Trắc Địa Đại Cương – Hoàng Xuân Thành | Đào Duy Liêm

Cuốn sách gồm 4 phần chính: Những kiến thức cơ bản về trắc địa; Các phương pháp đo đạc cơ bản và thiết bị đo; Phương pháp thành lập bình đồ tỷ lệ lớn; Những kiến thức trắc địa ứng dụng trong công tác quy hoạch, khảo sát, thiết kế và thi công các công trình công nghiệp, dân dụng nói chung và công trình thủy lợi nói riêng. Phần 1. Kiến thức chung về trắc địa - Chương 1. Bài mở đầu - Chương 2. Kiến thức chung về trắc địa - Chương 3. Kiến thức chung về sai số trong trắc địa Phần 2. Các phương pháp đo đạc cơ bản - Chương 4. Định hướng thẳng trên mặt đất - Chương 5. Đo khoảng cách - Chương 6. Máy thủy bình và phương pháp đo cao hình học - Chương 7. Máy kinh vĩ và phương pháp đo góc Phần 3. Đo vẽ bình đồ tỷ lệ lớn - Chương 8. Đo vẽ bình đồ tỷ lệ lớn bằng phương pháp toàn đạc Phần 4. Các công tác trắc địa khác - Chương 9. Đo vẽ mặt cắt địa hình - Chương 10. Đo vẽ dòng sông - Chương 11. Sử dụng bản đồ và mặt cắt địa hình - Chương 12. Bố trí công trình - Chương 13. Quan trắc biến dạng công trình

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI

HOÀNG XUÂN THÀNH (Chủ biên)

ĐÀO DUY LIÊM - TRẦN LÊ ĐANG POLS

fe nen eect neni il

NHA XUAT BAN XAY DUNG

HÀ NỘI - 2005

LOI NOI DAU

Giáo trình Trắc địa đại cương biên soạn theo chương trình của Bộ Giáo

đục uà Đào tạo đối uới các trường Đại học trong khối Kỹ thuật, được dùng

cho sinh vién chính quy uè tại chúc Trường Đại học Thủy lợi uà một số trường kỹ thuật khác, ngoài ra còn là tài liệu tham khao cho can bộ kỹ thuật các ngành có liên quan

Sách gỗm bốn phần chính:

1 Những biến thức cơ bản uê Trắc địa

2 Các phương pháp đo đạc cơ bản uà thiết bị đo

3 Phương pháp thành lập bình đồ tỷ lệ lồn

4 Những biến thúc Trắc địu ứng dụng trong công tác quy hoạch,

khảo sát, thiết bế uà thi công các công trùnh công nghiệp, dân dụng nói chung 0à công trình thủy lợi nói riêng

Trong khi biên soạn, các tác giá đã quán triệt phương châm dua ra

những biến thúc cơ bản, cần thiết, hợp thời đại uà cập nhật những công

nghệ uà thiết bị mới nhất, hiện đại nhất đối uới ngành Trắc địa

Các tác giả tham gia biên soạn: Hoàng Xuân Thành (chuong I, II, HI,

VIII, XI, XII, XID, Dao Duy Liém (chương 1, IX, X), Trần Lê Đang (chương

IV, V, VI, VID

Các tác giả xin edm on su dong góp ý kiến của T6 Trần Khánh - Trường Đại học Mỏ - Địa chất oà TS Trần Đốc Sử - Trường Đại học Giao thông Vận tải

Việc biên soạn giáo trình Trắc địa đại cương tuy đã được tập thể bộ môn Trắc địa- Trường Đại học Thủy lợi tham gia song không tránh khỏi

những thiếu sót Nết mong nhận được ý kiến đóng góp của các độc giả

Các tác giả

ạt

“4

81.1 KHAI NIEM VE MON HOC TRAC DIA

Trac dia 14 mot nganh khoa hoc vé trái đất, có nhiệm vụ nghiên cứu, xác định hình dạng, kích thước trái đất và biểu diễn bề mặt trái đất lên bản đồ, đồng thời nghiên cứu

các phương pháp trắc địa để giải quyết các nhiệm vụ khác nhau trong công tác khảo sát, quy hoạch, thiết kế, thi công, xây dựng các công trình

Cùng với sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật khác, trắc địa cũng luôn luôn phát triển và ngày càng hiện đại hóa về công nghệ và máy móc thiết bị Ngày nay trắc địa đang vươn tới việc đo vẽ bản đồ các hành tính ngoài trái đất

Tùy theo đối tượng và phương pháp nghiên cứu khác nhau, Trắc địa được chia ra các ngành:

- Trắc địa cao cấp: Nghiên cứu việc đo vẽ bản đồ toàn bộ hay một khu vực rộng lớn

trên mặt đất (bản đồ thế giới, một quốc gia, một châu lục ); nghiên cứu, xác định hình

đạng, kích thước trái đất đồng thời nghiên cứu sự chuyển dịch của vỏ trái đất, sự biến

- Trắc địa địa hình: Nghiên cứu việc đo vẽ bản đồ một khu vực nhỏ trên mặt đất, ví dụ: khu vực xây dựng công trình thuỷ lợi, cầu đường, nhà cửa Vì khu vực đo vẽ nho

so với toàn bộ bề mặt trái đất, nên có thể coi mặt đất là mặt phẳng bỏ qua ảnh hưởng độ cong trái đất Khi đó mọi công tác đo đạc, tính toán sẽ đơn giản hơn "¬ ,

- Trắc địa công trình: Nghiên cứu các phương pháp trắc địa và máy móc thiết bị chuyên dùng để giải quyết các yêu cầu thực tế trong công tác khảo sát, thiết kế, thi công công trình;

trong kiểm tra, quan trắc biến dạng công trình

- Trắc dịa ảnh: Nghiên cứu các phương pháp đo chụp ảnh hàng không, ảnh vũ trụ, ảnh mặt đất để thành lập các loại bản đồ và ứng dụng trong hệ thống thông tin địa lý (G18) '

Ngoài ra còn có các ngành như chế tạo máy và thiết bị do vẽ, ngành ban dd,v.v

Trong trường Đại học Thuỷ lợi, tắc địa đại cương là môn kỹ thuật cơ sở, được giảng

Môn học trắc địa liên quan mật thiết với toán học, tin học, vật lý, hình họa và thiên văn học Toán học và tin học giúp chúng ta có khả năng phân tích, tính toán và xử lý các

số liệu đo được Vật lý là cơ sở để chế tạo các loại máy trắc địa, kiến thức vật lý giúp ta

hiểu được nguyên lý của các thiết bị đo, phân tích được một số hiện tượng làm ảnh

hưởng đến độ chính xác kết quả đo Hình họa giúp chúng ta có kỹ năng vẽ bản đồ và

các bản vẽ mặt cắt chính xác và đúng quy phạm Kiến thức vẻ thiên văn học giúp ta hiểu biết về các sự chuyển động của các hành tinh để áp dụng trong công tác xác định các đại lượng gốc trắc địa

Ngoài những kiến thức cơ bản về trắc địa, giáo trình này còn giới thiệu những kiến

thức trắc địa ứng dụng phục vụ xây dựng công trình thủy lợi, một số ứng dụng trắc địa

trong công tác chuyên môn tùy theo từng ngành học

§1.2 VAI TRÒ CỦA TRẮC ĐỊA TRONG ĐỜI SỐNG XÃ HỘI

Trắc địa là một ngành điều tra cơ bản, cung cấp những số liệu ban đầu cho nhiều ngành xây dựng cơ bản khác như giao thông, thuy lợi, xây dựng, quốc phòng

Đối với các ngành kinh tế nói chung, đặc biệt ngành xây dựng cơ bản nói riêng, trắc địa

luôn giữ vị trí quan trọng hàng đầu Có thể thấy rõ điều này khi nghiên cứu các giai đoạn thực hiện một công trình cụ thể Ví dụ: Để xây dựng một hồ chứa nước, trạm bơm, trạm

thủy điện, một cây cầu người ta phải lần lượt thực hiện qua các giai đoạn sau:

- Giai đoạn quy hoạch: Ö giai đoạn này, người kỹ sư phải sử dụng các bản đồ tỷ lệ nhỏ, trên đó phải vạch ra kế hoạch khái quát nhất về xây dựng, khai thác, sử dụng các

công trình cho toàn bộ khu vực rộng lớn

Những kiến thức về đo vẽ bản đồ tỷ lệ nhỏ thuộc nội dung của trắc địa cao cấp mà giáo trình này không đẻ cập đến Tuy vậy, kiến thức về sử dụng bản đồ tỷ lệ nhỏ là rất quan trọng và sẽ được trình bày tỉ mỉ trong chương XI của giáo trình này

- Giai đoạn điều tra khảo sát: Cần thực hiện các công tác do vẽ cụ thể để thu thập các

tài liệu địa hình như: bản đồ tỷ lệ lớn, mặt cắt địa hình tại những nơi dự định xây dựng

công trình

Người kỹ sư phải biết để xuất các yêu cầu đo vẽ bản đồ tỷ lệ lớn, đo vẽ mặt cắt địa hình

tại những nơi dự kiến đặt công trình mà trong giai đoạn quy hoạch đã vạch ra Nội dung

của vấn đề này sẽ được đề cập đến trong các chương VII, 1X, X của giáo trình này

- Giai đoạn thiết kế: Sử dụng các tài liệu đo đạc được trong giai đoạn khảo sát để thiết kế công trình lên đó Người kỹ sư phải có kiến thức đầy đủ về sử dụng bản đồ địa

6

hình để tính toán, bố trí các công trình lên bản đồ một cách khoa học nhất Những kiến

thức này sẽ được trình bày trong chương XI

- Giai đoạn nghiệm thu, quản lý và khai thác công trình: Khi công trình đã xây dựng

xong, người kỹ sư cần có kiến thức để kiểm tra lại kích thước, vị trí, độ cao công trình

mới xây, kiến thức về đo vẽ bản đồ hoàn công

Trong quá trình quản lý và khai thác công trình cần có các kiến thức trắc địa để theo dõi sự thay đổi về vị trí của công trình, cụ thể là kiến thức về đo xê dịch, đo lún, đo biến dạng, đo độ nghiêng, đo vết nứt trên công trình và từ đó đánh giá sự ổn định của công trình theo thời gian Những kiến thức này được trình bày trong chương XI

