Đang tải... (xem toàn văn)
Trong lĩnh vực Công Nghệ Thông Tin nói riêng, yêu cầu quan trọng nhất của người học đó chính là thực hành. Có thực hành thì người học mới có thể tự mình lĩnh hội và hiểu biết sâu sắc với lý thuyết. Với ngành mạng máy tính, nhu cầu thực hành được đặt lên hàng đầu. Tuy nhiên, trong điều kiện còn thiếu thốn về trang bị như hiện nay, người học đặc biệt là sinh viên ít có điều kiện thực hành. Đặc biệt là với các thiết bị đắt tiền như Router, Switch chuyên dụng
PHƯƠNG PHÁP CHUYỂN ĐỘ CAO GPS VỀ ĐỘ CAO THI CƠNG CĨ KỂ ĐẾN ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ LỆCH DÂY DỌI ThS NGÔ XUÂN THẾ Viện KHCN Xây dựng ThS ĐỖ NHƯ TÙNG Cục đồ Bộ Quốc phịng Tóm tắt: Trong giai đoạn Việt Nam hệ thống độ cao sử dụng phổ biến khảo sát, γ thiết kế xây dựng công trình hệ độ cao thường H , truyền độ cao phương pháp thuỷ chuẩn hình học Trong điểm khống chế thi cơng thành lập công nghệ GPS lại cho kết tọa độ độ cao hệ toạ độ trắc địa (B, L, H) WGS-84 (X, Y, Z) Khi thi cơng xây dựng cơng trình cầu, hầm xun núi, cơng trình thuỷ điện,… cần phải truyền độ cao qua địa hình khó khăn sơng lớn, đỉnh núi cao hiểm trở vấn đề truyền độ cao công nghệ GPS cho phép giảm nhẹ khối lượng cơng việc so với đo cao hình học Nhưng phải giải vấn đề mấu chốt tính chuyển độ cao GPS hệ độ cao thi cơng cơng trình với độ xác bảo đảm u cầu lưới khống chế độ cao trắc địa cơng trình Bài báo nêu phương pháp tính chuyển độ cao GPS độ cao thi cơng có kể đến ảnh hưởng độ lệch dây dọi Xác định phương pháp thuật tốn tính chuyển độ cao GPS Bằng cơng nghệ GPS truyền toạ độ độ cao tới điểm khống chế cách xa hàng chục km với độ xác cao theo nguyên tắc đo GPS tương đối tĩnh Kết đo GPS tương đối tĩnh xác định gia số toạ độ không gian ΔX, ΔY, ΔZ (trong hệ WGS-84) hai điểm thu tín hiệu đồng thời Thực phép tính chuyển sang hệ toạ độ trắc địa ta có đại lượng tương ứng ΔB, ΔL, ΔH Như công nghệ GPS truyền độ cao từ điểm sang điểm thứ hai, biết độ cao hai điểm Tuy nhiên, giá trị độ cao H ΔH xác định độ cao (hiệu độ cao) trắc địa điểm xét (tức độ cao điểm so với bề mặt Ellipxoid WGS-84) Trong hệ độ cao sử dụng phổ biến thi công xây dựng cơng trình nước ta hệ độ cao thường (Hγ), tức độ cao điểm so với mặt Kwadigeoid Quan hệ độ cao trắc địa độ cao thường xác định công thức: γ H = H – ζγ (1) Trong đó: ζ - dị thường độ cao điểm đo Nếu xác định ζ hồn tồn xác định độ cao thường (Hγ) dựa vào độ cao trắc địa (H) xác định công nghệ GPS Đây vấn đề có ý nghĩa thi cơng xây dựng cơng trình cầu vượt, hầm, cơng trình thuỷ điện,… Ở tác giả đưa cách giải thực chất phải chuyển độ cao trắc địa H độ cao thuỷ chuẩn với việc tính dị thường độ cao ζ, dị thường độ cao xuất dạng số hiệu chỉnh vào độ cao trắc địa gồm hai phần: dị thường độ cao tính theo ζ84 số hiệu chỉnh định vị lại Elip WGS-84 cho phù hợp với geoid khu vực Các cơng trình nghiên cứu trước [3] chọn mặt Ellipxoid thi công theo nguyên tắc định vị lại Ellipxoid WGS-84 cho phù hợp với geoid khu vực xây dựng Geoid, Ellipxoid dây dọi liên quan đến nhau, cách định vị lại Ellipxoid WGS-84 cho phù hợp với geoid cục kể đến ảnh hưởng độ lệch dây dọi Nguyên lý tính chuyển độ cao GPS theo mặt Ellipxoip thi cơng Trong phạm vi khơng lớn coi mặt geoid không gồ ghề lắm, ta xoay mặt Ellipxiod WG – 84 cho xấp xỉ với mặt geoid khu vực gọi mặt Ellipxiod thi công Mặt Ellipxiod thi công mặt xác định qua điều kiện tổng bình phương chênh cao mặt geoid khu vực nhỏ Trong đó: TC (2) TC - giá trị dị thường độ cao mặt Ellipxiod thi công mặt geoid khu vực A Mặt đất HTC=h h H Geoid HTC tc 84 Elipxoid thi công Elipxoid GS-84 Hình Ngun lý tính chuyển độ cao GPS theo mặt Ellipxoid thi cơng Từ hình ta có mối quan hệ độ cao trắc địa H thu công nghệ GPS độ cao thủy chuẩn h xác định phương pháp thủy chuẩn hình học, biểu diễn công thức: H h TC 84 H h Với (3) 84 - giá trị dị thường độ cao mặt Ellipoid WGS-84 mặt goeid điểm xét Mặt khác: h = HTC + TC (4) TC giá trị dị thường độ cao mặt Ellipxoid thi công mặt geoid khu vực điểm A ta có: 84 d (5) Nếu gọi TC Đại lượng d thay đổi độ cao trắc địa mặt Ellipoid WGS – 84 định vị lại Ellipxoid theo điều kiện (2) Với giả thiết phạm vi địa hình nghiên cứu nhỏ tương đối phẳng, q trình tính tốn xoay chuyển Ellipxoid thi công áp sát vào bề mặt geoid cho TC góc xoay Euler tỷ lệ dài dm, da, df nhỏ xấp xỉ nên ta bỏ qua Và coi: dh d (6) Ta có: TC 84 cos L.X cos B sin L.Y sin b.Z (7) x , y , z hệ số Trong đó: TC 84 - tham số tịnh tiến X , Y , Z (7) cần có điểm vừa có độ cao GPS, vừa có độ cao thủy chuẩn Khi có nhiều điểm song trùng ta tìm X , Y , Z với điều kiện (6) có độ cao GPS thi công xấp xỉ độ cao thủy chuẩn HTC = h Với điểm đo trùng có tọa độ B, L có giá trị dị thường độ cao dạng ma trận: V= B.X +L (8) 84 ta viết phương trình Bi, L1 vĩ độ kinh độ điểm song trùng Giải hệ phương trình (8) theo nguyên lý số bình phương nhỏ với điều kiện [VV] = xác định tham số chuyển dịch Tính giá trị: dh = cos B.cosL X cos B sin L.Y sin B.Z (9) Tính độ cao thi công: HTC = H+ dh (10) Như mơ hình tính chuyển động độ cao GPS thực theo hai phương án: * Có điểm song trùng, số lượng điểm song trùng phải lớn ba điểm, tính giá trị theo công thức: 84 = H – h (11) 84 Trong đó: H – độ cao trắc địa điểm song trùng lấy từ kết đo GPS; h - độ cao thủy chuẩn điểm song trùng * Trong trường hợp khu vực xây dựng khơng có điểm song trùng, lấy giá trị 84 từ kết nội suy dị thường độ cao cho điểm đo GPS từ phần mềm chuyên dụng GPSurvey, Trimble Geomatics Office… thực trình tính tốn phương án Tính chuyển độ cao định vị GPS độ cao thi công thông qua mặt Ellipxoid trung gian có xét đến ảnh hưởng độ lệch dây dọi Các bước tính tốn như: Xác định mặt elip trung gian, tính quan hệ góc Ơle hệ tọa độ địa diện xích đạo, độ lệch dây dọi, tịnh tiến tâm elip với điều kiện không thay đổi tọa độ điểm gốc biến đổi tọa độ trắc địa sau xoay nêu [4] Với cách làm trình bày điểm Po pháp tuyến đường dây dọi trùng làm cho tâm