Bài giảng môn Trắc địa đại cương

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCMBỘ MÔN ĐỊA TIN HỌCBÀI GIẢNG TRẮC ĐỊA ĐẠI CƯƠNGLÊ HOÀNG SƠN GIỚI THIỆU MÔN HỌC Môn học cung cấp cho sinh viên các vấn đề: Dụng cụ và các phép đo cơ bản Kiến thức chungThành lập bản đồ địa hình và mặt cắt Trắc địa ứng dụng**CHƯƠNG 1QUẢ ĐẤT VÀ PHƯƠNG PHÁP BIỂU DIỄN 1.1 HÌNH DẠNG, KÍCH THƯỚC QUẢ ĐẤT Bề mặt trái đất thực có hình dạng lồi lõm, gồ ghề, không có phương trình toán học đặc trưng1.1.1 HÌNH DẠNG 71% bề mặt là mặt nước biển 29% bề mặt còn lại là mặt đất Chọn mặt nước biển trung bình yên tĩnh biểu thị cho hình dạng quả đất gọi là mặt geoid.** Geoid là mặt nước biển trung bình , yên tĩnh, xuyên qua các hải đảo và lục địa tạo thành mặt cong khép kín (mặt thủy chuẩn quả đất) Geoid* Đặc điểm của mặt Geoid Là mặt đẳng thế. Phương pháp tuyến trùng phương dây dọi. Mặt geoid không có phương trình toán học cụ thể. Công dụng của mặt Geoid Xác định độ cao tuyệt đối của các điểm trên bề mặt mặt đất. Độ cao tuyệt đối của 1 điểm là khoảng cách từ điểm đó đến mặt Geoid theo phương dây dọi (H).* Việt Nam lấy mặt nước biển trung bình tại trạm nghiệm triều ở Đồ Sơn, Hòn Dấu, Hải Phòng làm mặt thủy chuẩn gốc (0m). Các mặt thủy chuẩn không đi qua mặt nước biển trung bình yên tĩnh gọi là mặt thủy chuẩn quy ước. Độ cao xác định so với các mặt này gọi là độ cao giả định (H’). Do mặt geoid không có phương trình bề mặt nên không thể xác định chính xác vị trí các đối tượng mặt đất thông qua mặt geoid.1.1.2 KÍCH THƯỚC* Nhìn tổng quát thì mặt geoid có hình dạng gần giống với mặt ellipsoid. Độ dẹt ellipsoid bElippsoidaGeoidO* Ellipsoid quả đất có các đặc tính sau: * Khối lượng ellip bằng khối lượng quả đất. * Mặt phẳng xích đạo của ellipsoid trùng với mặt phẳng xích đạo của quả đất. * Trọng tâm ellip trùng với trọng tâm quả đất. * Tổng bình phương độ lệch giữa ellipsoid và qủa đất là cực tiểu PT của ellipsoid1.1.2 KÍCH THƯỚC* Kích thước các ellipsoid đã và đang sử dụng tại Việt Nam: Tác giảQuốc giaNămBán kính lớn a (m)Bán kính nhỏ b (m)Độ dẹt αKrasovskiLiên Xô (cũ)19406.378.2456.356.8631/298,3WGS 84Hoa Kỳ19846.378.1376.356.752,31/298,257 Trong trường hợp gần đúng có thể xem quả đất là mặt cầu có bán kính trung bình R  6371km1.2 CÁC HỆ TỌA ĐỘ DÙNG TRONG TRẮC ĐỊA1.2.1 Hệ tọa độ địa lý (, ): * Kinh tuyến: giao tuyến của mặt phẳng chứa trục quay của quả đất với quả đất.Kinh tuyến gốc: kinh tuyến qua đài thiên văn Greenwich (Anh quốc). Vĩ tuyến: giao tuyến của mặt phẳng vuông góc trục quay quả đất với quả đất.Vĩ tuyến gốc (đường xích đạo): giao tuyến mp vuông góc trục quay tại tâm quả đất với quả đất. * Kinh độ - Vĩ độ: * Kinh độ(): của 1 điểm là góc hợp bởi mp chứa kinh tuyến gốc (greenwich) với mp chứa kinh tuyến qua điểm đó.Giá trị kinh độ: 00 Đ – 1800 Đ 00 T – 1800 T Vĩ độ(): của 1 điểm là góc hợp bởi phương dây dọi qua điểm đó với mp chứa xích đạo.Giá trị vĩ độ: 00 B – 900 B 00 N – 900 N * Chia trái đất thành 60 múi (60). Đánh số thứ tự từ 1- 60 Múi 1: 00 – 60 đông Múi 2: 60 đông – 120 đông ----------------------------------- Múi 30: 1740 đông – 1800 đông Múi 31: 1800 tây – 1740 tây1.2.2 Hệ tọa độ vuông góc phẳng GAUSS-KRUGER: Phép chiếu GAUSS:* Cho ellip quả đất tiếp xúc bên trong mặt trụ nằm ngang. Chiếu lần lượt từng múi lên mặt trụ ngang.* Khai triển mặt trụ ngang theo phương dọc để được mặt phẳng chiếu.* Đặc điểm của phép chiếu * Phép chiếu mặt trụ ngang, đồng góc. * Trên mỗi múi chiếu, kinh tuyến trục và xích đạo là các đường thẳng và vuông góc nhau. * Đoạn thẳng nằm trên kinh tuyến trục không bị biến dạng về độ dài, càng xa kinh tuyến trục thì độ biến dạng độ dài càng lớn. * Một đoạn thẳng bất kỳ khi chiếu lên mp chiếu có số hiệu chỉnh độ dài do biến dạng của phép chiếu là:* * Trong mỗi múi chiếu đường kinh tuyến trục và đường xích đạo tạo thành một hệ trục tọa độ vuông góc phẳng Gauss – Kruger.