龔振文

(云南農(nóng)業(yè)大學水利水電與建筑學院，云南昆明 650201)

0 引言

伴隨著網(wǎng)絡技術、地理信息系統(tǒng)、衛(wèi)星定位系統(tǒng)等現(xiàn)代科學技術的發(fā)明，現(xiàn)代化測繪技術不斷出現(xiàn)新手段、新設備、新策略，在應用范圍上也不斷擴展，社會對測繪專業(yè)人才的需求越來越高，對學生的職業(yè)素質(zhì)也提出了更高的要求，這就促使學校教育要能夠跟得上日新月異的測繪學發(fā)展步伐，培養(yǎng)出具有技術型、應用型及生產(chǎn)第一線型的符合社會需求的高素質(zhì)復合型工程測量技術人才，急需提高我校水利土木工程專業(yè)學生的測量動手能力和工程創(chuàng)新能力。

現(xiàn)代化測繪技術更新?lián)Q代較快，現(xiàn)有的測量實驗教學體系已不適應信息社會對工程技術人員要求，如測量儀器陳舊，實驗教學內(nèi)容、方法落后，針對此問題從教學方法、考核方法等多方面進行改革探索，以促使測量實驗實習教學適應現(xiàn)代測繪技術的發(fā)展要求，并最終達到提高學生測量能力的目標。

1 當前工程測量課程教學中存在的問題

測量課程內(nèi)容及教材，測量儀器老化，無法適應信息社會對工程人才要求，受舊的思維限制，對測繪新技術，新儀器重視不足，只將理論教學作為主體，把測量實驗看作附屬，其實測量實驗教學與理論教學同等重要，而且測繪技術發(fā)展迅猛，教學要不斷加入測繪新技術，新儀器內(nèi)容，測量教學才有生機，充滿活力。空間技術，信息技術，三維測繪技術，新型測繪儀器出現(xiàn)，顛覆了傳統(tǒng)測量教學體系，而學生還在使用光學測量儀器，空間技術和信息技術內(nèi)容都沒有實驗條件，所講內(nèi)容、方法和手段都與社會脫節(jié)，測量教學改革勢在必行。

2 現(xiàn)代工程測量技術的發(fā)展

2.1 三維測繪技術

1)三維測繪技術概述。

從前的測量是通過測量角度、距離、高差來計算大地平面坐標和高程?？傮w上都是基于2+1維理論建立起來的測量體系，不是一體化得到地面點三維坐標，即測量坐標系和高程系統(tǒng)是分開的，但現(xiàn)實中我們看到的都是三維景象。測繪最終是向三維測繪發(fā)展。

三維測繪儀器包括GPS測量系統(tǒng):GPS定位系統(tǒng)所獲得的點位坐標是地心直角坐標系中的三維坐標，是真正意義上的三維坐標，其次是全站儀，可以同時獲得點的三維坐標。還有三維激光掃描儀，它是三維測量儀器，應用廣泛，該儀器不依賴于水準面，不受大地水準面精度的影響。

三維測繪技術也應用于工程建設，在工程規(guī)劃中，城市規(guī)劃，特別是舊城改造規(guī)劃，已經(jīng)開始使用三維規(guī)劃。在工程設計中，現(xiàn)在三維工程設計已經(jīng)出現(xiàn)，三維CAD的軟件已經(jīng)普及。工程設計所需現(xiàn)狀圖也是三維影像地形圖，這也要求我們必須實現(xiàn)三維測繪，同理進行三維設計，在工程施工中，施工都是立體的吊裝式施工，因此要進行三維施工測量，有了三維測繪的數(shù)據(jù)，就可實現(xiàn)三維GIS了。

攝影測量由于數(shù)字攝影測量技術普及和應用，已能夠提供完全的、實時的三維坐標數(shù)據(jù)，省時省力，高效，不受地形限制。已應用到大比例尺地形測繪、公路、鐵路以及渠道和電力選線、建筑物變形監(jiān)測。

