Nghiên cứu ứng dụng công nghệ gnss thành lập lưới khống chế thi công công trình thủy điện có chiều cao cột nước lớn

Mục đích nghiên cứu của đề tài - Nghiên cứu khả năng ứng dụng công nghệ GNSS, các phương pháp đo và xử lý số liệu bảo đảm hiệu quả và độ chính xác trong quá trình thành lập lưới khống c

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

NGUYỄN VĂN ĐIỆP

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GNSS THÀNH LẬP LƯỚI KHỐNG CHẾ THI CÔNG CÔNG TRÌNH THỦY ĐIỆN

CÓ CHIỀU CAO CỘT NƯỚC LỚN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Hà Nội-2018

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

NGUYỄN VĂN ĐIỆP

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GNSS THÀNH LẬP LƯỚI KHỐNG CHẾ THI CÔNG CÔNG TRÌNH THỦY ĐIỆN

CÓ CHIỀU CAO CỘT NƯỚC LỚN

Ngành: Kỹ thuật trắc địa - bản đồ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

PGS.TS LÊ ĐỨC TÌNH

Hà Nội-2018

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Hà Nội, ngày tháng năm 2018

Tác giả luận văn

Nguyễn Văn Điệp

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 7

LỜI CẢM ƠN 10

CHƯƠNG 1 11

TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ GNSS 11

1.1GIỚITHIỆUCHUNGVỀCÔNGNGHỆGNSS 11

1.1.1 Khái quát hệ thống định vị toàn cầu GNSS 11

1.1.2 Tính năng nổi trội của công nghệ GNSS 12

1.2.ỨNGDỤNG CỦACÔNGNGHỆGNSS 12

1.3.CÁCHỆTHỐNGCỦAGNSS 13

1.3.1.Hệ thống định vị GPS 14

1.3.2 Hệ thống Galileo 17

1.3.3 Hệ thống GLONASS 19

CHƯƠNG 2 ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GNSS TRONG THÀNH LẬP 26

LƯỚI KHỐNG CHẾ THI CÔNG CÔNG TRÌNH THỦY ĐIỆN 26

2.1.ĐẶCĐIỂMCẤUTRÚCCỦACÔNGTRÌNHTHỦYĐIỆN 26

2.1.1 Hồ chứa nước 27

2.1.2 Công trình chính 28

2.1.3 Công trình phụ trợ 29

2.2 YÊU CẦU ĐỘ CHÍNH XÁC BỐ TRÍ CÁC HẠNG MỤC CÔNG TRÌNH THỦYĐIỆN 29

2.3 ỨNG DỤNG GNSS ĐỂ THÀNH LẬP LƯỚI THI CÔNG CÔNG TRÌNH THỦYĐIỆN 31

2.3.1 Đặc điểm và phân cấp lưới khống chế thi công 31

2.3.2 Kết cấu và phân bố mốc lưới khống chế thi công 33

2.3.3 Liên kết đồ hình lưới GNSS 35

2.3.3 Ước tính gần đúng độ chính xác lưới GNSS 38

2.4.MỘTSỐCHỈTIÊUKỸTHUẬTĐOĐẠCLƯỚIGNSS 43

2.5 MỘT SỐ GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QỦA ĐO GNSS TRONG LƯỚI TRẮCĐỊACÔNGTRÌNH 44

2.5.1 Chọn điểm, thiết kế và ước tính độ chính xác của lưới 44

2.5.2 Tổ chức đo đạc 46

2.5.3 Xử lý kết quả đo cạnh 47

2.5.4 Tính toán và bình sai mạng lưới 48

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN XỬ LÝ SỐ LIỆU LƯỚI THI CÔNG 50

CÔNG TRÌNH THỦY ĐIỆN THÀNH LẬP BẰNG CÔNG NGHỆ GNSS 50

3.1 QUY TRÌNH XỬ LÝ SỐ LIỆU BẰNG PHẦN MỀM TBC (TRIMBLE BUSINESSCENTER) 50

3.1.1 Giới thiệu tổng quan phần mềm TBC 50

3.1.2 Ứng dụng phần mềm TBC 2.70 trong xử lý lưới khống chế GNSS 53

3.2 CHỌN HỆ TỌA ĐỘ VÀ ĐỘ CAO MẶT CHIẾU ĐỐI VỚI CÔNG TRÌNH THỦYĐIỆN 62

3.2.1 Nguyên tắc chọn hệ quy chiếu 62

3.2.2 Các số hiệu chỉnh chiều dài cho mạng lưới khống chế thi công 63

3.3TÍNHCHUYỂNTỌAĐỘGPSVỀHỆTỌAĐỘCÔNGTRÌNH 67

3.3.1 Tính chuyển tọa độ phẳng giữa các múi chiếu 68

3.3.2 Tính chuyển tọa độ phẳng đồng dạng (Helmert) 71

3.3.3 Quy trình tính chuyển tọa độ GPS về hệ tọa độ công trình 74

CHƯƠNG 4

THỰC NGHIỆM THÀNH LẬP LƯỚI TAM GIÁC THỦY CÔNGCÔNG TRÌNH

THỦY ĐIỆN THƯỢNG KON TUM BẰNG CÔNG NGHỆ GNSS 76

4.1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH THỦY ĐIỆN THƯỢNG KONTUM 76

