Đề tài nghiên cứu khoa học Nghiên cứu ứng dụng công nghệ GPS trong thành lập lưới khống chế thi công công trình thuỷ điện

Header Page of 113 đại học Mỏ địa chất Tr-ờng Khoa : Trắc địa MC LC Chng Yờu cầu, đặc điểm lưới khống chế thi công 1.1 Một số khái niệm bố trí cơng trình 1.2 Một số yêu cầu chung mạng lưới thi cơng thủy điện 1.3 Phân tích phương pháp thành lập lưới 1.4 Lựa chọn hệ quy chiếu mạng lưới thi công Tổng quan công nghệ định vị GPS 11 2.1 Cấu trúc chung hệ thống định vị toàn cầu GPS 11 2.2 Phướng pháp định vị GPS 13 2.3 Phương pháp liên kết lươi GPS 15 2.4 Ứng dụng GPS lưới trắc địa cơng trình Thủy điện 17 Thiết kế phương án Xử lý số liệu 28 3.1 Xử lý số liệu GPS phần mềm GPSURVEY 2.35 28 3.2 Tính chuyển tọa độ đo GPS hệ tọa độ cơng trình 42 3.3 Thực nghiệm Chương Chương Kết luận Tài liệu tham khảo Nghiªn cứu khoa học sinh1 viên : Trắc địa B - 52 Footer PageLíp of 113 Header Page of 113 đại học Mỏ địa chất Tr-ờng Khoa : Trắc địa LI M U Ngy ng dụng cơng nghệ GPS vào lĩnh vực trắc địa nói chung trắc địa cơng trình nói riêng trở nên phổ biến Với trị đo cạnh ngắn liên kết mạng lưới chặt chẽ, công nghệ GPS có tiềm đạt độ xác cao vị trí tương hỗ điểm lưới đáp ứng nhiều tiêu chuẩn chặt chẽ mạng lưới chuyên dùng TĐCT Đối với công trình thuỷ điện có địa hình phức tạp, độ dốc lớn, quy mơ cơng trình lớn, kéo dài theo dọc sơng việc ứng dụng cơng nghệ GPS xây dựng thành lập loại lưới khống chế hoàn toàn hợp lý đạt hiệu cao so với phương pháp truyền thống trước Với mục đích nghiên cứu việc ứng dụng cơng nghệ GPS vào thực tiễn xây dựng cơng trình thuỷ điện tơi chọn đề tài: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ GPS thành lập lưới khống chế thi công công trình thuỷ điện Bố cục đề tài gồm phần: Chương 1: Yêu cầu, đặc điểm lưới khống chế thi cơng cơng trình thủy điện Chương 2: Ứng dụng công nghệ GPS vào thành lập lưới khống chế thi cơng cơng trình thủy điện Chương 3: Thực nghiệm xử lý số liệu lưới Trong thời gian thực đề tài nhiệt tình giúp đỡ PGS.TS Trần Khánh thầy cô khoa, đóng góp ý kiến bạn đặc biệt nỗ lực thành viên nhóm Chúng em hồn thành đề tài nghiên cứu khoa học Mặc dù cố gắng kiến thức hạn hẹp, kinh nghiệm thực tế chưa nhiều, thời gian nghiên cứu nên khơng tránh khỏi thiếu sót Chúng em mong đóng góp ý kiến q Thầy bạn để nghiên cứu khoa học hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Nghiªn cøu khoa học sinh2 viên : Trắc địa B - 52 Footer PageLíp of 113 Header Page of 113 đại học Mỏ địa chất Tr-ờng Khoa : Trắc ®Þa Hà Nội tháng năm 2011 Chương GIỚI THIỆU CHUNG VỀ LƯỚI KHỐNG CHẾ THI CƠNG CƠNG TRÌNH THỦY ĐIỆN 1.1 MỘT SỐ KHÁI NIỆM VỀ BỐ TRÍ CƠNG TRÌNH 1.1.1 Khái niệm chung Bố trí cơng trình cơng tác trắc địa tiến hành ngồi thực địa để xác định vị trí mặt độ cao điểm, độ cao thẳng đứng kết cấu, mặt phẳng đặc trưng công trình để xây dựng theo thiết kế Lưới khống chế thi công thường thành lập dạng lưới : - Độ xác u cầu giai đoạn bố trí thi cơng cơng trình cao độ xác lưới sở thành lập giai đoạn khảo sát thiết kế - Hệ tọa độ giai đoạn khảo sát hệ tọa độ nhà nước cịn giai đoạn bố trí cơng trình thường sử dụng hệ tọa độ quy ước riêng - Lưới khống chế thi công thường quy chiếu lên mặt phẳng có độ cao trung bình khu vực thi cơng - Cơng trình thủy điện thường trải dài khu vực rộng lớn, mật độ bố trí vị trí khác nhau.Thường khu vực nhà máy có khối lượng cơng tác bố trí nhiều khu vực xây dựng đập Cơ sở hình học để chuyển thiết kế thực địa trục bố trí, vị trí chúng rõ thiết kế, người ta phân biệt số trục bố trí trục chính, trục bản, trục chi tiết… - Trục trục đối xứng cơng trình, cơng trình dạng tuyến trục dọc cơng trình - Trục trục tạo nên hình dạng kích thước theo chu vi cơng trình Nghiªn cøu khoa häc sinh3 viên : Trắc địa B - 52 