Nghiên cứu phương pháp thành lập lưới khống chế trắc địa trong xây dựng tuyến đường có chiều dài lớn

Xuất phát từ những vấn đề nêu trên tác giả lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu phương pháp thành lập lưới khống chế trắc địa trong xây dựng tuyến đường có chiều dài lớn” để góp phần bảo đảm yêu

-–&— -NGUYỄN ĐÌNH ĐỨC

NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP THÀNH LẬP LƯỚI KHỐNG CHẾ TRẮC ĐỊA TRONG XÂY DỰNG TUYẾN ĐƯỜNG CÓ CHIỀU DÀI LỚN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI – 2015

-–&— -NGUYỄN ĐÌNH ĐỨC

NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP THÀNH LẬP LƯỚI KHỐNG CHẾ TRẮC ĐỊA TRONG XÂY DỰNG TUYẾN ĐƯỜNG CÓ CHIỀU DÀI LỚN

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Hà Nội, ngày tháng năm 2015

Tác giả

Nguyễn Đình Đức

MỤC LỤC

Trang

LỜI CAM ĐOAN i

MỤC LỤC ii

DANH MỤC CÁC BẢNG v

DANH MỤC CÁC HÌNH vi

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Mục đích nghiên cứu của đề tài 1

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

4 Nội dung nghiên cứu 2

5 Phương pháp nghiên cứu 2

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 3

LỜI CẢM ƠN 4

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LƯỚI KHỐNG CHẾ TRẮC ĐỊA TRONG XÂY DỰNG TUYẾN ĐƯỜNG GIAO THÔNG 5

1.1 Lưới khống chế trắc địa trong xây dựng tuyến đường giao thông 5 1.1.1 Mục đích và đặc điểm lưới khống chế trắc địa công trình trong xây dựng đường giao thông 5

1.1.2 Yêu cầu độ chính xác của lưới khống chế trắc địa công trình 12

1.1.3 Các phương pháp thành lập lưới khống chế trắc địa trong xây dựng tuyến đường giao thông 16

1.1.4 Hệ tọa độ và độ cao sử dụng khi thành lập lưới khống chế trắc địa trong xây dựng tuyến đường giao thông 21

1.2 Công nghệ GPS và khả năng ứng dụng trong công tác thành lập lưới khống chế trắc địa khi xây dựng công trình đường giao thông 21

1.2.1 Khái quát chung về hệ thống định vị GPS 211.2.2 Những kỹ thuật đo GPS 231.2.3 Khả năng ứng công nghệ GPS trong công tác thành lập lưới khống

chế trắc địa khi xây dựng công trình đường giao thông 27

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP THÀNH LẬP VÀ XỬ

LÝ SỐ LIỆU LƯỚI KHỐNG CHẾ TRẮC ĐỊA TRONG XÂY DỰNG TUYẾN ĐƯỜNG CÓ CHIỀU DÀI LỚN 31 2.1 Đặc điểm của lưới khống chế trắc địa trong xây dựng tuyến đường có chiều dài lớn 31 2.2 Lựa chọn hệ tọa độ và độ cao hợp lý khi thành lập lưới khống chế

trắc địa trong xây dựng tuyến đường có chiều dài lớn 32

2.2.1 Nguyên tắc chọn hệ quy chiếu 322.2.2 Hệ quy chiếu cho mạng lưới khống chế xây dựng 32

2.3 Nghiên cứu phương pháp thành lập lưới khống chế trắc địa trong

xây dựng tuyến đường có chiều dài lớn 40

2.3.1 Thành lập lưới khống chế cơ sở mặt bằng 412.3.2 Thành lập lưới khống chế đường chuyền cấp 2 47

2.4 Nghiên cứu phương pháp xử lý số liệu lưới khống chế trắc địa trong xây dựng tuyến đường có chiều dài lớn 52

2.4.1 Xử lý số liệu lưới khống chế trắc địa trong xây dựng tuyến đường có

chiều dài lớn 522.4.2 Tính chuyển tọa độ của lưới khống chế trắc địa trong xây dựng tuyến

đường có chiều dài lớn 59

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN XỬ LÝ SỐ LIỆU SỐ LIỆU THỰC NGHIỆM

LƯỚI KHỐNG CHẾ TRẮC ĐỊA TRONG XÂY DỰNG TUYẾN ĐƯỜNG CÓ CHIỀU DÀI LỚN 64

3.1 Đặc điểm tính toán xử lý số liệu lưới khống chế trắc địa trong xây

dựng tuyến đường có chiều dài lớn 64

3.1.1 Yêu cầu 64

3.1.2 Xử lý các loại lưới bằng các phần mềm chuyên dụng 67

3.2 Tính toán xử lý số liệu thực nghiệm lưới khống chế trắc địa đối với tuyến đường cao tốc Dầu Giây – Liên Khương 77

3.2.1 Xử lý lưới cơ sở mặt bằng cho tuyến đường Dầu Giây – Liên Khương 77

3.2.2 Xử lý lưới đường chuyền cấp 2 cho tuyến đường Dầu Giây – Liên Khương 85

3.3 Thực nghiệm xây dựng đường chuyền cấp 2 bằng kỹ thuật đo GPS động xử lý sau (PPK) 86

3.3.1 Xây dựng đường chuyền cấp 2 bằng kỹ thuật đo GPS động xử lý sau (PPK) 86

3.3.2 Đánh giá độ chính xác khi thành lập đường chuyền cấp 2 bằng phương pháp đo GPS động 89

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 94

1 Kết luận 94

2 Kiến nghị 94

TÀI LIỆU THAM KHẢO 96

PHỤ LỤC 98

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1: Các chỉ tiêu kỹ thuật khi thiết kế lưới tọa độ quốc gia 9

Bảng 1.2: Các yêu cầu cơ bản khi đo lưới tọa độ quốc gia 10

Bảng 1.3: Độ chính xác của lưới tọa độ quốc gia sau bình sai 10

Bảng 1.4: Các chỉ tiêu kỹ thuật của các cấp hạng lưới độ cao 11

Bảng 1.5 Mối quan hệ giữa tỷ lệ bản đồ và sai số giới hạn 12

Bảng 1.6: Sai số chuyển dịch đối với các giai đoạn xây dựng và sử dụng công trình 15

Bảng 1.7: Sai số giới hạn đo chuyển dịch và độ chính xác của các cấp đo 16

Bảng 1.8: Chiều dài tuyến đo cao kỹ thuật 20

Bảng 2.1: Kết quả tính chuyển khoảng cách từ mặt đất về mặt ellipsoid 35

Bảng 2.2: Bảng tính sai số khoảng cách từ mặt đất về mặt ellipsoid 36

Bảng 2.3: Sai số cho chiếu khoảng cách từ mặt ellipsoid về mặt phẳng 37

khi lựa chọn kinh tuyến trục trung ương theo phép chiếu Gauss múi chiếu 30 37

Bảng 2.4: Sai số cho chiếu khoảng cách từ mặt ellipsoid về mặt phẳng 38

khi lựa chọn kinh tuyến trục trung ương theo phép chiếu UTM múi chiếu 30 38

Bảng 2.5: Độ chính xác đo động của một số máy đo GPS phổ biến ở Việt Nam 49

Bảng 2.6: Sai số khép tương đối giới hạn trong vòng khép GPS 55

Bảng 3.1: Kết quả xây dựng lưới tọa độ GPS tuyến đường cao tốc Dầu Giây – Liên Khương sử dụng KTT=106o 15' 79

Bảng 3.2: Kết quả tính chuyển của lưới tọa độ GPS theo độ cao mặt chiếu và kinh tuyến trục phù hợp 83