Ngoài ra, giáo trình cũng trình bày một số kiến thức trắc địa phục vụ chuyên ngành

§1.3 LICH SU PHAT TRIEN NGANH TRAC DIA

Sự ra đời và phát triển của ngành trắc địa gắn liên với quá trình phát triển của xã hội

loài người

Trước Công nguyên, người Ai Cập sinh sống ở dọc sông Nin thường phải phân chia

lại đất đai sau mỗi trận lũ để xác định lại ranh giới giữa các bộ tộc, do đồ người ta đã sáng tạo ra phương pháp đo đất Thuật ngữ “trác địa” theo tiếng Hy Lạp cùng nghĩa với

“phan chia dat dai”

Trải qua nhiều thời đại, cùng với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật và nền sản xuất xã hội, ngành trắc địa cũng ngày càng phát triển Những phát minh ra kính viễn vọng, thước lôgarit, lý thuyết tam giác lượng mặt cầu, phóng các tàu vệ tinh nhân

đã tạo điều kiện vững chắc cho sự phát triển của khoa học trắc địa

_ Trong vài thập kỷ gần đây, những thành tựu mới về khoa học kỹ thuật, về công nghệ thông tin đã làm cho trắc địa có bước phát triển mạnh, thay đổi về chất: Khoa học viễn thám cho phép thành lập bản đồ từ những tấm ảnh chụp từ máy bay, từ vệ tinh nhân tạo Nhiều ngành công nghệ chính xác đã cung cấp cho trắc địa những máy móc

đo đạc có độ chính xác cao Việc sử dụng máy tính điện tử để giải các bài toán trắc địa có: khối lượng lớn, việc xác định vị trí các điểm trên mặt đất bằng hệ thống định vị toàn cầu GPS, việc ứng dụng hệ thống thông tin địa lý GIS cho tất cả các ngành khoa

học khác trắc địa đã cập nhật tức thời những thành tựu mới nhất của các ngành khoa

học kỹ thuật khác

- Ở Việt Nam, từ xa xưa cha ông ta đã biết áp dụng những hiểu biết về đo đạc vào cuộc

sống, sản xuất và quốc phòng Những công trình đê chống lũ lụt đài hàng trăm km,

7

những thành cổ như thành ốc Cổ Loa, thành nhà Mạc là những minh chứng về việc ứng

dụng kiến thức trắc địa vào công tác xây dựng và quốc phòng của ông cha ta

Đầu thể ky 20, Pháp đã cho tiến hành đo vẽ bản đồ toàn Đông Dương nhằm mục đích

khai thác tối đa vùng đất này Việc do đạc được tiến hành có tổ chức, áp dụng những

phương pháp đo đạc khoa học và sử dụng máy trắc địa có chất lượng cao Những số liệu

địa hình, những bản đồ còn lưu trữ đã nói lên điều đó Hiện nay, một số tài liệu và những bản đồ đo đạc từ trước 1945 vẫn còn được sử dụng trong một số ngành

Trong thời kỳ kháng chiến chống Pháp (1946-1954), công tác trắc địa chủ yếu phục

vụ cho quân sự: như trắc địa pháo binh, công binh, trinh sát Sau khi cuộc kháng chiến

thành công, nhà nước Việt Nam dân chủ cộng hòa đã rất chú trọng đến công tác trắc địa

Cục Đo đạc nhà nước trực thuộc Phủ thủ tướng ra đời năm 1959 đánh dấu một bước trưởng thành của ngành trắc địa Việt Nam

Hiện tại Bộ Tài nguyên và Môi trường là cơ quan quản lý cấp nhà nước về toàn bộ

các hoạt động của ngành trắc địa Ngoài ra, các Bộ, các ngành đều có các cơ quan chức

năng quản lý công tác trắc địa phục vụ chuyên ngành

Đội ngũ những người làm công tác trắc địa cũng ngày càng lớn mạnh Trước 1960, cả nước chỉ có vài chục kỹ thuật viên trình độ trung cấp trắc địa làm việc trong một số bộ ngành, tới nay đội ngũ những người làm công trắc địa đã rất đông đảo bao gồm nhiều

trình độ khác nhau: Sơ cấp, trung cấp, đại học và trên đại học Song song với việc cử đi

đào tạo ở nước ngoài, nhà nước ta đã quyết định mở khoá đào tạo kỹ sư trắc địa đầu tiên tạt trường Dai Bách khoa Hà Nội năm 1962 Hiện nay, khoa trắc địa trường Đại học Mỏ- Địa chất là trung tâm đào tạo và nghiên cứu khoa học lớn nhất trong cả nước về chuyên

ngành này

Chương II

KIEN THUC CHUNG VE TRAC DIA

§2.1 HÌNH DẠNG VÀ KÍCH THƯỚC TRÁI ĐẤT

2.1.1 Hình dạng trái đất và mặt thủy chuẩn

Mặt trái đất gỗ ghê lồi lõm có diện tích khoảng 510.105 km, bao gồm các lục địa, hải

đảo chiếm 29%, và các đại dương chiếm 71% điện tích Chỗ cao nhất là đỉnh Chômôlungma

trong day Hymalaya cao 8882 mét, và chỗ thấp nhất là vịnh Marian ở Thái Bình Dương sâu

11032 mét Như vậy độ chênh lệch giữa điểm cao nhất và điểm sâu nhất của vỏ trái đất xấp

xi 20 km

Nếu đem so sánh độ chênh này với kích thước trái đất (có đường kính gần bằng

12000km) thì tý lệ 20:12000 = 1:600 cho phép ta hình dung một mô hình trái đất hình cầu có đường kính 600mm mà vết gợn lớn nhất trên bề mặt là Imm và như vậy có thể coi bê mặt trái đất là mặt nhấn Kết luận này cũng được chứng minh bằng những bức

ảnh chụp trái đất từ những con tàu vũ tụ: đường chân trời là một đường cong trơn déu

Như trên đã đê cập, gần ba phần tư bề mặt trái đất là các biển cả, đại dương và qua tính toán người ta thấy rằng nếu lấy chỗ cao bù chỗ thấp để san lấp sao cho mặt trái đất

thành một mặt nhấn lý tưởng, thì mặt trái đất gần trùng với mặt nước biển trung bình của

các đại dương Từ đó nảy sinh khái niệm về mặt thủy chuẩn của trái đất và mặt thủy chuẩn được coi là mặt tiêu biểu đặc trưng cho bề mặt của trái đất Sau đây ta nghiên cứu

4) Định nghĩa

Mặt thủy chuẩn của trái đất là mặt nước biển bình quân khi yên tĩnh, kéo dài xuyén_

qua các lục địa và hải đảo tạo thành mặt cong kín

b) Tính chất của mặt thủy chuẩn

Tại mọi điểm trên mặt thủy chuẩn, phương của đường pháp tuyến luôn trùng với

đường dây dọi

€) Công dụng của mặt thủy chuẩn

Trong trắc địa, mặt thủy chuẩn được dùng làm mặt chiếu khi đo vẽ bản đồ đồng thời

cũng được dùng làm mặt chuẩn để so sánh độ cao của các điểm trên mặt dat

đ) Phân loại

Đối với mỗi quốc gia, theo quy ước chọn một mực nước biển làm mặt thủy chuẩn và

được coi là mặt thủy chuẩn gốc (hay còn gọi là mặt thủy chuẩn đại địa); Ví dụ: Việt

Nam dùng mặt thuỷ chuẩn ở Hòn Dấu- Đồ Sơn, Trung Quốc dùng mặt thủy chuẩn Bột

Hải, Nga dùng mặt thủy chuẩn Ban-tích

Để so sánh độ cao thấp các điểm trên mặt đất người ta quy định mặt thủy chuẩn gốc

có độ cao bằng 0 và đưa ra khái niệm về độ cao của các điểm trên mặt đất:

Độ cao của một điểm trên mặt đất là khoảng cách theo đường dây doi tit điểm đó tới

mặt thủy chuẩn Độ cao được ký hiệu là H và kèm theo tên điểm, thí dụ độ cao điểm A,

điểm B trên hình 2-1 được ký hiệu: H,, Hạ

Để phân biệt giữa các điểm nằm phía trên hay phía dưới mặt thủy chuẩn người ta

quy ƯỚC;

Những điểm nằm phía trên mặt thủy chuẩn có độ cao dương (Hạ > 0), những điểm

nằm ở phía đưới có độ cao âm (Hạ < 0), những điểm nằm trên mặt thủy chuẩn có độ cao

bang 0 (Ho= 0)

Độ cao của các điểm trên mặt đất so với mặt thủy chuẩn gốc gọi là độ cao tuyệt đối

Trong một số ngành kỹ thuật (thuỷ lợi, giao thông ) độ cao tuyệt đối còn gọi là “cốt”

Vi du: Cot mat đê sông Hồng ở khu vực Hà Nội là +14,5 mét; cốt mặt đất ở khu vực sân

trường Đại học Thủy lợi là khoảng +6 mét

Bản đồ các tỷ lệ khác nhau trên lãnh thổ Việt Nam đều dùng hệ thống độ cao lấy mặt

thủy chuẩn Đồ Sơn làm mặt thủy chuẩn gốc

Mặt thúy chuẩn giả định: Là mặt thủy chuẩn song song với mặt thủy chuẩn gốc, có độ

cao tùy chọn Ví dụ mặt thủy chuẩn qua điểm C, mặt thủy chuẩn qua điểm A (hình 2-1)

Độ cao của các điểm trên mặt đất so với mặt thủy chuẩn giả định gọi là độ cao tương

