Nguyên lý: - Đo dài bằng dây thị cự thẳng (góc thị sai cố định cạnh đáy thay đổi)
Hình 5.8. Đo dài bằng dây thị cự thẳng – tia ngắm nằm ngang
Theo sơ đồ hình 5.8, khoảng cách D từ máy đến điểm dựng mia được tính theo công thức:
D = d0 + fkv + δ
Trong đó d0 - là khoảng cách từ tiêu điểm trước của kính vật tới điểm dựng mia,
fkv - là tiêu cự của kính vật; δ - là khoảng cách từ tâm kính vật đến trục quay của máy.
Do hai tam giác g1Fp1 và QFPđồng dạng, ta có: d0 = )*+, 𝑛
Đối với mỗi máy cụ thể, giá trị (fkv + δ) = c thường không đổi và được gọi là hằng số của máy. Tỉ số (fkv/e) cũng không đổi được kí hiệu là K và gọi là bệ sốđo đài. Như vậy công thức đo độ dài sẽ có dạng:
vạch chia centimét. Trong một số máy hiện đại hằng số c của máy cũng được thiết kếđể triệt tiêu.
Công thức trên được áp dụng khi cạnh đo nằm ngang. Trong trường hợp cạnh đo có một độ dốc nào đó với góc dốc địa hình là v, hướng ngắm hướng theo mát dốc địa hình sẽ không vuông góc với trục mia, khi đó khoảng chắn trên mia giữa chỉ trên và chỉ dưới sẽ lớn hơn giá trị l' đưa vào tính toán, nghĩa là l' = l.cosv (hình 5.9).
Hình 5.9. Cạnh đo có một độ dốc
Như vậy, đối với khoảng cách nghiêng ta có công thức: D = K'l = K.l.cosv ;
Chuyển về khoảng cách nằm ngang ta được: S = D.cosv = K.l.cos2v ;
Công thức trên có thể viết:
S = K.l (1-sin2v) = K.l - ΔD
Trong đó ΔD = K.lsin2v - là số hiệu chỉnh vào khoảng cách nghiêng khi chuyển nó về khoảng cách nằm ngang. Để cho tiện lợi, cũng có thể lập bảng tra.
b, Dụng cụ: Máy trắc địa có hệ thống lưới chỉ trong ống kính (máy kinh vĩ, máy thủy bình, máy toàn đạc điện tử,...), mia thủy chuẩn (mia gỗ, mia nhôm,...), cọc tiêu.
c, Nội dung:
Để đo khoảng cách bằng máy có vạch đo khoảng cách thông thường và mia đứng, phải cần 3 người và thêm các dụng cụ như dây dọi, sổ ghi. Giả sử đo khoảng cách giữa hai điểm A và B, các thao tác bao gồm:
Bước 1: Đặt máy đúng điểm A, cân bằng máy. Người dựng mia phải dựng sao cho mia thẳng đứng, vuông góc với hướng BA và mặt trước mia sát với điểm B.
Bước 2: bắt mục tiêu đọc số
Người ngắm máy phải điều chỉnh và ngắm sao cho nhìn rõ mặt mia. Đọc số đọc trên mia theo các chỉ số đọc trên mia (hình 5.10).
Hình 5.10. Sốđọc trên mia Theo hình 5.10a ta có các sốđọc là: a = 1804mm; b = 1725mm; c = 1646mm khi đó khoảng cách d là: d = 100 (a - c) = 100 x (1804 - 1646) = 15800mm = 15,8m Kiểm tra trị số đó theo số đọc của chỉ giữa: d = 2 x 100 (a - b) = 2 x 100 (b - c) = 2 x 100 (180,4 - 172,5) = 2 x 100 (172,5 - 164,6) = 15,8m.
Để tiện đọc số và tính khoảng cách, cần quay ống kính, đặt chỉ dưới của lưới đúng vào ranh giới giữa hai phân vạch deximet của mia và đọc ước lượng hai vạch giữa và trên (Hình 5.10 b).
Nếu là số đọc theo tia nằm nghiêng thì phải tra bảng tìm số hiệu chỉnh ΔD = K.lsin2v .