Bảng 3.3: Tọa độ điểm tính chuyển của 10 điểm lưới đường chuyền cấp 2 86

Bảng 3.4: Tổng hợp kết quả kiểm tra phương pháp GPS động 92

Bảng 3.5: Độ lệch giữa 2 lần đo GPS động 93

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1: Lưới tam giác đo góc 16

Hình 1.2: Lưới tam giác đo cạnh 17

Hình 1.3: Lưới tam giác đo góc - cạnh 18

Hình 1.4: Lưới đường chuyền 19

Hình 1.5: Vệ tinh địa tĩnh GPS 22

Hình 1.6: Sơ đồ nguyên lý đo tuyệt đối 23

Hình 1.7: Một trạm tĩnh phối hợp với 2 trạm động 29

Hình 1.8: Hai trạm cơ sở và một trạm động 29

Hình 2.1: Sơ đồ chiếu từ mặt đất tự nhiên về mặt phẳng của tờ bản đồ 33

Hình 2.2: Đồ hình liên kế các điểm đo GPS 43

Hình 2.3: Sơ đồ bố trí trạm Base 50

Hình 3.1: Giao diện phần mềm Trimble Business Center 69

Hình 3.2: Menu file 69

Hình 3.3: Cửa sổ tạo Project mới 69

Hình 3.4: Hộp thoại mở file 70

Hình 3.5: Hộp thoại chọn thư mục 70

Hình 3.6: Hộp thoại hiển thị file 70

Hình 3.7: Xử lý cạnh đo và hình vẽ kết quả sau xử lý 71

Hình 3.8: Lựa chọn hệ tọa độ tham chiếu 72

Hình 3.9: Hộp thoại Select Coordinate System 72

Hình 3.10: Hộp thoại lựa chọn hệ tọa độ tham chiếu 73

Hình 3.11: Hộp thoại lựa chọn hệ tọa độ tham chiếu 73

Hình 3.12: Hộp thoại lựa chọn hệ tọa độ tham chiếu 74

Hình 3.13: Hình vẽ sau bình sai 74

Hình 3.14: Chương trình hiện văn bản và kết quả bình sai 75

Hình 3.15: Chương trình bình sai lưới mặt bằng sử dụng phần mềm Pick net 76

Hình 3.16: Sơ đồ tuyến đường cao tốc Dầu Giây – Liên Khương 77

Hình 3.17: Sơ đồ lưới GPS tuyến đường đường cao tốc 78

Dầu Giây – Liên Khương 78

Hình 3.18: Sơ đồ mạng lưới GPS và vị trí lựa chọn kinh tuyến trục phù hợp tuyến đường Dầu Giây – Liên Khương 82

Hình 3.19: Sơ đồ đường chuyền cấp 2 tuyến đường cao tốc Dầu Giây – Liên Khương (Đoạn DC - 01† DC - 42) đo bằng công nghệ GPS động 89

Hình 3.20: Sơ đồ lưới của khu vực thực nghiệm đánh giá độ chính xác đo GPS động 91

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Trong giai đoạn hiện nay khi mà việc phát triển kinh tế đang là điều tất yếu để mang lại sự vững mạnh cho đất nước thì việc xây dựng và nâng cấp hệ thống giao thông là việc không thể bỏ qua Bởi nếu hệ thống này không đủ đáp ứng được như cầu phát triển thì việc đảm bảo cho lưu thông hay “dòng chảy của các mạch máu” sẽ không được thông suốt, sẽ gây khó khăn lớn cho mục đích phát triển lâu dài

Hiện nay chúng ta ngày càng xây dựng được nhiều những tuyến đường

có chiều dài lớn đi qua nhiều tỉnh, thành phố hoặc đi qua nhiều khu vực có địa hình khác nhau Trong quá trình xây dựng những tuyến đường đó, đã nảy sinh những khó khăn trong công tác trắc địa như công tác thành lập và xử lý lưới khống chế trắc địa: vấn đề lựa chọn hợp lý kinh tuyến trục, tính chuyển tọa độ giữa các khu vực, lựa chọn độ cao mặt chiếu, … là hết sức cần thiết

Xuất phát từ những vấn đề nêu trên tác giả lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu phương pháp thành lập lưới khống chế trắc địa trong xây dựng tuyến đường có chiều dài lớn” để góp phần bảo đảm yêu cầu độ chính xác khi xây

dựng các tuyến đường giao thông có chiều dài lớn

2 Mục đích nghiên cứu của đề tài

- Nghiên cứu đặc điểm, yêu cầu kỹ thuật của lưới khống chế trắc địa trong quá trình xây dựng các tuyến đường giao thông có chiều dài lớn

- Tìm ra phương pháp lựa chọn kinh tuyến trục hợp lý cho từng khu vực, lựa chọn mặt chiếu và tính chuyển tọa độ giữa các múi chiếu

- Nghiên cứu phương pháp thành lập và xử lý lưới số liệu lưới khống chế trắc địa trong xây dựng tuyến đường có chiều dài lớn Từ đó đề xuất các biện pháp bảo đảm hiệu quả và độ chính xác trong quá trình thành lập lưới khống chế cho các tuyến đường có chiều dài lớn

- Tiến hành tính toán xử lý số liệu đối với các công trình thực tế ở Việt Nam, từ đó phân tích và đánh giá kết quả và đưa ra giải pháp thực hiện

- Kết quả của đề tài sẽ được áp dụng vào thực tế sản xuất góp phần nâng cao chất lượng xây dựng các tuyến đường giao thông có chiều dài lớn ở Việt Nam

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu là lưới khống chế trắc địa phục vụ cho quá trình xây dựng các tuyến đường có chiều dài lớn ở Việt Nam Phân tích tính toán

cụ thể một số tuyến đường ở Việt Nam

- Phạm vi nghiên cứu của đề tài là thành lập và xử lý tính toán lưới khống chế trắc địa trong xây dựng tuyến đường có chiều dài lớn ở Việt Nam: Khảo sát, phân tích biến dạng chiều dài tuyến đường, từ đó nghiên cứu giải pháp xây dựng và xử lý số liệu lưới khống chế

4 Nội dung nghiên cứu

- Nghiên cứu phương pháp thành lập lưới khống chế trắc địa xây dựng các tuyến đường có chiều dài lớn

- Tính toán và xử lý số liệu lưới khống chế trắc địa trong xây dựng tuyến đường có chiều dài lớn:

+ Lựa chọn hệ tọa độ và độ cao hợp lý khi thành lập lưới khống chế trắc địa trong xây dựng tuyến đường có chiều dài lớn

+ Tính chuyển tọa độ và độ cao của lưới khống chế trắc địa trong xây dựng tuyến đường có chiều dài lớn

- Quy trình công nghệ đo đạc, xử lý số liệu lưới

5 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp thống kê: thu thập, tổng hợp, xử lý các thông tin và tài liệu liên quan

- Phương pháp phân tích: sử dụng các phương tiện và các công cụ có tiện ích, phân tích có lôgíc các tài liệu, số liệu hiện có làm cơ sở giải quyết các vấn đề đặt ra

- Phương pháp so sánh: tổng hợp các kết quả, so sánh đánh giá và đưa

ra các kết luận chính xác về vấn đề đặt ra

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Công tác thành lập lưới khống chế trắc địa phục vụ xây dựng các tuyến đường giao thông đặc biệt là tuyến đường có chiều dài lớn là một nhiệm vụ quan trọng, cần thiết đảm bảo cho quá trình thi công đúng như khi thiết kế

Về mặt khoa học, luận văn đã chỉ ra được để đảm bảo yêu cầu độ chính xác khi thành lập lưới khống chế trắc địa phục vụ xây dựng tuyến đường có chiều dài lớn, vấn đề lựa chọn độ cao mặt chiếu, kinh tuyến trục hợp lý là hết sức quan trọng Từ những tính toán cụ thể, luận văn đã đưa ra giải pháp xử lý phù hợp với yêu cầu độ chính xác

Kết quả nghiên cứu của đề tài hoàn toàn có thể áp dụng khi thành lập các mạng lưới khống chế trắc địa phục vụ xây dựng các tuyến đường có chiều dài lớn ở Việt Nam

Tôi rất mong đƣợc các thầy cô giáo và các bạn đồng nghiệp nhận xét, góp ý để kiến thức của tôi đƣợc hoàn thiện hơn!