4.1.1 Giới thiệu chung 76

4.1.2 Điều kiện địa lý tự nhiên 76

4.1.3 Mục đích, yêu cầu và nhiệm vụ xây dựng hệ thống lưới thi công công trình 77

4.2.THIẾTKẾLƯỚITHICÔNGMẶTBẰNG 78

4.2.1 Thiết kế sơ đồ mạng lưới 78

4.2.2 Thiết kế kết cấu mốc 80

4.2.3 Thiết kế tổ chức ca đo 80

4.3.TÍNHTOÁNƯỚCTÍNHĐỘCHÍNHXÁCLƯỚI 82

4.3.1 Yêu cầu độ chính xác đối với mạng lưới 82

4.3.2 Ước tính độ chính xác lưới 82

4.4.THỰCNGHIỆMXỬLÝSỐLIỆULƯỚITHỦYCÔNG 83

4.4.1 Kết quả đo và tính toán bình sai lưới GPS 83

4.4.2 Tính chuyển tọa độ GPS về tọa độ công trình 85

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 90

TÀI LIỆU THAM KHẢO 91

PHẦN PHỤ LỤC 93

DANH MỤC CÁC HÌNH

HÌNH 1.1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ GNSS 11

HÌNH 1.2: TÍN HIỆU CỦA GNSS 13

HÌNH1.3: HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU GNSS 14

HÌNH 1.4: HỆ THỐNG GLONASS 20

HÌNH 1.5: NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA GLONASS 21

HÌNH 1.6: ỨNG DỤNG CỦA GLONASS 24

HÌNH 2.1: TOÀN CẢNH CÔNG TRÌNH THỦY ĐIỆN 26

HÌNH 2.2: CÔNG TRÌNH ĐẦU MỐI THỦY ĐIỆN YALY GIA LAI 27

HÌNH 2.3: HỒ CHỨA THỦY ĐIỆN BẢN CHÁT 28

HÌNH 2.4: CÔNG TRÌNH ĐẦU MỐI THỦY ĐIỆN A LƯỚI 29

HÌNH 2.5: BẢN VẼ THIẾT KẾ MỐC LƯỚI KHỐNG CHẾ THI CÔNG THỦY ĐIỆN34 HÌNH 2.6: ẢNH MỐC LƯỚI KHỐNG CHẾ THI CÔNG THỦY ĐIỆN 34

HÌNH2.7: LIÊN KẾT ĐIỂM 35

HÌNH 2.8: LIÊN KẾT CẠNH 36

HÌNH 2.9: LIÊN KẾT CẠNH - ĐIỂM 37

HÌNH 3.1: CHƯƠNG TRÌNH TRIMBLE BUSINESS CENTER 50

HÌNH 3.2: FILE MENU 51

HÌNH 3.3: SURVEY MENU 52

HÌNH 3.4: REPORTS MENU 53

HÌNH 3.5: SƠ ĐỒ QUY TRÌNH XỬ LÝ SỐ LIỆU BẰNG PHẦN MỀM TBC 2.70 54

HÌNH 3.7: NHẬP DỮ LIỆU TỪ CHỨC NĂNG IMPORT 55

HÌNH 3.8: HỘP THOẠI IMPORTING FILE 56

HÌNH 3.9: HỘP THOẠI RECEIVER RAW DATA IN 56

HÌNH 3.10: HỘP THOẠI PROCESS BASELINES 57

HÌNH 3.11: MODUN ADJUST NETWORK 60

HÌNH 3.12: MODUN COORDINATE SYSTEM MANAGER 61

HÌNH 3.13: SỐ HIỆU CHỈNH CHIỀU DÀI 63

HÌNH 3.14: CHUYỂN ĐỔI TỌA ĐỘ VUÔNG GÓC PHẲNG 72

HÌNH 4.1: SƠ ĐỒ MẠNG LƯỚI TAM GIÁC THỦY CÔNG 80

DANH MỤC CÁC BẢNG

BẢNG 2.1: YÊU CẦU ĐỘ CHÍNH XÁC BỐ TRÍ CÁC HẠNG MỤC CÔNG

TRÌNH THỦY ĐIỆN 31

BẢNG 2.2: PHÂN CẤP LƯỚI KHỐNG CHẾ THI CÔNG 33

BẢNG 2.3: THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA LƯỚI KHỐNG CHẾ THI CÔNG 33

BẢNG 2.4: THỜI GIAN TỐI THIỂU CA ĐO 43

BẢNG 2.5: YÊU CẦU KỸ THUẬT CƠ BẢN KHI ĐO GNSS 43

BẢNG 3.1: GIÁ TRỊ HIỆU ĐỘ CAO CỦA CẠNH ĐO VÀ ĐỘ CAO MẶT CHIẾU 64

BẢNG 3.2: GIÁ TRỊ KHOẢNG CÁCH TỪ KINH TUYẾN TRỤC ĐẾN CÔNG TRÌNH 66

BẢNG 4.1: CẤP HẠNG LƯỚI THI CÔNG CỦA THUỶ ĐIỆN THƯỢNG KON TUM 78

BẢNG 4.2: TỌA ĐỘ CÁC ĐIỂM THIẾT KẾ VÀ SAI SỐ VỊ TRÍ ĐIỂM 83

BẢNG 4.3: BẢNG KẾT QUẢ TỌA ĐỘ PHẲNG BÌNH SAI 84

BẢNG 4.4: CÁC THAM SỐ CỦA MÚI CHIẾU 86

BẢNG 4.5 : KẾT QUẢ TÍNH CHUYỂN TỌA ĐỘ QUA CÁC MÚI CHIẾU 87

BẢNG 4.6: TỌA ĐỘ CÁC ĐIỂM SONG TRÙNG 87

BẢNG 4.7: KẾT QUẢ TỌA ĐỘ TÍNH CHUYỂN VỀ TỌA ĐỘ CÔNG TRÌNH88 BẢNG 4.8: CÁC THAM SỐ CỦA MÚI CHIẾU 88

BẢNG 4.9: KẾT QUẢ TÍNH CHUYỂN TỌA ĐỘ QUA CÁC MÚI CHIẾU 89

BẢNG 4.10: TỌA ĐỘ CÁC ĐIỂM SONG TRÙNG 89 BẢNG 4.11: KẾT QUẢ TỌA ĐỘ TÍNH CHUYỂN VỀ TỌA ĐỘ CÔNG TRÌNH89

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Ngày nay nhu cầu về điện năng để phục vụ cho công cuộc phát triển kinh tế

xã hội của mỗi Quốc gia nói chung cũng như nhu cầu phục vụ cho sinh hoạt của

người dân nói riêng là hết sức quan trọng và cần thiết, vấn đề sản xuất điện luôn

được coi là vấn đề trọng điểm của Quốc gia đó Đối với Việt Nam cũng vậy, là một nước đang phát triển, khả năng cung cấp điện phục vụ sản xuất và sinh hoạt đang rất thiếu so với nhu cầu thực tế Sản xuất điện là một nhiệm vụ hết sức nặng

nề đối với ngành điện lực trong nhiều thập kỷ tới

Với đặc điểm khí hậu của một nước nhiệt đới gió mùa: mưa nhiều, nguồn nước của các sông suối dồi dào, tiềm năng thủy điện phong phú, nên hướng đầu tư vào thủy điện đang được ưu tiên trong chiến dịch phát triển của ngành điện lực Các dự án thủy điện với nhiều quy mô lớn, vừa và nhỏ đã và đang được đầu tư xây dựng mạnh mẽ ở các vùng như: vùng đông Nam bộ, khu vực Tây Nguyên, khu vực miền Trung và các tỉnh miền núi phía Bắc Nhưng công tác trắc địa phục vụ cho khảo sát, thi công còn đang gặp nhiều khó khăn do điều kiện địa hình vùng rừng núi phức tạp

Ngày nay, việc ứng dụng công nghệ GNSS vào lĩnh vực trắc địa nói chung

và trắc địa công trình nói riêng đã trở nên phổ biến, đặc biệt trong ứng dụng vào mục đích thành lập các loại lưới khống chế thi công công trình Sự phát triển nhanh của khoa học công nghệ giúp cho khả năng ứng dụng công nghệ GNSS ngày càng cao, các phần mềm xử lý số liệu ngày càng ưu việt và đáp ứng được các yêu cầu đa dạng của thực tế sản xuất

Ứng dụng công nghệ GNSS trong xây dựng thành lập các loại lưới khống chế là hoàn toàn hợp lý và đạt hiệu quả cao hơn so với các phương pháp truyền thống trước đây Để xây dựng lưới khống chế thi công công trình thuỷ điện có ý nghĩa khoa học và thực tiễn to lớn vì khi áp dụng công nghệ này chúng ta tiết kiệm

được thời gian sản xuất, giảm bớt chi phí, nhân công, khắc phục được những khó khăn về địa hình

Vì vậy, việc nghiên cứu đề tài: "Nghiên cứu ứng dụng công nghệ GNSS

thành lập lưới khống chế thi công công trình thuỷ điện có chiều cao cột nước lớn" là rất cần thiết, góp phần giải quyết được những vấn đề khó khăn nêu trên

2 Mục đích nghiên cứu của đề tài

- Nghiên cứu khả năng ứng dụng công nghệ GNSS, các phương pháp đo và

xử lý số liệu bảo đảm hiệu quả và độ chính xác trong quá trình thành lập lưới khống chế thi công các công trình thuỷ điện

- Nghiên cứu đặc điểm, yêu cầu kỹ thuật đối với lưới thi công công trình thuỷ điện, từ đó xác định phương pháp thiết kế, tổ chức đo đạc lưới thi công bằng công nghệ GNSS

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Lưới khống chế mặt bằng đo bằng công nghệ GNSS thục vụ thi công công trình thuỷ điện

- Nghiên cứu ứng dụng phần mềm TBC2.7 để xử lý số liệu GNSS sau đó tính chuyển lưới về hệ tọa độ công trình

4 Nội dung nghiên cứu

- Thu thập, nghiên cứu các tài liệu liên quan đến ứng dụng công nghệ GNSS trong trắc địa công trình, độ chính xác và các tiêu chuẩn trong xây dựng thủy điện Thu thập các số liệu thực tế từ việc xây dựng lưới khống chế thi công tại các công trình thuỷ điện

- Xây dựng quy trình thiết kế, tổ chức đo đạc và xử lý số liệu GNSS trong thành lập lưới khống chế thi công công trình thuỷ điện

- Thực nghiệm ứng dụng GNSS trong thành lập lưới khống chế thi công công trình thuỷ điện

5 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp thống kê: thu thập, tổng hợp, xử lý các thông tin và tài liệu liên quan, kế thừa có chọn lọc các thành quả có liên quan đến đề tài

- Phương pháp phân tích: sử dụng các phương tiện và các công cụ tiện ích, phân tích có lôgíc các tư liệu, số liệu hiện có làm cơ sở giải quyết các vấn đề đặt

ra

- Phương pháp so sánh: tổng hợp các kết quả, so sánh đánh giá và đưa ra các kết luận chính xác về vấn đề đặt ra

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

- Góp phần hoàn thiện quy trình xây dựng lưới khống chế thi công đo bằng công nghệ GNSS trong thi công xây dựng công trình thủy điện ở Việt nam

- Ứng dụng công nghệ GNSS để xây dựng lưới khống chế thi công công trình thuỷ điện có ý nghĩa thực tiễn to lớn vì khi áp dụng công nghệ này chúng ta tiết kiệm được thời gian sản xuất, giảm bớt chi phí, nhân công, khắc phục được những khó khăn về địa hình

7 Cấu trúc luận văn

Luận văn bao gồm: Mở đầu, 4 Chương và phần kết luận được trình bày trong 93 trang với 15 bảng và 27 hình

LỜI CẢM ƠN

Luận văn này được hoàn thành dưới sự hướng dẫn của Thầy giáo PGS

TS Lê Đức Tình Nhân đây, tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với thầy

giáo hướng dẫn đã tận tình chỉ bảo, giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này Xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong bộ môn Trắc địa công trình, các thầy cô giáo trong khoa Trắc địa - Bản đồ và Quản lý đất đai trường Đại học Mỏ - Địa chất đã trang bị cho tôi những kiến thức bổ ích, giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và trong thời gian thực hiện luận văn tốt nghiệp

Tôi rất mong được các thầy cô giáo và các bạn đồng nghiệp nhận xét, góp ý

để kiến thức của tôi được hoàn thiện hơn

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ GNSS 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÔNG NGHỆ GNSS

1.1.1 Khái quát hệ thống định vị toàn cầu GNSS

Hệ thống định vị vệ tinh toàn cầu (GNSS) là tên dùng chung cho các hệ thống định vị toàn cầu sử dụng vệ tinh như: GPS (Hoa Kỳ), hệ thống định vị Galileo (Liên minh châu Âu), hệ thông GLONASS (Liên bang Nga)

và hệ thống định vị Bắc Đẩu (Trung Quốc) Hệ thống định vị vệ tinh được phát triển từ những năm 70 của thế kỷ XX

Ban đầu chuyên dùng cho mục đích quân sự, từ những năm 80 của thể kỷ

XX bắt đầu Được mở rộng cho các mục đích dân sự như định vị điểm, đạo hàng dẫn đường,

Hình 1.1: Tổng quan về công nghệ GNSS

Một hệ thống định vị vệ tinh cơ bản được cấu tạo bởi 3 phần chính:

+ Phần điều khiển, bao gồm trạm xử lý trung tâm, các trạm giám sát, các trạm truyền số hiệu chỉnh vệ tinh phân bố đều trên vùng lãnh thổ hoặc toàn thế giới để tiện cho việc điều khiển hệ thống

+ Phần không gian, bao gồm các vệ tinh bay theo các quỹ đạo đã được định trước và đảm bảo ở vị trí, thời điểm bất kỳ nào trên bề mặt Trái Đất cũng

có thể quan sát cùng một lúc được ít nhất 4 vệ tinh

+ Phần sử dụng, bao gồm các thiết bị thu tín hiệu từ các vệ tinh nhân tạo,

nó được đặt trên các đối tượng cần theo dõi vị trí như: máy bay, tàu thủy, tàu hỏa,

xe buýt, các công trình có khả năng chuyển dịch,

1.1.2 Tính năng nổi trội của công nghệ GNSS

+ Đo đạc đơn giản, không cần thông hướng giữa các điểm đo;

+ Độ chính xác cao

+ Tự động quan trắc, hiệu chỉnh sai số trực tiếp thông qua radio link;

+ Hoạt động tốt kể cả trong môi trường khắc nghiệt (-400C ÷ 800C);

+ Tốc độ thu tín hiệu nhanh;

+ Thu và xử lý đa tín hiệu từ nhiều hệ thống vệ tinh khác nhau;

+ Điều khiển thông qua bộ điều khiển cầm tay;

+ Tiện ích khác: Có radio link để thu hoặc phát tín hiệu hiệu chỉnh Kết nối với máy tính thông qua mạng Internet, 3G, Wifi Kết hợp với RTS trong cùng một khối thống nhất

1.2 ỨNG DỤNG CỦA CÔNG NGHỆ GNSS

Thông dụng:

– Dẫn đường cho phương tiện giao thông

– Giám sát hành trình

– Lưu vết đối tượng

– Dịch vụ hướng vị trí (Location Based Services - LBS)

Chuyên sâu:

– Trắc địa, bản đồ

– Giám sát môi trường

– Nghiên cứu về tầng khí quyển

– Phương tiện tự hành

– Đồng bộ thời gian trong các hệ thống viễn thông, giao dịch điện tử

Hình 1.2: Tín hiệu của GNSS

1.3 CÁC HỆ THỐNG CỦA GNSS

Hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu ( Global Navigation Satellite System -

GNSS) là tên dùng chung cho các hệ thống định vị toàn cầu sử dụng vệ tinh như

GPS (Hoa Kỳ), Hệ thống định vị Galileo (Liên minh châu Âu) và GLONASS (Liên bang Nga) và Hệ thống định vị Bắc Đẩu (Trung Quốc)

Hình1.3: Hệ thống định vị toàn cầu GNSS

1.3.1.Hệ thống định vị GPS

Hệ thống định vị toàn cầu của Mỹ là hệ dẫn đường dựa trên một mạng lưới

24 quả vệ tinh được Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ đặt trên quỹ đạo không gian.Các hệ thống dẫn đường truyền thống hoạt động dựa trên các trạm phát tín hiệu vô tuyến

điện Được biết đến nhiều nhất là các hệ thống sau: LORAN – (LOng RAnge

TACAN – (TACtical Air Navigation) – dùng cho quân đội Mỹ và biến thể với độ chính xác thấp VOR/DME – VHF (Omnidirectional Range/Distance Measuring

Gần như đồng thời với lúc Mỹ phát triển GPS, Liên Xô cũng phát triển một

hệ thống tương tự với tên gọi GLONASS Hiện nay Liên minh Châu Âu đang phát triển hệ dẫn đường vệ tinh của mình mang tên Galileo Trung Quốc thì phát triển

hệ thống định vị toàn cầu của mình mang tên Bắc Đẩu bao gồm 35 vệ tinh

Ban đầu, GPS và GLONASS đều được phát triển cho mục đích quân sự, nên mặc dù chúng dùng được cho dân sự nhưng không hệ nào đưa ra sự đảm bảo tồn

tại liên tục và độ chính xác Vì thế chúng không thỏa mãn được những yêu cầu an toàn cho dẫn đường dân sự hàng không và hàng hải, đặc biệt là tại những vùng và tại những thời điểm có hoạt động quân sự của những quốc gia sở hữu các hệ thống

đó Chỉ có hệ thống dẫn đường vệ tinh châu Âu Galileo (đang được xây dựng) ngay từ đầu đã đặt mục tiêu đáp ứng các yêu cầu nghiêm ngặt của dẫn đường và định vị dân sự

GPS ban đầu chỉ dành cho các mục đích quân sự, nhưng từ năm 1980 chính phủ Mỹ cho phép sử dụng trong dân sự GPS hoạt động trong mọi điều kiện thời tiết, mọi nơi trên Trái Đất, 24 giờ một ngày Không mất phí thuê bao hoặc mất tiền trả cho việc thiết lập sử dụng GPS nhưng phải tốn tiền không rẻ để mua thiết bị thu tín hiệu và phần mềm nhúng hỗ trợ

• Hoạt động của GPS

Các vệ tinh GPS bay vòng quanh Trái Đất hai lần trong một ngày theo một quỹ đạo rất chính xác và phát tín hiệu có thông tin xuống Trái Đất Các máy thu GPS nhận thông tin này và bằng phép tính lượng giác tính được chính xác vị trí của người dùng Về bản chất máy thu GPS so sánh thời gian tín hiệu được phát đi

từ vệ tinh với thời gian nhận được chúng Sai lệch về thời gian cho biết máy thu GPS ở cách vệ tinh bao xa Rồi với nhiều quãng cách đo được tới nhiều vệ tinh máy thu có thể tính được vị trí của người dùng và hiển thị lên bản đồ điện tử của máy

Máy thu phải nhận được tín hiệu của ít nhất ba vệ tinh để tính ra vị trí hai chiều (kinh độ và vĩ độ) và để theo dõi được chuyển động Khi nhận được tín hiệu của ít nhất 4 vệ tinh thì máy thu có thể tính được vị trí ba chiều (kinh độ, vĩ độ và

độ cao) Một khi vị trí người dùng đã tính được thì máy thu GPS có thể tính các thông tin khác, như tốc độ, hướng chuyển động, bám sát di chuyển, khoảng hành trình, quãng cách tới điểm đến, thời gian Mặt Trời mọc, lặn và nhiều thứ khác nữa

• Cấu trúc của GPS

GPS hiện tại gồm 3 phần chính: phần không gian, kiểm soát và sử dụng Không quân Hoa Kỳ phát triển, bảo trì và vận hành các phần không gian và kiểm soát Các vệ tinh GPS truyền tín hiệu từ không gian, và các máy thu GPS sử dụng các tín hiệu này để tính toán vị trí trong không gian 3 chiều (kinh độ, vĩ độ và độ cao) và thời gian hiện tại

• Phần không gian

Phần không gian gồm 27 vệ tinh (24 vệ tinh hoạt động và 3 vệ tinh dự phòng) nằm trên các quỹ đạo xoay quanh trái đất Chúng cách mặt đất 20.200 km, bán kính quỹ đạo 26.600 km Chúng chuyển động ổn định vá quay hai vòng quỹ đạo trong khoảng thời gian gần 24 giờ với vận tốc 7 nghìn dặm một giờ Các vệ tinh trên quỹ đạo được bố trí sao cho các máy thu GPS trên mặt đất có thể nhìn thấy tối thiểu 4 vệ tinh vào bất kỳ thời điểm nào

Các vệ tinh được cung cấp bằng năng lượng Mặt Trời Chúng có các nguồn pin dự phòng để duy trì hoạt động khi chạy khuất vào vùng không có ánh sáng Mặt Trời Các tên lửa nhỏ gắn ở mỗi quả vệ tinh giữ chúng bay đúng quỹ đạo đã định

• Phần kiểm soát

Mục đích trong phần này là kiểm soát vệ tinh đi đúng hướng theo quỹ đạo

và thông tin thời gian chính xác Có 5 trạm kiểm soát đặt rải rác trên trái đất Bốn trạm kiểm soát hoạt động một cách tự động, và một trạm kiểm soát là trung tâm Bốn trạm này nhận tín hiệu liên tục từ những vệ tinh và gửi các thông tin này đến trạm kiểm soát trung tâm Tại trạm kiểm soát trung tâm, nó sẽ sửa lại dữ liệu cho đúng và kết hợp với hai an-ten khác để gửi lại thông tin cho các vệ tinh Ngoài ra, còn một trạm kiểm soát trung tâm dự phòng và sáu trạm quan sát chuyên biệt

Trạm trung tâm cũng có thể truy cập từ các ăng-ten mặt đất của U.S Air

Force Satellite Control

Việc cập nhật được tạo ra bở bộ lọc Kalman sử dụng các tín hiệu/thông tin

từ các trạm quan sát trên mặt đất, thông tin thời tiết không gian, và các dữ liệu khác

+ Vệ tinh GPS đầu tiên được phóng năm 1978

+ Hoàn chỉnh đầy đủ 24 vệ tinh vào năm 1994

+ Mỗi vệ tinh được làm để hoạt động tối đa là 15 năm

+ Vệ tinh GPS có trọng lượng khoảng 1500 kg và dài khoảng 17 feet (5 m) với các tấm năng lượng Mặt Trời mở (có độ rộng 7 m²)

+ Công suất phát bằng hoặc dưới 50 watts

• Tín hiệu của GPS

GPS hiện tại gồm 3 phần chính: phần không gian, kiểm soát và sử dụng Không quân Hoa Kỳ phát triển, bảo trì và vận hành các phần không gian và kiểm soát Các vệ tinh GPS truyền tín hiệu từ không gian, và các máy thu GPS sử dụng các tín hiệu này để tính toán vị trí trong không gian 3 chiều (kinh độ, vĩ độ và độ cao) và thời gian hiện tại

Các vệ tinh được cung cấp bằng năng lượng Mặt Trời Chúng có các nguồn pin dự phòng để duy trì hoạt động khi chạy khuất vào vùng không có ánh sáng Mặt Trời Các tên lửa nhỏ gắn ở mỗi quả vệ tinh giữ chúng bay đúng quỹ đạo đã định

1.3.2 Hệ thống Galileo

Hệ thống định vị Galileo là một hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu (GNSS)

được xây dựng bởi Liên minh châu Âu Galileo khác với GPS của Hoa Kỳ và GLONASS của Liên bang Nga ở chỗ nó là một hệ thống định vị được điều hành và

quản lý bởi các tổ chức dân dụng, phi quân sự Galileo theo kế hoạch sẽ chính thức hoạt động vào năm 2011-12, muộn 3-4 năm so với kế hoạch ban đầu

Thông số của hệ thống

• Vệ tinh

- 30 vệ tinh (27 vệ tinh hoạt động chính và 3 vệ tinh dự phòng)

- Độ cao quỹ đạo: 23.222 km (quỹ đạo tầm trung)

- Phân bố trên 3 mặt chính, góc nghiêng 56 độ

- Tuổi thọ thiết kế của vệ tinh: > 12 năm

- Trọng lượng vệ tinh: 675 kg

- Kích thước vệ tinh: 2,7 m × 1,2 m × 1,1 m

- Năng lượng từ pin mặt trời: 1500 W (tại thời điểm tuổi thọ thiết kế)

• Dịch vụ cung cấp

Bốn dịch vụ về định vị sẽ được cung cấp bởi Galileo:

- Dịch vụ mở (open service): miễn phí với mọi đối tượng Người dùng có thể

sử dụng 2 tần số L1 và E5A Độ chính xác đối với máy thu 2 tần số là 4 m cho phương ngang và 8 m cho chiều thẳng đứng Đối với máy thu 1 tần số (L1), độ chính xác là 15 m và 35 m, tương đương với GPS hiện thời

- Dịch vụ trả tiền (commercial service): dành cho các đối tượng cần có độ chính xác < 1 m với một khoản phí nhất định Dịch vụ này sẽ được cung cấp thông qua tần số thứ 3 (E6)

- Dịch vụ cứu hộ (safety of life service): dành riêng cho cứu hộ, độ bảo mật cao, chống gây nhiễu sóng

- Dịch vụ công cộng (public regulated service): dành riêng cho chính phủ và quân đội của các nước Liên minh châu Âu Đặc biệt bảo mật, độ tin cậy cao

- Công suất: 943 W

- Kích cỡ: 0,955 m × 0,955 m × 2,4 m

- Ngày phóng: cuối năm 2007

- Tên lửa phóng: Soyus

- 2004: Kết thúc đàm phán cấu trúc tín hiệu với Mỹ

- 2004: Phóng 2 vệ tinh thử nghiệm GioveA & B

- 2009: Quyết định giảm sốvệ tinh từ xuống 22 Giá thành: 22 tỷ EUR so với

dự kiến 7.7 ban đầu Hệ thống dự kiến hoạt động 2014

1.3.3 Hệ thống GLONASS

GLONASS :( Global'naya Navigatsionnaya Sputnikovaya Sistema) là hệ

thống vệ tinh định vị toàn cầu của Liên bang Nga, tương tự như GPS (NAVSTAR) của Hoa Kỳ hay Galileo của Liên minh châu Âu Số vệ tinh đang hoạt động là 24

vệ tinh, chuyển động trên bề mặt Quả Đất theo 3 mặt quỹ đạo với góc nghiêng 64,8°, và độ cao 19100 km

Vệ tinh đầu tiên của GLONASS được Liên Xô đưa lên quỹ đạo ngày 12 tháng 10 năm 1982, vào ngày 24 tháng 9 năm 1993 hệ chính thức được đưa vào sử dụng

Hình 1.4: Hệ thống GLONASS

Cũng giống như GPS, chức năng chính của GLONASS là hệ thống điều hướng cho xe hơi và hàng không Tuy nhiên, ban đầu nó được ngành quốc phòng của Nga dùng làm hệ thống dẫn đường trong các môi trường đòi hỏi tốc độ cao như trong máy bay phản lực và tên lửa đạn đạo

GLONASS bắt đầu ra mắt vào cuối thập kỷ 70 của thế kỷ trước Ban đầu, nó được sử dụng chủ yếu cho việc định vị thời tiết và đo vận tốc Tuy nhiên sau sự sụp đổ của Liên Xô, đầu tư cho GLONASS bị cắt giảm khiến dự án bị đình trệ Kết hợp với tuổi đời của vệ tinh ngắn (khoảng 3 năm), nên rất ít người tin tưởng vào thành công của chương trình GLONASS Thế nhưng mọi sự thay đổi vào năm

2011 khi Thủ tướng Nga Vladimir Putin tuyên bố coi việc hoàn thành chương trình GLONASS là một ưu tiên quốc gia và đầu tư ồ ạt cho dự án này, biến nó trở thành

tổ hợp công nghệ tối quan trọng

Vào năm 2007, ông Putin ban hành sắc lệnh liên bang mở GLONASS cho

sử dụng dân sự không giới hạn, đưa hệ thống này trở thành thách thức với hệ thống

GPS của Mỹ Vào năm 2010, GLONASS đã phủ khắp lãnh thổ của Nga Một năm sau đó, nhờ vào chòm sao vệ tinh quay theo quỹ đạo mà nó đã phủ khắp toàn cầu

• Nguyên lý hoạt động của GLONASS

Hình 1.5: Nguyên lý hoạt động của GLONASS

Có 3 thành phần cấu tạo nên GLONASS Đầu tiên là cơ sở hạ tầng không gian gồm các chòm sao vệ tinh Đây là nhóm các vệ tinh hoạt động trên cùng hệ thống Chúng thường được đặt trên các máy bay bay quanh quỹ đạo trái đất hay còn được gọi là các quỹ đạo bay Các vệ tinh này tương tác với các mạng định vị dưới mặt đất (thành phần thứ hai), giúp tăng độ chính xác và tốc độ của các vệ tinh qua việc thu thập các thông tin đo đạc

Các mạng lưới định vị dưới mặt đất lý tưởng nhất là trải rộng đều trên khắp thế giới để đảm bảo sự chính xác Tuy nhiên với GLONASS, các mạng định vị dưới mặt đất chủ yếu nằm ở Nga, Brazil, Cuba và châu Nam Cực Nga cũng đã đồng ý sẽ mở các mạng định vị dưới mặt đất ở Trung Quốc, quốc gia muốn đưa GLONASS trở thành đối trọng với GPS Ngoài ra, trong năm 2014 thì GLONASS

đã có thêm 7 mạng định vị dưới mặt đất nằm ở bên ngoài nước Nga Các chòm sao

vệ tinh và mạng lưới định vị dưới mặt đất tạo thành lưới tam giác để xác định vị trí

của các thiết bị nhận, là thành phần thứ ba Thành phần thứ ba là các thiết bị nhận tương thích với GLONASS như smartphone hay các hệ thống dẫn đường trên xe hơi Lưới tam giác (để đo đạc vị trí) được thực hiện bởi một loạt tính toán dựa trên các nội dung tín hiệu gửi từ các vệ tinh Các tín hiệu này được gửi ở các khoảng thời gian chính xác Các thiết bị nhận dùng GLONASS để định vị sẽ sử dụng các tín hiệu gửi từ ít nhất 4 vệ tinh để tính toán vị trí, vận tốc và thời gian

GLONASS ban đầu sử dụng phương pháp truy cập đa tần FDMA (Frequency Division Multiple Access Method) để liên lạc với các vệ tinh, với 25 kênh cho 24 vệ tinh Đây là giao thức phổ biến trong liên lạc vệ tinh nhưng có hạn chế là dễ bị can nhiễu và gián đoạn Từ năm 2008, GLONASS đã sử dụng CDMA (Code Division Multiple Access Technique) để mang đến khả năng tương thích với các vệ tinh GPS Bởi vì các thiết bị nhận GLONASS tương thích với cả FDMA và CDMA nên chúng chúng có kích cỡ lớn hơn và đắt đỏ hơn GPS

• Sự khác biệt giữa GLONASS và GPS

Có một số khác biệt cơ bản giữa GLONASS và GPS

Đầu tiên, GLONASS có ít vệ tinh hơn GPS có 32 vệ tinh quay quanh trái đất trong 6 quỹ đạo bay Trong khi đó, GLONASS có 24 vệ tinh với 3 quỹ đạo bay Điều này có nghĩa là GONASS có nhiều vệ tinh đi theo cùng quỹ đạo hơn GPS và như vậy nó làm giảm độ chính xác của việc định vị

Tuy vậy, khác biệt lớn nhất giữa GPS và GLONASS là cách thức liên lạc với thiết bị nhận Với GPS, các vệ tinh sử dụng cùng tần số vô tuyến nhưng có các

mã khác nhau để liên lạc Còn với GLONASS, các vệ tinh có cùng mã nhưng lại sử dụng các tần số khác nhau Điều này cho phép các vệ tinh liên lạc với nhau mặc dù đang ở cùng quỹ đạo bay

• Độ chính xác GLONASS

Độ chính xác của GLONASS tương đương với GPS Nhưng điều này không phải lúc nào cũng như vậy Đầu thế kỷ 21, GLONASS bị hỏng khiến hệ thống này hoạt động không chính xác Điều này khiến Roscosmos (Cơ quan vũ trụ Nga) đặt mục tiêu đưa GLONASS tiệm cận với GPS về độ chính xác và tin cậy vào năm

2011

Cuối năm 2011, GLONASS đã đạt được mục tiêu đề ra Nó đã chứng tỏ đạt được độ chính xác trong môi trường tối ưu (không có mây, tòa nhà cao tầng hoặc can nhiễu vô tuyến) tới 2,8 mét Kết quả này chỉ kém GPS một chút nhưng là mức hoàn toàn chấp nhận được cả với sử dụng thương mại lẫn quốc phòng.Tuy vậy, độ chính xác của GLONASS còn tùy thuộc vào nơi bạn sử dụng Nó đưa ra kết quả định vị chính xác hơn ở Bán cầu Bắc so với Bán cầu Nam do khu vực này tập trung nhiều trạm mặt đất hơn

• GLONASS ngày nay

Mặc dù nhiều nhà sản xuất điện thoại đã tích hợp GLONASS vào thiết bị của họ như Sony, Apple và HTC song hệ thống định vị này vẫn chưa thể phổ biến

được như GPS, công nghệ hiện có mặt trên hầu như toàn bộ smartphone và máy tính bảng

Điều này một phần là do GLONASS mới chỉ có kết quả thực sự chính xác ở các vĩ độ Bắc, do nó ban đầu được thiết kế chủ yếu phục vụ cho Nga trong khi GPS ngay từ đầu đã hướng đến toàn cầu GLONASS chưa được biết đến nhiều cũng bởi nó chưa phải là hệ thống định vị hoàn thiện như GPS và thực tế thì hầu như chưa có thiết bị nào giới thiệu ngoài nước Nga chỉ tích hợp mỗi GLONASS

• Ứng dụng GLONASS

Hình 1.6: Ứng dụng của GLONASS

IPhone và khá nhiều thiết bị Android đã sử dụng cả GLONASS và GPS để đảm bảo sự chính xác tối đa Nếu bạn đang ở khu vực nhiều mây che phủ hoặc bị bao quanh bởi các tòa nhà cao tầng, thiết bị của bạn sẽ sử dụng GLONASS kết hợp cùng với GPS Điều này cho phép thiết bị được xác định bởi bất kỳ vệ tinh nào trong tổng số 55 vệ tinh trên toàn cầu (các vệ tinh của cả GLONASS và GPS), như vậy sẽ làm tăng độ chính xác của việc định vị Tuy nhiên, GLONASS thường chỉ được kích hoạt khi tín hiệu GPS yếu để tiết kiệm pin cho thiết bị Có một số ít ứng

dụng chỉ sử dụng GLONASS để cung cấp dịch vụ định vị Chẳng hạn, ứng dụng NIKA GLONASS (hiện được cung cấp miễn phí trên kho ứng dụng Google Play và App Store) cho phép bạn theo dõi trí của thiết bị Android trong thời gian thực Tuy nhiên, ứng dụng này đòi hỏi phải có thẻ sim MTS (công nghệ CDMA) mới hoạt động

Chương 2 ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GNSS TRONG THÀNH LẬP

LƯỚI KHỐNG CHẾ THI CÔNG CÔNG TRÌNH THỦY ĐIỆN

2.1 ĐẶC ĐIỂM CẤU TRÚC CỦA CÔNG TRÌNH THỦY ĐIỆN

Các công trình thuỷ điện thường là các công trình trọng điểm của Quốc gia,

có số vốn đầu tư lớn, thời gian chuẩn bị và thi công kéo dài nhiều năm với rất nhiều hạng mục, cấu trúc phức tạp, đa dạng cần phải có sự tham gia của nhiều ngành khoa học kỹ thuật với trình độ cao Công trình thuỷ điện có ảnh hưởng trực tiếp đến kinh tế - xã hội và môi trường của vùng và cả nước

Hình 2.1: Toàn cảnh công trình thủy điện

Các công trình thủy điện được phân loại như sau:

- Nhà máy sau đập: các nhà máy kiểu này có đập được xây dựng ở gần nhà máy như: thủy điện Hòa Bình, thủy điện Sơn La, thủy điện Thác Bà…

- Nhà máy đường dẫn: nhà máy thủy điện được xây dựng theo phương pháp này thì đập được bố trí xây dựng cách xa nhà máy, nước được dẫn qua ống dẫn vào nhà máy

Công trình thủy điện thường là những công trình nhà máy đường dẫn Những công trình này đã tận dụng chênh cao cột nước từ đập đến nhà máy để tạo

ra công suất cho nhà máy như: nhà máy thủy điện A Lưới, nhà máy thủy điện A, nhà máy thủy điện Đa Nhim , công trình thủy điện Séo Chong Hô

Hình 2.2: Công trình đầu mối thủy điện Yaly Gia Lai

Cấu trúc của công trình thuỷ điện cơ bản có những hạng mục chính là: hồ chứa nước, công trình chính và công trình phụ trợ

2.1.1 Hồ chứa nước

Hồ chứa nước được hình thành do việc ngăn sông đắp đập, lượng nước trong

hồ chứa phục vụ cho nhà máy thuỷ điện Các thông số hồ chứa bao gồm: diện tích lưu vực, dung tích hồ, mức nước dâng bình thường, mức nước chết, mức nước gia cường Hồ chứa nước gây ngập lụt ảnh hưởng đến môi trường trong khu vực, vì vậy các cơ quan phải đưa ra nhiều phương án mức nước dâng khác nhau để so

chạn nhằm giảm thiểu ảnh hưởng tiêu cực của hồ chứa tới môi trường và đảm bảo

an toàn cho vùng hạ lưu

Hình 2.3: Hồ chứa thủy điện Bản Chát

do và tràn có điều khiển đóng mở bằng cáp hay thuỷ lực

- Cụm công trình tuyến năng lượng gồm: kênh dẫn, đường hầm dẫn nước, tuyến áp lực, nhà máy thuỷ điện, kênh xả sau nhà máy Trong cụm công trình này

các hạng mục: đường hầm, đường ống áp lực và nhà máy là quan trọng, khó thiết

kế thi công nhất và phải sử dụng các thiết bị thi công đắt tiền Các thiết bị lắp đặt như đường ống thép chịu áp lực cao, các tổ máy phát điện hiện nay phải nhập của các hãng chế tạo nước ngoài

Hình 2.4: Công trình đầu mối thủy điện A Lưới

2.1.3 Công trình phụ trợ

Hạng mục này gồm có hai nhóm công trình chủ yếu là:

- Các công trình phụ trợ phục vụ cho thi công và vận hành như: hệ thống điện, hệ thống nước, nhà xưởng, kho vật tư thiết bị, bãi để nguyên vật liệu cùng các công trình khác như giao thông, thông tin liên lạc

- Các công trình phục vụ cho công tác và sinh hoạt của cán bộ công nhân như: nhà quản lý vận hành, văn phòng, nhà ở, bệnh viện, nhà văn hoá

2.2 YÊU CẦU ĐỘ CHÍNH XÁC BỐ TRÍ CÁC HẠNG MỤC CÔNG TRÌNH THỦY ĐIỆN

Công tác đưa tim các trục chính (tim tuyến) công trình từ bản vẽ thiết kế ra thực địa là nhiệm vụ của tổ chức thiết kế Các điểm tim tuyến công trình chỉ được

đo đạc định vị thực địa khi có cơ sở gốc là các điểm lưới tam giác thủy công Số lượng các điểm tim tuyến do chủ nhiệm đề án yêu cầu, có tham khảo ý kiến của kĩ

sư chính và chủ nhiệm địa hình công trình

Trong công tác định vị tim các trục chính thì việc bố trí tim các tuyến đập dâng, đập tràn có yêu cầu độ chính xác cao nhất (bảng 2.1) với sai số tuyến theo chiều dọc: m x, chiều ngang: m y Từ đó tính được sai số vị trí điểm theo công thức:

2 2

y x

Độ chính xác của các điểm tim tuyến phụ thuộc vào 2 yếu tố là sai số số liệu gốc: m g(sai số của các điểm tam giác thủy công) và sai số bố trí đo đạc: m d Do vậy có thể viết:

2 2 2

d g

Vì các điểm của lưới tam giác thủy công được sử dụng làm cơ sở công tác

đo đạc và định vị nên ta có thể biểu diễn mối quan hệ giữa m gvà m d thông qua hệ

m m

K

=+ (2.3) Như vậy, độ chính xác của lưới phải thỏa mãn công thức (2.3)

Tổng công ty Điện lực Việt Nam đã đưa ra yêu cầu độ chính xác công tác đưa tim tuyến các hạng mục công trình thủy điện như sau [15]

Bảng 2.1: Yêu cầu độ chính xác bố trí các hạng mục công trình thủy điện

Hạng mục công trình

Sai số bố trí (cm) Sai số vị trí

điểm bố trí (cm)

2.3.1 Đặc điểm và phân cấp lưới khống chế thi công

2.3.1.1 Đặc điểm lưới khống chế thi công

Là mạng lưới chuyên dùng được thành lập trong giai đoạn thi công nhằm bảo đảm độ chính xác bố trí tổng thể, bố trí chi tiết và đo vẽ hoàn công các hạng mục cũng như quan trắc chuyển dịch, biến dạng công trình trong giai đoạn thi công Trong xây dựng thuỷ điện, mạng lưới này được sử dụng để thi công các công trình thuỷ công nên còn được gọi là lưới tam giác thuỷ công

Lưới tam giác thuỷ công là cơ sở để đưa tim mốc các hạng mục công trình ra thực địa và phục vụ công tác lắp đặt thiết bị, máy móc công trình Vì vậy mạng lưới cần phải có độ chính xác cao, các điểm lưới được đặt tại vị trí ổn định và tồn tại lâu dài trong suốt quá trình thi công công trình

Đặc điểm của lưới thi công công trình thủy điện là lưới cạnh ngắn (0.2 - 1.5

km) Xu hướng chính trong thành lập lưới khống thi công công trình thuỷ điện là các điểm mốc được bố trí gần các trục cơ bản của công trình, nếu có thể thì một cạnh gần trùng với trục đập Hình dạng lưới phụ thuộc vào chiều dài, hình dạng của đập, vị trí thiết kế các hạng mục công trình Lưới thường được bố trí dọc theo hai bên bờ sông, ở nơi có địa hình phức tạp, có rừng núi hiểm trở, điều kiện thông hướng khó khăn, chênh cao địa hình lớn Do mạng lưới khống chế thi công công trình thủy điện được thiết kế trên nền bản đồ địa hình đã có cho nên mạng lưới đó phải thỏa mãn:

- Kích thước của mạng lưới khống chế thi công phải được thiết kế và xây dựng thật phù hợp với kích thước thực tế và các đặc thù riêng của từng công trình thủy điện

- Hệ tọa độ của mạng lưới khống chế thi công phải phù hợp với hệ tọa độ đã

dùng trong các giai đoạn thiết kế trước

2.3.1.2 Phân cấp lưới khống chế thi công

Việc lựa chọn cấp hạng lưới khống chế thi công công trình thủy điện phụ thuộc chính vào cấp thiết kế công trình, ngoài ra phải xét đến tính phức tạp của công trình, các hạng mục công trình phân tán hay tập trung, mức độ khó khăn của địa hình để phân chia cấp hạng lưới thi công để đảm bảo độ chính xác cần thiết cho

công trình

Bảng 2.2: Phân cấp lưới khống chế thi công

Cấp thiết kế

của công trình

Công suất nhà máy điện (MW)

Cấp hạng lưới khống chế thi công

S.S.T.P

đo góc (“)

Sai số khép tam giác (“)

Sai số chiều dài cạnh yếu nhất (

2.3.2 Kết cấu và phân bố mốc lưới khống chế thi công

2.3.2.1 Kết cấu mốc lưới khống chế thi công

Mốc khống chế của lưới tam giác thủy công được thiết kế là mốc hình trụ bền vững, việc thi công xây dựng các mốc này phải hoàn toàn tuân thủ tiêu chuẩn

kỹ thuật trong bản vẽ kết cấu do Tổng công ty Điện lực Việt Nam thiết kế và quy định Mốc được thiết kế gồm 3 phần:

- Phần đế: Chôn chìm dưới mặt đất được đúc bằng bê tông có kích thước: 1m x 1m x 1m

55 110

1670

110 55 2000

Hình 2.5: Bản vẽ thiết kế mốc lưới khống chế thi công thủy điện

- Phần thân: Nổi trên mặt đất được làm bằng ống thép (Φ220mm) dài 0.5m, được nối với khối bê tông dưới đất bằng 4 đoạn thép Φ20mm Bao quanh bên ngoài là một lớp bê tông dày 5cm

- Mặt mốc: Được thiết kế định tâm bắt buộc để đặt máy và bảng ngắm nhằm giảm sai số định tâm

Hình 2.6: Ảnh mốc lưới khống chế thi công thủy điện

Mốc được bảo vệ bởi tường xây bằng gạch hoặc hàng rào thép chắc chắn, cao khoảng 0.5m để chống va quệt của các phương tiện thi công

Việc hoàn thiện mốc, xây tường rào, đào rãnh thoát nước được tiến hành đảm bảo kỹ thuật, mỹ thuật Các mốc lưới khống chế thi công đều được sơn 2 màu trắng, đỏ để dễ nhận biết từ xa Tất cả các đường lên mốc đều được đào bậc để đi

lại được dễ dàng thuận lợi

2.3.2.2 Phân bố mốc khống chế thi công

Mốc phải được bố trí ở những nơi có tầm bao quát lớn, thuận tiện cho công tác bố trí các hạng mục công trình, chọn trên nền đất ổn định ngoài khu vực đào đắp của công trình, tránh khu vực lún, trượt lở…

Tại các hạng mục công trình thủy điện đòi hỏi độ chính xác rất cao như: đập

bê tông, đập tràn, đường hầm, nhà máy nên bố trí mốc có mật độ dày hơn và vị trí mốc được đặt sao cho đồ hình bố trí tim, trục công trình đạt được tiêu chuẩn tối ưu

về độ chính xác, đồng thời phải đảm bảo thuận tiện cho công tác đo đạc Nếu điều kiện địa hình cho phép thì các mốc nên đặt sao cho các cạnh của lưới gần trùng với trục của các hạng mục quan trọng

2.3.3 Liên kết đồ hình lưới GNSS

Trong quá trình thiết kế đồ hình lưới cần chú ý đến các yếu tố sau:

- Điều kiện địa hình, địa vật tại khu vực công trình;

- Tùy theo kiểu công trình xây dựng: công trình đường hầm có thể phải chọn

đồ hình đường chuyền, công trình thủy điện: đồ hình tam giác, khu công nghiệp:

đồ hình tứ giác và tam giác kết hợp… Đồ hình lưới tối ưu cần đạt các tiêu chí:

● Số ca đo (Session) là ít nhất, số cạnh đo được trong một ca đo là nhiều nhất;

● Số cạnh đo trong lưới ít nhất và lưới vẫn đạt độ chính xác theo yêu cầu;

● Các điểm gốc khống chế phân bố đều về các phía khác nhau của lưới

Vị trí điểm và đồ hình lưới GNSS được thiết kế linh hoạt hơn so với lưới mặt đất do thường không cần thông hướng giữa các điểm lưới Khi thiết kế đồ hình lưới, căn cứ vào mục đích sử dụng, thông thường có 4 phương thức cơ bản thành lập lưới.: liên kết điểm, liên kết cạnh, liên kết lưới, liên kết hỗ trợ cạnh - điểm Ngoài ra còn có liên kết hình sao, liên kết đường chuyền phù hợp, liên kết chuỗi tam giác Lựa chọn phương thức nào là tùy thuộc độ chính xác yêu cầu của công trình, điều kiện bên ngoài thực địa và số lượng máy thu GNSS

2.3.3.1 Liên kết điểm

Là dạng liên kết các vòng đo đồng bộ kề nhau bởi một điểm chung Phương thức liên kết này có cường độ đồ hình yếu, có rất ít điều kiện khép hình không đồng bộ

Lưới khống chế thi công có yêu cầu độ chính xác cao hơn nhiều so với lưới

đo vẽ bản đồ, phải phù hợp với lưới đo vẽ bản đồ để có thể bố trí các yếu tố thiết

kế công trình ra thực địa, tọa độ mốc khống chế phải phù hợp với tọa độ của hệ thống lưới khống chế đo vẽ bản đồ Để thỏa mãn yêu cầu này thì khi tính toán bình sai, các số liệu đo nối với mạng lưới cũ chỉ dùng làm số liệu gốc tối thiểu để định

vị lưới vào hệ thống tọa độ đang sử dụng của công trình

Độ chính xác của lưới khống chế thi công đo bằng công nghệ GNSS phụ thuộc vào các yếu tố: đồ hình lưới, đồ hình của vệ tinh, thời gian đo, thiết bị đo (loại 1 tần số, 2 tần số, ), các yếu tố ảnh hưởng của môi trường, v.v

Đối với lưới thủy công công trình thủy điện thường lựa chọn liên kết cạnh khi thiết kế và xây dựng lưới

2.3.3 Ước tính gần đúng độ chính xác lưới GNSS

- Như ta đã biết đo cạnh trong lưới GNSS là đo cạnh đáy (baseline)

- Độ chính xác đo cạnh đáy phụ thuộc vào đồ hình vệ tinh và thời gian đo

mà các yếu tố này thay đổi theo thời gian và các khu vực khác nhau Vì vậy chỉ có thể ước tính gần đúng mạng lưới GNSS, có thể thực hiện theo một trong 2 phương pháp sau:

- Ước tính khi coi các trị đo GNSS trong mặt phẳng đo được là chiều dài cạnh và góc phương vị;

chuyển về hệ tọa độ mặt phẳng

2.3.3.1 Ước tính với các trị đo cạnh và góc phương vị

Ước tính gần đúng được thực hiện theo bài toán bình sai gián tiếp trên cơ sở chọn ẩn số là tọa độ của các điểm cần xác định Các trị đo là chiều dài (S) và góc phương vị (α) của các cạnh được dự kiến đo trong lưới

Từ vector gia số tọa độ không gian của cạnh đo GNSS, ta có thể xác định được chiều dài và phương vị của cạnh đó trong hệ tọa độ địa diện, Như vậy có thể coi mỗi cạnh đo GNSS sẽ tương ứng với 2 trị đo tương quan là S và α Để đánh giá

sự tương quan này cần có các khảo sát về cơ sở lý thuyết và thực nghiệm đối với từng điều kiện cụ thể Một cách gần đúng, ta có thể coi 2 trị đo S và α là độc lập và chúng ta thực hiện xác định vector hệ số của phương trình số hiệu chỉnh đối với mỗi loại trị đo nêu trên giống như trường hợp với lưới mặt đất