Giáo trình Trắc địa cơ sở 1: Phần 2 - Trường ĐH Công nghiệp Quảng Ninh

Phần 2 của giáo trình Trắc địa cơ sở 1 tiếp tục cung cấp cho học viên những kiến thức về: đo khoảng cách, phương pháp đo khoảng cách, độ chính xác trong đo khoảng cách; đo cao, thiết bị đo cao, phương pháp đo cao, độ chính xác trong đo cao; ứng dụng máy toàn đạc điện tử trong đo đạc;... Mời các bạn cùng tham khảo!

Chương 3

ĐO KHOẢNG CÁCH

Tóm tắt chương : Chương 4 “Đo khoảng cách” cung cấp những thông tin về khái niệm; phương pháp đo khoảng cách trực tiếp bằng thước thép, bằng máy kinh vĩ quang học và đo xa điện tử

3.1 Khái quát chung về đo khoảng cách

3.1.1 Khái niệm

Khoảng cách (độ dài) là một trong những yếu tố xác định vị trí không gian của các điểm trên mặt đất tự nhiên Đo khoảng cách là một trong các dạng đo cơ bản trong trắc địa

Khoảng cách giữa hai điểm A và B gồm hai loại:

Để xác định vị trí của các điểm trên mặt đất và biểu thị chúng lên bản đồ, cần phải

có số liệu khoảng cách giữa các điểm đó Dựa vào yêu cầu độ chính xác và dụng cụ đo,

có thể tiến hành đo khoảng cách theo nhiều phương pháp khác nhau Sau đây là một số phương pháp:

3.1.2.1 Đo khoảng cách trực tiếp

a Nội dung của phương pháp

- Chọn một thước đo có chiều dài cố định

- Xác định chiều dài chính xác của thước đo (kiểm nghiệm thước)

- So sánh khoảng cách cần đo với chiều dài thước Bằng cách lần lượt đặt thước lên khoảng cách cần đo

b Độ chính xác

- Phụ thuộc vào độ chính xác xác định chiều dài thước (độ chính xác kiểm nghiệm)

- Phụ thuộc vào độ ổn định của bản thân chiều dài thước

c Ưu, nhược điểm của phương pháp

+ Quá trình đo thủ công, không thể tự động hóa

3.1.2.2 Đo khoảng cách bằng máy quang học

a Nội dung

Đặt máy quang học ở một đầu của khoảng cách cần đo Đầu kia đặt thước có chia vạch với khoảng chia nhỏ nhất là 1cm Nhờ các định luật quang học khác nhau và mối quan hệ toán học, người ta xác định được khoảng cách cần đo

Hiện nay máy kinh vĩ và máy thuỷ chuẩn đo được khoảng cách nhờ có lưới chỉ chữ thập, mà người ta vẫn gọi là dây thị cự

b Ưu, nhược điểm của phương pháp

- Ưu điểm:

+ Cho phép đo khoảng cách rất nhanh

+ Đo được trong điều kiện địa hình phức tạp

Xác định khoảng cách gián tiếp thông qua khoảng thời gian lan truyền tín hiệu trên khoảng cách cần đo

b Ưu, nhược điểm của phương pháp

- Ưu điểm:

+ Cho phép đo khoảng cách rất nhanh

+ Đo được trong điều kiện địa hình phức tạp

+ Khắc phục được hầu hết các nhược điểm của hai phương pháp trên

3.1.2.4 Phương pháp giao thoa

a Nội dung

Đặt máy phát sóng ở một đầu của khoảng cách cần đo Đầu kia đặt máy phát sóng tương tự Nhờsử dụng hiện tượng giao thoa của sóng ánh sáng và mối quan hệ toán học, người ta xác định được khoảng cách cần đo

b Ưu nhược điểm của phương pháp

Ngoài ra còn có các phương pháp khác như đo bằng hệ trắc địa Radio, hệ Dopler

vệ tinh, hệ GPS v.v sẽ được nghiên cứu trong giáo trình chuyên ngành Giáo trình này chỉ giới thiệu ba phương pháp được áp dụng phổ biến trong công tác trắc địa cơ sở:

- Phương pháp đo khoảng cách trực tiếp

- Phương pháp đo khoảng cách bằng máy quang học

- Phương pháp đo khoảng cách bằng máy đo xa điện tử

3.2 Phương pháp đo khoảng cách

3.2.1 Đo khoảng các trực tiếp bằng thước thép

Đo khoảng cách trực tiếp là so sánh chiều dài khoảng cách cần đo với một dụng

cụ đo là thước hoặc dây có độ dài đã biết

Nếu gọi D là khoảng cách cần đo, l là chiều dài của thước và n là số lần đặt thước, theo hình 4-1 ta có:

Trong đó r là phần lẻ của thước

Hình 3.1 Đo khoảng cách trực tiếp

3.2.1.1 Dụng cụ đo khoảng cách trực tiếp

Như đã biết, trong phương pháp đo khoảng cách trực tiếp tùy theo yêu cầu độ chính xác có thể dùng thước thép hoặc thước dây inva Trong chương này giới thiệu trường hợp đo chiều dài trực tiếp bằng thước thép Các dụng cụ được dùng trong khi đo bao gồm:

1 Thước thép

- Thước thép thường: Là loại thước có chiều dài 20m, 30m, hoắc 40m, 50m, với

khoảng chia nhỏ nhất là 1cm Nó dùng để đo chiều dài với độ chính xác thấp (khoảng 1:2000) nên thường không có phương trình riêng Vạch “0” có thể được đánh dấu trên thước hoặc tính từ mép đầu của vòng tay kéo nó

- Thước thép chính xác: Là loại thước được làm bằng hợp kim có hệ số giãn nở

nhiệt thấp, dài từ 20m – 50m, với khoảng chia nhỏ nhất là 1mm Thông thường ngoài thước ra còn có thang đọc số phụ dài 20xm, được chia chính xác tới mm có thể gắn vào bất kì đềximet nào trên thước Thước này để dung để đo chiều dài với độ chính xác cao (khoảng 1:20000) và có phương trình riêng

2 Máy kinh vĩ, sào tiêu, cờ hiệu để dóng hướng

Hình 3.2 Một số dụng cụ đo khoảng cách trực

tiếp

3 Que sắt và cọc gỗ để đánh dấu số lần đặt thước thép và làm chuẩn khi đọc số;

4 Lực kế dùng để kéo thước đúng bằng lực kéo như lúc kiểm nghiệm;

5 Nhiệt kế dùng để đo nhiệt độ để tính số cải chính độ dãn nở của thước;

6 Thước đo góc đứng hoặc máy và mia thủy chuẩn dùng xác định chênh cao giữa hai đầu đặt thước để tính chuyển trị số đo khoảng cách nghiêng D về trị số khoảng cách ngang S

3.2.1.2 Kiểm nghiệm thước

Vì chiều dài của thước thép luôn bị thay đổi theo môi trường đo, nên trước khi đưa ra sử dụng cần phải kiểm nghiệm ở bãi chuẩn để đưa ra được phương trình của thước thép Phương trình của thước thép được viết theo công thức:

lt = lo + ∆lk + αlto(t-to) (3.2)

lo: chiều dài danh nghĩa của thước

α: hệ số giãn nở nhiệt của thước

to: nhiệt độ khi kiểm nghiệm thước

t: nhiệt độ môi trường khi đo

∆lk = lto – L0: là số chênh chiều dài thước ở nhiệt độ lúc kiểm nghiệm với chiều dài chuẩn Lo

