沈照慶，王和平，張富強

（1.長安大學 公路學院，陜西 西安 710064）

目前，我國高?？睖y實習大都是以傳統模式為主。隨著科學技術的發(fā)展和不同學科間的相互滲透，以GPS為主的“3S”測設技術改變了傳統的測設理念，尤其是實時動態(tài)（RTK）定位技術在公路測設中更是蘊含著巨大技術潛力。為了讓我校道橋專業(yè)畢業(yè)生掌握的測設技術與國際先進技術接軌，急需將GPS-RTK技術引入并推廣到道路測設實習中[1-5]。

1 高校道路勘測實習的現狀及問題

在各大高校，道路測設的實習模式主要還是以經緯儀、水準儀為主的傳統模式，甚至還有利用十字架、花桿、皮尺為主的低級測設方式，很多方法和儀器都已經被淘汰。這種傳統測設方式存在很多弊端。

1）傳統的儀器必須要求點與點之間通視，否則無法作業(yè)。在測設中時常遇到視線被植物、山體或者建筑物遮擋的情況，造成工程進度滯后。

2）受天氣環(huán)境影響大，在雨雪天氣和高溫天氣時，光學儀器和全站儀觀測精度低，在光線陰暗和天黑時無法進行作業(yè)。

3）作業(yè)流程效率低，每個測設小組一般都需要配備6～7個人，測設中的很多數據需要人工記錄和處理，易導致錯誤和大的誤差。

2 GPS-RTK+全站儀一體化實習模式構建

根據現行的測設作業(yè)方式，利用GPS定位導航技術，挖掘RTK的測設技術潛力，并研究道路測設新方案，構建GPS-RTK+全站儀一體化實習模式，使我國的道路勘測設計實習與國際測設水平接軌，對提高學生的高科技工程素養(yǎng)有著十分重要的意義[5-12]。

2.1 實踐意義

通過勘測實習新方案的研究和實踐，將GPS、全站儀與傳統的測量儀器有機結合起來，優(yōu)勢互補，使學生能了解全新的行業(yè)作業(yè)模式，同時深刻體會實踐方法和技術要領，使實習內容與以后工作有機統一起來。這種測設新技術，不僅保證和提高了測量勘測精度，還提出了基于GPS的測設新模式。GPS-RTK與全站儀都存在應用的局限性與不足，將它們的優(yōu)勢互補，可實現實習模式的最優(yōu)化。

2.2 利用GPS-RTK與全站儀聯合進行道路測設

《測量學》作為一門地學類專業(yè)的技術基礎課，必須結合各專業(yè)的特點開展教學活動。在實驗內容方面，必須注重因地制宜、各有側重的教學原則，如地球物理學、地質學、資源勘查等專業(yè)，將來從事的工作主要是進行野外地質勘察，因此在課間實習中可選擇開設經緯儀儀器認識、角度測量、水準測量、點位極坐標放樣、地形圖等實習內容。集中實習應以測繪地形地貌、野外地形圖識圖用圖、手持 GPS 導航與測量等內容為主。

2.3 方案設計

中樁放樣是設計線路體現到現實地面的關鍵環(huán)節(jié)。現行的主要工程作業(yè)模式都是利用全站儀中線放樣，在通視不良的情況下無法作業(yè)。利用GPS-RTK實現道路測設，具有精度高、時間短、效率高、不受通視條件和氣候限制、全天候工作的特點。但GPS使用時點位附近不能有遮擋和信號干擾，在這些區(qū)域可以利用全站儀進行測設，形成以GPS為主、全站儀為輔的測設模式。

2.4 具體實施

我校太白實習基地，可同時滿足3個班級進行勘測實習。周期為10 d，主要任務為路線設計、選線和路線測設。每個小組首先進行室內路線設計，然后進行中線和橫斷面測設，每小組有一臺全站儀和GPS。以LEICA GPS15為例，設站流程為：架設基站（整平、對中、量取儀器高）→架設流動站→設置基站→設置流動站→新建項目→開始測量→定義坐標系→測量、放樣。

首先將基準站架設在較空曠的地方，架設完后安裝電臺，連接好儀器后開啟基準站主機并進行相關設置。打開電源，轉到基站菜單，連接藍牙，設置電臺，啟動基站，在開始測量菜單下選擇在已知點上模式輸入儀器高，選取天線類型，轉到流動站菜單。然后進行流動站設置，連接藍牙，連接電臺，新建項目，導入數據（包括坐標系，已知控制點坐標等），導出數據，最后進入放樣模式進行放樣中線。

道路橫斷面測量的主要目的是道路調坡和工程土石方預算，高程測量精度達cm級即可。利用GPS來確定橫斷面的方向，利用GPS-RTK作業(yè)模式，在更密集的間距上獲得點的平面位置和高程，從而提供更為真實的道路斷面圖。在不通視和衛(wèi)星信號不良的區(qū)域，利用全站儀進行補測，通過實際操作，來接觸和掌握嶄新的理念和方法。

GPS RTK技術進行線路定測的優(yōu)缺點：

1）常規(guī)的中線測量總是先確定平面位置，而后再確定高程，即先放線，后做中平測量。RTK技術可提供三維坐標信息，因此在放樣中線的同時也獲得了點位的高程信息，無需再進行中平測量，大大提高了工作效率。

