量学领域在数据处理过程中的重要内容。
总结
综合上面的结论，可以看出工程测量学的发展与应用，主要表现在从点信息到面信息的获取，从静态到动态，从后处理到实时处理，从人眼观测操作到机器人自动寻标观测，从大型特种工程到人体测量工程，从高空到地面、地下以及水下，从人工量测到无接触遥测，从周期观测到持续测量，测量精度从毫米级到微米乃至纳米级。工程测量学的发展将直接对改善人们的生活环境，乃至生活方式产生影响，以及提高人们的生活质量起重要作用。
摘要:在简要分析工程测量学的教学特点和计算机辅助教学优势的基础上,探讨了工程测量学课程研制课件的必要性,并对工程测量学课程CAI课件设计的理论依据、课件选题和设计制作原则和方法进行了有意义的探索和实践。
关键词:工程测量学;计算机辅助教学;CAI;课件
一 、引言
随着计算机技术的发展,多媒体技术也得到了广泛应用。由于其交互性好、表现力强、信息量大、视觉听觉效果突出等特点,逐渐成为现代教学方式的重要组成部分。工程测量学课程教学涉及大量的图形表达,注重学生空间想象力的培养,强调由空间到平面、由平面到空间的思维过程。这些特点决定其课堂教学不仅信息传输量大,而且包含了大量的抽象理论和方法。因此,在工程测量学的教学实施上,单纯依靠传统的教学手段已经很难达到教学目的,需要运用CAI课件等新的教学手段进行辅助教学。 在工程测量学教学中使用CAI课件能把工程测量学的基本原理、重要的公式推导等有机地结合起来, 使教师节约黑板书写时间,提高教学效率,更重要的是让学生看到相关模型的建立和利用数学工具解决实际问题以建立工程测量学基本理论和方法的整个过程,增强了学生分析问题、解决问题的能力,提高了学生的科学素质[1]。在利用多媒体技术进行计算机辅助教学时,还必须根据工程测量学的教学特点和相关学习理论进行计算机辅助教学课件的优化设计,以真正体现计算机辅助教学的优势。
二、工程测量学CAI课件设计的理论依据与基本原则
(一) 多媒体课件设计的理论依据
用建构主义学习理论及基于该理论的CAI课件的设计原则为指导进行工程测量学课件的设计,建构主义学习理论认为,学习过程是人的认识思维活动的主动建构过程,是人们通过现有的知识经验与外界环境进行交互活动以获取意义建构的过程,学习者的知识是在一定的情境下借助他人的帮助,通过意义的建构而获得的,理想的学习环境应包括情景,协作,交流,意义的建构四个部分, 意义的建构是教学的最终目标,一切教学过程都要围绕这一最终目标, 学习者是学习的主体,教师是学习者的促进者,辅助者,引导者,他的任务就是激发学生的兴趣,引导和帮助学生完成意义的建构,要为学习活动的开展尽可能多的创造有意义的学习环境,例如,学生对学习抽象的工程测量学课程往往感到枯燥无味,如果创设有意义的环境,使学生对该课程抽象问题的学习感到具体,形象,生动而乐意主动去学,这就可以有效地激发学生学习本门课程的兴趣。 因此,一个好的课件是要在建构主义学习理论的指导下设计的, 在课件中,利用多媒体课件提供某种符合学习要求的外部刺激,使学生积极主动同外部环境发生相互作用,完成知识结构重组的方法和策略,创设符合教学内容要求的情景和揭示新旧知识间联系的线索,用生动,活泼的方式呈现信息并与学生进行相互交流。
(二) 课件的设计原则
CAI课件的设计离不开教学设计,教学设计专家克拉克说过:“在教学中真正起作用的实际上不是媒体, 而是教学设计。”其含义不是贬低媒体作用,而是指导我们要运用“教学设计”的理论来设计CAI课件, 即CAI课件设计要体现设计者的教学思想,体现教者对于学与教的资源及过程进行系统规划的一套整体性操作程序的主要意图[2],科学严谨的教学设计是制作优秀课件的前提条件。在多媒体CAI课件的设计中, 要想在促进学生认识能力发展方面发挥其应有的作用,就要充分利用多媒体技术体现建构主义学习理论的优势,在工程测量学的课件设计时,应注意以下几点:
1、教学目标的合理安排。 教学目标主要是通过教与学使学生在认知领域,情感领域,动作技能领域达到的既定标准,要求在教学设计中必须明确给出, 此外,教学目标应该与学生学习环境中的目标相符合,教师确定的问题应能使学生感到就是自己的问题,建构主义认为学生不再是教学内容的被动者,而是意义的主动建构者,教师是教学活动的组织者。因此,教师针对教学主题所采用的策略,方法要有利于体现学生为主体的学习这一特点。
2、设计真实的任务。真实的活动是学习环境的重要特征, 建构主义理论提倡从现实情景中学,知识依赖于具体情景,脱离具体情景的抽象,枯燥的知识对学生来说是没有任何吸引力的,利用多媒体和仿真技术设计虚拟现实软件就可以模拟现实世界的真实环境,使学生身临其境,如同在现实生活中,这对知识的建构是很有好处的,一般来说,虚拟现实软件学习效果比较好,但开发起来也有一定的困难,它要求能够根据学生的输入数据进行分析处理并做出相应的场景变化,这是工程测量学教学课件开发的重点。