đối Thí dụ: độ cao tương đối của điểm A so với điểm C là khoảng cách từ điểm A tới

10

mặt thủy chuẩn giả định qua C theo đường

dây dọi Độ cao tương đối còn được gọi là

nằm nơi hẻo lánh, xa mạng lưới độ cao quốc

gia Ví dụ: Khi đo vẽ bình đồ một hồ chứa

nước loại nhỏ ở vùng núi cao, người ta có thể P

gán cho một điểm cố định một độ cao tùy chọn, và lấy làm điểm gốc để xác định độ

Qua nghiên cứu cấu tạo vỏ trái đất, người ta thấy rằng sự phân bố vật chất trong lòng

trái đất không đồng nhất: nơi có tỷ trọng lớn (mỏ sắt, mỏ đồng ), nơi có tỷ trọng nhỏ (túi khí, mô đầu ) Do đó, phương của trọng lực hay còn gọi phương của đường day doi thay đổi theo vị trí của điểm trên mặt đất Như vậy về hình học, mặt thủy chuẩn là một

mặt cong phức tạp, không có dạng toán học chính tắc

Để thuận lợi cho việc giải các bài toán trắc địa, có thể coi mặt thủy chuẩn có dạng

gần giống với mặt ellip, det 6 2 cực (hình 2- 2); hình ellip này được gọi là “hình bầu dục tham khảo”, kích thước hình bầu dục tham khảo được nhiều nhà khoa học trên thế giới

đo đạc, tính toán và công bố với nhiều kết quả khác nhau (xem bang 2-1)

Ở Việt Nam trước năm 2000 sử dụng số liệu của nhà bác học Craxốpxki (CHLB Nga)

công bố năm 1940 Từ năm 2000 đến nay sử dụng số liệu của hệ quy chiếu trắc địa thế

II

a-b ., a ope An trái

, vi d6 det o rất nhỏ nên trái

Độ dẹt ở của trái đất được tính theo công thức: œ =

người ta nhận trái đất là hình cầu có bán kính trung bình R = 6371 km

§2.2 ANH HUONG CUA ĐỘ CONG TRÁI ĐẤT TỚI CONG TAC TRAC DIA

Bê mặt trái đất là mặt cầu, còn bản đồ lại được vẽ lên giấy phẳng, như vậy khi biểu

diễn bể mặt trái đất lên tờ giấy phẳng tất nhiên sẽ bị biến dạng Những biến dạng do sự

chuyển đổi đó được thể hiện dưới những sai số mà ta lần lượt xét sau đây:

2.2.1 Sai số về khoảng cách

Xét 2 điểm A và B cùng nằm trên mặt thủy chuẩn Khoảng cách giữa chúng được

biểu diễn bởi chiều dài d của cung AB (hình 2-3)

Đứng tại A, nếu coi mặt thủy chuẩn là mặt phẳng, tức là trên hình 2-3 biểu thị bởi tiếp tuyến AT, thì khoảng cách giữa A và B chính là chiều dai AB’ = t Chênh lệch giữa t va d

gọi là “sai số đo giả thiết mặt thủy chuẩn là mặt phẳng” được ký hiệu Ad, lúc đó ta có:

Hiện nay với các thiết bị đo khoảng cách hiện đại

và chính xác nhất mà con người đang sử dụng có thể

đạt với sai số tương đối tụ „ Ì —_

được Do đó trong khu vực có bán kính < TØ km cố thể coi mặt thủy chuẩn Tà mặt phẳng

và sai số do độ cong của trái đất (công thức 2-2) có thể bỏ qua

Theo định nghĩa về độ cao thì hai điểm A và B có cùng độ cao vì chúng nằm cùng

trên một mặt thủy chuẩn Nhưng nếu giả thiết mặt thủy chuẩn là mặt phẳng thì người

quan sát tại A sẽ nhìn thấy điểm B tại vị trí diém B’ (hình 2-3) Đoạn BB’= Ah chính là

sai số về độ cao khi chuyển từ mặt cầu sang mặt phẳng

Trong thực tế khoảng cách (d) giữa hai điểm A-B thường rất nhỏ so với bán kính trai dat (R), do vậy góc ở tâm 9 có giá trị rất bé Theo hình 2-3 ta có góc BAB' = 0/2, đo góc 6/2 rất bé nên có thể coi BB’ 1A cung tròn có tâm tại A, chắn góc 0/2 và bán kính AB = d,

Như vậy sai số về độ cao Ah tỷ lệ thuận với bình phương khoảng cách d Với

R =6371 km, giá trị của Ah trong công thức (2-4) sẽ biến đổi theo d như bảng 2.3

Theo bang 2-3, nhận thấy rằng Ah tăng nhanh khi khoảng cách tăng; hơn nữa yêu cầu

về độ chính xác trong việc xác định độ cao rất cao (đến mm), do đó khi đo chênh cao

2 > Xs 2

—————phátxé ới ảnh hưởng của sa SO fay để đưa sỐ hit Chmn vao Ct qua do

§2.3 HE TOA DO DIA LY

Mỗi điểm trên mặt đất đều có một vị trí riêng trong không gian, để phân biệt vị trí

của chúng trong trắc địa có nhiều hệ tọa độ, sau đây sẽ giới thiệu về hệ tọa độ địa lý

Hệ tọa độ địa lý của trái đất được tạo nên bởi mặt phẳng xích đạo và mặt phẳng kinh tuyến gốc

Dưới đây là một số định nghĩa cơ bản:

- Mặt phẳng kinh tuyến của trái đất là các mặt

phẳng chứa trục quay của trái đất Giao tuyến giữa

mật phẳng kinh tuyến với bê mặt trái đất được gọi

là kinh tuyến

Trong vô số các kinh tuyến, kinh tuyến đi qua

Đài thiên văn Grinuyt (Greenwich) ở Anh được Tổ

chức Địa lý Thế giới chọn làm kinh tuyến gốc của

~- Mặt phẳng vĩ tuyến của trái đất là các mặt phẳng vuông góc với trục quay của trái đất

Giao tuyến giữa mặt phẳng vĩ tuyến với bề mặt trái đất được gọi là vĩ tuyến Mặt phẳng vĩ

tuyến chứa tâm trái đất gọi là mặt phẳng xích đạo và giao tuyến giữa mặt phẳng xích đạo

với bề mặt trái đất gọi là đường xích đạo

Mỗi điểm trên mặt đất được xác định trong hệ tọa độ địa lý bởi 2 đại lượng kinh độ

^ biến thiên từ 0° + 180° xuất phát từ kinh tuyến gốc về hai phía Đông và Tây và

được gọi tương ứng là kinh độ Đông và kinh độ Tây

- Vĩ độ của một điểm trên mặt đất là góc tạo bởi mặt phẳng xích đạo và đường dây

đọi đi qua điểm đó và được ký hiệu là 9

ọ biến thiên từ 0°+ 90° xuất phát từ đường xích đạo về phía cực Bắc và cực Nam và được coi tương ứng là vĩ độ Bắc và vĩ độ Nam

Kinh độ ^ và vĩ độ @ của M được biểu diễn trên hình 2-4

Như vậy, kinh độ của các điểm ở bán cầu Đông của Trái đất được gọi là “kinh độ

Đông” còn các điểm ở bán cầu Tây được gọi là “kinh độ Tây”, tương tự vĩ độ các điểm

nằm ở bán cầu Bắc có tên “vĩ độ Bác”, ở phía bán cầu Nam có tên “vĩ độ Nam”

14

Ví dụ: Tọa độ địa lý của thành phố Hà Nội là:

việc xác định tọa độ địa lý của các điểm được thuận lợi và chính xác nhờ hệ thống định

vi toan cau GPS (xem §2.9)

§2.4 HE TOA BO TRAC DIA THE GIGI- 84 (WGS- 84)

Đây là hệ tọa độ không gian được cơ quan bảo hộ bản dé cla My (U.S Defense

Mapping Agency) thiét lap năm 1984 và được sử dụng trong hệ thống định vị toàn cầu

GPS để xác định vị trí các điểm trên mặt đất và trong không gian

Trong hệ tọa độ WGS- 84 vị trí mỗi điểm trong không gian được xác định bởi ba đại lượng là X, Y và Z (hình 2-5)

Đây là hệ tọa độ không gian ba chiều có điểm gốc là tâm O của trái đất Trục ÔZ

trùng với trục quay của trái đất, trục OX là giao tuyến giữa mặt phẳng kinh tuyến gốc và

mặt phẳng xích đạo, trục OY vuông góc với trục OX và nằm trên mặt phẳng xích đạo

Trên hình 2-5 biểu thị điểm M nằm trên mặt đất, điểm V là vị trí của vệ tinh trong

không gian Tọa độ giữa điểm M và vệ tỉnh V được

liên hệ với nhau qua biểu thức:

Ru = Ry —Tu-v

trong đó:

Rụ = JOX$, + YZ, + Z2) là véctơ tọa độ điểm M;

Ry = YR? + vệ + Z3) là véctơ tọa độ vệ tỉnh;

&

= iuev =V(AXy+AYmv+ÀZ4x„v) là vécto 2 2 2 x

tọa độ vệ tỉnh trong hệ tọa độ mặt đất

Bản đồ là hình ảnh của một khu vực rộng lớn (một huyện, tỉnh, nước hoặc cả thế

giới), được thu nhô theo một tỷ lệ nhất định rồi biểu diễn lên giấy theo một phép chiếu nào đó có tính đến ảnh hưởng của độ cong trái đất

15

Để biểu thị bản đồ, đầu tiên cần phải biểu diễn bề mặt trái đất lên các mặt chiếu theo các phép chiếu có tính đến độ cong trái đất (phép chiếu hình nón, chiếu hình trụ ngang,

— — — =hiếu-Gao-xơ; chiến UTM :} sau đó triển khaira- giấy phẳng— — — —— — ——— ———

Có hai loại bản đồ:

a) Bản đồ địa vật: là bản đô chỉ thể hiện các loại địa vật mà không thể hiện độ cao

thấp của mặt đất (hình 2-6a)

