Bài giảng Trắc địa đại cương - Lương Bảo Bình

Nội dung text: Bài giảng Trắc địa đại cương - Lương Bảo Bình

1. TRẮC ĐỊA ĐẠI CƯƠNG Lương Bảo Bình Bộ môn Địa Tin Học
2. Giới thiệu Bản đồ làng Bedolina, Italia, thời kỳ đồ sắt 3
3. Giới thiệu Trắc địa – Bản đồ 5
4. Giới thiệu Mặt phẳng? 7
5. Giới thiệu Và hơi dẹt do sự tự quay quanh trục Đúng rồi! Trái đất là một ellipsoid tròn xoay 9
6. Giới thiệu Rắc rối quá ! Đừng lo! Điều đó giành cho các nhà trắc địa Cho đo đạc cơ bản, một diện tích nhỏ trên mặt đất có thể xem như mặt phẳng 11
7. Phần 1  Hình dạng trái đất  Hệ tọa độ trắc địa  Hệ tọa độ vuông góc phẳng  Hệ tọa độ cực  Hệ cao độ  Định hướng đường thẳng  Bài toán truyền góc định hướng  Hai bài toán trắc địa cơ bản 13
8. Geoid Geoid: mặt nước gốc trái đất, mặt thủy chuẩn – Mặt nước biển trung bình, yên tĩnh, kéo dài xuyên qua các lục địa, hải đảo, làm thành một mặt cong khép kín. – Mặt đẳng thế xấp xỉ gần nhất với mặt đại dương trung bình, yên tĩnh. 15
9. Ellipsoid a b • a: bán trục lớn • b: bán trục nhỏ • Độ dẹt f = (a-b) / a 17
10. Độ lệch dây dọi Phương pháp tuyến qua 1 điểm tới ellipsoid thường không trùng với phương dây dọi qua điểm đó. Góc tạo bởi 2 phương trên gọi là độ lệch dây dọi. 19
11. Mặt cầu và mặt phẳng • Mặt cầu: R = 6371.11 km • Mặt phẳng: sai số tương đối về độ dài khi thay thế mặt cầu bằng mặt phẳng 21
12. Hệ tọa độ trắc địa và vuông góc xyz • a: hệ tọa độ trắc địa (φ, λ, h) • b: hệ tọa độ vuông góc không gian (x,y,z) 23
13. Phép chiếu bản đồ • a: globular • b: orthographic (mặt phẳng vuông góc) • c: stereographic (mặt phẳng giữ góc) • d: mercator (hình trụ ngang giữ góc) 25
14. Các mặt chiếu bổ trợ Mặt nón Mặt trụ Mặt phẳng 27
15. Phép chiếu hình trụ đứng 29
16. Một số phép chiếu bản đồ (1) • Phép chiếu Albers: hình trụ giữ diện tích • Phép chiếu phương vị Lambert: giữ diện tích 31
17. Phép chiếu Gauss-Krüger vs. UTM Gauss-Krüger UTM Mặt chiếu hình trụ ngang, giữ góc Múi chiếu 60 Đánh số thứ tự múi chiếu từ Tây sang Đông Mặt trụ tiếp xúc với Mặt trụ cắt mặt cầu mặt cầu tại kinh tuyến theo 2 giao tuyến cách trục kinh tuyến trục 180 km (tại xích đạo) Hệ số biến dạng dài tại Hệ số biến dạng dài tại kinh tuyến trục k=1 kinh tuyến trục k=0.9996 Múi 1: 00Đ - 60Đ Múi 1: 1800T – 1740T 33
18. Hệ tọa độ vuông góc phẳng Gauss-Krüger vs. UTM Gauss-Krüger UTM Tọa độ X theo trục tung (phương Bắc), Y theo trục hoành (phương Đông) Hoành độ gốc dời sang trái 500 km Gắn số thứ tự múi chiếu vào trước hoành độ Y Không phân biệt Bắc Đối với Nam bán cầu, và Nam bán cầu tung độ gốc được dời xuống 10 000 km 35
