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矿山测量服务于矿山勘探、设计、开发和生产运营的各个阶段,必须将先进的现代技术同矿山测量的实际工作、具体特点相结合,拓宽矿山测量的生存空间和业务范围,促进矿山测量的改进和发展,适应矿山体制改革的需要。目前陀螺全站仪、地面三维激光扫描仪等新技术、新仪器已经在地下开采矿山测量中得到了广泛的应用,探讨其工作原理、作业流程有利于优化作业程序,提高工作效率。以某金属矿山为例,分析了陀螺全站仪定向的精度及地面三维激光扫描仪的作业流程及应用范围。
1 陀螺全站仪在矿山测量中的应用
1.1 陀螺全站仪工作原理
陀螺全站仪是将陀螺仪和全站仪结合在一起的仪器,采用陀螺寻北本体与全站仪共同配合来测定任意测线的陀螺方位角。陀螺仪相对于惯性空间有定轴性的特性,而地球相对于惯性空间有自转效应,因此在地球表面某一纬度φ处的陀螺仪就可以测量出相对于惯性空间的自转角速度ω,然后将地球的自转角速度分解为水平分量和垂直分量,其中水平分量ωn=ωcosϕ沿地球经线指向真北;可见,通过惯性技术测量敏感地球自转角速度的水平分量便可以获得地球的北向信息,这就是寻北仪工作的基本原理。
1.2 陀螺全站仪测量方法及限差
1.2.1 陀螺全站仪测量方法
陀螺全站仪定向采用中天法进行观测,定向程序为:
(1)先在地面任意点上测定仪器当地的比例常数C值。观测6个测回,计算出3个C值,取平均值作为当地本仪器C值,在一定时期内,50km范围内可以使用同一C值;
(2)在地面已知边上观测3个测回,计算仪器常数;
(3)在井下待定边上用2测回测量陀螺方位角;
(4)返回地面后,在原已知边上采用3测回测量陀螺方位角,再求得三个仪器常数。
根据以上测量成果来检验仪器的稳定性和测量的精度,确保陀螺定向成果的可靠性和精度。
1.2.2 陀螺全站仪观测限差要求
为了保证观测精度,测量时需要严格执行以下各项限差:
(1)陀螺全站仪的C值测量互差不大于0.06;
(2)仪器的悬挂带零位不能超过±0.5格,测量前后零位值的互差不得超过0.2格;井上下零位差超过0.3格时,应加入零位改正;
(3)相邻摆动时间的互差不得大于0.4秒,间隔摆动时间的互差不得大于0.6秒;实践总结可以保证相邻摆动时间的互差不大于0.3秒,间隔摆动时间的互差不大于0.4秒;
(4)两个镜位观测测线测前方向值、测后方向值。测前测后方向值的互差不得超过10";
(5)测回间方向值互差不大于40"。
1.3观测精度
根据测量得到的数据,计算仪器常数一次测定中误差、仪器常数平均值中误差、井下陀螺方位角一次测定中误差、井下测定陀螺方位角平均值中误差,根据仪器常数平均值中误差 、井下测定陀螺方位角平均值中误差 ,得到螺定向边最终定向中误差为:
可以看出,在本次矿山测量方位定向中,陀螺全站仪稳定可靠,精度较高,可节省大量的劳力和时间,提高了测量的精度和工作效率。
2 地面三维激光扫描仪在矿山测量中的应用
2.1 地面三维激光扫描工作原理
地面三维激光扫描系统由三维激光扫描仪、数码相机、扫描仪旋转平台、软件控制平台,数据处理平台及电源和其它附件设备共同构成,是一种集成了多种高新技术的新型空间信息数据获取手段。地面三维激光扫描技术的工作原理,即由三维激光扫描仪内部的一个发射体发射激光脉冲,再通过两块反光镜有序快速旋转,把由发射体发射的窄束激光脉冲按一定次序扫过目标区域。通过测量每束激光从发射到物体表面反射回仪器的时间计算相关距离,并且编码器还会测量脉冲的相关角度,最终得到目标的真实三维坐标。软件处理后,便会输出实体建模。运用地面三维激光扫描技术,从事各类复杂、大型、不规则、非标准的实景或实体三维数据的采集,快速重构目标的三维模型。
2.2 地面三维激光扫描工作流程
(1)实地踏勘实际情况,制定合理的施测方案。合理布设扫描测站,划分地面三维激光扫描作业面,保证整体埽,扫描无缺失,避免数据过度冗余,提高扫描效率。
(2)按照制定的施测方案计划进行数据采集工作。根据精度要求设置扫描分辨率,对于规则区域,采用较低的分辨率,不规则区域采用高分辨率扫描。扫描完成后在现场初步分析数据质量是否符合设计要求,保证地面三维激光扫描采集的数据既不缺失,又不过度冗余。地面三维激光扫描的过程中避免人员走动,以减少异常点的出现。
(3)对采集好的点云数据进行数据预处理,包括:点云的拼接、去噪以及统一坐标系统等工作;并进行数据处理,得到观测数据及三维模型等成果。
2.3 地面三维激光扫描在矿山测量中的应用方向
(1)矿区地形图测绘:地面三维激光扫描仪可以实现远距离非接触性测量,对于人员难以企及和十分危险的地段进行测量具有明显优势,可以根据测量得到的点云数据,绘制大比例尺地形图,可以满足1:500比例尺地形图的精度要求。
(2)三维模型构建:根据地面三维激光扫描得到的点云数据,可以提取特征点,利用专业软件构建三维立体模型,使得地形地物的表达更加直观形象。
(3)巷道变形监测:可以根据不同时期的地面三维激光扫描获得的点云数据进行处理,并通过数据分析,进行巷道的变形监测。
3 结论
在金属矿山巷道定向测量中,使用陀螺全站仪仅需测量几小时,精度可以达到±6.2″,远远高于单井定向和两井定向,投点和井下基本控制导线起始方位角传递任务是单独完成的,排除了投点误差对起始边坐标方位角传递的影响,因而,提高了定向的精度;地面三维激光扫描可以具有远距离无接触测量的特点,可以用于矿区地形图绘制、三维模型构建、巷道变形监测中,节省大量人力物力,并得到海量的点云数据,提供直观的三维成果。可以看出,陀螺全站仪、地面三维激光扫描仪等新技术、新方法的出现,极大的促进了矿山测量的发展。
参考文献
[1]靳朝阳,王润平,胡光,等.陀螺全站仪在井下导线测量中的应用[J].矿山测量,2010(6).
一、真实的教学背景
教学背景是指有利于学生学习知识和技能的真实教学环境。教学背景是根据职业学科的性质、学生的素质、学生水平及学习方式来确定的。例如,矿山测量综合技能训练项目教学下设五个教学任务:井下导线测量、井下水准测量、罗盘仪导线测量、巷道中线标定、巷道腰线标定。专家建议教学背景需要在矿井井下或防空地道或模拟巷道或模拟矿井里进行。这要根据每个学校具体的教学环境而定,例如,辽宁工贸学校有模拟矿井的教学环境,那么矿山测量综合技能训练项目教学,自然选择校内模拟矿井教学背景。只有在这样真实的教学背景下施教,学生学的知识和技能才有利于学生将来的实际工作,从而达到工作学习一体化的实践效果。如果教师在教室里利用矿井井下巷道挂图进行实训教学,或播放矿井井下模拟测量多媒体课件,很难收到良好的实训效果。
二、实用的教学模式
教学模式是一种结构化的系列程序,用于引导学生的思考或对教学做出反应,以实现特定的学习结果。教学模式是对教学质量有着显著影响的因素,也是进一步选择教学策略、进行课程设计、确定教学素材及设计学习环境的基础。以矿山测量教学为例,在教学实践中,需要根据矿山测量的课改背景、学习目标、学生的接受能力等因素确定教学模式,李战红主编的《矿山测量》教学时应采用模块教学法、项目教学法、任务教学法、理实考评一体化教学模式,即“相关知识+技能训练+项目考评”教学模式。与传统的“前10周学习理论+后10周实训操作”教学模式相比较要实用得多。“相关知识+技能训练+项目考评”教学模式可以简化为“学练教”,笔者称之为“学徒教学模式”,这种教学模式强调边学边练,而不是以往的先理论后实训,消除以往学生对枯燥理论教学的抵触情绪,调动他们在练中学,在练中思考,积极对待学习的热情。另外,现在的中职学生普遍文化水平低,接受能力差,所以采用这种学徒教学模式会提高教学效率。
三、扎实的操作技能
教学技能是教师运用教学工具实现有效学习的基础。教师实施有效教学,很重要的是要有扎实的操作技能。如:进行矿山测量有效教学,教师就要掌握DJ6型光学经纬仪的构造和DJ6型光学经纬仪的读数设备及读数方法;掌握分划尺测微器的读数方法和板玻璃测微器的读数方法;掌握电子经纬仪测角原理,了解电子经纬仪使用常识;掌握全站仪的操作面板上各键盘符号及功能,了解全站仪的主要功能和使用方法,了解激光指向仪及其应用等等。只有教师自身具备较高的教学水平、操作技能,学生才会在教师的教导下学有所得。
