Trắc địa đại cương

i động (rover). Hai máy đồng thời thu tín hiệu trong thời gian hai phút, gọi là khởi đo (Initialization) để xác định số nguyên đa trị của tín hiệu vệ tinh. Sau khi khởi đo, máy di động lần lượt chuyển đến các điểm cần xác định. Tại mỗi điểm, thời gian thu tín hiệu rất ngắn (khoảng 15 giây đến 1 phút) và cuối cùng quay trở lại điểm xuất phát (điểm đặt máy di động khi khởi đo). Một yêu cầu quan trọng đối với phương pháp đo động là cả máy cố định và máy di động phải đồng thời liên tục thu tín hiệu từ ít nhất 4 vệ tinh trong suốt chu kỳ đo. Do vậy, tuyến đo cần chọn ở khu vực thông thoáng để tín hiệu thu không bị gián đoạn (Cycle Slip). Định vị GPS tương đối động có thể được chia ra làm 2 phương pháp chính: - Định vị tương đối động xử lý tức thời (RTK). - Định vị tương đối động xử lý sau (PPK). Tùy vào yêu cầu đo vẽ và điều kiện cụ thể, trong các phương pháp trên, kỹ thuật định vị cũng có thể khác nhau: - Phương pháp dừng và đi (stop and go). - Phương pháp liên tục (continuous). - Phương pháp đánh dấu đối tượng (Events makers). Hình 4.21. Định vị GPS tương đối động 3. Định vị GPS vi phân Theo phương pháp này cần có tối thiểu 2 máy thu GPS. Một máy đặt tại một điểm cố định đã biết toạ độ gọi là trạm tham chiếu (reference station) và một máy (di động) đặt tại điểm cần xác định toạ độ. Cả 2 máy cùng đồng thời thu tín hiệu từ các vệ tinh như nhau và số vệ tinh không nhỏ hơn 4. Giả sử rằng thông tin từ vệ tinh bị nhiễu, thì toạ độ của cả máy di động và máy cố định được xác định đều có sai số như nhau và đó chính là hiệu số giữa toạ độ tức thời theo tín hiệu GPS với toạ độ gốc đã biết trước của điểm máy cố định. Các tham số đã biết tại trạm cố định là cơ sở để tính các số hiệu chỉnh. Các thông tin về số hiệu chỉnh sẽ được chuyển tới máy di động đang đồng thời đo trong khu vực bằng sóng vô tuyến (radio link), nhằm kịp thời hiệu chỉnh các kết quả toạ độ của mình. Công tác xử lý số hiệu chỉnh tại điểm di động có thể thực hiện bằng hai phương pháp: - Phương pháp xử lý tức thời (real-time). - Phương pháp xử lý sau (post-processing). Nhiều kết quả nghiên cứu cho thấy rằng: Để nâng cao độ chính xác định vị vi phân, các máy thu di động không nên đặt quá xa máy cố định. Hình 4.22. Định vị GPS vi phân 4.4.3. Ứng dụng công nghệ GPS thành lập lưới khống chế trắc địa Hiện nay, các loại máy thu GPS đang được sử dụng rộng rãi ở nhiều nước trên thế giới cũng như ở Việt Nam, nhằm phục vụ cho nhiều mục đích khác nhau, một trong những ứng dụng của GPS trong lĩnh vực trắc địa là thành lập mạng lưới khống chế tọa độ phẳng. Việc xây dựng lưới khống chế được tiến hành bằng phương pháp định vị tương đối tĩnh. Phương pháp này cho phép xác định véc-tơ cạnh giữa điểm cần xác định tọa độ và điểm đã biết tọa độ với độ chính xác cao mà không cần có sự thông hướng giữa các điểm đó. Nhờ ưu điểm cho độ chính xác cao, lại không phụ thuộc vào sự thông hướng giữa các điểm, phương pháp GPS đã thay đổi cơ bản quy trình công nghệ thành lập lưới khống chế truyền thống theo nguyên tắc “từ cao đến thấp, từ toàn diện đến cục bộ”. Quy trình công nghệ thành lập lưới khống chế trắc địa bằng công nghệ GPS bao gồm các bước sau đây: 1. Thiết kế lưới Khi thiết kế trên bản đồ, cần lưu ý, sao cho các điểm được chọn thực sự có vai trò cần thiết, phục vụ cho công tác trắc địa tại khu vực đo vẽ. Mật độ điểm trong lưới tuỳ thuộc vào yêu cầu thực tế. Khi thành lập mạng lưới khống chế bằng công nghệ GPS, độ chính xác mạng lưới ít chịu ảnh hưởng của kết cấu đồ hình, do vậy, cho phép chiều dài các cạnh trong lưới có sự chênh lệch lớn: cạnh dài tới 5-7 km; ngược lại, cạnh ngắn có thể là 200 - 300 m. Như vậy, trong mạng lưới GPS không tồn tại các điểm trung gian với mục đích cân đối đồ hình lưới. Nhờ thế, khối lượng thi công mạng lưới giảm đáng kể, tiết kiệm được thời gian, công sức và cho hiệu quả kinh tế cao. 2. Khảo sát, chọn điểm Ngoài thực địa, vị trí điểm phải có tầm nhìn bao quát, được bố trí trên nền đất đá ổn định, có thể tiếp cận và thao tác đo đạc dễ dàng, có khả năng tồn tại lâu dài. Các điểm trong lưới GPS không cần thiết phải thông hướng ngang, nhờ thế, việc chọn điểm được thực hiện nhanh chóng. Tuy nhiên, khi chọn điểm cho lưới GPS cần lưu ý thoả mãn một số yêu cầu sau: - Điểm đo cần thông thoáng, không bị che chắn bởi địa hình hay địa vật quanh đó, tiện lợi cho quá trình thu tín hiệu. Trường hợp tốt nhất là góc mở lên bầu trời của anten máy thu γ ≥ 1500 (hình 4.23). Hình 4.23. Góc mở lên bầu trời tại một trạm đo GPS - Không bố trí điểm gần các vật dễ gây phản xạ tín hiệu, các trạm thu phát sóng và các đường điện cao áp để tránh hiện tượng gây nhiễu tín hiệu, hiện tượng đa đường dẫn. - Nên bố trí mốc tại những vị trí dễ tiếp cận, thuận tiện cho việc đặt máy, định tâm máy và đo chiều cao anten. Mốc của điểm GPS được xây dựng theo đúng quy cách của mốc trong lưới tam giác cùng cấp, theo quy định của quy phạm. Mặt mốc cần ghi rõ số hiệu mốc, thời gian thi công, đơn vị thi công, v.v Mốc có thể được đúc sẵn bằng bê tông, lõi sắt hoặc lõi sứ có khắc tâm mốc, cũng có thể đổ mốc ngay ngoài thực địa. 3. Công tác đo đạc Trong phép đo tĩnh, cần tối thiểu hai máy thu GPS. Thời gian thu tín hiệu phụ thuộc vào số lượng vệ tinh, yêu cầu về độ chính xác và chiều dài các cạnh trong mạng lưới. Cạnh càng dài thời gian thu tín hiệu càng lớn. Bảng 4.3 là khoảng thời gian đo cho các cạnh khi thu tín hiệu từ 4-5 vệ tinh trong điều kiện khí tượng bình thường. Bảng 4.3 Thời gian thu tín hiệu GPS Chiều dài cạnh [km] Thời gian đo [phút] 0-1 1-5 5-10 10-30 30-60 60-90 Trước khi thu tín hiệu, cần phải cài đặt các tham số cho máy thu như: tần suất thu tín hiệu, số lượng vệ tinh quan sát, thời gian đo, v.v... Kết quả đo đạc được tự động ghi trong bộ nhớ trong của máy hoặc thẻ nhớ. Công tác xử lý số liệu được tiến hành nhờ các phần mềm chuyên dụng. Trong lĩnh vực trắc địa ứng dụng, hai phương pháp định vị GPS được ứng dụng phổ biến đó là: Định vị tương đối tĩnh để xây dựng mạng lưới khống chế các cấp và định vị tương đối động để đo vẽ chi tiết thành lập bản đồ. So với các phương pháp truyền thống, công nghệ GPS cho độ chính xác cao, giảm thời gian và công sức. Chương 5 ĐO VẼ BẢN ĐỒ ĐỊA HÌNH 5.1. KHÁI NIỆM Quá trình đo vẽ bản đồ địa hình