Footer PageLớp of 113 Header Page of 113 đại học Mỏ địa chất Tr-ờng Khoa : Trắc địa - Trc chi tiết, trục trung gian trục để bố trí phần chi tiết cơng trình Để tiến hành bố trí cơng trình, cần xây dựng thực địa hệ thống điểm mặt độ cao gọi lưới khống chế thi công, tọa độ độ cao chúng xác định với độ xác cần thiết Sau tiến hành tính tốn lập vẽ bố trí dựa tọa độ độ cao điểm lưới số liệu thiết kế 1.1.2 Trình tự thực cơng tác bố trí cơng trình Cơng tác bố trí cơng trình tiến hành theo ba giai đoạn: - Bố trí bản: từ điểm khống chế trắc địa bố trí trục cơng trình Từ trục bố trí trục - Bố trí chi tiết: từ trục trục bố trí trục dọc trục ngang phận cơng trình, đồng thời bố trí điểm mặt phẳng theo độ cao thiết kế - Bố trí cơng nghệ: cơng tác giai đoạn nhằm đảm bảo lắp đặt điều chỉnh kết cấu xây dựng thiết bị kỹ thuật 1.2 MỘT SỐ YÊU CẦU CHUNG ĐỐI VỚI MẠNG LƯỚI THI CÔNG TRONG XÂY DỰNG THỦY ĐIỆN 1.2.1 Đặc điểm cấu trúc chung cơng trình thủy điện Các cơng trình thuỷ lợi xây dựng để sử dụng tài nguyên thuỷ nguồn dự trữ nước vào việc giải số vấn đề kinh tế quốc dân Một số vấn đề quan trọng là: - Sử dụng lượng dịng chảy trạm thuỷ điện - Giải vấn đề giao thông cách xây dựng hệ thống kênh dẫn âu thuyền - Tưới tiêu nước cho vùng đất canh tác - Cấp nước cho thành phố Sở giao thông, Công Nông nghiệp Nghiên cứu khoa học sinh4 viên : Trắc địa B - 52 Footer PageLíp of 113 Header Page of 113 đại học Mỏ địa chất Tr-ờng Khoa : Trắc địa Tp hp cỏc cụng trỡnh thu li để giải đồng thời vấn đề gọi đầu mối thuỷ lợi Một đầu mối thuỷ lợi lớn bao gồm cơng trình sau: - Đập chắn bê tơng cốt sắt có sân tràn đập đất không sân tràn - Các công trình để thơng thương dịng chảy (như âu thuyền kênh ngầm) - Các cơng trình để cá qua lại thượng hạ lưu - Hồ chứa nước với cơng trình nước kênh dẫn để cấp thoát nước cho đồng ruộng Các cơng trình thủy điện phân loại sau: - Nhà máy sau đập: nhà máy kiểu có đập xây dựng gần nhà máy, nhà máy thủy điện Hịa Bình,Sơn La, thủy điện Thác Bà… - Nhà máy đường dẫn: thủy điện xây dựng theo phương pháp đập bố trí xây dựng cách xa nhà máy, nước dẫn qua ống dẫn vào nhà máy, thủy điện A Lưới Các tuyến đập phân loại theo hình dạng: có đập cong ( hình 1.1a), đập thẳng ( hình 1.1b) (Hình 1.1a) ( Hình 1.1b) Hình 1.1: Đập nhà máy thủy điện Hịa Bình Sơn La Các đường hầm có: dạng kênh, đường hầm ( hình 1.2a), đường ống dẫn nước ( hình 1.2b) Nghiªn cøu khoa học sinh5 viên : Trắc địa B - 52 Footer PageLíp of 113 Header Page of 113 đại học Mỏ địa chất Tr-ờng Khoa : Trắc địa 1.2a: Nhà máy thuỷ điện 1.2b:Đường ống áp lực Hình 1.2: Nhà máy thuỷ điện đường ống áp lực 1.2.2 Lưới tam giác thủy công Do mạng lưới trắc địa xây dựng trước thời kì khảo sát không đáp ứng yêu cầu độ xác mật độ điểm Bởi vậy, khu vực xây dựng cơng trình đầu mối người ta thành lập mạng lưới trắc địa chuyên dùng mà độ xác chúng phụ thuộc chủ yếu vào hạng mục cơng trình đầu mối, lưới có tên gọi lưới tam giác thủy cơng Lưới tam giác thủy công thủy chuẩn thủy công thiết kế xây dựng làm sở cho công tác: - Đưa tim mốc thiết kế cơng trình thực địa - Là hệ tọa độ, độ cao sở để đo vẽ loại đồ, mặt cắt q trình thành lập vẽ thi cơng, thi cơng cơng trình - Kiểm tra độ xác q trình thi cơng, xây lắp hồn cơng hạng mục cơng trình - Là sở để xây dựng mạng lưới biến dạng trắc địa cơng trình phương pháp trắc địa Lưới tam giác thủy công chia làm cấp hạng: I, II, III Các thông số kĩ thuật độ xác cấp lưới tam giác thủy cơng nêu bảng 1.1 Nghiªn cứu khoa học sinh6 viên : Trắc địa B - 52 Footer PageLíp of 113 Header Page of 113 đại học Mỏ địa chất Tr-ờng Khoa : Trắc địa Bng 1.1: chớnh xỏc ca cỏc cp lưới tam giác thủy công Cấp thiết kế công trình Cơng suất nhà máy điện (kW) Cấp hạng lưới tam Chiều dài S.S.T.P giác cạnh (km) đo góc (“) thủy công I ≥ 300 I 0.5 – 1.5 II 50- 300 II III-IV- V < 50 III Sai số khép tam giác Sai số chiều dài cạnh yếu ±1.0 ±3.5 ” 1: 200000 0.3 – 1.0 ±1.5 ± 5.0 ” 1: 150000 0.2 – 0.8 ± 2.0 ±7.5 ” 1: 70000 Ngồi phải xét đến tính phức tạp cơng trình, hạng mục cơng trình phân tán hay tập chung, mức độ khó khăn điều kiện địa hình mà tăng chia cấp hạng lưới tam giác thủy cơng để đảm bảo độ xác cần thiết cho cơng trình Căn vào mặt cơng trình điều kiện địa hình mà xây dựng bậc lưới tam giác thủy công Nếu xây dựng bậc lưới tam giác thủy cơng lưới bậc lưới tam giác sở cho tồn cơng trình Lưới bậc lưới tam giác cho hạng mục cơng trình cục Hệ quy chiếu lưới tam giác thủy công phải lựa chọn phù hợp để đảm bảo lưới có độ biến dạng nhỏ so với thực địa sai số phép chiếu gây lên không ảnh hưởng đến độ xác cấp lưới chọn Lưới xây dựng phải phù hợp với kích thước, hình dạng mặt cơng trình đảm bảo lưới có độ biến dạng Hệ tọa độ lưới phải phù hợp (gần nhất) với hệ tọa độ dùng giai đoạn khảo sát, thiết kế cơng trình Số lượng, mật độ điểm lưới tam giác thủy cơng cho cơng trình cần tính tốn, bố trí cho điểm tim tuyến xác định độc lập Nghiªn cøu khoa häc sinh7 viên : Trắc địa B - 52 Footer PageLớp of 113 Header Page of 113 đại học Mỏ địa chất Tr-ờng Khoa : Trắc địa t điểm tam giác Mốc lưới tam giác thủy công thiết kế xây dựng loại mốc hình trụ bền vững, mặt mốc dạng định tâm bắt buộc Xung quanh mốc có tường vây bảo vệ Máy trắc địa sử dụng để đo lưới tam giác thủy cơng phải có độ xác cao ổn định Có thể sử dụng máy tồn đạc điện tử máy thu vệ tinh GPS Trước sau đo phải thực công tác kiểm nghiệm, hiệu chỉnh máy theo quy định quy phạm nhà nước Cơng tác đo ngoại nghiệp phải chọn thời gian thích hợp để giảm tối thiểu ảnh hưởng thời tiết đến sai số đo đạc tuân thủ nghiêm ngặt quy trình đo đạc lưới trắc địa với yêu cầu độ xác cao Tính tốn xử lý số liệu lưới phải thực theo nguyên tắc sau: - Ln bảo tồn cấu trúc nội lưới loại trừ ảnh hưởng sai số số liệu gốc kết bình sai - Tất bậc lưới phải tính tốn hệ tọa độ phù hợp với hệ sử dụng giai đoạn khảo sát cơng trình 1.2.3 u cầu độ xác bố trí tim tuyến cơng trình thủy điện Cơng tác đưa tim trục (tim tuyến) cơng trình từ vẽ thiết kế thực địa nhiệm vụ tổ chức thiết kế Các điểm tim tuyến công trình đo đạc định vị thực địa có sở gốc điểm lưới tam giác thủy công Số lượng điểm tim tuyến chủ nhiệm đề án yêu cầu, có tham khảo ý kiến kĩ sư chủ nhiệm địa hình cơng trình u cầu độ xác xem bảng 1.2 Bảng 1.2: Độ xác cơng tác đưa tim tuyến Hạng mục cơng trình Sai số tuyến (cm) Chiều dọc Chiều ngang I Cơng trình cấp I, II Nghiªn cøu khoa học sinh8 viên : Trắc địa B - 52 Footer PageLíp of 113 Ghi Độ xác tương ng chuyn hng Header Page of 113 đại học Mỏ địa chất Tr-ờng Khoa : Trắc địa nh nước Đập dâng, tràn -2 -2 “ Tuyến lượng -5 -5 “ Trục tổ máy -5 -5 “ Độ xác tương đương đường chuyền cấp Nhà nước II Cơng trình cấp III, IV, V Đập, tràn 5 “ Kênh, tuyến lượng 7 “ Nhà máy -5 -5 “ Các tim tuyến cơng trình sau đưa thực địa cần xây dựng mốc tương đương mốc khống chế: đường chuyền hạng IV đường chuyền cấp theo độ xác tương ứng với tim tuyến 1.3 PHÂN TÍCH CÁC PHƯƠNG PHÁP THÀNH LẬP LƯỚI Lưới tam giác thủy công thành lập theo phương pháp sau: Phương pháp lưới tam giác đo góc cạnh kết hợp; Phương pháp lưới GPS; Phương pháp kết hợp lưới GPS tam giác đo góc cạnh 1.3.1 Phương pháp lưới tam giác đo góc cạnh kết hợp Trong lưới đo góc cạnh kết hợp đo tất phần góc cạnh lưới So với lưới tam giác đo góc đo cạnh, lưới tam giác đo góc cạnh phụ thuộc vào kết cấu hình học lưới, giảm đáng kể dịch vị dọc dịch vị ngang, đảm bảo kiểm tra chặt chẽ trị đo góc cạnh Lưới đo góc cạnh cho phép tính tọa độ điểm xác ( khoảng 1.5 lần) so với lưới tam giác đo góc đo cạnh Khi bình sai lưới đo góc cạnh nảy sinh vấn đề lựa chọn quan hệ sai số đo góc đo cạnh Quan hệ coi hợp lý đảm bảo điều kiện: Nghiªn cøu khoa häc sinh9 viên : Trắc địa B - 52 Footer PageLớp of 113 Header Page 10 of 113.