môc lôc Trang Môc lôc 1 Më ®Çu 2 Ch¬ng 1: kh¸i qu¸t vÒ hÖ thèng ®Þnh vÞ toµn cÇu GPS 4 1.1 CÊu tróc cña hÖ thèng GPS 4 1.2 C¸c ®¹i lîng ®o GPS 7 1.3 C¸c ph¬ng ph¸p ®Þnh vÞ GPS 10 1.4 Nh÷ng nguån sai sè trong ®o GPS 17 1.5 C¸c øng dông cña c«ng nghÖ GPS 21 Ch¬ng 2: tæng quan vÒ líi khèng chÕ tr¾c ®Þa c«ng tr×nh 23 2.1 Môc ®Ých, ®Æc ®iÓm vµ ®é chÝnh x¸c cña líi khèng chÕ tr¾c ®Þa c«ng tr×nh 23 2.2 Ph¬ng ph¸p íc tÝnh ®é chÝnh x¸c líi tr¾c ®Þa c«ng tr×nh 28 2.3 Lùa chän hÖ to¹ ®é, mÆt chiÕu cho líi tr¾c ®Þa c«ng tr×nh 34 2.4 C¸c ph¬ng ph¸p thµnh lËp líi khèng chÕ mÆt b»ng tr¾c ®Þa c«ng tr×nh 37 Ch¬ng 3: øng dông c«ng nghÖ gps trong thµnh lËp líi khèng chÕ thi c«ng ...................................................................41 3.1 §Æc ®iÓm líi khèng chÕ thi c«ng thµnh lËp b»ng c«ng nghÖ GPS 41 3.2 Néi dung c¬ b¶n thµnh lËp líi khèng chÕ thi c«ng b»ng c«ng nghÖ GPS 42 3.3 Thùc nghiÖm 59 Tµi liÖu tham kh¶o Më §ÇU Ngày nay, với sự ph¸t triển mạnh mẽ của khoa hoc kỹ thuật đặc biệt là sự ra đời của hệ thống định vị toàn cầu Global Positioning System cã tªn viªt t¾t lµ GPS . HÖ thèng nµy ®• mang l¹i mét diÖn m¹o míi cho ngµnh tr¾c ®Þa. HÖ thèng GPS ®îc x©y dùng n¨m 1973.Tríc n¨m 1980 chØ dïng cho môc ®Ých qu©n sù cña Mü. Tõ n¨m 1980, chÝnh phñ Mü cho phÐp sö dông hÖ thèng nµy vµo môc ®Ých d©n sù. Ngµy nay GPS ®îc sö dông réng r•i vµo nhiÒu lÜnh vùc kh¸c nhau trong ®ã cã tr¾c ®Þa. Sö dông GPS trong tr¾c ®Þa cã nh÷ng u ®iÓm h¬n h¼n víi c«ng nghÖ ®o ®¹c truyÒn thèng. §ã lµ kh¶ n¨ng ®o nhanh, ®é chÝnh x¸c cao vµ ®o trong mäi ®iÒu kiÖn thêi tiÕt, bÊt kú thêi ®iÓm trªn ph¹m vi toµn cÇu. §èi víi ViÖt Nam, c«ng nghÖ GPS ®• cã mÆt tõ nh÷ng n¨m 90 cña thÕ kØ tríc, chñ yÕu phôc vô x©y dùng c¸c m¹ng líi quèc gia vµ c¸c líi c¹nh dµi phôc vô ®o vÏ b¶n ®å, hoÆc ®o nèi to¹ ®é tõ ®Êt liÒn ®Õn c¸c ®¶o xa, líi ®Þa chÝnh c¬ së. Trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y, c«ng nghÖ GPS b¾t ®Çu ®îc nghiªn cøu øng dông trong mét sè lÜnh vùc cña tr¾c ®Þa c«ng tr×nh. §Ó thÊy râ ®îc u thÕ vît tréi cña GPS so víi c«ng nghÖ truyÒn thèng Em ®• lµm ®å ¸n tèt nghiÖp víi ®Ò tµi sau :”Thµnh lËp líi khèng chÕ thi c«ng b»ng c«ng nghÖ GPS “ Néi dung cña ®å ¸n gåm ba ch¬ng : Ch¬ng 1 : Kh¸i qu¸t vÒ hÖ thèng ®Þnh vÞ toµn cÇu GPS . Ch¬ng 2 : Tæng quan vÒ líi khèng chÕ tr¾c ®Þa c«ng tr×nh . Ch¬ng 3: øng dông c«ng nghÖ GPS trong thµnh lËp líi khèng chÕ thi c«ng.
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn trắc địa công trình mục lục Trang Mục lục Mở đầu Chơng 1: khái quát hệ thống định vị toàn cầu GPS 1.1 Cấu trúc hệ thống GPS 1.2 Các đại lợng đo GPS .7 1.3 Các phơng pháp định vị GPS .10 1.4 Những nguồn sai số đo GPS 17 1.5 Các ứng dụng công nghệ GPS .21 Chơng 2: tổng quan lới khống chế trắc địa công trình .23 2.1 Mục đích, đặc điểm độ xác lới khống chế trắc địa công trình 23 2.2 Phơng pháp ớc tính độ xác lới trắc địa công trình 28 2.3 Lựa chọn hệ toạ độ, mặt chiếu cho lới trắc địa công trình 34 2.4 Các phơng pháp thành lập lới khống chế mặt trắc địa công trình 37 Chơng 3: ứng dụng công nghệ gps thành lập lới khống chế thi công 41 3.1 Đặc điểm lới khống chế thi công thành lập công nghệ GPS 41 3.2 Nội dung thành lập lới khống chế thi công công nghệ GPS 42 3.3 Thực nghiệm 59 Tài liệu tham khảo Sv Đỗ Hữu Hùng Trắc địa C_k50 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn trắc địa công trình Mở ĐầU Ngy nay, vi s phát trin mnh m ca khoa hoc k thut c bit l s i ca h thng nh v ton cu Global Positioning System có tên viêt tắt GPS Hệ thống mang lại diện mạo cho ngành trắc địa Hệ thống GPS đợc xây dựng năm 1973.Trớc năm 1980 dùng cho mục đích quân Mỹ Từ năm 1980, phủ Mỹ cho phép sử dụng hệ thống vào mục đích dân Ngày GPS đợc sử dụng rộng rãi vào nhiều lĩnh vực khác có trắc địa Sử dụng GPS trắc địa có u điểm hẳn với công nghệ đo đạc truyền thống Đó khả đo nhanh, độ xác cao đo điều kiện thời tiết, thời điểm phạm vi toàn cầu Đối với Việt Nam, công nghệ GPS có mặt từ năm 90 kỉ trớc, chủ yếu phục vụ xây dựng mạng lới quốc gia lới cạnh dài phục vụ đo vẽ đồ, đo nối toạ độ từ đất liền đến đảo xa, lới địa sở Trong năm gần đây, công nghệ GPS bắt đầu đợc nghiên cứu ứng dụng số lĩnh vực trắc địa công trình Để thấy rõ đợc u vợt trội GPS so với công nghệ truyền thống Em làm đồ án tốt nghiệp với đề tài sau :Thành lập lới khống chế thi công công nghệ GPS Nội dung đồ án gồm ba chơng : Chơng : Khái quát hệ thống định vị toàn cầu GPS Chơng : Tổng quan lới khống chế trắc địa công trình Chơng 3: ứng dụng công nghệ GPS thành lập lới khống chế thi công Trong trình làm đồ án, em nhận đợc hớng dẫn nhiệt tình thầy giáo TS NGUYễN QUANG PHúC thầy cô Khoa trắc địa Trờng Đại học Mỏ - Địa chất, bạn giúp em hoàn thành tốt đồ án Với thời gian trình độ có hạn nên đồ án không tránh khỏi Sv Đỗ Hữu Hùng Trắc địa C_k50 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn trắc địa công trình hạn chế nội dung hình thức Em mong đợc bảo góp ý quý thầy cô bạn để đồ án đợc hoàn chỉnh Em xin chân thành cảm ơn! Hà nội, tháng 06 năm 2010 Sinh viên thực Đỗ Hữu Hùng Sv Đỗ Hữu Hùng Trắc địa C_k50 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn trắc địa công trình Chơng Khái quát hệ thống định vị toàn cầu GPS 1.1 Cấu trúc hệ thống định vị toàn cầu GPS Năm 1973 hệ thống bắt đầu xây dựng đến năm 1978 vệ tinh đợc đa lên quỹ đạo Năm 1993 phóng đủ 24 vệ tinh mặt phẳng quỹ đạo nh thiết kế Hệ thống định vị toàn cầu GPS có cấu tạo gồm ba phận (gọi ba đoạn) : Đoạn không gian, đoạn điều khiển đoạn sử dụng 1.1.1 Đoạn không gian (Space Segment): Đoạn không gian gồm vệ tinh ( theo thiết kế 24 vệ tinh, có tới 32 vệ tinh) chuyển động mặt phẳng quỹ đạo, đợc phóng lên độ cao khoảng 20200 Km Quỹ đạo vệ tinh gần nh tròn, với chu kì chuyển động quanh trái đất 718 phút (gần 12 giờ) Các mặt phẳng quỹ đạo nghiêng với mặt phẳng xích đạo trái đất 550 Với cách thiết kế nh vị trí trái đất, vào thời điểm quan sát đợc vệ tinh, điều kiện tối thiểu để định vị Hình 1.1.Vệ tinh GPS Sv Đỗ Hữu Hùng Trắc địa C_k50 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn trắc địa công trình Các vệ tinh GPS có trọng lợng khoảng 1600Kg phóng 800Kg bay quỹ đạo Tuổi thọ vệ tinh theo thiết kế 7,5 năm Năng lợng cung cấp cho vệ tinh hoạt động pin mặt trời đợc gắn cánh vệ tinh Mỗi vệ tinh đợc trang bị đồng hồ nguyên tử đo thời gian với độ xác 10-12 giây hình 1.2 cấu tạo đoạn không gian Vệ tinh tạo tần số dao động chuẩn f =10.23 MHz Từ tần số chuẩn này, vệ tinh tạo tần số sóng tải L có tần số f1 =154f0 = 1575.42 MHz tơng ứng với bớc sóng = 19.032 cm, L2 có tần số f2 = 120f0 =1227.60MHz tơng ứng với bớc sóng = 24.42cm Các sóng tải L1 L2 thuộc dải sóng cực ngắn với tần số lớn làm nhiệm vụ vận tải tín hiệu vệ tinh có tác dụng làm giảm ảnh hởng tầng điện li ảnh hởng tầng điện li tỉ lệ nghịch với bình phơng tần số tín hiệu Để thực mục đích khác nhau, sóng tải lại đợc điều biến mã (code) khác nh : C/A code, P code hay Y code C/A code mã thô / thâu tóm (Coarse/ Acsquisition), đợc tạo chuỗi chữ số xếp theo quy luật tựa ngẫu nhiên (giống nh ngẫu nhiên mà ngẫu nhiên mà ngời xếp) với tần số 1/10 tần số chuẩn (10.23 MHz) đợc lặp lại sau miligiây Mỗi vệ tinh đợc gán mã C/A riêng biệt C/A code điều biến sóng tải L1 dùng cho mục đích dân P-code mã xác (Precise) Mã đợc tạo chuỗi chữ số xếp theo quy luật tựa ngẫu