khảo sát khả năng đo offset (bù) của máy toàn đạc điện tử NT662

khảo sát khả năng đo offset (bù) của máy toàn đạc điện tử NT662

Mục lục

Chơng I: Các phơng pháp đo dài trong trắc địa

I.1 Phơng pháp đo dài trực tiếpI.2 Phơng pháp đo dài gián tiếp

Chơng II: Giới thiệu máy toàn đạc điện tử NTS662

II.1 Sơ lợc lịch sử các máy đo điện tửII.2 Cấu tạo nguyên lý hoạt động của máy toàn đạc điện tửII.3 Giới thiệu chung về máy toàn đạc điện tử NTS662

Chơng III: Thực nghiệm

III.1 Mục đích và nội dung thực nghiệmIII.2 Đo offset cạnh

III.3 Đ o offset góc III.4 Đo offset trụ Kết luận và kiến nghị

Phụ lục 1

Phụ lục 2

Tài liệu tham khảo

Mở đầu

Đối với ngành Trắc địa hiện nay đã có rất nhiều loại máy đo phục vụ cho công tác ngoại nghiệp: máy đo góc, máy đo cạnh, máy toàn đạc điện tử đo góc cạnh và máy định vị GPS Nhng máy toàn đạc điện tử đợc sử dụng rộng rãi nhất

ở nớc ta máy toàn đạc điện tử nói chung và máy NTS662 nói riêng cũng mới đợc sử dụng phổ biến từ vài năm trở lại đây Có nhiều đề tài khảo sát về khả năng đo cạnh, đo góc của nó nhng việc khảo sát về khả năng đo chiều dài gián tiếp của loại máy này thì cha đợc quan tâm một cách đầy đủ về nó Chính vì lý

do này nên chúng tôi đã tiến hành thực hiện đề tài: "Khảo sát khả năng đo

offset (bù) của máy toàn đạc điện tử NTS662".

Nội dung đề tài gồm 3 chơng:

Chơng I: Các phơng pháp đo dài trong trắc địa

Chơng II: Giới thiệu máy toàn đạc điện tử NTS662

Chơng III: Thực nghiệm

Mục đích của đề tài này: mở rộng thêm các dạng đo thực nghiệm bằng máy toàn đạc điện tử NTS662 để đánh giá một cách toàn diện hơn về khả năng xác định chênh cao của nó

Với tinh thần làm việc nghiêm túc và sự giúp đỡ của thầy giáo Vũ Trung Rụy cùng các thầy cô giáo trong khoa Trắc địa đến nay tôi đã hoàn thành đợc đồ

án Song do thời gian có hạn các tài liệu cha đầy đủ, các thực nghiệm còn ít, cha mang tính chất toàn diện nên bản đồ án còn cha đề cập hết đợc các điều kiện biến đổi của ảnh hởng chiết quang trong các điều kiện đo khác nhau, và các ảnh hởng khác đến độ chính xác đo cao lợng giác Rất mong đợc sự chỉ giáo và góp ý của các thầy, cô giáo và các bạn đồng nghiệp

Chơng I các phơng pháp đo dài trong trắc địa

I.1 Phơng pháp đo dài trực tiếp

I Khái niệm về phơng pháp đo khoảng cách trực tiếp

- Đo khoảng cách trực tiếp là so sánh chiều dài của đối tợng nào đó với một dụng cụ đo đã biết trớc chiều dài Dụng cụ đã biết trớc chiều dài đó ngời ta gọi là thớc đo dài Thớc đo dài có thể làm bằng gỗ, tre, hoặc bằng kim loại… Tùy theo độ chính xác của chiều dài cần xác định mà ngời ta có thể chọn thớc khác nhau Ví dụ muốn xác định chiều dài của đối tợng nào đó với độ chính xác thấp thì ngời ta có thể dùng thớc tre hoặc gỗ trực tiếp xác định chiều dài của đối tợng cần đo Muốn xác định chiều dài của đối tợng nào đó với độ chính xác cao thì ngời ta phải dùng thớc thép hoặc dây Inva Nếu gọi D là khoảng cách cần đo giữa hai điểm AB, 1 là chiều dài của thớc và n là số lần đặt thớc, theo hình vẽ 1 dới đây ta có:

D = n1 + r (trong đó r là phần lẻ của thớc) (I-1.1)

Hình I-1.1

II Các dụng cụ sử dụng trong đo chiều dài trực tiếp

II.1 Thớc thép thờng

- Cấu tạo của thớc thép thờng

Là loại thớc có chiều dài 20m, 30m, 40m, 50m với khoảng chia nhỏ nhất

là 1cm Dùng để đo chiều dài với độ chính xác thấp nên thờng ko có phơng trình riêng Vạch "O" có thể đợc đánh dấu trên thớc hoặc tính từ mép đầu của vòng tay kéo của nó

II.2 Thớc thép chính xác

a Cấu tạo của thép chính xác

Là loại thớc đợc làm bằng hợp kim có hệ số giãn nở nhiệt thấp, dài từ 20

đến 50m, với khoảng chia nhỏ nhất là 1mm Ngoài thớc ra còn có một thang đọc

số phụ dài 20cm, đợc chia chính xác tới milimét có thể gắn vào bất cứ decimét nào trên thớc Vì thế thớc cho phép đọc số chính xác tới 0.1mm Do đó thớc phải

- l0 là chiều dài danh nghĩa

- α là hệ số giãn nở nhiệt của thớc

- t0 nhiệt độ khi kiểm nghiệm thớc

- t là nhiệt độ môi trờng khi đo

- ∆lk = (lt0 - L0): là số chênh chiều dài thớc ở nhiệt độ lúc kiểm nghiệm với chiều dài chuẩn L0

Nếu ký hiệu α(t - t0) = ∆lt và ký hiệu số hiệu chỉnh chung của thớc là ∆l0 thì số cải chính chung của thớc là: ∆l0 = (∆lk + ∆lt), lúc đó mỗi mét thớc sẽ có số

cải chính trung bình là:

t

0 l

* Giới thiệu về thớc dây Inva:

- Cấu tạo của thớc dây Inva:

+ Thớc dây Inva đợc chế tạo bằng hợp kim gồm 31% Niken, 63% Thép, 5% Côban và 1% các thành phần khác nh Megie…

+ Thớc dây Inva có hai loại chính: Một loại 24m và một loại 48m, ngoài

ra còn có loại 72m, 96m để đo trong trờng hợp vợt sông và thớc 4m, 8m để đo các đoạn lẻ Một bộ thớc gồm 4 thớc 24m và một cuộn 4m hoặc 8m, đờng kính thớc dây là 1,65mm, trọng lợng 1m là 17,3gam ở hai đầu của thớc có gắn 2 thớc

3 cạnh, thiết diện ∆ dài 8cm khắc đến mm, ở một đầu còn lại của thớc 3 cạnh có móc mắc vào ròng rọc để chao tạ (hình I-1.3)

b Kiểm nghiệm thớc dây Inva

- Kiểm nghiệm thớc dây Inva đợc tiến hành trong phòng thí nghiệm nhằm mục đích:

+ Xác định phơng trình của thớc dây Inva tại nhiệt độ t

- Kiểm nghiệm thớc dây Inva bằng phơng pháp giao thoa ánh sáng:

Sơ đồ bố trí nh hình vẽ I-1.4:

- Nguyên lý của phơng pháp: ánh sáng từ nguồn sáng qua hai thấu kính L1

và L2 sẽ thành chùm tia hẹp song song đổ tới gơng B Khi tới gơng B thì có một phần tia sáng lọt qua gơng B đi tới gơng C và phản xạ ở C quay lại B rồi về kính quan sát F

Một phần tia sáng sẽ phản xạ tại B rồi phản xạ ở A cứ nh vậy sẽ phản xạ (2n - 1) lần qua A và B ở đây nếu chúng ta điều chỉnh gơng C nh thế nào đó để sao cho d/d0 = n Khi đó hiện tợng giao thoa sẽ xảy ra (độ chính xác phải đạt cỡ

1 ữ 2à Thế nhng để đạt đợc độ chính xác đến nh vậy thì rất khó, vì vậy ngời ta

bố trí thêm các bộ phận "bồi thờng quang học" K1 và K2 Nhờ đó mà hiện tợng giao thoa vẫn xảy ra

Rõ ràng bằng việc điều chỉnh nh vậy thì chiều dài Ac sẽ không bằng đúng nd0 nữa mà sẽ thay đổi một đại lợng ∆/2 ∆/2 này là đoạn biến đổi sẽ nhận đợc nhờ đọc trên các bộ phận K1 và K2 (tơng tự nh bộ đo cực nhỏ trong máy kinh vĩ quang học)

Độ chính xác của phơng pháp:

Độ chính xác của việc xác định d sẽ phụ thuộc vào độ chính xác xác định d0 và ∆ ở đây để xác định d0 chính xác ngời ta sử dụng thớc tiêu chuẩn thạch anh dài 1m để trên hai điểm Bécsen để đo Còn để xác định sai số quang lộ ∆ ng-

ời ta sử dụng hai bộ phận bồi thờng quang học K2 và K1 có thể thay đổi và có thể

đọc số đợc:

Biết đợc chính xác d rồi, chúng ta sẽ sử dụng nó để so sánh với thớc Inva

nh phơng pháp thông thờng Phơng pháp giao thoa có thể đạt độ chính xác ± 0.9à, tơng đơng với sai số tơng đối 0.4.10-7m

Hình I-1.4

Phơng trình của thớc dây Inva

- Nh ta đã biết chiều dài của thớc luôn thay đổi theo nhiệt độ môi trờng nên chiều dài của thớc là hàm của nhiệt độ, do đó ta có thế viết:

Khai triển chuỗi TayLor ta đợc:

lt = lt0 + dtdl (t - t0) +

t d

l d 2

1 2

2

(t - t0)2 +

t d

l d 6

1 3

t

d

l d 2

1

0 2

2

− = β

) t t (

t

d

l d 6

1

0 3

lt = lt0 + α(t - t0) + β(t - t0)2 (I-1.8)Hay: lt = lt0 + [α + β(t - t0)](t - t0) (I-1.9)

ở đây β(t - t0) có thể coi nh là số gia của α và t0 là đại lợng không xác

Đây chính là phơng trình của thớc dây Inva

Với β và α là hệ số giãn nở của thớc

III Đo chiều dài bằng thớc thép

III.1 Đo chiều dài bằng thớc thép có độ chính xác thấp: 1:1000 đến 1:2000

- Dụng cụ dùng trong trờng hợp này là loại thớc thép thờng

+ Thớc đo góc nghiêng đơn giản

b Tiến hành đo

Công tác đo đợc tiến hành đo nh sau: Giả sử khoảng cách cần đo là AB

nh Hình I-1.5 dới đây

Để đo khoảng cách AB trớc tiên ta phải dọn sạch cỏ cây và tiến hành dóng hớng Sau đó ngời thứ nhất dùng que sắt giữ chặt đầu thớc sao cho vạch "0" trùng với tâm vạch điểm A, ngời thứ hai kéo căng thớc cho thật nằm ngang, không đợc chệch ra khỏi hớng AB và cũng dùng que sắt cắm vào vạch cuối cùng của thớc (ví dụ vạch "20" của thớc 20m) ta đợc điểm 1 Sau đó nhổ que ở A và cả hai ngời cùng tiến về phía điểm B Khi ngời thứ nhất đi đến điểm 1 thì công việc lặp lại

nh trên Tiếp tục đo cho đến đoạn cuói cùng Nếu đoạn này ngắn hơn chiều dài thớc thì căn cứ vào tâm đỉnh điểm B để đọc phần lẻ r trên thớc Số que sắt mà ng-

ời thứ hai đã cắm chính là số lần đặt thớc và khoảng cách đợc tính theo công thức (I-1.1)

