Đang tải... (xem toàn văn)
MỤC LỤC MỤC LỤC .............................................................................................................................1 MỞ ĐẦU ...............................................................................................................................3 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU GPS........................5 1.1. CẤU TRÚC CHUNG VỀ HỆ THỐNG GPS .........................................................6 1.1.1. Đoạn không gian..............................................................................................6 1.1.2. Đoạn điều khiển ...............................................................................................8 1.1.3. Đoạn sử dụng( User Segment).........................................................................9 1.2. NGUYÊN TẮC ĐỊNH VỊ VÀ CÁC TRỊ ĐO GPS ..............................................10 1.2.1. Nguyên tắc định vị GPS.................................................................................10 1.2.2. Các trị đo GPS ...............................................................................................10 1.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH VỊ GPS.................................................................12 1.3.1. Đo GPS tuyệt đối ...........................................................................................12 1.3.2. Đo GPS tương đối..........................................................................................14 1.4. CÁC PHƯƠNG THỨC LIÊN KẾT GPS .............................................................20 1.5. CÁC NGUỒN SAI SỐ TRONG ĐO GPS............................................................21 1.5.1. Sai số đoạn không gian ..................................................................................22 1.5.2. Sai số đoạn sử dụng .......................................................................................23 1.5.3. Sai số do người đo .........................................................................................24 CHƯƠNG 2: ĐẶC ĐIỂM ĐỐI VỚI LƯỚI KHỐNG CHẾ THI CÔNG TUYẾN ĐƯỜNG GIAO THÔNG ....................................................................................................................25 2.1. MỘT SỐ KHÁI NIỆM VỀ BỐ TRÍ CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG .....................25 2.1.1. Khái niệm chung................................................................................................25 2.2. MỘT SỐ YÊU CẦU CHUNG ĐỐI VỚI MẠNG LƯỚI THI CÔNG TUYẾN ĐƯỜNG GIAO THÔNG.................................................................................................27 2.2.1. Đặc điểm cấu trúc chung của tuyến đường giao thông.....................................27 2.2.2. Các dạng tuyến đường .......................................................................................28 2.2.3. Một số đặc điểm lưới thi công ...........................................................................30 2.2.4. Các dạng lưới khống chế thi công .....................................................................33 2.2.5. Yêu cầu độ chính xác công tác trong khảo sát và thiết kế công trình................35 2.3 PHÂN TÍCH CÁC PHƯƠNG PHÁP THÀNH LẬP LƯỚI.....................................39 2.3.1. Phương pháp thành lập lưới thi công truyền thống............................................39 2.3.2. Phương pháp thành lập lưới thi công bằng công nghệ GPS ..............................40 2.4. ƯỚC TÍNH LƯỚI THI CÔNG CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG DẠNG TUYẾN..44 2.4.1. Đối với lưới GPS hạng IV .................................................................................46 2.4.2. Đối với đường chuyền đa giác và kinh vĩ..........................................................47 2.4.3. Đảm bảo độ chính xác khi bố trí........................................................................48 2.4.4. Phương pháp ước tính độ chính xác lưới GPS thi công tuyến đường ...............49 2.5. LỰA CHỌN HỆ QUY CHIẾU ĐỐI VỚI CÁC MẠNG LƯỚI THI CÔNG ...........58 2.5.1. Chọn mặt chiếu ..............................................................................................58 2.5.2.Chọn múi chiếu...................................................................................................58 CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THỰC NGHIỆM ............................................................60 3.1. ĐẶC ĐIỂM KHU ĐO ..............................................................................................60 3.2. CÁC PHƯƠNG ÁN THÀNH LẬP LƯỚI ...............................................................61 3.2.1. Phương án đo đạc mặt đất..................................................................................61 3.2.2. Phương án sử dụng công nghệ GPS...................................................................62 3.3. THỰC NGHIỆM THIẾT KẾ LƯỚI GPS THI CÔNG TUYẾN ĐƯỜNG ..............63 3.3.1. Thiết kế đồ hình lưới GPS .................................................................................63 3.3.2. Đánh giá độ chính xác của phương án thiết kế..................................................64 3.4. PHƯƠNG ÁN THI CÔNG.......................................................................................66 Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp SV: Vũ Đức Thịnh 2 Lớp: Trắc Địa C – K57 3.4.1. Chọn điểm lưới GPS......................................................................................66 3.4.2. Chôn mốc lưới GPS ...........................................................................................67 3.4.3. Tổ chức đo đạc...................................................................................................68 KẾT LUẬN..........................................................................................................................73 TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................................74
Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp MỤC LỤC MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU GPS 1.1 CẤU TRÚC CHUNG VỀ HỆ THỐNG GPS 1.1.1 Đoạn không gian 1.1.2 Đoạn điều khiển 1.1.3 Đoạn sử dụng( User Segment) 1.2 NGUYÊN TẮC ĐỊNH VỊ VÀ CÁC TRỊ ĐO GPS 10 1.2.1 Nguyên tắc định vị GPS 10 1.2.2 Các trị đo GPS 10 1.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH VỊ GPS 12 1.3.1 Đo GPS tuyệt đối 12 1.3.2 Đo GPS tương đối 14 1.4 CÁC PHƯƠNG THỨC LIÊN KẾT GPS 20 1.5 CÁC NGUỒN SAI SỐ TRONG ĐO GPS 21 1.5.1 Sai số đoạn không gian 22 1.5.2 Sai số đoạn sử dụng 23 1.5.3 Sai số người đo 24 CHƯƠNG 2: ĐẶC ĐIỂM ĐỐI VỚI LƯỚI KHỐNG CHẾ THI CÔNG TUYẾN ĐƯỜNG GIAO THÔNG 25 2.1 MỘT SỐ KHÁI NIỆM VỀ BỚ TRÍ CƠNG TRÌNH GIAO THƠNG 25 2.1.1 Khái niệm chung 25 2.2 MỘT SỐ YÊU CẦU CHUNG ĐỐI VỚI MẠNG LƯỚI THI CÔNG TUYẾN ĐƯỜNG GIAO THÔNG 27 2.2.1 Đặc điểm cấu trúc chung tuyến đường giao thông 27 2.2.2 Các dạng tuyến đường 28 2.2.3 Một số đặc điểm lưới thi công 30 2.2.4 Các dạng lưới khống chế thi công 33 2.2.5 