Đang tải... (xem toàn văn)
đây là bài giảng trắc địa đại cương của thầy Võ Chí Mỹ, một trong những giáo sư đầu ngành của ngành đo vẽ bản đồ của Việt Nam. Qua bài giảng này ta sẽ nắm vững được các khái niệm cơ bản về Trắc Địa. Phù hợp với các bạn Trắc địa, đo vẽ bản đồ
GS.TS võ chí mỹ Trắc địa đại cơng Nhà xuất giao thông vận tải hà nội - 2009 Chơng Những khái niệm 1.1 Định nghĩa Trắc địa khoa học Trái Đất mà nội dung xác định vị trí đối tợng tự nhiên nhân tạo bề mặt Trái Đất biểu diễn chúng loại đồ, vẽ Thuật ngữ trắc địa có nguồn gốc từ tiếng Hy Lạp Geodaisia có nghĩa phân chia đất đai Cùng với phát triển xã hội, ngày nay, trắc địa trở thành khoa học hoàn chỉnh, ngày đợc mở rộng nội dung hoàn thiện lý luận Một cách tổng quát, trắc địa đợc chia làm hai hớng chính: trắc địa cao cấp (Geodetic surveying) trắc địa ứng dụng (Plane surveying - trớc gọi trắc địa địa hình) Trắc địa cao cấp chuyên nghiên cứu hình dạng, kích thớc, trọng trờng Trái Đất; xây dựng mạng lới khống chế tọa độ phẳng (x, y) độ cao (z) có độ xác cao toàn lãnh thổ quốc gia khu vực; nghiên cứu biến động vỏ Trái Đất Trắc địa cao cấp thực toán diện rộng, kết đo đạc tính toán cần phải hiệu chỉnh độ cong Trái Đất Trắc địa ứng dụng chuyên nghiên cứu phơng pháp đo đạc phục vụ nông nghiệp, lâm nghiệp, xây dựng công trình công nghiệp, dân dụng, kỹ thuật môi trờng lĩnh vực khác kinh tế quốc dân Trắc địa ứng dụng tiến hành khu vực nhỏ, mặt đất đ ợc coi mặt phẳng Tại điểm khu vực đo vẽ, dây dọi đ ợc coi có phơng song song với Tùy theo đối tợng mục đích nghiên cứu, trắc địa đợc chia chuyên ngành nhỏ phục vụ trực tiếp cho nội dung cụ thể nh trắc địa công trình, trắc địa mỏ, đo đạc địa chính, v.v 1.2 Tóm tắt lịch sử phát triển ngành trắc địa Từ cổ xa, ngời biết sử dụng kiến thức trắc địa vào đời sống Cách gần 3000 năm Tr.C.N, thời cổ Ai Cập, hàng năm nớc sông Nil dâng cao xoá bỏ ranh giới ruộng nơng hai bên bờ sông Khi nớc rút, ngời phải dùng kiến thức sơ đẳng hình học để đo đạc phân chia lại đất đai Vào khoảng năm 2200 Tr.C.N, ngời Trung Quốc vẽ đồ đá mài nhẵn, chứng tỏ ngời cổ xa có khái niệm sử dụng đồ địa hình Thế kỷ thứ ba Tr.C.N, nhà thiên văn học Eratosten đo độ dài kinh tuyến Trái Đất vẽ đồ giới có sử dụng lới chiếu chia độ Ngành trắc địa song hành với kỹ thuật thăm dò, khai thác v chế biến khoáng sản loài ngời sớm, từ thời cổ Ai Cập Hiện nay, giữ đợc đồ mỏ vàng Turino, thành lập thời hoàng đế Ramzes II, khoảng năm 1300 Tr.C.N, đánh dấu đóng góp trắc địa thăm dò khai thác mỏ Sử sách ghi lại đến ngày thành công việc đào đối hớng đờng hầm Siloah Jeruzalem nhờ áp dụng phép đo định hớng Heron quốc vơng Alecxandri đề xớng, dụng cụ phơng pháp đo thời sơ đẳng Trong sách 12 tập Kỹ thuật mỏ Georgius Agricola năm 1556 tập sách Đo đạc mỏ R.Reinhold năm 1574, tác giả nhấn mạnh nhiệm vụ trắc địa đánh dấu điểm lộ vỉa khoáng sản đồ; xác định biên giới khoáng sản bề mặt đất chuyền biên giới từ mặt đất xuống hầm lò, cho hớng đo tiến độ gơng lò đối hớng Những năm đầu kỷ 18, xuất thiết bị sắt công trình thăm dò khai thác khoáng sản, phép đo la bàn gặp nhiều khó khăn Điều dẫn đến đời hàng loạt phơng pháp đo vẽ dụng cụ đo đạc Cùng với thời gian, máy kinh vĩ ngày đợc hoàn thiện dụng cụ công tác trắc địa Ngày nay, với lớn mạnh không ngừng ngành khoa học, kỹ thuật, phơng pháp công nghệ tiên tiến, máy móc đại nh công nghệ định vị toàn cầu (GPS), kỹ thuật ảnh số, viễn thám, kỹ thuật điện tử, laser, hệ thông tin địa lý (GIS), công nghệ tin học, v.v ngày đợc áp dụng rộng rãi công tác trắc địa phục vụ thăm dò khoáng sản đất liền biển, xây dựng khai thác mỏ 1.3 Hình dạng kích thớc trái đất Bề mặt Trái Đất có hình dạng gồ ghề, phức tạp, bao gồm đại dơng, lục địa hải đảo Biển Morena (Philippine) sâu đáy đại dơng lên tới 11 km Đỉnh núi Everest có độ cao xấp xỉ km Kể từ đỉnh núi cao tới đáy biển sâu nhất, chênh lệch độ cao khoảng 20 km Tuy vậy, so sánh với đờng kính trái đất chênh lệch thực không đáng kể Biết đờng kính Trái Đất d = 12 000 km tỷ số 20:12 000 = 1:600 cho phép ta hình dung cầu có đờng kính d = 600 mm mà độ lồi lõm lớn mặt cầu mm Vì vậy, coi bề mặt Trái Đất bề mặt tơng đối nhẵn Kết nghiên cứu cho thấy rằng: độ lồi lõm trung bình bề mặt Trái Đất gần trùng với mặt nớc đại dơng trung bình, yên tĩnh xuyên qua lục địa hải đảo, làm thành mặt cong khép kín đợc gọi mặt thủy chuẩn hay gọi mặt geoid (hình 1.1) Một tính chất quan trọng mặt geoid tiếp tuyến điểm mặt đất vuông góc với phơng dây dọi Phơng dây dọi lại phụ thuộc vào sức hút trọng trờng, tức phụ thuộc vào phân bố vật chất lòng Trái Đất Vì vật chất lòng Trái Đất phân bố không nên phơng dây dọi thay đổi, vậy, geoid mặt cong trơn biểu diễn theo dạng toán học Để khắc phục trở ngại đó, ngời ta xấp xỉ geoid hình bầu dục tròn xoay gọi elipsoid Elipsoid có tính chất sau: Hình 1.1 Khái niệm mặt thủy chuẩn (geoid) elipsoid - Tâm elipsoid trùng với tâm Trái Đất, - Thể tích elipsoid thể tích Trái Đất, - Mặt phẳng xích đạo elipsoid trùng với mặt phẳng xích đạo Trái Đất, - Pháp tuyến điểm bề mặt đất có phơng vuông góc với mặt elipsoid Elipsoid đợc đặc trng hai bán trục: lớn nhỏ, ký hiệu a b (hình 1.2) Trị số bán trục a b elipsoid đợc nhiều nhà bác học giới nghiên cứu xác định cho kết tơng đối giống Kích thớc elipsoid đợc tính toán xác định dựa sở kết hợp số liệu đo đạc trắc địa, thiên văn trọng lực toàn bề mặt Trái Đất Đây công việc khó khăn phức tạp, vậy, quốc gia dựa phải vào số liệu đo đạc n ớc để xây dựng elipsoid riêng, gọi elipsoid quy chiếu (reference ellipsoid- gọi elipsoid thực dụng, elipsoid tham khảo) Nh vậy, elipsoid quy chiếu nớc phải có kích thớc phù hợp đợc định vị vào trái đất cho bề mặt gần trùng với bề mặt geoid lãnh thổ nớc Việt Nam, sau hòa bình lập lại năm 1954, lãnh thổ miền Bắc sử dụng elipsoid Crasốpski (ngời Nga) xác định năm 1940 với kích thớc: a = 378 245 m b = 356 863 m Trong đó, miền Nam, đồ Mỹ thành lập dựa sở elipsoid Everest, định vị điểm gốc ấn Độ Hiện nay, nớc ta thống sử dụng hệ tọa độ VN-2000 dựa sở elipsoid Hệ thống Trắc địa Thế giới WGS-84 (World Geodetic System-84) Độ dẹt Trái Đất, ký hiệu k, đợc tính theo công thức: k = ab a Từ số liệu a b elipsoid Crasốpski tính đợc độ dẹt Trái Đất k = 1: 298,3 Dễ dàng nhận thấy rằng: độ dẹt trái đất nhỏ, vậy, đo vẽ vùng không rộng lớn ngời ta coi mặt đất mặt cầu Hình 1.2 Elipsoid Trái Đất 1.4 Hình chiếu mặt đất lên mặt cầu mặt phẳng Giả sử có điểm ABCD bề mặt đất không nằm mặt phẳng Lần lợt chiếu thẳng góc điểm lên mặt cầu, ta đợc điểm abcd Bằng cách chiếu nh ta chiếu toàn bề mặt Trái Đất lên mặt cầu Tuy vậy, việc biểu diễn trái đất lên mặt cầu không thuận tiện, kể sử dụng bảo quản Ví dụ: Muốn biểu diễn Trái Đất lên mặt cầu tỷ lệ 1:1 000 000 phải sử dụng cầu có đờng kính 12 m Trong thực tế, ngời ta thay mặt cầu mặt phẳng Trong hình 1.3 lần lợt chiếu A, B, C, D lên mặt phẳng P, đợc tứ giác phẳng abcd Một phần toàn bề mặt đất đợc chiếu lên mặt phẳng theo tỷ lệ định Tuy nhiên, mặt đất mặt cầu, chiếu lên mặt phẳng bị biến dạng Sự biến dạng hay nhiều tùy thuộc vào tứ giác ABCD lớn hay nhỏ Có nhiều phơng pháp chiếu khác nhau, tùy vào mục đích, phạm vi tỷ lệ, để giảm bớt biến dạng, biểu diễn bề mặt Trái Đất mặt phẳng ngời ta phải chọn phơng pháp chiếu tơng ứng, thích hợp Hình 1.3 Hình chiếu mặt đất lên mặt phẳng 1.5 Các hệ toạ độ dùng trắc địa Vị trí điểm bề mặt Trái Đất đợc xác định đại lợng toạ độ độ cao Toạ độ điểm đợc xác định hệ toạ độ sau đây: 1.5.1 Hệ toạ độ địa lý Các khái niệm bản: - Kinh tuyến: giao tuyến mặt phẳng chứa trục quay NS với mặt thủy chuẩn Trái Đất Theo thống tổ chức đo đạc giới, kinh tuyến qua đài thiên văn Greenwich thủ đô Luân Đôn (Vơng quốc Anh) đợc chọn làm kinh tuyến gốc - Vĩ tuyến: giao tuyến mặt phẳng vuông góc với trục quay NS với mặt thuỷ chuẩn Trái Đất Vòng vĩ tuyến lớn có tâm trùng với tâm Trái Đất gọi xích đạo Giả sử có điểm A bề mặt Trái Đất Để xác định vị trí điểm A hệ tọa độ địa lý, tiến hành nh sau: Vẽ kinh tuyến qua A cắt mặt phẳng xích đạo A 1; nối OA OA1, góc AOA1 = vĩ độ địa lý điểm A Vẽ kinh tuyến gốc, cắt mặt phẳng xích đạo G1 Nối OG1 OA1, góc G1OA1 = kinh độ địa lý điểm A (hình 1.4) Vĩ độ địa lý điểm góc