Xem mẫu

  1. MỞ ĐẦU KHÁI NIỆM MÔN HỌC I. ĐỐI TƯỢNG VÀ NHIỆM VỤ MÔN TRẮC ĐỊA Trắc địa là một ngành khoa học của quả đất có nhiệm vụ đo vẽ bản đồ một phần hay toàn bộ bề mặt quả đất, xác định hình dạng kích thước quả đất. Thuật ngữ “trắc địa” theo tiếng Hy Lạp cùng nghĩa “Phân chia đất đai”. Hiện nay ngành trắc địa được chia ra các ngành chính sau: * Trắc địa cao cấp: Nghiên cứu hình dạng kích thước quả đất, xây dựng mạng lưới toạ độ độ cao quốc gia có độ chính xác cao làm cơ sở cho các ngành chuyên môn khác. * Trắc địa địa hình: Nghiên cứu đo vẽ các yếu tố địa vật, dáng đất và cách biểu thị chúng lên mặt phẳng dưới dạng bản đồ. * Trắc địa ảnh: Nghiên cứu các phương pháp chụp ảnh bề mặt đất để thành lập bản đồ. * Trắc địa công trình: Chuyên nghiên cứu thiết kế thi công, theo dõi biến dạng các công trình xây dựng. * Chế in bản đồ : Có nhiệm vụ biên tập và chế in các loại bản đồ dựa vào kết quả đo vẽ ở thực địa. * Trắc địa vũ trụ: Cung cấp các số liệu đo đạc về các hành tinh trong vũ trụ cho các ngành có liên quan. * Máy và dụng cụ trắc địa: Nghiên cứu chế tạo các loại máy, dụng cụ trắc địa. II. NỘI DUNG CỦA CÔNG TÁC TRẮC ĐỊA BAO GỒM: - Đo đường thẳng, đo góc, đo độ cao. - Xử lý kết quả đo đạc. - Thành lập các bản đồ, bình đồ, mặt cắt. - Sử dụng bản đồ, bình đồ, mặt cắt, các tài liệu đo đạc để giải quyết các nhiệm vụ khác nhau. - Môn trắc địa liên hệ mật thiết với toán học, vật lý, thiên văn. Toán học giúp môn trắc địa có khả năng phân tích tính toán các kết quả đo được. - Vật lý học là cơ sở để chế tạo máy trắc địa, thiên văn giúp cho công tác trắc địa có tài liệu gốc, cần thiết trong đo đạc. - Môn trắc địa còn yêu cầu kiến thức về hình học, vẽ kỹ thuật, địa lý, địa mạo, chụp ảnh. III. VAI TRÒ MÔN HỌC Trắc địa là ngành kỹ thuật cơ sở cung cấp những tài liệu ban đầu cho nhiều ngành khác nhau, đồng thời công tác trắc địa gắn với các giai đoạn: quy hoạch, http://www.ebook.edu.vn 1
  2. khảo xát, thiết kế, thi công nghiệm thu của các ngành đó. Trong xây dựng kinh tế phải sử dụng bản đồ để vạch kế hoạch và đề ra những nội dung cần thiết. Trong quốc phòng bản đồ dùng vạch kế hoạch tác chiến, xây dựng các khu vực chiến lược, các căn cứ quân sự. Trong ngành địa chính công tác trắc địa có nhiệm vụ nghiên cứu các hiện tượng và quá trình xảy ra trong sự phân bố hiện trạng sử dụng đất, điều tra xác định những thông tin cơ bản về vị trí, kích thước, diện tích đất đai và các vật phụ thuộc trên đó, đồng thời tiến hành điều tra quyền sở hữu, quyền sử dụng, phân loại sử dụng, phân hạng đất nhằm cung cấp những thông tin về đất đai kịp thời phục vụ cho công tác quản lý nhà nước về đất đai. Sản phẩm của đo đạc địa chính là: bản đồ địa chính và các văn bản mang tính kỹ thuật và pháp lý cao, các sản phẩm này là thành phần chủ yếu trong bộ hồ sơ địa chính để thực hiện các công tác quản lý nhà nước về đất đai. http://www.ebook.edu.vn 2
