Nội dung tài liệu là hướng dẫn ứng dụng công nghệ định vị toàn cầu trong xây dựng và kiến trúc. Đây là công nghệ đo đạc trắc địa hiện đại và tiên tiến của thế kỷ 21
Hệ thống định vị toàn cầu GPS của Mỹ
Hệ thống định vị toàn cầu GPScủa Mỹ gồm có hai phần là phần vũ trụ và phần điều khiển
Có 30 vệ tinh làm việc và dự phòng Chúng được xếp trên 6 mặt phẳng quỹ đạo nghiêng 55 so với mặt phẳng xích đạo (hình11-1) Mỗi quỹ đạo của vệ tinh là một vòng tròn với độ cao
Hình 11.1 danh nghĩa là 20183km Khoảng thời gian cần thiết để vệ tinh bay quanh một quỹ đạo là 12 giờ hằng tinh (bằng một nửa thời gian tự quay quanh mình của Trái đất) Các vệ tinh được sắp xếp đảm bảo sao cho vào một thời điểm bất kỳ, tại một trạm đo nào đó cũng quan sát được bốn vệ tinh một cách thuận tiện Mỗi vệ tinh phát ra hai tần số vô tuyến phục vụ mục đích định vị là L1trên tần số 1575,42MHz và L2 trên tần số 1227,6MHz Các tần số sóng mang và công việc điều biến được được điều khiển bởi những đồng hồ nguyên tử đặt trên vệ tinh
2) Phần điều khiển: Đặt trên mặt đất sẽ hiển thị sự hoạt động của các vệ tinh, xác định quỹ đạo của chúng, xử lý các đồng hồ nguyên tử, truyền mệnh lệnh lên các vệ tinh.
Máy định vị toàn cầu GPS
Máy định vị toàn cầu GPS (hình 12.1) gồm có hai phần là phần cứng và phần mềm
Gồm có ăngten và bộ tiến khuếch đại, nguồn tần số vô tuyến (RF), bộ vi xử lý, đầu thu, bộ điều khiển, màn hiển thị, thiết bị ghi, nguồn năng lượng
Gồm có những chương trình tính dùng để xử lý dữ liệu cụ thể, chuyển đổi những kết quả đo thành những thông tin định vị hoặc dẫn đường đi cho các phương tiện chuyển động
Các máy đo GPS (máy thu GPS) sẽ thu và theo dõi các mã hoặc pha của các sóng mang (hoặc cả hai), đồng thời tiếp nhận các thông điệp phát tín Bằng cách so hàng tín hiệu đến từ vệ tinh với bản sao của mã phát được ghi trong máy thu, người ta có thể xác định được cự ly đến vệ tinh (khoảng cách từ máy đo GPS đến vệ tinh) Nếu các cự ly đến bốn vệ tinh được liên kết với các thông số quỹ đạo thì máy thu có thể xác định được ba giá trị tọa độ địa tâm của điểm (XA, YA, ZA) Cự ly thứ tư để tính toán hiệu chỉnh đồng hồ trên máy thu (T).
Định vị điểm theo hệ qui chiếu quốc tế WGS-84
Từ năm 1984 thế giới sử dụng hệ qui chiếu WGS-84 để định vị điểm.Hiện nay việc đo đạc GPS của Mỹ theo hệ này
Mặt qui chiếu WGS-84 có ba đặc điểm:
1/ Hình dạng: là elip khối hai trục (do hình elip quay quanh trục bé tạo thành)
2/ Kích thước: bán trục lớn a= 6 378 137 m,độ dẹt cực = (a-b)/a = 1/298,257
3a/Tâm của mặt qui chiếu WGS-84 trùng với tâm C của trái đất
3b/Trục bé của mặt qui chiếu WGS-84 trùng với trục quay thẳng đứng của trái đất
3c/Mặt phẳng xích đạo của mặt qui chiếu WGS-84 trùng với mặt phẳng xích đạo của trái đất
3d/Mặt phẳng kinh tuyến gốc của mặt qui chiếu WGS-84 trùng với mặt phẳng kinh tuyến gốc của trái đất với tâm C
2/Hệ tọa độ địa tâm WGS-84(CXYZ)
1/Mặt qui chiếu WGS-84 là cơ sở để thành lập hệ tọa độ địa tâm WGS-84 (CXYZ):
2/Hệ tọa độ địa tâm WGS-84 (CXYZ) được thành lập như sau:
2a/ Gốc của hệ tọa độ trùng với tâm của Trái đất C
2b/ Trục Z của hệ tọa độ trùng với trục quay thẳng đứng của Trái đất, hướng lên trên Bắc Cực là chiều dương (+)
2c/ Trục X của hệ tọa độ là giao tuyến giữa mặt phẳng xích đạo Trái đất với mặt phẳng kinh tuyến gốc (Grinuyt, Luân Đôn, Anh) Hướng từ tâm C ra kinh tuyến gốc là chiều dương (+)
