Khảo sát độ chính xác đo dài của máy toàn đạc điện tử và GPS thông dụng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN KHẢO SÁT ĐỘ CHÍNH XÁC ĐO DÀI CỦA MÁY TOÀN ĐẠC ĐIỆN TỬ VÀ GPS THÔNG DỤNG Nhóm ngành khoa học: Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông Hà nội, ngày 15 tháng 04 năm 2015 000000000000000000000000000000 TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN KHẢO SÁT ĐỘ CHÍNH XÁC ĐO DÀI CỦA MÁY TOÀN ĐẠC ĐIỆN TỬ VÀ GPS THÔNG DỤNG Thuộc nhóm ngành khoa học : Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông Sinh viên thực hiện : Đoàn Văn Hiếu Nam Hà Văn Vương Nam Lê Duy Ngọc Nam Dân tộc: Kinh Lớp: Công trình giao thông thành phố Khoa: Công trình Năm thứ: 2/4,5 năm Ngành học: Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông Sinh viên chịu trách nhiệm chính thực hiện đề tài: Đoàn Văn Hiếu Người hướng dẫn: ThS. Hồ Sỹ Diệp MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG 1 3 1.1 MÁY TOÀN ĐẠC ĐIỆN TỬ 3 1.1.1 Giới thiệu tổng quan về cấu tạo máy toàn đạc điện tử 3 1.1.2 Nguyên lý đo khoảng cách bằng sóng điện từ 6 1.1.3 Các chương trình đo tiện ích của máy toàn đạc điện tử. 7 1.2 THIẾT BỊ ĐO GPS 13 1.2.1 Hệ thống định vị toàn cầu GPS (Global Positioning System - GPS) 13 1.2.2 Các đại lượng đo GPS 18 1.2.3 Nguyên lý và kỹ thuật định vị vệ tinh 20 1.2.4 Kỹ thuật đo GPS 23 CHƯƠNG 2 29 KHẢO SÁT ĐỘ CHÍNH XÁC ĐO DÀI CỦA MÁY TOÀN ĐẠC ĐIỆN TỬ VÀ GPS THÔNG DỤNG 29 2.1 KHẢO SÁT ĐỘ CHÍNH XÁC ĐO DÀI CỦA MÁY TOÀN ĐẠC ĐIỆN TỬ VÀ GPS THÔNG DỤNG TRÊN LÝ THUYẾT 29 2.1.1 Cơ sở lý thuyết 29 2.1.2.Tính sai số đo khoảng cách theo lý thuyết 29 2.1.3 So sánh độ chính xác đo dài của Toàn Đạc điện tử và GPS thông dụng 31 2.2 THỰC NGHIỆM KHẢO SÁT ĐỘ CHÍNH XÁC CỦA MÁY TOÀN ĐẠC ĐIỆN TỬ VÀ GPS THÔNG DỤNG 32 2.2.1 Lập lưới khống chế mặt bằng bằng máy toàn đạc điện tử và máy GPS 32 2.2.2 Kết quả thực nghiệm 34 TÀI LIỆU THAM KHẢO 38 PHỤ LỤC 1 40 PHỤ LỤC 2 43 TRƯỜNG ĐẠI HỌC GTVT THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI 1.Thông tin chung: - Tên đề tài: “Khảo sát độ chính xác đo dài của máy toàn đạc điện tử và GPS thông dụng”. - Sinh viên thực hiện: Đoàn Văn Hiếu, Hà Văn Vương, Lê Duy Ngọc - Lớp: Công trình giao thông thành phố Khoa: Công trình - Năm thứ: 2 Số năm đào tạo: 4,5 năm. - Người hướng dẫn: ThS. Hồ Sỹ Diệp 2.Mục tiêu đề tài: Tìm hiểu về máy toàn đạc điện tử và GPS (cấu tạo, chức năng) trong đó, tập trung nghiên cứu chức năng đo khoảng cách. Từ đó, khảo sát độ chính xác đo dài của máy Toàn đạc điện tử và GPS thông dụng trên lý thuyết. Sau đó, tiến hành đo thực nghiệm để so sánh độ chính xác giữa hai thiết bị đo. 3. Tính mới và sáng tạo: Nhóm sinh viên đã tiếp cận và áp dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm để so sánh. 4. Kết quả nghiên cứu: Đã thực hiện được mục tiêu. Cụ thể là: - Hiểu biết thêm về máy toàn đạc điện tử và thiết bị GPS. - Kiểm nghiệm được độ chính xác của máy toàn đạc điện tử và thiết bị đo GPS so với công thức lí thuyết. 