Tùy theo yêu cầu độ chính xác mà có thể đo tiến hành đo đi và đo về Dùng sai số khép tơng 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

Hình I-1.5

Sau khi có giá trị khoảng cách nghiên D của mỗi đoạn đặt thớc ta phải chuyển về trị số ngang S Muốn vậy, cần phải có số liệu góc nghiêng αi hoặc

chênh cao hi của các đoạn Di Khoảng cách ngang Si đợc tính theo công thức sau:

+ Trờng hợp đo góc nghiêng αi thì:

Dụng cụ dùng trong trờng hợp này là loại thớc thép chính xác

a Công tác chuẩn bị

Các dụng cụ sử dụng trong đo chiều dài trực tiếp bằng thớc thép chính xác bao gồm:

+ Thớc thép chính xác

+ Máy kinh vĩ, sào, tiêu, cờ hiệu để đóng hớng

+ Que sắt và cọc gỗ để đánh dấu số lần đặt thớc thép và làm chuẩn khi đọc số

+ Lực kế dùng để kéo thớc đúng bằng lực nh đã kéo nó khi kiểm nghiệm thớc

+ Nhiệt kế dùng đo nhiệt độ để cải chính độ giãn nở của thớc.

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

b Tiến hành đo

Trình tự đo đợc tiến hành nh sau:

Trớc hết, tại hai điểm A và B phải chôn hai cọc gỗ chắc (hoặc hai mốc bê tông tâm sứ), trên mặt cọc có khắc một dấu mảnh chữ thập có hớng vuông góc với đờng AB để làm vạch chuẩn đọc số Dọn sạch cây cỏ rồi dùng máy kinh vĩ và sào tiêu để dóng hớng chính xác tới 1' Đồng thời với việc dóng hớng phải sơ bộ phân từng đoạn đo bằng cách lấy thớc vải đặt các đoạn A-1, A-2, n-n Trên…các cọc phụ cũng kẻ vạch chữ thập Đoạn cuối cùng (n-B) = r phần lẻ ngắn hơn chiều dài thớc Có thể dùng giấy kẻ ô milimét dán lên thớc đọc số

Công việc của mỗi đoạn đo nh sau: Dựa vào lực kế, hai ngời kéo thớc sao cho đúng bằng lực kéo căng nó lúc kiểm nghiệm Hai ngời đọc số, dựa vào thang

đọc số phụ gắn trên thớc và vạch chuẩn trên hai đầu cọc, chờ cho thớc không dao

động, dới sự chỉ huy của ngời ghi sổ, phải đọc số ở cùng một thời điểm Trong mỗi đoạn phải xê dịch thớc và đọc ba lần, số chênh của hiệu số đọc không đợc v-

ợt quá ±1mm Cứ mỗi lần đặt thớc ngời ghi sổ phải đo và ghi nhiệt độ Để cho công việc tiến hành nhịp nhàng và đồng thời cùng một khoảng khắc, thờng ngời

ta quy ớc khi ngời chỉ huy hô "chuẩn bị kéo" thì hai ng… ời kéo thớc, và khi hô

"đọc số" thì cả hai ngời cùng đọc số Số đọc của ngời phía trớc (phía đến điểm B)

ký hiệu là T và của ngời sau là S Chênh lệch giữa các số đọc (T - S) ≤ ±1mm

Đo xong khoảng cách giữa hai cọc A và B phải tiến hành đo ngay lần đo về

Lúc này thớc không đổi chiều, nhng để tránh sai số hệ thống ngời và phụ tùng cần thay đổi vị trí

Sau khi đo xong chiều dài, tiến hành đo thủy chuẩn xác định chênh cao các đầu cọc làm số liệu tính số cải chính δh đa trị khoảng cách nghiêng D về khoảng ngang S theo công thức:

Si = Di + δhi

c Tính toán chiều dài đo và các số hiệu chỉnh vào kết quả đo

Sau khi đã có số liệu của cả hai chiều đo, ta có thể tính đợc trị số khoảng cách ngang AB là S:

S = D + n∆lk + ∆st + ∆lh + ∆SH + ∆ (I-1.16)Trong đó: D là trị số khoảng cách nghiêng tính theo số đọc trung bình của phân đoạn và đoạn lẻ r:

S T

+ ∆lk - Số cải chính kiểm nghiệm thớc: Là số chênh giữa chiều dài thớc chuẩn L0 và chiều dài thớc ở nhiệt độ lúc kiểm nghiệm lt0 ∆lk = lt0 - L0 Số cải chính này là một hằng số đối với một thớc sau một lần kiểm nghiệm Cách đo có n

+ ∆st - Số cải chính do nhiệt độ: Là số chênh chiều dài thớc ở nhiệt độ lúc

đo (t) khác với nhiệt độ lúc kiểm nghiệm (t0)

và độ chính xác không cao ta có thể áp dụng công thức gần đúng sau để tính số cải chính này:

∆SH = S

R

H tb

tb

Trong đó:

Htb - Là độ cao trắc địa trung bình của hai đầu khoảng cách đoRtb - Là bán kính trung bình của Elipxoid tại khu đo đợc tra từ bảng lập sẵn theo dẫn số là vĩ độ trắc địa trung bình (Btb) và phơng vị A của đờng đo.

+ ∆SY - Số cải chính chuyển khoảng cách về Gauss - Kruger:

Sau khi tính chuyển khoảng cách đo về mặt Elipxoid, để có đợc khoảng cách ngang ta phải chuyển nó về mặt phẳng Gauss, đối với trờng hợp này thì ta

có thể dùng công thức gần đúng sau đây để tính chuyển:

∆SY = S '

R 2

Y

2 tb

V V

n S

m S

mS

III.3 Đo chiều dài có độ chính xác cao bằng thớc dây Inva (1:1000000)

Các dụng cụ chủ yếu trong công tác đo chiều dài có độ chính xác cao bao gồm:

- Máy và mia thủy chuẩn

+ Dụng cụ định tâm: Giúp chúng ta chuyển tâm mốc lên giá trụ.