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ LƯỚI KHỐNG CHẾ TRẮC ĐỊA TRONG XÂY

DỰNG TUYẾN ĐƯỜNG GIAO THÔNG

1.1 Lưới khống chế trắc địa trong xây dựng tuyến đường giao thông

1.1.1 Mục đích và đặc điểm lưới khống chế trắc địa công trình trong xây dựng đường giao thông

1.1.1.1 Mục đích thành lập

Lưới khống chế trắc địa được thành lập dọc theo các tuyến đường giao thông là cơ sở trắc địa phục vụ cho các giai đoạn khảo sát-thiết kế, thi công và khi đưa công trình vào khai thác sử dụng Thực chất lưới khống chế này là một loại của lưới trắc địa công trình

Về cơ bản lưới khống chế trắc địa trong xây dựng đường giao thông nói riêng và lưới trắc địa công trình nói chung là một bộ phận của lưới quốc gia Việt Nam Theo mục đích sử dụng có thể chia lưới khống chế trắc địa công trình giao thông thành ba loại:

- Lưới khảo sát công trình

- Lưới thi công công trình

- Lưới quan trắc chuyển dịch công trình

* Lưới khảo sát công trình được thành lập trong giai đoạn khảo sát thiết kế công trình giao thông, là cơ sở trắc địa cho đo vẽ bản đồ địa hình tuyến các loại tỷ lệ và mặt cắt, phục vụ các bước thiết kế tổng thể, thiết kế kỹ thuật và thiết kế thi công công trình Tùy thuộc vào điều kiện cụ thể của địa hình, tỷ lệ và phạm vi đo vẽ, lưới khảo sát công trình có thể phát triển qua một số bậc, sao cho đảm bảo đủ mật độ và số lượng để đo vẽ hết diện tích

-* Lưới thi công công trình được thành lập trong thời kỳ thi công, là cơ

sở trắc địa để chuyển bản thiết kế ra thực địa, để bố trí chi tiết công trình, quan trắc chuyển dịch các hạng mục và cũng là cơ sở để đo vẽ hoàn công công trình Tùy thuộc vào đặc điểm địa hình, quy mô xây dựng cũng như đặc

điểm khai thác vận hành của công trình mà lưới khống chế thi công có thể được thành lập qua một số bậc Trong nhiều trường hợp, lưới khống chế thi công công trình được phát triển qua 2 bậc: bậc lưới cơ sở và bậc lưới bố trí Lưới cơ sở bao gồm các điểm khống chế cơ sở bố trí ngoài công trình, nơi có tầm khống chế tốt, điều kiện địa chất ổn định và có thể bảo quản được lâu dài các dấu mốc Lưới cơ sở làm cơ sở khởi tính tọa độ cho cả hệ thống lưới và

để khôi phục lại các điểm lưới bố trí trong trường hợp bị hủy hoại Lưới bố trí bao gồm các điểm được đặt gần công trình sao cho thuận lợi để từ đố bố trí trực tiếp vào công trình Các điểm của lưới bố trí rất dễ bị phá hủy hoặc bị tác động của nhiều yếu tố tự nhiên (như hoạt động của các phương tiện cơ giới,

sự trượt lở của mái dốc, khoan nổ mìn v.v…) Tuy nhiên nó có thể khôi phục lại nhờ các điểm khống chế cơ sở

* Lưới quan trắc chuyển dịch biến dạng công trình thường được thành lập ngay từ giai đoạn thi công và là cơ sở trắc địa để quan trắc chuyển dịch các công trình trong thời kỳ thi công cũng như thời kỳ khai thác vận hành công trình Thông thường, lưới quan trắc chuyển dịch biến dạng được thành lập dưới dạng 2 cấp độc lập: Cấp lưới cơ sở và cấp lưới quan trắc Cấp lưới cơ

sở bao gồm các điểm khống chế cơ sở bố trí ngoài công trình, nơi có điều kiện địa chất tốt, có thể bảo quản lâu dài các dấu mốc và thuận lợi quan trắc bằng công nghệ truyền thống hoặc bằng công nghệ GPS Cấp lưới quan trắc bao gồm các điểm kiểm tra bố trí đều trên công trình, chuyển dịch cùng với công trình, thuận lợi cho quan trắc và ở nơi dự kiến chuyển dịch lớn nhất Hai cấp lưới này tạo thành một hệ thống lưới khống chế độc lập và được đo đạc đồng thời theo chu kỳ

Về bản chất, lưới khảo sát công trình không có nhiều khác biệt so với lưới đo vẽ bản đồ Riêng lưới khống chế thi công và lưới quan trắc chuyển dịch có yêu cầu độ chính xác cao hơn hẳn so với lưới đo vẽ bản đồ, vì vậy để giải quyết nhiệm vụ này phải lập lưới chuyên dùng cho công trình.[20]

1.1.1.2 Đặc điểm của lưới khống chế trắc địa trong xây dựng đường giao thông

Do đặc điểm của đường giao thông thường là dạng tuyến kéo dài nên lưới khống chế trắc địa thường được xây dựng gồm hai cấp lưới:

- Bậc lưới cơ sở mặt bằng được đo nối từ các điểm tọa độ hạng III, II, I, cấp 0 hay địa chính cở sở Nhà nước, lưới độ cao được đo nối từ các điểm độ cao hạng III, IV Nhà nước

- Bậc lưới thứ hai thường được xây dựng dưới dạng đường chuyền cấp

2 chạy dọc theo tuyến đường đối với lưới mặt bằng Lưới độ cao trùng với các điểm của lưới đường chuyền cấp 2, độ chính xác của lưới tương đương với lưới độ cao cấp kỹ thuật

Khi sử dụng máy toàn đạc điện tử để thành lập lưới khống chế trắc địa công trình cần phải đảm bảo mối tương quan hợp lý giữa độ chính xác đo góc

và đo cạnh Mối tương quan này được xem là hợp lý nếu đảm bảo điều kiện:

3 máy thu tín hiệu vệ tinh đo theo chế độ tương đối – tĩnh với các phương thức liên kết cạnh hoặc liên kết lưới để nâng cao độ chính xác Các quy định khác cần tuân thủ “Tiêu chuẩn kỹ thuật đo và xử lý số liệu GPS trong trắc địa công trình” Khi xử lý số liệu đo GPS bằng các phần mềm chuyên dùng như (Trimble Business Center, GPS Survey 2.35…) sẽ thu được không những tọa

độ phẳng của các điểm trong hệ tọa độ mặt đất mà còn thu được tọa độ trắc địa B,H,L và tọa độ vuông góc không gian địa phương X,Y,Z Đây là những

thông tin quan trọng để khi cần có thể tính chuyển tọa độ các điểm lưới GPS

về tọa độ phẳng trong hệ tọa độ công trình.[20]

Dựa trên đặc thù của công trình giao thông, chúng ta có thể xác định đặc điểm của các loại lưới khống chế phục vụ xây dựng đường giao thông như sau:

a) Đặc điểm lưới khống chế tọa độ quốc gia trong trắc địa công trình giao thông

Lưới tọa độ quốc gia là lưới khống chế tọa độ cơ bản, thống nhất trong toàn quốc phục vụ cho công tác nghiên cứu khoa học, đo vẽ bản đồ địa hình, bản đồ địa chính, thành lập cơ sở dữ liệu địa lý và các loại bản đồ chuyên đề khác

