Tài liệu Giáo trình trắc địa cơ sở 2 (nghề trắc địa công trình cao đẳng)

BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ XÂY DỰNG GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN: TRẮC ĐỊA CƠ SỞ 2 NGHỀ: TRẮC ĐỊA CÔNG TRÌNH TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG Quảng Ninh, năm 2017 1 2 TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo. Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm. 3 4 BÀI 1. THIẾT KẾ LƯỚI KHỐNG CHẾ MẶT BẰNG CƠ SỞ ĐO VẼ BÌNH ĐỒ TRÊN BẢN ĐỒ 1. Khái quát về lưới khống chế mặt bằng cơ sở 1.1. Khái niệm a. Khái niệm Lưới khống chế mặt bằng là hệ thống các điểm khống chế được rải đều, đánh dấu mốc vững chắc trên mặt đất, được xác định chính xác tọa độ mặt bằng (x, y hoặc B, L) và liên kết với nhau tạo thành mạng lưới. b. Mục đích xây dựng lưới khống chế mặt bằng Lưới khống chế mặt bằng được xây dựng nhằm làm cơ sở trắc địa về mặt bằng cho công tác đo vẽ bản đồ, bố trí công trình, v.v... c. Nguyên tắc xây dựng lưới Mạng lưới khống chế mặt bằng được xây dựng theo nguyên tắc từ tổng thể đến cục bộ, từ độ chính xác cao đến độ chính xác thấp. Đầu tiên, người ta xây dựng mạng lưới khống chế có mật độ thưa và chính xác cao phủ trùm toàn bộ lãnh thổ. Sau đó chêm dày bằng lưới khống chế có mật độ điểm lớn hơn và độ chính xác thấp hơn. Lưới cấp thấp nhất có độ chính xác đáp ứng yêu cầu của công tác trắc địa chi tiết như đo vẽ các loại bản đồ. 1.2. Phân loại Tùy theo tiêu chí đưa ra, lưới khống chế mặt bằng có thể được phân thành các nhóm loại khác nhau. Nhưng chủ yếu lưới được phân loại theo hai tiêu chí: - Phân loại theo quy mô và độ chính xác - Phân loại theo phương pháp xây dựng lưới 1.2.1. Phân loại theo quy mô và độ chính xác Theo quy mô và độ chính xác lưới khống chế mặt bằng được chia làm ba loại: - Lưới khống chế mặt bằng Nhà nước - Lưới khống chế mặt bằng khu vực - Lưới khống chế đo vẽ a. Lưới khống chế mặt bằng Nhà nước Lưới khống chế mặt bằng Nhà nước được xây dựng tuần tự theo bốn cấp hạng: Hạng I, II, III, IV. Trong đó lưới khống chế mặt bằng hạng I có độ chính xác cao nhất, phủ trùm toàn quốc. Lưới khống chế mặt bằng hạng II được chêm dày vào lưới hạng I, sau đó chêm dày thêm lưới hạng III và hạng IV. 5 Ngoài bốn cấp hạng trên, thực tế mạng lưới trắc địa mặt bằng Nhà nước đã được đo bổ sung một số lưới sau: - Lưới GPS cạnh ngắn khu vực Minh Hải, Sông Bé, Tây Nguyên Khu vực Minh Hải, Sông Bé, Tây Nguyên có điều kiện địa hình khó khăn nên không có điều kiện xây dựng lưới khống chế mặt bằng Nhà nước theo phương pháp truyền thống. Vì vậy từ năm 1991 đến năm 1993 Cục Đo đạc và Bản đồ Nhà nước đã áp dụng công nghệ GPS để xây dựng lưới tọa độ cho khu vực này. Tổng số lượng điểm trong lưới là 117 điểm. - Lưới GPS cạnh dài trên đất liền và trên biển Lưới cạnh dài trên biển Để liên kết được toạ độ trên đất liền và trên biển, năm 1992 Cục Đo đạc và Bản đồ Nhà nước đã áp dụng công nghệ GPS xây dựng nối các đảo và quần đảo chủ yếu với hệ thống toạ độ trên đất liền. Lưới gồm 36 điểm, trong đó có 9 điểm thuộc các lưới tam giác, đường chuyền dọc bờ biển. Lưới cạnh dài trên đất liền Năm 1993 Liên hiệp Khoa học Sản xuất Trắc địa Bản đồ (thuộc Cục Đo đạc - Bản đồ) đã đo lưới GPS cạnh dài trên đất liền nối một số điểm trong lưới tam giác, đường chuyền từ Bắc đến Nam để tăng cường độ chính xác cho lưới Nhà nước. Lưới này gồm 10 điểm trên lãnh thổ Việt Nam, là các điểm trùng với lưới mặt đất đã xây dựng. Cả lưới cạnh dài trên đất liền và trên biển tạo thành một lưới cạnh dài chung phủ trùm cả nước (cả trên đất liền và trên biển). Lưới này có cạnh ngắn nhất là 160 km và dài nhất là 1200 km. - Lưới GPS cấp “0” Cuối năm 1995 Tổng cục Địa chính đã quyết định sử dụng công nghệ GPS để xây dựng lưới tọa độ cấp “0” với các mục đích sau: + Kiểm tra chất lượng của các lưới hạng I và hạng II đã xây dựng, kết nối thống nhất và tăng cường độ chính xác cho lưới này. + Tạo công cụ nghiên cứu có độ chính xác cao cho các bài toán trắc địa trên lãnh thổ Việt Nam, trong đó có việc xác định hệ quy chiếu quốc gia, xây dung mạng lưới khống chế mặt bằng quốc gia hiện đại, nghiên cứu biến động vỏ trái đất, nghiên cứu dịch chuyển lục địa. + Là phương tiện để đo nối với các lưới tọa độ khu vực và Thế giới, đồng thời tạo sự đổi mới, phát triển công nghệ xây dựng lưới tọa độ ở Việt nam. Lưới cấp “0” gồm 68 điểm, trong đó có 56 điểm trùng với điểm tọa độ cũ và 13 điểm mới. Chiều dài cạnh trung bình là 70 km. - Mật độ điểm của các cấp hạng 6 Mật độ điểm của lưới hạng I là nhỏ nhất, mật độ điểm của lưới hạng II, III, IV tăng dần. Trung bình 500 km2 có một điểm hạng I, 120 km2 có một điểm hạng II, 50 km2 có một điểm hạng III và 10 km2 có một điểm hạng IV. Khu vực quan trọng có thể tăng mật độ điểm gấp hai lần mật độ trung bình. - Độ chính xác của các cấp hạng Ngược lại với mật độ, độ chính xác của lưới hạng I là cao nhất, độ chính xác của lưới hạng II, III, IV giảm dần. Lưới trắc địa mặt bằng Việt Nam đảm bảo sai số tương hỗ giữa các điểm lân cận cùng cấp hạng là 5  6 cm, tương ứng với sai số trung phương tương đối cạnh hạng I là 1:400 000, cạnh hạng IV là 1:70 000. b. Lưới khống chế mặt bằng khu vực - Cấu trúc lưới khống chế mặt bằng khu vực Lưới khống chế mặt bằng khu vực gồm hai cấp : cấp 1 và cấp 2. Lưới khống chế trắc địa mặt bằng khu vực thường là dạng lưới tam giác hoặc đường chuyền chêm dày vào giữa các điểm lưới khống chế mặt bằng Nhà nước. - Mật độ điểm lưới khống chế mặt bằng khu vực Mật độ điểm của lưới cấp 1 nhỏ hơn mật độ điểm của lưới cấp 2. Mật độ điểm của lưới cấp 2 trở lên cần đảm bảo 4 điểm trên 1 km 2 đối với khu vực xây dựng và 1 điểm trên 1 km2 đối với khu vực chưa xây dựng. - Độ chính xác lưới khống chế mặt bằng khu vực Độ chính xác của lưới cấp 1 cao hơn độ chính xác của lưới cấp 2. Sai số trung phương vị trí điểm khống chế khu vực so với điểm lân cận không vượt quá 0,1 mm tính theo tỷ lệ bản đồ cần thành lập. c. Lưới khống chế đo vẽ lưới khống chế đo vẽ là lưới chêm dày vào mạng lưới khống chế mặt bằng Nhà nước và lưới khu vực để đảm bảo mật độ điểm phục vụ đo vẽ bản đồ địa hình. Mật độ điểm và độ chính xác của lưới phụ thuộc vào đặc điểm địa hình của khu vực đo vẽ, tỷ lệ bản đồ cần đo vẽ. 2. Phân loại theo phương pháp xây dựng lưới a. Phương pháp tam giác Trong phương pháp này, các mốc khống chế được chọn và chôn trên mặt đất, chúng tạo thành các đỉnh của tam giác và liên kết với nhau tạo thành lưới tam giác (hình 5-1). I V III B 1 8 2 9 4 13 15 10 17 Sc 5 a 14 7 3 6 11 II 12 16 IV 18 VI 7 Các yếu tố đo trong lưới có thể là góc, hoặc cạnh. Dựa vào chủng loại trị đo, lưới tam giác đo góc được chia ra làm các loại sau: Lưới tam giác đo góc: Trị đo trong lưới là tất cả các góc trong tam giác Lưới tam giác đo cạnh:Trị đo trong lưới là tất cả các cạnh trong tam giác Lưới tam giác đo góc cạnh: Trị đo trong lưới bao gồm cả góc và cạnh. Có thể đo tất cả các góc, tất cả các cạnh hoặc đo một số góc và một số cạnh. b. Phương pháp đường chuyền Trong phương pháp này, các điểm khống chế được chọn và chôn trên mặt đất và được liên kết với nhau tạo thành đường gãy khúc (hình5-2). B D I III V a II IV C Hình 5-2: Sơ đồ lưới đường chuyền Trị đo trong lưới là tất cả các cạnh và các góc ngoặt của đường chuyền. c. Phương pháp kết hợp Theo phương pháp này, lưới gồm có cả dạng kết cấu tam giác và đường chuyền. VI B II VII a III I V IV VIII C Hình 5-3: Sơ đồ lưới dạng hợptrong vùng có địa hình phức tạp. Loại lưới này thườngkết dùng d. Phương pháp trắc địa vệ tinh Các phương pháp xây dựng lưới khống chế mặt bằng đã nêu trên có các nhược điểm sau: 8 - Các điểm liền kề nhau tạo thành đồ hình cơ bản phải trực tiếp hoặc sau khi xây dựng tiêu phải trông thấy nhau (phải thông hướng). - Do ảnh hưởng của độ cong trái đất và chiết quang nên chiều dài cạnh bị hạn chế. Hơn nữa cạnh càng dài, tiêu phải càng cao, gây khó khăn tốn kém về kinh tế. Chính vì vậy lưới tam giác hạng I (lưới bậc cao nhất) thì chiều dài cạnh trung bình chỉ là 25 km. - Rất khó khăn khi sử dụng các phương pháp này để liên kết toạ độ trên đất liền và hải đảo. - Khó khăn khi thực hiện công tác đo nối lưới quốc gia với hệ thống toạ độ khu vực và quốc tế để giải quyết các bài toán chung trên toàn cầu. - Khối lượng công tác đo đạc lớn, cần nhiều nhân lực và bị phụ thuộc nhiều vào điều kiện thời tiết. Lưới trắc địa vệ tinh có thể khắc phục được các nhược điểm trên. Hiện nay, trên thế giới và Việt Nam, lưới trắc địa vệ tinh bằng công nghệ GPS được dùng phổ biến để xây dựng lưới khống chế mặt bằng. ở Việt Nam từ đầu những năm 90 của thế kỷ trước, Cục Đo đạc và Bản đồ Nhà nước bắt đầu dùng công nghệ GPS. Cho đến nay, công nghệ GPS đã được dùng để xây dựng lưới cấp cao hơn hạng I (cấp 0) và đến cả cấp khống chế thấp nhất là lưới đo vẽ. Lưới đã được dùng để đo nối toạ độ trên đất liền và hải đảo trong lãnh thổ Việt Nam, đo nối lưới quốc gia với hệ thống toạ độ khu vực và quốc tế. Trong phương pháp trắc địa vệ tinh, trị đo của lưới có được từ kết quả thu tín hiệu vệ tinh nhân tạo. Các máy thu đặt tại các điểm khống chế trên mặt đất, thu tín hiệu truyền về từ vệ tinh để tính ra toạ độ điểm quan sát (đo tuyệt đối) hoặc hiệu toạ độ giữa hai điểm quan sát (đo tương đối). Như vậy, về lý thuyết, các điểm khống chế trong lưới trắc địa vệ tinh không cần thông hướng với nhau mà chỉ cần thông hướng đến bầu trời. Do đó, khoảng cách giữa các điểm không bị hạn chế, có thể lên đến hàng ngàn km. Khi thành lập lưới trắc địa vệ tinh có thể thực hiện theo phương án tuần tự bao gồm tất cả các cấp, hạng hoặc lưới vượt cấp, lưới cùng một cấp hạng. - Độ chính xác của lưới Hiện nay, sử dụng công nghệ GPS có thể xác định vị trí các điểm độc lập với độ chính xác đạt tới milimét, đối với máy GPS cầm tay đạt độ chính xác từ 2 –10 m. Độ chính xác chiều dài giữa hai điểm lân cận của các cấp lưới GPS được tính theo công thức 5-1:  = a 2 + (b.10 −6.D) 2 (5-1) Độ chính xác phương vị của cạnh được tính theo công thức (5-2) 9 m = Trong đó: p  2 + q  2 D2 (5-2) a - sai số cố định (mm); b - hệ số sai số tỷ lệ D - chiều dài cạnh đo (km) Với máy thu 4600 LS : a = 5 mm; b = 1; p" = 1; q" = 5. Hoặc : m = (5-3) mD   D -. Các yêu cầu kỹ thuật chủ yếu của các cấp lưới GPS Các yêu cầu kỹ thuật chủ yếu của các cấp lưới GPS phải phù hợp với qui định nêu ở bảng 5-1 Chiều dài cạnh ngắn nhất giữa 2 điểm lân cận bằng 1/2 đến 1/3 chiều dài cạnh trung bình; chiều dài cạnh lớn nhất bằng 2 3 lần chiều dài cạnh trung bình. Khi chiều dài cạnh nhỏ hơn 200 m, sai số trung phương chiều dài cạnh phải đạt tiêu chuẩn theo bảng 5-1. Bảng 5-1- Yêu cầu kỹ thuật chủ yếu của lưới GPS được thành lập để phục vụ đo vẽ bản đồ Cấp hạng Chiều dài cạnh a trung bình (mm) b(1 x 10-6) (km) Sai số trung phương tương đối cạnh yếu nhất II 9  10 2 1/120 000 III 5  10 5 1/80 000 IV 2  10  10 1/45 000 1 1  10  10 1/20 000 2 <1  15  20 1/10 000 Lưới GPS phải được tạo thành 1 hoặc nhiều vòng đo độc lập hoặc tuyến phù hợp. Số lượng cạnh trong vòng đo độc lập, tuyến phù hợp trong các cấp lưới GPS phải tuân theo qui định nêu trong bảng 5-2. Bảng 5-2- Qui định về số lượng cạnh trong vòng đo độc lập hoặc tuyến phù hợp đối với các cấp lưới GPS Cấp hạng II III IV 1 2 Số cạnh trong vòng 6 8  10  10  10 đo độc lập hoặc tuyến phù hợp 10 Điểm GPS các cấp đều chôn mốc vĩnh cửu, khi chôn mốc đáy hố phải đổ gạch, sỏi hoặc đổ một lớp bê tông lót. Mốc có thể đúc sẵn bằng bê tông cốt thép theo quy cách trong quy phạm hiện hành của Nhà nước rồi đem chôn, có thể đúc ở hiện trường, hoặc có thể lợi dụng nền đá, nền bê tông khoan gắn thêm dấu mốc ở hiện trường. Điều quan trọng cần chú ý, đất dùng để chôn mốc GPS phải được sự đồng ý của cơ quan quản lý, người đang sử dụng đất cần làm thủ tục chuyển quyền sử dụng đất và làm các thủ tục uỷ quyền bảo quản mốc. Trong các tài liệu phải bàn giao sau khi chọn điểm chôn mốc, không thể thiếu hồ sơ cho phép sử dụng đất và giấy bảo quản mốc trắc địa. -. Hệ thống vệ tinh nhân tạo Các vệ tinh nhân tạo thường dùng là hệ thống định vị GPS của Mỹ. Hệ thống cho phép xác định toạ độ của điểm quan sát ở bất kỳ vị trí, vào bất kỳ thời điểm, trong bất kỳ điều kiện thời tiết nào ở trên mặt đất, trên biển cũng như trong không gian. Hệ thống gồm ba đoạn: - Đoạn không gian - Đoạn điều khiển - Đoạn mặt đất Đoạn không gian: Gồm 24 vệ tinh trong đó có ba vệ tinh dự trữ quay trên 6 mặt phẳng quỹ đạo cách đều nhau, mỗi mặt phẳng có góc nghiêng là 55 0 so với mặt phẳng quỹ đạo trái đất. Quỹ đạo của vệ tinh hầu như là quỹ đạo tròn và vệ tinh bay ở độ cao xấp xỉ 20.200 km so với mặt đất. Chu kỳ quay của vệ tinh là 718 phút. Mỗi vệ tinh được trang bị máy phát tần số chuẩn nguyên tử với độ ổn định cao cỡ 10-12. Để giảm ảnh hưởng của tầng điện ly, tín hiệu sử dụng hai sóng tải L 1 và L2. Các sóng tải được điều biến bởi hai loại mã khác nhau : Code C/A và Code P. Trong đó Code C/A chỉ điều biến sóng tải L1 và Code P điều biến cả sóng tải L1 và L2. Ngoài ra, sóng tải L1 và L2 còn được điều biến bởi các thông tin đạo hàng. Đoạn điều khiển: Gồm một trạm điều khiển trung tâm đặt tại nước Mỹ và 04 trạm theo dõi được bố trí khá đều trên vành đai xích đạo của trái đất. Nhiệm vụ của đoạn điều khiển là: Điều khiển toàn bộ hoạt động và chức năng của vệ tinh trên cơ sở theo dõi tín hiệu truyền về từ vệ tinh. Số liệu quan sát nhận được từ các trạm theo dõi được truyền về các trạm trung tâm để xử lý nhằm xác định được ephemerit (bảng giá trị toạ độ của vệ tinh theo thời gian) chính xác của vệ tinh và số hiệu chỉnh của đồng hồ vệ tinh. Các số liệu này được chuyển từ trạm trung tâm về trạm theo dõi sau đó truyền tiếp lên các vệ tinh. Bằng cách đó toạ độ của vệ tinh cũng như đồng hồ luôn được chính xác hoá lại, ít nhất là ba lần trong một ngày. 11 Đoạn sử dụng: Bao gồm tất cả các khách hàng có máy thu GPS. Các máy thu GPS có thể là các máy ở dạng đơn chiếc gọn nhẹ, loại bỏ túi hoặc đeo tay như đồng hồ, có thể là những bộ máy thu gồm nhiều chiếc, cho phép xác định vị trí tương hỗ giữa các điểm với sai số cỡ cm, thẫm chí đến mm với khoảng cách vài ba chục, vài ba trăm đến hàng ngàn km. Các đại lượng đo trong GPS có thể là: - Khoảng cách giả theo tín hiệu code Vệ tinh phát đi tín hiệu code tựa ngẫu nhiên dạng a, tín hiệu này được phát tới máy thu. Trong máy thu đồng thời cũng tạo ra tín hiệu hoàn toàn giống như tín hiệu a của vệ tinh. Bằng cách so sánh tín hiệu thu được từ vệ tinh và tín hiệu do chính máy thu tạo ra sẽ xác định được khoảng thời gian lan truyền tín hiệu từ vệ tinh đến máy thu và từ đó tính ra được khoảng cách từ vệ tinh đến máy thu: R = c.t (5-4) Trong đó: R là khoảng cách từ vệ tinh đến máy thu; t là khoảng thời gian lan truyền tín hiệu từ vệ tinh đến máy thu; c là vận tốc truyền sóng. Do sự không đồng bộ của đồng hồ trên vệ tinh và máy thu, do ảnh hưởng của môi trường lan truyền tín hiệu nên khoảng cách thu được R không phải là khoảng cách chính xác mà chỉ là khoảng cách giả từ vệ tinh đến máy thu. Độ chính xác định vị của trị đo này không cao và ít được dùng trong định vị trắc địa. - Pha sóng tải Việc đo khoảng cách giả theo tín hiệu code chỉ cho phép xác định được khoảng cách từ vệ tinh đến máy thu với sai số lý thuyết là 30m. Để đạt độ chính xác cao hơn ta dùng đại lượng đo khác là đo pha sóng tải. Thực chất là đo hiệu số giữa pha của sóng tải do máy thu nhận được từ vệ tinh và pha của tín hiệu do chính máy thu tạo ra. = Trong đó: 2  ( R − N + ct ) (5-5)  là bước sóng của tín hiệu; R là khoảng cách từ vệ tinh đến máy thu. Nếu sử dụng sóng tải L1 thì ta có thể đo được khoảng cách từ vệ tinh đến máy thu với độ chính xác đến cm, thậm chí mm. Sóng tải L 2 cho độ chính xác thấp hơn nhiều nhưng tác dụng của nó là cùng với sóng tải L1 là giảm ảnh hưởng của tầng điện ly. - Tần số Doppler: Đo giá trị trôi tần giữa tín hiệu thu và tín hiệu phát. 12 Hiện nay, ngoài hệ thống định vị GPS còn có hệ thống GOLASS của Nga và hệ thông GALILEO của Châu Âu. Một số loại máy thu cho phép thu được cả hai loại tín hiệu GPS và GOLASS. 13 CHƯƠNG 1. CÁC VẤN ĐỀ CHUNG VỀ LƯỚI KHỐNG CHẾ MẶT BẰNG PHỤC VỤ ĐO VẼ BẢN ĐỒ ĐỊA HÌNH 1. Mật độ điểm khống chế mặt bằng 1.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến mật độ điểm khống chế mặt bằng a. Khái niệm về mật độ điểm khống chế mặt bằng Mật độ điểm khống chế mặt bằng là số lượng điểm khống chế mặt bằng trên một đơn vị diện tích. Việc xác định mật độ điểm khống chế mặt bằng trong công tác đo vẽ bản đồ là rất quan trọng. Mật độ điểm khống chế mặt bằng phải được tính toán phù hợp, đảm bảo cả về mặt kinh tế và kỹ thuật. Nếu mật độ điểm khống chế quá thấp sẽ không đảm bảo yêu cầu kỹ thuật. Ví dụ: Khi số lượng điểm khống chế quá thưa, sẽ không đảm bảo cho việc đo vẽ hết các chi tiết địa vật, địa hình tại những nơi bị che khuất; hoặc mặc dù đo vẽ hết được các chi tiết địa hình địa vật nhưng không đảm bảo được độ chính xác vì khoảng cách từ điểm khống chế (điểm đứng máy) đến điểm chi tiết cần đo vẽ quá xa. Ngược lại với trường hợp trên, nếu mật độ điểm khống chế quá cao sẽ không đảm bảo tính kinh tế. Vì chi phí xây dựng lưới khống chế sẽ tăng theo số lượng điểm. Vì vậy để đảm bảo được yêu cầu kỹ thuật và kinh tế trong công tác đo vẽ bản đồ cần thiết phải xác định được mật độ điểm khống chế mặt bằng phù hợp. Trên cơ sở đó, kết hợp diện tích khu đo ta có thể xác định được tổng số điểm khống chế cần xây dựng theo công thức: N = F .M Trong đó: (5-6) M là mật độ điểm khống chế; F là diện tích khu đo; N là tổng số điểm cần xây dựng trên khu đo. b. Cơ sở lựa chọn mật độ điểm khống chế Về mặt định tính, mật độ điểm khống chế phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó cơ bản gồm có bốn yếu tố sau: - Phương pháp đo vẽ bản đồ địa hình - Đặc điểm địa hình địa vật của khu vực cần đo vẽ - Tỷ lệ bản đồ cần đo vẽ - Phương pháp thành lập lưới khống chế *. Phương pháp đo vẽ bản đồ địa hình 14 Hai phương pháp cơ bản để thành lập bản đồ địa hình là phương pháp đo trực tiếp trên thực địa và phương pháp đo ảnh. Phương pháp đo trực tiếp trên thực địa là phương pháp dùng các loại máy kinh vĩ, toàn đạc điện tử hoặc các máy GPS (đo động) để xác định vị trí tương hỗ của các điểm chi tiết địa hình, địa vật so với điểm khống chế. Phương pháp đo ảnh sử dụng các ảnh chụp từ máy bay, từ vệ tinh hoặc từ các trạm chụp trên mặt đất để thành lập bản đồ địa hình. Trong đo ảnh thường sử dụng hai công nghệ cơ bản là đo ảnh lập thể, đo ảnh phối hợp với đo trực tiếp ngoài trời. Đo ảnh lập thể dùng ảnh hàng không, ảnh vệ tinh xác lập các mô hình lập thể của mặt đất trên các máy đo ảnh, từ đó đo vẽ dáng đất kết hợp với kỹ thuật đoán đọc ảnh để đo vẽ địa vật trên máy và cuối cùng là đo vẽ bổ sung và kiểm tra thực địa.Công nghệ đo chụp phối hợp thường sử dụng bình đồ ảnh hoặc ảnh đơn để đo vẽ. Các yếu tố địa vật được xác định thông qua việc đoán đọc và điều vẽ ảnh ngoài trời, còn địa hình được đo vẽ trực tiếp bằng máy kinh vĩ, máy toàn đạc hoặc máy GPS. Với cùng một khu đo, mật độ điểm khống chế mặt bằng trong hai phương pháp trên là khác nhau. Khi đo vẽ bản đồ địa hình bằng ảnh, phần lớn các điểm khống chế được xây dựng bằng kỹ thuật tăng dày theo phương pháp tam giác ảnh không gian. Các điểm này được gọi là các điểm khống chế nội nghiệp (không cần đo vẽ trên thực địa để xác định tọa độ). Mỗi tấm ảnh hoặc mô hình lập thể chỉ cần tối thiểu 5 điểm khống chế ảnh biết tọa độ và độ cao theo hệ tọa độ mặt đất. Các điểm này được gọi là các điểm khống chế ngoại nghiệp, đóng vai trò như các điểm gốc hạng cao khi xây dựng một lưới khống chế cấp thấp hơn, phục vụ cho việc đo nối các khối tam giác ảnh nên có thể xây dựng lưới khống chế mặt bằng có mật độ nhỏ. Khi đo vẽ bản đồ theo phương pháp đo vẽ trực tiếp ngoài thực địa, tất cả các điểm khống chế đều cần phải đo vẽ trên thực địa để xác định tọa độ, vì vậy mật độ điểm khống chế địa hình lớn hơn phương pháp đo vẽ bản đồ bằng ảnh. *. Đặc điểm địa hình, địa vật của khu vực cần đo vẽ Đặc điểm địa hình, địa vật của khu đo quyết định đến mật độ điểm khống chế. Thật vậy, nếu khu đo thoáng đãng, bằng phẳng, tầm nhìn thông tốt thì mật độ điểm khống chế nhỏ. Ngược lại, nếu khu đo có địa hình phức tạp như: độ dốc lớn, bị chia cắt nhiều, có nhiều cây cối và địa vật che khuất làm hạn chế tầm nhìn thông thì mật độ điểm khống chế phải lớn mới có thể đo vẽ hết địa vật, địa hình. *. Tỷ lệ bản đồ cần đo vẽ Bản đồ tỷ lệ càng lớn, yêu cầu về mức độ chi tiết và độ chính xác của bản đồ càng cao vì vậy mật độ điểm khống chế phải càng lớn. 15 Ví dụ : Với cùng một khu vực đo vẽ, cùng một phương pháp đo vẽ, mật độ điểm khống chế phục vụ cho đo vẽ bản đồ tỷ lệ 1/500 sẽ lớn hơn tỷ lệ 1/1000. *. Phương pháp thành lập lưới khống chế Mật độ điểm khống chế phụ thuộc vào phương pháp thành lập lưới. Ví dụ nếu thành lập lưới theo phương pháp tam giác thì mật độ điểm khống chế sẽ lớn hơn phương pháp đường chuyền. a s/2 s/2 B D K 1.2. Phương pháp xác định diện tích khống chế của một điểm Để xác định mật độ điểm khống chế cần phải biết được diện tích khống chế của một điểm. C Hình 5-4: Diện tích khống chế của điểm A Yêu cầu