Lưới không chế thi công thành lập bằng công nghệ GPS phải đáp ứng được những yêu cầu riêng của trắc địa công trình, vì vậy cần có phương pháp thích hợp để ước tính độ chính xác của lướị Lưới GPS ứng dụng trong trắc địa công trình thường cần phải ước tính độ chính xác vị trí mặt bằng điểm lưới, sử dụng phương pháp ước tính chặt chẽ trên cơ sở bài toán bình sai gián tiếp là tốt nhất, vì trong phương pháp này chọn toạ độ điểm cần xác định làm ẩn số. Nội dung bài toán bình sai gián tiếp đã được nêu trong 2.3.2.
Trong định vị GPS, khoảng cách giả và pha sóng tải có thể được xem là các đại lượng đo trực tiếp. Trong định vị tương đối, hai máy thu đặt ở hai điểm i và j khác nhau, quan trắc đồng bộ cùng một nhóm vệ tinh để xác định
Z Y X
, , (hoặcB,L,H) giữa hai điểm của vec tơ đường đáy Sij trong hệ tọa độ WGS - 84. Khi ước tính độ chính xác của lưới thiết kế có thể xem các đại lượng này độc lập với nhaụ
Về phương diện mặt bằng, có thể sử dụng chiều dài cạnh Sij và góc phương vị αij như là các trị đo và xem một cách gần đúng là chúng độc lập với nhaụ Phương trình số hiệu chỉnh chiều dài cạnh và góc phương vị được viết như trong (2-29), (2-30).
Sai số trung phương chiều dài cạnh và sai số trung phương phương vị cạnh trong lưới GPS thường được ước tính theo các công thức có dạng tổng quát sau:
2 2 .S b a mS (mm) 2 2 S b a m ( “ ) (2-49) hoặc: mS ab.S (mm) " . S m m S ( “ ) (2-50)
Trong đó: a , b - là các tham số được lấy từ lý lịch của máy đo hoặc bằng kiểm nghiệm.
Kết hợp (2-48) và (2-49), có thêm một cặp công thức ước tính sai số trung phương chiều dài cạnh và sai số trung phương phương vị cạnh:
2 2 .S b a mS (mm) " . S m m S ( “ ) (2-51)
Trọng số của các trị đo được tính theo các công thức (2-40) và (2-41) với sai số trung phương:
n m mS' S (2-52) n m m' (2-53)
Trong đó: n - là số ca đo trên một cạnh
2.4. Tổ chức đo đạc các mạng lưới
2.4.1. Lưới thành lập theo phương pháp đo góc - cạnh
Kết quả ước tính độ chính xác các bậc lưới thiết kế theo phương pháp ước tính chặt chẽ được dựa vào sai số trung phương đo góc và đo cạnh dự kiến, nếu độ chính xác các đại lượng đặc trưng của lưới đạt yêu cầu thì sai số đo đạc dự kiến sẽ là cơ sở cho việc chọn máy móc và dụng cụ đọ Trước khi đem máy đi đo cần kiểm nghiệm máy thật cẩn thận theo đúng quy định.
Ngày nay các máy toàn đạc điện tử đang được sử dụng rộng rãi vào công tác đo đạc các bậc lưới khống chế. Dưới đây là hình ảnh và chỉ tiêu kỹ thuật của một số loại máy toàn đạc điện tử đang được sử dụng trong thực tế sản xuất:
ạ TC 400 (LEICA) b. GTS 230 (TOPCON) c. DT 510 (SOKKIA) d. DTM 352 (NIKON)
Bảng 2.1
Loại máy Hãng sảnxuất Tầm hoạtđộng Độ chính xác đo Trọnglượng
