BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP QUẢNG NINH Th s Lê Thị Thu Hoàng (Chủ biên) Th s Trần Xuân Thủy Th s Ngô Thị Hài GIÁO TRÌNH TRẮC ĐỊA MỎ DÙNG CHO SINH VIÊN ĐẠI HỌC NGÀNH KỸ THUẬT KHAI THÁC MỎ[.]
BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP QUẢNG NINH Th.s Lê Thị Thu Hoàng (Chủ biên) Th.s Trần Xuân Thủy Th.s Ngơ Thị Hài GIÁO TRÌNH TRẮC ĐỊA MỎ DÙNG CHO SINH VIÊN ĐẠI HỌC NGÀNH KỸ THUẬT KHAI THÁC MỎ (LƯU HÀNH NỘI BỘ) QUẢNG NINH - 2014 MỤC LỤC TT Nội dung Trang Mục lục Bài mở đầu Chương 1: Những khái niệm 1.1 Hình dáng, kích thước trái đất 1.2 Các hệ tọa độ dùng trắc địa 10 1.3 Bản đồ, bình đồ, mặt cắt địa hình 14 1.4 Tỷ lệ đồ 15 1.5 Các phương pháp biểu diễn địa hình 18 1.6 Định hướng đường thẳng 21 1.7 Bài toán trắc địa thuận toán trắc địa nghịch 24 Chương 2: Các dạng đo đạc 28 2.1 Đo góc 28 2.2 Đo khoảng cách 44 2.3 Đo độ cao 54 Chương 3: Lưới khống chế mặt 64 3.1 Khái niệm 64 3.2 Lưới khống chế đo vẽ 67 Chương 4: Lưới khống chế độ cao 80 4.1 Khái niệm 80 4.2 Lưới khống chế độ cao kỹ thuật 81 Chương 5: Đo vẽ đồ, mặt cắt ứng dụng đồ 85 5.1 Khái niệm 85 5.2 Đo vẽ đồ 85 5.3 Đo vẽ mặt cắt 90 5.4 Ứng dụng đồ 93 Chương 6: Trắc địa mỏ lộ thiên 100 6.1 Khái niệm công tác trắc địa mỏ lộ thiên 100 6.2 Lưới khống chế mặt mỏ lộ thiên 100 6.3 Lưới khống chế độ cao 110 6.4 Đo vẽ chi tiết mỏ lộ thiên 111 6.5 Phương pháp tính khối lượng mỏ lộ thiên 114 Chương 7: Trắc địa mỏ hầm lò 121 7.1 Khái niệm cơng tác trắc địa mỏ hầm lị 121 7.2 Lưới khống chế mặt 122 7.3 Lưới khống chế độ cao 127 7.4 Công tác cho hướng đào lò 130 7.5 Đo vẽ chi tiết hầm lò 142 7.6 Lập bổ sung đồ khai thác 146 Tài liệu tham khảo 147 Bài 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 mô, đối tượng phương pháp nghiên cứu khác mà trắc địa chia làm lĩnh vực 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 (bản đồ địa lý, địa hình, ) Trắc địa mỏ - cơng trình: Nghiên cứu phương pháp trắc địa khảo sát địa hình phục vụ thiết kế, xây dựng cơng trình, khai thác theo dõi q trình biến dạng cơng trình xây dựng Riêng với ngành mỏ trắc địa mỏ ngành học phục vụ cho công nghiệp khai thác mỏ, khâu then chốt quan trọng tồn q trình cơng nghệ từ thăm dò mỏ, thiết kế, xây dựng, khai thác giải thể mỏ khai thác hết tài ngun Trắc địa mỏ đóng vai trị hoa tiêu tiến trình khai thác mỏ Chính ngành địi hỏi tập trung tởng hợp kiến thức đầy đủ trắc địa, địa chất, kỹ thuật khai thác, kinh tế mỏ, môi trường mỏ để giải nhiệm vụ kỹ thuật mỏ giai đoạn khác Vai trị ngành trắc địa Cơng tác trắc địa đóng vai trò quan trọng hầu hết lĩnh vực kể kinh tế quốc phòng Đối với lĩnh vực anh ninh, quốc phịng đồ địa hình tài liệu quan trọng việc lập kế hoạch huy tác chiến Đối với ngành xây dựng, giao thơng, thuỷ lợi, địa chất, khí tượng, cơng tác trắc địa đóng vai trị quan trọng giai đoạn: khảo sát, thiết kế, thi cơng, theo dõi nghiệm thu cơng 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 công trình, trắc địa thực cơng tác đo thơng số biến dạng cơng trình đo lún, độ nghiêng độ chuyển vị cơng trình Từ thơng số biến dạng kiểm chứng công tác khảo sát, thiết kế, đánh giá mức độ ổn định chất lượng công trình Lịch sử phát triển ngành Trắc địa Trên giới, Sự phát sinh phát triển ngành trắc địa nhu cầu đời sống người Vào khoảng 3000 năm trước công nguyên, sông Nin Ai cập hàng năm nước lũ thường dâng lên xoá bỏ ranh giới ruộng mương hai bên bờ Khi nước rút đi, 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 cở Hy lạp có văn hoá 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 việc đo 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 dựng nước Người Lạc việt vượt biển tới Inđônêxia để trao đởi hàng hố Nhà nước Âu Lạc tiến hành xây dựng thành Cở loa dài nghìn trượng quanh co xoáy 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 năm 1469 vẽ đồ nước ta, 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 hồn tồn độc lập Nhà nước cho tiến hành việc đo vẽ tồn lãnh thở, 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 Chương NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.1 Hình dáng, kích thước Trái đất 1.1.1 Hình dạng tự nhiên Bề mặt tự nhiên trái đất có hình dạng phức tạp có diện tích khoảng 510.575.000 km2, đại dương chiếm 71,8% lục địa chiếm 28,2% Độ cao trung bình lục địa so với mực nước đại dương khoảng +875m, cịn độ sâu trung bình đáy đại dương khoảng -3800m Chênh lệch độ cao điểm cao (đỉnh núi Chomoluma 8882m) điểm sâu (hố Marian - 11032 m) vỏ trái đất khoảng 20 km Bán kính trung bình trái đất 6371 km Với số liệu ta hình dung hành tinh thu nhỏ trái cầu nước có bán kính 3m mà vết gợn lớn bề mặt cm (bằng 1/300 bán kính) 1.1.2 Các mặt quy chuẩn a Mặt thủy chuẩn Công tác đo đạc tiến hành mặt đất, cần phải biết xác hình dạng kích thước đất Ta thấy vị trí trung bình n tĩnh lồi lõm mặt đất lại trùng với mặt nước biển trung bình yên tĩnh đại dương, nên gọi mặt nước biển trung bình yên tĩnh mặt thuỷ chuẩn gốc Hình 1-1 Mặt thủy chuẩn đất Mặt thuỷ chuẩn Trái đất (mặt thủy chuẩn gốc): Là mặt nước biển trung bình yên tĩnh kéo dài xuyên qua lục địa hải đảo tạo thành mặt cong khép kín Mặt thuỷ chuẩn quy ước: Mặt thuỷ chuẩn khơng qua mực nước biển trung bình n tĩnh gọi mặt thuỷ chuẩn qui ước hay nói cách khác mặt thuỷ chuẩn song song với mặt thuỷ chuẩn gốc gọi mặt thuỷ chuẩn quy ước, có vơ số mặt thuỷ chuẩn quy ước Việt Nam lấy mặt nước biển trung bình qua quan sát nhiều năm trạm nghiệm triều đảo Hòn Dấu ( Đồ Sơn – Hải Phòng) làm mặt thuỷ chuẩn gốc để xác định độ cao điểm Độ cao điểm mặt đất khoảng cách tính theo đường dây dọi từ điểm tới mặt thuỷ chuẩn Tuỳ theo cách chọn mặt thuỷ chuẩn ta có loại độ cao Những điểm nằm phía mặt nước gốc có độ cao dương (+) điểm nằm phía mặt nước gốc có độ cao âm(-) Tuỳ theo cách chọn mặt thuỷ chuẩn ta có loại độ cao: Độ cao tuyệt đối: Độ cao tuyệt đối điểm khoảng cách theo đường dây dọi từ điểm đến mặt thuỷ chuẩn gốc HA Độ cao tương đối (hay độ cao qui ước): Là khoảng cách theo đường dây dọi từ điểm đến mặt thuỷ chuẩn qui ước HA’ B ∆hAB ’ HB HB A HA HA’ Mặt thủy chuẩn qui ước Mặt thủy chuẩn gốc Hình 1-2 Độ cao điểm mặt đất Hiệu độ cao: Hiệu độ cao điểm khoảng cách theo đường dây dọi mặt thuỷ chuẩn qui ước qua điểm đó, ký hiệu là: ∆hAB = HB - HA b Khối Geoid Kavazigeoid Khối vật thể bao bọc mặt thuỷ chuẩn trái đất gọi Geoid Tâm khối Geoid trùng với tâm trái đất điểm mặt đất phương trọng lực vng góc với mặt Geoid Vì vật chất phân bố lịng đất khơng đồng nên phương trọng lực (phương đường dây dọi) điểm Geoid không hội tụ tâm trái đất, nghĩa mặt Geoid mặt gợn sóng khối Geoid hình dạng vật lý trái đất Việc xác định xác Geoid chung trái đất khó Trong thực tế người ta xác định Geoid gần gọi Kavazigeoid Mặt Kavazigeoid vùng đại dương lục địa chênh khoảng đến m Kavazigeoid mặt chuẩn hệ độ cao thường thường dùng mạng lưới độ cao nhà nước c Elipxoid trái đất Elipxoid thực dụng Vì mặt Geoid Kvazigeoid khơng thể dạng cong toán học trơn, số liệu trắc địa phải tính tốn xử lí bề mặt tốn học Vì phạm vi toàn giới thường chọn khối gần với Elipxoid trịn xoay gọi Elipxoid trái đất Mặt Elipxoid trái đất mặt tròn xoay thay cho mặt Geoid Mặt Elipxoid trái đất có đặc tính sau: - Tâm Elipxoid trái đất trùng với tâm trái đất - Mặt phẳng xích đạo Elipxoid trái đất trùng với mặt phẳng xích đạo trái đất - Thể tích Elipxoid trái đất với thể tích Geoid - Tởng bình phương chênh lệch Elipxoid trái đất Geoid nhỏ nhất: [2] = - Tại điểm bề mặt trái đất phương pháp tuyến vng góc với mặt Elipxoid Như vậy, mặt Geoid mặt Elipxoid trái đất không trùng điểm bề mặt trái đất phương trọng lực g (phương vật lý) không trùng với phương pháp tuyến n, gọi độ lệch dây dọi u Độ lệch dây dọi xác định phương pháp trắc địa, cho phép tính chuyển yếu tố đo từ mặt đất sang mặt Elipxoid trái đất Việc xác định xác Elipxoid trái đất phương pháp trắc địa địi hỏi phải có số liệu đo đạc với mật độ lớn khắp bề mặt trái đất Công việc khó khăn, vùng đại dương, vùng Bắc Nam cực Mặt khác lĩnh vực thành lập đồ địa hình, vị trí quốc gia trái đất khác nên sử dụng hệ quy chiếu Elipxoid chung bị biến dạng, xác Vì quốc gia số liệu đo đạc xây dựng mặt Elipxoid riêng gọi Elipxoid thực dụng A Geoid Elipxoid Elipxoid b a u Geoid n g Hình 1-3 Xác định khối Geoid Kavazigeoid Yêu cầu Elipxoid thực dụng phải định vị vào trái đất gần trùng với mặt Geoid bao trùm tồn lãnh thở quốc gia Elipxoid thực dụng bề mặt tốn học có vai trị quan trọng việc giải toán trắc địa lý thuyết 1.1.3 Kích thước trái đất Kích thước đất đặc trưng yếu tố: + Bán trục lớn a + Bán trục nhỏ b + Độ dẹt đất : ab a b a Hình 1-4 Kích thước elipxoid Năm Tên Elipxoid a (m) Độ dẹt α 1810 Benzed 6377397 1:309 1940 Kraxopski 6378245 1:298,3 1984 WGS84 6378137 1: 298,2 Để đơn giản việc ước tính, đo đạc phạm vi hẹp ta coi đất hình cầu có bán kính R = 6371km, chu vi C = 2πR = 40.000km chiều dài ứng với 10 kinh tuyến xích đạo C/3600 = 111km 1.2 Các hệ tọa độ trắc địa 1.2.1 Toạ độ địa lý điểm mặt đất 1.2.1.1 Các yếu tố trái đất a Kinh tuyến trái đất Kinh tuyến trái đất giao tuyến mặt phẳng chứa trục quay trái đất với mặt nước gốc Mặt phẳng chứa kinh tuyến gọi mặt phẳng kinh tuyến Như kinh tuyến trái đất đường cong khép kín qua hai cực có vơ số kinh tuyến theo cách định nghĩa Theo quy ước Quốc tế lấy mặt phẳng kinh tuyến qua đài thiên văn Greenwich thủ đô nước Anh làm mặt phẳng kinh tuyến gốc (kinh tuyến 0) để từ xác định tên mặt phẳng kinh tuyến khác Mặt phẳng chứa kinh tuyến gốc gọi mặt phẳng kinh tuyến gốc b Vĩ tuyến trái đất Là giao tuyến mặt phẳng vng góc với trục quay trái đất với mặt nước gốc trái đất, tạo thành đường cong khép kín gọi vĩ tuyến Mặt phẳng chứa vĩ tuyến gọi mặt phẳng vĩ tuyến Khi mặt phẳng cắt qua tâm trái đất ta vĩ tuyến lớn gọi xích đạo Mặt phẳng chứa xích đạo gọi mặt phẳng xích đạo 1.2.1.2 Tọa độ địa lý điểm mặt đất Bao gồm hai yếu tố độ vĩ độ kinh * Độ kinh điểm Độ kinh điểm M (M) góc nhị diện hợp mặt phẳng kinh tuyến gốc mặt phẳng kinh tuyến qua M Quy ước mặt phẳng Kinh tuyến gốc 00, đánh số từ 00 đến 1800 phía Đơng gọi độ kinh đơng từ 00 đến 1800 phía Tây gọi độ kinh Tây * Độ vĩ điểm Độ vĩ điểm M (M) góc hợp đường thẳng nối từ điểm tới tâm trái đất với hình chiếu mặt phẳng xích đạo 10 Quy ước mặt phẳng xích đạo 00, đánh số từ 0o đến 90o phía Bắc gọi độ vĩ Bắc 0o đến 90o phía Nam gọi độ vĩ Nam Hình 1-5 Tọa độ địa lý điểm mặt đất Ví dụ: Toạ độ địa lý trung tâm Hà Nội là: = 210 Bắc ; = 1050 Đông Tọa độ địa lý xác định quan sát thiên văn nên gọi tọa độ thiên văn Một số ngành sử dụng hệ toạ độ như: Thiên văn, hàng khơng, hàng hải, khí tượng thuỷ văn,… 1.2.2 Hệ toạ độ Gauss a Nội dung phép chiếu Gauss - Kruger Phép chiếu Gauss thiết lập vào năm 1820-1830, lý thuyết phép chiếu phổ biến rộng rãi vào năm 1866 Sau đó, phép chiếu Kruger nghiên cứu hồn thiện vào năm 1912-1919 Từ đến phép chiếu mang tên Gauss-kruger Nội dung phép chiếu sau: Gauss chia qủa đất thành 60 múi, múi 60 đánh số thứ tự từ đến 60, từ múi có kinh tuyến gốc phía Tây qua phía Đơng vịng phía Tây trở kinh tuyến gốc Hình 1-6.b Hình 1-6.a 11 Hình 1-6.c Hình 1-6 Phép chiếu Gauss - Kruger Mỗi múi chia thành phần đối xứng qua kinh tuyến gọi kinh tuyến trục Ta tưởng tượng cho hình trụ nằm ngang ngoại tiếp với đất theo kinh tuyến hai múi đối xứng Dùng tâm đất làm tâm chiếu để chiếu múi tiếp xúc với hìng trụ lên mặt trụ, sau xoay tịnh tiến đất để chiếu múi khác lên hình trụ Sau khai triển mặt trụ thành mặt phẳng hình chiếu múi lên mặt phẳng Hình chiếu múi có đặc điểm sau: + Xích đạo đường thẳng nằm ngang ( trục Y) + Kinh tuyến trở thành trục đứng vng góc với xích đạo ( trục X) + Diện tích múi lớn diện tích thực + Độ dài kinh tuyến độ dài thực, xa kinh tuyến độ biến dạng nhiều Để hạn chế biến dạng người ta chia thành múi 30 Theo phép chiếu Gauss lãnh thổ Việt Nam nằm phạm vi múi thứ 18, phần miền trung ( từ Đà Nẵng đến Bình Thuận Hoàng Sa) thuộc múi thứ 19 quần đảo Trường Sa thuộc múi thứ 20 có kinh tuyến tương ứng 1050 1110 b Toạ độ phẳng vng góc Gauss Trên hình chiếu múi xích đạo kinh tuyến vng góc với tạo nên hệ toạ độ vng góc phẳng múi gọi hệ toạ độ Gauss (hình 1-6) Chiều dương trục ngang OY hướng sang phía Đơng, chiều dương trục OX hướng lên phía Bắc Căn vào vào hai hệ trục toạ độ kẻ hệ thống đường nằm ngang thẳng đứng toạ thành lưới ô vuông Tuỳ theo tỷ lệ đồ cần đo vẽ mà ta chọn khoảng cách đường Hệ toạ độ Gauss có nửa trái múi có hồnh độ Y mang dấu âm Ở Việt Nam để thuận lợi cho việc tính tốn ta chuyển trục OX sang phía Tây 500km lúc toạ độ Y hoàn toàn mang dấu dương 12 Để phân biệt toạ độ điểm nằm múi chiếu thứ cách điểm gốc O bao nhiêu, người ta qui định cách viết hồnh độ Y có ghi kèm với số thứ tự múi chiếu Ví dụ: Để xác định tọa độ vng góc điểm ta làm sau : Từ điểm ta kẻ đường vng góc tới hai trục tọa độ 0x 0y Khoảng cách từ chân đường vng góc vừa kẻ tới gốc tọa độ tọa độ điểm cần xác định x Trên hình 1-7 tọa độ điểm A XA,YA A XA ký hiệu A(XA ,YA) Tương tự tọa độ điểm B (XB,YB) B XB 1.2.3 Hệ tọa độ UTM a Nội dung phép chiếu UTM YB YA Phép chiếu UTM (Universal Transverse Mercator) phép chiếu hình trụ ngang đồng góc thực sau: Chia trái đất thành 60 múi đường kinh tuyến cách 60, đánh số thứ tự múi từ đến 60 kinh tuyến gốc theo chiều ngược kim đồng hồ khép kinh tuyến gốc Hình 1-7 Tọa độ vng góc điểm Dùng hình trụ ngang (có bán kính nhỏ bán kính đất) cắt mặt cầu trái đất theo hai đường cong đối xứng qua kinh tuyến múi có tỷ lệ chiếu k = ( không bị biến dạng chiều dài) Kinh tuyến trục nằm ngồi mặt trụ có tỷ lệ chiếu k = 0.9996 500km Hình 1-8 Phép chiếu UTM Lấy tâm trái đất làm tâm chiếu, chiếu múi lên mặt trụ theo nguyên lý phép chiếu xuyên tâm Sau khai triển mặt trụ thành mặt phẳng, ta hình dạng múi chiếu Phép chiếu UTM có ưu điểm độ biến dạng phân bố có trị số nhỏ Mặt khác để thuận tiện cho việc sử dụng chung hệ toạ độ khu vực giới, Việt Nam sử dụng lưới chiếu hệ toạ độ Quốc gia VN-2000 thay cho phép chiếu Gauss - Kruger hệ toạ độ cũ HN-72 b Hệ toạ độ vng góc phẳng UTM Trong phép chiếu UTM, múi chiếu có kinh tuyến trục suy biến thành đường thẳng đứng chọn trục OX, xích đạo suy biến thành đưởng thẳng ngang 13 y chọn trục OY tạo thành hệ toạ độ vuông góc phẳng UTM múi chiếu ( hình 1-8) Để trị số hồnh độ Y khơng mang dấu âm, ta quy ước dời trục OX sang phía Tây 500km quy định ghi hồnh độ Y có kèm số thứ tự múi chiếu phía trước Ví dụ: Để xác định tọa độ (X,Y) điểm M thuộc múi thứ mấy, ta quy ước ghi phía trước giá trị Y số thứ tự múi XM = 2209000 m YM = 18.576000 m Căn vào tọa độ Y ghi biết được: + Điểm M thuộc múi thứ 18 + Kinh tuyến trục múi có giá trị: n = 60n - 30 = 60 x 18 - 30 = 1050 Trên đồ địa hình, để tiện cho sử dụng ta kẻ hệ thống đường thẳng song song với trục OX, OY tạo thành lưới ô vuông toạ độ Hệ toạ độ vng góc phẳng UTM sử dụng hệ toạ độ VN-2000 Hệ toạ độ VN-2000 Thủ Tướng Chính Phủ định hệ toạ độ Trắc địa - Bản đồ Quốc gia Việt Nam có hiệu lực từ ngày 12/08/2000 Hệ toạ độ có đặc điểm sau: - Sử dụng Elipxoid WGS-84 (World Geodesic System 1984) làm Elipxoid thực dụng, Elip có bán trục lớn a = 6378137, độ dẹt = 1:298,2 - Sử dụng phép chiếu hệ toạ độ vng góc phẳng UTM - Gốc toạ độ đặt khn viên viện nghiên cứu địa chính, đường Hồng Quốc Việt -Hà Nội 1.2.5 Hệ toạ độ cực Trên mặt phẳng chọn hai điểm A B, điểm A điểm cực, hướng cố định AB trục cực (Hình 1-9) Vị trí điểm i xác định góc cực i chiều dài cực Si Góc cực i góc tính từ hướng trục cực AB theo chiều thuận kim đồng hồ đến hướng cạnh cực Si, cạnh cực Si chiều dài ngang từ điểm gốc A đến điểm i Hệ toạ độ cực áp dụng đo vẽ đồ địa hình thực địa 1.3 Khái niệm đồ, bình đồ, mặt cắt 1.3.1 Khái niệm đồ, bình đồ a Bản đồ 14 B βi i Si A Hình 1-9 Hệ toạ độ cực Bản đồ hình ảnh thu nhỏ khái quát hoá phần rộng lớn bề mặt đất lên mặt phẳng nằm ngang theo phép chiếu hình đồ với nguyên tắc biên tập khoa học Bản đồ có tính đến ảnh hưởng độ cong trái đất, đặc điểm biến dạng phép chiếu hình sử dụng thống với hệ toạ độ độ cao Nhà nước Tuỳ theo yêu cầu mà nội dung đồ khác nhau: + Nếu đồ thể yếu tố địa vật (ao hồ, nhà cửa, sơng ngịi,…) gọi đồ địa vật + Nếu đồ thể đầy đủ yếu tố địa vật hình dáng mặt đất gọi đồ địa hình b Bình đồ Bình đồ biểu thị khu đất nhỏ theo phép chiếu hình đơn giản, nghĩa coi mặt quy chiếu toạ độ độ cao mặt phẳng nằm ngang Bình đồ thường có tỷ lệ lớn 1.3.2 Mặt cắt địa hình Mặt cắt địa hình hình chiếu mặt cắt mặt đất (mặt cắt dọc ngang) theo hướng cắt lên mặt phẳng thẳng đứng H h1 h2 h3 h4 h5 h6 h7 1’ S1 2’ S2 S3 3’ S4 S5 4’ 5’ S6 6’ S7 7’ S Hình 1-10 Mặt cắt địa hình Mặt cắt địa hình bao gồm hai loại: + Mặt cắt dọc: mặt cắt vẽ theo dọc tim cơng trình + Mặt cắt ngang: mặt cắt vẽ theo hướng vng góc với mặt cắt dọc Thơng thường mặt cắt địa hình biểu thị theo trục vng góc với + Trục đứng biểu thị độ cao điểm mặt cắt + Trục ngang biểu thị khoảng cách ngang điểm mặt cắt Tuỳ theo điều kiện cụ thể, hai trục biểu diễn tỷ lệ khác tỷ lệ Nhưng chênh lệch độ cao điểm khoảng cách, nên thường chọn tỷ lệ đứng gấp 10 lần tỷ lệ ngang 1.4 Tỷ lệ đồ 1.4.1 Định nghĩa, phân loại ứng dụng tỷ lệ đồ 15 a Định nghĩa Tỷ lệ đồ tỷ số chiều dài đoạn thẳng đồ chiều dài nằm ngang thực địa, kí hiệu 1/M Sbd M S td (1-1) Trong đó: M : Mẫu số tỷ lệ đồ, biểu diễn mức độ thu nhỏ đồ Sbd: Chiều dài đoạn thẳng đồ Stđ : Chiều dài nằm ngang đoạn thẳng thực địa Khi biểu thị tỷ lệ đồ, tử số chọn 1, mẫu số đồ số chẵn Như vậy, tỷ lệ đồ tỉ lệ nghịch với mẫu số tỷ lệ đồ, nên trị số M nhỏ tỷ lệ đồ lớn, tức mức độ biểu thị địa vật đồ chi tiết b Phân loại Dựa vào mẫu số tỷ lệ đồ người ta phân đồ thành loại: - Bản đồ tỷ lệ lớn: Là đồ có mẫu số tỷ lệ đồ từ 5000 đến 500 lớn Ví dụ: 1: 5000, 1: 2000, 1:1000, 1:500 - Bản đồ tỷ lệ trung bình: Là đồ có mẫu số tỷ lệ đồ từ 50000 đến 10000 Ví dụ: 1: 50000, 1: 25000, 1:10000 - Bản đồ tỷ lệ nhỏ: Là đồ có mẫu số tỷ lệ đồ từ 5000 đến 500 lớn Ví dụ: 1: 1.000.000, 1: 500.000, 1:100.000 c Ứng dụng tỷ lệ đồ Từ công thức (1-1): - Nếu biết chiều dài đoạn thẳng đồ Sbd tính chiều dài ngang tương ứng ngồi mặt đất Stđ = Sbd M (1-2) - Hoặc biết chiều dài thực địa Stđ chiều dài đồ Sbd là: Std M (1-3) Ví dụ: Trên đồ tỷ lệ 1/5000 ta có đoạn có chiều dài Sbđ = 15cm, kích thước nằm ngang ngồi mặt đất là: Stđ = 15cmx5000 = 750m Nếu đo chiều dài nằm ngang là: 2,5km kích thước để vẽ lên đồ tỷ lệ 1/5000 2,5km 250000 50cm 5000 5000 1.4.2 Thước tỷ lệ Để đọc giá trị chiều dài đoạn thẳng đồ tỷ lệ nhanh dễ dàng, ta dùng loại thước gọi thước tỷ lệ Tuỳ theo yêu cầu độ xác mà ta chọn hai loại thước tỷ lệ sau : - Thước tỷ lệ thẳng 16 - Thước tỷ lệ xiên a Thước tỷ lệ thẳng M 10 N 20 10 30 40 m Hình 1-11 Thước tỷ lệ thẳng + Cấu tạo thước Kẻ đoạn thẳng liên tiếp nhau, đoạn gọi “một đơn vị bản” Độ dài “đơn vị bản” phải chọn cho tương ứng với độ dài chẵn mặt đất để dễ nội suy Ví dụ: Với tỷ lệ đồ 1/5000, chọn đơn vị dài 2cm, tương ứng với 10m thực địa Ta đánh số thước hình vẽ 1-11 Để đơn vị bên trái, đánh số từ 0m đến 10m, 20m, 30m,… tăng dần phía phải Đơn vị đầu bên trái ta chia thành 10 khoảng nhỏ, khoảng tương ứng 1m thực địa Giữa khoảng đánh dấu màu đen trắng xen kẽ để dễ phân biệt Như thước tỷ lệ thẳng + Cách sử dụng thước Để biết chiều dài nằm ngang mặt đất đoạn MN đồ, ta dùng thước kẻ hay compa đo đoạn đem đặt vào thước tỷ lệ Khi đặt để đầu trùng với số chục mét chẵn bên phải thước, đầu trái đoạn đo vào đơn vị có chia nhỏ Kết đoạn đo số đọc đầu phải cộng với số đọc thước đầu trái Trên hình 1-11 ta đọc kích thước nằm ngang ngồi mặt đất đoạn MN là: 20m + 6m = 26m b Thước tỷ lệ xiên * Cách dựng thước tỷ lệ xiên Dựng ô vuông liên tiếp thành hàng ngang, kích thước vng đơn vị thước Đơn vị thước tuỳ thuộc vào tỷ lệ đồ số m chẵn thực tế Chia theo cạnh đứng ô vuông thành 10 phần Kẻ đường qua điểm chia 10 dòng Chia cạnh ngang ô đầu thành 10 phần nhau, nối điểm chia thành thành đường xiên hình 1-12 17 Đề số khoảng cách bản, ví dụ thước tỷ lệ cho tỷ lệ đồ 1:5000, ta có cm ứng với 100 m Để xác định khoảng cách lẻ dựa vào đoạn lẻ chia ô vuông Trong tam giác vuông OAB, cạnh AB 0.1 cạnh (ứng với 10 m), đoạn song song với AB ứng với 0.09, 0.08,… , 0.01 chiều dài cạnh AB 10 a 10080 60 40 20 b 100 200 300 300 m Hình 1-12 Thước tỷ lệ xiên * Cách sử dụng thước tỷ lệ xiên Để xác định chiều dài đoạn thẳng đó, dùng compa đo đồ đoạn đó, ví dụ đoạn ab, đặt đầu b trùng với vạch chẵn, ví dụ hình vẽ vạch 200m, cịn đầu a phía bên hàng ngang với đầu b Di chuyển tịnh tiến compa cho đầu a trùng vào đường xiên Theo số ghi thước, đọc khoảng cách cần đo Trên hình 1-12, ta đọc chiều dài 273 m 1.5 Cách biểu thị đồ địa hình Bản đồ địa hình hình ảnh thu nhỏ mặt đất, biểu diễn đồ phải đầy đủ nội dung có mặt đất bao gồm yếu tố địa vật, địa hình kết hợp với kí hiệu để biểu thị 1.5.1 Biểu diễn địa vật Việc biểu diễn địa vật phải tuân theo kí hiệu qui ước đồ Cục đo đạc đồ qui định, kí hiệu phải đơn giản, rõ ràng, dễ nhớ, thống Các kí hiệu địa vật đồ tỉ lệ khác có kích thước khác phải hình dáng a Kí hiệu theo tỉ lệ Thường để biểu diễn địa vật có diện tích lớn như: Rừng cây, hồ ao,vùng dân cư, làng xã, nhà máy, xí nghiệp,…Những địa vật có diện tích rộng biểu diễn đồ thu nhỏ lại đồng dạng theo tỉ lệ đồ Nếu địa vật có ranh giới rõ ràng khu dân cư, khu cơng nghiệp đường biên bao quanh vẽ nét liền Địa vật có ranh giới không rõ ràng đường biên đồng cỏ đầm lầy