Địa vật là những vật thể trên mặt đất do thiên nhiên hoặc con người tạo ra như sông,

suối, ao hồ, nhà cửa, cầu, cống, đường giao thông, v.v Các địa vật bao giờ cũng có hình dạng và kích thước cụ thể và được đặc trưng bởi đường bao quanh nó Những bản

đồ địa vật thường gặp là bản đồ địa giới hành chính (bản đồ địa chính), các loại bản đồ

chuyên đề về nông nghiệp, lâm nghiệp, thổ nhưỡng, du lich, wv

b) Bản đồ địa hình: là bần đồ thể hiện tất cả các địa vật và địa hình của một khu vực

(hình 2-6b)

Địa hình là hình dáng gồ ghẻ, lồi lõm của mặt đất hay còn gọi dáng đất Bản đồ địa

hình được sử dụng nhiều trong các ngành kỹ thuật như giao thông, thủy lợi, xây dựng

2.5.2 Bình đồ

Bình đồ là hình ảnh của một khu vực không rộng lớn được thu nhỏ theo một tỷ lệ nhất

định rồi biểu diễn lên giấy theo phép chiếu mặt bằng :

Như vậy khi đo vẽ bình đồ ta nhận mặt thủy chuẩn của trái đất là mặt phẳng, do đó để

có thể bỏ qua sai số về khoảng cách do ảnh hưởng của độ cong trái đất (§2.2), phạm vi

đo vẽ bình đồ bị giới hạn (có bán kính nhỏ hơn hoặc bằng 10 km)

16

2.5.3 Mat cat dia hinh

Mặt cát địa hình là hình ảnh biểu thị giao tuyến giữa mặt đất tự nhiên với một mặt

thẳng đứng (lát cắt) theo một hướng đã biết

Tùy thuộc hướng của mặt phẳng thẳng đứng (lát cất) mà mặt cắt được chia thành

hai loại:

- Mặt cắt dọc (cắt dọc) khi lát cắt trùng hoặc song song với đường tim công trình

- Mặt cắt ngang (cắt ngang) khi lát cất vuông góc với đường tím công trình

Trên hình 2-7a và 2-7b biểu thị bản vẽ mặt cất dọc và ngang của tuyến đường Mặt

cất dọc (hình 2-7a) được vẽ theo đường tim của con đường, mặt cắt ngang (hình 2-7b) biểu thị địa hình hai bên theo hướng vuông góc với đường tim

Bản đồ hoặc bình đồ thể hiện điễn biến địa hình trên một diện rộng còn mặt cắt thể

hiện thay đổi địa hình theo một tuyến Mặt cắt địa hình được sử dụng nhiều trong công

tác thiết kế những công trình có dạng chạy dài như đê, kênh, mương, đường giao thông,

D- Khoảng cách nằm ngang trên mặt đất

Lưu ý: khoảng cách D và d tính theo cùng đơn vị

Ví dụ: Đoạn thẳng ab trên bản đồ đo được là 14.5 mm ứng với chiều dài nằm ngang

AB của nó ngoài mặt đất là 72,5 m Vậy tỷ lệ bản đồ là:

ab 145 — 1

AB 72500 5000

Mẫu số tỷ lệ bản đồ M được chọn là những số chấn như 200, 500, 1000 để dễ dàng

cho việc nội suy thuận nghịch

Theo tỷ lệ, bản đồ phân thành hai loại:

Do sự thu nhỏ dia vật trên bản đồ nên bản đồ có tỷ lệ càng lớn mức độ chỉ tiết của địa

-_ vật, địa hình càng cao và ngược lại tỷ lệ bản đồ càng nhỏ thì mức độ chỉ tiết của địa vật,

Ví dụ: Trên bản đồ Việt Nam tỷ lệ 1:1.000.000, thủ đô Hà Nội chỉ tượng trưng bằng

một chấm đỏ có ghi chú “Hà Nội”, nhưng trên bản đồ 1:250.000 thì đã có một diện tích với đường bao địa giới còn trên bản đồ 1:25.000 thì đã được thể hiện đến cả các đường

phố lớn, các khu dân cư, các công trình công cộng Ban đồ Hà Nội tỷ lệ 1:10.000 đã

được thể hiện đến những ngõ nhỏ, đến khu dân cư, v.v

Bản đồ tỷ lệ lớn rất tốt với người sử dụng vì trên đó thể hiện rất chỉ tiết các địa vật, địa hình Song cần lưu ý rằng: với cùng một điện tích thì giá thành để thành lập bản đồ

tỷ lệ lớn cao hơn nhiều lần so với bản đồ tỷ lệ nhỏ Do vậy khi chọn tỷ lệ để đo vẽ bản

đồ cần cân nhắc cả hai mặt: về kỹ thuật cần đáp ứng đủ các yêu cầu để sử dụng và về

mặt kinh tế với giá thành thấp nhất Một sự lựa chọn tỷ lệ không hợp lý: quá lớn hoặc

quá bé - đều gây ra lãng phí Mặt khác không thể chọn tỷ lệ bản đồ quá lớn một cách tùy

tiện vì kích thước tờ bản đồ sẽ tăng lên do đó gây bất tiện cho người sử đụng

Ngày 16/1/1999 Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn ra quyết định tiêu chuẩn

Ngành “Thành phần khối lượng khảo sát địa hình trong các giai đoạn lập dự án và thiết

kế công trình Thúy lợt" làm cơ sở pháp lý trong việc chọn tỷ lệ bản đồ đo vẽ

Nếu biết tỷ lệ bản đồ và chiều dài đoạn thẳng trên bản đồ theo công thức (2-5), có thể tính được chiều dài nằm ngang ngoài mặt đất của đoạn thẳng đó và ngược lại Để thuận lợi cho việc nội suy thuận nghịch, người ta thường vẽ một thước tỷ lệ dưới mỗi tấm bản đồ

Có hai loại thước tỷ lệ:

a) Thước tỷ lệ thẳng Giả sử muốn chế tạo một thước tỷ lệ thẳng dùng cho bản đồ tỷ lệ I: 2000, người ta vẽ

hai đường song song rồi chia làm nhiều đoạn thẳng bằng nhau Độ dài mỗi đoạn gọi là

“đơn vị cơ bản” của thước, nó tương đương với một độ dai “chan ” ở ngoài mặt đất 6 vi

dy nay, véi ty 1é 1: 2000, c6 thể chọn “đơn vị cơ bản” có chiều dai lcm ứng với 20m hoặc 2cm ứng với 40m ngoài mặt đất Nếu chọn đơn vị cơ bản là lem thì gốc Om cua thước đặt ở vạch chia thứ 2, vạch trái ghi 20m và các vạch bên phải ghi tiếp 20m, 40m, 60m như hình 2-8a, ứng với chiều dài thực tế kể từ gốc 0

Hinh 2-8a

19

Don vi co ban ở bên trái gốc “0” được chia làm 10 phần bằng nhau mỗi phần có giá

trị 2m thực địa và đánh số tăng dần kể từ gốc “0” sang trái: 2m, 4m, 6m

~ “Frén-hinh 2-8a,doan MN = 66m, doan PQ=58m.— ——- — ——

Như vậy mỗi thước tỷ lệ thắng chỉ đo cho một loại bản đồ cùng tý lệ Hiện nay trong

các cơ quan thiết kế, người ta sử dụng các loại thước tỷ lệ thẳng được chế tạo gọn nhẹ

trên một thước có tên gọi “thước tam lăng”, có sáu mặt mỗi mặt ứng với một tỷ lệ thông

dụng (hình 2-8b)

Hình 2-8b

b) Thước tỷ lệ xiên

Để nâng cao độ chính xác đối với việc đo và tính chuyển khoảng cách trên bản đồ ra

mặt đất và ngược lại người ta thành lập thước tỷ lệ xiên

* Cấu tạo thước:

Thước tỷ lệ xiên được khắc trên một tấm kim loại hoặc nhựa, tùy theo tỷ lệ bản đồ cần

đo mà chia tấm kim loại ra những phân đoạn bằng nhau tương ứng với một khoảng cách

chắn ngoài thực địa Mỗi phân khoảng này gọi là “đơn vị cơ bản” (ÐVCB) của thước

Ví du: Vẽ thước tỷ lệ xiên dùng cho bản đồ tỷ lệ 1: 2000, đơn vị cơ bản được chọn là

b = 5cm, tương ứng với 100m ở ngoài thực tế Kẻ đường thẳng nằm ngang và trên đó

đánh dấu các đoạn có chiều dài bằng đơn vị cơ bản A- B- C- D (hình 2-9) Điểm gốc 0

của thước đặt ở B, ghi giá trị thực của đoạn đầu bên trái là 100, còn các đoạn đầu bên

phải lần lượt là 100, 200, 300

Tại các điểm chia này kẻ các đoạn song song thẳng đứng có chiều dài bằng nhau và

nối đường thẳng qua đầu trên các đoạn này (E- F- G- H )

Chia AE và BF thành I0 phần bằng nhau và qua các điểm chia này nối các đường

song song nằm ngang suốt chiều dài của thước

Chia AB va EF thành 10 phần bằng nhau và qua các điểm chia này nối các đường

xiên theo thứ tự: nối điểm E với điểm chia thứ nhất của AB, điểm chia thứ nhất của EF

với điểm chia thứ hai của AB cứ tương tự như vậy nối điểm chia thứ chín của EF với

điểm B, ta được khung cơ bản của thước

Phương pháp vẽ khung cơ bản của thước tý lệ xiên đã trình bày ở trên được áp dụng

cho mọi tỷ lệ bản đồ

20

* Điển giá trị của thước: Đơn vị cơ bản (AB) b = 5cm chia thành 10 khoảng nên mỗi

khoảng là 5mm, với tỷ lệ bản đồ 1:2000 thì khoảng này tương ứng trên mặt đất là 10m