* Thí dụ: M (x = 1220km; y = 18.465km) Điểm M nằm trong múi chiếu 18,cách đường xích đạo về phía Bắc 1220km,cách đường kinh tuyến trục về phía Tây 35km. * Từ năm 1975 – 2000, Việt Nam đã sử dụng phép chiếu Gauss + ellipsoid quy chiếu Krasovski tạo thành hệ tọa độ vuông góc phẳng HN – 72 .1.2.3 Hệ tọa độ vuông góc phẳng UTM* (Universal Transverse Mercator) Chia trái đất thành 60 múi (60). Đánh số thứ tự từ 1- 60 Múi 1: 1800 tây – 1740 tây Múi 2: 1740 tây – 1680 tây ----------------------------------- Múi 31: 00 – 60 đông Múi 60: 1740 đông – 1800 tây Phép chiếu UTM:* Sử dụng mặt trụ ngang có bán kính nhỏ hơn bán kính của quả đất,cắt quả đất theo hai kinh tuyến cát tuyến cách đều kinh tuyến trục 180km.* Chiếu từng múi lên mặt trụ, sau đó khai triển mặt trụ theo phương dọc được mặt phẳng chiếu.* Đặc điểm của phép chiếu * Phép chiếu mặt trụ ngang, đồng góc. * Trên mỗi múi chiếu, kinh tuyến trục và xích đạo tạo thành các đường thẳng vuông góc nhau. * Tại kinh tuyến trục hệ số biến dạng độ dài k0 = 0,9996 (múi chiếu 30 có k0 = 0,9999). * Tại hai kinh tuyến cát tuyến,hệ số biến dạng độ dài bằng 1. * Phép chiếu UTM có độ biến dạng độ dài phân bố đều hơn và có trị số nhỏ hơn so với phép chiếu Gauss.* Mỗi múi chiếu có 1 hệ tọa độ* * Để thuận tiện cho việc sử dụng hệ tọa độ chung trong khu vực và thế giới, từ năm 2001 Việt Nam chuyển sang sử dụng phép chiếu UTM + ellipsoid quy chiếu WGS-84 tạo thành hệ tọa độ vuông góc phẳng VN - 2000 . Thí dụ: M (x = 1220km; y = 48.465km) Điểm M nằm trong múi chiếu 48,cách đường xích đạo về phía Bắc 1220km, cách đường kinh tuyến trục về phía Tây 35km. *1.2.4 Hệ tọa độ vuông góc phẳng quy ước: Là hệ tọa độ giả định với điểm gốc O tùy chọn, có trục x trùng với hướng Bắc từ hoặc hướng trục chính của công trình.xA ( xA ; yA )OyAxAyA*1.2.5 Hệ tọa độ cực:oxAβASAA ( βA ; SA ) Vị trí điểm A được xác định dựa vào hai thành phần :*1.3 BẢN ĐỒ ĐỊA HÌNH * Bản đồ là hình ảnh thu nhỏ của bề mặt mặt đất lên mặt phẳng nằm ngang theo một tỷ lệ và một phép chiếu cụ thể.1.3.1 Khái niệm: * Bản đồ địa hình thể hiện hai yếu tố: địa vật và dáng đất. * Theo nội dung,bản đồ được chia thành hai loại: bản đồ địa lý tự nhiên và bản đồ chuyên đề. * Bình đồ và bản vẽ mặt cắt địa hình.* Tỷ lệ bản đồ là tỷ số độ dài giữa một đoạn thẳng đo trên bản đồ với độ dài nằm ngang của đoạn thẳng đó đo trên thực địa. Kí hiệu: 1/M hoặc 1:M1.3.2 Tỷ lệ bản đồ:* Theo tỷ lệ, bản đồ địa hình được chia thành: * Tỷ lệ lớn: 1/500 ÷ 1/5000 * Tỷ lệ trung bình: 1/10.000 ÷ 1/100.000 * Tỷ lệ nhỏ: 1/M ≤ 1/100.000 Đặc điểm Bản đồ có tỷ lệ càng lớn thì có độ chính xác càng cao, mức độ chi tiết càng đầy đủ và ngược lại. Độ chính xác bản đồ theo tỷ lệ (t) t = 0,1mm × M * 1.3.3 Phương pháp biểu thị mặt đất: a) Địa vật: Dùng ký hiệu: theo tỷ lệ; bán tỷ lệ; phi tỷ lệ* Dùng đường đồng mức và điểm độ cao Đường đồng mức: là đường cong khép kín nối liền những điểm có cùng độ cao trên mặt đất. b) Dáng đất:* Đặc điểm của đường đồng mức: * Các điểm nằm trên cùng đường đồng mức thì có cùng độ cao. * Đường đồng mức là đường cong liên tục và khép kín. * Nơi nào đường đồng mức cách xa nhau mặt đất dốc thoải; càng gần nhau dốc càng lớn; trùng nhau: vách thẳng đứng.Hướng vuông góc với các đường đồng mức là hướng dốc nhất. * Đường đồng mức không bao giờ cắt nhau.* * Độ chênh cao giữa hai đường đồng mức kế cận nhau gọi là: Khoảng cao đều h **CHƯƠNG 2SAI SỐ TRONG ĐO ĐẠC *2.1 KHÁI NIỆM - PHÂN LOẠI SAI SỐ Để nhận biết độ lớn của một đại lượng ta dùng các phép đo trực tiếp hoặc đo gián tiếp. Nguyên nhân gây ra sai số: 1. Do người đo 2. Do thiết bị đo 3. Do điều kiện ngoại cảnh Phân biệt phép đo cùng điều kiện và phép đo khác điều kiện. Đo cần thiết và đo thừa.* Phân loại sai số: theo tính chất và quy luật xuất hiện có thể chia sai số ra làm hai loại: 1. Sai số hệ thống . 