四、多样的教学策略
教学策略是为实现某一教学目标而制定的,付诸于教学过程实施的整体方案,包括合理组织教学过程,选择其他的教学方法和材料,制订教师与学生所遵守的教学行为程序。
如:巷道测量教学策略的设计分为六项教学任务。即任务一,巷道平面测量;任务二,巷道高程测量;任务三,罗盘仪测量;任务四,巷道中线标定;任务五,巷道腰线标定;任务六,巷道贯通测量。六项教学任务同时在“相关知识+技能训练+项目考评”教学柜架内进行教学,但是根据各项任务教学知识要点和技能目标的不同,又采取了不同的教学策略。这说明教学框架可以一样,但实施不同的教学任务时,教学策略可以多样。贵在适当,重在实现有效教学。
目前,在中等职业学校矿山测量教学实践中,教师已经运用了一系列多样的教学策略,其中比较有效的策略包括:确定目标、分组学习、强化学习、有效运用教学资源、提供反馈等。
五、良好的教学关系
教学关系指教师对学生的承诺和责任,教师与学生的关系以及教师的角色定位。这一因素是实现有效教学的关键因素。为什么年轻女教师开始教学时常被学生气哭;为什么青春期的学生遇上更年期的教师,常常在教学时发生事端;为什么有的老师自以为讲得很清楚,然而学生就是听不明白。在进行矿山测量教学时,也出现过类似的现象。教学关系紧张的根源就是老师的教学理念不正确、教学中的角色没摆好,教学本领不过硬等。教学关系是贯穿整个教学过程的最基本的一对关系,我们要把师生关系恢复到“人的关系”上来,建立以平等对话为特征的教学关系,这是新课程教学改革的一个重要方向和基本任务。矿山测量教学也是如此,只有这样才能做到中职矿山测量有效教学。
六、科学的教学反馈
教学反馈是指教师根据教学的结果信息反馈反思,对教学实践进行改进,开发新的更有效教学方式的过程。就矿山测量教学来讲,笔者以为,要做好三方面反馈,方能达到有效教学目标。第一方面是课中反馈,指教师边教边学,注意收集学生反馈的信息。如:分组学习活动出现的问题和取得的反馈等,从而及时调整自己讲课的方法和手段,以达到更好的教学效果;第二方面是自我反馈,是指授课教师对所授课程的授后感及达到成果的备忘记录,按此感悟不断完善、改进自己的教学,养成习惯,提高矿山测量有效教学技能;第三方面是他人反馈,是任课教师接受学生、家长、同行、领导对自己的教学评价,采纳合理建议、意见进行教学完善创新。这对任课教师的专业成长非常重要,是有效教学的一种难得的智慧之源。在三方面信息反馈的基础上,任课教师把矿山测量的课改实践经验写成学术性研究论文,是一种更科学有效的教学反馈,对提高有效教学质量和教师发展起到不可估量的作用。
综上所述,有效教学的六大因素,教学时必须综合运用。正如解决某个问题需要多种知识,做成一件东西需要多种技术一样。开创中职矿山测量教学“先学后教,少教多学”,学生要学、会学、乐学的有效教学新局面。
0 引言
随着计算机技术以及软件工程的快速发展,测绘专业领域也得到了空前的发展,煤矿测量已由传统的经纬仪、水准仪、光电测距仪、平板仪及手工记录计算的方法,逐步转变全站仪、电子水准仪、GPS等先进的现代仪器,为测绘行业带来了质的突变。虽然先进的仪器使得测绘工作者更为方便、高效,但我们必须全面了解测量方法的相关原理,才能更好的为现代煤矿测量工作服务[1,2]。
1 煤矿测量方法
煤矿测量,主要依托全站仪,因此全站仪常用的方法主要有极坐标法、小角度法、前方交会法、后方交会法等。下面根据本人工作经历,具体对各自方法进行详细介绍。
1.1 极坐标法
根据极坐标的原理,以2个已知点建立坐标轴,并以其中1个点为极点作为极坐标系,测定观测点到极点之间的距离,测定观测点与极点连线和两个已知点连线夹角的方法。如图1所示:
假设,需测定某点C坐标,首先必须先计算已知点A、B的方位角:
采用全站仪进行极坐标测量时,具体操作步骤如下:
(1)在测站点A点安置全站仪,对中整平,然后开机,首先要对仪器进行相关参数设置,主要有温度、气压、湿度、棱镜常数、对比度等:紧接在程序中选择测量模式为“放样”。
(2)首先输入已知点A的点号,测站点仪器高度,以及A点的三维坐标坐标,并照准后视点B点,输入A点到B点的方位角,或者是输入后视点B点的已知坐标,然后照准B点,读出数据,作为检核,使测出的数据与设计数据差距很小[3]。
(3)输入待测点的坐标,然后在仪器上显示出当前视线方向与待定方向之间的水平夹角,当该夹角接近0度时,转动水平微动螺旋使夹角为0°。
(4)指挥将棱镜立于视线方向上,按“测设”键,全站仪即测量出测站至棱镜的水平距离,并计算出该距离与设计距离的差值,在仪器上显示出来。
(5)仪器操作员根据计算的距离偏差指挥持镜员,持镜员按照此距离靠近或远离仪器,直到偏差量满足要求时,并在地面上打入带有小铁钉的木桩。
(6)木桩固定后,将棱镜架设在木桩顶板的小铁钉上,仪器操作人员回到常规测量界面,测定出该点坐标。
该方法在矿山地下工程测量比较常用,且该方法比较灵活,限制条件比较少,适合长距离传递。
1.2 小角度法
由于矿山地下开采,形成了采空区,由于采空区上方岩层长期下沉,导致地表沉陷,使得地表产生沉陷、曲率变形、水平位移、倾斜变形等,严重影响了矿区人民的安全状况。因此我们必须对矿区地区地表进行监控,及时了解该处地表变形情况,其中除了我们进行常规的沉降测量外,还需对水平位移变形情况进行观测,由于矿山在监测设计时,主要是沿着开采区走向与倾斜断面进行布设监测点,因此小角法是一种很实用的方法。
小角度法是将仪器安置于稳定点,测定视准线位移点间的微小夹角和水平距离。如图2,利用全站仪精确测出基准线与置镜点到观测点视线之间的微小角度,并按式(4)计算偏离值:
小角度法观测时,要尽量将观测墩埋设在两端基点的连线上,使观测角度微小,以减小正弦函数泰勒级数展开的舍入误差。
1.3 前方交会法
前方交会就是利用已知坐标条件求出未知点的一种比较实用的方法。在煤矿测量中,由于煤矿地质地貌条件复杂,因此往往致使测站点无法与前方测点通视,经常需要用前方交会的方法来预计待测点坐标和待测边边长。
因此,必须选择远离变形区且稳固的目标作为定向点,测站点与定向点的距离要求大于交会边的长度,观测点埋设在能进行多个方向观测的位置。前方交会的角度最好满足30°≤α≤150°,否则观测出的位移量受测角误差的影响较大。如图3,假设对工作基点C进行校核时,可在稳定区埋设2~3个基点,用前方交会法检定C的稳定性[4,5]。
1.4 后方交会法
在矿山测量作业过程中,特别是在年代较久或废旧矿区开展工作,经常遇到如下情况:
(1)测区已知控制点相互通视条件差;
(2)在矿区所布设的控制网,因考虑图形条件、控制范围、通视等,已知点大多位于较高的山上,携带仪器不方便,或有些测点架设仪器很困难。虽然GPS在测绘工作中以得到普遍应用,但由于各作业单位的实际情况及林区卫星信号接受等诸多因素。为解决上述问题,我们在工作实践中,经常采用全站仪测边后方交会来测设测站,然后进行工程放样或测量等工作[6]。
测边后方交会一般在待定点上架设仪器,在已知点上摆设棱镜,假设已知点为A(Xa、Yb)、B(Xb、Yb),待定点为P, 通过测量出已知点到待定点之间的距离分别为Sa、Sb.
2 结论
随着科学技术的发展,矿山测量逐步走向自能化。论文结合本人的生产实际情况,主要介绍了现在矿山测量依托全站仪常用的测量方法,在矿山测量生产实际当中,现代矿山测量不仅仅是狭义上的施工放样,随着科学的发展,逐步发展到了地表监测等,因此极坐标、前方交会、后方交会以及小角度法是最为常用也是最为熟悉的方法,论文通过对这些方法的原理进行了详细介绍,分析了各自方法的特点,因此在以后工作过程中,可根据自身条件进行择优选择。
【参考文献】
[1]孙国华,丛培东.地质勘探工程测量方法今夕谈[J].科技信息,2012(09).
[2]张清.论矿山测量中新测绘技术及其特点[J].山西建筑,2012(03).
[3]张维宽,张永胜,孟红何.全站仪极坐标法测设物探网的一种新方法[J].价值工程,2012(11).