+ Giá ba chân: Dùng để nâng thớc dây khi đo, giúp cho quả tạ có thể kéo thớc dây và dịch chuyển khi đọc số

a Quy trình đo dài bằng thớc dây Inva

- Công tác chuẩn bị trớc khi đo

- Đặt giá trị 1 và xác định tuyến đờng

- Đo thủy chuẩn đầu giá trụ

- Đo chiều dài

1- Công tác chuẩn bị bao gồm các bớc sau:

- Đo khái lợc: Nhằm mục đích tránh vợt qua chớng ngại vật, bố trí đợc tổng chiều dài đờng đáy bằng số chẵn (nguyên) lần chiều dài thớc

- Dựng thớc ở đầu đờng đáy và chôn mốc: Để tiện cho công tác đo đờng

đáy, ngời ta chia chiều dài đờng đáy thành 3 đoạn lớn, sau đó lại chia các đoạn lớn thành các đoạn 1km, rồi chia các 1km thành các đoạn 24m Tại hai điểm đầu

và cuối của cạnh đáy, điểm phân các đoạn lớn chôn các mốc trung tâm (giống tam giác hạng I và II, chỉ khác là trên đó có dấu mốc bằng đinh nhọn hay vạch chỉ tiêu)

- Giữa các đoạn 1km chôn cọc gỗ 20, 15, 50cm, trên đó có dấu mốc chỉ tiêu Để giúp cho việc định tuyến, ở một đầu đờng đáy dựng một chiếc tiêu dài 4

ữ 5m

- Dọn sạch phát quan tuyến đo: Thờng phải phát quang dọc theo tuyến đo với bề rộng là 4m, cũng có thể phải đắp hoặc phải san vợi đất cát làm cho độ dốc không quá lớn Khi đo đáy gãy khúc, ở các điểm gãy khúc phải dựng tiêu với độ cao vợt hơn chớng ngại vật cỡ 1m, dới đó sẽ chặn mốc gỗ nh các mốc phân đoạn 1km

- Đóng cọc phân đoạn nhỏ: Đặt máy kinh vĩ với độ chính xác cao (sau khi

đã hiệu chỉnh các sai số trục ngắm và trục ngang), tại một đầu đờng đáy ngắm về cột tiêu đặt vào mốc trọng tâm ngang cạnh đó, rồi định tuyến đóng các cọc gỗ trên một đoạn lớn thứ nhất, tiếp tục rời máy đến trọng tâm thứ hai rồi định tuyến

về cọc tiêu thứ hai và đóng cọc gỗ tơng tự nh đoạn lớn thứ nhất và các đoạn lớn tiếp theo cũng tơng tự

2- Đặt giá trị xác định tuyến đờng

- Trớc hết đa các giá trụ ra dọc đoạn đo khoảng 300m, ở bộ phận rọi tâm quang học đa tâm cọc gỗ ở đầu đoạn đo lên trùng với tâm giá trụ Đặt máy kinh

vĩ tại một đầu kia của đoạn đo, rồi định tuyến về đầu giá trụ này sau đó hớng dẫn cho ngời đa từng giá trụ từ xa đến gần, cách nhau 24m < 3cm vào tuyến đo, rồi dùng cọc nhỏ đánh dấu lại Sai số trung phơng việc định

tuyến không vợt quá ±1cm theo phơng tuyến đo Sai số trung phơng tơng đối ờng đáy do ảnh hởng định tuyến không quá 1/2 x 106

đ-3- Đo thủy chuẩn trên đầu giá trụ

- Đo thủy chuẩn đầu giá trụ nhằm xác định chênh cao giữa các đầu giá trụ phục vụ tính số hiệu chỉnh do chênh cao gây ra Thứ hai là dùng chuyển chiều dài đờng đáy về mặt Elipxoit thực dụng

- Máy dùng đo là máy thủy chuẩn thông thờng, thờng mia dài 1.5m Bố trí một trạm đo 5 trụ cân xứng nh hình vẽ dới đây (hình I-1.6) Khoảng cách xa nhất

không quá 75m Đọc số chính xác đến 1mm, chênh cao tính đến 0.1mm Sai số chênh cao giữa hai mặt đỏ và đen không quá ±2mm Sai số chênh cao giữa hai lần đo đi và đo về không vợt quá ±3mm khi ∆H < 1m và ±2mm khi ∆H ≥ 1m.

Hình I-1.6

- Từ công thức tính số hiệu chỉnh chiều dài đo chênh cao gây ra:

l 2

h C

h

- Khi me = Const thì khi chênh cao càng lớn yêu cầu độ chính xác xác

định (độ cao P) chênh cao phải cao Ví dụ khi h = 1m; l = 24m và với đờng đáy cấp I quy định me ≤ 0,02mm thì khi đó mh = ±0.5mm

4- Sơ đồ đo chiều dài bằng thớc dây Inva bố trí nh hình vẽ bên dới đây

Hình I-1.7

- Khi bố trí hớng của thớc lu phía sau và cả vạch khắc trên đầu giá trụ Gọi

số đọc đợc trên hai đầu giá trụ sau và trớc là a và b Khi đó chiều dài của đoạn đo thứ i sẽ là:

- Kiểm tra lại độ bền của dây thớc giữa tạ và thớc

- Móc thớc vào dây treo quả tạ, chú ý là vẫn phải nâng quả tạ lên, khi nào hô căng thớc thì mới thả quả tạ ra

- Điều chỉnh để cho thớc 3 cạnh tiếp xúc với giá trụ, cạnh của thớc trùng với cạnh chữ thập trên giá trụ Khi ngời chỉ huy hô đọc, ngời phía trớc báo số hàng 0.1mm, ngời phía sau báo tiếp 0.1mm; ngời trớc báo số hàng cm và mm, sau đó đến ngời phía sau báo số hàng cm, mm Mỗi đoạn thớc phải dùng hai thớc dây để đo, mỗi thớc dây phải đọc số 3 lần, mỗi lần chuyển dịch thớc thay đổi từ