Elip thay đổi đạt yêu cầu loại góc nghiêng mặt phẳng chiếu khu vực mặt Ellipxoid Để xác định độ lệch dây dọi có nhiều phương pháp, ví dụ đo trùng thủy chuẩn GPS nhiều điểm xung quanh điểm gốc sử dụng tư liệu đo trọng lực có Nhưng cách làm tốn kém, đề suất cách làm cụ thể sử dụng số điểm GPS có đo trùng thủy chuẩn sử dụng cơng thức (12) tìm thành phần độ lệch dây dọi εη, εξ dH e12 cosB sin(L1 L0 )(N0 sin B0 N j sin BJ ) ( N0 H ) cosBJ sin(L j L0 ) e cosB j sin(L j L0 )(N0 sin B0 N j sin Bj) ( N0 H )(sinB j cosB sin B0 cosB j cos(L j Lo (12) Fn n F Giả sử độ cao thường điểm Pj hj ta tính độ nghiêng mặt Ellipxoid phụ trợ so với mặt phẳng chiếu theo công thức: lj = Hj - (hj - Δh) (13) Sau tịnh tiến, độ cao trắc địa có thay đổi dH tính theo cơng thức: vj = dHj + Hj – (hj – Δh) Đem công thức (12) thay vào công thức (14) ta được: vj = aj Δ Trong công thức trên: a j ( F , F ) ( , )T Dựa theo phương pháp số bình phương nhỏ tính độ lệch dây dọi, đó: (14) (15) T -1 T Δ = (A A) A L (16) Sau tìm tọa độ khơng gian chiều điểm sau xoay tịnh tiến theo công thức: X i' X i (Z i Z ) Yi Y0 cos L0 sin B0 ' ( X i X ) sin L0 sin B0 Yi Yi Z i Z Xi X0 Z Z i (Yi Y0 ) cos B0 sin L0 cos L0 (17) Trong công thức (17), (Xi,Yi,Zi) vế phải tọa độ sau bình sai điểm GPS Tọa độ sau xoay điểm (Xi’,Yi’,Zi’), tham số Elip a e2 Từ tọa độ vng góc phẳng khơng gian, theo cơng ’ ’ ’ thức quen thuộc tính tọa độ trắc địa (Bi ,Li ,Hi ) theo cách tính sau: X Y2 - Tính P (18) Z 1 - Tính giá trị gần Bo, tgB0 (1 e ) P a2 - Tính giá trị gần L0 a cos B0 b sin B0 - Tính độ cao trắc địa H (19) (20) P N0 cos B0 (21) - Tính giá trị xác B theo công thức tgB0 N0 Z (1 e ) 1 P N0 H (22) Lặp lại q trình tính B từ (18) đến (22) để xác định giá trị B xác kiểm tra |B-Bo| ≤ ε kết thúc tính Với ε số nhỏ tuỳ chọn sai số tính tốn chấp nhận, để sai số tính B ảnh hưởng đến kết tính toạ độ địa diện < 0.1mm ta lấy ε = 0.1 radian Sau tính toạ độ trắc địa điểm, ta tiến hành tính toạ độ điểm trọng tâm lưới theo công thức: n B0 n n (23) 1 L i L0 n n i H i H0 n Có toạ độ trắc địa toạ độ điểm trọng tâm, tiến hành tính giá trị độ cao thi cơng điểm theo mục B i Tính tốn thực nghiệm Lưới tính tốn thực nghiệm lưới toạ độ độ cao phục vụ bố trí cơng trình Nhà máy sản xuất Ethanol nhiên liệu sinh học phía Bắc Lưới gồm có 13 điểm, toạ độ điểm đo công nghệ GPS, độ cao đo phương pháp thuỷ chuẩn hình học (gồm điểm) Sau chúng tơi tiến hành chọn điểm có đo trùng thuỷ chuẩn để tính tốn thực nghiệm, tính độ cao thuỷ chuẩn điểm lại theo kết đo GPS a Tính thơng số Ellipxoid kết quả: a1 = 6378289.45975; e = 0.00669433335 b Lập hệ phương trình số hiệu chỉnh ma trận hệ số hệ phương trình số hiệu chỉnh sau: Bảng Bảng tính hệ số hệ phương trình số hiệu chỉnh Hệ số BS-28 BS-29 103410 II-63 ηε -19.550810 -226.520786 506.703798 -320.876712 ζε 24.5719657 228.764711 -564.553501 338.446629 l 44.45575 44.45375 44.46975 44.45975 c Từ hệ phương trình số hiệu chỉnh lập bước tiến hành lập hệ phương