Cạnh Góc SET 2C SOKKIANhật Bản 4.2km ±(3mm+2.10-6D) ±2” 7.4Kg SET 3B SOKKIANhật Bản 2.4km ±(3mm+3.10-6D) ±3” 7.4Kg SET 5E SOKKIANhật Bản 2.2km ±(3mm+3.10-6D) ±5” 5.2Kg SET 1010 SOKKIANhật Bản 2.7km ±(2mm+2.10-6D) ±1” 5.4Kg SET 3010 SOKKIANhật Bản 2.5km ±(2mm+2.10-6D) ±3” 5.4Kg TC-2003 Thuỵ SỹLEICA 2.5km ±(1mm+1.10-6D) ±0.5” 7.6Kg TC-1800 Thuỵ SỹLEICA 2.5km ±(2mm+2.10-6D) ±1” 6.4Kg TC-1100 Thuỵ SỹLEICA 2.5km ±(2mm+2.10-6D) ±3” 6.1Kg TC-1010 Thuỵ SỹLEICA 2.0km ±(3mm+2.10-6D) ±3” 5.6Kg TC-605 Thuỵ SỹLEICA 1.8km ±(3mm+3.10-6D) ±5” 4.2Kg TC-400 Thuỵ SỹLEICA 0-7km ±(5mm+5.10-6D) ±10” 4.2Kg TCR-303 Thuỵ SỹLEICA 3.2km(80m) ±(2mm+2.10-6D) ±3” 4.2Kg
TCR-305 Thuỵ SỹLEICA 3.2km(80m) ±(2mm+2.10-6D) ±5” 4.2Kg DTM-450 Nhật BảnNIKON 2.4km ±(2mm+2.10-6D) ±2” 6.1Kg DTM-550 Nhật BảnNIKON 2.7km ±(2mm+2.10-6D) ±1” 4.9Kg DTM-851 Nhật BảnNIKON 2.4km80m ±(2mm+2.10-6D) ±1” 5.6Kg NPL-820 Nhật BảnNIKON 2.4km100m ±(3mm+3.10-6D) ±3” 5.9Kg GTS-223 TOPCONNhật Bản 2.0km ±(3mm+3.10-6D) ±3” 4.9Kg GTS-301 TOPCONNhật Bản 2.0km ±(2mm+2.10-6D) ±1” 5.9Kg GTS-605 TOPCONNhật Bản 2.0km ±(3mm+3.10-6D) ±5” 5.9Kg GTS-701 TOPCONNhật Bản 2.0km ±(2mm+2.10-6D) ±1” 5.9Kg 1. Công tác đo góc
Công tác đo góc trong lưới Trắc địa phục vụ cho công trình công nghiệp chịu ảnh hưởng của các yếu tố sau:
- Nhiệt, khói bụi từ các nhà máy, mặt đường nhựa, các kết cấu thép và bê tông dưới tác động của Mặt trời sẽ tạo nên “tiểu khí hậu” làm thay đổi chế độ dẫn nhiệt, quá trình bốc hơi và tích tụ hơi nước;
- Nhiều chướng ngại vật đối với tia ngắm;
- Các điểm khống chế phân bố ở những độ cao khác nhau, chiều dài các cạnh ngắn;
Do các điều kiện trên, tia ngắm đi qua nhiều trường chiết quang cục bộ và không ổn định. Các trường chiết quang đó thay đổi theo không gian và thời gian. Vì vậy cần phải chọn thời gian đo góc hợp lý.
Do cạnh của lưới ngắn nên cần đặc biệt chú ý đến độ chính xác của định tâm máy và định tâm tiêu ngắm. Các nguồn sai số ảnh hưởng đến độ chính xác đo góc bao gồm:
- Sai số do máy;
- Sai số do định tâm máy; - Sai số do định tâm tiêu ngắm; - Sai số đo ngắm;
- Sai số do ảnh hưởng của môi trường đọ ạƯớc tính số vòng đo góc tại một trạm máy Số vòng đo góc được tính theo công thức:
2 2 0 2 2 ) 2 ( 5 m m m n V (2-54) Trong đó: n- là số vòng đo góc; m0 - là sai số đọc số; mV- là sai số bắt mục tiêụ
ởđiều kiện thường
x V
V m 60"
với Vxlà độ phóng đại của ống kính.
b. Ước tính các hạn sai đo đạc tại một trạm đo góc
- Độ chênh cho phép giữa các vòng đo được tính theo công thức:
1v 2 n.m
(2-55)
Trong đó n là số vòng đo góc đã tính được
- Độ chênh cho phép giữa hai nửa vòng đo được tính theo công thức:
nm v 2 2 . 2 1 (2-56)
m n C 4 . 2 (2-57)
c. Ước tính sai số định tâm máy, định tâm tiêu ngắm - Sai số định tâm máy
Sai số đo góc do ảnh hưởng của sai số định tâm máy được tính theo công thức:
2 " 1 2 2 1 S S S e m dtm dtm (2-58) Trong đó : dtm
e - là khoảng cách tính từ hình chiếu trục quay điểm đứng máy tới tâm máỵ
S1, S2 - là khoảng cách từ máy tới mục tiêu 1 và 2. S1-2 - là khoảng cách giữa hai mục tiêu 1 và 2.
ảnh hưởng của sai số định tâm máy là lớn nhất khi :S1 =S2 =S1-2 =S
Khi đó: " 2 S
e mdtm dtm
Ta thấy ảnh hưởng của sai số định tâm máy sẽ lớn nhất khi khoảng cách S
nhỏ nhất.