Như vậy đã xong nữa lần đo thứ nhất. Sau khi đảo ống kính, đo tiếp như trên sẽ được nữa lần đo thứ hai. Nếu chênh lệch giữa hai trị số trong phạm vi cho phép, thì lấy trị số trung bình làm kết quả của một lần đo.
Máy đo dài thị cự có cấu tạo đơn giản, quá trình đo tiện lợi, nhanh chóng. Tuy nhiên, độ chính xác đạt được không cao, chỉ bằng khoảng 1/300 - 1/500
và công sức. Nguyên lý chung xác định khoảng cách bằng máy điện tử là chu trình phát tín hiệu từ máy phát đặt tại điểm A đến gương phản xạ đặt tại điểm B (hình 5.11). Thời điểm phát tín hiệu (t1) và thu (t2) được ghi nhận. Khoảng thời gian tín hiệu đi và về được xác định theo công thức:
t = t1 - t2 và khoảng cách: 1 D v.t 2 = Trong đó: v- vận tốc sóng điện từ, t - thời gian đi và về của tín hiệu. Hình 5.11. Nguyên lýđo dài điện tử
Dựa vào nguyên lý chung trên đây, các máy đo dài điện tử sử dụng các nguồn phát tín hiệu khác nhau. Trong các máy thế hệ cũ, nguồn tín hiệu sử dụng là sóng ánh sáng và sóng radio. Trong các máy đo dài điện tử hiện đại, chủ yếu sử dụng tín hiệu dưới dạng diot quang điện LED (Light Emiting Diot). Quang học lượng tử - laser khí và laser bán dẫn - được sử dụng làm các nguồn bức xạ sóng tải. Chùm tia laser đơn sắc, có công suất lớn hiệu suất phát sáng cao, không bị tán xạ và khúc xạ, có đường truyền sóng ổn định. Cấu tạo các máy đo dài điện tử đều có màn hình hiện số và các phím chức năng cho phép thay đổi các chếđộ hoặc chức năng đo và cài đặt các thông số hiệu chỉnh (nhiệt độ, áp suất, v.v...).
Tuy vậy, hiện nay, trừ những trường hợp đặc biệt cần thiết, máy đo dài điện tử ít khi được sử dụng độc lập. Bộ đo dài điện tử được lắp cố định với kinh vĩ điện tử tạo thành máy toàn đạc điện tử có thể sử dụng để đồng thời có thể đo chiều dài, đo góc và đo độ cao. Hình 5.12 minh họa một số máy đo chiều dài điện tử. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hình 5.12. Một số loại máy đo dài điện tử
5.3.2. Nội dung đo gián tiếp chiều dài bằng máy đo dài điện tử
Hiện nay trong sản xuất trắc địa đã ứng dụng rất phổ biến các loại máy đo dài bằng sóng điện từ để đo chiều dài. Nguyên lý hoạt động của máy dựa trên cơ sở xác định thời gian truyền sóng điện từ trên khoảng cách cần đo. ở một đầu của cạnh đo người ta đặt máy đo dài có chức năng thu phát tín hiệu, ở đầu kia đặt bộ phản xạ tín hiệu gương phản xạ (hình 5.13). Như vậy, sóng điện từ đ- ược phát đi từ máy phát, sau khi phản xạ và quay trở lại đã đi trên một quãng đường bằng hai lần khoảng cách cần đo (lần đi và lần quay trở lại).
Hình 5.13. Nguyên lý hoạt động của máy đo dài điện tử
Khoảng cách D cần đo có thể được xác định theo công thức:
Trong đó v - là tốc độ truyền sóng điện từ trong khí quyển;
ι - là thời gian truyền sóng điện từ trên hai lần khoảng cách cần đo.
Tốc độ truyền sóng điện từ trong khí quyển được xác định theo công thức:
2 .τ
v D =
Các dải tần của sóng điện từ phù hợp cho đo khoảng cách là dải tần của sóng ánh sáng trong các máy đo dài ánh sáng và dải tần của sóng vô tuyến cực ngắn (sóng centimét) trong các máy đo dài radiô.
Thông thường, các sóng ánh sáng (hồng ngoại và tử ngoại) dễ tập trung thành một chùm tia hẹp, nhưng lại bị yếu đi rất nhanh khi gặp các lớp sương mù, màn khói... và lại đòi hỏi phải có tầm nhìn thông suốt giữa hai đầu cạnh đo. Các sóng vô tuyến không đòi hỏi phải có tầm nhìn thông suốt giữa hai điểm đầu cạnh đo, có thể đo trong mọi điều kiện thời tiết nhưng lại không tạo ra một giải hẹp, do đó cũng có một số nhược điểm đáng quan tâm như dễ bị phản xạ bởi bề mặt địa hình.
Hiện nay, các máy đo dài điện tử được chia thành hai nhóm chính dựa vào đặc tính lan truyền sóng điện từ của tín hiệu sóng tải đo.
Nhóm thứ nhất gọi là các máy đo dài sóng ngắn ( Microwave EDM ), sử dụng các sóng có bước sóng λ0 cỡ 3 cm. Trong nhóm này chỉ có loại máy Tellurometer Model MRA-4 là sử dụng tín hiệu có bước sóng λ0 = 8 mm. Nhóm thứ hai là các máy đo dài quang điện, sử dụng tín hiệu ở bước sóng gần với hồng ngoại làm tín hiệu đo. Trong nhóm này người ta sử dụng các thiết bị tạo laser helium-neon (He-Ne) với bước sóng λ0 = 0,63µm hoặc với diot Galium-Arsenide (Ga-As) để tạo ra tia nhìn thấy có bước sóng λ0 = 0,9µm. Chỉ có thiết bị đo Mekometer sử dụng nguồn tia khác đó là ánh sáng Xenon được tạo ra với bước sóng λ0 cỡ 0,43µm.
Nói chung các máy sử dụng tín hiệu với bước sóng càng ngắn thì có độ chính xác đo càng cao. Vì thế các máy đo dài sóng ngắn có độ chính xác thấp hơn các máy đo dài quang điện. Nhưng ngược lại các tín hiệu có bước sóng dài hơn lại có độ xuyên tốt hơn trong môi trường sương mù, chính vì thế các máy đo dài sóng ngắn được sử dụng để đo khoảng cách dài trong điều kiện khí tượng xấu, còn các máy đo dài quang điện được sử dụng trong điều kiện nhìn thấy giữa các điểm đo tốt với yêu cầu độ chính xác cao hơn.
Các máy sử dụng tia hồng ngoại có đặc điểm chung là do tia sáng rất yếu nên chiều dài tối đa đo được thường ngắn hơn các máy khác, thường chỉ trong khoảng 1 đến 3 km tuỳ thuộc vào chủng loại, ngoại trừ thiết bị hồng ngoại đã dùng cho máy toàn đạc điện tử HP-3820.
Tất cả các thiết bị đo dài điện tử dùng trong trắc địa đều sử dụng tia bức xạ điều biến để đo khoảng cách. Bước sóng của tín hiệu điều biến được gọi là bước sóng chuẩn (pattern wavelength), được coi như là đơn vị để đo khoảng cách. Các máy khác nhau sử dụng các bước sóng chuẩn khác nhau, có chiều
dài từ vài mét đến 40 mét tuỳ thuộc vào loại máy, loại trừ máy Mekometer đã sử dụng bước sóng λ = 60 cm.
Tất cả các máy đo dài điện tử đều có nguyên tắc đo khoảng cách như nhau là: Tín hiệu điều biến được phát đi từ một đầu của khoảng cách đo và phản xạ trở lại ởđầu kia. Hiệu số pha giữa tín hiệu phát và tín hiệu phản hồi được đo bằng thiết bịđo hiệu pha của máy đo dài (transmitting instrument).
Nếu biết được chính xác số nguyên lần m nửa bước sóng trong khoảng cách đo thì hiệu pha sẽ bằng không. Trong mọi trường hợp hiệu số trong pha được chuyển thành một phần nhỏ U của nửa bước sóng và được thể hiện bằng đơn vị chiều dài.