5.Đóng góp về mặt kinh tế - xã hội, giáo dục và đào tạo, an ninh quốc phòng và khả năng áp dụng của đề tài : Ngày 15 tháng 04 năm 2015 Sinh viên chịu trách nhiệm chính thực hiện đề tài Đoàn Văn Hiếu Nhận xét của người hướng dẫn về những đóng góp khoa học của sinh viên thực hiện đề tài: Thông qua việc thực hiện đề tài, nhóm sinh viên đã có thời gian nghiên cứu lý thuyết về chức năng, cấu tạo, độ chính xác và ứng dụng của máy toàn đạc điện tử và máy GPS. Đồng thời nhóm sinh viên đã được thực hiện các thao tác về máy toàn đạc điện tử và máy GPS sâu hơn, đó là điều mà sinh viên khoa công trình rất cần khi ra làm ngoài thực tế sản xuất. Nhóm sinh viên đã đưa ra được những kết luận so sánh giữa nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm về độ chính xác đo dài của máy toàn đạc điện tử và GPS. Trong quá trình làm đề tài, nhóm sinh viên nghiên cứu đã thể hiện được sự nghiêm túc, cách tiếp cận vấn đề mới và cách làm việc theo nhóm. Ngày 15 tháng 04 năm 2015 Người hướng dẫn ThS. Hồ Sỹ Diệp TRƯỜNG ĐẠI HỌC GTVT THÔNG TIN VỀ SINH VIÊN CHỊU TRÁCH NHIỆM CHÍNH THỰC HIỆN ĐỀ TÀI I.SƠ LƯỢC VỀ SINH VIÊN Họ và tên: Đoàn Văn Hiếu Sinh ngày: 16 tháng 11 năm 1994 Nơi sinh: An Đức – Ninh Giang – Hải Dương Lớp: Công trình giao thông thành phố Khóa: 54 Khoa: Công trình Địa chỉ liên hệ: Hoa Bằng – Cầu Giấy – Hà Nội Điện thoại: 0985849413 Email: doanhieugtvtk54@gmail.com II.QUÁ TRÌNH HỌC TẬP *Năm thứ 1: Ngành học: Công trình giao thông thành phố Khoa: Công trình Kết quả học tập: + Điểm trung bình chung tích lũy: - Kì 1: 0.8 / 4 - Kì 2: 2.4 / 4 + Điểm rèn luyện: - Cả năm: 82 /100 Sơ lược thành tích: Không có thành tích *Năm thứ 2: Ngành học: Công trình giao thông thành phố Khoa: Công trình Kết quả học tập: + Điểm trung bình chung tích lũy: - Kì 1: 3.05 /4 + Điểm rèn luyện: - Kì 1: 90/100 Sơ lược thành tích: Học bổng loại khá kì 1 năm 2. Ngày 15 tháng 04 năm 2015 Sinh viên chịu trách nhiệm chính thực hiện đề tài Đoàn Văn Hiếu 1 MỞ ĐẦU Trắc Địa là một ngành khoa học nghiên cứu về hình dạng, kích thước Trái đất và biểu diễn bề mặt của nó nên bản đồ, cũng như các phương pháp đo đạc chuyên môn để giai quyết trong những nhiệm vụ chuyên môn như quy hoạch đất đai, an ninh quốc phòng, thiết kế xây dựng, khai thác tài nguyên, môi trường… Công tác Trắc địa thường được tiến hành bằng các thiết bị, dụng cụ chuyên môn khác nhau: Trên mặt đất, trên biển, ngoài vũ trụ…Vì vậy các dụng cụ đo phải được phát triển để đáp ứng các yêu cầu trong mỗi