2)三維激光測量技術。

三維激光掃描測量技術采用非接觸主動測量方式直接獲取高精度三維坐標，能應用在隧洞斷面三維測繪、水電站工程繪制大比例尺地形圖、大型建筑的變形監(jiān)測等。

3)全景真三維影像技術。

航空攝影測量與遙感技術能在大范圍內(nèi)獲得三維坐標。全景真三維技術是通過機載方式獲取的多角度傾斜影像數(shù)據(jù)、機載激光掃描系統(tǒng)獲取的地面高程數(shù)據(jù)進行解算合成處理，高度自動化的直接生成全景真三維立體影像。真三維實景影像技術具有“真實、快速、完整、高精度”等特點，突破了迄今為止虛擬三維技術在實際應用中的一個瓶頸，提供了可以顯示高清晰度、真實三維圖像的方法，使每個像元都有真三維的坐標，從而使得表現(xiàn)出的三維物體既有心理景深又有物理景深，為理解三維圖像和其中物體之間的空間關系提供了獨特的手段，是一種全新、開創(chuàng)性的三維景觀建設手段，將用戶引入了完全符合人眼視覺的真實的、高精度、完整性和一致性的直觀世界，因而具有極高的科學、社會和商業(yè)價值。全景真三維影像數(shù)據(jù)可以將地形、景觀、水文、地質(zhì)等要素的空間信息和屬性信息生成三維數(shù)據(jù)，為規(guī)劃管理、數(shù)字城市、城市建設等提供各種專業(yè)數(shù)據(jù)，例如北京奧運會就用到全景真三維影像技術，為各國運動員展示各比賽場館情況。

4)三維地圖。

三維影像地圖以可視化的數(shù)字地圖為背景，用文本、圖片、圖表、聲音、動畫、視頻等多種媒體為表現(xiàn)手段綜合展示地區(qū)、城市、旅游景點等區(qū)域綜合面貌的現(xiàn)代信息產(chǎn)品，城區(qū)三維地圖面世，整個城市一目了然，能實時、動態(tài)的提供定位導航等功能。三維數(shù)字地圖，將地貌信息立體化，非常直觀、真實準確地反映地貌狀況，并可查尋任意點的平面坐標、經(jīng)緯度和高程值。導航三維影像地圖是將三維影像地圖與導航技術及GPS綜合運用，用電子導航地圖可以為交通運輸工具導航。三維動態(tài)地圖展示玉樹地震，［視頻］甘肅舟曲三維地圖，災區(qū)的立體三維地圖。昆明三維立體地圖可以在電腦上看到一個完整仿真昆明城市全貌。四川省地震災區(qū)的立體三維地圖指導搶險救災，三維地圖全面了解汶川搶險救災最新進展。三維可視化地理信息系統(tǒng)應用到城市規(guī)劃，公安，交通指揮，國圖方面。

大眾版“天地圖”應用到社會各行各業(yè)。E都市三維地圖已應用到我國各省城市中，E都市三維城市導航系統(tǒng)全面應用到交通運輸業(yè)，在滇池流域制作3D數(shù)字地圖，進行滇池生態(tài)環(huán)境保護，再現(xiàn)云南高原明珠風采。重慶市在主城公交站試點三維地圖，方便市民出行。云南旅游大省，用三維地圖開展麗江古城網(wǎng)上三維游，欣賞實景三維模擬之萬古樓。昆明居民投訴可查“電子地圖”。三維地圖也將推廣到云南省農(nóng)村。

5)水底地形圖測繪。

在過去測量水底地形圖受到了很大的限制，以當時的生產(chǎn)力只能使用測深錘和測深桿進行測量，這種測量不僅受到河流的限制，測量數(shù)據(jù)也有很大偏差，現(xiàn)在已經(jīng)利用聲納、電磁波發(fā)明設計出一起進行精確測量的方法，在國家大的海底項目已經(jīng)開始使用深海潛水器進行精確海底地形測量。

6)立體測圖衛(wèi)星。

衛(wèi)星定位及測圖是三維測繪技術集中代表，我國計劃建立測繪遙感衛(wèi)星體系，可以從全球任何位置收到衛(wèi)星影像，資源3號遙感衛(wèi)星是高分辨率光學立體測圖衛(wèi)星，是第一顆民用立體測繪衛(wèi)星，是千里眼，既能看清楚，又能看到很廣的范圍，能分辨汽車形狀，我國高分辨率測繪衛(wèi)星投入使用后精度可達1∶50 000。衛(wèi)星攝影測量能進行全球測繪，可繪制所需高清晰影像地圖。

2.2 工程測量教學內(nèi)容改革

以三維測繪技術為前提，進行課程內(nèi)容體系設計:

把三維測繪技術及儀器與測，繪，算三大基本有機功能結合講解，三維測繪技術及儀器與6個教學方面即:

1)測繪工作的基本理論與方法;

2)測繪儀器的工作原理與使用;

3)地球上點位，方位的測定方法與思路;

4)地圖基本知識與地形圖測繪原理與方法;

5)測量誤差基本知識與應用;

6)工程施工測量。

將上述幾方面串聯(lián)一起講，把傳統(tǒng)與現(xiàn)代有機結合。課程體系主線是地球形狀和大小，地圖基本知識，小區(qū)域控制測量，測繪儀器原理與使用，點位和方位的測定，大比例尺地形圖測繪，各種施工測量，使學生有需要的測繪基本技能，測繪理論與技術，一般施工測量必備的基本理論和技術。

總之地球是三維，測量儀器是三維，測出坐標是三維，測的地圖是三維，看地圖也是三維，工程規(guī)劃，設計，放樣，變形觀測也是三維的。

2.3 工程測量技術的發(fā)展展望

1)測量機器人可實現(xiàn)對目標的快速判別、鎖定、跟蹤、自動照準和高精度測量，可以在大范圍內(nèi)實施高效的遙控測量。第二炮兵地質(zhì)監(jiān)測機器人首次亮相救災戰(zhàn)場，發(fā)現(xiàn)滑坡等地質(zhì)災害。拓普康IS影像型三維掃描全站儀全面應用，測量機器人可進行三維測量控制網(wǎng)自動觀測，也可對水電站工程高邊坡進行三維變形觀測。

2)激光跟蹤儀是一種精密三維坐標測量儀器，適合于航空航天、汽車制造、電子、高能粒子加速器工程的設備檢測與安裝，以及大尺寸工件配裝測量等。對空間運動目標進行跟蹤并實時測量目標的空間三維坐標。

3)超站儀。

超站儀把全站儀和GPS融為一體，能夠?qū)y站進行精確的定位。這種方法可以測量任意的地點，不必后視。在測量的過程中沒有必要設置控制點，簡捷，準確。

4)車載式三維空間移動測量系統(tǒng)。

能完成建筑物立面、街道街景、路面狀況、市政元素等空間綜合信息的快速獲取，為城市和眾多工程建設提供高速度、高精度測繪產(chǎn)品。

5)影像城市。

用移動測量技術將現(xiàn)實世界的城市影像信息元素在互聯(lián)網(wǎng)上發(fā)布出來，公眾可通過網(wǎng)站進行旅游規(guī)劃、生活咨詢等，也可為政府部門如城市建設和管理部門提供地理信息支持平臺，如對房地產(chǎn)、交通燈、環(huán)衛(wèi)設施等的管理，可量測實景影像DMI的空間信息服務;可與空間信息網(wǎng)格服務、空間信息自動化、智能化、實時化服務有機結合，實現(xiàn)空間信息大眾化，為全社會、全體公民提供直接服務。

2.4 信息化測繪時代工程測量的發(fā)展

由于城市的發(fā)展和廠礦改造需要，城市地下管線的防腐、防漏的探測已迫在眉睫，這就要求工程測量服務向更加廣泛的領域發(fā)展，在傳統(tǒng)工程測量的基礎上，還應向控制測量、地形測量、放樣定位、工程檢測與監(jiān)測、數(shù)據(jù)分析及數(shù)據(jù)管理以及地下管線探測等方向發(fā)展。

1)工程控制測量。

傳統(tǒng)的平面及高程控制測量已將成為歷史，GPS三維空間控制網(wǎng)已普及。GPS與高精度全站儀，高精密的數(shù)字水準儀相配合，在各級工程控制測量，地形測圖，工程放樣，工程建筑物變形觀測的廣泛應用，使三維工程測量向智能化和自動化方向發(fā)展，使工程測量更加準確、方便、快捷。

2)工程地形圖測繪。

工程建設中，小面積區(qū)域用全站儀野外數(shù)字化成圖。大面積區(qū)域也可利用遙感影像數(shù)據(jù)制作數(shù)字正射影像圖。由全站儀、衛(wèi)星定位系統(tǒng)、數(shù)碼相機等多種傳感器組成的內(nèi)外業(yè)一體化數(shù)據(jù)采集與制圖系統(tǒng)應用到大型工程項目。數(shù)字攝影測量遙感圖像處理系統(tǒng)應用到大型水利樞紐、港口、機場、公路、鐵路高壓輸送電線路選線等。隨著高分辨率衛(wèi)星遙感技術的發(fā)展，數(shù)字攝影測量遙感圖像處理系統(tǒng)在城市城鎮(zhèn)空間基礎數(shù)據(jù)的更新和信息數(shù)據(jù)的獲取中，極具發(fā)展前景。機載激光掃描測繪系統(tǒng)，利用激光掃描測繪系統(tǒng)可以方便地獲取城鎮(zhèn)、工程場域的地面模型或數(shù)字表面模型。

