1. Lựa chọn phương án tính chuyển
Bản chất của phương pháp tính chuyển tọa độ các điểm của lưới khống chế thi công bằng cách tính chuyển chiều dài các cạnh của lưới theo độ cao mặt chiếu.
Mặt chiếu được chọn trong xây dựng công trình là mặt có độ cao trung bình của khu vực xây dựng công trình. Khi hiệu số độ cao mặt đất và mặt chiếu < 32 m thì có thể bỏ qua số hiệu chỉnh ∆SH, nếu lớn hơn thì phải tính số hiệu chỉnh do độ cao [5].
Trên thực tế , khi xây dựng các công trình có phạm vi không lớn và ở khu vực địa hình tương đối bằng phẳng ( cầu vượt sông, tuyết đuognừ giao thông ở đồng bằng …), hiệu số độ cao mặt đất và mặt chiếu nhỏ hơn 32m thì có thể bỏ qua số hiệu chỉnh ∆SH.
Đối với những công trình xây dựng ở vùng núi như : thủy điện, các tuyến đường giao thông, đường hầm …độ cao của khu vực xây dựng so với mặt nước biển trung bình rất lớn, sự biến dạng của các trị đo trên mặt đất lớn làm giảm độ chính xác của các công trình, vì vậy để đảm bảo độ chính xác bố trí các công trình thì phải tính tọa độ các điểm của lưới khống chế thi công về độ cao trung bình của khu vực xây dựng.
2. Thuật toán tính chuyển
Tính tọa độ trọng tâm của lưới khống chế thi công ở mặt chiếu H0 = 0.0m theo công thức. 𝑥0 = [𝑥𝑖] 𝑛 𝑦0 = [𝑦𝑖] 𝑛 } (3.7) n: tổng số điểm cần tính chuyển.
Tính gia số tọa độ và chiều dài giữa tất cả các cạnh cần tính chuyển so với điểm trọng tâm của lưới không chế thi công.
𝑆𝑖 = √(𝑥𝑖 − 𝑥0)2+ (𝑦𝑖 − 𝑦0)2 (3.8) Tính chuyển chiều dài cạnh của lưới khống chế thi công về độ cao trung bình HTB của khu vực xây dựng theo công thức:
𝑆′𝑖 = 𝑆𝑖. 𝐾 (3.9)
Với 𝐾 = 𝑅 + 𝐻𝑇𝐵
𝑅 ∶ hệ số biến dạng chiều dài
R: Bán kính trái đất (=6370 km)
Tính tọa độ của các điểm lưới khống chế thi công trong hệ tọa độ mới:
𝑋𝑖 = 𝑥0+ 𝑆𝑖′𝑐𝑜𝑠𝛼𝑖 𝑌𝑖 = 𝑦0+ 𝑆𝑖′𝑐𝑜𝑠𝛼𝑖} (3.10) 𝛼𝑖 = 𝑎𝑟𝑐𝑡𝑔𝑦𝑖 − 𝑦0 𝑥𝑖 − 𝑥0 3. Tính toán thực nghiệm
Công trình thủy lợi – thủy điện Quảng trị được xây dựng trên song Rào Quán thuộc địa phận xã Tân Hợp huyện Hướng Hóa tỉnh Quảng trị [11].
Do đặc điểm công trình các hạng mục bố trí trên phạm vi rộng trải dài trên 6 km chênh cao địa hình lớn, tuyến đập và nhà máy cách xa nhau, đường hầm dài và nhỏ thi công từ 3 cửa hầm phụ, điều kiện thi công khó khăn tiến độ gắp rút do vậy lưới tam giác thủy công và thủy chuẩn thủy công là hệ thống lưới không chế mặt bằng và độ cao chính xác nói liền tất cả các hạng mục của công trình phục vụ thi công.
Để đáp ứng được các yêu cầu kĩ thuật của công trình. Lưới tam giác thủy công được xây dựng gồm 19 điểm có kí hiệu từ TC01 … TC19 tạo thành đồ hình chuỗi tam giác ( hình 3.2).
Để kết nối mạng lưới thủy công về hệ tọa độ thiết kế công trình người ta tiến hành đo GPS tất cả các điểm của lưới thủy công bao gồm cả các điểm định vị công trình theo hệ quy chiếu được chọn là Ellipsoid Krasowki, phép chiếu Guass, kinh tuyết trung ương 106o15’, hệ tọa độ HN -72. Kết quả đo GPS như (Bảng 5).