2. Sai số ngẫu nhiên .Sai số hệ thống có thể loại trừ được bằng cách chọn phương pháp đo hoặc tính phù hợp.Sai số ngẫu nhiên không thể loại trừ được mà chỉ có thể giảm thiểu mức độ sai số. Sai lầm (Sai số thô)* Tính chất cơ bản của sai số ngẩu nhiên: * Tính chất giới hạn. * Tính chất tập trung. * Tính chất đối xứng. * Tính chất bù trừ.Số lần xuất hiệnΔ-Δlim+Δlim*2.2 CÁC TIÊU CHUẨN ĐÁNH GIÁ ĐỘ CHÍNH XÁC KẾT QUẢ ĐO Sai số trung bình cộng (θ)Trong đó:li : trị đo lần thứ iX : trị thật của đại lượng đon : số lần đo* Sai số trung phương (m)Công thức GaussSai số tương đối (1/T)Sai số giới hạn hoặc Là tỷ số giữa sai số tuyệt đối với kết quả đo*2.3 SAI SỐ TRUNG PHƯƠNG HÀM CÁC TRỊ ĐOGiả sử có hàm: u = f (x,y,,t)Trong đó x, y ,t là những trị đo độc lập có sai số trung phương là mx, my mt . Sai số trung phương của hàm u sẽ là: *2.4 SỐ TRUNG BÌNH CỘNGSai số trung phương của trị trung bình cộng:Trong đó: m: sstp một lần đon: số lần đo* * Sai số trung phương một lần đo:2.5 CÔNG THỨC BESSELTrong đó: * Sai số trung phương của trị trung bình:*CHƯƠNG 3DỤNG CỤ VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐO GÓC Góc bằng (β): góc hợp bởi hình chiếu của 2 hướng ngắm lên mp nằm ngang.3.1 KHÁI NIỆM* Góc đứng (V): góc hợp bởi hướng ngắm và hình chiếu của nó lên mp nằm ngang.* Góc đứng có giá trị biến thiên từ 00 ÷ ± 900ABCVABVAC+- Góc thiên đỉnh (Z): góc hợp bởi hướng đỉnh trời của phương dây dọi và hướng ngắm; có giá trị biến thiên từ 00 ÷ 1800.* V + Z = 900 ABZV Gồm 3 bộ phận chính3.2 CẤU TẠO MÁY KINH VĨ* * Bộ phận định tâm, cân bằng máy * Bộ phận ngắm * Bộ phận đọc sốPhân loại máy theo cấu tạo: cơ học; quang học; điện tử. Phân loại máy theo độ chính xác: chính xác cao (± 0,5” ÷ 2,0”) ; chính xác (± 5” ÷ 10”) ; kỹ thuật (± 15” ÷ 30”).PHÂN LOẠI MÁY KINH VĨ*Kinh vĩ quang họcKinh vĩ điện tửToàn đạc điện tử*Chân máy Ống kính3.2.1 BỘ PHẬN NGẮM* Gồm: kính vật; kính mắt; ốc điều ảnh (ốc điều quang) và hệ chỉ ngắm.* Trên ống kính có 3 trục cơ bản: * Trục ngắm: đường nối quang tâm kính vật và giao điểm hệ chỉ ngắm. * Trục quang học: đường nối quang tâm kính vật và quang tâm kính mắt. * Trục hình học: trục đối xứng của ống kính.Hệ chỉ ngắm* fv : tiêu cự kính vật ; fm : tiêu cự kính mắt * Độ phóng đại của ống kính là tỷ số giữa góc nhìn qua ống kính (α) với góc nhìn bằng mắt thường (β) khi ngắm cùng vật ngắm. * Ống kính của các máy kinh vĩ thường có độ phóng đại từ 20X đến 60X. Bộ phận định tâm : 3.2.2 BỘ PHẬN ĐỊNH TÂM, CÂN BẰNG* Quả dọi; dọi tâm quang học; dọi tâm laser. Nhằm đưa trục quay của máy qua tâm mốc. Bộ phận cân bằng: Ống thăng bằng* Theo hình dạng có hai loại: ống thăng bằng tròn, ống thăng bằng dài. Ống thăng bằng tròn: thường dùng để cân bằng sơ bộ (thực hiện với chân máy)* Ống thăng bằng dài: thường dùng để cân bằng chính xác (thực hiện với các ốc cân máy)*Giá trị khoảng chia (độ nhạy) của ống thăng bằng dài:R : bán kính mặt cong của ống thăng bằng(R = 2m ÷ 200m đối với ống t.bằng dài và R = 0,5m ÷ 2m đối với ống t.bằng tròn) l : khoảng cách giữa các vạch chia trên cung tròn (thông thường l = 2mm) Bàn độ ngang3.2.3 BỘ PHẬN ĐỌC SỐ* Gồm có một vành độ được khắc vạch theo chiều kim đồng hồ (00 ÷ 3600) và bộ phận đọc số (du xích, vạch chuẩn hay thang chia phụ) Bàn độ đứng Có hai cách chia vạch: liên tục (00 ÷ 3600) hoặc đối xứng qua tâm (00 ÷ ± 900) Điều kiện cấu tạo: Khi trục ngắm nằm ngang số đọc trên bàn độ đứng phải bằng 00. Nếu điều này không thỏa máy có sai số vạch chuẩn MO.*Công dụng của MO là để tính góc đứng V* Đối xứng qua tâm:* Ghi số liên tục:Vậy số đọc MO là số đọc được trên bàn độ đứng khi trục ngắm của máy nằm ngang. * 127005’30” -0023’15”* Mục đích: làm cho trục quay của máy thẳng đứng,đồng thời, phải đi qua tâm điểm trạm đo. * Định tâm: dùng bộ phận định tâm để đưa trục quay của máy đi qua tâm điểm trạm đo. * Cân bằng: dùng các ốc cân và ống thăng bằng dài để đưa trục quay của máy thẳng đứng. Phương pháp thưc hiện:3.3 ĐẶĂT MÁY KINH VĨ 3.3 ĐẶĂT MÁY KINH VĨ 123* Được áp dụng khi tại trạm máy chỉ có hai hướng ngắm.3.4 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO GÓC* Một lần đo đơn giản gồm 2 nửa lần đo: nửa lần đo thuận kính và nửa lần đo đảo kính.3.4.1 Đo góc bằng: Thuận kính: β’ = b1 – a1 Đảo kính: β” = b2 – a2 Kết quả 1 lần đo : a) Đo đơn giản: ĐO GÓC BẰNG THEO PP ĐƠN GiẢN** SỔ ĐO GÓC THEO PP ĐƠN GiẢNTrạm đoĐiểm ngắmBàn độ đứngSố đọc bàn độ ngangTrị số góc 1/2 lần đoTrị số góc một lần đo123Tr110028’30”208058’45”98030’15”32Ph28058’30”290028’45”98029’45”98030’00”b) Đo toàn vòng: Được áp dụng khi tại trạm máy có nhiều hơn hai hướng ngắm. * Chọn hướng ngắm chuẩn. * Nửa lần đo thuận kính: Quay ống kính thuận chiều kim đồng hồ. * Nửa lần đo đảo kính: Quay ống kính ngược chiều kim đồng hồ.