3.2.1.3 Dóng hướng đường thẳng

Vì chiều dài của khoảng cách cần xác định thường lớn hơn nhiều so với chiều dài của thước Do vậy để đo được chính xác, ta phải tiến hành dóng hướng đường đo Dóng hướng đường đo là xác định một loạt điểm nằm trên hướng đường thẳng (trong mặt phẳng dây dọi) từ điểm đầu đến điểm cuối khoảng cách cần đo, sao cho khoảng cách giữa hai điểm kế tiếp nhau vừa đủ một lần đặt thước Dụng cụ để đánh dấu các điểm trên hướng đường đo có thể là que sắt, sào tiêu hoặc là các cọc gỗ trên đó có đánh dấu chữ thập, được đóng cố định xuống mặt đất phục vụ cho việc đo khoảng cách chính xác Tùy theo yêu cầu độ chính xác của việc dóng hướng mà ta có thể tiến hành dóng hướng bằng mắt hoặc bằng máy kinh vĩ

1 Dóng hướng bằng mắt

a Trường hợp hai điểm A, B trông thấy nhau

Ta cắm sào tiêu cố định ở A và N, một người đứng ở A dùng mắt điều khiển cho người thứ hai lần lượt đặt và đánh dấu vị trí các sào tiêu C, D trên hướng ngắm AB Muốn kéo dài hướng AB ta cũng làm tương tự (hình 3.3)

b Trường hợp hai điểm A, B không trông thấy nhau

Hình 3.3 Dóng hướng bằng mắt khi hai điểm trông thấy nhau

Nếu giữa A và B là một ngọn đồi ta phải dóng hướng theo phương pháp nhích dần như sau (hình 3.4a):

Dựng sào tiêu ở A và B, chọn điểm D1 sao cho điểm này nhìn thấy A, trên hướng

AD1 chọn điểm C1 sao cho từ C1 nhìn thấy B, trên hướng C1B chọn D2 sao cho nhìn thấy

A v.v cứ tiếp tục như vật cho đến khi từ C nhìn thấy A, D, B thẳng hàng và từ D nhìn thấy D, C, A thẳng hàng

Trường hợp dóng hướng qua thung lũng ta cũng làm tương tự (hình 3.4b)

c Trường hợp hai điểm A, B có chướng ngại vật ( hình 3.4c)

Trong trường hợp này ta phải dùng phương pháp đồng dạng để dóng hướng Giả

sử, cần xác định hai điểm C, D nằm trên hướng AB ta làm như sau: Ngắm một hướng phụ AX, trên đó chọn các điểm b, c, d và Bb vuông góc với Ax Đo chiều dài Ab, bB,

Ac và Ad Tính đoạn cC và Dd theo quan hệ đồng dạng:

Từ c và d theo hướng song song với bB dựng các đoạn Cc và Bd sẽ xác định được

C và D nằm trên đường thẳng AB

2 Dóng hướng bằng máy kinh vĩ

Phương pháp này được dùng trong trường hợp yêu cầu dóng hướng với độ chính

xác cao

a Trường hợp hai điểm A, B trông thấy nhau

;

Ac Ab

Bb

Ab Bb

Dd 

Hình 3.6 Đo chiều dài bằng thước

thép

Ta đặt máy kinh vĩ ở A, sau khi định tâm và cân bằng máy chính xác, đưa ống kính ngắm vào sào tiêu ở B và đưa ảnh của sào tiêu trùng với chỉ đứng của màng chỉ chữ thập, cố định bàn độ ngang Tiếp đó, người đứng máy điều khiển cho người cầm sào tiêu lần lượt cắm vào các điểm C, D sao cho ảnh của sào tiêu trùng với chỉ đứng của màng chỉ chữ thập (hình 3.5a)

b Trường hợp hai điểm A, B không trông thấy nhau

Ta cũng áp dụng phương pháp nhích dần (hình 3.5b) Chọn điểm C1 sao cho gần với hướng AB và đặt máy để có thể nhìn thấy A, B Từ C1 đưa ngắm sào tiêu A, giữ cho máy không chuyển động ngang, đảo kính ngắm về sào tiêu B, nếu sào tiêu B không trùng với chỉ đứng thì dịch máy sang điểm C2 và làm lại như trên, cho đến khi ảnh của B trùng với chỉ đứng của màng chỉ chữ thập là được

Công tác dóng hướng đường đo còn có thể áp dụng nhiều phương pháp khác mà trong điều kiện cụ thể có thể lựa chọn cho thích hợp.`

3.2.1.4 Tổ chức đo và tính toán

1 Đo chiều dài bằng thước thép với độ chính xác 1:1000, 1:2000

Để đo chiều dài có độ chính xác thấp hơn 1:2000, ta dùng thước thép cuộn có chia vạch đến cm, bộ que sắt (hoặc cọc gỗ), sào tiêu và thước đo góc nghiêng đơn giản Công tác đo được tiến hành như hình 3.6

Để đo khoảng cách AB, trước tiên ta phải dọn sạch đường đo và tiến hành dóng hướng Sau đó người thứ nhất dùng que sắt giữ chặt đầu thước sao cho vạch “0” trùng với tâm vạch điểm A, người thứ hai kéo thước cho thật nằm ngang, không được chệch khỏi hướng AB và cũng dùng que sắt cắm vào vạch cuối cùng của thước (ví dụ, vạch

“20” của thước 20 m) ta được điểm 1 Sau đó nhổ que ở A và cả hai người cùng tiến về điểm B Khi người thứ nhất đi đến điểm 1 thì công việc lặp lại như trên Tiếp tục đo cho đến đoạn cuối cùng Nếu đoạn này ngắn hơn chiều dài thước thì căn cứ vào tâm đỉnh điểm B để đọc phần lẻ r trên thước Số que sắt mà người thứ hai đã cắm chính là số lần đặt thước và khoảng cách được tính theo công thức (3-1)

Tùy theo yêu cầu độ chính xác mà có thể tiến hành đo hai chiều (đo đi- đo về) Dùng sai số khép tương đối để đánh giá độ chính xác Lấy giá trị trung bình của hai chiều

đo làm kết quả độ dài của khoảng cách AB

Sau khi có trị số khoảng cách nghiêng S của mỗi đoạn đặt thước ta phải chuyển

về trị số nằm ngang D; Muốn vậy cần phải có góc nghiêng i hoặc chênh cao hi của các đoạn Si Khoảng cách ngang Di được tính theo công thức sau:

a Trường hợp đo góc nghiêng i

Tuy nhiên trong thực tế hiện nay dụng cụ đo góc nghiêng  ít được sử dụng nên

để chuyển S về D người ta dựa và trị số chênh cao h

b Trường hợp đo chênh cao h i

Di = Si + hi, (3.4) trong đó số hiệu chỉnh khoảng cách do ảnh hưởng của độ cao hi được tính theo công thức:

căng thước và cải chính nhiều loại sai số khác Tổ đo phải có ít nhất 5 người: 1 người chỉ huy và ghi sổ, hai người kéo căng thước và hai người đọc số Trình tự đo tiến hành như sau:

Trước hết, tại hai điểm A, B phải chôn hai cọc gỗ chắc chắn (hoặc hai mốc bê tông tâm sứ), trên mặt cọc có khắc một dấu mảnh chữ thập có hướng vuông góc với đường AB để làm vạch chuẩn đọc số Dọn sạch đường đo rồi dùng máy kinh vĩ và sào tiêu để dóng hướng chính xác tới 1’ Đồng thời việc dóng hướng phải phân đoạn sơ bộ từng đoạn đo bằng cách lấy thước vải đặt các đoạn A-1, 1-2, , n-B, có độ dài vừa đủ đặt một lần thước thép và đóng các cọc gỗ tại các điểm 1, 2, , n Trên các cọc gỗ cũng

kẻ vạch chữ thập có hướng vuông góc với đường AB để làm vạch chuẩn đọc số Đoạn cuối cùng (n-B) = r, phần lẻ ngắn hơn chiều dài thước, dùng giấy kẻ ô milimet dán lên thước để đo

Công việc của mỗi đoạn đo như sau:

Dựa vào lực kế, hai người kéo thước sao cho đúng bằng lực kéo lúc kiểm nghiệm Hai người đọc số, dựa vào thang đọc số phụ gắn trên thước và vạch chuẩn trên hai đầu cọc, chờ cho thước ổn định, dưới sự chỉ huy của người chỉ huy, phải đọc số ở cùng một thời điểm Trong mỗi đoạn phải xê dịch thước và đọc 3 lần và ghi vào sổ đo Số chênh của hiệu hai số đọc giữa ba lần đọc không vượt quá  1 mm Cứ mỗi lần đo, người ghi

sổ phải đo và ghi nhiệt độ Để cho công việc tiến hành nhịp nhàng và đồng thời cùng đọc một thời điểm, thường người ta quy ước khi người chỉ huy hô “chuẩn bị kéo” thì hai người kéo thước cùng kéo thước, khi người chỉ huy hô “ đọc số” thì hai người cùng đọc

số cùng đọc số Số đọc của người phía trước( phía đến điểm B) ký hiệu là T và người phía sau là S Chênh lệch giữa hiệu các số (T-S) không được vượt quá  1 mm

Đo xong khoảng cách giữa hai cọc A, B phải tiến hành đo ngay lần đo về Lúc này thước không đổi chiều, nhưng để tránh sai số hệ thống, cần thay đổi vị trí của người đọc số và các dụng cụ đo khác

Sau khi đo xong khoảng cách, tiến hành đo thủy chuẩn xác định chênh cao các đầu cọc Lấy kết quả đó làm số liệu tính số cải chính do chênh cao, đưa trị khoảng cách nghiêng S về khoảng cách ngang D

còn là tổng các số cải chính mà ta sẽ tìm hiểu ở mục dưới đây Thông

thường S chỉ cải chính sai số do kiểm nghiệm thước, do nhiệt độ và do thước nghiêng

3.2.2 Đo khoảng cách bằng máy kinh vĩ quang học

3.2.2.1 Nguyên lý đo khoảng cách bằng máy kinh vĩ có dây thị cự thẳng

Phương pháp đo chiều dài trực tiếp chỉ thực hiện khi điều kiện địa hình thuận lợi hoặc trong bối cảnh nào đó như: số lượng cạnh cần đo ít… Ngược lại, ta thường áp dụng phương pháp đo gián tiếp Một trong những phương pháp đo gián tiếp là sử dụng hệ lưới chỉ đo khoảng cách gọi là dây thị cự trong các máy kinh vĩ quang học Phương pháp này được áp dụng trong trường hợp đo khoảng cách ngắn với độ chính xác không cao Nhưng

nó có ưu điểm là tốc độ đo nhanh, đơn giản, đo được qua sông hồ hẹp và nơi có địa hình dốc

Nguyên lý chung của phương pháp này là giải tam giác thị sai (góc nhỏ) trong mặt phẳng thẳng đứng hoặc mặt phẳng nằm ngang chứa trục ngắm CC của ống kính (hình 3.8)

Tam giác thị sai là một tam giác cân, hoặc vuông có đỉnh ở tiêu điểm kính vật F của máy đặt đầu đường đo A, còn đáy b là một đoạn thẳng nằm ngang hoặc thẳng đứng vuông góc với trục ngắm gọi là mia đặt ở cuối đường đo B

Khi trục ngắm CC nằm ngang, nếu ký hiệu  là góc thị sai, b là đáy, c là khoảng cách tính từ trục đứng VV của máy đến tiêu điểm kính vật F, theo hình 3.7 khoảng cách ngang D sẽ là:

D =  + f +

Như vậy khoảng cách D phụ thuộc vào góc  và cạnh đáy b (vì c là hằng số) Ta thường gặp hai loại máy:

- Loại có  cố định và b thay đổi

- Loại có  thay đổi nhưng b cố định

Dưới đây sẽ giới thiệu cụ thể loại  cố định và b thay đổi

1 Nguyên lý cấu tạo của dây thị cự thẳng

Máy có dây thị cự thẳng là loại có  cố định và b thay đổi Theo công thức (3.8) , nếu  = const thì :

(3.9)

2

cot 2



g b

2

cot 2



g b

K const

2

cot 2

s

F V

c

f

b

f c

V

F

s

b a

b

Hình 3.7 Nguyên lý đo khoảng cách bằng máy kinh vĩ có dây thị cự thẳng

Từ (3.8) nếu chọn  = 34’23’’ thì sẽ có K=100 Lúc này khoảng cách D sẽ là:

D = Kb + C = 100b + C, (3.10) Trong đó: K = 100 gọi là hệ số nhân;

C = ( + f ) là hằng số cộng;

f là tiêu cự của kính vật;

 là khoảng cách từ tâm kính vật đến trục đứng VV của máy

Để tạo được góc , trên mặt phẳng của màng chỉ chữ thập phải kẻ thêm hai đường chỉ song song và cách đều về hai phía chỉ giữa (ngang) một khoảng là p/2 Để có đáy b biến đổi, ta dùng một thước gỗ gọi là mia có vạch chia chính xác đến centimet Giá trị của khoảng p phụ thuộc vào tiêu cự kính vật fv và hệ số nhân K của máy Để tìm mối quan hệ này ta có thể phân tích trên hình 3.8 Theo tính chất đồng dạng của tam giác,



p

f b

Mia

K vật

K mắt

Lưới chỉ chữ thập Trục quay (VV) của máy

D

D

Hình 3.9 Đo khoảng cách bằng dây thị cự thẳng

(3.11)

2 Công thức tổng quát tính khoảng cách đo bằng dây thị cự thẳng, mia đứng

Trường hợp tổng quát, đo khoảng cách bằng dây thị cự thẳng (lưới chữ thập) là máy có  cố định và đỉnh của nó nằm ở tiêu điểm của kính vật F, trục ngắm CC của ống kính nghiêng một góc đứng V và mia b nghiêng một góc  (hình 3.9)

Gọi l là hiệu hai số đọc chắn bởi hai dây thị cự ngang (dây trên T và dây dưới D)

Theo hình 3.9, khoảng cách ngang D sẽ là :

Giải tam giác FTD để tìm FD:

Từ tam giác vuông THN ta có :