目前,中国矿业大学采矿工程专业教材采用高井祥老师编写的《测量学》,课程主要分为理论课和实验课两大部分,其中课堂授课为24课时,实验课8课时,内容设置如表1所示。实验课程主要开设水准测量、角度测量及全站仪认识与使用及地形图认读等内容。
1.2课程存在的问题
分析课程现状,目前中国矿业大学采矿工程专业测量学课程的设置存在如下几个问题:
(1)课程内容较多,而学时较少
从测量基础理论知识到矿山测量的应用,课程几乎涵盖了大部分测量学科的相关知识,但只有24课时的课堂教学明显无法面面俱到,不得不对部分内容进行缩减,课程内容的连续性不易保证,影响了教学效果。
(2)基础理论多,而专业应用内容少
测量学的基础理论知识占到总课堂学时的91.7%,而与采矿工程专业相关的矿山测量知识较少,只讲解基本概念,无法让学生对井上下测量工作有深刻的认识。此外,还有矿图、开采沉陷变形及控制等内容没有包含在内。
(3)实践内容不足
实践是测量学这门课程的必备环节,能够加深同学对课程相关理论知识的认知,便于在生产中综合运用。为此,中国矿业大学专门建立了实验室开放系统,全校同学可以根据自己的情况进行预约实验。但是现有的8课时实验内容全部集中在测量基础知识的学习上,未涉及将来工作中可能用到的矿山测量知识,导致学生学习和生产应用的脱节。
(4)测绘新技术和理论讲述较少
近年来,测绘技术的变化日新月异,GPS、摄影测量、遥感等技术在各行业的应用越来越广。煤矿企业大多都配备有先进的测量仪器,如GPS、全站仪、自动安平水准仪、陀螺仪等。因此,在讲课过程中需要对测绘新技术、理论及仪器设备进行讲解,使学生能够把握测量知识的应用方向,而目前课程对此方面的讲述明显不足。
2理论教学内容的改革
2.1课程内容改革
(1)精简或删除部分基础测量理论及技术。
对于距离、高程和角度测量等内容,应精简钢尺量距、视距测量、经纬仪测角等占的比例;对小地区控制测量部分,应精简三角网和小三角测量及交会法定向的内容;对地形测图等内容,应删除平板仪测图、经纬仪联合小平板仪测图,精简经纬仪测图。
(2)增加测绘新技术、新理论的比例。
增加自动安平水准仪、数字水准仪、全站仪的相关内容和应用;在控制测量部分增加GPS、RTK的等原理的讲述;在地形图测图部分增加航空、低空摄影测量及遥感成图的相关内容。
(3)加强矿山测量部分的应用教学。
加强井下控制测量、巷道施工测量的内容;增加矿图的认识及开采沉陷变形监测;拓展新型沉陷变形监测技术,如合成孔径雷达干涉测量技术(InSAR)、激光三维扫描等新技术的介绍。
2.2教学方法、手段改革
多媒体是目前高校普遍采用的一种教学手段。与传统的黑板教学相比,多媒体教学图文并茂,便于演示,可以提高课堂教学效率和效果,但也存在内容多,信息量大的缺点,致使学生思路跟不上,容易走神。因此,有必要将多媒体和板书进行有机结合,以达到最佳的教学效果。例如在讲解经纬仪整平对中时,可以在多媒体中增加动画效果,模拟圆水准气泡、管水准气泡的移动同三脚架、脚螺旋移动的关系,使学生有直观的认识。在讲解方位角、导线坐标等公式的推算时,先采用板书推导,使学生的思路能够循序渐进,促进学生思考问题,推导完成之后,可以采用多媒体再播放一遍推导过程,巩固重点和难点内容。中国矿业大学在2012年新的教学大纲中要求课堂教学中应有一定的研讨学时,采矿专业测量学课程设置4课时。这把传统上以“教”为主的教学模式转变为以学生“学”为主的教学模式,在课堂上采用“启发式”、“问题式”、“讨论式”、“探究式”等互动教学方法,可以激发学生的学习兴趣和积极性,加深学生对知识的理解,培养学生学以致用的能力。实施过程中可以采用分组讨论、辩论及学生讲课等形式。案例教学是一种非常重要的教学手段。学生通过案例分析可以更加深入的同应用相结合,有助于巩固课堂理论知识,培养学生分析问题和解决问题的能力。例如:在讲述大比例尺地形图测绘时,将校园作为实例,对平面控制测量和高程控制测量,甚至是GPS控制测量进行讲述和分析,然后再以学院楼、道路、花池等为例介绍大比例尺成图的过程和方法。由于同学对校园环境非常熟悉,更容易掌握相关的知识点和工程应用。
2.3考试与考核改革
课程考核是对学生掌握知识、技能、理论应用的一次检测,也是评定学生能否获取课程学分的一个重要依据。多数高校都将期末考试的70%~80%作为最终的课程考试成绩。这种一次考试定成绩的考核方式容易使学生出现考前突击、死记硬背、一知半解等情况,难以达到课程教学目的。因此,课程考试考核应采用多元化的方式,在课程教学中可以增加小测验、研讨、期中考试、课程论文等过程考核,完善现有的考试考核方式。此外,计算机技术也可以作为考核的一项重要手段,例如在完成导线计算的讲述后,可以让同学采用程序开发的方式实现导线的内业计算。这既可以让学生深入掌握导线计算的方法和流程,也可以锻炼学生的程序开发和应用能力。
3实践内容的改革
实践是培养工科专业学生动手操作、理论应用、团队协作意识等综合能力的必备环节。随着测绘仪器、理论及计算机技术的飞速发展,原有的一些测绘实践内容已无法满足社会需求,因此需要在有限的课时内对相关知识进行取舍优化,以达到实践教学的目的。
3.1实验教学改革
目前,中国矿业大学采矿工程专业只有8课时实验课,主要开设水准测量、角度测量及全站仪认识与使用及地形图认读等内容。实验课中课时安排不够合理,也未涉及矿山测量知识。此外,水准测量和角度测量所采用的仪器仍然为DS3水准仪和DJ6经纬仪,仪器过于陈旧,因此有必要对实验内容进行改革。将原有的水准测量实验仍设置为2课时,但需讲述DS3水准仪和自动安平水准仪的使用;原有角度测量减少为2课时,仪器改为全站仪测角和使用;去除全站仪认识与使用及地形图认读的实验内容,改为数字化测图(2课时);增加矿山测量实验内容,如矿井联系测量,实验场地可以设置在地下车库,以便模拟井下环境。
3.2科研促进教学
矿山测量是中国矿业大学的特色课程,采矿工程专业必须能够认识矿图,了解井下测量工作和开采沉陷及变形控制。中国矿业大学教师与矿山企业联系紧密,各类与矿山相关的科研项目较多,内容涉及矿山测量、井下开采方案设计、充填开采、开采沉陷及变形控制、建筑物损害鉴定、土地复垦及生态规划及重建等方面。在课堂、实践等教学过程中,适当穿插与科研项目相关的内容,可以增强学生的思考、动手、理论联系实际等能力,并且对矿山相关新技术能有初步的认知。这丰富了教学内容和方法,能够让学生了解所学知识的应用之处,有助于提高学生的学习兴趣。
Abstract: at present, mapping technology has become a respect for the important means of spatial data, this paper expounds the current situation of the development of the modern surveying and mapping technology, and introduces in mine surveying, wetland, water conservancy project precision agriculture and four aspects of the application.
Keywords: MAPGIS surveying and mapping technology; GPS; RS; GIS; Map surveying and mapping
中图分类号:TU74文献标识码:A 文章编号:
随着现代测绘技术的出现,无论在学科理论,或在技术体系,以及应用范围上都取得了重大的发展,甚至可以说是重大的变革,从而也将彻底地改变传统测绘的生产方式。现代测绘产业以“3S”技术为特征,现代测绘技术已经成为人类研究地球及自然环境,解释某些自然现象,解决人类社会可持续发展等重大问题的重要工具。
1现代测绘技术的发展概况
1.1 GPS的发展
全球定位系统(GPS)是美国从20世纪70年代开始研制,于1994年全面建成的利用导航卫星进行测时和测距,具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。1996年2月,美国总统令宣布GPS为军民两用系统,标准定位服务对民用开放,2000年5月,美国总统令SA关闭,价格不贵的民用GPS接收机能将其水平定位精度从不低于100m提高到15~20m,民用GPS的具备了真正的实用价值。随着全球定位系统的不断改进,硬、软件的不断完善,GPS的应用领域正在不断地开拓,目前,各种类型的GPS接收机体积越来越小,重量越来越轻,便于野外观测。GPS已遍及国民经济各种部门,并开始逐步深入人们的日常生活。GPS和GLONASS兼容的全球导航定位系统接收机已经问世。GPS作为一项引起传统测绘观念重大变革的技术,已经成为大地测量的主要技术手段,也是最具潜力的全能型技术。GPS定位技术与常规地面测量定位相比,除具有对测站选择更灵活、更适应不利条件、全天候连续作业外。还具有比任何地面常规技术供数量更多、精度更高的数据信息。
1.2 遥感技术的发展
遥感包括卫星遥感和航空遥感,航空遥感作为地形图测绘的重要手段已在实践中得到了广泛的应用,卫星遥感用于测图也正在研究之中并取得一些意义重大的成果,基于遥感资料建立数字地面模型进而应用于测绘工作已获得了较多的应用。自20世纪初菜特兄弟发明人类历史上第一架飞机起,航空遥感就开始了它在军事上的应用,从1972年第一颗地球资源卫星发射升空以来,美国、法国、俄罗斯、欧空局、日本、印度、中国等国家都相继发射了众多对地观测卫星。遥感信息获取技术已从可见光发展到红外、微波:从单波段发展到多波段、多角度、多极化;从空间维扩展到时空维;从低分辨率发展到高分辨率甚至超高分辨率。遥感平台有地球同步轨道卫星、太阳同步卫星、太空飞船、航天飞机、探空火箭,并且还有高、中、低空飞机、升空气球和无人飞机等:传感器有框幅式光学相机,缝隙、全景相机、光机扫描仪、光电扫描仪、CCD线阵、面阵扫描仪、微波散射计、雷达测高仪、激光扫描仪和合成孔径雷达等,它们几乎覆盖了可透过大气窗口的所有电磁波段。
