Thành lập chương trình BSHH V1.0 bình sai hỗn hợp lưới trắc địa mặt đất GPS trong hệ tọa độ phẳng

Từ nhu cầu thực tế tại đơn vị sản xuất, để tự động hóa quá trình xử lý, bình sai dạng lưới này, tác giả đã sử dụng ngôn ngữ lập trình visual basic để thành lập chương trình bình sai hỗn hợp lưới trắc địa mặt đất – GPS trong hệ tọa độ phẳng. Mời các bạn cùng tham khảo.

ĐỊA KỸ THUẬT - TRẮC ĐỊA THÀNH LẬP CHƯƠNG TRÌNH BSHH V1.0 BÌNH SAI HỖN HỢP LƯỚI TRẮC ĐỊA MẶT ĐẤT - GPS TRONG HỆ TỌA ĐỘ PHẲNG KS NGUYỄN VĂN XN Viện KHCN Xây dựng Tóm tắt: Bình sai lưới khống chế trắc địa công việc phức tạp có khối lượng tính tốn lớn Với phát triển công nghệ GPS việc xây dựng mạng lưới khống chế trắc địa kết hợp công nghệ truyền thống với công nghệ GPS cho phép nâng cao độ xác, rút ngắn thời gian xây dựng lưới, đồng thời tận dụng ưu điểm khắc phục nhược điểm cơng nghệ Từ đặt vấn đề cấp thiết phải xây dựng phương pháp hiệu để tự động hóa xử lý, tính tốn, bình sai mạng lưới hỗn hợp trị đo mặt đất – GPS Từ nhu cầu thực tế đơn vị sản xuất, để tự động hóa trình xử lý, bình sai dạng lưới này, tác giả sử dụng ngơn ngữ lập trình Visual Basic để thành lập chương trình bình sai hỗn hợp lưới trắc địa mặt đất – GPS hệ tọa độ phẳng Từ khóa: Trị đo mặt đất, Baseline, GPS, bình sai hỗn hợp Tổng quan lưới khống chế hỗn hợp trị đo mặt đất - GPS 1.1 Khái niệm chung lưới khống chế trắc địa Hệ thống điểm sở trắc địa hay mạng lưới khống chế trắc địa hệ thống điểm chọn đánh dấu mốc vững mặt đất, chúng liên kết với trị đo tạo thành mạng lưới Tiến hành đo đạc yếu tố cần thiết, xử lý số liệu tính tọa độ, độ cao điểm theo hệ thống toạ độ thống Mỗi quốc gia xây dựng mạng lưới trắc địa thống hệ quy chiếu với gốc tọa độ độ cao Lưới trắc địa Việt Nam sử dụng từ trước năm 2000 dùng Elipxoid Kraxovski dùng phép chiếu toạ độ phẳng Gauss Gốc độ cao tính theo mực nước biển trung bình vùng biển Đồ Sơn, Hải Phòng Từ tháng năm 2000 nước ta sử dụng hệ quy chiếu hệ tọa độ VN-2000, dùng Ellipsoid quốc tế WGS-84, điểm gốc tọa độ quốc gia có số hiệu N00 đặt khuôn viên Viện Khoa học Đo đạc Bản đồ, đường Hoàng Quốc Việt, Hà Nội lưới chiếu toạ độ phẳng UTM 1.2 Lưới khống chế hỗn hợp trị đo mặt đất – GPS Lưới hỗn hợp trị đo mặt đất – GPS dạng lưới khống chế gồm trị đo mặt đất (góc đo, cạnh đo phương vị đo) trị đo GPS (các Baseline đo) Dạng lưới hỗn hợp trị đo mặt đất - GPS dạng lưới có đồ hình linh hoạt, việc đo hỗn hợp trị đo mặt đất trị đo GPS làm tăng độ xác lưới đồng thời tận dụng ưu điểm phương pháp đo khắc phục nhược điểm phương pháp Dưới số dạng đồ hình lưới: B 52 62 B2 C2 82 B1 72 42 21 11 32 92 A 31 12 A1 41 102 61 51 22 A2 Hình Trị đo GPS liên kết mảng lưới mặt Tạp chí KHCN Xây dựng - số 4/2014 Hình Lưới tam giác đo góc kết hợp trị đo GPS 53 ĐỊA KỸ THUẬT - TRẮC ĐỊA B Ghi chú: hướng