Thành lập lưới khống chế thi công công trình thủy điện bằng công nghệ GPS

Mục Lục LỜI MỞ ĐẦU 5 CHƯƠNG 1 7 HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU GPS 7 1.1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU (GPS) 7 1.1.1. Cấu trúc chung của hệ thống định vị toàn cầu (GPS) 7 1. Đoạn không gian (Space Segment) 7 2. Đoạn điều khiển (Control Segment) 9 3. Đoạn sử dụng (User Segment) 10 1.1.2. Nguyên lý định vị GPS 10 1.1.3.Các đại lượng đo GPS 12 1.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO GPS 13 1.2.1. Phương pháp đo GPS tuyệt đối 13 1. Nguyên lý đo GPS tuyệt đối 13 1.2.2. Phương pháp đo GPS tương đối 15 1.3. CÁC LOẠI SAI SỐ TRONG KẾT QUẢ ĐO GPS 16 1.3.1. Sai số đồng hồ 16 1.3.2. Sai số quỹ đạo vệ tinh. 17 1.3.3. Sai số do tầng điện li và tầng đối lưu. 17 1.3.4. Sai số do nhiễu tín hiệu 18 1.3.5. Các sai số khác 18 1.4. MỘT SỐ ỨNG DỤNG GPS TRONG TRẮC ĐỊA CÔNG TRÌNH 18 1.4.1 Nội dung chủ yếu của trắc địa công trình 18 1.4.2. Ứng dụng GPS trong đo đạc, thành lập bản đồ địa hình 19 1.4.3. Ứng dụng GPS trong thi công xây dựng công trình 21 1.4.3.1. Đối với lưới khống chế thi công cầu vượt 21 1.4.3.2. Đối với lưới khống chế thi công công trình đầu mối thủy lợithủy điện 22 1.4.3.3. Đối với lưới khống chế thi công công trình công nhiệp 22 1.4.3.4. Đối với lưới khống chế thi công công trình ngầm 22 1.4.4. Ứng dụng GPS trong quan trắc chuyển dịch biến dạng công trình 24 1.5. THIẾT KẾ KỸ THUẬT ĐO GPS 25 1.5.1. Thiết kế gốc của lưới GPS 25 1.5.2. Một số khái niệm về kết cấu và điều kiện đặc trưng của lưới GPS 26 1.5.2.1.Khái niệm về kết cấu đồ hình lưới GPS 26 1.5.2.2.Điều kiện đặc trưng lưới GPS 27 1.5.2.3. Lựa chọn cấu hình đồng bộ và đường đáy độc lập lưới GPS 28 1.5.3.Thiết kế đồ hình lưới GPS 29 1.5.3.1. Liên kết điểm 30 1.5.3.2. Liên kết cạnh 30 1.5.3.3 Liên kết lưới 31 1.5.3.4. Liên kết hỗn hợp cạnh điểm 31 1.5.3.5. Liên kết chuỗi tam giác 31 1.5.3.6. Liên kết lưới đường chuyền 32 1.5.3.7. Liên kết hình sao 32 1.5.4. Phương pháp ước tính độ chính xác vị trí mặt bằng điểm lưới GPS 34 CHƯƠNG 2 37 CÔNG TÁC TRẮC TRONG XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH THỦY ĐIỆN 37 2.1. GIỚI THIỆU VỀ CÔNG TRÌNH THỦY ĐIỆN A LƯỚI 37 2.1.1. Tổng quan về công trình thủy điện A lưới 37 2.2. ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU CỦA CÔNG TRÌNH THỦY ĐIỆN 39 2.3.CÔNG TÁC TRẮC ĐỊA ĐẢM BẢO THI CÔNG CÔNG TRÌNH THỦY ĐIỆN 41 2.3.1. Xây dưng hệ thống lưới thi công công trình 41 2.3.2. Bố trí công trình đầu mối 42 2.4. XÁC ĐỊNH YÊU CẦU ĐỘ CHÍNH XÁC LƯỚI KHỐNG CHẾ THI CÔNG CÔNG TRÌNH THỦY ĐIỆN 43 2.4.1. Nhiệm vụ 43 2.4.2. Yêu cầu 43 2.4.3. Xác định cấp hạng và tiêu chuẩn kỹ thuật lưới 44 1. Xác định cấp hạng của lưới thi công công trình thủy điện 44 2. Lựa chọn hệ quy chiếu lưới thi công công trình thủy điện 45 3. Quy định bố trí các hạng mục công trình 48 2.4.4. Xác định độ chính xác lưới tam giác thủy công thủy điện A Lưới 49 2.5. XỬ LÍ SỐ LIỆU LƯỚI THI CÔNG CÔNG TRÌNH THỦY ĐIỆN A LƯỚI 51 2.5.1 Xử lí số liệu bằng phần mềm TBC 51 1.Cấu trúc của phần mềm TBC 51 2. Tạo một project mới 52 3. Nhập dữ liệu đo GPS 53 Hình 2.9: Hộp thoại hiển thị file 54 2.5.2. Phép chuyển đổi hệ tọa độ Helmert 59 CHƯƠNG 3 61 ĐO ĐẠC THỰC NGHIỆM CÔNG TRÌNH THỦY ĐIỆN A LƯỚI 61 3.1. ĐO ĐẠC NGOẠI NGHIỆP 61 3.1.1. Sơ đồ lưới và vị trí các mốc khống chế thi công 61 1. Sơ đồ lưới 61 2. Chọn điểm và xây dựng mốc 61 3.1.2. Máy móc và thiết bị đo 64 3.1.3. Quy trình thu tín hiệu vệ tinh 64 3.1.4. Xử lý số liệu và tính toán bình sai 64 3.1.5. Đo nối hệ tọa độ 65 3.1.6. Tính chuyển về hệ tọa độ công trình 65 3.2. KẾT QUẢ TÍNH TOÁN TỌA ĐỘ SAU BÌNH SAI 66 3.2.1. Tuyến đập 66 3.2.2. Tuyến năng lượng 66 3.2.3. Kết quả tính tọa độ sau khi bình sai 66 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO 73 PHỤ LỤC 1 74

Mục Lục

LỜI MỞ ĐẦU 5

CHƯƠNG 1 7

HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU GPS 7

1.1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU (GPS) 7

1.1.1 Cấu trúc chung của hệ thống định vị toàn cầu (GPS) 7

1 Đoạn không gian (Space Segment) 7

2 Đoạn điều khiển (Control Segment) 9

3 Đoạn sử dụng (User Segment) 10

1.1.2 Nguyên lý định vị GPS 10

1.1.3.Các đại lượng đo GPS 12

1.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO GPS 13

1.2.1 Phương pháp đo GPS tuyệt đối 13

1 Nguyên lý đo GPS tuyệt đối 13

1.2.2 Phương pháp đo GPS tương đối 15

1.3 CÁC LOẠI SAI SỐ TRONG KẾT QUẢ ĐO GPS 16

1.3.1 Sai số đồng hồ 16

1.3.2 Sai số quỹ đạo vệ tinh 17

1.3.3 Sai số do tầng điện li và tầng đối lưu 17

1.3.4 Sai số do nhiễu tín hiệu 18

1.3.5 Các sai số khác 18

1.4 MỘT SỐ ỨNG DỤNG GPS TRONG TRẮC ĐỊA CÔNG TRÌNH 18

1.4.1 Nội dung chủ yếu của trắc địa công trình 18

1.4.2 Ứng dụng GPS trong đo đạc, thành lập bản đồ địa hình 19

1.4.3 Ứng dụng GPS trong thi công xây dựng công trình 21

1.4.3.1 Đối với lưới khống chế thi công cầu vượt 21

-1.4.3.2 Đối với lưới khống chế thi công công trình đầu mối thủy lợi-thủy điện 22

1.4.3.3 Đối với lưới khống chế thi công công trình công nhiệp 22

1.4.3.4 Đối với lưới khống chế thi công công trình ngầm 22

1.4.4 Ứng dụng GPS trong quan trắc chuyển dịch biến dạng công trình 24 1.5 THIẾT KẾ KỸ THUẬT ĐO GPS 25

1.5.1 Thiết kế gốc của lưới GPS 25

-1.5.2 Một số khái niệm về kết cấu và điều kiện đặc trưng của lưới GPS- 26 1.5.2.1.Khái niệm về kết cấu đồ hình lưới GPS 26