  3. Phần thứ nhất NHỮNG KIẾN THỨC CƠ BẢN VỀ TRẮC ĐỊA Chương 1 KIẾN THỨC CHUNG VỀ TRẮC ĐỊA I. HÌNH DẠNG KÍCH THƯỚC QUẢ ĐẤT I.1. Hình dạng quả đất Quả đất không phải là vật thể đều đặn nó bao gồm đại dương và lục địa, diện tích bề mặt khoảng 510 triệu km2 trong đó đại dương chiếm 71%, lục địa chiếm 29%. Độ sâu trung bình của quả đất ở đại dương là 3800m, sâu nhất là hố Marian ở gần Philippin (sâu 11032m), độ cao trung bình của đất liền 875m, chỗ cao nhất là đỉnh Chô-mô-lung-ma trong dãy Hymalaya là 8882m, bề mặt tự nhiên của quả đất không thể biểu thị bởi một quy luật nào. Trong đo đạc người ta thay thế bằng mặt nước gốc quả đất. Mặt nước gốc quả đất là mặt nước biển trung bình ở trạng thái yên tĩnh kéo dài xuyên qua lục địa và hải đảo tạo thành một mặt cong khép kín và có đặc tính là các đường dây dọi từ ngoài vào đều vuông góc với mặt cong đó Mặt nước gốc không đi qua mặt nước biển trung bình yên tĩnh gọi là mặt nước gốc quy ước, các mặt nước gốc quy ước song song với mặt nước gốc quả đất. Do vật chất không phân bố đều trong quả đất nên mặt nước gốc không có dạng toán học chính tắc, để tiện lợi trong tính toán ta coi mặt nước gốc quả đất có dạng gần đúng với mặt Elipxôit tròn xoay gọi là Elipxôit quả đất (Hình 1-1). I.2. Kích thước quả đất P Kích thước của Elipxôit trái đất bao gồm bán kính a−b lớn a, bán kính nhỏ b, độ dẹt cực α= b a aP Kích thước và độ dẹt của quả đất được nhiều nhà bác học xác định và công bố, ở Việt Nam đã sử dụng kích thước do nhà Bác học Grasôpski có kích thước a = P’ 6378245m; b = 6356863m. Khi đo đạc trong phạm vi Hình 1-1 nhỏ ta coi trái đất có hình dạng hình cầu, bán kính trung bình R = 6370km I.3. Khái niệm về độ cao và độ chênh cao Độ cao của điểm trên mặt đất là khoảng cách từ điểm đó theo đường dây http://www.ebook.edu.vn 3
  4. dọi tới mặt nước gốc, độ cao ký hiệu là H (hình 1-2). Độ cao tuyệt đối: Độ cao của một điểm được xác định với mặt nước gốc quả đất gọi độ cao tuyệt đối. Ví dụ điểm A có HA là độ cao tuyệt đối. Độ cao tương đối: Độ cao của một điểm được xác định với mặt nước gốc quy ước đi qua một điểm nào đó gọi là độ cao tương đối. Ví dụ: H’A là độ cao tương đối của điểm A so với mặt nước gốc qua C. (hình 1-2). Mặt nước gốc qua A Hiệu số độ cao (chênh cao) là khoảng cách theo đường dây A dọi từ mặt nước gốc qua A và C Mặt nước gốc qua C H’A mặt nước gốc qua C gọi là chênh hAC HA cao ( hiệu số độ cao) ký hiệu là h 0m HC Ví dụ: Theo hình 1-2 hAC = HC – Mặt nước gốc qủa đất HA; hoặc hCA= HA- HC HB Dấu chênh cao giữa hai điểm B Hình 1-2 phụ thuộc độ cao 2 điểm đó. Điểm nằm trên mặt nước gốc có độ cao dương, điểm nằm dưới mặt nước gốc có độ cao âm. II. CÁC HỆ TOẠ ĐỘ THƯỜNG DÙNG TRONG TRẮC ĐỊA Trong trắc địa, để xác định toạ độ của một điểm, chúng ta cần xác định quan hệ giữa đểm đó với một hệ P (Bắc) trục được chọn làm gốc gọi là hệ G to ạ đ ộ . Vĩ tuyến qua M M O Q’(Đông) Q II.1. Hệ toạ độ địa lý ϕ λ (Tây) Ta coi trái đất là hình cầu, hệ Xích đạo toạ độ địa lý được xác định như Kinh tuyến sau: (hình 1-3): P’(Nam) - Tâm O trái đất được chọn Hình 1-3 làm gốc tạo độ. - Hai mặt nước gốc là mặt phẳng kinh tuyến Grinuyt và mặt phẳng xích đạo. - Từ hình vẽ ta có các điểm và đường cơ bản như sau: + P, P’ là cực Bắc và cực Nam của trái đất. + Q, Q’ là cực Đông và cực Tây của trái đất. + PP’ là trục quay trái đất. - Đường kinh tuyến là giao tuyến mặt phẳng đi qua trục quay trái đất với mặt cầu. Mặt phẳng chứa đường kinh tuyến là mặt phẳng kinh tuyến. Mặt phẳng http://www.ebook.edu.vn 4
