Để công việc được thực hiện thuận lợi và đảm bảo độ chính xác theo thiết kế, cần lựa chọn hệ quy chiếu hợp lý cho các mạng điều khiển. Nội dung của bài báo trình bày cơ sở lý thuyết cho việc lựa chọn hợp lý hệ tọa độ và mặt chiếu cho mạng lưới trắc địa. Thực hiện các tính toán thực nghiệm để chứng minh các nội dung lý thuyết đã nêu.
Nghiên cứu - Trao đổi Lựa chọn hệ quy chiếu phù hợp lưới thi công trắc địa công trình m NGUYỄN XUÂN THỦY, CAO MINH THỦY Trường Đại học Tài nguyên Môi trường Hà Nội SUMMARY The suitable reference system for control networks in construction surveying Engineering surveying networks are the basis for the survey, design and construction of buildings and structures In order for the work to be implemented smoothly and to ensure the accuracy according to the design, it is necessary to select a reasonable reference frame for the control networks The content of the paper presents the theoretical base for the proper selection of coordinate system and projection surface for geodesic control networks Implemented experimental calculations to demonstrate the theoretical contents mentioned Đặt vấn đề Như biết, mặt Ellipsoid trái đất bề mặt toán học tiệm cận tốt với hình dạng kích thước toàn Trái đất Sau mạng lưới sở chiếu lên mặt Ellipsoid việc xác định tọa độ điểm lưới thực cách chặt chẽ xác Tuy nhiên, mặt Ellipsoid mặt cong nên không thuận tiện cho công tác trắc địa thành lập loại đồ công tác trắc địa công trình Ngoài ra, công thức để giải toán trắc địa dù khoảng cách ngắn phức tạp.Việc tính toán hệ tọa độ vuông góc phẳng tiến hành nhanh chóng dễ dàng với công thức hình học lượng giác phẳng Vì vậy, để thuận tiện cho công tác trắc địa-bản đồ nói chung để tiến hành công tác trắc địa công trình, cần phải sử dụng hệ quy chiếu hệ toạ độ phẳng Do đó, việc chiếu trị đo từ mặt đất tự nhiên lên mặt phẳng cần thiết Lưới khống chế trắc địa công trình thường khống chế phạm vi hẹp, có yêu cầu độ xác cao, lại phát triển dựa điểm lưới cũ có toạ độ hệ thống toạ độ khác khu xây dựng Vì vậy, lựa chọn hệ quy chiếu phù hợp cho lưới khống chế trắc địa công trình tức phải lựa chọn phép biến đổi phù hợp để đưa mặt đất mặt phẳng cho lưới có biến dạng nhỏ so với kích thước thật bề mặt đất Để nghiên cứu lựa chọn hệ quy chiếu hợp lý cho lưới trắc địa công trình, cần tìm hiểu số cải chiếu trị đo từ mặt đất tự nhiên lên mặt phẳng Do lưới trắc địa công trình có chiều dài cạnh ngắn nên số cải góc đo nhỏ, xem xét số cải chiều dài cạnh Số cải chiều dài chiếu cạnh lên bề mặt ellipsoid Số cải chỉnh chiếu cạnh AB xuống mặt Ellipsoid quy chiếu (Hình 1) tính theo công thức (Richard H Rapp, 1993): (1) Trong đó: S chiều dài cạnh đo; Hm độ cao trung bình cạnh đo; H0 độ cao bề mặt chiếu; Rm bán kính trung bình Ellipsoid ( 6371km) Công thức (1) cho thấy, số cải DSH lớn (tức biến dạng chiều dài cạnh lớn) độ cao trung bình cạnh đo lớn ngược lại Số cải không làm sai lệch tỷ lệ lửụựi neỏu baỷo ủaỷm ủieu kieọn: Khi ủoự: Tài nguyên Môi trờng Kỳ - Tháng 12/2017 13 tửực hiệu độ cao mặt đất mặt chiếu không 32m bỏ qua ảnh hưởng số cải Hình 3- Biến dạng chiều dài cạnh phép chiếu Gauss-Kruger Số cải chiều dài chiếu cạnh từ mặt ellipsoid lên mặt phẳng Sau chiếu cạnh đo xuống mặt Ellipsoid, chiếu cạnh từ mặt Ellipsoid lên mặt phẳng phép chiếu hình trụ ngang