Các chỉ tiêu kỹ thuật xây dựng lưới tọa độ quốc gia được quy định chi tiết trong quy chuẩn QCVN 04:2009/BTNMT (Quy chuẩn Quốc gia về xây dựng lưới tọa độ)

Lưới tọa độ quốc gia bao gồm: Lưới tọa độ cấp 0, lưới tọa độ hạng I, lưới tọa độ hạng II và lưới tọa độ hạng III khác nhau về độ chính xác, mật độ phân bố điểm, mục đích sử dụng, phương pháp xây dựng và trình tự phát triển của lưới Lưới tọa độ hạng I là mạng lưới hiện đang tồn tại nhưng không xây dựng lại

Lưới tọa độ quốc gia được xây dựng chủ yếu bằng công nghệ GNSS Lưới tọa độ quốc gia được tính toán trong Hệ quy chiếu và Hệ tọa độ

VN – 2000, có điểm gốc là N00 Độ cao của các điểm trong lưới tọa độ quốc gia được tính theo hệ độ cao quốc gia

Giá trị tọa độ các điểm trong lưới tọa độ quốc gia được biểu thị trên mặt phẳng theo lưới chiếu UTM múi 60

kinh tuyến trục là 1050 kinh đông (đối với múi thứ 48), múi 60

kinh tuyến trục là 1110 kinh đông (đối với múi thứ 49) và múi 60

kinh tuyến trục là 1170 kinh đông (đối với múi thứ 50), tỷ lệ biến dạng trong cả ba trường hợp là 0,9996.[4]

- Các chỉ tiêu kỹ thuật khi thiết kế lưới tọa độ được quy định bảng 1.1 như sau:

Bảng 1.1: Các chỉ tiêu kỹ thuật khi thiết kế lưới tọa độ quốc gia

TT Chỉ tiêu kỹ thuật Cấp 0 Hạng II Hạng III

6 Số điểm khống chế tọa độ tối thiểu Không quy

7

Khoảng cách tối đa từ một điểm bất kỳ

trong lưới đến điểm khống chế tọa độ

Khoảng cách tối đa từ một điểm bất kỳ

trong lưới đến điểm khống chế độ cao

gần nhất

Không quy định

Không quy

- Các yêu cầu cơ bản khi đo lưới tọa độ quốc gia được thể hiện trong bảng 1.2.[4]

Bảng 1.2: Các yêu cầu cơ bản khi đo lưới tọa độ quốc gia

Yêu cầu kỹ thuật

Cấp 0

Hạng II

Hạng III Thường Đo nối

tĩnh

Đo tĩnh/Tĩnh nhanh

Đo tĩnh/Tĩnh nhanh

Đo tĩnh/Tĩnh nhanh

Thời gian đo đồng thời tối

Giá trị PDOP lớn nhất cho

Giãn cách thu tín hiệu 15 giây 30

- Khi tính toán, bình sai lưới tọa độ quốc gia, độ chính xác của lưới tọa

độ phải thỏa mãn các quy định tại bảng 1.3 [4]

Bảng 1.3: Độ chính xác của lưới tọa độ quốc gia sau bình sai

Sai số trung phương tương đối

Hệ thống lưới tọa độ quốc gia có ý nghĩa đặc biệt trong việc xây dựng lưới khống chế mặt bằng công trình giao thông Trong đó điểm lưới tọa độ hạng III sẽ là các điểm cơ sở để xây dựng lưới khống chế mặt bằng (lưới GPS) trong quá trình xây dựng đường giao thông

b) Đặc điểm của lưới khống chế độ cao trong trắc địa công trình giao thông

Do đặc điểm các đường giao thông có dạng hình tuyến nên các lưới độ cao của được xây dựng dọc theo các tuyến đường cần xây dựng

Lưới khống chế độ cao là hệ thống các điểm mốc cố định ngoài thực địa, có độ cao chính xác trong một hệ thống độ cao thống nhất Các điểm này được liên kết với nhau bằng các đường chuyền độ cao

Các nguyên tắc, các bước xây dựng lưới khống chế độ cao cũng từ tổng thể đến cục bộ, từ độ chính xác cao đến độ chính sách thấp

Lưới khống chế độ cao được phân thành 5 cấp hạng: hạng I, II, III, IV

và cấp kỹ thuật Các chỉ tiêu kỹ thuật được quy định chi tiết trong quy chuẩn QCVN 11:2008/BTNMT (Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về xây dựng lưới độ cao) [11]

Các chỉ tiêu kỹ thuật của các cấp hạng lưới được quy định trong Quy chuẩn như sau:

Bảng 1.4: Các chỉ tiêu kỹ thuật của các cấp hạng lưới độ cao

Đối với các tuyến đường giao thông hệ thống lưới mặt bằng thường được xây dựng đồng thời với lưới độ cao, cụ thể lưới tọa độ GPS (tương đương với lưới tọa độ hạng IV) xây dựng luôn trên đó là lưới độ cao hạng IV, lưới đường chuyền cấp 2 cũng xây dựng lưới độ cao kỹ thuật trên cùng một mốc tọa độ

1.1.2 Yêu cầu độ chính xác của lưới khống chế trắc địa công trình

Độ chính xác của lưới khống chế công trình giao thông được quy đinh tùy thuộc vào nhiệm vụ cụ thể mà nó phải giải quyết trong từng giai đoạn khảo sát – thiết kế, thi công xây dựng và khai thác sử dụng công trình

1.1.2.1 Độ chính xác của lưới khảo sát công trình

Để đo vẽ bản đồ địa hình công trình, cơ sở để ước tính độ chính xác cần thiết của lưới khống chế là yêu cầu độ chính xác của lưới đo vẽ Ví dụ với lưới mặt bằng đo vẽ, yêu cầu đó là sai số giới hạn vị trí điểm của lưới đo vẽ so với điểm khống chế nhà nước và lưới tăng dày không được vượt quá ±0,2 mm trên bản đồ ở khu vực chưa xây dựng Trên khu vực xây dựng, sai số này không được vượt quá quy định sau:

Bảng 1.5 Mối quan hệ giữa tỷ lệ bản đồ và sai số giới hạn

Lưới khảo sát công trình được phát triển theo nguyên tắc chung như đối với lưới Nhà nước, tức là từ lưới có độ chính xác cao đến lưới có độ chính xác thấp hơn, lưới bậc trên được xem là gốc không có sai số để phát triển lưới bậc sau.[20]

1.1.2.2 Độ chính xác của lưới thi công công trình

Trong giai đoạn thi công, nhiệm vụ của trắc địa là trực tiếp phục vụ thi công, độ chính xác của trắc địa thể hiện chủ yếu ở sai số vị trí tương hỗ giữa

các điểm gần nhau Trong giai đoạn khảo sát, nhiệm vụ chủ yếu của trắc địa là cung cấp bản đồ địa hình các tỷ lệ Lúc đó lưới khống chế được thành lập với

độ chính xác tùy thuộc vào tỷ lệ bản đồ cần đo vẽ, không đáp ứng yêu cầu bố trí công trình Vì vậy cần phải lập lưới thi công Lưới thi công thường được phát triển qua 2 bậc và có độ chính xác tăng dần theo các bậc lưới

