BÀI tập lớn TIN học TRONG TRẮC địa

 Sau đó từng thành viên trong tổ sẽ viết một chương trình bình sai chặt chẽ lưới khống chế bằng phần mềm MATLAB dựa vào bảng số liệu đo góc,cạnh ngoài thực địa → tọa độ các điểm khống c

Phần 1: SỐ LIỆU GỐC VÀ SỐ LIỆU ĐO 1.1 Số liệu gốc:

- Với i là số thứ tự sinh viên trong tổ : i=3

1.2 Khu vực đo và Số liệu đo:

 Khu vực đo: Tổ 4 được phân công đo lưới khống chế và đo chi tiết xung

quanh khu vực trước B2 và sân bóng đá trong khuôn viên trường đại học Báchkhoa tp.HCM

 Kết quả đo được từ thực địa:

- Sổ đo góc, cạnh và chênh cao của lưới đường chuyền

- Sổ chi tiết trong khu vực lưới khống chế

- Bảng sơ họa trạm đo

 Yêu cầu về sai số khép của các trị đo như sau:

- Sai số khép góc: fβgh=45’’ (giây)

- Sai số đo chênh cao: fHgh=50

 Các số liệu đo như sau:

- Sổ đo cạnh:

Số liệu đo cạnhTên cạnh Lần 1 (m) Lần 2 (m) Tb (m)

Số liệu đo góc

Trạ

m đo

Lầnđo

Vị tríBĐ

Điểmngắm

Số đocBĐN

Trị số gócnữa lần đo

Trị số góc

1 lần đo

Tri số góctrung bình

I 258008’10”

- Sổ đo chênh cao:

Sổ đo chênh cao

Trạm

đo

Lầnđo

Điểmđặtmia

Mia sau Mia trước Chênh cao Chiềudài

Trên Giữa Dưới Trên Giữa Dưới 1 mặtmia

Chên

h caotb

I-II

1120

-Sổ đo chi tiết:

Sổ đo chi tiết

Trạm đo : 1 Điểm ngắm chuẩn: 4

Độ cao máy: 1.481 BĐN: 0

Stt Số đọc trên mia Góc ngang đứngGóc Ghi chú

Chỉ trên Chỉ giữa Chỉ dưới

Độ cao máy: 1.39 BĐN: 0

STT

Số đọc trên mia

Góc ngang đứngGóc Ghi chúChỉ trên Chỉ giữa Chỉ

STT Số đọc trên mia Góc ngang đứngGóc Ghi chú

Chỉ trên Chỉ giữa Chỉ dưới

Stt Số đọc trên mia Góc ngang đứngGóc Ghi chú

Chỉ trên Chỉ giữa Chỉ dưới

1.3 Nội dung yêu cầu:

• Bình sai lưới đường chuyền khép kín

• Lập sổ đo điện tử

• Tính toán sổ đo điện tử và lưu vao file: ketqua.txt

• Hiển thị các điểm chi tiết (theo mã đặc điểm)

• Lập mạng lưới tam giác Delaunay

• Nội suy và vẽ đường đồng mức từ tập hợp các điểm độ cao nằm trong

khu đo

BÙI VĂN ĐỊNH 6 MSSV: 80600495

Phần II: NỘI DUNG BÀI TẬP LỚN TIN HỌC TRONG TRẮC ĐỊA

BÀI 1: BÌNH SAI CHẶT CHẼ LƯỚI KHỐNG CHẾ

1.1 Yêu cầu bài toán:

 Từng tổ sẽ tiến hành đo đạc lưới khống chế dạng khép kín trong khu

vực được giao

 Sau đó từng thành viên trong tổ sẽ viết một chương trình bình sai chặt

chẽ lưới khống chế bằng phần mềm MATLAB dựa vào bảng số liệu đo góc,cạnh ngoài thực địa → tọa độ các điểm khống chế

 Bình sai độ cao dựa vào sổ đo cao → độ cao các điểm khống chế

1.2 Phương pháp giải quyết:

 Ta dùng thuật toán bình sai chặt chẽ để bình sai đường chuyền trên với

VT sai số khếp W

Cạnh đo không đạt END TLập MT trọng sốđảo Ql

Wx = Xn – Xc



 Lợi ích của sơ đồ khối chương trình bình sai:

• Sắp xếp thứ tự thuật toán mà ma trận làm được viết chương trình dễ dànghơn

• Nhận dạng dễ dàng các cấu trúc điều kiện chương trình

• Phân chia công việc lớn công việc nhỏ chương trình con

• Độc lập với ngôn ngữ lập trình có thể dùng cho nhiều ngôn ngữ lậptrình khác nhau

 Từ sơ đồ khối ta thấy chương trình bình sai lưới khống chế gồm 1

chương trình chính binhsai và 11 chương trình con sau:

- Chương trình con đọc dữ liệu từ file dulieu.txt : docfile

- Chương trình con tính góc định hướng cạnh : tinh_dinhhuong

- Chương trình con tính tọa độ các điểm : tinh_toado

- Chương trình con tính tọa độ trọng tâm : tinh_trongtam

- Chương trình con thành lập ma trận hệ số B : lap_b

- Chương trình con thành lập ma trận trọng số đảo Ql : lap_Ql

- Chương trình con hiệu chỉnh trị đo : hieu_chinh

- Chương trình con xuất kết quả vào file : xuatketqua

- Chương trình con vẽ sơ đồ lưới đường chuyền : veluoi

- Chương trình con đổi đơn vị độ, phút, giây sang rad : dms2rad

- Chương trình con đổi đơn vị rad sang độ, phút, giây : rad2dms

1.2.1 Chương trình con đọc dữ liệu từ file:

 Định dạng file dữ liệu:

• Xd, yd, xc, yc là tọa độ điểm gốc đầu và cuối đường chuyền

• Vì là đường chuyền khép kín nên xd = xc, yd = yc

• αd, αc là phương vị góc của cạnh đầu và cuối đường chuyền

• n là số góc trong đường chuyền

 Tên chương trình con: docfile.

 Nhiệm vụ: lấy ra các giá trị từ file dulieu.txt.

1.2.2 Chương trình con tính góc định hướng cạnh:

 Tham số nhập : αd, gocdo, n

 Tham số xuất : vector chứa góc định hướng : α

 Tên chương trình : tinh_dinhhuong

 Nhiệm vụ : tính các góc định hướng của các cạnh trong lưới đường

chuyền Từ đó tìm sai số khép góc trong chương trình chính

1.2.3 Chương trình con tính tọa độ các điểm:

 Tham số nhập : xd, yd, canhdo, alp, n

 Tham số xuất : dãy x, dãy y (x,y là các vector)

 Tên chương trình : tinh_toado

 Nhiệm vụ : tính tọa độ tất cả các điểm trong đường chuyền Từ tọa độ điểmcuối tính được và tọa độ điểm gốc tìm sai số khép cạnh trong chương trìnhchính

1.2.4 Chương trình con tính tọa độ trọn g tâm:

 Tham số nhập : x, y, n

 Tham số xuất : xi, eta

 Tên chương trình : tinh_trongtam

 Nhiệm vụ : tính tọa độ trong tâm phục vụ tính ma trận hệ số B

1.2.5 Chương trình con thành lập ma trận hệ số B:

1650.000 1850.000 30.00001650.000 1850.000 30.0000

89.3100 92.1615 88.2706 89.4557 42.800 67.600 41.940 68.935

 Tham số nhập : xi, eta, alp, n

 Tham số xuất : ma trận B

 Tên chương trình : lap_b

 Nhiệm vụ: lập ma trận hệ số để tìm ra véc tơ số hiệu chỉnh trong chươngtrình chính

1.2.6 Chương trình con thành lập ma trận trọng số đảo Ql:

 Tham số nhập : mb, a, canhdo, n

 Tham số xuất : ma trận Q

 Tên chương trình : lap_Ql

 Nhiệm vụ : lập ma trận trọng số đảo tìm ra vector số hiệu chỉnh trong chươngtrình chính

1.2.7 Chương trình con hiệu chỉnh trị đo:

 Tham số nhập : V, gocdo, canhdo, n

 Tham số xuất : véc tơ góc sau bình sai(goc), véc tơ cạnh sau bình sai (canh)

 Tên chương trình : hieu_chinh

 Nhiệm vụ : đưa các số hiệu chỉnh vào trị đo góc và cạnh Tìm các góc vàcạnh sau bình sai

1.2.8 Chương trình con đưa kết quả vào file:

 Định dạng file kết quả:

BÙI VĂN ĐỊNH 10 MSSV: 80600495

ketqua.txtsai số khép góc

 Nhiệm vụ: vẽ ra sơ đồ lưới khống chế của khu đo.

1.2.10 Chương trình con đổi độ phút giây sang rad:

 Tham số nhập : góc đơn vị độ phút giây(dms)

 Tham số xuất : góc đơn vị rad(rad)

 Tên chương trình : dms2rad

 Nhiệm vụ : chuyển đổi đơn vị

1.2.11 Chương trình con đổi rad sang độ phút giây:

 Tham số nhập : góc đơn vị rad

 Tham số xuất : góc đơn vị độ phút giây(dms)

 Tên chương trình : rad2dms

 Nhiệm vụ : chuyển đổi đơn vị

1.2.12 Chương trình chính binhsai.m:

 Chương trình chính tiến hành thực thi hoàn toàn giống như sơ đồ khối,

được hổ trợ bởi 11 chương trình con vừa nêu Kết quả nhận được là các sai sốkhép góc, khép cạnh, các góc, các cạnh sau bình sai và tọa độ của các điểmkhống chế sau bình sai cho vào file ketqua.txt

1.3 Kết quả: (Chương trình đầy đủ của bài tập 1 được ghi trong đĩa CD)

 Kết quả bình sai lưới khống chế: Chạy CT binhsai.m ta sẽ có đồ hình lưới và

tọa độ các điểm khống chế như sau:

BÙI VĂN ĐỊNH 12 MSSV: 80600495

 Kết quả bình sai độ cao:

• Bằng phần mềm Excel

Tênđiểm

Chênh cao

đo được hi(mm)

Độ dài Cạnh Si(m)

Số hiệuchỉnhVhi (mm)

Chênh cao đãhiệu chỉnh hi(mm)

Độ cao điểm Hi(m)

1.4 Nhận xét, kết luận:

1.4.1 Nhận xét:

 Các kết quả tính toán đều thỏa mãn sai số giới hạn cho phép

 Để dễ dàng kiểm tra lỗi ta nên chạy thử từng chương trình con theo thứ tựxuất hiện trong chương trình chính trước khi chạy chương trình chính

 Trong quá trình lập trình ta nên kiểm tra:

- Kiểm tra chương trình con đổi độ, phút, giây sang rad

- Kiểm tra các chương trình con đọc file, xem các biến đã gán đúng hay

BÀI 2: THÀNH LẬP VÀ TÍNH TOÁN SỔ ĐO ĐIỆN TỬ 2.1 Giới thiệu chung:

2.1.1 Sổ đo điện tử là gì?

 Dùng qui trình cũ (kv quang hoc), khi đo chi tiết phải có sổ đo chi tiết

 Dùng qui trình mới dùng máy toàn đạc điện tử để đo, các trị đo được lưuthành 1 file dữ liệu trong bộ nhớ của toàn đạc điện tử gọi là sổ đo điện tử

2.1.2 Phân loại sổ đo điện tử:

a Rawfile:

 Đo bằng toàn đạc điện tử ngoài thực địa, file dữ liệu rawfile ( file dữ liệuthô)

 Định dạng rawfile được qui định bởi NSX máy toàn đạc điện tử

 Tất cả các rawfile có định dạng binary (nhị phân) Vì vậy không thể xem, sữaxóa, cập nhật Rawfile có tính bảo mật cao

- Mỗi dòng là bao gồm các trị đo của 1 phép đo (record)

- Có nhiều record khác nhau lưu lại các phép đo khác nhau

- Giá trị đầu tiên trong 1 record là kiểu của record

- Thường phân chia các record theo đặc điểm chung

• Nhóm record cho mục đích chung

• Nhóm record định dạng

Field file Máy tính

rawfile TĐĐT

• Nhóm record xác định thiết bị đo

 thứ tự xuất hiện các nhóm record trong field file:

 Trong khuôn khổ bài tập ta giả sử trong field file không có các record tự chọn,kiểu record là mặt định

 Các record bắt buộc liên quan đến tính toán field file là : 061,102,113

2.3.1 Giới thiệu record 061:

 Record điểm đặt máy lưu lại giá trị tọa độ và độ cao của điểm đặt máy

 Một dòng record 061 như sau:

061 f1 f2 f3 f4 f5

BÙI VĂN ĐỊNH 16 MSSV: 80600495

nhóm record dùng chung

nhóm record định dạng

nhóm record thiết bị đo

nhóm record đơn vị đo

2.3.2 Giới thiệu record 102:

 Đây là kiểu record đặt trạm máy có hướng ngắm chuẩn

 Một dòng record 102 như sau:

102 f1 f2 f3 f4 f5

- f1 tên điểm đặt máy

- f2 chiều cao máy

- f3 chiều cao gương

- f4 tên điểm ngắm chuẩn

- f5 số đọc bàn độ ngang của hướng ngắm chuẩn

2.3.3 Giới thiệu record 113:

 Đây là record đo chi tiết bằng phương pháp thị cự

 Một dòng record 113 như sau:

BÙI VĂN ĐỊNH 18 MSSV: 80600495

 Lập bảng mã quy định cho các điểm đo chi tiết như sau:

Đối tượng Ký hiệu Màu sắc mã đắc điểmĐiểm khống chế > Xanh dương 001

 Chương trình hoạt động như sau:

- Có được x0, y0, x1, y1 giải bài toán trắc địa nghịch tìm ra α01

- Tính góc định hướng của hướng ‘0’ bàn độ ngang α0= α01- β

c. Đọc các giá trị trong record 113 Lấy ra các thông tin gồm : tên, góc bằng (β),góc đứng (V), chỉ trên (l1), chỉ giữa (l), chỉ dưới (l2) và mã đặc điểm

- Tính khoảng cách ngang HD = k*(l1-l3)*cos2(V) với k=100

- Tính góc định hướng điểm chi tiết α = α0 + β

- Tính tọa độ điểm chi tiết:

• x = xo + HD*cos(α)

• y = y0 + HD*sin(α)

- tính độ cao điểm chi tiết: H = H0 + HD*tg(V) + I – l

- ghi kết quả vào file: tên x y H code

2.4.2 Sơ đồ khối tính toán trên field file:

 Từ quy trình tính toán nêu trên ta lập sơ đồ khối tính toán field file như sau:

BÙI VĂN ĐỊNH 20 MSSV: 80600495

STAR

Mở field file

- Mỗi record có nhiệm vụ riêng nên tổ chức việc xử lý các record thành

các chương trình con tương ứng

2.4.3 Các chương trình tính toán:

 Chương trình con type061:

- Tham số nhập: Record, pointid, x, y, H, code, len

- Tham số xuất: pointid, x ,y, H, code, len

- Tên chương trình: type061

- Nhiệm vụ: Lấy thông tin đưa vào các dãy giá trị, để dùng cho bước tính

tiếp theo

 Chương trình con type102:

- Tham số nhập: Record, pointid, x, y, H, len

Mở file ketqua.txt

Đóng field file Đóng file ketqua.txt

feof

ketqua.txt

C/nhật vào dãy t/ứng: pointed,

x, y,H ,feature

Lấy ra thông tin xo, yo, Ho,

hi, hr, αo

Cập nhật hr mới Tính tọa độ vàđộ cao điểm

- Tham số xuất: xo, yo, ho, hi, hr, alpo

- Tên chương trình: type102

- Nhiệm vụ: Tìm tọa độ, độ cao trạm đo, tính góc định hướng của hướng ‘0’bàn độ ngang

 Chương trình con type113:

- Tham số nhập: Record, xo, yo, ho, hi, hr, alpo

- Tham số xuất: Không có

- Tên chương trình: type113

- Nhiệm vụ: Tính ra tọa độ của các điểm chi tiết và in vào file ketqua.txt

 Chương trình con tính bài toán trắc địa nghịch:

- Tham số nhập: Tọa độ 2 điểm x1, y1, x2, y2

- Tham số xuất: Khoảng cách s, góc định hướng anpha12

- Tên chương trình: TD_nghich

- Nhiệm vụ: Tìm ra góc định hướng của cạnh từ trạm đo đến điểm ngắmchuẩn

 Chương trình con đổi đơn vị độ phút giây sang rad: Đã trình bài trong bài tập 1

 Chương trình chính tính toán field file:

- Tên chương trình là recduceff.m

- Nhiệm vụ: Tính ra tọa độ các điểm chi tiết và lưu kết lại vào file ketqua.txt

2.5 Kết quả:

 Kết quả nhận được là file ketqua.txt

Ketqua.txt

BÙI VĂN ĐỊNH 22 MSSV: 80600495

 Tọa độ điểm chi tiết:

2.6 Hiển thị điểm chi tiết:

 Mỗi sinh viên lập bảng mã cho điểm khống chế và điểm chi tiết

 Dựa vảo file ketqua.txt ở trên và bảng mã vừa lập viết chương trình hiển

thị điểm chi tiết ra màn hình Chương trình có tên hienthi.m (Chương trình được

ghi trong đia CD)

2.6.1 Chương trình hiển thị điểm chi tiết:

a. Yêu cầu nội dung hiển thị:

 Hiển thị theo đúng vị trí tọa độ điểm chi tiết

 Ký hiệu phải đúng như bảng mã quy định về hình dạng và màu sắc

b. Nội dung chương trình hiển thị điểm chi tiết:

 Cấu trúc chính của chương trình là vòng lập trên file ketqua.txt

 Trong vòng lập sẽ có nhiều cấu trúc xét điều kiện, Nội dung để xét là

mã đặc điểm của điểm chi tiết với bảng mã tương ứng Thích hợp với cấu trúc switch/case

 Chương trình có tên hienthi.m

2.6.2 Kết quả:

 Chạy chương trình hienthi.m ta được kết quả sau:

BÙI VĂN ĐỊNH 26 MSSV: 80600495

 Sau khi đã hiển thị các điểm chi tiết, viết chương trình có tên ve_duong.m nối

các điểm chi tiết thành khu đo dựa vào bảng sơ họa trạm đo

 Chạy chương trình ve_duong.m ta được kết quả như sau:

2.7 Nhận xét, kết luận:

 Trong quá trình lập trình có một số nhận xét sau:

- Do cấu trúc của chương trình là vòng lập trên field file, giải quyết từngdòng record cụ thể , các tham số xuất của record 061 và 102 dùng làm tham sốnhập cho record 113 nên dễ bị sai sót trong quá trình gán giá trị vào các biến

- Cần chú ý công thức các công thức tính khoảng cách ngang HD, góc địnhhướng điểm chi tiết

- Chú ý giá trị khoàng cách như l1, l, l2, hi, tọa độ điểm khống chế phảicùng 1 đơn vị

BÙI VĂN ĐỊNH 28 MSSV: 80600495

- Các góc đọc được đều ở đơn vị độ, phút, giây , phải đổi ra đơn vị radian.

 Từ kết quả tính bằng chương trình lập trình trên matlab và kết quả tính taynhận thấy tọa độ điểm chi tiết theo 2 cách tính là hoàn toàn như nhau

 Việc ứng dụng tin học trong tính toán tọa độ điểm chi tiết rút ngắn thời gian rấtnhiều sao với trước đây

 File kết quả nhận được có thể sử dụng để hiển thị điểm và vẽ địa vật trongnhiều phần mềm thông dụng hiện nay

BÀI 3: VẼ MẠNG LƯỚI TAM GIÁC DELAUNAY VÀ NỘI SUY ĐƯỜNG

ĐỒNG MỨC

3.1 Yêu cầu:

 Từ tọa độ và độ cao của một tập hợp điểm độ cao (những điểm có mã đặcđiểm là 002 ở bài 2) viết một chương trình thành lập mạng lưới tam giác Delaunaycho tập hợp điểm trên

 Từ những điểm độ cao trong quá trình đo chi tiết, áp dụng thuật toán nội

suy đường đồng mức tiến hành viết chương trình matlab để nội suy và vẽ đườngđồng mức trên khu đo

3.2 Thuật toán tạo mạng lưới tam giác delaunay:

 Tam giác delaunay: vòng tròn ngoại tiếp tam giác để không chứa điểm nào khác

 Mạng lưới tam giác delaunay là mạng lưới chứa tam giác delaunay Mạng lưới tamgiác delaunay chứa nhiều tam giác gần đều nhất

- Bước 1: Tìm ra ít nhất 1 cạnh thuộc về 1 tam giác delaunay

 Cách 1: Cạnh yếu nhất là cạnh tam giác delaunay

 Cách 2: Cạnh của các đường bao lồi là cạnh của tam giác delaunay

 Đường bao lồi của 1 tập hợp điểm là:

- 1 đa giác lồi

- Đỉnh đa giác là các điểm độ cao

- Không có điểm độ cao nào nằm ngoài đa giác lồi

- Đa giác có chu vi nhỏ nhất

Bước 2: lấy trung điểm của cạnh làm tâm vẽ đường tròn, có 3 TH xảy ra:

 Vòng tròn không chứa bất kì điểm độ cao nào

 Vòng tròn chứa duy nhất 1 điểm

 Vòng tròn chứa nhiều hơn 1 điềm

Bước 3: lặp lại bước 2 cho đến khi lưu tất cả các điểm độ cao

3.3 Phương pháp nội suy đường đồng mức:

 Từ những điểm độ cao trong quá trình đo chi tiết, áp dụng thuật toán nội

BÙI VĂN ĐỊNH 30 MSSV: 80600495