1 - 2cm, hiệu số (b - a) của ba lần đọc số so sánh với nhau không đợc chênh quá 0.3mm Nếu trong 3 lần đọc có một lần đọc số vợt quá thì phải đo lại lần đó, nếu

đo đến 5 lần mà vẫn không đạt thì phải đo lại toàn bộ

- Khi đo song một lợt phải quay đầu giá có khắc chữ thập đi 1800 rồi đo lại lần nữa ở mỗi đoạn thớc khi đo xong thớc thứ nhất rồi mới đo thớc thứ 2 Khi

đo hết đoạn thứ nhất ngời và phụ tùng phía trớc giữ nguyên, phía sau chuyển lên thành phía trớc để đo đoạn tiếp theo

- Đo đờng đáy hạng I thờng phải dùng 6 thớc cùng với 1 ữ 2 sợi dữ trữ, trình tự nh sau:

và đo về mỗi lần phải đọc số 6 lần sau đó phải dùng thớc thép đã kiểm nghiệm

để kiểm tra Cứ 4 ữ 5 đoạn thớc thì đo nhiệt độ và phải đo nhiệt độ ở đầu và cuối

6- Cạnh đáy gãy khúc

- Trong trờng hợp không thể bố trí đợc đờng đáy thẳng, ngời ta có thể bố trí đờng đáy gãy khúc nh hình vẽ dới đây (hình I-18) Do vậy ngoài việc đo chiều dài còn phải đo cả các góc trên tuyến gãy khúc và cả hai đầu Do vậy độ chính xác của đờng đáy gãy khúc sẽ phụ thuộc vào độ chính xác đo góc và đo cạnh Riêng độ chính xác đo cạnh chúng ta đã xét ở trên, do đó độ chính xác đo góc ở

đây phải đảm bảo không ảnh hởng đến độ chính xác đo cạnh cuối cùng Đối với

đờng đáy cấp I và cấp II sai số đo góc phải đảm bảo để sai số tơng đối chiều dài cuối cùng nhỏ hơn 1:1400000

Hình I-1.8

''

m q S

' h ''

m S

i S

ρ

= ρ

''

m q ρ

Trong đó: α - góc kép giữa đờng đáy thẳng AB với các cạnh gãy khúc.

Độ chính xác của việc đo chiều dài và đo góc ở đây tùy thuộc vào độ chính xác của việc xác định chiều dài đờng đáy và đồ hình cụ thể

8- Tổ chức đội đo đờng đáy

- Thông thờng một đội đo đờng đáy bao gồm:

+ Tổ đặt giá trụ: Một cán bộ kỹ thuật và 4 công nhân

+ Tổ đo thủy chuẩn: Một cán bộ kỹ thuật và hai công nhân

+ Tổ đo máy: Một kỹ s, một cán bộ kỹ thuật có kinh nghiệm (ghi sổ và chỉ huy chung), hai cán bộ kỹ thuật để đọc số, hai công nhân lành nghề giữ giá đỡ, hai công nhân phụ mang quả tạ, bốn đến sáu công nhân giữ thớc, một công nhân

đọc nhiệt độ

Trình tự: Nhóm đặt giá trụ, nhóm thủy chuẩn, nhóm đo cạnh, ba nhóm tiến hành gần nh đồng thời chỉ cách nhau từ 2 ữ 3 giá trụ

9- Chỉnh lý kết quả đo và tính chiều dài cạnh đáy

Các số hiệu chỉnh vào chiều dài cạnh đáy bao gồm:

a Tính số hiệu chỉnh do chênh cao hai đầu thớc ∆h

∆h = l0 - l' = - 3

4 2 ' l 8

h ' l 2 h

Trong đó:

l' - Là chiều dài thớc tính theo phơng trình thớcl0 - Là chiều dài nằm ngang của nó

b Tính số hiệu chỉnh do thớc dây không đối xứng

Nếu tính theo số hiệu chỉnh do thớc bị nghiêng ∆h thì ta sẽ có:

∆h = -h2/2l' suy ra h2 = -2l'.∆h = -48∆h

Với l' là chiều dài theo phơng trình của thớc dây Inva và l = 24

Nh vậy ta có số hiệu chỉnh do thớc dây không đối xứng là:

d Số hiệu chỉnh do trọng lực lúc kiểm nghiệm khác với lúc đo ∆g

Theo định HUK khi hai đầu thớc bị kéo bởi một lực P0 thì chiều dài của nó

sẽ bị giãn thêm một đại lợng e:

e =

E A

S

P0 0

(I-1.40)Với S0 - Là chiều dài của sợi dây bị kéo (Inva = 24m)

A - Là tiết diện của sợi dây (Inva = 2.4mm2)

E - Là hệ số đàn hồi (Inva E = 16.000Kg/mm2)P0 - Là lực kéo (Inva P0 = 10Kg)

Vậy khi đó: cInva = 7 02 mm

16000 14 2

24000

Vì g2 trong quá trình đo thay đổi không đáng kể nên ta có thể tính số hiệu chỉnh do sự thay đổi trọng lực trên toàn tuyến đo nh sau:

∆g = n.7,02 −1 

1 2 g

g g

(I-1.42)Trong đó:

n - Là số đoạn đo trên toàn đờng đáy

g2 - có thể xác định dựa theo thay đổi của vĩ độ ϕ theo công thức sau:g2 = 9.80615(1-0.00264 Cosϕ2)m/s2

10- Tính chiều dài cạnh đáy

a Tính độ cao trung bình của đờng đáy

- Căn cứ vào số liệu đo nối thủy chuẩn tính ra độ cao tâm mốc điểm đầu ờng đáy H, sau đó tính ra độ cao của tâm mốc còn lại

đ Tính độ cao trung bình của cạnh đáy so với mặt nớc biển

+ Để tính chúng ta chọn một tâm mốc làm độ cao tơng đối Tính độ cao

t-ơng đối của tất cả các giá trụ và cộng dần lại thì đợc độ cao tt-ơng đối

+ Tính độ cao tơng đối trung bình của đờng đáy theo công thức sau:

Trong đó: n' - Là số hiệu giá trụ cuối cùng

- Tính độ cao trung bình so với mặt nớc biển

b Tính chiều dài sơ bộ của đờng đáy

- Căn cứ vào chiều dài sử dụng thớc nhân với số đoạn thớc trong một đoạn lớn đợc chiều dài của các đoạn lớn

- Tính số hiệu chỉnh nhiệt độ theo công thức:

∆t = n{α(tm - t0) + β(t2 m - t 2 )} (I-1.45)Trong đó:

n - Là số đoạn thớc chẵn 24m

t0 - Nhiệt độ tiêu chuẩn khi kiểm nghiệm

- Tính hiệu chỉnh cho kết quả đọc số ở mỗi đoạn thớc do đọc số 3 lần, nên phải lấy trung bình (b - a)tb sau đó lấy tổng cho cả ba đoạn lớn với từng thớc:

[δ] = Σ(b - a)tb (I-1.46)

- Tính chiều dài của một đoạn thớc lớn cha kể số hiệu chỉnh nghiêng:

Mỗi đoạn lớn đợc đo bằng 4 lần thớc nên sẽ có 4 trị L, ta phải so sánh 4 trị

đo với nhau không vợt quá 4 L (mm) thì lấy trị trung bình của 4 thớc làm trị sơ

bộ của mỗi đoạn lớn

c Tính chuyển chiều dài cạnh đáy xuống mặt Elipxoid thực dụng

Hình I-1.9

Từ hình vẽ ta có:

m m A

m m ' 0

h H R

h H D D

+ +

d Tính chiều dài đờng đáy theo công thức sau:

Trong đó:

D0 - Là chiều dài đã chuyển xuống mặt Elipxoid

∆P - Là số hiệu chỉnh do thớc dây không đối xứng

Hm

hm

RAE

D0G

D0

∆δ - Là số hiệu chỉnh do thớc ba cạnh bị nghiêng

∆g - Là số hiệu chỉnh do trọng lực thay đổi

11- Các nguồn sai số trong đo dài đờng đáy bằng thớc dây Inva

a Sai số do bản thân công tác đo dài gây ra

- Sai số do dụng cụ và sai số của các số điều chỉnh gây ra

b Sai số do kiểm nghiệm chiều dài thớc

Sai số này do bản thân thớc 3m có sai số, sau đó thớc này lại dùng để kiểm nghiệm thớc 24m, gây ra một sai số cho thớc 24m tới 8à Gọi sai số này là E2, vậy với cả đờng đáy n đoạn thớc thì:

Với: ω - Là số lợng thớc dùng để đo đáy

- Sai số trung phơng ảnh hởng đến toàn chiều dài cạnh đáy sẽ là:

n

d Sai số do việc xác định hệ số nở dài

- Sai số này đợc tính theo công thức sau:

Đối với cả tuyến thì:

h 2

; h2 = ∆h.2l', [h2] = 2l'.[∆h]

Do đó: E5 = ± [ ]h m h

' l

1 E E E E E

I.2 Phơng pháp đo dài gián tiếp

I Khái niệm về đo dài gián tiếp

Đo dài gián tiếp là xác định khoảng cách cần đo đó thông qua việc xác

định các đại lợng khác phục vụ cho việc tính chiều dài khoảng cách cần đo đó

Ví dụ nh đối với các máy đo xa điện tử thì các yếu tố cần xác định là thời gian lan truyền của sóng ánh sáng hoặc sóng điện từ và vận tốc của nó

B Các phơng pháp đo

1 Phơng pháp xung đo khoảng cách

a Nội dung của phơng pháp

+ Xác định trực tiếp thời gian lan truyền xung điện từ trên hai lần khoảng cách (T2D) và độ dài D đợc xác định theo công thức:

Bộ phận phát tín hiệu, liên tục phát ra các xung ánh sáng cực ngắn về

g-ơng, các xung này phản xạ nhờ gơng phản xạ và tín hiệu thu sẽ đợc bộ phận thu thu xung lại, thời gian từ thời điểm xung phát đi đến khi thu lại đợc đo bằng các khối (1), (2), (3), (4), (5) Để đo thời gian ngời ta sử dụng dao động tần số (khối 1) phát dao động hình Sin có tần số rất ổn định, các dao động này dẫn đến bộ tạo xung (khối 2) (Hình I-1.2)

Sinh Viên: Nguyễn Chuyên Đề 26 Lớp: Trắc Địa K48 - A

Phát tín hiệu xung hiệu xungThu tín

Tạo Khóa Đếm Hiển thị

Gương

7 6

8

Hình I-2.2: Phơng pháp xung đo khoảng cách

Lối ra mạch hạn chế biên độ đợc các hình thang

Thông thờng ngời ta loại bớt các xung có đặc tính âm, nh vậy lối ra của mạch thu đợc một xung trong một chu kỳ Các xung này đi qua khóa điện tử để

đến máy đếm Việc điều khiển đợc sử dụng qua xung phát và xung thu Khi phát xung phát, khóa điển tử mở, khi phản hồi khóa điển tử đóng

Khi máy phát, phát xung về bộ phận phản hồi thì khóa điện tử của máy

mở, khi máy thu đợc xung thì khóa điển tử đóng lại Các xung đếm đợc tỷ lệ với các xung có khóa điện tử trong khoảng thời gian các xung đi từ máy phát đến g-

ơng, hay khoảng cách tỷ lệ với số xung đếm đợc

1 t m v 2

1 10 3 2 1

c Ưu điểm của phơng pháp

+ Tổ chức đo đạc gọn nhẹ năng suất lao động cao

+ Đo đợc trong mọi thời tiết và địa hình

+ Toàn bộ quá trình đo đợc tự động hóa

+ Máy có cấu tạo đơn giản, tần số hoạt động lớn

Thu tÝn hiÖu

§o hiÖu

(ωt + ϕ0) - Là pha dao động

t - Là thời gian

ϕ0 - Là pha ban đầu B

- Sau khi đi qua khoảng cách cần đo là D đến tơng ta có phơng trình dao

2

độ chính xác 2ϕπm2πϕ ≤ 10-3, tần số trong máy hiện nay là f ≥ 10MHz

- Trong các máy đo xa điện tử loại pha thì bộ đo pha của máy đo chỉ đo

đ-ợc giá trị hiệu pha từ 0 đến 2π do đó để biểu thị tổng quát ϕ cho mọi trờng hợp thì:

Trong đó:

ϕ' - Là hiệu pha đúng bằng số nguyên lần hai

∆ϕ < 2π - Là giá trị hiệu pha đo đợc trên bộ đo pha trong thời hạn một chu kỳ

Theo nguyên lý của phơng pháp đo xa khoảng cách thì bộ đo pha sẽ đo

đ-ợc hiệu pha giữa hai thời điểm phát, thu là:

ϕ = ϕ2 - ϕ 1 = ω.2D/v (I-2.14)Vì ω = 2πf nên từ (I-2.14) ta rút ra:

f 2

2

2 2

có một dụng cụ đo với chiều dài

f

l=ν Chỉ khác là khi đo trực tiếp thì N đếm

đ-ợc (Số lần đặt thớc), còn trong phơng pháp đo pha để xác định N thì phải biết đđ-ợc trị gần đúng của khoảng cách D (ký hiệu là D') Đó là công thức tính toán khá phức tạp thông qua bài toán giải đa trị, dựa vào các số liệu đã viết nh: v, f, ∆ϕ và giá trị D'

Vì các máy đều có hằng số cộng K và trong quá trình xác định các đại ợng v, f, ∆ϕ đều có sai số nên công thức (I-2.17) còn phải cộng thêm các sai số

l-đó Công thức dùng để tính khoảng cách ngang đo bằng các máy đo xa điện tử loại pha cuối cùng sẽ là:

D = N

2 2

ϕ

∆ +

λ + K + δ + δv + δf + δqt + δcq + δHy (I-2.18)Trong đó:

K - Là hằng số của máy

δv - Là sai số đo truyền sóng

δf - Là sai số xác định tần số

δqt - Là sai số quy tâm cạnh

δcq - Là sai số do chiết quang

δHy - Là sai số chuyển khoảng cách đo về mặt phẳng Gauss - Kriuger

Vi phân hai vế ta có:

2 K 2 2

f 2 2

V 2 2

2 2

∂

∂

f 2

1 2 v / D

D ∂ = ϕ ν

∂

∂D/∂K = 1Suy ra

2

2 f 2 2

2 2 2

K 2 2 2

m ) f 2 2 (

m ) f 2 2 ( m m ) f 2 2

1 (

π

ϕ + ν

ν π

ϕ + +

ν π

2 2 K 2 2 2

f 2 2

)(

f

m m ( m m ) f 2 2

1 (

π

ϕ ν

+ +

ν π

ϕ

K 2

2 m m )

1

b = )

f

m m ( 2

2 f 2

Còn lại thì a = 2 ữ 5; b = 2 ữ 5

c Ưu, nhợc điểm của phơng pháp

- Độ chính xác cao mD ≈± (1 + 1ppmD)

- Đo đợc trong mọi điều kiện thời tiết và địa hình cả ngày và đêm

- Toàn bộ quá trình đo đợc tự động hóa

- Nhợc điểm: Đắt tiền

3 Phơng pháp giao thoa đo khoảng cách

ở phạm vi của đồ án này chúng tôi chỉ giới thiệu về các phơng pháp đo dài đợc ứng dụng rộng rãi trong ngành trắc địa tại Việt Nam, do đó các phơng pháp không đợc ứng dụng rộng rãi chúng ta sẽ chỉ giới thiệu sơ qua

* Nội dung của phơng pháp giao thoa: Sử dụng hiện tợng giao của sóng

ánh sáng hoặc sóng Radio để đo khoảng cách

- Ưu điểm của phơng pháp: Đạt độ chính xác rất cao có thể đo khoảng cách với độ chính xác cỡ 10-7m

- Nhợc điểm: Không đo đợc khoảng cách lớn, các thiết bị đo phải hiệu chỉnh rất chính xác

- Do đó phơng pháp này chỉ đợc dùng trong phòng thí nghiệm để kiểm nghiệm các thớc đo dài

4 Phơng pháp đo dài quang học

- Nội dung: Sử dụng các định luật quang học để chế tạo các máy đo khoảng cách Từ hình vẽ ta có:

L

l D

Hình I-2.5

- Ưu điểm của phơng pháp: Đo đơn giản, đo nhanh

- Nhợc điểm: Không đo đợc trong điều kiện thời tiết và địa hình phức tạp,

độ chính xác rất thấp trong điều kiện lý tởng chỉ đạt cỡ 1/300

4 Phơng pháp đo dài bằng công nghệ GPS

- Việc định vị bằng GPS đợc thực hiện trên cơ sở sử dụng hai đại lợng đo cơ bản, đó là đo khoảng cách giả theo các code tựa ngẫu nhiên (C/A - Code và P

- Code) và đo pha của sóng tải (L1 và L2)

a Đo khoảng cách giả theo C/A - Code và P - Code

Code tựa ngẫu nhiên đợc phát đi từ vệ tinh cùng với sóng tải Máy thu GPS cũng tạo ra Code tựa ngẫu nhiên đúng nh vậy Bằng cách so sánh Code thu đợc

từ vệ tinh và của chính máy thu có thể xác định đợc khoảng thời gian lan truyền của tín hiệu Code, và từ đây dễ dàng tính đợc khoảng cách từ vệ sinh đến máy thu Do có sự không đồng bộ giữa đồng hồ của vệ tinh và của máy thu, do có ảnh hởng của môi trờng lan truyền tín hiệu, nên khoảng cách tính theo khoảng thời gian đo đợc không phải là khoảng cách thực giữa vệ tinh và máy thu Ngời ta gọi

