Chương 3: DỤNG CỤ VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐO TRONG TRẮC ĐỊA doc

3.1.2.2 Phân loại máy kinh vĩb Theo cấu tạo - Máy kinh vĩ cơ học kim loại: Có bàn độ ngang, đứng được cấu tạo bằng kim loại, đọc số trực tiếp bằng mắt thường hoặc kính lúp - Máy kinh vĩ

GV: Đào Hữu Sĩ Khoa Xây dựng

Chương 3:

DỤNG CỤ VÀ PHƯƠNG PHÁP

ĐO TRONG TRẮC ĐỊA

NỘI DUNG CHƯƠNG 3

Dụng cụ và phương pháp đo góc

- Các loại góc có thể đo

- Thiết bị dùng để đo góc

Dụng cụ và phương pháp đo dài

- Các loại chiều dài

- Thiết bị dùng để đo dài

Dụng cụ và phương pháp đo cao

M

3.1.2 CẤU TẠO MÁY KINH VĨ (THEODOLITE)_

THIẾT BỊ ĐO GÓC

Máy kinh vĩ đầu tiên được chế tạo ở Anh vào năm 1730

Máy kinh vĩ là dụng cụ để đo góc bằng và góc đứng Ngoài ra nó còn có thể dùng đo dài, đo cao với độ chính xác thấp.

3.1.2.1 Nguyên lý cấu tạo

Máy kinh vĩ nào cũng có cấu tạo với 3 bộ phận chính:

- Bộ phận ngắm (ống kính)

- Bộ phận định tâm cân bằng máy: dọi tâm (dây+quả dọi, ống dọi tâm); ống thăng bằng tròn, thăng bằng dài; 3 ốc cân)

- Bộ phận đọc số (bàn độ ngang, bàn độ đứng)

3.1.2.2 Phân loại máy kinh vĩ

b) Theo cấu tạo

- Máy kinh vĩ cơ học (kim loại): Có bàn độ ngang, đứng được cấu

tạo bằng kim loại, đọc số trực tiếp bằng mắt thường hoặc kính lúp

- Máy kinh vĩ quang học (*): Có bộ phận số, đọc số: làm bằng hợp

chất trong suốt Đọc số bằng bộ phận kính khuyếch đại

- Máy kinh vĩ điện tử:

Các bộ phận đọc số, số làm bằng hợp chất trong suốt

Các bàn độ được khắc bằng mã vạch

Đọc số trực tiếp trên màn hình

Có bộ nhớ lưu số liệu

3.1.2.3 Cấu tạo máy kinh vĩ kỹ thuật (quang học)

Ở đây ta xét cho máy kinh vĩ kỹ thuật (độ chính xác thấp)Cấu tạo của máy có 3 bộ phận chính:

- Bộ phận ngắm: Ống kính

- Bộ phận đọc số: bàn độ ngang + đứng

- Bộ phận định tâm cân bằng máy: Ốc cân,

Ống định tâm,Ống thủy

- Trục quang học: đường nối quang tâm kính vật và kính mắt

- Trục hình học: là trục đối xứng của ống kim loại

Kính vật Lưới chỉ

đối xứng qua tâm (00 ÷ 900)

Thường bộ phận đọc số có thang chính (chia đến độ) thang phụ (chia đến phút)

Độ chính xác đọc số: phụ thuộc vào sai số ước lượng

Bộ phận đọc số của máy KV 3T5K khi nhìn qua kính hiển vi

c) Cấu tạo bộ phận định tâm cân bằng máy

* Bộ phận định tâm: có thể là

Dây + quả dọi Mục đích đưa trục quay của Ống dọi tâm quang học máy trùng với tâm mốc

Tia laser

* Bộ phận cân bằng

- Ống thủy tròn: Dùng để cân bằng sơ bộ

Mục đích đưa trục quay của máy vào phương thẳng đứng

- Ống thủy dài: Dùng cân bằng chính xác

Mục đích đưa bàn độ ngang trùng với mặt phẳng ngang

3.1.3 CÁC ĐIỀU KIỆN HÌNH HỌC CỦA MÁY

Để đảm bảo góc được đo chính xác thì các điều kiện hình học

cơ bản của máy phải hoàn chỉnh Tuy nhiên thực tế không đượcnhư vậy  Cần kiểm tra và hiệu chỉnh

