Giáo trình Đo đạc điện tử (Nghề Trắc địa công trình - CĐTC)

Với cách mã hoá như trên thì mỗi vị trí bàn độ sẽ ứng với một mã nhất định chính vì vậy mà các loại máy này còn được gọi là máy mã hoá tuyệt đối.. Máy kinh vĩ số loại xung Trong phương

Quảng Ninh, năm 2021

BÀI 1 SỬ DỤNG AN TOÀN VÀ BẢO QUẢN MÁY TOÀN ĐẠC ĐIỆN TỬ

1 Hướng dẫn sử dụng tài liệu

- Tài liệu này được biên soạn dựa theo bản tiếng Anh nhằm mục đích hướng dẫn nhanh cho người mới làm quen với các máy toàn đạc seri DTM-332 Nikon

- Từng phần trong tài liệu này được chỉ dẫn độc lập để tra cứu nhanh khi sử dụng

- Một số thuật ngữ và khái niệm dùng trong tin học và công nghệ thông tin

- Các chữ trắng nền đen là hiển thị trên màn hình

2 An toàn và bảo quản máy

2.1 An toàn khi sử dụng

- Các máy toàn đạc seri DTM-332 là loại máy laserS cấp 1, không cần

có thêm biện pháp an toàn khi vận hành sử dụng máy, nhưng cấm dọi tia ngắm vào mặt hay mắt người, khi không sử dụng nên đậy nắp ống kính

- Cấm nhìn qua ống kính trực tiếp vào mặt trời

- Cấm dùng trong mỏ than, vùng có bụi than hoặc gần các chất bay hơi

- Kiểm tra tình trạng quai đeo, khóa, bản lề trước khi cất máy vào hòm

- Kiểm tra tình trạng các ốc khóa chân máy trước khi lắp máy lên

- Ren đế máy là 5/8”, kiểm tra đầu ren ốc gắn máy

- Cấm vác chân máy di chuyển trạm khi có máy đang lắp trên chân

- Cấm dùng hòm máy làm vật kê chân hay ghế đứng, ngồi

- Đọc cẩn thận hướng dẫn sử dụng bộ nạp

2.2 Bảo quản máy

• Cấm để máy phơi trực tiếp dưới nắng hay trong xe cộ đóng kín

• Sau khi dùng trong thời tiết độ ẩm cao hay mưa nhỏ, phải lau chùi kỹ, làm khô máy rồi mới cất vào hòm

• Cất giữ bảo quản máy ở nơi khô ráo, thoáng khí có nhiệt độ không quá 30C

• Các phím bấm và núm khóa, núm vi động, ốc cân máy rất nhạy cảm, cấm thao tác mạnh và đột ngột

• Bao giờ cũng đậy nắp che ống kính và để máy vào hòm đúng theo chỉ dẫn

• Cấm dùng các chất tẩy rửa để lau chùi vệ sinh máy

• Vệ sinh kính mắt, kính dọi tâm và ống kính bằng vải bông thấm cồn

• Cấm để mở hòm máy dưới trời mưa hay nơi bụi bặm

• Khi loại bỏ pin BC-65 phải làm đúng theo qui định vệ sinh môi trường

3 Thay pin và lắp

Thao tác thay pin gồm 3 bước:

Bước 1: Xoay nút hoặc ấn nút tháo

Bước 2: Tháo bộ gá

Bước 3: Tháo pin ra

Thao tác lắp pin làm ngược lại quá trình trên, chú ý chiều âm dương của pin

4 Nạp pin và bảo quản pin

- Chỉ sử dụng nguồn theo đúng quy định của nhà sản xuất Chỉ sử dụng bộ nạp trong nhà

- Tránh nhưng tác động mạnh, va đập vào bộ sạc

- Tránh xa tầm tay trẻ em

- Bảo quản nơi khô ráo, thóa mát và ổn định

- Pin mới nên sạc 8 tiếng và sử dụng cạn pin “liên tục trong 3 lần” giúp kính ứng và tang khả năng dự trữ tối đa của Pin

- Sạc pin đầy trước khi sử dụng, tránh thường xuyên dùng cạn pin

- Sử dụng pin chính hãng, để tránh chai pin hoặc làm hỏng pin

- Sạc Pin nơi thoáng mát, không sạc khi trời ướt vì gây hỏng linh kiện điện tử, tắt nguồn trước khi tháo Pin để sạc và chỉ dùng bộ nạp chuyên dùng cho từng loại máy

- Định kì sạc lại 2 tháng 1 lần nếu không sử dụng

- Bảo quản Pin nơi có nhiệt độ từ 100C-450

- Không sử dung dịch tẩy rử để vệ sinh Pin, tránh tiếp xúc với nước và môi trường ẩm ước

- Đặt máy toàn đạc vào hộp đúng tiêu chuẩn đảm bảo máy chống va chạm để máy luôn bền bỉ dù có va chạm mạnh

- Thường xuyên lau chùi, vệ sinh máy để loại bỏ bụi bẩn

- Bảo quản máy toàn đạc ở những nơi khô thoáng, sạch sẽ, tránh ẩm ướt và bụi bẩn

- Thường xuyên đem máy đi kiểm tra định kì

BÀI 2 CÁC LOẠI MÁY ĐO ĐẠC ĐIỆN TỬ

1 Máy kinh vĩ điện tử

Máy kinh vĩ điện tử có 2 loại là : Máy kinh vĩ số loại mã hoá bàn độ và máy kinh vĩ số loại xung

1.1 Máy kinh vĩ số loại mã hoá bàn độ

Các máy kinh vĩ số có cấu tạo như máy kinh quang học bình thường, chỉ khác một điều là máykinh vĩ số sẽ tự động đo góc và hiển thị trên màn

hình tinh thể lỏng Số liệu đo góc được lưu vào trong bộ nhớ của máy để tiếp tục xử lý Các máy kinh vĩ sử dụng phương án mã hoá bàn độ gọi là các máy kinh vĩ mã hoá

Trong các máy kinh vĩ mã hoá, bàn độ đứng và bàn độ ngang không được chia vạch như các máy kinh vĩ thông thường Phần ngoài bàn độ nơi người ta khắc vạch với máy kinh vĩ thông thường thì người ta lại khắc cácvòng tròn đồng tâm đó người ta lại phân thành các ô vuông riêng biệt kề nhau Các ô vuông này được sơn đen không cho ánh sáng truyền qua tương ứng với giá trị “0” còn ô vuông trong suốt cho ánh sáng đi qua và có giá trị là

“1” Với cách mã hoá như trên thì mỗi vị trí bàn độ sẽ ứng với một mã nhất định chính vì vậy mà các loại máy này còn được gọi là máy mã hoá tuyệt đối

Để đọc được giá trị của bàn độ người ta dùng một số cửa sổ đọc số có bề rộng

là 1 byte Muốn hiểu được giá trị của bàn độ cần phải dùng bộ giải mã (Dicorder) để chuyển số đọc từ dạng mã hoá sang dạng số và số đọc sẽ được hiện lên trên màn hình của máy

+ Ưu điểm của phương pháp mã hoá bàn độ:

Phương pháp mã hoá bàn độ có thể dễ dàng nâng cao độ phân giải của bàn độ để nâng cao độ chính xác đọc số Việc này có thể thực hiện được bằng cách tăng số vòng tròn trên bàn độ

Ví dụ: Nếu bàn độ được chia thành 4 vòng thì với 1 mã có chiều dài 8 bit thì độ phân giải của màn hình sẽ là 1’ Nếu tăng số vòng tròn trên bàn độ lên thành 5 vòng thì độ phân giải của màn hình sẽ là 1”

+ Nhược điểm của phương pháp mã hoá bàn độ:

Bàn độ mã hóa phải được gia công với độ chính xác rất cao nên khó chế tạo Chính vì vậy mà phương pháp này hiện nay rất ít sử dụng

1.2 Máy kinh vĩ số loại xung

Trong phương án xung vùng làm việc được chia thành các vạch trong suốt và sẫm màu xen kẽ nhau khoảng cách giữa các vạch bằng bề rộng của chúng Giá trị bàn độ được xác định nhờ một hệ thống quét quang điện Khi chiếu một tia sáng hẹp đi qua Photođiode sẽ biến các xung ánh sáng thành các xung điện từ Trong máy được trang bị sẵn bộ phận đếm xung, do đó các xung thu được ở Photođiode được chuyển dần đến bộ phận đếm xung, bộ phận này

sẽ tự động đếm các xung Nếu ta đánh dấu một xung ban đầu có giá trị bằng

“0”thì ở mỗi bàn độ sẽ tương ứng với một số xung nhất định tính từ xung khởi đầu Như vậy, nếu dùng một máy đếm xung để đếm sô xung từ vạch khởi đầu đến vị trí hiện thời của bàn độ chúng ta sẽ xác định được góc hợp bởi vạch

khởi đầu và vị trí hiện thời của bàn độ và giá trị góc này sẽ được hiển thị trên màn hình của máy

Ha – Xung ánh sáng thu được phía sau bàn độ trước khi đi vào Photodiode

Hb – Các xung thu được do Photodiode

Hình 2 Các xung ánh sáng và xung điện từ trước và sau khi đi vào Photodiode

Ưu điểm của phương pháp xung:

+ Độ chính xác đo gúc cao

+ Cấu tạo bàn độ đơn giản, dễ chế tạo

+ Máy có kích thước gọn nhẹ, tiêu thụ ít năng lượng

Với những ưu điểm trên, hiện nay hầu hết các máy toàn đạc điện tử đều được chế tạo theo phương pháp này

1 3 Một số máy kinh vĩ điện tử

2 Máy đo dài điện tử

Do các máy đo xa điện tử sử dụng dải sóng radio cực ngắn và dải sóng ánh sáng làm sóng mang Hai dải sóng này nằm trong thành sóng điện từ, chính vỡ thế trước khi đi nghiên cứu về máy toàn đạc điện tử ta cần biết một

số kiến thức cơ bản về sóng điện từ

2.1 Sóng điện từ và các tham số của sóng điện từ

Ha

Hb

a Khái niệm cơ bản về dao động

Có nhiều dạng dao động nhưng cơ bản và đơn giản nhất là dao động điều hoà hinh Sin có phương trình:

y = A sin(t + 0) Trong đó:

A - biên độ của dao động;

 - tần số gúc;

(t + 0) - pha dao động;

0 - pha ban đầu

Hình 4.2 Đồ thị dao động hình sin

Cho vectơ có độ lớn A quay ngược chiều kim đồng hồ với vận tốc đều

 và xuất phát từ vị trí ban đầu 0 (t=0) lúc đó tại thời điểm t bất kỳ hình chiếu A trên chục tung có giỏ trị tức thời y(t) Vectơ A quay vẽ lờn một hình sin điều hoà Khoảng thời gian thực hiện 1 vũng quay của A gọi là chu

kỳ T Khi dao động lan truyền trong môi trường xung quánh thì nó được gọi

là sóng nếu sóng truyền với tốc độ V trong thời gian 1 chu kỳ T thì độ dài chuyểnt rời đó được gọi là bước sóng , còng với tốc độ ấy sóng được lan truyền trên một khoảng cách là D thì phương trình dao động có dạng là:

y = Asin ( D

t V

− ) + 0  (1.2)

b Các tham số cơ bản của dao động

+ Biên độ A: Là giá trị cựcđại biểu thị độ lớn của dao động hình sin, đơn vị của nó là đơn vị của đại lượng hình sin

+ Pha của dao động  = t + 0 : Biểu thị trạng thái bao gồm độ lớn và phương chiều của dao động hình sin tại một thời điểm nào đó

+ Pha ban đầu 0: Biểu thị trạng thái ban đầu t = 0 của dao động hình sin

+ Chu kỳ T: Là khoảng thời gian ngắn nhất để dao động quay trở lại trạng thái ban đầu

+ Tần số f: Là số dao động toàn phần thực hiện được trong thời gian 1 giây (f=1/T)

+ Tần số gúc : Là tốc độ quay vũng của dao động hình sin Trong thời gian 1 chu kỳ T dao động thực hiện với 1 vũng pha la 2 Như vậy, tốc độ quay là:

2

2 f T

Sóng điện từ là sóng ngang với vectơ cường độ điện trường E và vectơ cảm ứng từ H vuông góc với phương truyền sóng Sóng điện từ được chia thành các dải sóng sắp xếp theo thứ tự tăng dần của tần số Trong các máy đo

xa điện tử người ta dùng dải sóng có tần số từ 1013 – 1015 Hz làm sóng lan truyền và sóng có tần số 10 - 500MHz với độ ổn định cao làm tín hiệu đo

Hình I.5 Sóng điện từ Một trong những tính chất quan trọng của sóng điẹn từ là có tính phân cực nghĩa là vectơ dịch chuyển có khả năng chỉ truyền theo một phương trong

một mặt phẳng cố định Phương trình dao động của sóng điện từ phân cực thẳng truyền trên trục x với vận tốc v có dạng:

Sóng điện từ đơn sắc là sóng có tần số không đổi Các sóng đơn sắc có tần số khác nhau sẽ truyền với vận tốc khác nhau tốc độ lan truyền phụ thuộc vào tần số được gọi là sự tán sắc hay phân tán Trong thực tế không tồn tại sóng điện từ đơn sắc mà nó tập hợp từ các sóng khác nhau có tần số khác nhau

Hình I.6 Thang sóng điện từ

d Tính chất đặc trưng của sóng điện từ

Sóng điện từ truyền trong những môi trường sau:

+ Trong môi trường đồng nhất sóng điện từ truyền thẳng

+ Khi gặp chứng ngại vật, sóng điện từ bị gãy khúc và gọi là hiện tượng nhiễu xạ Sóng có bước sóng () càng lớn thì mức độ nhiễu xạ sóng càng cao

+ Khi truyền sóng qua hai môi trường khác nhau, tại mặt tiếp giáp sóng điện từ bị phản xạ và khúc xạ Nếu bề mặt phản xạ không bằng phẳng sẽ gây lên hiện tượng tán xạ (khuyếch tán)

+ Trong môi trường không đồng nhất sóng điện từ truyền theo đường cong + Khi hai sóng kết hợp (giao nhau) sẽ xảy ra hiện tượng giao thoa + Năng lương sóng điện từ truyền trong môi trường bị hấp thụ, tốc độ truyền sóng chỉ không đổi trong môi trường chân không, còn trong môi trường đo (khí quyển) nó phụ thuộc vào các yếu tố khí tượng (nhiệt độ T, áp suất P, độ ẩm E) Các yếu tố này được đặc trưng bởi hệ số chiết suất khí quyển (n) hoặc chỉ số chiết suất khí quyển (N=n-1).106 Công thức xác định vận tốc truyền sóng V:

V = C/n (1.3)

2.2 Nguyên lý của phương pháp đo dài điện tử

Hình I.7 Sơ đồ đo khoảng cách

Các máy đo dài điện tử xác định khoảng cách theo phương pháp gián tiếp Tức là khoảng cách được xác định khi đó biết vận tốc và thời gian của

nó

1 2

D= v t (1.4) Trong đó:

D - Khoảng cách cần xác định

v - Vận tốc lan truyền tín hiệu v

t - Thời gian lan truyền tín hiệu

Độ chính xác đo khoảng cách D phụ thuộc vào độ chính xác, xác định vận tốc trong môi trường đo (v) và độ chính xác đo thời gian (t)

Như vây, để xác định đươc khoảng cách ta chỉ cần đo thời gian từ lúc tín hiệu phát đi cho đến khi tín hiệu phản hồi trở lại Tín hiệu có thể sử dụng

là sóng âm thánh, sóng điện từ, sóng siêu âm Nếu sử dụng sóng âm thì độ chính xác không cao vỡ võnh tốc lan truyền sóng chậm và nó phụ thuộc vào điều kiện ngoại cảnh như nhiệt độ (t0), áp suất khí quyển (P) Trong các máy

đo xa điện tử dùng cho trắc địa người ta không dùng sóng âm mà chỉ dùng sóng điện từ bao gồm sóng ánh sáng và sóng radio

Để thoả món độ chính xác đo khoảng cách trong trắc địa thì yờu cầu về độ chính xác, xác định thời gian là rất cao, sai số trung phương của đồng hồ đo thời gian được xác định theo công thức

+ Máy loai xung: Là loại máy mà tín hiệu của bộ phận phỏt và bộ phận thu la cỏc xung Thời gian được xác định trực tiếp bằng cách đếm xung

+ Máy loại pha: Là loại máy mà tín hiệu là các dao động hình sin liờn tục Thời gian được xác định gián tiếp qua hiệu pha giữa tín hiệu gốc và tín hiệu phản hồi

2.3 Các ph ương pháp đo khoảng cách

2.3.1 Phương pháp đo xung

a Nội dung của phương pháp đo xung

Trong phương pháp xung người ta xác định khoảng thời gian truyền xung điện tử Độ dài D được xác định theo công thức:

1 2

Hình I.8 Sơ đồ khối máy đo dài loại xung

b Hoạt động của máy

Bộ phận tín hiệu (1) của máy phát các xung ánh sáng hoặc vô tuyến về trạm phản hồi (2) hay gương phản xạ đặt ở điểm cần đo, tín hiệu phản hồi trở lại được bộ phận thu (3) của máy thu lại toàn bộ Thời gian tín hiệu lan truyền

đi và về trên khoảng cách cần đo tính bằng đồng hồ điện tử chính xác (4,5,7,8)

Bộ phận phát tín hiệu đo (4) được cấu tạo từ tinh thể thạch anh (SiO2) Dựa vào hiện tượng áp điện thuận nghĩa là ta đặt một tấm thạch anh trong điện trường biến đổi thì nó sẽ dung động với tần số đúng bằng tần số biến thiên của điện trường

Thông thường thạch anh được đặt trong hộp cộng hưởng làm bằng thuỷ tinh hoặc chất dẻo ngoài hộp có ghi trị số dao động riêng của nó Khi tần số của điện trường đặt vào hộp xấp xỉ bằng tần số của thạch anh thì nó co gión mạch với tần số rất ổn định Ngoài ra máy đo xa điện tử hộp cộng hưởng còn đặt trong bộ ổn định nhiệt Khối (4) phát ra dao động dạng hình sin có tần số

ổn định fđđược dẫn đến bộ phận tạo xung (5) của máy

Hình I.9 Tín hiệu vào và ra của khối (4) va khối (5)

Ở nối ra của khối (5) chúng ta thu được các xung có dạng hình bỳi gai Ứng với mỗi chu kỳ của dao động thì hình sin chúng ta có một xung õm và một xung dương, thông thường người ta lọc bớt xung âm đi chỉ còn xung dương có dạng hình bỳi gai Cỏc xung này được dẫn đến máy đếm xung (7) trước khi đếm các xung này phải đi qua khoá điện từ (6) Khóa điện từ (6) được điều khiển bởi xung phát làm nhiệm vụ mở khoá điện từ, lúc này các xung được qua khoá điện từ và đến bộ phận đếm xung Khi có tín hiệu phản hồi về bộ phận thu của máy thì một phần năng lượng được dẫn đến khoá điện

từ làm nhiệm vụ đóng khoá điện từ chỉ mở trong khoảng thời gian lúc phát tín hiệu đến khi có tín hiệu phản hồi trở về bộ phận thu của máy

Khoảng cách từ trạm thu, phát đến gương càng lớn thì số xung đếm được càng lớn và ngược lại Dựa vào số xung đếm được người ta có thể tính được kết quả cân đo:

thêm một số lẻ nữa

c Ưu nhược điểm của phương pháp

+ Ưu điểm: Máy có cấu tạo gọn nhẹ, tiêu thụ ít năng lượng So với

máy loại pha có cùng tính năng thì máy loại xung có tầm hoạt động xa hơn Hiện nay đa số các máy toàn đạc điện tử đều sử dụng phương pháp này để đo khoảng cách

+ Nhược điểm: Máy đo xa loại này thường dùng sóng cao tần nên dễ

bị môi trường hấp thụ, khả năng phản xạ ban đêm kém hơn ban ngày

2.3.2 Phương pháp đo pha

a Sơ đồ khối của máy đo xa loại pha

(1) Bộ phận phỏt tín hiệu (2) Bộ phận thu tín hiệu (3)Bộ phận đo pha (4) Bộ phận gương phản xạ

Hình I.10 Sơ đồ khối máy đo xa loại pha

b Hoạt động của máy

Trong các máy đo xa loại pha khoảng cách được xác định gian tiếp thông qua hiệu pha giữa tín hiệu gốc va tín hiệu phản hồi

 = g - ph Giả sử tạo bộ phận phát tín hiệu (1) phát ra bức xạ sóng điện từ dao động điều hoà:

uA = U0 cos(t + 0) (1.8) Gọi khoảng cách cần xác định là D như vậy ta có phương trình dao động tại B là:

 = n.2+  (1.12) Trong phương pháp đo pha để xác định n ta phải biết giá trị gần đúng của khoảng cách D Để tỡm được n người ta phải dùng phương pháp giải bài toán đa trị tức cho máy đo trên 2 hoặc 3 tần số cố định

c Ưu nhược điểm của phương pháp

+ Ưu điểm: Máy đo theo phương pháp này có cấu tạo đơn giản, độ

chính xác đo khoảng cách cao

+ Nhược điểm: Phương pháp này tiêu thụ nhiều năng lượng, so với các

máy đo xa laọi xung có cùng tính năng thì máy đo xa loại pha có tầm hoạt động ngắn hơn Chính vỡ vậy mà phương pháp này ít được sử dụng trong các máy toàn đạc điện tử hiện nay

2.4 Cỏc mỏy đo dài điện tử

3 Mỏy thủy chuẩn điện tử

Nguyờn lý cấu tạo của mỏy thủy chuẩn, hệ thống mỏy thủy chuẩn điện

tử gồm 3 phần:

Phần 1: Mia mó vạch, mó định hướng ngẫu nhiờn hai chiều

Phần 2: Hệ thống ống kớnh, giống như ống kớnh của mỏy thủy chuẩn thụng thường Gồm cú kớnh vật, kớnh điều quang, hệ thống lăng kớnh phõn chia ỏnh sỏng, kớnh mắt…

Phần 3: Bộ phận xử lý tớn hiệu điện của mỏy thủy chuẩn kỹ thuật số Trong đú, quan trọng là bộ cảm biến CCD biến tớn hiệu ỏnh sỏng thành tớn hiệu điện

Mỏy thủy chuẩn điện tử

Mia mó vạch

4 Mỏy toàn đạc điện tử

4.1 Nguyên lý cấu tạo máy toàn đạc điện tử

Mỏy toàn đạc điện tử (Total Station) là sự kết hợp giữa bộ đo dài điện

tử (Ađ-on) và mỏy kinh vĩ điện tử tạo thành một khối thống nhất cho phộp đồng thời cả gúc và cạnh với độ chớnh xỏc cao

Trong mỏy toàn đạc điện tử, khoảng cỏch được đo bằng mỏy đo dài điện tử EDM (Electronic Distance Measurement) cũn cỏc gúc được đo bằng

máy kinh vĩ điện tử DT (Digital Theodolite) Máy toàn đạc điện tử có cấu tạo gồm 3 bộ phận chính:

Hình I.1 Sơ đồ khối máy toàn đạc điện tử

+ Khối 1: EDM (Electronic Distance Measurement)

Máy đo dài điện tử làm nhiệm vụ đo khoảng cách từ máy tới gương phản xạ Các máy toàn đạc điện tử hiện nay được trang bị EDM có tầm hoạt động từ 2 - 4km Độ chính xác đo khoảng cách tuỳ thuộc vào từng loại máy nhưng thông dụng hiện nay thường cho phép đo cạnh với độ chính xác  (3mm+2ppm) Toàn bộ quá trình đo khoảng cách được thực hiện tự động, kết quả được biểu hiện trên màn hình tinh thể lỏng LCD

+ Khối 2: Máy kinh vĩ điện tử - DT (Digital Theodolite)

Máy kinh vĩ điện tử có cấu tạo tương tự như máy kinh vĩ quang học hỉ thác là đo góc không phải thực hiện các thao tác như chập vạch hoặc đọc số trên thang đọc số mà 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 có thể sử dụng phương án: Phương án mã hoá bản độ và phương án xung Các máy kinh vĩ

sử dụng phương án mã hoá bàn độ gọi là máy kinh vĩ mã hoá, còn các máy sử dụng phương án xung được gọi là các máy loại xung

+ Khối 3: Chương trình phần mềm (Software)

Trong khối này người ta cài đặt các chương trình tiện ích để xử lý các bài toán trắc địa đơn giản như cải chỉnh khoảng cách nghiêng về khoảng cách ngang, tính hiệu chỉnh khoảng cách do các yếu tố khí tượng, hiệu chỉnh hệ số chiết quang và độ cong trái đất, tính chênh cao giữa 2 điểm đo bằng đo cao lượng giác, tính toạ độ các điểm theo chiều dài cạnh và góc phương vị, tính diện tích, chương trình giao hội điểm Để tăng dung lượng của bộ nhớ, các máy toàn đạc điện tử còn được trang bị thêm sổ đo điện tử (fildbook)

Kết hợp 3 khối trên lại với nhau ta được 1 khối thống nhất đa chức năng rất linh hoạt có thể đo đạc các đại lượng cần thiết và giải được hầu hết các bài toán trắc địa cơ bản như:

+ Hiệu chỉnh khoảng cách nghiêng về khoảng cách ngang

+ Hiệu chỉnh nhiệt độ, áp suất, chiết quang và độ cong trái đất

Máy đo dài điện tử

(EDM)

Chương trình phần mềm (Software) Máy kinh vĩ điện tử

(DT)

+ Xác định toạ độ điểm giao hội bằng các phương pháp giao hội thuận, nghịch và các điểm đường chuyền

+ Xác định chênh cao giữa 2 điểm bằng công thức lượng giác

Ngoài ra còn có thể chuyền số liệu trực tiếp vào máy tiếp tục quỏ trình xử

lý vẽ bản đồ, hoặc nhân 1 file số liệu nào đó từ máy tính vào bộ nhớ của máy và cài đặt cho máy những phần mềm thông dụng như MS - DOS Số liệu đo được lưu vào sổ đo điện tử và có thể trút vào máy tính bằng cáp chuyên dụng

Sau đây là sơ đồ công nghệ Trắc địa hiện đại với quy trình khép kín từ khâu đo đạc ngoại nghiệp đến khâu in ra bản đồ, bản vẽ Bao gồm các thiết bị: Máy toàn đạc điện tử, sổ ghi điện tử, máy tính, máy in và máy vẽ

Hình 1 Sơ đồ công nghệ

DT

Sổ đo điện tử EDM

Máy tính

CD, USB

Xử lý số liệu

Số hoá

4.2 Một số nguyên lý đo các đại lượng khác bằng máy toàn đạc điện tử 4.2.1 Đo khoảng cách ngang

Khoảng cách ngang được xác định theo công thức:

S = D.sinz (1.13) Trong đó:

D - Là khoảng cách nghiêng đo được

4.2.2 Tự đông hoá việc tính toán toạ độ

Toạ độ của mọtt điểm đo được máy tính trực tiếp bằng phần mềm xử lý

số liệu và kết quả được hiện thị ngay trên màn hình của máy

Gia số toạ độ điểm đo so với điểm trạm máy được tính theo công thức:

 = S cos; Y = S cos (1.15) Trong đó:

 - Là góc phương vị của cạnh nối điểm trạm máy với điểm đo

= đầu  1800 +  đo (1.16)

S – Khoảng cách ngang từ điểm trạm máy đến điểm đo

Toạ độ điểm đo được xác định theo công thức:

 =  + ; Y p =Y M + Y (1.17) Trong đó:

X p , Y p– Toạ độ điểm cần xác định

X M , Y M– Toạ độ điểm trạm máy

X, Y – Gia số toạ độ

4.2.3 Đo chênh cao giữa 2 điểm

Từ đại lượng đo trực tiếp như khoảng cách nghiêng, góc thiên đỉnh, chiều cao máy, chiều cao gương nhờ hệ thống phần mềm đó được cài sẵn trong máy, máy sẽ tự động tính ra chênh cao giữa hai điểm đứng máy và điểm đo:

h = Dsinz + im – it (1.18) Trong đó:

D - Khoảng cách ngiờng

Z - Góc thiên đỉnh

i m - Chiều cao máy

i t - Chiều cao tiờu

Nếu độ cao điểm trạm máy đó biết thì ta sẽ tính được độ cao điểm đo theo công thức: Hp = HA + h (1.19)

Trong đó:

H p - Độ cao điểm đo

H A - Độ cao điểm trạm máy

h

 - Chờnh cao

4.2.4 Đo giao hội

Trước khi người ta thường

sử dụng phương pháp giao hội góc

hay giao hội cạnh riêng biệt để xác

định toạ độ cho các điểm giao hội

Từ khi các máy toàn đạc điện tử ra

đời phương pháp giao hội nghịch

góc cạnh kết hợp được sử dụng

một cách rộng rói Với phương

pháp này người ta chỉ cần tối thiểu

2 điểm gốc Trong đó máy toàn đạc

điện tử đó cài sẵn phần mềm xử lý,

toạ độ điểm giao hội sẽ được tự

động tính và hiển thị kết quả trên

màn hình của nó

Hình I.10 Sơ đồ xác định toạ độ điểm giao hội dựa vào 3 điểm đó biết toạ độ

4.2.5 Xác định toạ độ điểm đường chuyền

Toạ độ các điểm trong đường chuyền được tính từ các đại lượng đo trực tiếp là góc

và cạnh

Hình I.11 Sơ đồ đường chuyền

Toạ độ điểm đường chuyền được tính từ A:

X = X +S cos ; X p1= X A+S1sin AP1 (1.20)

Toạ độ cho điểm P2 được tính từ toạ độ điểm P1 sau khi tính được ở trên sẽ được máy lưu lại Khi chuyển trạm máy sang điểm P1 ta chỉ cần chọn điểm P1 làm điểm trạm máy, lúc này máy sẽ tự đưa ra toạ độ điểm P1 mà nó đã tính được ở trên Toạ độ các điểm tiếp theo được tính tương tự

4.2.6 Đo khoảng cách gián tiếp

Hình I.12 Sơ đồ đo khoảng cách giữa 2 gương

Tại trạm máy sẽ đo, tính toạ độ và độ cao cho gương Khi đã biêt được toạ độ

và độ cao của 2 gương máy sẽ dễ dàng tính được khoảng cách nghiêng còng như khoảng cách bằng giữa 2 gương và độ chêng cao giữa chúng

4.3 Các dòng máy toàn đạc

Hiện nay, máy toàn đạc điện tử đang được sử dụng rộng rãi trong công tác trắc địa Có nhiều loại máy toàn đạc điện tử của các hãng khác nhau như: SOKIA, PENTAX, TOPCON của Nhật Bản, GEOTRONIC của Thuỵ Điển, LEICA của Thuỵ Sĩ Các loại máy này tuy có cấu trúc bề ngoài khác nhau nhưng đều có chung một nguyên lý hoạt động và có thể đồng thời tự động xác định chiều dài và độ cao

BÀI 3 TÌM HIỂU CHUNG MÁY TOÀN ĐẠC ĐIỆN TỬ

\

Hình III.1 Hình dạng cấu tạo bên ngoài của máy TS02- 7’’

Hình II1 Các bộ phận quan trọng của máy TS02- 7’’

4.Pin GEB 111

5.Bộ giá cho loại pin GEB 111

6.Nắp đậy ngăn chứa pin

7.Thị kính với ốc điều quang

8.Điều chỉnh tiêu cực

9.Tay sách tháo ra được

10.Cổng giao diện RS232

14 Bộ nguồn GEB 121 (tuỳ chọn)

15.Quan sát chùm tia sáng bằng thị giác 16.Màn hình

Đo khoảng cách và góc, ghi lại dữ liệu

Đo khoảng cách và góc, hiện kết quả đo lên màn hình, chư ghi lại dữ liệu

Phím có thể ấn định một trong số các chức năng từ menu FNC

Gọi các chương trình ứng dụng

Bật tắt màn hình cân bằng điện tử và tia Laser rọi tâm

Chuyển tới chức năng thứ hai của các phím (EDM, PNC, MENU, phím đèn chiếu sáng màn hình, ESC) và bật chuyển giữa chữ cái và số khi nhập dữ liệu

2 Các phím mềm (softkeys)

Các lệnh này xuất hiện ở hàng cuối cùng của màn mình Chúng có thể được chọn bằng các phím điều khiển (phím mũi tên) và được kích hoạt bằng phím Tuỳ thuộc vào chức năng ứng dụng mà các nút khác có thể hiện hữu

+ SET: Chấp nhận các giá trị đang thể hiện và thoát khỏi đối thoại

+ OK: Chấp nhận thông báo hay đối thoại thoát khỏi hoặc thoát khỏi đối thoại

+ EXIT: Thoát nhỏnh khỏi một chức năng, ứng dụng hay một menu, không chấp nhận các thay đổi

+ PREV: Trở về màn hình trước đó

+ NEXT: Tiếp tục

3 Các biểu tưởng

Một mũi tên kép chỉ ra cho ta biết đây là một trường lựa chọn

Cho biết rằng màn hình có nhiều trang và có thể chuyển tới bằng tổ hợp phím

I, II chỉ ra ống kính đang ở vị trí mặt I hay II

Cho biết việc đo góc bằng được đặt theo chiều thuận kim đồng hồ

Cho biết việc đo góc bằng được đặt theo chiều ngược kim đồng hồ

Biểu tượng trạng thái ”EDM type’’ (chế độ EDM):

Ifrared EDM: Chế độ đo hồng ngoại cho việc đo sử dụng gương hay các thiết bị phản xạ khác

Reflectorless EDM: Chế độ đo không sử dụng gương cho phép đo tới tất

cả các mục tiêu

Biểu tượng trạng thái ‘dung lượng pin:

Biểu tượng pin cho biết dung lượng còn lại của pin

Biểu tượng trạng thái Shift :

Phím Shift đã được nhấn xuống hoặc chuyển bật giữa nhập số, chữ cái

4 Bảng chọn chính (main menu)

1 Q-Survey (Quick-Survey) Chương trình đo nhanh (Màn hình cơ bản)

2 Prog (Programs) Các chương trình đo ứng dụng

3 Manage (File Management) Quản lý dữ liệu trong máy

4 Transfer (Data Transfer) Truyền số liệu

5 Setting (Settings Menu) Cài đặt

6 Tools (Tools Menu) Các công cụ

page1/3

Stakeout Chuyển điểm thiết kế ra thực địa

Free Station Giao hội nghịch

Reference Element Chương trình đo tham chiếu

page2/3

Tie Distace Đo khoảng cách gián tiếp

Area & Volume Đo và tính diện tích

Remote Height Đo độ cao không với tới

page3/3

Reference Plane Tham chiếu theo mặt phẳng

2.FILE MANAGEMENT QUẢN LÝ DỮ LIỆU

page1/2

Fixpoints Điểm cứng (Điểm toạ độ lưới)

page2/2

Delete Job Memory Xoá từng JOB, điểm đo, …

Memory Statistics Thông tin bộ nhớ

Hz Corr Bật/tắt bù sai số góc ngang

page2/5

Sector Beep Tiếng bíp phát ra khi đến góc ngưỡng (00,

900, 1800, …)

Hz Increment Đặt chiều tăng góc ngang

Face I Def Xác định mặt I cho máy

Lang Choice

page3/5

Angle Unit Cài đặt đơn vị đo góc

Min Reading Cài đặt số đọc góc nhỏ nhất

Dist Unit Cài đặt đơn vị đo cạnh

Dist Decimal Cài đặt kết quả đo cạnh sau dấu phẩy mấy số Temp Unit Cài đặt đơn vị đo nhiệt độ

Press Unit Cài đặt đơn vị đo áp suất

Grade Unit Cài đặt đơn vị hiển thị độ dốc

page4/5

Data Output Cài đặt lưu trữ cho DL (Bộ nhớ trong hay

USB) GSI -Format Cài đặt định dạng GSI ở đầu ra

GSI1681 00+1234567890123456 Code record Cài đặt ghi mã địa vật (Là trước hay sau

điểm đo)

Display ill Cài đặt chế độ chiếu sáng màn hình

Reticle ill Cài đặt chế độ chiếu sáng thập tự

page5/5

Displ Heater Sưởi ấm màn hình

Pre-/Suffix Tiền tố/ hậu tố

Auto-Off Cài đặt chế độ tự động tắt máy

3.2 EDM SETTINGS CÀI ĐẶT CHẾ ĐỘ ĐO XA

EDM Mode Chế độ đo xa

Prism Type Loại gương

Leica Const Hằng số gương Leica

Abs Const Hằng số gương người dùng

Laser-Point Laser dẫn đường

Guide Light Đèn dẫn đường

ATMOS Vào các tham số: Nhiệt độ áp suất… chỉ cần

vào các tham số này khi đo với khoảng cách lớn > 5km

4.COMMUNICATION

PARAMETER

THÔNG SỐ TRUYỀN DỮ LIỆU

Port Cổng truyền dữ liệu

Bluetooth Kiểu truyền dữ liệu Bluetooth

Baudrate Tốc độ truyền dữ liệu (…Bis/giây)

Databits 8 (Truyền dữ liệu thực hiện với 8 bit dữ liệu) Parity None : Không kiểm tra chẵn lẻ

5 TOOLS MENU HIỆU CHỈNH SAI SỐ

Hz-Collimation Hiệu chỉnh sai số góc ngang

V-Index Hiệu chỉnh sai số góc đứng

Tilt Axis Hiệu chuẩn bù trục

View Adjustment Data Xem các sai số của lần hiệu chỉnh trước Adjustment Reminder Nhắc nhở lần hiệu chỉnh sắp tới

Equip No Số thiết bị

RL-Type Loại đo laser hoặc không

NextService Lần hiệu chỉnh tới

Battery Tình trạng pin

Instr Temp Nhiệt độ

Oper System Thông tin phần mềm hệ thống

5 Chức năng của hệ thống ánh sáng dẫn hướng

Tuỳ chọn ánh sáng dẫn hướng EGL gồm hai nguồn ánh sáng màu nhấp nháy bên phía trên ống kính của máy toàn đạc Đối với máy TS02- 7’’có trang bị

hệ thống ánh sáng dẫn hướng này Người cầm gương được hướng dẫn bởi luồng ánh sáng thẳng tới hướng ngắm Khoảng cách thấy được lên tới 150m Hệ thống này rất hữu dụng khi chuyển các điểm thiết kế ra thực địa

OFF: Tắt ánh sáng dẫn hướng

ON: Bật tia sáng dẫn hướng

Menu tuỳ chọn này chỉ có hiệu lực khi hệ thống EGL đã được lắp lên máy

1 Doide phát ánh sáng đỏ

2 Doide phát ánh sáng vàng

* Dải hoạt động từ 5 – 150m

* Trường nhìn: 12m tại khoảng cách 100m

6 Các thuật ngữ kỹ thuật và các chữ viết tắt

Hình II4.2 Sơ đồ các trục máy

ZA – Hướng ngắm (trục của ống kính trùng với đường thẳng từ thập tự tuyến tới tâm của đối tượng đo)

HK – Bàn độ ngang (được chia mã vạch để đọc ra giá trị góc đứng)

Hình.III.5 Sơ đồ đo tại một trạm máy

SD – Biểu thị khoảng cách nghiêng (khoảng cách giữa tâm máy tới tâm gương hay tới tâm chùm tia Laser)

HD – Biểu thị khoảng cách bằng giữa điểm đặt máy và điểm đặt gương (hình chiếu xuống mặt phẳng nằm ngang của khoảng cách nghiêng)

dH – Chênh cao giữa điểm trạm máy và điểm đặt gương

hr – Chiều cao của gương tính từ mặt đất

Hi – Chiều cao máy tính từ mặt đất

E0 – Toạ độ trạm (hướng đông)

N0 – Toạ độ trạm (hướng bắc)

H0 – Cao độ trạm

E – Toạ độ Y của điểm đo

N – Toạ độ X của điểm đo

H - Độ cao Z của điểm đo

ppm – Giá trị hiệu chỉnh đo dài (1ppm = 1mm/1km)

BÀI 4 CÀI ĐẶT MÁY TOÀN ĐẠC ĐIỆN TỬ (SETTING)

1 Cài đặt chung (setting genneral)

1.1 Định tâm máy bằng hệ thống rọi tâm laser, cân bằng sơ bộ

- Đặt máy lên chân máy, siết chặt ốc giữ để cố định máy vào chân máy

- Xoay các ốc cân của đế để đưa nó vào vị trí giữa

- Rọi tâm Laser

Cơ cấu rọi tâm Laser được gắn với trục đứng của máy Trong điều kiện thông thường cần phải điều chỉnh hệ thống rọi tâm Laser Nếu cần phải điều chỉnh

thì liên hệ với các nhà cung cấp của bạn để họ hiệu chỉnh lại

Kiểm tra bằng cách xoay máy 3600

1 Đặt máy lên chân (cao khoảng 1.5m tính từ mặt đất) và cân bằng

2 Bật tia Laser rọi tâm bằng phím , và đánh dấu tâm của điểm đỏ trên mặt đất, bọt thuỷ điện tử hiện lên trên màn hình

3 Xoay máy từ từ 3600 và quan sát chùm tia Laser trên mặt đất

- Cố định các chân máy sao cho tia Laser chiếu vào điểm trên mặt đất

- Ấn chân máy xuống cho chắc, xoay các ốc cân của đế máy để định tâm thật chính xác tia Laser vào điểm mốc trên mặt đất

- Điều chỉnh chiều dài chân máy để cân bằng bọt thuỷ tròn, lúc này máy

đã được cân bằng sơ bộ

Hình IV.1 Sơ đồ định tâm cân bằng máy

1.2 Cân bằng máy chính xác bằng bọt thuỷ điện tử

Bật hệ thống cân bằng điện tử bằng phím Trong trường hợp máy bị lệch thì biểu tượng chưa cân bằng (hình bọt nước nghiêng) xuất hiện giữa màn hình

- Bằng cách xoay các ốc cân, đưa bọt thuỷ điện tử vào giữa, khi bọt thuỷ

điện tử nằm giữa thì máy đã được cân bằng chính xác

Kiểm tra rọi tâm Laser và điều chỉnh nếu cần

- Tắt bọt thuỷ điện tử và tia Laser rọi tâm bằng phím hoặc

1.3 Cài đặt cho việc đo góc

Gọi các chức năng của menu bằng cách ấn tổ hợp phím Khi đó

màn hình xuất hiện như sau:

Chọn chức năng "ALLSETTINGS" khi đó màn hình xuất hiện:

Chọn chức năng "ANGLE SETTINGS" để cài đặt cho việc đo góc:

Trong đó:

* Tilt corr (hệ thống bù nghiêng)

OFF: tắt hệ thống bù nghiêng

1- axis: Bù nghiêng cho trục đứng (các góc đứng được gắn với phương day dọi)

2 - axis: Các góc đứng được gắn với phương day dọi, các góc bằng được bổ chính để tính toán độ nghiêng của trục đứng

Các cài đặt đối với hệ thống bù vẫn giữ nguyên giá trị ngay cả sau khi đã tắt máy

* Hz - incremtation (chiều tăng của góc bằng)

Right: Đặt góc bằng về “đo theo chiều phải” (thuận chiều kim đồng hồ)

Left: Đặt góc bằng về “đo theo chiều trái” (ngược chiều kim đông hồ)

* V - setting (cài đặt góc đứng)

Hướng không của bàn độ có thể chọn theo thiên đỉnh hoặc theo mặt phẳng nằm ngang:

Zenith: Theo thiên đỉnh, góc đứng tăng từ 00 - 3600

Hoziontal plane: Theo mặt phẳng ngang, góc đứng phía trên mặt phẳng ngang có giá trị dương và phía dưới mặt phẳng ngang co giá trị âm

* Hz - colimation (hệ thống bù ngang)

ON: Bật chức năng bù góc bằng

OFF: Tắt chức năng bù góc bằng

* Angle Resolution (độ phân giải)

Dạng thể hiện góc có thể chọn theo 3 cấp độ phân giải:

- Với góc đo ở dạng độ: 0000’01”/0000’05”

- Với góc đo ở dạng gon: 0.0005gon/0.001gon/0.005gon

- Vói góc đo ở dang mil: 0.01mil/0.05mil/0.1mil

1.4 Đặt đơn vị

- Chọn chức năng UNIT SETTINGS để đặt đơn vị cho việc đo góc và đo cạnh Khi đó màn hình xuất hiện:

* Angle (đơn vị đo góc)

- 0 ’ ” (Độ, phút, giây) cho giá trị góc từ 00 tới 359059’59”

- DD (Độ thập phân) cho các giá trị góc từ 00tới 359.9990

- Gon (đơn vị Grad) cho các giá trị góc từ 0Gon tới 359.999 Gon

- Mil cho các giá trị góc từ 0 tới 6399.99 mil

- * Distance (đơn vị đo khoảng cách)

- m: Mét

- Ft/in 1/8: Feet Mỹ – inch – 1/8inch

- US.if: Feet chuẩn quốc tế

- mmHg: Miliment thuỷ ngân

- hPa: Hekto Pascal

- Inch Hg: Inch thuỷ ngân

-

2 Cài đặt các thông số liên quan đến đo khoảng cách (setting EDM) EDM SETTINGS chứa các menu chi tiết cho việc cấu hình hệ thống đo dài:

Cuộn sang màn hình thứ 2 bằng tổ hợp phím

* Laser Pointer

OFF: Tắt tia Laser chiếu vào đích

ON: Tia laser liên tục chiếu vào đích kể cả khi không thực hiện phép đo

* EDM Mode (chế độ đo dài)

Chế độ đo dài bao gồm chế độ đo hồng ngoại (IR) và chế độ đo không gương (RL)

* Prism Type (kiểu gương)

Có thể chọn các kiểu gương sau:

- Đo không sử dụng gương (RL)

Bảng 5.1 Các chế độ đo dài và độ chính xác của nó

RL_Prism Đo khoảng cách lớn cho việc đo khoảng cách có sử dụng

gương với chiều dài tối thiểu 1km (độ chính xác 5mm+2ppm)

IR_FILE Chế độ đo chính xác cho các phép đo có độ chính xác cao có

sử dụng gương (độ chính xác đạt 2mm+2ppm)

IR_FAST Chế độ đo nhỏnh có gương với tốc độ cao và độ chính xác

giảm (độ chính xác 5mm+2ppm)

IR_TRACK Đo khoảng cách liên tục (độ chính xác 5mm+2ppm)

IR_TAPE Đo khoảng cách sử dụng băng dán phản xạ (5mm+2ppm)

* Prism const (nhập hằng số gương)

Giá trị hằng số gương giới hạn từ -999mm tới +999mm

Trigger Key1 Cài đặt phím Trigger1

Trigger Key2 Cài đặt phím Trigger2

USER Key1

Định hình dạng phím với một chức năng trong

4 Cài đặt tham số truyền trút số liệu trên máy toàn đạc

Phần mềm Leica Survey Office được sử dụng để trao đổi dữ liệu giữa các dòng máy TPS 400, TS 02,… và máy tính (PC) Nó có chứa nhiều chương trình phụ trợ nhằm hỗ trợ cho người sử dụng để đạt hiệu quả cao nhất

4.9.1 Cài đặt máy tính:

Chương trình cài đặt cho Leica Survey Office nằm trên đĩa CD đi

kèm theo khi mua máy Toàn đạc hoặc download tại:

http://www.leica.vn/content/vn/chuyengiao.php

Để cài đặt, gọi chương trình “Setup.exe” trong thư mục trên Rom và theo các hướng dẫn trên màn hình

- Nội dung chương trình

Sau khi cài đặt thành công, các chương trình sau sẽ xuất hiện

- Data Exchange Manager:

Cho việc trao đổi dữ liệu như các toạ độ, số liệu đo, mã code và các File định dạng giữa máy tính và máy đo

- Codelist Manager: Cho việc tạo và quản lý các mã đặc tả (Ficture Codes)

- Software Upload : Cho việc nạp / xoá các phần mềm hệ thống, các