1. Khái niệm chung
Theo xu hướng tự động hĩa trong khâu thu nhập số liệu trắc địa ngồi hiện trường, bên cạnh máy kinh vĩ điện tử, người ta chế tạo ra máy đo dài điện tử hay cịn gọi là máy đo dài điện quang. Máy đo dài điện quang cĩ thể là máy riêng lẻ, cĩ thể là bộ phận lắp vào máy kinh vĩ quang học hoặc máy kinh vĩ điện tử, cĩ thể cấu tạo chung với máy kinh vĩ điện tử tạo thành máy tồn đạc điện tử (total station).
Đo dài điện quang là loại đo dài gián tiếp sử dụng sĩng điện từ (sĩng vơ tuyến cực ngắn) hoặc sĩng ánh sáng (hồng ngoại và tử ngoại).
Máy đo dài bằng sĩng điện từ cĩ thể đo khoảng cách hàng chục, cĩ khi tới hàng trăm km, được sử dụng nhiều trong hàng hải. Máy đo dài bằng sĩng ánh sáng cĩ thể đo khoảng cách từ 50 m đến 10 km với độ chính xác cao hơn máy đo dài bằng sĩng điện từ, nên được sử dụng rộng rãi trong đo đạc địa hình và cơng trình.
2. Nguyên lý đo dài bằng sĩng ánh sáng
Để đo khoảng cách S giữa hai điểm A, B, tại A đặt máy đo dài cĩ chức năng phát thu tín hiệu, tại B đặt gương phản xạ. Sĩng ánh sáng được phát đi từ bộ điều biến của máy 80
(H.5.12) đến gương phản xạ dội trở về máy được thu lại ở bộ thu tín hiệu. Như vậy, sĩng ánh sáng đã đi được một quãng đường bằng hai lần khoảng cách cần đo. Từ đĩ, khoảng cách cần đo được tính theo cơng thức:
S V t. 2
= (5.22)
trong đĩ: V - tốc độ truyền sĩng trong khí quyển
t - thời gian sĩng đi về trên quãng đường AB
Tốc độ truyền sĩng trong khí quyển được tính theo cơng thức: V c
n
= (5.23)
trong đĩ: c - tốc độ truyền sĩng ánh sáng trong chân khơng, bằng: 299792,2 km/S
n - hệ số khúc xạ của khí quyển, phụ thuộc vào chiều dài bước sĩng λ, áp suất, nhiệt độ, hàm lượng bụi …
Thời gian sĩng đi về trên tuyến đo được xác định theo một trong hai phương pháp sau đây:
g Phương pháp đo xung: đo trực tiếp khoảng thời gian truyền xung ánh sáng trên khoảng cách cần đo giữa thời điểm phát đi và thời điểm thu về sau khi gương phản xạ lại. Phương pháp này cĩ độ chính xác thấp nên ít được sử dụng.
g Phương pháp đo pha: đo gián tiếp khoảng thời gian truyền sĩng ánh sáng, dựa trên cơ sở đo gĩc lệch pha giữa sĩng thu được với sĩng phát ra. Máy thu phát phát ra một loại sĩng mang là sĩng ánh sáng được mơ đun hĩa theo bước sĩng λ nào đĩ, sĩng này đi tới gương phản chiếu rồi quay trở lại. Quá trình đo gĩc lệch pha ∆ϕ trong máy giữa sĩng thu được và sĩng phát ra, chính là quá trình đo phần lẻ của buớc sĩng. Để xác định số nguyên N bước sĩng cần phải đo trên một số tần số f cố định.
Khoảng cách khơng tính theo (5.22) mà tính theo cơng thức: S (N )
2
λ
= + ∆ϕ (5.24)
trong đĩ: N - số nguyên bước sĩng; λ - độ dài bước sĩng mơ đun
∆ϕ - gĩc lệch pha đo được
Phương pháp đo pha được ứng dụng trong các loại máy đo dài bằng sĩng ánh sáng trên khoảng cách < 10 km. Sở dĩ khoảng cách trong đo dài bằng sĩng ánh sáng bị hạn chế vì sĩng ánh sáng dễ bị yếu khi gặp các lớp sương mù, khĩi, bụi và địi hỏi phải cĩ tầm nhìn thơng suốt giữa hai đầu cạnh đo.
Nguồn sáng trong các máy đo dài điện quang hiện nay thường là Laser bán dẫn. Các máy tồn đạc điện tử (kết hợp đo gĩc và đo dài điện tử) được tự động hĩa cao. Các kết quả đo gĩc và đo dài hiện số trên màn hình và được ghi lại trong bộ nhớ của máy hoặc trong sổ đo điện tử để sau đĩ đưa vào máy tính xử lý theo các chương trình kèm theo. Thao tác đo khá đơn giản, thời gian đo một gĩc hoặc một cạnh chỉ trong vài giây. Máy tồn đạc điện tử được sử dụng để lập lưới khống chế tọa độ, đo vẽ bản đồ và bố trí cơng trình.
Đặc trưng kỹ thuật của một số máy tồn đạc điện tử và máy đo dài điện quang thơng dụng được nêu trong bảng 5.1.
Bảng 5.1 TT Tên máy Hãng sản xuất
Độ chính xác đo gĩc Độ chính xác đo cạnh Khoảng cách (m) Một gương Ba gương
A. MÁY ĐO DAØI ĐIỆN QUANG
1 RED2L Sokkia (Nhật) 5mm+3mm/1km 4600 5200m 2 GEOD220 Geotronics (Thuỵ điển) 5mm+5mm/1km 2300 4000
3 DL1001 WiLD(Thụy sĩ) 5mm+5mm/1km 800 1100
4 DI1600 WiLD 3mm+2mm/1km 25000 3500
5 DI2002 WiLD 1mm+1mm/1km 2500 3500
6 DI3000S WiLD 3mm+1mm/1km 9000 11000
B. MÁY TOAØN ĐẠC ĐIỆN TỬ (Total station) 1 SET2000 Sokkisha (Nhật) 2” 2mm+2mm/1km 2400 3100 2 SET3000 Sokkisha 3” 2mm+2mm/1km 2200 2900 3 SET2B,2C Sokkisha 2” 3mm+2mm/1km 3500 4 SET4B,4C Sokkisha 5” 5mm+3mm/1km 2100 5 GTS701 Topcon (Nhật) 2” 2mm+2mm/1km 2400 3100 6 GTS702 Topcon 3” 2mm+2mm/1km 2200 2900 7 TC400 WiLD (Thụy sĩ) 10” 5mm+5mm/1km 800 1300 8 TC600 WiLD 5” 3mm+3mm/1km 1300 2000 9 TC1010 WiLD 3” 2mm+2mm/1km 3500 5000 10 TC2002 WiLD 0”,5 1mm+1mm/1km 2000 2800 11 DTM550 Nikon (Nhật) 1” 2mm+2mm/1km 2400 310 12 DTM530 Nikon 2” 2mm+2mm/1km 2200 2900 13 DTM520 Nikon 3” 2mm+2mm/1km 1600 2300
Chương 6
DỤNG CỤ VAØ PHƯƠNG PHÁP ĐO CAO
6.1. KHÁI NIỆM CHUNG
Độ cao của một điểm trên mặt đất là khoảng cách theo phương dây dọi từ điểm đĩ đến mặt Geoid.
Để xác định độ cao các điểm, ta đo độ chênh cao giữa chúng, sau đĩ dựa vào độ cao điểm đầu và các độ chênh cao đo được tính ra độ cao các điểm. Cĩ thể đo độ chênh cao giữa các điểm bằng các phương pháp khác nhau với mức độ chính xác khác nhau.
Tùy theo dụng cụ và phương pháp đo ta chia thành các loại sau: đo cao hình học (đo cao trực tiếp), đo cao lượng giác (đo cao gián tiếp), đo cao áp kế, đo cao cơ học …
Trong chương này chỉ trình bày phương pháp thứ nhất và thứ hai là hai phương pháp thơng dụng nhất trong trắc địa.