Giáo trình Trắc địa cơ sở 1: Phần 1 - Trường ĐH Công nghiệp Quảng Ninh

Phần 1 của giáo trình Trắc địa cơ sở 1 cung cấp cho học viên những kiến thức về: hình dạng, kích thước quả đất; xác định vị trí điểm trên mặt đất; bản đồ và mặt cắt địa hình; đo góc, nguyên lý đo góc, thiết bị đo góc và phương pháp đo góc; độ chính xác trong đo góc;... Mời các bạn cùng tham khảo!

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP QUẢNG NINH TS Bùi Ngọc Hùng Th.s Ngơ Thị Hài GIÁO TRÌNH TRẮC ĐỊA CƠ SỞ DÙNG CHO TRÌNH ĐỘ ĐẠI HỌC LỜI GIỚI THIỆU Để phục vụ cho công tác đào tạo ngành trắc địa mỏ trắc địa công trình khoa Mỏ - Cơng Trình, Trường Đại học cơng nghiệp Quảng Ninh, giáo trình trắc địa sở biên soạn với nội dung phù hợp với chương trình đào tạo Bộ Giáo dục – Đào tạo cho phép Trắc địa sở môn học sở nhằm trang bị cho sinh viên ngành trắc địa mỏ trắc địa cơng trình kiến thức khoa học trắc địa Nội dung giáo trình gồm chương: Chương Những khái niệm Chương Đo góc Chương Đo độ dài Chương Đo độ cao Chương 5: Ứng dụng máy toàn đạc điện tử đo đạc 68 QUẢNG NINH - 2019 LỜI GIỚI THIỆU Để phục vụ cho công tác đào tạo ngành trắc địa mỏ trắc địa cơng trình khoa Mỏ - Cơng Trình, Trường Đại học cơng nghiệp Quảng Ninh, giáo trình trắc địa sở biên soạn với nội dung phù hợp với chương trình đào tạo Bộ Giáo dục – Đào tạo cho phép Trắc địa sở môn học sở nhằm trang bị cho sinh viên ngành trắc địa mỏ trắc địa cơng trình kiến thức khoa học trắc địa Nội dung giáo trình gồm chương: Chương Những khái niệm Chương Đo góc Chương Đo độ dài Chương Đo độ cao Chương 5: Ứng dụng máy toàn đạc điện tử đo đạc Trong trình biên soạn giáo trình tác giả cố gắng diễn đạt ngắn gọn, cập nhật kiến thức mới, công nghệ lĩnh vực trắc địa Tuy nhiên khả thời gian có hạn nên giáo trình khơng thể tránh khỏi khiếm khuyết Rất mong bạn đọc đóng góp ý kiến xây dựng để kịp thời chỉnh sửa cho lần in sau hoàn chỉnh Xin chân thành cảm ơn! Quảng Ninh, 04/2019 Tác giả MỤC LỤC MỞ ĐẦU Khái niệm ngành Trắc địa Vai trò ngành trắc địa Lịch sử phát triển ngành Trắc địa Chương 10 NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN 10 1.1 Hình dạng, kích thước đất 10 1.1.1 Hình dạng trái đất 10 1.1.2 Kích thước đất 11 1.2 Xác định vị trí điểm mặt đất 12 1.2.1 Mặt thuỷ chuẩn đất 12 1.2.2 Độ cao điểm 13 1.2.3 Một số hệ tọa độ dùng Trắc địa 14 1.3 Bản đồ mặt cắt địa hình 19 1.3.1 Khái niệm đồ, bình đồ 19 1.3.2 Tỷ lệ đồ 20 1.3.3 Mặt cắt địa hình 23 1.3.4 Chia mảnh đánh số hiệu đồ địa hình 24 1.4 Ảnh hưởng độ cong đất đến đại lượng đo 29 1.4.1 Ảnh hưởng độ cong đất đến kết đo góc 29 1.4.2 Ảnh hưởng độ cong đất đến kết đo chiều dài 30 1.4.3 Ảnh hưởng độ cong đất đến kết đo cao 31 1.5 Phương pháp biểu thị địa hình địa vật đồ địa hình 32 1.5.1 Ký hiệu địa vật 33 1.5.2 Ký hiệu địa mạo 34 1.5.3 Phương pháp biểu diễn đường đồng mức 36 1.6 Định hướng đường thẳng 37 1.6.1 Góc phương vị thực 38 1.6.2 Góc phương vị từ 40 1.6.3 Góc phương vị tọa độ 41 1.6.4 Quan hệ yếu tố định hướng đường thẳng 43 1.7 Bài toán trắc địa thuận nghịch 43 1.7.1 Tính tọa độ từ chiều dài góc phương vị tọa độ 43 1.7.2 Tính chiều dài góc phương vị tọa độ từ tọa độ vng góc 44 Chương 48 ĐO GÓC 48 2.1 Nguyên lý đo góc 48 2.1.1 Khái niệm nguyên lý đo góc 48 2.1.2 Khái niệm nguyên lý đo góc đứng 49 2.2 Thiết bị đo góc 50 2.2.1 Nguyên lý cấu tạo 