6. Những vấn đề mới đ−ợc đề cập trong luận văn
3.4 Độ chính xác của ph−ơng pháp đo cao l−ợng giác
Đo cao lượng giác là phương pháp xác định chênh cao dựa vào mối t−ơng quan hàm l−ợng giác trong tam giác tạo bởi tia ngắm nghiêng, khoảng cách giữa hai điểm cần xác định độ cao nh− hình sau:
Từ hình vẽ chúng ta thấy:
Hình 3.7. Lắp đặt Acropode lên mái đê
Z
i
L
Δh
S S CosZ
Hình 3.8 S ơ đồ đo cao l−ợng giác ν
64 i + S cosZ = Δh+l
hay Δh=ScosZ +(i−l) (3.2) Trong đó:
- S là khoảng cách nghiêng giữa hai điểm đặt máy và điểm cần xác
định độ cao
- i là chiều cao máy - l là chiều cao tia ngắm
Nếu máy toàn đạc điện tử không đo góc thiên đỉnh Z mà đo góc đứng ν thì:
Δh=Ssinν +(i−l) (3.3) Trong các công thức (3.2) và (3.3) đã bỏ qua các thành phần ảnh hưởng của độ cong trái đất và ảnh hưởng của chiết quang khí quyển. Đối với đo cao lượng giác ở khoảng cách ngắn thì ảnh hưởng của các thành phần trên tới độ chính xác của đo cao l−ợng giác là không đáng kể (theo giáo trình Trắc địa cơ
sở - Tr−ờng ĐH Mỏ Địa Chất - 2002 khi khoảng cách S < 300 mét có thể bỏ qua số cải chính f).
Từ công thức (3.2) hoặc (3.3) chúng ta thấy: Sai số xác định chênh cao bằng đo cao lượng giác chịu ảnh hưởng chủ yếu từ các đại lượng sau đây:
- Sai số đo góc đứng, góc thiên đỉnh: mv hoặc mz - Sai số xác định khoảng cách nghiêng: ms
- Sai số đo chiều cao máy: mi - Sai số đo chiều cao tiêu: ml
Từ các công thức trên ta thấy độ chính xác xác định chênh cao Δh phụ thuộc vào độ chính xác xác định các đại lượng: S, ν , i , l. Nếu dùng thước thép
đo các đại lượng i, l sai số khoảng 1 mm không ảnh hưởng lớn đến độ chính xác xác định chênh cao giữa hai điểm. Nh− vậy độ chính xác Δh chỉ còn phụ thuộc vào mSvà mν .
Nếu bỏ qua sai số mi và ml nh− đã nói ở trên thì sai số xác định chênh cao bằng phương pháp đo cao lượng giác sẽ được xác định theo công thức:
65
2 2 2 2 2 2
2 cos sin .
ρZ
S h
Z m S
Z m
mΔ = +
Khi thực hiện quan trắc lún của đê chắn sóng góc Z ≈90° nên cosZ ≈ 0, hơn nữa khoảng cách từ máy đến tiêu dự kiến sẽ đ−ợc đo bằng máy TĐĐT có chế độ đo không gương có độ chính xác đo cạnh ms cỡ khoảng vài milimét vì vậy ảnh hưởng của sai số đo khoảng cách có thể coi là không đáng kể. Như
vậy độ chính xác của đo cao lượng giác trong trường hợp này chỉ chịu ảnh hưởng chủ yếu của sai số đo góc thiên đỉnh Z hoặc sai số đo góc đứng ν
Đối với các máy TĐĐT hiện nay sai số đo góc đứng hoặc góc thiên
đỉnh chỉ còn chịu ảnh hưởng của 2 nguồn chính: Biến động của sai số vạch chỉ tiêu bàn độ đứng (MZ hoặc M0) và sai số bắt mục tiêu. Sau đây chúng tôi lần l−ợt phân tích ảnh h−ởng của hai loại sai số trên
a. ảnh h−ởng của sai số do biến động của MZ hoặc M0
Bản chất của MZ là số đọc trên bàn độ đứng của máy kinh vĩ điện tử (hoặc máy toàn đạc điện tử) khi ống kính của nó ở vị trí thẳng đứng hướng tới thiên đỉnh Z. Hiện nay tất cả các máy kinh vĩ số của các máy toàn đạc điện tử
đều đ−ợc số hoá liên tục từ 0 ữ 3600 do đó MZ của các máy toàn đạc điện tử
đ−ợc xác định theo công thức sau:
( )
2
±360
= T +P
MZ (3.4) Góc thiên đỉnh sẽ đ−ợc xác định theo công thức:
Z = T – MZ = MZ – P (3.5) Nh− vậy, muốn tính đ−ợc góc Z cần phải xác định đ−ợc giá trị MZ
Để tự động xác định chênh cao của các điểm, khi xuất xưởng các hãng sản xuất máy toàn đạc điện tử đã kiểm nghiệm giá trị MZ của chúng và cài
đặt sẵn vào trong bộ nhớ của máy. Tuy nhiên giá trị MZ (hoặc MO) của các máy toàn đạc điện tử thường biến động rất mạnh ảnh hưởng rất lớn đến độ chính xác đo cao l−ợng giác bằng các máy loại này.