hợp đờng dây dọi qua điểm với mặt phẳng xích đạo Những điểm nằm xích đạo có vĩ độ bắc, điểm nằm dới xích đạo có vĩ độ nam Vĩ độ địa lý biến thiên từ 0o đến 90o bắc 0o đến 90o nam Hình 1.4 Hệ tọa độ địa lý Kinh độ địa lý điểm góc nhị diện hợp mặt phẳng kinh tuyến qua điểm mặt phẳng chứa kinh tuyến gốc Những điểm nằm phía bên phải kinh tuyến gốc có kinh độ đông, điểm nằm phía bên trái kinh tuyến gốc có kinh độ tây Kinh độ địa lý biến thiên từ 0o đến 180o đông 0o đến 180o tây 1.5.2 Hệ toạ độ phẳng vuông góc Gauss-Kruger Theo Gauss, Trái Đất đợc chia làm 60 múi dọc theo kinh tuyến, múi có giá trị o, đánh số thứ tự 1, 2, 3, v.v đến 60 từ kinh tuyến gốc sang phía đông, qua tây bán cầu trở kinh tuyến gốc Trong múi, kinh tuyến chia múi thành hai phần nhau, đối xứng Đặt cầu nội tiếp hình trụ nằm ngang cho kinh tuyến múi tiếp xúc với mặt hình trụ (hình 1.5a) Dùng tâm đất làm tâm chiếu, tịnh tiến xoay đất, lần lợt chiếu múi lên mặt trụ khai triển mặt trụ thành mặt phẳng (hình 1.5b) Hình chiếu múi có đặc điểm sau: - Xích đạo trở thành trục hoành oy, - Kinh tuyến trục tung ox, vuông góc với oy, - Hình chiếu múi lớn diện tích thực, - Độ dài kinh tuyến độ dài thực Những vùng xa kinh tuyến giữa, biến dạng lớn Để giảm biến dạng, múi Trái Đất đợc chia với giá trị nhỏ (ví dụ 30, 1.50) Hình 1.5 Cấu tạo hệ tọa độ phẳng Gauss-Kruger Vậy, ứng với múi, ta có hệ toạ độ vuông góc tạo đờng xích đạo kinh tuyến múi Hệ toạ độ gọi hệ toạ độ phẳng Gauss-Kruger Trong hệ toạ độ chiều dơng hoành độ oy hớng sang phía đông (Easting), chiều dơng tung ox hớng lên phía bắc (Northing) Nửa phía trái kinh tuyến trục mang dấu âm Để tiện việc tính toán ngời ta thay hệ trục hệ trục qui ớc Tung độ ox hệ qui ớc tung độ ox hệ toạ độ Gauss dời sang phía tây 500 km (vì chiều rộng nửa múi o = 333 km) (hình 1.6) Nh vậy, điểm gốc hệ toạ độ quy ớc có toạ độ: O(X0 = 0, Y=500km) Hình 1.6 Hệ toạ độ phẳng vuông góc Gauss-Kruger Phần lớn lãnh thổ Việt Nam nằm múi chiếu thứ 18 có kinh tuyến trục 1050 kinh đông; phần miền Trung (từ Đà Nẵng đến Bình Thuận) nằm múi thứ 19 có kinh tuyến trục 1110 kinh đông (hình 1.7) Thông thờng, để thuận tiện việc sử dụng, tờ đồ đợc kẻ lới ô vuông tơng ứng với tỷ lệ đồ Ví dụ, đồ tỷ lệ 1:10 000 1:25 000 chọn lới ô vuông tơng ứng với km2 (gọi lới ki-lô-mét) Nh vậy, đồ 1:10 000 cạnh ô vuông 10cm; đồ 1:25 000 - cạnh lới ô vuông cm, v.v 1.5.3 Hệ tọa độ phẳng UTM (Universal Transverse Mercator) Về chất, phép chiếu UTM (Universal Tranverse Mercator) giống nh phép chiếu Gauss Trái Đất đợc chia thành 60 múi múi đợc đặt hình trụ nằm Hình 1.7 ngang có bán kính nhỏ bán kính Trái Đất (hình 1.8) Lấy tâm Trái Đất làm tâm chiếu lần lợt chiếu múi lên mặt trụ Khác với phép chiếu Gauss, hình trụ không tiếp xúc với mặt elipsoid kinh tuyến mà cắt mặt elipsoid theo hai cát tuyến đối xứng cách kinh tuyến 180km Theo cách chiếu này, hai cát tuyến cắt mặt trụ có tỷ lệ chiều dài không đổi (không bị biến dạng, m=1); kinh tuyến có tỷ lệ biến dạng chiều dài nhỏ (m=0,9996), hai kinh tuyến biên có tỷ lệ chiếu lớn (m>1) UTM phép chiếu giữ góc, độ biến dạng đợc phân bố toàn phạm vi múi chiếu Nếu coi độ xác chiều dài tiêu chuẩn kỹ thuật thành lập đồ lãnh thổ Việt Nam, đồ UTM múi chiếu có độ biến dạng nhỏ đồ sử dụng lới chiếu Gauss Khai triển múi chiếu mặt phẳng, kinh tuyến xích đạo hai đờng thẳng vuông góc với hệ trục toạ độ phẳng UTM Hiện nay, Việt Nam, thống hệ toạ độ chung toàn quốc VN-2000 sử dụng phép chiếu UTM thay cho phép chiếu Gauss-Kruger hệ toạ độ HN-72 Hình 1.8 Hệ toạ độ phẳng UTM 1.6 Bản đồ bình đồ Bản đồ hình ảnh thu nhỏ phần toàn bề mặt Trái Đất mặt phẳng đợc thể theo nguyên tắc toán học, phơng pháp khái quát, hệ thống ký hiệu tỷ lệ định Mặt đất mặt cầu, biểu diễn mặt phẳng, đối tợng bị biến dạng Tùy vào mục đích sử dụng phạm vi khu vực cần phải thể mà chọn phép chiếu thích hợp cho độ biến dạng Bề mặt đất phức tạp, cần phải chọn lọc khái quát đối tợng cho đồ đợc trình bày đầy đủ nội dung yêu cầu nhng phải rõ ràng, mạch lạc Bản đồ phải đợc trình bày theo tỷ lệ thống Bản đồ đợc sử dụng rộng rãi nhiều ngành kinh tế quốc dân quốc phòng Căn vào mục đích sử dụng mà đồ đợc thành lập theo nhiều tỷ lệ khác Tùy thuộc vào giai đoạn nội dung thể hiện, công tác tìm kiếm, thăm dò khoáng sản thờng sử dụng loại đồ tỷ lệ trung bình từ 1:10 000 đến 1:50 000 Công tác khảo sát địa chất công trình cho khu vực xây dựng cụ thể thờng yêu cầu loại đồ có tỷ lệ lớn Không có phân định thật rõ ràng hai khái niệm đồ bình đồ Nhng nói chung, hiểu rằng: bình đồ chi tiết đợc vẽ theo tỷ lệ, đồ, số đối tợng đợc thể ký hiệu Trên bình đồ, thông tin độ cao đợc thể điểm độ cao Trên đồ, tùy vào tỷ lệ, độ cao thờng đợc ký hiệu màu đờng đồng mức Bình đồ thờng đợc sử dụng công tác thiết kế, thi công chi tiết công trình Trong lĩnh vực thăm dò, khảo sát khai thác khoáng sản, bình đồ đợc sử dụng để thiết kế bố trí công trình thăm dò, mạng lới lỗ khoan, xây dựng nhà máy, v.v 1.7 Tỷ lệ thớc tỷ lệ 1.7.1 Tỷ lệ Tỷ lệ tỷ số hình chiếu đoạn thẳng đồ với đoạn thẳng thực địa Tỷ lệ đợc ký hiệu dới dạng phân số 1/M có tử số 1, mẫu số tỷ lệ đồ M thờng đợc chọn số chẵn Khi biết tỷ lệ đồ, xác định đợc chiều dài đoạn thẳng thực địa Ví dụ: đồ tỷ lệ 1: 2000 ta đo đợc đoạn thẳng dài 25 mm Tơng ứng với đoạn thẳng ta có chiều dài thực tế là: 25 x 2000 = 50 m Tỷ lệ đồ bình đồ đợc phân làm ba loại: - Tỷ lệ lớn: 1:500 đến 1:5000 - Tỷ lệ trung bình: 1:10000 đến 1:50000 - Tỷ lệ nhỏ:1:100000 đến 1:1000000 1.7.2 Thớc tỷ lệ Để đa chiều dài đoạn thẳng đo đợc thực địa lên đồ, vẽ; ngợc lại, để xác định chiều dài thực mặt đoạn thẳng đo đợc vẽ ngời ta dùng thớc tỷ lệ Có hai loại thớc tỷ lệ: thớc tỷ lệ thẳng thớc tỷ lệ xiên a) Thớc tỷ lệ thẳng: thớc thẳng, chiều dài AB thớc đợc chia làm nhiều phần Mỗi phần gọi đơn vị ứng với khoảng cách chẵn thực địa Đơn vị thớc đợc chia làm 10 phần Hình 1.9 mô tả thớc tỷ lệ thẳng cho tỷ lệ 1:500 Chiều dài đơn vị cm tơng ứng với 10 m thực tế Đơn vị đợc chia làm 10 phần mm tơng ứng với m thực địa Theo độ mở com-pa đo đợc đồ, giá trị tơng ứng thớc tỷ lệ thẳng 11,5 m 10 Chơng công tác trắc địa bố trí công trình 7.1 Khái niệm Trong trình thăm dò, xây dựng khai thác khoáng sản, có nhiều hạng mục công trình cần phải xây dựng, bao gồm nhà cửa, đờng giao thông, công trình thăm dò lộ thiên hầm lò, v.v Nội dung công tác trắc địa thông qua đo đạc tính toán để xác định chuyển yếu tố công trình từ thiết kế thực địa; theo dõi, kiểm tra trình thi công công trình (trên mặt đất dới hầm lò) theo yêu cầu thiết kế Khái niệm bố trí công trình, thực chất cắm yếu tố hình học công trình thực địa Trắc địa phải nghiên cứu kỹ thiết kế, phải hiểu đợc công dụng công trình phải xác định yếu tố hình học công trình cần phải bố trí Việc bố trí yếu tố công trình từ thiết kế thực địa tiến hành nhiều phơng pháp Trắc địa phải nắm đợc yêu cầu độ xác công trình, để từ mà chọn phơng pháp dụng cụ thích hợp, thoả mãn yêu cầu kỹ thuật kinh tế 7.2 Xác định yếu tố công trình từ thiết kế Để có số liệu bố trí thực địa, yếu tố công trình phải đợc xác định từ thiết kế ba phơng pháp sau đây: - Phơng pháp giải tích, - Phơng pháp đồ giải, - Phơng pháp giải tích - đồ giải Trong phơng pháp giải tích, số liệu thiết kế đợc xác định, thông qua tính toán: Ví dụ 1: Cho hai điểm biết toạ độ A B Phải xác định góc phơng vị AB, chiều dài dAB, góc nghiêng vAB chiều dài nghiêng cạnh AB Giải: Góc phơng vị cạnh AB: tg AB = d AB = YB YA XB XA YB YA X B X A = = sin AB cos AB ( YB YA ) + ( XB XA ) Góc nghiêng cạnh AB: 119 tgv AB = HB HA d AB (7.1) Chiều dài nghiêng cạnh AB: l= Hoặc là: l= d AB cos AB ( YB YA ) (7.2) + ( XB XA ) + ( HB HA ) 2 Ví dụ 2: Xác định góc hai cạnh AB AC Giải: Từ toạ độ điểm A, B, C tính góc phơng vị AB AC Hiệu góc phơng vị góc cần tìm (hình 7.1) = AB AC (7.3) Hình7.1 Xác định góc Ví dụ 3: Xác định toạ độ điểm cắt hai đờng thẳng AB CD, cho biết toạ độ bốn điểm A, B, C, D Giải: Phơng trình đờng thẳng AB CD có dạng: Phơng trình đờng thẳng AB: YP YA Y YA = B XP XA XB XA (7.4) Phơng trình đờng thẳng CD: YP YC Y YC = D XP XC XD XC 120 (7.5) Hình 7.2 Xác định toạ độ điểm giao hai đờng thẳng Giải hệ phơng trình (7.4) (7.5) xác định đợc toạ độ điểm cắt P hai đờng thẳng AB CD X P = X A + ( X P X A ) = X D + (X P X D ) YP = YA + ( YP YA ) = YD + (YP YD ) (7.6) Trong đó: ( XP XA ) = ( XP XD ) = ( YD YA ) (X D X A ).tg AB tg AB tg CD ( YD YA ) (X D X A ).tg CD tg AB tg CD ( YP YA ) = ( X P X D ) tg AB ( YP YD ) = ( X P X D ) tg CD Trong trờng hợp số liệu đầy đủ để tính toán, yếu tố công trình đợc xác định phơng pháp đồ giải từ đồ, vẽ Ví dụ 4: Giả sử phải xác định góc hai cạnh AB CD (hình 7.3) Hình 7.3 Xác định góc phơng pháp tg góc 121 Trên cạnh AB, đặt hai đoạn AE AF có giá trị chẵn Từ E F kẻ đ ờng vuông góc với AC cắt AB E F Đo chiều dài AE AF; EE FF Góc đợc xác định từ công thức: tg1 = EE ' AE tg2 = FF' AF = + 2 (7.7) Ví dụ đợc giải cách khác, phổ biến thực tế: Từ điểm A vẽ hai cung tròn bán kính r r2 (hình 7.4), chắn hai cạnh AB AC bốn điểm EE', FF' Đo khoảng cách EE' FF' Hình 7.4 Xác định góc phơng pháp dây cung Góc tính từ công thức: sin EE ' = 2r1 sin FF' = 2r2 = + 2 (7.8) So với phơng pháp giải tích, phơng pháp đồ giải cho độ xác thấp Sai số xác định yếu tố phụ thuộc vào độ xác đồ (bình đồ) tỷ lệ chúng Trong thực tế, thông thờng ngời ta sử dụng phơng pháp giải tích - đồ giải kết hợp, phận số liệu gốc đợc lấy từ đồ, vẽ phơng pháp đồ giải, số liệu lại đợc xác định phơng pháp giải tích 122 7.3 Bố trí yếu tố công trình từ thiết kế thực địa 7.3.1 Bố trí chiều dài Tuỳ thuộc vào điều kiện địa hình, chiều dài đợc bố trí thực địa theo phơng pháp khác nhau, sau giới thiệu phơng pháp tiêu biểu: Trờng hợp chiều dài cần phải bố trí không lớn, điều kiện địa hình phẳng có góc nghiêng cố định Giả sử phải bố trí thực địa chiều dài d0 từ điểm A đến điểm B (hình 7.5) Do dụng cụ đo không hoàn toàn xác, điều kiện đo thay đổi, nên để đo từ điểm A chiều dài d0 cần phải đo đoạn lớn d0, giá trị d d = d + d d = d1 + d + d Trong đó: d1- số hiệu chỉnh kiểm nghiệm thớc, d2- số hiệu chỉnh nhiệt độ, d3 - số hiệu chỉnh độ nghiêng địa hình Hình 7.5 Bố trí chiều dài thực địa Nếu chiều dài đợc bố trí địa hình phẳng, số hiệu chỉnh độ nghiêng địa hình đợc bỏ qua, lúc đó: d = d + d1 + d Nếu góc nghiêng lớn 50 phải dùng máy kinh vĩ đo góc nghiêng v, chiều dài cần phải bố trí thực địa bằng: d= d0 + d1 + d cos v Trong trờng hợp biết độ chênh cao hai điểm A B h, thì: d = d 02 + h + d1 + d 123 7.3.2 Bố trí góc Góc phải đợc bố trí máy kinh vĩ kiểm nghiệm Để loại trừ ảnh hởng sai số 2i 2c góc đợc bố trí hai vị trí ống kính Giả sử cho trớc cạnh AB, cần phải bố trí thực địa cạnh AC tạo với AB góc Đặt máy kinh vĩ điểm A, lấy hớng chuẩn điểm B, quay máy bàn độ số đọc góc Trên hớng tia ngắm, ta đánh dấu điểm C1 (hình 7.6) Hình7.6 Bố trí góc thực địa Đảo ống kính qua trục quay nó, bố trí góc vv vị trí thứ hai ống kính Quá trình thao tác tiến hành tơng tự nh xác định đợc điểm C2 Chia đôi đoạn C1C2 đợc điểm C, mà góc BAC = cần phải bố trí Sau bố trí, góc đợc đo lại Nếu độ chênh góc thực tế thiết kế lớn giới hạn cho phép việc bố trí góc phải tiến hành lại Góc bố trí phơng pháp xác hơn, sau đây: vị trí thứ ống kính bố trí góc thực địa giống nh trình bày đây, xác định đợc điểm C Sau đó, đo lại góc BAC so sánh giá trị góc đo với góc thiết kế: BAC' = Để tìm vị trí điểm C mà góc BAC = , phải tính đoạn x = CC " AC' x= " Từ C' đặt x vuông góc với cạnh AC' xác định đợc điểm C điểm cần tìm Đoạn x đặt bên phải bên trái cạnh AC' phụ thuộc vào dấu (hình 7.6) 7.3.3 Bố trí điểm biết toạ độ Trong công tác điều tra bản, thăm đò khai thác khoáng sản nhiều trờng hợp phải bố trí điểm biết toạ độ nh toạ độ tâm giếng khoan, toạ độ điểm thăm dò, v.v Tuỳ theo thể loại công trình, điều kiện đo đạc yêu cầu độ xác, điểm biết toạ độ có 124 thể đợc bố trí thực địa nhiều phơng pháp khác Sau số phơng pháp phổ biến: a) Phơng pháp toạ độ cực Phơng pháp đợc sử dụng để bố trí điểm mạng lới khống chế trắc địa lân cận điểm đờng chuyền kinh vĩ Giả sử phải bố trí thực địa điểm lỗ khoan L có toạ độ theo thiết kế XL YL Điểm lỗ khoan L đợc bố trí thực địa cách dựng góc chiều dài d thực địa (hình 7.7) Trị số d xác định cách giải toán nghịch, nh sau: Tính góc phơng vị cạnh A-L A-B: tg A L = YL YA YL YA , A L = arctg XL XA XL XA tg A B = YB YA YB YA , A B = arctg XB XA XB XA Góc : = A B A L Chiều dài dAL: d A L = YL YA X L X A = sin A L cos A L Hình7.7 Bố trí điểm biết toạ độ phơng pháp toạ độ cực Đặt máy kinh vĩ điểm A, ngắm chuẩn điểm B, đặt bàn độ ngang góc , hớng tia ngắm, đặt từ điểm A khoảng cách nằm ngang d A-L xác định đợc điểm L cần tìm Để nâng cao độ xác, lỗ khoan L đợc bố trí lần từ điểm B b) Phơng pháp giao hội góc Dựa vào toạ độ hai điểm khống chế trắc địa điểm A, B, toạ độ điểm lỗ khoan L ta tính góc phơng vị AB, AL BA, BL Sau tính góc 125 = AB AL = BL BA Trên thực địa, đặt máy kinh vĩ điểm A B, đặt góc xác định đợc hai hớng A-L B-L Giao điểm hai hớng điểm L cần tìm (hình 7.8) Hình 7.8 Bố trí điểm biết toạ độ phơng pháp giao hội góc c) Phơng pháp giao hội cạnh Phơng pháp giao hội cạnh dựa việc xác định điểm L, điểm cắt hai cung tròn có bán kính d1 d2 vẽ từ tâm A B Giá trị d d2 đợc tính từ toạ độ ba điểm A, B L d1 = ( YL YA ) + ( XL XA ) d2 = ( YL YB ) + ( XL XB ) Hình 7.9 Bố trí điểm biết toạ độ phơng pháp giao hội cạnh Phơng pháp sử dụng giá trị d1 d2 ngắn chiều dài thớc thép điều kiện địa hình phẳng, thuận tiện cho việc đo chiều dài 126 7.3.4 Bố trí điểm biết độ cao Giả sử phải bố trí thực địa điểm B có độ cao HB cho trớc, theo thiết kế Muốn bố trí đợc điểm B cần dựa vào mức độ cao A biết độ cao H A thực địa (hình 7.10) Đặt máy thuỷ bình hai điểm A B, đọc số mia đặt điểm A Gọi số đọc mia đặt điểm A a, ta xác định đợc độ cao Hm tia ngắm máy thuỷ bình là: Hm = HA + a Nếu độ điểm B HB số đọc b mia đặt B là: b = H m HB Hình 7.10 Bố trí điểm biết độ cao thực địa Di chuyển theo chiều thẳng đứng dây màng dây chữ thập số đọc mia b, chân mia vị trí điểm B cần tìm 7.3.5 Bố trí trục thẳng trục nghiêng thực địa Bố trí trục thẳng Giả sử phải bố trí thực địa trục thẳng 1-4, cho biết toạ độ điểm X 1, Y1 góc phơng v trục l 1-4 Để bố trí trục cần phải dựa vào điểm khống chế trắc địa A B có toạ độ xác định thực địa Đặt máy kinh vĩ điểm A, đo góc BA1 = 1, từ điểm A đo chiều dài A-1 = d xác định đợc điểm l điểm đầu trục Chuyển máy kinh vĩ đến điểm l, đo góc A14 = xác định đợc hớng trục 1-4 Trong trờng hợp phải kéo dài trục 1-4, ta đặt máy kinh vĩ điểm đặt góc 1800 hai vị trí ống kính (hình 7.11) Giá trị góc 1, chiều dài d đợc xác định phơng pháp giải tích phơng pháp đồ giải từ thiết kế bình đồ tổng hợp, tuỳ vào độ xác yêu cầu 127 Hình 7.11 Bố trí trục thẳng thực địa Bố trí trục nghiêng Trong thực tế có trờng hợp phải bố trí trục nghiêng Giả sử từ điểm A cần phải bố trí trục AB, nghiêng so với mặt phẳng nằm ngang góc v, cho biết khoảng cách nằm ngang hai điểm A B D Giả sử biết độ cao điểm A H A độ cao điểm B là: H B = H A + H AB H B = H A + D.tgv Biết độ cao điểm B ta bố trí điểm thực địa theo phơng pháp trình bày Nh vậy, bố trí đợc trục nghiêng A-B xác định hai điểm A B hai độ cao khác Trong thực tế, để phục vụ cho công tác thi công xây dựng đòi hỏi phải bố trí điểm trung gian 1, 2, 3, trục nghiêng A-B Muốn vậy, đặt máy kinh vĩ điểm A ngắm lên mia điểm B cho màng dây chữ thập số đọc mia độ cao i m máy Trên đờng AB ta bố trí cọc trung gian 1, 2, 3, cho số đọc mia đặt điểm chiều cao im máy (hình 7.12) chân mia điểm 1, 2, cần tìm Hình 7.12 Bố trí trục nghiêng thực địa 7.4 Qui hoạch mặt công nghiệp Qui hoạch mặt công nghiệp tạo bề mặt phẳng để xây dựng nhà cửa, công trình công nghiệp, đờng giao thông, v.v Mặt công nghiệp 128 nằm ngang nghiêng so với mặt phẳng nằm ngang góc Nội dung công tác trắc địa phục vụ qui hoạch mặt công nghiệp bao gồm công việc sau đây: 1/ Bố trí thực địa biên giới mặt công nghiệp 2/ Thành lập mạng lới thi công xây dựng phạm vi mặt công nghiệp 3/ Xác định độ cao điểm mạng lới thi công xây dựng 4/ Xác định hiệu độ cao độ cao thiết kế độ cao thực tế điểm mạng lới thi công xây dựng 5/ Xác định khối lợng cần phải đào đắp vào mặt công nghiệp 6/ Đo vẽ hoàn công mặt công nghiệp qui hoạch Mặt công nghiệp đợc thiết kế đồ địa hình bình đồ tổng hợp Biên giới mặt công nghiệp đợc vạch rõ thiết kế Nhiệm vụ trắc địa phải bố trí biên giới mặt thiết kế thực địa Để giải đ ợc nhiệm vụ đó, trắc địa phải thành lập đờng chuyền kinh vĩ khép kín, bao quanh khu vực mặt công nghiệp Thông qua đo đạc tính toán xác định toạ độ điểm đờng chuyền kinh vĩ Các điểm sở để bố trí yếu tố, xác định xác biên giới mặt công nghiệp, v.v Để bố trí yếu tố công trình, phải xây dựng lới thi công Lới thi công tập hợp điểm đợc bố trí phạm vi mặt công nghiệp Tuỳ thuộc vào địa hình mà l ới thi công thành lập theo dạng lới hình chữ nhật lới ô vuông Thông thờng, cạnh ô chữ nhật ô vuông có chiều dài từ 10-30 mét tuỳ thuộc vào địa hình diện tích lớn nhỏ mặt qui hoạch (hình 7.13) Các điểm lới thi công đợc bố trí cọc gỗ có đóng đinh nhỏ làm tâm Sau bố trí xong lới thi công thực địa, ta tiến hành đo cao hình học để xác định toạ độ cao điểm lới Nếu gọi độ cao thực tế điểm lới xây dựng H1, H2, H3, v.v độ cao thiết kế mặt công nghiệp H0, hiệu độ cao chúng bằng: H1 = H1 H H = H H H n = H n H Nếu H mang dấu dơng (nghĩa độ cao thực tế lớn độ cao thiết kế) điểm cần phải đào đi; H mang dấu âm (nghĩa độ cao thực tế nhỏ độ cao thiết kế) cần phải đắp vào Từ số liệu xác định khối lợng cần phải đào đắp vào cho ô vuông Bộ phận thi công dựa vào để san gạt đào đắp, chuyển khu đất gồ ghề lồi lõm thành bề mặt phẳng có độ cao theo thiết kế thích hợp cho việc xây dựng nhà cửa, đờng giao thông, công trình công nghiệp, v.v 129 Hình 7.13 Quy hoạch mặt công nghiệp 7.5 Công tác bố trí chi tiết công trình Nhà cửa công trình công nghiệp đợc xây dựng mặt công nghiệp Trắc địa có nhiệm vụ phải bố trí yếu tố hình học chúng thực địa cách xác bảo đảm cho công tác thi công theo yêu cầu thiết kế Công tác bố trí yếu tố chi tiết nhà cửa công trình thực địa phải dựa vào sơ đồ riêng cho loại Sơ đồ đợc vẽ lại từ bình đồ thiết kế tổng hợp Trên sơ đồ cần ghi rõ số liệu cần thiết cho công tác bố trí nh: toạ độ điểm, góc bằng, chiều dài, độ cao, v.v(hình 7.14) Khi bố trí nhà công trình thực địa ta bố trí tâm trục Từ tâm trục để bố trí chi tiết khác Hình vẽ minh hoạ trờng hợp bố trí móng nhà Trên hình vẽ: tâm móng nhà giao điểm hai trục KM LN Công tác bố trí móng nhà đợc tiến hành sau: Đặt máy kinh vĩ điểm A bố trí thực địa góc A chiều dài dA (phơng pháp toạ độ độc cực) ta xác định đợc điểm Đặt máy kinh vĩ điểm bố trí góc (0 + 900) xác định đợc hai trục KM LN móng nhà Để phục vụ lâu dài việc theo dõi, kiểm tra trình thi công, điểm K, M, N, L cần bố trí xa phạm vi móng nhà tránh bị phá hoại dịch chuyển ảnh hởng công tác thi công xây dựng 130 Hình 7.14 Sơ đồ bố trí móng nhà Từ điểm dọc theo trục đặt chiều dài dk, dn, dm, dl (số liệu ghi sơ đồ theo thiết kế) ta xác định điểm k, l, m, n Từ điểm k, l, m, n dùng phơng pháp giao hội góc phơng pháp toạ độ độc cực xác định điểm I, II, III, IV Bằng cách để bố trí trục móng nhà Từ trục móng nhà, dựa theo số liệu kích thớc móng để bố trí chi tiết khác nh biên giới tờng, biên giới hố móng, v.v Hình 7.15 Đánh dấu đờng biên móng nhà 131 Đờng biên móng nhà đợc giới hạn dây căng điểm đánh dấu cọc ngựa, phận thi công dựa vào để đào xây móng Giao điểm dây xác định góc móng nhà Khi cần kiểm tra phải dùng dây dọi treo điểm cắt (hình 7.15) Trong trình thi công, trắc địa phải thờng xuyên kiểm tra kích thớc, độ sâu móng Trong trờng hợp cần thiết, phải tiến hành đo cao hình học xác định độ cao móng, điều chỉnh sai lệch bảo đảm độ cao qui định thiết kế 132 Mục lục Trang 133 [...]... diễn địa hình và địa vật trên bản đồ Khi đo vẽ bản đồ, các đối tợng trên mặt đất đợc khái quát thành hai loại: địa vật và địa hình Địa vật là các công trình tự nhiên hoặc nhân tạo nh nhà cửa, ao hồ, sông ngòi, đờng sá, cầu cống, tháp khoan, hào, giếng thăm dò khảo sát địa chất, v.v Địa hình là dáng đất, là sự cao thấp lồi lõm của bề mặt đất Tùy theo mục đích sử dụng, tỷ lệ bản đồ, phạm vi thể hiện, địa. .. vi thể hiện, địa hình và địa vật có thể đợc biểu diễn bằng các phơng pháp khác nhau Biểu diễn địa hình: 1 Phơng pháp kẻ vân: trong bản đồ cổ, địa hình đợc biểu diễn bằng những đờng kẻ có chiều dài và mật độ khác nhau Địa hình bằng phẳng