*3.4.2 Đo góc đứng: * Nữa lần thuận kính:hoặc* Nữa lần đảo kính:hoặcKết quả một lần đo*Các sai số hệ thống của máy kinh vĩ trong đo góc* Đo góc bằng : sai số 2C Nguyên nhân: do trục ngắm của ống kính không vuông góc với trục quay của ống kính. Để loại trừ sai số 2C khi đo góc bằng: đo thuận kính và đảo kính, lấy trị trung bình * Đo góc đứng: sai số MO Nguyên nhân: vạch chuẩn đọc số trên bàn độ đứng không nằm ngang Để loại trừ sai số MO khi đo góc đứng: đo thuận kính và đảo kính, lấy trị trung bình.CHƯƠNG 4DỤNG CỤ VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐO ĐỘ DÀI *4.1 KHÁI NIỆM Độ dài ngang giữa hai điểm là khoảng cách nối giữa hai hình chiếu của các điểm đó lên mặt phẳng nằm ngang. Ký hiệu: SAB Độ dài nghiêng giữa hai điểm là khoảng cách nối trực tiếp giữa hai điểm đó. Ký hiệu: DAB**ABSABDAB Để xác định độ dài đoạn thẳng có thể dùng các phép đo trực tiếp (thước thép) hoặc đo gián tiếp (phương pháp thị cự)4.2 ĐO DÀI BẰNG THƯỚC THÉP BẢN * Dụng cụ: Sử dụng thước thép bản để xác định độ dài ngang hoặc nghiêng giữa 2 điểm trên mặt đất. Định đường thẳng: Phương pháp đo:* Thước thép bản (20m÷50m)* Hai sào tiêu* Bộ thẻ (11 hoặc 6 cây)Một lần đo gồm hai nửa lần đo: đi và về.4.2 ĐO DÀI BẰNG THƯỚC THÉP BẢN *4.2 ĐO DÀI BẰNG THƯỚC THÉP BẢN * Đo dài bằng thước thép bản thường có thể đạt độ chính xác từ 1/1000 ÷ 1/2000. Trong trường hợp sử dụng thước thép bản chính xác với lực kế căng tại hai đầu thước kết hợp với ống thăng bằng dài đặt thước nằm ngang thì độ chính xác đạt từ 1/5000 ÷ 1/10.000 Ứng dụng: đo dài bằng thước thép phù hợp cho công tác trắc địa bố trí công trình nhà xưởng, nhà cao tầng; đo cạnh của đường chuyền kinh vĩ Độ chính xác:4.3 ĐO DÀI BẰNG PHƯƠNG PHÁP THỊ CỰ * Sử dụng hệ thống dây đo khoảng cách (chỉ lượng cự) trong ống kính máy kinh vĩ toàn đạc và mia để xác định độ dài ngang giữa 2 điểm trên mặt đất. Dụng cụ: Máy kinh vĩ + mia. *Al1l2●BIJVSAB n :khoảng chắn trên mia cho bởi hai dây thị cựn = l1 – l2 Phương pháp đo: * Nếu tính theo góc thiên đỉnh Z, thì: 1/300 ÷ 1/400 Ứng dụng: thường sử dụng trong đo chi tiết phục vụ công tác thành lập bản đồ. Công thức tính:Các máy hiện nay thường có k = 100 nên: Độ chính xác: 4.4 ĐO DÀI ĐIỆN QUANG * Sử dụng tia hồng ngoại, hoặc gần hồng ngoại để xác định khoảng cách giữa các điểm trên mặt đất (máy toàn đạc điện tử)4.5 ĐO DÀI BẰNG CÔNG NGHỆ GPS * Sử dụng hệ thống định vị GPS (Global Positioning System) và máy thu tín hiệu GPS để xác định khoảng cách. Dụng cụ: Máy thu tín hiệu vệ tinh GPS 4.5 ĐO DÀI BẰNG CÔNG NGHỆ GPS *Độ chính xác: có thể đạt ≤ 1/100.000 ** 4.6 ĐỊNH HƯỚNG ĐƯỜNG THẲNG 4.6.1 Góc phương vị : Góc phương vị (A) của một đường thẳng là góc bằng hợp bởi hướng bắc kinh tuyến đến hướng đường thẳng theo chiều kim đồng hồ. Việc xác định mối quan hệ của đường thẳng với một hướng chuẩn đã biết được gọi là định hướng đường thẳng. Trong trắc địa, thường sử dụng hướng Bắc kinh tuyến làm hướng chuẩn. Có trị biến thiên từ 00 ÷ 3600*Phương vị thậtPhương vị từ Công dụng: định hướng một đường thẳng trên mặt đất. D*CA thDCA từ* Tại một điểm trên mặt đất, hướng Bắc kinh tuyến thực và hướng Bắc kinh tuyến từ không trùng nhau mà hợp với nhau một góc gọi là “độ lệch từ δ” Ath = Atừ ± δ+ khi lệch từ đông - khi lệch từ tây*CDA thA từδ* 4.6.2 Góc định hướng : Góc định hướng (α) của một đường thẳng là góc bằng, được tính từ hướng Bắc của hình chiếu kinh tuyến trục