của lưới khống chế là các điểm khống chế phải được phân bố rải đều trên toàn bộ khu đo. Trong thực tế, khái niệm đều chỉ mang tính tương đối. Nhưng để có cơ sở tính toán chúng ta tạm giả thiết lưới được phân bố rải đều một cách lý tưởng, các điểm khống chế nằm ở đỉnh các tam giác đều. Khoảng cách giữa các điểm khống chế bằng nhau và bằng S (xem hình 5-4). Nếu coi diện tích khống chế điểm A (phạm vi máy đặt tại A có thể quét đến để đo vẽ chi tiết địa hình, địa vật) được xác định bởi vòng tròn bán kính R=S/2 thì còn thừa các điểm nằm ngoài các vòng tròn (phần gạch chéo trong hình 5-4). Vì vậy để đảm bảo đo vẽ hết được địa hình, địa vật , khu vực khống chế thực tế của điểm A phải là lục giác đều cạnh D =AK= S 3 ( hình5-4). Diện tích của lục giác đều sẽ là: 1 S S  3 2 P = 6  = S 2 3 2 2 (5-7) Như vậy, trong trường hợp các điểm khống chế phân bố rải đều lý tưởng, nếu biết được khoảng cách S giữa hai điểm khống chế (chiều dài cạnh tam giác đều) chúng ta sẽ tính được diện tích khống chế của một điểm theo công thức (57). Trong thực tế, điểm khống chế không phân bố rải đều lý tưởng, vì vậy S trong công thức (5-7) sẽ được xem là khoảng cách trung bình giữa các điểm khống chế. 1.3. Mật độ điểm khống chế mặt bằng Mật độ điểm khống chế mặt bằng được tính theo công thức : 16 M = Trong đó : F1 P (5-8) F1 là 1 đơn vị diện tích; P là diện tích khống chế của một điểm. Số lượng điểm khống chế trên khu đo (N) được tính theo công thức: N = F .M (5-9) Trong đó: F là diện tích khu đo Ví dụ1: Tính tổng số lượng điểm khống chế cần xây dựng, biết diện tích khu đo là 200 ha, mật độ điểm khống chế là 1 điểm/ ha. Giải: áp dụng công thức (5-9), số lượng điểm khống chế cần xây dựng là: N = 200 x 1 = 200 điểm Ví dụ 2: Tính tổng số lượng điểm khống chế cần xây dựng, biết diện tích khu đo là 200 ha, mật độ điểm khống chế là 17 điểm/ km2. Giải: Diện tích khu đo tính theo đơn vị km2 là: 200 ha = 2 000 000 m2 = 2 km2 áp dụng công thức (5-9), ta có số lượng điểm khống chế cần xây dựng là: N = 2 x 17 = 34 điểm Số lượng điểm khống chế trên khu đo (N) cũng được tính công thức: N= F P (5-10) Ví dụ 3 : Tính tổng số lượng điểm khống chế cần xây dựng, biết diện tích khu đo là 500 ha, diện tích khống chế của một điểm là 6 ha. Giải: áp dụng công thức (5-10), số lượng điểm khống chế cần xây dựng là: N= F 500 =  63 điểm P 8 Ví dụ 4 : Tính tổng số lượng điểm khống chế cần xây dựng, biết diện tích khu đo là 2 km2, diện tích khống chế của một điểm là 6 ha. Giải: Diện tích khu đo tính theo đơn vị km2 là: 2 km2 = 2 000 000 m2 = 200 ha áp dụng công thức (5-10), ta có số lượng điểm khống chế cần xây dựng là: 17 N= F 200 =  33 điểm P 6 Số lượng điểm khống chế cần xây dựng trên khu đo phụ thuộc vào hai thành phần: - Diện tích khu đo F - Diện tích khống chế của một điểm Diện tích khu đo là một thông số đã biết, nhiệm vụ còn lại là chúng ta phải xác định được diện tích khống chế của một điểm P, đồng nghĩa với việc phải xác định được khoảng cách giữa các điểm khống chế S. * Khoảng cách giữa các điểm khống chế S Khi đo vẽ bản đồ địa hình theo phương pháp toàn đạc, vị trí các điểm chi tiết địa hình địa vật được xác định bởi kết quả đo tọa độ cực (góc cực  và cạnh cực D). m d Nội dung phương pháp B toàn đạc được mô tả như hình dv K m K' 5-5. Trong đó, A và B là hai điểm khống chế đã biết tọa độ và độ cao, K là điểm chi tiết. D m Để xác định vị trí điểm K, đặt  máy kinh vĩ hoặc máy toàn đạc điện tử ở A, định hướng về B, đo góc bằng , khoảng cách nằm ngang D và độ chênh cao a h. Sai số đo góc  (m) và sai Hình 5-5: Đồ hình của phương pháp toàn dạc số đo chiều dài D (mD) cùng ảnh hưởng đến độ chính xác vị trí điểm K. Độ chính xác bản đồ địa hình được đặc trưng bởi sai số trung phương vị trí mặt bằng và độ cao của điểm chi tiết địa vật và địa hình so với điểm khống chế trắc địa gần nhất. Trong các quy phạm thường quy định sai số trung bình vị trí điểm địa vật rõ nét là  = 0.5 mm trên bản đồ. Trong trường hợp này sai số trung phương vị trí điểm địa vật sẽ là: 5 5 mdv =  = 0,5  = 0,625 mm 4 4 Sai số vị trí điểm chi tiết trên bản đồ do các nguồn sau gây ra: - Sai số số liệu gốc (mg) - Sai số đo điểm chi tiết (mđo) - Sai số vẽ điểm chi tiết (mvẽ) 2 2 mdo = m g2 + mdo + mve2 (5-11) 18 Nếu bỏ qua sai số số liệu gốc, coi sai số đo và sai số vẽ điểm chi tiết ảnh hưởng ngang nhau đến độ chính xác vị trí điểm trên bản đồ thì sai số đo điểm chi tiết sẽ là: mdo = mdv 2 = 0,44 mm Sai số đo điểm chi tiết bao gồm hai thành phần : Sai số đo góc m  và sai số đo cạnh mD. Vì vậy ta có: 2 mdo = m2 + mD2  (5-12) D2 2 Nếu coi sai số đo góc và đo dài ảnh hưởng ngang nhau đến sai số tổng hợp , thì sai số đo chiều dài sẽ là: mD = mdo 2 = 0,44 2 = 0,31 Đây là sai số đo dài cho phép trên bản đồ. Sai số đo dài cho phép trên thực địa tương ứng sẽ là: mD = 0,31M (5-13) Từ sai số đo dài cho phép, ta sẽ tính được khoảng cách cho phép từ máy tới mia. áp dụng công thức tính sai số trung phương tương đối đo dài: (5-14) mD 1 = D T Trong đó: D là khoảng cách cho phép từ máy đến mia; 1 là sai số trung T phương tương đối đo dài, đại lượng này phụ thuộc vào chất lượng máy, thiết bị đo dài. Ví dụ 5: Đo dài bằng máy thị cự thì 1 1  T 300 Như vậy, từ điều kiện: m D  0,31 .M Suy ra: D = m D T  0,31 .M .T (5-15) (5-16) Ví dụ 6 : Bản đồ cần đo vẽ có tỷ lệ 1/2000. Khoảng cách D được đo bằng dây thị cự trong máy quang học với sai số trung phương tương đối 1 1 . = T 300 Khoảng cách cho phép từ máy tới mia khi đó sẽ là: D  0,31MT = 0.31  2000  300 ( mm) = 186 m Tóm lại, với mỗi loại tỷ lệ bản đồ và các loại thiết bị đo dùng đo vẽ bản đồ, ta sẽ có hai thông số tương ứng là mẫu số tỷ lệ bản đồ M và sai số trung 19 phương tương đối 1 , từ đó sẽ xác định được khoảng cách cho phép từ máy tới T điểm chi tiết D theo công thức (5-16). Khoảng cách cho phép giữa hai điểm khống chế (hai điểm trạm đo) khi đó sẽ là: (5-17) S= D 3 Từ khoảng cách S giữa hai điểm khống chế ta sẽ xác định được diện tích khống chế của một điểm P theo công thức (5-7). Trên cơ sở đó tính được tổng số điểm khống chế cần xây dựng trên khu đo theo công thức (5-10). Trên cơ sở lý thuyết này, quy phạm [1] đã đưa ra quy định khoảng cách cho phép từ máy đến điểm chi tiết tương ứng cho từng loại tỷ lệ bản đồ cần đo vẽ. Sau đây là một vài số liệu trích ra từ quy phạm: Bảng 5-3 – Khoảng cách cho phép từ máy đến điểm chi tiết Tỉ lệ bản đồ Khoảng cách đo chi tiết D( m) 1:5000 150 1:2000 100 1:1000 80 1:500 60 Ví dụ 7: Tính tổng số điểm khống chế cần xây dựng trong các trường hợp được cho trong bảng 5-4. Bảng 5-4 – Bảng số liệu tính tổng số điểm khống chế cần xây dựng Tỉ lệ bản đồ Khoảng cách đo Diện tích một chi tiết D ( m) tờ bản đồ (ha) 1:5000 150 500 1:2000 100 125 1:1000 80 31 1:500 60 7,5 Giải: Bảng 5-5 – Bảng kết quả tính tổng số điểm khống chế cần xây dựng Tỉ lệ Khoảng cách bản đồ đo chi tiết D ( m) Cạnh lưới khống chế S (m) Diện tích Kc Diện tích Số điểm của một một tờ bản N= F/P điểm ( ha) đồ (ha) 1:5000 150 260 5,85 500 80 1:2000 100 170 2,50 125 50 20