Bảng 5: Bảng tọa độ phẳng và đô cao lưới thủy điện Quảng Trị
Sỗ TT Kí hiệu điểm Tọa độ, độ cao X (m) Y(m) h(m) 1 TC01 1846589.592 548652.200 516.959 2 TC01 1846339.288 548334.242 472.629 3 TC01 1844547.526 547838.343 481.909 4 TC01 1845490.866 547706.836 564.498 5 TC01 1846056.375 548315.949 490.704 6 TC01 1844977.195 549029.681 520.154 7 TC01 1845122.788 548547.866 506.534 8 TC01 1844063.599 549320.350 498.770 9 TC01 1844532.300 549058.368 487.674 10 TC01 1843631.528 549949.881 504.494 11 TC01 1844231.644 549908.075 449.672 12 TC01 1842747.715 550387.493 505.700 13 TC01 1843253.460 551117.908 495.661 14 TC01 1842123.255 550981.437 486.234 15 TC01 1842564.458 551982.967 441.984 16 TC01 1841871.529 552210.565 425.618 17 TC01 1842343.014 552662.639 200.351 18 TC01 1841685.178 553078.315 160.613 19 TC01 1841533.436 552349.219 422.170
Độ cao trung bình của thủy điện Quảng Trị là 300m, vì vậy tọa độ các điểm sau khi bình sai được tính chuyển lên bề mặt có độ cao trung bình của khu vực xây dựng theo thuật toán đã nêu trên.
Sau khi tiến hành tính chuyển tọa độ các điểm của lưới không chế thủy công về hệ tọa độ công trình ở độ cao Ho = 300 m ta thu được kết quả như (Bảng 6).
Bảng 6: Bảng thành quả tính chuyển tọa độ ( trên mặt phẳng Ho =300 m)
Sỗ TT
Kí hiệu
điểm X (m) Y(m) X (m) Y(m)
1 TC01 1846589.592 548652.200 1846589.720 548652.156 2 TC01 1846339.288 548334.242 1846339.405 548334.231 3 TC01 1844547.526 547838.343 1844547.596 547838.719 4 TC01 1845490.866 547706.836 1845490.938 547706.860 5 TC01 1846056.375 548315.949 1846056.476 548315.628 6 TC01 1844977.195 549029.681 1844977.243 549029.788 7 TC01 1845122.788 548547.866 1845122.844 548547.309 8 TC01 1844063.599 549320.350 1844063.605 549320.315 9 TC01 1844532.300 549058.368 1844532.328 549058.871 10 TC01 1843631.528 549949.881 1843631.514 549949.039 11 TC01 1844231.644 549908.075 1844231.657 549908.351 12 TC01 1842747.715 550387.493 1842747.659 550387.504 13 TC01 1843253.460 551117.908 1843253.429 551117.952 14 TC01 1842123.255 550981.437 1842123.170 550981.475 15 TC01 1842564.458 551982.967 1842564.397 551982.054 16 TC01 1841871.529 552210.565 1841871.423 552210.660 17 TC01 1842343.014 552662.639 1842343.937 552662.752 18 TC01 1841685.178 553078.315 1841685.072 553078.450 19 TC01 1841533.436 552349.219 1841533.321 552349.323 Từ tọa độ các điểm sau tính chuyển, so sánh chiều dài một số cạnh đo trên mặt đất bằng máy Toàn đạc điện tử TC – 700 với chiều dài các cạnh sau khi tính chuyển (bảng 3.4).
Kết quả sai số chiều dài cạnh của lưới tam giác thủy công sau khi tính chuyển cho thấy: sự biến dạng về chiều dài đã giảm đi đáng kể ( lớn nhất là 22.6 mm và nhỏ nhất là 1.1 mm). Sự sai khác này sẽ đảm bảo được tính chất quan trọng là biến dạng chiều dài các cạnh lưới tam giác thủy công so với chiều dài thực trên mặt đất nằm trong hạn sai cho phép.
