Chương 3: PHƯƠNG PHÁP TÍNH CHUYỂN TỌA ĐỘ CÁC ĐIỂM ĐO
3.3. Lựa chọn phương pháp tính chuyển tọa độ các điểm đo gps về hệ tọa độ thi công công trình
Khi lưới khống chế thi công được thành lập bằng công nghệ GPS, để đảm bảo độ chính xác bố trí công trình thì cần phải tính chuyển tọa độ các
điểm đo GPS về hệ tọa độ thi công công trình. Mục tiêu của bài toán tính chuyển nhằm đảm bảo:
- Hệ tọa độ thi công trùng với hệ tọa độ đã dùng để thiết kế công trình.
- Sự biến dạng về chiều dài các cạnh đo trên mặt trái đất và chiều dài của lưới khống chế thi công nằm trong giới hạn cho phép.
Để tính chuyển tọa độ giữa các hệ quy chiếu có rất nhiều phương pháp tính như các phương pháp tính chuyển trình bày trong mục (3.2). Ngoài ra còn có các phương pháp tính chuyển theo mô hình 7 tham số, 5 tham số của Bursa, Molodenxki. Phương pháp tính chuyển lựa chọn cần phải đảm bảo cả 2 yêu cầu đã nêu trên.
Mặt khác, để tính chuyển tọa độ và độ cao các điểm khống chế giữa 2 hệ quy chiếu cần phải có một số điểm song trùng, tức là các điểm đã biết tọa độ và độ cao trong cả 2 hệ tọa độ. Kết quả đo GPS sẽ cho tọa độ của điểm khống chế trong hệ tọa độ vuông góc địa tâm WGS-84 (X, Y, Z). Từ giá trị (X, Y, Z) trong hệ WGS-84 sẽ tính chuyển đƣợc về hệ tọa độ trắc địa trong cùng hệ quy chiếu (B, L, H) sẽ có tọa độ trắc địa (B, L) và độ cao trắc địa (H) của điểm đó. Tọa độ các điểm khống chế thi công trong trắc địa công trình thường được tính trong hệ tọa độ giả định (x, y) độ cao tính trong hệ độ cao thường H. Như vậy đối với các điểm khống chế thi công, tọa độ mặt bằng và độ cao của các điểm khống chế thường không nằm trong cùng một hệ quy chiếu. Để tính chuyển từ độ cao thường về độ cao trắc địa thường sử dụng công thức tính:
H H (3.22)
Trong đó:
H: Là độ cao trắc địa của điểm xét.
Hy: Là độ cao thường được lấy từ kết quả đo thuỷ chuẩn.
: Là dị thường độ cao tại điểm quan sát.
Từ công thức (3.22) cho thấy, xác định chính xác giá trị dị thường độ cao là một vấn đề hết sức khó khăn. Nhƣ vậy trong các giá trị tọa độ và độ cao của các điểm song trùng có một yếu tố độ cao H không thể xác định chính xác ở trong một hệ quy chiếu (hệ tọa độ và độ cao thi công). Do đó sẽ làm giảm độ chính xác tính chuyển các yếu tố tọa độ mặt bằng (x, y) không đáp ứng được các yêu cầu cần thiết và độ chính xác cần thiết của lưới khống chế thi công công trình.
Hệ tọa độ thường dùng trong trắc địa công trình là hệ tọa độ vuông góc phẳng Gauss-Kruger đƣợc thành lập trên mặt phẳng dựa vào phép chiếu hình trụ ngang đồng góc Gauss hoặc hệ tọa độ UTM (Universal Transverse Mercato) sử dụng phép chiếu hình trụ ngang đồng góc với múi chiếu 60 (hoặc 30). Như vậy nếu sử dụng phương pháp tính chuyển từ hệ tọa độ trắc địa (B, L) sang hệ tọa độ vuông góc phẳng phải thực hiện phép chiếu Gauss gây ra sự biến dạng về chiều dài các cạnh lưới thi công. Ví dụ đối với cạnh nằm ở đường biên của múi chiếu 30 cách kinh tuyến trục 150 km thì tỷ lệ biến dạng của chiều dài cạnh đo có sai số do biến dạng của phép chiếu là [10].
1 3210 S
S
Để lựa chọn phương pháp tính chuyển tọa độ các điểm đo GPS về hệ tọa độ thi công, tác giả cũng tìm hiểu về khả năng ứng dụng của các phần mềm chuyên dùng trong nội dung tính chuyển tọa độ. Trong phần mềm Trimnet Plus cho phép thực hiện 2 vấn đề.
1. Xử lý hỗn hợp lưới GPS và lưới mặt đất: Trong Module này nếu đo các khoảng cách nghiêng giữa các điểm khống chế bằng máy toàn đạc điện tử thì Module Terrestrial Obsservation Module sẽ cho phép bình sai hỗn hợp lưới đo GPS và lưới khống chế mặt đất trong hệ tọa độ vuông góc không gian địa tâm [4]. Trong trường hợp này vẫn phải tính chuyển về hệ tọa độ phẳng
thi công qua các phép chiếu Gauss và vẫn tồn tại sự biến dạng về chiều dài cạnh lưới thi công.
2. Phần mềm Trimnet Plus cho phép chúng ta phối hợp bình sai các trị đo GPS có sử dụng mô hình Geoid để xác định thêm thành phần độ cao chính Hg. Các giá trị độ cao Geoid đƣợc coi nhƣ “trị đo” (đƣợc nội suy từ mô hình Geoid) để tham gia bình sai theo nguyên lý số bình phương nhỏ nhất. Mô hình Geoid không phải là bề mặt Geoid thật nên có sai số và sai số của mô hình Geoid sẽ dẫn đến sai số xác định độ cao chính và độ cao thường của điểm khống chế.