1.5.2.2.Điều kiện đặc trưng lưới GPS 27

1.5.2.3 Lựa chọn cấu hình đồng bộ và đường đáy độc lập lưới GPS 28

1.5.3.Thiết kế đồ hình lưới GPS 29

1.5.3.1 Liên kết điểm 30

1.5.3.2 Liên kết cạnh 30

1.5.3.3 Liên kết lưới 31

1.5.3.4 Liên kết hỗn hợp cạnh điểm 31

1.5.3.5 Liên kết chuỗi tam giác 31

1.5.3.6 Liên kết lưới đường chuyền 32

1.5.3.7 Liên kết hình sao 32

-1.5.4 Phương pháp ước tính độ chính xác vị trí mặt bằng điểm lưới GPS -

34 CHƯƠNG 2 37

CÔNG TÁC TRẮC TRONG XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH THỦY ĐIỆN 37

2.1 GIỚI THIỆU VỀ CÔNG TRÌNH THỦY ĐIỆN A LƯỚI 37

2.1.1 Tổng quan về công trình thủy điện A lưới 37

2.2 ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU CỦA CÔNG TRÌNH THỦY ĐIỆN 39

-2.3.CÔNG TÁC TRẮC ĐỊA ĐẢM BẢO THI CÔNG CÔNG TRÌNH THỦY ĐIỆN 41

2.3.1 Xây dưng hệ thống lưới thi công công trình 41

2.3.2 Bố trí công trình đầu mối 42

-2.4 XÁC ĐỊNH YÊU CẦU ĐỘ CHÍNH XÁC LƯỚI KHỐNG CHẾ THI CÔNG CÔNG TRÌNH THỦY ĐIỆN 43

2.4.1 Nhiệm vụ 43

2.4.2 Yêu cầu 43

2.4.3 Xác định cấp hạng và tiêu chuẩn kỹ thuật lưới 44

1 Xác định cấp hạng của lưới thi công công trình thủy điện 44

2 Lựa chọn hệ quy chiếu lưới thi công công trình thủy điện 45

3 Quy định bố trí các hạng mục công trình 48

2.4.4 Xác định độ chính xác lưới tam giác thủy công thủy điện A Lưới 49 -2.5 XỬ LÍ SỐ LIỆU LƯỚI THI CÔNG CÔNG TRÌNH THỦY ĐIỆN A LƯỚI.- 51 2.5.1 Xử lí số liệu bằng phần mềm TBC 51

1.Cấu trúc của phần mềm TBC 51

2 Tạo một project mới 52

3 Nhập dữ liệu đo GPS 53

Hình 2.9: Hộp thoại hiển thị file 54

2.5.2 Phép chuyển đổi hệ tọa độ Helmert 59

CHƯƠNG 3 61

ĐO ĐẠC THỰC NGHIỆM CÔNG TRÌNH THỦY ĐIỆN A LƯỚI 61

3.1 ĐO ĐẠC NGOẠI NGHIỆP 61

3.1.1 Sơ đồ lưới và vị trí các mốc khống chế thi công 61

1 Sơ đồ lưới 61

2 Chọn điểm và xây dựng mốc 61

3.1.2 Máy móc và thiết bị đo 64

3.1.3 Quy trình thu tín hiệu vệ tinh 64

3.1.4 Xử lý số liệu và tính toán bình sai 64

3.1.5 Đo nối hệ tọa độ 65

3.1.6 Tính chuyển về hệ tọa độ công trình 65

3.2 KẾT QUẢ TÍNH TOÁN TỌA ĐỘ SAU BÌNH SAI 66

3.2.1 Tuyến đập 66

3.2.2 Tuyến năng lượng 66

3.2.3 Kết quả tính tọa độ sau khi bình sai 66

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 72

TÀI LIỆU THAM KHẢO 73

PHỤ LỤC 1 74

so với phương pháp truyền thống.

Hệ thống định vị GPS được ứng dụng rộng rãi trong trắc địa công trình như:trắc địa công trình giao thông - thủy lợi - thủy điện, trắc địa công trình thành phố vàcông nghiệp Trong đó, hệ thống định vị GPS được áp dụng để xây dựng các côngtrình: thủy điện, cầu, hầm, đường giao thông và nhà cao tầng…

Công tác trắc địa trong xây dựng công trình thủy điện đóng một vai trò cực

kỳ quan trọng trong suốt quá trình khảo sát, thiết kế, thi công và sử dụng công

trình Quá trình học tập, nghiên cứu với sự hướng dẫn của thầy TS Lê Đức Tình,

em tiến hành làm đồ án tốt nghiệp với đề tài:

“ Thành lập lưới khống chế thi công công trình thủy điện bằng công nghệ GPS ”.

Nội dung của đề tài gồm 3 chương như sau:

Chương 1: Hệ thống định vị toàn cầu GPS

Chương 2: Công tác trăc địa trong xây dựng công trình thủy điện

Chương 3: Đo đạc thực nghệp công trình thủy điện A Lưới.

Sau một thời gian học hỏi nghiên cứu và đặc biệt được sự giúp đỡ nhiệt tìnhcủa thầy giáo TS Lê Đức Tình, cùng với các thầy giáo trong khoa trắc địa và bộmôn trắc địa công trình đến nay em đã hoàn thành nội dung của bản đồ án Mặc dùbản thân có nhiều cố gắng nhưnng do kinh nghiệm và kiến thức chuyên môn nên

không tránh khỏi sai sót, rất mong được sự góp ý của các thầy cô giáo và các bạnđồng nghiệp để bản đồ án được hoàn thiện hơn

Em xin trân thành cảm ơn!

Hà Nội, tháng 6 năm 2017 Sinh viên thực hiện

Nguyễn Trọng Nam

CHƯƠNG 1

HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU GPS

1.1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU (GPS)

1.1.1 Cấu trúc chung của hệ thống định vị toàn cầu (GPS)

Hệ thống định vị toàn cầu GPS gồm 3 phần cấu thành 3 đoạn (Segment):

- Đoạn không gian (Space Segment).

- Đoạn điều khiển (Control Segment).

- Đoạn sử dụng (User Segment).

Hình 1.1 Cấu trúc của hệ thống định vị toàn cầu

1 Đoạn không gian (Space Segment)

Bao gồm các vệ tinh chuyển động trên 6 mặt phẳng quỹ đạo ở độ cao khoảng20.200km Mặt phẳng quỹ đạo nghiêng với mặt phẳng xích đạo trái đất một góc 550

Vệ tinh GPS chuyển động trên quỹ đạo gần như là tròn với chu kỳ 718 phút Hệthống gồm 24 vệ tinh (Hình 1.1), mỗi quỹ đạo có 4 vệ tinh

Với sự phân bố quỹ đạo trên vệ tinh như vậy, ở bất kỳ thời gian nào cũng cóthể quan sát được ít nhất 4 vệ tinh GPS Tất cả các vệ tinh đều có thiết bị dao độngvới tần số chuẩn cơ sở là f0 =10.23 MHz Tần số này còn gọi là tần số chuẩn củađồng hồ nguyên tử, với độ chính xác cỡ 10-12 Từ tần số cơ sở f0 thiết bị sẽ tạo ra 2tần số sóng tải L1 và L2.

Bảng 1.1 Tần số của các song tải L1 và L2

- Các sóng tải L1, L2 thuộc dải sóng cực ngắn

- Để phục vụ các mục đích và các đối tượng khác nhau Các tín hiệu phát đi

được điều biến mang theo các code riêng biệt, đó là C/A-code và P-code.

Mỗi vệ tinh đều truyền hai tần số dùng cho công việc định vị là tần số1575.42 MHz và tần số 1227.60 MHz Hai sóng mang này gọi là L1 và L2, rấtmạch lạc và được điều chế bởi những tín hiệu khác nhau

Sóng mang L1 được điều chế bằng cả 2 mã (Mã-C/A và Mã –P hoặc Mã Y),trong khi sóng mang L2 chỉ bao gồm một Mã-P hoặc Mã Y

Các mã được điều chế trên sóng mang bằng cách giản đơn có ý thức Nếu mã

có trị số -1 thì phase sóng mang đổi 1800, còn nếu mã số có trị số +1 thì phase sóngmang giữ nguyên không đổi

Cả hai sóng mang đều mang thông tin vệ tinh (Satellite message) cần phát

dưới dạng một dòng dữ liệu được thiết kế ở tần số thấp (50Hz) để thông báo tớingười sử dụng tình trạng và vị trí của vệ tinh Các dữ liệu này sẽ được các máy thugiải mã và dùng vào việc xác định vị trí của máy theo thời gian thực

Hình 1.2 Quỹ đạo của vệ tinh Hình 1.3 Các loại tín hiệu của vệ tinh GPS

2 Đoạn điều khiển (Control Segment)

HHình 1.4 Các trạm điều khiển của hệĐoạn điều khiển được thiết lập để duy trì hoạt động của toàn bộ hệ thốngđịnh vị toàn cầu này.Trạm điều khiển trung tâm được đặt tại căn cứ không quân

của Mỹ gần Colorado springs Trạm điều khiển trung tâm này có nhiệm vụ vụ chủ

yếu trong giai đoạn điều khiển, cập nhật thông tin đạo hang truyền đi từ vệ tinh.Cùng phối hợp hoạt động điều khiển với trạm trung tâm là hệ thống hoạt động

kiểm tra (Openratonal Control System viết tắt là OCS) bao gồm 4 trạm theo dõi (monitoring stations) phân bố quanh Trái đất Đó là các trạm Hawaii (Thái Bình Dương), Ascension Islands (Đại Tây Dương), Diego Garcia (Ấn Độ Dương), và

Kwajalein (Tây Thái Bình Dương).

Lưới trắc địa đặt trên 4 trạm được xác định bằng phương pháp giao thoađường đáy dài (VLBI) Trạm trung tâm làm nhiệm vụ tính toán lại tọa độ của các

vệ tinh theo số liệu của 4 trạm theo dõi thu được từ vệ tinh Sau tính toán các sốliệu được gửi từ trạm trung tâm tới 3 trạm hiệu chỉnh số liệu và từ đó gửi tiếp tớicác vệ tinh Như vậy, trong vòng 1 giờ các vệ tinh đều có một số liệu đã được hiệuchỉnh để phát cho các máy thu

3 Đoạn sử dụng (User Segment)

Phần sử dụng bao gồm các máy thu tín hiệu từ vệ tinh trên đất liền, máy bay

và tàu thủy Các máy thu này phân làm hai loại: máy thu 1 tần số và máy thu 2 tần

số Máy thu 1 tần số chỉ nhận được các mã phát đi với sóng mang L1 Các máy thu

2 tần số được cả 2 sóng mang L1 và L2 Các máy thu 1 tần số phát huy tác dụngtrong đo tọa độ tuyệt đối với độ chính xác 10m và tọa độ tương đối với độ chínhxác từ 1÷5cm trong khoảng cách nhỏ hơn 50km Với khoảng cách lớn hơn 50km

ellipsoid a=6378137.0 và =1:29825722.

1.1.2 Nguyên lý định vị GPS

Công tác định vị GPS được thực hiện theo 2 nguyên tắc cơ bản là định vị

tuyệt đối và định vị tương đối

Định vị tuyệt đói là sử dụng một máy thu để xác định tọa độ điểm đặt máytrong hệ tọa độ WGS-84

-Kỹ thuật “tựa khoảng cách”- định vị tuyệt đối:

t – Thời gian sóng đi từ vệ tinh tới máy thu

– Số hiệu chỉnh thời gian

- Định vị tương đối là sử dụng ít nhất 2 máy thu để xác định vị trí tương đốigiữa các điểm đồng thời đặt máy thu

- Định vị tương đối – xác định pha của sóng mang L1, L2:

S = N + (1.2)Trong đó,

Hình 1.5 Hình ảnh một số các loại máy thu GPS hiện đại

1.1.3.Các đại lượng đo GPS

1.Trị đo khoảng cách giả theo C/A-code và P-code

Code tựa ngẫu nhiên được phát đi từ vệ tinh cùng với sóng tải, máy thu GPScũng tạo ra Code tựa ngẫu nhiên đúng như vậy Bằng cách so sánh Code thu được

từ vệ tinh và Code của máy thu, có thể xác định được thời gian lan truyền củ tínhiệu Code

Từ đây, dễ dàng tính được khoảng cách từ vệ tinh đến máy thu (đúng hơn làanten máy thu) Do có sự không đồng bộ giữa đồng hồ của vệ tinh và đồng hồ củamáy thu cùng với sự ảnh hưởng của môi trường lan truyền của tín hiệu nên khoảngcách tính được thời gian đo không phải là khoảng cách thực giữa vệ tinh và máythu, người ta gọi là khoảng cách giả.

2.Trị đo pha sóng tải

Tất cả các vệ tinh đều có thiết bị dao động với tần số chuẩn cơ sở là f0 =10.23 MHz Tần số này còn gọi là tần số chuẩn của đồng hồ nguyên tử, với độchính xác cỡ 10-12 Từ tần số cơ sở f0 thiết bị sẽ tạo ra 2 tần số sóng tải L1 và L2 Cácsóng tải L1 và L2 được sử dụng cho việc định vị với độ chính xác cao (ở bảng 2.1)

Với mục đích này, người ta tiến hành đo hiệu số giữa pha của sóng tải domáy thu nhận được từ vệ tinh và pha của tín hiệu do máy thu tạo ra Hiệu số pha domáy thu đo được ta kí hiệu là Khi đó ta có thể viết:

= (1.7)

Trong đó:

R - khoảng cách giữa vệ tinh và máy thu

λ-bước sóng của sóng tải

N- số nguyên lần bước sóng λ chứa trong R

t- sai số không đồng bộ giữa đồng hồ vệ tinh và của máy thu

N- gọi là số nguyên đa trị, và thường không được biết trước mà cần phải xácđịnh trong quá trình đo

1.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO GPS

1.2.1 Phương pháp đo GPS tuyệt đối

1 Nguyên lý đo GPS tuyệt đối

Đo GPS tuyệt đối là trường hợp sử dụng máy thu GPS để xác định ngay ra

tọa độ của điểm quan sát trong hệ thống tọa độ WGS-84 Đó có thể là các thànhphần tọa độ vuông góc trong không gian (X, Y, Z) hoặc các thành phần tọa độ mặtcầu (B, L, H) Hệ thống tọa độ WGS-84 là hệ thống tọa độ cơ sở của hệ thống GPS,tọa độ vệ tinh cũng như của điểm quan sát đều được lấy theo hệ thống tọa độ này.

Theo kỹ thuật này chúng ta có thể xác định tọa độ với độ chính xác 10m.Nếu kết quả trên được gửi tới trạm điều khiển trung tâm, chúng ta có được tọa độtuyệt đối mặt đất với độ chính xác 1m Sở dĩ độ chính xác được tăng lên đáng kể vìmáy thu được lịch vệ tinh dự báo, còn ở trạm điều khiển trung tâm có lịch vệ tinhchính xác Qua đây, chúng ta thấy tọa độ tuyệt đối các điểm mặt đất được xác định

có độ chính xác kém phương pháp DOPPLER Sở dĩ như vậy vì vệ tinh của hệthống GPS có độ cao gấp đôi hệ thống DOPPLER.Tọa độ tuyệt đối với độ chínhxác 10m của hệ thống GPS chỉ dùng để đáp ứng 2 mục đích:

+ Đạo hàng (định vị cho các đối tượng chuyển động như tàu biển, máy bay,

…)

+ Cung cấp tọa độ gần đúng cho phương pháp đo tọa độ tương đối GPS

2 Phương pháp đo vi phân (DGPS)

Thường người sử dụng máy thu GPS có nhu cầu định vị với độ chính xác cỡ(đêximet đến chục met) Nhưng với chế độ can thiệp SA thì hệ thống GPS chỉ cho

độ chính xác định vị hạn chế cỡ 100m và trong chu kỳ khoảng 10 phút Do vậy tốc

độ cập nhật số hiệu chỉnh cần thực hiện trong khoảng 10 giây hoặc ngắn hơn đểgiảm sai số do nhiễu SA xuống cỡ 2m Để tháo gỡ sự khống chế này, các nhân viên

kỹ thuật và các nhà sản xuất máy thu GPS đã đưa ra 1 phương pháp đo gọi là GPS

vi phân

Trong đo GPS vi phân không chỉ khắc phục được nhiễu cố ý SA mà còngiảm thiểu được nhiều nguồn sai số liên quan đến vệ tinh, về vấn đề này có thểtham khảo số liệu trong bảng 1.3:

Bảng 1.3 So sánh ảnh hưởng của các nguồn sai số trong định vị tuyệt đối và DGPS

(m) (m)

Hiện nay người ta thường sử dụng kỹ thuật định vị vi phân diện hẹp và kỹthuật vi phân định vị vi phân diện rộng

Theo phương pháp này cần có một máy thu GPS có khả năng phát tín hiệu

vô tuyến được đặt tại điểm có tọa độ đã biết (nó thường được gọi là máy cố định),đồng thời có máy khác (được gọi là máy di động) đặt ở vị trí cần xác định tọa độ

Cả máy cố định và máy di động cần đồng thời tiến hành thu tín hiệu từ các vệ tịnhnhư nhau

1.2.2 Phương pháp đo GPS tương đối

1 Phương pháp đo tĩnh

Phương pháp đo tĩnh được dùng để xác định hiệu tọa độ ( hay vị trí tươnghỗ) giữa 2 điểm xét với độ chính xác cao, thường là để nhằm đáp ứng yêu cầu củacông tác trắc địa - địa hình

Đây là phương pháp đạt được độ chính xác cao nhất tong việc định vị tươngđối bằng GPS, có thể cỡ xentimet, thậm chí milimet ở khoảng cách giữa 2 điểm xéttới hàng chục và hàng trăm kiloomet Nhược điểm của phương pháp này là thờigian đo phải kéo dài tới hàng giờ, do vậy năng xuất đo thường không cao

Hiện nay đo tương đối tĩnh được sử dụng vào các mục đích sau: đo đạc trênphạm vi các quốc gia, đo phạm vi trong nước, đo các lưới khống chế khu vực, đokhống chế ảnh, đo địa chính và đo biến dạng…

2 Phương pháp đo động

Trong định vị tương đối động, 1 máy thu được đặt ở 1 điểm đã biết tọa độ Acủa 1 cạnh đáy cố định Máy thu thứ 2 được di chuyển và vị trí của nó sẽ được xácđịnh trong mọi thời điểm bất kỳ Trong phương pháp định vị tương đối tĩnh đòi hỏi

các vệ tinh chuyển động trên bầu trời, còn trong phương pháp định vị tương đốiđộng không cần đến yêu cầu này.