1.3 GIS的发展
地理信息系统作为多个学科、多种技术交叉融合的产物,至今只有40多年的历史。地理信息系统起源于20世纪60年代加拿大和美国学者的在土地和交通方面的地理信息研究。1998年1月31日美国前副总统戈尔在加利福尼亚科学中心的一次讲演,在该讲演中戈尔正式提出数字地球的概念。地理信息系统作为对空间地理分布有关的数据进行采集、处理、管理、分析的计算机技术系统,其发展和应用对测绘科学的发展意义重大,是现代测绘技术的重大技术支撑。
2 现代测绘技术的应用
现代测绘技术作为一门新的信息科学在经济和社会可持续发展的诸多领域正发挥着愈来愈大的作用。在这里主要介绍现代测绘技术在矿山测量方面、湿地方面、水利工程方面和精准农业方面的应用情况。
2.1 矿山测量方面
遥感技术在矿山测量中的应用已经历了较长的时间,并积累了丰富的经验。应用遥感资料,可获取矿区实时、动态、综合的信息源,对矿区环境进行监测,为矿区环境保护提供决策支持。遥感资料用于找矿、矿区地质条件研究、煤层顶底板研究等方面都已得到应用,所有这些,都说明遥感技术应用于矿山测量是矿山测量实现其现代任务的重要保证。利用GPS技术进行矿区地表移动监测、水文观测孔高程监测、矿区控制网建立或复测、改造等。其应用于矿山测量工作的地面部分已成为现代矿山测量的一项重要支撑技术。以矿区资源环境信息系统为平台,以各种测量技术为数据获取的途径,可以建立集数据采集、处理、管理、分析、输出于一体的自动化、智能化的技术系统,作为矿山可持续发展的决策支持系统。
2.2 湿地方面
利用遥感技术对湿地生物资源的分布、生长状况及其变化进行估测。利用遥感技术多层次、多时相的动态监测功能获得及时可靠的数据,通过地理信息系统技术进行相关数据的实时更新,并对这些数据进行空间分析,可得到湿地的动态变化情况。应用遥感和地理信息系统技术,获取湿地生态环境质量分析评价所需要的数据,借助GPS技术进行水质采样调查、植被样方调查、土壤采样等常规野外调查。根据湿地信息系统的功能,可将其划分为两大类:查询服务型信息系统和决策支持型地信息系统。
2.3 水利工程方面
遥感技术能够实时地对大江、大河和湖水水位进行监测,可实时监测洪水灾害面积。RS和GIS集成能及早预报洪水淹没范围和干旱灾情范围,为防灾、抗灾提供准确信息。在水利枢纽工程竣工后,需对水库大坝、大型桥梁等进行连续的、精密的监测。现代测绘技术提供了连续、实时的安全运行监控手段。利用全数字摄影测量或数字测图技术建立数字地面模型,应用GIS的分析决策功能,可以方便快速地进行水库大坝选址、库容计算、引水渠修建、受益范围等设计工作,为开发利用水资源提供科学依据。目前,大中城市都有由数字测图技术或全数字摄影测量技术建立的城市数字地形图,给排水管线的规划、设计可在数字地形图上进行。
2.4 精准农业方面
精确农业中,利用GPS技术对采集的农田信息进行空间定位;利用RS技术获取农田小区内作物生长环境、生长状况和空间变异的大量时空变化信息;利用GIS技术建立农田土地管理、自然条件、作物产量的空间分布等的空间数据库;对作物苗情、墒情的发生发展趋势进行分析模拟,为分析农田内自然条件、资源有效利用状况、作物产量的时空差异性和实施调控提供处方信息。GPS、RS、GIS技术及自动化控制技术为支撑的精确农业将促进现代农业的发展。它能够收集土地利用现状、植被分布、农作物的生长情况、农作物的灾情分布、土壤肥力等多种信息,将信息技术与农艺、农机有机地结合起来,最大限度地优化各项农业资源与生产要素的合理分配,获取高产量和最大经济效益,同时又能有效地保护生态环境和农业自然资源,有利于农业的可持续发展。
3 结语
以“3S”一体化或集成为主导的空间信息技术体系已逐渐成为测绘学或地球信息学新的技术体系和工作模式,其先进性、时效性明显。现代测绘技术将朝着高科技、自动化、实时化和数字化方向发展。
参考文献
[1]谯章明.地质图绘制[M].北京:测绘出版社,2003
引言
地质的测绘主要是运用地质相关的理论对工程项目的建设及地质进行精密的观测和分析,了解对于建筑区各个工程地质的内在条件和它们之间的密切关系,然后按照测绘比和论文的尺寸把它们更好地绘制在图纸上,并且通过勘测和试验等编制成工程地质图,作为工程勘测的首要的资料,供给对于项目各个部门的参考。对于长期的地质测绘它依靠于经纬仪、平板仪、水准仪这三种较为局限的应用,在未来的发展中,逐渐的采用了相对来说较为先进的技术设备和设计的理念。现代的地质绘图技术主要依赖于卫星导航定位系统、遥感勘测技术和地理信息系统技术。
1、工程地质测绘
工程地质测绘是岩土工程勘察的基础工作,在诸项勘察方法中最先进行。按一般勘察程序,主要是在可行性研究和初步勘察阶段安排此项工作。但在详细勘察阶段为了对某些专门的地质问题作补充调查,也进行工程地质测绘。
工程地质测绘是运用地质、工程地质理论,对与工程建设有关的各种地质现象进行观察和描述,初步查明拟建场地或各建筑地段的工程地质条件。将工程地质条件诸要素采用不同的颜色、符号,按照精度要求标绘在一定比例尺的地形图上,并结合勘探、测试和其他勘察工作的资料,编制成工程地质图。这一重要的勘察成果可对场地或各建筑地段的稳定性和适宜性做出评价。
根据研究内容的不同,工程地质测绘可分为综合性测绘和专门性测绘两种。综合性工程地质测绘是对场地或建筑地段工程地质条件要素的空间分布以及各要素之间的内在联系进行全面综合的研究,为编制综合工程地质图提供资料。在测绘地区如果从未进行过相同的或更大比例尺的地质或水文地质测绘,那就必须进行综合性工程地质测绘。专门性工程地质测绘是对工程地质条件的某一要素进行专门研究,如第四纪地质、地貌、斜坡变形破坏等;研究它们的分布、成因、发展演化规律等。所以专门性测绘是为编制专用工程地质图或工程地质分析图提供资料的。无论何种工程地质测绘,都是为工程的设计、施工服务的,都有其特定的研究目的。
2、现代测绘技术的应用
现代测绘技术作为一门新的信息科学在经济和社会可持续发展的诸多领域正发挥着愈来愈大的作用。在这里主要介绍现代测绘技术在矿山测量方面、湿地方面、水利工程方面和地理信息系统的发展情况。
2.1矿山测量方面
遥感技术在矿山测量中的应用已经历了较长的时间,并积累了丰富的经验。应用遥感资料,可获取矿区实时、动态、综合的信息源,对矿区环境进行监测,为矿区环境保护提供决策支持。遥感资料用于找矿、矿区地质条件研究、煤层顶底板研究等方面都已得到应用,所有这些,都说明遥感技术应用于矿山测量是矿山测量实现其现代任务的重要保证。
2.2湿地方面
利用遥感技术对湿地生物资源的分布、生长状况及其变化进行估测。利用遥感技术多层次、多时相的动态监测功能获得及时可靠的数据,通过地理信息系统技术进行相关数据的实时更新,并对这些数据进行空间分析,可得到湿地的动态变化情况。
2.3水利工程方面
遥感技术能够实时地对大江、大河和湖水水位进行监测,可实时监测洪水灾害面积。RS和GIS集成能及早预报洪水淹没范围和干旱灾情范围,为防灾、抗灾提供准确信息。在水利枢纽工程竣工后,需对水库大坝、大型桥梁等进行连续的、精密的监测。现代测绘技术提供了连续、实时的安全运行监控手段。
2.4地理信息系统的发展
从系统角度看,在未来的几十年内,地理信息系统(GIS)将向着数据标准化(Interoperable GIS)、数据多维化(3D&4D GIS)、系统集成化(Component GIS)、系统智能化(Cyber GIS)、平台网络化(Web GIS)和应用社会化(数字地球DE)的方向发展。Interoperable GIS 互操作地理信息系统(Interoperable GIS)是GIS系统集成平台,它实现在异构环境下多个地理信息的系统或其应用系统之间的互相通信和协作,以完成某一特定任务。Web GIS 基于WWW的地理信息系统(Web GIS)是利用Internet技术在Web上空间信息供用户浏览和使用。Digital Earth 它是对真实地球及其相关现象统一性的数字化重现和认识,其核心思想是用数字化手段统一地处理地球问题和最大限度地利用信息资源,从而完成数字地球的核心功能,光缆、卫星通信技术以及计算机网络等技术则完成海量空章数据的传输任务。
3地质测绘技术发展
3.1大地控制测量。
控制测量是地质测绘的基础,地质矿区布设平面控制的方法,一是在国家一、二等三角控制下进行三、四等三角点的加密,另一是在国家一、二等三角点下不能加密情况下布设独立的三、四等三角或五秒小三角锁网作为矿区基本“平面控制.独立的三角锁网必须测定锁网的起算边长。我单位在上世纪末期引入载波静态相对定位技术即多台套GPS接收机结合后处理软件以来,精密控制测量就不再限制于通视条件、距离条件这些因素,控制测量的工作模式有了很大的改观,对于相对独立断点分布的矿区工程点不再需要长远距离的测三角锁从其他地方引入控制点,只需从起算点采用边点连接跳跃式地可以直接引入到测区,极大地简化了工作步骤,节省了时间和人力。
3.2地形测量技术。
地形测量的加密图根控制,传统的方法是在矿区基本控制点下布设测角图根线形锁及测角交会点,现在则采用导线测量、GPSRTK模式,极大地减少工作量,也提高了精度。
地形测量是地质测绘工作重要的任务,长期以来的测图方法,以大平扳仪测图,至今在大比例尺地形测图中仍然是普遍采用的主要手段之一。但是占主导地位的已经是全野外数字化测量了,采用全站仪、RTK一天的工作量已是大平板仪所不能比拟,完全不可同日而语了。
4、结语
现代科学技术发展的综合化整体方向极大地影响着现代测绘科学的发展趋势,这种趋势表现在现代测绘新理论的概括性增强,测绘新技术的技术综合程度提高,各专业学科之间的相互交叉与渗透,测绘学与其它门类科学的联系增强加大,测绘学吸收和移植其它学科成果的速度加快,这种学科内外的综合化发展,将使现代测绘学不断开拓出新的领域。测绘将成为构建“数字地球”、“数字中国”的主力军。
5、参考文献:
[1]曹幼元,贺跃光. PDA GPS在地质测绘中的应用[J].测绘技术装备,2005,(4).