3.1.3.1 Trục ống thủy dài VV1 trên bàn độ ngang phải vuông góc với trục quay thẳng đứng của máy LL1.

- Đặt ống thủy dài song song với 2 ốc cân, xoay 2 ốc cân ngược

chiều đưa bọt nước vào giữa Quay máy 900 xoay ốc cân thứ 3 đưa bọt nước vào giữa Quay máy 1800 kiểm tra

nếu không lệch khỏi vị trí cân bằng thì máy

ổn định, nến lệch lớn hơn ½ vạch khoảng

chia thì phải hiệu chỉnh

- Hiệu chỉnh: Ở hướng kiểm tra (1800)

Dùng vít điều chỉnh ống thủy dài để đưa

bọt nước vào ½ khoảng lệch, dùng ốc cân

còn lại đưa bọt nước vào giữa

Tiếp tục kiểm tra và hiệu chỉnh đến khi đạt

3.1.3.2 Trục ngắm của ống kính CC1 phải vuông góc với trục quay nằm ngang HH1 của ống kính (sai số 2C)

Để ống kính nằm ngang, Nhìn một vật A (cao ngang máy) rõ nét đọc ở 2 vị trí bàn độ Trái và Phải ta được:

M=T- CM= P+ C

(3.1)

Nếu C ≤ giới hạn: máy ổn định

C > giới hạn: máy không

ổn định, phải hiệu chỉnh

2

180 )

(   0

 T P

C

3.1.3.3 Trục quay nằm ngang HH1 của ống kính phải vuông góc với trục thẳng đứng LL1 của máy (sai số 2i).

Đưa ống kính lên 40÷500 ngắm điểm M cách 10 - 30m, xong đưa ống kính về nằm ngang đánh dấu được hình chiếu MT (m1) của M Đảo kính ngắm M xong đưa ống kính nằm ngang đánh dấu được

MP (m2)của M: Nếu MT = MP máy tốt

Nếu MT ≠ MP nhiều  đưa máy vào xưởng sửa chữa

3.1.3.4 Sai số MO (Sai số chỉ tiêu của bàn độ đứng)

xứng đối

khắc độ

bàn với

2

Tr - Ph MO

MO

Ph V

2

Ph Tr

V MO

Tr V

khắc độ

bàn với MO

180

0

0

Tr Ph Tr Ph

3.1.3.5 Trục ống dọi tâm quang học K1K2 phải trùng với trục xoay LL1 của máy

Xoay máy dọi tâm ở 3 vị trí cách đều một góc 600 để kiểm tra

3.1.3.6 Kiểm tra chỉ đứng của hệ lưới chỉ

So trùng bằng cách ngắm sợi dậy dọi

3.1.3.7 Kiểm tra sai số khắc vạch bàn độ ngang

Đo cùng một góc ở các vùng bàn độ khác nhau

3.1.4 ĐO GÓC BẰNG

Nguyên lý:

Giả sử cần đo góc AOB

H: mặt phẳng nằm ngang; hình chiếu của OA và OB trên H là oa

và ob  góc AOB = aob

Mặt phẳng tròn M (bàn độ Ng)//H

S là giao của Oo với M

Sa1 và Sb1 là hình chiếu của tia

SA và SB

Thao tác tại mỗi trạm đo gồm:

* Định tâm cân bằng máy

- Định tâm (dây dọi, dọi quang học, laser): đưa trục đứng của máy đi qua đỉnh của góc cần đo

- Cân bằng máy: đưa trục đứng của máy vuông góc với mặt phẳng ngang

* Ngắm mục tiêu

- Bắt mục tiêu sơ bộ: Nhìn qua bộ phận ngắm sơ bộ

- Bắt mục tiêu chính xác: Dùng ốc vi động ngang và vi động đứng thích hợp để đưa tâm màng dây chữ thập vào đúng mục tiêu