2d/ Trục Y của hệ tọa độ nằm trong mặt phẳng xích đạo Trái đất và vuông góc với trục X Hướng từ tâm C ra phía Đông bán cầu là chiều dương (+)
3/ Đặc điểm : ba trục CX, CY, CZ vuông góc với nhau từng đôi một
4/Điểm A chiếu vuông góc xuống ba trục tọa độ được ba thành phần tọa độ đẻ định vị điểm A là XA,YA, ZA
5/ Vi dụ :Điểm R tại Tháp Rùa (Hà Nội) có tọa độ địa tâm quốc tế WGS-84 là:
3/ Hệ tọa độ trắc địa WGS-84(BLH*)
1/Mặt qui chiếu WGS-84 là cơ sở để thành lập hệ tọa độ trắc địa WGS-84(BLH*) 2/Hệ tọa độ trắc địa WGS-84(BLH*) được thành lập với ba mặt cơ sở là:
2a/Mặt qui chiếu WGS-84 có tâm trùng với tâm trái đất C
2b/Măt phẳng xích đạo của mặt qui chiếu WGS-84 chứa tâm trái đất C
2c/Mặt phẳng kinh tuyến gốc của mặt qui chếu WGS-84 chứa tâm trái đất C
3/ Điểm A chiếu vuông góc xuống mặt qui chiếu WGS-84 được ba thành phần tọa độ để định vị điểm A là B,L,H* với ký hiệu:
3a/ H tđ = AA01 là độ cao trắc địa quốc tế WGS-84 (.là khoảng cách theo phương pháp tuyến từ điểm ấy đến mặt qui chiếu WGS-84)
3b/ B là độ vĩ trắc địa WGS-84
3c/ L là độ kinh trắc địa WGS-84
4/ Ví dụ : Điểm RtạiTháp Rùa (Hà nội) có tọa độ trắc địa quốc tế WGS-84 là:
4/Phép chiếu bản đồ UTM (Universal Transverse Mercator)
1/Mặt qui chiếu WGS-84 là cơ sở để thực hiện phép chiếu bản đồ UTM
2/Đầu tiên mỗi một điểm A thuộc mặt đất tự nhiên sẽ được chiếu vuông góc xuống mặt quy chiếu WGS-84 là A01 (phép chiếu thứ nhất)
3/Tiếp theo các điểm A01 thuộc mặt quy chiếu WGS-84 (cong) này sẽ được biểu diễn tương ứng trên mặt phẳng theo phép chiếu bản đồ UTM là A01’ (phép chiếu thứ hai)
4/Trong nội dung phép chiếu bản đồ UTM có mặt trụ nằm ngang cắt múi chiếu 6 độ theo hai vòng cát tuyến đối xứng qua kinh tuyến giữa múi và cách nó 180 km.Chiếu xuyên tâm.Khai triển mặt trụ thành mặt phẳng
5/ Hình chiếu của mỗi múi UTM có các đặc điểm sau:
5a/ Bảo toàn về góc (đồng dạng)
5b/ Xích đạo thành đường thẳng nằm ngang Kinh tuyến giữa múi thành đường thẳng đứng và chúng vuông góc với xích đạo
+ Chiều dài hình chiếu của hai cát tuyến bằng độ dài thật (hệ số biến dạng k = 1)
+ Phần trong giữa hai cát tuyến có chiều dài hình chiếu bị co ngắn lại (biến dạng âm)
Kinh tuyến giữa múi bị co ngắn lại nhiều nhất, hình chiếu của nó trong múi loại sáu độ chỉ còn dài bằng k0 = 0,9996 chiều dài thật (trong múi loại ba độ có k0 = 0,9999)
+ Phần ngoài hai cát tuyến có chiều dài hình chiếu bị dãn dài ra (biến dạng dương)
Kinh tuyến ở mép biên múi có chiều dài hình chiếu bị dãn dài ra nhiều nhất
5/ Hệ tọa độ vuông góc phẳng WGS-84 (oxy)
1/Mặt qui chiếu WGS-84 và phép chiếu bản đồ UTM là cơ sở để thành lập hệ tọa độ vuông góc phẳng WGS-84
2/ Trên mỗi múi chiếu bản đồ UTM-WGS-84 thế giới đã thành lập một hệ tọa độ vuông góc phẳng WGS-84 như sau:
2a/- Hình chiếu xích đạo nằm ngang được chọn làm trục y, hướng sang phải là chiều dương (+)
2b/- Hình chiếu kinh tuyến giữa múi thẳng đứng được tịnh tiến song song sang bên trái 500km rồi được chọn làm trục x, hướng lên trên là chiều dương (+)
2c/- Giao điểm của hai trục trên được chọn làm gốc tọa độ 0
17 2d/- Để đơn trị người ta quy ước rằng: trước mỗi tung độ y phải ghi cả số hiệu múi chiếu q Giữa chúng (q và y) được ngăn cách với nhau bởi dấu chấm (.)