中图分类号:TD167文献标识码: A
一、引言
矿山测量工作主要包括:建立矿区地面控制网、矿区地形图的测绘、矿山施工测量、地表移动沉降观测和矿体几何图绘制等。其中,矿山施工测量是矿山建设和开采过程中为各种工程的施工所进行的测量工作,即地面上的土建工程测量、井下控制测量和施工测量、竖井定向测量和竖井导人高程测量、竖井贯通测量。在施工建造过程中和运营管理阶段,还需定期进行岩层与地表移动沉降观测、巷道及井身各部位及其相关建筑物及辅助建筑物的沉降观测和位移观测,以及为矿区的复耕进行测量服务等。
二、煤矿井下测量中常见的问题
2.1在井下遗漏工具
在井下开展测量工作的时候,有时因为粗心大意,会将自己的测量工具忘在地面办公场所,例如,可能会忘记垂球、记录本、笔、工具袋等这些体积比较小方便随手携带的物件,到达井下工作点后,在没有工具的情况下也不可能完成测量工作,因此必须返回井上拿回工具,这样就会耽误施当天测量进度,造成工作效率降低;另外一种情况,再井下完成测量任务后,把棱镜、三角架、工具忘记带,落在工作地点或载人车上,造成测量工具的丢失。2.2现场测量时测量人员用错导线点
由于前视人员、后视人员、仪器操作人员不精心用错了导线点,造成测量数据错误。在1307皮顺测导线时,由于皮顺门口有3个点(为1307联络巷开门口所用,其中中间一个为导线点),当时后视人员错误的把最前面的点当成导线点,导线施测Zoom至迎头拨正时,发现迎头点的方位比设计方位大2“50‘,第二天对巷道进行了复测,发现中间点才是开门口所用得导线点,后视人员没有弄清楚就把它当成导线点用,导致了导线测量的错误。又如1301上帮面开门口时,当时用一410水平北翼胶带大巷联络巷中的导线点作为起始资料,为了对其进行校核,又从北轨底盘的控制点起测。当时所用点为指示北轨方向的三个点,其中中间点为控制点,由于喷浆巷道控制点标识被喷住,观测时错误的用了后面的一个点,导致两次观测的开门口点的数据不一致,上井后经过反复校核与演算,发现北轨底盘的检查角对,但导线点间距离不对,观测人员错把拨正点当成了导线点,导致了此次导线测量的错误。
2.3数据的遗漏
尽管测量工作中有规定,并且长期以来工作习惯,必须认真谨慎,但是测量人员难免有时会遗漏,造成一些失误;在地面记录数据时遗漏记忆方位角、边长,导致不能进行解算,妨碍了按时标定;有时井下作业数据丢失,使测量的结果不准确不完整,例如遗漏前视点高、仪器高、巷道高度、点距两帮的距离等等。尤其是在测量前视点高的时候,总是有测量人员忙着标定,却忘了记录相关的数据,致使无法计算巷道标高。
三、针对井下测量常见问题所采取的措施
3.1下井前注意检查工具
下井工作前,由组长或主要测量人员先检查自己的测量工具比如笔、线、起始数据、钢钉、坡度规、垂球、皮尺、钢尺、红漆等是否齐全,也可以安排测量人员相互检查,认真清理,核实对方的测量工具,保证测量工具齐全后下井工作;还可以选定比较细心的后勤管理人员管理测量工具,下井前,直接由后勤管理人员清点后交给测量人员,这样可以防止忘带测量工具的现象发生。
3.2每次测量时,都要把测点周围的无用的线绳标记处理掉
把没用的点号及时擦掉,把使用的点号划清楚,特别要区分好导线点和拨正点,以防以后用错测点。在巷道开门口时,一定要把开门口所用导线点测两遍,且检查水平角时一定要将前后视距离重测一下,以便校核所用导线点的正确与否。同时,每次测量时前视人员应把所用的导线点亲自指给仪器观测者。同样,仪器观测者把测点指给后视人员。这样,可以避免用错测点造成不必要的损失。
3.3加强井下测量人员的日常业务学习
提高他们的技术业务水平。要让测量人员在实践中尽量多练习井下测量仪器的整平、对中、读数、瞄准目标以及给线的方法,井下的记录、计算、反算、以及中腰线标定数据的计算等,以及给完线后如何校对所给线的正确与否。上井后及时相互对算井下的测量数据,发现问题及时下井更正。
3.4 严格遵守测量规程
严格执行《煤矿测量规程》和实施细则的要求,及时复测,并逐点测量起始点至巷道施工导线点,并认真进行内业整理对算,如果误差较大则需重新复测;在井下现场标定时,要求测量人员认真对起算数据进行核对并互算,确保无误,方可标定。
结束语
测量是指导煤矿生产的重点,测量的失误会给煤矿生产带来诸多不便。测量人员责任重大,测量工作的正确与否直接影响了井下区队的施工进度和质量,所以要求测量人员在井下施测的过程中一定要严格按照《煤矿测量规程》中的有关规定进行,要做到工作认真仔细,提供的数据、图纸及时、准确。
参考文献
中图分类号:G642.3 文献标识码:A 文章编号:1002-4107(2016)01-0034-02
数字化时代已经到来,并还将进一步发展。中国矿业面向未来寻求可持续发展,必须走“数字矿山”之路才能使传统的矿山企业在采矿工艺、生产管理、组织结构、工程决策等方面有大的调整,进而提高企业生产效率和生存空间[1]。目前,矿业类院校测绘工程专业矿山测量方向在“数字矿山”技术方面的培养还非常滞后,人才培养主要是以“传统测量技术”和“3S技术”(GPS,GIS,RS,全球定位系统,地理信息系统,遥感)两大能力模块进行培养,但尚没有建立起“数字矿山”相关概念,也就更无从谈起在未来的工作中能够承担起构建和维护“数字矿山”这个重要使命了[2-3]。这已经凸显出目前的人才培养与市场需求脱节,在此背景下,研究高校测绘工程专业如何制定培养方案、构建专业课程体系、优化教学内容,以适应我国现今对测绘人才需要显得尤为重要。
一、测绘专业的人才培养目标与建设思路
第一,以对学生进行测绘工程专业知识和技能培养为根本;使学生系统地掌握数字测图、测量平差、大地测量、空间定位技术、摄影测量、遥感、地图学、地理信息系统等方面的基础理论和基础知识。
第二,以社会需求为导向、以服务经济社会发展为宗旨,使学生掌握基础测绘、工程测量、矿山测量、变形监测、地籍测量的理论和方法;掌握摄影测量、遥感图像处理的理论和方法;掌握地图编制和地理信息管理、应用的理论和方法;熟悉测绘行业方针、政策和法规;具有较强的计算机应用能力。
第三,提升学生的工程素质和工程实践能力。使学生具有基于常规测绘和“3S”技术进行控制网的建立、数字化成图、各种工程施工测量及变形监测,具有专题地理信息系统应用及设计的基本能力。
以“厚基础、宽口径、高素质、创新型”为指导思想,以培养复合型、创新型、应用型测绘人才为根本任务,以培养学生的专业能力为主线,以就业为导向。为了实现人才培养目标,需要将创新教育融于人才培养的全过程,全面提高学生的综合素质[4-6],突出黑龙江科技大学“大德育、大工程、大实践”的三大教育理念,坚持立德树人,用科学理论武装学生头脑,促进学生身心健康,贯穿大工程,重点落实大实践教育理念,掌握扎实的专业知识,具有较强的专业实践技能培养学生创新精神与实践能力,提高学生人文素养和科学素养,使学生成长为中国特色社会主义事业的建设者和接班人。
二、测绘工程专业课程体系建设路径
(一)课程体系的构建
根据黑龙江科技大学学分制课程体系的统一要求,构建了自主立交式学分制课程体系。课程体系中,按照性质分为公共必修课程、专业必修课程、专业选修课程、公共选修课程,按照课程类别分思想政治与健康教育平台、公共基础教育平台、专业教育平台、素质拓展与创新教育平台,学生在规定的修业年限内达到学校对本科毕业生提出的德、智、体等方面的要求,完成人才培养方案规定的全部教学环节,修满各模块标准学分,共修满185学分后,完成毕业设计(论文),答辩合格,方准予毕业。在课程当中核心课程有:“测绘学基础”、“数字测图原理与方法”、“误差理论与测量平差基础”、“大地测量基础”、“摄影测量原理”、“GNSS原理及应用”、“遥感原理与应用”、“地图学”、“地理信息系统原理与应用”、“工程测量学”等。
实践教学环节有:“综合实验”、“数字测图实习”、“大地测量实习”、“GNSS实习”、“地籍测量实习”、“3S技术综合实习”、“工程测量综合实习”、“工程训练”、“毕业实习”、“毕业设计”等。
(二)课程体系的特点
1.注重专业理论知识与实践能力的培养。重视学生道德素质教育,重视人文科学、自然科学和社会科学协调发展;注重学生创新能力的培养,重视学生个性发展。
2.必修课程与选修课程比例适宜。必修课与选修课的比例约为3:1,这有利于促进学生的个性发展,拓宽知识面和培养能力,更好地为社会培养复合型、创新型、应用型测绘人才。