Khoảng cách giữa máy phát và gương phản xạ được thể hiện bởi công thức: S = U + (4.20 )
Để nhận được giá trị m thì việc đo đạc phải được thực hiện lặp lại với hai hoặc nhiều bước sóng khác.
2 .λ
Chương 6. Đo độ cao
6.1. Đo cao hình học theo tuyến khép kín
6.1.1. Hướng dẫn trình tựđo tại một trạm đo thuỷ chuẩn
Hình 6.1. Đo thuỷ chuẩn tại 1 trạm đo
Nội dung: Xác định chênh cao giữa hai điểm A và B
Dụng cụ: Máy thuỷ bình và mia thuỷ chuẩn đã được kiểm nghiệm
Số lượng người đo: 4 thành viên (Người đứng máy, người ghi sổ và 2 người cầm mia). (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Nội dung:
Bước 1: Người cầm mia dựng mia thẳng đứng tại A và B.
Bước 2: Người đứng máy dựng máy thuỷ bình ở giữa A và B (sao cho
khoảng cách từ máy đến 2 mia tương đối bằng nhau), - Cân bằng máy chính xác.
Bước 3: Đọc số trên mia
+ Quay máy về mia dựng thẳng đứng tại A, ngắm mặt khắc vạch của mia A (mia sau), đọc số theo chỉ trên, chỉ giữa và chỉ dưới và ghi vào sổ đo.
+ Quay máy ngắm về mia dựng thẳng đứng tại B, ngắm mặt khắc vạch của mia b (mia trước); đọc số theo chỉ trên, chỉ giữa và chỉ dưới và ghi vào sổđo.
Bước 4: Tính toán sổ đo trước khi chuyển máy sang trạm khác.
Trong điều kiện thực tế, khi chênh cao giữa 2 điểm đo A, B lớn hoặc khoảng cách giữa 2 điểm A, B là quá xa nhau thì người ta tiến hành đo nhiều trạm đo liên tiếp.
6.1.2. Xử lý kết quả đo Sổđo chênh cao Sổđo chênh cao Ngày đo: Địa điểm Thời gian: Thời tiết Trạm đo Người đo Số đọc trên mia ∆S ∆h Ghi chú
Mia sau Mia trước 1
2
3
Bài thực hành:
Giáo viên hướng dẫn đánh dấu 2 điểm A và B trên thực địa sao cho giữa A và B chia được số trạm máy chẵn và lớn hơn hoặc bằng số sinh viên trong nhóm để mỗi sinh viên thực hiện thao tác tại 1 trạm đo. Các nhóm đo thực hiện đo chênh cao giữa 2 điểm A và B theo 2 lượt đo đi và đo về, kết quả ghi và tính toán vào sổđo sau khi kết thúc buổi đo.
6.2. Đo cao hình học theo tuyến đơn nối giữa hai điểm mốc cấp cao.
ngược); đọc số theo chỉ trên, dưới và giữa và ghi vào sổđo (đối với trường hợp máy cho ảnh thuận).
- Quay máy ngắm về mặt đen của mia trước, vặn vít nghiêng đưa bọt nước vào giữa, đọc số theo chỉ dưới, trên và giữa và ghi vào sổ đo (đối với trường hợp máy cho ảnh ngược); đọc số theo chỉ trên, dưới và giữa và ghi vào sổ đo (đối với trường hợp máy cho ảnh thuận).
- Quay máy ngắm mặt đỏ của mia trước, vặn vít nghiêng đưa bọt nước vào giữa, đọc sốđọc chỉ giữa và ghi vào sổđo.
- Quay máy ngắm về mia sau, vặn vít nghiêng đưa bọt nước vào giữa, đọc số đọc chỉ giữa trên mặt đỏ và ghi vào sổđo.
- Tính toán sổđo trước khi chuyển máy sang trạm khác. Trước khi chuyển sang trạm đo khác cần tính toán ngay sổđo.