Phương pháp đo động cho phép đạt độ chính xác định vi tương đối khôngthua kém so với phương pháp đo tĩnh Song nó lại đòi hỏi khá ngặt nghèo về thiết

bị và tổ chức đo để đảm bảo yêu cầu về đồ hình phân bố, cũng như tín hiệu của vệtinh

3 Phương pháp đo giả động

Phương pháp đo giả động cũng cho phép xác định vị trí tương đối của hàng loạtđiểm so với điểm đã biết trong khoảng thời gian khá nhanh, nhưng độ chính xácđịnh vị không cao bằng phương pháp đo động

Yêu cầu nhất thiết của phương pháp này là phải có được ít nhất 3 vệ tinhchung cho cả 2 lần đo tại mỗi điểm quan sát

Phương pháp này có thể đạt độ chính xác dưới cm, song phải đòi hỏi hỏi thayđổi đồ hình vệ tinh Phương pháp này sử dụng để đo khống chế ảnh, đo lưới khôngchế cấp thấp và đo đạc mỏ

1.3 CÁC LOẠI SAI SỐ TRONG KẾT QUẢ ĐO GPS

Hệ thống định vị toàn cầu thực chất dựa trên cở sở giao hội không gian cáckhoảng cách đo được từ máy thu đến vệ tinh có tọa độ đã biết khoảng cách đođược là hàm của thời gian và tốc độ lan truyền tín hiệu trong không gian giữa vệtinh và máy thu Vì vậy kết quả đo GPS chịu ảnh hưởng trực tiếp của các sai số cuả

vệ tinh, của máy thu, của môi trường lan truyền tín hiệu và các nguồn sai số khác.Các nguồn sai số đó có tính chất hệ thống và tính ngẫu nhiên ảnh hưởng đến kếtquả đo GPS

Dưới đây là một số sai số ảnh hưởng tới kết quả đo GPS:

1.3.1 Sai số đồng hồ

Đây là sai số của đồng hồ trên vệ tinh, đồng hồ trên máy thu và sự khôngđồng bộ của chúng

Đồng hồ trên vệ tinh là đồng hồ nguyên tử, độ chính xác cao nhưng khôngphải hoàn toàn không có sai số trong đó, sai số hệ thống lớn hơn sao số ngẫu nhiênrất nhiều nhưng có thể dùng mô hình để cải chính sai số hệ thống, do đó sai số ngẫunhiên trở thành chỉ tiêu quan trọng để đánh giá độ chính xác của đồng hồ khi 2 trạm

đo tiến hành quan sát động bộ đối với vệ tinh thì ảnh hưởng của sai số đồng hồ vệtinh đối với trị đo của hai trạm là như nhau Với v = 3.108 m/s, nếu đồng hồ nguyên

tử có sai số 10-7s thì sai số tương ứng của khoảng cách là 30m

Đồng hồ trên máy thu là đồng hồ thạch anh Cùng một máy thu, khi quantrắc đồng thời nhiều vệ tinh thì sai số máy thu có ảnh hưởng như nhau đối với cáctrị đo tương ứng và các sai số đồng hồ của các máy thu có thể coi là độc lập vớinhau Nếu đồng hồ thahj anh có sai số 10-4 s thì sai số của khoảng cách là 30.000m

Trong định vị GPS tương đối, sử dụng các sai phân bậc 1, 2 , 3 có thể loại trừhoặc giảm thiểu của sai số đồng hồ trong kết quả đó

1.3.2 Sai số quỹ đạo vệ tinh.

Chuyển động của vệ tinh trên quỹ đạo không tuân thủ nghiêm ngặt theo địnhluật Kepler do có nhiều tác động nhiễu như: Tính không đồng nhất của trọngtrường trái đất, ảnh hưởng của sức hút mặt trăng, mặt trời và của các thiên thể khác,sức cản của khí quyển, áp lực của bức xạ mặt trời, …

Vị trí tức thời của vệ tinh chỉ có thể xác định theo mô hình chuyển độngđược xây dựng trên cơ sở các số liệu quan sát từ các trạm có độ chính xác cao trênmặt đất thuộc phần điều khiển của hệ thống GPS và đương nhiên có chứa sai số

Sai số vị trí của vệ tinh ảnh hưởng gần như trọn vẹn tới sai số xác định tọa độcủa điểm quan trắc đơn riêng biệt, nhưng lại được loại trừ đáng kể trong kết quảđịnh vị tương đối giữa hai điểm

1.3.3 Sai số do tầng điện li và tầng đối lưu.

Được phát đi từ vệ tinh ở độ cao 20200 km xuống tới máy thu trên mặt đất,các tín hiệu vô tuyến phải xuyên qua tầng điện ly và tầng đối lưu Tốc độ lan truyềntín hiệu tăng tỉ lệ thuận với mật độ điện tử tự do trong tầng điện ly và tỉ lệ nghịch

với bình phương tần số của tín hiệu.

Tầng đối lưu được tính từ mặt đất tới độ cao 50km và tầng điện ly ở độ cao

từ 50÷10000km Tín hiệu truyền từ vệ tinh qua tầng điện ly, tầng đối lưu đến máythu, bị khúc xạ và thay đổi tốc độ lan truyền

Ảnh hưởng của tầng điện ly sẽ được loại trừ bằng cách đáng kể bằng cách

sử dụng hai tần số tải khác nhau Chính vì thế, để đảm bảo định vị với độ chính xáccao người ta sử dụng máy thu GPS 2 tần số Xong khi 2 điểm quan sát ở gần nhauthì ảnh hưởng nhiễu xạ do hai tần số kết hợp sẽ lớn hơn so với 2 tần số kết hợp sẽlớn hơn so với một tần số và do vậy nên sử dụng máy thu 1 tần số cho trường hợpđịnh vị ơ khảng cách ngắn Ảnh hưởng của tầng điện ly vào ban đêm sẽ nhỏ hơn tới

5 ÷ 6 lần so với ban ngày Để giảm thiểu sai số do tầng điện ly thường dùng máythu hai tần số, dùng mô hình hiệu chỉnh hoặc dùng hiệu các trị đo đồng bộ

Để làm giảm ảnh hưởng của tầng điện ly và tầng đối lưu người ta quy địnhchỉ quan sát độ cao vệ tinh ở độ cao từ 15˚ trở lên so với mặt phẳng trân trời

1.3.4 Sai số do nhiễu tín hiệu

Ăngten của máy thu không chỉ thu tín hiệu di thẳng vệ tinh tới mà còn nhậncác tín hiệu phản xạ tư mặt đất và môi trường xung quanh Sai số do hiện tượngnày được gây ra gọi là sai số do nhiễu xạ tín hiệu vệ tinh Để làm giảm sai số này,các nhà chế tạo máy thu không ngừng hoàn thiện cấu tạo của cả máy thu và ăngten

Khắc phục sai số do nhiễu tín hiệu; không thu tín hiệu khi trời đầy mây, đangmưa, không đặt máy thu ở dưới các rặng cây

1.3.5 Các sai số khác

+ Sai số do ảnh hưởng tự xoay của trái đất

+ Sai số do triều tịch của trái đất

+ Sai số do hiệu ứng của thuyết tương đối

+ Sai số vị trí của máy thu

+ Sai số vị trí tâm pha của awngten

Cần xem xét và tìm biện pháp giảm ảnh hưởng của các nguồn sai số nàytrong định vị chính xác cao.