đó là khoảng cách giả

Nếu ký hiệu tạo độ của vệ tinh là xS, yS, zS, tọa độ của máy thu là x, y, z, thời gian lan truyền tín hiệu từ vệ tinh đến điểm xét là t, sai số không đồng bộ giữa đồng hồ trên vệ tinh và trong máy thu là ∆t, khi đó khoảng cách giả đo đợc

sẽ là:

R = c(t + ∆t) = ( X x ) ( y y ) ( z z ) 2 c t

Z 2 S 2

Trong đó: c - Là vận tốc lan truyền tín hiệu

- Độ chính xác của phơng pháp trong trờng hợp này rất thấp chỉ đạt cỡ khoảng 3m

b Đo pha của sóng tải

- Các sóng tải L1 và L2 đợc sử dụng cho việc định vị với độ chính xác cao Với mục đích này ngời ta tiến hành đo hiệu số giữa pha của sóng tải do máy thu nhận đợc từ vệ tinh và pha của tín hiệu do chính máy thu tạo ra Hiệu số pha do máy thu đo đợc ta ký hiệu là Φ (0 < Φ < 2π) Khi đó ta có thể viết:

Trong đó:

R - Là khoảng cách giữa vệ tinh và máy thu

λ - Là bớc sóng của sóng tải

N - Là số nguyên lần bớc sóng λ chứa trong R

∆t - Là sai số không đồng bộ giữa đồng bộ của vệ tinh và máy thu

N đợc coi là số nguyên đa trị, và thờng không biết trớc mà phải xác định trong quá trình đo

- Độ chính xác của phơng pháp này có thể đạt cỡ mm khi đo pha theo sóng tải L1, L2 có độ chính xác thấp hơn nhng ngợc lại nếu kết hợp cùng với sóng L1 sẽ tạo ra khả năng làm giảm ảnh hởng đáng kể của tầng điện ly và việc xác

định số nguyên đa trị đợc dễ dàng hơn

Chơng II Máy toàn đạc điện tử

II.1 Sơ lợc lịch sử các máy đo xa điện tử

Trắc địa là một ngành khoa học nghiên cứu về hình dạng, kích thớc Trái

đất và biểu diễn bề mặt của nó lên bản đồ, cũng nh các phơng pháp đo đạc chuyên mnôn để giải quyết các nhiệm vụ khác nhau trong quy hoạch đất đai, an ninh quốc phòng, thiết kế xây dựng, khai thác tài nguyên, môi trờng…

Công tác trắc địa thờng đợc tiến hành bằng các thiết bị, dụng cụ chuyên môn khác nhau: trên mặt đất, trên biển và ở ngoài vũ trụ Vì vậy các nhà chế…

tạo máy trắc địa buộc phải đầu t nghiên cứu thiết kế, chế tạo nhiều thiết bị khác nhau cho phù hợp với từng dạng công việc đo đạc.

Yếu tố khoảng cách cũng là một trong các yếu tố mà Trắc địa cần phải xác định, và nó cũng là yếu tố rất cần thiết trong cuộc sống và đặc biệt quan trọng trong các ngành kỹ thuật, do vậy đối với các quốc gia có nền khoa học kỹ thuật phát triển thì công việc này càng đợc quan tâm, thậm chí ngời ta còn đa ra

đơn vị đo dài riêng cho quốc gia của họ Từ việc nghiên cứu đo dài ngời ta cũng

đã đa ra các phép đo và chế tạo ra các dụng cụ đo

Từ năm 1320, ngời Hy Lạp đã biết sử dụng thớc dây để đo chiều dài, về sau này ngời ta đã chế tạo ra thớc thép để đo

Vào thế kỷ thứ 17, khoa học kỹ thuật phát triển mạnh mẽ trong các lĩnh vực toán học, vật lý học, quang học và các nhà khoa học đã đa ra nhiều các phát minh khoa học quan trọng Không để lỡ thời cơ, các nhà chế tạo máy đo lờng đã ứng dụng ngay các tiến bộ khoa học này vào việc chế tạo các thiết bị đo đạc, đến năm 1640 nhà bác học ngời Anh (Wild) đã chế tạo thành công máy đo góc có độ phóng đại ống kính 30x Sau đó công nghệ chế tạo càng ngày càng đợc nâng cao hơn, và cho ra đời các máy đo có độ chính xác cao hơn gấp nhiều lần so với thế

2002 (Thụy Sĩ), DT 5, DT 6 (Nhật) các máy đo dài điện tử DI 1001, DI 1600, DI…

2002 (Thụy Sĩ), EOK 2000 (Đức), Công ty 5 (Nga); các máy toàn đạc điện tử TC

605, TC 1800, TC 2002 (Thụy Sĩ), NTS662

II.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy toàn đạc điện tử

Máy toàn đạc điện tử (TOTAL STATION) là thiết bị của ngành trắc địa, chuyên dùng để đo góc và đo cạnh Về cấu trúc hình học của máy không có gì khác so với máy kinh vĩ quang cơ, nhng nó đã đợc điện tử hóa trên tính năng của

Về cấu tạo máy gồm ba khối cơ bản nh hình 6

Hình II-2.6

Khối 1: Khối đo dài điện tử

Bộ phận đo dài quang điện (Electronic Distance Meter viết tắt là EDM) làm nhiệm vụ đo khoảng cách từ máy tới gơng phản xạ Các máy toàn điện tử hiện nay thờng đợc trang bị một máy EDM có tầm hoạt động từ 2 - 4km, độ chính xác đo khoảng cách tùy thuộc từng loại máy, nhng các máy thông dụng hiện nay thờng cho phép đo khoảng cách với độ chính xác ±(3mm + 3.106D) Toàn bộ quá trình đo khoảng cách đợc thực hiện tự động, kết quả đo đợc hiển thị trên màn hình tinh thể lỏng LCD

Máy đo xa điện quang

EDM (1)

Máy kinh vĩ hiện số DT

(2)

Các chương trình và các phần mềm tiện ích (3)