Khảo sát phương pháp xác lập hệ tọa độ cho các mạng lưới thi công công trình thủy điện

Bài viết Khảo sát phương pháp xác lập hệ tọa độ cho các mạng lưới thi công công trình thủy điện trình bày một số phương pháp tính chuyển tọa độ mạng lưới thi công thủy điện về hệ tọa độ công trình và đề xuất quy trình cũng như hệ thống công thức tính toán phù hợp, có khả năng ứng dụng vào thực tế sản xuất. Đây là tài liệu tham khảo hữu ích cho các bạn chuyên ngành Điện - Điện tử.

Khảo sát phương pháp xác lập hệ tọa độ cho mạng lưới thi công công trình thủy điện PGS.TS Trần Khánh ĐH Mỏ Địa chất KS Bùi Thị Kiên Trinh Tr.tâm Địa tin học ĐH Thủy Lợi Tóm tắt: Bài báo khảo sát số phương pháp tính chuyển tọa độ mạng lưới thi công thủy điện hệ tọa độ công trình đề xuất quy trình hệ thống công thức tính toán phù hợp, có khả ứng dụng vào thực tế sản xuất I Đặt vấn đề Lưới tam giác thủy công thiết kế xây dựng làm sở mặt cho công tác bố trí đo vẽ hoàn công hạng mục công trình thủy điện Ngoài ra, mạng lưới sử dụng cho số nhiệm vụ khác như: Đo vẽ đồ, mặt cắt trình lập vẽ thi công; làm sở để xây dựng lưới quan trắc biến dạng công trình Do tính chất phức tạp đặc điểm phân bố hạng mục công trình đầu mối thủy điện nên lưới tam giác thủy công thường có kết cấu hệ thống lưới nhiều bậc, yêu cầu độ xác bậc lưới tăng dần (điều khác hẳn với nguyên tắc xây dựng mạng lưới trắc địa cho mục đích khảo sát, đo vẽ thông thường) Mỗi bậc lưới tam giác thủy công mạng lưới độc lập cục (để tránh ảnh hưởng sai số số liệu gốc), tất bậc lưới phải định vị hệ tọa độ, độ cao thống xác định công trình 2,5 Vì vậy, hệ quy chiếu lưới tam giác thủy công phải lựa chọn cho độ biến dạng mạng lưới so với thực địa nhỏ Trong thực tế, để đảm bảo độ xác bố trí thi công, hệ tọa độ thi công chọn nằm độ cao trung bình có kinh tuyến trục múi chiếu qua khu vực xây dựng công trình Từ nảy sinh vấn đề tính chuyển giá trị hệ tọa độ khác việc tính chuyển phải đảm bảo kết cấu nội thân lưới, đồng thời đạt yêu cầu độ xác phục vụ trình thi công 26 II Khảo sát thuật toán quy trình tính chuyển tọa độ hệ quy chiếu công trình Hiện lưới mặt thi công công trình thủy điện (lưới tam giác thủy công) thường đo máy toàn đạc điện tử, GPS, kết hợp hai dạng đo Đối với lưới GPS, phần mềm xử lý số liệu hãng sản xuất máy cho phép xác định tọa độ điểm lưới hệ: tọa độ vuông góc không gian, tọa độ trắc địa tọa độ phẳng Trong trường hợp việc tÝnh chun tõ täa ®é GPS vỊ hƯ täa ®é công trình thực theo trình tự: Tọa độ vuông góc không gian Tọa độ địa diện Tọa độ công trình Khi sử dụng hệ tọa độ phẳng lưới việc tính chuyển lại cần phải triển khai theo bước: Tọa độ phẳng với múi chiếu gốc Tọa độ phẳng với múi chiếu công trình Tọa độ công trình II.1 Phương án 1: Tính chuyển từ hệ tọa độ không gian hệ tọa độ phẳng Bước 1: Tính chuyển từ (X, Y, Z) hệ tọa độ địa tâm WGS-84 hệ tọa độ địa diện Ký hiệu: - Hệ tọa độ vuông góc không gian địa tâm (X,Y,Z) - Hệ tọa độ vuông góc không gian địa diện điểm quan sát (điểm đặt máy thu) (x,y,z) số tài liệu ký hiệu tương ứng trục (N-E-U) với gốc tọa độ điểm quan sát, trục z trùng với phương pháp tuyến qua điểm xét hướng lên trên, trục x tiếp tuyến kinh tun ®i qua ®iĨm xÐt – h­íng vỊ phÝa cực Bắc, trục y vuông góc với trục hướng phía Đông (Hình 1) áp dụng công thức tính chuyển tọa độ hệ 1: z Z x y P Kinh tuyến gốc Xích đạo B L P Kinh tuyến gốc H Xích đạo ZP XP YP X Y Hình 1: Hệ tọa độ vuông góc không gian hệ tọa độ địa diện x    sin B cos L  sin B sin L cos B   X  N  H  cos B cos L   y     sin L cos L  x  Y  N  H  cos B sin L      z   cos B cos L cos B sin L sin B   Z  N  e  H sin B    Trong ®ã: X, Y, Z tọa độ vuông góc không gian địa tâm điểm cần tính chuyển x, y, z tọa độ cần tính chuyển hệ tọa độ địa diện B0, L0, H0 tọa độ trắc địa ®iĨm träng t©m l­íi (hay gèc täa ®é cđa hƯ tọa độ địa diện) N0 bán kính cong vòng thẳng đứng thứ qua điểm gốc hệ tọa độ địa tâm C xác định thông qua c«ng thøc: a (2) N0  2 e sin B0 với: e tâm sai thứ elipxoid, tính sau: a2 b2 (3) e2  a2 B­íc 2: TÝnh chun tõ hệ tọa độ phẳng hệ tọa độ công trình: §Ĩ thùc hiƯn tÝnh to¸n chóng ta ¸p dơng thøc chun ®ỉi täa dé Helmert:  x'  x.m cos   y.m sin   x (4)   y'  y.m cos   x.m sin   y Trong ®ã Z = (x0, y0, , m) vector tham số (1) chuyển đổi tọa độ, xác định nhờ so sánh tọa độ có điểm hai hệ (điểm song trùng) Sau xác định tham số tính chuyển, sử dụng tham số để tính chuyển điểm từ hệ tọa độ nhà nước hệ tọa độ công trình II.2 Phương án 2: Tính chuyển từ hệ tọa độ vuông góc phẳng tọa độ công trình Chúng đề xuất quy trình xác lập tính chuyển hệ tọa độ phẳng công trình với bước thực sau: Bước 1: Tính chuyển tọa độ phẳng hệ tọa độ có kinh tuyến trục chọn kinh tuyến trung bình khu vực công trình cách chuyển đổi múi tọa độ Các công thức quy trình tính chuyển múi tọa độ có nhiều tài liệu trắc địa 3,4 Bước 2: Tính chuyển tọa độ lên độ cao trung bình khu vực cách sử dơng phÐp biÕn ®ỉi tû lƯ l­íi víi hƯ sè tỷ lệ m xác định theo công thức: m R Ho R (5) 27 Trong R bán kính trung bình trái đất H0 độ cao trung bình khu vực xây dựng III.Thực nghiệm Tính chuyển tọa độ cho lưới đo công nghệ GPS hệ quy chiếu công trình nhằm minh chứng làm sáng tỏ thuật toán nêu với số liệu thực nghiệm kết đo GPS công trình thủy điện Tuyên Quang Mạng lưới mặt gồm điểm (ký hiệu từ NH-1 đến NH-6) đo theo công nghệ GPS, việc bình sai lưới thực phần mềm GPSurvey 2.35 Các kết trích dẫn bao gồm: Tọa độ vuông góc không gian sau bình sai (bảng 1), tọa độ tọa độ trắc địa sau bình sai (bảng 2) tọa độ phẳng độ cao sau bình sai hệ tọa độ phẳng Gauss, elipxoid quy chiếu: Krasovski, kinh tuyến trục múi chiếu: 1050 (bảng 3) Yêu cầu xác lập tính chuyển tọa độ phẳng lưới hệ tọa độ công trình độ cao trung bình 65 m, cho kích thước mạng lưới có độ biến dạng so với thực tế Bảng 1: Bảng tọa độ vuông góc không gian sau bình sai Số TT Tên điểm NH-1 NH-2 NH-3 NH-4 NH-5 NH-6 X(m) -1566986.9820 -1566969.8096 -1566967.9392 -1566950.9101 -1567225.3701 -1567331.4743 Täa ®é Y(m) 5689706.4490 5689709.2013 5689709.5454 5689712.2738 5689755.4689 5689780.8978 Z(m) 2411600.7010 2411605.3678 2411605.9164 2411610.4858 2411319.7931 2411191.9644 Bảng 2: Bảng tọa độ tọa độ trắc địa sau bình sai Số TT Tên điểm NH-1 NH-2 NH-3 NH-4 NH-5 NH-6 B 2221'42.853433" 22 21'43.017310" 2221'43.035842" 2221'43.196607" 2221'33.040695" 2221'28.545896" Täa ®é L 10523'52.611137" 10523'52.006946" 10523'51.940725" 10523'51.341586" 10524'00.188904" 10524'03.528091" H(m) 94.523 94.535 94.592 94.581 89.904 90.010 Bảng 3: Bảng tọa độ phẳng độ cao sau bình sai (Hệ tọa độ phẳng Gauss, Elipxoid quy chiÕu: Krasovski, Kinh tun trơc cđa mói chiếu: 1050) Tọa độ Sai số vị trí điểm (m) Tên điểm x(m) y(m) h(m) mx my mh mp NH-1 2473973.322 540988.764 66.621 0.002 0.003 0.004 0.007 NH-2 2473978.317 540971.463 66.633 0.003 0.003 0.004 0.008 NH-3 2473978.882 540969.567 66.689 0.002 0.003 0.004 0.008 NH-4 2473983.782 540952.412 66.680 0.003 0.003 0.004 0.008 NH-5 2473672.048 541206.377 61.999 0.011 0.008 0.014 0.016 NH-6 2473534.038 541302.286 62.104 0.015 0.011 0.018 0.021 28 ViƯc x¸c lập hệ quy chiếu tính chuyển tọa độ thực theo phương án: Phương án 1: Tính chuyển tọa độ từ hệ tọa độ địa tâm (WGS-84) hệ tọa độ địa diện sử dụng phÐp chun ®ỉi täa ®é Helmert ®Ĩ tÝnh chun tiÕp hệ tọa độ công trình Phương án 2: Tính chuyển tọa độ phẳng từ múi chiếu 1050 múi chiếu với kinh tuyến trục trung bình mạng l­íi, sau ®ã tiÕp tơc dïng phÐp chun ®ỉi tû lệ để đưa tọa độ điểm lưới lên độ cao trung bình khu vực xây dựng Kết xử lý số liệu theo phương án thể bảng với số liệu đầu vào tọa độ vuông góc không gian, tọa độ trắc địa, độ cao trung bình khu vực xây dựng kết xác định tọa độ vuông góc phẳng công trình Bảng 4: Kết tính chuyển tọa độ từ hệ WGS-84 hệ tọa độ công trình Số TT Tọa độ địa diện (Tính độ cao 65 m) Tọa độ vuông góc không gian X(m) Y(m) Z(m) x'(m) y'(m) Tọa độ phẳng (Tính độ cao 65 m) x(m) y(m) -1566986.982 5689706.449 2411600.701 -14907.534 -76.061 2473973.325 540988.759 -1566969.810 5689709.201 2411605.368 -14902.488 -93.347 2473978.316 540971.464 -1566967.939 5689709.545 2411605.916 -14901.917 -95.242 2473978.880 540969.569 -1566950.910 5689712.274 2411610.486 -14896.967 -112.384 2473983.778 540952.414 -1567225.370 5689755.469 2411319.793 -15209.669 140.748 2473672.052 541206.374 -1567331.474 5689780.898 2411191.964 -15348.065 236.285 2473534.039 541302.285 B¶ng 5: KÕt qu¶ tÝnh chun tõ hƯ täa độ phẳng hệ tọa độ công trình Số Tọa độ vuông góc phẳng TT (Múi chiếu L0 = 1050, H0 = m) Tọa độ vuông góc phẳng Tọa độ vuông góc phẳng (L0 = 1050 24, H0 = m) (L0 = 1050 24’, H0 = 65 m) x(m) y(m) x(m) y(m) x(m) y(m) 2473973.322 540988.764 2473919.167 499788.597 2473973.321 540988.765 2473978.317 540971.463 2473924.208 499771.310 2473978.316 540971.464 2473978.882 540969.567 2473924.778 499769.416 2473978.881 540969.568 2473983.782 540952.412 2473929.724 499752.274 2473983.781 540952.413 2473672.048 541206.377 2473617.323 500005.405 2473672.050 541206.376 2473534.038 541302.286 2473479.062 500100.945 2473534.042 541302.284 Trên sở kết tính theo phương án bảng nhận thấy sai khác lớn kết chuyển đổi tọa ®é theo trơc x lµ 4mm vµ theo trơc y 6mm Độ chênh nằm giới hạn cho phép yêu cầu độ xác thành lập mạng lưới thi công công trình thủy điện Như phương án chấp nhận 29 Trong thực tế, việc lựa chọn phương án tính chuyển tọa độ phụ thuộc vào hình thức thành lập lưới Nếu mạng lưới xây dựng theo công nghệ GPS áp dụng hai phương án xử lý phù hợp Còn lưới thành lập theo phương án đo đạc mặt đất nên sử dụng phương án 2, trường hợp thu tọa độ vuông góc phẳng mà chưa xác định trực tiếp tọa độ điểm lưới hệ tọa độ WGS84 hệ tọa độ trắc địa IV Kết luận Quy trình tính chuyển tọa độ mạng lưới thi công hệ tọa độ công trình nêu có hệ thống công thức tính toán phù hợp, đáp ứng yêu cầu độ xác mạng lưới thi công công trình thủy điện Kết khảo sát tính toán thực nghiệm bước đầu cho thấy phương án tính chuyển tọa độ nêu có đủ độ tin cậy áp dụng vào thực tế sản xuất Tài liệu tham khảo Hoàng Ngọc Hà (2006), Bình sai tính toán lưới trắc địa GPS, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội Trần Khánh, Hứa Văn Vũ (2006), Thành lập lưới khống chế thi công công trình thủy điện, Tuyển tập báo cáo hội nghị khoa học lần thứ 17, Quyển Đại học Mỏ Địa chất Bolsakov B.B nnk (1976), Cẩm nang trắc địa, Nxb Nhedra, Moskva Iacovlev.H.V (1982), Thực hành trắc địa cao cấp, Nxb Nhedra, Moskva Tổng công ty Điện lực Việt Nam (2006), Quy định xây dựng lưới tam giác thủy công, lưới thủy chuẩn thủy công quản lý vận hành công trình thủy ®iƯn, Hµ Néi Summary: Assessment on some methods of building coodinate systems in the control network which is used in hydroelectric power construction Tran Khanh, University of Mining and Geology Bui Thi Kien Trinh, Water Resources University This paper investigated some methods of coordinates transformation from the National coordinate system to the construction coordinate system Authors introduced a suitable algorithm to compute data This algorithm is able to applicate in practice Người phản biện: TS Hoàng Xuân Thành 30 ... WGS84 hệ tọa độ trắc địa IV Kết luận Quy trình tính chuyển tọa độ mạng lưới thi công hệ tọa độ công trình nêu có hệ thống công thức tính toán phù hợp, đáp ứng yêu cầu độ xác mạng lưới thi công công... chuyển từ hệ tọa độ vuông góc phẳng tọa độ công trình Chúng đề xuất quy trình xác lập tính chuyển hệ tọa độ phẳng công trình với bước thực sau: Bước 1: Tính chuyển tọa độ phẳng hệ tọa độ có kinh... vực xây dựng kết xác định tọa độ vuông góc phẳng công trình Bảng 4: Kết tính chuyển tọa độ từ hệ WGS-84 hệ tọa độ công trình Số TT Tọa độ địa diện (Tính độ cao 65 m) Tọa độ vuông góc không gian