II. Nội dung chớnh phần lý thuyết (15 tiết)
5.1.2. Sử dụng địa bàn xõy dựng lưới đường chuyền địa bàn
Trong sản xuất lõm nghiệp, sản phẩm cuối cựng của cụng tỏc điều tra quy hoạch và thiết kế trồng rừng chớnh là tờ bản đồ địa hỡnh, mà trờn đú phải thể hiện được ranh giới của khu vực cú trạng thỏi rừng khỏc nhau.
Xõy dựng tờ bản đồ địa hỡnh của khu vực ở một tỷ lệ cần thiết, rồi khoanh vẽ ranh giới của khoảnh, lụ, cuối cựng diện tớch từng lụ, khoảnh và diện tớch cả khu vực đú. Nhưng do yờu cầu độ chớnh xỏc của sản xuất lõm
65 Bài giảng ĐO ĐẠC
nghiệp, thụng thường trong thực tế khụng cần xõy dựng một tờ bản đồ địa hỡnh hoàn toàn mới mà chỉ cần đo vẽ bổ sung vào bản đồ đó cú những yếu tố địa hỡnh, địa vật cần thiết cũn thiếu, rồi tiến hành lập đường chuyền để khoanh vẽ ranh giới khoảnh. Sau đú dựa vào khống chế đường chu vi của khoảnh, mới phõn chia đo vẽ cỏc lụ và cuối cựng tớnh diện tớch từng lụ, khoảnh và toàn bộ khu vực.
Với khối lượng cụng việc như trờn, kết hợp với yờu cầu về độ chớnh xỏc cần thiết việc lập bản đồ tài nguyờn rừng, ta nhận thấy sử dụng địa bàn 3 chõn để tiến hành cỏc cụng tỏc đo đạc như trờn là lợi nhất. Bởi vỡ mỏy múc gọn nhẹ, đo đạc nhanh thớch hợp với điều kiện ở vựng rừng nỳi, đồng thời vẫn đảm bảo độ chớnh xỏc theo yờu cầu.
Đường chuyền địa bàn thường được bố trớ dưới dạng đường chuyền kớn. Điểm xuất phỏt của đường chuyền thường được chọn là những địa vật cố định, rừ nột trờn bản đồ và dễ tỡm ngoài thực địa như: ngó ba đường, cầu, cống, suối…
5.1.2.1. Chuẩn bị
Sưu tầm tài liệu đo đạc đó cú ở khu vực. Khảo sỏt sơ bộ trờn bản đồ đó cú của khu vực, chọn cỏc điểm địa vật cố định (ngó ba đường, ngó ba sụng suối, cầu cống …) làm điểm xuất phỏt hay là điểm dẫn của đường chuyền. Khảo sỏt ngoài thực địa để xỏc định sơ bộ ranh giới cỏc lụ, khoảnh. Chuẩn bị mỏy múc, dụng cụ, bảng biểu và cỏc thứ cần thiết khỏc. Khảo sỏt thực địa để xỏc định ranh giới khi đo, xỏc định cỏc mốc trắc địa đó cú trong khu vực đo. Chụn mốc trờn cỏc điểm đường chuyền để đỏnh dấu thường dựng mốc bằng gỗ trờn mốc thường đúng đinh hoặc khắc vạch chữ thập để đỏnh dấu điểm đường chuyền.
Khi chọn điểm đường chuyền phải đạt được những yờu cầu sau:
(1) Điểm đường chuyền phải ở nơi cú tầm nhỡn bao quỏt, thuận lợi cho việc đo vẽ chi tiết, tại một điểm phải nhỡn thấy hai điểm của cạnh bờn.
(2) Độ dài cạnh đường chuyền phải gần bằng nhau và tựy thuộc vào tỷ lệ bản đồ đo vẽ và tầm ngắm của địa bàn ba chõn.
5.1.2.2. Nội dung đo đạc ngoài thực địa
Nội dung đo đạc đường chuyền địa bàn gồm đo độ dài, độ dốc và gúc phương vị của tất cả cỏc cạnh đường chuyền.
66 Bài giảng ĐO ĐẠC
Về phương phỏp cú thể dựng phương phỏp đo kộp hoặc đo đơn. Nếu đo kộp, yờu cầu sai số cho phộp về gúc phương vị giữa 2 lần đo cựng một cạnh khụng quỏ 30’. Trong thực tế để xõy dựng một đường chuyền địa bàn phục vụ cho việc khoanh vẽ kiểm kờ diện tớch rừng đảm bảo độ chớnh xỏc phải dựng phương phỏp đo kộp. Tức là cả phương vị và độ dài đều được đo hai lần đi và về (đối với gúc phương vị được đo 2 lần là gúc phương vị thuận và nghịch).
Nội dung đo đạc đường chuyền địa bàn gồm đo độ dài và gúc phương vị của tất cỏc cỏc cạnh đường chuyền. Thao tỏc đo đạc ngoài thực địa bằng địa bàn ba chõn như sau:
Hỡnh 5-02. Đường chuyền địa bàn khộp kớn
a. Lập biểu mẫu đo đạc thực địa bằng địa bàn ba chõn:
BIỂU MẪU GHI KẾT QUẢ ĐO BẰNG ĐỊA BÀN BA CHÂN Số hiệu mỏy: ………… Ngày đo: ………Người đo: ……….. Thời tiết: ………. Bắt đầu: ……… Người ghi: ………. Ảnh ngắm: …… ……..Kết thỳc: ………Người kiểm tra: …………..
Cạnh đo Khoảng cỏch nghiờng (m) Độ dốc (độ) Khoảng cỏch bằng (m) Gúc phương vị Ghi chỳ (1) (2) (3) (4) (5) (6) 1-2 2-3 … ….
67 Bài giảng ĐO ĐẠC
n-1
Ghi chỳ: Cột (1): Là cạnh đo; Cột (2) là khoảng cỏch nghiờng ngoài thực địa đo bằng ống ngắm thị cự kết hợp Mia hoặc đo bằng thước dõy; Cột (3) là độ dốc, nếu cạnh cú độ dốc nhỏ hơn 5 độ khụng cần đo; Cột (4) là khoảng cỏch bằng được tớnh từ cột (2) và cột (3); Cột (5) ghi gúc phương vị từ và Cột (6) là ghi chỳ nếu cú GPS xỏc định tọa độ điểm xuất phỏt đo.
b. Đo độ dài:
Để xỏc định độ dài cạnh đường chuyền, thường đo bằng dõy đo khoảng cỏch trong ống kớnh địa bàn. Cỏch đọc số kết quả độ dài đo đó trỡnh bày ở mục b trong bài này.
Để đảm bảo yờu cầu độ chớnh xỏc sai số trung phương tương đối đo chiều dài cạnh 1/T ≤ 1/200. Chiều dài một cạnh đo khụng vượt quỏ 60m. Mỗi cạnh đường chuyền phải được đo 2 lần đi và về sau khi hiệu chỉnh về độ dài ngang phải thỏa món:
với =
Tuy nhiờn chỳng ta thường sử dụng thước dõy loại 50 một để đo khoảng cỏch cho độ chớnh xỏc cao hơn.
c. Đo độ dốc
Để đo độ dốc sử dụng địa bàn ba chõn đo độ dốc của cạnh đường chuyền, lưu ý nếu cạnh đường chuyền cú độ dốc nhỏ hơn hoặc bằng 5 độ thỡ khụng cần đo, khi đú khoảng cỏch nghiờng bằng khoảng cỏch bằng.
d. Đo gúc phương vị:
Tiến hành đặt địa bàn ba chõn ở tất cả cỏc điểm để đo gúc phương vị từ của cỏc cạnh rồi ghi vào biểu mẫu. Nếu cú điều kiện đo gúc phương vị thuận và nghịch sẽ tăng độ chớnh xỏc, Yờu cầu đối với cạnh là: Sai số đo gúc phương vị giữa hai lần thuận và nghịch phải đạt được nhỏ hơn 30’.
5.1.2.3. Cụng tỏc nội nghiệp
Sau khi đo ngoài thực địa số liệu được ghi chộp đầy đủ và rừ ràng trước khi xử lý nội nghiệp. Để làm tốt cụng tỏc nội nghiệp ta làm cỏc bước sau:
68 Bài giảng ĐO ĐẠC a a’ b b’ c c’ d d’ e e’ fs
(2)Cải bằng để ghi đầy đủ vào cột số (4) bằng cỏch lấy cột (2) x cos cột (3). Nếu cột (3) nhỏ hơn hoặc bằng 5 độ thỡ khi đú cộng (4) bằng cột (2) mà khụng phải tớnh toỏn gỡ thờm.
(3)Vẽ nhỏp lờn giấy ụ ly tiờu chuẩn dựa vào số liệu cột (4) và cột (5)
(4)Xỏc định sai số của cỏc phộp đo Nếu khụng thấy cú gỡ sai sút, đồng thời kết quả đo thỏa món cỏc điều kiện đó nờu ở trờn thỡ được phộp tiến hành bỡnh sai. Nếu khụng đỏp ứng yờu cầu thỡ phải đi đo lại.
(5)Nếu đủ điều kiện ta tiến hành bỡnh sai tọa độ theo gúc, cú nghĩa là chia đều sai số cho cỏc cạnh đo.
(a)
(b)
Hỡnh 5-03. Bỡnh sai đường chuyền địa bàn bằng phương phỏp đồ giải
Vớ dụ: Đo 1 hỡnh 5 cạnh được kết quả như sau: a b’ b c c’ d’ d e’ a’ e a fb fc fd fe fs
69 Bài giảng ĐO ĐẠC Điểm đo K/c Nghiờng Độ dốc K/c Bằng Gúc Phương vị (Độ) % Sai số được phõn chia đều 1-2 80 15 77 450 (-15’) 4,9 0,25 2-3 100 10 98,5 1350(-45’) 14,8 0,74 3-4 105 0 105 1950(-104’) 21,3 1,07 4-5 95 0 95 2350(-1015’) 25,7 1,28 5-1 160 8 158 3050(-1040’) 33,3 1,67 533,5 915 100 fs = +50
(6)Tớnh diện tớch khu vực đo trờn giấy và diện tớch ngoài thực địa: Sau khi bỡnh sai kết quả đo được tiến hành vẽ sơ đồ kết quả đo lờn giấy theo một tỷ lệ nhất định. Tớnh diện tớch khu vực đo trờn giấy theo phương phỏp hỡnh học. Diện tớch tớnh toỏn được trờn bản đồ là diện tớch hỡnh chiếu của khu vực đú ở mặt đất xuống mặt phẳng nằm ngang. Do đú, diện tớch tớnh được trờn bản đồ là diện tớch nằm ngang.
Diện tớch trờn giấy bằng phương phỏp hỡnh học như sau: Chia diện tớch đú thành những hỡnh cơ bản: tam giỏc, chữ nhật, hỡnh thang … rồi đo độ dài cỏc cạnh, cỏc đường cao và diện tớch từng hỡnh. Sau đú cộng toàn bộ diện tớch cỏc hỡnh lại, chớnh là diện tớch cần tớnh; đem diện tớch vừa tỡm được nhõn với bỡnh phương mẫu số tỷ lệ thành diện tớch hỡnh chiếu mặt đất của khu vực đú. Sgiấy = S1 + S2 + S3 + ….
Sđất = Sgiấy x N2 N: mẫu số tỷ lệ.
Hỡnh 5-04. Khu vực đo được vẽ lờn giấy S S S 1 2 3 4 5
70 Bài giảng ĐO ĐẠC
Vớ dụ:
Với bản đồ tỷ lệ 1/25.000, tổng số cỏc hỡnh tam giỏc là S1, S2, S3(hỡnh 2.4) hợp thành đa giỏc cần tớnh diện tớch là 79 cm2 thỡ diện tớch thực tế là: SĐất = S Giấy x N2 = 790 cm2 x 25.0002 = 49.375.000.000 cm2 = 493,75 ha. 5.2. Sử dụng một số mỏy GPS
5.2.1. Khỏi quỏt về GPS
5.2.1.1. Khỏi niệm GPS
GPS là hệ thống định vị toàn cầu (bản chất của GPS là viết tắt từ 3 chữ - Global Positioning System). Hệ thống định vị toàn cầu là hệ thống xỏc định vị trớ dựa trờn vị trớ của cỏc vệ tinh nhõn tạo. Trong cựng một thời điểm, ở một vị trớ trờn mặt đất nếu xỏc định được khoảng cỏch đến ba vệ tinh (tối thiểu) thỡ sẽ tớnh được toạ độ của vị trớ đú.
5.2.1.2. Tổng quan về GPS
GPS được biết đến là một hệ thống gồm 24 vệ tinh bay vũng quanh trỏi đất 2 lần một ngày theo một quỹ đạo cực kỳ chớnh xỏc và truyền cỏc thụng tin về quả đất. Hệ thống này do Bộ Quốc phũng Mỹ phỏt triển. Quõn đội Nga cũng xõy dựng một hệ thống tương tự được gọi là GLONASS. Mỏy định vị phải liờn tục “nhỡn thấy” ớt nhất 3 vệ tinh thỡ mới cú thể xỏc định được vị trớ và theo dừi di chuyển của người cầm mỏy. Để xỏc định được vị trớ 3 chiều 3D (tức cú cả độ cao), mỏy định vị cần tối thiểu 4 vệ tinh. Tuỳ vào từng thời điểm mà mỏy định vị sẽ chọn những vệ tinh nào tốt nhất trong tầm bắt của nú để tớnh toỏn và cập nhật vị trớ của ta. Mỏy định vị lưu trữ số hiệu của cỏc vệ tinh cựng với quỹ đạo của chỳng trong bộ nhớ, nhờ vậy nú cú thể xỏc định được khoảng cỏch và vị trớ của bất kỳ vệ tinh nào và sử dụng thụng tin này để xỏc định vị trớ của ta. Cỏc vệ tinh của GPS tạo
thành bộ phận khụng gian (space segment) của hệ thống định vị toàn cầu. Cỏc vệ tinh này bay cỏch mặt đất khoảng 12 nghỡn dặm (khoảng 19.308 km) với vận tốc khoảng 7000 dặm/giờ (11.263 km/giờ). Cỏc vệ tinh của mỏy định vị hoạt động nhờ năng lượng mặt trời. Trờn vệ tinh cũng cú ắc quy dự trữ để giỳp cho
Hỡnh 5-05. Cỏc vệ tinh của hệ thống
định vị toàn cầu
71 Bài giảng ĐO ĐẠC
chỳng hoạt động trong thời gian mặt trời bị khuất. Cỏc tờn lửa đẩy nhỏ gắn trờn vệ tinh giỳp cho chỳng bay đỳng quỹ đạo. Dưới đõy là một số thụng tin khỏc về hệ thống vệ tinh này:
Vệ tinh GPS đầu tiờn được phúng lờn vào năm 1978. 24 vệ tinh được phúng lờn đầy đủ vào năm 1994. Mỗi vệ tinh được thiết kế cú tuổi thọ hoạt động khoảng 10 năm. Cỏc vệ tinh thay thế luụn được chuẩn bị sẵn để phúng lờn. Mỗi vệ tinh của hệ thống định vị toàn cầu cú trọng lượng khoảng 2000 cõn Anh (khoảng 908 kg) và cú chiều ngang khoảng 17 feet (khoảng 5,2 một) khi cỏc tấm pin mặt trời duỗi ra hết cỡ. Cụng suất truyền tớn hiệu của cỏc vệ tinh là 50 watt hoặc thấp hơn. Tờn gọi chớnh thức của GPS do Bộ quốc phũng Mỹ sử dụng là NAVSTAR. Cỏc vệ tinh GPS truyền tớn hiệu về ở 2 dạng súng vụ tuyến cú năng lượng thấp, được gọi là L1 và L2. Cỏc mỏy định vị dõn sự chỉ thu được súng L1 cú tần số 1575.42 Mhz thuộc băng tần UHF. Thực ra L1 chớnh là mó CA-Code (Charge Acquisition Code) và L2 là P-Code (Precision Code). Mó P rất phức tạp, chỉ cú cỏc mỏy định vị quõn sự mới thu được tớn hiệu của mó này và cú độ chớnh xỏc rất cao (khoảng 1m). Mỏy định vị dõn sự thu được mó CA với độ chớnh xỏc dao động trong khoảng 15 - 100 m. Bộ Quốc phũng Mỹ đó tạo ra bộ gõy sai số ngẫu nhiờn để giảm độ chớnh xỏc của cỏc mỏy định vị dõn sự, điều này được gọi là hiệu lực lựa chọn (Selective Availability - SA). Trong nhiệm kỳ của tổng thống Bill Clinton, Chớnh phủ Mỹ đó quyết định tắt SA đi vào thỏng 5 năm 2000. Vỡ thế hiện nay cỏc mỏy định vị dõn sự cũng trở nờn rất chớnh xỏc. Độ chớnh xỏc của mỏy định vị dõn sự hiện nay cũn dưới 15 m.
Cỏc tớn hiệu của vệ tinh GPS gửi về cú 3 bit thụng tin - một mó ngẫu nhiờn giả (pseudorandom code), dữ liệu về lịch thiờn văn (ephemeris data) và dữ liệu về lịch di chuyển của vệ tinh (tạm dịch từ chữ almanac data). Mó ngẫu nhiờn giả thực ra chỉ là một mó nhận diện, cho biết vệ tinh nào đang truyền tớn hiệu. Đú là số hiệu vệ tinh mà nhỡn thấy trờn mỏy định vị. Dữ liệu về lịch thiờn văn chứa những thụng tin quan trọng về tỡnh trạng của cỏc vệ tinh, ngày và giờ hiện tại. Phần thụng tin này của tớn hiệu là cực kỳ quan trọng để xỏc định tọa độ. Dữ liệu về lịch cho biết vào bất kỳ thời điểm nào trong ngày vệ tinh nào sẽ ở vị trớ nào trờn bầu trời. Mỏy định vị chỉ cú thể “nhỡn thấy” được cỏc vệ tinh nếu chỳng nằm trờn đường chõn trời. Để sử dụng được
72 Bài giảng ĐO ĐẠC
bộ nhớ về vệ tinh, cỏc mỏy định vị phải được khởi động (initialize), cú nghĩa là ta phải khai bỏo cho mỏy định vị biết đang ở “khoảng” vựng nào trờn thế giới để mỏy định vị biết được phải tỡm kiếm cỏc vệ tinh nào. Mỏy định vị cần phải được khởi động trong cỏc trường hợp sau:
- Lần đầu tiờn mở mỏy định vị (lấy từ trong hộp ra, chưa sử dụng lần nào). - Mỏy định vị tắt và đó bị di chuyển đi một khoảng cỏch hơn 500 dặm (hơn 800 km).
- Toàn bộ cỏc dữ liệu trong mỏy định vị đó bị xoỏ. Mỏy định vị bắt được tối đa 12 trong số 24 vệ tinh trờn để tớnh toỏn vị trớ, cú nghĩa là vào một thời điểm một mỏy định vị chỉ ghi nhận được tối đa là 12 vệ tinh.
5.2.2. Chức năng của GPS
Một mỏy định vị dõn sự, dự cho của bất kỳ hóng nào sản xuất, đều cú những chức năng chớnh sau đõy:
(1) Cho biết và lưu được tọa độ tại vị trớ cầm mỏy định vị (waypoint). (2) Vẽ được đường đi khi di chuyển (tracklog).
(3) Giỳp đi đến một điểm cú tọa độ đó được lưu trong mỏy (goto).
(4)Tạo ra cỏc đường đi, được lưu lại trong mỏy, và hướng dẫn người cầm mỏy đi theo con đường đú (lộ trỡnh - route).
(5) Cho biết vận tốc (speed) và hướng khi di chuyển theo la bàn (bearing). (6) Tớnh toỏn được tổng khoảng cỏch đó di chuyển trong lỳc bật mỏy (trip odometer).
(7) Tớnh toỏn được khoảng cỏch và hướng giữa hai điểm đó được lưu trong mỏy (reference).
(8) Cho biết thời gian nhờ đồng hồ quốc tế được lưu trong mỏy.
Ngoài những chức năng chớnh này, một số mỏy định vị cũn cú thờm những chức năng đặc thự riờng cho từng model mỏy. Vớ dụ như mỏy Garmin 12XL cú thờm chức năng tớnh diện tớch theo track log, mỏy Garmin Rino 110 cú khả năng gửi được tọa độ cho một mỏy Rino khỏc thụng qua tần số súng bộ đàm,... Để lưu giữ được thụng tin về vị trớ và số hiệu của cỏc vệ tinh, trong mỏy định vị cú một cục pin nhỏ. Pin này cũng vận hành đồng hồ chạy trong mỏy, giỳp xỏc định thời gian. Đồng hồ trong mỏy định vị lưu giữ giờ quốc tế (giờ GMT). Để điều chỉnh cho đỳng giờ địa phương, phải chọn mỳi giờ của
73 Bài giảng ĐO ĐẠC
địa điểm mỡnh đang đứng chứ khụng thể chỉnh thời gian được. Pin này cú tuổi thọ khoảng 10 năm.
5.2.3. Cơ chế hoạt động của GPS
Cỏc vệ tinh GPS bay hai vũng trong một ngày theo một quỹ đạo đó được tớnh toỏn chớnh xỏc và liờn tục phỏt cỏc tớn hiệu cú thụng tin xuống Trỏi Đất. Cỏc mỏy thu GPS nhận cỏc tớn hiệu này và giải mó bằng cỏc phộp tớnh lượng giỏc, qua đú sẽ tớnh toỏn và hiển thị được vị trớ của người dựng.
Thiết bị smartphone (Android, Windows Phone, iOS) của bạn là một đầu thu GPS, nú sẽ thu dữ liệu từ cỏc vệ tinh GPS ở trờn bầu trời. Dữ liệu gỡ? Núi một cỏch đơn giản, mỗi vệ tinh cho bạn biết khoảng cỏch chớnh xỏc từ vị trớ của bạn đến vệ tinh đú hoặc một điểm nào đú trờn trỏi đất.