3、注意设置协作学习的环境。使学生成为独立自主的学习者, 建构主义认为,学生对知识的建构不仅依赖于自身原有的水平和经验,而且在一定程度上取决于同伴之间的对问题的共同讨论和理解,随着计算机网络的发展,多媒体与计算机网络结合起来,设计出支持合作学习的软件将会越来越引起人们的重视, 同时,课件的设计要支持学生对所学内容与学习过程的思考,发展学生自我控制能力,成为独立的学习者,例如:对工程测量学中有些学习主题具有很强的逻辑性分析过程的教学内容如影像匹配理论和技术,可采用探索方法,发现法去创设学习环境, 以利于适应认知过程的发展,使学生主动完成对主体知识的意义建构,还可以根据选题的特点,设置多种与以前学习主题不同但相关的情况,以便学生有多种机会在不同的情况中应用所学知识,从不同侧面来认识同一个主题。
4、要充分注意多媒体技术的特点。在建构主义学习理论中, 意义的建构是学习的最终目的,它靠学生自觉,主动地来完成,教师和外界环境的作用都是为了帮助和促进学生的意义建构,在这一点上, 多媒体技术的优势是其他媒体无法比拟的,因此,在课件设计中应注意到:以多媒体方式呈现教学信息,心理学认为,人的学习活动是多种感受共同参与和协调的结果,调动多个感觉器官共同参与学习活动,其效果最佳, 因此,在CAI课件设计中, 应根据需要尽可能用多种媒体呈现教学内容[3],如符号,语言,文字,声音,图形,动画,视频图像等,把各要素按教学要求进行有机的结合,呈现在屏幕上,为学习提供多样化的外部刺激,使学习效果更佳; 以超文本方式来组织教学信息, 学习者可通过节点间的链接关系方便地进行知识点间的切换,并对有关提问,反馈及帮助信息,提示或导航的呈现环节力求准确、可靠、规范, 方便学习者的学习。下面即是CAI课件设计流程图:
图1工程测量学CAI课件设计流程图
(三)工程测量学课程课件选题的重要原则
在整个工程测量学课程课件设计与制作中,科学性,针对性和实用性是最基本的原则,但这些原则在实际的课件制作过程中,却难以直接操作,因此,在教育理论,因材施教,充分发挥CAI课件的优点,提高教学效果思想的指导下,应制定一些浅显易懂, 操作简便的课件选题原则。 工程测量学CAI课件设计的选题应该遵循这些原则,选题的过程就是一个判断决策的过程,什么样的知识内容作为课件制作的对象,才能最大限度地体现其作为选题的必要性和可行性,这是一个大原则。分析工程测量学教学内容的特点以及制作的可行性和效益性,确定课件选题判断决策流程图, 针对工程测量学教学内容,该流程图最大程度地体现了选题的大原则,克服了常规手段不能很好表现的弊端,任何一节课或一个知识点, 如果按照流程前进,能走到最下层模块,便可以作为课件制作的对象,该节内容或知识点制作成为课件的必要性和可行性是充分的、反之,如果走到右边模块,建议放弃选题,因为该选题已经失去了制作成为课件的价值或者实际意义[4]。
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三、工程测量学CAI课件的制作步骤
(一)教学设计
制作电脑课件的目的是为课堂教学服务,在制作课件时,应首先写出授课教案,其内容包括教学目的、教学流程设计、问题和习题,并根据课程讲授的要求确定课件演示的表现手法。
(二) 脚本的设计
根据教学教案和表现手法,设计的课件脚本主要有课件简介、前言、课堂主题内容、总结、习题和退出6大模块。各模块内部包含电脑板书显示方式的过渡效果、画面背景图案、动画演示、重点突出、细节描绘等,并使各模块之间可相互连接和跳转。
(三)课件制作工具的选择
目前,多媒体课件制作工具多种多样,经比较,选择了Macromedia公司的Authorware 6.5。Authorware是一个规模较大、功能丰富、高效的多媒体创作工具,利用其函数变量能完成一些复杂的控制功能,很容易实现人机交互的过程控制,作品结构也比较清晰。Authorware的简单易学、易上手、效率高也是一个重要原因。除此之外,选择Windows自带的绘图工具和Photoshop软件来制作电路图,使电路分析的各个环节能更明确的体现,使同学们在课堂获得更多的理性认识[5]。
(四) 课件的运行、修改和打包
当课件的制作告一段落时,就要检验课件设计的效果,可一边运行课件看其效果,一边进行针对性修改。为满足课堂教学的需要,在教学课堂多次让学生观看,找出存在的问题,设计出更加直观的教学效果。在课件打包时,若的课件脱离Authorware平台的运行环境,就无法单独运行。为了解决这个问题,需重组设置,生成可以单独运行的exe文件,使课件成功。
图2工程测量学CAT课件系统总体框架
四、结论
工程测量学的发展为工程测量学课程教学提出了一系列的挑战,采用计算机辅助教学是解决这一问题的有效手段,计算机辅助教学停留在对传统课堂教学的补充上,对网络学校、虚拟学校、远程教育等概念还朦朦胧胧,但计算机在学与教过程中的优势,已被教师共识, 如何在现代教育科学理论指导下,完成计算机辅助教学课件制作过程中的模式选择,整体策略,制作出符合教学规律,高效能提高课堂教学质量的课件是目前工程测量学课程在采用计算机辅助教学过成中亟待研究的课题, 当前,新的教学手段,新的教育理念得到大力推进,在这个良好的氛围下,探讨工程测量学CAI 课件设计具有现实的意义, 我们有理由相信,只要坚持用教育科学理论指导课件制作实践,未来计算机辅助教学中高质量的课件将不断出自学校教师之手,为培养具有创新素质的人材,提供新的活力。
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