  5. vuông góc với trục quay trái đất gọi mặt phẳng vĩ tuyến. Giao tuyến giữa mặt phẳng vĩ tuyến với mặt cầu gọi là đường vĩ tuyến. - Mặt phẳng vĩ tuyến đi qua tâm trái đất gọi mặt phẳng xích đạo. - Mặt phẳng kinh tuyến đi qua Đài Thiên văn Grinúyt tại Thủ đô nước Anh được quy ước quốc tế mặt phẳng kinh tuyến gốc. Điểm M trên mặt đất được xác định trong toạ độ địa lý bởi hai đại lượng: kinh độ và vĩ độ của nó. Kinh độ (λ) của điểm M là góc nhị diện kẹp giữa mặt phẳng kinh tuyến gốc và mặt phẳng đi qua điểm M. Độ kinh (λ) tính từ kinh tuyến gốc về hai phía Đông và Tây của bán cầu có gía trị từ 0 - 1800. Vĩ độ (ϕ ) của điểm M là góc quét của bán kính OM trong mặt phẳng kinh tuyến kể từ xích đạo đến điểm đo độ vĩ ϕ, ϕ có giá trị từ 0-900 về cực Bắc và cực Nam. Ví dụ: Hà Nội λ =1050 Kinh độ Đông ϕ = 210 Vĩ độ Bắc II.2. Hệ toạ độ vuông góc phẳng II.2.1. Hệ toạ độ vuông góc Gauss-Kriughe II.2.1.1. Phép chiếu Gauss-Kriughe (phép chiếu hình trụ nằm ngang) Theo kinh tuyến chia quả đất làm 60 múi, mỗi múi có gía trị 60 kinh tuyến đi qua giữa múi là kinh tuyến trục của múi đó, kinh tuyến hai bên là kinh tuyến biên, số thứ tự múi từ 1,2,…đến 60, múi thứ nhất có kinh tuyến phía Tây là kinh tuyến Grinuýt có giá trị 00, kinh tuyến biên phía Đông là 60, kinh tuyến trục là 30 Để kinh tuyến trục của múi chiếu tiếp xúc với thành trong cửa hình trụ nằm ngang, nguồn sáng đặt ở tâm quả đất, chiếu lần lượt từng múi lên mặt trong hình trụ , sau đó cắt hình trụ theo đường sinh đi qua cực quả đất và trải mặt trụ thành mặt phẳng, mỗi múi có dạng như hình vẽ 1-4. X Kinh tuyến trục P P Kinh tuyến trục m=1 Q Q Y m>1 P’ P’ Xích đạo Múi Múi Hình 1-4 http://www.ebook.edu.vn 5
  6. II.2.1.2. Hệ toạ độ vuông góc Gauss-Kriughe (X,Y) Hệ toạ độ vuông góc Gauss- X Kriughe được lập theo mỗi múi X chiếu (hình 1-5) kinh tuyến trục là trục X, xích đạo là trục Y gốc toạ độ Xích đạo O là giao điểm của kinh tuyến trục O Y và xích đạo, để khi tính toán Y tránh Y”âm” tại O được quy định có toạ 500Km độ X0 = 0, Y0 = 500km. Để xác định điểm A thuộc múi thứ mấy, trước toạ Hình 1-5 độ Y được quy ước ghi số thứ tự múi. Ví dụ: Trong hệ toạ độ vuông góc Gauss-Kriughe điểm A có toạ độ là: XA = 1207km, YA= 18403km Nghĩa là điểm A cách đường xích đạo 1207 km về phía bắc và nằm ở múi thứ 18 cách trục X đã dich chuyển là 500 – 430 = 70km về phía tây. Để tính giá trị kinh tuyến giữa λ0 khi biết số thứ tự múi là n ta áp dụng công thức: λ0 = 60. n - 30 Ví dụ: Việt Nam nằm ở trong múi thứ 18 thì kinh tuyến giữa λ0 là : λ0= 6.180 – 30 = 1050 Để thuận tiện trong sử dụng hệ toạ độ trên tờ bản đồ địa hình ta lập lưới toạ độ vuông góc bằng những đường song song cách đều nhau lấy trục OX và OY làm hướng chính, khoảng cách mỗi đường được quy định phụ thuộc vào tỷ lệ bản đồ, đối với tờ bản đồ tỷ lệ 1: 10.000; 1: 25000; 1: 50.000 khoảng cách giữa chúng tương ứng với 1 km gọi là lưới km, còn tỷ lệ 1:100.000 là 2 km… Ở Việt Nam những năm 2000 về trước bản đồ địa chính đều sử dụng hệ toạ độ vuông góc Gauss-Kriughe. II.2.2. Hệ toạ độ vuông góc UTM ( N, E ) II.2.2.1. Phép chiếu UTM Bản chất phép chiếu UTM hoàn toàn giống phép chiếu Gauss-Kriughe chỉ khác ở 2 điểm: - Sử dụng hệ Elipxoit thực dụng WGS-84 có a = 6378137m; b = 6356748m; α = 1/298.2 - Hình trụ ngang có bán kính nhỏ hơn bán kính quả đất, nó cắt quả đất theo hai đường đối xứng nhau qua kinh tuyến giữa của múi chiếu, kinh tuyến giữa nằm ngoài mặt trụ, hai kinh tuyến biên nằm trong mặt trụ. Nếu ta gọi m là tỷ lệ chiếu thì m của kinh tuyến giữa nhỏ hơn 1, m của kinh tuyến biên lớn hơn 1 ; hai đường cắt mặt trụ có m = 1. Sai số chiếu hình trên kinh tuyến trục trong hệ http://www.ebook.edu.vn 6