3.注重夯实理论知识,突出实践能力。注重培养学生掌握扎实的理论知识,开设了大量以培养学生基本知识,基本理论为目标的理论课程。重视加强学生实践能力的提高,开设了大量以培养学生实践能力为目标的实践课程。加大实践课程在课程体系中的比重,对于培养学生的实践能力以及创新能力,提高学生的实践能力和就业能力具有重要意义。
4.课程国际化增强。在课程设置上,开设了“英语”、“专业英语”及5门双语课程,一是培养了学生的外语能力,二是培养了学生国际化的理念、教学思想。
5.强化综合素质培养。注重培养学生的创新意识和实践能力,学生在大一进入实验室进行科学研究探索;大二进行中期研究性学习;大三进行各级创新实验,培养创新能力;大四进行生产实习、毕业实习、毕业设计。
6.强化“数字矿山”人才培养。为了适应“数字矿山”人才培养需求,深入“数字矿山”高新企业龙软公司、数字矿山实验室和构建“数字矿山”的现场企业进行两方面内容的调研:一是“数字矿山”方向人才实际需求和技术要求;二是深入了解“数字矿山”建设技术流程和关键技术。有针对性地开设“数字测图原理与方法”、“GNSS原理及应用”、“地理信息系统原理与应用”、“摄影测量原理”、“遥感原理与应用”、“测量程序设计”、“CAD及测绘制图”、“数据库在测绘中的应用”、“数字矿山关键技术变形观测与数据处理”、“开采沉陷与综合治理、“数字矿山实用技术”、“数字摄影测量”、“数字地面模型原理”、“GIS工程设计”、“网络地理信息系统与应用”、“三维GIS建模”、“计算机图形学应用”、“数字图像处理”、“遥感编程基础”、“数字三维激光扫描技术及应用”、“GNSS数据处理”、“雷达干涉测量及应用”等课程。学生通过这些课程的学习,掌握“数字矿山”的关键技术,毕业后具有从事“数字矿山”事业的技术与能力,从而为加速推进“数字矿山”的建设和推广做出应有的贡献。
三、测绘工程专业课程体系分析
本文通过问卷调查对测绘工程专业课程体系进行研究和分析,为进一步完善课程体系提供一些结论性和经验性的帮助。问卷一共设计了30个问题,通过对黑龙江科技大学测绘工程专业在校学生进行问卷调查,发放216份问卷,调查学生对测绘工程专业课程体系的一些客观评价。问卷共收回212份,有效问卷210份,有效回收率99.06%。
通过调查,可以看出课程体系的优点,但也存在不足。在问卷调查中,71.4%的学生对本专业的培养目标是满意和认可的。课程体系具有科学性、合理性和实用性,这主要体现在以下几个方面。
1.课程有助于提高专业基础知识。78.6%的学生认为自己所学课程设置有助于专业基础知识的提高。
2.有助于培养学生的创新型自主学习能力。58.1%的学生认为自己所学课程设置有助于培养创新型自主学习能力。
3.有助于拓宽知识面,培养各方面的能力,拓宽就业面。问卷调查中,86.3%的学生认为自己所学课程设置有助于拓宽知识面;69.2%的学生认为该课程体系有利于学生各方面能力的提高;68.3%的学生认课程体系有助于拓宽就业面。
4.有助于学生的个人发展。通过优化课程体系,培养学生多方面的能力,提高学生的专业素质和就业能力。问卷调查中,23.6%的学生认为课程体系对自己将来的发展作用非常大,48.4%的学生认为课程体系对自己将来的发展作用比较大。在以下两方面需继续加强:一是在学生对测绘工程专业人才培养目标和人才培养模式的了解程度上还需加强;二是在提升学生对测量科学的兴趣方面有待提高。
通过进行理论研究、比较分析、问卷调查与分析,笔者认为黑龙江科技大学测绘工程专业课程体系能够满足“数字矿山”对测绘人才的需求,该课程体系注重知识、能力和素质的协调发展。其人才培养的价值取向是通过提高多方面能力,拓宽就业面,最终目标是为国家“数字矿山”事业培养紧缺的测绘人才。在今后的研究中,可以对测绘工程专业课程体系的质量进行评估,从而可以更有效地发现课程体系中存在的问题,更好地完善课程体系。
参考文献:
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[4]王彬斐.我敫叩妊校课程结构优化改革研究[J].兰州
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中图分类号:TD822 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2014)24-0139-02
1 引言
GPS技术主要特点在于高精确度、视野度广阔、自主性强等。其主要地理测绘、煤矿测量等领域。随着GPS技术的不断发展,其主要特点也得到了长足的进步,极大地方便了人民的的生产生活,使得各项工作都能够适应时代的变化。在煤矿产业中,测量工作是一项很重要的工作,可以保证具体施工的准确性和稳定性。而各种高科技技术的应用就是为了近一步提高测量的精确性。GPS 技术与以往的传统技术相比,是采用布设空间网的方式,大大减少了布局设线传统观测的局限性,极大地提供了生产效益,降低了生产成本[1,2]。
2 GPS卫星定位原理
GPS卫星定位的原理与无线电测距交会的原理一致,首先由地面3个以上已知点(控制站)交会出卫星的位置,然后,利用3颗以上的卫星的已知空间位置又可交会出地面未知点(用户接收机)的位置。
GPS卫星发射测距信号和导航电文,导航电文中包含有卫星的相关信息。用户通过GPS接收机在某一时刻同时接收到三颗以上的GPS卫星信号,并测出测点(接收机天线中心)P至GPS卫星之间的距离,并解算出该时刻GPS卫星的空间坐标,由此利用交会法计算出测点P的位置[2,3],原理图见图1。
设在时刻在测站点P用GPS接收机同时测量出P点到3颗GPS卫星、、的距离分别为、、,通过GPS电文解译出该3颗GPS卫星的三维坐标分别为,。用距离交会的方法求解P点的三维坐标的观测方程为:
(2-1)
(2-2)
(2-3)
3 工程实例
3.1 工程概况
某煤矿区属温带大陆性季风气候区,由于受大陆性季风气候影响,使得该地区四季分明。该煤矿生产能力为700万吨/年,该3#煤层采厚8m,开采方式为房柱式开采,回采率37%,空区埋深在地表以下60-120m,煤矿的开采厚度为7m,最大开采宽度为25m,采深采厚比8-15,采深采宽比1。由于该煤矿是新建不久,因此地表附近没有现成的控制网,为了矿山建设的需要,要求在地表布设相应的控制网指导煤矿生产。该煤矿拥有6台中海达F61静态GPS接收机 (标称精度:±5mm+2.5×10-6)。
3.2 控制网设计
3.2.1 网形设计
GPS控制网的网形主要有点连式、边连式、网连式、边点混合连接式、多边形连接、环形图以及星形布设。点连式网的几何强度最低,因此要适当增加GPS控制网的可靠性指标,如加入部分地面边长替代部分GPS边长;边连式的几何强度相对于点连式较高,由于该网形非同步图形闭合条件和复测边相对较多,但在仪器数量相同的条件下,比点连式的观测时段数大大增加;网连式的几何强度和可靠性指标相对于与边连式具有较大的提高,但所需的经费与时间也明显增加,因此,该网形适合于高精度的GPS网测量;边点混合连接式,结合了点和边的优势,组成的GPS网,既保证了网的几何强度,提高了网的可靠性指标,又能减少外业工作量,降低了成本;星形图的几何图形简单,但其检查与发现粗差的能力差,该方法的优点是,需要的仪器较少[5,6]。
3.2.2 GPS选点与埋标要求
GPS选点与埋标的要求主要包括如下4点:
(1)测点四周视野开阔,高度角在15°以上没有障碍物,且测点易于安置GPS天线及接收机;
(2)GPS测点应远离大功率无线电发射源和高压电线,前者距离不得小于200m,后者距离不得小于50m;
(3)测点应远离能反射信号的物体,以免产生严重的多路径误差影响观测精度,如房屋、广告牌、围墙、山坡以及大面积水面等;
(4)GPS测站应位于地质条件良好的地方,同时要便于保存且交通条件相对较好,在地面沉陷区、潮湿区、以及易于塌方区域不应布设控制点;
3.2.3 GPS控制网观测要求
对进行GPS观测过程应注意以下事项:
(1)编制观测计划表并作好观测前的准备,开始观测前应进行预热和静置,用脚架安置天线时对中误差不应大于3mm;
(2)观测数据文件中应包含测站名或测站号、观测单元、测站类型、日期、时段号等信息;
(3)观测作业要求:按规定的时间进行作业,电源电缆和天线等联结无误方可开机,观测过程中不允许进行以下操作:接收机关闭又重新启动,进行自测试、改变卫星仰角限、改变天线设置等;
(4)外业成果记录:
①记录类型:观测记录、测量手簿、其它记录;②记录内容:测站和接收机初始信息,测站名、测站号、观测单元号、时段号,天线及接收机编号、天线高、观测日期、采样间隔,卫星载止高度角、卫星星历参数等。