Từ kết quả khảo sát và phân tích các phương pháp tính chuyển tọa độ giữa các hệ quy chiếu, tác giả thấy để thực hiện đƣợc mục tiêu của bài toán tính chuyển các trị đo GPS về hệ tọa độ thi công thì cần phải lựa chọn phương pháp tính chuyển sao cho tách biệt đƣợc giá trị tọa độ (X, Y) và giá trị độ cao H, khi đó độ chính xác của phép tính chuyển tọa độ sẽ đáp ứng đƣợc yêu cầu cần thiết của lưới khống chế thi công công trình được thành lập bằng công nghệ GPS.
Qua khảo sát tác giả thấy phép tính chuyển tọa độ từ hệ tọa độ vuông góc không gian địa tâm về hệ tọa độ diện chân trời tại điểm quan sát kết hợp với phép tính chuyển giữa hai hệ tọa độ vuông góc phẳng (phép tính chuyển Hellmet) sẽ đáp ứng được yêu cầu độ chính xác cần thiết của lưới khống chế thi công công trình.
Nguyên tắc tính chuyển đƣợc thực hiện theo trình tự sau đây:
1. Tính chuyển tọa độ các điểm đo GPS từ hệ tọa độ vuông góc không gian địa tâm WGS-84 (XYZ) sang hệ tọa độ trắc địa cùng hệ quy chiếu (BLH).
2. Chọn điểm gốc của hệ tọa độ địa diện là điểm trọng tâm của lưới khống chế thi công công trình (điểm có tọa độ và độ cao là giá trị trung bình
của các điểm khống chế thi công). Điểm gốc của hệ tọa độ địa diện cũng có thể chọn là một trong các điểm song trùng của hai hệ tọa độ và độ cao là độ cao của mặt chiếu đã sử dụng để thiết kế công trình.
3. Sử dụng các công thức từ (3.1) đến (3.7) để tính chuyển tọa độ các điểm song trùng về hệ tọa độ địa diện đã chọn. Nhƣ vậy với mỗi một điểm tính chuyển sẽ có thành phần tọa độ z trong hệ tọa độ địa diện. Trong trắc địa công trình phạm vi thi công của các công trình thường nhỏ và địa hình tương đối bằng phẳng nên có thể bỏ qua số hiệu chỉnh đo độ lệch dây dọi. Khi đó giá trị z của các điểm tính chuyển sẽ là độ cao của các điểm đó trong hệ tọa độ địa diện, tức là độ cao của các điểm so với độ cao trung bình của khu vực (hoặc so với mặt phẳng chiếu đã lựa chọn khi thiết kế công trình). Rõ ràng là trong hệ tọa độ địa diện chênh cao của các điểm khống chế so với mặt chiếu đã đƣợc giảm đi rất nhiều.
Mặt khác, khi độ cao của các điểm khống chế so với mặt chiếu không vượt quá 32m [11], trong trường hợp này sai số do phép chiếu các cạnh đo về mặt chiếu sẽ không vƣợt quá 1/200.000 và có thể bỏ qua. Khi đó chúng ta có thể coi các điểm khống chế của lưới khống chế thi công cùng nằm trên mặt phẳng chiếu.
4. Sử dụng phép tính chuyển giữa hệ tọa độ vuông góc phẳng (phép tính chuyển Hellmet) để tính chuyển các điểm đo GPS trong hệ tọa độ địa diện về hệ tọa độ thi công công trình.
Từ kết quả phân tích trên cho thấy. Khi sử dụng phép tính chuyển tọa độ từ hệ tọa độ vuông góc không gian địa tâm về hệ tọa độ địa diện tại điểm quan sát sẽ đạt đƣợc 2 yêu cầu sau:
- Tách đƣợc thành phần độ cao trắc địa H của các điểm song trùng ra khỏi bài toán tính chuyển, điều này cho phép đảm bảo độ chính xác tính chuyển tọa độ các điểm do GPS về hệ tọa độ thi công (nhờ việc xác định
chính xác các tham số tính chuyển), đáp ứng đƣợc yêu cầu về độ chính xác thành lập lưới khống chế thi công trong trắc địa công trình.
- Bỏ qua đƣợc các số hiệu chỉnh do phép chiếu Gauss và phép chiếu đo độ cao của các điểm khống chế so với mặt chiếu đã chọn để thiết kế công trình. Nhƣ vậy sẽ làm giảm sự biến dạng về chiều dài cạnh đo đƣợc trên thực địa so chiều dài cạnh sau khi xử lý số liệu, đảm bảo độ chính xác cần thiết khi thi công các công trình xây dựng.
Quy trình tính chuyển tọa độ điểm do GPS về hệ tọa độ thi công công trình theo phương pháp tính chuyển tọa độ từ hệ tọa độ vuông góc không gian địa tâm về hệ tọa độ địa diện tại điểm quan sát đã đƣợc trình bày trong mục.
Tuy nhiên trong nội dung luận văn vẫn sử dụng phương pháp tính chuyển bằng cách chọn lại kinh tuyến trục và tính chuyển theo độ cao mặt chiếu để khảo sát độ chính xác và khả năng ứng dụng của từng phương pháp.
CHƯƠNG 4