* Đặt trị số hướng ban đầu

Trị số hướng ban đầu thường đặt 00 00’ 00” hoặc 1800/n Với n

là số vòng đo

Có hai phương pháp đo góc bằng:

3.1.4.1 Phương pháp đo đơn (đo góc đơn): trạm chỉ đo hai hướng

Đặt máy tại O (định tâm, cân bằng)

* Nửa lần đo thuận kính (bàn độ đứng bên trái)

Ngắm A đọc được trị số hướng là a1

Quay máy theo chiều kim đồng hồ ngắm B đọc được trị số hướng bằng b1

Ta có: góc nửa lần đo thuận kính βT = b1 - a1

βT = b1 - a1+3600 (nếu b1 < a1)

* Nửa lần đo đảo kính (bàn độ đứng bên phải)

Sau khi đo nửa lần đo thuận xong, đảo kính ngắm B đọc được b2Quay máy cùng chiều kim đồng hồ ngắm A đọc được a2

Ta có: góc nửa lần đo đảo kính βP = b2 - a2

βP = b2 – a2+3600 (nếu b2 < a2)Nếu βP – βT  giới hạn thì tính β = (βP+ βT)/2

Ví dụ: Mẫu sổ đo + ghi chép+ tính toán góc đo đơn bằng máy 3T5K

Trạm

đo

Vị trí bàn độ đứng

Điểm ngắm

Số đọc trên bàn độ ngang

Trị số góc nửa lần đo

Trị số góc một lần đo

O

Trái (Thuận kính)

D 2280 23,2’

500 21’48”

B 1780 01,4’

3.1.4.2 Phương pháp đo toàn vòng

(tại trạm đo ≥ 3 hướng ngắm)

Thường chọn hướng nào xa nhất làm hướng khởi

* Đo thuận kính (nửa vòng đo thuận kính)

Quay máy theo chiều kim đồng hồ ngắm B đọc được b1

* Đo đảo kính (nửa vòng đo đảo kính)

Sau khi đo xong nửa vòng đo thuận kính, đảo kính

C

3.1.4.3 Độ chính xác đo góc bằng

Trong kết quả đo góc bằng luôn có chứa sai số Các nguyên nhân sai

số như sau:

a) Sai số do môi trường

Do hiện tượng khúc xạ ngang

Do sự chuyển động đối lưu của lớp không khí

2

2

2 2

2

' 2 2

1

' 1 1

3

2 2

1 1 2

' 2 2

2

' 1 1

1 1

a c

a a

A O C

b c

b c C

O B

a a

b a

a b

B O A

b) Sai số do máy móc thiết bị

Sai số do trục ngắm không vuông góc với trục quay nằm ngang của ống kính

Sai số do trục quay nằm ngang của ống kính không vuông góc với trục đứng của máy

Sai số do trục đứng của máy không thật thẳng đứng

Sai số do lệch tâm giữa bàn độ ngang và vòng chuẩn ngang

Sai số do khắc vạch trên vành độ ngang không đều

Khắc phục (hạn chế): Đo thuận và đảo kính, giữa n vòng đo đặt trị số hướng khởi là 1800/n

c) Sai số do con người

Sai số do định tâm máy chưa chính xác

Sai số do định tâm tiêu ngắm sai

Sai số do ngắm

Sai số do đọc số

Hạn chế: Cẩn thận trong quá trình đo

3.1.5 ĐO GÓC ĐỨNG

Đo góc đứng của hướng ngắm đến điểm M

* Thuận kính: Ngắm M, đọc trên bàn độ đứng được số đọc VT

* Đảo kính: Ngắm M, đọc trên bàn độ đứng được số đọc VPGóc đứng V = (VT + VP)/2

Góc thiên đỉnh Z = 900- V (3.2)