2cot

2



g

f K

cos cos

D

D

D

Sau phép biến đổi lượng giác ta có:

a Trường hợp tia ngắm ngang, mia đứng

Đối với trường hợp này  = 0o và v = 0o (nghĩa là đặt máy kinh vĩ sao cho góc trên bàn độ đứng bằng 0o, mia có bọt thủy tròn dựng sao cho bọt nước vào giữa), công thức (3.12) sẽ trở nên rất đơn giản:

Đối với máy kinh vĩ điều quang trong, hằng số cộng C bằng 0 Vì vậy, ta có thể

bỏ qua hằng số cộng C Hiệu hai số đọc chắn bởi chỉ trên và chỉ dưới chính là khoảng cách l đọc được trên mia Nếu l đọc trên mia chính xác đến milimét thì S tương ứng ngoài thực địa nhận được chính xác đến đềcimét (vì K = 100)

b Trường hợp tia ngắm nghiêng, mia dựng thẳng đứng

Nếu mia dựng thẳng đứng, thì góc  = 0o, công thức (3.12) sẽ là :

)2

cos(  

FD

2 cos 2

) ( sin 2

sin 2

) ( cos

l

l BD V C V V

l K

S

4

sin ) ( sin sin

) 2 (

cos cos ) (



K

V l v C V Kl S

4

sincos

.cos

2



V Kl

S  cos2

D

D

3 Xác định hằng số cộng C và hệ số nhân K

Trong quá trình sử dụng máy, hằng số C và K có thể bị biến động, vì vậy cần xác định lại chúng Có nhiều phương pháp xác định, dưới đây chỉ giới thiệu phương pháp thông dụng nhất

a Xác định hằng số cộng C

Để xác định C, cần phải biết được khoảng cách từ tâm kính vật đến trục quay của máy () và tiêu cự của kính vật (fv) Muốn vậy ta làm như sau:

Đưa máy ngắm vào một vật xa khoảng 100 m, điều chỉnh tiêu cự sao cho ảnh của

nó rõ nét nhất Lấy thước milimét đo khoảng cách từ kính vật đến màng chỉ chữ thập sẽ được fv và khoảng cách từ kính vật đến trục quay máy chính là ()

Đối với máy kinh vĩ điều quang trong, điều kiện này không phải kiểm nghiệm

b Xác định hệ số nhân K

Để xác định hệ số nhân K thực tế của máy, ta làm như sau:

Trên bãi đất phẳng đóng cọc A (hình 4-11), dùng thước thép đo các đoạn Si (i=1,

2, 3 ) Thường người ta chọn Si là các đoạn chẵn chục mét: 10, 20, 30 … 100 m Đặt máy tại A, đặt mia thẳng đứng lần lượt ở các điểm i rồi dựa vào dây thị cự đọc được các trị số li

Hình 3.10 Kiểm nghiệm hằng số nhân K Theo công thức (3.15), ta có:

Di+1-Di = K (li+1-li)

Tìm được hệ số K, nếu K ≠ 100 thì phải tiến hành hiệu chỉnh để K = 100

3.2.2.2 Độ chính xác đo khoảng cách bằng máy có dây thị cự thẳng, mia đứng

Trong trường hợp tổng quát ta dùng công thức 3.15 Nhưng  và C nhỏ, nên để

đơn giản ta có thể dùng công thức gần đúng:

vì sin rất bé nên ta có:

(3.18) Lấy vi phân hai vế rồi chuyển về sai số trung phương và chú ý đến  nhỏ (sin

=, cos =1), ta có:

Đối với máy có K = 100, Vx = 20x, theo công thức này ta sẽ tính được sai số trung

phương tương đối nằm trong khoảng đến

Ngoài loại máy trên còn có loại máy có dây thị cự thẳng dùng mia ngang Nguyên

lý làm việc tương tự như trên Nhưng trong thực tế sản xuất ở nước ta ít gặp

3.2.3 Đo khoảng cách bằng máy đo xa điện tử

3.2.3.1 Nguyên lý

Nguyên lý của phương pháp đo xa điện tử rất đơn giản: Xác định quãng đường

bằng cách đo vận tốc và thời gian:

t V D

2

1



(3.19)

Ta có thể sử dụng bất kỳ tín hiệu nào để đo khoảng cách Có thể sử dụng sóng âm thanh, sóng vô tuyến hoặc sóng ánh sáng Đối với mục đích trắc địa, ta không sử dụng sóng âm thanh vì tốc độ lan truyền sóng âm thanh phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện ngoại cảnh Vì vậy trong trắc địa thường sử dụng sóng điện từ

Trong các máy đo xa điện tử, tín hiệu là sóng điện từ hoặc sóng vô tuyến

Các máy đo xa ánh sáng, tín hiệu là sóng ánh sáng (máy đo xa điện quang) Trước đây cả hai loại máy này đều được sử dụng rộng rãi Máy đo xa sóng vô tuyến hoạt động được cả trong điều kiện sương mù, vật chắn, đo được khoảng cách xa

Tuy nhiên máy đo xa vô tuyến có độ chính xác thấp hơn máy đo xa ánh sáng Máy đo xa ánh sáng có độ chính xác cao hơn nhiều nhưng tầm hoạt động bị hạn chế, không đo được trong điều kiện sương mù, bụi

3.2.3.2 Các phương pháp đo khoảng cách bằng máy đo xa điện tử

Từ công thức (3.20), ta có:

(3.21)

Trong đó:

- mD là sai số trung phương xác địnhkhoảng cách D;

- mv là sai số trung phương xác định vận tốc v;

- mt là sai số trung phương xác định thời gian t;

Vì tốc độ lan truyền sóng điện từ rất lớn (v  3.108 m/s) nên để có được khoảng cách

D với độ chính xác theo yêu cầu trắc địa (mD), thì trị số t là cực kỳ nhỏ và phải xác định với

2 2

m D

qua các bộ phận đến bộ đo thời gian có tổng chiều dài Do (kênh chủ) gọi là tín hiệu gốc (hay tín hiệu chủ) Thành phần thứ hai - đặc trưng cho thời điểm thu- truyền qua hai lần khoảng cánh 2D (kênh tín hiệu) gọi là tín hiệu đo hay tín hiệu phản hồi

Như vậy, hai thành phần này được tạo ra từ một tín hiệu, chỉ khác là chúng truyền qua hai quãng đường khác nhau là DO và 2D Nghĩa là độ chênh lệch cần đo là một hàm

số (2D-DO), trong đó chứa khoảng cách D cần tìm

Việc chọn một tham số nào đó để so sánh tín hiệu gốc và tín hiệu phản hồi sẽ xác định một phương pháp đo khoảng cách Có ba phương pháp chủ yếu là: Phương pháp xung, , phương pháp pha, phương pháp tần số (nội dung được trình bày ở chương 5)

3.3 Độ chính xác trong đo khoảng cách

3.3.1 Các nguồn sai số trong đo khoảng cách trực tiếp

3.3.1.1 Các số hiệu chỉnh

Đại lượng bao gồm các loại số hiệu chỉnh sẽ trình bày ở dưới đây Giá trị này phải đưa vào kết quả khoảng cách đo được

a Số hiệu chỉnh do kiểm nghiệm thước l k

Là số chênh giữa chiều dài (danh nghĩa) thước chuẩn Lo và chiều dài thước ở nhiệt

n s

1

c Số hiệu chỉnh do thước nghiêng l h

Là số hiệu chỉnh khi chuyển trị số chiều dài thước nghiêng về chiều dài ngang mà

ta đã xét ở trên, cụ thể:

- Nếu đo góc nghiêng  thì :

lh = (l - l cos) = l ( 1 - cos2/2) = 2 l sin2/2 (3.26)

- Nếu đo chênh cao h thì:

lh = - h2/2l (3.27) Khi tính cho toàn bộ đường đo ta có số cải chính :

ở đây hr là chênh cao của đoạn lẻ r

d Số hiệu chỉnh dóng hướng đường đo 

Là số chênh giữa chiều dài trị đo do thước đặt chệch hướng một góc  (hình 3.11a)

Phân tích quan hệ hình học trên hình 3.11 và lưu ý đến tính chất góc nhỏ , ta sẽ chứng minh được công thức gần đúng:

ld = A’B’ –AB = 22/l (3.29) Nếu tính theo độ lệch AA’=u thì

sd= (3.31)

Nhưng trong thực tế không tính số cải chính này mà tùy thuộc yêu cầu độ chính xác đo khoảng cách mà xác định độ chính xác cần thiết của dóng hướng

e Số hiệu chỉnh do lực căng thước l f

Là số chênh của chiều dài thước (độ võng) do lực căng của nó trong khi đo khác với lúc kiểm nghiệm Người ta chứng minh được:

Hoặc công thức gần đúng :

Trong đó:

l - là chiều dài của thước khi có lực căng;

 - hệ số đàn hồi của một đơn vị chiều dài thước ( = 0,00051 mm);

P - trọng lượng của đơn vị chiều dài thước (P = 0,173N/m);

F - lực căng thước (F = 10kg = 98N) và F là số chênh lực căng của thước được xác định bằng lực kế Sai số này có tính hệ thống khi F không đổi, và lúc này số cải chính cho toàn đường đo có thể tính theo công thức:

Sf = n lf (3.34) Trong thực tế không tính số cải chính này mà cố gắng để lực kéo khi đo bằng lực kéo khi kiểm nghiệm thước

f Số hiệu chỉnh do thước bị cong l c

Trong khi đo, do địa hình không bằn phẳng nên trong kết quả đo có sai số do thước cong Sai số này được tính theo công thức:



i d l

F F

l p p

12F

l P

l

f 2

2



Trong đó f là độ cong lớn nhất Vì thước cong luôn làm cho kết quả đo lớn hơn chiều dài thực nên ảnh hưởng của lc mang tính hệ thống Nếu tính cho toàn bộ đường

h Số hiệu chỉnh do ảnh hưởng của gió l g

Trong khi đo, do ảnh hưởng của gió thổi ngang nên thước cũng bị cong Sai số này được tính theo công thức:

Trong đó Q là lực của gió, F là lực căng của thước

Nếu trong khi đo, chiều và lực của gió ổn định thì lg mang tính hệ thống Trong thực tế, muốn có kết quả đo dài chính xác cao thì không nên đo lúc gió to

3.3.1.2 Số hiệu chỉnh chuyển khoảng cách đo về các mặt quy chiếu

a Số hiệu chỉnh chuyển khoảng cách ngang về mặt Elipxoid thực dụng

Sau khi hiệu chỉnh khoảng cách nghiêng S về khoảng cách ngang D ta phải chuyển

D về mặt Elipxoid thực dụng, khoảng cách sau khi quy chiếu gọi là “ chiều dài đường trắc địa” Trong trắc địa lý thuyết đã chứng minh công thức tính số cải chính SH đầy

đủ Trường hợp đo bằng thước thép với khoảng cách không lớn và độ chính xác không cao có thể dùng công thức gần đúng:

n 

i c l

2 2

24F

l Q



SH = (3.39)

trong đó: Htb – là độ cao trắc địa trung bình của hai đầu khoảng cách cần đo, Rtb

là bán kính trung bình của Elipxoid tại khu đo Giá trị này được tra bảng lập sẵn theo dẫn số là vĩ độ trắc địa trung bình và phương vị A của đường đo

b Số hiệu chỉnh chuyển khoảng cách về mặt phẳng Gauss –Kruger S y

Sau khi chuyển khoảng cách đo về mặt Elipxoid, để đo được khoảng cách ngang

ta phải chuyển nó về mặt Gauss hoặc UTM Việc tính chuyển sẽ được trình bày đầy đủ trong giáo trình trắc địa lý thuyết Đối với khoảng cách đo được bằng thước thép ta có thể dùng công thức gần đúng sau đây:

Trong đó Ytb=( YA +YB)/2-là hoành độ trung bình của điểm đầu và cuối đường

đo

S’ = S + SH là chiều dài đường trắc địa

Cuối cùng, tính được khoảng cách cần đo:

- Công thức chung : D = S + SH + SY

Với S = n ( l0 + lK ) + + St + Sh +

Trong đó :

n : số lần đặt chẵn thước

l0 : chiều dài danh nghĩa của thước (24m hoặc 48 m)

lK : số hiệu chỉnh chiều dài thước sau khi kiểm nghiệm

lK = l - l0

( T  S )TB

i: hiệu số trung bình của số đọc trước và số đọc sau, sau 3 lần xê dịch

thước đoạn đo thứ i Dấu (+) hay (-) là tuỳ thuộc vào cách chia vạch ở 2 đầu thước và

vị trí của thước

S R

H tb

Y tb tb

1 



k

i i

r

1

0

t

St : Số hiệu chỉnh chiều dài thước do nhiệt độ khi đo và khi kiểm nghiệm khác nhau

St = = l 0

Dh : Số hiệu chỉnh khoảng cách nghiêng về khoảng cách nằm ngang

Sh = =

SH : Số hiệu chỉnh khi chuyển khoảng cách về Elipxoit

SY : Số hiệu chỉnh khi chuyển khoảng cách về mặt phẳng Gauss –Kruger

Nếu tính chuyển về mặt phẳng chiếu hình UTM thì sử dụng công thức :

r i : Chiều dài đoạn lẻ thứ i ( có k đoạn lẻ).Và mỗi đoạn lẻ cũng có các số hiệu

chỉnh tương tự : r K , r t , r h

Trong các công thức trên :

 và  - là hệ số giãn nở được ghi trong lý lịch của thước thép

ttb - là nhiệt độ trung bình của từng đoạn đo

t0 - là nhiệt độ lúc kiểm nghiệm được ghi trong lý lịch của thước

hi - là chênh cao giữa hai đầu thước ở đoạn đo thứ i

Hm - là độ cao trung bình của cạnh cần đo

Ym - là giá trị trung bình hoành độ cạnh cần đo

R - là bán kính trái đất

m0 = 0,9996 đối với múi chiếu 60

i t n

i l

t tb   tb 



i h n

l

h l

h

1

3 0

4 0

282

/

S R



3.3.1.3 Độ chính xác của phương pháp đo chiều dài trực tiếp

Trước hết, từ các số hiệu chỉnh l nêu trên, ta chia ra làm 2 loại Số hiệu chỉnh mang tính hệ thống và số hiệu chỉnh mang tính ngẫu nghiên Từ đó sẽ có 2 loại sai số tương ứng là sai số hệ thống và sai số ngẫu nhiên, tổng hợp chúng lại rồi chuyển thành sai số trung phương tương ứng Cụ thể :

Các số hiệu chỉnh hệ thống bao gồm: lk, lt, ld, lf, lc và lg

Tương ứng có các sai số hệ thống là:

(3.41) Các số hiệu chỉnh ngẫu nhiên bao gồm: lhvà lđs

Tương ứng có các sai số ngẫu nhiên là:

Nếu ký hiệu - Hệ số ảnh hưởng của sai số hệ thống và là hệ số

ảnh hưởng của sai số ngẫu nhiên, ta sẽ có sai số trung phương đo khoảng cách là:

(3.42)

Chú ý :

+ Công thức (3.42) là dạng chính tắc để đánh giá độ chính xác đo chiều dài bằng phương pháp trực tiếp nói chung (kể cả đo bằng dây inva) Nhưng khi đo bằng thước thép người ta dùng công thức gần đúng sau đây:

Trong đó a, b, c là hệ số đặc trưng cho độ chính xác của từng loại thước thép và phương pháp đo Để tính các hệ số a, b và c, người ta dùng thước thép và dây inva cùng

đo n lần một cạnh S nào đó Hiệu trị đo giữa chúng được coi là sai số thực:

Dinva – Dthep = i ( i=1, 2, 3 , n) Dựa vào sai số thực tính sai số trung phương:

Thay vào phương trình trên ta được hệ n phương trình:

2 2 2 2 2 2 2

g c f d t

m

2 2 2

D D

aD + b +c - mSi = 0 (3.45) Giải hệ phương trình này theo nguyên lý của phương pháp số bình phương nhỏ nhất, ta sẽ tìm được a, b, c

+ Trường hợp đo một khoảng cách dùng n loại thước thép hoặc đo một thước với

n lần thì có thể đánh giá độ chính xác theo công thức sau:

Sai số trung phương của kết quả đo một thước, hoặc một lần đo được tính theo công thức Betxen:

m D

v d

D

D D

D

Chương 4

ĐO CAO

Tóm tắt chương: Chương 4 “Đo cao” cung cấp thông tin khái niệm về độ cao và chênh cao; nguyên lý và phương pháp đo hình học, nguyên lý và đo cao lượng giác; đo thủy chuẩn kĩ thuật và đo thủy chuẩn hạng IV; giới thiệu về máy thủy chuẩn điện tử

4.1 Khái quát chung về đo cao

4.1.1 Khái niệm về độ cao

Độ cao của một điểm là khoảng cách tính từ điểm đó đến mặt thuỷ chuẩn

Độ cao là một trong các yếu tố để xác định vị trí không gian của một điểm Bởi vậy đo cao là một dạng công tác đo cơ bản Để xác định độ cao của một điểm, người ta tiến hành xác định chênh cao giữa điểm đó và điểm đã biết độ cao Cho nên, đại lượng cần đo là chênh cao

Độ cao của một điểm sẽ có giá trị tùy thuộc vào việc chọn mặt khởi tính Trong trắc địa thường chọn các mặt khởi tính sau:

4.1.2 Các phương pháp đo cao

Phương pháp đo cao hình học (còn gọi là đo thủy chuẩn): Nguyên lý của phương pháp là dựa vào tia ngắm nằm ngang và mối quan hệ hình học để xác định chênh cao Nghĩa là trong phạm vi hẹp coi tia ngắm song song với mặt thủy chuẩn và vuông góc với phương của đường dây dọi Dụng cụ đo là máy và mia thủy chuẩn

Phương pháp đo cao lượng giác: Nguyên lý: dựa vào mối tương quan hàm số lượng giác trong tam giác, tạo bởi tia ngắm nghiêng, khoảng cách giữa hai điểm và phương của

đường dây dọi đi qua điểm cần xác định chênh cao Dụng cụ đo là máy kinh vĩ có bàn

Phương pháp đo cao bằng hệ định vị toàn cầu GPS:Độ cao của các điểm trên mặt đất được xác định thông qua số liệu thu từ vệ tinh

Phương pháp đo cao tự động:Trước đây phương pháp này chủ yếu dựa vào nguyên

lý hoạt động của con lắc (máy được đặt trên ôtô, xe đạp), ngày nay dựa vào thành tựu của ngành tin học đã ra đời một số máy đo cao điện tử

Trong giáo trình này, xin giới thiệu hai phương pháp đo cao truyền thống là đo cao hình học và đo cao lượng giác Nhằm phục vụ chủ yếu công tác đo vẽ bản đồ địa hình tỷ lệ lớn Nghĩa là có độ chính xác từ hạng III trở xuống

4.1.3 Nguyên lí đo cao

Như chúng ta đã biết, để xác đinh độ cao của một điểm bất kỳ ta phải dựa vào mặt thuỷ chuẩn gốc, từ mặt thuỷ chuẩn gốc

xác định được độ cao trung bình của

điểm A là HA Tiến hành đo chênh cao

hAB của điểm A so với điểm B (là điểm

cần xác định độ cao), ta sẽ xác định được

độ cao của điểm này (Hình 4.1)

Vậy thực chất của việc đo độ cao là đo chênh cao giữa điểm đã biết độ cao với điểm cần xác định độ cao: HB = HA + hAB

4.1.3.1 Nguyên lý đo cao hình học

Hình 4.1.Nguyên lí đo cao

Hình 4.2 Nguyên lí đo cao hình học Điều kiện để đo cao hình học là phải có máy và mia thuỷ chuẩn Giả sử ta cần đo chênh cao giữa hai điểm A và B, ta đặt máy thủy chuẩn giữa A và B, đặt mia tại A, B Theo tia ngắm nằm ngang của máy thuỷ chuẩn ta đọc được số đọc trên mia tại A, B là a

và b, từ hai số đọc này ta sẽ tính được chênh cao hAB (hình 4.2)

hAB = HB - HA= a – b (4.1)

4.1.3.2 Nguyên lý đo cao lượng giác

Hình 4.3 Nguyên lí đo cao lượng giác

Đo cao lượng giác thường thực hiện bằng máy kinh vĩ và mia đứng (hoặc tiêu), trong quá trình đo người đo phải xác định các đại lượng : góc đứng V, khoảng cách ngang S, chiều cao máy i , chiều cao tiêu lt Từ hình vẽ (hình 4.3) ta có công thức đo cao lượng giác:

hAB = S.tgV + i - lt (4.2)

4.2 Thiết bị đo cao

4.2.1 Máy thủy chuẩn

4.2.1.1 Phân loại máy thủy chuẩn

Dựa vào độ chính xác, máy và mia thủy chuẩn được chia làm hai loại: Loại có độ chính xác cao dùng để đo hạng I và hạng II với sai số trung phương m =  0,5 mm/1km,

loại máy có độ chính xác trung bình dùng để đo độ cao hạng III, IV với sai số trung phương mh = 3 mm/1km và thuỷ chuẩn kỹ thuật với sai số trung phương mh =  10 mm/1km

Máy và mia có độ chính xác cao sẽ được giới thiệu trong giáo trình “Trắc địa cao cấp” Ở đây chỉ giới thiệu máy và mia có độ chính xác trung bình

Dựa vào đặc điểm của phương pháp đưa tia ngắm về vị trí nằm ngang, ta thường gặp hai loại máy thủy chuẩn:

- Loại cân bằng trục ngắm nhờ ống thuỷ

- Loại tự động cân bằng trục ngắm

4.2.1.2 Cấu tạo máy thủy chuẩn

Hình 4.4 Sơ đồ cấu tạo máy thuỷ chuẩn Hình 4.4 mô tả những bộ phận chủ yếu và kí hiệu các trục hình học của máy thủy chuẩn