Nhận điểm B lam géc va ghi vach 0, sau d6 dién vao cdc vach chia bén trái diétm B théo' thứ tự 10, 20, 30, 40 (có thể ghi cach hai vach: 20, 40 ) ,

Theo nguyên ly các tam giác đồng dang, ta tính được chiều dài nhỏ nhất có thể đọc

được trực tiếp trên thước là t = AB/100; ở ví dụ này t=0,05cm ứng với 1m ngoài mật

đất Bên trái của thước theo thứ tự các vạch chia trên AE lần lượt ghi giá trị thực của các

* Cách sử dụng thước: Giả sử muốn đo khoảng cách MN trên bản đồ, ta đặt hai đầu

compa đo trùng với hai điểm M và N, giữ nguyên khẩu độ compa và đặt lên thước tỷ lệ

xiên sao cho hai đầu compa nằm trên đường kể ngang dưới cùng của thước (A-D), dịch một đầu compa trùng lên một trong các vạch chia bên phải (B, C, D ) và đầu còn lại

nằm trên phần đơn vị cơ bản (AB), nếu đầu compa này nằm trùng trên vạch chia thì được tính như đối với thước tỷ lệ thẳng còn nếu đầu compa không trùng trên vạch chia

thì từ từ tịnh tiến cả hai đầu compa lên phía trên cho tới khi đầu compa nằm trong phần

đơn vị cơ bản của thước (phần có gạch xiên) cắt một trong các đường xiên thì dừng lại

để tính khoảng cách (thí dụ trên hình 2-9 khoảng cách MN trên mặt đất là 282m)

Thông thường mắt người chỉ có thể phân biệt được khoảng cách giữa hai điểm trên bản dé bằng hoặc lớn hơn 0,1mm nghĩa là nếu có hai điểm trên bản đổ cách nhau nhỏ

hơn 0,1Imm thì mắt thường không phân biệt được Do vậy độ dai 0,1mm trên bản đồ

được lấy làm chuẩn để xác định độ chính xác của bản đồ theo tỷ lệ Ví dụ: Sai số vị trí điểm trên bản đồ tỷ lệ 1:2000 là + 0,2m còn trên bản đồ 1:200 là + 0,02m

§2.6 KHÁI NIỆM VỀ CÁC PHÉP CHIẾU BẢN DO

Như đã đề cập ở §2.2, khi khai triển bể mặt trái đất lên một mặt phẳng chấc chắn sẽ có những biến dạng Các nhà khoa học đã nghiên cứu ra các phép chiếu khác nhau để hình ảnh thu dược sau khi chiếu có độ biến dạng là nhỏ nhất nghĩa là bản đồ giống thực nhất

21

Dưới đây là một số phép chiếu thường dùng trong trong trắc địa

2,6.1 Phép chiếu bằng

Giả sử khu vực chiếu có diện tích nhỏ,

(hình 2-10) Mặt thủy chuẩn ở đây nhận là mặt wll WOO

phang nằm ngang P, dùng phép chiếu xuyên A ¿ý ở D

tâm có tâm chiếu là tâm O cua trái đất chiếu ị 22 ye

Do khu vực chiếu nhỏ so với kích thước trái

đất nên các tia chiếu coi như song song và

trùng với phương trọng lực và vuông góc với

mặt chiếu Vì thế hình chiếu abcde của đa giác

ABCDE trên mặt phẳng P coi như hình chiếu

bằng, không bị biến dạng và đồng dạng với

Ngoại tiếp trái đất bằng một hình nón có điểm S nằm trên trục quay của trái đất (hình

2-11a) Hình nón này tiếp xúc với trái đất theo vĩ tuyến œ@ còn gọi là vĩ tuyến tiếp xúc

Dùng phép chiếu xuyên tâm có tâm chiếu là tâm O của trái đất, mặt chiếu là mặt

trong của hình nón Sau khi chiếu bể mặt trái đất lên mặt trụ, triển khai hình nón theo

một đường sinh rồi trải lên mặt phẳng (hình 2-I 1b), ta được hình.chiếu của-khu vực

22

Trên hình chiếu, các kinh tuyến trở thành các đường sinh của hình nón đồng quy tại

S, các vĩ tuyến trở thành các vòng tròn đồng tâm có cùng tâm S Trên mặt chiếu độ dài

—— — qường vituyến tiếp xú ˆ ¡ biến dạng Những vũ ầm càng xa đường vĩ tuyến

tiếp xúc càng bị biến đạng nhiều

Phép chiếu này còn gọi là phép chiếu Mec-ca-tơ Cho ngoại tiếp trái đất bằng một

hình trụ đứng tiếp xúc theo đường xích đạo (hình 2-12a) Dùng phép chiếu xuyên tâm có

tâm chiếu là tâm trái đất để chiếu bề mặt trái đất lên mặt trong của lình trụ Sau đó khai

triển hình trụ theo một đường sinh rồi trải lên mặt phẳng (hình 2-12b) Trên hình chiếu

đường xích đạo là đường nằm ngang có chiều dài không bị biến dạng, vùng càng gần

đường xích đạo càng ít bị biến dạng và ngược lại càng xa càng bị biến dạng nhiều Các

kinh tuyến trở thành các đường sinh của hình trụ, các vĩ tuyến trở thành các đường nằm

ngang song song nhưng không cách đêu: càng xa xích đạo các vĩ tuyến càng thưa dần,

tức là càng biến dạng nhiều

những vùng từ 30° vĩ độ Nam đến 30° vĩ độ Bắc

2.6.4 Phép chiếu hình trụ ngang

Các phép chiếu trên đây có nhược điểm là hình ảnh trên mặt chiếu chỉ giống hình

thực trong một phạm vi nào đó trên mặt đất Khi khu vực chiếu khá rộng lớn thì hình

chiếu sẽ bị biến dạng nhiều Nhà bác học Gauss (1777 — 1855) đã đề xuất phép chiếu

23

hình trụ ngang, có thể khắc phục được nhược điểm trên — phép chiếu còn được gọi theo tên ông: phép chiếu Gaoxơ

bằng nhau Kinh độ của kinh tuyến giữa các múi bên bán cầu Đông được tính theo

công thức: L= 6°n - 3°; ở đây n là số thứ tự múi

Để triển khai phép chiếu ta dựng một hình trụ nằm ngang, ngoại tiếp với trái đất theo kinh tuyến giữa của một múi thứ ¡ nào đó, tất nhiên lúc này múi đối tam (múi thứ ¡ + 30) cũng có kinh tuyến giữa tiếp xúc hoàn toàn với mặt trụ Dùng phép chiếu xuyên tâm và

lấy tâm trái đất làm tâm để chiếu múi này và múi đối tâm với nó lên mặt trụ Lần lượt

xoay cho hình trụ tiếp xúc với kinh tuyến giữa của các múi tiếp theo và chiếu lên mặt

trụ, sau đó khai triển mặt trụ thành mặt phẳng ta thu được hình chiếu bẻ mặt trái đất trên

dạng các múi (hình 2-13b)

Trên hình chiếu của mỗi múi:

- Xích đạo trở thành trục nằm ngang và có độ dài lớn hơn độ dài thực

- Kinh tuyến giữa của múi trở thành trục đối xứng thẳng đứng vuông góc với đường

xích đạo và có độ dài không bị biến dạng

- Những vùng nằm càng gần đường kinh tuyến giữa càng ít bị biến đạng và ngược lại

càng xa càng bị biến dạng nhiều

- Diện tích của múi trên mặt chiếu lớn hơn diện tích thực trên mặt đất

2.6.5 Phép chiếu UTM

Phép chiếu UTM (Universal Transverse Mecartor) cũng được thực hiện với từng múi

có Ao= 6°, nhưng số thứ tự của múi trong phép chiếu này được tính đường kinh tuyến

24

đối diện với đường kinh tuyến gốc ( kinh tuyến 180°) vòng qua Tây sang Đông (hình 2-15) Như vậy số thứ tự múi ở đây lệch với số thứ tự mái trong phép chiếu Gaoxơ là 30

"Nội đung phép chiến UTM hoàn roàn tương tự như phép chiếu €aoxơ nhưng hình trụ ———

ngang ở đây có đường kính nhỏ hơn đường kính trái đất (hình 2-14a), nghĩa là không

ngoại tiếp trái đất theo kinh tuyến giữa múi mà cắt trái đất theo 2 đường (AB và DE) đối

xứng nhau qua kinh tuyến giữa của múi chiếu (CM) Kinh tuyến giữa nằm phía ngoài

mặt trụ còn 2 kinh tuyến biên của múi nằm phía trong mặt trụ Ở đây hệ số chiếu của

kinh tuyến giữa múi nhỏ hơn I và bằng 0,9996, hệ số chiếu của hai kinh tuyến biên lớn hơn 1 Hai giao tuyến giữa múi và mặt trụ (A'B và DE) có hệ số chiếu bằng 1 Sau khi chiếu, khai triển mặt trụ theo đường sinh lên mặt phẳng ta được hình chiếu của múi

Trén hinh chiéu cha méi mii:

Xích dao trở thành trục nằm ngang và kinh tuyến giữa của múi trở thành trục đối

xứng thẳng đứng vuông góc với đường xích đạo

Những vùng nằm phía trong hai giao tuyến (AB và DE) giữa múi và mặt trụ có diện

tích nhỏ hơn diện tích thực trên mặt đất còn những vùng nằm phía ngoài có diện tích lớn hơn diện tích thực trên mặt đất

Trong phép chiếu ƯTM do mặt chiếu nằm vào khoảng giữa kinh tuyến giữa và hai kinh tuyến biên của múi (trong phép chiếu Gaoxơ tiếp xúc với kinh tuyến giữa) nên