控制网参照《全球定位系统(GPS)测量规范》中C级GPS网的要求进行观测,具体技术指标见表1。
3.3 数据处理
根据GPS测量规范,GPS基线解算,各项指标均需满足规范要求,才能进行平差计算,具体技术指标如下:
(1)复测基线长度较差应满足:ds≤2δ,δ为相应级别规定的精度mm(按平均边长计算),,式中a为固定误差、b为比例误差、d为相邻点间距离km,本项目根据实际情况及规范设计固定误差a=5mm,比例误差b=2mm/km。
(2)同步环闭合差应满足:Wx≤δ,Wy≤δ,Wz≤δ
(3)独立闭合环或附合路线坐标闭合差应满足:Wx≤3δ,Wy≤3δ,Wz≤3δ;Ws≤
将GPS测量的记录的数据,利用数据线将数据导入到电脑中,GPS控制网的内业数据处理步骤如下:采用中海达GPS数据处理软件对观测数据进行基线解算,使得保证各项指标合格后,才对GPS控制进行三维平差;三维平差是对GPS控制网进行整体基线检验,剔除误差较大的误差,使得整个网误差最小,然后再进行二维平差;二维平差主要是将坐标系转变为当地坐标系为,并对成果质量进行检验,包括点位中误差、长半轴以及比例误差比较,如果各项指标均达到要求,得到GPS控制点的平面坐标,否则还应对基线重新处理或者进行返工重测。
4 结语
由于GPS相对于传统的测量手段,具有定位精度高、操作简便、观测时间短,极大地降低了外业观测强度,同时也减少了内业计算工作量,因此,GPS技术逐步渗透到各个领域和行业,特别是在当前进行煤矿控制网的应用更为常见,GPS技术在煤矿测量中的应用将会更加广阔和深远。
参考文献
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一、 工程测量的概念
工程测量按其工作顺序和性质分为:勘测设计阶段的工程控制测量和地形测量;施工阶段的施工测量和设备安装测量;竣工和管理阶段的竣工测量、变形观测及维修养护测量等。按工程建设的对象分为:建筑工程测量、水利工程测量、铁路测量、公路测量、桥梁工程测量、隧道工程测量、矿山测量、城市市政工程测量、工厂建设测量以及军事工程测量、海洋工程测量等等。因此,工程测量工作遍布国民经济建设和国防建设的各部门和各个方面。在人类活动中,工程测量是无处不在、无时不用,只要有建设就必然存在工程测量,因而其发展和应用的前景是广阔的。
二、 工程测量技术的现状
1、工程控制网优化设计与数据处理研究成果显著
工程控制网与监测网优化设计理论研究取得很大成绩,理论体系已经形成并不断完善,在工程测量设计实践中发挥的作用愈来愈大。各大专院校及生产、科研部门都有各具特色的控制网优化设计软件推出,并在生产实践与教学中得到了广泛的应用。利用这些软件,可对各种类型的工程控制网进行理论分析、设计。在指导生产方面发挥了重要作用。
2、在城市与工程控制网的建立与改建中,GPS定位技术已占主导地位
1990年10月,中国测绘学会工程测量分会和矿山测量专业委员会在大连联合召开全国工程测量学术会时,国内只有个别城市与工程控制网采用GPS定位技术。对于GPS网与常规控制网的发展趋势问题,尚在进行研讨。到1995年9月,在哈尔滨召开城市与工程测量新技术应用学术研讨会时,全国城市控制网与地籍测量控制网的建立与改造几乎全是采用GPS定位技术完成的。相当多的大型工程控制,以及铁路、公路建设和隧道工程控制网也采用GPS定位技术。GPS定位技术在工程控制网中的重要地位及其良好的精度与经济效益已为工程测量界所公认。可以认为,GPS定位技术在城市与工程控制网的建立与改造中己占主导地位。
3、数字化测绘技术正在与GIS结合,数字化测绘系统已步入商品化时代
90年代初,北京市测绘院率先研制出大比例尺数字化测绘系统软件。该系统在我国一些城市测绘院及部分工程测量单位得到推广,成为真正实际作业的数字化测绘系统。1993年在厦门召开的数字化测绘技术及城市信息系统理论与实践研讨会上,又推出一批数字化地籍与地形测绘系统软件论文进行交流。它标志着我国自己研制的各种数字化测图软件,开始进人使用阶段。城市与工程测量新技术应用学术研讨会又交流了大量经过实践检验的数字化测绘软件成果。它表明我国的数字化测绘软件己在逐步推广普及,并开始走向成熟。近年来,出现了专门的数字化测绘软件公司,开发了适合我国国情的数字化测绘软件。这些软件功能强大、成图质量高、使用方便、价格合理、售后服务好、经济效益高,深受测绘人员欢迎。
4、地图数字化技术正在蓬勃发展
利用扫描数字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。近年来许多院校及测绘单位研制扫描数字化软件取得显著进展。1996年5月国家基础地理信息中心对国内各单位提供的10余个扫描数字化软件进行了测试。哈尔滨工程高等专科学校研制的《地图扫描矢量化系统Maps can》首推为1:25万国家基本地图扫描数字化入库软件。清华大学的EPSCAN扫描矢量化软件针对大比例尺地形图自动提取多边形信息,便捷、高效、保真。南京市测绘院使用该软件进行城市大比例尺地图扫描数字化,也取得满意成果。
5、特种精密工程测量取得显著成绩
90年代以来,随着经济建设的飞速发展,大型工程建设、超高层建筑物与构筑物的建设、大坝变形监测以及一些超高精度的设备安装愈来愈多,为工程测量工作者提供了进行特种精度工程测量的极好机会。1993年、1996年全国精密工程测量学术研究中心组织了两次学术研讨会,1996年工程测量分会也组织了全国精密工程测量学术研讨会,对取得的成就及其在经济与国防建设中的作用进行了交流与探讨,这有利于社会各界人士认识与重视工程测量工作者的社会价值。
三、工程测量技术的未来发展趋势
1、工程测量技术协同其它专业技术共同发展进步将是今后一段长期发展过程中的主流发展趋势,在技术上将出现多功能多样化用途的工程系统。
2、 工程测量的数据收集形式不再局限于一维和二维,在新系统下将向三维甚至四维方向发展,从传统的现场交互式测量形式转变为远程控制式测量形式;测量作业所用平台将从固定的地面转变为车载!机载甚至卫星控制等,逐步从静态转变为动态。
3、 工程测量的数据分析计算由偏重基本的平差计算、网的坐标运算、几何形式计算逐步转型为高密度高精度的空间点处理、“点云”数据分析、被测实物的三维空间坐标重建、可视化处理、“逆向工程”和设计模型的对比分析,测绘数据同各种理论数据库实现完美对接。
4、 工程测量实现进一步的宏观方向和微观世界两个极端的发展。在宏观
测量技术方面,工程建设将具有更大的难度及规模,精度要求也更为提升;在微观测量技术方面将向微型计量方向发展,测量的尺度维度大大缩小,将发展出微型显微测量及图像处理技术。
5、 工程测量将实现过程控制的一体化和网络化,无线数据交换技术、计算机应用技术、网络化等技术将使工程测量从独立式走向综合化,从单体作业基本形式发展为共同作业及实时作业模式。
6、 在进行工业测量、大型机电设备组装、线上检验和质量控制时采用高端的测量设备仪器以及先进的作业方法,这成为了制作业的发展新趋势,甚至可以列为制造业牢不可分的组成部分。
参考文献:
1、张正禄, 工程测量学[M].,武汉大学出版社,2002 年
2、张正禄等, 工程的变形分析与预报[M].,北京测绘出版社,2007 年
3、易庆林.,GPS在工程测量中的应用[M].,北京测绘出版社,2007 年
4、谭辉.,土木工程测量[M]. ,上海同济大学出版社,2004 年
关键词:
测绘工程;测量程序设计;教学改革
测绘工程专业的毕业生直接或间接地参与了测量程序的设计工作,此外,从企业角度来看,也非常需要具有良好的编程能力同时具备完整的测绘理论的专业人才,学生的就业前景是非常广阔的。作为人才的培养基地,高等学校应该保证一定数量的这类人才的供应。因此,开设测量程序设计课程是必须并且是非常重要的,该课程的培养目标是使得学生能够精通某一门编程语言,能够利用编程语言熟练地进行测量算法的设计和程序的编写。文献[1-2]对测绘工程专业的测量程序设计课程教学中的问题进行了分析,提出了许多宝贵的意见和建议,如提高同学们的学习兴趣、增强与学生的互动等。此外,还有部分文献对测绘工程专业中的其它课程的教学改革提出了建议,对课程建设进行了大胆有益的尝试[3-8]。本文针对该课程的教学过程中出现的问题,提出了若干教学改革的建议,希望能够通过教学改革,改变传统的课堂教学形式和课程考试的评价方式,充分调动学生的学习兴趣,提高教学效果。