Một số bộ phận cơ bản như ống kính, ống thủy, đế máy, chân máy… của máy thủy chuẩn có cấu tạo tương tự như máy kinh vĩ Sau đây chỉ khảo sát những đặc điểm riêng của hai loại máy thông dụng là máy có vít nghiêng và máy tự động cân bằng trục ngắm

1 Máy thủy chuẩn cân bằng ống thủy dài

Cấu tạo của máy thủy chuẩn có ống thủy dài được mô tả trên hình 4.5

Có hai đặc điểm cơ bản của loại máy này: Một là trục ngắm của ống kính CC

không gắn cố định với trục đứng VV Nhờ điều chỉnh vít nghiêng, trục ngắm có thể di

động trong một góc nhỏ trong mặt phẳng thẳng đứng chứa trục ngắm CC Hai là, ống

thủy dài được gắn liền với ống kính sao cho trục LL của nó song song với trục ngắm CC

Hình ảnh của bọt nước được một hệ thống lăng kính chiếu lên màng chữ thập tách thành hai nhánh parabol, nguyên lý của nó đã được trình bày trong chương 2 Như vậy, sau khi cân bằng máy sơ bộ bằng ống thủy tròn, ta dùng vít nghiêng điều chỉnh để đưa bọt nước của ống thủy dài vào vị trí điểm chuẩn (trong trường hợp ngắm thấy hai nhánh parabol chập khít nhau) thì trục ngắm sẽ ở vị trí nằm ngang

Tại mỗi trạm đo, trước khi đọc số phải cân bằng bọt thủy dài chính xác Và khi đo trong điều kiện nhiệt độ thay đổi, có gió to bọt nước sẽ không ổn định (bị nở và bị rung) Do vậy kéo dài thời gian đo Để khắc phục nhược điểm trên, người ta chế tạo máy thủy chuẩn tự động cân bằng trục ngắm

2 Máy thủy chuẩn tự động cân bằng trục ngắm

Nguyên lý chung: dựa vào tính tự cân bằng của con lắc hoặc của mặt chất lỏng dưới tác dụng của trọng lực Ở trạng thái yên tĩnh dây treo con lắc trùng với phương dây dọi, bề mặt chất lỏng vuông góc với phương dây dọi Tuy nhiên trong các máy thủy chuẩn việc vận dụng tính chất này được thực hiện theo nhiều phương thức khác nhau

Bộ phận cân bằng trục ngắm được gọi là bộ tự cân bằng (nghĩa là tự động cân bằng, tự bù trừ v.v ) Hình 4.6 mô tả đường đi của tia sáng và nguyên lý hoạt động của

00’ = fv tgHình 4.5 Sơ đồ cấu tạo máy thuỷ chuẩn có ống thuỷ dài

Vì  rất bé, nên có thể coi tg=, nghĩa là :

trong đó fv là tiêu cự của kính vật

Nhiệm vụ của bộ tự cân bằng là phải làm cho 0 và 0’ trùng nhau Từ hình vẽ trên

ta có thể suy luận có hai cách để 0 trùng với 0’ : Hoặc là dịch chuyển màng chữ thập một lượng f, hoặc làm khúc xạ thay đổi hướng của tia ngắm để cho ảnh 01 rơi đúng vào tâm

0 (màng chữ thập cố định ) Trong thực tế còn có những cách khác mà dưới đây sẽ giới thiệu một vài phương thức cân bằng đơn giản nhất Trước hết, mặc dù không có ý nghĩa thực tiễn, nhưng để cho dễ hiểu về mặt lý luận ta sẽ tìm hiểu hai phương thức đơn giản:

tự cân bằng nhờ cánh tay đòn và tự cân bằng nhờ gương phẳng

a Tự cân bằng nhờ cánh tay đòn

Hình 4.7 mô tả tự cân bằng nhờ cánh tay đòn quay quanh điểm K đặt trên trục ngắm của ống kính Cánh tay đòn K0’ sẽ tự quay đi một góc  sao cho thỏa mãn điều kiện (4.4)

Hình 4.6 Đường đi của tia sáng và nguyên

lý hoạt động của bộ tự cân bằng

Trong tam giác K00’ ta có :

2

K S

L L

c Bộ tự cân bằng nhờ ống thủy dài

Phương thức này còn áp dụng trong một số máy như HC (Nga), Fenel (Đức), Ni

B (Hunggari), trong đó bộ tự cân bằng là một ống thủy dài đặt trong ống kính có trục song song với trục ngắm và ảnh của bọt nước được hệ thống lăng kính chiếu lên màng chỉ chữ thập không khắc cố định mà chỉ có một vạch chuẩn đọc số di động cùng với số đọc trên mia Vị trí của vạch chuẩn tương ứng với vị trí bọt nước của ống thủy (hình 4.9)

Hình 4.9a, biểu thị khi ống kính nằm ngang ảnh 01 sẽ rơi vào điểm 0 của màng chỉ chữ thập, và vì trụ của ống thủy LL gắn song song với trục ngắm CC của ống kính nên ảnh của tâm bọt nước nhờ lăng kính K phản chiếu cũng rơi vào điểm 0

Hình 4.9b, là trường hợp khi ống kính nghiêng một góc nhỏ , nên ảnh 01 sẽ không rơi vào 0 mà vào 0’ Xét tam giác F00’ ta thấy:

Vì trục của ống thủy gắn song song với với trục của ống kính nên ống thủy cũng nghiêng theo một góc  tương ứng Nếu gọi R là bán kính và  là độ dài của bọt nước thì theo hình vẽ ta có:

Hình 4.9c là trường ngắm của máy HC:

Ảnh của bọt nước chiếu lên màng chữ thập là hai nhánh Parabol ngược chiều nhau, chỗ chập nhau của chúng có một vạch chuẩn ngang để đọc số Vạch chuẩn và ảnh của mia cùng đồng thời chuyển dịch nên số đọc sẽ là cố định với mọi vị trí khác nhau (nghiêng) của ống kính

d Bộ tự cân bằng nhờ con lắc lăng kính

Phương thức này được áp dụng trong một số máy như: HCm, H-K (Nga), Koni007, Koni004, Ni025(Đức), NiB5, Ni-A(Hungari) v.v Nguyên lý hoạt động của

nó là dựa vào tính chất tự cân bằng của con lắc và tính chất làm lệch tia ngắm một cách hợp lý của hệ thống lăng kính Hình 4.9a mô tả cấu tạo bộ tự cân bằng nhờ con lắc lăng kính tiêu biểu, trong đó gồm một lăng kính tam giác(1) đóng vai trò con lắc được treo bằng hai sợi dây kim loại nhỏ (2), còn lăng kính tứ giác (3) và (4) được gắn cố định Vị trí đặt của các lăng kính này phải thỏa mãn theo mối tương quan (4.6) Phần lớn các máy loại này có hệ số cân bằng K=6

Hình 4.10b là sơ đồ bộ tự cân bằng con lắc lăng kính trong máy Ni025 (Đức) Ở đây, hai lăng kính (1) và (2) được gắn với con lắc (3) còn lăng kính khúc xạ (4) được gắn cố định