Sai số đo góc chịu ảnh hưởng tổng hợp của 5 nguồn sai số chính, coi ảnh hưởng của 5 nguồn sai số là như nhau ta có ảnh hưởng của sai số định tâm máy đến kết quả đo góc là : 5 " 2 . 5 " 2 Sm e m S e m dtm dtm dtm (2-59)
- Sai số định tâm tiêu ngắm
Công thức tính sai số định tâm tiêu ngắm là:
2 2 2 1 1 " 2 S S e m dtt dtt (2-60) Trong đó : dtm
e - là khoảng cách tính từ trục chiếu bằng của bảng ngắm tới tâm mốc;
S1, S2 - là khoảng cách từ máy tới tiêu 1 và 2.
5 " . 5 " m S e m S e mdtt dtt dtt (2-61)
ảnh hưởng của sai số định tâm tiêu ngắm sẽ lớn nhất khi khoảng cách S
nhỏ nhất.
2. Công tác đo cạnh
Để giảm ảnh hưởng của các vùng “tiểu khí hậu” đến công tác đo dài bằng máy toàn đạc điện tử cần áp dụng một số biện pháp:
- Chọn thời gian đo thích hợp, nên đo vào ngày râm mát; - Chọn máy đo thích hợp.
Trình tự đo cạnh ngoài thực địa như sau: - Định tâm cân bằng máy chính xác;
- Tiến hành đo đi đo về theo 2 chiều thuận nghịch. Mỗi lần đo cần phải đọc số 3 lần để lấy kết quả trung bình;
- Xác định nhiệt độ môi trường và áp suất khí quyển ở 2 đầu cạnh để tính số cải chính ảnh hưởng của môi trường.
2.4.2. Lưới thành lập bằng công nghệ GPS
1. Chuẩn bị máy móc dụng cụ đo
Theo các quy định hiện hành, tiến hành chọn máy thu, có thể chọn máy thu 1 tần hoặc máy thu 2 tần số. Do lưới GPS trong thi công công trình có chiều dài cạnh ngắn nên lựa chọn máy thu 1 tần số (như máy GPS TRIMBLE 4600 LStrong hình 2.12). Máy cần được kiểm nghiệm trước khi đưa vào sử dụng, trong đó đặc biệt chú ý kiểm tra lệch lệch tâm pha ăng ten và lệch tâm bộ phận định tâm quang học để đảm bảo độ chính xác đo lưới khống chế thi công công trình với các cạnh ngắn.
Công tác chuẩn bị bao gồm các nội dung sau:
- Trước khi đo cần kiểm tra các máy thu GPS và các thiết bị kèm theo như: chân máy, đế máy, ốc nối, thước đo cao ăng ten…;
- Chuẩn bị phương tiện đi lại để di chuyển máy đúng lịch đo;
- Chuẩn bị nguồn điện, ắc quy hoặc pin có chất lượng tốt, đủ dùng và dự trữ; - Chuẩn bị phương tiện liên lạc như bộ đàm hoặc điện thoại di động, ngoài ra cần có phương án phối hợp nếu không liên lạc được (thống nhất theo thời gian đã dự kiến);
- Chuẩn bị sổ đo, bút ghi chép, sơ đồ lưới và lịch đo đã lập;
- Người đi đo cần có dụng cụ để xác định thời gian bật máy cũng như tắt máy; - Chuẩn bị dụng cụ che mưa cho người và máỵ
2. Khảo sát thực địa
Mục đích của công đoạn khảo sát thực địa là nhằm xác định lại các điều kiện đo tại từng điểm và điều kiện di chuyển máỵ Tại mỗi điểm cần lập một phiếu khảo sát có ghi đầy đủ số hiệu điểm, tên điểm, những điểm cần lưu ý và xem có bảo đảm yêu cầu góc ngưỡng từ 150 đến 200, xung quanh không có các vật phản xạ. Trên cơ sở khảo sát đường đi có thể ước tính được thời gian di chuyển giữa các ca đọ Công tác khảo sát thực địa là cơ sở cho việc lập kế hoạch đo và thiết kế kỹ thuật.
3. Lựa chọn phương pháp đo, tính số ca đo và lập kế hoạch đo
Phương pháp định vị GPS được thực hiện trên cơ sở sử dụng hai đại lượng đo cơ bản là đo khoảng cách giả và đo pha sóng tảị Dựa trên hai đại lượng đo này người ta đã tạo ra hai phương pháp định vị GPS đó là: định vị GPS tương đối và định vị GPS tuyệt đốị Trong đo lưới khống chế thi công ta chọn phương pháp định vị tương đối (đo tĩnh) để đạt độ chính xác cao, có thể cỡ cm thậm chí là mm.
Số ca đo được tính theo công thức:
r s m n . (2-62) Trong đó: n - là số ca đo;
m - là số lần đặt máy trung bình tại mỗi điểm, giá trị m thường quy định không nhỏ hơn 1,6;
s - là số điểm trong lưới; r - là số máy thụ
Trước khi tiến hành đo cần phải lập kế hoạch đo ngoại nghiệp, đây là công việc cực kỳ quan trọng, nó sẽ giúp hoàn thành thuận lợi nhiệm vụ thu thập số liệu, đảm bảo độ chính xác, nâng cao hiệu suất lao động. Các vấn đề liên quan đến việc lập kế hoạch đo bao gồm: phương tiện máy móc sử dụng để đo, phương pháp đo và cách tổ chức đọ Lưới GPS không cần thông hướng giữa các điểm đo như lưới truyền thống do vậy việc lập kế hoạch đo cũng có những điểm khác biệt. Lập kế hoạch cụ thể là xác định thời gian đo tối ưu, khoảng thời gian tối ưu có thể sử dụng là khoảng thời gian trong đó có số vệ tinh quan trắc đồng thời là tối đa, có PDOP không vượt quá giá trị cho phép. Đối với lưới GPS thi công công trình công nghiệp có thể xác lập chỉ tiêu độ chính xác như sau:
- Giá trị PDOP≤5;
- Thời gian của một ca đo: từ 45 60phút; - Tần suất thu tín hiệu: 5 15 giâỵ
Để lập lịch đo, cần lập bảng dự báo các vệ tinh có thể nhìn thấy bao gồm các nội dung: số hiệu, góc cao và góc phương vị của vệ tinh, sơ đồ phân bố các vệ tinh, nhóm các vệ tinh quan trắc tốt nhất, thời gian đo tốt nhất, hệ số suy giảm độ chính xác vị trí không gian 3 chiềụ Dựa vào số lượng máy thu, sơ đồ lưới GPS đã thiết kế và lịch vệ tinh để lập bảng điều độ công tác với các nội dung: thời gian đo, số hiệu điểm trạm đo, tên trạm đo và số hiệu máy thụ Việc lập kế hoạch đo có thể sử dụng phần mềm lập lịch như phần mềm PLAN.
4. Thao tác đo đạc và các yêu cầu cơ bản
ạ Bố trí ăng ten
- ở điểm bình thường: ăng ten được lắp đặt lên giá ba chân và trực tiếp dọi điểm trên tâm mốc, cân bằng bọt thủy trong ống thủy tròn trên đế ăng ten.
- ở điểm đặc biệt: Khi ăng ten cần điểm được đặt trên đài (bệ) quan trắc, hoặc trên đài hồi quang dưới tiêu ngắm ở điểm tam giác thì trước tiên phải tháo
dỡ phần trên của tiêu ngắm để khỏi che chắn tín hiệu vệ tinh. Lúc này có thể chiếu ngược tâm dấu mốc lên đài quan trắc hoặc đài hồi quang để làm căn cứ định tâm ăng ten. Trong trường hợp không thể tháo dỡ phần trên của cột tiêu ngắm. ăng ten vẫn đặt bên trong, dưới tiêu ngắm thì tín hiệu vệ tinh thu được sẽ gián đoạn ảnh hưởng đến độ chính xác đo GPS. Trường hợp này có trể đo lệch tâm, điểm lệch tâm có thể chọn cách điểm tam giác trong khoảng 100m, các yếu tố quy tâm phải được xác định chính xác theo phương pháp giải tích.
Vạch định hướng ăng ten phải chỉ hướng Bắc và để ý đến góc từ thiên tại điểm đo để giảm phần lớn ảnh hưởng của độ lệch tâm phạ Sai số định hướng ăng ten cũng tuỳ thuộc yêu cầu độ chính xác định vị, nhưng nói chung không được vượt quá3o5o.
Không nên đặt ăng ten quá thấp, thường cách mặt đất 1 m trở lên. Sau khi đặt ăng ten cần đo chiều cao ăng ten ở ba vị trí cách nhau 120o, hiệu của ba kết quả đo không được vượt quá 3 mm. Đo chiều cao ăng ten chính xác đến 1 mm.
Phúc tra tên điểm và ghi vào sổ đo, nối cáp điện ăng ten với máy, kiểm tra không sai mới khởi động máỵ
b. Khởi động máy thu và tiến hành thu tín hiệu
Sau khi đã đặt xong ăng ten, chọn vị trí cách ăng ten một khoảng thích hợp để đặt máy thu GPS, dùng (dây) cáp điện nối máy thu với nguồn điện, ăng ten và máy điều khiển, qua một thời gian để nóng máy thì có thể khởi động máy thu để thu tín hiệụ
Sau khi máy thu bắt được tín hiệu vệ tinh và bắt đầu ghi số liệu, người đo có thể thao tác trên máy theo sách hướng dẫn sử dụng máỵ Khi chưa nắm vững