Sai số Mo = (VT - VP)/2

M

§3.2 DỤNG CỤ VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐO DÀI

3.2.1 KHÁI NIỆM

Đo dài là để xác định khoảng cách của một đoạn thẳng nào đó

để xác định vị trí không gian của nó trên mặt đất tự nhiên

Có hai loại khoảng cách: Ngang: S

Nghiêng: D

Để chuyển từ khoảng cách nghiêng D về khoảng cách ngang

S, ta phải đo được góc nghiêng của đoạn thẳng đó

Ví dụ: Đoạn thẳng DAB nghiêng so với mặt phẳng nằm ngang một góc AB

 SAB = DAB x cos AB

Có 3 phương pháp đo khoảng cách phổ biến:

- Đo trực tiếp bằng thước vải hoặc thước thép

- Đo bằng máy kinh vĩ quang học

- Đo bằng máy đo xa điện tử, máy kinh vĩ điện thử

A B

D A B

A B B '

3.2.1.1 Phân loại đo dài theo độ chính xác

a) Độ chính xác cao:

b) Độ chính xác vừa:

c) Độ chính xác thấp

3.2.1.2 Phận loại theo dụng cụ đo

a) Máy kinh vĩ quang học có độ chính xác:

b) Thước vải, thước thép có độ chính xác thấp:

c) Thước thép chính xác cao:

d) Máy điện quang hoặc toàn đạc điện tử

000 5

1 200

1 1

000 10

1 000

5

1 1

000 000 1

1 000

10

1 1

000

100

1 000

10 1

000

5

1 2500

1

000

1

1 800

1

500

1 300

3.2.2 ĐO DÀI BẰNG THƯỚC THÉP

3.2.2.1 Dụng cụ

Thước thép được làm bằng thép mỏng ~ 0,4mm, rộng 15÷25 mm, chiều dài thước 20m, 30m, 50m Trên thước được chia đến dm, cm, mm

C'

a) Định hướng thẳng khi A thấy B

Tại A và B đặt 2 sào tiêu

Người thứ nhất đứng cách tiêu tại A một khoảng điều chỉnh người thứ 2 cầm sào tiêu di chuyển đến khi nào A – tiêu – B thấy nhau thì cắm tiêu xuống, và cứ thế tiếp tục cắm tiêu tiếp theo

b) Định hướng thẳng khi A không nhìn thấy B

Định hướng theo phương pháp nhích dần

3.2.2.3 Phương pháp đo

Việc đo cần ít nhất có 2 người ( 1 trước, 1 sau)

Người sau cầm đầu "0" của thước, người trước cầm đầu thước

có vạch chẵn chục mét kéo căng thước nằm ngang rồi cắm tiêu Người sau nhổ tiêu tại A rồi cả 2 cùng tiến về phía B, tiếp tục đo cho đến đoạn cuối cùng Đoạn cuối thường không chẵn mét nên người trước cần phải đọc số lẻ cẩn thận

Sau khi đo đi từ A  B xong nhất thiết phải đo về từ B về A

3.2.2.4 Tính toán.

Tùy độ c/x yêu cầu ta phải đo góc nghiêng (αAB) hoặc chênh cao giữa hai điểm A và B (hAB) để tính chuyển về khoảng cách ngang:

Sau khi đo đi và đo về, tính được ΔS= SAB - SBANếu thì lấy kết quả trung bình S = (SAB + SBA)/2 Ngược lại nếu phải đo lại