đại học Mỏ địa chất Tr-ờng Khoa : Trắc địa m mS  S Trong thực tế nên đảm bảo quan hệ phạm vi: m  S  3  m S 1.1 1.2  Lưới tam giác đo góc cạnh phụ thuộc vào kết cấu hình học lưới, giảm đáng kể phụ thuộc dịch vị dọc dịch vị ngang, đảm bảo kiểm tra chặt chẽ trị đo góc cạnh Lưới đo góc cạnh cho phép tính tọa độ điểm xác khoảng 1,5 lần so với lưới tam giác đo góc đo cạnh 1.3.2 Phương pháp lưới GPS Hiện công nghệ GPS ứng dụng rộng rãi lĩnh vực trắc địa, có ngành trắc địa cơng trình, cơng nghệ có nhiều ưu điểm bật đạt hiệu công tác cao Theo tiêu chuẩn máy thu có, ứng dụng GPS để thành lập mạng lưới khống chế thi cơng cơng trình Khi thiết kế lưới, việc đảm bảo điều kiện cần thiết lưới GPS, cần lưu ý để điểm chọn phải đảm bảo sử dụng có hiệu thi cơng cơng trình Muốn lưới cần thiết kế tổng bình đồ cơng trình.Vì lưới khống chế thi cơng thành lập khu vực xây dựng với đối tượng cản trở tầm ngắm bầu trời, tạo phát xạ nhiệt sang điện từ, cần lưu ý chọn vị trí điểm GPS chịu ảnh hưởng tác động Các vật cản xung quanh điểm đo có góc cao khơng q 15 (hoặc 200) để tránh cản trở tín hiệu GPS 1.4 LỰA CHỌN HỆ QUY CHIẾU ĐỐI VỚI CÁC MẠNG LƯỚI THI CƠNG Lưới khống chế thi cơng có vai trị quan trọng q trình xây dựng cơng trình Chất lượng lưới khống chế thi cơng đảm bảo tính xác cơng trình thời gian xây dựng Vì để đảm bảo độ xác bố trí cơng trình, lưới khống chế thi công thành lập phải đảm bảo yêu cầu: đồng tọa độ thiết kế hệ tọa độ thi cơng cơng trình Do thiết phải lựa chọn hệ quy chiếu cho hợp lý 10 Nghiên cứu khoa học sinh viên Trắc địa B - 52 Footer PageLíp 10 of : 113 Header Page 23 of 113.đại học Mỏ địa chất Tr-ờng Khoa : Trắc địa mF PF (2.11) Trong đó:  f T Qf PF với f vector hệ số hàm trọng số cần đánh giá 2.4.5 Tổ chức thi công lưới công nghệ GPS Trước tiến hành đo cần sử dụng phần mềm PLAN QUICK PLAN để lập lịch đo cần lập bảng dự báo vệ tinh quan sát Trong bảng có: số hiệu vệ tinh, độ cao vệ tinh góc phương vị, thời gian quan sát tốt để quan sát nhóm vệ tinh tốt nhất, hệ số suy giảm độ xác vị trí khơng gian chiều Khi xung quanh điểm đo có nhiều địa vật che chắn phải lập lịch đo theo điều kiện che chắn thực tế điểm đo Tọa độ dùng để lập bảng dự báo cho vệ tinh kinh độ, vĩ độ trung bình khu đo Thời gian dự báo nên dùng thời gian trung bình đo ngắm Lịch vệ tinh quảng bá khơng nên 20 ngày tuổi Độ dài ca đo không 30 phút, với điều kiện vệ tinh không PDOP không lớn Thời gian đo kéo dài thêm cạnh lưới dài có điều kiện thu tín hiệu điểm đo không tốt Thời gian đo tối thiểu ca đo tham khảo bảng (2.4) Bảng (2.3): Yêu cầu kỹ thuật đo GPS cấp Hạng mục Góc cao vệ tinh (0) Số lượng vệ tinh quan sát Số lần đo lặp TB trạm Thời gian quan trắc Cấp hạng PP đo Hạng I đo tĩnh tĩnh nhanh đo tĩnh tĩnh nhanh đo tĩnh tĩnh nhanh ≥ 15 đo tĩnh ≥ 90 ≥4 23 Nghiên cứu khoa học sinh viên Trắc địa B - 52 Footer PageLíp 23 of : 113 Hạng II Hạng III Cấp Cấp ≥ 15 ≥ 15 ≥ 15 ≥ 15 ≥4 ≥5 ≥2 ≥2 ≥4 ≥5 ≥ 1.6 ≥ 1.6 ≥4 ≥4 ≥5 ≥5 ≥ 1.6 ≥ 1.6 ≥ 1.6 ≥ 1.6 ≥ 60 ≥ 45 45 45 Header Page 24 of 113.