hoặc đường song song với nó đến hướng đường thẳng theo chiều kim đồng hồ và có trị biến thiên từ 00 ÷ 3600αMN = αNM ± 1800 αMNαNMMN* Mối quan hệ giữa góc phương vị và góc định hướng của một đường thẳng được xác định theo công thức sau: Công dụng: định hướng một đường thẳng trên mặt chiếu. γ :độ hội tụ kinh tuyến *γAtừAthựcαMN* Các bài toán về góc định hướng: a) Tính chuyền góc định hướngA1234α0α12β2β1β3β4 * Trường hợp góc đo bên trái* * Trường hợp góc đo bên phảiA1234α0α12β2β1β3β4 b) Tính góc bằng từ góc định hướng*4.7 BÀI TOÁN THUẬN NGHỊCH 4.7.1 Bài toán thuận: Cho A (xA ; yA) ; SAB và αAB tính B (xB ; yB)ΔxAB = xB - xAΔyAB = yB - yAxB = xA + ΔxAByB = yA + ΔyAB=> ΔxAB = SAB.CosαAB ΔyAB = SAB.SinαAB trong đó: ;yABxAyAyBxBx0SABαABΔxABΔyAB* 4.7.2 Bài toán nghịch:ΔxAB = xB - xAΔyAB = yB - yATrường hợp: Δx Δx > 0 => Cho A (xA ; yA) ; B (xB ; yB) tính SAB và αAB yABxAyAyBxBx0SABαABΔxABΔyAB*CHƯƠNG 5DỤNG CỤ VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐO ĐỘ CAO 5.1 KHÁI NIỆM* Độ cao tuyệt đối: của 1 điểm là khoảng cách từ điểm đó đến mặt thủy chuẩn gốc theo phương dây dọi (HA). Độ cao giả định: của 1 điểm là khoảng cách từ điểm đó đến mặt thủy chuẩn quy ước theo phương dây dọi (H’A). Chênh cao: của 2 điểm là khoảng cách theo phương dây dọi giữa 2 mặt thủy chuẩn quy ước đi qua 2 điểm đó (hAB). Độ cao ; độ chênh cao là những trị đại số. *Mặt thủy chuẩn HAHBhABABhAB = HB – HA = H’B – H’A5.2 PHƯƠNG PHÁP ĐO CAO HÌNH HỌC * Nguyên lý đo: dựa vào trục ngắm nằm ngang của máy đo cao để xác định độ chênh cao giữa hai điểm trên mặt đất. Dựa vào vị trí đặt máy,có thể chia ra hai phương pháp đo cao hình học: đo cao phía trước và đo cao từ giữa. a) Đo cao phía trước: Đặt máy tại một điểm và mia tại điểm còn lại. 5.2.1 Phương pháp đo:hAB = HB – HA => HB = HA + hAB*hAB = iA - bHB = HA + hAB = HA + iA - bHA + iA = Hm => HB = Hm - bĐặt:iabABHAHBMặt thủy chuẩnhABHm* b) Đo cao từ giữa: Máy đặt giữa hai điểm AB (không nhất thiết phải nằm trên đoạn thẳng AB).hAB = a - bHB = HA + hAB = HA + a - bHA + a = Hm => HB = Hm - babHmMặt thủy chuẩn HAHBhABAB * * Mia đặt tại A (điểm đã biết độ cao): mia sau; số đọc tại mia A gọi là số đọc sau. Quy định: * Mia đặt tại B (điểm chưa biết độ cao): mia trước; số đọc tại mia B gọi là số đọc trước. Trường hợp AB cách xa nhau (hoặc độ dốc AB quá lớn) cần lập đường chuyền độ cao dẫn từ A đến B. ABa1a2anb1b2bnN1N2Nn -1hi = ai - bi ** 5.2.2 Dụng cụ: Máy thủy chuẩn và mia. a) Máy thủy chuẩn: * Tác dụng chủ yếu của máy thủy chuẩn là tạo ra một trục ngắm nằm ngang.Cấu tạo gồm hai bộ phận chính: bộ phận ngắm và bộ phận đặt máy. * Phân loại theo độ chính xác: chính xác cao (mh/km = ±0,5mm); chính xác (mh/km = ±3÷10mm); kỹ thuật (mh/km= ±15÷25mm) * Phân loại theo cấu tạo: thủy chuẩn thường; thủy chuẩn tự động và thủy chuẩn điện tử. *Thủy chuẩn điện tửThủy chuẩn tự động * b) Mia thủy chuẩn: Mia hai mặt (mia hằng số) gồm mặt đen và mặt đỏ; ở đáy mia được khắc vạch khác nhau. * Mặt đen: 0 mm * Mặt đỏ: số bất kỳ (thí dụ như 4473 mm) gọi là “hằng số”. Ngoài ra còn có loại mia mã vạch được sử dụng cùng với máy thủy chuẩn điện tử. * 5.2.3 Các nguồn sai số trong đo cao hình học: a) Sai số trục ngắm (góc i): hAB = a’ – b’ = (a - x1)–(b - x2) = (a - b)–(x1 – x2) S1 = S2 ; i1 = i2 => x1 = x2 hAB = a’ – b’ = a – bkhiLúc đói1 i2x1x2a’ab’bABS1S2 * b) Sai số do độ cong quả đất và chiết quang: hAB = a’ – b’ = (a - qa)–(b - qb) = (a - b)–(qa – qb) a’b’bahAB mặt geoid qaqbABdadbda = db => qa = qbhAB = a – b = a’ – b’ khiLúc đó * c) Sai số do mia: * Sai số do vạch chia trên mia. * Sai số do đáy mia bị mòn. * Sai số do dựng mia không thẳng đứng... Kết luận: Sai số trục ngắm, sai số do độ cong quả đất và chiết quang đều được loại trừ bằng phương pháp đo thích hợp: “đo cao từ giữa”.5.3 PHƯƠNG PHÁP ĐO CAO LƯỢNG GIÁC * Nguyên lý đo: dựa vào trục ngắm nghiêng của máy kinh vĩ để xác định độ chênh cao giữa hai điểm trên mặt đất. Để xác định độ chênh cao giữa hai điểm A và