Bảng 7: Bảng so sánh chiều dài cạnh sau tính chuyển
Sỗ TT
Kí hiệu điểm S đi bằng máy TC-700 (m) S sau tính Chuyển (m) Sai khác (mm) 1 TC01 - TC02 555.525 555.517 7.9 2 TC01 - TC04 1098.943 1098.935 8.3 3 TC01 - TC05 876.381 876.374 7.2 4 TC02 - TC03 861.905 861.900 4.8 5 TC02 - TC04 973.665 973.666 1.1 6 TC04 - TC05 910.673 910.659 13.8 7 TC07 - TC04 1069.776 1069.772 4.5 8 TC05 - TC06 1181.915 1181.911 4.1 9 TC07 - TC09 863.173 863.165 7.4 10 TC06 - TC07 786.132 786.122 9.3 11 TC09 - TC11 832.663 832.660 2.4 12 TC11 – TC13 1053.689 1053.68 -10.0 13 TC13 – TC15 1105.962 1105.962 -6.7 14 TC15 – TC18 1404.650 1404.650 -22.6 15 TC15 - TC19 1094.192 1094.192 -6.3 16 TC16 - TC17 653.221 653.221 -4.6 17 TC16 - TC19 365.435 365.435 -4.8 18 TC18 - TC19 744.747 744.747 -5.7 3.3. THÀNH LẬP PHẦN MỀM TÍNH CHUYỂN TỌA ĐỘ
Để kiểm chứng các kết quả nghiên cứu lý thuyết đã trình bày trong các chương trước của Luận văn, trong chương này sẽ tiến hành lập trình một số bài toán chuyển đổi tọa độ và ứng dụng để tính toán thực tế. Giao diện chính của chương trình được giới thiệu trên (Hình 3.3)
3.3.1.Chương trình nguồn
Ngôn ngữ lập trình được lựa chọn để thực hiện phần mềm là ngôn ngữ Visua Basic 6.0.
Ngôn ngữ Visual Basic rất mạnh về đồ họa và xây dựng giao diện, ngôn ngữ đơn giản và đa dạng các hàm hỗ trợ tính toán.
Vì vậy tôi đã lựa chọn giải pháp sử dụng ngôn ngữ lập Visual Basic để viết chương trình cho phần mềm “Convert coordinates”
Modul chính của chương trình viết bằng ngôn ngữ Visual Basic được trình bày trong phần Phụ lục 2.
Hình 3.3: Giao diện chính của chương trình
3.3.2.Sử dụng phần mềm “ Convert coordinates”
1. Tính chuyển tọa độ BL sang tọa độ xy , từ tọa độ xy sang tọa độ BL và tính
chuyển tọa xy từ múi chiếu này sang múi chiếu khác trong cùng một hệ quy chiếu.
Dòng thứ nhất: Tên công trình.
Dòn thứ hai: Số lượng điểm tính chuyển
Dòng tiếp theo: Số thứ tự, tên điểm, tọa độ x ( hoặc vĩ độ B), tọa độ y ( kinh độ L).
Sau đây là một ví dụ minh họa cho tổ chức dữ liệu thiết kế . Ví dụ 1:
Tinh Chuyen Toa Do xy sang BL 5 1 GPS1 2324838.329 505668.829 2 GPS2 2323974.070 504734.984 3 GPS3 2324720.768 427704.900 4 GPS4 2323860.947 426767.058 5 GPS4 2324241.514 411674.811
Hình 3.4:Giao diện chương trình tính chuyển tọa độ
Chương trình bao gồm 3 trường hợp tính chuyển tọa độ : a. Từ tọa độ xy sang tọa độ BL
b. Từ tọa độ BL sang tọa độ xy
c. Tính chuyển tọa độ qua các múi chiếu
Trên (hình 3.4) đang hiện thể kết quả tính toán tính chuyển từ tọa độ xy sang tọa độ BL. Để kiểm chứng kết quả tính chuyển tọa độ , tôi đã sử dụng số liệu tọa độ BL nằm trong khu vực tỉnh Hưng Yên.
2. Tính chuyển tọa độ BLH sang tọa độ XYZ và ngược lại.
Để kiểm định khả năng của phương pháp tính chuyển từ BLH sang XYZ , tôi đã tiến hành đo đạc thực nghiệm và xử lý số liệu tính chuyển một số tọa độ của khu vực tỉnh Bình Dương.
Tổ chức dữ liệu:
Dòng 1: Tên công trình
Dòng tiếp theo: STT, Tên điểm, Tọa độ B, Tọa độ L, Độ cao H
Hình 3.5:Giao diện chương trình tính chuyển BLH sang XYZ và ngược lại TOA DO DIA LY (BL) KHU VUC TINH BINH DUONG
1 2159 112315.633554 1062329.690870 284.2058 2 2161 111 07.750438 1062938.250132 24.9844 3 2160 111948.900603 1063014.883840 35.4281 4 2169 112400.886666 1064954.948726 77.6243 5 2172 111 06.174338 1064126.931443 41.4580
Trên hình là kết quả tính chuyển nhận được từ tọa độ BLH sang XYZ của một số điểm tọa độ trắc địa tỉnh Bình Dương.
3. Chuyển đổi tọa độ từ XYZ (WGS-84) sang xy (VN-2000)
Giao diện chính của chương trình:
Hình 3.6: Giao diện chương trình XYZ (WGS-84) sang xy (VN-2000)
Tổ chức dữ liệu:
Dòng 1: Tên công trình Dòng thứ 2: Số lượng điểm
Dòng tiếp theo: STT, Tendiem, X,Y,Z
4. Chuyển đổi tọa độ GPS về tọa độ công trình thông qua hệ tọa độ địa diện
chân trời.
Tổ chức dữ liệu:
Dòng 1: Tên công trình Dòng 2: Số lượng điểm
Dòng 3 tới dòng số lượng điểm: STT ,tên điểm, x, y, z Dòng 4: Số lượng điểm xong trùng, thứ tự điểm song trùng Dòng tiếp theo: STT, tọa độ x, tọa độ y
Giao diện chương trình:
Hình 3.7:Giao diện chương trình tính chuyển tọa độ GPS
Bảng 8: Tọa độ các điểm GPS lưới khống chế thi công cầu Bãi Cháy
Tên điểm X(m) Y(m) Z(m)
GPS-19 -1748205.2057 5696493.0763 2267454.6886 BM-29 -1748255.5853 5696442.7991 2267527.8354 HL-03 -1748969.7735 5696355.9627 2267205.6913 GPS-12 -1748891.2092 5696404.6030 2267102.6211
Sử dụng quy trình tính chuyển tọa độ từ hệ tọa độ địa tâm về hệ tọa độ địa diện theo chương trình “Convert coordinates”, tôi đã tiến hành tính chuyển tọa độ các điểm đo GPS về hệ tọa độ thi công công trình (múi chiếu 108). Kết quả tính chuyển các điểm đo GPS [9] như (Bảng 9).
Bảng 9: Tọa độ các điểm GPS trong múi 103(sau tính chuyển )
Tên điểm X(m) Y(m)
GPS-19 2319133.959 402321.422 BM-29 2319219.873 402391.460 HL-03 2318863.538 403091.087 GPS-12 2318765.476 403007.737
5. Chuyển đổi tọa độ về độ cao trung bình của công trình
Tổ chức dữ liệu:
Dòng 1: Tên công trình Dòng 2: Số điểm
Dòng tiếp theo: STT, tên điểm, tọa độ X, tọa độ Y
Hình 3.8: Giao diện chương trình tính chuyển tọa độ về độ cao mặt chiếu
Các kết quả tính này cũng đã được so sánh đối với một số phần mềm tính chuyển đã được áp dụng trong thực tế như GeoTool 1.2, NetPro, v.v… Kết quả
chạy thử nghiệm phần mềm “Convert coordinates” cho thấy, chương trình đã đáp ứng được các yêu cầu cần thiết về tính chuyển tọa độ.
KẾT LUẬN
Từ những kết quả nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm trong quá trình thực hiện đề tài luận văn, tôi rút ra một số kết luận sau đây:
1. Hệ tọa độ công trình có ý nghĩa rất quan trọng đối với toàn bộ công tác thiết kế và thi công xây dựng công trình. Với mỗi một công trình cụ thể cần lựa chọn một hệ tọa độ phù hợp, sao cho bảo đảm điều kiện bỏ qua các số hiệu chỉnh do độ cao mặt chiếu và múi chiếu tọa độ phẳng.
2. Hệ tọa độ công trình cần phải được lựa chọn thống nhất ngay từ giai đoạn đầu khảo sát công trình khi tành lập bản đồ. Để bảo đảm sự đồng nhất của kích thước thiết kế cả công trình so với kích thước thực tế của chúng trên thực địa, cần phải thiết kế công trình trên bản đồ địa hình công trình. Nếu sử đụng bản đồ địa hình thì trước khi thiết kế, cần chuyển đổi bản đồ về múi chiếu và mặt chiếu quy ước đã chọn của công trình.
3. Các nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm trong Luận văn đã cho thấy sự cần thiết phải tính chuyển tọa độ từ các hệ tọa độ khác nhau về hệ tọa độ và mặt chiếu quy ước của công trình. Tùy theo giá trị tọa độ ban đầu được sử dụng mà nội dung tính chuyển có khác nhau nhưng nhìn chung, việc tính chuyển tọa độ trong trắc địa công trình bao gồm hai bước:
- Tính chuyển tọa độ ban đầu về hệ tọa độ phẳng có múi chiếu phù hợp với công trình. Đây là bước tính chuyển hệ tọa độ.
- Tính chuyển tọa độ phẳng từ múi chiếu công trình lên bề mặt chiếu quy ước của công trình. Đây là bước tính chuyển độ cao mặt chiếu.
4. Chương trình tính chuyển tọa độ “Convert coordinates” được thành lập trong Luận văn là đúng đắn, rất thuận tiện cho tính toán, bảo đảm được độ chính xác của công tác tính chuyển và phù hợp với yêu cầu tính chuyển trong Trắc địa công trình.
5. Cần tiếp tục nghiên cứu, thử nghiệm các phươn pháp tính chuyển tọa độ và độ cao cho nhiều dạng công trình và ở những vùng địa hình khác nhau ( đặc biệt là ở vùng núi) để tiếp tục hoàn thiện phương pháp tính chuyển tọa độ , độ cao trong công tắc trắc địa công trình. Đây là một vấn đề nếu được tiếp tục phát triển nghiên cứu và thực nghiệm hoàn chỉnh sẽ đem lại những hiệu quả rõ rệt khi ứng dụng công nghệ trong lĩnh vực trắc địa công trình.
Cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn thầy giáo Phạm Quốc Khánh cùng toàn thể thầy cô trong bộ môn trắc địa công trình đã giúp đỡ tôi hoàn thiện Luận văn.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Cục Đo đạc và Bản đồ - Bộ Tài nguyên và Môi trường (2007), Hướng dẫn sử dụng các tham số tính chuyển từ Hệ tọa độ quốc tế WGS-84 sang Hệ tọa độ quốc gia VN-2000 và ngược lại.
2. Đặng Nam Chinh, Đỗ Ngọc Đường (2004), Định vị vệ tinh, Nxb. Khoa học kỹ thuật, Hà Nội.
3.Đỗ Ngọc Đường, Đặng Nam Chinh (2003), Bài giảng công nghệ GPS, Trường đại học Mỏ - Địa Chất.
4. Phạm Hoàng Lân, Đặng Nam Chinh (1998), Giáo trình trắc địa cao cấp (học phần 3 : Trắc địa mặt cầu), Trường đại học Mỏ - Địa Chất.
5. Phan Văn Hiến và nnk (1999), Trắc địa công trình, Nxb Giao thông vận tải, Hà Nội.
6. Đinh Công Hòa(2010), Lập trình bài toán Trắc địa cơ sở,Nxb Giao thông vận tải, Hà Nội.
7. Nguyễn Quang Phúc, Hoàng Thị Minh Hương (2009), Nghiên cứu phương pháp tính chuyển tọa độ lưới GPS về hệ tọa độ thi công công trình. Tuyển tập Báo cáo Hội nghị khoa học “ Đo đạc và bản đồ Việt Nam vì sự nghiệp xây dựng và bảo vệ Tổ quốc” , tr. 164 -171.
8. Nguyễn Quang Phúc (2008), “ Những lưu ý khi sử dụng tọa độ Nhà nước trong Trắc địa công trình”, Tập chí KHCN Xây dựng.
9. Trần Viết Tuấn (2007), “ Nghiên cứu ứng dụng công nghệ GPS trong trắc địa công trình ở Việt Nam”, Luận án tiến sĩ kĩ thuật, Thư viện trường Đại học Mỏ - Địa Chất.
10. Trần Bạch Giang (2004), Giới thiệu hệ quy chiếu và hệ tọa độ quốc gia Việt Nam.
11. Công ty tư vấn xây dựng điện 1( 2003), Báo cáo xây dựng lưới tam giác thủy công và lưới thủy chuẩn thủy công công trình thủy lợi – thủy điện Quảng Trị.
12. TCVN 9401:2012, Công tác trắc địa trong xây dựng công trình – Yêu cầu chung, Bộ Xây dựng, Hà Nội -2012.
13. TCVN 9401:2012, Kỹ thuật đo và xử lý số liệu GPS trong Trắc địa công