trình chuẩn giải hệ phương trình chuẩn xác định giá trị độ lệch dây dọi: εη = 3.021”; εξ = 2.775” d Tính toạ độ vng góc khơng gian toạ độ trắc địa điểm xét đến ảnh hưởng độ lệch dây dọi thông số Ellipxoid: Bảng Bảng tính toạ độ độ cao trắc địa có xét đến ảnh hưởng độ lệch dây dọi Tên điểm BS28 103410 DC2-01 DC2-08 DC2-09 STT B (o ‘ “) 21 18 2.419978 21 17 43.376671 21 18 6.927194 21 17 59.812762 21 17 57.257012 L (o ‘ “) 105 15 23.651212 105 15 5.393770 105 15 28.677882 105 15 20.093109 105 15 18.057749 H (m) -107.859 -108.681 -108.097 -107.842 -107.758 e Tính chuyển từ độ cao trắc địa độ cao thi công điểm lưới: Các bước tính tốn tương tự phần (2): - Tính giá trị dị thường độ cao mặt Ellipxoid WGS-84 mặt geoid kết sau: Bảng Bảng tính dị thường độ cao ζ84 Tên điểm H (m) h (m) ζ84(m) BS-28 BS-29 103410 -107.859 -107.726 -108.681 16.113 16.413 15.364 -123.972 -124.139 -124.045 - Lập hệ phương trình số hiệu chỉnh: Bảng Bảng tính hệ số phương trình số hiệu chỉnh Tên điểm BS-28 BS-29 103410 ΔX -0.245166 -0.245194 -0.245095 ΔY 0.898852 0.898832 0.898906 ΔZ 0.363262 0.363292 0.363176 Li -123.972 -124.139 -124.045 Tính độ cao thi cơng theo cơng thức: HTC=H+dh so sánh với độ cao thi công đo phương pháp thuỷ chuẩn hình học: Bảng Bảng tính độ cao thi cơng so sánh kết -108.097 Giá trị dh (m) 124.113 Độ cao thi công cơng tính 16.016 Độ cao thi cơng đo 16.018 Chênh (mm) -2 -107.842 123.744 15.902 15.899 -107.758 123.847 16.089 16.084 Tên điểm Độ cao trắc địa H (m) DC2-01 DC2-08 DC2-09 Kết luận kiến nghị - Để ứng dụng cách có hiệu cơng nghệ GPS việc xác định độ cao thi công, cần phải áp dụng đồng số biện pháp cần thiết thiết kế ước tính độ xác lưới GPS, biện pháp đo đạc ngoại nghiệp xử lý số liệu GPS nhằm nâng cao chất lượng lưới GPS, đáp ứng yêu cầu cần thiết sử dụng độ cao trắc địa cơng trình; - Khi sử dụng công nghệ GPS để xác định độ cao thi cơng cần tính chuyển độ cao thi cơng thơng qua mặt Ellipxoid trung gian có kể đến độ lệch dây dọi; - Tính chuyển độ cao trắc địa đo công nghệ GPS độ cao thủy chuẩn thơng qua mặt Ellipxoid trung gian có kể đến độ lệch dây dọi cho kết gần với độ cao thủy chuẩn; - Các kết luận nêu dựa sở khoa học số liệu thực tế Tuy nhiên để áp dụng vào thực tế sản xuất cần tiếp tục nghiên cứu thêm số cơng trình khác TÀI LIỆU THAM KHẢO ĐỖ NGỌC ĐƯỜNG, ĐẶNG NAM CHINH Bài giảng công nghệ GPS Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Hà Nội, 2003 ĐỖ NGỌC ĐƯỜNG, Cơ sở trắc địa vệ tinh – Bài giảng cho học viên cao học ngành trắc địa, Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Hà Nội, 1996 TRẦN VIẾT TUẤN Nghiên cứu ứng dụng cơng nghệ GPS trắc địa cơng trình Việt Nam, Luận án Tiến sĩ kỹ thuật, Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Hà Nội, 2007 ĐỖ NHƯ TÙNG “Sử dụng mặt Ellipxoid phụ trợ tính chuyển độ cao trắc địa xác định công nghệ GPS độ cao thủy chuẩn cho khu vực nhỏ” Luận văn Thạc sĩ, Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Hà Nội, 2010