B, đặt máy kinh vĩ tại A, dựng sào tiêu (hoặc mia) tại B. Gọi: - i : chiều cao máy đặt tại A. - l : chiều cao tia ngắm tại B. - V : góc nghiêng của ống kính. - S : độ dài ngang của đoạn AB. *hAB = S.tgV + i – l Độ chênh cao của AB sẽ là:●ABIJℓiVSABhAB*hAB = S.CotgZ + i – l * Trường hợp đo góc thiên đỉnh Z:●ABIJℓiSABhABZ * Trường hợp SAB được đo theo phương pháp thị cự:hAB = 1/2 k.n.Sin2V + i – l SAB = k.n.Cos2VNM●ABIJℓiVSABhAB=> **CHƯƠNG 6LƯỚI KHỐNG CHẾ TRẮC ĐỊA 6.1 KHÁI NIỆM* Lưới khống chế trắc địa: là một hệ thống các điểm được xác định tọa độ (x,y) và độ cao (H) với độ chính xác cần thiết. Những điểm này được đánh dấu trên mặt đất bằng tiêu và mốc. Lưới khống chế tọa độ: xác định x,y. Lưới khống chế độ cao: xác định H. Nguyên tắc phát triển lưới: từ tổng thể đến cục bộ, từ độ chính xác cao đến độ chính xác thấp. Các điểm hạng cao là cơ sở để phát triển xuống các điểm hạng thấp hơn. * Công dụng: Phương pháp xây dựng lưới: tam giác đo góc, tam giác đo góc - cạnh, đường chuyền, giao hội, công nghệ định vị GPS * Phục vụ công tác nghiên cứu khoa học về quả đất. * Cơ sở thống nhất tọa độ của Quốc gia. * Phục vụ công tác đo vẽ bản đồ và xây dựng các loại công trình. * * Khống chế tọa độ: - Nhà nước: có 4 hạng (I; II; III; IV) - Khu vực: chia thành 2 cấp (1; 2). - Đo vẽ. * Khống chế độ cao: - Nhà nước: hạng I, II, III, IV - Khu vực: độ cao kỹ thuật - Đo vẽ Tùy theo phạm vi khống chế và độ chính xác, hệ thống lưới khống chế trắc địa ở Việt Nam được chia thành 3 bậc:6.2 ĐƯỜNG CHUYỀN KINH VĨ * 6.2.1 Khái niệm: * Chọn một số điểm trên mặt đất nối với nhau bằng những đoạn thẳng tạo thành đường gãy khúc liên tục: đường chuyền. * Đoạn thẳng nối hai điểm liên tiếp gọi là cạnh đường chuyền: Si. Góc hợp bởi hai cạnh liên tiếp gọi là góc ngoặc: βi .S1S2β1β2* * Có ba dạng đường chuyền cơ bản: phù hợp; khép kín; treo. Ở những khu vực rộng lớn có thể bố trí nhiều đường tạo thành mạng lưới đường chuyền. * Nội dung đo đạc: đo tất cả các góc ngoặc và độ dài các cạnh. phù hợp ▲▲▲▲ khép kín treo AAAB * Là loại lưới khống chế đo vẽ mặt bằng. Đươc phát triển từ những điểm khống chế khu vực trở lên hoặc được xây dựng độc lập. 6.2.2 Đường chuyền kinh vĩ: Các yếu tố đặc trưngQuy dịnhĐộ dài cạnh Si (m): Sai số tương đối cạnh ΔS/S: Sai số khép góc fβ : Sai số khép tương đối của đường K = fS / [S]:350 > Si > 201/1000 ÷ 1/2000 * a) Thiết kế - Khảo sát - Chọn điểm : * Thiết kế trên bản đồ. * Khảo sát chọn điểm chôn mốc ngoài thực địa. b) Đo đường chuyền kinh vĩ : * Đo góc: đo tất cả các góc của đường chuyền bằng máy kinh vĩ kỹ thuật; phương pháp đơn giản.(nên đo toàn góc ngoặc trái hoặc phải) * Đo cạnh: độ dài cạnh đường chuyền có thể được đo bằng thước thép hoặc máy toàn đạc điện tử. * c) Bình sai - tính tọa độ điểm đường chuyền: n: số cạnh trong đường. * Tính sai số khép góc fβ. Nếu fβ không đạt yêu cầu cần phải kiểm tra tính toán,tính toán đúng phải đo lại các góc. ( fβ ≤ ± 40”√n ) khép kín: phù hợp: * Vẽ sơ đồ lưới. αđ ; αc: góc định hướng cạnh đầu,cạnh cuối của đường chuyền. * * Tính số hiệu chỉnh và trị bình sai các góc. * Tính góc định hướng của các cạnh. * Tính số gia tọa độ.hoặc* * Tính sai số khép tương đối của đường. ; ; hoặc: * Tính sai số khép tọa độ. * Nếu K ≥ 1/1000 ÷ 1/2000 phải kiểm tra tính toán, tính toán đúng cần phải đo lại độ dài cạnh. kiểm tra: * Tính số hiệu chỉnh tọa độ. ; ; * * Tính trị bình sai tọa độ.Số hiệu điểmGóc bằng (β)Góc bằng hiệu chỉnhGóc định hướng (α)Độ dài cạnh S (m)Số gia tọa độ trước bình saiSố gia tọa độ sau bình saiTọa độ bình saiΔx(m)Δy(m)Δx’(m)Δy’(m)x(m)y(m) Bảng tính tọa độ điểm đường chuyền *6.3 LƯỚI ĐỘ CAO KỸ THUẬT 6.3.1 Phương pháp đo: Đo cao hình học theo quy định sau: Là loại lưới khống chế độ cao khu vực. Đươc phát triển từ những điểm độ cao nhà nước hoặc được xây dựng độc lập. * Máy thủy chuẩn: VX = 20 ÷ 24 ; τ ≤ 45” * Mia: một hoặc hai mặt có vạch chia cm. * Tầm ngắm: 120m ÷ 200m. * Chênh lệch tầm ngắm: ≤ 5m . * * Thao tác đo trên một trạm máy: * Mia hai mặt: - Đọc số mặt đen, mặt đỏ mia sau. - Đọc số mặt đen, mặt đỏ mia trước.2Aa1aBb12b h1 = a1 – b1 ; h2 = a2 – b2h1 – h2 ≤ ± 5 mm * Mia một mặt: - Đọc số mia sau,đọc số mia trước. Thay đổi chiều cao máy ít nhất 10cm. - Đọc số mia trước,đọc số mia sau.a2b2Aa1Bb1 h1 = a1 – b1 ; h2 = a2 – b2h1 – h2 ≤ ± 5 mm * 6.3.2 Bình sai – tính độ cao: * Vẽ sơ đồ lưới.■■●●MNABh1, l1h2, l2h3, l3Ah1, n1■●●●MBCh2, n2h3, n3h4, n4 li : độ dài đoạn đo thứ i. ni : số lượng trạm đo trên đoạn thứ i. * * Tính sai số khép độ cao fh. (mm)Khép kín Phù hợp Nếu fh không đạt yêu cầu cần kiểm tra tính toán, tính toán đúng phải đo lại h. (mm)Hoặc * * Tính số hiệu chỉnh Vh. Hoặc:vớivới * Tính trị bình sai độ cao.Kiểm tra *ĐiểmĐộ dài li (km) Độ chênh cao h (m) Số hiệu chỉnh Vh(m)Trị bình sai h’ (m)Độ cao H (m)[ ] Bảng bình sai độ cao *6.4 LƯỚI ĐỘ CAO ĐO VẼ * Là loại lưới khống chế độ cao bậc cuối cùng. Đươc phát triển từ những điểm độ cao kỹ thuật trở lên hoặc được xây dựng độc lập. * Phương pháp đo và nội dung tính toán cũng tương tự như lưới độ cao kỹ thuật nhưng với yêu cầu độ chính xác thấp hơn.(mm)(m)Hình học:Lượng giác: (n: số cạnh trong lưới) *CHƯƠNG 7ĐO VẼ BẢN ĐỒ ĐỊA HÌNH * 7.1 KHÁI NIỆM * Các phương pháp đo vẽ bản đồ: đo vẽ trực tiếp; đo vẽ ảnh; đo vẽ tổng hợp. * Đo vẽ trực tiếp: phương pháp toàn đạc; phương pháp bàn đạc; phương pháp mặt cắt... * Quy trình thành lập tờ bản đồ địa hình: - Thành lập lưới khống chế trắc địa. - Đo chi tiết. - Vẽ bản đồ * 7.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO ĐIỂM CHI TIẾT Nhằm xác định vị trí tương đối của các điểm chi tiết so với các điểm khống chế. Công tác đo chi tiết bao gồm: đo điểm địa vật và đo điểm dáng đất. 7.2.1 Xác định độ cao: Thường sử dụng phương pháp đo cao lượng giác, trường hợp cần độ chính xác cao về độ cao dùng phương pháp đo cao hình học. 7.2.2 Xác định vị trí mặt bằng: a) Phương pháp tọa độ cực: ( β ; S )A▲▲B23●●1●β1S1S3† ۩ 9β9β’9S’3 b) Phương pháp tọa độ vuông góc: (S ; S’) c) Phương pháp giao hội: ( β ; β’ ) * * 7.3 ĐO VẼ BẢN ĐỒ : PHƯƠNG PHÁP TOÀN ĐẠC Là phương pháp sử dụng máy toàn đạc (quang học hoặc điện tử) để đo vẽ bản đồ. Quy trình đo vẽ bao gồm các bước: * Lập lưới khống chế: tọa độ và độ cao. Khi mật độ điểm khống chế chưa đủ, có thể tăng dày điểm khống chế đo vẽ bằng đường chuyền toàn đạc (phát triển từ những điểm kinh vĩ trở lên) theo quy định:; * * Đo chi tiết (đo địa vật và dáng đất). Trong đo vẽ toàn đạc, vị trí mặt bằng điểm chi tiết thường được xác định theo phương pháp tọa độ cực, độ cao theo phương pháp đo cao lượng giác. Chú ý: Trường hợp đo vẽ tỉ lệ 1/500 và *Điểm(1)góc bằng β(2)Số đọc mia(3)Số đọc giữa l(4)k.n(5)Góc đứng V(6)Độ dài S(7)Chênh cao h(8)Độ cao H(9)Ghi chú(10)115010’1819162417220000’g.nhà2- -- -- -“g.nhà3- -- -- -“ bờ ao4- -- -- -“bờ ao Mẫu sổ đo chi tiết. Ngày đo: 15/11/09 Người đo: Trần Bằng Người ghi: Võ TâmTrạm đo: ANgắm chuẩn: BĐộ cao: 5,435mChiều cao máy: 1,50m * Bảng sơ họa trạm đo A ▲B●●12●●ao34●●567●A▲ * Tính toán số liệu đo: bình sai tính tọa độ và độ cao điểm khống chế (kể cả các điểm đường chuyền toàn đạc,nếu có); tính các số liệu đo chi tiết. * Vẽ địa hình: lập lưới ô vuông tọa độ; triển điểm khống chế; triển điểm chi tiết; vẽ địa vật và nội suy đường đồng mức. * Kiểm tra, đối chiếu thực địa; hoàn chỉnh bản vẽ.OABCDO400.00500.00600.00500.00600.00700.00700.00800.00900.001/5001,01,52,02,53,03,54,04,5 ha = 12,22m ; hb = 13,89m ( h = 0,5m )ba●●● *CHƯƠNG 8SỬ DỤNG BẢN ĐỒ ĐỊA HÌNH 8.1 ĐỊNH HƯỚNG TỜ BẢN ĐỒ * Nhằm đưa hướng Bắc bản đồ trùng với hướng Bắc ngoài mặt đất (địa vật thể hiện trên bản đồ đồng dạng với địa vật ở thực địa). 