50 2.2.2 Các phận máy kinh vĩ có độ xác trung bình 54 2.2.3 Kiểm nghiệm hiệu chỉnh máy kinh vĩ có độ xác trung bình 64 2.3 Phương pháp đo góc 72 2.3.1 Các thao tác máy kinh vĩ 72 2.3.2 Các phương pháp đo góc 75 2.3.3 Các phương pháp đo góc đứng 80 2.4 Độ xác đo góc 81 2.4.1 Các nguồn sai số độ xác đo góc 81 2.4.2 Độ xác đo góc đứng 90 Chương 93 ĐO KHOẢNG CÁCH 93 3.1 Khái quát chung đo khoảng cách 93 3.1.1 Khái niệm 93 3.1.2 Phân loại 93 3.2 Phương pháp đo khoảng cách 96 3.2.1 Đo khoảng trực tiếp thước thép 96 3.2.2 Đo khoảng cách máy kinh vĩ quang học 103 3.2.3 Đo khoảng cách máy đo xa điện tử 109 3.3 Độ xác đo khoảng cách 111 3.3.1 Các nguồn sai số đo khoảng cách trực tiếp 111 Chương 119 ĐO CAO 119 4.1 Khái quát chung đo cao 119 4.1.1 Khái niệm độ cao 119 4.1.2 Các phương pháp đo cao 119 4.1.3 Nguyên lí đo cao 120 4.2 Thiết bị đo cao 121 4.2.1 Máy thủy chuẩn 121 4.2.2 Cấu tạo mia thủy chuẩn 130 4.2.3 Kiểm nghiệm hiệu chỉnh máy thủy chuẩn 131 4.2.4 Kiểm nghiệm mia thủy chuẩn có độ xác trung bình 138 4.3 Các phương pháp đo cao 141 4.3.1 Phương pháp đo cao hình học 141 4.3.2 Đo cao lượng giác 143 4.3.3 Đo thủy chuẩn kĩ thuật đo thủy chuẩn hạng IV 145 4.4 Độ xác đo cao 150 4.4.1 Độ xác đo cao hình học 150 4.4.2 Độ xác đo cao lượng giác 154 Chương 156 ỨNG DỤNG MÁY TOÀN ĐẠC ĐIỆN TỬ TRONG ĐO ĐẠC 156 5.1 Nguyên lý cấu tạo máy toàn đạc điện tử 156 5.1.1 Khối đo dài điện tử 156 5.1.2 Khối đo góc số 156 5.1.3 Khối xử lý số liệu 158 5.2 Các phép đo máy toàn đạc điện tử 158 5.2.1 Đo khoảng cách ngang 158 5.2.2 Tự động hóa tính tọa độ 159 5.2.3 Đo chênh cao 160 5.3 Các chương trình đo ứng dụng 160 5.3.1 Đo đạc khảo sát (Surveying) 161 5.3.2 Chuyển điểm thiết kế thực địa (Setting out) 163 5.3.3 Chương trình đo khoảng cách gián tiếp (Tie Distance) 166 5.3.4 Chương trình đo giao hội nghịch (Free Station) 170 5.3.5 Chương trình định vị cơng trình theo đường chuẩn (Reference Line) 175 MỞ ĐẦU Khái niệm ngành Trắc địa Trắc địa ngành khoa học nghiên cứu hình dạng kích thước đất, bề mặt tự nhiên đất, phương pháp đo đạc, xử lý số liệu, thành lập đồ, bình đồ Tùy theo quy mơ, đối tượng phương pháp nghiên cứu khác mà trắc địa chia làm chuyên ngành như: Trắc địa cao cấp: Có nhiệm vụ nghiên cứu hình dạng, kích thước tồn vùng rộng lớn bề mặt trái đất nghiên cứu biến động vỏ đất,… Trắc địa địa hình - địa chính: Có nhiệm vụ nghiên cứu quy trình cơng nghệ thành lập đồ địa hình phương pháp đo vẽ trực tiếp phương pháp sử dụng ảnh chụp từ máy bay hay ảnh vệ tinh Trắc địa cơng trình: có nhiệm vụ nghiên cứu phương pháp trắc địa khảo sát địa hình phục vụ thiết kế cơng trình, thi cơng, theo dõi q trình biến dạng cơng trình xây dựng Trắc địa ảnh: Chuyên nghiên cứu phương pháp chụp ảnh bề mặt trái đất( chụp ảnh mặt đất, chụp ảnh hàng không) để thành lập đồ địa hình Trắc địa đồ: Nghiên cứu phương pháp biểu thị, biên tập, trình bày, in sử dụng loại đồ chuyên ngành ( đồ địa lý, địa hình, ) Vai trị ngành trắc địa Cơng tác trắc địa đóng vai trị quan trọng hầu hết lĩnh vực kể kinh tế quốc phòng Đối với lĩnh vực anh ninh, quốc phòng đồ địa hình tài liệu quan trọng việc lập kế hoạch huy tác chiến Đối với ngành xây dựng, giao thông, thuỷ lợi, địa chất, khí tượng, cơng tác trắc địa đóng vai trò quan trọng giai đoạn: khảo sát, thiết kế, thi công, theo dõi nghiệm thu công