đồng góc (Hình 2) Số cải tính theo công thức tổng quát (Đặng Nam Chinh, Đỗ Ngọc Đường, 2000): Hình 4- Biến dạng chiều dài cạnh phép chiếu UTM múi 60 (2) Trong đó: S’ chiều dài cạnh Ellipsoid m0 hệ số biến dạng chiều dài kinh tuyến trung ương múi chiếu ym trị trung bình hoành độ điểm đầu cuối cạnh đo S, đặc trưng cho độ xa kinh tuyến trục cạnh đo Hình 2- Chiếu cạnh đo từ ellipsoid mặt phẳng phép chiếu Gauss-Kruger (a) phép chiếu UTM (b) Từ hình thấy: - Trong phép chiếu GaussKruger, số cải chiều dài cạnh luôn dương (chiều dài mặt trụ lớn chiều dài tương ứng mặt ellipsoid), hệ số biến dạng >1 Càng xa kinh tuyến trục, biến dạng chiều dài cạnh lớn Trên kinh tuyến trục, hệ số biến dạng - Trong phép chiếu UTM, vị trí đường cát tuyến (giao mặt trụ mặt Ellipsoid), hệ số biến dạng Trong khoảng đường cát tuyến, hệ số biến dạng 1 Mức độ biến dạng chiều dài cạnh phép chiếu biểu diễn Hình Hình 14 Tµi nguyên Môi trờng Kỳ - Tháng 12/2017 Lựa chọn hệ tọa độ mặt chiếu cho lưới trắc địa công trình Sau tính hai số cải DSH DSF, chiều dài cạnh trước bình sai xác định là: So = S + DSH + DSF (3) Trong đó: So chiều dài cạnh đưa vào bình sai; S chiều dài đo trực tiếp mặt đất Như chiều dài cạnh đưa vào bình sai có khác biệt so với chiều dài cạnh đo trực tiếp mặt đất ảnh hưởng số cải chỉnh nêu Vì công trình xây dựng bề mặt đất tự nhiên nên cần phải thu kết đo không qua hiệu chỉnh phép chiếu Nói cách khác, cần phải chọn hệ toạ độ mặt chiếu cho bỏ qua số hiệu chỉnh tính theo công thức (1) (2) Hình 5- Sơ đồ lưới thực nghiệm a Để bỏ qua số cải tính theo công thức (1), cần phải có: Hm - H0 0, suy H0 = Hm (4) Bảng 1- Tọa độ điểm gốc khởi tính Điều có nghóa độ cao mặt chiếu chọn xấp xỉ độ cao trung bình khu vực xây dựng công trình b Để bỏ qua số cải tính theo công thức (2) cần phải có: Bảng 2- Danh sách góc đo Tọa độ điểm gốc khởi tính hay: (5) Từ nhận thấy: - Đối với phép chiếu Gauss - Kruger, m0 = Khi ym # km - Đối với phép chiếu UTM múi chiếu 30, m0 = 0,9999 Khi ym ± 90 km - Đối với phép chiếu UTM múi chiếu 60, m0 = 0,9996 Khi ym ± 180 km Như lập lưới trắc địa công trình, hệ tọa độ mặt chiếu chọn theo quy tắc sau: 1-Hệ tọa độ phẳng chọn cho kinh tuyến trung ương múi chiếu qua khu vực xây dựng công trình phép chiếu Gauss - Kruger Còn phép chiếu UTM, hệ tọa độ chọn cho kinh tuyến trung ương múi chiếu cách xa trung tâm khu vực xây dựng công trình khoảng 90km 180km (ứng với múi 30 60) tính theo đường xích đạo sang trái sang phải, cho phép giao động khoảng ±20km (Ngô Văn Hợi, 2005; TCVN 9401:2012) 2-Mặt quy chiếu toạ độ phẳng chọn mặt có độ cao xấp xỉ độ cao trung bình khu vực xây dựng công trình Với quy tắc đó, cần phải đặc biệt lưu ý xem điểm gốc khởi tính cho lưới trắc địa công trình cần thành lập thuộc hệ tọa độ mặt chiếu công trình chưa Nếu không, cần phải tính chuyển hệ tọa độ mặt chiếu chọn công trình (Ngô Văn Hợi, 2005) Tính toán thực nghiệm Để minh chứng cho nội dung lý thuyết nêu trên, tiến hành thực nghiệm xử lý mạng lưới khống chế mặt trắc địa công trình có thực tế (Hình 5) Bảng 3- Danh sách cạnh đo Mạng lưới gồm có điểm gốc khởi tính GOC1, GOC-2, GOC-3 GOC-4 xác định tọa độ hệ tọa độ VN-2000, múi chiếu 30, kinh tuyến trung ương 108000’, với giá trị tọa độ Bảng Theo thiết kế kỹ thuật, hệ tọa độ công trình chọn với thông số sau: - Hệ tọa độ phẳng UTM múi 30 - Kinh tuyến trung ương L0 = 1080 - Độ cao mặt chiếu công trình H0 = 120m Trên sở điểm gốc, thành lập tuyến đường chuyền phù hợp gồm điểm đo máy toàn đạc điện tử SET-2B với thông số kỹ thuật theo lý lịch máy mâ=2” mS=2+ 2ppm Danh sách trị đo góc cạnh Bảng vaứ Tài nguyên Môi trờng Kỳ - Th¸ng 12/2017 15 Bảng 4- So sánh kết hiệu chỉnh góc phương án tính chuyển hệ tọa độ độ cao (phương án 4), số hiệu chỉnh tương ứng nhỏ nhất, đồng nghóa với việc lưới bị biến dạng số liệu gốc - Trong phương án chưa tính chuyển tính chuyển phần, tiêu sai số lớn Trong phương án tính chuyển hệ tọa độ độ cao (phương án 4), tiêu sai số nhỏ nhất, đồng nghóa với việc lưới bị biến dạng số liệu gốc độ xác lưới tốt Bảng 5- So sánh kết hiệu chỉnh cạnh Kết luận Từ kết nghiên cứu nêu trên, rút số kết luận sau đây: Bảng 6- So sánh tiêu sai số Từ thông tin nói thấy rằng, tọa độ điểm gốc khởi tính chưa thuộc hệ tọa độ mặt chiếu công trình Để thấy vai trò việc lựa chọn hệ tọa độ mặt chiếu lưới trắc địa công trình, tiến hành bình sai mạng lưới nói với phương án sau đây: - Phương án 1: Không tính chuyển hệ tọa độ mặt chiếu điểm gốc 1.Lưới khống chế trắc địa công trình sở tọa độ phục vụ cho giai đoạn: khảo sát thiết kế, thi công xây dựng khai thác sử dụng công trình Ngoại trừ lưới quan trắc biến dạng thành lập hệ toạ độ độc lập, lưới khảo sát lưới thi công cần phải thành lập cho bảo đảm nguyên tắc: Đồng hệ toạ độ hệ toạ độ khảo sát hệ toạ độ thi công; Lưới bị biến dạng so với kích thước thật mặt đất Để bảo đảm nguyên tắc đó, cần phải lựa chọn hệ toạ độ mặt chiếu cách phù hợp cho lưới trắc địa công trình trình bày báo 2.Khi phát triển lưới trắc địa công trình, thiết phải sử dụng toạ độ điểm lưới cũ xác định hệ toạ độ khác Tuy nhiên, tọa độ điểm lưới cũ chưa thuộc múi chiếu mặt chiếu chọn công trình phải thực tính chuyển trước tính toán bình sai lưới TÀI LIỆU THAM KHẢO - Phương án 2: Chỉ tính chuyển mặt chiếu điểm gốc [1] Richard H Rapp Geometric Geodesy Part I and II The OhioStateUniversity March 1993 - Phương án 3: Chỉ tính chuyển hệ tọa độ điểm gốc [2] Phạm Hoàng Lân.; Đặng nam Chinh; Dương Vân Phong; Vũ Văn Trí Trắc địa cao cấp đại cương Nhà xuất KH&KT (2012) - Phương án 4: Tính chuyển hệ tọa độ mặt chiếu điểm gốc Sau tổng hợp so sánh kết tính toán (Bảng 4, 6) Từ kết so sánh nêu trên, rút nhận xét sau: - Trong phương án chưa tính chuyển tính chuyển phần, số hiệu chỉnh lớn Trong 16 Tµi nguyên Môi trờng Kỳ - Tháng 12/2017 [3] Ngô Văn Hợi, Hệ toạ độ quốc gia Việt Nam lưu ý sử dụng thiết kế thi công xây dựng công trình.Tạp chí Khoa học công nghệ Xây dựng, số năm 2005 [4] TCVN 9401:2012 Tiêu chuẩn kỹ thuật đo xử lý số liệu GPS trắc địa công trình Bộ Xây dựng.n ... cần phải lựa chọn hệ toạ độ mặt chiếu cách phù hợp cho lưới trắc địa công trình trình bày báo 2.Khi phát triển lưới trắc địa công trình, thi? ??t phải sử dụng toạ độ điểm lưới cũ xác định hệ toạ độ... chuyển hệ tọa độ mặt chiếu điểm gốc 1 .Lưới khống chế trắc địa công trình sở tọa độ phục vụ cho giai đoạn: khảo sát thi? ??t kế, thi công xây dựng khai thác sử dụng công trình Ngoại trừ lưới quan trắc. .. điểm gốc khởi tính chưa thuộc hệ tọa độ mặt chiếu công trình Để thấy vai trò việc lựa chọn hệ tọa độ mặt chiếu lưới trắc địa công trình, tiến hành bình sai mạng lưới nói với phương án sau đây: