Đang tải... (xem toàn văn)
Trong những năm gần đây các công trình xây dựng như: công trình cầu, công trình công nghiệp - dân dụng, công trình thủy lợi, thủy điện được xây dựng ngày càng rộng rãi. Để đáp ứng được các yêu
Khoa Trắc địa Đồ án tốt nghiệpCao Bá Hạ -1- Lớp Trắc địa B-K48mục lụcTrangMục lục 1Mở đầu 2Chương 1 Tổng quan về lưới khống chế trắc địa côngtrình . 31.1 Một số đặc điểm của lưới khống chế trắc địa công trình 31.2 Nguyên tắc ước tính lưới trắc địa công trình . 81.3 Lựa chọn hệ toạ độ và mặt chiếu cho lưới trắc địa công trình 131.4 Tính chuyển toạ độ 161.5 Lưới khống chế thi công công trình . 22Chương 2 Khảo sát phương pháp bình sai lưới tự do . 282.1 Khái niệm chung về lưới trắc địa tự do 282.2 Định vị lưới . 322.3 Một số tính chất cơ bản của kết quả bình sai lưới tự do . 332.4 Nhận xét về bình sai lưới tự do . 37Chương 3 ứng dụng phương pháp bình sai lưới trắc địatự do để xử lý lưới thi công công trình . 393.1 Thuật toán xử lý số liệu lưới thi công 393.2 Lập chương trình bình sai . 573.3 Tính toán thực nghiệm 62Kết luận . 69phụ lục . 70Tài liệu tham khảo 87 Khoa Trắc địa Đồ án tốt nghiệpCao Bá Hạ -2- Lớp Trắc địa B-K48Mở đầuTrong những năm gần đây các công trình xây dựng như: công trình cầu,công trình công nghiệp - dân dụng, công trình thủy lợi, thủy điện được xâydựng ngày càng rộng rãi. Để đáp ứng được các yêu cầu của công trình thìcông tác trắc địa đóng vai trò quan trọng ngay từ giai đoạn khảo sát, thiết kế,thi công công trình đến khi công trình bắt đầu đi vào sử dụng và ổn định.Các mạng lưới trắc địa công trình thường có tính đặc thù cao, vì vậycùng với việc đo đạc chính xác (lựa chọn dụng cụ máy móc và phương phápđo) thì việc nghiên cứu phương pháp tính toán, quy trình xử lý số liệu mộtcách hợp lý, phù hợp với đặc điểm và bản chất của lưới trắc địa công trình làrất cần thiết.Được sự hướng dẫn của thầy giáo TS. Nguyễn Quang Phúc tôi đã lựachọn đề tài tốt nghiệp: Khảo sát phương pháp bình sai lưới trắc địa tự do vàứng dụng trong xử lý lưới thi công công trìnhTrong đề tài chúng tôi đã đặt ra và khảo sát, nghiên cứu các nội dungsau:Chương 1: Tổng quan về lưới khống chế trong trắc địa công trình.Chương 2: Khảo sát phương pháp bình sai lưới tự do.Chương 3: ứng dụng phương pháp bình sai lưới trắc địa tự do để xử lý lưới thicông công trình.Kết luận.Hà Nội, tháng 6 - 2006Sinh viênCao Bá Hạ Khoa Trắc địa Đồ án tốt nghiệpCao Bá Hạ -3- Lớp Trắc địa B-K48Chương 1Tổng quan về lưới khống chếtrắc địa công trình1.1. Một số đặc điểm của lưới khống chế trắc địa côngtrình1.1.1. Lưới khống chế mặt bằngLưới khống chế được lập trên khu vực xây dựng công trình công nghiệp,thành phố, khu vực xây dựng cầu cảng, đường hầm là cơ sở trắc địa phục vụcho khảo sát thiết kế, thi công xây dựng và cho khai thác sử dụng công trình.Theo mục đích thành lập lưới trắc địa công trình có thể được phân thành3 nhóm: Lưới khảo sát công trình, lưới thi công công trình, lưới quan trắcchuyển dịch và biến dạng công trình.Trong giai đoạn khảo sát , người ta phải nghiên cứu tổng hợp các điềukiện tự nhiên của vùng xây dựng, thu thập các số liệu về địa hình, địa mạo, địachất công trình, địa chất thủy văn, khí tượng,để có giải pháp kỹ thuật hợp lýtrong thiết kế xây dựng công trình. Đề xuất các yêu cầu và tiến hành thành lậplưới khống chế trắc địa khu vực, đo vẽ bản đồ địa hình tỉ lệ trung bình, đo vẽmặt cắt địa hình theo các tuyến công trình, phục vụ cho giai đoạn thiết kế. ởgiai đoạn thiết kế cần lập bản đồ địa hình, mặt cắt tỷ lệ lớn để thiết kế chi tiết.Chuẩn bị phương án trắc địa để chuyển thiết kế ra thực địa.Trong giai đoạn thi công, phải tiến hành công tác xây dựng lưới cơ sởtrắc địa phục vụ cắm công trình, chuyển thiết kế ra thực địa đúng vị trí, kíchthước đã thiết kế. Mặt khác phải theo dõi thi công hàng ngày để đảm bảo cáccông trình có kết cấu đúng thiết kế. Sau khi hoàn thành công trình cần đo vẽhoàn công để kiểm tra vị trí, kích thước công trình đã xây dựng.Công tác trắc địa phục vụ quan trắc biến dạng công trình gồm đo độ lúnnền móng, xác định độ xê dịch vị trí mặt bằng và độ nghiêng của công trình.ở nước ta lưới trắc địa công trình là một bộ phận của hệ toạ độ quốc giaVIệT NAM được mô tả như (Hình1.1) Khoa Trắc địa Đồ án tốt nghiệpCao Bá Hạ -4- Lớp Trắc địa B-K48Hình 1.1 Phân loại lưới khống chế trắc địa mặt bằngLưới trắc địa mặt bằngLưói nhà nướcLưói khu vựcLưói đo vẽLưói địa chínhLưói TĐCTHạng IHạng IIHạng IIIHạng IVGiải tích IGiải tích IIĐa giăcĐường chuyềnTam giác nhỏGiao hộiĐịa chính cơ sởĐịa chính IĐịa chính IILưới khảo sát CTLưới thi công CTLưới quan trắcbiến dạng Khoa Trắc địa Đồ án tốt nghiệpCao Bá Hạ -5- Lớp Trắc địa B-K48Tuy mục đích thành lập có khác nhau nhưng nhìn chung, lưới trắc địacông trình chủ yếu vẫn được lập theo các phương pháp truyền thống đã biếtnhư: phương pháp tam giác, đa giác hay giao hội. Ngoài ra lưới trắc địa côngtrình còn được thành lập theo các phương pháp đặc biệt như lưới tứ giác khôngđường chéo, lưới ô vuông xây dựng, lưới tam giác nhỏ đo oàn cạnh độ chínhxác cao, lưới những tam giác bẹt Hiện nay, công nghệ GPS đã từng bướcđược ứng dụng trong trắc địa công trình ở nước ta nhưng nhìn chung, việc lậplưới trắc địa công trình bằng các trị đo mặt đất vẫn đang chiếm vị trí chủ yếu.Độ chính xác của lưới trắc địa công trình được quy định Tuỳ thuộc vàonhững yêu cầu và nhiệm vụ cụ thể mà nó phải giải quyết tuỳ theo từng giaiđoạn khảo sát thiết kế, thi công xây dựng và khai thác sử dụng.Vị trí mật độ và số lượng các điểm khống chế tuỳ thuộc mục đích thànhlập và đặc điểm kỹ thuật của từng loại công trình.Theo độ chính xác lưới trắc địa công trình được phân thành hai trườnghợp:+ Trường hợp 1: Lưới trắc địa công trình có độ chính xác tương đương lưới đovẽ bản đồ (thường gặp trong thời kỳ khảo sát công trình để đo vẽ địa hìnhcông trình).Trong trường hợp này cơ sở để ước tính sai số trung phương của bậc lướicấp cuối cùng (lưới đo vẽ) so với lưới khu vực hoặc nhà nước không vượt quá 0, 2 mm.M. Lưới trắc địa công trình lúc này có thể phát triển dựa trên cácđiểm của lưới nhà nước theo nguyên tác chung từ tổng quát đến chi tiết.+ Trường hợp 2: Lưới trắc địa công trình có yêu cầu độ chính xác cao hơn hẳnso với lưới đo vẽ bản đồ (thường gặp trong giai đoạn thi công, sử dụng côngtrình). Trong trường hợp này cần phải lập lưới chuyên dùng cho công trình.Trong trường hợp thứ nhất lưới trắc địa công trình được phát triển theonguyên tắc chung từ tổng quát đến chi tiết và lấy các điểm khống chế nhànước làm cơ sở (coi các điểm đó không có sai số). Cơ sở ước tính độ chính xáccho lưới trắc địa công trình lúc này là sai số trung phương vị trí điểm yếu bậclưới cấp cuối cùng so với các điểm của lưới bậc cao không quá 0, 2 mm.M. Khoa Trắc địa Đồ án tốt nghiệpCao Bá Hạ -6- Lớp Trắc địa B-K48Trong trường hợp thứ hai các điểm của lưới nhà nước nếu có trên khu vựcchỉ được sử dụng như là số liệu để định hướng và định vị cho lưới trắc địacông trình.1.1.2. Lưới khống chế độ caoLưới khống chế độ cao được lập trên khu vực xây dựng công trình là cơsở trắc địa phục vụ cho đo vẽ địa hình công trình, cho thi công công trình vàcho quan trắc chuyển dịch biến dạng công trình.Lưới độ cao trắc địa công trình cố thể được thành lập theo các dạng sau:Phương pháp thủy chuẩn hình học tia ngắm ngắn, phương pháp đo cao lượnggiác tia ngắm ngắn, phương pháp thủy chuẩn thủy tĩnh.Chính vì mục đích hành lập như trên nên lưới độ cao trắc địa công trìnhcũng có những đặc điểm khác so với lưới độ cao nhà nước:Thứ nhất: Cấp hạng lưới khống chế độ cao được quy định tuỳ thuộc vào diệntích khu vực xây dựng công trình:Bảng 1.1Thứ hai: để phục vụ cho đo vẽ địa hình công trình thì lưới độ cao trắc địacông trình được phát triển dựa trên các điểm của lưới độ cao nhà nước theonguyên tắc từ tổng quát đến chi tiết.Thứ ba: để thi công công trình, lưới độ cao cần phải được xây dựng tuỳthuộc vào đặc điểm và yêu cầu kỹ thuật của từng loại công trình, và điểm quantrọng là phải được đo nối với lưới độ cao nhà nước.Thứ tư: so với lưới nhà nước thì mật độ các điểm lưới trắc địa công trìnhdày hơn, do đó chiều dài được rút ngắn. Để thấy rõ ta tìm hiểu một số chỉ tiêucủa lưới độ cao trắc địa công trình:Diện tích xây dựng Cấp hạng thủy chuẩn> 500 km2I, II, III, IV50500 km2II, III, IV1050 km2III, IV< 10 km2IV Khoa Trắc địa Đồ án tốt nghiệpCao Bá Hạ -7- Lớp Trắc địa B-K48Bảng 1.21.2. Nguyên tắc ước tính lưới trắc địa công trìnhTrên cơ sở những tài liệu thu thập được và yêu cầu độ chính xác bố trícông trình ta dự tính độ chính xác cho lưới và tiến hành ước tính độ chính xáclưới. Có hai phương pháp ước tính độ chính xác các yếu tố của mạng lưới làphương pháp ước tính chặt chẽ và phương pháp gần đúng.1.2.1. Phương pháp ước tính gần đúngTrước kia, khi các phương tiện phục vụ công tác đo đạc và tính toán lướichưa nhiều thì người ta thường thiết kế lưới theo một số dạng đồ hình mẫu nhưchuỗi tam giác, lưới đa giác trung tâm, lưới đường chuyền và sử dụng cáccông thức lập sẵn trên cơ sở bài toán bình sai điều kiện và chỉ tập trung xemxét một số yếu tố đặc trưng ở vị trí yếu nhất của mạng lưới. Ví dụ như khi ướctính độ chính xác của chuỗi tam giác, đa giác trung tâm, người ta thiết kếlưới theo dạng đồ hình mẫu đơn giản và sủ dụng các công thức được lập sẵntheo dạng những đồ hình đó. Sau đây là một số ví dụ.Chỉ tiêu kỹ thuật Cấp hạng thủy chuẩnHạng II Hạng III Hạng IVChiều dài lớn nhất (km):- Giữa các điểm gốc: 40/270 15/65 4/15(công trình/nhà nước)- Giữa các điểm nút: 10/140 3/25 2/6(công trình/nhà nước)Khoảng cách giữa các mốc thuỷchuẩn (km):- Khu vực xây dựng: 2 0.2 0.20.5- Khu vực chưa xây dựng: 5 0.8 0.52.0Sai số khép giới hạn của tuyến: 5L10L20L( L tính km) (mm) (mm) (mm) Khoa Trắc địa Đồ án tốt nghiệpCao Bá Hạ -8- Lớp Trắc địa B-K481.2.1.1. ước tính độ chính xác chuỗi tam giácHình 1.2 Đồ hình chuỗi tam giácVới chuỗi tam giác có dạng như Hình 2.1 thì độ chính xác các yếu tố ở vịtrí yếu nhất được đặc trưng bởi các sai số:Sai số trung phương chiều dài cạnh yếu:Ký hiệu: m1Slà sai số trung phương chiều dài cạnh EF tính theo đường (1)m2Slà sai số trung phương chiều dài cạnh EF tính theo đường (2)Lúc đó trọng số chiều dài cạnh EF được tính theo nguyên tắc cộng trọng số.PEF= P1+ P2=221sm+222sm=2.22222121.ssssmmmm Sai số trung phương chiều dài cạnh EF:mEFS=EFP= 222122.ssssmmmm(1.1)2lg1sm=)( 322222CBAm =Rm 322m1S, m2Sđược xác định thông qua sai số trung phương loga chiều dài cạnh:6lg10 SmmsSi(1.2) = mvới mlà sai số trung phương đo góc dự kiến.Sai số trung phương phương vị cạnh yếu: nếu đo hai đầu thì phương vịyếu nhất là phương vị cạnh ở giữa. Tương tự như trên, gọi21,mmlà sai sốtrung phương phương vị cạnh EF tính theo đường (1) và (2) thì ta cũng sẽ tínhđược sai số trung phương phương vị cạnh yếuEFmlà:S12FE Khoa Trắc địa Đồ án tốt nghiệpCao Bá Hạ -9- Lớp Trắc địa B-K48EFm= 222121.mmmm(1.3)Sai số trung phương tương hỗ vị trí điểm:222.)( smmmsth(1.4)1.2.1.1. ước tính độ chính xác đa giác trung tâmĐối với đa giác trung tâm như hình 1.3, việc ước tính độ chính xác có thểthực hiện theo như ước tính độ chính xác của chuỗi tam giác đơn nhưng trongtrường hợp này chỉ xuất phát từ một cạnh đáy AB = b0, tức:021lglglg bbbmmm 0mmmCdDo đó đối với cạnh DE = S, ta có:2lg2lg2lg2lg2lg602121 10.bssssSmmmmmMSm (1.5)Và2222202121.mmmmmm (1.6)Hình 1.3 Đồ hình đa giác trung tâmSAcBDEF Khoa Trắc địa Đồ án tốt nghiệpCao Bá Hạ -10- Lớp Trắc địa B-K48Trong các công thức trên, các đại lượngibmlgvàimđược tính trongtrường hợp không kể đến ảnh hưởng của sai số số liệu gốc.Nhận xét: phương pháp ước tính gần đúng có ưu điểm là nội dung tính toánđơn giản nhưng nhược điểm là chỉ xem xét được các yếu tố yếu nhất trongmạng lưới, từ đó kết luận cho độ chính xác của toàn mạng lưới, do đó khôngkhách quan và khi áp dụng ra ngoài thực tế thì độ sai lệch lớn.1.2.2. ước tính chặt chẽ độ chính xác lưới thiết kếKhi xây dựng một mạng lưới trắc địa, thông thường chúng ta phải phântích, ước tính độ chính xác của mạng lưới thiết kế nhằm đánh giá chất lượngmạng lưới thiết kế có đảm bảo các yêu cầu về độ chính xác hay không, trên cơsở đó có sự điều chỉnh đồ hình, lựa chọn máy móc và trang thiết bị để cóphương án đo hợp lý, đảm bảo độ chính xác của đồ hình thiết kế đã lựa chọn.Độ chính xác của mạng lưới trắc địa được quyết định bởi độ chính xác đođạc và kết cấu đồ hình của lưới. Sai số trung phương của một yếu tố bất kỳtrong lưới được xác định theo công thức:FFPm1(1.7)Trong đó: là Sai số trung phương trọng số đơn vị đặc trưng cho độ chínhxác đo đạc dự kiến.1/PFlà trọng số đảo của các yếu tố cần đánh giá độ chính xác, giátrị này phụ thuộc vào kết cấu đồ hình.mFlà Sai số trung phương của hàm yếu tố cần đánh giá, (ví dụ:chiều dài, phương vị, toạ độ, độ cao .).Công thức (1.7) biểu thị cho mối tương quan giữa ba đại lượng mF, ,1/PF. Nếu cho biết hai trong ba đại lượng nêu trên thì chúng ta có thể xác địnhđược đại lượng còn lại. Từ đó có các bài toán ước tính độ chính xác sau:* Bài toán 1: Cho biết sai số đo đạc dự kiến () và đồ hình lưới (1/PF). Tính độchính xác các yếu tố trong lưới (mF). [...]... linh hoạt trong khâu chọn lựa điều kiện định vị lưới nên lý thuyết bình sai lưới tự do ngày nay càng được khai thác để ứng dụng sâu hơn trong nhiều lĩnh vực của trắc địa Mô hình toán học của phương pháp bình sai lưới tự do được thể hiện cụ thể như ở phần sau 2.1.2 Mô hình toán học của phương pháp bình sai lưới tự do Chúng ta xem xét mô hình toán học của phương pháp bình sai lưới trắc địa tự Cao Bá... việt của phương pháp bình sai lưới tự do so với các Cao Bá Hạ - 32 - Lớp Trắc địa B-K48 Khoa Trắc địa Đồ án tốt nghiệp phương pháp bình sai thông thường Đặc điểm này được chúng tôi khai thác ứng dụng trong vấn đề định vị hệ thống lưới khống chế thi công công trình Như đã nói ở tiết 1.5, do bản chất lưới thi công công trình có độ chính xác bậc sau cao hơn bậc trước, mặt khác quá trình thi công diễn... (toạ độ và độ cao) lại không bị thay đổi giá trị Điều đó có nghĩa là mạng lưới khống chế thi công công trình có thể không ổn định, chúng có bản chất là lưới tự do Giải pháp bình sai gián tiếp với số liệu gốc trong trường hợp này không còn phù hợp Vì vậy cần áp dụng thuật toán bình sai lưới tự do cho dạng lưới này Vận dụng mô hình bình sai lưới tự do cho lưới thi công công trình, vấn đề định vị lưới có... thuật công trình Những nguyên tắc nêu trên đảm bảo cho lưới thi công không bị biến dạng do ảnh hưởng sai số số liệu gốc, đồng thời lưới được định vị trong cùng một hệ trục tọa độ chung Như vậy về bản chất lưới thi công công trình là một dạng lưới trắc địa tự do, vấn đề này được đề cập ở phần sau Cao Bá Hạ - 27 - Lớp Trắc địa B-K48 Khoa Trắc địa Đồ án tốt nghiệp Chương 2 Khảo sát phương pháp bình sai lưới. .. đồ lưới thi công công trình dân dụng Cao Bá Hạ - 26 - Lớp Trắc địa B-K48 Khoa Trắc địa Đồ án tốt nghiệp 1.5.3 Nguyên tắc xây dựng lưới Lưới thi công được thành lập bằng các phương pháp tam giác, đa giác và một số phương pháp đặc trưng trong trắc điạ công trình: phương pháp tứ giác không đường chéo, lưới ô vuông xây dựngYêu cầu độ chính xác và đồ hình lưới được tính toán, lựa chọn trên cơ sở đáp ứng. .. toán bình sai khác theo nguyên lý của phương pháp số bình phương nhỏ nhất, chúng tôi rút ra các nhận xét sau: Trong bài toán bình sai điều kiện cũng như bình sai gián tiếp với số liệu gốc, tập hợp số liệu gốc tham gia vào quá trình bình sai mạng lưới Kết quả bình sai vì thế chịu ảnh hưởng của sai số số liệu gốc và những chuyển dịch (nếu có) của các số liệu gốc Giải pháp bình sai lưới tự do bậc 0 và bình. .. vị, nếu lưới trắc địa mà số liệu gốc có sai số vượt quá sai số đo thì mạng lưới cũng được coi là lưới tự do, trong trường hợp này số liệu gốc chỉ có tác dụng là cơ sở cho việc định vị lưới Như vậy có thể rút ra những định nghĩa cụ thể hơn lưới trắc địa tự do như sau: lưới trắc địa tự do là lưới thi u toàn bộ hoặc thi u một số trong nhóm yếu tố gốc tối thi u là: một cặp tọa độ (X, Y), một góc phương. .. thước và định vị lưới trong một hệ toạ độ, lưới này còn có tên gọi là lưới tự do bậc không - Lưới tự do có số khuyết (d > 0): là lưới thi u số liệu gốc tối thi u cần thi t cho việc định vị, số khuyết d có thể nhận các giá trị (1, 2, 3, 4), tương ứng bậc tự do của lưới là (1, 2, 3, 4) Để tiện phân biệt mức độ và dạng tự do của lưới có thể chia lưới mặt bằng tự do thành các loại sau: a Lưới tự do bậc... này sang hệ khác Trong trắc địa công trình, phép chuyển đổi này được sử dụng để tính chuyển toạ độ từ hệ toạ độ công trình sang hệ toạ độ quy ước ( hoặc hệ toạ độ nhà nước, để phục vụ cho các mục đích khác nhau) và ngược lại 1.5 Lưới khống chế thi công công trình Lưới khống chế thi công công trình là cơ sở trắc địa để chuyển thi t kế công trình ra thực địa, để bố trí chi tiết công trình và cũng là cơ... bình sai lưới tự do 2.1 Khái niệm chung về lưới trắc địa tự do 2.1.1 Định nghĩa, phân loại lưới tự do Tuỳ thuộc vào tính chất số liệu gốc mà mạng lưới trắc địa được chia thành 2 loại là lưới phụ thuộc và lưới tự do 2.1.1.1 Lưới phụ thuộc Lưới phụ thuộc là lưới có thừa số liệu gốc đế xác định hình dạng, kích thước và định vị lưới trong một hệ toạ độ nào đó Đối với lưới mặt bằng số lượng tối thi u về số . về lưới khống chế trong trắc địa công trình. Chương 2: Khảo sát phương pháp bình sai lưới tự do. Chương 3: ứng dụng phương pháp bình sai lưới trắc địa tự do. Khảo sát phương pháp bình sai lưới trắc địa tự do và ng dụng trong xử lý lưới thi công công trìnhTrong đề tài chúng tôi đã đặt ra và khảo sát, nghiên cứu