8.1.1 Định hướng theo địa bàn: 8.1.1 Định hướng theo địa vật: Có thể dựa vào những địa vật có dạng chạy dài và thẳng (tuyến đường, tuyến kênh, sông, suối...) hoặc những địa vật độc lập. 8.2 SỬ DỤNG BẢN ĐỒ DỰA VÀO ĐƯỜNG ĐỒNG MỨC * 8.2.1 Xác định độ cao mặt đất: ABC●●●54,056,058,060,0B2B1 HC = Hđ.mức ± ½.h * Độ dốc mặt đất i thường được tính theo đơn vị % hoặc 8.2.2 Xác định góc dốc – độ dốc mặt đất: ooo / 8.2.3 Xác định tuyến theo độ dốc quy định: Tính độ dài ngắn nhất giữa hai đường đồng mức kế cận nhau có độ dốc quy định i %. ( S = h / i )* 8.2.4 Xác định lưu vực sông, suối: Lưu vực: là phạm vi tích nước mưa của sông hay suối. Lưu vực được xác định dựa vào các đường phân thủy (đường đỉnh). Các sông hay suối được hình thành từ các đường tụ thủy (đường đáy). 8.2.5 Vẽ mặt cắt trên bản đồ: Thường chọn tỷ lệ trục đứng (biểu thị độ cao) lớn gấp 10 lần tỷ lệ trục ngang (biểu thị độ dài). * Thường sử dụng khi diện tích được bao quanh bởi những đoạn thẳng. 8.3 XÁC ĐỊNH DIỆN TÍCH 8.3.1 Phương pháp hình học:12345hahbhcb1b2Hoặc * 8.3.2 Phương pháp giải tích: *β1β2β3β4Hướng chuẩn Tọa độ cực * 8.3.3 Phương pháp ô vuông: Thường sử dụng khi diện tích được bao quanh bởi những đường cong bất kỳ.1234567891110 *CHƯƠNG 9KIẾN THỨC CƠ BẢN TRONG CÔNG TÁC BỐ TRÍ CÔNG TRÌNH * 9.1 KHÁI NIỆM Nhằm đánh dấu trên mặt đất vị trí, hình dạng, kích thước và độ cao của công trình theo bản vẽ thiết kế. 1. Bố trí cơ bản: Dựa vào các điểm khống chế thi công và các số liệu đo nối để bố trí các trục chính, trục cơ bản của công trình với độ chính xác từ 3cm ÷ 5cm. Nguyên tắc bố trí: từ tổng thể đến cục bộ, từ độ chính xác thấp đến độ chính xác cao. Gồm các giai đoạn: * 2. Bố trí chi tiết: Dựa vào các trục chính, trục cơ bản đã bố trí ở giai đoạn một để bố trí các điểm chi tiết của công trình với độ chính xác từ 2mm ÷ 3mm. Bố trí đánh dấu các trục lắp ráp cũng như đặt các thiết bị vào vị trí thiết kế với độ chính xác từ 0,1mm ÷ 1,0mm. 3. Bố trí – đánh dấu các trục lắp ráp: *9.2 BỐ TRÍ ĐOẠN THẲNG - BỐ TRÍ GÓC BẰNG 9.2.1 Bố trí đoạn thẳng: Thường sử dụng thước thép bản (thường hoặc chính xác). Cần lưu ý độ dài đoạn thẳng tính được từ các bản vẽ thiết kế là độ dài ngang . 9.2.2 Bố trí góc bằng: Sử dụng máy kinh vĩ. Nhằm loại trừ sai số trục ngắm của máy, thường bố trí bằng hai vị trí ống kính (thuận và đảo kính) rồi lấy phương trung bình. Là hai dạng bố trí cơ bản của công tác bố trí điểm. * Trường hợp đặc biệt: Số lần đo n:BB’OAβ’▲▲βt.kΔβdΔβ = β’ - βtk 9.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP BỐ TRÍ ĐIỂM * Tùy theo dạng công trình, điều kiện địa hình, điều kiện đo và độ chính xác yêu cầu mà có thể sử dụng các phương pháp: tọa độ cực, tọa độ vuông góc, các phương pháp giao hội (góc, cạnh, hướng) để bố trí điểm. Nếu dùng phương pháp tọa độ cực để bố trí thì sai số trung phương vị trí điểm P sẽ được tính theo công thức: 9.4 BỐ TRÍ ĐIỂM ĐỘ CAO * Thường sử dụng phương pháp đo cao hình học. Độ cao máy: Hm = HA + a Số liệu đo nối: b t.k = Hm – HB t.kaABb t.kHmHAHB t.kMặt GeoidHm1HAAcMặt Geoid■dHB t.kHm2Bb t.k Trường hợp đặc biệt: 163 * 9.5 BỐ TRÍ MĂT PHẲNG ● Với: - i là chiều cao máy thủy chuẩn đặt tại C.●●■■■■●ABDCa = b = d = i - a ,b,d là số đọc mia tại A,B,D Trường hợp mặt phẳng nghiêng * 9.6 BỐ TRÍ ĐƯỜNG CONG TRÒN * Đoạn tiếp tuyến (đoạn tiếp cự): T 9.6.1 Các yếu tố chính của đường cong tròn: * Đoạn phân giác(đoạn phân cự): P * Chiều dài đường cong (TđTc): K * Các điểm chính của đường cong tròn gồm: tiếp điểm đầu Tđ ; tiếp điểm cuối Tc và điểm giữa G. *TđTcĐβ /2θθ /2θ /2GORTTRP Góc ngoặc θ = 1800 – β Đoạn tiếp cự TĐoạn phân cự P Chiều dài đường cong K * k = 5m khi R ≤ 100m 9.6.2 Bố trí các điểm chi tiết : k = 10m khi 100m < R < 500m k = 20m khi R ≥ 500m a) Phương pháp tọa độ vuông góc: Chọn điểm Tđ làm gốc trục tọa độ O. Phương TđĐ làm trục X . Phương TđO làm trục Y . *YXTđOx1x2x3y1y2y3P1P2P33φ2φTọa độ các điểm: -------------------------------Pi xi = R.Siniφ yi = R(1-Cosiφ) = 2R.Sin2 iφ/2 P1 x1 = R.Sinφ y1 = R(1-Cosφ) = 2R.Sin2φ/2 Sai số vị trí các cọc chi tiết độc lập; thích hợp với khu vực bằng phẳng,quang đãng. * a) Phương pháp tọa độ cực: TđOP1P2P33φ/22φ/2φφφφ/2Đ Sai số vị trí các cọc chi tiết bị tích lũy; thích hợp với khu vực có địa hình phức tạp. TđP1 = P1P2 = ..= S Đặt: