khảo sát bình phương sai lưới trắc địa tự do và ứng dụng trong xử lý số liệu quan trắc lún công trình

khảo sát bình phương sai lưới trắc địa tự do và ứng dụng trong xử lý số liệu quan trắc lún công trình

mục lục

Trang

Mục lục 1

Mở đầu 2

Chơng 1 - quan trắc lún công trình 3

1.1 Những vấn đề chung về quan trắc chuyển dịch và biến dạng công trình 3

1.2 Quan trắc lún công trình 7

1.3 Thực trạng công tác quan trắc công trình ở nớc ta 20

Chơng 2 - khảo sát phơng pháp bình sai lới trắc địa tự do 22

2.1 Một số khái niệm về lới trắc địa tự do 22

2.2 Mô hình toán học của phơng pháp bình sai lới trắc địa tự do 23

2.3 Tính chất cơ bản của kết quả bình sai lới tự do 28

2.4 Vấn đề định vị hệ thống lới độ cao đo lún 30

Chơng 3 – ứng dụng phơng pháp bình sai lới tự do để xử lý số liệu quan trắc lún công trình 32

3.1 Thuật toán 32

3.2 Sơ đồ khối và quy trình xử lý lới độ cao đo lún 35

3.3 Lập trình bình sai lới quan trắc độ lún 38

3.4 Chơng trình nguồn và tệp dữ liệu 41

3.5 Sử dụng chơng trình 49

3.6 Tính toán thực nghiệm 51

Kết luận 58

Tài liệu tham khảo 59

Phụ lục 1 60

Phụ lục 2 63

Phụ lục 3 66

Mở đầu

Đối với công tác quan trắc lún công trình, tính đúng đắn của quá trình lún công trình không những chỉ phụ thuộc vào độ chính xác quan trắc, mà còn chịu ảnh hởng rất lớn bởi phơng pháp xử lý số liệu Tuy nhiên, phơng pháp xử

lý số liệu quan trắc lún công trình trên thực tế cha đợc chú trọng đúng mức Vì vậy, việc nghiên cứu đề ra biện pháp và quy trình xử lý số liệu quan trắc lún công trình một cách hợp lý, phù hợp với đặc điểm và bản chất của lới quan trắc

biến dạng là vấn đề rất thời sự và rất cần thiết.

Lới trắc địa công trình nói chung và lới quan chuyển dịch công trình nóiriêng đợc xây dựng theo quy trình và chỉ tiêu kỹ thuật riêng nhằm giải quyếtcác nhiệm vụ đa dạng của chuyên nghành Do đó nó không giống nh lới đo vẽbản đồ, mà nó tính đặc thù cao, nh đòi hỏi rất cao về độ chính xác, hệ thống

điểm gốc khởi tính không ổn định… Với các đặc thù của l Với các đặc thù của lới trắc địa côngtrình nêu trên nó đòi hỏi phải có kỹ thuật xử lý số liệu riêng phù hợp với đặc

điểm và bản chất của lới

Nhận thấy tầm quan trọng của công tác xử lý số liệu quan trắc lún côngtrình, trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp khoá học, em đã chọn và nghiên

cứu đề tài với nội dung: Khảo sát ph“Khảo sát ph ơng pháp bình sai lới trắc địa tự do và ứng dụng trong xử lý số liệu quan trắc lún công trình”

Nội dung đồ án đợc em trình bày trong 3 chơng:

Chơng 1: Quan trắc lún công trình

Chơng 2: Khảo sát phơng pháp bình sai lới trắc địa tự do.

Chơng 3: ứ ng dụng phơng pháp bình sai lới trắc địa tự do để xử lý

số liệu quan trắc lún công trình

Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ chỉ bảo tận tình của thầy giáo

TS NGUYễN QUANG PHúC trong suốt quá trình em làm đồ án Do thời gian

và chuyên môn có hạn nên trong đồ án này không tránh khỏi những khiếmkhuyết Em rất mong nhận đợc sự đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo và cácbạn đồng nghiệp đề đồ án đợc hoàn thiện hơn Em xin chân thành cảm ơn !

- Chuyển dịch ngang: là sự thay vị trí của công trình trong mặt phẳng nằmngang Chuyển dịch ngang có thể theo một hớng bất kỳ hoặc theo một h-

ớng xác định (hớng áp lực lớn nhất).

b Hiện tợng biến dạng

Là sự thay đổi hình dạng và kích thớc của công trình trong không gian vàtheo thời gian Biến dạng là hậu quả tất yếu của sự chuyển dịch không đều củacông trình và các biểu hiện thờng gặp là sự: cong, vênh, vặn xoắn, các vết rạnnứt … Với các đặc thù của l

1.1.2 Nguyên nhân gây nên chuyển dịch và biến dạng công trình

Có rất nhiều nguyên nhân gây ra hiện tợng chuyển dịch và biến dạngcông trình, nhng quy nạp lại thì có hai nhóm nguyên nhân chính Cụ thể:

a Nhóm nguyên nhân liên quan đến các điều kiện tự nhiên

Nhóm nguyên nhân này gây ra do : Tính chất cơ lý của các lớp đất đá dớinền móng của công trình, ảnh hởng của các yếu tố khí tợng (nh nhiệt độ, độ

ẩm, hớng chiếu sáng ), sự thay đổi chế độ nớc mặt, nớc ngầm ngoài ra sự vận

động nội sinh trong lòng trái đất cũng gây nên chuyển dịch và biến dạng củacông trình (tuy nhiên mức độ chuyển dịch do nguyên nhân này gây ra thờng

do việc khai thác nớc ngầm gây nên hiện tợng sụt lún dới lòng đất hoặc có thể

là việc xây dựng các công trình ngầm, các công trình xây chen … Với các đặc thù của l.đã gây nênchuyển dịch và biến dạng công trình

1.1.3 Công tác quan trắc chuyển dịch và biến dạng công trình

a Mục đích quan trắc

Công tác quan trắc chuyển dịch và biến dạng công trình cần đợc tiếnhành theo phơng án kỹ thuật nhằm đạt đợc các mục đích sau:

- Thứ nhất là xác định các giá trị độ lún, độ chuyển dịch tuyệt đối và tơng

đối của nền nhà và công trình so với các giá trị tính toán theo thiết kế củachúng Từ đó tìm ra những nguyên nhân gây ra lún, chuyển dịch và mức độnguy hiểm của chúng đối với quá trình làm việc bình thờng của nhà và côngtrình trên cơ sở đó đa ra các giải pháp nhù hợp nhằm phòng ngà các sự cố cóthể xảy ra;

- Thứ hai là xác định các thông số đặc trng cần thiết về độ ổn định củanền và công trình, làm chính xác thêm các số liệu đặc trng cho tính chất cơ lýcủa nền đất; Dùng làm số liệu kiểm tra các phơng pháp tính toán, xác định

các giá trị độ lún, độ chuyển dịch giới hạn cho phép đối với các loại nền đất vàcác công trình khác nhau

b Nguyên tắc thực hiện công tác quan trắc

Công tác quan trắc chuyển dịch và biến dạng công trình đợc tiến hànhtheo 4 nguyên tắc sau:

- Việc quan trắc chuyển dịch biến dạng phải đợc thực hiện theo nhiều thời điểm,

mỗi thời điểm đợc gọi là một chu kỳ Chu kỳ đầu đợc gọi là chu kỳ “Khảo sát ph0”

- Chuyển dịch biến dạng công trình đợc so sánh tơng đối với một đối tợngkhác đợc xem là ổn định

- Chuyển dịch biến dạng công trình thờng có trị số nhỏ vì vậy phải có phơngpháp và phơng tiễn có độ chính xác cao

- Cần phải có kỹ thuật xử lý riêng phù hợp với đặc điểm và bản chất của mộtmạng lới quan trắc chuyển dịch và biến dạng công trình

c Yêu cầu độ chính xác quan trắc

Yêu cầu độ chính xác quan trắc chuyển dịch chính là độ chính xác cầnthiết xác định chuyển dịch công trình, chỉ tiêu định lợng của đại lợng này phụthuộc chủ yếu vào tính chất cơ lý đất đá dới nền móng, đặc điểm kết cấu vàvận hành công trình

Yêu cầu độ chính xác có thể đợc xác định theo giá trị chuyển dịch dự báo(cho trong bản thiết kế) hoặc có thể đợc xác định theo các tiêu chuẩn xây dựng,vận hành công trình (quy định trong các tiêu chuẩn ngành)

- Nếu theo độ chuyển dịch dự báo (cho trong bản thiết kế hoặc đợc xác địnhtheo một số chu kỳ đã quan trắc), yêu cầu độ chính xác quan trắc sẽ đợcxác định theo công thức:

Với m Q là yêu cầu độ chính xác quan trắc ở thời điểm t

Q là giá trị chuyển dịch dự báo giữa 2 chu kỳ quan trắc

 là hệ số đặc trng cho độ tin cậy của kết quả quan trắc Thờngchọn   3 và lúc này sẽ có m Q  0 17Q

- Nếu yêu cầu độ chính xác quan trắc đợc xác định dựa vào quy mô củacông trình và tính chất của nền đất dới móng công trình thì yêu cầu độchính xác quan trắc đợc quy định theo bảng 1.1

Bảng 1.1 Độ chính xác quan trắc

Loại công trình và nền móng quan trắc(mm) Độ chính xác

- Tùy thuộc vào loại công trình và tính chất của nền đất đá dới móng công trình

- Tùy thuộc vào từng giai đoạn xây dựng và vận hành công trình

1 Đối với quan trắc chuyển dịch thẳng đứng công trình

Việc xác định thời gian đo (chu kỳ đo) chiếm một vai trò rất quan trọng.Theo kinh nghiệm khi quan trắc các công trình ng ời ta chia làm 2 giai đoạn:ười ta chia làm 2 giai đoạn:

- Quan trắc lún trong giai đoạn thi công;

- Quan trắc lún khi công trình đ a vào sử dụng; ười ta chia làm 2 giai đoạn:

Giai đoạn thi công, quan trắc lún th ờng đ ợc xác định theo tiến độ thi côngười ta chia làm 2 giai đoạn: ười ta chia làm 2 giai đoạn:

và mức độ phức tạp của công trình Để dễ dàng cho việc theo dõi, ng ời ta đoười ta chia làm 2 giai đoạn:theo tải trọng hoàn thành của quá trình xây dựng cụ thể là:

đo tr ớc gần đó và sau khi xem xét hiệu chênh lệch cao của hai lần đo kềười ta chia làm 2 giai đoạn:nhau ∆h (độ lún) là cơ sở để quyết định việc tăng dầy các lần đo hay cứ tiếnhành đo theo tiến độ đã ấn định ngay từ đầu

- ở giai đoạn thứ hai khi công trình đ∙ đ a vào sử dụng Việc phân định sốười ta chia làm 2 giai đoạn:lần đo phụ thuộc hoàn toàn vào yêu cầu độ chính xác đo lún của mỗi côngtrình nh đ∙ trình bày ở trên Nếu sai số cho phép đo và cấp chính xác càngười ta chia làm 2 giai đoạn:nhỏ thì các chu kỳ (thời gian) cách nhau càng lớn ng ợc lại sai số cho phépười ta chia làm 2 giai đoạn:

đo và độ chính xác càng lớn thì chu kỳ đo cách nhau càng ít hơn Khi côngtrình có dấu hiệu biến dạng lớn thì chu kỳ đo với một số yêu cầu đặc biệt do

ng ời t vấn hoặc thiết kế quy định −ời ta chia làm 2 giai đoạn: −ời ta chia làm 2 giai đoạn: Thời kỳ công trình đi vào ổn định (tốc

độ chuyển dịch của công trình đạt đợc từ 1mm /năm  2mm/năm), thời kỳnày chu kỳ quan trắc có thể là 6 tháng hoăc 1 năm và có thể là 2 năm

2 Đối với quan trắc chuyển dịch ngang công trình

Thời gian thực hiện các chu kỳ quan trắc chuyển dịch đợc tiến hành dựavào các yếu tố :

- Loại nhà và công trình;

- Loại nền đất xây dựng nhà và công trình;

- Đặc điểm áp lực ngang;

- Mức độ chuyển dịch ngang;

- Tiến độ thi công xây dựng công trình.

Chu kỳ quan trắc đầu tiên đợc thực hiện ngay sau khi xây dựng móng công trình

và trớc khi có áp lực ngang tác động đến công trình Các chu kỳ tiếp theo đợc thựchiện tuỳ thuộc vào mức tăng hoặc giảm áp lực ngang tác động vào công trình hoặc

có thể quan trắc 2 tháng 1 lần trong thời gian xây dựng công trình

Trong thời gian sử dụng công trình, số lợng chu kỳ quan trắc đợc tiến hành

từ 1  2 chu kỳ trong một năm, vào những thời điểm mà điều kiện ngoại cảnhkhác biệt nhất Ngoài ra cần phải quan trắc bổ sung đối với các công trình có

độ chuyển dịch ngang lớn, hoặc quan trắc bổ sung để tìm ra nguyên nhân gâynên sự cố công trình

1.2 quan trắc lún công trình

1.2.1 Các phơng pháp quan trắc lún công trình

a Đo cao hình học

Phơng pháp này dựa trên nguyên lý sử dụng tia ngắm nằm ngang xác

định chênh cao giữa hai điểm (Hình 1.1)

Hình 1.1 Trạm đo cao hình học

Nếu máy thủy chuẩn đặt giữa khoảng A, B, ký hiệu (a), (b) là các số đọctơng ứng trên mia sau (đặt tại A) và mia trớc (đặt tại B), khi đó chênh cao giữahai điểm A, B đợc tính theo công thức:

hAB = (a) – (b)

Việc quan trắc để xác định độ lún công trình phải đ ợc tiến hành theo mộtười ta chia làm 2 giai đoạn:quy định đo cao hình học chính xác đặc biệt hay còn gọi là đo cao hình học tiangắm ngắn Những chỉ tiêu kỹ thuật của đo cao hình học tia ngắm ngắn đợcquy định ở bảng 1.3

Bảng 1.3 Chỉ tiêu kỹ thuật của thủy chuẩn hình học tia ngắm ngắn

Chỉ tiêu

Hạng thủy chuẩn

Chênh lệch khoảng ngắm (m):

- Trên 1 trạm

- Trên toàn tuyến

0,42,0

1,04,0

2,05,0Sai số khép cho phép (mm) ≤  0 , 3 n ≤  1 , 0 n ≤  2 , 0 n

b Đo cao thuỷ tĩnh

Phơng pháp đo cao thủy tĩnh dựa trên nguyên lý bình thông nhau: Bề“Khảo sát ph

mặt chất lỏng trong các bình thông nhau luôn có vị trí nằm ngang (vuông góc phơng dây dọi) và có cùng một độ cao, không phụ thuộc vào hình dạng mặt cắt cũng nh khối lợng chất lỏng trong các bình ”

(a)-Vị trớ đo thuận (b)-Vị trớ đo đảo

Hình 1.2 Sơ đồ cấu tạo máy đo cao thủy tĩnh

Để xác định chênh cao h giữa hai điểm A, B nếu :

Phơng pháp này cho độ chính xác cao nhng phạm vi ứng dụng hạn chế và chỉdùng khi phơng pháp thủy chuẩn hình học không có hiệu quả.

c Đo cao lợng giác

Phơng pháp đo cao lợng giác dựa trên nguyên lý xác định gián tiếp chênhcao thông qua việc đo góc nghiêng và khoảng cách

Phơng pháp này có độ chính xác không cao nên chỉ dùng quan trắc các côngtrình có độ chính xác thấp và khi những điều kiện không thuận lợi hoặc kémhiệu quả đối với đo cao hình học Trong quan trắc lún công trình th ờng sửdụng phơng pháp đo cao lợng giác tia ngắm ngắn (chiều dài tia ngắm không v-

Hình 1.3: Đo cao lợng giácChênh cao giữa hai điểm A và B đợc xác định theo công thức:

tế không cho phép áp dụng đợc đo cao hình học Và nh đã trình bày, để đạt độchính xác cao trong quan trắc độ lún công trình chúng ta phải áp dụng đo caohình học tia ngắm ngắn Vì có những đặc thù nh vâỵ nên phải có những yêuười ta chia làm 2 giai đoạn:cầu riêng cho hệ thống lới và các loại mốc dùng trong quan trắc lún côngtrình Vấn đề này sẽ đợc chúng tôi trình bày ở phần tiếp theo

1.2.2 Lới khống chế và các loại mốc dùng trong quan trắc lún công trình

Chuyển dịch thẳng đứng công trình là sự thay đổi độ cao của công trìnhtheo thời gian, vì vậy để quan trắc chuyển dịch thẳng đứng công trình phải lập

lới khống chế độ cao nhằm xác định độ cao công trình ở các thời điểm để sosánh với nhau tìm ra chuyển dịch.

Lới khống chế trong quan trắc chuyển dịch là mạng lới độc lập, đợc tiến hành

đo lặp trong các chu kỳ quan trắc Các mạng lới này thông thờng đợc xây dựngthành 2 bậc; bậc 1 là lới khống chế cơ sở và bậc 2 là lới quan trắc

a Cấp lới cơ sở

Cao độ các điểm mốc của lới khống chế cơ sở là số liệu gốc cho việcthính toán và đánh giá độ chuyển dịch của các điểm kiểm tra đợc gắn trêncông trình cần theo dõi, và nếu chỉ cần một trong các mốc này bị chuyển dịch

vị trí sẽ làm sai lệch vị trí các mốc quan trắc và tất nhiên điều này sẽ ảnh hởng

đến các kết quả đánh giá độ chuyển dịch của công trình

Do vậy các điểm khống chế cơ sở cần đợc bố trí tại những nơi có điều kiện địachất ổn định, nằm ngoài phạm vị chịu tác động của sự chuyển dịch công trình

và đặc biệt phải có độ ổn định cao trong suốt quá trình quan trắc

Yêu cầu về hệ thống mốc cơ sở [7]

Hệ thống mốc chuẩn đóng vai trò rất quan trọng, nó là điểm gốc của hệchuẩn (hệ quy chiếu) Vì vậy cần xây dựng một hệ thống mốc chuẩn cố định,tức là độ cao của chúng không thay đổi theo thời gian

Nếu vì tr ờng hợp quá khó khăn cũng có thể dựa vào các mốc chuẩn khôngười ta chia làm 2 giai đoạn:

ổn định tức là các mốc chuẩn này vẫn bị lún do những nguyên nhân khác gây

ra, nh ng phải biết đ ợc quy luật lún của chúng để nội suy hoặc ngoại suyười ta chia làm 2 giai đoạn: ười ta chia làm 2 giai đoạn:giá trị độ cao ở thời điểm nào đó với độ chính xác cần thiết

Tuy nhiên, việc xác định đ ợc độ ổn định của các mốc chuẩn là rất khó khănười ta chia làm 2 giai đoạn:

và phức tạp Vì thế khi xây dựng hệ thống mốc chuẩn phải nghiên cứu kỹ cáctài liệu địa chất công trình, địa chất thuỷ văn

Số l ợng mốc chuẩn phải đủ và đ ờng tuyến dẫn từ các mốc chuẩn gốc phảiười ta chia làm 2 giai đoạn: ười ta chia làm 2 giai đoạn:chính xác, hợp lý và ổn định và có đủ điều kiện kiểm tra, đánh giá đ ợc sự ổnười ta chia làm 2 giai đoạn:

định của chúng

Về số l ợng mốc chuẩn: nên tạo thành những cụm hệ thống mốc chuẩn,ười ta chia làm 2 giai đoạn:mỗi cụm này có ít nhất 3 mốc Tuỳ thuộc vào quy mô và diện tích của nhà vàcông trình xây dựng mà bố trí số l ợng mốc chuẩn và số cụm.ười ta chia làm 2 giai đoạn:

Các mốc chuẩn phải đ ợc đặt ở tầng đá gốc hoặc tầng cuội sỏi, trongười ta chia làm 2 giai đoạn:

tr ờng hợp này mốc chuẩn phải đ ợc cấu tạo theo kiểu chôn sâu nh hìnhười ta chia làm 2 giai đoạn: ười ta chia làm 2 giai đoạn: ười ta chia làm 2 giai đoạn:1.4 (a)

Trong tr ờng hợp khó khăn, có thể xây dựng mốc chôn nông nh hình 1.4ười ta chia làm 2 giai đoạn: ười ta chia làm 2 giai đoạn:(b) Các mốc này đ ợc quy định với kích th ớc lớn, có đế rộng và đ ợc chônười ta chia làm 2 giai đoạn: ười ta chia làm 2 giai đoạn: ười ta chia làm 2 giai đoạn:

ở những nơi có cấu tạo địa chất ổn định , cách xa hợp lý nơi quan trắc lún(th ờng cách xa công trình quan trắc lún là 2/3H, H là chiều cao của côngười ta chia làm 2 giai đoạn:trình) không chôn ở nơi ngập n ớc, s ờn đất tr ợt, gò đống, bờ đê, bãi đổ vàười ta chia làm 2 giai đoạn: ười ta chia làm 2 giai đoạn: ười ta chia làm 2 giai đoạn:phải xa đ ờng sắt hơn 50m, cách đ ờng ô tô 30m.ười ta chia làm 2 giai đoạn: ười ta chia làm 2 giai đoạn:

Hình 1.4- Mốc cơ sở chôn sâu (a) và chôn nông (b)

2 4 l 1

5

3 a a

1-ống bảo vệ 2-Tầng đất cứng 3- Lõi mốc kim loại 4- Đệm xốp 5- Đầu mốc hình chỏm cầu 6- Nắp bảo vệ mốc 7- Hố bảo vệ

Hình 1.5 Kết cấu mốc chôn sâu lõi đơn

b Cấp lới quan trắc

Bao gồm các điểm kiểm tra gắn lên công trình chuyển dịch cùng với côngtrình Lới phải đảm bảo các yêu cầu:

- Các điểm kiểm tra đợc bố trí đều trên mặt bằng của công trình nơi dựkiến chuyển dịch thẳng đứng là lớn nhất

- Các mốc thờng đợc gắn vào phần chịu lực của công trình cao hơn cốt

“Khảo sát ph0” từ 20 đến 50 cm, nơi thuận tiễn cho quan trắc

Yêu cầu về hệ thống mốc quan trắc

Trên các công trình quan trắc lún phải gắn các mốc quan trắc lún theo quy

định (hình 1.5), các mốc này đ ợc làm bằng thép không rỉ, bằng đồng hayười ta chia làm 2 giai đoạn:

bằng sắt mạ Khi thiết kế đặt vị trí các mốc này phải tính đến cấu trúc móng( kết cấu tải trọng động), các điều kiện địa chất công trình và địa chất thuỷ văn

Hình 1.6- Mốc lún gắn vào thân công trình

Các mốc lớn phải đ ợc đặt theo các trục dọc và ngang móng để phát hiện độười ta chia làm 2 giai đoạn:võng, độ nghiêng theo h ớng dọc và ngang nhà , ở những vị trí có thể dự đoánười ta chia làm 2 giai đoạn:lún mạnh, ở các chỗ giao tiếp của các khối kề nhau, theo các cạnh của cácmạch co ngót hoặc khe lún, xung quanh các vùng có tải trọng động lớn và cácvùng có điều kiện địa chất kém hơn Các mốc này cần phải đ ợc bảo vệ trongười ta chia làm 2 giai đoạn:suất thời gian quan trắc ở những công trình đặc biệt, còn phải đặt ở móngnhững mốc đo nhiệt độ đế móng và những mốc quan trắc mức n ớc ngầm.ười ta chia làm 2 giai đoạn:Các mốc này đ ợc quy định cụ thể cho mỗi công trình.ười ta chia làm 2 giai đoạn:

Hai cấp lới này tạo nên một hệ thống độ cao thống nhất và trong mỗi chu kỳchúng đợc đo đạc đồng thời

1.2.3 Quy trình thực hiện quan trắc lún công trình

a Xác định sai số tổng hợp các bấc lới

Sai số tổng hợp các bậc lới đợc xác định trên cơ sở yêu cầu độ chính xác quantrắc lún Nếu yêu cầu đa ra là sai số tuyệt đối độ lún thì việc xác định sai số độcao tổng hợp đợc thực hiện nh sau:

Gọi S là độ lún tuyệt đối của điểm kiểm tra giữa 2 chu kỳ kề nhau, m S là sai sốtrung phơng xác định độ lún tuyệt đối của nó

trong mạng lới quan trắc Từ (1.3) ta có m H=

m là thành phần ảnh hởng của mỗi bậc lới đến độ chính xác

xác định độ cao điểm yếu nhất khi đó: 2

H

m = m H I2+ m H II2 (1.5)Giữa 2 bậc lới có hệ số suy giảm độ chính xác: m H II= K m H I (1.6)

2

H

m = m H I2+K2.m H II2 = (1+ K2) m H I2 (1.7)Trên cơ sở đó, sai số của các bậc lới trong quan trắc độ lún đợc tính nh sau:

- Đối với bậc lới cơ sở :

I

H

m =

) 1 ( 2

số chênh cao trạm đo để làm chỉ tiêu độ chính xác đo đạc

Theo mục a chúng ta đã xác định đợc sai số của các cấp lới trong quan trắc độlún, dựa vào cái này chúng ta xác định đợc sai số trung phơng ngẫu nhiên trên

1 trạm máy đối với từng cấp lới Cụ thể nh sau:

Từ (1.8), (1.9) ta xác định sai số trung phơng ngẫu nhiên trên 1 trạm máy 

đối với từng cấp lới nh sau:

Yêu cầu về máy và dụng cụ đo:

Khi phải quan trắc lún công trình với độ chính xác thuỷ chuẩn hạng 1 cóthể sử dụng các loại máy Ni004, Ni002, H1 và các loại có độ chính xác t ơngười ta chia làm 2 giai đoạn:

đ ơng và mia Invar với khoảng chia nhỏ nhất là 5mm, trên mia có gắn ốngười ta chia làm 2 giai đoạn:thuỷ tròn, sai số chiều dài 1m trên mia không lớn hơn 0.15mm

Khi phải quan trắc lún công trình với độ chính xác hạng 2 có thể dùngcác loại máy Ni004, WILD N3, H1, KONi -007… Với các đặc thù của l và mia Invar nh trên ười ta chia làm 2 giai đoạn: Máy thuỷ bình và mia Invar nh trên ười ta chia làm 2 giai đoạn:

Giá trị góc i không đ ợc lớn hơn 8'' ười ta chia làm 2 giai đoạn:

d Các yêu cầu về đo

Nh đã nói ở trên việc quan trắc để xác định độ lún công trình phải đ ợcười ta chia làm 2 giai đoạn:tiến hành theo một quy định đo cao hình học chính xác đặc biệt hay còn gọi là

đo cao hình học tia ngắm ngắn Nh vậy khi tiến hành đo đạc hệ thống lới quantrắc cần thực hiện đúng các yêu cầu kỹ thuật của thủy chuẩn hình học tiangắm ngắn đợc quy định ở bảng 1.3

Khi đo bằng một mia, phải đo theo trình tự (S -S -T -T) Thời gian đo một trạmphải nhỏ hơn 5 phút

Trớc khi tiến hành đo đạc cần phải thực hiện kiểm nghiệm máy và mia theoyêu cầu của thủy chuẩn chính xác Trong đó đặc biệt chú ý sai số góc i và độnghiêng của lới chỉ

Trong mỗi chu kỳ công tác đo đạc phải đợc thực hiện bởi cùng 1 loại máy,cùng 1 ngời đo, cùng 1 sơ đồ đo để đảm bảo : m H j = m H j 1

e Xử lý số liệu đo đạc

Việc tính toán bình sai các kết quả quan trắc lún của từng chu kì và toàn bộquá trình đo đ ợc tiến hành bằng ph ơng pháp số bình ph ơng nhỏ nhất Đểười ta chia làm 2 giai đoạn: ười ta chia làm 2 giai đoạn: ười ta chia làm 2 giai đoạn:nhanh chóng và đảm bảo độ tin cậy cần thực hiện công việc này trên máy vitính với ch ơng trình mẫu đã đ ợc lập sẵn Kết quả của quá trình tính toánười ta chia làm 2 giai đoạn: ười ta chia làm 2 giai đoạn:phải đạt đ ợc các nội dung sau: ười ta chia làm 2 giai đoạn:

- Độ lún, độ lún lớn nhất, độ lún nhỏ nhất, độ lún trung bình của tất cả các

điểm trên công trình (hay -Tốc độ lún, tốc độ lún lớn nhất, tốc độ lún nhỏnhất, tốc độ lún trung bình của tất cả các điểm và toàn công trình )

- Chênh lệch lún trung bình của các điểm theo các chu kì và của toàn công trình;

- Sai số trung ph ơng xác định độ cao tại các điểm; ười ta chia làm 2 giai đoạn:

Toàn bộ các kết quả trên cần biểu thị bằng các biểu đồ:

- Biểu đồ lún đặc tr ng của các điểm lún lớn nhất và lún nhỏ nhất trong toànười ta chia làm 2 giai đoạn:

bộ thời gian đo lún nh hình 1.7 ười ta chia làm 2 giai đoạn:

- Mặt cắt độ lún theo trục (trục ngang và trục dọc công trình) nh hình 1.8 ười ta chia làm 2 giai đoạn:

- Bình đồ đ ờng đẳng lún ( đ ờng cùng độ cao) nh hình1.9 ười ta chia làm 2 giai đoạn: ười ta chia làm 2 giai đoạn: ười ta chia làm 2 giai đoạn:

- Mặt cắt lún theo không gian 3 chiều nh hình vẽ 1.10.ười ta chia làm 2 giai đoạn:

Hình 1.7 Biểu đồ lún đặc trng của các điểm lún lớn nhất

và nhỏ nhất trong toàn bộ thời gian đo lún

Hình 1.8 Mặt cắt độ lún theo trục

Hình1 9 Bình đồ đờng đẳng lún

Hình1.10 Mặt lún không gian ba chiều

1.2.4 Kỹ thuật xử lý số liệu quan trắc lún công trình

a Yêu cầu của công tác xử lý số liệu

Công tác xử lý số liệu quan trắc lún công trình phải đảm bảo các yêu cầu sau:

- Trong tất cả các chu kỳ quan trắc cần phải tính toán bình sai lới trongcùng một hệ thống độ cao đã chọn kể từ chu kỳ đầu tiên

- Việc xử lý số liệu đo đạc phải đợc thực hiện sao cho các kết quả bìnhsai không chịu ảnh hởng sai số của số liệu gốc (sai số xác định số liệu gốc) vànhững chuyển dịch nếu có của các số liệu gốc

b Nhiệm vụ của công tác xử lý số liệu

Lới độ cao đo lún công trình thực chất là một mạng lới đo lặp ở nhiều thời

điểm (mỗi thời điểm là một chu kỳ) Việc xử lý hệ thống lới độ cao đo lún tạimột thời điểm nào đó thực chất là định vị mạng lới theo nhứng điểm độ caogốc ổn định tại thời điểm đó Nh vậy, khi xử lý hệ thống lới độ cao đo lún cầnphải giải quyết đồng thời 2 nhiệm vụ sau đây:

- Phân tích hệ thống lới độ cao cơ sở, tìm ra những điểm độ cao gốc ổn định

và hiệu chỉnh vào những điểm không ổn định tại thời điểm xử lý lới

- Bình sai lới quan trắc, xác định độ cao của các điểm đo lún gắn trên công trình.Hai nhiệm vụ này đồng thời cũng là quy trình của việc xử lý số liệu quan trắclún công trình

công trình[5]

Nh chúng ta đã biết, lới độ cao đo lún công trình là hệ thống lới độc lập 2cấp, trong đó các điểm độ cao cơ sở tại thời điểm xử lý lới cha hẳn đã hoàntoàn ổn định: chúng có bản chất là lới tự do Hơn nữa, giá trị giới hạn về sự ổn

định của các mốc cơ sở cần phải đợc xác định xuất phát từ độ chính xác cầnthiết đo lún công trình Phù hợp với đặc điểm đó, trong đồ án này chúng tôixin đa ra tiêu chuẩn ổn định của các mốc cơ sở do TS Nguyễn Quang Phúc đềxuất Cụ thể nh sau:

 là sự thay đổi độ cao của mốc độ cao cơ sở thứ i giữa 2 chu kỳ quan trắc

Hệ thống lới khống chế độ cao trong đo lún công trình là hệ thống 2 bậc lới, vìvậy ta có thể viết: m S2 m S12m S22

Mức ảnh hởng của mỗi bậc lới đến độ chính xác quan trắc lún khác nhau bởi hệ số

K (là hệ số biểu diễn mức ảnh hởng đến các bậc lới) Nghĩa là m S II= K.m S I

Với t là hệ số chuyển đổi từ giá trị trung phơng sang giá trị giới hạn

Thông thờng chọn K = 3 và t = 3

Trong phần lớn các trờng hợp, độ chính xác đo lún lấy bằng m S  1.0(mm)

Từ đây ta có thể xác định ảnh hởng của bậc lới cơ sở đến độ chính xác xác

sVì thế trong phần lớn các trờng hợp, ta cần có:

|H i|  t m S I = 0.95 mm (1.12)

Với tiêu chuẩn ổn định nh trên hoàn toàn phù hợp, bởi vì:

- Lới độ cao đo lún công trình là hệ thống lới độc lập 2 cấp, trong đó các

điểm độ cao cơ sở tại thời điểm xử lý lới cha hẳn đã hoàn toàn ổn định: chúng

có bản chất là lới tự do

- Giá trị giới hạn về sự ổn định của các mốc cơ sở đợc xác định xuất phát từ

có những khu vực địa chất rất yếu, mạng lới sông ngòi dày đặc thờng xuyênxẩy ra hiện tợng sụt lún, và bên cạnh đó là vấn đề khai thác nguồn nớc ngầmcha hợp lý… Với các đặc thù của l Những lý do trên đã tác động trực tiếp tới các công trình xâydựng gây nên hiện tợng chuyển dịch và biến dạng công trình

Tiêu biểu là ở TP Hà Nội, Hà Nội vốn nằm trên nền đất bùn, kém ổn định, lạithêm việc khai thác nớc ngầm ồ ạt đã dẫn tới sự sụt lún của lớp đất nền Có thểnêu ra một số công trình tiêu biểu đó là:

- Khu chung c 5 tầng C1 Thành Công- Ba Đình, tầng 1 ban đầu cao 2.5mnay chỉ còn 1m, nơi lún nhiều nhất là 1.8m

Hình 1.11 Nhà C1 Thành Công lún (a) 1.5m và nghiêng (b) 150

- Theo Viện khoa học công nghệ và kinh tế xây dựng Hà Nội – Sở xây dựng

Hà Nội, kết quả quan trắc lún bề mặt đất tại 10 trạm đo lún trong những nămqua đã phản ánh sự sụt lún tại 10 vị trí Có nhiều nơi tốc độ lún là tơng đối lún

nh : khu Thành Công là 41.42mm/năm, khu Ngô Sỹ Liên là 31.52m/năm, khuPháp Vân là 22.16 mm/năm … Với các đặc thù của l