Để xác định độ chính xác của lưới khống chế thi công phải dựa trên cơ

sở bảo đảm độ chính xác cần thiết bố trí các hạng mục công trình giao thông Yêu cầu độ chính xác bố trí công trình được xác định trên cơ sở sai lệch cho phép của kích thước công trình khi xây dựng xong so với kích thước thiết

kế (tức hạn sai xây dựng) Sai số thực tế của công trình là do sai số thi công

và sai số đo đạc bố trí gây nên

Khi thành lập lưới khống chế thi công cần thực hiện nguyên tắc ảnh hưởng sai số của điểm khống chế đến vị trí điểm bố trí so với sai số bố trí là nhỏ, có thể bỏ qua tạo điều kiện thuận lợi cho công tác bố trí

Theo nguyên tắc đó, yêu cầu độ chính xác của lưới khống chế thi công được phân tích như sau:

Giả thiết: M là sai số tổng hợp vị trí điểm

m1 là sai số do điểm khống chế gây ra

m2 là sai số do quá trình bố trí gây ra

2

1 2

Nếu 12

2 2

0,1 2

Từ đó có thể thấy khi m1≈0,4M thì m1 làm cho sai số tổng hợp vị trí điểm

bố trí tăng lên 10%, tức ảnh hưởng sai số của điểm khống chế không lớn

Do lưới thi công thường thành lập với hai cấp, phương pháp tăng dày lưới cấp 2 cũng khác nhau, ngoài ra phương pháp và đồ hình bố trí cũng khác nhau nên ảnh hưởng sai số của điểm khống chế cũng khác nhau Đối với công trình có mật độ điểm tương đối dày, khoảng cách tương đối ngắn như công trình giao thông nên sai số bố trí tương đối nhỏ Trong trường hợp này không cần thiết phải sử dụng nguyên tắc “ảnh hưởng sai số điểm khống chế đối với

vị trí điểm bố trí là nhỏ, có thể bỏ qua” mà chọn tỷ lệ hợp lý giữa sai số của điểm khống chế và sai số bố trí để xác định yêu cầu độ chính xác cần thiết của lưới khống chế thi công

Đặc trưng về độ chính xác của lưới khống chế cơ sở mặt bằng và độ cao phục vụ xây dựng công trình giao thông như sau:

- Sai số trung phương khi lập lưới đo góc là 10”

- Sai số trung phương khi lập lưới đo cạnh là 1/5000

- Sai số trung phương khi lập lưới đo cao chênh cao trên 1 km là 10mm Đặc trưng về độ chính xác lưới bố trí công trình giao thông được quy định cụ thể như sau:

- Sai số trung phương khi lập lưới bố trí đo góc là 30”

- Sai số trung phương khi lập lưới bố trí đo cạnh là 1/2000

- Sai số trung phương khi xác định chênh cao tại trạm máy là 5mm.[20]

1.1.2.3 Độ chính xác của lưới quan trắc chuyển dịch

Để quan trắc chuyển dịch và biến dạng công trình, thường lập lưới khống chế ở hai cấp độc lập, trong đó cấp lưới thứ nhất (gọi là cấp lưới cơ sở) dùng làm cơ sở khởi tính tọa độ hoặc độ cao trong các chu kỳ, có yêu cầu chính xác

và độ ổn định rất cao Để xác định yêu cầu độ chính xác cho từng cấp lưới, cần xuất phất từ yêu cầu quan trắc chuyển dịch, giá trị này thường cho trước trong đề cương quan trắc

Việc xác định sơ bộ độ chính xác đo chuyển dịch được dựa trên giá trị chuyển dịch dự tính theo thiết kế nêu ở bảng 1.6

Bảng 1.6: Sai số chuyển dịch đối với các giai đoạn xây dựng và sử dụng công trình

Bảng 1.7: Sai số giới hạn đo chuyển dịch và độ chính xác của các cấp đo

Độ chính xác của các cấp đo Sai số đo chuyển dịch (mm)

a) Lưới tam giác đo góc

Là phương pháp thành lập lưới khi điều kiện đo dài còn hạn chế Trong lưới đo toàn bộ các góc, một số cạnh đo có độ chính xác cao làm cạnh gốc để phát triển lưới dạng hình chuỗi tam giác

Hình 1.1: Lưới tam giác đo góc

Ưu điểm: thiết bị, máy móc có giá thành rẻ, dễ đo ngắm, dễ tính toán,

có nhiều trị đo thừa

Nhược điểm: Lưới khảo sát, thi công được thành lập theo phương pháp

này sẽ bị ảnh hưởng đến chất lượng do các yếu tố sau:

- Khu vực công trình là vùng rừng núi, có sông, hồ sẽ tạo nên những vùng tiểu khí hậu, trường chiết quang cục bộ ảnh hưởng tới tia ngắm

- Do cạnh ngắn, ở vùng có độ chênh cao giữa các điểm lớn nên việc đo góc sẽ bị ảnh hưởng của độ nghiêng trục quay ống kính và độ lệch dây dọi

- Điều kiện địa hình và yêu cầu sử dụng làm cho lưới có đồ hình xấu

- Phải chọn đồ hình tương đối đều nên khó bố trí điểm khi phải đảm bảo thông hướng giữa các đỉnh tam giác

b) Lưới tam giác đo cạnh

Được áp dụng khi công nghệ đo dài phát triển, các thiết bị đo cạnh có

độ chính xác cao Lưới được xây dựng theo dạng đồ hình lưới tứ giác trắc địa hay lưới đa giác trung tâm, đo tất cả các cạnh bằng máy đo dài điện tử

Hình 1.2: Lưới tam giác đo cạnh

Ưu điểm: Phù hợp với các thiết bị đo cạnh có độ chính xác cao, ít chịu ảnh

hưởng do thời tiết như phương pháp đo góc, thời gian đo tại thực địa nhanh hơn

- Độ chính xác định hướng kém nên gây ra dịch vị ngang lớn, ảnh hưởng không tốt tới độ chính xác của lưới

Hiện nay, với ưu điểm của công nghệ GPS cho phép đo cạnh với độ chính xác cao và không cần thông hướng giữa các điểm nên khi xây dựng mạng lưới khống chế trắc địa mặt bằng, thường sử dụng công nghệ GPS để

đo Như vậy dạng lưới tam giác đo cạnh thường được áp dụng nhiều

c) Lưới tam giác đo góc - cạnh

Trong mạng lưới góc cạnh sẽ thực hiện phương pháp này là đo tất cả các góc, các cạnh bằng máy toàn đạc điện tử

Hình 1.3: Lưới tam giác đo góc - cạnh

Ưu điểm: Lưới có độ chính xác cao, đồ hình có thể bố trí linh hoạt hơn,

lưới có đủ các ưu điểm của lưới đo góc và đo cạnh

Nhược điểm: Thiết bị đo đạc đắt tiền, khối lượng đo tại thực địa lớn,

phải xử lý đồng thời hai loại trị đo nên việc tính toán, bình sai phức tạp hơn

d) Lưới đường chuyền

Trong mạng lưới đường chuyền cũng sẽ thực hiện phương pháp này là

đo tất cả các góc, các cạnh bằng máy toàn đạc điện tử

Hình 1.4: Lưới đường chuyền

Ưu điểm: Đồ hình có thể bố trí rất linh hoạt, đặc biệt có thể đo trong rất

nhiều loại hình khó khăn và nhiều chướng ngại vật

Nhược điểm: Đồ hình không thực sự chặt chẽ nên độ chính xác trong

tính toán bình sai khá hạn chế chỉ phù hợp cho việc xây dựng đường chuyền cấp 2 [22]

1.3.1.2 Thành lập lưới khống chế độ cao trong xây dựng tuyến đường giao thông và yêu cầu độ chính xác

Lưới khống chế độ cao Nhà nước được chia thành 4 hạng: hạng I, II, III, IV và cấp kỹ thuật Các hạng I, II, III đều đã được xây dựng và cơ bản đã hoàn thiện, do đó công tác thành lập lưới khống chế độ cao tập trung chủ yếu vào việc xây dựng lưới thủy chuẩn hạng IV và lưới thủy chuẩn kỹ thuật Các điểm của lưới độ cao hạng IV được xây dựng trùng với các điểm GPS, còn các điểm của lưới độ cao cấp kỹ thuật được xây dựng trùng với các điểm đường chuyền cấp 2 được bố trí dọc theo tuyến đường

Lưới khống chế độ cao kỹ thuật từ lưới cấp cao hơn, mục đích là để tăng dày điểm khống chế cho khu vực, là cơ sở thành lập lưới độ cao đo vẽ hay trực tiếp đo vẽ về độ cao Tính sai số cho phép fhcp=± (30†50) L (mm),

L tính theo km Trường hợp khi chiều dài tuyến đo ngắn nhưng gồm nhiều trạm đo (lớn hơn 25 trạm/km) thì fhcp=±10 n (mm) với n là số trạm máy

Lưới khống chế độ cao kỹ thuật là cơ sở hay trực tiếp phục vụ đo vẽ, do

đó trong quá trình thiết kế người ta thường chọn các điểm khống chế độ cao trùng với các điểm mặt bằng nhằm giảm chi phí chôn mốc và tăng cường độ chính xác của hệ thống lưới

Lưới độ cao kỹ thuật được xây dựng dưới dạng những tuyến đơn (điểm đầu và điểm cuối là hai điểm cấp hạng cao) hoặc hệ thống lưới với một hoặc nhiều điểm nút Trong trường hợp đặc biệt có thể phát triển dạng tuyến treo nhưng phải đo hai chiều đi và về Chiều dài tuyến đo cao kỹ thuật được quy định như sau [11]:

Bảng 1.8: Chiều dài tuyến đo cao kỹ thuật

Dạng tuyến đo cao Khoảng cao đều

Dựa vào nguyên lý hình học hoặc vật lý, cũng như thiết bị và độ chính xác mà có những phương pháp xác định chênh cao khác nhau Hiện nay trong trắc địa thường sử dụng các phương pháp sau đây:

1 Phương pháp đo cao hình học (còn gọi là đo thủy chuẩn, đo ni-vô): Nguyên lý của nó là dựa vào tia ngắm nằm ngang, nghĩa là trong phạm vị hẹp coi tia ngắm song song với mặt thủy chuẩn và vuông góc với phương dây dọi Chênh cao của các điểm được xác định qua số đọc trên mia thẳng đứng tại hai điểm đo Đây là phương pháp hoàn thiện nhất, độ chính xác mh=(0,5†50)mm trên 1km chiều dài tuyến đo, phương pháp này thường áp dụng trong đo lưới khống chế và trong công tác trắc địa xây dựng công trình

2 Phương pháp đo cao lượng giác: Nguyên lý của nó dựa vào mối tương quan hàm lượng giác trong tam giác tạo bởi tia ngắm nghiêng, khoảng cách giữa 2 điểm và phương dây dọi đi qua điểm cần xác định độ cao Dụng

cụ đo là máy có bàn độ đứng (máy kinh vĩ, máy toàn đạc…)

Trong các phương pháp trên so sánh về hiệu quả và độ chính xác thì phương pháp đo cao hình học vẫn là phương pháp chiếm ưu thế cao nhất

Với những tính năng ưu việt so với các phương pháp khác, thành lập lưới khống chế độ cao nói chung và độ cao kỹ thuật nói riêng vẫn chủ yếu sử dụng phương pháp thủy chuẩn hình học, nếu sử dụng phương pháp đo cao lượng giác thì phải sử dụng máy toàn đạc điện tử độ chính xác cao [11]

1.1.4 Hệ tọa độ và độ cao sử dụng khi thành lập lưới khống chế trắc địa trong xây dựng tuyến đường giao thông

1.1.4.1 Hệ tọa độ sử dụng khi thành lập lưới khống chế trắc địa trong xây dựng đường giao thông

Hiện nay, hệ tọa độ sử dụng khi thành lập lưới khống chế trắc địa trong xây dựng đường giao thông thường là hệ tọa độ VN – 2000, đây là hệ tọa độ quốc gia hiện hành của Việt Nam được thống nhất áp dụng trong cả nước theo

Quyết định số 83/2000/QĐ-TTg ngày 12/7/2000 của Thủ tướng Chính phủ

1.1.4.2 Hệ độ cao sử dụng khi thành lập lưới khống chế trắc địa trong xây dựng tuyến đường giao thông

Hệ độ cao được lấy theo hệ độ cao quốc gia trong hệ VN-2000 Điểm gốc độ cao lấy mực nước biển trung bình quan trắc nhiều năm tại trạm nghiệm triều Hòn Dấu (Đồ Sơn - Hải Phòng) làm mực chuẩn “0” về độ cao

Độ cao trong lưới độ cao quốc gia được tính theo hệ thống độ cao chuẩn

1.2 Công nghệ GPS và khả năng ứng dụng trong công tác thành lập lưới

khống chế trắc địa khi xây dựng công trình đường giao thông

1.2.1 Khái quát chung về hệ thống định vị GPS

Hình 1.5: Vệ tinh địa tĩnh GPS

Hệ thống định vị về tinh (GPS) bao gồm 3 bộ phận cấu thành đó là:

- Đoạn không gian (Space Segment)

- Đoạn điều khiển (Control Segment)

- Đoạn sử dụng (User Segment)

Đoạn không gian hiện nay của hệ thống GPS gồm 32 vệ tinh hoạt động trên 6 quỹ đạo gần tròn Cách đều nhau và nghiêng 55 độ so với mặt phẳng xích đạo trái đất, ở độ cao 20183 km Chu kỳ quay của vệ tinh quanh trái đất khoảng 12 giờ Nhƣ vậy với cách bố trí này, trong suốt 24 giờ mỗi ngày tại bất kỳ điểm nào trên trái đất đều quan sát đƣợc ít nhất 4 vệ tinh Mỗi vệ tinh đƣợc trang bị đồng hồ nguyên tử và máy phát tần số chuẩn có độ chính xác rất cao f0 = 10,23 MHz Từ đó tạo ra các sóng tải L1 = 1575.42 MHz và L2=1227.60 MHz Các sóng tải L1, L2 đƣợc điều biến nhờ các mã C/A và P Trong đó mã C/A là mã thu đƣợc dùng cho mục đích dân sự, mã P (mã chính xác) đƣợc dùng cho mục đích quân sự của Mỹ Cả hai sóng cũng đƣợc điều biến bằng các thông tin đạo hàng bao gồm Ephemerit của vệ tinh, thời gian,

số hiệu chỉnh đồng hồ vệ tinh

Đoạn điều khiển bao gồm 5 trạm giám sát đặt tại Hawai, Ascension Island, Dieo Gacia, Kwajlein,Colorado Spring Nhiệm vụ của đoạn điều khiển

là điều khiển toàn bộ hoạt động và chức năng của vệ tinh cũng như đồng hồ trên vệ tinh Tất cả các số liệu quan trắc đều được chuyển về trạm trung tâm Colorado để xử lý sau đó được gửi lại cho vệ tinh trên các sóng tải L1 và L2

Đoạn sử dụng bao gồm tất cả các máy thu GPS Máy thu có cấu tạo căn bản gồm ba bộ phận là Anten, bộ xử lý tín hiệu (CPU) và nguồn điện Các máy thu được dựng trong nhiều lĩnh vực như dẫn đường biển, xác định vị trí điểm trong mạng lưới trắc địa, quan trắc công trình [9]

1.2.2 Những kỹ thuật đo GPS

1.2.2.1 Đo GPS tuyệt đối

Đo GPS tuyệt đối là kỹ thuật xác định toạ độ của điểm đặt máy thu tín hiệu vệ tinh trong hệ toạ độ toàn cầu WGS-84 Kỹ thuật định vị này là việc tính toạ độ của điểm đo nhờ việc giải bài toán giao hội nghịch không gian dựa trên cơ sở khoảng cách đo được từ các vệ tinh đến máy thu và toạ độ của các

vệ tinh tại thời điểm đo

Hình 1.6: Sơ đồ nguyên lý đo tuyệt đối

Do nhiều nguồn sai số nên độ chính xác vị trí điểm thấp, sai số từ 3m, vì vậy không dùng được cho việc đo đạc chính xác, dùng chủ yếu cho việc dẫn đường, và các mục đích đo đạc có yêu cầu độ chính xác không cao Đối với phương pháp này chỉ sử dụng 1 máy thu tín hiệu vệ tinh.[9]

1-1.2.2.2 Đo GPS tương đối

Thực chất của phương pháp đo là xác định hiệu toạ độ không gian của

2 điểm đo đồng thời đặt trên 2 đầu của khoảng cách cần đo (Baseline) Độ chính xác của phương pháp rất cao do loại trừ được nhiều nguồn sai số nên được sử dụng trong đo đạc xây dựng lưới khống chế trắc địa và các công tác

hồ vệ tinh, máy thu, sai số toạ độ vệ tinh, ảnh hưởng của môi trường Phương pháp ở đây là lấy hiệu trị đo trực tiếp để tạo thành trị đo mới (các sai phân) để loại trừ hoặc giảm bớt các sai số kể trên

Việc xử lý các trị đo sai phân cho phép xác định các giá trị thành phần của véctơ không gian nối 2 điểm đặt máy thu với độ chính xác cao (cỡ cm) Bài toán định vị này được áp dụng trong trắc địa phục vụ việc đo lưới khống chế và các công tác đo đạc khác trong hệ thống toạ độ địa phương bất kỳ

Do bản chất của phương pháp nên cần tối thiểu 2 máy thu vệ tinh trong

1 thời điểm đo Phụ thuộc vào quan hệ của các trạm đo trong thời gian đo mà người ta chia thành các dạng đo tương đối sau:

a) Đo GPS tĩnh (Static)

Đây là phương pháp chính xác nhất vì nó sử dụng cả hai trị đo code và phase sóng tải Hai hoặc nhiều máy thu đặt cố định thu tín hiệu GPS tại các điểm cần đo toạ độ trong khoảng thời gian thông thường từ 1 giờ trở lên

Thời gian đo kéo dài để đạt được sự thay đổi đồ hình vệ tinh khoảng 1.5 giờ, cung cấp trị đo dư và giảm được nhiều sai số khác nhằm mục đích đạt

1-độ chính xác cao nhất Đo GPS tĩnh tương đối đạt 1-độ chính xác cỡ 1cm dùng cho các ứng dụng có độ chính xác cao nhất, như thành lập lưới khống chế trắc

địa

b) Đo GPS tĩnh nhanh (Fast Static)

Phương pháp này về bản chất giống như đo GPS tĩnh nhưng thời gian

đo ngắn hơn Gọi là đo nhanh - tăng tốc độ đo là do giải nhanh được số đa trị nguyên Phương pháp đòi hỏi dữ liệu trị đo pha sóng tải và trị đo code

Phương pháp đo tĩnh nhanh với máy thu GPS 2 tần số chỉ có hiệu quả trên cạnh ngắn Thời gian đo tĩnh nhanh thay đổi từ 8' †30' phụ thuộc vào số

vệ tinh và đồ hình vệ tinh Số vệ tinh nhiều hơn 4 bảo đảm trị đo dư với đồ hình vệ tinh phân bố đều sẽ hỗ trợ việc tìm nhanh số đa trị nguyên và giảm thời gian định vị

c) Đo GPS động (Kinematic)

Phương pháp được tiến hành với 1 máy đặt tại trạm cố định (base station) và một hoặc nhiều các máy khác (rover stations) di động đến các điểm cần đo toạ độ thu tín hiệu vệ tinh đồng thời Đo GPS động là giải pháp nhằm giảm tối thiểu thời gian đo so với phương pháp GPS tĩnh nhưng vẫn đạt

duy trì bằng cách thu tín hiệu liên tục từ tối thiểu với 4 vệ tinh trong khi di chuyển máy thu đến điểm đo tiếp theo và thời gian đo tại các điểm này rất ít chỉ cần 1 trị đo (1 epoch tương đương với 1" - 5" tuỳ theo chế độ lựa chọn) Nếu việc theo dõi vệ tinh bị gián đoạn, ví dụ như đi qua dưới vật cản - số nguyên đa trị sẽ bị mất, phải xác định lại Do phải dùng đến Radio Link truyền số liệu nên tầm hoạt động đo của máy di động bị hạn chế (khoảng 5km) Ngoài việc đo toạ độ điểm khống chế, chi tiết thực địa, phương pháp này còn có tính năng cắm điểm có toạ độ thiết kế trước ra thực địa và dẫn đường có độ chính xác cao

- Đo GPS động xử lý sau (Post Processing Kinematic GPS)

Đây là phương pháp đo sử dụng máy đo giống như phương pháp GPS RTK để đo một loạt điểm định vị so với trạm tĩnh bằng cách di chuyển máy thu đến các điểm cần xác định toạ độ Toạ độ của các điểm đo có được sau khi xử lý số liệu trong phòng do vậy không sử dụng thiết bị truyền số liệu Radio Link Để có thể đo theo phương pháp này cần phải tiến hành việc khởi

đo xác định số nguyên đa trị bằng cách đo tĩnh trên 1 đoạn thẳng sau đó mới đến đo tại các điểm cần xác định toạ độ với thời gian ngắn tối thiểu đo 2 trị đo (2 epoch) Trong quá trình di chuyển đến điểm cần đo máy đo di động cần phải thu tín hiệu liên tục đến tối thiểu 4 vệ tinh

Nếu trong quá trình di chuyển đến điểm cần đo, tín hiệu của một trong

4 vệ tinh bị mất có nghĩa là số nguyên đa trị giải được qua phép khởi đo bị mất Do đó phải khởi đo lại bằng cách: Máy thu quay lại điểm đo trước đó hoặc đo tĩnh trên một cạnh mới Tầm hoạt động của máy di động có thể đạt đến 50 km

Với kỹ thuật này máy thu di động có năng suất lao động cao hơn nhiều, rất phù hợp cho việc phát triển lưới khống chế cấp đường chuyền, các điểm khống chế ảnh, đo chi tiết bản đồ địa hình.[9]

1.2.2.3 Đo GPS cải chính vi phân (DGPS - Differential GPS)

Là phương pháp đo GPS sử dụng kỹ thuật định vị tuyệt đối sử dụng trị

đo code có độ chính xác đo toạ độ 0,5m – 3,0m Nội dung của phương pháp

đo là dùng 2 trạm đo trong đó 1 trạm gốc (Base station) có toạ độ biết trước

và 1 trạm đo tại các điểm cần đo toạ độ (Rover station) Trên cơ sở độ lệch về toạ độ đo so với toạ độ thực tại trạm gốc để hiệu chỉnh vào kết quả đo tại các trạm động theo nguyên tắc đồng ảnh hưởng Yêu cầu quan trọng khi đo vi

phân là trạm tĩnh và trạm di động phải thu số liệu đồng thời, cùng số vệ tinh

a) Đo DGPS thời gian thực (Real Time DGPS)

Với phương pháp này, số cải chính được truyền từ trạm tĩnh tới trạm di động ngay trên thực địa để cải chính cho toạ độ trạm di động và hiển thị kết quả tại thực địa ngay trong khi đo Để thực hiện được như vậy, thiết bị đo cần

có thêm máy phát và thu tín hiệu Radio Link để truyền tín hiệu cải chính Máy phát Radio Link có thể đặt trên mặt đất hoặc phát qua vệ tinh địa tĩnh

b) Đo DGPS xử lý sau

Cũng tương tự như phương pháp đo DGPS thời gian thực nhưng số liệu cải chính không thực hiện trong quá trình đo mà nhận được sau khi xử lý số liệu trong phòng Do độ chính xác không cao nên phương pháp DGPS chỉ được sử dụng trong đo vẽ bản đồ tỷ lệ trung bình và tỷ lệ nhỏ hoặc các công tác dẫn đường khác [9]

1.2.3 Khả năng ứng công nghệ GPS trong công tác thành lập lưới khống chế trắc địa khi xây dựng công trình đường giao thông

1.2.3.1.Ứng dụng công nghệ GPS trong thành lập lưới cơ sở mặt bằng của công trình đường giao thông

Trong việc thành lập lưới cơ sở mặt bằng, công nghệ GPS đóng vai trò tiên quyết Hầu như việc xây dựng lưới cơ sở mặt bằng (lưới tọa độ hạng IV) đều được thực hiện bằng công nghệ GPS

Việc xây dựng lưới cơ sở mặt bằng được thực hiện bằng kỹ thuật đo GPS tĩnh Đây thực sự là bước đột phá trong việc xây dựng lưới cơ sở mặt bằng so với công nghệ đo đạc truyền thống Nó đã giảm tải khối lượng đo đạc lớn và đảm bảo độ chính xác yêu cầu thành lập lưới khống chế mặt bằng một cách dễ dàng

1.2.3.2.Ứng dụng công nghệ GPS trong thành lập lưới đường chuyền cấp 2 và một số công tác của công trình đường giao thông

a) Ứng dụng công nghệ đo GPS động trong việc thành lập đường chuyền cấp

2 của tuyến đường giao thông

Việc phát triển các kỹ thuật đo GPS, đặc biệt kỹ thuật đo GPS động chúng ta đang có những phương pháp mới trong việc xây dựng đường chuyền cấp 2 Với kỹ thuật đo động “dừng và đi”, thời gian đo tại mỗi điểm chỉ khoảng từ 4s đến 10s (phụ thuộc vào tần suất thu tín hiệu), chúng ta hoàn toàn

có thể ứng dụng để thành lập đường chuyền cấp 2

Không những thế, việc tăng khoảng cách đường chuyền cấp 2 cũng trở thành phương án khả dĩ khi chúng ta tăng số lượng trạm Base và chiều dài phát sóng của trạm Base Với thiết bị máy móc đo GPS động phổ biến hiện nay, ta có thể dễ dàng tính toán được khoảng cách từ trạm Base đến trạm Rover ≈ 10 km Điều này sẽ góp phần tạo nên năng suất, hiệu quả kinh tế rất lớn trong việc thành lập đường chuyền cấp 2 so với công nghệ đo đạc truyền thống

b) Ứng dụng công nghệ đo GPS động trong một số công tác khác của công trình đường giao thông

- Đo vẽ chi tiết thành lập bản đồ địa hình khi khảo sát đường giao thông Song song với việc sử dụng đường chuyền cấp 2 bằng GPS động thì việc đo vẽ bản đồ địa hình trong khảo sát thiết kế đường giao thông đã và đang sử dụng có hiệu quả công nghệ đo GPS động Nếu so với đo chi tiết bằng toàn đạc điện tử, phương pháp đo GPS động có ưu điểm là khoảng cách giữa trạm tĩnh và trạm động có thể đến 10km, trong khi đo bằng toàn đạc điện

tử, khoảng cách giữa trạm máy và gương chỉ cỡ vỡi trăm mét Tuy nhiên,

nhƣợc điểm của GPS động là không đo đƣợc ở vùng chật hẹp, bị che chắn tín hiệu, trong khi đó, bằng toàn đạc điện tử vẫn có thể tiến hành đo đƣợc

Để tăng năng suất đo chi tiết bằng GPS động, có thể bố trí 1 trạm tĩnh cho nhiều trạm động

vẽ chi tiết bằng toàn đạc điện tử

Hình 1.8: Hai trạm cơ sở và một trạm động

- Đo vẽ mặt cắt địa hình

Trong khảo sát phục vụ xây dựng công trình giao thông (đường bộ, đường sắt ) hay các công trình dạng tuyến khác, thường phải đo vẽ thành lập các mặt cắt dọc hoặc mặt cắt ngang Nếu điều kiện địa hình cho phép (không quá rậm rạp), có thể ứng dụng phương pháp đo GPS động để đo vẽ thành lập các mặt cắt với độ chính xác của các điểm trên mặt cắt tương đương với điểm chi tiết bản đồ địa hình tỷ lệ 1:500

Để đo vẽ mặt cắt, cần chọn một số điểm khống chế có toạ độ độ cao làm điểm cơ sở, sao cho khoảng cách từ các điểm cơ sở đến các điểm đo vẽ mặt cắt không quá 10km Trên thực tế các điểm địa chính cơ sở hạng III ở nước ta hoàn toàn đáp ứng được yêu cầu trên

Sau khi đặt và khởi động trạm tĩnh, sẽ tiến hành khởi đo trạm động và thực hiện đo lần lượt các điểm đặc trưng của mặt cắt địa hình (điểm gãy, điểm thay đổi độ dốc vv ) Trong trường hợp cần độ chính xác cao có thể bố trí 2 trạm tĩnh để xác định tọa độ, độ cao của các điểm trên mặt cắt địa hình.[9]

CHƯƠNG 2

NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP THÀNH LẬP VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU LƯỚI KHỐNG CHẾ TRẮC ĐỊA TRONG XÂY DỰNG TUYẾN

ĐƯỜNG CÓ CHIỀU DÀI LỚN 2.1 Đặc điểm của lưới khống chế trắc địa trong xây dựng tuyến đường có chiều dài lớn

Lưới khống chế xây dựng công trình giao thông là cơ sở xây dựng các

hạng mục của công trình giao thông Đối với công trình giao thông khi lập lưới cần phải đảm bảo các yêu cầu sau :

- Phù hợp với sự phân bố theo chiều dài của cả tuyến trong phạm vi xây dựng

- Thuận tiện cho việc bố trí công trình, đảm bảo độ chính xác bố trí công trình đạt độ chính xác cao nhất và ổn định trong quá trình xây dựng công trình

- Để đo vẽ hoàn công công trình Trong quá trình xây dựng luôn phải kiểm tra tính đúng đắn theo bản vẽ thiết kế công trình

Lưới khống chế xây dựng công trình giao thông là mạng lưới chuyên dùng được thành lập trong giai đoạn xây dựng nhằm bảo đảm độ chính xác bố trí tổng thể, bố trí chi tiết và đo vẽ hoàn công các hạng mục cũng như quan trắc chuyển dịch, biến dạng công trình trong giai đoạn xây dựng

Lưới khống chế xây dựng giao thông là cơ sở để đưa tim mốc công trình giao thông ra thực địa và phục vụ công tác xây dựng các hạng mục công trình giao thông Vì vậy mạng lưới cần phải có độ chính xác cao, các điểm lưới được đặt tại vị trí ổn định và tồn tại lâu dài trong suốt quá trình xây dựng công trình

Đặc điểm của lưới xây dựng công trình giao thông là lưới có sự đa dạng

chiều dài cạnh (có cạnh ngắn, có cạnh dài) Hình dạng lưới phụ thuộc vào chiều dài, hình dạng của công trình giao thông, vị trí thiết kế các hạng mục