2）目前RTK基準站數據鏈的作用半徑可以達到10 km以上，因此整個線路上只要布設首級控制網便可完成控制，而不必布設加密控制網。只要保存好首級點，即可隨時放樣中線或恢復整個線路，因此也不必擔心樁位的遺失而給線路測量帶來困難等。

3）在RTK定線測量中首級控制網直接與中線樁點聯系，點位精度可達cm級，不存在中間點的誤差積累問題，因此能達到很高的精度，適合高等級線路工程的要求。

4）RTK基準站發(fā)出的數據鏈信息，可供多個流動站應用，而基準站只需由1個人單獨操作，可大大節(jié)省人力，提高工效。

5）應用RTK技術進行線路定測工作比較輕松，流動站作業(yè)員只要進入放樣模式，并調出放樣點，手簿軟件中的電子羅盤就會引導作業(yè)員到達放樣點。當屏幕顯示流動站桿位和設計點位重合時，檢查精度，記錄放樣點坐標和高程，然后標記地面點位(如打樁)。

6）GPS-RTK在一定條件下受外界影響較大，除了受與衛(wèi)星、傳播途徑、接收設備有關的誤差影響外，還要受衛(wèi)星通視、電臺信號的影響。當流動站處于高大建筑物、樹林等遮擋衛(wèi)星、電臺通信信號位置時，沒有足夠的數據連接，GPS-RTK往往不能初始化，或者不能測得滿意的數據。

因為GPS-RTK與全站儀都存在應用的局限性與不足，所以RTK技術可與常規(guī)全站儀相結合，充分發(fā)揮GPS無需通視以及常規(guī)全站儀靈活方便的優(yōu)點，避免RTK的劣勢和全站儀必須相互通視的缺點，實現優(yōu)勢互補。GPS-RTK+全站儀聯合路線測設的優(yōu)越性如下：

1）在控制點距離遠、不通視或通視不方便的地方，完全利用全站儀耗時間，耗人力，無法快速測量。利用RTK+全站儀的方法可以很好地解決這一問題。

2）實時動態(tài)顯示經可靠性檢驗的cm級精度測量成果（包括高程）徹底擺脫了由于誤差造成的返工，提高了路線測設的作業(yè)效率。

3）作業(yè)效率高，每個放樣點只需要測量3～5個歷元，流動站小組作業(yè)，每小組（3～4人）可完成中線測量5～10 km，其精度和效率是常規(guī)測量方法無法比擬的。

4）應用范圍廣，可以涵蓋公路測量（包括平、縱、橫）、施工放樣、監(jiān)理、竣工測量、養(yǎng)護測量、GIS前端數據采集諸多方面。

5）當GPS-RTK技術在單基站的模式下受到作業(yè)半徑的限制，或遇到多路徑效應、電磁波干擾或高大建筑物對接收機視野限制時，利用全站儀進行測量，可保證測量的高精度。

3 實習新模式的實施與評價

1）課堂教學和野外實踐緊密結合。在實習基地多媒體教室采用了講授與課堂操作相結合、傳統方法與多媒體教學手段相結合的模式。將抽象的理論和復雜的工程流程以直觀的方式傳授，彌補單純口授的不足，充分調動了學生學習的積極性，取得了良好的效果。

外業(yè)實習采用輪流操作流水線模式，堅持小組團隊協作，1個班至少配備2名老師，一對一地指導，使每個學生都能快速掌握實習內容。通過一系列的課程教學方法與手段建設，極大地提高了教學效果。

2）重視實習硬件條件的提升。對實習基地硬件進行了大規(guī)模整修，重新制作了控制點，繪制了太白校區(qū)的大比例尺地形圖，在現有儀器設備的基礎上購置了GPS接收機、繪圖電腦、投影儀、打印機等教學設備，并建立了太白實習機房，極大地改善了實習硬件條件。

3）加強教師隊伍建設，對教師進行儀器和實習步驟的培訓，并結合系所的教學會議和相關的科研項目、科技服務項目，提高教師的實踐能力和教學水平。在原有課件、典型案例、視頻錄相、模型、掛圖等教學資源的基礎上，錄制了教學視頻，同時跟蹤學科的發(fā)展前沿，及時將新技術以及教師的教學思想充實到實習中。逐步擴大工程實例教學內容的比例，加深學生對理論學習的掌握和理解。在《道路勘測設計》（第三版）的基礎上，編制了道路勘測實習指導書，構建了一系列實習指導表格、規(guī)章和流程，形成了一整套完整的道路勘測實習教學體系。

4 結 語

探索GPS在道橋專業(yè)測量勘測教學實習中的方式與方法，建立提高學生動手操作能力和創(chuàng)新能力的教學理論體系與操作方案，使先進的勘測技術和理念貫穿于測量勘測實習全過程中，豐富和創(chuàng)新道橋專業(yè)勘測實習的技術含量，轉變實習理念和方法，進而使學生能了解全新的行業(yè)作業(yè)模式，將GPS-RTK技術與工程測設技術銜接。使實習內容與以后的工作學習有機統一起來，對建立我國更具特色的道橋測量勘測教學實習具有借鑒意義。

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