nhiên với tần số tần số chuẩn (10.23 MHz) Mã có chu kì 267 ngày Ngời ta chia mã thành đoạn, đoạn dài ngày gán cho vệ tinh đoạn, sau tuần lại đổi lại Bằng cách P-code khó bị giả mã không đợc phép Mỹ P-code điều biến sóng tải L1 L2 dùng cho mục đích quân Mỹ Sv Đỗ Hữu Hùng Trắc địa C_k50 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn trắc địa công trình Y-code mã bí mật, điều kiện cần thiết đợc phủ lên P-code làm cho P-code khó giải mã Ngoài ra, vệ tinh trao đổi thông tin với trạm điều khiển qua tần số 1783.74 MHz 227.50 MHz để truyền thông tin đạo hàng nhận lệnh điều khiển từ trạm điều khiển 1.1.2 Đoạn điều khiển (Control Segment): Đoạn điều khiển gồm trạm trung tâm đặt quân Mỹ Colorado Spring trạm theo dõi đặt Hawaii (Thái Bình Dơng), Ascension Island (Đại Tây Dơng ), Diego Garcia (ấn Độ Dơng) Kwajalein (Tây Thái Bình Dơng) Các trạm tạo thành vành đai bao quanh trái đất Hình 1.3 Sơ đồ bố trí trạm điều khiển Nhiệm vụ đoạn điều khiển điều khiển toàn hoạt động vệ tinh Các trạm quan sát vệ tinh, đo đạc số liệu cần thiết nh: khoảng cách đến vệ tinh, yếu tố khí tợng, yếu tố nhiễu Các số liệu đợc truyền trạm trung tâm Trạm trung tâm xử lý tính lịch vệ tinh, số hiệu chinh đồng hồ vệ tinh.Từ đây, số liệu đợc truyền ngợc lại trạm theo dõi, từ trạm theo dõi phát lên vệ tinh với lệnh điều khiển Nh Sv Đỗ Hữu Hùng Trắc địa C_k50 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn trắc địa công trình thông tin đạo hàng thờng xuyên đợc xác hóa ( GPS lần / ngày) đợc truyền đến ngời dùng thông qua sóng tải L1 L2 1.1.3 Đoạn sử dụng (User Segment): Đoạn sử dụng bao gồm tất máy móc, thiết bị để thu tín hiệu vệ tinh GPS phục vụ cho mục đích yêu cầu khác ngời sử dụng nh dẫn đờng biển, bầu trời, đất liền cho công tác Trắc địa Máy thu GPS phần cứng quan trọng đoạn sử dụng Nhờ tiến khoa học kỹ thuật mà máy GPS ngày đợc hoàn thiện Cùng với loại máy thu ngời ta sản xuất phần mềm phục vụ xử lý thông tin mà máy thu nhận đợc từ vệ tinh H ìn h 1.4 Quan hệ đoạn hệ thống GPS 1.2 Các đại lợng đo gps Việc định vị công nghệ GPS đợc dựa sở sử dụng hai đại lợng đo khoảng cách giả theo mã (C/A code P-code) pha sóng tải (L L2) 1.2.1 Đo khoảng cách giả theo mã (C/A code P- code) Sv Đỗ Hữu Hùng Trắc địa C_k50 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn trắc địa công trình C/A code P- code mã tựa ngẫu nhiên đợc phát từ vệ tinh với sóng tải, máy thu GPS tạo mã tựa ngẫu nhiên nh Bằng cách so sánh mã thu đợc từ vệ tinh mã máy thu tạo xác định đợc khoảng thời gian lan truyền tín hiệu từ vệ tinh đến máy thu từ tính đợc khoảng cách từ vệ tinh đến máy thu 1 0001 1 00 10 11 00 Mã vệ tinh tạo 1 0001 1 00 10 11 00 Mã máy thu thu 1 0001 1 00 10 11 00 t Mã máy thu tạo t Khi đó, khoảng cách từ vệ tinh đến máy thu đợc xác định theo công thức : R = C t Trong : R (1.1) - khoảng cách từ vệ tinh đến máy thu C - vận tốc truyền tín hiệu t - thời gian truyền tín hiệu Do đồng hồ máy thu đồng hồ thạch anh có độ xác 10 -4 nên gây sai số đồng hồ máy thu dT Đồng hồ vệ tinh có sai số dt, sinh sai số không đồng đồng hồ vệ tinh đồng hồ máy thu t Khi khoảng cách từ vệ tinh đến máy thu đợc tính theo công thức : R = + C t = + C ( dt - dT ) (1.2) Trong : khoảng cách hình học ( khoảng cách thực ) từ vệ tinh đến máy thu Sv Đỗ Hữu Hùng Trắc địa C_k50 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn trắc địa công trình Tín hiệu truyền từ vệ tinh đến máy thu qua tầng điên li tầng đối lu làm cho tốc độ truyền tín hiệu bị thay đổi gây sai số khoảng cách Khi khoảng cách từ vệ tinh đến máy thu đợc tính theo công thức : R = + C ( dt - dT ) + dion + dTrop Trong : (1.3) dion - sai số tầng điên li (ion) dTrop- sai số tầng đối lu (Trop) Do khoảng cách đo đợc từ vệ tinh đến máy thu có chứa sai số (sai số đồng hồ vệ tinh, đồng hồ máy thu, tầng điện li, tầng đối lu) nên gọi khoảng cách có lệch hay gọi khoảng cách giả Sai số đồng hồ vệ tinh thờng nhỏ thờng xuyên đợc đoạn điều khiển hiệu chỉnh (3lần/ ngày), sai số tầng điện li tầng đối lu đợc làm giảm cách dùng mô hình cải Do đó, trờng hợp yêu cầu độ xác không cao công thức biểu diễn khoảng cách giả đợc viết nh sau : R = - C dT (1.4) 1.2.2 Đo khoảng cách giả theo pha sóng tải Các sóng tải L1 , L2 đợc sử dụng cho việc định vị với độ xác cao Với mục đích ngời ta tiến hành đo hiệu số pha sóng tải máy thu nhận đợc từ vệ tinh pha tín hiệu máy thu tạo Gọi (t) pha phát từ vệ tinh thời điểm t , (T) pha truyền đến máy thu thời điểm T Hiệu pha đợc xác định theo công thức : (T-t) = (t) - (T) (1.5) T-t khoảng thời gian lan truyền tín hiệu từ vệ tinh đến máy thu Ta lập đợc phơng trình thời gian nh sau : T - t = dt - dT + ( - dion + dTrop ) C (1.6) Lại có quan hệ hiệu pha tần số (T-t) = -f ( T- t) Sv Đỗ Hữu Hùng (1.7) Trắc địa C_k50 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn trắc địa công trình Từ (1.5) (1.6) ta có : = [ f f + f.(dt - dT) - (-dion +dTrop )] C C (1.8) Đây phơng trình trị đo pha sóng tải, dấu trừ thể chậm pha Ta biết hiệu pha gồm phần chẵn chu kì N (số nguyên đa trị xác định đợc đo) phần lẻ pha Do hiệu pha công thức (1.8) đợc biểu diễn = N + (1.9) Kết hợp (1.8) (1.9) ta có : f = - f( dt - dT ) (-dion + dTrop) - N C (1.10) Nhân hai vế (1.10) với - = - C/f ta có phơng trình trị đo pha theo đơn vị dài : = + C (dt - dT) + N - dion + dTrop (1.11) Trong trị đo pha chứa sai số đồng hồ vệ tinh, đồng hồ máy thu, tầng điện li, tầng đối lu số nguyên đa trị N Các sai số đợc loại trừ làm giảm lập hiệu trị đo pha 1.3 Các phơng pháp định vị GPS ( phơng pháp đo ) Trong đo đạc GPS có hai phơng pháp định vị phơng pháp định vi tuyệt đối (absolute) phơng pháp định vị tơng đối (relative) 1.3.1 Phơng pháp định tuyệt đối 1.3.1.1 Nguyên lí định vị tuyệt đối Định vị tuyệt đối nguyên lí sử dụng nhât máy thu, thu tín hiệu vệ tinh, xác định tọa độ tơng đối (B,L,H X,Y,Z) hệ tọa độ WGS-84 Sv Đỗ Hữu Hùng 10 Trắc địa C_k50 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn trắc địa công trình Khi tính chuyển từ hệ tọa độ trắc địa Quốc tế lới GPS sang hệ tọa độ khu vực, cần phải đảm bảo yêu cầu : Bình sai lới GPS hệ tọa độ vuông góc phẳng theo phép chiếu Gauss (Ko = 1), có kinh tuyến trục Lo cách khu đo không 20 km Nếu sử dụng phép chiếu UTM độ (Ko = 0.9996) kinh tuyến trục cách khu đo giới hạn 160km đến 200km Nếu sử dụng phép chiếu UTM độ (Ko = 0.9999) kinh tuyến trục cách khu đo giới hạn 70km đến 110km Khi chọn phép chiếu Gauss phải sử dụng Ellipxoid Krasovxky, dùng phép chiếu UTM sử dụng Ellipxoid WGS 84 Elipxoid ton cu hệ tọa độ Elipxoid tham kho WGS-84 HN-72 Tham s Bán trc ln a(m) Bán trc nh b (m) zt Bình phng lch tâm th 6378137 6356752.3142 1/298.257223563 0.00669437999013 6378245 6356863.019 1/298.3 0.0066934216 nht e2 Bình phng lch tâm th 0.00673949674222 0.0067385254 hai e'2 Bng 3.1 Tham số hình học Thời gian đo GPS đợc sử dụng thời gian quốc tế UTC Khi muốn dùng Việt Nam phải tiến hành chuyển đổi (giờ Hà Nội = GPS + 7) 3.2.4 Lựa chọn phơng pháp đo, tính số ca đo lập kế hoạch đo Phơng pháp định vị GPS đợc thực sở sử dụng hai đại lợng đo đo khoảng cách giả đo pha sóng tải Dựa hai đại lợng đo ngời ta tạo hai phơng pháp định vị GPS là: định vị GPS tơng đối định vị Sv Đỗ Hữu Hùng 45 Trắc địa C_k50 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn trắc địa công trình GPS tuyệt đối Trong đo lới khống chế thi công ta chọn phơng pháp định vị tơng đối (đo tĩnh) để đạt độ xác cao, cỡ cm chí mm Số ca đo đợc tính theo công thức: n= m.s r (3.1) Trong đó: n - số ca đo m - số lần đặt máy trung bình điểm, giá trị m thờng quy định không nhỏ 1,6 s - số điểm lới r - số máy thu Trớc tiến hành đo cần phải lập kế hoạch đo ngoại nghiệp, công việc quan trọng, giúp hoàn thành thuận lợi nhiệm vụ thu thập số liệu, đảm bảo độ xác, nâng cao hiệu suất lao động Các vấn đề liên quan đến việc lập kế hoạch đo bao gồm : phơng tiện máy móc sử dụng để đo, phơng pháp đo cách tổ chức đo Lới GPS không cần thông hớng điểm đo nh lới truyền thống việc lập kế hoạch đo có điểm khác biệt Lập kế hoạch cụ thể xác định thời gian đo tối u, khoảng thời gian tối u sử dụng khoảng thời gian có số vệ tinh quan trắc đồng thời tối đa, có PDOP không vợt giá trị cho phép Đối với lới GPS thi công công trình công xác lập tiêu độ xác nh sau : - Giá trị PDOP - Thời gian ca đo: từ 45 ữ 60phút - Tần suất thu tín hiệu: ữ 15 giây Để lập lịch đo cần lập bảng dự báo vệ tinh nhìn thấy bao gồm nội dung: số hiệu, góc cao góc phơng vị vệ tinh, sơ đồ phân bố vệ Sv Đỗ Hữu Hùng 46 Trắc địa C_k50 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn trắc địa công trình tinh, nhóm vệ tinh quan trắc tốt nhất, thời gian đo tốt nhất, hệ số suy giảm độ xác vị trí không gian chiều Dựa vào số lợng máy thu, sơ đồ lới GPS thiết kế lịch vệ tinh để lập bảng điều độ công tác với nội dung: thời gian đo, số hiệu điểm trạm đo, tên trạm đo số hiệu máy thu Việc lập kế hoạch đo sử dụng chơng trình Quick plan phần mền GPSurvay 2.35 3.2.5 Lựa chọn phơng thức liên kết lới Do lới GPS không yêu cầu thông hớng điểm nên đồ hình lới GPS thiết kế linh hoạt hơn, nhng để đảm bảo cho công tác tăng dày lới ứng dụng điểm GPS cho mục đích thi công sau nên thiết kế cho điểm lới nhìn thông đến điểm khác Thiết kế đồ hình lới GPS chủ yếu dựa vào mục đích sử dụng, kinh phí, thời gian, nhân lực, loại hình, số lợng máy thu điều kiện đảm bảo hậu cần Căn vào mục đích sử dụng, thông thờng có phơng thức để thành lập lới: liên kết cạnh, liên kết điểm, liên kết lới, liên kết hỗn hợp cạnh điểm Còn liên kết hình sao, liên kết đờng chuyền phù hợp, liên kết chuỗi tam giác Lựa chọn phơng thức liên kết tuỳ thuộc vào độ xác công trình, điều kiện dã ngoại điều kiện máy thu GPS có Dới số dạng đồ hình liên kết: Sv Đỗ Hữu Hùng 47 Trắc địa C_k50 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn trắc địa công trình a.Đồ hình dạng liên kết điểm b.Đồ hình dạng liên kết cạnh c Đồ hình dạng liên kết cạnh - điểm Sv Đỗ Hữu Hùng 48 Trắc địa C_k50 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn trắc địa công trình d Đồ hình dạng liên kết chuỗi tam giác e Đồ hình dạng liên kết đờng chuyền f Đồ hình dạng liên kết hình Hình 3.2 Đồ hình dạng lới Sv Đỗ Hữu Hùng 49 Trắc địa C_k50 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn trắc địa công trình Để nâng cao chất lợng lới GPS Trắc địa công trình, thiết kế cần chọn đồ hình lới tạo thành số vòng khép không đồng vòng khép từ cạnh đo độc lập 3.2.6 Chọn điểm chôn mốc 3.2.6.1 Chọn điểm Khi chọn điểm ta phải tìm hiểu yêu cầu, mục đích nhiệm vụ, điều kiện tự nhiên xã hội khu đo, dựa vào thiết kế kỹ thuật đợc phê duyệt để tiến hành khảo sát, chọn điểm lới GPS trờng Vị trí điểm GPS đợc chọn phải thoả mãn yêu cầu sau: - Vị trí điểm chọn phải thuận tiện cho việc lắp đặt máy thu thao tác đo, vật cản xung quanh điểm đo có góc cao không 15 o (hoặc 20o) để tránh cản trở tín hiệu GPS 150o Máy thu GPS Hình 3.3 Gía trị góc ngỡng - Vị trí điểm đợc chọn phải phù hợp với yêu cầu thiết kế kỹ thuật, thuận lợi cho việc đo nối cho công tác đo đạc - Điểm chọn phải đợc đặt nơi có đất, đá ổn định, sử dụng đợc lâu dài an toàn đo đạc Sv Đỗ Hữu Hùng 50 Trắc địa C_k50 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn trắc địa công trình - Vị trí điểm chọn phải thuận tiện cho việc thu tín hiệu vệ tinh, tránh tợng nhiễu tín hiệu gần trạm phát sóng sai số đa đờng dẫn (Multipath) phản xạ tín hiệu từ địa vật xung quanh điểm đo Vị trí điểm chọn phải cách xa nguồn phát sóng vô tuyến công suất lớn (nh tháp truyền hình, trạm vi ba) lớn 200m cách xa cáp điện cao lớn 50m - Đi lại thuận tiện cho đo ngắm - Cần tận dụng mốc khống chế có chúng đảm bảo yêu cầu nêu Công tác chọn điểm phải tuân theo qui định sau: - Vẽ sơ đồ ghi điểm thực địa (kể điểm có mốc cũ) đảm bảo mẫu ghi điểm GPS - Tên điểm GPS đặt theo tên làng, tên núi, địa danh, tên đơn vị, công trình Khi tận dụng điểm cũ không đổi tên điểm Số hiệu điểm cần đợc biên tập tiện lợi cho máy tính - Khi điểm chọn cần đo nối thuỷ chuẩn, ngời chọn điểm phải khảo sát tuyến đo thuỷ chuẩn thực địa đề xuất kiến nghị - Khi tận dụng điểm cũ phải kiểm tra tính ổn định, hoàn hảo, tính an toàn phù hợp với yêu cầu điểm đo GPS 3.2.6.2 Chôn mốc Quy cách dấu mốc mốc điểm GPS cấp phải phù hợp với yêu cầu quy phạm hành Nhà nớc Điểm GPS cấp chôn mốc vĩnh cửu, chôn mốc đáy hố phải đổ gạch, sỏi đổ lớp bê tông lót Mốc đúc sẵn bê tông cốt thép theo quy cách Quy phạm hành Nhà nớc đem chôn, đúc trờng, lợi dụng đá, bê tông khoan gắn thêm dấu mốc trờng Sv Đỗ Hữu Hùng 51 Trắc địa C_k50 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn trắc địa công trình Hình 3.4 Cấu tạo mốc GPS 3.2.7 Thao tác đo đạc yêu cầu a Bố trí ăng ten - điểm bình thờng: ăng ten đợc lắp đặt lên giá ba chân trực tiếp dọi điểm tâm mốc, cân bọt thủy ống thủy tròn đế ăng ten - điểm đặc biệt: Khi ăng ten cần điểm đợc đặt đài (bệ) quan trắc, đài hồi quang dới tiêu ngắm điểm tam giác trớc tiên phải tháo dỡ phần tiêu ngắm để khỏi che chắn tín hiệu vệ tinh Lúc chiếu ngợc tâm dấu mốc lên đài quan trắc đài hồi quang để làm định tâm ăng ten Trong trờng hợp tháo dỡ phần cột tiêu ngắm ăng ten đặt bên trong, dới tiêu ngắm tín hiệu vệ tinh thu đợc gián đoạn ảnh hởng đến độ xác đo GPS Trờng hợp đo lệch tâm, điểm lệch tâm chọn cách điểm tam giác khoảng 100m, yếu tố quy tâm phải đợc xác định xác theo phơng pháp giải tích Vạch định hớng ăng ten phải hớng Bắc để ý đến góc từ thiên điểm đo để giảm phần lớn ảnh hởng độ lệch tâm pha Sai số định hớng ăng ten tuỳ thuộc yêu cầu độ xác định vị, nhng nói chung không đợc vợt 3o 5o Sv Đỗ Hữu Hùng 52 Trắc địa C_k50 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn trắc địa công trình Không nên đặt ăng ten thấp, thờng cách mặt đất m trở lên Sau đặt ăng ten cần đo chiều cao ăng ten ba vị trí cách 120 o, hiệu ba kết đo không đợc vợt mm Đo chiều cao ăng ten xác đến mm Phúc tra tên điểm ghi vào sổ đo, nối cáp điện ăng ten với máy, kiểm tra không sai khởi động máy b Khởi động máy thu tiến hành thu tín hiệu Sau đặt xong ăng ten, chọn vị trí cách ăng ten khoảng thích hợp để đặt máy thu GPS, dùng (dây) cáp điện nối máy thu với nguồn điện, ăng ten máy điều khiển, qua thời gian để nóng máy khởi động máy thu để thu tín hiệu Sau máy thu bắt đợc tín hiệu vệ tinh bắt đầu ghi số liệu, ngời đo thao tác máy theo sách hớng dẫn sử dụng máy Khi cha nắm vững hệ thống thao tác có liên quan không đợc tuỳ ý ấn phím máy đa số liệu vào Thông thờng trình thu số liệu tuyệt đối không đợc thay đổi tham số Nói chung công tác quan trắc ngoại nghiệp ngời sử dụng máy cần ý: - Sau xác nhận cáp điện nối nguồn cáp điện nối với ăng ten hoàn toàn sai ấn công tắc khởi động máy thu - Sau mở máy, thông qua tự kiểm, máy thu hiển thị thị liên quan bình thờng đa vào thông tin liên quan trạm máy ca đo - Sau máy thu bắt đầu ghi số liệu, cần ý kiểm tra số lợng vệ tinh quan trắc, số hiệu vệ tinh, sai số thô đo pha, kết định vị tức thời biến đổi nó, tình trạng dự trữ môi trờng ghi (ổ ghi) - Trong ca đo, không đợc phép tiến hành đóng khởi động trở lại, tự đo thử (trừ trờng hợp phát có cố), thay đổi góc cao vệ tinh, thay đổi vị trí ăng ten, thay đổi khoảng cách thời gian thu tín hiệu, ấn phím đóng xoá thông tin Sv Đỗ Hữu Hùng 53 Trắc địa C_k50 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn trắc địa công trình - Trong ca đo, thờng phải đo ghi yếu tố khí tợng ba lần: lúc bắt đầu, cuối ca đo Khi ca đo tơng đối dài cần tăng số lần đo ghi yếu tố khí tợng - Trong trình đo cần đặc biệt ý tình trạng điện Ngoài việc kiểm tra dung lợng ắc quy trớc đo, đo, ngời đo không đợc rời xa máy thu Khi nghe báo hiệu điện áp thấp phải kịp thời xử lý, không có hỏng số liệu thu đợc máy Khi ca đo tơng đối dài nên sử dụng pin mặt trời bình ắc quy ô tô - Chiều cao máy thu phải đo hai lần: lúc bắt đầu lúc kết thúc ca đo kịp thời ghi vào sổ đo đồng thời nhập vào máy - Trong trình đo không đợc sử dụng máy đàm gần máy thu, có sấm chớp, ma to phải tắt máy, ngừng đo thu cất ăng ten đề phòng sét đánh - Sau kiểm tra toàn công việc dự định thực trạm máy đợc thực quy định, việc ghi chép t liệu hoàn chỉnh, sai sót đợc dời trạm đo - Trong trình thu tín hiệu phải thờng xuyên kiểm tra dung lợng nhớ nhớ (đĩa cứng) Sau ngày đo phải kịp thời trút số liệu vào đĩa cứng, đĩa mềm để bảo quản chắn không bị Với máy thu 4600 LS có cấu tạo máy thu liền với ăng ten nên điểm đo ta tiến hành thao tác sau: - Đặt chân máy, lắp đế máy có phận định tâm quang học tiến hành dọi tâm quang học, cân đế máy bọt thủy tròn - Lắp cổ nối vào máy đặt lên đế máy định tâm - Đo cao ăng ten thớc đo cao chuyên dùng (đo chiều cao nghiêng), đọc số đến mm (chú ý đọc số phía đơn vị mét đơn vị phit) - Ghi sổ gồm nội dung sau: Tên điểm đo, chiều cao nghiêng đo đợc, thời gian bắt đầu đo, thời gian kết thúc đo, đo yếu tố khí tợng (nhiệt độ, độ Sv Đỗ Hữu Hùng 54 Trắc địa C_k50 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn trắc địa công trình ẩm, áp suất) Với phép định vị xác cao, tầng phải tiến hành đo điều kiện khí tợng thời điểm sau đây: lúc bắt đầu ca đo, ca đo lúc kết thúc ca đo - Bật máy thu theo dõi đèn thị để biết tình trạng hoạt động máy Khi lắp máy thu nên ý đa biểu tợng Trimble Logo (trên vỏ máy) hớng Bắc - Khi kết thúc đo nhẹ nhàng tắt máy (ấn công tắc đèn xanh tắt bỏ tay ấn) Chú ý cầm máy, tránh ấn vào công tắc bật máy thu trở lại - Kiểm tra toàn thiết bị đo di chuyển đến điểm khác theo kế hoạch định c Sau đo Sau kết thúc đo trạm, đo lại chiều cao ăng ten để kiểm tra Kiểm tra lại sổ đo, sổ đo cần ghi thông tin: - Tên công trình tên trạm máy - Ngày tháng số hiệu ca đo - Thời gian bắt đầu kết thúc - Chỉ số trạm đợc sử dụng cho tên tệp - Tên ngời đo - Số hiệu máy thu ăng ten - Độ cao ăng ten độ lệch vị trí (nếu có) - Số liệu khí tợng - Những vấn đề cần lu ý Sau ngày đo cần kịp thời chuyển số liệu vào máy tính để tránh số liệu, không đợc thực loại bỏ gia công số liệu 3.2.8 Xử lý số liệu Sv Đỗ Hữu Hùng 55 Trắc địa C_k50 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn trắc địa công trình 3.2.8.1 Tính vectơ cạnh.5 Kết qu o GPS có th x lý bng phn mm GPSurvey 2.35 hoc Trimble Geomatic Office hoc phn mm khác tính nng Khi giải cạnh, chấp nhận cạnh t li gii FIX, vi RATIO không nh hn Trong trờng hợp không t li gii FIX cần lu ý ti sai s a ng dn tín hiu (Multipath) Nu tính cnh chế độ t ng không t phi x lý cnh theo phơng pháp can thip, xử lý can thiệp cắt bỏ bớt vệ tinh có tình trạng xấu cắt bỏ bớt thời gian đo nhng không đợc 20% thời gian thu tín hiệu Ta gc dùng để tính vectơ cnh nên chn l tr bình sai ca ta h WGS - 84 ca im nh v theo phng pháp nh v im n (tuyt i) khong thi gian thu tín hiu ln hn 30 phút Để tính vectơ cạnh dùng trị đo sai phân bậc hai Trong ca đo đồng với nhiều máy thu, tính riêng vectơ cạnh, chọn vectơ cạnh độc lập tính theo cách xử lý nhiều vectơ cạnh Trong lới GPS chọn cạnh cho tạo thành vòng đo độc lập Sai số khép tơng đối toạ độ thành phần sai số khép tơng đối chiều dài vòng đo độc lập phải đảm bảo quy định: f X n m S f Y n m S f XYZ 3n m S Trong đó: f XYZ = f X2 + f Y2 + f Z2 ; n - số cạnh vòng đo độc lập Sv Đỗ Hữu Hùng 56 Trắc địa C_k50 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn trắc địa công trình mS - sai số đo cạnh GPS Sai số khép tơng đối giới hạn đợc tính theo công thức: 3n m S = [ D] T gh Với [ D ] - chu vi vòng khép 3.2.8.2 Bình sai lới GPS Khi lới đạt yêu cầu kiểm tra chất lợng, tiến hành bình sai lới Chơng trình bình sai lới phổ biến GPSurvey 2.35 Khi bình sai lới khống chế thi công, cần chọn Elipxoid chọn hệ toạ độ phẳng với phép chiếu thích hợp Đối với Trắc địa công trình, sử dụng Elipxoid Krasovski WGS 84 Để lập hệ toạ độ phẳng, sử dụng phép chiếu Gauss-Kruger UTM với kinh tuyến trục đợc lựa chọn để biến dạng tỷ lệ chiều dài nhỏ Khi xử lý số liệu lới khống chế thi công thành lập công nghệ GPS gặp số vấn đề sau: - Đa số hạng mục công trình đợc thiết kế hệ toạ độ giả định, toạ độ điểm lới khống chế thi công lại đợc xác định hệ toạ độ địa tâm WGS-84 - Có khác biệt chiều dài cạnh lới khống chế thi công thành lập công nghệ GPS so với chiều dài cạnh đo đợc bề mặt tự nhiên Trái đất Nh vậy, để sử dụng lới khống chế thi công thành lập công nghệ GPS cần phải tính chuyển toạ độ điểm đo GPS hệ toạ độ thi công công trình Muốn cần liên kết điểm cố định lới GPS với hệ toạ độ thi công công trình trị đo nối góc - cạnh độ xác cao trị đo GPS Số lợng điểm tối thiểu có toạ độ hai hệ toạ độ (điểm song trùng) điểm, số lợng điểm song trùng lớn điểm việc tính chuyển đợc Sv Đỗ Hữu Hùng 57 Trắc địa C_k50 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn trắc địa công trình thực theo nguyên lý số bình phơng nhỏ Khi tính chuyển toạ độ sử dụng thuật toán Helmert Aphin 3.2.9 Báo cáo kỹ thuật Sau kết thúc toàn công tác đo GPS, cần viết báo cáo tổng kết kỹ thuật với nội dung bao gồm: - Tình hình khu đo, điều kiện địa lý, tự nhiên - Nhiệm vụ đợc giao, tài liệu trắc địa có khu đo, mục địch đo yêu cầu độ xác - Đơn vị thi công đo đạc, thời gian bắt đầu đo, luận kỹ thuật, tình hình đội ngũ cán kỹ thuật, loại hình số lợng máy thu, tình trạng kiểm nghiệm, phơng pháp đo, tình trạng đo bổ sung, đo lại, hoàn cảnh đo, điểm trùng, khối lợng công việc ngày công - Tình trạng kiểm tra số liệu ngoại nghiệp, số liệu gốc, nội dung phơng pháp phần mềm hậu xử lý số liệu - Phân tích số liệu đo ngoại nghiệp tính toán kiểm tra thực địa - Tình hình thực phơng án chấp hành quy trình kỹ thuật - Vấn đề tồn thành giao nộp vấn đề cần phải thuyết minh - Các phụ lục kèm theo (bảng biểu, hình vẽ) Tài liệu cần phải giao nộp - Bản thiết kế kỹ thuật - Bản dự báo vệ tinh nhìn thấy kế hoạch đo - Ghi chép ngoại nghiệp (bao gồm đĩa mềm, CD) sổ đo ghi chép khác - Các tài liệu, bảng thành hình thành tính toán xử lý số liệu - Sơ đồ lới đo GPS Sv Đỗ Hữu Hùng 58 Trắc địa C_k50 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn trắc địa công trình - Báo cáo tổng kết kỹ thuật nghiệm thu thành - Tài liệu chọn điểm chôn mốc phù hợp với yêu cầu quy định 3.3 Thực nghiệm Sv Đỗ Hữu Hùng 59 Trắc địa C_k50