1教学现状和存在的问题
1.1教学现状
本课程的教学分为理论教学和实践教学两部分,其中理论教学以课堂讲授理论知识为主,实践教学以实验室上机实验为主。在测绘专业的教学和学习过程中,关于测量程序设计的文献资料可以分为三个方面:(1)以C语言为开发语言,对测量程序进行设计和编写代码;(2)以VB语言为开发语言,利用可视化编程方法进行用户界面设计和程序编写;(3)以Matlab语言为开发语言,进行测量程序设计。C语言是一种开放式编程语言,在大学阶段本科生的培养中,主要是以C语言为编程环境进行程序设计的,因此,利用C语言进行测量程序设计和代码编写具有一定的优势。VB语言是建立在可视化编程环境的基础上的,在掌握了VB程序设计的基本方法后,就可以将测量程序进行编程实现,并且用可视化界面进行良好的人机交互,能够为使用者提供更好的体验效果。近年来,有部分高校采用基于Matlab语言的测量程序设计教学。由于Matlab编程语言是针对于矩阵运算进行编写的,在编程环境中可以不用预先定义变量的类型和变量,就可以直接对变量进行赋值后使用。对矩阵的各种运算也是使Matlab语言区别于其它高级编程语言的一个特别之处,此外Matlab编程语言容易学习和应用,只要具备部分的编程知识就可以在较短时间内掌握这门编程语言。基于Matlab语言的测量程序设计可以使学生不局限于对矩阵的读取、矩阵文件的保存和导入、矩阵的运算等比较初级的算法设计,能够将更多的时间和精力投入到测量程序设计和代码编写中。根据上面的分析,可以看出,随着时代的发展和进步,使得我们有更多更好的编程环境来实现测量程序设计。对比三种编程语言的特点,我们认为选取VB或者Matlab语言作为测量程序设计的编程环境是合适的。如果条件允许的话,可以为采用C#语言作为编程语言,能够使同学们在学好测量程序设计方法的同时,更加深入地理解和掌握C#语言的应用和程序设计方法。
1.2存在的问题
存在的问题主要表现为下面的几个方面:
(1)课堂理论教学模式呆板僵化。由于测量程序设计课程是利用某一种编程语言对已有的经典平差算法和近代平差算法进行编程实现,所需要讲授的理论知识就是编程语言的学习,而在课堂教学中,多数的学校仍然是教师利用多媒体在讲台上讲述编程语言,然后进行演示,让学生通过记笔记的方法来理解和掌握编程语言。这样的教学模式仍然沿用了其它课程的教学模式,对于绝大多数的理论教学来说是非常有效的,但是,在学习一门编程语言时采用这样的教学手段,效果并不好。通过实践环节可以看出,对于已经讲解过的编程方法,部分同学自己仍不能完全掌握,甚至不知道该方面的知识点已经讲解过,有的同学在学习完该课程后仍不能独立地写出一个测量程序的代码,这些现象的出现与课堂理论教学是有密不可分的关系的。
(2)实验教学和对学生评价的指标问题。实验教学是让学生进行一定时间的上机实验,掌握所学的编程语言,然后结合已有的经典测量平差算法和近现代的测量平差理论和算法,进行程序代码的编写。每次实验都有一个确定的实验目标,但多数是有始无终,如何对该次实验的效果和学生是否真正掌握该部分的内容进行评价是需要考虑的问题之一,如果某一方面的知识没有掌握,而下次实验又要进行其它项目的训练,积累下来就会形成夹生饭,最终导致学生对该课程内容不能掌握,教学效果较差。相应的另一个问题就是如何对该课程进行总体评价,进行理论考试的方法显然是不能够反映同学们是否对该课程真正掌握,采用何种方法进行有效地评价教学效果是必须解决的问题。
2关于教学改革的思考
2.1课堂理论教学的改革
课堂教学是传授理论知识的一个重要教学环节,但是对于编程语言的教学,如果还是停留在教师在讲台上利用多媒体进行讲授而学生记笔记的阶段,这样的教学效果是较差的。可以对该课程的课堂理论教学手段进行改革,摒弃传统的教学方法,改以在实验室或机房进行课堂教学,每个同学都能够有一台微机可以进行操作,教师利用多媒体在讲解编程语言和算法的同时,在微机上进行演示,安排同学们进行同步操作,在讲解完一个知识点后让同学们进行举一反三地练习。这样的教学手段的优点是非常明显的,首先,可以让教师从繁重的幻灯片制作工作中摆脱出来,只是提纲挈领式地对所讲授的内容进行幻灯片制作即可,从而能够将更多的精力投入到算法设计和程序代码的编写过程中。其次,避免知识遗忘,实时操作练习,可以使学生通过感性认识真正掌握所学知识。任何知识的学习都有一个记忆-遗忘-重复记忆的过程,像编程语言的学习,如果没有感性的认识而是记住很多的知识点的方法是不可取的,如果能在学习某一个知识点的同时能够感同身受地接触到这个知识,这种记忆无疑是最为深刻的。再次,课堂教学气氛较好,能够最大程度上提高同学的学习兴趣。传统的课堂教学中通常有部分同学因为感觉理论教学枯燥乏味,学习中毫无兴趣可言,从而逐渐放弃了对课程的学习。采用实验室或机房作为课堂教学环境,让每个同学都有动手的机会,就可以让他们在理解所学知识的同时,自己动手实现一定的功能或算法,从而具有一定的成就感,改变了那种学习枯燥无味的看法,进而自己能够主动地去学习一些新的知识。最后,这种教学手段的改变可以充分利用教学资源,提高设备的利用率。近年来,各个高校对教学硬件环境的投入逐渐增加,设备的性能逐步提高,但是,设备的使用率往往偏低。如果将该课程的课堂教学改为在机房进行就可以充分发挥教学资源的作用,使教学设备以最大的效率为高校的人才培养工作服务。
2.2实验教学和对学生进行评价的指标的改革
针对实验教学中实验效果的评价问题,可以做如下改革:在每次实验前安排具体的实验任务和所达到的目标,在实验课结束后每人提交一份电子的实验结论和程序代码,时间允许可以让同学们逐个进行演示,以考核实验效果。这种形式的实验教学评价方法具有下面两个方面的优点:一方面,每次实验课都要进行评价,可以给同学们施加一定的学习压力,从而转化为积极学习的动力。这种优点是显而易见的,每次实验课后都要进行评价使得同学们必须以认真的态度对待该课程的学习,如果没有真正理解所学的编程语言的知识点而使得程序不能够正确运行,会使教师对该同学的评价降低。另一方面,采用每次实验课都要进行学习效果评价的方法有助于给出对该课程学生学习效果的最终评价结果。对每次实验课的评价指标进行记录,将评价结果纳入最终的课程评价中,从而能够比较客观真实地反映学生的学习情况和对该课程的掌握情况。在课程结束后的评价阶段,除了考虑到每次实验课的评价之外,还可以安排较为复杂、繁重的综合编程任务,让同学按时独立完成,如水准网算法的图形用户界面设计与实现。最后需要提交一份综合实习报告以及程序原代码,实习报告内容包括实验目的、算法设计与分析、实际问题的解决等,让每个同学演示其程序。这种课程评价方法的改革不同于传统的考试或学术论文的呆板形式,以更加灵活的方式、更加细致的指标来实现对学生掌握知识情况的评价,在给同学们施加学习压力的同时,能够真正的让同学们掌握所学知识,并且能够给出一个非常客观实际的评价结果。
3结语
本文中,针对测量程序设计课程教学中出现的问题进行了讨论,分析了存在的问题,认为影响该课程教学效果的主要原因有两个方面,即课堂理论教学的形式、实验教学和对学生评价的指标问题。课堂理论教学是传授知识的主要场所,不同的课程应该采用不同的教学场所或教学手段。传统的课堂理论教学方法适用于数学类型的课程,需要对公式和定理进行认真仔细的推导和证明。但是,对于编程语言的学习,这样的教学形式的效果是非常差的,学生在学习过程中会逐渐感到学习枯燥乏味,学习兴趣不高,课堂气氛沉闷。如果改在机房或实验室内进行编程语言的学习,就可以避免上述问题的出现,能够充分调动每个同学的感官来加深对知识的理解和掌握,通过自己动手来加深对知识的感性认识,算法的顺利执行可以极大地增强同学的成就感,增强学习的自信心。每次实验课都进行质量评价的方法可以给同学们施加学习的压力,增强学生学习的主动性和积极性,能够认真地对待每一次的实验课。另外,将每次实验课的评价结果纳入最终的评价分数,也增强了评价结果的客观性和真实性。最终的课程评价中,采用实习报告和编程相结合的方式,可以使同学们在认真总结所学编程语言的基础上,完成一个较为复杂的测量程序的编写工作,能够在最大程度上调动同学们学习兴趣。本文所提出的测量程序教学改革方法也同样适用于其它的编程语言类课程和软件教学类课程的学习,如C?、数据库、GIS软件等。
作者:丁海勇 孙景领 单位:南京信息工程大学地理与遥感学院
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