đại học Mỏ địa chất Tr-ờng Khoa : Trắc địa (phỳt) tĩnh nhanh Tần suất thu tín hiệu (s) đo tĩnh tĩnh nhanh 10  60 ≥ 20 ≥ 15 ≥ 15 ≥ 15 10  60 10  60 10  60 10  60 Bảng (2.4): Thời gian ca đo tối thiểu Độ dài cạnh đo [km] Độ dài thời gian ca đo (‘) 0–1 20 – 30 1–5 30 – 60 – 10 60 – 90 10 – 20 90 - 120 Chương THIẾT KẾ PHƯƠNG ÁN XỬ LÝ SỐ LIỆU 3.1 XỬ LÝ SỐ LIỆU ĐO GPS BẰNG PHẦN MỀM GPSURVEY 2.35 Phần mềm GPSurvey 2.35 hãng Trimble, hãng sản xuất thiết bị phần mềm GPS hàng đầu giới xây dựng năm 1991 GPSurvey 2.35 cho phép xử lý loại số liệu đo GPS tiện lợi xác Hiện nay, GPSurvey 2.35 dùng phổ biến công tác xử lý số liệu đo lưới khống chế trắc địa GPS có nhiều nghiên cứu nhằm khai thác sử dụng hiệu phần mềm để giải nhiệm vụ chuyên ngành Phần mềm gồm modul chính: modul quản lí điều hành (manager), modul tính cạnh (WAVE) modul bình sai lưới (Trimnet) Kết đo đạc thực địa trút số liệu phần mềm DATA Transfer, số liệu đo xử lý phần mềm GPsurvey2.35 theo trình tự sau: 3.1.1 Tính cạnh Project tạo chứa đầy đủ số liệu cho việc xử lý cạnh Từ cửa sổ vào menu Proces chọn Baseline, modul WAVE khởi động (Hình 3.1) 24 Nghiªn cøu khoa häc sinh viên Trắc địa B - 52 Footer PageLớp 24 of : 113 Header Page 25 of 113.đại học Mỏ địa chất Tr-ờng Khoa : Trắc địa Hỡnh 3.1 Modul wave giải cạnh Chọn file dùng để tính baseline cửa sổ bên Add xuống cửa sổ bên sau chọn OK Tiếp vào menu Process chọn Setup cửa sổ setup xuất hiện, chọn All baselins để tính tất Baseline Có thể xem kết tính cạnh, sai số khép vịng cửa sổ Network map Kết xử lý cạnh đạt (nghĩa tất điểm fixed) ta tiến hành bình sai lưới GPS 3.1.2 Bình sai lưới 1.Khởi động GPS network module Từ cửa sổ GPServey 2.35 nhấn vào Adjust sau ta nhấn tiếp vào Network xuất hộp thoại điều khiển (hỡnh 3.2): 25 Nghiên cứu khoa học sinh viên Trắc ®Þa B - 52 Footer PageLíp 25 of : 113 Header Page 26 of 113.đại học Mỏ địa chất Tr-ờng Khoa : Trắc địa Hỡnh 3.2 Modul bỡnh sai Ta vào GPS Network modul hình xuất cửa sổ lệnh điều khiển GPS Network modul (hình 3.3) Hình 3.3: xây dựng lưới 2.Xác định hệ quy chiếu Chỉ chọn Ellipxoid System Geogrephic Dùng lệnh Datum Definition để chọn Ellipxoid, cửa sổ (hình 3.4) 26 Nghiên cứu khoa học sinh viên Trắc địa B - 52 Footer PageLíp 26 of : 113 Header Page 27 of 113.đại học Mỏ địa chất Tr-ờng Khoa : Trắc địa Hỡnh 3.4 chn h quy chiu Nu danh sách Datum có Ellipxoid cần chọn chọn Change Datum, danh sách chưa có Ellipxoid cần chọn, ta phải định nghĩa Ellipxoid Add New Datum Định nghĩa Ellipxoid cách khai báo tham số a, b 1/f, sau chọn Ellipxoid vừa định nghĩa Trong phần mềm thường có sẵn Ellipxoid sau:WGS- 84, WGS - 72, NAD - 83, NAD – 72… Bình sai lưới Sau tiến hành bước cửa sổ lệnh điều khiển Network Adjustment (hình 3.4) ta vào dịng lệnh Adjustment Menu ta có menu bình sai Các lệnh menu bình sai cụ thể bảng (3.1): Bảng 3.1: Menu bình sai (User- defined Transverse mercator) Adjust Network Bình sai lưới Coordinate Fix Status Cho điểm khởi tính (Fix điểm gốc) Observation Disable/Enable Không chấp nhận/Chấp nhận trị đo Compute Observation Closures Tính sai số khép Variance Observation Strategy Thay đổi, chọn thành phần phương sai Weighting Strategy Thay đổi, chọn trọng số Transformation Strategy Thay đổi tính chuyển Special Control Điều chỉnh đặc biệt Exit Thoát khỏi Chúng ta tiến hành bình sai lưới với số liệu gốc tối thiểu Khi nhập điểm gốc ta nhận tọa độ điểm gốc, sau tiến hành bình sai Sau bình sai tiến hành so sánh với điểm gốc cịn lại sau bình sai so với tọa độ ban đầu 3.2 TÍNH CHUYỂN TỌA ĐỘ ĐO GPS VỀ HỆ TỌA ĐỘ CƠNG TRÌNH 3.2.1 Tính chuyển múi tọa độ Như biết để hạn chế độ biến dạng chiều dài lưới trắc địa cần chọn múi chiếu phù hợp cơng trình cụ thể Vì cần phải tính chuyển tọa độ vng góc phẳng múi chiếu Quy trình tính chuyển theo phương pháp tính qua tọa độ trắc địa sau: Giả sử điểm Q có tọa độ vng góc phẳng múi x 1, y1 Muốn xác định tọa độ múi thì: Từ tọa độ (x1, y1 ) tính tọa độ trắc địa ( B, L) điểm Q : 27 Nghiên cứu khoa học sinh viên Trắc địa B - 52 Footer PageLíp 27 of : 113 Header Page 28 of 113.đại học Mỏ địa chất Tr-ờng Khoa : Trắc địa t y12 t  y14     4 02  9  t 02  12.t 02     B0  B  3   m0 M  2m0 N  m0 M  24m0 N       t0  y16   8. 04 11  24.t 02  12. 03 21  71.t 02  15. 02 15  98.t 02  15.t 04   5   m0 M  720.m0 N        (3.1)   t0  y18   1385  3633.t 02  4095.t 04  1575.t 06  180. 