u cầu độ xác cơng tác khảo sát thiết kế cơng trình 35 2.3 PHÂN TÍCH CÁC PHƯƠNG PHÁP THÀNH LẬP LƯỚI 39 2.3.1 Phương pháp thành lập lưới thi công truyền thống 39 2.3.2 Phương pháp thành lập lưới thi công công nghệ GPS 40 2.4 ƯỚC TÍNH LƯỚI THI CƠNG CƠNG TRÌNH GIAO THƠNG DẠNG TUYẾN 44 2.4.1 Đối với lưới GPS hạng IV 46 2.4.2 Đối với đường chuyền đa giác kinh vĩ 47 2.4.3 Đảm bảo độ xác bố trí 48 2.4.4 Phương pháp ước tính độ xác lưới GPS thi cơng tuyến đường 49 2.5 LỰA CHỌN HỆ QUY CHIẾU ĐỐI VỚI CÁC MẠNG LƯỚI THI CÔNG 58 2.5.1 Chọn mặt chiếu 58 2.5.2.Chọn múi chiếu 58 CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN THỰC NGHIỆM 60 3.1 ĐẶC ĐIỂM KHU ĐO 60 3.2 CÁC PHƯƠNG ÁN THÀNH LẬP LƯỚI 61 3.2.1 Phương án đo đạc mặt đất 61 3.2.2 Phương án sử dụng công nghệ GPS 62 3.3 THỰC NGHIỆM THIẾT KẾ LƯỚI GPS THI CÔNG TUYẾN ĐƯỜNG 63 3.3.1 Thiết kế đồ hình lưới GPS 63 3.3.2 Đánh giá độ xác phương án thiết kế 64 3.4 PHƯƠNG ÁN THI CÔNG 66 SV: Vũ Đức Thịnh Lớp: Trắc Địa C – K57 Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp 3.4.1 Chọn điểm lưới GPS 66 3.4.2 Chôn mốc lưới GPS 67 3.4.3 Tổ chức đo đạc 68 KẾT LUẬN 73 TÀI LIỆU THAM KHẢO 74 SV: Vũ Đức Thịnh Lớp: Trắc Địa C – K57 Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp MỞ ĐẦU Việt Nam quốc gia đường phát triển mạnh mẽ lên hoà nhập với cộng đồng giới Nhà nước nhân dân ta không ngừng xây dựng sở hạ tầng, nâng cấp cải tạo tuyến đường giao thông nhằm đáp ứng nhu cầu vận tải lưu thơng hàng hố cho phù hợp nhiệm vụ hàng đầu chiến lược chung Đảng nhà nước ta Giao thơng hệ thống cơng trình giao thơng xem “mạch máu” quốc gia Hệ thống giao thơng có vai trị quan trọng có ý nghĩa định đến phát triển kinh tế đất nước đồng thời nhịp cầu giao lưu kinh tế, văn hóa, trị vùng, quốc gia toàn giới Giao thơng cịn đảm bảo ổn định cơng tác an ninh, quốc phòng quốc gia Do vấn đề xây dựng mở rộng hệ thống đường giao thông để đáp ứng kịp thời nhu cầu pháp triển đất nước nhiệm vụ hàng đầu Khi xây dựng cơng trình giao thơng, cơng nghệ GPS ứng dụng nhiều nhằm đảm bảo cho việc thi cơng tuyến đường đạt độ xác cao nhất, đồng thời đảm bảo cho việc nâng cấp,sửa chữa,quản lý dễ dàng thuận tiện Xuất phát từ yêu cầu thực tế nói thời gian làm đồ án tốt nghiệp em nhận đề án tốt nghiệp là:” Thiết kế lưới khống chế thi công mặt phục vụ công tác thi công tuyến đường cơng nghệ GPS” Nội dung đề tài thể chương: Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU GPS Chương 2: CHƯƠNG 2: ĐẶC ĐIỂM ĐỐI VỚI LƯỚI KHỐNG CHẾ THI CÔNG Chương 3: TÍNH TỐN THỰC NGHIỆM LƯỚI KHỐNG CHẾ THI CÔNG BẰNG CÔNG NGHỆ GPS SV: Vũ Đức Thịnh Lớp: Trắc Địa C – K57 Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Với tInh thần làm việc nghiêm túc nổ lực phấn đấu thân hướng dẫn tận tình thầy giáo TS Nguyễn Việt Hà thầy cô giáo mơn Trắc Địa Cơng Trình thuộc khoa Trắc Địa Bản Đồ & Quản Lý Đất Đai, đồ án hoàn thành thời hạn Nhưng hạn chế thời gian trình độ nên đồ án tốt nghiệp tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận đóng góp ý kiến thầy giáo, cô giáo khoa trắc địa Em xin chân thành cảm ơn Hà Nội tháng năm 2017 Sinh viên thực Vũ Đức Thịnh SV: Vũ Đức Thịnh Lớp: Trắc Địa C – K57 Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU GPS Từ năm 60 kỷ 20, Cơ quan Hàng Không Vũ Trụ (NASA) với Quân đội Hoa Kỳ tiến hành chương trình nghiên cứu, phát triển hệ thống dẫn đường định vị xác vệ tinh nhân tạo Hệ thống định vị dẫn đường vệ tinh hệ hệ thống TRANSIT Hệ thống có vệ tinh, hoạt động theo nguyên lý Doppler Hệ TRANSIT sử dụng thương mại vào năm 