hoặc dốc thoải đợc thể hiện bằng nét vân mảnh, dài, xa nhau; địa hình dốc đứng - nét vân đậm, ngắn và sít nhau; các nét vân h ớng theo dốc địa hình 2 Phơng pháp tô... o o o R = 180o - o 1.11 Hai bài toán cơ bản trong trắc địa 1.11.1 Bài toán thuận - xác định tọa độ của một điểm Cho một điểm A đã biết toạ độ: A(XA, YA), góc phơng vị cạnh AB: AB và chiều dài cạnh AB: dAB Tính toạ độ điểm B: (XB, YB) Từ hình 1.17 ta có: X B = X A + X AB = X A + d AB cos AB YB = YA + YAB = YA + d AB sin AB 16 (1.2) Hình 1.17 Bài toán thuận 1.11.2 Bài toán nghịch - xác định chiều... Cho đến nay, phơng pháp số bình phơng nhỏ nhất là nguyên lý cơ bản giúp ta tìm đợc trị tin cậy nhất của đại lợng cần tìm và giải các bài toán bình sai, đánh giá độ chính xác phép đo trong công tác trắc địa 31 Chơng 3 Các phép đo cơ bản 3.1 Đo góc 3.1.1 Khái niệm về góc bằng và góc đứng Trong trắc địa, phân biệt hai loại góc: Góc bằng trong mặt phẳng nằm ngang và góc đứng trong mặt phẳng thẳng đứng a)... thông tin địa lý 1.12.1 Khái niệm về hệ thông tin địa lý Theo Viện Nghiên cứu Hệ thống Môi trờng (Environmental System Reseach InstituteESRI): Hệ thống thông tin địa lý (Geographic Information System-GIS) đợc định nghĩa là một hệ thống bao gồm phần cứng, phần mềm, dữ liệu và con ngời nhằm cập nhật, lu trữ, xử lý, phân tích và hiển thị các thông tin địa lý trên bề mặt trái đất 17 Hệ thông tin địa lý (GIS)... số liệu GPS, v.v các thông tin sẽ đ ợc tổ chức theo các lớp (layer) dới dạng bản đồ chuyên đề Nh vậy, lớp thông tin là các dữ liệu địa lý về một đối tợng địa lý cần phải thể hiện, lu trữ và quản lý Đối tợng địa lý có thể là: sông ngòi, sự phân bố khoáng sản, địa hình, địa mạo, hiện trạng sử dụng đất, các đứt gãy kiến tạo, mật độ dân c, v.v (hình 1.20) Tùy vào mục đích sử dụng, yêu cầu quản lý, các... - Mốc cố định, mốc tạm thời - Đứt gãy - Giếng đứng khai thác than - Đờng sắt - Lỗ khoan thăm dò địa chất - Biên giới L4 - Địa giới xã, thị trấn Hình 1.14 Ký hiệu địa vật trên bản đồ Địa vật đợc biểu diễn bằng hệ thống ký hiệu (hình 1.14) Tùy theo mục đích sử dụng, tỷ lệ bản đồ và tính chất của đối tợng, địa vật có thể đợc biểu diễn bằng ký hiệu có tỷ lệ hoặc ký hiệu không tỷ lệ Hệ thống ký hiệu đợc... ảnh hởng một cách có hệ thống, mang tính tích luỹ đến kết quả của đại lợng đo Ví dụ: một thớc thép có chiều dài danh nghĩa là 20 m So với thớc chuẩn, nó bị sai một đại lợng a Nếu dùng thớc thép đó để đo đoạn thẳng D, kết quả phép đo sẽ chứa một đại lợng sai số hệ thống: = (D/20).a (m) Trong cùng một điều kiện đo, sai số hệ thống là một đại lợng không đổi; trị số và sự xuất hiện tuân theo một quy luật... mức có cùng độ cao - Đờng đồng mức liên tục, khép kín, không cắt nhau - Những nơi đờng đồng mức xa nhau, ở đó địa hình thoải; những nơi đờng đồng mức sít nhau, địa hình dốc Các đờng đồng mức trùng lên nhau thể hiện địa hình dốc đứng - Hớng vuông góc với đờng đồng mức có độ dốc lớn nhất Biểu diễn địa vật: - Nơi khai thác than bùn - Mỏ đã khai thác - Lò nung A 26.234 1 0 1 50.123 0 240.12 25.45 140.12 125.45... ngợc lại, khi hớng ngắm ở dới đờng nằm ngang góc đứng có giá trị âm Ngoài góc đứng, trong trắc địa còn dùng góc thiên đỉnh Góc thiên đỉnh là góc tạo bởi phơng của dây dọi và hớng ngắm Tổng của góc thiên đỉnh và góc đứng bằng 90o Ký hiệu góc thiên đỉnh là Z và góc đứng là V, ta có (hình 3.2): Z + V = 900 Trong trắc địa, việc đo góc bằng và góc đứng (hoặc góc thiên đỉnh) đợc thực hiện bằng máy kinh vĩ 3.1.2 ... cho nội dung cụ thể nh trắc địa công trình, trắc địa mỏ, đo đạc địa chính, v.v 1.2 Tóm tắt lịch sử phát triển ngành trắc địa Từ cổ xa, ngời biết sử dụng kiến thức trắc địa vào đời sống Cách gần... nay, trắc địa trở thành khoa học hoàn chỉnh, ngày đợc mở rộng nội dung hoàn thiện lý luận Một cách tổng quát, trắc địa đợc chia làm hai hớng chính: trắc địa cao cấp (Geodetic surveying) trắc địa. .. trắc địa cao cấp (Geodetic surveying) trắc địa ứng dụng (Plane surveying - trớc gọi trắc địa địa hình) Trắc địa cao cấp chuyên nghiên cứu hình dạng, kích thớc, trọng trờng Trái Đất; xây dựng mạng