độ biến dạng theo chiều dài tại chỗ lớn nhất (trên đường kinh tuyến giữa múi) là

1-0,9996 = 0,0004, có nghĩa là với chiều dài Ikm thì sai số là 0,4m Còn trong phép

chiếu Gaoxơ đại lượng biến dạng lớn nhất tại vùng rìa biên của múi đạt tới 1,3 + 1,4m trên Ikm chiều đài lớn hơn nhiều so với trong phép chiếu UTM, điều đó

lý giải tại sao chúng ta phải thay đổi hệ quy chiếu quốc gia (chuyển từ hệ HN-72

dùng phép chiếu Gaoxơ sang hệ VN-2000 dùng phép chiếu UTM)

25

Trên hình 2-15 là cách đánh số thứ tự múi chiếu từ múi 30 + 60 (tương tự trong phép

chiếu Gaoxơ) và cách ký hiệu các đới ngang, trong hệ tọa độ UTM Các đới ngang có `

Bac (riéng d6i X cé Ag = 12°)

§2.7 HE TOA DO GAOXG- KRIUGHE, HE TOA DO THONG DUNG VA HE

TOA DO GIA DINH

2.7.1, Hệ tọa độ Gaoxơ- Kriughe

Để xác định tọa độ các điểm trong từng múi chiếu, trên

hình chiếu Gaoxơ của mỗi múi được hình thành một hệ trục tọa độ vuông góc phẳng gọi là hệ tọa độ Gaoxơ- Kriughe

Hệ tọa độ này nhận hình chiếu kinh tuyến giữa múi làm

trục tung OX, hình chiếu đường xích đạo làm trục hoành - -

OY và gốc hệ tọa độ là điểm O Chiều dương của trục OX

quay về hướng bắc, chiều dương của trục OY quay về phía

đông Tọa độ của một điểm trên múi được biểu diễn bởi tung độ X và hoành độ Y Trên hình 2-16 điểm M có tọa

độ: Xu= 475,651km, Yu= -156,245km

Dựa vào hệ trục tọa độ này người ta vẽ một lưới ô vuông

có các cạnh song song với hai trục và chiều dài của mỗi

cạnh ô vuông là I km Lưới này gọi là lưới kilômét

2.7.2 Hệ tọa độ thông dụng

Theo cách tính trong hệ tọa độ Gaoxơ- Kriughe thì mọi vị trí (điểm) trên các nước ở

bắc bán cầu đều có tung độ dương (X > 0), còn hoành độ có thể dương hoặc âm tùy

thuộc vị trí đó nằm bên phải hay bên trái của trục OX Để các giá trị X của các điểm

cũng luôn luôn đương (X > 0) người ta quy ước dịch chuyển trục OX sang phía Tây 500km trở thành O°X': trong hệ trục tọa độ X’O’Y mdi nay moi điểm ở các nước bắc bán cầu đều có X và Y dương (hình 2-16) Hệ trục tọa độ này được gọi là hệ tọa độ thông dụng

Như vậy tọa độ của các điểm trong hệ tọa độ thông dụng có X bằng X của chúng trong

hệ tọa độ Gaoxơ còn Y thì bằng Y trong hệ tọa độ Gaoxơ cộng thêm 500km Trên hình

2-16 điểm M có tọa độ: X?w= 475,65 1km, Y”„= 500km - 156,245km = 343,755km

Đối với Việt Nam từ năm 2000 trở về trước sử dụng hệ tọa độ HN-72 dựa trên Ellipxoit Kraxopxki và phép chiếu Gaoxơ Kể từ ngày 12 tháng 8 năm 2000, Thủ tướng Chính phủ đã ban hành quyết định sử dụng hệ quy chiếu và hệ tọa độ quốc gia

Việt Nam mới là hệ tọa độ vuông góc phẳng UTM- VN 2000 (Universal Transversal Mecators — Việt Nam 2000) Trong hệ tọa độ VN- 2000 dựa trên Ellipxoit WGS- 84 và

địa bàn đối với những công trình độc lập hoặc theo

các trục chính của công trình trong xây dựng

Điểm gốc của hệ tọa độ độc lập có thể được chọn tùy ý nhưng thường chọn bên trái

và phía dưới so với công trình, để làm sao phạm vi công trình nằm vào phần tư thứ nhất

Với gốc tọa độ như vậy thì giá trị tọa độ (X, Y) của mọi điểm trên mặt bằng công

trình đều mang dấu dương, điều này hạn chế được các sai lầm trong việc tính toán và ghi chép tọa độ các điểm

§2.8 KHÁI NIỆM VỀ CHIA MẢNH VÀ ĐÁNH SỐ BẢN ĐỒ

Để thuận lợi cho việc đo vẽ, sử dụng và lưu trữ bản đồ, mỗi nước có thống nhất về

cách chia mảnh và đánh số bản đồ theo các loại tỷ lệ khác nhau

27

Theo Quy phạm của Cục Đo đạc và Bản đồ, các mảnh bản đồ bao phủ trên lãnh thổ

Việt Nam được chia mảnh và đánh số dựa trên các tỷ lệ sau:

2.8.1 Tỷ lệ 1:1 000 000

Theo kinh tuyến, Trái đất được chia thành 60 múi (mỗi múi có A2 = 6°) và được đánh

số từ 1 đến 60 tính từ đường kinh tuyến gốc 180° vòng qua Tây sang Đông (hình 2-18)

Như vậy số thứ tự múi ở đây và trong phép chiếu UTM trùng nhau nhưng lệch với phép

Theo vĩ tuyến chia Trái đất thành các đới ngang có Ag = 4° từ xích đạo trở về 2 cực

và được ký hiệu theo thứ tự vần chữ cái La tỉnh: A, B, C :

Các đới và các múi giao nhau tạo thành khung của mảnh bản đồ tỷ lệ 1:1 000 000 va được ký hiệu bởi tên đới và số thứ tự múi; Ví dụ: mảnh bản đồ Hà Nội tỷ lệ I:1 000 000 mang số hiệu F - 48 (đới F, múi thứ 48) Kích thước mỗi mảnh bản đồ: Ad = 6°, Ag = 4°

từ trên xuống dưới (hình 2-19) Như vậy kích thước mỗi mảnh bản đồ tỷ lệ I: 5000 000

la: Ap= 2°, AA= 39

Vi du: Thành phố Hà Nội trên mảnh bản đồ tỷ lệ 1: 500 000 mang ký hiệu F-48-D

28

1: 1 000 000 Ag AX mảnh cuối cùng 1:5 000 24x16 = 384 mảnh Vis? 115” F- 48 - 144 (384) 1:2000 72x48 = 3456 mảnh 25" 25" F —48 - 144 (384-f)

Bảng 2.6 chỉ áp dụng khi khu vực đo vẽ lớn hơn 20 km” Nếu khu vực đo vẽ nhỏ

hon 20 km?, cách chia mảnh và đánh số mỗi mảnh được trình bày trong các hình sau

§2.9 CÁCH BIỂU THỊ ĐỊA VẬT VÀ ĐỊA HÌNH LÊN BẢN DO

Địa vật và địa hình (88.7) là hai yếu tố cơ bản cần thể hiện trên bản đồ

Để biểu thị các địa vật lên bản đồ, người ta có thể biểu diễn theo đúng hình chiếu

bằng của đường bao địa vật thực tế nhưng thu nhỏ theo tỷ lệ bản đồ (đối với các địa vật

có kích thước lớn 1mm trên bản đồ) hoặc mô tả địa vật đó theo hình dạng tương tự được

thu nhỏ không theo tỷ lệ (đối với các địa vật có kích thước lớn 1mm trên bản đồ), tức là

dùng ký hiệu qui ước Phần này sẽ được giới thiệu chỉ tiết trong chương VII

Để biểu thị địa hình lên bản đồ, trong trắc địa thường dùng các phương pháp sau đây:

2.9.1 Phương pháp kẻ vân

Đây là phương pháp được áp dụng từ thời xưa, theo phương pháp nay thi nơi nào mặt

đất bằng phẳng được biểu diễn bằng các vân dài, mảnh, thưa; nơi nào mặt đất dốc, các

vân sẽ đậm, ngắn, sít nhau và nằm theo hướng đốc Phương pháp này không cho các

thông số chính xác về độ cao các điểm Bản đồ kẻ vân thường thấy trong các tài liệu cổ

còn lưu trữ

2.9.2 Phương pháp (tô màu

Nguyên tắc của phương pháp này dùng các tông màu khác nhau để biểu thị độ cao

của từng vùng trên mặt đất

30

Theo phương pháp này thì nơi nào cao sẽ được biểu thị bằng màu vàng sẫãm, càng xuống thấp màu vàng càng nhạt dần; vùng bằng phẳng có màu trắng, các thủy hệ (sông,

“> — suối, anoyHồ” :) biểu thị bằng mầu xanh lơ, càng sâu màu xanh lơ càng thâm „Những bản _ _

đồ loại này có tính chất định tính nhiều hơn định lượng, nghĩa là khi nhìn vào bản đồ ta

có cảm nhận về độ cao thấp, nông sâu của từng khu vực theo tông màu của chúng mà không biết độ cao cụ thể của các điểm trong khu vực Phương pháp này thường dùng trong bản đồ chuyên ngành và bản đồ địa lý treo tường tỷ lệ nhỏ

2.9.3 Phương pháp đường đồng mức

Đường đồng mức là đường nối liền các điểm có cùng độ cao trên mặt đất, hay nói cách khác: Đường đồng mức là hình chiếu của các giao tuyến giữa mặt đất tự nhiên và các mặt song song với mặt thủy chuẩn ở những độ cao khác nhau

Hình 2-21 là một quả núi được biểu thị bằng đường đồng mức Cát quả núi bằng

những mặt Q, R, T song song với mặt thủy chuẩn P ở những độ cao khác nhau Các mặt này cách đều nhau một khoảng là h (gọi là khoảng cao đều) và có độ cao chắn (là

bội số của khoảng cao đều )

Chiếu giao tuyến của các mat này với bể mặt quả núi xuống mặt thủy chuẩn P, ta sẽ được “hình vẽ” quả núi dưới dạng các dường đồng mức Nhìn hình vẽ các đường đồng mức này, ta có thể hình dung một cách chính xác hình dạng, kích thước quả núi cũng

như độ cao và độ đốc của mặi đất

Sau đây là một số tính chất của đường đồng mức:

- Những điểm nằm trên một đường đồng mức có cùng độ cao

- Đường đồng mức phải liên tục, khép kín Nếu trong phạm vi tờ giấy vẽ mà đường

đồng mức chưa khép kín được thì đường đồng mức được vẽ tới tận biên tờ giấy vẽ

31

- Những chỗ đường đồng mức xa nhau (thưa) thì noi đó mặt đất có độ đốc bé va ngược lại những chỗ đường đồng íñnức sát nhau (dày), thì tại đó mặt đất có độ đốc lớn

lở Điều này có thể nhìn thấy trên hình 2-21: khoảng cách giữa hai đường đồng mức từ

ml đến c lớn hơn từ b đến đ (a,> a;), nên trên mặt đất đoạn MC ít đốc hơn đoạn BD

- Các đường đồng mức không cất nhau, trừ trường hợp núi đá có địa hình dạng hang động, hàm ếch (hình 2-22)

-Hướng vuông góc với các đường đồng mức là hướng dốc nhất trên thực địa

Như vậy mỗi đường đồng mức trên bản đồ được ứng với một độ cao trên mặt đất Chênh lệch độ cao giữa các đường đồng mức kề nhau được gọi là khoảng cao đều và được ký hiệu là h Khoảng cao đểu trên mỗi tờ bản đồ đều bằng nhau và được chọn theo

một trong các giá trị: 0,25m, 0.5m, 1,0m, 2,0m, 2,5m, 5,0m, 10,0m, v.v đã được quy

định trong Quy phạm đo vẽ bản đồ Việc chọn khoảng cao đều có ý nghĩa rất quan trọng đến độ chính xác của địa hình trên bản đồ Nếu khoảng cao đều càng nhỏ thì mức độ biểu thị chỉ tiết địa hình càng cao, nhưng lúc đó số đường đồng mức trên bản đồ sẽ tăng

lên và khoảng cách giữa các đường đồng mức sẽ nhỏ lại, nhưng khoảng cách này không thể lấy quá nhỏ mà tối thiểu phải >0,2mm để khi vẽ lên bản đồ các đường đồng mức

không đè lên nhau Mặt khác khoảng cách giữa các đường đồng mức trên bản đồ phụ thuộc vào độ dốc trên mặt đất và tỷ lệ bản đồ, do vậy việc chọn khoảng cao đều phải dựa

vào mức độ phức tạp của địa hình và tỷ lệ bản đồ Cu thể đối với vùng đồng bằng thường chọn khoảng cao đều nhỏ hơn vùng núi, đối với bản đồ có tỷ lệ càng lớn khoảng cao đều được chọn càng nhỏ và ngược lại bản đồ có tỷ lệ càng nhỏ thì khoảng cao đều được chọn

càng lớn

Để dễ phân biệt độ cao các đường đồng mức trên bản đồ người ta phân thành đường

đồng mức cái và đường đồng mức con Đối với đường đồng mức có khoảng cao đều

1m, 2m, 5m, 10m thì cứ 5 đường đồng mức thì có một đường được vẽ nét đậm hơn và

ghi độ cao gọi là đường đồng mức “cái”, còn đối với đường đồng mức có khoảng cao

đều 0,25m, 0,5m và 2,5m thì cứ 4 đường đồng mức thì có một đường đồng mức cái,

các đường đồng mức còn lại được gọi là đường đồng mức “con” Độ cao của đường đồng mức cái trong trường hợp thứ nhất được lấy các đường có độ cao bằng bội số của

5 lần khoảng cao đều, còn trong trường hợp thứ hai là bội số của 4 lần khoảng cao đều Thí dụ: đối với khoảng cao đều là 2m thì đường đồng mức cái sẽ là các đường Om,

10m, 20m đối với khoảng cao đều là 0,5m thì đường đồng mức cái sẽ là các đường

0m, 2m, 4m

Ở những nơi địa hình phức tạp nếu đường đồng mức cơ bản (cái và con) không đủ

mô tả thì có thể dùng đường đồng mức phụ với nửa khoảng cao đều (h/2) để mô tả

địa hình

32

Sau đây là một số dạng địa hình đặc biệt được biểu diễn lên bản đồ

§2.10 CAC DON VI DO THUONG DUNG TRONG TRAC DIA

2.10.1 Đơn vị đo chiều dài: mét (m) và các hệ số của nó: km, dm, cm, mm

2.10.2 Đơn vị đo diện tích: mét vuông (m2) và các hệ số của nó: km”, dm’, cm’, mm’,

Trong nông nghiệp, lâm nghiệp, thủy lợi và một số ngành kỹ thuật khác thường dùng

đơn vị hécta (ha):

2.10.3 Don vị đo thể tích, dung tich: mét khdi (m*) va cdc hé s6 cha né.dm*, cm’,

2.10.4 Đơn vị đo góc: Thường dùng 3 hệ:

a) Hệ độ, phút, giây (“° “})

1 góc tròn = 4 góc vuông = 360°

Một góc vuông được chia thành 90 phần bằng nhau và mỗi phần được gọi là một độ (1®

= 60 1= 60”

33

b) Hệ Grát (gr)

Một góc vuông được chia thành 100 phần bằng nhau, mỗi phần được gọi là một

1 gr = 100 c (c la ky hiéu phut grad)

lc = 100 cc (cc la ky hiéu giay grad)

Quan hệ giữa độ và grai:

Luu ¥- khi sử dụng máy tính kỹ thuật cầm tay, để tính toán trong hệ đơn vị nào (độ, grat hoặc radian), thì trên màn hình phải hiển thị chế độ tương ứng (DEG, GRAD hoặc RAD)

§2.11 HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU GPS

Hệ thống định vị vệ tỉnh toàn cầu GPS (Global Positioning System) được Bộ Quốc phòng Mỹ nghiên cứu thiết lập từ những năm 1970 nhằm phục vụ cho mục đích quân sự,

mãi tới những năm đầu của thập ký 80 hệ thống định vị này bất đầu được phép khai thác

sử dụng trong dân sự Từ đó hệ thống định vị GPS đã được nghiên cứu, ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực khác nhau như trắc địa, quốc phòng, giao thông, hàng hải, hàng không, du lịch, bảo vệ môi trường, vv Một ưu điểm nổi bật của GPS hơn bất cứ phương tiện đo đạc nào là có thể làm việc trong mọi thời tiết, mọi địa hình và mọi thời gian

24h/24h

2.11.1 Cấu tạo GPS

Hệ thống GPS bao gồm 3 bộ phận: đoạn không gian (space segment), đoạn điểu khién (control segment) va doan str dung (user segment) được thể hiện trên hình 2-24

a4) Đoạn không gian

Theo thiết kế hệ thống GPS gồm 24 vệ tính phân bố trên 6 mặt phẳng quỹ đạo nghiêng

với mặt phẳng xích đạo một góc 55° Bán kính qũy đạo các vệ tỉnh xấp xỉ 26560 km, tức là 34

vệ tỉnh cách mặt đất cỡ 20200 km Chu kỳ chuyển động của vệ tỉnh trên quỹ đạo là 718

phút Tuổi thọ của vé tinh GPS khoảng từ rs nam dén 10) nam Các VỆ ý tinh GPS liên tục phát

trên mặt đất cũng có thể quan sát được tối thiểu là 4 vệ tỉnh Các tín hiệu được truyền đi nhờ tần SỐ của các sóng tải L1 (1575.42MHø) và L2 (1227.60MH) Thời gian truyền tín hiệu đến máy thu khoảng 0,07 giây Máy thu 1 tần số sẽ thu được các tín hiệu ở tần số L1, còn máy thu 2 tần số thu được cả tín hiệu ở tần số LI và L2 Các tín hiệu nhận được mang các thông tin đạo hàng như Ephemerit, tín hiệu nhiễu khoảng cách giả PRN-code, thời gian và

tình trạng của hệ thống, thông tín về tầng ion (đối với máy 2 tần số) w

Với các thông tin trên chúng ta sẽ thực hiện bài toán định vị (tuyệt đối và tương đối)

trong hệ WGS-84 theo hai loại trị đo là: khoảng cách giả (pseudoranges) và pha sóng tải

Đoạn này gồm tram diéu khién trung tam dat tai Colorado Springs va 4 trạm theo dõi

dat tai dao Hawai (Thai Binh Duong), Ascension Island (Dai Tay Duong), Diego Garcia

— — — (Ấn Độ Đương) và-Kwajalcin (Tay “Thái Bình Đương): Các trạm này tạo thành một và

đai bao quanh trái đất (hình 2-24)

Nhiệm vụ của đoạn điều khiển là điều khiển toàn bộ hoạt động và chức năng của các

vệ tỉnh trên cơ sở theo đối chuyển động quỹ đạo của vệ tinh cũng như hoạt động của

đồng hồ trên đó Tất cả các trạm đều có máy thu GPS, tiến hành đo khoảng cách và sự

thay đổi khoảng cách tới tất cả các vệ tinh có thể quan sát được, đồng thời đo các số liệu

khí tượng Tất cả các số liệu đo nhận được ở mỗi trạm đều được truyền về trạm trung

tâm Trạm trung tâm xử lý các số liệu rồi cho ra toạ độ của từng vệ tinh (ephemrit), độ

lệch đồng hồ vệ tinh theo giờ GPS được tính toán và hiệu chỉnh tại trạm chủ Từ trạm

trung tâm các số liệu này được truyền trở lại cho các trạm theo dõi để từ đó truyền tiếp

lên cho các vệ tỉnh cùng các lệnh điều khiển khác Như vậy là các thông tin đạo hàng và thông tin thời gian trên vệ tỉnh được thường xuyên chính xác hoá và cung cấp cho người

sử dụng thông qua các sóng tải L1 và L2 Việc chính xác hoá thông tin như thế được tiến

hành 3 lần trong một ngày Cần nói thêm là các thông tin cung cấp đại trà cho khách

hàng chỉ đảm bảo độ chính xác định vị đến cỡ 10m, chưa kể chúng còn bị cố ý làm nhiễu đi bởi chế độ SA (Selective Availability) để hạn chế độ chính xác này ở mức

100m Chỉ khi thoả thuận với phía Mỹ, người sử dụng mới có được các số liệu đảm bảo

độ chính xác cao

c) Doan sử dụng

Đoạn sử dụng bao gồm tất cả các máy thu GPS nhận các thông tin từ vệ tỉnh và các

phần mềm xử lí tính toán số liệu Máy thu tín hiệu GPS có thể đặt cố định trên mặt đất

(đo tĩnh) hay gắn trên các phương tiện chuyển động (đo động) như đi bộ, đi xe đạp, ô tô,

máy bay, tàu biển, tên lửa, vệ tỉnh nhân tạo

Tín hiệu vệ tỉnh được thu qua anten máy thu Tâm pha anten là điểm thu tín hiệu và xác định toạ độ Tuỳ theo mục đích sử dụng mà các máy thu GPS có thiết kế cấu tạo, có

độ chính xác cũng như giá thành khác nhau

2.11.2 Các nguyên tắc và phương pháp đo GPS

a) Cac dang dai lượng do

Việc định vị bằng GPS được thực biện trên cơ sở sử dụng hai dạng đại lượng 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)

- Đo khoảng cách giả theo C1A - code và P - code

Code tựa ngẫu nhiên được phát đi từ vệ tỉnh cùng với sóng tải Máy thu GPS cũng tạo

ra code tựa ngẫu nhiên đúng như vậy Bằng cách so sánh code thu được từ vệ tỉnh và

36

code của chính máy thu có thể xác định được khoảng thời gian lan truyền của tín hiệu

code, và từ đây dễ dàng tính được khoảng cách từ vệ tỉnh đến máy thu (hình 2-25) Do

— _ có sự không đồng bộ giữa đồng hồ của vệ tính và của máy thu, đồng thời do ảnh hưởng

của môi trường lan truyền tín hiệu, nên khoảng cách tính theo thời gian đo được không phải là khoảng cách thực giữa vệ tỉnh và máy thu Người ta gọi nó là khoảng cách giả

Nếu ký hiệu toạ độ của vệ tỉnh là x,„ y„, Z„ tọa độ của điểm máy thu (tâm anten) là x,

y, z, thời gian lan truyền tín hiệu là (Ð), sai số không đồng bộ giữa đồng hồ trên vệ tỉnh

và trong máy thu là At, khoảng cách giả đo được là R Khi đó ta có thể viết:

R =c(t+At)=y(x, -x)' +(y, -y)' +(z, -z) +c.At (2-6)

Trong đó: c là tốc độ lan truyền tín hiệu

- Đo pha của sóng tải

Các sóng tải L1 và L2 được sử dụng cho việc định vị với độ chính xác cao Với mục dích này người ta tiến hành đo hiệu số giữa pha của sóng tải do máy thu nhận được từ vệ

tinh và pha của tín hiệu đo chính nó tạo ra Hiệu số pha do máy thu đo được ta ký hiệu là

R- khoảng cách giữa vệ tỉnh và máy thu;

%- bước sóng của sóng tải;

N- số nguyên lần bước sóng À chứa trong R;

At- sai số không đồng bộ giữa đồng hồ của vệ tỉnh và máy thu

37.

Trong trường hợp đo pha theo sóng tải LI có thể xác định khoảng cách giữa vệ tỉnh

và máy thu với độ chính xác tới cỡ em thậm chí đến mm Sóng tải L2 cho độ chính xác

đáng kể của tầng điện ly và thêm vào đó làm cho việc xác định số (N) nguyên đa trị

được đơn giản hơn

b) Đo GPS tuyệt đối

- Nguyên lý ảo GPS tuyét doi

Đo GPS tuyệt đối là trường hợp sử dụng máy thu GPS để xác định toạ độ của điểm đo

trong hệ toạ độ vuông góc không gian (X, Y, Z) hoặc trong hệ toạ độ mặt cầu (B, L, H)

Hệ toa độ WGS- 84 là hệ toạ độ cơ sở của GPS nhận ellipxoid có kích thước như sau:

a = 6378137 m

b = 6356752 m

1 Œœ=————

298,2572

Việc xác định tọa độ điểm đo được thực hiện trên cơ sở sử dụng đại lượng đo là

khoảng cách từ vệ tỉnh đến máy thu theo nguyên tắc giao hội không gian từ các điểm có

toạ độ đã biết là các vệ tinh Từ công thức (2-5) ta có:

Nếu biết chính xác khoảng cách R, từ vệ tinh thứ ¡ đến máy thu Khi đó chỉ cần xác

định khoảng cách đồng thời từ 3 vệ tỉnh đến máy thu ta sẽ được 3 phương trình dạng

(2-8) và giải hệ phương trình này sẽ tìm được tọa độ x, y, z của máy thu Song, đo có sai

số không đồng bộ của đồng hồ trên vệ tinh va trong máy thu At là chưa biết, nên phải

coi nó là ẩn số thứ tư để tìm Chính vì vậy mà ta cần có thêm một phương trình dạng (2-8), tức là phải quan sát thêm một vệ tỉnh thứ tư để xác định số hiệu chỉnh cho đồng hồ

(thạch anh) của máy thu là At

Thu tín hiệu đồng thời 4 vệ tỉnh là yêu cầu tối cần thiết để xác định toạ độ không gian

tuyệt dối của điểm quan sát Tuy vậy, nếu máy thu được trang bị đồng hồ có độ chính

xác cao thì khi đó chỉ cần quan sát đồng thời 3 vệ tính

Trong trường hợp biết trước độ cao z của máy thu (chẳng hạn như đo trên biển), khí

đó chỉ còn phải xác định hai ẩn số là x, y của điểm quan sát, đo vậy chỉ cần quan sát

đồng thời 2 vệ tỉnh là đủ

Trên thực tế với hệ thống vệ tính hoạt động như hiện nay, số lượng vệ tỉnh có thé

quan sát đồng thời thường là 6- 8, hoặc có thể đến 10 vệ tỉnh Khi đó dùng nguyên tắc số

bình phương nhỏ nhất để tính toán, xử lý số liệu đo

38

- Do vi phan

Do chế độ phát tín hiệu nhiễu SA của NASA nên theo nguyên lý thông thường các

máy thu có độ chính xác bị hạn chế Để nãng cao độ chính xác máy thu, giới kỹ thuật và—

các nhà sản xuất máy thu GPS đã đưa ra phương pháp đo GP§ vi phan

Theo phương pháp này cần có một máy thu GPS c6 kha nang phát tín hiệu vô tuyến

được đặt tại điểm có toạ độ đã biết (nó thường gọi là máy cố định), đồng thời có máy

khác (gọi là máy di động) đặt ở vị trí cần xác định toa độ (có thể là điểm cố định hoặc

điểm di động như tàu thủy, ô tô, máy bay ) Cả máy cố định và máy di động cần tiến

hành đồng thời thu tín hiệu từ các vệ tỉnh như nhau Nếu thông tin từ vệ tỉnh bị nhiễu thì

kết quả xác định toạ độ của cả máy cố định và máy di động đều bị sai lệch cùng một giá

trị Độ sai lệch này được xác định trên cơ sở so sánh toạ độ đo được và toạ độ đã biết

trước của máy cố định, đại lượng này có thể được xem là như nhau cho cả máy cố định

và máy di động Độ sai lệch này được máy cố định phát đi qua sóng vô tuyến để máy di

động thu nhận và hiệu chỉnh vào kết quả xác định toạ độ

Ngoài cách hiệu chỉnh cho tọa độ, người ta còn đưa ra phương pháp hiệu chỉnh cho

khoảng cách từ vệ tính đến máy thu Cách hiệu chỉnh này đòi hỏi máy thu cố định có

cấu tạo phức tạp và tỉnh vi hơn, nhưng lại cho phép người sử dụng xử lý chủ động và linh

hoạt hơn

Để đảm bảo độ chính xác cần thiết, các số liệu hiệu chỉnh cần được xác định và phát

chuyển nhanh với tần suất cao Cũng với lý do này mà phạm vị hoạt động có hiệu quả

của máy thu cố định không phải là tùy ý, mà thường hạn chế ở bán kính từ một vài trăm

đến năm bẩy trăm km Định vị GPS ví phân đạt độ chính xác phổ biến cỡ vài ba mét và

có thể đạt tới dm ứng với tầm hoạt động cỡ vài chục km

c) Đo GPS tương đối

- Nguyên lý do GPS tương đối

Đo GPS tương đối là trường hợp sử dụng hai máy thu GPS§ đặt ở hai điểm quan sát

khác nhau để xác định ra hiệu toạ độ vuông góc không gian (AX, AY, AZ) hay hiéu toa

độ mặt cầu (AB, AL, AH) giữa chúng trong hệ toạ độ WGS- 84

Nguyên tắc đo GPS tương đối được thực hiện trên cơ sở sử dụng đại lượng đo là pha

của sóng tải Để đạt được độ chính xác cao cho kết quả xác định hiệu toạ độ (hay vị trí

tương hỗ) giữa hai điểm, người ta đã tạo ra và sử dụng các sai phân khác nhau cho pha

sóng tải, nhằm làm giảm ảnh hưởng của các nguồn sai số (sai số của đồng hồ trên vệ

tỉnh cũng như trong máy thu, sai số của toạ độ vệ tỉnh, số nguyên đa trị )

Bây giờ ta hãy ký hiệu pha (đúng hơn là hiệu pha) của sóng tải từ vệ tỉnh j được đo tại

trạm quan sát r vào thời điểm t, là Gi(t ỳ Khi đó, nếu xét hai trạm I và 2 tiến hành

quan sát đồng thời vệ tỉnh j vào thời điểm t, ta sẽ có sai phân bậc một được lập như sau:

39