3/ Ưu điểm :việc thành lập hệ tọa độ vuông góc phẳng WGS-84 như trên tạo cho mọi điểm thuộc Bắc bán cầu đềù có tọa độ (x,y) luôn dương:
4/Điểm A chiếu vuông góc xuống hai trục tọa độ được hai thành phần tọa độ để định vị A là xA,yA
6/ Nhận xét : tọa độ vuông góc phẳng WGS-84 (x;y) và tọa độ trắc địa WGS-84 (B;L) có quan hệ với nhau: x = f1(B;L) (13.1) y = f2(B;L) (13.2)
Định vị điểm theo hệ qui chiếu quốc gia VN-2000
Từ năm 2000,Việt Nam sử dung hệ qui chiếu VN-2000 để định vị điểm
Mặt qui chiếu VN-2000 có ba đặc điểm :
1/ Hình dạng: là hình Elip khối hai trục
2/ Kích thước:Bán trục lớn a = 6378137m.Độ dẹt cực = (a-b)/a = 1/298,257
3/ Định vị: mặt elip khối được định vị vào Trái đất sao chophần lãnh thổ Việt Nam gần trùng nhất với mặt thủy chuẩn (gêôit), khi ấy có tổng bình phương các khoảng cách từ mặt qui chiếu VN-2000 đến mặt thủy chuẩn (gêôit) là bé nhất Cụ thể lúc này là:
3a/Tâm của mặt qui chiếu VN-2000 không trùng với tâm của trái đất C.(chúng cách nhau khoảng 225 met)
3b/Trục bé của mặt qui chiếu VN-2000 không trùng và không song song với trục quay thẳng đứng của trái đất
3c/ Mặt phẳng xích đạo của mặt qui chiếu VN-2000 không trùng và không song song với mặt phẳng xích đạo của trái đất
3d/Mặt phẳng kinh tuyến gốc của mặt qui chiếu VN-2000 không trùng và không song song với mặt phẳng kinh tuyến gốc của trái đất
2/Hệ tọa độ địa tâm VN-2000 (0’X’Y’Z’)
1/Mặt qui chiếu VN-2000 là cơ sở để thành lập hệ tọa độ địa tâm VN-2000 (O’X’Y’Z’)
2/Hệ tọa độ địa tâm VN-2000 (O’X’Y’Z’) được thành lập như sau (hình 14.1):
2a/ Gốc của hệ tọa độ trùng với tâm O’ của mặt qui chiếu VN-2 000 (không trùng với tâm Trái đất C )
2b/Trục Z’ của hệ tọa độ trùng với trục bé b của mặt qui chiếu VN-2 000 (không trùng với trục quay thẳng đứng của Trái đất) Hướng lên Bắc Cực là chiều dương (+)
2c/ Trục X’ của hệ tọa độ là giao tuyến giữa mặt phẳng xích đạo O’của mặt qui chiếu VN-2000 với mặt phẳng kinh tuyến O của mặt qui chiếu VN-2000 Hướng từ tâm O’ ra kinh tuyến O là chiều dương (+)
2d/ Trục Y’ của hệ tọa độ nằm trong mặt phẳng xích đạo O’ của mặt qui chiếu VN-2000 và vuông góc với trục X’ Hướng từ tâm O’ ra Đông bán cầu là chiều dương (+)
3/ Đặc điểm :ba trục O’X’, O’Y’, O’Z’ vuông góc với nhau từng đôi một
4/Điểm A chiếu vuông góc xuống ba trục tọa độ được ba thành phần tọa độ để định vị điểm A là XA’,YA’,ZA’
3/ Hệ tọa độ trắc địa VN-2000 (B’L’H’)
1/ Mặt qui chiếu VN-2000 là cơ sở để thành lập hệ tọa độ trắc địa VN-2000 (B’L’H’)
2/Hệ tọa độ trắc địa VN-2000 (B’L’H’) được thành lập với ba mặt cơ sở là ( hình 14.2):
2a/Mặt qui chiếu VN-2000 có tâm không trùng với tâm của trái đất
2b/Mặt phẳng xích đạo của mặt qui chiếu VN-2000 có tâm không trùng với tâm trái đất
2c/Mặt phẳng kinh tuyến gốc của mặt qui chiếu VN-2000 có tâm không trùng tâm trái đất
19 3/ Điểm A chiếu vuông góc xuống mặt qui chiếu VN-2000 được ba thành phần tọa độ để định vị điểm A là B’,L’,H’ với ký hiệu:
3a/ H’ = AA02 ký hiệu độ cao trắc địa VN-2000,là khoảng cách theo phương pháp tuyến kể từ điểm ấy đến mặt qui chiếu VN-2000
3b/ B’: ký hiệu độ vĩ trắc địa VN-2000, là góc nhọn hợp bởi pháp tuyến AA0’ với mặt phẳng xích đạo của mặt qui chiếu VN-2000, có giá trị từ O đến 90 và được tính từ mặt phẳng xích đạo này về hai phía Bắc bán cầu và Nam bán cầu, tương ứng gọi là độ vĩ Bắc (N) hay độ vĩ Nam (S)
3c/ L’: ký hiệu độ kinh trắc địa VN-2000,là góc phẳng của nhị diện tạo bởi mặt phẳng kinh tuyến gốc O 0 với mặt phẳng kinh tuyến chứa A02 đều của mặt qui chiếu VN-2 000, có giá trị từ O đến 180 và được tính từ mặt phẳng kinh tuyến gốc O 0 này về hai phía Đông bán cầu và Tây bán cầu, tương ứng gọi là độ kinh Đông (E) hay độ kinh Tây (W)
4/ Phép chiếu bản đồ UTM (VN-2000)
1/Mặt qui chiếu VN-2000 là cơ sở để thực hiện phép chiếu bản đồ UTM (VN-2000)
2/Đầu tiên mỗi một điểm A thuộc mặt đất tự nhiên sẽ được chiếu vuông góc xuống mặt quy chiếu VN-2000 là A02 (phép chiếu thứ nhất)
3/ Tiếp theo các điểm A02 thuộc mặt quy chiếu VN-2000 (cong) này sẽ được biểu diễn tương ứng trên mặt phẳng theo phép chiếu bản đồ UTM là A02’ (phép chiếu thứ hai)
4/ Nội dung của phép chiếu bản đồ UTM (VN-2000):
4a/ Mặt quy chiếu VN-2000 được phân chia bởi các kinh tuyến thành những múi bằng nhau rộng 6 Các múi này được ghi số hiệu là q = 1, 2, 3… 60, kể từ kinh tuyến 180 vòng hết Tây bán cầu sang Đông bán cầu
4b/ Dựng một mặt trụ nằm ngang cắt múi đang xét của mặt quy chiếu VN-2000 theo hai vòng cát tuyến đối xứng nhau qua kinh tuyến giữa múi Mỗi vòng cát tuyến này đều cách kinh tuyến giữa múi là 180km
4c/ Đặt nguồn sáng điểm tại tâm O’ của mặt quy chiếu VN-2000 để chiếu xuyên tâm múi đang xét từ 80 độ vĩ Nam đến 84 độ vĩ Bắc lên mặt trụ nằm ngang
4d/ Khai triển mặt trụ thành mặt phẳng Tưởng tượng cắt hình trụ theo hai đường sinh cao nhất và thấp nhất, rồi trải mặt trụ thành mặt phẳng
5/ Hình chiếu UTM (VN-2000)của mỗi múi có các đặc điểm sau:
5a/ Bảo toàn về góc (đồng dạng)
5b/ Xích đạo thành đường thẳng nằm ngang Kinh tuyến giữa múi thành đường thẳng đứng và chúng vuông góc với xích đạo
20 + Chiều dài hình chiếu của hai cát tuyến bằng độ dài thật (hệ số biến dạng k = 1)
+ Phần trong giữa hai cát tuyến có chiều dài hình chiếu bị co ngắn lại (biến dạng âm)
Kinh tuyến giữa múi bị co ngắn lại nhiều nhất, hình chiếu của nó trong múi loại sáu độ chỉ còn dài bằng k0 =0,9996 chiều dài thật (trong múi loại ba độ có k0 = 0,9999)
+ Phần ngoài hai cát tuyến có chiều dài hình chiếu bị dãn dài ra (biến dạng dương) Kinh tuyến ở mép biên múi có chiều dài hình chiếu bị dãn dài ra nhiều nhất
5/ Hệ tọa độ vuông góc phẳng VN-2000 (o’x’y’)
1/Mặt qui chiếu VN-2000 và phép chiếu bản đồ UTM (VN-2000) là cơ sở để thành lập hệ tọa độ vuông góc phẳngVN-2000
2/ Nhờ phép chiếu bản đồ UTM (VN-2000) nói trên mà mỗi một điểm A02 thuộc mặt quy chiếu VN-2000 sẽ cho một điểm ảnh tương ứng A02’ ở trên mặt phẳng Vị trí điểm A02’ này được xác định bằng cách trong mỗi một múi chiếu sẽ thành lập một hệ tọa độ vuông góc phẳng VN-2000 như sau (hình 14-3):
2a/- Hình chiếu xích đạo nằm ngang được chọn làm trục y', hướng sang phải là chiều dương (+)
2b/- Hình chiếu kinh tuyến giữa múi thẳng đứng được tịnh tiến song song sang bên trái 500km (tại vì nửa múi chỗ rộng rất gần bằng 333km), rồi được chọn làm trục x’, hướng lên trên Bắc cực là chiều dương (+)
2c/- Giao điểm của hai trục trên là gốc tọa độ o’
2d/- Để xác định vị trí các điểm trên bề mặt Trái đất một cách đơn trị, người ta quy định rằng phải ghi cả số hiệu của múi chiếu q trước mỗi tung độ y Giữa chúng (q và y) được ngăn cách với nhau bởi dấu chấm (.)
Định vị điểm theo hệ qui chiếu Crasovski (HN-72)
Hiện tại Nga, Trung Quốc đang sử dụng hệ qui chiếu Crasovski.Từ năm 1972 đến năm 2000 Việt nam sử dụng hệ qui chiếu Crasovski để định vị điểm và đặt tên cho hệ này là HN-72
Mặt qui chiếu HN-72 là mặt Elipxooit Crasopski với ba đặc điểm :
1/Hình dạng: là elip khối hai trục (do hình elip quay quanh trục bé tạo thành)
2/Kích thước: elip có bán trục lớn a= 6 378 245 m, độ dẹt cực α = 1/298,3
3a/ Tâm của mặt qui chiếu HN-72 trùng với tâm của trái đất C”
3b/Trục bé của mặt qui chiếu HN-72 trùng với trục quay thẳng đứng của trái đất
3c/ Mặt phẳng xích đạo của mặt qui chiếu HN-72trùng với mặt phẳng xích đạo của trái đât với tâm C”
3d/ Mặt phẳng kinh tuyến gốc của mặt qui chiếu HN-72 trùng với mặt phẳng kinh tuyến gốc của trái đất với tâm C”
2/ Hệ tọa độ địa tâm HN-72 (C’’X’’Y’’Z’’)
1/ Mặt qui chiếu HN-72 là cơ sở để thành lập hệ tọa độ địa tâm HN-72(C”X”Y”Z”)
2/Hệ tọa độ địa tâm HN-72 được thành lập như sau:
2a/ Gốc của hệ tọa độ trùng với tâm của Trái đất C”
2b/ Trục Z” của hệ tọa độ trùng với trục quay thẳng đứng của Trái đất, hướng lêntrên Bắc cực là chiều dương (+)
2c/Trục X” của hệ tọa độ là giao tuyến giữa mặt phẳng xích đạo Trái đất với mặt phẳng kinh tuyến gốc (Grinuyt, Luân Đôn, Anh) Hướng từ tâm C” ra kinh tuyến gốc là chiều dương (+)
2d/ Trục Y” của hệ tọa độ nằm trong mặt phẳng xích đạo Trái đất và vuông góc với trục X” Hướng từ tâm C” ra phía Đông bán cầu là chiều dương (+)
3/ Đặc điểm :ba trục C”X”, C”Y”, C”Z” vuông góc với nhau từng đôi một
22 4/Điểm A được chiếu vuông góc xuống ba trục tọa độ cho ba thành phần tọa độ để định vị điểm A là X”A,Y”A, Z”A
3/ Hệ tọa độ trắc địa HN-72 (B’’L’’H’’)
1/Mặt qui chiếu HN-72 là cơ sở để thành lập hệ tọa độ trắc địa HN-72 (B”L”H”)
2/ Hệ tọa độ trắc địa HN-72 (B”L”H”) được thành lập bởi ba mặt sau:
2a/Mặt qui chiếu HN-72 (chứa tâm trái đất C”)
2b/Mặt phẳng xích đạo của mặt qui chiếu HN-72 (chứa tâm trái đât C”)
2c/Mặt phẳng kinh tuyến gốc của mặt qui chiếu HN-72 (chứa tâm trái đât C”)
3/Điểm A được chiếu vuông góc xuống mặt qui chiếu HN-72 cho ba thành phần tọa độ để định vị điểm A trong không gian là:
3a/ H” = AA03 là độ cao trắc địa HN-72 (là khoảng cách theo phương pháp tuyến kể từ điểm ấy đến mặt qui chiếu HN-72.)