3)工程測量。

a.地下管網(wǎng)管理信息系統(tǒng):地下管線探測是工程測量最重要內(nèi)容之一。地下管線探測主要包括三部分:地下管線探測;地下管線測繪;地下管網(wǎng)數(shù)據(jù)庫及管理系統(tǒng)的建立。應用GIS技術建立地下管網(wǎng)管理信息系統(tǒng)，是城鎮(zhèn)及大型廠礦建立空間信息管理系統(tǒng)的重要部分。b.建立工程測繪數(shù)據(jù)庫及工程信息管理系統(tǒng):把工程信息輸入到工程測繪數(shù)據(jù)庫及工程信息管理系統(tǒng)，以便適應信息化測繪要求。

2.5 用現(xiàn)代信息技術及測繪工程實例進行最新測繪技術傳授

用現(xiàn)代化，綜合化，個性化，信息化等高效最優(yōu)化的教學方法講授最新工程測量技術，利用網(wǎng)絡課堂，虛擬測量儀器，遠程教學建設立體化，全球化，全方位，動態(tài)交互式信息教學方式，展示現(xiàn)代測繪技術，打破傳統(tǒng)課堂時空限定。以網(wǎng)絡為基礎，利用先進信息化手段和工具，把現(xiàn)代工程測量課程建設成以面向校園，面向社會的超越時間、超越空間的虛擬大講堂，教學中時時處處把最新工程測量技術與傳統(tǒng)測量教學內(nèi)容融為一體，把最新中國應用測繪技術實例融合于教學中，如上海天文臺成功完成對嫦娥方位角測量，3艘遠望號赴太平洋負責嫦娥2號發(fā)射測控，嫦蛾3號登月工程38萬km的太空導航，月球登陸點定位，月球大地坐標系建立，登月車在月球漫步，五星紅旗插入月球，都顯示出三維測繪技術的應用價值。成都軍區(qū)衛(wèi)星定位空中偵察叢林提升打擊精度，無人機航拍獲取立體測繪影像，青海機載雷達影像評估玉樹災情，嫦娥3號將首次探測月球地下結構，數(shù)字三維國土資源輔助決策系統(tǒng)，衛(wèi)星攝影測量全球測繪，繪制高清晰影像地圖，三維地圖:帶人們逛遍昆明市。科學家首次繪制南極洲三維海冰地圖。上海三維城市地質(zhì)信息系統(tǒng)，北京三維立體地圖透視地下景觀，“千里眼”高分系統(tǒng)—高分辨率對地觀測系統(tǒng)，海南首次采用雷達衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)制作完成暴雨災情專題地圖。三維數(shù)字地理信息系統(tǒng)在遼寧電網(wǎng)中的應用，測繪無人機將在全國范圍推廣，三維地理信息服務引領時代未來，衛(wèi)星監(jiān)控高原農(nóng)情，指導云南省農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，發(fā)展高原特色農(nóng)業(yè)(茶，三七，煙草種植)。教學中強調(diào)北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)對經(jīng)濟社會發(fā)展意義重大，增加學生時代使命感，激勵學生用心描繪山川大地，測繪家鄉(xiāng)，富民興滇。勇挑重擔，愿作云南工程建設的探路先鋒，教育學生量天測地，學好測量報效祖國。

3 結語

在工程建設當中，工程測量必不可少，工程測量對于精度和速度的要求較高，測量精度影響工程的質(zhì)量。用先進的測量技術和儀器，從而保證測量數(shù)據(jù)的精度和速度，使工程順利進行，保證工程質(zhì)量和安全。測繪工作就是提供決策參考，服務經(jīng)濟社會發(fā)展。要構建三維地理信息平臺，提速數(shù)字云南建設，測量教學應跟上時代，全面?zhèn)魇谧钚聹y繪技術，提高學生的現(xiàn)代工程測量崗位素質(zhì)和最新測量技術能力，才能為云南工程建設輸送現(xiàn)代新型測繪人才。

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