Chúng ta biết rằng, việc đọc số trên bàn độ đứng của các máy kinh vĩ
đều đ−ợc thực hiện ở một vị trí cố định của du xích bàn độ đứng. Để cố định
66
vị trí này trên bàn độ đứng của máy kinh vĩ loại quang cơ đời cũ nh− TB-1 (Nga), Theo –10; Dahlta (Đức) v.v… có lắp một bọt n−ớc nhỏ trên du xích của bàn độ đứng, trước khi đọc số trên bàn độ đứng phải chỉnh bọt nước này bằng một vít nghiêng. Để tiện sử dụng trên công trình các máy kinh vĩ hiện nay đều có trang bị hệ thống con lắc (compensator) để tự động điều chỉnh vị trí du xích.
Đối với các máy toàn đạc điện tử thì compensator cơ học đ−ợc thay thế bằng một hệ thống con lắc điện tử (Electronic compensator). Đây là một mạch trigger bù đứng đảm bảo cho vị trí của du xích luôn ở vị trí thẳng đứng khi đọc số trên bàn độ đứng.
Cũng giống nh− các thiết bị điện tử khác con lắc điện tử ở bàn độ đứng của máy toàn đạc điện tử khá nhạy cảm với nhiệt độ môi trường. Khi nhiệt độ thay đổi thì điện trở của các mạch điện trong máy cũng thay đổi làm thay đổi các tham số khác của các mạch điện dẫn đến sự biến động của MZ (hoặc MO).
Việc khảo sát biến động của giá trị MZ của máy toàn đạc điện tử theo nhiệt độ đ−ợc thực hiện với máy Leica TC-1800 số 422424 của viện KHCNXD. Máy và tiêu ngắm đ−ợc đặt trên bộ máy cố định (khoảng cách xấp xỉ 215m) máy đ−ợc che ô bảo vệ không bị chiếu trực tiếp bởi các tia sáng mặt trời, bảng ngắm là loại vẽ hình tam giác đối đỉnh màu vàng trên nền đen. Quá
trình khảo sát diễn ra từ 8h sáng đến 18h chiều, các số đọc đ−ợc lấy cách nhau 1 tiếng, mỗi lần đọc 3 số đọc ở cả 2 vị trí bàn độ trái và phải để tính ra 3 giá trị MZ của máy. Giá trị cuối cùng (ghi trong bảng d−ới đây) là giá trị trung bình tõ 3 lÇn ®o.
67
Bảng 3.1 Quan hệ giữa nhiệt độ và MZ của máy TC-1800 số 422424
TT Thời gian Nhiệt độ MZ
1 08h 280C 15.2
2 09h 300C 13.6
3 10h 310C 12.8
4 11h 320C 9.6
5 12h 340C 7.0
6 13h 350C 7.5
7 14h 350C 6.6
8 15h 350C 6.2
9 16h 340C 7.8
10 17h 320C 9.2
11 18h 300C 13.1
Nh− vậy chúng ta thấy giá trị MZ biến thiên theo nhiệt độ khá nhiều.
Đối với máy TC-1800 là loại máy có độ chính xác cao của hãng LEICA giá trị MZ cũng biến động tới 9”. ở khoảng cách 500m sự biến động này nếu không có biện pháp loại trừ sẽ gây ra sai số trong xác định chênh cao là 2,25cm đây
0 5 10 15 20 25 30 35 40
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Series1 Series2
Hình 3.9 Sự biến thiên của nhiệt độ và MZ của máy TC-1800 số 422424
68
là một sai số không hề nhỏ. Đối với các loại máy có độ chính xác thấp hơn biến động MZ của chúng có thể còn cao hơn nhiều.
Mặc dù ảnh hưởng của sự biến động của MZ là khá lớn nhưng việc loại trừ nó ra khỏi các kết quả đo chênh cao bằng đo cao l−ợng giác lại rất đơn giản.
Giả sử giá trị lưu trong bộ nhớ của máy toàn đạc điện tử là M
ZO, giá trị thực của nó tại thời điểm tiến hành đo góc đứng là MZ. Giá trị biến động của nó ký hiệu là Δ sẽ là:
Δ = MZ - MZO
Hay: MZ = MZO + Δ (3.6) Công thức (3.5) bây giờ sẽ đ−ợc viết nh− sau:
Z = T – (MZO + Δ) (3.7) Z = (M
ZO+ Δ) – P ± 3600 (3.7’) Cộng các vế của (3.7) và (3.7’) ta có:
( ) 3600 2Z = T −P ±
Hay ( )
2
±360
= T −P
Z (3.8) Nghĩa là hiệu số đọc trên bàn độ đứng của máy toàn đạc điện tử ở hai vị trí bàn độ trái và phải sẽ không chịu ảnh hưởng của biến động của MZ (hoặc MO).
Như vậy để loại trừ ảnh hưởng của biến động MZ khi đo cao lượng giác nhất thiết phải đọc số ở 2 vị trí bàn độ trái và phải và tính góc thiên đỉnh bằng công thức (3.8). Nếu đọc trực tiếp chênh cao cũng phải đọc ít nhất 2 lần ở hai vị trí bàn độ trái và bàn độ phải và chênh cao chính thức lấy là giá trị trung bình của hai số đọc trên.
3.5 Xây dựng các điểm đặt máy
Để đạt được độ chính xác cao khi quan trắc lún bằng phương pháp đo cao l−ợng giác máy toàn đạc điện tử phải đ−ợc đặt trên các bệ cố định, độ cao
69
của các bệ này phải đ−ợc xác định chính xác bằng thuỷ chuẩn hình học. Các bệ này sẽ đ−ợc xây dựng trên các đầu trụ bê tông của cầu dẫn cảng xuất sản phẩm nằm song song với đê chắn sóng và cách đê 80m (Hình 3.10). Các bệ
đặt máy sẽ đ−ợc gia công bằng thép ống ∅ 230mm dày 10mm cao 1600mm mặt trên đ−ợc bịt kín bằng thép tấm hình tròn ∅ 300mm giữa khoan lỗ có
đường kính vừa đúng bằng đường kính ốc nối của máy để dọi tâm bắt buộc.
Đầu d−ới của ống đ−ợc hàn vào một tấm thép dày 10mm hình vành khăn
đ−ờng tròn bên trong ∅ 230mm (bằng đ−ờng kính của ống) và đ−ờng tròn ngoài ∅ 300mm có khoan 8 lỗ ∅ 24 cách đều nhau để liên kết với trụ bê tông qua 8 bu lông. Các bệ đặt máy sẽ đ−ợc xây dựng trên các trụ bê tông của cầu dẫn cảng xuất sản phẩm (gói 5B). Tổng số bệ đặt máy sẽ xây dựng là 7 cái.
Trong đó có 4 mốc đ−ợc xây dựng trên cầu dẫn 3 mốc còn lại đ−ợc xây dựng tại các bến xuất sản phẩm. Các mốc này ngoài việc đ−ợc sử dụng để quan trắc lún của đê chúng còn đ−ợc sử dụng để thực hiện quan trắc chuyển dịch ngang của các hạng mục này. Vấn đề này sẽ đ−ợc chúng tôi trình bày trong phần sau.