Nghiên cứu xây dựng thuật toán và lập chương trình tính chuyển độ cao gps trong trắc địa công trình

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ-ĐỊA CHẤT * * * PHẠM ĐỨC HẬU NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG THUẬT TỐN VÀ LẬP CHƯƠNG TRÌNH TÍNH CHUYỂN ĐỘ CAO GPS TRONG TRẮC ĐỊA CƠNG TRÌNH LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Hà Nội – 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ-ĐỊA CHẤT * * * PHẠM ĐỨC HẬU NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG THUẬT TỐN VÀ LẬP CHƯƠNG TRÌNH TÍNH CHUYỂN ĐỘ CAO GPS TRONG TRẮC ĐỊA CƠNG TRÌNH Ngành: Kỹ thuật trắc địa – đồ Mã số: 60520503 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS TRẦN VIẾT TUẤN Hà Nội – 2014 LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi,chương trình hồn tồn viết mới, bảng số liệu tính tốn hồn tồn trung thực chương trình thực khơng có tác động sửa chữa Số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Hà nội ngày 10 thang năm 2014 Tác giả luận văn Phạm Đức Hậu MỤC LỤC Trang bìa phụ Lời cam đoan Mục lục Danh sách bảng biểu Danh sách hình vẽ Mở đầu ………… CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CƠNG TÁC ĐO CAO TRONG TRẮC ĐỊA CƠNG TRÌNH 10 1.1 CÁC DẠNG CÔNG TÁC TRẮC ĐỊA CƠNG TRÌNH Ở VIỆT NAM 10 1.2 CƠNG TÁC ĐO CAO TRONG TRẮC ĐỊA CƠNG TRÌNH 20 CHƯƠNG 2: ĐO CAO GPS 288 2.1.NGUYÊN LY CHUNG 288 2.2.CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH DỊ THƯỜNG DỰA TRÊN NGUYÊN LÝ CƠ BẢN ĐO CAO GPS 311 2.3 PHƯƠNG PHÁP TÍNH DỊ THƯỜNG ĐỌ CAO ζ DỰA TRÊN KẾT QUẢ ĐỊNH HƯỚNG LẠI ELLIPSOID 411 2.4 LỰA CHỌN MƠ HÌNH NỘI SUY DỊ THƯỜNG ĐỘ CAO TRONG TRẮC ĐỊA CÔNG TRÌNH 414 CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG THUẬT TOÁN VÀ LẬP CHƯƠNG TRÌNH TÍNH CHUYỂN ĐỘ CAO GPS TRONG TRẮC ĐỊA CƠNG TRÌNH 3.1 XÂY DỰNG THUẬT TỐN CHƯƠNG TRÌNH TÍNH CHUYỂN ĐỘ CAO GPS TRONG TRẮC ĐỊA CƠNG TRÌNH ……49 3.2 SƠ ĐỒ KHỐI CHƯƠNG TRÌNH TÍNH CHUYỂN ĐỘ CAO GPS TRONG TRẮC ĐỊA CƠNG TRÌNH 53 3.3 MÃ NGUỒN CHƯƠNG TRÌNH 59 3.4 KẾT QUẢ TÍNH TỐN THỬ NGHIỆM CHƯƠNG TRÌNH 67 3.5 THỰC ĐƠN CHÍNH CỦA CHƯƠNG TRÌNH 76 KẾT LUẬN …………… ………….767 KIẾN NGHỊ ……788 TÀI LIỆU THAM KHẢO DANH MỤC CÁC BẢNG BIỀU TT Tên bảng Bảng 2.1 Ảnh hưởng sai số vị trí điểm đến độ cao trắc địa Trang 46 Bảng 3.1 : Tọa độ, độ cao trắc địa, độ cao thủy chuẩn điểm song trùng 69 lưới độ cao GPS đường Hồ Chí Minh Bảng 3.2: Kết nội suy độ cao theo phương pháp số hiệu chỉnh địa hình 69 Bảng 3.3: Kết nội suy độ cao theo phương pháp Ellipsoid thi công 69 Bảng 3.4: Kết nội suy độ cao theo phương pháp góc nghiêng 70 điểm nằm tuyến thẳng Bảng 3.5 : Kết nội suy theo phương pháp góc nghiêng điểm 70 không năm tuyến thẳng Bảng 3.6: Bảng giá trị tọa độ độ cao cđa l-íi GPS thđy ®iƯn Hå Bèn 71 Bảng 3.7: Bảng kết nội suy theo phương pháp số hiệu chỉnh địa hình 72 Bảng 3.8: Bảng kết nội suy theo phương pháp góc nghiêng 72 Ellipsoid Geoid Bảng 3.9: Bảng giá trị tọa độ độ cao l-ới GPS thủy điện Hồi Xuân 74 Bng 3.10: Bảng kết nội suy theo phương pháp số hiệu chỉnh địa hình 74 Bảng 3.11: Bảng kết nội suy theo phương pháp góc nghiêng giữ 75 Ellipsoid Geoid theo điểm nằm tuyến thẳng Bảng 3.12: Bảng kết nội suy theo phương pháp góc nghiêng giữ Ellipsoid Geoid theo điểm không nằm tuyến thẳng 75 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ TT Tên hình Hình 1.1: Phối cảnh số tuyến đường Trang 12 Hình 1.2: Phối cảnh số cơng trình cầu 13 Hình 1.3: Thủy chuẩn hình học kép 14 Hình 1.4: Thủy chuẩn lượng giác 16 Hình 1.5: Thủy chuẩn thủy tĩnh 17 Hình 1.6: Thủy điện A Vương, tỉnh Quảng Nam 18 Hình 1.7: Hầm đường Hải Vân 19 Hình 1.8: Đo cao hình học 21 Hình 1.9: Tuyến đo cao hình học 22 Hình 1.10: Đo cao lượng giác 23 Hình 1.11:Đo cao thủy tĩnh 25 Hình 2.1: nguyên lý đo cao GPS 28 Hình 2.2: Mặt đại dương địa hình đáy 35 Hình 2.3: Bề mặt đất mặt quasigeoid 35 Hình 2.4: Mặt cắt địa hình 36 Hình 2.5: Góc nghiêng hai mặt Geoid Elipxoid 38 Hình 2.6: Nguyên lý tính chuyển độ cao GPS theo mặt ellipsoid thi cơng 41 Hình 2.7 : Ảnh hưởng sai số vị trí điểm đến độ cao trắc địa 45 Hình 3.1 : Sơ đồ khối tổng quát chương trình 53 Hình 3.2 : Sơ đồ khối modul chương trình phương pháp 54 số hiệu chỉnh địa hình Hình 3.3: Sơ đồ khối Modul chương trình theo phương pháp định 55 hướng lại Elipsoid Hình 3.4: Sơ đồ khối Modul chương trình theo phương pháp góc 57 nghiêng, điểm gần nằm tuyến thẳng Hình 3.5 : Sơ đồ khối Modul chương trình theo phương pháp góc nghiêng, 58 điểm khơng nằm đường thẳng Hình 3.6 : Sơ đồ lưới tuyến đường Hồ Chí Minh đưa vào nội suy 68 Hỡnh 3.7 : Sơ đồ l-ới GPS thủy điện Hồ Bồn 71 Hỡnh 3.8 : Sơ đồ l-ới GPS thủy ®iƯn Hồi Xn 73 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Việt Nam nằm nhóm nước phát triển q trình cơng nghiệp hóa, đại hóa đất nước Do đó, xây dựng sở hạ tầng vấn đề cấp thiết đặt cho đất nước đường hội nhập kinh tế giới Các cơng trình xây dựng đại ngày thành tổng hợp từ nhiều chun ngành khác nhau, khơng thể khơng kể đến vai trị quan trọng trắc địa Cùng với phát triển khoa học kỹ thuật nghiệp vụ trắc địa gắn với quy hoạch, khảo sát, thiết kế, thi cơng, vận hành cơng trình ngày đòi hỏi độ tin cậy, độ ổn định, khả đáp ứng nhanh điều kiện địa hình phải tính đến hướng phát triển mở rộng cơng trình Vì mạng lưới trắc địa cơng trình tất yếu phải thỏa mãn yêu cầu trên, nghĩa phải đạt yêu cầu kỹ thuật, tiến độ kinh tế Hệ thống định vị toàn cầu (Global Positioning System) - hệ thống dẫn đường định vị xác dựa vệ tinh NAVSTAR (Navigation Satellite Timing And Ranging) xây dựng phát triển Bộ quốc phòng Mỹ Hệ thống sử dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực: trắc địa, địa chất, dầu khí, thuỷ văn, xây dựng, hải dương học, du lịch… Khi khảo sát thiết kế thi công xây dựng cơng trình vùng địa hình đặc biệt khó khăn ( Cơng trình thuỷ điện, cầu vượt sơng v.v) cơng tác truyền độ cao phương pháp thuỷ chuẩn hình học truyền thống gặp nhiều khó khăn, hiệu kinh tế không cao nhiều trường hợp thực yếu tố địa hình gây nên Bằng kết đo GPS tương đối tĩnh xác định chênh cao trắc địa (H) hai điểm cách xa từ - km với độ xác cao Nhưng giá trị chênh cao lại không sử dụng trắc địa công trình hệ độ cao sử dụng hệ độ cao thường Nghiên cứu xây dựng thuật toán lập chương trình máy tính để tính chuyển độ cao đo công nghệ GPS hệ độ cao thi cơng cơng trình, đem lại hiệu kinh tế đáp ứng yêu cầu tiến độ, thời gian khảo sát thiết kế thi công xây dựng cơng trình vùng địa hình khó khăn Xuất phát từ điều kiện khách quan chủ quan, yêu cầu từ thực tiễn sản xuất, tham khảo đề xuất phép thực đề tài “Nghiên cứu xây dựng thuật toán lập chương trình tính chuyền độ cao GPS trắc địa cơng trình” Mục đích đề tài Nghiên cứu nguyên lý đo cao công nghệ GPS Từ xây dựng thuật tốn phù hợp với q trình tính tốn thực tế Lập chương trình tự đơng hóa q trình tính tốn để tính chuyển độ cao GPS hệ độ cao thi công, nhằm đáp ứng yêu cầu độ xác, đẩy nhanh tiến độ đo cao trong khảo sát, thiết kế thi cơng xây dựng cơng trình khu vực có đặc điểm địa hình khó khăn Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu dạng lưới khống chế trắc địa công trình thành lập cơng nghệ GPS phục vụ khảo sát - thiết kế - thi cơng cơng trình Ngơn ngữ lập trình phù hợp với q trình xử lý số liệu có độ xác số học cao Phạm vi nghiên cứu đề tài chủ yếu đề cập đến phương pháp xử lý số liệu tính chuyển độ cao GPS hệ độ cao thường dùng trắc địa cơng trình Phương pháp tính ngơn ngữ lập trình thơng dụng phù hợp cho xây dựng chương trình tự động hóa q trình tính chuyển độ cao GPS Nội dung nghiên cứu đề tài Nghiên cứu vấn đề liên quan đến hệ thống độ cao, phương pháp xác định dị thường độ cao, đo cao GPS Tìm hiểu đặc trưng mơ hình dị 65 { FILE *fp,*fpr; char td[maxhang][6]; double AV[maxhang][4], x,y,htd,htc; int n, i,j; char tg[5]; printf("\nMoi nhap ten tep diem song trung: "); fflush(stdin); gets(tt); fp = fopen(tt, "r"); if (fp==NULL) { printf(" Khong doc duoc tep, nhan phim bat ky ket thuc !"); getch();} else { fscanf(fp,"%d",&n); for(i=0; i