19. Hệ tọa độ cực • Một điểm trong mặt phẳng còn có thể được xác định dựa trên: – Góc tạo bởi hướng gốc và đường nối điểm gốc với điểm đang xét – Khoảng cách từ điểm gốc đến điểm đang xét • Ứng dụng trong: – Đo vẽ chi tiết β – Bố trí công trình d M O 37
20. Định hướng đoạn thẳng • Góc định hướng và góc phương vị – Góc định hướng – Góc phương vị thực và độ hội tụ kinh tuyến – Góc phương vị từ và độ lệch từ • Bài toán truyền góc định hướng 39
21. Góc định hướng N • Quy ước: N 00 < 3600 • Tính chất: PQ Q 0 QP = PQ + 180 QP • Ví dụ P C D C CD = = 41 CD D
22. Độ hội tụ kinh tuyến • Định nghĩa: độ hội tụ kinh tuyến tại 1 điểm là góc tạo bởi hướng Bắc kinh tuyến trục và hướng Bắc kinh tuyến thật đi qua điểm đó • Với Bắc bán cầu: dt = d.sin Trong đó, d = kinh độ kinh tuyến trục – kinh độ thật 43
23. Mối liên hệ giữa các góc • Góc định hướng không đo được mà chỉ có thể tính được từ góc phương vị = A + dt thực và độ hội tụ kinh tuyến • Góc phương vị thực có thể đo được từ phép đo thiên từ văn, hoặc tính từ góc A = A +  phương vị từ và độ lệch từ • Như vây, ta cũng có thể tính được góc định hướng = Atừ +  + dt từ góc phương vị từ 45
24. Bài toán truyền góc định hướng Đường chuyền trái DE C D E AB B A C D 0 B cuối = đầu +  - n.180 DE E AB Đường chuyền phải A C D  D B C  47 0 B cuối = đầu -  + n.180
25. Chuyển đổi tọa độ cực – vuông góc XAB = S.cos AB • Từ cực sang vuông góc Y = S.sin – Cho tọa độ vuông góc điểm gốc AB AB XB=XA+ XAB (XA,YA) và tọa độ cực điểm còn lại (S , ) AB AB x YB=YA+ YAB – Xác định tọa độ vuông góc của B XB điểm thứ hai (X ,Y ) B B X AB A • Từ vuông góc sang cực SAB XA – Cho tọa độ vuông góc 2 điểm (XA,YA) và (XB,YB) O Y Y Y y – Xác định tọa độ cực của điểm B A B 2 2 2 (SAB, AB) so với điểm gốc A S = Y AB + X AB 49 AB = arctg( YAB / XAB)
26. Bản đồ địa hình BĐĐH là hình ảnh thu nhỏ một phần bề mặt trái đất lên mặt phẳng theo một phép chiếu và một tỷ lệ nhất định • Phép chiếu bản đồ: – Hình nón – Hình trụ ngang • Tỷ lệ bản đồ: – Tỷ lệ nhỏ: 1:1000000, 1:500000, 1:250000, 1:100000 – Tỷ lệ trung bình: 1:50000 , 1:25000 , 1:10000 – Tỷ lệ lớn: 1:5000 , 1:2000 , 1:1000 , 1:500 BĐĐH là bản đồ nền cho các loại bản đồ chuyên đề khác 51
27. Tỷ lệ bản đồ Tỷ lệ bản đồ là tỷ số giữa độ dài trên bản đồ và độ dài thật (khoảng cách nằm ngang ngoài thực địa) của một đoạn thẳng  Tỷ lệ bản đồ thể hiện dưới dạng 1:M  M là mẫu số tỷ lệ bản đồ (số nguyên), thường giữ 2 chữ số có nghĩa  Tỷ lệ bản đồ cho biết mức độ chi tiết (tổng quát) của bản đồ Bản đồ số có tỷ lệ hay không? 53