trình Trong giai đoạn quy hoạch, tùy theo quy hoạch tổng thể hay chi tiết mà người ta sử dụng tỷ lệ đồ thích hợp để vạch phương án quy hoạch, kế hoạch tổng quát khai thác sử dụng cơng trình Trong giai đoạn khảo sát thiết kế, trắc địa tiến hành xây dựng lưới khống chế trắc địa ( lưới khống chế mặt lưới khống chế độ cao), đo vẽ đồ, bình đồ mặt cắt địa hình phục vụ cho việc chọn vị trí, lập phương án xây dựng thiết kế kỹ thuật cơng trình Trong giai đoạn thi công, trắc địa tiến hành công tác xây dựng lưới trắc địa cơng trình, để bố trí cơng trình mặt đất theo thiết kế Kiểm tra, theo dõi q trình thi cơng, đo biến dạng đo vẽ hồn cơng cơng trình để kiểm tra vị trí, kích thước cơng trình xây dựng Trong giai đoạn quản lý khai thác sử dụng cơng trình, trắc địa thực cơng tác đo thơng số biến dạng cơng trình đo lún, độ nghiêng độ chuyển vị cơng trình Từ thông số biến dạng kiểm chứng công tác khảo sát, thiết kế, đánh giá mức độ ổn định chất lượng cơng trình Lịch sử phát triển ngành Trắc địa Trên giới, phát sinh phát triển ngành trắc địa nhu cầu đời sống người Vào khoảng 3000 năm trước công ngun, cịn sơng Nin Ai cập hàng năm nước lũ thường dâng lên xoá bỏ ranh giới ruộng mương powr hai bên bờ Khi nướn rút người phải tiến hành công việc chia lại đất đai Do mà kiến thức đo đạc phát sinh phát triển từ Sau Ai cập nước cổ Hy lạp có văn hố phát triển mạnh.Người Hy lạp người nghiên cứu hình thể đất, cho đất có dạng hình cầu Vào khoảng thời gian 276 đến 194 trước công nguyên nhà thiên văn học Êratôsten đo độ dài kinh tuyến đất Từ kỷ XI sau công nguyên, Nga xuát công việcđo dài, phân chia đất đai Thế kỷ XVI nhà tốn học Meccatơ tìm phương pháp chiếu để vẽ đồ gọi phép chiếu Meccatơ Thế kỷ XVII nhà bác học Vecnia phát minh du xích Thế kỷ XVIII , nhà bác học Delambre Machian đo độ dài kinh tuyến qua Paris đặt đơn vị đo chiều dài mét: 1m = 1/ 40 000 000 độ dài kinh tuyến qua Pari Thế kỷ XIX, nhà bác học Gauss đề phương pháp số bình phương nhỏ tìm phương pháp để vẽ đồ Năm 1940 giáo sư F.N Kraxopski tính kích thước đất mà ngày ta dùng Ngày với kỹ thuật đại, kiến thức chụp ảnh, sóng điện tử, sóng ánh sáng, máy tính điện tử ứng dụng công tác trắc địa Ở Việt Nam, kiến thức đo đạc ứng dụng từ khiới dựng nước Người Lạc việt vượt biển tới Inđơnêxia để trao đổi hàng hố Nhà nước Âu Lạc tiến hành xây dựng thành Cổ loa dài nghìn trượng quanh co xốy ốc Thời nhà Đinh, Lê xây dựng kinh Hoa Lư (Ninh Bình).Đến thời nhà Lý, Lý Công Uẩn cho dời đô Thăng Long, đào sông Tô Lịch Đặc biệt thời nhà Lê, năm 1467 Lê Thánh Tôn cho người khảo sát đo vẽ đồ đất nước Đến nắm 1469 vẽ đồ nước ta thời đó, đồ nước Đại Việt thời Hồng Đức Trong thời gian kháng chiến chống Pháp, công tác đo đạc chủ yếu sử dụng quốc phòng Sau chiến thắng Điện Biên Phủ, miền Bắc hồn tồn giải phóng vấn đề đo đạc đặc biệt ý Năm 1959 thành lập “ cục đo đạc đồ” tiến hành lập lại toàn mạng lưới đo đạc toàn miền Bắc, đo vẽ đồ vùng Công tác trắc địa sử dụng ngành kinh tế như: giao thông, thuỷ lợi, xây dựng, nông lâm nghiệp, địa chất, quốc phịng Cơng tác đào tạo cán trắc địa ý, việc cử người học nước ngoài, từ năm 1962 nước ta có đào tạo kỹ sư trắc địa bậc Trung học, sơ cấp đo đạc đào tạo nhiều trường nước Đặc biệt sau ngày giải phóng miền Nam, đất nước hoàn toàn độc lập Nhà nước cho tiến hành việc đo vẽ tồn lãnh thổ, cơng tác trắc địa ứng dụng rộng rãi tất ngành nước Nhà nước ý đầu tư cho tiến khoa học kỹ thuật ngành tiến kịp với công nghệ đại Thế giới Như phân tích trước, để hạn chế sai số trục ngắm (2C), trục ngang (2i), lệch tâm bàn độ Khi đo góc phải đo hai vị trí bàn độ Để khắc phục sai số vạch khắc bàn độ không đều, sai số thô (do nhầm lẫn) nâng cao độ xác phải đo nhiều lần đo, lần đo phải thay đổi trị số hướng mở đầu giá trị tính theo cơng thức  = 180o/n (n số lần đo) Ví dụ: Cho số vòng đo n = Khi chuyển từ vòng đo sang vòng đo khác phải thay đổi số đọc hướng mở đầu góc  : 180 180    45 n Số đọc bàn độ hướng mở đầu vòng là: Vòng 1: 00 - Vòng : 450 - Vòng 3: 900 - Vòng 4: 1350 Để giảm sai số thô với hướng đo bắt mục tiêu lần đọc số lần Lần thứ đọc số, xoay ôc vi động ngang cho đứng lưới thập lệch khỏi mục tiêu bắt lại mục tiêu b Nửa lần đo thuận kính Đưa ống kính ngắm xác hướng mở đầu (giả sử A) Đặt trị số hướng mở đầu OA bàn độ ngang Đọc số đọc trị số hướng mở đầu lần LA1’ LA1” bàn độ ngang ghi vào sổ đo Quay máy theo chiều thuận kim đồng hồ ngắm tới điểm B, C trở A, đọc số lần bàn độ ngang đọc trị số hướng LB’ LB”, LC’ LC”, LA2’ LA2” ghi vào sổ đo Như hướng OA đọc giá trị c Nửa lần đo đảo kính Đảo ống kính hướng A, ngắm xác tiêu A Đọc số đọc trị số hướng OA lần RA1’ RA1” bàn độ ngang ghi vào sổ đo Quay máy theo chiều ngược kim 78 đồng hồ ngắm tới điểm C, B trở A, đọc số lần bàn độ ngang đọc trị số hướng RC’ RC”, RB’ RB”, RA2’ RA2” ghi vào sổ đo Như kết thúc lần đo Lần đo thứ hai tiến hành tương tự khác thay đổi trị số hướng mở đầu Trong trình đo, người ghi sổ phải tính trị số: Số chênh trị số hướng mở đầu nửa vòng đo, sai số ngắm chuẩn 2C, biến động 2C vòng đo, trị số hướng hai nửa lần đo, trị số hướng trung bình lần đo trị số góc lần đo, phát kịp thời sai sót để báo cho người đo biết, tìm cách xử lý trước chuyển trạm máy Sau đo xong n lần đo, ta tính trị số hướng trung bình n lần đo Trị số góc hiệu trị số hai hướng đo MẪU SỔ ĐO GĨC THEO PHƯƠNG PHÁP TỒN VỊNG Điểm đặt máy: Ngày đo: Máy đo: Thời gian bắt đầu: Lần đo Điểm ngắm Người đo: Người ghi: Thời tiết: T.g kết thúc: Số đọc bàn độ ngang Trái Phải 2C Trị số hướng trung bình lần đo Trị số hướng quy “ ” A 00 00’ 06” 1790 59’ 54” +12” 00 00’ 07.5” 00 00’ 00” B 1270 57’ 54” 3070 57’ 48” +06” 1270 57’ 51” 1270 57’ 43.5” C 1760 59’ 36” 3560 59’ 42” -06” 1760 59’ 39” 1760 59’ 31.5” A 00 00’ 18” 1800 00’ 12” +06” 00 00’ 15” A 600 00’ 00” 2400 00’ 12” -12” 600 00’ 04.5” 00 00’ 00” B 1870 58’ 00” 070 57’ 54” +06” 1870 57’ 57” 1870 57’ 52.5” C 2360 59’ 24” 560 59’ 18” +06” 2360 59’ 31” 1760 59’ 26.5” A 600 00’ 06” 2400 00’ 00” +06” 600 00’03” 79 Trị số hướng trung bình n lần đo Trị số góc 2.3.3 Các phương pháp đo góc đứng 2.3.3.1 Phương pháp đo Tùy theo cách khắc vạch bàn độ mà máy đo góc đứng V góc thiên đỉnh Z Để đo V Z thiết phải cân bàn độ đứng trước đọc số phải đo hai vị trí bàn độ Ở vị trí thuận kính, đưa lưới chữ thập sát mép mục tiêu (hình 2.31) Dùng ốc cân ống thủy dài bàn độ đứng đưa bọt nước vào (có loại máy bàn độ đứng tự động cân nên không cần làm thao tác này) Dựa vào thang đọc số V đọc số đọc L’ ghi vào sổ đo Ở vị trí đảo kính, hồn tồn tương tự, ta đọc số đọc R’ ghi vào sổ đo Sau đo xong tiến hành tính sai số tiêu MO (hoặc MZ) trị số góc đứng V (hoặc góc thiên đỉnh Z) Hình 