Do đó, ở nớc ta việc theo dõi chuyển dịch và biến dạng các công trình xây dựng

đang đợc nhiều đơn vị và tổ chức quan tâm Tuy nhiên công tác theo dõi chuyểndịch và biến dạng công trình xây dựng đợc thực hiện cho những công trình lớn

và trung bình nh nhà cao tầng, nhà máy, đập thủy điện, công trình giao thông… Với các đặc thù của l.Với các công trình vừa và nhỏ nh công trình dân dụng… Với các đặc thù của lthì công tác quan trắcchuyển dịch biến dạng cha đợc chú trọng đúng mức hoặc có thể do một số lý dokhác mà hiện tợng các công trình này bị chuyển dịch và biến dạng ngoài khảnăng kiểm soát đã gây ra nhiều hậu quả nghiêm trọng Đây là vấn đề còn bấtcập, nếu chúng ta có những biện pháp theo dõi từ đó có thể đa ra đợc những cảnhbáo và tìm đợc những biện pháp phòng chống hiệu quả của chuyển dịch và biếndạng công trình Nhất là với tốc độ phát triển cơ sở hạ tầng rất mạnh nh hiện nay,thông tin về chuyển dịch biến dạng luôn có giá trị cao

- Hiện nay ở Việt Nam, quan trắc lún công trình đợc thực hiện chủ yếu bằngphơng pháp đo cao hình học

- Máy móc sử dụng thờng là máy thuỷ chuẩn có độ chính xác cao nh Ni004,Ni007 và các máy có độ chính xác tơng đơng Thời gian gần đây còn có sử dụngthêm máy thuỷ chuẩn số nh DNA03, DNA10… Với các đặc thù của l

Chơng 2

Khảo sát phơng pháp bình sai lới trắc địa tự do

2.1 khái niệm về lới trắc địa tự do

Trong các mạng lới trắc địa, tuỳ thuộc vào số lợng và chất lợng của số liệugốc (số liệu khởi tính), có thể chia ra làm hai loại lới sau đây [2]

2.1.1 Lới phụ thuộc

Là lới có thừa số liệu gốc để xác định hình dạng, kích thớc và định vị lới trongmột hệ toạ độ nào đó Số liệu gốc thừa có thể là:

- Toạ độ (hoặc cao độ) các điểm khởi tính của lới cấp trên

- Các chiều dài cạnh hoặc các phơng vị cạnh khởi tính đã đợc xác địnhvới độ chính xác cao, coi nh không có sai số

2.1.2 Lới tự do

Loại lới này có thể phân ra thành 2 trờng hợp:

a Lới tự do không có số khuyết

Là lới có số liệu gốc tối thiểu vừa đủ để xác định hình dạng, kích thớc và

định vị lới trong một hệ toạ độ Nh đã biết, số liệu gốc tối thiểu vừa đủ đối vớilới trắc địa mặt bằng là 4, bao gồm 4 toạ độ của 2 điểm hoặc 2 toạ độ của một

điểm, chiều dài và phơng vị của một cạnh Với lới độ cao, số liệu gốc tối thiểuvừa đủ là 1 và với lới toạ độ không gian là 7 Loại lới này còn có tên gọi là lới

tự do bậc 0

b Lới tự do có số khuyết

Là lới thiếu số liệu gốc tối thiểu cần thiết cho việc định vị Đối với lớimặt bằng, số khuyết d có thể bằng 1, 2, 3 hoặc 4; với lới độ cao , số khuyết lớnnhất là 1 và đối với lới không gian thì số khuyết lớn nhất là 7 Trong đồ an này

đề lới tự do đợc hiểu là lới tự do có số khuyết d > 0

Xét về mặt chất lợng, nếu lới trắc địa số liệu gốc có sai số vợt quá sai số đo thìmạng lới cũng đợc coi là lới tự do, trong trờng hợp này số liệu gốc chỉ có tácdụng là cơ sở cho việc định vị lới

2.2 mô hình toán học của phơng pháp bình sai lới tự do 2.2.1 Mô hình bài toán bình sai lới tự do

Chúng ta hãy xem xét mô hình bài toán bình sai lới tự do trên cơ sở của phơngpháp bình sai gián tiếp kèm điều kiện

Giả sử một mạng lới tự do đợc bình sai theo phơng pháp bình sai gián tiếp:

Khi chuyển từ hệ phơng trình số hiệu chỉnh đến hệ phơng trình chuẩn theonguyên lý số bình phơng nhỏ nhất sẽ thu đợc:

R X + b= 0 (2.2)Với: R A T PA

i

r

1 1

0

- Không tồn tại phép nghịch đảo ma trận R, do Det(R) = 0

Hệ phơng trình chuẩn (2.2) vì vậy không thể giải hệ trên theo các phơng phápthông thờng Muốn giải đợc nó cần bổ sung điều kiện:

C T.X + L C = 0 (2.3)Trong đó, L C là vector không ngẫu nhiên tự chọn, thông thờng L C = 0

X C C R

~ 1

T T

T

T R C

C R

(2.7)Với ma trận R~là một dạng giả nghịch đảo của R và đợc xác định theo công thức:

0

RB

AB

(2.11)Giữa C và B tồn tại mối quan hệ:

B E

t là số lợng ẩn số;

d là số khuyết của lới;

f là vector hệ số khai triển của hàm số;

ơng trình chuẩn (2.2)

2 Trong (2.8) có sự tham gia của ma trận điều kiện C Vì vậy, việc lựa chọn

điều kiện bổ sung (2.3) sẽ làm thay đổi vector nghiệm, nói cách khác, chúng

có ảnh hởng tới độ cao bình sai

3 Ma trận C cần phải đợc lựa chọn một cách thích hợp, phù hợp với đặc điểm

và bản chất của từng loại lới Tính linh hoạt của việc lựa chọn ma trận điềukiện C là một trong những tính chất quan trọng, định hớng cho những nghiêncứu sâu hơn khi sử dụng mô hình bình sai này để xử lý các mạng lới trắc địa

có bản chất là lới tự do

2.2.2 Ví dụ về bình sai lới tự do

Giả sử có một lới độ cao nh hình 2.1 Các chênh cao đo cùng độ chính xác và

có giá trị nh sau:

1 1

0

0 1

1 1 2

) 1 1 5 0 6

0 3 1

1 1 2 )

083 0 417 0 250 0

250 0 250 0 750 0 )

(R CC T 1

) 1 1 1

167 0 167 0

0 0

500 0 )

h1

2.3 tính chất cơ bản của kết quả bình sai lới tự do

2.3.1 Tính chất của bài toán bình sai lới tự do

Trong mục này chúng tôi xin đa ra ví dụ về bình sai một mạng lới độ cao tự donhằm kiểm chứng các tính chất của phơng pháp bình sai lới tự do

Một lới độ cao nh hình 2.3

- Độ cao các điểm lới ở chu kỳ trớc (bảng 2.1):

Bảng 2.1 Độ cao các điểm chu kỳ trớc

Hình 2.3 Đồ hình lới độ cao tự do

- Trị đo của lới (bảng 2.2)