bao gồm các bước: thiết kế, đo đạc, tính toán và vẽ bản đồ. Khi đo vẽ bản đồ địa hình một khu vực nào đó, phải dựa vào mạng lưới các điểm khống chế đo vẽ đã được thành lập và phát triển từ các điểm khống chế cơ sở. Máy được đặt trực tiếp tại các điểm khống chế đo vẽ để tiến hành đo vẽ chi tiết các điểm đặc trưng của địa hình và địa vật trên mặt đất. Có nhiều phương pháp đo vẽ bản đồ, tuy vậy phổ biến nhất hiện nay là phương pháp toàn đạc. Phương pháp toàn đạc dựa vào nguyên lý tọa độ cực. Dùng máy kinh vĩ đo vị trí, độ cao các điểm chi tiết; đồng thời có phác hoạ sơ đồ khu vực đo; công tác trong phòng (nội nghiệp) bao gồm tính toán và vẽ bản đồ. Phương pháp này cho kết quả có độ chính xác cao, ít phụ thuộc vào điều kiện thời tiết. Hiện nay, thiết bị toàn đạc điện tử (total station) đã được áp dụng rộng rãi. Tại một trạm máy, có thể đồng thời đo góc, đo chiều dài và độ cao, nhờ thế phương pháp toàn đạc đang ngày càng được ứng dụng rộng rãi và phát huy hiệu quả cao trong công tác đo vẽ bản đồ. Theo truyền thống, bản đồ địa hình còn có thể được đo vẽ bằng các phương pháp khác như: phương pháp bàn đạc, toạ độ vuông góc, giao hội góc, giao hội cạnh, v.v.... Tuy vậy, với nhiều lý do khác nhau, các phương pháp này hiện đang dần ít được sử dụng trong thực tế. Trong khi đó, các phương pháp hiện đại đo vẽ bản đồ ngày càng được ứng dụng rộng rãi như: đo ảnh số hàng không; công nghệ GPS động, công nghệ LIDAR, v.v. Tùy thuộc vào yêu cầu sử dụng, bản đồ địa hình có thể thành lập ở nhiều loại tỷ lệ. Đối với mỗi loại tỷ lệ, bản đồ yêu cầu đo vẽ với độ chính xác khác nhau, nên các chỉ tiêu kỹ thuật đo đạc cũng khác nhau. Khi cần biết chính xác hình thể của mặt đất theo một hướng nào đó trên mặt phẳng thẳng đứng, phải tiến hành đo mặt cắt dọc hoặc mặt cắt ngang. Thông thường, các loại mặt cắt là tài liệu phục vụ thiết kế, thi công và tính khối lượng đào đắp các công trình dạng tuyến như đường sắt, đường ô-tô, đường hầm, kênh dẫn nước, v.v.... 5.2. ĐO VẼ BẢN ĐỒ BẰNG PHƯƠNG PHÁP TOÀN ĐẠC 5.2.1. Nguyên lý tọa độ cực Phương pháp toàn đạc thường được áp dụng để đo vẽ bản đồ có tỷ lệ lớn, diện tích đo không lớn lắm. Trong phương pháp này, vị trí điểm chi tiết được xác định bằng phương pháp toạ độ cực, với hướng chuẩn được chọn là hướng giữa hai điểm khống chế đo vẽ liền kề nhau. Nguyên lý phương pháp tọa độ cực được minh họa ở hình 5.1. Giả sử cần phải xác định vị trí điểm P trên thực địa. Từ điểm A đo góc bằng BAP = β và chiều dài AP = d. Biết tọa độ các điểm A và B cùng với hai đại lượng β và d, vị trí điểm P được xác định và có thể biểu diễn trên bản đồ. Hình 5.1. Nguyên lý xác định tọa độ điểm bằng tọa độ cực 5.2.2. Qui trình đo vẽ bản đồ bằng máy kinh vĩ quang học Quá trình đo vẽ thành lập bản đồ bằng máy kinh vĩ quang học được tiến hành theo trình tự sau: a) Chuẩn bị máy móc, thiết bị Dụng cụ chính để đo vẽ bản đồ bao gồm một máy kinh vĩ quang học, hai mia gỗ và một thước thép. Khi đo vẽ địa hình, góc bằng chỉ đo ở một vị trí của ống kính, vì vậy, máy kinh vĩ cần phải được kiểm nghiệm và hiệu chỉnh chính xác, đặc biệt là sai số 2C và sai số vạch chuẩn bàn độ đứng MO. b) Qui trình đo - Đặt máy kinh vĩ tại điểm A, định tâm và cân bằng máy, đo chiều cao máy im. - Dựng mia thẳng đứng tại điểm B. Quay máy ngắm về điểm B, sao cho tâm mia trùng với chỉ đứng màng chữ thập ống kính. Cố định bàn độ ngang và đặt giá trị ban đầu trên bàn độ ngang bằng 000 00’ 00’’. Hướng AB gọi là hướng chuẩn. - Lần lượt dựng mia tại các điểm đặc trưng của địa hình và địa vật (gọi là điểm chi tiết). Quay máy lần lượt ngắm chính xác lên các điểm Pi. - Thao tác tại từng điểm mia bao gồm: đọc giá trị góc bằng βi, góc đứng vi; đọc chiều cao tia ngắm li , hiệu số giữa hai dây thị cự l (trường hợp địa hình bằng phẳng, thường đặt li = im). Đồng thời với quá trình đo đạc, cần phải vẽ sơ hoạ vị trí các điểm địa hình, địa vật với các chú thích đặc điểm của chúng. Bản sơ hoạ thực địa là tài liệu tham khảo quan trọng trong quá trình biên vẽ bản đồ. Phải lưu ý, sao cho ký hiệu điểm chi tiết ghi trong sổ đo và trên bản sơ hoạ phải thống nhất với nhau. c) Tính toán khoảng cách và độ cao điểm chi tiết - Tính khoảng cách nằm ngang Di theo công thức: (5.1) Trong đó: l - Hiệu số giữa hai dây thị cự (chỉ trên và chỉ dưới) k - Hằng số nhân (k = 100) - Tính độ cao Zi các điểm chi tiết: (5.2) Trong đó: HA- Độ cao điểm khống chế đo vẽ, ‐ Hiệu độ cao giữa điểm A và điểm chi tiết, được tính bằng công thức: . Muốn tránh việc đo thiếu hoặc đo trùng lặp, cần phân chia ranh giới đo chi tiết cho từng trạm thật rõ ràng nhưng cũng cần lưu ý cần có một số điểm chung để kiểm tra. d) Vẽ bản đồ Trong phương pháp truyền thống, bản đồ được vẽ trên giấy. Tuỳ theo mục đích mà sử dụng các loại giấy khác nhau. Công tác vẽ bản đồ trên giấy có thể tóm tắt qua các công đoạn sau đây: - Vẽ lưới ô vuông toạ độ trên giấy làm cơ sở để chuyển toạ độ x, y của các điểm khống chế đo vẽ. Lưới ô vuông là các đường song song với trục toạ độ OX và OY, và cách đều nhau một khoảng một đề-xi-mét. Việc xây dựng lưới ô vuông toạ độ có thể thực hiện bằng phương pháp thủ công hoặc các phần mềm đồ hoạ. - Chuyển các điểm khống chế đo vẽ lên bản đồ theo các toạ độ x, y đã biết. Cần phải chọn gốc toạ độ sao cho tất cả các điểm khống chế đo vẽ đều nằm trong khuôn khổ bản vẽ. Việc chuyển điểm có thể được tiến hành bằng thủ công (com-pa và thước tỷ lệ) hoặc các phần mềm đồ hoạ. - Sau khi đã chuyển các điểm khống chế lên bản vẽ, tiến hành chuyển điểm chi tiết lên bản đồ theo hai giá trị βi và Di. Theo phương pháp truyền thống, việc chuyển điểm được tiến hành bằng thước đo độ chuyên dụng và thước tỷ lệ. Tại các điểm chi tiết cần ghi chú độ cao tương ứng của chúng. - Trên bản đồ tồn tại hai loại đối tượng: địa vật và địa hình. Bước tiếp theo là cần phải biên tập để thể hiện các đối tượng một cách rõ ràng nhất. Tuỳ theo tỷ lệ bản đồ và hình thể của địa vật, có thể biểu thị địa vật theo hai cách: Đối với địa vật có kích thước đủ lớn, phải vẽ chúng theo tỷ lệ. Nếu địa vật quá nhỏ có thể biểu thị bằng ký hiệu. Địa hình là dáng đất, thông thường, địa hình được biểu thị bằng các đường đồng mức. Có nhiều phương pháp vẽ đường đồng mức, sau đây sẽ giới thiệu một số phương pháp thông dụng. Phương pháp giải tích Giả sử có hai điểm A và B đã biết độ cao là HA và HB. Chiều dài nằm ngang đo được trên bản đồ là D. Khoảng cao đều gữa các đường đồng mức trên bản đồ là Δh. Tìm vị trí các điểm 1, 2, 3, có độ cao H1, H2, H3, trên đoạn A-B. Theo hình 5.2, tính được các giá trị: , , (5.3) trong đó: , , Trên bản đồ, từ điểm A, đặt các đoạn d1, d2, d3 , sẽ nhận được các điểm 1, 2, 3, có độ cao là H1, H2, H3, . Các đường đồng mức có độ cao tương ứng sẽ đi qua các điểm này. Hình 5.2. Nội suy đường đồng mức bằng phương pháp giải tích Phương pháp đồ giải Giả sử trên bản đồ có hai điểm A và B có độ cao tương ứng là HA và HB. Cần xác định các điểm 1, 2, 3, có các độ cao H1, H2, H3, tương ứng với giá trị các đường đồng mức cần thể hiện trên bản đồ. Kẻ các đường song song và cách đều nhau lên giấy can, mỗi đường ứng với độ cao có giá trị số chẵn (hình 5.3). Đặt tờ giấy can lên bản đồ sao cho hai điểm A và B nằm ở độ cao tương ứng. Dùng kim đánh dấu các giao điểm của cạnh A-B với các đường song song, sẽ được các điểm cần xác định. Trên bản đồ, nối các điểm có cùng độ cao sẽ được các đường đồng mức khép. Hình 5.3. Nội suy đường đồng mức bằng phương pháp đồ giải 5.2.3. Lựa chọn điểm chi tiết trên thực địa Bản đồ là hình ảnh thu nhỏ của một phần bề mặt đất trên mặt phẳng, là sự tổng hợp các đối tượng địa vật và địa hình trong khu vực đo vẽ. Tuỳ theo yêu cầu sử dụng, tỷ lệ và độ chính xác, các yếu tố địa hình và địa vật (điểm chi tiết) phải được chọn lọc và khái quát sao cho bản đồ hiển thị bề mặt đất đầy đủ nội dung nhưng phải rõ ràng và mạch lạc. Điểm chi tiết là các điểm làm thay đổi hình thể dáng đất và thay đổi đường biên của địa vật. Tuỳ theo tỷ lệ bản đồ và khoảng cao đều giữa các đường đồng mức mà khoảng cách trung bình giữa các điểm mia cũng được quy định: Tỷ lệ bản đồ càng lớn khoảng cách giữa các điểm mia càng nhỏ. Ví dụ: bản đồ tỷ lệ 1:500, khoảng cách giữa các điểm mia là 15m; bản đồ tỷ lệ 1:1000, khoảng cách đó là 20m. Các điểm chi tiết cũng phải được chọn không quá xa so với điểm đặt máy. Đối với bản đồ tỷ lệ 1:500, khoảng cách điểm địa hình không lớn quá 100m và điểm địa vật không quá 60m. Đối với bản đồ tỷ lệ 1:1000, các khoảng cách đó tương ứng là không lớn hơn 150 m và 80m. 5.3. ĐO VẼ BẢN ĐỒ BẰNG MÁY TOÀN ĐẠC ĐIỆN TỬ 5.3.1 Nguyên lý cấu tạo máy toàn đạc điện tử Máy toàn đạc điện tử (total station) là thiết bị kết hợp cố định ba bộ phận: đo góc, đo chiều dài và chương trình phần mềm xử lý số liệu. Giải pháp cấu trúc bề ngoài của các hãng có thể khác nhau, những loại máy đều có chung một nguyên lý hoạt động và có thể đồng thời tự động xác định chiều dài, góc và độ cao. Một máy toàn đạc điện tử bao gồm 3 phần chính. Sơ đồ khối được mô tả như sau: Khối 1: Máy đo dài điện tử (EDM - Electromagnetic Distance Measurement) có nhiệm vụ đo koảng cách từ máy tới gương phản xạ. Thông thường, các loại máy toàn đạc điện tử hiện náy được trang bị một máy EDM có tầm hoạt động từ 2-4km. Độ chính xác đo khoảng cách phụ thuộc vào từng loại máy. Các máy thông dụng hiện nay có độ chính xác đo trong khoảng ±(3mm+3ppm). Toàn bộ quá trình đo khoảng cách được thực hiện tự động, kết quả đo hiển thị trên màn hình tinh thể lỏng LCD. Hình 5.4. Nguyên lý cấu tạo máy toàn đạc điện tử Khối 2: Máy kinh vĩ số (Digital Theodolite - DT). Máy kinh vĩ có cấu tạo tương tự như máy kinh vĩ kinh điển, chỉ khác một điều là khi đo góc không phải thực hiện các thao tác thông thường như chập vạch hoặc đọc số trên thang đọc số mà số đọc sẽ tự động hiện lên trên màn hình tinh thể lỏng của máy. Để thực hiện việc tự động hoá quá trình đo góc người ta sử dụng giải pháp mã hoá bàn độ gọi là các máy kinh vĩ mã hoá. Khối 3: Chương trình phần mềm. Trong khối này người ta cài đặt các chương trình để xử lý các bài toán trắc địa đơn giản như cải chính khoảng cách nghiêng về khoảng cách bằng; tính hiệu chỉnh khoảng cách đo các yếu tố khí tượng; hiệu chỉnh hệ số chiết quang và độ cong của Trái Đất; tính chênh cao giữa hai điểm đo thuỷ chuẩn lượng giác; tính tọa độ của các điểm theo chiều dài cạnh và góc phương vị; tính diện tích; chương trình tính giao hội điểm; v.v Để tăng dung lượng của bộ nhớ, các máy Total Station được trang bị thêm các sổ đo điện tử thực địa (Electronic Field Book EFB). Như vậy, kết hợp 3 khối trên đây lại với nhau, sẽ được một máy đa chức năng, linh hoạt có thể đo các đại lượng cần thiết và giải được hầu hết các bài toán trắc địa thông dụng. Máy toàn đạc điện tử cho phép thực hiện đồng thời hai nhiệm vụ ngoại nghiệp: thành lập điểm khống chế đo vẽ và đo chi tiết. Nhờ khả năng có thể đồng thời đo góc, đo cạnh và đo độ cao, có thể sử dụng máy toàn đạc điện tử để thành lập điểm khống chế đo vẽ với độ chính xác cao, kể cả một số phương pháp trước đây ít được sử dụng (giao hội nghịch góc-cạnh, đường chuyền kinh vĩ). Đồng thời với việc thành lập điểm khống chế đo vẽ, công tác đo vẽ chi tiết sẽ được tiến hành bằng máy toàn đạc điện tử. 5.3.2 Qui trình đo vẽ bản đồ bằng máy toàn đạc điện tử a) Chuẩn bị máy móc thiết bị Để đo chi tiết vẽ bản đồ bằng máy toàn đạc điện tử cần các máy móc, dụng cụ sau đây: một máy toàn đạc điện tử, một thước thép 2m, ít nhất là hai bộ gương phản xạ, một chân máy và đế máy với bộ định tâm quang học. Ngoài ra cần phải có sào gương, ắc-quy, một bộ nhiệt kế và áp kế. b) Qui trình đo - Lắp máy toàn đạc điện tử tại trạm đo (A); cân bằng và định tâm máy. Kiểm tra và lắp nối nguồn điện (pin hoặc ắc quy); khởi động máy, kiểm tra chế độ cân bằng điện tử. Cài đặt chế độ đo và đơn vị đo. Đo chiều cao máy im. - Đặt gương phản xạ tại điểm định hướng (B), tiến hành cân bằng và định tâm gương. Đo chiều cao gương lg. - Ngắm ống kính về điểm định hướng. Cài đặt các tham số điều kiện đo, bao gồm: tên điểm, hằng số (k), nhiệt độ (t0 ), áp suất (p); toạ độ và độ cao trạm máy (XA, YA, HA), toạ độ và độ cao điểm định hướng (XB, YB, HB), chiều cao máy (im), chiều cao gương (ig). Đặt giá trị hướng đầu trên bàn độ ngang 000 00’ 00’’. - Lần lượt ngắm ống kính về gương đặt tại các điểm đặc trưng địa hình và địa vật (điểm chi tiết). Máy sẽ tự động đo các đại lượng như chiều dài nghiêng Dng, góc bằng βi., và góc đứng vi (hoặc góc thiên đỉnh), (hình vẽ 5.5) Hình 5.5. Đo vẽ bằng máy toàn đạc điện tử c) Nguyên lý tính toán kết quả đo đạc Dựa vào các kết quả đo đạc và các dữ liệu đã cài đặt, chương trình phần mềm của máy toàn đạc điện tử sẽ tự động tính toán toạ độ không gian ba chiều của tất cả các điểm chi tiết theo tuần tự sau đây: - Tính số gia toạ độ giữa điểm trạm máy (A) và điểm định hướng (B): - Tính góc phương vị cạnh định hướng: - Tính góc phương vị các cạnh A-i (cạnh nối điểm trạm máy với các điểm chi tiết): - Tính chiều dài nằm ngang: - Tính số gia toạ độ giữa điểm trạm máy và các điểm chi tiết: Các số liệu đo chi tiết được ghi vào bộ nhớ trong của máy (RAM) hoặc sổ đo điện tử (EFB). Dữ liệu đo chi tiết được truyền vào máy tính điện tử và các loại bản đồ sẽ được thành lập dưới dạng bản đồ số thông qua các phần mềm chuyên dụng (AUTOCAD, MAPINFO, v.v...). Trong điều kiện địa hình khó khăn, việc sử dụng máy toàn đạc điện tử để đo vẽ thành lập bản đồ cho độ chính xác cao, giảm nhiều công sức và thời gian. Hình 5.6 giới thiệu một số máy toàn đạc điện tử phổ biến hiện nay ở Việt Nam. Hình 5.6. Máy tòan đạc điện tử a/ Máy toàn đạc điện tử TC-400 (Leica) b/Máy toàn đạc điện tử laser GPT-7500 (Topcon) 5.4. ĐO VẼ MẶT CẮT Khi cần tài liệu để thiết kế, hoặc để kiểm tra độ dốc các công trình có dạng kéo dài như đường sắt, đường ô-tô, kênh dẫn nước, hào thăm dò khoáng sản, đường hầm lò, v.v... người ta tiến hành đo cao hình học để xác định độ cao các điểm trên mặt đất theo một hướng nào đó. Kết quả cuối cùng là vẽ được mặt cắt biểu diễn độ cao thấp, lồi lõm của địa hình trên mặt phẳng thẳng đứng. Mặt cắt được chia làm hai loại: mặt cắt dọc và mặt cắt ngang. Đo vẽ mặt cắt dọc được tiến hành theo các bước sau: 5.4.1. Khảo sát, bố trí tuyến đo ngoài thực địa Các công trình dạng tuyến không phải luôn có dạng thẳng mà có thể gập khúc, uốn lượn. Mặt cắt thường được đo theo trục dọc của công trình (còn gọi là tim công trình). Vì vậy, cần phải thiết kế tuyến đo mặt cắt hợp lý thể hiện trung thực hình dáng của công trình. Sau khi thiết kế, tuyến đo được chuyển ra thực địa dựa vào các điểm khống chế trắc địa trong khu vực công trình. Hình 5.6. Bố trí trục dọc (tim) công trình ra thực địa. A, B - Điểm khống chế trắc địa; 1, 2 - Điểm ngoặt trục công trình Các điểm ngoặt được đánh dấu bằng các cọc gỗ, cọc sắt hoặc bê tông. Trục công trình được đánh dầu bằng các cọc gỗ. Khoảng cách giữa các cọc gỗ phụ thuộc vào địa hình, tỷ lệ mặt cắt và độ chính xác yêu cầu. 5.4.2. Đo thuỷ chuẩn thành lập mặt cắt dọc Sau khi định tuyến trục, tiến hành đo cao hình học thành lập mặt cắt. Mục đích đo cao hình học là để xác định độ cao của các điểm đã đánh dấu trên trục dọc công trình. Đối với các điểm cọc chính, cần phải đo theo phương pháp đo cao hình học từ giữa, đọc số ở cả hai mặt đỏ và đến của mia. Các điểm khác gọi là điểm trung gian, khi đo, chỉ cần đọc số một mặt của mia. Hình 5.7. Đo cao hình học thành lập mặt cắt dọc - Độ cao điểm cọc chính: - Độ cao điểm trung gian: Trong đó: Hm - độ cao tia ngắm máy thuỷ bình. ai - số đọc trên mia tại các điểm trung gian. Hình 5.8. Một đoạn mặt cắt dọc tuyến đường Kết quả đo đạc là cơ sở để vẽ mặt cắt dọc công trình. Cần lưu ý rằng: Để biểu thị sự thay đổi địa hình được rõ ràng và chính xác, khi vẽ mặt cắt thường nhận tỷ lệ độ cao lớn hơn nhiều lần (thông thường là 10 lần) so với tỷ lệ chiều dài. Cách viết trên bản vẽ mặt cắt tỷ lệ có nghĩa là: tỷ lệ biểu thị độ cao là 1:100; tỷ lệ biểu thị chiều dài là 1:1000. Hình 5.9. Đo vẽ mặt cắt ngang Mặt cắt ngang thường được chọn tại vị trí các cọc chính và cọc phụ hoặc tại nơi địa hình có sự thay đổi rõ rệt, do vậy, trên một đường tim có thể phải đo vẽ rất nhiều mặt cắt ngang. Mặt cắt ngang có hướng vuông góc với trục chính công trình. Tại vị trí cần thành lập mặt cắt ngang, đóng các cọc phụ về hai phía của trục chính; tiến hành đo cao các cọc phụ (hình 5.9). Độ cao các cọc phụ là số liệu để vẽ mặt cắt ngang địa hình. Tỷ lệ ngang của mặt cắt lấy theo tỷ lệ bản đồ, tỷ lệ đứng thường chọn lớn hơn 10 lần, nhằm thể hiện rõ sự thay đổi của địa hình. Chương 9 SỬ DỤNG BẢN ĐỒ ĐỊA HÌNH 9.1. SỬ DỤNG BẢN ĐỒ Ở NGOÀI THỰC ĐỊA Bản đồ được sử dụng nhiều trong công tác điều tra cơ bản, thăm dò, khai thác khoáng sản. Khi sử dụng bản đồ, cần phải xem xét chất lượng và các tham số kỹ thuật của của nó, bao gồm: tỷ lệ bản đồ, khoảng cao đều các đường đồng mức, hệ toạ độ, thời gian thành lập, v.v... Nếu bản đồ đo vẽ đã lâu thì nội dung bản đồ sẽ có nhiều thay đổi so với hiện tại, bao gồm các công trình mới xây dựng, những ranh giới bị xoá bỏ, thêm các vùng bồi lắng hoặc xói lở mới trên sông, v.v... Do đó, cần phải đo vẽ bổ sung, hiện chỉnh bản đồ nhằm đổi mới nội dung bản đồ khi cần thiết. Khi sử dụng bản đồ ngoài thực địa phải tiến hành định hướng bản đồ. Có hai phương pháp định hướng là: 9.1.1. Định hướng theo địa vật Trên không gian quang đãng, có nhiều địa vật cụ thể và rõ nét, có thể định hướng bản đồ theo địa vật. Đầu tiên, xác định vị trí đứng của mình trên thực địa và vị trí tương ứng trên bản đồ. Giữ tờ bản đồ nằm ngang rồi xoay sao cho hướng đã chọn trên bản đồ trùng với hướng tương ứng trên thực địa. Nếu trong khu vực có các địa vật dạng tuyến kéo dài như đường giao thông, sông, suối, v.v... có thể định hướg theo các đối tượng này. Đặt bản đồ nằm ngang rồi xoay cho tới khi đối tượng địa vật hình tuyến trên bản đồ song song với chính nó ngoài thực địa. Sau đó đối chiếu với các địa vật khác để tránh nhầm lẫn do việc định hướng ngược 180o. 6.1.2. Định hướng bằng địa bàn Trong trường hợp khu vực bị che khuất (trong rừng) hoặc không có các địa vật cụ thể (ngoài biển) thì việc định hướng bản đồ được hỗ trợ bằng địa bàn. Đặt địa bàn lên bản đồ sao cho đường kính 0o - 0o (hoặc vạch N-S) nằm trên trục đứng của lưới ô vuông toạ độ. Xoay dần tấm bản đồ cho tới khi đầu bắc của kim từ chỉ vào số đọc g + d (g là độ hội tụ kinh tuyến, d là độ lệch từ). Lúc đó tấm bản đồ đã được định hướng. Đối chiếu bản đồ với thực địa, nếu thấy thực địa có nhiều thay đổi cần tiến hành đo vẽ bổ sung. Hình 6.1. Định hướng bản đồ theo địa vật ngoài thực địa 6.2. SỬ DỤNG BẢN ĐỒ TRONG PHÒNG 6.2.1. Xác định độ dài một đường trên bản đồ Chiều dài từ điểm A đến điểm B trên bản đồ là khoảng cách nằm ngang giữa hai điểm đó được thu nhỏ theo tỷ lệ bản đồ. Nếu đường cần xác định là một đoạn thẳng thì dùng thước tỷ lệ hoặc thước milimét để đo chiều dài d của nó rồi nhân kết quả với mẫu số tỷ lệ bản đồ M sẽ được chiều dài nằm ngang của đoạn thẳng đó ở ngoài thực địa. D = d . M (6.1) Trong trường hợp cần biết chiều dài nghiêng Dng của đoạn A-B trên thực địa, cần phải biết độ cao của điểm A và điểm B. Độ chênh cao giữa hai điểm A và B sẽ là: (6.2) Chiều dài nghiêng sẽ tính bằng công thức: (6.3) Trong trường hợp đã biết độ dốc của đoạn A-B trên thực địa là v, chiều dài nghiêng được tính theo công thức: (6.4) Nếu đường cần xác định là mặt đường cong thì chia đường cong đó ra làm nhiều đoạn ngắn, mỗi đoạn coi như thẳng rồi áp dụng phương pháp đo trên đây để tính chiều dài từng đoạn ấy. Chiều dài đường cong bằng tổng chiều dài các đoạn thẳng chia trên. Dùng dụng cụ đo đường cong: Đường cong trên bản đồ có thể được đo bằng dụng cụ đo đường cong. Nó bao gồm một bánh xe nhỏ liên kết với kim quay trên một bàn đọc số (hình 6.2). Đưa bánh xe lăn theo đường cong, kim quay sẽ chỉ số đọc chiều dài đoạn đường cong. Căn cứ vào số đọc trên máy, kết hợp với tỷ lệ bản đồ ta xác định được quãng đường cần đo. Hình 6.2. Đo đường cong trên bản đồ 6.2.2. Xác định độ cao một điểm trên bản đồ Muốn xác định độ cao của một điểm bất kỳ trên bản đồ cần căn cứ vào vị trí tương đối của nó so với các đường đồng mức gần đó. Các điểm nằm trên cùng một đường đồng mức thì có độ cao bằng nhau và bằng giá trị độ cao ghi trên đường đồng mức đó. Tuy vậy, trong thực tế, nhiều trường hợp phải xác định độ cao của các điểm trên bản đồ không nằm trên đường đồng mức. Giả sử có điểm P nằm giữa hai đường đồng mức m, n. Độ cao điểm P sẽ được xác định như sau. Biết độ cao hai đường đồng mức m và n, khoảng cao đều giữa chúng sẽ là: Từ P kẻ đường thẳng vuông góc với hai đường đồng mức m và n cắt hai đường này tại hai điểm 1 và 2. Đo trên bản đồ hai đoạn P - 1 = d1 và P - 2 = d2. Độ cao điểm P sẽ bằng: (6.5) Trên hình 6.3 điểm Q nằm trên đường đồng mức nên có độ cao là 122,0m. Điểm P nằm khoảng giữa hai đường 122 và 124. Khoảng cách từ P tới hai đường đồng mức đo được là d1 = 4,3mm và d2 = 7,7mm. Vậy, độ cao của điểm P được xác định như sau: Hình 6.3. Xác định độ cao một điểm trên bản đồ 6.2.3. Xác định độ dốc trên bản đồ Để xác định độ dốc mặt đất trên bản đồ, sử dụng công thức: (6.6) Trong đó: i - độ dốc mặt đất tính theo phần trăm (%), v - góc dốc mặt đất, h - độ chênh cao giữa hai điểm, D- độ dài nằm ngang giữa hai điểm trên bản đồ. Ví dụ: Trên tờ bản đồ 1:5 000 có hai điểm A và B đã có độ cao tương ứng là HA = 21.3m, HB = 43.3m. Chiều dài AB đo được trên bản đồ là dAB = 20cm. Độ dốc đường thẳng này sẽ được tính như sau: Độ chênh cao giữa hai điểm A và B : Độ dốc mặt đất giữa hai điểm A và B: Để tiện sử dụng, người ta xây dựng biểu đồ độ dốc dựa trên cơ sở công thức tính độ dốc (i%) hoặc góc dốc địa (hình 6.4). Nguyên tắc chung là giả thiết độ chênh cao gữa các điểm là cố định và bằng khoảng cao đều gữa các đường đồng mức (h); cho các giá trị góc dốc hoặc độ dốc biến thiên để xác định khoảng cách ngang tương ứng theo công thức: hoặc Trên biểu đồ, trục ngang ghi góc dốc hoặc độ dốc và trục đứng chỉ khoảng cách D tương ứng. Muốn biết góc dốc mặt đất giữa hai đường đồng mức trên bản đồ thì đo khoảng cách D giữa chúng rồi đặt đoạn D lên biểu đồ theo hướng trục đứng (trục D), đọc trị số góc dốc hoặc độ dốc trên trục ngang (trục v0 hoặc i%) Hình 6.4. Biểu đồ độ dốc 6.2.4. Xác định đường có độ dốc cho trước trên bản đồ Các công trình hình tuyến kéo dài như đường giao thông, kênh thoát nước, hào thăm dò, hào mở vỉa, v.v thường được thiết kế theo một độ dốc cho trước. Việc chọn một đường trên bản đồ bảo đảm độ dốc cho trước có ý nghĩa quan trọng về mặt kinh tế và kỹ thuật. Giả sử phải chọn tuyến đường đi từ P đến Q có độ dốc thiết kế i%, trên bản đồ tỷ lệ 1:M (hình 6.5). Biết khoảng cao đều giữa hai đường đồng mức là h, sẽ tính được chiều dài ngang ngắn nhất giữa hai đường đường đồng mức bảo đảm độ dốc thiết kế: (6.7) Lấy P làm tâm, mở khẩu độ com-pa bằng D, quay cung tròn cắt đường đồng mức tiếp theo tại 1 và 1’. Giữ nguyên khẩu độ com-pa lấy điểm 1 làm tâm, quay cung tròn cắt đường đồng mức tiếp theo tại 2 và 2’. Tiếp tục như thế cho đến khi gặp điểm Q. Nối các điểm P, 1, 2, 3, Q sẽ được tuyến đường có độ dốc i theo thiết kế. (Lưu ý: các điểm 1’, 2’, 3’, được loại bỏ vì không đúng theo hướng đến điểm Q). Trong trường hợp cung tròn không cắt đường đồng mức, điều đó chứng tỏ tại mọi hướng của địa hình độ dốc đều nhỏ hơn độ dốc thiết kế, cần chọn đường ngắn nhất hướng tới điểm Q. Hình 6.5. Xác định đường có độ dốc cho trước trên bản đồ 6.2.5. Xác định ranh giới lưu vực sông, phạm vi ngập và dung tích của hồ chứa nước trên bản đồ Ranh giới lưu vực sông được xác định bởi các đường phân thuỷ trên các triền núi. Nước mưa sẽ được đường phân thuỷ chia thành hai bộ phận chảy vào hai thuỷ hệ khác nhau. Muốn biết lưu vực của mặt thuỷ hệ nào, chỉ cần nối khép kín đường phân thuỷ của thuỷ hệ đó. Để xác định phạm vi ngập nước khi xây đập cần phải căn cứ vào bản đồ địa hình. Ví dụ, theo kết quả khảo sát thuỷ văn, để lập một hồ chứa nước cần phải xây một đập chắn A-B có độ cao Hđ. Theo thiết kế, mức nước hồ cao nhất sẽ bằng độ cao mặt đập. Bề mặt địa hình nằm dưới đường đồng mức có độ cao Hđ đều bị ngập. Lấy độ cao Hđ làm chuẩn, nội suy độ cao bề mặt địa hình sẽ tìm được đường đồng mức có độ cao này. Hình 6.6. Xác định ranh giới lưu vực trên bản đồ Muốn tìm dung tích hồ chứa nước, phải chia lòng hồ thành nhiều lớp, mỗi lớp kẹp giữa hai đường đồng mức kề nhau có khoảng cao đều bằng h (hình 6.7). Xác định diện tích trong hai đường đồng mức khép kín tương ứng là Si và Si+1. Hình 6.7. Xác định dung tích chứa nước Dung tích nước của từng lớp sẽ bằng: (6.8) Dung tích toàn bộ hồ chứa nước sẽ là: (6.9) 6.2.6. Vẽ mặt cắt theo một hướng cho trước trên bản đồ Giả sử phải vẽ mặt cắt theo hướng A-B trên bản đồ địa hình (hình 6.8). Quá trình vẽ mặt cắt tiến hành như sau: Kẻ đường thẳng AB, cắt các đường đồng mức tại các điểm 1, 2, 3, ... Trên bản vẽ mặt cắt, dựng sẵn một hệ trục theo tỷ lệ yêu cầu với trục đứng là trục độ cao (H) và trục ngang là trục chiều dài (D). Đặt giấy vẽ trên bản đồ sao cho trục D của bản vẽ song song với hướng A-B. Lần lượt chiếu các điểm 1, 2, 3, với độ cao tương ứng từ bản đồ lên mặt cắt sẽ được các điểm 1’, 2’, 3’ Nối liền các điểm sẽ được mặt cắt biểu diễn bề mặt đất theo tuyến AB. Hình 6.8. Dựng mặt cắt theo một hướng trên bản đồ 6.2.7. Xác định diện tích trên bản đồ Trong thực tế, nhiều trường hợp cần phải xác định diện tích của một vùng, một khu vực trên bản đồ. Tuỳ thuộc vào hình dạng của hình cần tính diện tích và yêu cầu về độ chính xác mà có thể chọn các phương pháp khác nhau: phương pháp chia hình, lưới ô vuông, dùng máy đo diện tích hoặc phương pháp giải tích. a) Phương pháp chia hình Khi diện tích cần xác định được giới hạn bởi những đoạn thẳng, thì chia diện tích đó thành những hình có dạng cơ bản như tam giác, chữ nhật, hình thang. Đo các yếu tố cạnh đáy, chiều cao của từng hình, sử dụng các công thức toán học để tính diện tích mỗi hình sau đó tính tổng diện tích các hình này (hình 6.9 a). Hình 6.9.Xác định diện tích trên bản đồ a/ Phương pháp chia hình; b/ Phương pháp dùng lưới ô vuông b) Phương pháp lưới ô vuông Kẻ một mạng lưới ô vuông lên giấy bóng mờ (diamat) hoặc phim nhựa có cạnh 1-2mm. Đặt tấm lưới này lên hình cần đo (hình 6.9b). Đếm số ô vuông nằm trong ranh giới hình. Khi đếm ô ở vùng biên của hình thường gặp các ô thiếu, cần ước lượng các ô thiếu gần nhau để dồn thành một ô đủ. Diện tích khu vực cần tính sẽ bằng số ô vuông nhân với diện tích một ô vuông tính theo tỉ lệ bản đồ. Để kiểm tra kết quả và nâng cao độ tin cậy kết quả, cần phải tiến hành đo diện tích 2-3 lần. c) Phương pháp giải tích Phương pháp giải tích được áp dụng khi diện tích khu vực cần xác định có các đường biên là các đoạn thẳng tạo thành đa giác khép kín và các đỉnh của đa giác đó đã có toạ độ (x,y) hoặc toạ độ cực (d, β). Trong trường hợp các đỉnh đa giác đã có toạ độ phẳng vuông góc (hình 6.10a), diện tích đa giác khép kín được tính bằng công thức: (6.10) hoặc (6.11) trong đó n - là số đỉnh của đa giác. Hình 6.10. Tính toạ độ bằng phương pháp giải tích a/ Từ toạ độ phẳng vuông góc; b/ Từ toạ độ cực Để kiểm tra quá trình tính toán có thể sử dụng công thức sau đây: (6.12) Ví dụ: i Toạ độ Hiệu toạ độ yi xi yi+1 - yi-1 xi-1 – xi+1 xi (yi+1 - yi-1) yi (xi-1 - xi+1) 1 2 3 4 5 +412.65 +526.17 +735.24 +841.52 +640.90 +498.73 +695.64 +738.47 +571.86 +384.81 -114.73 +322.59 +315.35 - 94.34 -428.87 -310.83 -239.74 +123.78 +353.66 + 73.13 Kiểm tra ∑=0 ∑=0 181081 181081 Diện tích P=90 540.5 Trong trường hợp các đỉnh đa giác có toạ độ cực (d và β) (hình 6.10b), diện tích của đa giác được tính theo công thức: (6.13) Quá trình tính toán có thể được kiểm tra bằng công thức sau đây: (6.14) Ví dụ: i βi βi+1 - βi c1 = sin(βi+1 - βi) di c2 = di.di+1 c1.c2 1 2 3 4 41013’51” 34003’42” 54011’04” 69004’35” -7010’09” +20007’22” +14053’31” -27050’44” -0.124802 +0.344032 +0.256995 -0.467091 78.08 134.56 182.64 168.39 10506.4 24576.0 30754.7 13147.9 -1311.2 +8454.9 +7903.8 -6141.3 ∑=0 +16358.7 - 7452.5 2P= P= 8906.2 4453.1 Hiện nay, với sự trợ giúp của máy tính, phương pháp giải tích được sử dụng phổ biến. Trên cơ sở lý thuyết phương pháp giải tích các phần mềm tiện ích được soạn thảo và cài đặt trong nhiều thiết bị đo đạc. Chương 7 CÔNG TÁC TRẮC ĐỊA BỐ TRÍ CÁC CÔNG TRÌNH 7.1. KHÁI NIỆM Trong quá trình thăm dò, xây dựng và khai thác khoáng sản, có nhiều hạng mục công trình cần phải xây dựng, bao gồm nhà cửa, đường giao thông, các công trình thăm dò lộ thiên và hầm lò, v.v... Nội dung công tác trắc địa là thông qua đo đạc và tính toán để xác định và chuyển các yếu tố của công trình từ thiết kế ra thực địa; theo dõi, kiểm tra quá trình thi công các công trình (trên mặt đất và dưới hầm lò) theo đúng yêu cầu của thiết kế. Khái niệm bố trí công trình, thực chất là cắm các yếu tố hình học của các công trình đó trên thực địa. Trắc địa phải nghiên cứu kỹ thiết kế, phải hiểu được công dụng của từng công trình và phải xác định các yếu tố hình học của công trình cần phải bố trí. Việc bố trí các yếu tố công trình từ thiết kế ra thực địa có thể tiến hành bằng nhiều phương pháp. Trắc địa phải nắm được yêu cầu độ chính xác đối với từng công trình, để từ đó mà chọn các phương pháp và dụng cụ thích hợp, thoả mãn các yêu cầu về kỹ thuật và kinh tế. 7.2. XÁC ĐỊNH CÁC YẾU TỐ CÔNG TRÌNH TỪ THIẾT KẾ Để có số liệu bố trí trên thực địa, các yếu tố công trình phải được xác định từ các bản thiết kế bằng một trong ba phương pháp sau đây: - Phương pháp giải tích, - Phương pháp đồ giải, - Phương pháp giải tích - đồ giải. Trong phương pháp giải tích, các số liệu thiết kế được xác định, thông qua tính toán: Ví dụ 1: Cho hai điểm đã biết toạ độ A và B. Phải xác định góc phương vị aAB, chiều dài dAB, góc nghiêng vAB và chiều dài nghiêng cạnh AB. Giải: Góc phương vị cạnh AB: Góc nghiêng cạnh AB: (7.1) Chiều dài nghiêng cạnh AB: (7.2) Hoặc là: Ví dụ 2: Xác định góc b giữa hai cạnh AB và AC. Giải: Từ toạ độ điểm A, B, C tính góc phương vị aAB và aAC. Hiệu giữa các góc phương vị đó sẽ là góc bằng b cần tìm (hình 7.1). (7.3) Hình7.1. Xác định góc bằng Ví dụ 3: Xác định toạ độ điểm cắt nhau của hai đường thẳng AB và CD, cho biết toạ độ bốn điểm A, B, C, D. Giải: Phương trình đường thẳng AB và CD có dạng: Phương trình đường thẳng AB: (7.4) Phương trình đường thẳng CD: (7.5) Hình 7.2. Xác định toạ độ điểm giao nhau của hai đường thẳng Giải hệ 2 phương trình (7.4) và (7.5) sẽ xác định được toạ độ điểm cắt P của hai đường thẳng AB và CD. (7.6) Trong đó: Trong trường hợp không có các số liệu đầy đủ để tính toán, các yếu tố công trình sẽ được xác định bằng phương pháp đồ giải từ các bản đồ, bản vẽ. Ví dụ 4: Giả sử phải xác định góc b giữa hai cạnh AB và CD (hình 7.3) Hình 7.3. Xác định góc bằng phương pháp tg của góc Trên cạnh AB, đặt hai đoạn AE và AF bất kỳ có giá trị chẵn. Từ E và F kẻ đường vuông góc với AC cắt AB tại E’ và F’. Đo chiều dài AE và AF; EE’ và FF’. Góc β sẽ được xác định từ công thức: (7.7) Ví dụ trên có thể được giải bằng cách khác, phổ biến trong thực tế: Từ điểm A vẽ hai cung tròn bán kính r1 và r2 (hình 7.4), chắn hai cạnh AB và AC tại bốn điểm EE', FF'. Đo khoảng cách EE' và FF'. Hình 7.4. Xác định góc bằng phương pháp dây cung Góc b sẽ tính từ công thức: (7.8) So với phương pháp giải tích, phương pháp đồ giải cho độ chính xác thấp. Sai số xác định các yếu tố phụ thuộc vào độ chính xác của bản đồ (bình đồ) và tỷ lệ của chúng. Trong thực tế, thông thường người ta sử dụng phương pháp giải tích - đồ giải kết hợp, trong đó một bộ phận số liệu gốc được lấy từ bản đồ, bản vẽ bằng phương pháp đồ giải, các số liệu còn lại được xác định bằng phương pháp giải tích. 7.3. BỐ TRÍ CÁC YẾU TỐ CÔNG TRÌNH TỪ THIẾT KẾ RA THỰC ĐỊA 7.3.1. Bố trí chiều dài bằng Tuỳ thuộc vào điều kiện địa hình, chiều dài bằng có thể được bố trí trên thực địa theo các phương pháp khác nhau, sau đây sẽ giới thiệu phương pháp tiêu biểu: Trường hợp chiều dài cần phải bố trí không lớn, điều kiện địa hình bằng phẳng có góc nghiêng cố định. Giả sử phải bố trí trên thực địa chiều dài d0 từ điểm A đến điểm B (hình 7.5). Do dụng cụ đo không hoàn toàn chính xác, do điều kiện đo thay đổi, nên để đo từ điểm A chiều dài d0 cần phải đo một đoạn lớn hơn d0, một giá trị Dd. Trong đó: Dd1- số hiệu chỉnh kiểm nghiệm thước, Dd2- số hiệu chỉnh nhiệt độ, Dd3 - số hiệu chỉnh độ nghiêng địa hình. Hình 7.5. Bố trí chiều dài bằng ra thực địa Nếu chiều dài được bố trí trên địa hình bằng phẳng, số hiệu chỉnh độ nghiêng địa hình được bỏ qua, lúc đó: Nếu góc nghiêng lớn hơn 50 thì phải dùng máy kinh vĩ đo góc nghiêng v, chiều dài cần phải bố trí trên thực địa sẽ bằng: Trong trường hợp biết độ chênh cao giữa hai điểm A và B là Dh, thì: 7.3.2. Bố trí góc bằng Góc bằng phải được bố trí bằng máy kinh vĩ đã kiểm nghiệm. Để loại trừ ảnh hưởng của sai số 2i và 2c góc bằng được bố trí ở hai vị trí của ống kính. Giả sử cho trước cạnh AB, cần phải bố trí trên thực địa cạnh AC tạo với AB một góc b. Đặt máy kinh vĩ tại điểm A, lấy hướng chuẩn 0 về điểm B, quay máy cho tới khi bàn độ chỉ số đọc bằng góc b. Trên hướng tia ngắm, ta đánh dấu điểm C1 (hình 7.6). Hình7.6. Bố trí góc bằng ra thực địa Đảo ống kính qua trục quay của nó, bố trí góc bằng vv ở vị trí thứ hai của ống kính. Quá trình thao tác tiến hành tương tự như trên sẽ xác định được điểm C2. Chia đôi đoạn C1C2 sẽ được điểm C, mà góc BAC = b cần phải bố trí. Sau khi bố trí, góc b sẽ được đo lại. Nếu độ chênh giữa góc b thực tế và thiết kế lớn hơn giới hạn cho phép thì việc bố trí góc phải tiến hành lại. Góc bằng b có thể bố trí bằng phương pháp chính xác hơn, sau đây: ở vị trí thứ nhất của ống kính bố trí góc bằng b trên thực địa giống như đã trình bày trên đây, sẽ xác định được điểm C’. Sau đó, đo lại góc BAC’ và so sánh giá trị của góc đo với góc b thiết kế: Để tìm vị trí điểm C mà góc BAC = b, phải tính đoạn x = CC’ Từ C' đặt x vuông góc với cạnh AC' sẽ xác định được điểm C là điểm cần tìm. Đoạn x đặt về bên phải hoặc bên trái cạnh AC' là phụ thuộc vào dấu của Db (hình 7.6). 7.3.3. Bố trí điểm đã biết toạ độ Trong công tác điều tra cơ bản, thăm đò và khai thác khoáng sản nhiều trường hợp phải bố trí điểm đã biết toạ độ như toạ độ tâm giếng khoan, toạ độ điểm thăm dò, v.v... Tuỳ theo thể loại công trình, điều kiện đo đạc và yêu cầu về độ chính xác, các điểm đã biết toạ độ có thể được bố trí trên thực địa bằng nhiều phương pháp khác nhau. Sau đây là một số phương pháp phổ biến: a) Phương pháp toạ độ cực Phương pháp này được sử dụng để bố trí điểm khi mạng lưới khống chế trắc địa lân cận là các điểm đường chuyền kinh vĩ. Giả sử phải bố trí trên thực địa điểm lỗ khoan L đã có toạ độ theo thiết kế là XL và YL. Điểm lỗ khoan L được bố trí trên thực địa bằng cách dựng góc β và chiều dài d trên thực địa (hình 7.7). Trị số b và d xác định bằng cách giải bài toán nghịch, như sau: Tính góc phương vị các cạnh A-L và A-B: , , Góc bằng b: Chiều dài dAL: Hình7.7. Bố trí điểm đã biết toạ độ bằng phương pháp toạ độ cực Đặt máy kinh vĩ tại điểm A, ngắm chuẩn về điểm B, đặt trên bàn độ ngang một góc bằng β, trên hướng của tia ngắm, đặt từ điểm A khoảng cách nằm ngang bằng dA-L sẽ xác định được điểm L cần tìm. Để nâng cao độ chính xác, lỗ khoan L có thể được bố trí một lần nữa từ điểm B. b) Phương pháp giao hội góc Dựa vào toạ độ của hai điểm khống chế trắc địa điểm A, B, và toạ độ điểm lỗ khoan L ta tính các góc phương vị aAB, aAL và aBA, aBL. Sau đó tính các góc bằng b1 và b2. Trên thực địa, đặt máy kinh vĩ tại các điểm A và B, đặt các góc bằng b1 và b2 sẽ xác định được hai hướng A-L và B-L. Giao điểm của hai hướng này chính là điểm L cần tìm (hình 7.8). Hình 7.8. Bố trí điểm đã biết toạ độ bằng phương pháp giao hội góc c) Phương pháp giao hội cạnh Phương pháp giao hội cạnh dựa trên việc xác định điểm L, là điểm cắt của hai cung tròn có bán kính d1 và d2 vẽ từ tâm A và B. Giá trị của d1 và d2 được tính từ toạ độ của ba điểm A, B và L. Hình 7.9. Bố trí điểm đã biết toạ độ bằng phương pháp giao hội cạnh Phương pháp này chỉ sử dụng khi giá trị d1 và d2 ngắn hơn chiều dài của thước thép trong điều kiện địa hình bằng phẳng, thuận tiện cho việc đo chiều dài. 7.3.4. Bố trí điểm đã biết độ cao Giả sử phải bố trí ngoài thực địa điểm B có độ cao HB cho trước, theo thiết kế. Muốn bố trí được điểm B cần dựa vào mức độ cao A đã biết độ cao HA ngoài thực địa (hình 7.10). Đặt máy thuỷ bình giữa hai điểm A và B, đọc số trên mia đặt tại điểm A. Gọi số đọc trên mia đặt tại điểm A và a, ta xác định được độ cao Hm của tia ngắm máy thuỷ bình là: Nếu độ của điểm B là HB thì số đọc b trên mia đặt tại B sẽ là: Hình 7.10. Bố trí điểm đã biết độ cao ra thực địa Di chuyển theo chiều thẳng đứng cho đến khi dây chỉ giữa của màng dây chỉ chữ thập chỉ số đọc trên mia bằng b, chân mia sẽ là vị trí điểm B cần tìm. 7.3.5. Bố trí trục thẳng và trục nghiêng ra thực địa Bố trí trục thẳng Giả sử phải bố trí trên thực địa một trục thẳng 1-4, cho biết toạ độ điểm 1 là X1, Y1 và góc phương vị trục là a1-4. Để bố trí trục cần phải dựa vào các điểm khống chế trắc địa A và B có toạ độ xác định trên thực địa. Đặt máy kinh vĩ tại điểm A, đo góc BA1 = b1, từ điểm A đo chiều dài A-1 = d sẽ xác định được điểm l là điểm đầu của trục. Chuyển máy kinh vĩ đến điểm l, đo góc A14 = b2 sẽ xác định được hướng trục 1-4. Trong trường hợp phải kéo dài trục 1-4, ta đặt máy kinh vĩ tại điểm 4 và đặt góc bằng 1800 ở hai vị trí của ống kính (hình 7.11). Giá trị các góc bằng b1, b2 và chiều dài d được xác định bằng phương pháp giải tích hoặc bằng phương pháp đồ giải từ thiết kế trên các bình đồ tổng hợp, tuỳ vào độ chính xác yêu cầu. Hình 7.11. Bố trí trục thẳng trên thực địa Bố trí trục nghiêng Trong thực tế có những trường hợp phải bố trí các trục nghiêng. Giả sử từ điểm A cần phải bố trí một trục AB, nghiêng so với mặt phẳng nằm ngang một góc v, cho biết khoảng cách nằm ngang giữa hai điểm A và B là D. Giả sử đã biết độ cao của điểm A là HA thì độ cao của điểm B sẽ là: Biết độ cao của điểm B ta bố trí điểm đó trên thực địa theo phương pháp đã trình bày ở trên. Như vậy, đã bố trí được trục nghiêng A-B xác định bằng hai điểm A và B ở hai độ cao khác nhau. Trong thực tế, để phục vụ cho công tác thi công xây dựng đòi hỏi phải bố trí các điểm trung gian 1, 2, 3, ... trên trục nghiêng A-B. Muốn vậy, đặt máy kinh vĩ tại điểm A ngắm lên mia tại điểm B sao cho chỉ giữa của màng dây chỉ chữ thập chỉ số đọc trên mia bằng độ cao im của máy. Trên đường AB ta bố trí các cọc trung gian 1, 2, 3, sao cho số đọc trên mia đặt tại điểm này bằng chiều cao im của máy (hình 7.12) chân mia sẽ là điểm 1, 2, 3 cần tìm. Hình 7.12. Bố trí trục nghiêng ra thực địa 7.4. QUI HOẠCH MẶT BẰNG CÔNG NGHIỆP Qui hoạch mặt bằng công nghiệp là tạo một bề mặt bằng phẳng để xây dựng trên đó các nhà cửa, công trình công nghiệp, đường giao thông, v.v.... Mặt bằng công nghiệp có thể nằm ngang hoặc nghiêng so với mặt phẳng nằm ngang một góc nào đó. Nội dung công tác trắc địa phục vụ qui hoạch mặt bằng công nghiệp bao gồm công việc sau đây: 1/ Bố trí ra thực địa biên giới mặt bằng công nghiệp 2/ Thành lập mạng lưới thi công xây dựng trên phạm vi mặt bằng công nghiệp. 3/ Xác định độ cao các điểm của mạng lưới thi công xây dựng. 4/ Xác định hiệu độ cao giữa độ cao thiết kế và độ cao thực tế tại từng điểm của mạng lưới thi công xây dựng. 5/ Xác định khối lượng cần phải đào đi hoặc đắp vào trên mặt bằng công nghiệp. 6/ Đo vẽ hoàn công mặt bằng công nghiệp đã qui hoạch. Mặt bằng công nghiệp được thiết kế trên các bản đồ địa hình hoặc các bình đồ tổng hợp. Biên giới của mặt bằng công nghiệp được vạch rõ trên các bản thiết kế đó. Nhiệm vụ của trắc địa là phải bố trí biên giới của mặt bằng thiết kế này trên thực địa. Để giải quyết được nhiệm vụ đó, trắc địa phải thành lập một đường chuyền kinh vĩ khép kín, bao quanh khu vực mặt bằng công nghiệp. Thông qua đo đạc và tính toán xác định toạ độ của các điểm đường chuyền kinh vĩ. Các điểm này là cơ sở để bố trí các yếu tố, xác định chính xác biên giới mặt bằng công nghiệp, v.v... Để bố trí các yếu tố công trình, phải xây dựng lưới thi công. Lưới thi công là tập hợp điểm được bố trí trên phạm vi mặt bằng công nghiệp. Tuỳ thuộc vào địa hình mà lưới thi công có thể thành lập theo dạng lưới hình chữ nhật hoặc lưới ô vuông. Thông thường, cạnh của các ô chữ nhật hoặc ô vuông có chiều dài từ 10-30 mét tuỳ thuộc vào địa hình và diện tích lớn nhỏ của mặt bằng qui hoạch (hình 7.13). Các điểm của lưới thi công được bố trí bằng các cọc gỗ trên đó có đóng đinh nhỏ làm tâm. Sau khi đã bố trí xong lưới thi công ngoài thực địa, ta tiến hành đo cao hình học để xác định toạ độ cao các điểm của lưới. Nếu gọi độ cao thực tế của các điểm lưới xây dựng là H1, H2, H3, v.v và độ cao thiết kế của mặt bằng công nghiệp là H0, thì hiệu độ cao giữa chúng sẽ bằng: .. Nếu DH mang dấu dương (nghĩa là độ cao thực tế lớn hơn độ cao thiết kế) thì tại điểm đó cần phải đào đi; nếu DH mang dấu âm (nghĩa là độ cao thực tế nhỏ hơn độ cao thiết kế) thì tại đó cần phải đắp vào. Từ các số liệu đó có thể xác định khối lượng cần phải đào đi hoặc đắp vào cho từng ô vuông. Bộ phận thi công sẽ dựa vào đó để san gạt đào đắp, chuyển một khu đất gồ ghề lồi lõm thành một bề mặt bằng phẳng có độ cao theo thiết kế thích hợp cho việc xây dựng các nhà cửa, đường giao thông, các công trình công nghiệp, v.v Hình 7.13. Quy hoạch mặt bằng công nghiệp 7.5. CÔNG TÁC BỐ TRÍ CHI TIẾT CÔNG TRÌNH Nhà cửa và các công trình công nghiệp được xây dựng trên mặt bằng công nghiệp. Trắc địa có nhiệm vụ phải bố trí các yếu tố hình học của chúng trên thực địa một cách chính xác bảo đảm cho công tác thi công đúng theo yêu cầu thiết kế. Công tác bố trí các yếu tố chi tiết của nhà cửa và công trình trên thực địa phải dựa vào các bản sơ đồ riêng cho từng loại. Sơ đồ được sao vẽ lại từ các bình đồ thiết kế tổng hợp. Trên sơ đồ này cần ghi rõ các số liệu cần thiết cho công tác bố trí như: toạ độ điểm, góc bằng, chiều dài, độ cao, v.v(hình 7.14). Khi bố trí nhà và công trình trên thực địa đầu tiên ta bố trí tâm và các trục chính của nó. Từ tâm và các trục chính đó để bố trí các chi tiết khác. Hình vẽ minh hoạ trường hợp bố trí móng một ngôi nhà. Trên hình vẽ: 0 là tâm của móng nhà và là giao điểm của hai trục chính KM và LN. Công tác bố trí móng nhà được tiến hành sau: 1. Đặt máy kinh vĩ tại điểm A bố trí trên thực địa góc bằng bA và chiều dài dA (phương pháp toạ độ độc cực) ta sẽ xác định được điểm 0. Đặt máy kinh vĩ tại điểm 0 bố trí các góc bằng b0 và (b0 + 900) sẽ xác định được hai trục chính KM và LN của móng nhà. Để phục vụ lâu dài việc theo dõi, kiểm tra trong quá trình thi công, các điểm K, M, N, L cần bố trí xa ngoài phạm vi móng nhà tránh bị phá hoại hoặc dịch chuyển do ảnh hưởng của công tác thi công xây dựng. Hình 7.14. Sơ đồ bố trí móng nhà 3. Từ điểm 0 dọc theo các trục chính đặt các chiều dài dk, dn, dm, dl (số liệu ghi trên sơ đồ theo thiết kế) ta xác định các điểm k, l, m, n. 4. Từ các điểm k, l, m, n dùng phương pháp giao hội góc hoặc phương pháp toạ độ độc cực xác định các điểm I, II, III, IV. Bằng cách đó để bố trí các trục của móng nhà. 5. Từ các trục móng nhà, dựa theo các số liệu kích thước của móng để bố trí các chi tiết khác như biên giới tường, biên giới hố móng, v.v Hình 7.15. Đánh dấu đường biên móng nhà Đường biên móng nhà được giới hạn bằng các dây căng giữa các điểm đánh dấu trên cọc ngựa, bộ phận thi công dựa vào đó để đào và xây móng. Giao điểm của các dây này xác định các góc móng nhà. Khi cần kiểm tra phải dùng dây dọi treo tại các điểm cắt đó (hình 7.15). Trong quá trình thi công, trắc địa phải thường xuyên kiểm tra kích thước, độ sâu của móng. Trong trường hợp cần thiết, phải tiến hành đo cao hình học xác định độ cao của móng, điều chỉnh những sai lệch bảo đảm đúng độ cao đã qui định trong thiết kế. MỤC LỤC Trang