5.t  3.t  360.t  7  m0 M  40320.m0 N        y3     y  y15   4 03 1  6t 02   L  sec B0    sec B0  31   2t 02   sec B0  5   m0 N   6m0 N   120m0 N     y17 61  662t 02  1320t 04  720t 06    02 9  68t 02   72 t 02  24t 04  sec B0  7   5040m0 N   Trong B0 độ vĩ gần ứng với chiều dài cung tuyến x1/m0 N0  M0  ; t  tgB0 a  e sin B0 2 1  e N  e sin B0 (3.2) N 0  M0 Từ tọa độ trắc địa B,L tính tọa độ vng góc phẳng điểm Q múi :  l2 l4 x  m0  X  N sin B cos B  N sin B cos B 4.    t  24  l6  N sin B cos B 8. 11  24.t  28.  6.t    32t  720 l8   2.t  t  N sin B cos B 1385  3111.t  543.t  t 40320             (3.3)    l3 l5 y  m0  N L cos B  N cos B   t  N 28 cos B 4.  6.t    8.t  Nghiªn cøu khoa học sinh120viên Trắc địa B - 52 Footer PageLíp 28 of : 113 l  2. t  t  cos B 61  479.t  179.t  t 5040           Header Page 29 of 113.đại học Mỏ địa chất Tr-ờng Khoa : Trắc địa (3.4) Trong ú hiu kinh l=L-L0 độ kinh kinh tuyến trung ương t  tgB   N  e sin B  M  e2    Ở ta dùng tọa độ trắc địa làm vai trò trung gian q trình tính tốn Đây phương pháp tính chuyển thích hợp với trường hợp cần tính chuyển tọa độ vng góc phẳng múi chiếu 3.2.2 Tính chuyển tọa độ phẳng Đặc điểm đo GPS trị đo đo đạc, tính tốn, bình sai mặt Ellipxoid Trong trắc địa cơng trình, ta xây dựng hệ thống tọa độ độc lập Như vậy, nảy sinh tốn tính chuyển hai hệ tọa độ nêu Quy trình tính toán lưới GPS phải thực qua bước sau: - Bình sai lưới GPS hệ tọa độ ban đầu - Tính chuyển mặt chiếu kinh tuyến trục cơng trình - Dịch chuyển tọa độ thu hệ tọa độ ban đầu Việc dịch chuyển tọa độ thu hệ tọa độ ban đầu thực thơng qua tốn tính chuyển tọa độ vng góc phẳng Cơng thức tính chuyển sau: xi'  x0  xi m cos( )  y i m sin(  ) (3.5) y i'  y i  xi m sin(  )  yi m cos( ) Trong đó: x i' , y i' tọa độ điểm i hệ tọa độ thứ hai xi, yi tọa độ điểm i hệ tọa độ thứ x0, y0 giá trị dịch chuyển gốc tọa độ (chính tọa độ gốc hệ thứ hệ thứ hai) φ góc xoay hệ trục, m hệ số tỷ lệ dài hai hệ 29 Nghiªn cøu khoa häc sinh viên Trắc địa B - 52 Footer PageLớp 29 of : 113 Header Page 30 of 113.đại học Mỏ địa chất Tr-ờng Khoa : Trắc địa x X yi Yi o  Y0 i xi Xi o X0 y O Y Hình 3.5: Chuyển đổi tọa độ vng góc phẳng Như vậy, để chuyển đổi tọa độ từ hệ thứ sang hệ thứ theo công thức (3.6) cần xác định tham số chuyển đổi, độ lệch gốc x0, y0, tỷ lệ dài góc xoay ỏ Muốn xác định tham số cần điểm có tọa độ hai hệ (tọa độ điểm song trùng) Nếu số điểm song trùng lớn toán xác định tham số giải theo nguyên lý số bình phương nhỏ Do φ  0, m  nên cosφ = 1; sinφ = Khai triển tuyến tính (3.6) theo biến x0, y0, φ, m, với giá trị gần tham số là: ( x o(o ) y o(o )  (o) m (o ) ) = (0 0 1) xi'  1.x0  0.y o  y i   xi m  xi y i'  0.xi  1.y o  xi   y i m  yi (3.6) Kí hiệu: Xi = (xi yi)T; X i'  ( xi' y i' ) T; ZT = (  xo 1  yi xi  Bi    x y i i   yo   m) (3.7) C ông thức (3.8) viết dạng ma trận: X’i = BiZ + Xi (3.8) Giả sử có n điểm đo có tọa độ xác định hệ tọa độ (XOY) (x i, yi, i=1,…,n), hệ tọa độ (X’O’Y’) (x’i, y’i, i=1,…,n) Cần xác định vector 30 Nghiªn cứu khoa học sinh viên Trắc địa B - 52 Footer PageLíp 30 of : 113 Header Page 31 of 113.đại học Mỏ địa chất Tr-ờng Khoa : Trắc ®Þa tham số tính chuyển tọa độ xo, yo, φ, m từ hệ tọa độ (XOY) sang hệ tọa độ (X’O’Y’) Giá trị tọa độ x’i, y’i trị đo vector ZT = ( xo yo    m )T ẩn số, hệ gồm phương trình: X’i +vi = BiZ + Xi (3.9) V = B.Z + L (3.10) Trong đó: V = (v1 v2…vn)T, B = (B1 B2…Bn)T, V = (l1 l2… ln)T, Li = Xi - X’i Vector tham số Z xác định theo nguyên tắc: VTV = (3.11) Vector số hiệu chỉnh V hiệu vector tọa độ tính chuyển tọa độ cho trước hệ (X’O’Y’) - Lập hệ phương trình chuẩn: BTBZ + BTL = - Giải hệ phương trình chuẩn: Z = -(BTB)-1.BT.L Từ tính vector tham số tính chuyển tọa độ  xo   yo   m   xo( o )     y o( o )   o     o  m   x o     y o         m        (3.12) Như vậy, sử dụng công thức (3.12) để tính chuyển tọa độ vng góc phẳng 3.2.3 Quy trình tính chuyển tọa độ GPS hệ tọa độ cơng trình Thuật tốn tính chuyển tọa độ điểm đo GPS hệ tọa độ thi cơng cơng trình dựa vào tốn tính chuyển từ hệ tọa độ vng góc khơng gian địa tâm WGS-84 hệ tọa độ địa diện điểm quan sát xác định theo quy trình sau: Căn vào tọa độ điểm khống chế lưới khống chế thi công đo cơng nghệ GPS, tính tọa độ độ cao trắc địa ( B, L, H) 31 Nghiên cứu khoa học sinh viên Trắc địa B - 52 Footer PageLíp 31 of : 113 Header Page 32 of 113.đại học Mỏ địa chất Tr-ờng Khoa : Trắc địa im ny Ta v cao điểm đo GPS lấy từ tập thành đo GPS tính chuyển tọa độ điểm GPS từ hệ tọa độ địa tâm hệ tọa độ trắc địa Xác định điểm gốc hệ tọa độ địa diện cách lấy tọa độ trọng tâm độ cao trung bình khu vực xây dựng Dựa vào tọa độ theo kết đo GPS điểm khống chế lưới khống chế thi cơng, bao gồm tọa độ vng góc không gian địa tâm WGS- 84 (X, Y,Z) tọa độ trắc địa hệ quy chiếu (B, L) tiến hành tính chuyển tọa độ điểm đo GPS từ hệ tọa độ WGS- 84 hệ tọa độ địa diện Dựa vào tọa độ điểm song trùng hệ tọa độ thi công (x’, y’), tính tham số tính chuyển tọa độ hai hệ tọa độ phẳng theo phép tính chuyển Helmert, nhằm xoay lại điểm khống chế đo GPS xác định hệ tọa độ địa diện trở trùng với hệ tọa độ sử dụng để thiết kế thi cơng cơng trình Tính tọa độ cho điểm đo GPS lại hệ tọa độ thi cơng theo tham số tính chuyển xác lập 3.3 THỰC NGHIỆM THIẾT KẾ LƯỚI THI CÔNG THỦY ĐIỆN A LƯỚI 3.3.1 Yêu cầu độ xác lưới Số lượng mật độ điểm lưới tam giác thủy cơng cần tính tốn bố trí đảm bảo cho điểm tin tuyến xác định độc lập từ điểm tam giác Trong công tác đo đạc định vị trục cơng tác đo đạc, định vị tim tuyến đập dâng, đập tràn có u cầu độ xác cao (bảng 2) với sai số tuyến theo chiều dọc mdoc = 1 2cm, sai số tuyến theo chiều ngang mng =  2cm Từ ta tính sai số bố trí tim tuyến: 2 mP  mdoc  mngang  2.8  cm  (3.13) Trong đó: mdoc sai số tuyến theo chiều dọc, mng sai số tuyến theo chiều ngang Độ xác điểm tim tuyến phụ thuộc vào yếu tố sai số vị trí điểm lưới (m1) sai số bố trí (m2) Kí hiệu K hệ số giảm độ xác, có: m1  mP 1 K 2.8 =  22 = 1.2 (cm) 32 Nghiªn cøu khoa häc sinh viªn Trắc địa B - 52 Footer PageLớp 32 of : 113 (3.14) Header Page 33 of 113.đại học Mỏ địa chất Tr-ờng Khoa : Trắc địa Nh vy, thit kế lưới tam giác thủy cơng phải thỏa mãn sai số vị trí điểm lưới ≤ 1.2 (cm) 3.3.2 Thiết kế đồ hình lưới Trên khu vực cơng trình có điểm tọa độ gốc (kí hiệu 343415, 343419, 343420) Dựa vào địa hình thực tế thiết kế cơng trình dự định thiết kế 12 điểm lưới thi cơng (kí hiệu từ QT-01 đến QT-12) Sơ đồ lưới đưa hình (3.6) Hình 3.6 : Sơ đồ lưới thi công thuỷ điện Alưới Trong mạng lưới có 15 điểm, gồm điểm gốc 12 điểm Tọa độ điểm lưới kết ước tính độ xác yếu tố lưới đưa bảng…… Thiết bị đo lưới máy thu Trimble 4600 với thông số độ xác: mS = 1+1ppm, m = .mS/D Bảng 3.2: Tọa độ điểm gốc Số TT Tên điểm Tọa độ X (m) 33 Nghiªn cøu khoa häc sinh viên Trắc địa B - 52 Footer PageLớp 33 of : 113 Y (m) Header Page 34 of 113.đại học Mỏ địa chất Tr-ờng Khoa : Trắc địa 343415 1798378.000 424335.000 343419 1794249.000 420654.000 343420 1799948.000 432373.000 Bảng 3.3: Tọa độ thiết kế sai số vị trí điểm Tọa độ Sai số vị trí điểm (m) Số TT Tên điểm TC-01 1794397.000 420934.000 0.003 0.004 0.005 TC-02 1794924.000 422496.000 0.006 0.005 0.008 TC-03 1794122.000 421734.000 0.006 0.004 0.007 TC-04 1796028.000 424816.000 0.009 0.007 0.011 TC-05 1796692.000 425602.000 0.009 0.006 0.011 TC-06 1797511.000 426907.000 0.008 0.005 0.010 TC-07 1796805.000 426581.000 0.009 0.006 0.011 TC-08 1795535.000 425615.000 0.009 0.006 0.011 TC-09 1800733.000 430435.000 0.008 0.008 0.011 10 TC-10 1799459.000 430420.000 0.007 0.005 0.009 11 TC-11 1801647.000 432300.000 0.007 0.007 0.010 12 TC-12 1800469.000 432381.000 0.005 0.003 0.006 X (m) Y (m) Mx My Mp Đối chiếu với yêu cầu sai số vị trí điểm từ cơng thức (3.13) kết luận: Mạng lưới thi công thuỷ điện Alưới thành lập công nghệ GPS đáp ứng tiêu chuẩn kỹ thuật theo nhiệm vụ thiết kế 34 Nghiªn cứu khoa học sinh viên Trắc địa B - 52 Footer PageLíp 34 of : 113 Header Page 35 of 113.