28. Phân mảnh bản đồ  Mảnh bản đồ 1:1.000.000  Kích thước 40 x 60  Cột rộng 60, đánh số từ 1 đến 60  Đai cao 40, ký hiệu A, B, C,  Phân mảnh bản đồ 55
29. Thể hiện địa hình lên bản đồ • Điểm độ cao • Đường đồng mức là đường nối các điểm có cùng độ cao – Được nội suy cho các giá trị độ cao chẵn – Tạo thành các đường cong liên tục, khép kín, không cắt nhau 57
30. Sử dụng bản đồ • Định hướng bản đồ: – Theo địa vật – Dùng la bàn • Xác định các yếu tố trên bản đồ: – Khoảng cách giữa 2 điểm – Tọa độ vuông góc, tọa độ trắc địa của 1 điểm – Độ cao của 1 điểm – Độ dốc và góc dốc của 1 đoạn thẳng • Định tuyến có độ dốc cho trước 59
31. Chương 4: ĐO GÓC  Khái niệm  Thiết bị đo góc: máy kinh vĩ  Phương pháp đo góc 61
32. Khái niệm • Góc đứng V: góc tạo bởi mặt phẳng ngang và tia ngắm • Góc thiên đỉnh Z: góc tạo bởi phương dây dọi và tia ngắm V + Z = 900 63
33. Cấu tạo máy kinh vĩ 65
34. Chuẩn bị đo góc: đặt máy • Đặt máy (định tâm và cân bằng máy): làm cho trục đứng của máy đi qua tâm mốc theo phương dây dọi 1) Đặt chân ba tương đối nằm ngang, với độ cao và độ rộng phù hợp. Đặt máy lên chân ba, siết chặt ốc nối 2) Định tâm sơ bộ: di chuyển đồng thời 2 chân của chân ba để đưa tâm mốc vào giữa ống kính dọi tâm 3) Cân bằng sơ bộ: nâng, hạ các chân của chân ba để đưa bọt thủy tròn vô giữa 4) Cân bằng chính xác: vặn 3 ốc cân để đưa bọt thủy dài vô giữa. Đây là một quá trình lặp 5) Định tâm chính xác: trượt máy trên mặt đế chân ba để đưa tâm mốc vào giữa ống kính dọi tâm  Lặp lại bước 4 và 5 cho đến khi cả hai cùng đạt 67
35. Sai số M0 • Định nghĩa: sai số M0 là số đọc góc đứng khi tia ngắm nằm ngang • Cách khử sai số M0: đo góc đứng với 2 vị trí ống kính – Thuận kính: bàn độ đứng nằm bên tay trái người đo – Đảo kính: bàn độ đứng nằm bên tay phải người đo 69
36. Sổ đo góc B O A Trạm Hướng β Lần đo Số đọc BĐN β máy ngắm trung bình Thuận kính Đảo kính 71
37. Chương 5: Đo dài  Khái niệm  Đo dài bằng thước (thép)  Đo dài bằng chỉ lượng cự  Đo dài bằng EDM 73
38. Distance measurement Tape 75
39. Dóng hướng đường thẳng A B A M B d2 M 3 M M 2 2 d1 M1 M0 M1 0 d2 / d1 = A2 / A1 = (180 - M2) / (M2 - M1) 77
40. Electronic Distance Measurement (EDM) Pulse method Electronic Distance Measurement Phase method 79
41. Độ chính xác đo dài Phương pháp Độ chính xác Chỉ lượng cự 1 / 400 Thước thép 1 / 2000 Thước invar 1 / 25000 EDM a mm + b ppm 81
42. Khái niệm Đường nằm ngang BS hAB = HB – HA A FS = BS – FS hAB H A B HB 0 m Mặt quy chiếu cao độ (geoid) Giá trị đo được là chênh cao giữa hai điểm 83
43. Đo chênh cao Máy thủy bình 85
44. Đo chênh cao Ngắm mia Chỉnh rõ chỉ chữ thập Chỉnh rõ mia 87
45. Đo chênh cao hình học từ giữa  Giảm thiểu sai số trục ngắm và nhiều loại sai số khác  Không phải định tâm máy  Có thể chia một tuyến đo thành nhiều trạm đo tùy ý BS1 FS1 BS2 FS2 A M hAB B hAB = hi 89 hi = BS – FS
46. Đo chênh cao lượng giác  Đừng quên đo chiều cao máy hi  Nên đặt góc đứng bằng 0 khi ngắm mia để giảm khối lượng tính toán HD VD = HD.tgV V (VD cùng dấu với V) VD hi A SD hAB = HB – HA hr = hi + VD – hr hAB H A B = hi + HD.tgV – hr (hr là số đọc chỉ giữa nếu ngắm mia) HB 0 m 91 Mặt quy chiếu cao độ (geoid)
47. Accuracy and range Prism mode 93
48. Modern technologies • Reflectorless (non-prism mode) • Integrated GPS (smart station) • Auto tracking (robotic) 95
49. Integrated GPS 97
50. Chương 7: Tính diện tích  Theo trị đo thực địa • Đo cạnh • Đo góc, cạnh  Trên bản đồ • Tính tam giác trên bản đồ • Dựa vào tọa độ vuông góc • Dùng thiết bị đo diện tích 99
51. Đo các cạnh và góc tam giác (đặt máy tại 1 đỉnh khu đất) B d1 d2 c A d3 d4 A b C A = (b.c.sinA) / 2 A = sum(di.di+1.sini) / 2 Với i là góc kẹp giữa cạnh di và di+1 101
52. Tính tam giác trên bản đồ A = a.h / 2 h a 103
53. Dùng dụng cụ đo diện tích A = p(m2 – m1) + q 105
54. Xác định vị trí điểm phương pháp tọa độ cực (đo toàn đạc) Q Q B C  A s A D P P 107
55. GPS định vị tuyệt đối 109
56. RTK GPS 111
57. Phương pháp đo toàn đạc Tại mỗi trạm máy (điểm Định tâm, cân bằng máy khống chế) kinh vĩ Xác định tọa độ của 1 điểm chi tiết dựa vào: •Góc bằng tạo với hướng ngắm •Ngắm hướng chuẩn, đặt số đọc chuẩn (hướng ngắm chuẩn là BĐN = 0000’00” cạnh nối trạm máy tới điểm khống •Ngắm điểm chi tiết, đọc số BĐN chế liền kề) •Khoảng cách từ điểm trạm máy •Đọc số BĐĐ đến điểm chi tiết •Đọc số mia chỉ trên và chỉ dưới Xác định cao độ của 1 điểm chi tiết dựa vào: •Đo chênh cao lượng giác từ điểm •Đọc số mia chỉ giữa trạm máy đến điểm chi tiết •Đo chiều cao máy •Đọc số BĐĐ 113
58. Chương 9: Lưới khống chế  Khái niệm và nguyên tắc thành lập  Hệ tọa độ và cao độ quốc gia  Các cấp hạng lưới khống chế ở VN  Lưới đo vẽ cấp 2  Tính toán đường chuyền 115
59. Nguyên tắc xây dựng LKC • LKC được xây dựng theo nguyên tắc: – Từ tổng thể xuống chi tiết – Từ độ chính xác cao xuống độ chính xác thấp • Các điểm khống chế hạng cao được dùng làm cơ sở để phát triển lưới khống chế hạng thấp hơn trong khu vực đó 117
60. Hệ cao độ quốc gia Việt Nam Vùng lãnh thổ Tên HCĐ Điểm gốc Miền Nam Mũi Nai Mũi Nai (VNCH) (Hà Tiên) Miền Bắc Hòn Dấu Hòn Dấu (VNDCCH) (Hải Phòng) Cả nước Hòn Dấu Hòn Dấu (CHXHCNVN) (Hải Phòng) 119