2.31 Phương pháp đo góc đứng Ví dụ Bảng 2.1 kết đo góc thiên đỉnh Z (một phần sổ đo): 80 Bảng 2.1 Kết đo góc đứng (một phần sổ đo) Điểm ngắm B Lần đo Số đọc bàn độ đứng Sai số MO Trị số góc đứng Z L R 90030’18” 269030’12” +15” 90030’03” 90030’12” 269030’42” +27” 90029’45” 90030’24” 269030’18” +21” 90030’03” Ví dụ Bảng 2-2a kết đo góc đứng V (một phần sổ đo): Bảng 2.2 Kết đo góc đứng (một phần sổ đo) Điểm ngắm B Lần đo Số đọc bàn độ đứng Sai số MO Trị số góc đứng Z L R 0030’00” 0030’06” -06” 0030’03” 0030’12” 269030’20” -08” 0030’16” 0030’15” 269030’19” -04” 0030’17” 2.3.3.2 Phương pháp đo Phương pháp đo tiến hành tương tự phương pháp đo Nhưng khác với phương pháp đo với lần bắt mục tiêu, ta dùng trên, bắt sát mép mục tiêu đọc số 2.4 Độ xác đo góc 2.4.1 Các nguồn sai số độ xác đo góc 2.4.1.1 Các nguồn sai số đo góc Có năm nguồn sai số ảnh hưởng đến độ xác đo góc là: - Sai số thân máy kinh vĩ - Sai số ngắm (bao gồm sai số bắt mục tiêu sai số đọc số) - Sai số định tâm máy - Sai số định tâm tiêu ngắm - Sai số môi trường đo Dưới phân tích ảnh hưởng nguồn sai số a Sai số thân máy kinh vĩ quang học 81 Mặc dù máy kinh vĩ kiểm nghiệm hiệu chỉnh điều kiện trước đưa vào sử dụng, song tồn sai số nhỏ lệch tâm bàn độ, khoảng chia bàn độ không đều, sai số trục ngắm (2C), sai số trục ngang (2i) Đối với máy kinh vĩ điện tử cịn có sai số tham số linh kiện điện tử không ổn định, a) phân tích ảnh hưởng chúng đến kết đo góc * Sai số lệch tâm bàn độ Như ta biết, góc cần đo góc có đỉnh điểm đứng máy hợp hai hướng ngắm trị số hướng đọc bàn độ ngang Do địi b) Hình 2.32 Sai số lệch tâm bàn độ hỏi tâm bàn độ ngang phải trùng với trục đứng VV máy Với kỹ thuật lắp ráp ảnh hưởng sai số không đáng kể Tuy nhiên để khắc phục sai số này, đo góc ta phải đo hai vị trí bàn độ trái phải sau lấy kết trung bình Thật vậy, để phân tích, ta coi ảnh vạch chuẩn đọc số (hoặc vạch thang đọc số) trùng với trục đứng VV máy Ký hiệu O vị trí tâm bàn độ (trùng với trục VV) O’ tâm thực bàn độ bị lệch, đoạn OO’ = e yếu tố lệch tâm chiều dài  yếu tố lệch tâm góc (hình 2.32b) Giả sử, vị trí thứ đường kính gốc nối hai số đọc L1và R1 qua tâm O, lúc trị số đọc hai vị trí bàn độ trái bàn độ phải không phụ thuộc vào sai số lệch tâm bàn độ (hình 2.32a) vị trí thứ hai (hình 2.32b) quay bàn độ góc  quanh tâm O’, lẽ tâm bàn độ khơng bị lệch ta có hai số đọc L2 R2 có sai số lệch tâm bàn độ nên số đọc thực tế lại L’2 R’2 Số chênh hai cặp số đọc tương ứng lúc 1=L2-L’2 2= R2-R’2 82 Để đơn giản ta coi 1=2=và là góc nhỏ nên ta có  '' e ' ' sin  r (2.16) Tại vị trí thứ hai số đọc thực tế bàn độ ngang là: L’2 = L2 +  (2.17) R’2 = R2 -  Như vậy, lấy trị trung bình (L’2 +R’2)/2 loại trừ sai số lệch tâm bàn độ  * Sai số vạch khắc bàn độ không Để có vạch chia bàn độ, người ta dùng thiết bị “con dao” kim cương để khắc cặp vạch đối xứng qua tâm bàn độ: ví dụ, cặp 0o -180o, 179o 359ov.v (hình 2.32) Hình 2.33 Sai số vạch khắc bàn đồ khơng Do có sai số nên khoảng chia bàn độ tuyệt đối mà chênh lượng  Nếu gọi to trị lý thuyết hai vạch chia đúng, giá trị thực tế t = to Trị số  gọi sai số khắc vạch khoảng chia đối xứng có  Sai số mang tính ngẫu nhiên nên máy kinh vĩ có độ xác cao Người ta phải kiểm nghiệm để xác định trị số  cho vùng bàn độ đo cải vào trị số đo tương ứng Hiện việc khắc vạch thực với thiết bị