Nội dung T.gian Ph−ơn pháp Vật t−
4.1. Đo góc 0,5 tiết Thuyết trình Tài liệu phát tay, phấn trắng 4. 2.Đo dài
0,5tiết Thuyết trình, Flashlight.
Tài liệu phát tay, OHP, Giấy
bóng kính 4.3.Đo dài
Thuyết trình, Flashlight
Tài liệu phát tay, OHP, Giấy
bóng kính III/ Nội dung chi tiết
3.1. Đo góc
3.1.1. Nguyên lý đo góc bằng, góc đứng
a) Nguyên lý đo góc bằng
Giả sử cần đo góc bằng hợp bởi 2 h−ớng AB và AC. Khi đó ng−ời ta th−ờng đặt máy đo tại A, tiêu ngắm tại B và C.
Góc bằng đ−ợc định nghĩa: góc bằng của 2 h−ớng ngắm chính là góc nhị diện tạo bởi 2 mặt phẳng thẳng đứng đi qua 2 h−ớng đó. Nói cách khác đo góc bằng giữa 2 h−ớng ngắm chính là đo góc kẹp bởi hình chiếu của 2 h−ớng ngắm đó trên 1 mặt phẳng nằm ngang (P).
Nếu gọi A1, B1, C1 là hình chiếu của 3 đỉnh A, B, C trên mặt đất lên mặt phẳng nằm ngang (P) thì góc bằng chính là góc β
β = B1AC1≤ BAC Góc 00 < β < 3600
b) Nguyên lý đo góc đứng
- Định nghĩa: là góc hợp bởi h−ớng ngắm và hình chiếu của nó lên mặt phẳng nằm ngang.
- Kí hiệu: V - Dấu:
+ Nếu h−ớng ngắm xuyên mặt phẳng nằm ngang qua A thì V > 0 + Nếu h−ớng ngắm ở d−ới mặt phẳng nằm ngang qua A thì V < 0 Vậy - 900≤ V ≤ 900
Hay 00 ≤ V ≤900
* Ngoài góc đứng, đôi khi còn dùng góc thiên đỉnh. Kí hiệu là Z, h−ớng thiên đỉnh và h−ớng ngắm.
- Định nghĩa: góc thiên đỉnh là góc nằm trong mặt phẳng thẳng đứng, hợp bởi h−ớng thiên đỉnh và h−ớng ngắm.
- Giới hạn: 00≤ Z ≤ 1800
- Mối quan hệ góc thiên đỉnh và góc đứng V + Z = 900
* ứng dụng nguyên lý vào việc chế tạo máy kinh vĩ
- Muốn đo đ−ợc góc nằm ngang β, ta dùng một địa bàn chia độ đặt nằm ngang (bàn độ ngang) sao cho đ−ờng dây dọi đi qua đỉnh góc O cũng đi qua tâm của bàn độ ngang O. Hai mặt phẳng thẳng đứng chứa 2 h−ớng ngắm OA và OB sẽ cắt bàn độ ngang tại 2 vị trí có số đọc t−ơng ứng là a và b. Hiệu của 2 số đọc sẽ là giá trị của góc β = b – a. Dựa vào nguyên lý này, ng−ời ta chế tạo ra bàn độ ngang của máy kinh vĩ, dùng nó đo góc nằm ngang β.
- Trên một máy kinh vĩ, ngoài bàn độ ngang, ng−ời ta còn chế tạo một bàn chia độ đặt thẳng đứng, có tâm trùng với trục quay của ống ngắm và h−ớng nằm ngang HH trùng với h−ớng 00 – 1800 hoặc 00 – 00. Trị số đọc đ−ợc trên bàn độ đứng ứng với h−ớng ngắm OA chính là góc đứng Va
3.1.2. Cấu tạo máy kinh vĩ
Máy kinh vĩ là dụng cụ để đo góc bằng và góc đứng. Ngoài ra còn dùng để đo khoảng cách và đo cao.
Theo độ chính xác máy kinh vĩ đ−ợc chia thành
+ Máy kinh vĩ độ chính xác cao so với sai số trung ph−ơng đo góc m = … 0''5 … 3''
+ Máy kinh vĩ độ chính xác trung bình với sai số trung ph−ơng đo góc
β
m = … 3'' … 10''
+ Máy kinh vĩ độ chính xác thấp với sai số trung ph−ơng đo góc
β
m = … 10 '' … 60''
Máy kinh vĩ gồm nhiều loại: máy kinh vĩ kim loại, máy kinh vĩ quang học, máy kinh vĩ điện tử. Dù là loại nào, máy kinh vĩ cũng gồm 3 bộ phận chính: ống kính, bộ phận đọc số, định tâm cân máy.
a. ống kính - Mô hình:
- Các bộ phận chính: 5 bộ phận chính
+ Kính vật: tạo hình ảnh thật của vật. ảnh này nhỏ hơn kích th−ớc vật và nằm cùng phía với tiêu điểm sau của kính vật.
+ L−ới dây chữ thập: là một tấm kính phẳng trên đó khắc l−ới chỉ chữ thập (các vạch chính và các vạch đo khoảng cách). ảnh của vật khi đo vẽ nằm trên l−ới dây chữ thập.
+ Kính mắt: có tác dụng nh− kính lúp qua đó nhìn thấy ảnh trên l−ới dây chữ thập. Kính mắt có thể di chuyển đ−ợc nhờ một ốc đ−ợc gọi là ốc điều tiêu.
+ Khi thay đổi vật ngắm, vị trí ảnh t−ơng ứng cũng thay đổi theo. Để đ−a ảnh về l−ới dây chữ thập, ng−ời ta bố trí một thấu kính phân kỳ (4) giữa kính vật va l−ới dây chữ thập để thay đổi tiêu cự sau của kính vật. Thấu kính phân kỳ di chuyển dọc trục nhờ ốc điều ảnh.
Đ−ờng thẳng nối quang tâm kính vật với quang tâm kính mắt và đi qua tâm của màng dây chữ thập là trục ngắm của ống kính.
b. Bộ phận đọc số
Để đọc đ−ợc dễ dàng và chính xác các giá trị góc trên bàn độ ng−ời ta cấu tạo thêm bộ phận đọc số. Đo góc bằng và góc đứng gồm bàn độ ngang và bàn độ đứng. Chúng đều là những tấm kính hình tròn, trên đó có các vạch chia độ.
Bàn độ ngang khắc từ 00 – 3600 và đặt nằm ngang trong máy kinh vĩ, đóng vai trò trong mặt phẳng (P).
Bàn độ đứng đặt vuông góc bàn độ ngang. Việc khắc số trên bàn độ đứng có nhiều cách khác nhau.
Đối với máy kinh vĩ điện tử
Số đọc trên bàn độ đứng và bàn độ ngang đ−ợc hiện lên trên một màn ảnh. V: Vetical - đứng
(Đối với cơ học thì giá trị góc ngang, góc đứng đ−ợc thể hiện qua 1 ống kính nhỏ)
c. Định tâm cân máy: gồm 3 ốc cân và ống thuỷ
Th−ờng có 2 loại khác nhau: định tâm quả dọi và định tâm quang học Bộ phận cân máy là 1 đế hình tam giác bằng hợp kim, máy đ−ợc đặt lên đế này. D−ới đế có 3 ốc cân. Trên máy có ống thuỷ.
- ốc cân: gồm 3 ốc cân máy, chúng có tác dụng đ−a trục đứng của máy về vị trí thẳng đứng (lúc này mặt phẳng vành độ ngang của máy sẽ nằm ngang). Muốn nhanh chóng đ−a đ−ợc trục thẳng đứng của máy về thẳng đứng thì trong quá trình đo đạc nên để ốc cân máy ở vị trí trung gian.
- ống thủy: là bộ phận làm căn cứ để đ−a một đ−ờng thẳng, một mặt phẳng về vị trí đặc biệt nằm ngang hay thẳng đứng (theo dây dọi). Có hai loại ống thuỷ: ống thuỷ dài và ống thuỷ tròn.
+ ống thuỷ dài:
. Cấu tạo: tham khảo giáo trình
Nó là một ống thuỷ tinh hình trụ cong bịt kín, bên trong chứa ête hoặc cồn, có chứa một khoảng chứa không khí mà ng−ời ta quen gọi là ''bọt n−ớc'', ''bọt thuỷ''
Hai đầu ống thuỷ có thể nâng lên hoặc hạ xuống nhờ ốc điều chỉnh.
ẩng thuỷ dài đ−ợc gắn trên bàn độ ngang sao cho trục ống thuỷ song song với mặt phẳng của bàn độ, vuông góc với trục quay của máy nên khi cân cho trục ống thuỷ nằm ngang thì trục thẳng đứng và bàn độ nằm ngang.
+ ống thuỷ tròn:
Nhờ 3 ốc cân máy và ống thuỷ mà ta có thể cân máy đ−ợc dễ dàng.
* Quá trình định tâm cân máy;
Định tâm máy là làm cho trục quay của máy đi qua đỉnh góc cần đo (tâm mốc), còn cân máy là đ−a trục quay của máy về vị trí thẳng đứng. Trong thực tế, định tâm cân máy liên quan ảnh h−ởng lẫn nhau, cần phải làm đúng dần nh− sau; - Định tâm sơ bộ: sau khi đã vặn chặt máy vào giá ba chân nhờ ốc nối có móc dây dọi, đặt sơ bộ giá ba chân sao cho đầu nhọn của quả dọi rơi vào tâm mốc. Nới lỏng ốc nối, xê dịch máy cho tới khi đầu dọi trùng tâm mốc.
- Cân máy sơ bộ: dùng 3 ốc cân điều chỉnh sao cho bọt thủy của ống thuỷ tròn trên bàn độ ngang tập trung.
- Định tâm máy chính xác: nới lỏng ốc nối, nhìn qua bộ phận định tâm, dịch chuyển máy cho tâm của nó trùng với tâm mốc. Vặn chặt ốc nối.
Đặt cho trục ống thuỷ dài trên bàn độ ngang song song với đ−ờng nối 2 trong 3 ốc cân máy. Vặn 2 ốc này ng−ợc chiều nhau cho bọt thuỷ tập trung. Quay máy đi 900, dùng ốc cân còn lại để điều chỉnh cho bọt n−ớc tập trung.
Sau khi cân máy chính xác, điều kiện định tâm có thể bị phá vỡ, cần phải làm lại từ b−ớc 3 (định tâm máy chính xác) trở đi cho đến khi cả 2 điều kiện này đ−ợc đảm bảo.
3.1.3. Các ph−ơng pháp đo góc bằng, góc đứng.
3.1.3.1. Đo góc bằng 1). Đo đơn giản a. áp dụng:
Ph−ơng pháp này th−ờng đ−ợc áp dụng khi tại trạm đo góc chỉ có hai h−ớng đo.
b. Quy trình đo:
+ Giả sử cần đo góc bằng AOB: đặt máy tại điểm O. Quy −ớc mắt nhìn h−ớng vào phía trong góc đo. Có OA là tia trái, còn OB là tia phải. Vành độ ngang luôn đ−ợc hãm cố định, đứng yên.
+ Định tâm máy theo nội dung 3.1.2
+ Để loại trừ ảnh h−ởng của một số nguồn sai số do máy kinh vĩ gây ra, ng−ời ta phải đo góc theo 2 vị trí bàn độ.
- Nửa lần đo thuận kính:
+ Ng−ời ta đặt máy tại O, dựng tiêu tại A và B. Sau khi định tâm cân máy tại O, ng−ời ta quay ống kính ngắm vào tiêu A. Rồi đọc số trên bàn độ ngang, lúc này đ−ợc a1. Sau đó quay ống kính theo chiều kim đồng hồ sang ngắm tiêu cự tại B và đọc số trên bàn độ ngang đ−ợc b1. Từ đây, chúng ta tính đ−ợc góc β là β1
β1 = b1 – a1
Nh− vậy, chúng ta đã đo xong nửa vòng đo thứ nhất. Ng−ời ta gọi là nửa vòng đo thuận kính.
- Nửa lần đo đảo kính:
+ Để tiếp tục nửa vòng đo thứ 2 gọi là nửa vòng đo đảo kính. Ta đảo ống kính. Sau đó quay máy theo chiều kim đồng hồ ngắm tiêu B. Đọc số trên bàn độ ngang lúc này là b2 (b1 và b2 đối xứng nhau qua tâm).
+ Sau đó quay máy ng−ợc chiều kim đồng hồ ngắm ống kính về tiêu A. Đọc số trên bàn độ ngang, lúc này đ−ợc a2. Nh− vậy, ta đã hoàn thành xong 1/2 vòng đo thứ 2. Nghĩa là cũng hoàn thành xong 1 vòng đo. Lúc này trị số β2 = b2 – a2
+ Xoay vòng chuẩn ngang và ống kính đến ngắm A, đọc số trên vành độ ngang đ−ợc a1.
+ Xoay vòng chuẩn ngang và ống kính đến ngắm B. Đọc số trên bàn độ ngang đ−ợc b1.
+ Đảo ống kính
+ Xoay vòng chuẩn ngang và ống kính đến ngắm B. Đọc số trên bàn độ ngang đ−ợc b2.
c. Tính toán
- Tính giá trị góc đo nửa đầu β1
β1 = b1 – a1
- Tính giá trị góc đo nửa sau β2
β2 = b2 – a2 - Tính giá trị góc đo 1 lần đủ β β = 2 2 1 β β + d. Quy định:
Các giá trị góc đo β1 và β2 không đ−ợc khác nhau quá 2 lần độ chính xác của bộ phận đọc số trên vành độ ngang t:
β1−β2 ≤ 2t e. Nhận xét:
- Trong mỗi lần đo (thuận hoặc đảo kính) vành độ ngang phải luôn đ−ợc hãm cố định đứng yên. Giá trị góc đo sẽ bằng số đọc ở tia phải (OB) trừ đi số đọc ở tia trái (OA).
- Nếu a' = 0000'00'' thì β1 = b1
Khi ngắm cạnh trái OA có số đọc t−ơng ứng trên bàn độ ngang là 0000'00''. Điều này làm cho việc tính toán góc trở nên thuận tiện.
- Nếu góc đ−ợc đo n lần thì giữa các lần đo bàn độ ngang xoay đi 1 góc
n
0 180
.
- Nếu góc chỉ đ−ợc đo 1 lần thôi thì giữa 2 nửa lần đo, vành độ ngang đ−ợc xoay đi 1 góc 900.
Biểu đo góc theo ph−ơng pháp đơn giản Stt Stt trạm
đo Điểm ngắm Số đọc 2t = (T – D) ± 1800 Góc đo
Góc trung bình
Thuận kính Đảo kính
1 0 A
2 A B B
Th−ờng t = 5'', đo góc theo ph−ơng pháp này ng−ời ta đo từ 2 – 3 vòng đo. 2). Ph−ơng pháp đo toàn vòng
a. áp dụng:
Ph−ơng pháp đo toàn vòng đ−ợc áp dụng khi tại trạm máy có 3 h−ớng trở lên. Giả sử tại trạm máy có 3 h−ớng OA, OB, OC.
b. Quy trình
Đặt máy kinh vĩ tại điểm O và tiêu ngắm tại A, B, C. T−ơng tự nh− trên, tiến hành cân bằng, định tâm máy và tiêu ngắm chính xác. Chọn h−ớng mở đầu là h−ớng có chiều dài trung bình để tránh sai số do điều quang đồng thời tính trị số h−ớng mở đầu cho mỗi lần đo. Một lần đo đ−ợc thực hiện ở cả 2 vị trí bàn độ nh− sau:
* Nửa vòng đo thuận
Hãm cố định bàn độ ngang. Xoay vòng chuẩn ngang và ống kính ng−ợc kim đồng hồ lần l−ợt ngắm A, B, C, A t−ơng ứng đọc trên bàn độ ngang a1, b1, c1, a'1. Thông th−ờng do nhiều nguyên nhân khác nhau mà a1 ≠ a'1.
Nếu a1 và a'1 khác nhau trong một phạm vi cho phép thì coi nh− ta đã xong 1/2 vòng đo thứ nhất. Gọi là nửa vòng đo thuận kính.
* Nửa vòng đo đảo kính:
Đảo ống kính, hãm cố định bàn độ ngang. Sau đó quay máy theo chiều kim đồng hồ ngắm tiêu A. Đọc số trên bàn độ ngang ta đ−ợc a2, rồi quay máy ng−ợc chiều kim đồng hồ ngắm về tiêu c. Đọc số trên bàn độ ngang đ−ợc c2. Tiếp tục quay máy ng−ợc chiều kim đồng hồ về tiêu B đọc số đ−ợc b2.
Quay máy ng−ợc chiều kim đồng hồ về tiêu A đọc ta đ−ợc a'2. Nếu a2 và a'2 khác nhau trong phạm vi cho phép thì chúng ta đã hoàn thành xong 1/2 vòng đo thứ 2. Nghĩa là hoàn thành 1 vòng đo.
Chú ý : ng−ời ta th−ờng đo 2 – 3 vòng. H−ớng đầu của mỗi ng−ời cũng thay đổi một giá trị 1800.
Nếu mọi sự khác nhau đều đ−ợc cho phép thì tính kết quả trung bình. 3.1.3.2. Ph−ơng pháp đo góc đứng
Giả sử cần xác định góc đứng của h−ớng AB Đặt máy tại A, cân bằng máy
- Đo thuận kính: h−ớng ống kính đến điểm B (dùng dây ngang chính của l−ới chữ thập để bắt mục tiêu), cân bằng bọt thuỷ dài trên bàn độ đứng đọc đ−ợc giá trị T.
- Đảo ống kính thao tác nh− nửa vòng đo thuận kính, đ−ợc giá trị P. Tuỳ thuộc vào từng loại máy (đo cách khắc vạch ở bàn độ đứng) mà có cách tính góc đứng V cho phù hợp. M0 = 2 0 180 T P+ ±
Và góc nghiêng đ−ợc tính theo các công thức sau: V = M0 – T V = P – M0 V = 2 T P−
Cách đo góc nh− trên cho kết quả nhanh chóng nh−ng độ chính xác thấp, th−ờng áp dụng khi đo vẽ chi tiết địa hình. Khi lập l−ới khống chế độ cao đo vẽ, yêu cầu độ chính xác cao hơn, ng−ời ta đo góc đứng theo ph−ơng pháp sau: tại mỗi vị trí ống kính bắt mục tiêu ba lần t−ơng ứng với dây trên, dây giữa, dây d−ới, t−ơng ứng đọc đ−ợc các số đọc Tt, Tg, Td và Pt, Pg, Pd. Góc đứng tính theo kết quả của 6 số đo trên.
3.1.4. Phân tích độ chính xác của đo góc bằng, góc đứng.
3.1.4.1. Sai số trong đo góc bằng
Khi đo góc bằng, ng−ời ta th−ờng gặp các sai số sau: a). Sai số do máy gây ra:
Sai số này gồm rất nhiều nguyên nhân khác nhau:
Tuy máy móc đã đ−ợc chế tạo, kiểm nghiệm và điều chỉnh nh−ng không thể hoàn hảo đ−ợc, vẫn còn tồn tại các sai số:
- Sai số do trục ngắm không vuông góc với trục quay nằm ngang của ống kính.
- Sai số do trục quay nằm ngang của ống kính không vuông góc với trục đứng của máy.
- Sai số do trục đứng của máy không thật thẳng đứng.
- Sai số do lệch tâm giữa bàn độ ngang và vòng chuẩn ngang. b). Sai số do môi tr−ờng:
- Do hiện t−ợng khúc xạ ngang. Cố gắng bố trí tia ngắm đi cách xa những vật cản hơn 1 m.
- Do chuyển động đối l−u của lớp không khí ở gần mặt đất làm cho ảnh bị rung động. Cần bố trí sao cho tia ngắm đi cao hơn mặt đất hơn 1 m.
- Do s−ơng mù, bụi….làm cho ảnh mục tiêu bị mờ. Vì vậy, cố gắng đo vaof