3b/ B” là độ vĩ trắc địa HN-72
3c/ L” là độ kinh trắc địa HN-72
4/ Phép chiếu bản đồ Gaus(HN-72)
1/Mặt qui chiếu HN-72 là cơ sở để thực hiện phép chiếu bản đồ Gaus (HN-72)
2/Đầu tiên mỗi một điểm A thuộc mặt đất tự nhiên sẽ được chiếu vuông góc xuống mặt quy chiếu HN-72 là A03 (phép chiếu thứ nhất)
3/ Tiếp theo các điểm A03 thuộc mặt quy chiếu HN-72 (cong) này sẽ được biểu diễn tương ứng trên mặt phẳng theo phép chiếu bản đồ GAUS là A03’ (phép chiếu thứ hai)
4/Phép chiếu bản đồ Gaus được minh họa như sau:lồng một hình trụ nằm ngang tiếp xúc với múi đang xét theo kinh tuyến giữa múi.Chiếu xuyên tâm.Khai triển mặt trụ thành mặt phẳng
5/ Hình chiếu Gaus (HN-72) của mỗi múi có các đặc điểm sau:
5a/- Bảo toàn về góc (đồng dạng)
5b/- Xích đạo thành đường thẳng nằm ngang Kinh tuyến giữa múi thành đường thẳng đứng, chúng vuông góc với nhau
5c/- Kinh tuyến giữa múi không bị biến dạng (hệ số biến dạng dài k = 1), ở những nơi khác càng xa kinh tuyến giữa múi thì biến dạng càng nhiều
Tại biên múi 6 có hệ số biến dạng dài k = 1,0014
5/ Hệ tọa độ vuông góc phẳng Gaus-Criughe (HN-72) (o”x”y”)
1/Mặt qui chiếu HN-72 và phép chiếu bản đồ Gaus là cơ sở để thành lập hệ tọa độ vuông góc phẳng HN-72
23 2/ Trong mỗi múi chiếu Gaus người ta thành lập một hệ tọa độ vuông góc phẳng Gaus- Criughe (Việt nam gọi là hệ tọa độ vuông góc phẳng HN-72 ) như sau:
2a/- Hình chiếu xích đạo nằm ngang được chọn làm trục y” hướng sang phải là chiều dương (+)
2b/- Hình chiếu kinh tuyến giữa múi thẳng đứng được tịnh tiến song song sang bên trái 500km rồi được chọn làm trục x”, hướng lên trên Bắc cực là chiều dương (+)
2c/- Giao nhau của hai trục trên được chọn làm gốc tọa độ o"
2d/- Để đơn trị, người ta quy định rằng trước mỗi tung độ y phải ghi cả số thứ tự của múi chiếu n Giữa chúng (n và y) được ngăn cách với nhau bởi dấu chấm (.)
3/ Ưu điểm :hệ tọa độ HN-72 được thành ;ập như trên tạo cho mọi điểm thuộc bắc bán cầù đều có toạ độ dương
4/Điểm A sẽ được chiếu vuông góc xuống hai trục tọa độ cho hai thành phần tọa độ để định vị điểm A là xA”,yA”
6/ Nhận xét : hệ tọa độ vuông góc phẳng Gaus-Criughe (HN-72) (x”; y”) và tọa độ trắc địa HN-72 (B”; L”) có quan hệ với nhau: x" = f5(B”; L”) (15.1) y" = f6(B”; L”) (15.1)
16.Tính toán chuyển đổi từ tọa độ trắc địa quốc tế WGS-84( B,L,H*) thành tọa độ địa tâm quốc tế WGS-84 ( X,Y,Z)
Tính toán chuyển đổi từ tọa độ trắc địa quốc tế WGS-84( B,L,H tđ ) thành tọa độ địa tâm quốc tế WGS-84 ( X,Y,Z) theo công thức sau
N là bán kính vòng thẳng đứng thứ nhất N = a: (1 – e 2 sin 2 B) 1/2 (16.4) e là tâm sai bậc hai của elipxoit WGS-84 e 2 = (a 2 - b 2 ) : a 2 (16.5)
24 a là bán trục lớn elipxoit WGS-84 ( a = 6 378 137,000 m.) b là bán kính nhỏ của elipxoit WGS-84 (b = 6 356 752, 314 m.)
17 Tính toán chuyển đổi từ tọa độ địa tâm quốc tế WGS-84(X,Y,Z)thành tọa độ địa tâm quốc giaVN-2000(X’,Y’,Z’)
Tính toán chuyển đổi từ tọa độ địa tâm quốc tế WGS-84 (X,Y,Z) thành tọa độ địa tâm quốc gia VN-2000 (X’,Y’,Z’) theo công thức sau:
X’ = -∆X0 + k.( X – a0Y + b0 Z ) (17.1) Y’ = -∆Y0 + k.(a0 X + Y - c0 Z ) (17.2) Z’ = -∆Z0 + k.( -b0X + c0Y + Z ) (17.3) Trong đó: k là tỷ lệ biến dạng chiều dài của hệ quốc tế WGS 84 s0 với hệ quốc gia VN-2000
(a0, b0, c0 ) là góc quay Ơ-le của trục tọa độ hệ quốc tế WGS-84 so với hệ quốc gia VN- 2000
(∆X0,∆Y0,∆Z0 ) là tọa độ gốc của hệ quốc tế WGS-84 trong hệ quốc gia VN-2000
18 Tính toán chuyển đổi từ tọa độđịa tâm quốc gia VN-2000(X’,Y’,Z’)thành tọa độ trắc địa quốc giaVN-2000( B’,L’,H’)
Tính toán chuyển đổi từ tọa độ địa tâm quốc gia VN-2000 (X’,Y’,Z’) thành tọa độ trắc địa quốc gia VN-2000 (B’, L’,H’) theo công thức sau:
25 e là tâm sai bậc hai của elipxoit WGS84 e 2 = (a 2 - b 2 ) : a 2 (18.4) a là bán trục lớn của elipxoit WGS-84=6 378 137,000 m b là bán trục bé của elipxoit WGS-84=6 356 752, 314 m
N’ là bán kính cung thẳng đứng thứ nhất của elipxoit WGS 84 tại điểm có vĩ độ B’ a N’ = - (18.5)
( 1 - e 2 sin 2 B’) 1/2 Tính B’ theo công thức (18.1) là quá trình tính lặp gần đúng dần
19 Tính toán chuyển đổi từ tọa độ không gian trắc địa quốc giaVN-2000( B’,L’,H’) thành tọa độ vuông góc phẳng quốc gia VN-2000 (x’, y’)
1/Tính toán chuyển đổi từ tọa độ trắc địa quốc gia VN-2000 (B’, L’,H’) (trong không gian)thành tọa độ vuông góc phẳng Gáu-Criughe- thuộc hệ qui chiếu VN-2000 (xGAUS,yGAUS) theo công thức: xGAUS= X * + [ N:(2.g 2 )] l 2 sinB’.cosB’ + ……… (19.1) yGAUS= ( l: g).N.cosB’ + ……… (19.2)
Trong đó: xGAUS, yGAUS là độ vuông góc phẳng Gaus-Criughethuộc hệ qui chiếu VN-2000
X * là cung kinh tuyến tính từ xích đạo tới điểm có vĩ độ trắc địa bằng B l là hiệu số giữa kinh tuyến đang xet L với kinh tuyến trục L0 ( l = L - L0 )
N là bán kính cung thẳng đứng thứ nhất của elipxoit WGS-84 g = 206 265 “ (giây) Tùy thuộc vào độ chính xác của tọa độ cần phải tính và chiều dài cạnh trong lưới mà trong công thức (19.1) và (19.2) lấy số hạng nhiều hay ít…
26 2/ Từ tọa độ vuông góc phẳng Gaus-Criughe thuộc hệ qui chiếu VN-2000 (xGAUS,yGAUS) tính ra tọa độ vuông góc phẳng UTM thuộc hệ qui chiếu VN-2000 (xUTM,yUTM) theo công thức: xUTM=k0.xGAUS (19.3) yUTM=k0.(yGAUS - 500 000) + 500 000 (19.4)
Trong đó: k0= 0,9996 cho múi 6 độ, k0= 0,9999 cho múi 3 độ xUTM , yUTM là tọa độ vuông góc phẳng UTM thuộc hệ qui chiếu VN-2000 xGAUS, yGAUS là tọa độ vuông góc phẳng Gaus-Criughethuộc hệ qui chiếu VN-2000
3/Tọa độ vuông góc phẳng UTM thuộc hệ qui chiếu VN-2000 (xUTM,yUTM) tính theo công thức (19.3) và (19.4) trên kia chính là tọa độ vuông góc phẳng quốc gia thuộc hệ qui chiếu VN- 2000(x’,y’) mà ta cần tìm x' = xUTM (19.5) y' = yUTM (19.6)
20.Xử lýcạnh thu được trong đo GPS
1/ Giải cạnh :Từ tọa độ vuông góc phẳng đo được (x’,y’), theo bài toán trắc địa cơ bản ngược sẽ giải ra được chiều dài cạnh giữa hai điểm (và góc định hướng của cạnh)
+Tính số gia tọa độ +Tính sai số khép của vòng đo đồng thời (vòng đo session)
+Tính sai số khép tương đối của vòng đo đồng thời (vòng đo session)
2/ Bình sai lưới: theo phương pháp số bình phương nhỏ nhất
Chọn điểm mốc GPS phải:
1/Cao, thoáng,không gặp chướng ngại vật như tán cây, nhà cao tầng….,đảm bảo các góc ngưỡng ngắm đến các vệ tinh lớn hơn 15 độ
2/Cách xa đài phát sóng 200 mét, xa đường điện cao thế 50 met
3/Các điểm đo tạo thành một vòng đo đồng thời khép kín ( vòng đo session)
22.Chọn khung giờ lịch đo GPS
1/ Căn cứ vào ngày đo và địa điểm đo tra trong lịch vệ tinh để tìm ra khung thời gian trong ngày đo ngắm tốt đến được bốn vệ tinh (ca đo GPS):
2/Thời lượng thu tín hiệu tại mỗi điểm phụ thuộc vào phương pháp đo và độ chính xác cần đạt được
23 Tính toán chuyển đổi giữa tọa độ vuông góc phẳng quốc gia VN-2000 (x’, y’) với tọa độ vuông góc phẳng công trường (x*,y*)
Tọa độ (x’,y’) và (x*,y*) thuộc hai hệ tọa độ hoàn toàn khác nhâu , nên phải tính toán chuyển đổi
23.1/-Từ tọa độ vuông góc phẳng công trường (x*,y*) được tính chuyển đổi thành tọa độ vuông góc phẳng quốc gia VN-2000 (x’,y’) theo công thức Helmet
Bài toán đo đạc xây dựng thứ nhất :
Cho biết hai điểm song trùng 1 và 2 vừa có tọa độ vuông góc phẳng quốc gia VN-2000 là 1(x1’,y1’) và 2(x2’,y2’) , lại vừa có tọa độ vuông góc phẳng công trường là 1(x1* , y1*) và 2(x2* , y2*) còn điểm 3 mới chỉ có tọa độ vuông góc phẳng công trường là 3(x3* , y3*) mà thôi Hãy tính tọa độ vuông góc phẳng quốc gia VN-2000 của điểm 3 này là 3(x3’ , y3’) bằng bao nhiêu ?
Tọa độ vuông góc phẳng quốc gia VN-2000 (x’,y’) có quan hệ với tọa độ vuông góc phẳng công trường (x*,y*) theo công thức Helmet như sau : x' = a + x*.v.cosθ – y*.v.sinθ (23.1) y’ = b + x*.v.sin θ + y*.v.cosθ (23.2)
(x’.y’) là tọa độ vuông góc phẳng quốc gia VN-2000
Hệ tọa độ vuông góc phẳng quốc gia VN-2000 (o’x’,y’)
1/-Hệ tọa độ vuông góc phẳng quốc gia VN-2000 tồn tại trong mặt phẳng ảo thứ nhất được hình thành từ việc khai triển mặt trụ nằn ngang cắt mặt quy chiếu VN-2000 theo hai cát tuyến cách kinh tuyến giữa múi loại 6 độ về hai phía là 180 km
3/Phép chiếu bản đồ UTM
5/ Kinh tuyến giữa múi theo chuẩn quốc tế , bị biến dạng k0 = 0,9996 6/Gốc tọa độ O’ nằm trên xích đạo và cách điểm giữa múi loại 6 độ về bên trái 500 km
7/Trục y’ nằm ngang,là hình chiếu của xích đạo ,hướng sang phải (đông) là chiều dương (+)
8/Trục x’ thẳng đứng , là hình chiếu của kinh tuyên giữa múi loại 6 độ được tịnh tiến song song sang bên trái (tây) 500 km , hướng lên trên (bắc ) là chiều dương (+)
Hai trục trên vuông góc với nhau
2.Hệ tọa độ vuông góc phẳng địa chính của từng tỉnh (o đc x đc y đc )
1/ Hệ tọa độ vuông góc phẳng địa chính của từng tỉnh tồn tại trong mặt phẳng ảo thứ hai được hình thành từ việc khai triển mặt trụ nằn ngang cắt mặt quy chiếu VN-2000 theo hai cát tuyến cách kinh tuyến giữa múi loại 3 độ về hai phía là 99 km
3/Phép chiếu bản đồ UTM
5/ Kinh tuyến giữa múi do cục đo đạc bản đồ Việt Nam quy đinh riêng cụ thể cho từng tỉnh bị biến dạng k0 = 0,9999
6/Gốc tọa độ O đc nằm trên xích đạo và cách điểm trung tâm giữa múi loại 3 độ về bên trái 500 km
7/Trục y đc nằm ngang ,là hình chiếu của xích đạo ,hướng sang phải (đông) là chiều dương (+)
8/Trục x đc thẳng đứng , là hình chiếu của kinh tuyên giữa múi 3 độ của từng tỉnh được tịnh tiến song song sang bên trái (tây) 500 km , hướng lên trên (bắc ) là chiều dương (+)
Hai trục trên vuông góc với nhau
3.Hệ tọa độ vuông góc phẳng công trường (o * ,x*,y*) :
1/Phép chiếu vuông góc 2/-Mặt quy chiếu là mặt phẳng nằm ngang
3/ Điểm chính giữa trung tâm công trường thường được chọn làm điểm tiếp súc giữa mặt phẳng quy chiếu nằm ngang với mặt quy chiếu VN-2000 (Elipxoit) Hơn nữa trong thực tế mặt phẳng này lại thường được chọn có độ cao trung bình của toàn công trường
47 4/-Toàn mặt phẳng công trường không bị biến dạng , mọi nơi đều có k = 1,0000
5/- Gốc tọa độ O* được chọn nằm ở góc tây nam của công trường , đảm bảo sao cho mọi điểm thuộc lãnh thổ công trường đều có tọa độ (x*,y*) mang dấu dương (+)
6/-Trục x * thường được chọn nằm song song với đường giao thông 7/-Trục y* vuông góc với trục x*
8/-Dây là hệ tọa độ quy ước riêng cho từng công trường xây dựng cụ thể thôi
Hệ tọa độ vuông góc phẳng quốc gia VN-2000 , hệ tọa độ vuông góc phẳng địa chính của từng tỉnh và hệ tọa độ vuông góc phẳng công trường là hoàn toàn khác nhau
PHÂN BIỆT KÝ HIỆU CÁC LOẠI TỌA ĐỘ
1.Tọa độ không gian địa tâm : chữ X,Y,Z in hoa
1/ Tọa độ không gian địa tâm quốc tế WGS-84: (X,Y,Z), 2/ Tọa độ không gian địa tâm quốc giaVN-2000: (X’, Y’, Z’)
3/ Tọa độ không gian địa tâm HN-72 : (X”,Y”,Z”)
2.Tọa độ không gian trắc địa: chữ B,L,H in hoa
1/ Tọa độ không gian trắc địa quốc tế WGS-84: (B,L,H tđ )
2/ Tọa độ không gian trắc địa quốc gia VN-2000 ; (B’,L’,H’)
3/ Tọa độ không gian trắc địa HN-72 : (B”,L”,H”)
3.Tọa độ vuông góc phẳng : chữ x,y in thường
1/ Tọa độ vuông góc phẳng quốc tế WGS-84 : (x,y)
2/ Tọa độ vuông góc phẳng quốc gia VN-2000 : (x’,y’)
3/ Tọa độ vuông góc phẳng HN-72 (x”,y”)
4/ Tọa độ vuông góc phẳng địa chính (x đc , y đc )
5/ Tọa độ vuông góc phẳng công trường (x*,y*).
