Nghiên cứu bài toán chuyển đổi tọa độ và ứng dụng trong trắc địa công trình

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT NGUYỄN PHI HÙNG NGHIÊN CỨU BÀI TOÁN CHUYỂN ĐỔI TOẠ ĐỘ VÀ ỨNG DỤNG TRONG TRẮC ĐỊA CƠNG TRÌNH LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Hà Nội - 2010 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT -*** - NGUYỄN PHI HÙNG NGHIÊN CỨU BÀI TOÁN CHUYỂN ĐỔI TOẠ ĐỘ VÀ ỨNG DỤNG TRONG TRẮC ĐỊA CƠNG TRÌNH Chun ngành: Kỹ thuật Trắc địa Mã số: 60.52.85 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Nguyễn Quang Phúc Hà Nội - 2010 LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết Luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tác giả Luận văn Nguyễn Phi Hùng MỤC LỤC Trang Lời cam đoan Mục lục Danh mục bảng Danh mục hình vẽ Mở đầu Chương CÁC HỆ THỐNG TOẠ ĐỘ DÙNG TRONG TRẮC ĐỊA 1.1 Khái niệm hệ toạ độ 1.2 Hệ toạ độ 10 1.3 Hệ toạ độ quy ước 29 1.4 Hệ toạ độ thiên văn 29 1.5 Hệ toạ độ trắc địa 29 1.6 Hệ toạ độ vng góc khơng gian địa tâm 29 1.7 Hệ toạ độ địa diện 1.7.1 Hệ toạ độ địa diện xích đạo 29 29 1.7.2 Hệ toạ độ địa diện chân trời 29 1.8 Hệ toạ độ phẳng theo lưới chiếu hình trụ ngang 29 1.8.1 Phép chiếu Gauss-Kruger 29 1.8.2 Phép chiếu UTM Chương CÁC BÀI TỐN TÍNH CHUYỂN TOẠ ĐỘ 29 32 2.1 Tính chuyển toạ độ hệ quy chiếu 32 2.1.1 Tính chuyển từ hệ toạ độ trắc địa sang hệ toạ độ vuông góc khơng gian địa tâm 29 2.1.2 Tính chuyển từ hệ toạ độ vng góc không gian địa tâm sang hệ toạ độ trắc địa 29 2.1.3 Tính chuyển từ hệ toạ độ trắc địa sang hệ toạ độ vng góc phẳng 29 2.1.4 Tính chuyển từ hệ toạ độ vng góc phẳng sang hệ toạ độ trắc địa 29 2.1.5 Tính chuyển toạ độ phẳng múi chiếu 2.2 Tính chuyển toạ độ hệ quy chiếu 29 37 2.2.1 Tính chuyển hai hệ toạ độ vng góc khơng gian 29 2.2.2 Tính chuyển hai hệ toạ độ trắc địa 29 2.2.3 Tính chuyển hai hệ toạ độ vng góc phẳng 29 Chương NGHIÊN CỨU CÁC BÀI TỐN TÍNH CHUYỂN TOẠ ĐỘ TRONG TRẮC ĐỊA CƠNG TRÌNH … 59 3.1 Mục đích thành lập yêu cầu hệ toạ độ lưới khống chế trắc địa cơng trình 59 3.2 Phương pháp thành lập lưới khống chế mặt trắc địa công trình 65 3.3 Một số hệ tọa độ dùng trắc địa cơng trình 71 3.4 Nghiên cứu toán chuyển đổi tọa độ trắc địa cơng trình 74 Chương THỰC NGHIỆM 4.1 Tính chuyển toạ độ phẳng hệ quy chiếu 79 79 4.2 Tính chuyển toạ độ phẳng giưa múi chiếu 82 4.3 Tính chuyển độ cao mặt chiếu 85 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 89 TÀI LIỆU THAM KHẢO 90 DANH MỤC CÁC BẢNG T.T Tên bảng Nội dung Trang Bảng 1.1 Phân bố tỉ lệ chiếu độ biến dạng chiều dài 28 múi chiếu Bảng 3.1 Yêu cầu kỹ thuật đo GPS cấp 69 Bảng 3.2 Số hiệu chỉnh độ cao mặt chiếu 75 Bảng 3.3 Biến dạng kích thước cơng trình độ xa kinh 75 tuyến trung ương Bảng 4.1 Tọa độ điểm khống chế giai đoạn khảo sát thiết 80 kế cơng trình (Hệ tọa độ HN - 72, L0 = 108 00’) Bảng 4.2 Tọa độ điểm lưới GPS giai đoạn thi cơng cơng trình 81 Hệ tọa độ VN-2000, L0 = 108000’, UTM (trước tính chuyển) Bảng 4.3 Tọa độ điểm lưới GPS giai đoạn thi cơng cơng trình Hệ tọa độ HN-72, L0 = 108000’ (sau tính chuyển) 82 Bảng 4.4 Tọa độ điểm lưới tam giác hạng IV (GPS) 83 Bảng 4.5 Tọa độ điểm lưới đường chuyền 84 10 Bảng 4.6 11 Bảng 4.7 Tọa độ điểm lưới tam giác hạng IV (GPS) Hệ tọa độ VN-2000, L0 = 108 30’, UTM 30 (trước tính chuyển H0 = 0) 86 12 Bảng 4.8 So sánh chiều dài cạnh trước tớnh chuyn 87 13 Bảng 4.9 Tọa độ điểm lưới tam giác hạng IV (GPS) 88 Cỏc yu t sau bình sai 84 HƯ täa ®é VN-2000, L0 = 1080 30’, UTM (sau tÝnh chuyÓn Hm = 480m) 14 Bảng 4.10 So sánh chiều dài cạnh sau tÝnh chun 88 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ T.T Tên hình vẽ Nội dung Trang Hình 1.1 Hệ toạ độ 11 Hình 1.2 Hệ toạ độ thiên văn 14 Hình 1.3 Hệ toạ độ trắc địa 15 Hình 1.4 Tam giác định vị 16 Hình 1.5 Hệ toạ độ vng góc khơng gian địa tâm 18 Hình 1.6 Hệ toạ độ địa diện xích đạo 19 Hình 1.7 Hệ toạ độ địa diện chân trời 20 Hình 1.8 Phép chiếu Gauss-Kruger 22 Hình 1.9 Đặc trưng phép chiếu Gauss-Kruger 24 10 Hình 1.10 Hệ toạ độ vng góc phẳng x, y phép chiếu 26 U.T.M 11 Hình 2.1 Quan hệ tham số hai hệ toạ độ vng góc 38 khơng gian 12 Hình 2.2 Quan hệ tham số hai hệ toạ độ vng góc 40 khơng gian 13 Hình 2.3 Quan hệ hai hệ toạ độ vng góc phẳng 50 14 Hình 3.1 Mốc quan trắc cơng trình thủy điện 61 Tuyên Quang 15 Hình 3.2 Chiếu cạnh đo lên mặt ellipsoid 62 16 Hình 3.3 Chiếu cạnh từ ellipsoid lên mặt phẳng 63 17 Hình 3.4 Liên kết điểm 68 18 Hình 3.5 Liên kết cạnh 68 19 Hình 3.6 Liên kết cạnh điểm 69 20 Hình 3.7 Liên kết chuỗi tam giác 69 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Để xác định vị trí điểm mặt đất, tuỳ theo mục đích mà Trắc địa thường sử dụng hệ thống toạ độ với hệ quy chiếu khác hệ toạ độ vng góc khơng gian, hệ toạ độ mặt ellipxoid, hệ toạ độ mặt phẳng Hệ toạ độ vng góc khơng gian hệ toạ độ mặt ellipxoid thường sử dụng để giải tốn phạm vi châu lục tồn cầu Với quốc gia, nhiều lĩnh vực trắc địabản đồ trắc địa cơng trình lại cần phải sử dụng toạ độ phẳng Do đó, nảy sinh vấn đề phải tính chuyển tọa độ hệ toạ độ khác sang toạ độ phẳng Trong thực tế sản xuất nước ta, việc sử dụng toạ độ có hệ toạ độ khác vào mục đích trắc địa cơng trình chưa quan tâm mức Điều gây trở ngại không nhỏ thiết kế thi cơng xây dựng cơng trình Vì vậy, “Nghiên cứu toán chuyển đổi toạ độ ứng dụng Trắc địa cơng trình” cho phù hợp với đặc điểm mục đích thành lập mạng lưới khống chế trắc địa cơng trình cần thiết 2- Mục đích đề tài Nghiên cứu toán chuyển đổi toạ độ hệ toạ độ hệ quy chiếu khác ứng dụng để tính chuyển toạ độ trắc địa cơng trình - Nội dung nghiên cứu đề tài Để đạt mục tiêu đề ra, nội dung đề tài bao gồm: - Nghiên cứu hệ toạ độ dùng trắc địa nói chung u cầu hệ toạ độ cơng trình - Nghiên cứu toán chuyển đổi toạ độ hệ toạ độ hệ quy chiếu - Nghiên cứu tính chuyển toạ độ từ hệ toạ độ khác hệ toạ độ cơng trình tính tốn ứng dụng - Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đề tài Luận văn sâu nghiên cứu tốn tính chuyển hệ toạ độ khác hệ toạ độ mặt chiếu quy ước cơng trình có lưu ý tới thiết bị kỹ thuật đo đạc dùng thực tế sản xuất – Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu từ lý thuyết đến thực tiễn, từ đánh giá vướng mắc tồn thực tế sản xuất, kiểm chứng kết nghiên cứu tính tốn thực nghiệm, cụ thể là: - Nghiên cứu lý thuyết tổng quan việc xây dựng sử dụng hệ thống toạ độ trắc địa - Nghiên cứu nội dung công tác trắc địa giai đoạn khảo sátthiết kế, thi công xây dựng khai thác sử dụng cơng trình; đặc điểm yêu cầu kỹ thuật hệ toạ độ cơng trình - Kiến nghị giải pháp hợp lý để tính chuyển từ hệ toạ độ khác hệ toạ độ cơng trình thành lập mạng lưới khống chế sở trắc địa cơng trình 6- Ý nghĩa khoa học thực tiễn Trong thực tế sản xuất nước ta nay, việc sử dụng hệ toạ độ có khu vực xây dựng cơng trình có nhều điểm bất cập khơng thống Điều xảy nhiều nguyên nhân: Về người: Đa số cán kỹ thuật làm công tác trắc địa cơng trình xây dựng chưa đào tạo theo yêu cầu cần thiết Phía nhà quản lý lại thường không am hiểu sâu yêu cầu tài liệu số liệu trắc địa khảo sát, thiết kế thi công xây dựng công trình Về trang thiết bị: Trong thực tế sản xuất, nhiều đơn vị thi công trọng trang bị máy móc thiết bị cơng nghệ Tuy nhiên, việc đào tạo cán có trình độ chun mơn tương xứng để làm chủ thiết bị công nghệ tiên tiến lại chưa đồng Thậm chí số đơn vị cịn sử dụng thiết bị đo đạc công nghệ cũ, lạc hậu, sử dụng máy móc thiết bị cơng nghệ có tính kỹ thuật khơng phù hợp u cầu Về văn pháp quy: Hiện nay, chưa có văn pháp quy thống cho cơng tác trắc địa cơng trình nói chung, mà có quy định kỹ thuật riêng cho ngành (Xây dựng, Thủy lợi, Giao thông ) Các văn lại có nội dung chồng chéo, điều khoản không phù hợp với thực tế sản xuất Có điều khoản bắt buộc điều khoản nửa bắt buộc, gây khó khăn cho việc vận dụng văn pháp quy vào thực tế sản xuất Vì vậy, việc nghiên cứu đề tài chuyển đổi toạ độ cho phù hợp với mục đích trắc địa cơng trình có ý nghĩa khoa học thực tiễn sâu sắc, góp phần nâng cao hiệu sử dụng mạng lưới toạ độ có khu vực xây dựng hết bảo đảm chất lượng thi cơng cơng trình xây dựng Khi đó, quy trình tính chuyển thực theo bước b c trường hợp Nếu toạ độ ban đầu sử dụng toạ độ trắc địa B,L: Trường hợp 1: Toạ độ trắc địa hệ quy chiếu với hệ toạ độ cơng trình Khi đó, tính chuyển toạ độ trắc địa B,L sang toạ độ vng góc phẳng x,y múi chiếu có kinh tuyến trục chọn phù hợp với cơng trình theo cơng thức (2.23) (2.24) Trường hợp 2: Toạ độ trắc địa không hệ quy chiếu với hệ toạ độ phẳng Khi đó, trước hết phải tính chuyển toạ độ trắc địa (B,L)1 hệ sang toạ độ trắc địa (B,L)2 hệ theo quy trình tính từ (2.59) đến (2.62) Sau đó, tính chuyển (B,L)2 sang toạ độ vng góc phẳng x,y múi chiếu có kinh tuyến trục chọn phù hợp với cơng trình theo cơng thức (2.23) (2.24) Nếu toạ độ ban đầu sử dụng toạ độ vng góc phẳng x,y Trường hợp 1: Toạ độ phẳng ban đầu x,y không hệ quy chiếu với hệ toạ độ cơng trình Khi đó, nội dung cơng tác tính chuyển là: - Tính chuyển toạ độ phẳng ban đầu (x,y)1 sang toạ độ trắc địa (B,L)1 hệ theo công thức (2.27) (2.28) - Tính chuyển (B,L)1 hệ sang (B,L)2 hệ theo quy trình tính từ (2.59) đến (2.62) - Tính chuyển toạ độ trắc địa (B,L)2 sang toạ độ phẳng x,y múi chiếu cơng trình theo (2.23) (2.24) Trường hợp 2: Toạ độ phẳng ban đầu x,y hệ quy chiếu với hệ toạ độ cơng trình khơng múi chiếu 78 Đây tốn chọn lại kinh tuyến trục Khi đó, quy trình tính chuyển xác định là: - Tính chuyển (x,y)1 múi sang B,L theo công thức (2.27) (2.28) - Tính chuyển B,L sang (x,y)2 múi chiếu cơng trình theo (2.23) (2.24) 3.4.2.2 Bài tốn (Bài tốn tính chuyển độ cao mặt chiếu) Trong nghiên cứu mình, TS Nguyễn Quang Phúc đề xuất thuật toán biến đổi đồng dạng hệ toạ độ theo độ cao mặt chiếu [7] Thuật toán cho phép biến đổi đồng góc mạng lưới toạ độ phẳng, biến dạng dài xác định phù hợp với hệ số biến dạng độ cao mặt chiếu tính theo (3.1) Giả sử (x,y)1 tập toạ độ phẳng xác định bề mặt có độ cao H1 Nay cần tính chuyển lên bề mặt có độ cao H Quy trình tính thực sau (R bán kính trung bình Trái đất): - Tính toạ độ trọng tâm điểm bề mặt H1, ký hiệu x0, y0: x0  n n xi ; y   y i  n n (3.7) - Tính khoảng cách phương vị từ điểm trọng tâm đến tất điểm lưới (gọi tắt khoảng cách phương vị trọng tâm), ký hiệu S i  i0 S i  ( xi  x0 )  ( y i  y ) ;  i  arctg yi  y xi  x (3.8) - Tính hệ số biến dạng dài độ cao mặt chiếu theo công thức: k R  H2 R  H1 (3.9) - Tính tọa độ bề mặt H2 theo công thức: xi  x0  k.S i cos i y i  y0  k S i sin  i (3.10) 79 Chương THỰC NGHIỆM Trong Chương 3, sau nghiên cứu kỹ mục đích, đặc điểm, phương pháp thành lập yêu cầu hệ toạ độ lưới khống chế mặt phẳng Trắc địa cơng trình, đến kết luận là: Khi sử dụng điểm lưới cũ có khu vực xây dựng để phát triển lưới Trắc địa cơng trình, cần đặc biệt lưu ý xem hệ quy chiếu hệ toạ độ điểm lưới cũ có thuộc hệ cơng trình hay không Nếu điểm lưới cũ chưa thuộc hệ cơng trình cần phải tính chuyển chúng múi chiếu mặt chiếu quy ước chọn công trình trước sử dụng chúng Để minh chứng cho vấn đề lý thuyết nêu, phần chúng tơi thực nghiệm tính chuyển cho số cơng trình có thực tế 4.1 TÍNH CHUYỂN TỌA ĐỘ PHẲNG GIỮA CÁC HỆ QUY CHIẾU Mạng lưới lấy làm thực nghiệm mạng lưới khống chế thi công Khu đô thị - Sân Golf Đa Phước, phường Thuận Phước, quận Hải Châu, thành phố Đà Nẵng Đây khu đô thị đại, xây dựng vùng đất lấn biển, gồm hệ thống khu biệt thự, khách sạn, hộ cao tầng, sân golf tiêu chuẩn quốc tế, khu vực ươm công nghệ thông tin, trường quốc tế, trung tâm thể thao, thương mại dịch vụ vui chơi giải trí sang trọng phục vụ du khách doanh nhân nước 4.1.1 Thực tế thành lập lưới Trong giai đoạn khảo sát địa hình địa hình phục vụ công tác thiết kế hạng mục Khu đô thị - Sân Golf Đa Phước, mạng lưới khống chế 79 thành lập gồm 04 điểm đo công nghệ GPS Tọa độ điểm thống kê bảng sau: Bảng 4.1 Tọa độ điểm khống chế giai đoạn khảo sát thiết kế cơng trình (Hệ tọa độ HN - 72, L0 = 108 000’) Tọa độ STT Tên điểm 01 Độ cao x (m) y (m) h (m) GPS-02 1779383.358 522983.340 2.450 02 GPS-03 1779707.022 523366.954 1.929 03 GPS-04 1780055.626 523156.021 2.361 04 GPS-05 1779791.027 522949.513 12.706 Để chuẩn bị thi công cơng trình, u cầu đặt cần thành lập bổ sung 04 điểm lưới khống chế thi công Sơ đồ lưới bố trí hình 4.1 Sử dụng cơng nghệ GPS để đo 04 điểm thành lập giai đoạn khảo sát thiết kế 04 điểm thành lập Mạng lưới GPS bình sai mặt phẳng chiếu UTM múi chiếu 0, có kinh tuyến trung ương qua khu vực xây dựng công trình 1080 00’ Kết tọa độ điểm thống kê bảng 4.2 GPS-04 GPS-05 DP-09 GPS-03 DP-12 DP-06 GPS-02 DP-11 Hình 4.1 - Sơ đồ lưới thi công Khu đô thị - Sân Golf §a Ph­íc 80 Như vậy, khu vực xây dựng cơng trình có 04 điểm có tọa độ hai hệ (hệ tọa độ xây dựng khu đô thị hệ tọa độ lưới GPS) 04 điểm lại nằm hệ tọa độ lưới GPS Cần phải xác định tọa độ 08 điểm hệ tọa độ xây dựng khu đô thị, nghĩa phải tính chuyển tọa độ từ hệ tọa độ lưới GPS hệ tọa độ xây dựng khu đô thị Bảng 4.2 Tọa độ điểm lưới GPS giai đoạn thi cơng cơng trình Hệ tọa độ VN-2000, L0 = 108000’, UTM 30 (trước tính chuyển) Tọa độ STT Độ cao Tên điểm x (m) y (m) h (m) 01 GPS-02 1779248.180 522830.441 2.450 02 GPS-03 1779571.850 523214.054 1.929 03 GPS-04 1779920.455 523003.125 2.361 04 GPS-05 1779655.851 522796.615 12.706 05 DP-06 1779341.958 522619.953 2.327 06 DP-09 1779561.594 523023.127 1.755 07 DP-11 1779202.747 522990.867 3.772 08 DP-12 1779522.212 522816.085 7.102 4.1.2 Thực nghiệm tính chuyển Để chuyển đổi tọa độ tất 08 điểm lưới GPS tọa độ xây dựng khu đô thị, cần sử dụng 04 điểm song trùng nêu tiến hành tính chuyển theo cơng thức Helmert trình bày chương 2, mục 2.2.3 Kết tính chuyển, xác định tham số tính chuyển: - Giá trị dịch chuyển gốc tọa độ: X0 =1779638.2807 m Y = 523064.6818 m - Hệ số thay đổi tỷ lệ chiều dài hai hệ: m = 0.99999439 81 - Góc xoay hệ trục tọa độ:  = 000’0.26” Từ tham số trên, ta tính chuyển tọa độ 08 điểm lưới GPS theo hệ tọa độ xây dựng khu đô thị Kết thống kê bảng 4.3: Bảng 4.3 Tọa độ điểm lưới GPS giai đoạn thi cơng cơng trình Hệ tọa độ HN-72, L0 = 108000’ (sau tính chuyển) STT Tên điểm 01 Tọa độ Độ cao x (m) y (m) h (m) GPS-02 1779383.356 522983.340 2.450 02 GPS-03 1779707.024 523366.951 1.929 03 GPS-04 1780055.627 523156.023 2.361 04 GPS-05 1779791.025 522949.514 12.706 05 DP-06 1779477.134 522772.853 2.327 06 DP-09 1779696.768 523176.025 1.755 07 DP-11 1779337.923 523143.765 3.772 08 DP-12 1779657.387 522968.984 7.102 Đánh giá độ xác sau tính chuyển: - Sai số trung phương trọng số đơn vị sau tính chuyển:  = 9.2 mm - Sai số vị trí điểm tính chuyển tọa độ: Mp = 6.8 mm - Dựa vào tọa độ điểm lưới GPS sau tính chuyển (trong bảng 4.3), đánh giá mức độ sai lệch điểm song trùng Giá trị lệch tọa độ lớn 3.8 mm (tọa độ điểm GPS-03) 4.2 TÍNH CHUYỂN TỌA ĐỘ PHẲNG GIỮA CÁC MÚI CHIẾU Mạng lưới lấy làm thực nghiệm mạng lưới khống chế thi cơng Nhà máy đóng sửa chữa tầu biển xã Nhơn Hội, thành phố Quy Nhơn, tỉnh Bình Định 82 4.2.1 Thực tế thành lập lưới Lưới khống chế thi công phục vụ cơng tác xây dựng Nhà máy đóng sửa chữa tầu biển thành lập theo phương pháp lưới đường chuyền Lưới bao gồm 03 điểm gốc tam giác hạng IV thành lập giai đoạn khảo sát thiết kế công nghệ GPS theo hệ tọa độ VN-2000, kinh tuyến trục 105 00’, múi chiếu 60, (xem cột bảng 4.4) 06 điểm đường chuyền thành lập phương pháp đo góc cạnh nhờ máy tồn đạc điện tử Nikon DTM-551 Sơ đồ lưới bố trí hình 4.2 GPS-01 NH-01 NH-02 GPS-02 NH-03 NH-04 NH-05 GPS-03 NH-06 Hình 4.2 - Sơ đồ lưới thi cơng Nhà máy đóng sửa chữa tầu biển xã Nhơn Hội, thành phố Quy Nhơn, tỉnh Bình Định Bảng 4.4- Tọa độ điểm lưới tam giác hạng IV (GPS) STT (1) Tên điểm (2) Tọa độ trước tính chuyển Tọa độ sau tính chuyển L0 = 105000’, UTM 60 L0 = 108015’, UTM 30 x (m) y (m) x (m) y (m) (3) (4) (5) (6) 01 GPS-01 1529349.324 960906.175 1525944.506 609288.704 02 GPS-02 1528534.374 960544.376 1525136.297 608916.703 83 STT (1) Tên Tọa độ trước tính chuyển L0 = 105 00’, UTM điểm (2) 03 Tọa độ sau tính chuyển L0 = 108015’, UTM 30 x (m) y (m) x (m) y (m) (3) (4) (5) (6) 960194.811 1524348.232 608557.188 GPS-03 1527739.786 Sau có kết đo góc cạnh lưới đường chuyền, tiến hành bình sai lưới theo phương pháp bình sai gián tiếp Kết thống kê cột (3) (4) bảng 4.5 Bảng 4.5- Tọa độ điểm lưới đường chuyền STT Tên điểm Tọa độ trước tính chuyển Tọa độ sau tính chuyển L0 = 105000’, UTM L0 = 108015’, UTM 30 x (m) y (m) x (m) y (m) (1) (2) (3) (4) (5) (6) 01 NH-01 1529110.292 960791.337 1525707.636 609170.905 02 NH-02 1528781.154 960647.282 1525381.073 609022.664 03 NH-03 1528280.085 960613.875 1524881.654 608982.694 04 NH-04 1528091.308 960665.722 1524692.752 609031.910 05 NH-05 1527824.740 960805.156 1524424.734 609167.609 06 NH-06 1527767.071 960450.420 1524371.973 608812.650 Đánh giá độ xác kết sau bình sai lưới đường chuyền thống kê cột (3) bảng 4.6 Bảng 4.6- Các yếu tố sau bình sai STT Các yếu tố bình sai Trước tính chuyển điểm GPS (1) (2) (3) (4) 33.95" 0.71" SSTP trọng số đơn vị (m0) Sau tính chuyển điểm GPS 84 SSTP điểm yếu (mP) SSTP tương đối cạnh yếu (mS/s) SSTP phương vị yếu (mα) 0.728 m 0.015 m 1/316 1/15110 98.03” 4.02” Theo đề cương phương án kỹ thuật, lưới thiết kế với sai số trung m phương tương đối cạnh yếu  S    S  gh bảng 4.6 cho thấy Kết so sánh cột (3) 15000 mS m cạnh lớn  S  Sự sai khác S  S  gh làm cho lưới khơng đủ độ xác để bố trí cơng trình Ngun nhân khác biệt không đồng múi chiếu Các điểm tam giác hạng IV (GPS) thuộc hệ tọa độ VN-2000, múi chiếu 60, kinh tuyến trục 1050 00’, theo đề cương phương án kỹ thuật, lưới thiết kế phục vụ cho việc thi công Nhà máy nằm hệ tọa độ VN-2000, múi chiếu 30, kinh tuyến trục 108015’ Do vậy, trước bình sai lưới cần phải tính chuyển tọa độ điểm tam giác hạng IV từ múi chiếu 60, kinh tuyến trục 105 00’ sang múi chiếu 0, kinh tuyến trục 108015’ 4.2.2 Thực nghiệm tính chuyển Sử dụng phương pháp tính chuyển tọa độ phẳng múi chiếu trình bày chương 2, mục 2.5.2 để tính chuyển tọa độ 03 điểm GPS-01, GPS-02, GPS-03 từ múi chiếu 60, kinh tuyến trục 105 00’ sang múi chiếu 30, kinh tuyến trục 108015’ Kết sau tính chuyển tọa độ thống kê cột (5) (6) bảng 4.4 Sử dụng 03 điểm tam giác hạng IV tính chuyển làm gốc để tiến hành bình sai lưới đường chuyền theo phương pháp bình sai gián tiếp Kết tính tọa độ lưới đường chuyền thống kê cột (5), (6) bảng 4.5 đánh giá độ xác sau bình sai thống kê cột (4) bảng 4.6 85 Như vậy, ta thấy sử dụng điểm GPS sau tính chuyển tọa độ múi chiếu làm gốc để bình sai lưới đường chuyền độ xác lưới nâng lên rõ rệt, yếu tố sau bình sai đạt yêu cầu đề cương phương án kỹ thuật 4.3 TÍNH CHUYỂN ĐỘ CAO MẶT CHIẾU Mạng lưới lấy làm thực nghiệm mạng lưới thi công xây dựng nhà máy thủy điện Hà Nang nằm hai suối Hà Nang suối Trà Cân, nhánh sông Trà Bồng thuộc địa phận xã Trà Thuỷ, huyện Trà Bồng, tỉnh Quảng Ngãi Cơng trình thuỷ điện Hà Nang xây dựng loại cơng trình đập dâng tạo hồ chứa điều tiết khai thác cột nước địa hình để phát điện 4.3.1 Thực tế thành lập lưới GPS-01 GPS-02 GPS-03 GPS-04 GPS-05 GPS-06 Hình 4.3 - Sơ đồ lưới thi công Nhà máy thủy điện Hà Nang xã Trà Thủy, huyện Trà Bồng, tỉnh Quảng Ngãi Mạng lưới khống chế thi công xây dựng nhà máy thủy điện Hà Nang bao gồm 06 điểm tam giác hạng IV đo công nghệ GPS Sơ đồ lưới bố trí hình 4.3 86 Mạng lưới GPS bình sai theo hệ toạ độ VN-2000, múi chiếu 30, Ellipsoid WGS-84 bề mặt chiếu H0 = 0, phép chiếu UTM, kinh tuyến trung ương 1080 30’, hệ tọa độ Kết thống kê bảng sau: Bảng 4.7 Tọa độ điểm lưới tam giác hạng IV (GPS) Hệ tọa độ VN-2000, L0 = 1080 30’, UTM 30 (trước tính chuyển H = 0) Tọa độ STT Tên điểm x (m) y (m) Độ cao h (m) 01 GPS-01 1692528.714 547265.576 579.315 02 GPS-02 1692293.251 546756.045 627.975 03 GPS-03 1691799.741 552410.733 547.012 04 GPS-04 1691630.698 552301.469 587.431 05 GPS-05 1690553.961 553097.254 497.136 06 GPS-06 1688814.612 553371.867 52.709 Sử dụng máy toàn đạc điện tử TC - 805L với độ xác đo góc m = 1” độ xác đo cạnh MS = 3mm + 2ppm để đo kiểm tra số cạnh So sánh chiều dài cạnh đo máy TC - 805L với chiều dài cạnh lưới tam giác hạng IV đo GPS , kết thống kê bảng 4.8 Bảng 4.8 So sánh chiều dài cạnh trước tính chuyển Tên cạnh Cạnh đo máy TC-805L Cạnh trước tính chuyển (GPS) Sai khác (∆S) (mm) GPS 01- GPS 02 561.341 561.306 43 1/13054 GPS 03- GPS 04 201.295 201.281 14 1/14377 GPS 05- GPS 06 1761.011 1760.894 117 1/15050  S S Theo kết Bảng 4.8 độ biến dạng chiều dài cạnh GPS  vượt hạn sai cho phép  S   S  Max = m 1 >  S   (theo đề cương 13054  S  gh 70.000 87 phương án kỹ thuật Dự án) Sự biến dạng làm cho lưới khống chế thi cơng khơng đáp ứng độ xác bố trí cơng trình Chênh cao hạng mục nhà máy thuỷ điện Hà Nang lớn nhằm mục đích lợi dụng cột nước cao để tạo lượng Độ cao trung bình thuỷ điện Hà Nang 480m, tọa độ điểm lưới tam giác hạng IV sau bình sai cần tính chuyển lên bề mặt chiếu có độ cao trung bình khu vực xây dựng 4.3.2 Thực nghiệm tính chuyển Sử dụng phương pháp tính chuyển độ cao mặt chiếu trình bày chương 2, mục 2.5.4 để tính chuyển tọa độ điểm tam giác hạng IV hệ tọa độ cơng trình với độ cao mặt chiếu Hm = 480 m Kết sau tính chuyển tọa độ thống kê bảng 4.9 Bảng 4.9 Tọa độ điểm lưới tam giác hạng IV (GPS) Hệ tọa độ VN-2000, L0 = 1080 30’, UTM 30 (sau tính chuyển Hm = 480m) Tọa độ STT Tên điểm Độ cao x (m) y (m) h(m) 01 GPS-01 1692528.809 547265.305 579.315 02 GPS-02 1692293.328 546755.735 627.975 03 GPS-03 1691799.781 552410.849 547.012 04 GPS-04 1691630.725 552301.577 587.431 05 GPS-05 1690553.907 553097.422 497.136 06 GPS-06 1688814.427 553372.056 52.709 Từ tọa độ điểm sau tính chuyển, so sánh chiều dài số cạnh đo máy toàn đạc điện tử TC-805L với chiều dài cạnh lưới tam giác hạng IV sau tính chuyển (bảng 4.10): 88 Bảng 4.10 So sánh chiều dài cạnh sau tính chuyển Cạnh đo Tên cạnh máy TC-805L  Cạnh sau tính Sai khác (∆S) chuyển (GPS) (mm) S S GPS 01- GPS 02 561.341 561.349 1/70.169 GPS 03- GPS 04 201.295 201.297 1/100.648 GPS 05- GPS 06 1761.011 1761.027 16 1/110.064 Kết bảng 4.10 cho thấy: biến dạng chiều dài cạnh giảm  đáng kể, cạnh có độ biến dạng lớn  S   S  Min = m 1 <  S   70169  S  gh 70000 Sự sai khác đảm bảo tính chất quan trọng biến dạng chiều dài cạnh lưới tam giác hạng IV so với chiều dài thực mặt đất nằm hạn sai cho phép KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Từ kết nghiên cứu lý thuyết tính tốn thực nghiệm đề tài: “Nghiên cứu toán chuyển đổi toạ độ ứng dụng Trắc địa cơng trình” rút kết luận kiến nghị sau đây: Hệ toạ độ cơng trình có ý nghĩa quan trọng tồn cơng tác thiết kế thi cơng xây dựng cơng trình Với cơng trình cụ thể cần lựa chọn hệ toạ độ phù hợp, cho bảo đảm điều kiện bỏ qua số hiệu chỉnh độ cao mặt chiếu múi chiếu toạ độ phẳng Hệ toạ độ cơng trình cần phải lựa chọn thống từ giai đoạn đầu khảo sát cơng trình thành lập đồ Để bảo đảm đồng kích thước thiết kế cơng trình so với kích thước thực tế chúng thực địa, cần phải thiết kế cơng trình đồ địa hình cơng trình 89 Nếu sử dụng đồ địa hình trước thiết kế, cần chuyển đổi đồ múi chiếu mặt chiếu quy ước chọn cơng trình Các nghiên cứu lý thuyết tính tốn thực nghiệm Luận văn cho thấy cần thiết phải tính chuyển toạ độ từ hệ toạ độ khác hệ toạ độ mặt chiếu quy ước cơng trình Tuỳ theo giá trị toạ độ ban đầu sử dụng mà nội dung cơng tác tính chuyển có khác nhìn chung, việc tính chuyển toạ độ trắc địa cơng trình bao gồm hai bước: - Tính chuyển toạ độ ban đầu hệ toạ độ có múi chiếu phù hợp với cơng trình - Tính chuyển toạ độ từ múi chiếu cơng trình lên bề mặt chiếu quy ước cơng trình Các thuật tốn tính chuyển hệ toạ độ độ cao mặt chiếu toạ độ phẳng đề cập Luận văn chặt chẽ, thuận tiện cho việc triển khai lập trình máy tính bảo đảm độ xác cơng tác tính chuyển TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Đặng Nam Chinh, Đỗ Ngọc Đường, 2007 Công nghệ GPS, Bài giảng cho sinh viên chuyên ngành Trắc địa [2] Trung tâm Thơng tin - Lưu trữ tư liệu Địa chính, 2001 Tài liệu hướng dẫn sử dụng chương trình Geotools 1.2 [3] TCXDVN 309:2004 Công tác trắc địa xây dựng cơng trình-u cầu chung [4] TCXDVN 364:2006 Tiêu chuẩn kỹ thuật đo xử lý số liệu GPS Trắc địa cơng trình 90 [5] Cục Đo đạc Bản đồ- Bộ Tài nguyên Môi trường, 2007 “Hướng dẫn sử dụng tham số tính chuyển từ Hệ toạ độ quốc tế WGS-84 sang Hệ toạ độ quốc gia VN-2000 ngược lại” [6] Tổng cục Địa chính, 2001 Thơng tư “Hướng dẫn áp dụng hệ quy chiếu hệ toạ độ quốc gia VN-2000”, số 973/2001/TT-TCĐC [7] Nguyễn Quang Phúc, Hoàng Thị Minh Hương, 2009 Nghiên cứu phương pháp tính chuyển toạ độ lưới GPS hệ toạ độ thi cơng cơng trình Tuyển tập Báo cáo Hội nghị khoa học “Đo đạc đồ Việt Nam nghiệp xây dựng bảo vệ Tổ quốc”, tr 164-171 [8] Nguyễn Quang Phúc (2008), Những lưu ý sử dụng toạ độ Nhà nước Trắc địa cơng trình Tạp chí KHCN Xây dựng, số 4-2008, tr 4750 [9] Trần Khánh (2007), Nghiên cứu phương pháp thành lập xử lý số liệu mạng lưới hỗn hợp GPS-mặt đất trắc địa cơng trình Báo cáo đề tài cấp Bộ (Bộ giáo dục Đào tạo), mã số: B2005 -36-77 [10] Trần Viết Tuấn (2007), Nghiên cứu biện pháp nâng cao độ xác thành lập lưới GPS trắc địa cơng trình Báo cáo đề tài cấp Bộ (Bộ Giáo dục Đào tạo), mã số: B2005-36-75 [9] Левчук Г П, Новак В Е, Конусов В Г., 1981 Прикладная геодезия, Изд “Недра”, Москва [10] М Н Булушев и др., 1985 Справочник геодезиста, Книга Под ред В Д Большакова и Г П Левчука Изд “Недра”, Москва 91 ... Nghiên cứu hệ toạ độ dùng trắc địa nói chung yêu cầu hệ toạ độ cơng trình - Nghiên cứu toán chuyển đổi toạ độ hệ toạ độ hệ quy chiếu - Nghiên cứu tính chuyển toạ độ từ hệ toạ độ khác hệ toạ độ. .. GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT -*** - NGUYỄN PHI HÙNG NGHIÊN CỨU BÀI TOÁN CHUYỂN ĐỔI TOẠ ĐỘ VÀ ỨNG DỤNG TRONG TRẮC ĐỊA CƠNG TRÌNH Chun ngành: Kỹ thuật Trắc địa Mã... 29 2.2.2 Tính chuyển hai hệ toạ độ trắc địa 29 2.2.3 Tính chuyển hai hệ toạ độ vng góc phẳng 29 Chương NGHIÊN CỨU CÁC BÀI TOÁN TÍNH CHUYỂN TOẠ ĐỘ TRONG TRẮC ĐỊA CƠNG TRÌNH