61. Một số yêu cầu với LKC tọa độ cấp quốc gia Hạn Chiều dài SSTP SSTP SSTP Sai số g cạnh tương tương đối đo khép (km) hỗ (cm) cạnh yếu góc góc nhất I 20 ~ 30 + 7 1:200.000 +0.7’’ 2.5’’ II 7 ~ 20 + 7 1:150.000 +1.0’’ 3.5’’ III 5 ~ 8 + 7 1:100.000 +1.8’’ 7.0’’ IV 2 ~ 5 + 7 1:50.000 +2.5’’ 9.0’’ 121
62. VD: Lưới tọa độ quốc gia Lưới tọa độ hạng III Huyện Châu Thành, tỉnh Long An 123
63. Lưới đo vẽ cấp 2 • Thiết kế: – Chiều dài cạnh đường chuyền: 20-400m, 2 cạnh kề chênh < 2,5 lần – Số cạnh phụ thuộc vào tỉ lệ đo vẽ, sai số đo góc, và chiều dài trung bình cạnh đường chuyền 125
64. Tuyến độ cao kỹ thuật • Thiết kế: – Chiều dài tuyến đơn tối đa: 2-25km, tùy vào khoảng cao đều – Sai số khép: 50mm√L(km) hoặc 10mm√n (>25 trạm/1km) • Đo đạc: chênh cao hình học từ gữa, 2 mặt mia (2 chiều cao máy) – Chiều dài tia ngắm tối đa: 200m – Chênh lệch tầm ngắm tối đa (tới 2 mia): 5m – Chênh lệch trị đo theo 2 mặt mia (2 chiều cao máy) tối đa: 5mm • Tính toán: bình sai đơn chặt chẽ 127
65. Tính toán đường chuyền • VD: đường chuyền trái X (m) Y (m) Góc Cạnh (m) A 1373,61 1020,28 B 198040’00” 381,65 B 2124,81 1680,35 1 222052’48” 342,17 C 2426,20 2710,85 2 140010’30” 411,25 D 2346,58 3707,67 C 211032’30” 129
66. Nguyên tắc bố trí công trình • Bố trí từ tổng thể đến chi tiết với độ chính xác (precision) tăng dần – Bố trí cơ bản (3-5cm): bố trí trục chính (trục đối xứng), trục cơ bản (xác định hình dạng công trình) từ điểm khống chế – Bố trí chi tiết (2-3mm): bố trí trục chi tiết từ trục chính, trục cơ bản; xác định vị trí tương hỗ giữa các yếu tố công trình – Bố trí trục công nghệ (1mm): bố trí lắp đặt trục cấu kiện 131
67. Bố trí độ cao, độ dốc • Bố trí độ cao – Phương pháp hình học: máy thủy bình + 2 mia – Phương pháp lượng giác (kết hợp với bố trí điểm): TĐĐT • Truyền độ cao (lên tầng, xuống hố móng) – 2 máy thủy bình – 2 mia – Thước thép treo • Bố trí độ dốc theo phương pháp tia ngắm nghiêng – máy thủy bình – mia 133
68. Bố trí đường cong tròn • Bố trí các điểm cơ bản: tiếp đầu, giữa, tiếp cuối – Từ đỉnh ngoặt D (và hướng của các cọc lộ trình đã có trước) bố trí điểm tiếp đầu Td – Từ đỉnh ngoặt D và hướng DTd • Bố trí điểm giữa G (góc /2, cạnh B) • Bố trí điểm tiếp cuối Tc (góc , cạnh T) – Kiểm tra hướng DTc với hướng của cọc lộ trình (có trước) • Bố trí các điểm chi tiết (cách nhau k = 5, 10, 20m) – Tính toán tọa độ điểm chi tiết P1, P2, Pn 2 • Xi = Rsin(iφ), Yi = 2Rsin (iφ/2) với φ = k/R (rad) – Từ Td và hướng TdD: bố trí các đoạn xi – Từ các điểm trên mở vuông góc bố trí các đoạn yi 135