dùng tia Laser với độ tin cậy cao, nên ảnh hưởng sai số vạch khắc đến độ xác đo góc khơng đáng 83 kể Tuy nhiên để hạn chế nó, đo góc phải tiến hành đo nhiều lần đo vùng bàn độ khác nhau, nghĩa phải thay đổi trị số hướng mở đầu lượng Lo = 180o/n Đối với máy kinh vĩ điện tử bàn độ mã hóa với độ xác cao, sai số mã hóa vùng bàn độ khác đo góc ta tuân theo nguyên tắc máy kinh vĩ quang học * Sai số trục ngắm (2C) m1 Từ hình 2.34 ta thấy, khơng có sai số m trục ngắm 2C điểm ngắm M hình chiếu a m2 (m) đường nằm ngang HH với trục đứng VV  máy nằm mặt phẳng ngắm chuẩn Nếu có sai số 2C ngắm điểm M hai vị trí ống kính (L R) mặt phẳng ngắm chuẩn qua M1m1 M2m2 D v h' m1 a v S m a m2 h Hình chiếu góc C mặt phẳng nằm ngang (mặt phẳng bàn độ ngang) góc  Như vậy,  sai số số đọc bàn độ ngang có h' v Hình 2.34 Sai số trục ngắm sai số trục ngắm C Từ tam giác vng OMM1, OMM2, Omm1 Omm2 ta có: A = D tgC a = S tg nghĩa là: tgC S  tg D Từ tam giác vuông OMn, áp dụng quan hệ góc nhỏ tgC = C, tg =  , ta có: S C   cos V D   C cos V (2.18) Từ công thức ta nhận xét: Nếu trị số sai số ngắm chuẩn C ổn định ảnh hưởng đến số đọc bàn độ ngang phụ thuộc vào góc đứng V Điều có nghĩa đo góc ta nên chọn hướng ngắm nằm ngang nhau, đồng thời 84 đo hai vị trí thuận đảo kính lấy giá trị trung bình hạn chế ảnh hưởng sai số ngắm chuẩn * Sai số trục ngang (2i) Giả sử, trục ngang HH (trục quay ống kính ) khơng vng góc với trục đứng VV (trục quay máy) lệch góc i (hình 2.35) Trong trường hợp mặt phẳng ngắm chuẩn ngắm điểm M hai vị trí bàn độ ống kính qua đường Mm1 Mm2 sinh sai số x ảnh hưởng đến số đọc bàn độ ngang Từ tam giác vuông Omm1 Omm2, m1mM m2mM, ta nhận được: tgx  d d tgi  h S tgx h  tgi S ; đó: m i i h' D v h m1 S v x d m d x m2 i v h' Hình 2.35 Sai số trục ngang Vì x i nhỏ nên viết: h x  S i Từ tam giác vuông OmM ta có : h x  tgV  tgV S i Vậy x= i.tgV (2.19) Từ công thức ta có nhận xét: Nếu sai số trục ngang (2i) ổn định ảnh hưởng tăng theo góc đứng V Như vậy, để hạn chế sai số 2i phải cân 85 máy thật chuẩn xác để trục quay máy VV thật thẳng đứng, phải đo hai vị trí bàn độ mà cịn phải chọn hướng ngắm tương đối nằm ngang (độ cao điểm ngắm độ cao máy) b Sai số lệch tâm máy Giả sử, đo góc , trục đứng VV máy không trùng với đỉnh O (tâm mốc) mà lệch sang điểm O’ (hình 2.36), lúc ta đo góc ’ Gọi đoạn OO’ =em yếu tố lệch tâm chiều dài, m yếu tố lệch tâm góc, S chiều dài cạnh; m = (’)= (1+2) sai số lệch tâm máy a b 0' Hình 2.36 Sai số lệch tâm máy Từ hình vẽ ta viết: 1 =  Tương tự : 2= em '' sin  S O 'A   e m  ' ' sin   (360   ) e ' ' sin(    )  S O 'B S O 'B Vậy sai số thực ảnh hưởng lệch tâm máy đến góc  là: m =  e m  ' ' sin(    ) sin   S O 'B SO' A (2.20) Lấy vi phân biểu thức chuyển sai số trung phương Với ký hiệu mm = mem, : 86 mem   e m  ' ' S AB (2.21) S O 'B S O ' A Nếu: SO’A = SO’B = SAB = S ta có: mem  em '' (2.22) 2S c Sai số lệch tâm tiêu ngắm A' A S O S B B' Hình 2.37 Sai số lệch tâm tiêu ngắm Giả sử, tiêu ngắm bị lệch khỏi điểm A B với hai đoạn tương ứng AA’ = etA BB’=etB (hình 2.37) Sai số lệch tâm tiêu ngắm ảnh hưởng đến trị số góc  : t = (’-) = (1+2) Chứng minh tương tự sai số lệch tâm máy, coi etA= etB = et 1 = 2=  ta có:  1     S OA' S OB '  t = et sin   met  et  ' ' 2 S OA '  S OB ' 2 S OA ' S OB ' 87 (2.23) (2.24) Nếu SOA’ = SOB’ = SAB = S, ta có: met  et  ' ' S (2.25) Dựa vào cơng thức ta ước tính trước sai số lệch tâm chiều dài cho phép em et theo yêu cầu sai số trung phương đo góc m d Sai số thân việc đo góc Có thể hiểu sai số thân việc đo góc (mD) gồm sai số ngắm sai số đọc số Sai số ngắm phụ thuộc vào khả phân ly mắt người, tính chất quang học ống kính, chiều dày dây chữ thập, cấu tạo tiêu ngắm, ánh sáng điều kiện ngoại cảnh Ký hiệu sai số ngắm mVx sai số đọc số mđs Như nêu trước, sai số bắt mục tiêu phụ thuộc vào độ phóng đại Vx ống kính : mV x  60' ' Vx (2.26) Và sai số đọc số phụ thuộc vào khoảng chia nhỏ (t) thang đọc số, xác định theo cơng thức thực nghiệm Trebotariev: mđs = 0,15t (2.27) Như vậy, sai số thân việc đo góc là:  60' '  mD  m  m  0,15t    x  (2.28) V  Vx ds Để xác định mD ta tiến hành ngắm điểm bất kỳ, sau bắt mục tiêu đọc số bàn độ n lần ( n 50 lần) sau tính mng cho lần theo công thức Betxen: mD  VV  (2.29) n 1 Trong V số chênh số đọc lần đo so với giá trị trung bình Trường hợp đo góc hợp hai hướng, hướng đọc số lần, với n vòng đo, ta áp dụng công thức: 88 mD   n   mds     mV x       (2.30) e Sai số mơi trường đo Ảnh hưởng đến độ xác đo góc  cịn có sai số yếu tố khí tượng mơi trường đo gây nên Như sai số chiết quang ngang, sai số rung hình ảnh điểm ngắm, sai số gió v.v - Độ rõ mục tiêu phụ thuộc vào độ khơng khí Nếu hướng đo có nhiều bụi sương mù việc bắt mục tiêu xác - Sai số chiết quang ngang sinh tia A' ngắm qua nơi không đồng nhiệt độ Khi tia ngắm OA (hoặc OB) (xem hình 2.38) m A hai mơi trường có hệ số chiết suất khác (n1 khác n2), tia sáng theo cung cong O AmO BmO Lúc góc đo ’ góc hợp hai tiếp tuyến OA’ OB’ Sai số chiết quang m m B ngang khó xác định Vì ln biến đổi theo yếu tố khí tượng (nhiệt độ, áp suất, độ ẩm ) môi trường đo Để hạn chế sai số chiết quang B' Hình 2.38 Sai số chiết quang ngang ngang, nên bố trí hướng ngắm khơng gần chướng ngại vật nhà, khu dân cư, chạy dọc theo đường bờ nước, qua khu công nghiệp v.v - Sai số rung động hình ảnh điểm ngắm nhìn ống kính tia ngắm qua nơi khơng khí có mật độ khác chuyển động nhanh hướng Đó chuyển động phân tử nước tác dụng ánh nắng mặt trời làm cho đường tia ngắm không thẳng mà luôn dao động Để khắc phục sai số này, theo kết nghiên cứu giáo sư Đanilov, nên đo góc thời gian građien nhiệt độ ổn định, thường khoảng thời gian đo tốt sau bình minh trước hồng khoảng Ngoài ra, tham số kỹ thuật máy kinh vĩ ổn định, đo góc thiết phải dùng che nắng cho máy 89 Nói chung, sai số ảnh hưởng môi trường đo đến kết đo phức tạp, khó xây dựng cơng thức để tính tốn biểu diễn Độ xác đo góc Gọi: - m1 sai số máy; - m2 sai số định tâm máy; - m3 sai số định tâm tiêu; - m4 sai số đo ngắm; - m5 sai số môi trường; - m0 sai số trung phương đo góc, ta có: m02  m12  m22  m32  m42  m52 , (2.31) Áp dụng nguyên tắc đồng ảnh hưởng, coi sai số nhau: m1  m2  m3  m4  m5 , (2.32) Ảnh hưởng nguồn sai số là: mi  m0 (2.33) , Lấy sai số giới hạn hai lần sai số trung phương giá trị cho phép sai số ngẫu nhiên ảnh hưởng nguyên nhân sai số đo góc là: migh  (2.34) m0 Từ độ lớn sai số cho phép ta tính hạn sai cho phép yếu tố gây sai số đo góc 2.4.2 Độ xác đo góc đứng Ngoài số nguồn sai số máy kinh vĩ trình bày trường hợp đo góc bằng, đo góc đứng cần lưu ý thêm sai số tiêu MO (hoặc MZ), sai số phận cân bàn độ đứng, sai số chiết quang đứng… Phân