cos

AB AB

AB

AB AB

AB

h D

S

D S

3.2.2.5 Độ chính xác đo dài bằng thước thép

- Sai số do kiểm nghiệm thước

- Sai số do thước giãn nở vì nhiệt

- Sai số do đặt thước lệch hướng đường thẳng

- Sai số do thước bị cong trên mặt phẳng nằm ngang

- Sai số do lực căng không đều

- Sai số do không tính hiệu chỉnh độ dốc,…

3.2.3 ĐO DÀI BẰNG MÁY CÓ DÂY THỊ CỰ (CHỈ

3.2.3.1 Trường hợp tia ngắm nằm ngang

B

T

 t

E: Độ dài ngang từ tiêu điểm kính vật tới mia

δ: độ dài ngang từ kính vật tới trục chính của máy

p: là khoảng cách của 2 chỉ lượng cự

n: khoảng chắn trên mia giữa 2 chỉ lượng cự

3.2.3.1 Trường hợp tia ngắm nằm ngang

B

T

 t

E: Độ dài ngang từ tiêu điểm kính vật tới mia

δ: độ dài ngang từ kính vật tới trục chính của máy

p: là khoảng cách của 2 chỉ lượng cự

n: khoảng chắn trên mia giữa 2 chỉ lượng cự

p

f E

n

E p

f







cosv2

3.2.4 ĐO DÀI BẰNG THIẾT BỊ ĐIỆN TỬ

Các thiết bị dùng để đo: Máy + Gương phản xạ

Máy có thể là:

- Máy riêng lẻ

- Bộ phận gắn vào máy kinh vĩ quang học

- Máy toàn đạc điện tử

Các thiết bị này sử dụng sóng vô tuyến bước sóng ngắn hoặc sóng ánh sáng

Khoảng cách:

S=V.T/2V: Vận tốc ánh sáng

T: thời gian lan truyền sóng từ máy tới gương và ngược lại

§3.3 DỤNG CỤ VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO CAO

3.3.1 KHÁI NIỆM CHUNG

Đo cao là một trong những yếu tố xác định vị trí không gian của một điểm trên mặt đất

Độ cao H của một điểm là khoảng cách theo phương dây dọi từ

điểm đó tới mặt thủy chuẩn (Mặt Geoid) Thực tế không đo được trực tiếp độ cao mà chỉ đo được chênh cao giữa các điểm rồi căn cứ vào điểm đã biết tính ra độ cao của điểm kia

Ví dụ: HB = HA + hAB

hAB _ là chênh cao giữa điểm A và B

HA, HB _ là độ cao của điểm A, B so với mặt Geoid

Tùy theo dụng cụ và phương pháp đo ta chia thành các loại sau:

- Đo cao hình học

- Đo cao lượng giác

- Đo cao khí áp: chính xác thấp, sai số: 2 ÷ 3m

- Đo cao thủy tĩnh: sai số ±0.2mm/16m dài

- Đo cao bằng máy bay: sai số 5 ÷10 m

- Đo cao bằng ảnh lập thể.

3.3.2 CẤU TẠO MÁY NIVO (hay máy thuỷ bình, thuỷ chuẩn)

Gồm các bộ phận chính

- Ống kính

- Ống thủy tròn, thủy dài

- Các ốc khống chế chuyển động: ốc nối (liên kết) máy và chân, 3 ốc cân máy, ốc khoá ngang, ốc vi động ngang

- Ốc nối: để gắn chặt máy với chân máy

- 3 ốc cân: dùng để cân bằng máy (đưa trục ống thủy tròn về thẳng

đứng hoặc đưa trục ống thủy dài về nằm ngang

- Ốc khoá ngang: dùng để hãm hay mở cho ống kính quay ngang.

- Ốc vi động ngang: dùng để đẩy cho ống kính quay ngang một chút (phải hãm ốc khoá ngang mới dùng được ốc vi động)

- Ốc kích nâng: dùng để chỉnh ống kính (trục ngắm) ngước lên cao hay chúc xuống thấp một chút

3.3.3 CẤU TẠO MIA ĐO CAO

- Mia thường: thường được làm bằng gỗ, dài 3m có khoảng chia

nhỏ nhất đến cm, có hai mặt đen – đỏ Có loại dài 3m – 7m gấp hoặc rút (mia nhôm), có khoảng chia nhỏ nhất đến cm hoặc ½cm.Giữa mặt đen và mặt đỏ thường chênh nhau một hằng số 4475 hoặc 4575 và hằng số của một cặp mia thường là 100

- Mia có độ chính xác cao: Mia Inva, là loại mia chính xác nhất,

có dải inva ở giữa; hai thang chính phụ ở hai bên

- Ngoài ra còn có mia mã vạch dùng cho các máy thủy chuẩn

điện tử

00 01 02 03 04 05

25 26 27 28 29

45 46 47 48 49

71 72 73 74

Đế mia Đế mia

50

69 70

3.3.4 KIỂM NGHIỆM VÀ ĐIỀU CHỈNH MÁY NIVO

3.3.4.1 Kiểm nghiệm và điều chỉnh ống thủy dài

Trục của ống thủy dài phải vuông góc với trục quay thẳng đứng

của máy

Kiểm nghiệm: Đặt ống thủy dài song song với 2 ốc cân, vặn 2 ốc

ngược chiều nhau để đưa bọt nước vào giữa Quay máy 900 dùng

ốc cân thứ 3 điều chỉnh đưa bọt nước vào giữa Quay máy 1800 nếu bọt nước lệch khỏi vị trí giữa (vị trí cân bằng) thì phải điều chỉnh

Điều chỉnh: Dùng ốc hiệu chỉnh bọt nước để điều chỉnh bọt nước

chảy ngược lại ½ cung lệch, nửa cung lệch còn lại thì dùng ốc cân máy thứ 3 để hiệu chỉnh đưa bọt nước vào giữa Sau đó quay máy

đi 1800 kiểm tra nếu vẫn còn lệch tiếp tục hiệu chỉnh đến khi đạt yêu cầu

3.3.4.2 Kiểm nghiệm và điều chỉnh màng dây chữ thập

* Kiểm nghiệm: Chọn nơi khuất gió, dùng sợi chỉ buộc quả dọi 1 đầu, đầu kia buộc lên trên ngay phía trước bức tường Đặt máy cách

tường 25 ÷ 30m, cân bằng máy chính xác Để 1 đầu vạch đứng của dây chữ thập trùng với dây dọi, nhìn xem đầu kia có trùng không Nếu lệch quá 0,5mm phải điều chỉnh màng dây chữ thập

* Điều chỉnh: Vặn lỏng các ốc điều chỉnh của riêng màng dây chữ

thập, xoay nhẹ bộ phận này cho vạch đứng dâu chữ thập trùng khít với dây dọi rồi vặn chặt các ốc cố định màng dâu chữ thập lại

3.3.4.3 Kiểm nghiệm và điều chỉnh góc i

Đặt 2 mia trên 2 cọc sắt ở A và B A và B cách nhau 50m

Đặt máy tại I (IA = IB) cân bằng máy đọc được tại mia A, B là a1, b1Đặt máy tại II (IIA = AB/10) cân bằng máy đọc được tại mia A, B là a2, b2

Đặt 2 mia trên 2 cọc sắt ở A và B A và B cách nhau 50m

Đặt máy tại I (IA = IB) cân bằng máy đọc được tại mia A, B là a1, b1Đặt máy tại II (IIA = AB) cân bằng máy đọc được tại mia A, B là a2, b2

Góc i được tính:

Trong đó: h = (b1 – a1) + (a2 – b2)

D: là khoảng cách giữa A và Bρ”= 206265”

Tùy theo yêu cầu cấp hạng đo mà ta có igh

Nếu i < igh thì máy đạt yêu cầu

Nếu i > igh thì hiệu chỉnh như sau:

Để nguyên máy tại II, chỉnh màng dây chữ thập cho số đọc trên mia B

là b’2 = b2 + 1,1 h

Sau đó kiểm tra lại góc i nếu vẫn chưa đạt thì tiếp tục hiệu chỉnh

Lưu ý: Để khử sai số góc i, tại mỗi trạm đo luôn đặt máy ở vị trí giữa

h D

i  "

3.3.5 PHƯƠNG PHÁP ĐO CAO HÌNH HỌC

Nguyên lý của phương pháp đo cao hình học là dựa vào tia ngắm nằm ngang (nghĩa là song song với mặt thủy chuẩn và vuông góc với phương dây dọi) để xác định chênh cao giữa 2 điểm Dụng

cụ đo là máy và mia thủy chuẩn

3.3.5.1 Đo cao từ giữa

00 01 02 03 04 05

Đế mia

B A

h AB

00 01 02 03 04

Đế mia