nhiệm vụ đo đạc. Trong đo đạc, một trong các yếu tố cần xác định đó là khoảng cách, nó là yếu tố quan trọng cần thiết trong cuộc sống và đặc biệt quan trọng trong các ngành kỹ thuật. Do vậy, đối với các quốc gia có nền khoa học kỹ thuật tiên tiến thì công việc này càng được quan tâm, thậm chí các quốc gia còn đưa ra đơn vị đo dài riêng của mình. Từ việc nghiên cứu đo dài người ta đưa ra các phép đo và chế tạo các dụng cụ đo phù hợp. Từ năm 1320, người Hy Lạp đã biết sử dụng thước dây để đo chiều dài, sau này người ta đã chế tạo ra thước thép để nâng cao độ chính xác. Vào thế kỷ 17, khoa học kỹ thuật phát triển mạnh mẽ trong các lĩnh vực toán học, vật lý học, quang học, quang học, các nhà khoa học đã đưa ra hàng loạt các phát minh quan trọng. Từ đó, các nhà chế tạo máy đã ứng dụng các thành tựu khoa học vào các thiết bị đo đạc và năm 1640 thì nhà bác học người Anh(Wild) đã chế tạo thành công máy đo góc có độ phóng đại ống kính 30 x . Sau đó, công nghệ ngày càng phát triển, nâng cao hơn và cho ra đời các thiết bị đo hiện đại hơn, có độ chính xác cao hơn gấp nhiều lần. Trong những năm gần đây, công nghệ điện tử phát triển mạnh mẽ và được ứng dụng trong nhiều ngành kỹ thuật, trong đó có Trắc địa. Ứng dụng công nghệ điện tử hàng loạt các dụng cụ đo đạc hiện đại được ra đời. Các thiết bị đo điện tử như: Máy đo góc điện tử T100, T1800, TM1100, TM1800, TM2002 của Thụy Sỹ , DT5,DT6 của Nhật Bản… Máy đo dài điện tử DI1001, DI1600, DI2002 của Thụy Sỹ, EOK2000 của Đức… Các máy toàn đạc điện tử TC605, TC 1800, TC 2002 của Thụy Sỹ, NTS662… Các thiết bị đo GPS… Trong các thiết bị đo hiện nay được sử dụng rộng rãi và có độ chính xác cao đó là máy toàn đạc điện tử và thiết bị đo GPS. Các thiết bị đo hiện đại này cho phép chúng ta thực hiện nhiều chức năng đo, trong đó có chức năng đo dài( đo khoảng cách) với độ chính xác cao. Từ đó, nảy sinh vấn đề: liệu trong đo dài thiết bị nào cho chúng ta độ chính xác cao hơn? Chính vì vậy chúng tôi đã nghiên cứu đề tài: “Khảo sát độ chính xác đo dài của máy toàn đạc điện tử và GPS thông dụng”. 2 Trong này đề tài sẽ gồm 2 chương: CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ MÁY TOÀN ĐẠC ĐIỆN TỬ VÀ GPS THÔNG DỤNG CHƯƠNG 2: KHẢO SÁT ĐỘ CHÍNH XÁC ĐO DÀI CỦA MÁY TOÀN ĐẠC ĐIỆN TỬ VÀ GPS THÔNG DỤNG - Xác định trên cơ sở lý thuyết. - Tiến hành đo thực nghiêm. 