tích nguồn sai số xác lập cơng thức đánh giá độ xác đo góc đứng khác phức tạp 90 (sẽ nghiên cứu mơn học Trắc địa cao cấp) Vì tập trung tìm hiểu sai số tiêu MO 2.4.2.1 Bản chất sai số MO Khi trục ngắm CC nằm ngang, góc đứng V = 0, đường nối hai vạch “0o-0o” “0o-180o” không trùng với vạch chuẩn đọc số vạch “0” thang đọc số Sai số MO số đọc thực tế so với số đọc lý thuyết 000’00” thang đọc số cân trục CC ống kính trùng với trục nằm ngang HH Nếu hiệu chỉnh triệt để sai số 2C 2i cịn hai ngun nhân gây nên sai số MO phận cân (ống thủy dài tự cân bằng) không chuẩn xác giao điểm màng chữ thập bị chuyển dịch theo hướng dọc (theo đứng) Trị số MO xác định đo hai vị trí bàn độ đứng thuận đảo ống kính.Xét trường hợp đường kính gốc khắc vạch kiểu 00-1800 Khi ngắm điểm P hai vị trí thuận đảo ống kính, góc hợp trục ngắm CC đường nằm ngang HH góc đứng V Số đọc thực tế L’ R’ tính từ trục CC (đường kính 00-1800) bàn độ đứng đến vạch “0” thang đọc số Vì vạch chuẩn thang đọc số không trùng với đường nằm ngang HH nên góc hợp chúng sai số tiêu MO Hình 2.39 Bản chất sai số MO 2.4.2.2 Độ lớn sai số MO cách khắc phục Từ hình 2.39, vị trí thuận kính (ống kính nằm bên trái bàn độ đứng), ta có: V = L’-MO (2.35) Cịn vị trí đảo kính: V=3600 - R’ +MO Hoặc V = R’ +MO 91 (2.36) Lấy trung bình cộng ta có: V L' R'360 ( trường hợp đo góc thiên đỉnh Z) V L'  R ' ( trường hợp đo góc đứng) (2.37a) (2.37b) Như cách đo hai vị trí bàn độ trái phải, lấy giá trị trung bình ta loại trừ sai số MO khỏi kết đo Sai số MO tính theo cơng thức: L' R'360 MO  Hoặc MO  L'  R ' (2.38) 2.4.2.3 Cách kiểm nghiệm điều chỉnh sai số MO Ở vị trí thuận kính ngắm điểm P, dùng ốc vi động ngang dọc đưa ảnh điểm P vào giao điểm màng chữ thập, dùng ốc cân ống thủy đưa bọt nước vào giữa, đọc số đọc L’ Ở vị trí thuận kính ngắm điểm P, dùng ốc vi động ngang dọc đưa ảnh điểm P vào giao điểm màng chữ thập, đọc số đọc R’ Tính MO theo cơng thức (2.38) Nếu trị số MO vượt hạn sai cho phép phải điều chỉnh Cách điều chỉnh sau: - Đối với máy khơng tự động (có bọt nước bàn độ đứng): Tính số đọc góc đứng theo công thức (2.37a) 2.37b) Dùng ốc cân ống thủy đặt trị số bàn độ đứng Lúc bọt nước bị lệch Dùng que hiệu chỉnh ốc điều chỉnh ống thủy đưa bọt nước vào Làm vài lần đến nhận trị số MO nhỏ hạn sai cho phép - Đối với máy tự động (có lắc tự động cân thay cho ống thủy dài bàn độ đứng) dung ốc vi động đứng đưa bàn độ đứng số đọc Lúc này, mục tiêu lệch khỏi lưới chữ thập, tiến hành nới lỏng hai ốc trái phải, dùng hai ốc đưa mục tiêu vào giao điểm lưới chữ thập cố định lại Sau tiến hành kiểm nghiệm lại xem đạt chưa Nếu chưa tiếp tục hiệu chỉnh 92 ... F-48-D(NF-48-D) 1: 2 50000 1: 5 00000 60 30'' A 40 B 30' C F-48(NF-48) D F-4 8-9 6( 615 1) (1: 1 00000) 1: 1 000000 F-4 8-9 6( 615 1) (1: 1 00000) F-4 8-9 6-D( 615 1IV) (1: 5 0000) F-4 8-9 6-( 256-c) 1: 2 000 (3.75'' x 3.75'') 1' 52.5''... lệ 1: 2 50000 mảnh đồ tỷ lệ 1: 5 00000 (phần ngoặc danh pháp mảnh đồ theo quốc tế) A B F-48(NF-48) C D F-48(NF-48) F-48(NF-48) 1: 1 000000 1: 1 000000 F-48-D(NF-48-D) 1: 5 00000 F-48-D(NF-48-D-4) F-48-D(NF-48-D)... h i F-4 8-9 6-( 256) 1: 5 000 F-4 8-9 6( 615 1) 1: 1 00000 F-4 8-9 6-( 256) 1: 5 000 Hình 1. 17 Một số ví dụ tổng qt chia mảnh đồ 26 Ví dụ: Mảnh đồ 1: 2 50000 có phiên hiệu F-48-D-4 (NF-48 -1 6 ), hình 1. 17 1. 3.4.4