Khi trục ngắm bị nghiêng một góc  thì con lắc cũng bị lệch so với phương dây dọi một góc tương ứng Lúc này tai ngắm chiếu vào lăng kính (1) một góc 2 và khúc xạ hai lần qua lăng kính (4) nên kết quả là trước khi đến màng chữ thập (7) tia ngắm đã bị lệch khỏi vị trí nằm ngang một lượng 4

Trên đây ta đã xét một số phương thức tự động cân bằng trục ngắm , trong thực

tế còn có bộ tự cân bằng dùng các thấu kính , dùng lò xo đàn hồi v.v Rõ ràng là sử dụng máy thủy chuẩn có bộ tự cân bằng rất tiện lợi và năng suất cao hơn loại máy có vít nghiêng Song độ chính xác không cao Khi đo chỉ cân bằng máy sơ bộ bằng ống thủy tròn Tuy nhiên khi sử dụng loại máy này luôn luôn phải kiểm tra bộ tự động cân bằng

Ngoài các máy thủy chuẩn trên, hiện nay còn có loại máy thủy chuẩn điện tử Máy thủy chuẩn điện tử có cấu tạo đặc biệt so với hai loại máy kể trên Mia dùng

để đo của máy thủy chuẩn điện tử là loại mia chuyên dụng, có vạch khắc được mã hóa Máy thủy chuẩn điện tử cũng có thể dùng với mia thông thường nhưng cho độ chính xác thấp hơn

Kết thúc một phép đo, với một động tác bấm phím, trên màn hình hiển thị (ở bên ngoài máy) sẽ hiện lên số đọc cần có như chênh cao, khoảng cách Kết quả đo được có thể lưu vào bộ nhớ của máy, sau đó số liệu sẽ được trút ra máy tính hoặc các thiết bị lưu trữ khác

4.2.2 Cấu tạo mia thủy chuẩn

Tương ứng với các loại máy, mia thủy chuẩn cũng được phân loại theo độ chính xác : Loại có thang đọc số bằng inva dùng để đo độ cao hạng I, hạng II và loại mia gỗ hoặc nhôm dùng để đo hạng III trở xuống Giáo trình này xin giới thiệu loại mia gỗ

Hình 4.11 Cấu tạo mia thủy chuẩn Mia gỗ được làm bằng gỗ nhẹ, bền, ít bị co giãn bởi nhiệt độ thay đổi, dài 3 hoặc

4 mét (hình 4.11) Hai đầu mia có bịt kim loại (1) để chống mòn , ở đoạn giữa có tay nắm (2) và ống thuỷ tròn (3) để dựng cho mia thẳng đứng Mặt của mia được sơn màu trắng, trên có khắc các vạch cách đều nhau 1cm theo hình chữ E Cứ mỗi khoảng 10 vạch, có đánh số đềximét từ 00 đến 29 (hoặc 39)

Tùy theo yêu cầu mà có thể dùng mia có vạch khắc sơn một mặt hay hai mặt

Người ta quy ước mặt có vạch sơn màu đen và ghi số 00 từ đế mia là “mặt đen”, còn mặt có vạch sơn màu đỏ là “mặt đỏ” hay “mặt kiểm tra” Cách ghi số ở hai mặt không

giống nhau

Khi đo thủy chuẩn từ giữa, thường phải dùng một cặp mia (hai mia) nhất định, cách ghi số ở mặt đen của hai mia là như nhau từ 00 đến 29, còn ở mặt đỏ thì không bắt

đầu từ 00 mà một mia bắt đầu từ một con số con số nào đó, 4574 chẳng hạn và mia kia

là một số chênh với số này 100 mm (thường là 4474) Số chênh số đọc giữa hai mặt đen

và mặt đỏ của một mia được gọi là hằng số Ki của mia đó

h = a đen - b đen = a đỏ -b đỏ  K (4.13) Như vậy, khi đo thủy chuẩn ta luôn luôn kiểm tra được số liệu đo ở từng trạm máy:

- Số đọc trên mặt đen và số đọc trên mặt đỏ của từng mia phải chênh nhau đúng bằng hằng số của nó (4.11) hay Ki +( a đen - a đỏ) =0;

- Chênh cao tính theo số đọc mặt đen và tính theo số đọc mặt đỏ của mỗi cặp mia phải chênh nhau là K;

Trường hợp đo thủy chuẩn ở vùng đầm lầy hoặc cát xốp, để tránh mia bị lún, ta phải dùng đế đỡ mia (hình 4.11b)

4.2.3 Kiểm nghiệm và hiệu chỉnh máy thủy chuẩn

Để đảm bảo chất lượng thành quả đo đạt độ chính xác, trước khi đưa máy ra sử dụng, nhất thiết phải tiến hành kiểm tra, kiểm nghiệm máy và mia theo quy định của quy phạm và các văn bản kỹ thuật

Đối với máy thủy chuẩn có độ chính xác trung bình cần phải kiểm tra và kiểm nghiệm và hiệu chỉnh các hạng mục chủ yếu sau đây:

- Kiểm tra sơ bộ các tính năng kỹ thuật của máy

- Kiểm nghiệm và hiệu chỉnh ống thủy

- Kiểm nghiệm lưới chỉ chữ thập

- Kiểm nghiệm trục ống thủy dài song song với trục ngắm

- Kiểm nghiệm sự ổn định của trục ngắm khi điều quang

- Kiểm nghiệm sai số tự cân bằng của bộ tự cân bằng

4.2.3.1 Kiểm tra sơ bộ các tính năng kỹ thuật của máy

Việc kiểm tra sơ bộ các tính năng kỹ thuật của máy bao gồm các nội dung sau:

- Kiểm tra và điều chỉnh sự làm việc bình thường các ốc vít của máy (vít nghiêng,

ốc hãm ống kính, ốc vi động, ốc cân máy, núm điều quang, vành điều chỉnh kính mắt.v.v )

- Kiểm tra chất lượng và xác định các tham số kỹ thuật của ống kính như : độ phóng đại vx, vùng ngắm , hệ số nhân khoảng cách K, hằng số cộng C ,

- Xác định giá trị khoảng chia ” trên ống thủy dài

4.2.3.2 Kiểm nghiệm và hiệu chỉnh ống thủy

Kiểm tra và hiệu chỉnh sự cân bằng hợp lí, giữa ống thủy dài và ống thủy tròn,

và chỉnh ống thủy để đưa trục quay của máy về vị trí thẳng đứng

Nội dung kiểm tra tương tự như đã trình bày trong chương 3, phần máy kinh vĩ

4.2.3.3 Kiểm nghiệm lưới chỉ chữ thập

Kiểm tra và hiệu chỉnh vị trí chính xác của lưới chỉ chữ thập (chỉ đứng và trục quay VV của máy phải nằm trong cùng một mặt phẳng, chỉ ngang phải vuông góc với nó)

Nội dung kiểm tra tương tự như đã trình bày trong chương 3, phần máy kinh vĩ

4.2.3.4 Kiểm nghiệm trục ống thủy dài song song với trục ngắm

Đây là điều kiện cơ bản nhất của máy thuỷ chuẩn: Trục của ống thủy dài LL phải song song với trục ngắm CC

Trong không gian, nếu trục của ống thuỷ dài và trục ngắm của ống kính không song song với nhau, thì khi chiếu lên mặt phẳng nằm ngang và mặt phẳng thẳng đứng,