1.4 MỘT SỐ ỨNG DỤNG GPS TRONG TRẮC ĐỊA CÔNG TRÌNH

1.4.1 Nội dung chủ yếu của trắc địa công trình

Dựa vào đối tượng phục vụ, nội dung của trắc địa công trình bao gồm: trắcđịa công trình đường bộ, trắc địa công trình cầu vượt, trắc địa công trình ngầm, trắcđịa công trình thủy lợi-thủy điện, trắc địa công trình đường dây tải điện, đường ốngdẫn dầu, trắc địa công trình sân bay, bến cảng…

Công tác trắc địa phục vụ các loại công trình khác nhau đều có đặc điểm vàyêu cầu riêng, nhưng về cơ bản lại có nhiều điểm chung Vì vậy công tác trắc địa

có thể không phân chia theo chủng loại công trình mà theo tuần tự các giai đoạnthiết kế quy hoạch, giai đoạn thi công xây dựng và giai đoạn quản lý và vận hànhcông trình

a- Công tác trắc địa trong giai đoạn thiết kế quy hoạch công trình: chủ yếu là đođạc, thành lập bản đồ địa hình các loại tỷ lệ khác nhau để cung cấp cho thiết kế quyhoạch

b- Công tác trắc đại trong giai đoạn thi công xây dựng công trình: chủ yếu làchuyển bản thiết kế công trình ra thực địa để đựa vào đó mà tiến hành thi công.Công việc đó gọi là bố trí công trình và bao gồm thành lập lưới khống chế thi công

và định tuyến , định dạng công trình Ngoài ra, có khi còn đo đạc để lắp đặt thiết bị,

đo hoàn công và đo biến dạng

c- Công tác trắc địa trong giai đoạn quản lý vận hành công trình: chủ yếu là quantrắc chuyển dịch, biến dạng công trình Trong đó gồm quan trắc lún, quan trắc dịchchuyển ngang, quan trắc độ nghiêng, độ vặn xoắn, độ dao động của công trình

1.4.2 Ứng dụng GPS trong đo đạc, thành lập bản đồ địa hình

Trong trắc địa công trình, tùy thuộc giai đoạn thiết kế, mức độ phức tạp củađịa vật địa hình, mật độ các đường ống, dây dẫn mà thường sử dụng bản đồ tỷ lệ1:10000, 1:5000, 1:2000, 1:1000, 1:500 với khoảng cao đều khác nhau

- Yêu cầu độ chính xác vị trí mặt bằng thường được quy định:

+ Sai số giới hạn vị trí diểm của lưới khống chế đo vẽ so với điểm của lưới cấp caohơn không vượt quá 1,2 mm trên bản đồ

+ Sai số giới hạn vị trí điểm địa vật quan trọng so với điểm khống chế đo vẽ gầnnhất không vượt quá 1,4 mm trên bản đồ

- Yêu cầu độ chính xác độ cao thường được quy định:

+ Sai số độ cao điểm chi tiết không vượt quấ ¼ khoảng cao đều ở vùng bằng vàkhông dược vượt quá 1/3 khoảng cao đều ở vùng địa hình dốc

Đối với bản đồ đại hình công trình thường chọn khoảng cao đều:

h = 0,5 m cho tỷ lệ bản đò là 1:500,1:1000 ở đông bằng và vùng có độ dốcđịa hình γ < 60

Có nhiều phương pháp đo đạc, thành lập bản đồ tỷ lệ lướn nhưng quy trình

cơ bản vẫn bao gồm: lập lưới khống chế và đo vẽ chi tiêt

Do đó nghiên cứu ứng dụng công nghê GPS để thành lập lưới khống chế còn

có nhiều ưu điểm nổi bật: chọn điểm linh hoat hơn, không cần dựng tiêu vì khôngcần nhình thông giữa các điểm, đo nhanh hơn và có thể đo cả ngày lẫn đêm, độchính xác cao nên từ đó cho kết quả cao hơn

Ở nước ta hiên nay, ứng dụng GPS để thành lập lưới khống chế phục vụ cho

đo vẽ bản đồ đã trở thành phổ biến

Với các chỉ tiêu kỹ thuật hiện hành về độ chính xác như đã nêu trên thì GPSđộng có thế thay thế các phương pháp truyền thống để đo vẽ chi tiêt,thành lập bản

đồ địa hình tỷ lệ lớn Trong ứng dụng này, ưu điểm của công nghê GPS thể hiện ởchỗ:

- Giảm thiểu nhân lực đo ngoài thực địa:

Với một trạm tĩnh có thể đo với số trạm di dộng không hạn chế,không cầnngười ghi sổ,người vẽ sơ đồ

- Tăng năng suất lao động, giảm thời gian làm việc ở thực địa:

Với khả năng đo chi tiết ở khoảng cách lớn, ít phải chuyển trạm máy tĩnhnên tốc độ đo nhanh Với 1 máy đo, người đo có thể đạt đến 1000 điểm đo trong 1ngày ở 1 vùng quang đãng

- Tăng độ tin cậy của số liệu đo:

Tự động đo và ghi số liệu nên không nhầm lẫn do người đóc số và ghi sổ.Việc xác định tính chất điểm đo được tiến hành bằng cách mã hóa trực tiếp tại điểm

đo nên rất cụ thể, ít sai sót

- Hiệu quả kinh tế cao:

Với khoảng cách trung bình 3-5km có một điểm thuộc lưới khống chế hạngIII thì không cần tăng dày và thành lập lưới khống chế đo vẽ mà có thể trực tiếpứng dụng kỹ thuật đo GPS động để đo và thành lập bản đồ địa hình tỷ lê lớn Một

số đánh giá ở nước ngoài cho thấy giảm 50%-80% chi phi nhân công 25%-50% giátrị sản phẩm bản đồ

1.4.3 Ứng dụng GPS trong thi công xây dựng công trình

Nội dung chủ yếu của công tác trắc địa trong giai đọan thi công xây dựngcông trình chủ yếu là bố trí công trình, trong đó bao gồm thành lập lưới khống chếthi công, bố trí trục chính, trục phụ trợ và bố trí chi tiết từng phần của công trình

Xuất phát từ hạn sai xây dựng tức dung sai hoàn công công trình so với thiết

kế để xác định yêu cầu chính xác của bố trí công trình

Sai số thục tế khi hoàn công bao gồm sai số thi công (sai số chế tạo cấukiện,sai sô thi công lắp đặt…) và sai số bố trí (sai số của lưới khống chế,sai số bốtrí trục chính, trục phụ trợ ,từng phần…)

Sau khi xác định được yêu cầu độ chính xác bố trí công trình, có thể dựa vàođiều kiện thành lập lưới khống chế thi công và điều kiện bố trí chi tiết công trình

mà xác lập quan hệ tỷ lệ giữa sai số của lưới khống chế thi công và sai số bố trí: từ

đo ước tính độ chính xác cần thiết của lưới khống chế thi công

Sau đây sẽ nêu ra độ chính xác cần thiết của lưới khống chế thi công một sốloại công trình tiêu biểu

1.4.3.1 Đối với lưới khống chế thi công cầu vượt

Nhiệm vụ chủ yếu của lưới khống chế thi công cầu vượt là xác định chiềudài cầu và bố trí trụ cầu Trong đó yêu cầu độ chính xác bố trí trụ cầu thường caohơn yêu cầu độ chính xác xác định chiều dài cầu vượt

Thường yêu cầu sai số trung phương tâm trụ cầu trên hướng trục cầu khôngvượt quá 2cm Để sai số của lưới khống chế thi công ảnh hưởng không đáng kể đốivới độ chính xác bố trí tâm trụ cầu thì sai số trung phương vị trí điểm lưới khốngchế thi công cầu không được vượt quá ±8mm

1.4.3.2 Đối với lưới khống chế thi công công trình đầu mối thủy lợi-thủy điện

Nhiều tài liệu về lĩnh vực này quy định sai số trung phương vị trí điểm được

bố trí trên công trình này không được lớn hơn ±(10-20)mm Tương tự, để sai sốđiểm lưới khống chế thi công ảnh hưởng không đáng kể đến độ chính xác của điểmđược bố trí thì sai số trung phương vị trí điểm lưới khống chế thi công công trìnhđầu mối thủy lợi- thủy điện không vượt quá ±8mm

1.4.3.3 Đối với lưới khống chế thi công công trình công nhiệp

Lưới khống chế thi công công trình công nghiệp thường chia làm 2 cấp Cấpđầu tiên khi ứng dụng công nghệ truyền thống, thường đươc thành lập dưới dạnglưới ô vuông (chữ nhật) có chiều dài cạnh trung bình khoảng 200m phủ trùm toàn

bộ khu vực xây dựng công trình Dựa vào lưới đó để bố trí trục chính các nhàxưởng ảnh hưởng đến khoảng cách giữa chúng, nhưng khoảng cách này tương đốilớn yêu cầu độ chính xác không cao lắm

Đối với khu vực công nghiệp, yêu cầu cao nhất là hạn sai lắp đặt đường ống

áp lực Đường ống áp lức có kết cấu đặc biệt ở đầu nối đoạn ống nên có yêu cầucao với độ chính xác bố trí Xuất phát từ yêu cầu độ lệch hướng ngang cho phép ởchỗ đoạn nối ống là δ = 2,0mm có thể phân tích và đi đến kết luận: sai số trungphương tương đố của cạnh lưới khống chế thi công công trình công nghiệp khôngvượt quá 1:20.000

1.4.3.4 Đối với lưới khống chế thi công công trình ngầm

Đối với đường hầm có độ dài không quá 4km được đào đối hướng từ 2 cửahầm thì sai sô trung phương hướng ngang đào thông hầm không được vượt quá

±50mm Trong trường hợp này, sẽ có 3 nguồn sai số của công tác trắc địa ảnhhưởng đến độ chính xác hướng đào thông hầm

- Sai số hướng ngang của khống chế trắc địa trên mặt đất ,ký hiệu m1;

- Sai số hướng ngang của 2 tuyến đường chuyền nhánh trong hầm, ký hiệu4

m và m5 Theo nguyên tắc ảnh hưởng bằng nhau, ta có:

1 4 5

50 29 3

m m m   mm

Đó là độ chính xác cân thiết của lưới khống chế mặt bằng trên mặt đất mà ýnghĩa cụ thể là sai số hướng ngang vị trí tương hỗ giữahai điểm khống chế ở haicửa hầm

Ứng dụng công nghệ truyền thống để thành lập lưới khống chế mặt bằng trênmặt đất thì hai điểm cửa hầm không bao giờ được liên hệ trực tiếp với nhau bởi mộtcạnh đo mà phải thông qua các điểm trung gian

Ứng dụng công nghệ GPS thì 2 điểm cửa hầm luôn được liên hệ trực tiếp vớinhau bởi 1 cạnh và phương vị đo của cạnh ấy Đó chính là ưu điểm nổi bật khi ứngdụng GPS trong trắc địa công trình ngầm

Dùng các máy thu GPS một tần số hiện đại, định vị tương đối tĩnh với một ca

đo thì sai số trung phương của cạnh được tính theo công thức:

2 2

5 (1 )

D

m   D (1.8)

Khi D = 5km, ta có m D  7,1mm

Sai số trung phương vị trí điểm bằng sai số trung phương đo cạnh

Trong trường hợp sử dụng số máy thu nhiều hơn 2 và các điểm lưới GPSđược liên kết chặt chẽ hơn thì độ chính xác vị trí điểm còn cao hơn

Đối chiếu với yêu cầu độ chính xác của lưới khống chế thi công bốn loạicông trình tiêu biểu đã nêu trên, ta thấy hoàn toàn có thể ứng dụng công nghệ GPS

để thành lập lưới khống chế thi công xây dựng công trình

Tuy nhiên, để bố trí chi tiết công trình thì công nghệ truyền thống và toànđạc điện tử hiện đại vẫn tiện lợi và có hiệu quả cao

Ứng dụng GPS để chuyển trục công trình lên cao sẽ không phải chừa các lỗthủng trên các sàn như khi dung máy chiếu đứng quang học và có thể chuyển trụclên các độ cao không hạn chế với độ chính xác gần như đồng đều cho các sàn vớinhững độ cao khác nhau

1.4.4 Ứng dụng GPS trong quan trắc chuyển dịch biến dạng công trình

Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác của quan trắc chuyển dịch, biếndạng công trình Trong đó, các yếu tố cơ bản nhất là sự phân bố các điểm quan trắc,

độ chính xác và chu kỳ quan trắc, thời gian quan trắc trong mỗi chu kỳ Yêu cầu độchính xác quan trắc chuyển dịch, biến dạng tùy thuộc vào giá trị biến dạng chophép của công trình và mục đích quan trắc biến dạng

Trong quan trắc biến dạng các công trình công nghiệp và dân dụng thì nộidung chủ yếu là quan trắc độ lún của nền móng và độ nghiêng của bản than côngtrình Nếu quy định độ nghiêng cho phép của công trình là α = 4% của chiều caocông trình thì đối với một công trình cao 30m, giá trị lệch cho phép chiếu của điểmđỉnh công trình phải nhỏ hơn 1/20 giá trị lệch cho phép thì m = ±6 mm và cũngtheo quan điểm cần phải nâng cao chỉ tiêu độ chính xác nên cuối cùng sai số trungphương đo phải là ± 2 mm

Trong quan trắc chuyển dịch ngang các đập thủy điện cũng tùy thuộc điềukiện địa chất khu vực và kết cấu đập mà yêu cầu sai số trung phương quan trắckhông được vượt quá 1- 5mm.

Trừ các công trình có yêu cầu độ chính xác cực cao trong thi công xây dựngnhư nhà máy gia tốc hạt nhân, trong trắc địa công trình, quan trắc chuyển dịch biếndạng công trình có yêu cầu chính xác cao nhất Tùy thuộc mục đích quan trắcchuyển dịch biến dạng, loại hình và kết cấu công trình, điều kiện địa chất nền móngcông trình mà yêu cầu độ chính xác quan trắc có thể đến mm

Ở nước ngoài, theo các tài liệu đã công bố, ứng dụng công nghệ GPS người

ta đã đạt được độ chính xác cỡ ±1mm về vị trí mặt bằng và ±2mm về độ cao trongthực nghiệm cũng như thực tế quan trắc chuyển dịch biến dạng công trình

Tuy nhiên, trong thực nghiệm cũng như trong thực tế các quan trắc ấy người

ta đã sử dụng đến lịch vệ tinh chính xác và cả phần mềm GAMIT vốn được coi làphần mềm mạnh trong xử lý số liệu GPS

Ở nước ta, việc khai thác lịch vệ tinh chính xác và phần mềm mạnh nhưGAMIT, BERNESE chưa phải là phổ biến, nhất là ở các cơ sở sản xuất và cũngchưa tổ chức, đơn vị nào ứng dụng công nghệ GPS vào thực tế quan trắc chuyểndịch biến dạng công trình

Đo động là đo trong trường hợp máy thu ở trạng thái động Trong trường hợpnày máy thu được đặt trên vật thể đang chuyển động như tàu thuyền, ô tô, máy bayhoặc máy thu được ngươi đo mang và di chuyển Vì vậy trạng thái động còn đượcchia thành chuyển động liên tục và “ stop & go”( dừng và đi) Đạo hàng là định vịđộng nghĩa rộng

1.5 THIẾT KẾ KỸ THUẬT ĐO GPS

Thiết kế kỹ thuật đo GPS là việc cơ bản nhất của định vị GPS Dựa vào mụcđích sử dụng, yêu cầu chất lượng của lưới GPS mà tiến hành thiết kế hình dạnglưới, độ chính xác và gốc của lưới

1.5.1 Thiết kế gốc của lưới GPS

Kết quả nhận được khi đo GPS là vector đường đáy- số gia tọa độ khônggian 3 chiều trong hệ tọa độ WGS-84 Còn thực tế cần thiết là tọa độ trong hệ tọa

độ Nhà nước hoặc trong hệ tọa độ độc lập, địa phương Do đó khi thiết kế lưới GPScần phải xác định rõ kết quả đo GPS đã dùng hệ tọa độ và số liệu gốc nào, tức làphải thiết kế gốc của lưới GPS

Gốc của lưới GPS bao gồm vị trí gốc, phương vị gốc và kích thước gốc.phương vị gốc thường lấy là phương vi khởi tính đã cho hoặc cũng có thể làphương vị của vector đường đáy GPS Kích thước gốc thường được lấy là cạnh đobằng máy đo dài ở mặt đất hoặc khoảng cách giữa các điểm khởi tính hoặc có thểlấy luôn chiều dài vector đường đáy GPS Vị trí gốc của lưới GPS thường được xácđịnh từ tọa độ của điểm khởi tính đã cho Do đó thiết kế gốc của lưới GPS chủ yếu

là xác định vị trí gốc của lưới GPS

Khi thiết kế gốc của lưới GPS cần phải xem xét các vấn đề sau đây:

- Để xác định tọa độ điểm GPS trong hệ tọa độ mặt đất thì cần chọn số liệukhởi tính trong hệ tọa độ mặt đất và đo nối với một số diểm khống chế mặt đất đã

có để chuyển đổi tọa độ Khi chọn điểm đo nối cần sử dụng tư liệu cũ nhưng không

để lưới GPS mới thành lập có độ chính xác cao phải chịu ảnh hưởng của tư liệu cũ

có độ chính xác thấp Do đó lưới GPS ở thành phố lớn cần được đo nối với ít nhất 3điểm của lưới Nhà Nước; lưới GPS ở thành phố nhỏ hoặc khu vực xây dựng côngtrình có thể đo nối với 2-3 điểm

- Sau tính toán bình sai lưới GPS, nhân được độ cao trắc địa của các điểmGPS Để có độ cao thường của các điểm GPS, có thể đo nối điểm độ cao Các điểm

độ cao đo nối cần được phân bố phù hợp độ cao mặt cong địa hình Để đo nối phảiứng dụng phương pháp thủy chuẩn có độ chính xác không thấp hơn hạng IV

- Hệ tọa độ của lưới GPS mới thành lập cần cố gắng thống nhất với hệ tọa độ

đã được sử dụng trước đó của khu đo Nếu đã sử dụng hệ tọa độ độc lập địa phươnghoặc công trình thì cần tìm hiểu thêm các tham số sau đây:

a - Elipsoid tham khảo sử dụng;

b - Độ kinh của kinh tuyến trục của hệ tọa độ;

c - Hằng số cộng vào tọa độ;

d - Độ cao mặt chiếu của hệ tọa độ và trị trung bình của dị thường độ cao khu đo

e - Tọa độ của điểm khởi tính

1.5.2 Một số khái niệm về kết cấu và điều kiện đặc trưng của lưới GPS

1.5.2.1.Khái niệm về kết cấu đồ hình lưới GPS

a- Thời gian đo (session) :khoảng thời gian liên tục từ khi bắt đầu thu tínhiệu vệ tinh đến khi kết thúc đo trên một máy

b- Đo đồng bộ: dùng 2 hoặc nhiều hơn 2 máy thu, đo đồng thời cùng mộtnhóm vệ tinh

c- Vòng đo đồng bộ: vòng khép kín được tạo thành từ các vector đường đáynhận được từ phép đo đồng bộ dùng 3 hoặc nhiều hơn 3 máy thu

d- Vòng đo độc lập: vòng khép kín được tạo thành bởi các vector đường đáyđược đo độc lập

e - Vòng đo không đồng bộ: vòng khép kín hình đâ giác được tạo thành bởicác vector đường đáy,trong số đó có vector đường đáy được đo không đồng bộ

f- Đường đáy độc lập: vòng đo đồng bộ được tạo thành bởi N mấy thu GPS

sẽ có J đường đo đông bộ, trong đó số đường đáy đọc lập là N-1

g- Đường đáy không độc lập: đường đáy khác,ngoài các đường đáy độc lập

1.5.2.2.Điều kiện đặc trưng lưới GPS

Số thời đoạn đo tính theo công thức do R.Asany đề xuất:

C n m N / (1.9)

Trong đó:

C là số thời đoạn đo

n là số diểm trong lưới

m là số lần đặt máy trung bình ở mỗi điểm

đồ hình lưới GPS

1.5.2.3 Lựa chọn cấu hình đồng bộ và đường đáy độc lập lưới GPS

Theo (1.10) thì số cạnh GPS trong một đoạn đo của đồ hình đồng bộ khidùng N máy thu là

J N N(  1) / 2 (1.14)Trong đó chỉ có N-1 cạnh GPS độc lập, các cạnh còn lại không độclập Hình1.6 là đồ hình đo đồng bộ được tạo thành khi có máy thu N = 2~5.

Về lý thuyết, tổng số gia tọa độ của các cạnh GPS trong một vòng đo đồng

bộ (sai số khép) phải bằng 0, nhưng do các máy thu GPS không thực đồng bộ nênsai số khép của vòng đo đồng bộ không bằng Có thể quy định giá trị giới hạn củasai số khép vòng đo đồng bộ và cần tuân thủ quy định này

Để đảm bảo độ tin cậy của kết quả đo GPS, phát hiện được sai số thô trongkết quả đo cần phải tạo thành vòng đo không đồng bộ từ 3 cạnh, 4 cạnh,5 cạnh…Khi trong lưới GPS có một số điểm khởi tính cũng có thể tạo thành tuyến phù hợp

từ một số cạnh độc lập giữa hai điểm khởi tính

Thiết kế đồ hình lưới GPS là dựa vào yêu cầu độ chính xác của lưới và cácyêu cầu khác để thiết kế lưới nhằm tạo thành bởi các cạnh GPS độc lập

1.5.3.Thiết kế đồ hình lưới GPS

Trong trắc địa truyền thống, thiết kế đồ hình lưới khống chế là việc cực kỳquan trọng Còn trong lưới GPS nói chung không yêu cầu các điểm phải nhìn thôngnhau nên thiết kế đồ hình lưới GPS Sẽ linh hoat hơn Thiết kế đồ hình lưới GPSchủ yếu phụ thuộc yêu cầu sử dụng, kinh phí, thời gian, nhân lực, loại hình và sốlượng máy thu

Căn cứ mục đích sử dụng,thường có 4 phương thức liên kết cơ bản để thànhlập lưới: liên kết điểm, liên kết cạnh, liên kết lưới, liên kết hỗn hợp cạnh - điểm.Ngoài ra còn có thể liên kết hình sao, liên kết đường chuyền, liên kết chuỗi tamgiác

1.5.3.1. Liên kết điểm

Liên kết diểm là liên kết các vòng đo

đồng bộ kề nhau bởi một điểm chung

Cường độ của đồ hình liên kết điểm là

rất yếu, không có hoặc có rất ít điều

kiện khép hình không đồng bộ Dạng

liên kết điểm thường không được sử

dụng đơn độc

có nhiều cạnh đo lặp và có nhiều điềukiên không đồng bộ.Với lượng máy thunhư nhau, số thời đoạn đo sẽ tăng hơnnhiều so vơi phương thức liên kết điểm.

1.5.3.3 Liên kết lưới

Liên kết lưới là dạng liên kết giữa các đồ hình đo đồng bộ bởi 2 điểm chungtrở nên Trong phương thức liên kết này, số lượng máy thu cần phải có từ 4 trở nên.Lưới được thành lập theo phương thức này có cường độ đồ hình và tin câỵ cao,nhưng tốn kinh phí và thời gian đo hơn nhiều, thường chỉ ứng dụng để thành lậplưới khống chế có yêu cầu độ chính xác cao

1.5.3.4 Liên kết hỗn hợp cạnh- điểm

Liên kết hỗn hợp cạnh điểm là dạng kết hợp phương thức liên kết cạnh vàphương thức liên kết điểm Phương thưc này có thể đảm bảo cường độ đố hình,nâng cao độ tin cậy của lưới vừa có thể giảm khối lượng công tác ngoại nghiệp, hạ

giá thành Đây là phường thức liên kết thích hợp thường được dung thành lập lướiGPS.

Hình 1.10 dựa trên cơ sở phương thức liên kết điểm ở hình 1.8, tăng thêm 4thời đoạn đo để được phương án thiết kế lưới có cường độ đồ hình được cải thiệnhơn, khối lượng công tác ngoại nghiệp cũng giảm so với phương thức liên kết cạnh

ở hình 1.9

Hình 1.10 Liên kết hỗn hợp cạnh điểm

1.5.3.5 Liên kết chuỗi tam giác

Liên kết chuỗi tam giác là dạng liên kết bởi điểm hoặc cạnh giữa các tamgiác đo đồng bộ (hình 1.11) Thành lập lưới GPS theo phương thức liên kết này rấtthích hợp với khu vực hẹp, kéo dài như khảo sát tuyến đường sắt, đường bộ, đườngống

Hình 1.11 Liên kết chuỗi tam giác

1.5.3.6 Liên kết lưới đường chuyền

Lưới GPS được tạo thành bởi sự

liên kết các hình đồng bộ dạng kéo dài

như đường chuyền, các cạnh độc lập tạo

thành dạng khép kín để kiểm tra độ tin

cậy của điểm GPS

Lưới GPS dạng này được ứng dụng

thích hợp khi yêu cầu độ chính xác thấp

Phương thức này có thể kết hợp với

phương thức liên kết điểm

Hình 1.12.Liên kết lưới đường chuyền

1.5.3.7 Liên kết hình sao

Dạng hình sao rất đơn giản, các cạnh đo trực tiếp không tọa thành hình khépkín nào Do đó khả năng kiểm tra và phát hiện sai số thô còn kém hơn phương thứcliên kết điểm Nhưng chỉ cần 2 máy thu là được Nếu có 3 máy thu thì 1 máy đặt cốđịnh , 2 máy khác có thể đo luân lưu mà không hạn chế bởi điều kiện đo dồng bộ

Hình 1.13 Liên kết hình sao

Vì tốc độ nhanh,giản tiện, liên kết hình sao được ứng dụng trong trắc địa cóyêu cầu độ chính xác thấp, trong địa chất, vật lý địa cầu, đo biên giới, đo địa chính,

đo điểm chi tiết thành lập bản đồ (hình 1.13)

Trong thiết kế lưới GPS còn cần phải chú ý những nguyên tắc sau:

a- Mặc dù không yêu cầu nhình thông qua giữa các điểm GPS, nhưng xétđến yêu cầu tăng dày bằng phương pháp truyền thống nên mỗi điểm GPS nên nhìnthông đến ít nhất một điểm khác.

b- Để sử dụng dữ liệu trắc địa và bản đồ hiện có, cần sử dụng hệ tọa độ vốn

đã có được sử dụng để tạo nên tư liệu ấy Các điểm cũ phù hợp yêu cầu của điểmGPS, cần phải lợi dụng mốc của nó

c- Lưới GPS cần phải được tao thành một số vòng khép không đồng bộ hoặcmột số tuyến phù hợp với các cạnh đo độc lập Số cạnh trong mỗi vòng khép hoặctrong mỗi tuyến phù hợp với các cấp lưới GPS được quy định ở bảng 1.3

Bảng 1.3 Sai số khép tuyến đối với các bậc lưới

Số cạnh trong mỗi vòng

1.5.4 Phương pháp ước tính độ chính xác vị trí mặt bằng điểm lưới GPS

Trong khi thiết kế lưới GPS cần phải xem xét lưới thiết kế có đáp ứng đượccác yêu cầu về chất lượng của lưới hay không Một chỉ tiêu quan trọng và thườngdung nhất để đánh giá chất lượng lưới khống chế mặt bằng là độ chính xác vị tríđiểm

So với các dạng lưới khống chế truyền thống thì lưới GPS có những đặcdiểm riêng; GPS được ứng dụng trong trắc địa công trình lại đáp ứng các yêu cầuriêng của trắc địa công trình.Vì vậy cần phải có phương pháp thích hợp để ước tính

độ chính xác của lưới

Có phương pháp ước tính gần đúng và phương pháp ước tính chặt chẽ Cảhai phương thức ước tính đều có thể dựa trên cơ sở bình sai điều kiện hoặc bình saigián tiếp Ngày nay,các máy tính điện tử đã được sử dụng rất rộng rãi nên thườngước tính độ chính xác của lưới théo phương thức chặt chẽ dựa trên cơ sở bình saogián tiếp Lưới GPS ứng dụng trong trắc địa công trình thường cần phải ước tính độchính xác vị trí mặt bằng điểm lưới.trong trường hợp này, phương pháp ước tínhdựa trên cơ sở bình sai gián tiếp lại càng có lợi, vì trong phương pháp này bình saithường chọn tọa độ điểm làm ẩn số.

Ước tính độ chính xác mặt bằng điểm lưới GPS được tiến hành như sau:

- Chọn ẩn số là tọa độ của các điểm lưới

- Viết phương trình hiệu chỉnh của các trị đo trong lưới

- Xác định trọng số của các trị đo và lập hệ phương trình chuẩn

- Tính ma trận nghịch đảo Q x cuả ma trận hệ số hệ phương trình chuẩn

- Tính sai số trung phương của tọa độ x y i, i điểm lưới

a- Phương trình sô hiệu chỉnh của các trị đo trong lưới GPS

Trong định vị GPS, khoảng cách giả và pha song có thể được xem là đạilượng đo trực tiếp

Trong định vị tương đối, hai máy thu đặt ở điểm i và k khác nhau, quan trắcđồng bộ cùng một nhóm các vệ tinh để xác định X, Y Z,  (hoặc B L H,  ,  ) giữahai điểm của vector đường đáy Dik trong hệ tọa độ WGS-84 Như vậy, có thể xem

, ,

   là các trị đo trong định vị tương đối Tất nhiên X, Y Z,  là tương quantheo nghĩa của lý thuyết xác suất Nhưng khi ước tính độ chính xác của lưới thiết

kế, có thể xem một cách gần đúng là chúng độc lập với nhau

Về phương diện mặt bằng, thay vì X và Y giữa hai điểm i và k, có thể sửdụng chiều dài cạnh Dik và góc phương vị ik được tính từ X, Y như là các trị

đo Tất nhiên giữa Dik và ik cũng tương quan theo nghĩa của lý thuyết xác suất, vàcũng được xem một cách gần đúng là chúng độc lập với nhau khi ước tính độ chínhxác của lưới GPS

Với các ký hiệu quen thuộc phương trình hiệu chỉnh chiều dài cạnh Dik đượcviết:

V Dik cos  ik i0  sin  ik i0 cos  ik k0  sin  ik k0 l Dik (1.18)Phương trình số hiệu chỉnh góc phương vị ik được viết:

ik

c b

D



b- Trọng số của trị đo trong lưới GPS

Sai số trung phương chiều dài cạnh và dai số trung phương vị cạnh trong lướiGPS thường được ước tính theo các công thức có dạng tổng quát như sau:

2 2

D- Chiều dài cạnh ( tính theo km)

Trong trường hợp định vị tương đối-tĩnh:

 (1.21) Sai số trung phương của các trị đo được tính theo các công thức (1.20) đượchiểu sai là sai số trung phương chiều dài và phương vị cạnh được đo trong một thờiđoạn (session)

CHƯƠNG 2 CÔNG TÁC TRẮC TRONG XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH THỦY ĐIỆN

2.1 GIỚI THIỆU VỀ CÔNG TRÌNH THỦY ĐIỆN A LƯỚI

2.1.1 Tổng quan về công trình thủy điện A lưới

Công trình thủy điện A lưới thuộc tỉnh Thừa Thiên Huế với đập tràn đạt caotrình 250m, đập dâng đạt 532m, nhà máy đạt cao trình 67m Dự án thủy điện A lưới

đã được thủ tướng chính phủ đầu tư theo công văn số 1605/TTgCN cho công ty cổphần thủy điện miền Trung làm chủ đầu tư gồm các nội dung chính sau:

Hình 2.1 Hình ảnh tuyến đập thủy điện A Lưới

1 Dự án thủy điện A lưới

Ngày 18/10/2005, Thủ tướng Chính phủ có công văn số 1605/TTgCN chophép công ty cổ phần thủy điện miền Trung đầu tư dự án thủy điện A Lưới thuộctỉnh Thừa Thiên Huế, với vốn đầu tư là 3.234 tỷ đồng, với công xuất lắp máy là

170 MW và sản lượng trung bình hàng năm ước đạt 686,5 triệu KWh Dự án thủyđiện A lưới nằm trên sông A Sáp nằm trên địa phận thuộc huyện A Lưới thuộc tỉnhThừa Thiên Huế, nằm cách trung tâm thành phố Huế khoang 70km theo quốc lộ 49

về phía tây, cách cửa khẩu Lao Bảo 90 km về phía nam theo đường Trường Sơn

2 Địa điểm xây dựng

Dư án thủy điện A Lưới được xây dựng trên sông A Sáp, huyện A Lưới, tỉnhThừa Thiên Huế

Khu tuyến đập và cửa nhận nước nằm trên sông A Sáp thuộc huyện A Lưới,khu nhà máy được đặt ở khu vực sông Bồ

3 Mục tiêu dự án thủy điện A Lưới

Cung cấp nguồn điện năng để phát triển xã hội, phục vụ sự nghiệp côngnghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước

Góp phần chống lũ về mùa mưa và cung cấp nước về mùa khô cho vùngTrung bộ

Góp phần thúc đẩy phát triển kinh tế vùng Trung bộ.

4 Tiến độ

Dự án thủy điện A Lưới được khởi công vao ngày 30/06/2007 Các công tácchuẩn bị cho thi công các hạng mục công trình, công tác mua sắm thiết bị, công tácchuẩn bị lực lượng sản suất vận hành đang được triển khai đồng bộ Dự kiến tổmáy 1 tiến hành phát lên máy điện Quốc gia va quý IV năm 2011

5 Vị trí địa lý

Thủy điện A Lưới thuộc địa phận huyện A Lưới tỉnh Thừa Thiên Huế, khuvực tuyến đập gần biên giới Việt - Lào dân cư thưa thớt, giapo thông đi lại khókhăn, địa hình phức tạp cây cối rậm rạp

Tại vùng tuyến năng lượng là vùng núi cao suối sâu, địa hình biij cắt xẻnhiều, cây cối rậm nhất là tại vùng các hầm phụ thi công và tháp điều áp Từ khuvực cửa nhận nước tới gần nhà máy có đường tỉnh lộ chạy dọc tuyến đi lại thuận lợituy nhiên để vào được khu vực thi công công trình rất khó khăn một số tuyếnđường hiện nay đơn vị thi công mới bắt đầu làm

Dân cư vùng gần công trình tương đối đông đúc đời sống kinh tế và dân trítương đối tốt

2.2 ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU CỦA CÔNG TRÌNH THỦY ĐIỆN