Sử dụng hợp lý tọa độ phẳng trong Trắc địa công trình

NGHIÊN CU S DNG HP LÝ TA  PHNG TRONG CÁC CÔNG TÁC TRC A CỌNG TRỊNH TS. Nguyn Quang Phúc, Trng đi hc M-a cht. Tóm tt: To đ vuông góc phng đc s dng rng rãi trong các ng dng thc tin ca trc đa-bn đ cng nh trong trc đa công trình (TCT). Tuy nhiên, vic s dng to đ vuông góc phng trong TCT  nc ta trên thc t vn còn nhiu bt cp, gây không ít tr ngi cho công tác thit k và thi công xây dng công trình. Trên c s phân tích nhng đc đim và yêu cu k thut ca các công tác TCT, tác gi kin ngh s dng hp lý to đ phng trong lnh vc này. 1. t vn đ  xác đnh v trí ca mt đim trên mt đt, cn tin hành các phép đo đc và biu din nó trong mt h to đ nht đnh nào đó. Trong Trc đa thng s dng các h to đ sau đây: a. H to đ trên mt ellipsoid: Trên mt ellipsoid, ngi ta s dng 2 h to đ c bn là h to đ trc đa và h to đ vuông góc không gian. Trong h to đ trc đa, mt đim M trên mt ellipsoid đc biu din bi 2 thành phn to đ: Kinh đ trc đa L và v đ trc đa B. Trong h to đ vuông góc không gian, mt đim Q đc xác đnh bi 3 thành phn to đ X,Y và Z. b. H to đ vuông góc phng: Mt ellipsoid và các h to đ gn vi nó rt thun tin cho vic gii các bài toán trc đa trên phm vi toàn cu. Tuy nhiên, đó li là mt mt cong, không thun tin cho vic thành lp các loi bn đ cng nh cho các công tác TCT. Vì vy, cn phi bin đi các h to đ trên mt ellipsoid v h to đ vuông góc phng.  gii quyt nhim v này, ngi ta chiu mt ellipsoid lên mt phng trong phép chiu phng Gauss-Kruger hoc phép chiu phng UTM. Vi mt phép bin đi h to đ khác nhau s cho nhng giá tr to đ khác nhau trong h to đ phng. Và trong phn ln các trng hp, các giá tr to đ phng này không phù hp vi các mc đích ca TCT. Vì vy, nghiên cu s dng hp lý to đ phng trong TCT là rt cn thit, nhm nâng cao giá tr s dng ca các s liu to đ có trên khu vc xây dng và đáp ng yêu cu k thut c bn ca các công tác TCT. 2. Nguyên tc la chn h to đ và mt chiu cho li TCT Li TCT là h thng các đim khng ch lp trên khu vc xây dng, đc xác đnh to đ trong mt h thng to đ phng phù hp vi công trình. Mng li này là c s trc đa đ đo v, thành lp bn đ đa hình công trình, đ chuyn bn thit k công trình ra thc đa và b trí chi tit công trình, đng thi cng là c s trc đa đ quan trc chuyn dch bin dng công trình. Thông thng, trc khi tính toán bình sai cn phi tính khái lc các tr đo trong mng li trc đa thông qua các s hiu chnh do chiu lên mt ellipxoid quy chiu và lên b mt ca phép chiu ta đ phng. 2.1. S hiu chnh do chiu lên mt ellipsoid quy chiu Trên Hình 1: AB là khong cách nghiêng đo đc gia 2 đim, A’B’ là khong cách đã đa v nm ngang, ab là khong cách tng ng ca AB trên mt ellipsoid.  nhn đc khong cách ab trên ellipsoid, cn phi đa vào A’B’ s hiu chnh tính theo công thc: S R HH S m m H 0   (1) Trong đó: H 0 là đ cao ca b mt quy chiu. H m là đ cao trung bình ca cnh đo. R m là bán kính trung bình ca ellipsoid. S là khong cách đã đa v nm ngang. 2.2. S hiu chnh do chiu v mt phng  có th tính đc to đ phng cho các đim khng ch, tip theo cn phi chuyn các tr đo trên mt ellipsoid quy chiu v mt phng. S hiu chnh chiu dài cnh đo trong phép chiu phng đc tính theo công thc: ') 2 1( 2 2 0 S R y mS m m F  (2) Trong đó: y m là tr trung bình ca tung đ đim đu và cui cnh S. S’ là chiu dài cnh trên ellipsoid quy chiu. m 0 là h s bin dng trên kinh tuyn trung ng ca múi chiu. i vi phép chiu phng Gauss-Kruger, h s m 0 =1; Vi phép chiu phng UTM múi 6 0 , m 0 =0.9996 và múi 3 0 , m 0 =0.9999. Vì công trình đc xây dng trên b mt đt t nhiên nên cn phi chn h to đ và mt chiu sao cho li TCT không b bin dng bi các s hiu chnh nói trên. Nói cách khác, cn phi la chn h to đ và mt chiu bo đm nguyên tc b qua các s hiu chnh tính theo (1) và (2).  có th b qua s hiu chnh đ cao mt chiu tính theo (1), cn phi có: 0 0  HH m , hay: m HH  0 (3) tc là cn phi chn mt chiu có đ cao xp x đ cao trung bình ca khu xây dng.  có th b qua s hiu chnh tính theo (2), cn phi có: 0 2 1 2 2 0  m m R y m . Hay: )1(2 0 mRy mm  (4) Suy ra: -Khi m 0 =0.9996 (phép chiu phng UTM múi 6 0 ), kmy m 180 . -Khi m 0 =0.9999 (phép chiu phng UTM múi 3 0 ), kmy m 90 , -Khi m 0 =1 (phép chiu phng Gauss-Kruger), kmy m 0 . tc là đi vi phép chiu phng Gauss-Kruger, cn chn h to đ sao cho kinh tuyn trung ng ca múi chiu đi qua gia khu vc xây dng công trình, còn đi vi phép chiu phng UTM, cn phi chn h to đ sao cho kinh tuyn trung ng ca múi chiu cách xa trung tâm khu xây dng tng ng là 180km và 90km đi vi múi 6 0 và múi 3 0 . Trong thc t, cho phép chn trong khong 180±20km và 90±20km [3]. 3. Các h to đ dùng trên khu vc xây dng công trình Trên khu vc xây dng công trình có th tn ti các đim khng ch đã đc xác đnh to đ hoc là trong h to đ Nhà nc, h to đ đa phng, h to đ gi đnh hoc trong h to đ công trình. O A B a b A’ B’ Hình 1- Chiu cnh đo lên mt ellipsoid H to đ Nhà nc là h to đ đc la chn theo nhng quy đnh chung ca các c quan qun lý Nhà nc v Trc đa-Bn đ. Theo đó, trc nm 2000 nc ta s dng h to đ HN-72, ellipsoid quy chiu Kraxovski, phép chiu phng Gauss-Kruger, h đ cao Hòn Du. Sau nm 2000, nc ta s dng h to đ VN-2000, ellipsoid quy chiu WGS-84, phép chiu phng UTM, h đ cao Hòn Du. iu đáng chú ý là trc khi bình sai, các tr đo trong li trc đa Nhà nc đã đc chiu xung mt ellipsoid quy chiu. iu đó cng có ngha là to đ phng ca li to đ Nhà nc và ca các mng li chêm dày tip theo cng s đc xác đnh trên b mt ca ellipsoid quy chiu (có đ cao H=0m). Li to đ Nhà nc ch yu đc s dng đ đo v bn đ đa hình các t l. H to đ đa phng là h to đ đc la chn theo tng khu vc. V mt h quy chiu, h to đ đa phng c bn ging vi h to đ Nhà nc, tuy nhiên đc la chn kinh tuyn trc và mt chiu to đ phng phù hp vi tng vùng. H to đ này thng đc s dng trong đo đc a chính. H to đ gi đnh là h to đ đc la chn theo quy c ca ngi s dng. Theo đó, ngi ta chn mt mt phng nm ngang có đ cao bng đ cao trung bình ca khu vc xây dng, trên đó chn hai trc vuông góc nhau quy c là 2 trc ca h to đ phng, thông thng trc X đc chn trùng vi trc chính công trình (trc cu, trc đp ). H to đ gi đnh có u đim ni bt là không b bin dng bi bt k phép chiu nào. Tuy nhiên, nó ch đc s dng trong nhng nm ca th k trc, khi công ngh đo đc cha có nhng bc phát trin nh ngày nay. H to đ công trình là h to đ đc la chn phù hp vi đc đim và yêu cu k thut đi vi tng công trình theo các nguyên tc nh đã trình bày  mc 2. Theo đó, đ cao mt chiu to đ phng đc chn bng đ cao trung bình ca khu xây dng; kinh tuyn trung ng ca múi chiu chn đi qua gia khu vc xây dng (trong phép chiu phng Gauss-Kruger) hoc cách xa khu xây dng trong khong 90km và 180km (trong phép chiu phng UTM tng ng vi múi chiu có đ rng 3 0 và 6 0 ). 4. Nhng bt cp trong s dng to đ phng Bt cp ln nht trong TCT  nc ta hin nay là vn đ s dng các t liu bn đ cho thit k công trình. Thay vì phi thit k công trình trên bn đ đa hình công trình, là loi bn đ đc biu din trên b mt trung bình ca khu xây dng thì ngi ta li thit k trên bn đ đa hình, là loi bn đ đc biu din trên b mt ca ellipsoit quy chiu. ành rng s hiu chnh do đ cao mt chiu không làm bin dng đáng k hai loi bn đ này ( đ cao 637m sai lch chiu dài ch vào khong 1/10.000, tc là khong 0,1m/1km), song li làm bin dng đáng k các kích thc thit k so vi kích thc thc t ca công trình trên b mt đt. Bên cnh đó, vic la chn bn đ đ thit k có kinh tuyn trung ng không phù hp vi kinh tuyn trung ng ca h to đ công trình đã làm bin dng ln kích thc ca công trình do đ xa kinh tuyn trung ng gây ra. Trong Bng 1 đa ra giá tr bin dng ca mt s công trình tiêu biu [2]. Khi phát trin li TCT, nht thit phi s dng to đ các đim ca li c đã đc xác đnh trong các h to đ khác nhau. Nhng nu s dng không hp lý s làm bin dng đáng k kích thc ca công trình nh đã thy  trên và gây tr ngi cho quá trình thi công. Vì vy, đ có th s dng to đ phng ca các đim có trong các h to đ khác nhau vào nhng mc đích ca TCT, cn phi tính chuyn to đ ca chúng v h to đ và mt chiu quy c ca công trình. Bng 1- Bin dng kích thc ca công trình do đ xa kinh tuyn trung ng Tên công trình H to đ và kinh tuyn trung ng đã s dng Khong cách t công trình đn kinh tuyn trc Giá tr bin dng chiu dài Nhà máy lc du Dung Qut, Qung Ngãi HN-72, 108 0 E 102 km 128mm/1km Cu Bãi Cháy, Qung Ninh HN-72, 105 0 E 210 km 540mm/1km Cu Tân , Thái Bình HN-72, 105 0 E 150 km 277mm/1km 5. Thut toán tính chuyn h to đ và mt chiu cho li TCT 5.1. Tính chuyn h to đ Gi s có tp to đ phng (x,y) 1 đã đc xác đnh trong h to đ phng có kinh tuyn trung ng L 1 . Nay cn tính chuyn sang h to đ phng mi có kinh tuyn trung ng L 2 .  gii quyt nhim v này, cn thc hin tính chuyn 2 bc thông qua to đ trc đa B,L theo các thut toán quen thuc đã đc đ cp trong mt s tài liu chuyên ngành [1,4]. 5.2. Tính chuyn mt chiu Theo nghiên cu ca tác gi, có 2 thut toán sau đây có th đc s dng đ tính chuyn mt chiu to đ phng. ây cng là mt phn kt qu thc hin đ tài KHCN cp B (B Giáo dc và đào to), mã s B2008-02-52 do tác gi làm ch nhim: 1) Thut toán “làm chng n” mt ellipsoid: Gi s to đ phng ca các đim đã đc xác đnh trong h to đ công trình nhng trên b mt ca ellipsoid quy chiu, có đ cao H 0 =0. Nay cn tính chuyn lên b mt quy c ca công trình có H 1 =H m . Trc ht, tính to đ trc đa ca các đim theo to đ phng trên mt ellipsoid. Tip theo, làm chng n ellipsoid quy chiu bng cách cng thêm vào bán trc ln a lng 01 HHH  ri tính li bán trc nh b và tâm sai th nht e. Tính to đ phng theo ellipsoid mi. Vì chiu dài cung kinh tuyn ng vi đ v B ca đim đc tính t đng xích đo không đi, nên to đ phng tính đc theo ellipsoid mi s b dch chuyn lên phía Bc. Vì vy, cn s dng phép bin đi to đ Helmert 3 tham s (nhn m=1) đ đa to đ b dch chuyn v trùng h to đ ban đu. Quy trình này có th đc mô t tóm tt nh sau (Hình 2): 2) Thut toán bin đi đng dng theo đ cao mt chiu: Thut toán này cho phép bin đi đng góc mng li to đ phng, còn bin dng dài đc xác đnh phù hp vi h s bin dng do đ cao mt chiu tính theo (1). Gi s (x,y) 1 là tp to đ phng đã đc xác đnh trên b mt có đ cao H 1 (Hình 3). Nay cn tính chuyn lên b mt có đ cao H 2 . Quy trình tính chuyn đc mô t nh trên Hình 3. B Mt phng xích đo H m H 0 Hình 2- Thut toán chng n ellipsoid - Tính to đ trc đa B,L t tp to đ phng ban đu. - Dâng ellipsoid lên b mt H m . - Tính to đ phng mi theo B,L. - a to đ mi v trùng to đ ban đu nh bin đi Helmert 3 tham s. Các tính toán thc nghim cho thy hai thut toán tính chuyn mt chiu to đ phng nói trên cho kt qu nh nhau, tuy nhiên thut toán bin đi đng dng theo đ cao mt chiu đn gin hn và có tính tng quát cao hn thut toán chng n ellipsoid. 6. Kt lun và kin ngh 6.1. Khi tin hành các công tác TCT, cn s dng hp lý to đ phng ca các đim li c có trên khu vc xây dng. Nu các đim ca li c không thuc h to đ công trình thì cn phi tính chuyn chúng v h to đ công trình theo quy trình 2 bc: tính chuyn h to đ và tính chuyn đ cao mt chiu. 6.2.  không làm bin dng kích thc ca công trình do h to đ phng gây ra, cn phi thit k công trình trên bn đ đa hình công trình. Nu s dng bn đ đa hình thì trc khi thit k công trình, cn chuyn đi bn đ đa hình v h to đ và mt chiu quy c ca công trình. 6.3. Có th s dng các thut toán đã trình bày trong bài báo đ tính chuyn đ cao mt chiu to đ phng, trong đó có li hn c là thut toán bin đi đng dng theo đ cao mt chiu. TÀI LIU THAM KHO [1].  Ngc ng, ng Nam Chinh, 2007. Công ngh GPS, Bài ging cho sinh viên chuyên ngành Trc đa. [2]. Ngô Vn Hi, 2005. H to đ quc gia Vit Nam và nhng lu ý khi s dng trong thit k và thi công xây dng công trình, Tp chí KHCN Xây dng, s 3/2005. [3]. TCXDVN 364:2006. Tiêu chun k thut đo và x lý s liu GPS trong Trc đa công trình. [4]. . .   ., 1985.  .  1.  . . .   . . . . “”, . SUMMARY Researching on using suitably the horizontal coordinate in engineering surveying Dr. Nguyen Quang Phuc, University of Mining and Geology The horizontal coordinate is used popularly in Maping Surveying as well as Engineering Surveying (ES). In reality, however, the application of the horizontal coordinate in ES in Vietnam still remains problematic, causing trouble in designing and building. On the basis of analysing features and technological requirements in ES, the author recommends using suitably the horizontal coordinate in this domain. O H 1 H 2 Hình 3- Thut toán bin đi đng dng theo đ cao mt chiu Tính các yu t trng tâm trên b mt H 1 Tính to đ phng mi trên b mt H 2 ' /)'( RHRk  Tính h s bin dng dài theo đ cao mt chiu . phng phù hp vi công trình. Mng li này là c s trc đa đ đo v, thành lp bn đ đa hình công trình, đ chuyn bn thit k công trình ra thc đa và b trí chi tit công trình, đng thi. thit k công trình trên bn đ đa hình công trình. Nu s dng bn đ đa hình thì trc khi thit k công trình, cn chuyn đi bn đ đa hình v h to đ và mt chiu quy c ca công trình. . múi 6 0 và múi 3 0 . Trong thc t, cho phép chn trong khong 180±20km và 90±20km [3]. 3. Các h to đ dùng trên khu vc xây dng công trình Trên khu vc xây dng công trình có th tn ti