Bảng 2.2 Trị đo của lới Các lựa chọn ma trận định vị C

1 X

3.13

-2.0

0 0.57 0.56 9.80 2.08 V

0.0 2

0.0 3

0.05

0.09

0.22

4.17

-0.9 6

0.48

0.48

-17.4

1 2.28 V

0.0 2

0.0 3

0.05

0.09

0.22

3.69

0.0 3

0.05

0.09

0.22

3.69

0.0 3

0.05

0.09

0.22

-Từ ví dụ trên chúng ta rút ra các tính chất sau:

- Tính chất của vector trị bình sai của các đại lợng:

Vector trị bình sai của các đại lợng đo là duy nhất, không phụ thuộc vào sự lựa chọn matrận định vị C cũng nh lựa chọn vector tọa độ gần đúng (Bảng 2.3)

- Tính chất vết của ma trận trọng số đảo R:

Vết toàn cục của ma trận giả nghịch đảo ứng với khối C = B là nhỏ nhất (Bảng 2.3)

Sp(R11)min

2.3.2 Một số nhận xét về bình sai lới trắc địa tự do

So sánh mô hình của bài toán bình sai lới tự do với các bài toán bình saikhác theo nguyên lý của phơng pháp số bình phơng nhỏ nhất, chúng ta có thểrút ra một số nhận xét sau:

1 Trong bài toán bình sai điều kiện cũng nh bình sai gián tiếp với số liệu gốc,tập hợp số liệu gốc tham gia vào quá trình bình sai mạng lới Kết quả bình saivì thế chịu ảnh hởng của sai số số liệu gốc và những chuyển dịch của các sốliệu gốc

2 Giải pháp bình sai lới tự do bậc 0 và bình sai có tính đến ảnh hởng sai sốcủa số liệu gốc sẽ loại trừ đợc ảnh hởng sai số của số liệu gốc Tuy nhiên đốivới các mạng lới quan trắc chuyển dịch thì lợng chênh do chuyển dịch của tậphợp số liệu gốc vẫn tồn tại trong kết quả bình sai

3 Trong bài toán bình sai lới tự do, tập hợp số liệu gốc chỉ tham gia vào quátrình định vị, mà không tham gia vào quá trình bình sai, vì vậy vector trị bìnhsai nhận đợc không chịu ảnh hởng của sai số số liệu gốc và những chuyển dịch

của cacsố liệu gốc Đây lại là một đặc điểm nữa rất quan trọng, cho thấy tính uviệt của phơng pháp bình sai tự do so với các phơng pháp bình sai thông thờng.

Đặc điểm này đợc chúng tôi khai thác ứng dụng trong vấn đề định vị hệ thốnglới độ cao đo lún công trình

2.4 vấn đề định vị hệ thống lới độ cao đo lún

Nh chúng ta đã biết lới độ cao đo lún công trình là dạng lới cục bộ baogồm 2 cấp Cấp lới cơ sở có tác dụng làm gốc khởi tính cho cả hệ thống lới độcao, cấp lới quan trắc gồm các điểm đo lún gắn trên công trình và trực tiếpchuyển dịch cùng với công trình Nếu nh tập hợp các điểm độ cao gốc là tuyệt

đối ổn định, thì độ cao các điểm của lới quan trắc sẽ đợc xác định theo các điểmgốc độ cao, giải pháp bình sai gián tiếp với số liệu gốc trong trờng hợp này là cóthể chấp nhận đợc Tuy nhiên, khó có thể đảm bảo rằng, trong suốt quá trìnhquan trắc theo dõi độ lún công trình, các điểm độ cao gốc lại không bị thay đổigiá trị độ cao Điều đó có nghĩa là, mạng lới độ cao đo lún công trình có hệthống các điểm gốc có thể không ổn định chúng có bản chất là lới tự do Giảipháp bình sai gián tiếp với số liệu gốc trong trờng hợp này không còn phù hợp.Vì vậy cần áp dụng thuật toán bình sai tự do cho dạng lới này

Vận dụng mô hình bình sai lới tự do trong trờng hợp xử lý lới độ cao đo lún,vấn đề định vị đợc chúng tôi triển khai nh sau:

- Bình sai hỗn hợp cả hai cấp lới với số khuyết d = 1 có tính đến trọng sốcủa chúng

- Điều kiện định vị C T.X + L C = 0

Trong đó C  T (c1 c2 c3 c t)

Các phần tử c i (i 1 t) đợc xác định nh sau:

c i = 1 ứng với các điểm độ cao cơ sở

c i = 0 ứng với các điểm của lới quan trắc

- Những điểm độ cao cơ sở không ổn định sẽ bị loại, cho đến khi c i = 1chỉ hoàn toàn ứng với những điểm độ cao cơ sở ổn định nhất Nh vậy,việc xây dựng điều kiện định vị là quá trình tính lặp, đợc thực hiện đồngthời với quá trình bình sai

Lới độ cao đo lún công trình thực chất là một mạng lới do lặp ở nhiều thời

điểm (mỗi thời điểm là một chu kỳ) Việc xử lý lới quan trắc tại một thời

điểm nào đó thực chất là xác định độ cao các điểm của lới dựa vào những

điểm độ cao gốc ổn định tại thời điểm đó Nh vậy, khi xử lý hệ thống lới độcao đo lún cần phải giải quyết 2 nhiệm vụ đó là:

- Thứ nhất, phân tích hệ thống lới độ cao cơ sở, tìm ra những điểm độ caogốc ổn định tại thời điểm xử lý lới

- Thứ hai, bình sai lới quan trắc, xác định độ cao của các điểm đo lún gắntrên công trình trong hệ thống các điểm gốc ổn định

Nghiên cứu mô hình của bài toán bình sai tự do với u điểm tập hợp số liệugốc chỉ tham gia vào quá trình định vị, mà không tham gia vào quá trìnhbình sai, vì vậy vector trị bình sai nhận đợc không chịu ảnh hởng của sai số

số liệu gốc và những chuyển dịch (nếu có) của các số liệu gốc Và theonhững yêu cầu nói trên của việc định vị hệ thống lới độ cao đo lún, chúngtôi nhận thấy rằng việc sử dụng thuật toán bình sai tự do để xử lý hệ thốnglứới độ cao là một giải pháp toàn dịên, phù hợp với đặc điểm và bản chấtcủa dạng lới này Sự phù hợp đó không chỉ dừng lại ở ý nghĩa điều kiện

định vị C T.X + L C = 0, mà còn cho phép xử lý đồng thời 2 cấp lới, toạ rakhả năng tự động hoá cao khi sử dụng máy tính điện tử

Do đó, khi nghiên cứu phơng pháp xử lý số liệu đo lún công trình chúng tôinhận thấy cần giải quyết hai vấn đề sau:

- Xây dựng một quy trình hợp lý để có thể giải quyết đợc đồng thời 2nhiệm vụ kể trên khi xử lý các mạng lới độ cao đo lún công trình

- Xây dựng một chơng trình phần mềm theo thuật toán bình sai tự do phùhợp với quy trình đã nêu để tự động hoá xử lý số liệu đo lún

Vấn đề này sẽ đợc chúng tôi giải quyết trong chơng sau

Chơng 3

xử lý số liệu quan trắc lún công trình

theo phơng pháp bình sai lới trắc địa tự do

Trong chơng 2 khi xem xét mô hình của bài toán bình sai tự do và những yêucầu của việc định vị hệ thống lới độ cao đo lún, có thể khẳng định rằng, việc

sử dụng phơng pháp bình sai tự do để xử lý hệ thống lới độ cao đo lún là mộtgiải pháp toàn diện, phù hợp với đặc điểm và bản chất của dạng lới này Trongchơng này, chúng tôi xây dựng một quy trình hợp lý từ đó xây dựng một ch-

ơng trình phần mềm máy tính theo mô hình bài toán bình sai lới tự do để cóthể tự động hoá quá trình phân tích xác định hệ thống các điểm lới cơ sở ổn

định đồng thời bình sai hệ thống lới độ cao đo lún công trình Các thuật toán

đợc xây dựng theo nội dung của phơng pháp bình sai gián tiếp kèm điều kiện.Chúng tôi sẽ sử dụng thuật toán bình sai tự do để bình sai hỗn hợp hai bậc lới

3.1 thuật toán

1 Chọn ẩn số

ẩn số đợc chọn là độ cao bình sai của tất cả các điểm trong lới, bao gồmcác điểm của lới cơ sở và các điểm của lới quan trắc

2 Lập phơng trình số hiệu chỉnh của các trị đo

Phơng trình số hiệu chỉnh của trị đo thứ m trong lới giữa hai điểm i và k

(hình 3.1) đợc biễu diễn dới dạng tuyến tính:

m i k

Để ý (3.1) sẽ thấy các hệ số a mj của phơng trình số hiệu chỉnh trị đo m

đ-ợc xác định theo nguyên tắc sau:

-1, nếu j=i;

k

a mj  1, nếu j=k;

0, nếu j khác i và k.

Hệ phơng trình số hiệu chỉnh viết dới dạng ma trận:

L X A

A R

Đối với lới độ cao tự do, số khuyết d=1, do vậy C là ma trận cột gồm n

phần tử (n là tổng số điểm trong lới) Các phần tử của ma trận C đợc lựa chọn

A

1

T t H H

H

X  (  1  2  )

(3.4)Suy ra:

C R

Tính ma trận (R + CC T ) -1 bìnn thờng, sau đó trừ đi ma trận TT T

Sau khi tính ma trận giả nghịch đảo sẽ tìm đợc nghiệm theo công thức:

b R

Dựa vào vector nghiệm X tiến hành phân tích sự ổn định của các điểm lới cơ

sở, nếu phát hiện thấy có một hay nhiều điểm có dấu hiệu không ổn định thì

tiến hành quá trình tính lặp, tức là chọn lại điều kiện định vị C (sẽ đợc nói rõ ở

phần quy trình xử lý lới) Nếu các điểm lới là ổn định thì tiến hành bình sai lới

và đánh giá độ chính xác

7 Bình sai

Sau khi tìm đợc nghiệm của hệ phơng trình chuẩn mở rộng, sẽ tiến hành tính:

- Vector chênh cao bình sai:

L AX h

- Vector độ cao bình sai:

X H

T 1

- Sai số trung phơng trọng số đơn vị:

d t n

Với f là vector hệ số của hàm cần đánh giá.

3.2 sơ đồ khối và quy trình xử lý lới độ cao đo lún

Nh đã trình bày ở chơng 2, việc xử lý hệ thống lới độ cao đo lún bao gồmhai nhiệm vụ:

- Phân tích hệ thống lới độ cao cơ sở, tìm ra những điểm độ cao gốc ổn

định tại thời điểm xử lý lới

- Bình sai tổng thể hệ thống lới, định vị lới theo những điểm độ cao gốc

ổn định để xác định độ cao của các điểm đo lún gắn trên công trình

Về nguyên tắc, hai nhiệm vụ này có thể giải quyết tách biệt Sau khi phântích, tìm ra những điểm độ cao cơ sở ổn định và hiệu chỉnh cho những điểmkém ổn định, sẽ bình sai lới quan trắc nh một lới phụ thuộc với số liệu gốc là

độ cao của các điểm cơ sở Tuy nhiên nh vậy, lới quan trắc ít nhiều sẽ bị tác

động của sai số số liệu gốc Hơn nữa, nếu sử dụng máy tính điện tử sẽ làmgiảm khả năng tự động hoá khi xử lý số liệu

Để khắc phục những hạn chế nêu trên, giải pháp của chúng tôi là tiếnhành xử lý đồng thời 2 bậc lới theo thuật toán đã trình bày ở tiết 3.1 Theo đó,hai nhiệm vụ nói trên khi xử lý hệ thống lới độ cao đo lún đợc chúng tôi giảiquyết nhờ quá trình tính lặp sau đây:

- Bớc 1: Bình sai tổng thể hai cấp lới theo thuật toán bình sai lới tự do,

định vị lới trong hệ thống các điểm độ cao cơ sở (độ cao gốc)

- Bớc 2: Phân tích hệ thống lới cơ sở để tìm ra những điểm độ cao gốc ổn

định theo tiêu chuẩn (1.11)

- Bớc 3: Bình sai lại hệ thống lới, định vị lại mạng lới theo các điểm độcao cơ sở ổn định đã tìm đợc ở bớc 2.

Mô hình tính lặp này đợc chúng tôi cụ thể hoá bằng một quy trình xử lý

số liệu lới đo lún theo thuật toán bình sai lới tự do Cụ thể nh sau:

 Chu kỳ 1 : Lấy một điểm cơ sở làm điểm khởi tính để tính trị gần

đúng cho độ cao tất cả các điểm trong hệ thống lới quan trắc lún Sau đó, bìnhsai chung cả lới cơ sở và lới quan trắc nh một lới tự do (có số khuyết d = 0) có

lu ý đến trọng số của các trị đo trong mỗi bậc lới Không đặt vấn đề phân tích

độ ổn định của các điểm độ cao cơ sở

 Chu kỳ 2 : Bình sai hệ thống lới theo thuật toán bình sai lới tự do với các

điểm định vị là tất cả các điểm độ cao gốc, kết hợp phân tích độ ổn định các mốcgốc theo tiêu chuẩn (1.11) Nó sẽ xẩy ra một trong các trờng hợp sau:

- Có một số điểm nào đó trong hệ thống các điểm gốc không ổn định :Loại lần lợt một trong số những điểm gốc không ổn định, bắt đầu từ điểm kém

ổn định nhất ra khỏi danh sách các điểm định vị ,tiến hành định vị lới theonhững điểm định vị còn lại Nếu kết quả cho thấy những điểm định vị mới này

đều ổn định thì dừng lại và chấp nhận kết quả bình sai

- Có một điểm gốc không ổn định: Loại điểm gốc này ra khỏi danh sáchcác điểm gốc, tiến hành định vị lới theo các điểm gốc còn lại

- Tất cả các điểm gốc đều ổn định: Quá trình bình sai diễn ra bình ờng, lới quan trắc đợc định vị theo tất cả các điểm gốc

th- ở chu kỳ thứ i, độ cao của các điểm gốc ổn định đợc giữ nguyên, cònnhững điểm không ổn định sẽ nhận giá trị độ cao mới để định vị tiếp cho chu kỳthứ (i+1) Việc phân tích độ ổn định cũng đợc thực hiện nh ở chu kỳ thứ 2

Sơ đồ khối của quy trình này đợc biểu diễn nh hình 3.2