đại học Mỏ địa chất Tr-ờng Khoa : Trắc ®Þa KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Cùng với phát triển khoa học kĩ thuật, ngày GPS đánh giá công nghệ tiên tiến, thuận lợi công tác xây dựng lưới khống chế trắc địa Với mục đích nghiên cứu ứng dụng cơng nghệ GPS để thành lập lưới khống chế thi công thủy điện A Lưới, sở kết tính tốn ứng dụng công nghệ rút kết luận sau: Việc nghiên cứu ứng dụng công nghệ GPS công tác xây dựng lưới khống chế thi công thủy điện đem lại hiệu kinh tế, kỹ thuật cao thể hai mặt : - Độ xác thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật, - Giảm chi phí tăng suất lao động Khi thành lập lưới khống chế thi cơng cơng trình thủy điện cần phải ý yêu cầu sau : -Công tác đo đạc : Phải chọn thời gian đo cách hợp lý : số lượng vệ tinh từ vệ tinh trở nên phải phân bố đều, thời gian đo tối thiểu ca đo giờ, hệ số suy giảm độ xác PDOP =  3,5 -Công tác xử lý số liệu: Do đặc điểm cơng trình thủy điện xây dựng vung núi cao, địa hình phức tạp, hiểm trở, cối rậm rạp cản trở lớn đến việc thu tín hiệu Do vậy, xử lý số liệu cần phải ý loại bỏ tối thiểu nhiễu tín hiệu thu; - Khi bình sai lưới nên bình sai theo phương pháp tự do; 35 Nghiªn cøu khoa học sinh viên Trắc địa B - 52 Footer PageLớp 35 of : 113 Header Page 36 of 113.đại học Mỏ địa chất Tr-ờng Khoa : Trắc địa - Khi cơng trình xa kinh tuyến trục có chênh cao địa hình lớn cần phải tính chuyển sang hệ tọa độ phù hợp với cơng trình, nên tính chuyển theo phương pháp Helmert Phần mềm Gpsurvey 2.35 cho phép xử lý số liệu GPS cách tiện lợi xác đáp ứng đầy đủ yêu cầu cho công tác xử lý lưới khống chế mặt Các quy trình đo đạc tính tốn với phần mềm Gpsurvey 2.35 nêu đồ án sử dụng rộng rãi thực tế TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Đặng Nam Chinh, Đỗ Ngọc Đường (2003) Bài giảng Công nghệ GPS Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Hà Nội, 1996 [2] Hoàng Ngọc Hà, Trương Quang Hiếu (1999) Cơ sở toán học xử lý số liệu trắc địa NXB Giao thông vận tải [3] Phan Văn Hiến nnk (2001) Trắc địa cơng trình NXB Giao thơng vận tải [4] Trần Khánh (2010) Ứng dụng công nghệ trắc địa công trình Nxb "Giao thơng vận tải", Hà Nội [5] Quy định Xây dựng lưới tam giác thủy công, lưới thủy chuẩn thủy công phục vụ thi công quản lý vận hành cơng trình thủy điện Tổng cơng ty điện lực Việt Nam (2003) [5].TCXDVN 364: 2006 Tiêu chuẩn kỹ thuật đo xử lý số liệu GPS trắc địa cơng trình 36 Nghiªn cøu khoa häc sinh viên Trắc địa B - 52 Footer PageLớp 36 of : 113 Header Page 37 of 113.đại học Mỏ địa chất Tr-ờng Khoa : Trắc địa 37 Nghiên cứu khoa học sinh viên Trắc địa B - 52 Footer PageLíp 37 of : 113 ... cứu việc ứng dụng cơng nghệ GPS vào thực tiễn xây dựng cơng trình thuỷ điện chọn đề tài: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ GPS thành lập lưới khống chế thi cơng cơng trình thuỷ điện Bố cục đề tài gồm... đích nghiên cứu ứng dụng công nghệ GPS để thành lập lưới khống chế thi công thủy điện A Lưới, sở kết tính tốn ứng dụng cơng nghệ rút kết luận sau: Việc nghiên cứu ứng dụng công nghệ GPS công. .. đặc điểm lưới khống chế thi cơng cơng trình thủy điện Chương 2: Ứng dụng công nghệ GPS vào thành lập lưới khống chế thi cơng cơng trình thủy điện Chương 3: Thực nghiệm xử lý số liệu lưới Trong thời