vẽ nét đứt đoạn, bên vẽ theo kí hiệu định b Kí hiệu không theo tỉ lệ 18 Dùng để biểu thị cho địa vật có kích thước q nhỏ mà khơng biểu thị theo tỷ lệ đồ vị trí lại có ý nghĩa quan trọng như: Cột mốc số, đình, chùa… Để vẽ địa vật ta phải qui ước hình dạng kích thước để vẽ, địa vật phải xác định vị trí xác để vẽ với vị trí thực tế ngồi thực địa đo đạc Ngồi ký hiệu vẽ khơng theo tỷ lệ cịn dùng để biểu thị đặc tính khu vực như: đầm lầy, đồng cỏ, rừng cây,… c Ký hiệu kết hợp Những địa vật có dạng chạy dài đường xá, mương, kênh, đường biên giới, biểu diễn kí hiệu kết hợp vừa theo tỉ lệ, vừa không theo tỉ lệ Khi chiều dài chúng thể theo tỉ lệ đồ, cịn chiều rộng q nhỏ phải qui ước theo ký hiệu đồ qui định Để biểu diễn địa vật đầy đủ, ta cịn dùng kí hiệu giải, số chữ ghi kèm theo kí hiệu Các số, dòng chữ viết theo tiêu chuẩn để vào kiểu chữ mà biết nội dung giải, ngồi để có sức diễn đạt cao dễ đọc nên dùng màu sắc khác để biểu diễn địa vật Ví dụ đường ô tô vẽ màu đỏ nâu, đường sắt vẽ màu đen, sông vẽ màu xanh 1.5.2 Biểu diễn địa hình Trong thực tế có nhiều phương pháp để biểu thị hình dáng mặt đất như: phương pháp tơ màu, kẻ vân,… Hình 1-14 Ký hiệu địa mạo Nhưng nói chung phương pháp nêu khơng đáp ứng u cầu xác khơng dùng để thiết kế cơng trình Trong ngành kỹ thuật chủ yếu biểu diễn dáng đất đường đồng mức Đường đồng mức đường nối liền điểm có độ cao mặt đất: Định nghĩa đường đồng mức: Đường đồng mức hình chiếu giao tuyến mặt đất với mặt phẳng song song với mặt nước gốc đất hình 1.15 19 Hình 1-15 Đường đồng mức Theo qui ước đường đồng mức phải có độ cao chẵn, hiệu độ cao hai đường đồng mức gần gọi khoảng cao ký hiệu h Đặc tính đường đồng mức: - Những điểm nằm đường đồng mức có độ cao - Đường đồng mức phải liên tục khép kín, trường hợp đường đồng mức khơng khép kín phạm vi tờ đồ phải kéo dài đến tận biên đồ - Nơi đường đồng mức cách xa nơi mặt đất dốc thoải ngược lại đường đồng mức sát thể địa hình chỗ dốc đứng Nếu đường đồng mức trùng lên thể địa hình nơi có vách đứng - Đường đồng mức khơng cắt nhau, trường hợp đặc biệt núi hàm ếch đường đồng mức trùng lên (hình1-16) Hình 1-16 Trường hợp đặc biệt đường đồng mức Khoảng cao đường đồng mức: Chênh lệch độ cao hai đường đồng mức gọi khoảng cao đều, ký hiệu h khoảng cao lựa chọn dựa vào tỷ lệ đồ, độ dốc khu vực đo vẽ yêu cầu sử dụng đồ Trong khu đo dùng khoảng cao đều, nơi phẳng vẽ thêm đường đồng mức phụ nửa 20 ... mỏ lộ thiên 11 4 Chương 7: Trắc địa mỏ hầm lò 12 1 7 .1 Khái niệm cơng tác trắc địa mỏ hầm lị 12 1 7.2 Lưới khống chế mặt 12 2 7.3 Lưới khống chế độ cao 12 7 7.4 Công tác cho hướng đào lò 13 0 7.5 Đo... tởng hợp kiến thức đầy đủ trắc địa, địa chất, kỹ thuật khai thác, kinh tế mỏ, môi trường mỏ để giải nhiệm vụ kỹ thuật mỏ giai đoạn khác Vai trị ngành trắc địa Cơng tác trắc địa đóng vai trò quan... Chương 1: Những khái niệm 1. 1 Hình dáng, kích thước trái đất 1. 2 Các hệ tọa độ dùng trắc địa 10 1. 3 Bản đồ, bình đồ, mặt cắt địa hình 14 1. 4 Tỷ lệ đồ 15 1. 5 Các phương pháp biểu diễn địa hình 18 1. 6