Trạm đo Mia sau Chỉ dưới Mia trước Chỉ dưới Ký hiệu mia Sốđọc trên mia K + đen - đỏ Số trung bình chênh cao Ghi chú Chỉ trên Chỉ trên Mặt đen Mặt đỏ K. cách sau K. cách trước Chênh lệch d (Δ) ∑Δd 1 (1)1 (4)1 S (3)1 (8)1 (10)1 (2)1 (5)1 T (6)1 (7)1 (9)1 (15)1 (16)1 S - T (11)1 (12)1 (13)1 (14)1 (17)1 (18)1 i (1)i (4)i S (3)i (8)i (10)i (2)i (5)i T (6)i (7)i (9)i (15)i (16)i S - T (11)i (12)i (13)i (14)i (17)i (18)i Tổng hợp [(1)] [(4)] S [(3)] [(8)] [(10)] [(2)] [(5)] T [(6)] [(7)] [(9)] [(15)] [(16)] S - T [(11)] [(12)] [(13)] [(14)] [(17)] [(18)]
b. Trình tự tính toán
- Tính chênh cao theo mặt đen: (11)i = (3)i – (6)i - Tính chênh cao theo mặt đỏ: (12)i = (8)i – (7)i - Kiểm tra theo các quan hệ: (9)i = K1 + (6)i - (7)i
(10)i = K2 + (3)i - (8)i; (13)i = (11)i - (12)i± K = (10)i – (9)i
- Tính chênh cao trung bình: = (14) = ((11)i + (12)i± K)/2 - Khoảng cách từ máy đến mia sau và từ máy đến mia trước:
(15)i = (1)i - (2)i ; (16)i = (4)i - (5)i
- Chênh lệch khoảng cách tại trạm máy: Δdi = (17)i = (15)i - (16)i
- Số chênh tích lũy khoảng cách:
= (18)i = (18)i-1 + (17)i (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Sau khi đã tính và kiểm tra kỹ tổng hợp từng trang sổ, tiến hành tính toán cho cả tuyến đo.
- Tính tổng chênh cao trên toàn tuyến.
hđo = h1 + h2 + ... + hn (1.13) - Tính sai số khép chênh cao trên toàn tuyến.
fh = hđo - hlý thuyết (1.14)
- So sánh sai số khép chênh cao trên toàn tuyến với sai số khép giới hạn.
fh ≤ fhgh (1.15)
- Kiểm tra tích luỹ khoảng cách trên cả tuyến đo phải nhỏ hơn giới hạn quy định. d d≤Δ ∑Δ giới hạn (1.16) (hTB)i ∑Δdi
Ví dụ: Mẫu sổđo thuỷ chuẩn. Đo từ ...………….... đến .………... Bắt đầu lúc……..……….. Ngày …... tháng ... năm … Kết thúc lúc:………Thời tiết... Hình ảnh ... Người đo:... Người ghi:... Trạm đo Mia sau Chỉ dưới Mia trước Chỉ dưới Kí hiệu mia Sốđọc trên mia K + đen - đỏ Chênh cao trung bình (m) Ghi chú Chỉ trên trênChỉ Mặt đen Mặt đỏ K. cách sau K. cách trước Chêng lệch d (Δ) ∑Δd DC- 01 1 1705 2140 S 1370 5945 0 K1=4575 0935 1280 T 1710 6185 0 K2=4475 0870 0860 S - T -0340 -0240 0 -0.340 +1.0 +1.0 2 1768 1735 S 1379 5854 0 0990 0985 T 1360 5934 +1 0778 0750 S - T +0019 -0080 -1 +0.020 +2.8 +3.8 3 2230 3030 S 1665 6240 0 1100 1890 T 2460 6935 0 1130 1140 S - T -0795 -0695 0 -0.795 -1.0 +2.8 4 DC- 04 2773 2140 S 2290 6766 -1 1807 1170 T 1655 6230 0 0966 0970 S - T +0635 +0536 -1 +0.636 -0.4 +2.4 Tổng hợp 8576 9045 S 6704 24805 -1 4832 5325 T 7085 25284 1 3744 3720 S - T -0481 -0479 -2 -0.479 +2.4
6.3. Đo cao lượng giác
Đo cao lượng giác dựa trên cơ sở tam giác vuông và cạnh huyền là tia ngắm nghiêng của máy kinh vĩ.