trị đo mặt đất A trị đo GPS C D Hình Lưới đa giác kết hợp trị đo GPS Thuật tốn bình sai hỗn hợp lưới trắc địa mặt đất - GPS 2.1 Tính chuyển baseline ma trận hiệp phương sai hệ tọa độ phẳng Từ kết đo GPS tiến hành xử lý cạnh phần mềm xử lý số liệu GPS hãng Trimble TBC, TGO,… Trong kết giải cạnh có phù hợp ∆B = B2– B1, ∆L = L2–L1, ∆H = H2–H1với ∆X, ∆Y, ∆Z Vì để tính chuyển ∆X, ∆Y baseline hệ tọa không gian địa tâm ∆x, ∆y hệ tọa độ phẳng tính tốn theo bước sau: Bước 1: Tính chuyển tọa độ điểm đầu điểm cuối baseline từ hệ tọa độ trắc địa (B, L) hệ tọa độ vng góc phẳng (x,y) theo công thức sau [1]:  l2 l4 x  K0  X  N sin B cosB  N sin B cos3 B.(4   t )  24  l  N.SinB cos5 B {8 (11 24t )  28 (1  6t )  (1  32t )  720  l8  (2t )  t }  N sin B cos7 B.(1385 3111t  543 t  t ) 40320   l3 l5 y  K l.N cos B  N cos B.(  t )  N cos B.{4 (1  6t )  120   l   (1  8t )  2 t  t }  N Cos B.(61  479t  179t  t ) 5040  đó: X0 - chiều dài cung kinh tuyến từ xích đạo đến độ vĩ B; l = L - L0, với L0 - độ kinh kinh tuyến trung ương t = tgB N  e sin B a ; N     2 M 1 e  e sin B K0 - tỷ lệ biến dạng kinh tuyến trung ương Với phép chiếu Gauss-Kriuger K0=1; với phép chiếu UTM múi chiếu độ K0=0.9996; với phép chiếu UTM múi chiếu độ K0=0.9999 Bước 2: Tính gia số tọa độ phẳng baseline: 54 x  xc  xd   y  yc  y d  (1) (2) (3) Trong (xd, yd), (xc, yc) tọa độ vng góc phẳng điểm đầu điểm cuối baseline tính chuyển (B, L) theo cơng thức (1), (2) Đối với gia số toạ độ phẳng x, y tính chuyển từ trị đo GPS baseline, trọng số tính từ ma trận tương quan Qr tính chuyển từ ma trận hiệp phương sai trị đo X, Y công nghệ GPS Với C = ta có: Pr = Q-1r (4) Ma trận tương quan Qr tính chuyển từ ma trận hiệp phương sai trị đo X, Y, Z công nghệ GPS theo công thức sau [2]: Qr = C.KXYZ.CT (5) Tạp chí KHCN Xây dựng - số 4/2014 ĐỊA KỸ THUẬT - TRẮC ĐỊA đó:  M1   K XYZ      M1  D1  K1T   D   C       D  n   M  M  H Di       N NH Mi - ma trận hiệp phương sai nhận kết giải cạnh GPS, ma trận có kích thước 3x3 (không phải ma trận đường chéo);      M n  K T C - ma trận chuyển đổi vi phân toạ độ      K nT  (6)     sin B cos L   T  ; K i    sin L   cos B cos L  1   Trong đó: B , L , H độ vĩ trung bình, độ kinh trung bình, độ cao trắc địa trung bình điểm đầu điểm cuối baseline Ta thấy ma trận Pr có giá trị ngồi đường chéo khác khơng Điều chứng tỏ giá trị gia số toạ độ phẳng x, y tính chuyển từ baseline trị đo phụ thuộc (trị đo tương quan) Việc đưa giá trị gia số toạ độ phẳng x, y vào bình sai với ma trận trọng số Pr lấy ma trận đầy đủ thành phần tương quan x, y đường chéo thành phần đường chéo Hiện trị đo GPS đo với độ xác cao nên ảnh hưởng phụ thuộc gia số toạ độ phẳng x, y tính từ trị đo GPS đến kết bình sai lưới mặt khơng đáng kể,  sin B sin L  cos L cos B sin L cos B    sin L  S S T - vector gia rS + CU + V = r(0) + Ar (7) r - vector số hiệu chỉnh toạ độ x, y điểm trùng r(0) - vector gia số toạ độ tính theo toạ độ gần U = ( m)T (8) Ma trận C xác định từ ma trận khối sau:  Y C     X X   Y  Ma trận A xác định từ khối: A = ( -E E ) (9) (10) E2x2 - Ma trận đơn vị bỏ qua Điều có nghĩa trọng số gia số V = Ar - CU + LS (11) toạ độ phẳng x, y tính từ trị đo GPS đưa LS = (r(0) - r) vào bình sai hỗn hợp cần lấy thành phần đầu S Nếu ký hiệu r  ( x ij y ij ) số toạ độ phẳng điểm GPS (12) tiên đường chéo ma trận Pr Với ma trận trọng số Pr có từ trị đo baseline 2.2 Bình sai hỗn hợp lưới trắc địa mặt đất – GPS hệ tọa độ phẳng sử dụng gia số tọa độ phẳng x,  y tính chuyển từ baseline Thành lập hệ phương trình số hiệu chỉnh với trị đo mặt đất Khi sử dụng gia số tọa độ phẳng x, y tính chuyển từ baseline kết hợp với trị đo mặt đất, việc bình sai hỗn hợp mạng lưới trắc địa mặt đất – GPS mơ hình tọa độ phẳng thực sau [2]: Tạp chí KHCN Xây dựng - số 4/2014 V = r + l; với ma trận trọng số Pt (13) Giải (11) (13) với điều kiện: V T Pr V  V T PtV  (14) Chúng ta thành lập hệ phương trình: 55 ĐỊA KỸ THUẬT - TRẮC ĐỊA  AT Pr A  Rt     AT Pr C  r   AT Pr L      0 C T Pr C  U   C T Pr L  cạnh phương vị) cần có thêm phương 1 Trọng số trị đo GPS: Pr  Qr Trọng số trị đất: P  đo mặt 1 ; PS  ; P  m m mS trị đo GPS X, Y, Z T ( A Pr A  Rt ) r  A Pr L  (16) Như để tính tốn bình sai, ngồi phương trình số hiệu chỉnh trị đo mặt đất (đối với trị đo góc, Trị đo GPS (baseline) Tính chuyển baseline thành gia số tọa độ phẳng (x, y) trình số hiệu chỉnh gia số toạ độ x, y với ma trận trọng số Pr tính từ ma trận trọng số đảo Trong trường hợp hệ tọa độ phẳng mặt đất GPS song song tỷ lệ (ví dụ hệ VN 2000 với lưới chiếu UTM), có hệ phương trình chuẩn sau: T (15) Thành lập chương trình BSHH V1.0 bình sai hỗn hợp lưới trắc địa mặt đất – GPS hệ tọa độ phẳng ngơn ngữ lập trình VISUAL BASIC 6.0 3.1 Cấu trúc chương trình bình sai hỗn hợp Từ sở lý thuyết trình bày trên, tác giả đưa sơ đồ khối cho tốn bình sai hỗn hợp lưới trắc địa mặt đất – GPS hệ tọa độ phẳng sau: Trị đo mặt đất (góc, cạnh, phương vị) Tính chuyển ma trận hiệp phương sai hệ tọa độ phẳng Trị đo GPS hệ tọa độ phẳng Bình sai hỗn hợp trị đo mặt đất trị đo GPS hệ tọa độ phẳng Hình Sơ đồ khối chương trình Chương trình bình sai gồm modul: Modul - Tính chuyển baseline ma trận hiệp phương sai hệ toạ độ phẳng Modul - Bình sai hỗn hợp trị đo mặt đất trị đo GPS hệ tọa độ phẳng 3.2 Thiết kế giao diện Modul chương trình Giao diện modul - Tính chuyển baseline ma trận hiệp phương sai hệ toạ độ phẳng 56 Tạp chí KHCN Xây dựng - số 4/2014 ĐỊA KỸ THUẬT - TRẮC ĐỊA Hình Giao diện modul Giao diện modul - Bình sai hỗn hợp trị đo mặt đất trị đo GPS hệ tọa độ phẳng Hình Giao diện modul Ngồi giao diện chính, modul có cửa sổ thị kết bình sai sơ đồ lưới Hình Cửa sổ hiển thị kết bình sai sơ đồ lưới Tạp chí KHCN Xây dựng - số 4/2014 57 ĐỊA KỸ THUẬT - TRẮC ĐỊA Tính tốn thực nghiệm Phần tính tốn thực nghiệm trình bày kết bình sai lưới khống chế mặt dự án khu khai thác sét xã Tràng An, huyện Đông Triều, tỉnh Quảng Ninh Lưới gồm điểm gốc, điểm cần xác định, đo 11 góc, cạnh baseline bình sai hệ tọa độ VN 2000, kinh tuyến trục 107045’, múi chiếu độ Kết tính chuyển baseline ma trận hiệp phương sai hệ tọa độ phẳng I Cac chi tieu ky thuat: So Baseline tinh chuyen : Tinh chuyen ve he thuc dung : VN - 2000 + Phep chieu : UMT 3* + Kinh tuyen trung uong : 107 45 II Bang ket qua tinh chuyen |==================================================================================| | | Ten Baseline | Trong he toa KG | Trong he toa phang | | S | -| -| -| -| -| | T | | | dX(m) | dY(m) | dx(m) | dy(m) | | T |Diem dau |Diem cuoi| -| | | | | Ma tran tuong quan he toa phang | |**********************************************************************************| | | DC6 | IV2 | 417.604 | 379.479 | 376.360 | 420.485 | | | | | -| -| -| -| | | | | 2.3231738E-06 -2.7731275E-07 1.4210786E-06 | | | | | -2.7731275E-07 7.7417036E-06 1.2399861E-05 | | | | | 1.4210786E-06 1.2399861E-05 2.8382483E-05 | |==================================================================================| | | IV1 | DC6 | -276.768 | -521.242 | -519.193 | -280.707 | | | | | -| -| -| -| | | | | 1.6366078E-06 -4.3431579E-07 9.0994055E-07 | | | | | -4.3431579E-07 4.7659981E-06 7.1831914E-06 | | | | | 9.0994055E-07 7.1831914E-06 1.7115401E-05 | |==================================================================================| | | | | | | | | Kết bình sai hỗn hợp trị đo mặt đất trị đo GPS mặt đất hệ tọa độ phẳng TOA DO DIEM SAU BINH SAI VA SAI SO VI TRI DIEM |==========================================================================| | STT |TEN DIEM | Xbs(m) | Ybs(m) | mX (m) | mY (m) | mP (m) | |=====|=========|===============|===============|========|========|========| | | DC1 | 2335337.1598 | 375539.7190 | 0.0024 | 0.0030 | 0.0039 | | | DC2 | 2335189.5797 | 375386.2081 | 0.0030 | 0.0029 | 0.0042 | | | DC3 | 2335166.0946 | 375597.3658 | 0.0028 | 0.0033 | 0.0044 | | | DC4 | 2335074.5568 | 375759.9890 | 0.0026 | 0.0027 | 0.0037 | | | DC5 | 2334933.3885 | 375603.8326 | 0.0024 | 0.0030 | 0.0039 | | | DC6 | 2334866.7482 | 375454.8771 | 0.0011 | 0.0018 | 0.0021 | | | DC7 | 2334959.8272 | 375338.9441 | 0.0009 | 0.0013 | 0.0016 | |==========================================================================| KET QUA DANH GIA DO CHINH XAC Sai so trung phuong so don vi Sai so vi tri diem 58 Mo = 1.46 + Lon nhat : (DC3) + Nho nhat : (DC7) mP = 0.0044 m mP = 0.0016 m Sai so tuong doi canh + Lon nhat : + Nho nhat : (DC5 - DC6) (DC6 - DC7) Ms/S = 1:54084 Ms/S = 1:100211 Sai so Phuong vi + Lon nhat : + Nho nhat : (DC5 - DC6) (DC6 - DC7) Mpv = 2.55" Mpv = 1.77" Sai so tuong ho diem + Lon nhat : + Nho nhat : (DC2 - DC3) (DC6 - DC7) Mth = 0.0041 m Mth = 0.0020 m Tạp chí KHCN Xây dựng - số 4/2014 ĐỊA KỸ THUẬT - TRẮC ĐỊA Kết luận Việc xây dựng mạng lưới khống chế trắc địa với kết hợp trị đo mặt đất (góc, cạnh, phương vị) trị đo GPS tận dụng ưu điểm phương pháp đo khắc phục nhược điểm phương pháp đồng thời làm tăng độ xác lưới Bình sai hỗn hợp lưới trắc địa mặt đất – GPS thực mơ hình khác Một thuật tốn đơn giản, cho kết bình sai hệ toạ độ thực dụng bình sai hỗn hợp lưới trắc địa mặt đất - GPS hệ tọa độ phẳng sử dụng gia số toạ độ phẳng tính chuyển từ baseline kết đo GPS bình sai dạng hỗn hợp máy tính Chương trình BSHH V1.0 xây dựng ngơn ngữ lập trình Visual basic đáp ứng nhu cầu Tuy nhiên, bình sai hỗn hợp lưới trắc địa mặt đất GPS hệ tọa độ phẳng có nhược điểm thuật tốn bình sai 2D, khơng bình sai độ cao trị đo GPS TÀI LIỆU THAM KHẢO GPS Đại học Mỏ - Địa Chất, 2007 Bình sai hỗn hợp lưới trắc địa mặt đất – GPS tốn có khối lượng tính tốn lớn, cần thiết phải xây dựng chương trình tự động hóa Tạp chí KHCN Xây dựng - số 4/2014 HỒNG NGỌC HÀ, Bình sai tính tốn lưới trắc địa GPS NXB Khoa học kỹ thuật, 2006 Hiện việc lựa chọn trọng số trị đo GPS trị đo mặt đất đưa vào bình sai hỗn hợp lưới trắc địa mặt đất – GPS vấn đề chưa thống Trong khuôn khổ báo này, tác giả lựa chọn trọng số Pr trị đo GPS tính từ ma trận trọng số đảo trị đo GPS X, Y, Z Trong thời gian tới tác giả tiếp tục tìm hiểu nghiên cứu để đưa phương pháp lựa chọn trọng số trị đo GPS trị đo mặt đất phù hợp ĐỖ NGỌC ĐƯỜNG, ĐẶNG NAM CHINH, Cơng nghệ HỒNG NGỌC HÀ, TRƯƠNG QUANG HIẾU, Cơ sở toán học xử lý số liệu trắc địa NXB Giao thông vận tải, 2003 NGUYỄN TRỌNG SAN, ĐÀO QUANG HIẾU, ĐINH CƠNG HỒ, Trắc địa sở tập 1, tập NXB Xây dựng, 2002 PHẠM HỒNG LÂN, ĐẶNG NAM CHINH, Giáo trình Trắc địa cao cấp - Bình sai lưới ĐH Mỏ - Địa Chất, 1999 NGUYỄN THỊ NGỌC MAI, Microsoft Visual Basic Lập trình sở liệu, NXB Lao động - Xã hội, 2005 Ngày nhận sửa: 10/9/2014 59 ĐỊA KỸ THUẬT - TRẮC ĐỊA 52 Tạp chí KHCN Xây dựng - số 4/2014 ... tăng độ xác lưới Bình sai hỗn hợp lưới trắc địa mặt đất – GPS thực mơ hình khác Một thuật tốn đơn giản, cho kết bình sai hệ toạ độ thực dụng bình sai hỗn hợp lưới trắc địa mặt đất - GPS hệ tọa độ. .. hỗn hợp lưới trắc địa mặt đất – GPS hệ tọa độ phẳng sau: Trị đo mặt đất (góc, cạnh, phương vị) Tính chuyển ma trận hiệp phương sai hệ tọa độ phẳng Trị đo GPS hệ tọa độ phẳng Bình sai hỗn hợp. .. nhiên, bình sai hỗn hợp lưới trắc địa mặt đất GPS hệ tọa độ phẳng có nhược điểm thuật tốn bình sai 2D, khơng bình sai độ cao trị đo GPS TÀI LIỆU THAM KHẢO GPS Đại học Mỏ - Địa Chất, 2007 Bình sai hỗn