3 CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ MÁY TOÀN ĐẠC ĐIỆN TỬ VÀ GPS THÔNG DỤNG 1.1 MÁY TOÀN ĐẠC ĐIỆN TỬ 1.1.1 Giới thiệu tổng quan về cấu tạo máy toàn đạc điện tử Hiện nay, máy toàn đạc điện tử dần là thiết bị đo đạc chủ yếu trong trắc địa vì nó cho phép thực hiện đồng thời đo các đại lượng cơ bản: đo góc, đo khoảng cách và đo cao với độ chính xác cao. Đồng thời, với các phần mềm tiện ích được tích hợp sẵn trong máy cho phép giải các bài toán cơ bản của trắc địa ngay ngoài thực địa. Có nhiều hãng trên thế giới sản xuất máy toàn đạc điện tử, nhưng đều có cấu tạo và các chức năng tương tự nhau. Hình bên dưới mô tả các bộ phận chính của máy toàn đạc điện tử. Hình 1.1: Sơ đồ cấu tạo máy toàn đạc điện tử 1-Kính ngắm sơ bộ; 2-Bộ phận dẫn hướng; 3-Vi động đứng; 4-Pin gEB 111; 5-Đế pin; 6-Giá đỡ pin; 7-Kính mắt; 8-Điều quang; 9-Tay xách máy; 10-Cổng truyền dữ liệu; 11-Ốc cân máy; 12-Kính vật có tích hợp bộ phận đo xa điện tử EDM; 13-Nạp pin GAD39 6 cell; 14-Pin Geb 121; 15-Màn hình hiển thị; 16-Bàn phím; 17-Bọt thủy tròn; 18-Phím tắt mở; 19-Phím đo tắt; 20-Ốc vi động ngang. [...]... địa động +Ứng dụng GPS trong trắc địa công trình +Ứng dụng GPS trong thành lập bản đồ 28 CHƯƠNG 2 KHẢO SÁT ĐỘ CHÍNH XÁC ĐO DÀI CỦA MÁY TOÀN ĐẠC ĐIỆN TỬ VÀ GPS THÔNG DỤNG 2.1 KHẢO SÁT ĐỘ CHÍNH XÁC ĐO DÀI CỦA MÁY TOÀN ĐẠC ĐIỆN TỬ VÀ GPS THÔNG DỤNG TRÊN LÝ THUYẾT 2.1.1 Cơ sở lý thuyết  Máy Toàn Đạc điện tử Như ở phần trên đã giới thiệu thì máy toàn đạc điện tử có độ chính xác đo chiều dài được tính bằng... loại máy toàn đạc điện tử Về tổng quan, máy toàn đạc được chia thành 3 khối chính: Khối 1 - Máy đo khoảng cách bằng kỹ thuật điện tử; Khối 2 - Máy kinh vĩ số và Khối 3 - Các chương trình đo tiện ích và phần mềm xử lý số liệu Hình 1.3: Sơ đồ khối của máy toàn đạc điện tử Khối 1: Máy đo khoảng cách điện tử (Electronic DistanceMeter - EDM) thực hiện đo khoảng cách từ máy đến gương phản xạ, chiều dài đo. .. Ngoài các đại lượng đo cơ bản như đo góc, đo chiều dài và đo chênh cao, máy toàn đạc còn tích hợp các chương trình đo tiện ích, dựa vào các đại lượng đo cơ bản 7 thông qua các phần mềm cài sẵn trong máy để tính ra các giá trị đo cần thiết  Chương trình đo khảo sát (Surveying) + Mục đích: Xác định tọa độ và độ cao của điểm C ngay ngoài thực nếu biết tọa độ, độ cao điểm đặt máy và điểm định hướng hoặc... a, b = 1÷5mm và D là chiều dài giữa hai điểm tính theo đơn vị km Qua tham khảo các loại máy toàn đạc hiện nay, áp dụng trong đề tài với a = 4 và b = 2 từ đó thành lập công thức tính sai số đo chiều dài của máy toàn đạc điện tử là: mD (TDDT)= ±(4 + 2.10-6.Dkm)mm  GPS thông dụng Tham khảo các loai máy GPS thông dụng hiện nay, sai số đo khoảng cách thường được xác định qua công thức: mD (GPS) = ±√(𝑎2 +... ảnh, đo chi tiết bản đồ địa hình  Đo cải chính phân sai DGPS (Code-based Differential GPS) Đo cải chính phân sai DGPS là phương pháp đo GPS sử dụng nguyên lý định vị tuyệt đối sử dụng trị đo code có độ chính xác đo tọa độ cỡ 0,5m ^3m Nội dung phương pháp đo là dùng 2 trạm đo, trong đó 1 trạm gốc (Base Station) có tọa độ biết trước và một trạm đo tại các điểm cần đo tạo độ (Rover station) Trên cơ sở độ. .. cải chính tương ứng vào tọa độ của trạm động Dựa vào thời điểm cải chính mà chia thành các phương pháp đo cải chính phân sai là: đo DGPS thời gian thực và đo DGPS cải chính sau  Đo DGPS thời gian thực (Real Time DGPS) Với phương pháp này, số cải chính được truyền từ trạm gốc tới trạm di động ngay trên thực địa để cải chính cho tọa độ trạm di động và hiển thị kết quả tại thực địa ngay trong khi đo Để... vị  Đo GPS động (Kinematic GPS) Phương pháp đo động được tiến hành với 1 máy đặt tại trạm cố định (base station) và một hoặc nhiều các máy khác (rover station) di động đến các điểm cần đo tọa độ và thu tín hiệu vệ tinh đồng thời Đo GPS động là giải pháp nhằm giảm tối thiểu thời gian đo (so với phương pháp GPS tĩnh) nhưng vẫn đạt độ chính xác đo tọa độ cỡ cm Tùy thuộc vào thời điểm xử lý số liệu đo: ... cách máy thu đến vệ tinh tại thời điểm đo Trị đo cơ bản của kỹ thuật đo này là tri đo code Do có nhiều nguồn sai số nên phương pháp định vị này có độ chính xác vị trí điểm thấp và được sử dụng chủ yếu cho việc dẫn đường và các mục đích đo đạc có yêu cầu độ chính xác không cao  Đo GPS tương đối (Carrier-phase-based Relative GPS) Thực chất của phương pháp đo GPS tương đối là xác định hiệu tọa độ không... độ đo so với tọa độ thực của trạm gốc để hiệu chỉnh vào kết quả đo tại các trạm động theo nguyên tắc đồng ảnh hưởng Yêu cầu quan trọng khi đo phân sai là trạm gốc và trạm di động phải thu số liệu đồng thời, cùng số vệ tinh Có hai phương pháp cải chính phân sai, là cải chính vào cạnh và cải chính vào tọa độ Cải chính vào cạnh: sử dụng cạnh tính theo trị đo Code của trạm gốc với từng vệ tinh và tìm độ. .. định, vì vậy để đo được khoảng cách D với độ chính xác cao đòi hỏi độ chính xác xác định thời gian t cũng phải rất cao Với yêu cầu đo thời gian với độ chính xác như trên, đòi hỏi phải có phương pháp đo thời gian với độ chính xác rất cao Trong kỹ thuật điện tử hiện nay có hai phương pháp là đo trực tiếp thời gian (phương pháp xung) và đo một đại lượng là tham số của sóng điện từ (phương pháp đo hiệu pha, . sánh độ chính xác đo dài của Toàn Đạc điện tử và GPS thông dụng 31 2.2 THỰC NGHIỆM KHẢO SÁT ĐỘ CHÍNH XÁC CỦA MÁY TOÀN ĐẠC ĐIỆN TỬ VÀ GPS THÔNG DỤNG 32 2.2.1 Lập lưới khống chế mặt bằng bằng máy. xác đo dài của máy toàn đạc điện tử và GPS thông dụng . 2 Trong này đề tài sẽ gồm 2 chương: CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ MÁY TOÀN ĐẠC ĐIỆN TỬ VÀ GPS THÔNG DỤNG CHƯƠNG 2: KHẢO SÁT ĐỘ CHÍNH. THIỆU VỀ MÁY TOÀN ĐẠC ĐIỆN TỬ VÀ GPS THÔNG DỤNG 1.1 MÁY TOÀN ĐẠC ĐIỆN TỬ 1.1.1 Giới thiệu tổng quan về cấu tạo máy toàn đạc điện tử Hiện nay, máy toàn đạc điện tử dần là thiết bị đo đạc chủ