1967 Một thời gian ngắn sau TRANSIT bắt đầu ứng dụng trắc địa Việc thiết lập mạng lưới điểm định vị khống chế toàn cầu ứng dụng sớm giá trị hệ TRANSIT Định vị hệ TRANSIT cần thời gian quan trắc lâu mà độ xác đạt cỡ 1m Do trắc địa hệ TRANSIT phù hợp với công tác xây dựng mạng lưới khống chế cạnh dài Nó khơng thoả mãn ứng dụng đo đạc thơng dụng đo đạc đồ, cơng trình dân dụng Tiếp sau thành công hệ TRANSIT, hệ thống định vị vệ tinh hệ thứ hai đời có tên NAVSTAR-GPS (Navigation Satellite Timing And Ranging - Global Positioning System) gọi tắt GPS Hệ thống bao gồm 24 vệ tinh phát tín hiệu, bay quanh trái đất theo quỹ đạo xác định Độ xác định vị hệ thống nâng cao chất so với hệ TRANSIT Nhược điểm thời gian quan trắc khắc phục.Một năm sau phóng vệ tinh thử nghiệm NTS-2 (Navigation Technology Sattellite ), giai đoạn thử nghiệm vận hành hệ thống GPS bắt đầu với việc phóng vệ tinh GPS mẫu " Block I " Từ năm 1978 ữ 1985 có 11 vệ tinh Block I phóng lên quỹ đạo Hiện hầu hết số vệ tinh thuộc Block I hết thời hạn sử dụng Việc phóng vệ tinh hệ thứ II (BlockII) bắt đầu vào năm 1989 Sau giai đoạn 24 vệ tinh triển khai quĩ đạo nghiêng 550 so với mặt phẳng xích đạo trái đất với chu kỳ gần 12 độ cao xấp xỉ 12.600 dặm (20.200 km) Loại vệ tinh Block IIR thiết kế thay vệ tinh SV: Vũ Đức Thịnh Lớp: Trắc Địa C – K57 Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Block II bắt đầu phóng vào năm 1995 Cho đến có 32 vệ tinh hệ thống GPS hoạt động quĩ đạo Với chương trình đại hóa hệ thống GPS, ngày 25/9/2005 Nasa bắt đầu phóng vệ tinh hệ 2RM1 - vệ tinh có khả truyền tín hiệu nhiều dải tần số nâng cao khả cạnh tranh hệ thống GPS [trang web www.trimble.com] Mặc dù GPS thiết kế ban đầu nhằm sử dụng cho mục đích quân sự, ngày ứng dụng rộng rãi hoạt động kinh tế, xã hội đặc biệt ngành trắc địa đồ cách mạng thực kỹ thuật, chất lượng hiệu kinh tế tồn giới Cùng có tính tương tự với hệ thống GPS hoạt động có hệ thống GLONASS Nga (nhưng khơng thương mại hoá rộng rãi) hệ thống tương lai cạnh thị trường với hệ thống GPS hệ thống GALIEO Cộng Đồng Châu Âu 1.1 CẤU TRÚC CHUNG VỀ HỆ THỐNG GPS 1.1.1 Đoạn không gian Đoạn không gian gồm 24 vệ tinh chuyển động mặt phẳng quỹ đạo (mỗi mặt phẳng có vệ tinh), nghiêng với mặt phẳng xích đạo Trái đất góc khoảng 550 Vệ tinh có độ cao cỡ 20200km so với bề mặt Trái đất chuyển động quỹ đạo gần tròn với chu kỳ 718 phút Do phân bố vệ tinh mà thời điểm nào, vị trí Trái đất quan trắc vệ tinh SV: Vũ Đức Thịnh Lớp: Trắc Địa C – K57 Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Hình 1.1 Chuyển động vệ tinh quỹ đạo Chương trình đưa vệ tinh lên quỹ đạo chia làm khối (Block) Các vệ tinh khối sau có trọng lượng tuổi thọ lớn Năng lượng cung cấp cho hoạt động thiết bị vệ vệ tinh lượng pin mặt trời Mỗi vệ tinh trang bị đồng hồ nguyên tử độ xác cao (cỡ 10-12) Tất vệ tinh GPS có thiết bị tạo dao động với tần số chuẩn sở f0= 10,23 MHz Dựa f0 thiết bị tạo hai tần số sóng tải L1 L2: L1= 154.f0= 1575,42 MHz (Bước sóng λ1=19.032cm) L2= 120.f0= 1227,60 MHz (Bước sóng λ2= 24.420cm) Các sóng tải L1, L2 thuộc dải sóng cực ngắn, với tần số lớn tín hiệu bị ảnh hưởng tầng điện ly tầng đối lưu Để phục vụ cho mục đích khác nhau, tín hiệu phát điều biến loại code: + C/A - code (Coarse/Acquisition code) code thô sử dụng rộng rãi C/A code có tính chất code tựa ngẫu nhiên Tín hiệu mang code có tần số thấp (1,023 MHz) C/A code điều biến sóng tải L1 Chu kỳ C/A code miligiây, chứa 1023 bite, vệ tinh phát C/A code khác + P - code (Precision code) code xác sử dụng cho mục đích quân Mỹ dùng cho mục đích khác phía Mỹ cho SV: Vũ Đức Thịnh Lớp: Trắc Địa C – K57 Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp phép P - code điều biến hai sóng tải L1 L2, có độ dài cỡ 1014 bite code tựa ngẫu nhiên Tín hiệu P – code có tần số tần số chuẩn f0 (10,23 MHz), tương ứng với bước sóng 29,3m Mỗi vệ tinh gán đoạn code này, khó bị giải mã để sử dụng khơng phép + Y - code code bí mật phủ lên P – code nhằm chống bắt chước, gọi kỹ thuật AS (Anti Spoosing) Chỉ có vệ tinh thuộc khối từ sau năm 1989 (khối 2) có khả này.Ngồi tần số trên, vệ tinh GPS cịn trao đổi với trạm điều khiển mặt đất qua tần số 1783,74 MHz 2227,5 MHz để truyền thông tin đạo hàng lệnh điều khiển tới vệ tinh Tất code khởi tạo lại sau tuần lễ GPS vào nửa đêm thứ chủ nhật, tuần lễ GPS đơn vị thời gian lớn sử dụng công nghệ GPS 1.1.2 Đoạn điều khiển Hình 1.2 Sơ đồ bố trí trạm điều khiển Đoạn điều khiển thiết lập để trì hoạt động toàn hệ thống định vị GPS Đoạn gồm trạm điều khiển trung tâm (MCS) đặt không quân Mỹ gần Colorado spings trạm theo dõi đặt mặt đất là: Hawaii (Thái Bình Dương), Assension island (Đại Tây Dương), SV: Vũ Đức Thịnh Lớp: Trắc Địa C – K57 Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Diego garcia (Ấn Độ Dương), Kwajalein (Thái Bình Dương) Vai trò đoạn điều khiển quan trọng khơng theo dõi vệ tinh mà cịn liên tục cập nhật xác thơng tin đạo hàng, đảm bảo độ xác cho cơng tác định vị GPS 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 người sử dụng dẫn đường 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 hoàn thiện Cùng với loại máy thu người ta sản xuất phần mềm phục vụ xử lý thông tin mà máy thu nhận từ vệ tinh Hình 1.3: Máy Trimble 4600 LS SV: Vũ Đức Thịnh Lớp: Trắc Địa C – K57 Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất 1.2 Đồ án tốt nghiệp NGUYÊN TẮC ĐỊNH VỊ VÀ CÁC TRỊ ĐO GPS 1.2.1 Nguyên tắc định vị GPS Việc định vị GPS thực sở phương pháp giao hội cạnh không gian Từ vệ tinh khơng gian (đã có tọa độ) khoảng cách từ máy thu đến vệ tinh ta xác định vị trí khơng gian máy thu Trong thơng số vệ tinh cung cấp khoảng cách từ máy thu đến vệ tinh xác định dựa sở hai đại lượng đo, đo khoảng cách giả theo code tự ngẫu nhiên (C/Acode P-code) đo pha sóng tải (L1và L2) 1.2.2 Các trị đo GPS 1.2.2.1 Đo khoảng cách giả theo C/A-code P-code Đo khoảng cách giả tức xác định khoảng cách từ máy thu đến vệ tinh, khoảng cách đo khoảng cách thực, xác Do khơng đồng đồng hồ vệ tinh máy thu, ảnh hưởng mơi trường lan truyền tín hiệu (máy thu đến vệ tinh) Vệ tinh Máy thu GPS Do sai số đồng hồ máy thu sai số lan truyền sóng Do sai số đồng hồ vệ tinh Tín hiệu máy thu Tín hiệu vệ tinh Thời gian lan truyền sóng cộng sai số đồng hồ Hình: 1.4 sơ đồ đo khoảng cách giả theo C/A-code P-code Khoảng cách giả xác định cách: Máy thu GPS thu code tự ngẫu nhiên phát từ vệ tinh với sóng tải đem so sánh với code SV: Vũ Đức Thịnh 10 Lớp: Trắc Địa C – K57 ... nghiệp là:” Thi? ??t kế lưới khống chế thi công mặt phục vụ công tác thi công tuyến đường công nghệ GPS? ?? Nội dung đề tài thể chương: Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU GPS Chương 2:... TOÀN CẦU GPS Chương 2: CHƯƠNG 2: ĐẶC ĐIỂM ĐỐI VỚI LƯỚI KHỐNG CHẾ THI CƠNG Chương 3: TÍNH TỐN THỰC NGHIỆM LƯỚI KHỐNG CHẾ THI CÔNG BẰNG CÔNG NGHỆ GPS SV: Vũ Đức Thịnh Lớp: Trắc Địa C – K57 Trường... GPS Khi thi? ??t kế đồ hình lưới, vào mục đích sử dụng, thơng thường có phương thức thành lập lưới. : liên kết điểm, liên kết cạnh, liên kết lưới, liên kết hỗ trợ cạnh điểm Ngồi cịn có liên kết hình