Độ cao : chữ H in hoa
2/ Độ cao trắc địa quốc tế WGS-84 : H tđ 3/Độ cao trắc địa quốc gia VN-2000 : H’
4/ Độ cao trắc địa HN-72 : H ”
5/ Độ cao quy ước công trường : H * TÍNH TOÁN
Tọa độ vuông góc phẳng quốc gia VN-2000(x’,y’), tọa độ vuông góc phẳng công trường (x*,y*),tọa độ vuông góc phẳng địa chính của từng tỉnh (x đc ,y đc ) được sử dụng nhiều trong xây dựng Nhưng chúng thuộc ba hệ tọa độ hoàn toàn khác nhau Do đó khi sử dụng vào một việc cụ thể nào đó thì phải thực hiện tính toán chuỷển đổi giữa chúng với nhau
1/Từ (x’,y’) thành (x*,y*) theo công thức Helmet.(hình 11.7.).Xem 23
2/Từ (x*,y*) thành (x’,y’) theo công thức Hel met.(hình 11.7).Xem 23
3/ Từ (x’,y’) thành (x đc ,y đc ) theo hai bước : (hình 11.8 ).Xem 25
Bước 2 từ (B’,L’) thành (x đc ,y đc )
4/Từ (x đc ,y đc ) thành (x’,y’) theo hai bước : (hình 11.8).Xem 25
Bước 1’ từ (x đc ,y đc ) thành (B’,L’):
5/Từ (x*,y*) thành (x đc ,y đc ) theo ba bước : (hình 11.9)
Bước 3 từ (B’,L’) thành (x đc ,y đc ) Xem 25
6/ Từ (x đc ,y đc ) thành (x*,y*) theo ba bước : (hình 11.9)
Bước 1’ từ (x đc ,y đc ) thành (B’,L’) Xem 25
Định vị toàn cầu GPS đáp ứng được đầỳ đủ mục tiêu của ngành trắc địa và bản đồ là
định vị điểm mặt đất Đặt máy định vị toàn cầu GPS tại một điểm sẽ đo được tọa độ không gian trắc địa và địa tâm quốc tế WGS-84 là (B,L,H tđ ) , ( X,Y,Z).Thực hiện tính toán chuyển đổi tọa độ giữa các hệ thống sẽ tìm ra toa độ không gian địa tâm và trắc địa quốc gia VN-2000 là
(B’,L’,H’) , (X’,L’,Z’), tọa độ vuông góc phẳng nhà nước VN-2000 là (x’,y’) , tọa độ vuông góc phẳng công trường là (x*,y*) , tọa độ vuông góc phẳng địa chính của tỉnh đó là (x đc ,y đc ) 2/ Đối với ngành trắc địa và bản đồ , định vị toàn cầuGPS được ứng dụng vào mọi việc khác nhau : đo đạc lập lưới khống chế ,đo vẽ chi tiết bản đồ …
3/Đối với ngành xây dựng , định vị toàn cầuGPS được ứng dụng vào tất cả các giai đoạn khảo sát ,thiết kế ,thi công và sử dụng công trình Ở giai đoạn khảo sát ,thiết kế là đo vẽ bản đồ địa hình , đo vẽ mặt cắt địa hình … Ở giai đoạn thi công là bố trí công trình ở ngoài thực
51 địa và đo vẽ hoàn công.Ở giai đoạn sử dụng là quan trắc biến dạng công trình
4/ Định vị toàn cầu GPS đáp ứng được nhiều nhu cầu đòi hỏi của xã hội và của thực tiễn sản xuất, cho phép xác định tọa độ các điểm thuộc Trái đất rất thuận tiện , nhanh chóng và chính xác , “ GPS mọi lúc , mọi nơi !”
5/ Định vị toàn cầu GPS là công nghệ đo đạc trắc địa hiện đại và tiên tiến của thế kỷ 21
Công nghệ định vị toàn cầu GPS có rất nhiều ưu điểm vượt trội so với công nghệ đo đạc trắc địa truyền thống cả về kỹ thuật và kinh tế., đây chính là cái để phân biệt thời đại của chúng ta khác với các thời đại trước kia