4.3.2.1. Máy thuỷ bình (Máy thuỷ chuẩn)
Dựa vào đặc điểm của ba phương pháp đưa trục ngắm về vị trí nằm ngang, ta thường gặp ba loại máy thuỷ chuẩn: Loại không có vít nghiêng, loại có vít nghiêng và loại máy tựđộng cân bằng trục ngắm. Nói chung một số bộ phận cơ bản nhưống kính, ống thuỷ, đế máy, chân máy của các máy thuỷ chuẩn có cấu tạo tương tự như máy kinh vĩ, máy đo xa quang học.
Các máy thuỷ bình kỹ thuật hiện nay có ống kính cốđịnh như máy thuỷ chuẩn: Ni 030 của Đức, máy thuỷ bình HB - 1 của Liên Xô. Hình 4-20a là máy thuỷ bình HB - 1.
ngắm ống kính cùng với ảnh của mia.
Ở một đầu ống thuỷ dài, phía gần kính mắt có 5 ốc điều chỉnh dùng đểđiều chỉnh ống thuỷ vào vị trí cần thiết.
Ở phía bên phải thành trên ống kính có ốc điều quang dùng để điều chỉnh rõ ảnh của mia. Dùng vít vi nghiêng có thểđưa trục ngắm của ống kính vào vị trí nằm ngang Để sơ bộđưa trục quay của máy vào vị trí thẳng đứng, người ta gắn ống thuỷ tròn vào mặt trên của đế máy. Cùng với ống kính, ống thuỷ tròn có thể quay xung quanh trục quay của máy. Ống thuỷ tròn có 3 ốc điều chỉnh, nhờ các ốc điều chỉnh này có thểđiều chỉnh cho bọt ống thuỷ di chuyển được. Máy còn có vít khoá máy và vít vi động ngang. Để bắt mục tiêu đầu tiên qua khe ngắm ở phía trên của ống kính, sau đó nhìn vào trong ống kính nếu đã thấy ảnh của mục tiêu thì khoá vít khoá máy, vặn vít vi động ngang để bắt mục tiêu chính xác. Ở đế máy có 3 ốc cân mày dùng để đưa mục tiêu của máy vào vị trí thẳng đứng.
4.3.2.2. Mia thuỷ chuẩn
Mia thuỷ chuẩn được làm bằng gỗ hoặc kim loại, dài 3 m có tiết diện hình chữ I để chống uốn và bảo vệ mia khỏi bị xây xát, 2 đầu mia bịt sắt để chống mòn, thân mia có ống thuỷ và có móc treo quảđội để điều chỉnh cho múa thẳng đứng. Mặt mia sơn trắng có các khoảng chia 1 cm và 0,5 cm phối hợp với các vạch chia tạo thành chữ E ngược nhau. Số ghi trên mia có tới dm, đáy mia ứng với vạch 0. Chữ số ghi giá trị âm trên mia được khắc ngược để dùng cho các máy có ống kính ảnh ngược, khi nhìn qua ống kính sẽ thấy chữ số thuận, dễ dàng cho người đọc mia.
Để tăng cường độ tin cậy khi đọc số, có loại mia được khắc phân khoảng và ghi số ở cả hai mặt mia: Mặt đen ứng với các cạnh cm màu đen, chữ số dm màu đỏ; mặt đỏ có vạch cm màu đỏ, chữ số màu đen. Đáy mia ở mặt đen ứng với số 0, còn đáy mia ở mặt đỏứng với số ghi ở một hằng số k tuỳ chọn. Tại một vị trí bất kì của thân mia số đọc mặt đỏ và mặt đen luôn chênh nhau 1 hằng số k. Nhờ hằng số này người ta đọc dễ dàng các sốđo.
Khi đo thuỷ chuẩn người ta thường dùng một cặp mia A và B có hằng số mia khác nhau. Ví dụ: Mia A có hằng số là 4473 mm, mia B có hằng số 4573 mm chênh lệch giữa hai hằng số mia là ± 100 mm.
Hình 4-20b là ảnh của mia nhìn qua ống kính ứng với sốđọc mia là 1380 mm. Khi đo thuỷ chuẩn mia được đặt trên một đế gọi là đế mia, đế được làm bằng gang hoặc thép nặng 1 - 2 kg, có 3 chân nhọn để bám chắc xuống nền đất, mặt trên có núm bán cầu để dựng mia.
Sau khi chọn được điểm đểđặt mia, phải đặt đế mia lên đó, dùng chân ấn cho đế mia bám chắc xuống đất rồi dựng mia lên núm bán cầu. Nếu đo thuỷ chuẩn ở vùng đất yếu đế mia bị lún nhiều thì có thểđóng cọc gỗ hoặc cột sắt thay cho đế mia.
94
Máy và mia thuỷ chuẩn trước khi đo phải được kiểm nghiệm theo đúng quy trình quy phạm.
4.3.2.3. Kiểm nghiệm và điều chỉnh ấy thuỷ chuẩn tựđộng
¾ Kiểm nghiệm và điều chỉnh ống thủy tròn
Phải kiểm nghiệm hàng ngày. Cách kiểm nghiệm như với ống thuỷ dài. Độ lệch của bọt nước của ống thuỷ tròn khỏi điểm 0 mỗi khi quay máy đi 1800 không được lớn hơn 0 2 - 0,3 mm.
¾ Xác định và khử góc
Đặt máy ở giữa đường ống nối hai mia cách nhau từ 50 - 80m (trạm I hình 4-21). Sau khi đã đưa bọt nước của ống thuỷ tròn về giữa, đọc số a1 trên mia sau và b1
trên mia trước. Sau đó chuyển máy ra phía ngoài mia trước và cách mia này từ 3 - 5 m (trạm I2). Đọc số a2 trên mia sau và b2 trên mia trước. Tính được sốđọc là a'2 = (a1 - b1)
+ b2 rồi so sánh với số gốc thực tế a2. Sự khác nhau giữa a'2 và a2 không được lớn hơn 4mm. Trong trường hợp vượt quá hạn sai trên phải dùng ốc điều chỉnh của màng dây chữ thập đểđưa vạch ngang của nó lên xuống sao cho a2 = a'2.
96
Trong thực tế hầu hết các trường hợp điểm B và điểm A ở cách nhau khá xa. Để xác định hAH người ta phải thành lập đường chuyền độ cao bằng cách đặt nhiều trạm máy đo (hình 4-24).
98
phóng đại ống kính vx > 25x, độ nhạy ống thuỷ dài < 25"/2mm; mia hai mặt đỏ - đen có gắn ống thuỷ tròn, giá mia.
Trình tự công việc tại mỗi trạm đo như sau:
1. Ngắm mia sau, mặt đen, cân máy chính xác thêm (vặn ốc kính nâng cho bọt nước của ống thuỷ dài vào giữa), đọc số trên mia theo vạch giữa và một vạch đo xa
2. Ngắm mia trước, mặt đen, đọc số đọc trên mia theo dây chỉ giữa và một vạch đo xa.
3. Ngắm mia trước, mặt đỏ, đọc số tiêm mia theo vạch giữa 4. Ngắm mia sau, mặt đỏ, đọc số trên mia theo vạch giữa.
Một số quy định thêm trong phương pháp đo cao thuỷ chuẩn hạng IV. - Máy đặt ở giữa hai mia, tầm ngắm từ máy đến mia không quá 100m.
- Độ lệch tầm ngắm từ máy đến mia ở mỗi trạm không quá 5m, tích luỹ trên mỗi đoạn không quá 10m.
- Chiều cao tia ngắm tối thiểu so với mặt đất là 0,2m.
- Sự khác nhau vềđộ chênh cao tính theo hai mặt đỏ và đen ở mỗi trạm đo không quá ± 5 mm.
4.3.4. Những sai số gặp phải trong đo cao hình học
4.3.4.1. Sai số do môi trường
Hiện tượng khúc xạđứng là yếu tố quan trọng nhất. Cần đo vào lúc đẹp trời. Phải dùng ô che nắng cho máy. Đảm bảo tia ngắm phải cao hơn mặt đất 0,2 m.
4.3.4.2. Sai số do dụng cụđo
- Sai số do điều kiện cơ bản của máy không được đảm bảo (trục ngắm không song song với trục ống thuỷ dài). Để hạn chế nó, khi đo phải hạn chế tầm ngắm từ máy đến mia, hạn chế tầm ngắm trước, sau (đặt máy cách đều 2 mia).
- Do khoảng chia trên mia không chính xác
4.3.4.3. Sai số do người đo
- Sai số do cân bọt nước không thật chính xác. Để hạn chế sai số này, dùng máy có khoảng chia của ống thuỷ dài càng nhạy càng tết, dậm chân máy thật chắc chắn.
- Sai số ngắm sinh ra do khả năng phân biệt của mắt người có hạn. Để hạn chế nó, cần dùng máy có độ phóng đại ống kính càng lớn càng tốt.
- Sai số do dựng mia nghiêng. Hạn chế bằng cách phải dùng mia có gắn ống thuỷ tròn để làm căn cứ dựng mia đứng.
góc định hướng thuận và nghịch khác nhau 1800. Góc định hướng có 2 ứng dụng sau đây:
Một là: Biết góc định hướng của 2 cạnh cùng xuất phát từ một điểm, sẽ tính được góc nằm ngang giữa hai cạnh đó.
Trên hình 4-33a, có góc định hướng của cạnh OA là αOA, góc định hướng của cạnh OB là αOB. Gọi góc bằng giữa 2 cạnh đó là β thì βđược tính theo công thức:
104
góc bằng, được tính từ hướng Bắc hoặc hướng Nam của kinh tuyến giữa (hay đường thẳng song song với kinh tuyến giữa) với đường thẳng trên hình chiếu và có giá trị từ 00 đến 900. Ký hiệu góc 2 phương là r, góc 2 phương ngoài từ số góc đã biết, cần nói rõ tên gọi của nó nữa. Tuỳ theo hướng của đường thảng, ta có cách ghi và đọc góc hai phương của các đường thẳng đó có khác nhau, xem bảng 4.01.
Bảng 4.01. Cách đọc góc hai phương Góc 2 phương Cách ghi Cách đọc r1 r2 r3 r4 r1 - BĐ r2 - NĐ r3 - NT r4 - BT r1 - Bắc - Đông r2 - Nam - Đông r3 - Nam - Tây r4 - Bắc - Tây
Nếu biết góc định hướng, có thể tính ra góc hai phương. Quan hệđó tóm tắt trong bảng 4-02
Bảng 4.02. Quan hệ góc hai phương và góc định hướng
Phần tư Giá trị góc α Quan hệ r và α I II III IV BĐ NĐ NT BT 00→ 900 900→ 1800 1800→ 2700 2700→ 3600 r1 = α1 r2 = 1800 - α2 r3 = α3 - 1800 r4 = 3600 - α4 4.5. CẤU TẠO ĐỊA BÀN VÀ CÁCH THÀNH LẬP ĐƯỜNG CHUYỀN ĐỊA BÀN 4.5.1. Cấu tạo địa bàn
Nhiệm vụ chủ yếu của địa bàn dùng để xác định góc phương vị từ của đường thẳng.
Cấu tạo địa bàn đơn giản, gọn nhẹđo đạc nhanh
Thông thường trong sản xuất hay sử dụng 2 loại địa bàn là địa bàn có giá 3 chân (gọi là địa bàn 3 chân) và địa bàn cầm tay. Cấu tạo cơ bản của địa bàn gồm các bộ phận chính như sau:
106
Hình 4-32. Hướng ngắm của địa bàn
4.5.2. Trình tự xây dựng lưới đường chuyền địa bàn
Đường chuyền địa bàn thường được bố trí dưới dạng đường chuyền kín. Điểm xuất phát của đường chuyền thường được chọn là những địa vật cố định, rõ nét trên bắp đồ. Đối với đường chuyền kín được chết bởi 2 điểm cấp cao thì trong trường hợp này, nếu không có 2 điểm cấp cao sẽ chọn 2 địa vật cốđịnh, rõ nét, dễ tìm ở ngoài thực tế và vị trí của nó phải được xác định trên bản đồ của như: Ngã ba đường, cầu, cống, suốt....
4.5.2.1. Các bước xây dựng đường chuyền địa bàn (Gồm 3 bước)
- Công tác chuẩn bị - Công tác ngoại nghiệp - Công tác nội nghiệp a. Công tác chuẩn bị
1. Thu thập tài liệu
Tập hợp tất cả các tài liệu trắc địa, chọn các điểm địa vật cốđịnh (ngã 3 đường, ngã 3 sông suối, cầu, cống...) là điểm xuất phát hay còn gọi là điểm dẫn của đường chuyền.
2. Khảo sát thực địa khu đo
Khảo sát thực địa để xác định ranh giới khu đo, xác định các mốc trắc địa đã có trong khu đo.
3. Thiết kếđường chuyền
Căn cứ vào nhiệm vụ đo vẽ và địa hình của khu đo để bố trí các điểm đường chuyền sao cho chúng phân bốđều trên khu vực đo.
4. Chôn mốc
Các mốc có thể làm bằng gỗ, cần đánh dấu chữ thập trên cọc và ghi số hiệu cọc b. Công tác ngoại nghiệp
1. Đo đường chuyền
Nội dung đo đạc đường chuyền địa bàn gồm đo độ dài và góc phương vị của tất cả các các cạnh đường chuyền.
Về phương pháp có thể dùng phương pháp đo kép hoặc đo đơn. Nếu đo kép, yêu cầu sai số cho phép về góc phương vị giữa 2 lán đo cùng một cạnh không quá 30' (đối với góc phương vị được đo 2 lần là đo góc phương vị thuận và đo góc phương vị nghịch).
2. Đo chiều dài cạnh
Để xác định độ dài cạnh đường chuyền, thường đo bằng dây đo khoảng cách trong ống kính địa bàn Nhưng để đảm bảo yêu cầu về độ chính xác thì chiều dài cần xác định bằng dây đo khoảng cách trong ống kính địa bàn không được vượt quá 60 m. Vì vậy, trong điều kiện cho phép có thể dùng thước dây vải loại 20m, 30m, 50m để đo trực tiếp độ dài cạnh. Trước khi đo thước cũng phải được kiểm nghiệm.
- Nếu độ dài cạnh lớn hơn chiều dài thước cũng phải tiến hành định đường thẳng. - Nếu địa hình tương đối bằng phẳng có thể dùng biện pháp nâng thước về mặt phẳng ngang.
- Nếu độ dốc địa hình lớn, phải đo chiều dài nghiêng và các yếu tố có liên quan để tính ra chiều dài ngang (đo thêm góc nghiêng của chiều dài nghiêng hoặc độ chênh cao của 2 điểm đầu và điểm cuối độ dài cần đo)
- Mỗi cạnh đường chuyền được đo 2 lần đo đi và đo về, sau khi hiệu chỉnh về chiều dài ngang phải thoả mãn
108
- Mởốc hãm kim để cho kim giao động tự do. - Xoay địa bàn, ngắm sào tiêu đặt tại N
Đợi kim dừng hẳn, căn cứ vào đầu bắc của kim chỉ trên vành độ đo được góc phương vị
* Yêu cầu:
+ Đối với mỗi cạnh đo sai sốđo góc phương vị giữa hai lần thuận và nghịch phải đạt được nhỏ hơn 30'
+ Địa bàn cần thoả mãn các điều kiện hình học sau đây: - Hộp địa bàn không có từ tính
- Kim từ phải nhạy, khi làm việ/c phải ở vị trí cân bằng
- Đường kính 00 - 1800 của vành độ phải song song với cạnh của hộp địa bàn. Đối với địa bàn 3 chân thì đường kính gốc phải nằm trong mặt phẳng ngắm.
c. Công tác nội nghiệp
Sau khi đo xong độ dài và góc phương vị của tất cả các cạnh, phải kiểm tra lại toàn bộ sổ sách và các số liệu đo Nếu không còn sai sót, tiến hành bình sai.
Đối với đường chuyền địa bàn chỉ bình sai về số gia tọa độ Trình tự bình sai đường chuyền địa bàn
V ∆y: sai số tọa độ (dịch vị ngang) của điểm i
fx, fy: sai số khép tọa độ của X và Y
S: Chiều dài cạnh đường chuyền
4.6. SỬ DỤNG HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU (GPS) 4.6.1. Khái quát GPS 4.6.1. Khái quát GPS
Hệ thống định vị toàn cầu (GPS - Global Positioning System) là một hệ thống gồm 24 vệ tinh bay vòng quanh trái đất 2 lần một ngày theo một quỹđạo cực kỳ chính xác và truyền các thông tin về quảđất. Hệ thống này do Bộ Quốc phòng Mỹ phát triển. Quân đội Nga cũng xây dựng một hệ thống tương tựđược gọi là GLONASS. Máy định vị phải liên tục "nhìn thấy" ít nhất 3 vệ tinh thì mới có thể xác định được vị trí và theo dõi di chuyển của người cầm máy. Để xác định được vị trí 3 chiều 3D (tức có cả độ cao), máy định vị cần tối thiểu 4 vệ tinh. Tuỳ vào từng thời điểm mà máy định vị sẽ chọn những vệ tinh nào tốt nhất trong tầm bắt của nó để tính toán và cập nhật vị trí của ta. Máy định vị lưu trữ số hiệu của các vệ tinh cùng với quỹ đạo của chúng trong bộ nhớ, nhờ vậy nó có thể xác định được khoảng cách và vị trí của bất kỳ vệ tinh nào và sử dụng thông tin này để xác định vị trí của ta. Các vệ tinh của GPS tạo thành bộ phận không gian (space segment) của hệ thống định vị toàn cầu. Các vệ tinh này bay cách mặt đất khoảng 12 nghìn dặm (khoảng 19.308 km) với vận tốc khoảng 7000 dặm/giờ (11.263 km/giờ). Các vệ tinh của máy định vị hoạt động nhờ năng lượng mặt trời. Trên vệ tinh cũng có ắc quy dự trữđể giúp cho chúng hoạt động trong thời gian mặt trời bị khuất. Các tên lửa đẩy nhỏ gắn trên vệ tinh giúp cho chúng bay đúng quỹ đạo. Dưới đây là một số thông tin khác về hệ thống vệ tinh này:
(Nguồn Trang web của hãng Garmin)
- Vệ tinh GPS đầu tiên được phóng lên vào năm 1978.