  7. toạ độ vuông góc phẳng Gauss-Kriughe tương ứng múi chiếu Gauss-Kriughe bằng 1, nếu cho giá trị này là 0,9996 ta có hệ toạ độ phẳng UTM. (hình 1-6). II.2.2.2. Hệ toạ độ vuông góc phẳng UTM Hệ toạ độ vuông góc UTM cũng Kinh tuyến biên được biểu thị từng múi chiếu như hệ m = 0,9996 N toạ độ vuông góc phẳng Gauss- m>1 Kriughe, chỉ khác là với cùng một Xích đạo điểm toạ độ UTM nhỏ hơn toạ độ O E Gauss-Kriughe do những điểm khác m=1 500Km nhau ở trên. Trong hệ toạ độ vuông góc phẳng UTM, trục tung ký hiệu là N, trục Hình 1-6 hoành ký hiệu là E. Từ tháng 7 năm 2000 Tổng cục Địa chính đã công bố và sử dụng hệ quy chiếu và hệ toạ độ nhà nước VN – 2000 nên nay đã chính thức sử dụng múi chiếu UTM trong ngành địa chính. II.2.3. Hệ toạ độ vuông góc phẳng bất kỳ Khi đo đạc trên vùng đất nhỏ, độc lập ta dùng hệ toạ độ vuông góc phẳng bất kỳ. Hệ toạ độ vuông góc này gồm hai trục +X(B vuông góc với nhau. I. Bắc Đông IV. Bắc Tây + Trục tung gọi là trục X trùng với hướng (B-Đ) (B-T) A Bắc Nam. XA + Trục hoành gọi là trục Y trùng với -Y(T) OY Y(Đ) A hướng Đông Tây. II. Nam Đông III. Nam Tây N-Đ Để tránh toạ độ mang dấu âm thường chọn N-T gốc toạ độ ở phía Tây Nam của khu vực đo vẽ. -X(N) Hệ toạ độ vuông góc phẳng trong đo đạc Hình 1-7 được quy định số góc phần tư từ I, II, III, IV theo chiều thuận chiều kim đồng hồ như (hình1-7). Bảng 1-1: Toạ độ Góc phần tư X Y 0 0 I. B - Đ ( 0 – 90 ) + + II. N - Đ ( 900 – 1800 ) - + III. N-T (1800 - 2700 ) - - IV. B-T ( 2700 – 3600 ) + - Dấu toạ độ X, Y của góc phần tư được quy định trong bảng 1-1. Điểm A nào đó trong hệ toạ độ vuông góc phẳng được xác định bởi hai yếu tố XA và YA, trong đó XA là giá trị khoảng cách từ gốc toạ độ đến giao điểm đường thẳng đi qua A song song với trục OY với X, còn YA là giá trị khoảng cách từ gốc toạ độ http://www.ebook.edu.vn 7
  8. đến giao điểm đường thẳng đi qua A song song với OX với Y (hình 1-7). III. BẢN ĐỒ, BÌNH ĐỒ, MẶT CẮT III.1. Bản đồ Bản đồ là một bản vẽ biểu thị khái quát, thu nhỏ bề mặt trái đất lên trên mặt phẳng theo một quy luật toán học nhất định, có tính tới ảnh hưởng của độ cong quả đất bằng cách đưa vào những số hiệu chỉnh, sử dụng một quy tắc tổng hợp và một hệ thống ký hiệu riêng. Mỗi bản đồ đều được xây dựng theo một quy luật toán học nhất định, quy luật toán học của bản đồ trước hết được biểu hiện ở tỷ lệ và phép chiếu của nó. III.2. Bình đồ Bình đồ là sự biểu thị đồng dạng thu gọn lên mặt phẳng vị trí nằm ngang của một vùng đất. Bình đồ không thể biểu thị được phần rất lớn của mặt đất do ảnh hưởng độ cong quả đất gây ra sự sai lệch lớn giữa vị trí nằm ngang của đường thẳng và hình chiếu của nó trên mặt bầu dục. III.3. Mặt cắt địa hình H 3 Mặt cắt địa hình là hình chiếu đứng của 2 A mặt đất dọc theo một hướng đã biết(hình 1-8). 4 1 Khi vẽ mặt cắt lên giấy lấy trục tung biểu B thị độ cao các điểm (H), trục hoành biểu thị S khoảng cách nằm ngang (S), tỷ lệ trục tung và O A1 2 3 4 B trục hoành được chọn theo yêu cầu, thường trục tung có tỷ lệ lớn hơn trục hoành 10 lần. Hình 1-8 IV. TỶ LỆ BẢN ĐỒ, CÁC LOẠI THƯỚC TỶ LỆ IV.1. Tỷ lệ bản đồ IV.1.1. Định nghĩa Tỷ lệ bản đồ là tỷ số giữa chiều dài của một đoạn trên bản đồ (l) và chiều dài nằm ngang của đoạn thẳng đó ngoài thực địa (L). IV.1.2. Phương pháp thể hiện - Tỷ lệ số: được biểu thị bằng một phân số mà tử số bằng 1 còn mẫu số là mức độ thu nhỏ trái đất lên mặt phẳng M. Ví dụ: 1: M = ( 1: 5000; 1: 2000 ….) - Tỷ lệ giải thích (tỷ lệ chữ) : Nêu rõ một đơn vị chiều dài trên bản đồ bằng bao nhiêu đơn vị chiều dài ngoài thực địa. http://www.ebook.edu.vn 8
  9. Ví dụ : 1cm trên bản đồ bằng 5 km ngoài thực địa. - Thước tỷ lệ: Là hình vẽ dùng nó có thể đo trên bản đồ, có 2 loại thước tỷ lệ đó là thước tỷ lệ thẳng và thước tỷ lệ xiên. - Công thức tính: Từ định nghĩa ta suy ra công thức tính: 1 l L = →l= M L M (1-1) L = l.M Trong đó : l - là chiều dài đoạn thẳng trên bản đồ L - là chiều dài đoạn thẳng tương ứng ngoài thực địa M - là mẫu số tỷ lệ bản đồ Ví dụ: Đoạn AB ngoài thực địa đo được 16m sẽ tương ứng với đoạn ab trên bản đồ tỷ lệ 1:2000 là bao nhiêu cm ? L 1600 l= = = 8 cm M 200 IV.1.3. Độ chính xác tỷ lệ Tỷ lệ bản đồ không phải là tỷ số toán học đơn thuần mà nó có tác dụng quy định nội dung bản đồ, với tỷ lệ bản đồ lớn thì phạm vi thể hiện nhỏ nên có thể thể hiện các yếu tố từ thực địa lên bản đồ một cách chi tiết, nếu tỷ lệ bản đồ nhỏ do phạm vi thể hiện lớn nên chỉ thể hiện ở mức độ khái quát. Trong đo đạc do mục đích sử dụng do yêu cầu công việc mà quy định tỷ lệ bản đồ là bao nhiêu cho phù hợp Qua thí nghiệm cho thấy mắt thường của con người chỉ phân biệt được 2 điểm cách nhau khoảng khoảng cách nhỏ nhất là 0,1 mm trên giấy, nếu nhỏ hơn 0,1mm thì sẽ nhìn thấy chúng là một điểm. Chính vì thế độ dài 0,1mm trên giấy được coi làm chuẩn để xác định độ chính xác tỷ lệ bản đồ, dựa vào cơ sở này người ta quy định mức độ thu nhỏ nhất của các yếu tố từ thực địa lên bản đồ là 0,1mm và được gọi là độ chính xác của tỷ lệ bản đồ. Độ chính xác của tỷ lệ bản đồ là khoảng cách nằm ngang ngoài thực địa ứng với 0,1 mm theo tỷ lệ bản đồ đó. Nếu gọi ΔL là độ chính xác của tỷ lệ bản đồ thì: ΔL = 0,1mm.M (1-2) Ví dụ: Độ chính xác của tỷ lệ 1:2000 là: ΔL = 0,1.2000 = 200mm = 0,2m Độ chính xác của tỷ lệ 1:5000 là: ΔL = 0,1.5000 = 500mm = 0,5m Qua đây ta thấy tỷ lệ bản đồ càng lớn độ chính xác càng cao. IV.2. Các loại thước tỷ lệ Để việc sử dụng bản đồ nhanh, thuận lợi và tránh nhầm lẫn, người ta vẽ sẵn thước tỷ lệ ở dưới mỗi tờ bản đồ, hay trên nhựa, trên kim loại. Có 2 loại thước tỷ lệ là thước tỷ lệ thẳng và thước tỷ lệ xiên. http://www.ebook.edu.vn 9
  10. IV.2.1. Thước tỷ lệ thẳng Trên vật liệu cần vẽ kẻ hai đường thẳng song song cách nhau từ 2-5mm và chia làm các đoạn bằng nhau, mỗi đoạn là 1cm hay 2cm gọi là các đơn vị cơ bản (ĐVC) của thước. Trên dơn vị cơ bản đầu tiên bên trái chia làm 10 phần bằng nhau, giá trị mỗi phần là 1/10 đơn vị cơ bản của thước, sau đó ta ghi số trên thước như sau : vạch bên phải của (ĐVC) đầu tiên ghi 0m; còn các vạch khác ghi chiều dài nằm ngang ở thực địa tương ứng với các đơn vị cơ bản tính từ vạch 0. Ví dụ: Vẽ thước tỷ lệ thẳng 1:1000, ĐVC 2cm, đvc đầu tiên chia 10 phần bằng nhau được biểu thị như hình vẽ 1-9. Thước tỷ lệ thẳng đọc chính xác đến 1/10 ĐVC, ước đọc đến 1/100 ĐVC. Cách sử dụng : Giả sử cần xác định khoảng cách MN 20 0 20 40 60 80 trên bản đồ tỷ lệ 1:1000 ứng với bao nhiêu m ngoài thực địa, dùng compa đo khoảng cách M N MN trên bản đồ, sau đó giữ nguyên độ mở Com pa compa để một đầu nhọn vào vạch chẵn trên thước, đầu nhọn còn lại rơi vào phân khoảng Hình 1-9 đầu tiên của thước. Trên hình 1-9 đoạn thẳng MN là khoảng cách giữa 2 mũi nhọn compa bằng 66m. IV.2.2. Thước tỷ lệ xiên Trên vật liệu cần vẽ ta vẽ các hình vuông liên tiếp nhau, kích thước mỗi ô vuông là một đơn vị cơ bản, trên mỗi cạnh hình vuông đầu tiên chia làm 10 phần bằng nhau, rồi kẻ những đường song song và đường xiên như hình vẽ (1-10). Sau đó ta ghi số trên thước giống như ghi số trên thước tỷ lệ thẳng nghĩa là cạnh bên phải của hình vuông đầu tiên ghi 0m. Các cạnh còn lại ghi độ dài nằm ngang ở thực địa tương ứng các ĐVC. Ví dụ: Thước tỷ lệ 1: 5000, 1ĐVC của thước là 2cm sẽ tương ứng với thực địa 100m (hình 1-10). Theo định lý đường song song ta tính được khoảng cách nhỏ nhất có thể đọc được trên thước là: t = a1b1 = ĐVC/10.10 = 2cm/100 = 0,02cm. Ở ví dụ này 0,02cm ứng với độ dài 1m ngoài thực địa. Sử dụng thước tỷ lệ xiên: Dùng compa đo được 2 điểm trên bản đồ, giữ nguyên độ mở compa đặt một mũi nhọn compa vào vạch thích hợp bên phải vạch 0, còn mũi nhọn kia rơi vào ô vuông đầu tiên, di chuyển hai mũi nhọn compa sao cho 1 đầu trùng vạch thẳng đứng, một đầu nằm trên đường xiên nhưng 2 đầu phải song song với vạch http://www.ebook.edu.vn 10
  11. kẻ song của thước . Ví dụ: Hình vẽ đoạn NM là khoảng cách 2 mũi nhọn compa bằng 282m. 2 cm 10 9 8 7 6 2 cm 5 4 3 2 1 60 40 20 80 100N 0 100 200 300 400 M Com pa Hình 1-10 Nhận xét: Thước tỷ lệ xiên đọc chính xác đến 1/100 đvc, ước lượng đọc đến 1/1000 ĐVC. V. PHƯƠNG PHÁP BIỂU DIỄN ĐỊA HÌNH BẰNG ĐƯỜNG ĐỒNG MỨC Địa hình bao gồm dáng đất và địa vật, để biểu thị địa vật người ta dựa vào a1 b1 quyển ký hiệu quy ước bản đồ tỷ lệ 1:500; 1:1000; 1:2000; 1:5000; để biểu thị dáng đất có nhiều phương pháp, nhưng trong thiết kế kỹ thuật người ta thường dùng loại bản đồ địa hình mà dáng đất đựơc biểu diễn bằng đường đồng mức (đường bình độ). V.1. Khái niệm đường đồng mức V.1.1. Định nghĩa Đường đồng mức là đường nối liền các điểm cùng độ cao. V.1.2. Cách biểu diễn đường đồng mức P1 100m P2 Giả sử ta cần biểu diễn quả núi bằng 90m P3 80m đường đồng mức, ta cắt quả núi bởi các mặt phẳng P1, P2, P3, song song với mặt thuỷ chuẩn (mặt nước gốc) ở các độ cao 100m, 90m, 80m, giao tuyến của các mặt 100 phẳng với quả núi, chiếu xuống với mặt 90 H 80 nước gốc H ta sẽ được hình vẽ quả núi dưới dạng đường đồng mức. Hình 1-11 V.2. Tính chất đường đồng mức - Tất cả những điểm nằm trên cùng một đường đều có độ cao bằng nhau. - Các đường đồng mức là đường cong trơn, liên tục, khép kín. http://www.ebook.edu.vn 11
  12. - Các đường đồng mức không cắt nhau trừ trường hợp đường đồng mức biểu thị mỏm đá nhô ra. - Đường đồng mức thưa thì mặt đất thoải, dày thì dốc, trùng nhau là biểu thị vách đứng. - Khoảng cách ngắn nhất giữa hai đường đồng mức là đường thẳng góc với hai đường đồng mức đó và hướng thẳng góc có độ dốc lớn nhất. V.3. Khoảng cao đều đường đồng mức Chênh lệch độ cao giữa hai đường đồng mức gọi là khoảng cao đều, ký hiệu là h khoảng cao đều được lựa chọn dựa vào tỷ lệ bản đồ, độ dốc khu vực đo vẽ và yêu cầu sử dụng bản đồ. Trong một khu đo dùng một khoảng cao đều, ở nơi bằng phẳng có thể vẽ thêm các đường đồng mức phụ một nửa hay một phần tư (đường bình độ phụ) đường bình độ một nửa vẽ nét đứt quãng dài, đường bình độ phụ nét đứt ngắn. V.4. Phương pháp biểu diễn đường đồng mức Theo quy định thì độ cao các điểm ghi trên bản đồ đến cm, còn khoảng cao đều giữa hai đường đồng mức là 0,5m và các bội số của nó như 1m, 2m, 5m, 10m, 25m, …vì vậy muốn vẽ đường đồng mức ta phải nội suy từ các giá trị độ cao của các điểm. B( 26.5) V.4.1. Phương pháp giải tích h1 Giả sử có 2 điểm A và B trên d1 cùng sườn dốc có độ cao h HA = 21,10m, HB = 26,50m, Khoảng cách AB trên bản đồ là 38mm ta cần xác định vị trí đường đồng mức 22m, h2 A 23m, 24m, 25m, 26m, trước hết ta xác ( 21.10) d2 định vị trí đường đồng mức 22m và 26m, sau đó chia đều khoảng cách b a Hình 1-13 giữa đường 22m và 26m, sẽ được 23m, 24m, 25m. Theo hình vẽ gọi d1 là khoảng cách nằm ngang từ B đến 26m, d2 là khoảng cách nằm ngang từ A đến đường 22m. Ta có: http://www.ebook.edu.vn 12
  13. h1 38 d1 h2 d1 = d= (26.5 − 26.0) = 3.5mm = 26.5 − 21.10 h d h d 2 h2 h2 38 = d2 = d= (22.0 − 21.10) = 6.3mm 26.5 − 21.10 d h h Trên cạnh ab (hình chiếu của AB trên bản đồ) từ a đo về b đoạn d2 = 6,3 mm được vị trí đường đồng mức 22m. Từ b đo về a đoạn d1=3.5mm được vị trí đường đồng mức 26m, chia đoạn thẳng giữa vị trí 22m và 26m làm 4 phần bằng nhau sẽ đựoc 23m, 24m, 25m. V.4.2. Phương pháp đường song song Giả sử có hai điểm A và B có các số liệu như phương pháp giải tích, muốn xác định vị trí các đường đồng mức 22m, 23m, 24m, 25m, 26m, ta làm như sau Trên tờ giấy bóng can kẻ các đường thẳng song song cách đều nhau và đánh số như hình vẽ 1-14. Ta đặt tờ giấy bóng can sao cho 0 9 điểm a tương ứng với 1/10 giữa đường1 8 7 và 2. giữa a làm tâm xoay tờ giấy bóng b 6 5 can khi đến b ứng với vị trí 26,5 giữa 6 và 4 3 7 giao của các đường 2,3,4,5,6 trên giấy 2 a 1 bóng can với đoạn ab trên giấy vẽ là vị trí 0 các đường 22m, 23m, 24m, 25m, 26m, lấy kim châm các điểm xuống giấy. Hình 1-14 V.4.3. Phương pháp ước lượng bằng mắt Dựa vào nguyên lý phương pháp giải tích ta dùng mắt ước lượng vị trí các đường đồng mức giữa hai điểm A và B thường người ta ước lượng vị trí các đường đồng mức cái, sau đó từ hai đường đồng mức cái người ta phân ra các đường đồng mức còn lại, thường 5 đường có một đường đồng mức cái. VI. ĐỊNH HƯỚNG ĐƯỜNG THẲNG VI.1. Khái niệm Định hướng đường thẳng là xác định quan hệ của đường thẳng ấy với một hướng được chọn làm gốc. Trong trắc địa hướng được chọn làm gốc là: - Hướng Bắc của KT thực gọi là góc phương vị thực (phương vị trắc địa). - Hướng Bắc của kinh tuyến từ (KT nam châm) gọi là góc phương vị từ. - Hướng X của hệ trục toạ độ vuông góc gọi là góc định hướng (góc phương vị toạ độ). http://www.ebook.edu.vn 13
  14. VI.2. Các yếu tố định hướng đường thẳng Bắc VI.2.1. Góc phương vị thực và góc phương vị từ và L quan hệ giữa chúng A S G óc ph ương v ị củ a đ ườ ng thẳng là góc nằm ngang K Hình 1-15 k ể t ừ h ướng b ắc của kinh tuyến thu ận chiều kim đ ồng h ồ t ới h ướ ng củ a đ ường th ẳng đ ó và có giá trị t ừ 0-3600 , góc ph ươ ng vị ký hi ệu là A. VI.2.1.1. Góc phương vị thực Bắc thực Bắc từ Góc phương vị lấy hướng kinh tuyến quả đất δ làm căn cứ gọi là góc phương vị thực, ký hiệu là Athực Athực (hình 1-15). Góc phương vị thực xác định M Atừ bằng quan sát thiên văn. VI.2.1.2. Góc phương vị từ N KT từ Góc ph ương vị t ừ củ a mộ t đườ ng th ẳng là góc n ằm ngang k ể t ừ h ướ ng b ắc củ a kinh tuy ến KT thực t ừ thu ận chiều kim đ ồ ng hồ t ới h ướng đ ườ ng Hình 1-16 th ẳng đó, ký hi ệu là At ừ . Q uan h ệ g óc ph ương vị th ực và góc ph ương vị t ừ t ại cùng mộ t đ i ểm trên mặt đ ất Athực v à At ừ k hông b ằng nhau mà tạo thành mộ t góc l ệch δ, g ọ i δ là đ ộ l ệch t ừ thiên (hình 1-16); ta có: δ = Athực - At ừ (1-3) + Nếu đầu Bắc kim nam châm lệch sang hướng Đông thì δ có dấu (+). + Nếu đầu Bắc kim nam châm lệch sang hướng Tây thì δ có dấu (-). VI.2.2. Góc dịnh hướng, góc hội tụ kinh tuyến và quan hệ giữa chúng VI.2.2.1. Góc định hướng Trên một khu đo ta lấy một kinh tuyến làm X KT thực X kinh tuyến trục cũng là hướng trục X của hệ toạ γ độ vuông góc và ta gọi góc định hướng của một đường thẳng là góc nằm ngang hợp bởi hướng trục X của hệ toạ độ vuông góc theo chiều thuận chiều N αMN kim đồng hồ tới hướng đường thẳng đó. Góc định αNM ANM hướng ký hiệu là góc α. Ví dụ: Góc αNM trên hình M vẽ (1-17). Trên cùng một đường thẳng, góc định hướng tại một điểm đều bằng nhau, tại các điểm Hình 1-17 trên một đường thẳng góc định hướng thuận và ngược lệch nhau 1800, tức là: http://www.ebook.edu.vn 14
  15. αthuận = αngược ± 1800 (1-4) VI.2.2.2. Góc hội tụ kinh tuyến Do các đường kinh tuyến gặp nhau ở 2 cực quả đất nên góc định hướng α tại cùng một điểm trên mặt đất không trùng với kinh tuyến thực (hình 1-15) đi qua điểm đó mà tạo thành một góc lệch gọi là góc hội tụ kinh tuyến, ký hiệu là γ, người ta chứng minh được công thức tính góc γ là: γ = Δλ . sinϕ (1-5) Trong đó: Δλ - hiệu kinh độ của đường kinh tuyến đi qua điểm đầu đường thẳng và kinh tuyến trục (Δλ = λ - λ0 ). ϕ - vĩ độ của điểm đầu đường thẳng. VI.2.2.3. Mối quan hệ giữa góc phương vị và góc định hướng Theo hình vẽ 1-17 ta có mối quan hệ giữa góc phương vị và góc định hướng như sau: γ=A-α (1-6) Góc γ có dấu (+) đối với các điểm nằm phía Đông KT trục : + γ = A - α Góc γ có dấu (+) đối với các điểm nằm phía Tây KT trục : - γ = A - α VI.3. Góc hai phương, quan hệ giữa góc định hướng và góc hai phương VI.3.1. Góc hai phương B (00) Trong tính toán khi góc định hướng RB-Đ lớn hơn 900 ta có thể đổi thành góc hai RB-T phương. Góc hai phương của một đường thẳng là góc nằm ngang hợp bởi hướng Bắc hoặc hướng Nam của hệ toạ độ vuông T(2700) Đ(900) góc theo chiều thuận hoặc ngược chiều kim đồng hồ tới đường thẳng đó và có giá trị từ RN-T RN-Đ 0-900, góc hai phương ký hiệu là R (hình N(1800) 1-18). Tên của góc hai phương theo thứ tự Hình 1-18 cung phần tư là: RB-Đ,, RN-Đ, RN-T, RB-T. VI.3.2. Quan hệ giữa góc định hướng và góc hai phương Tên gọi góc hai phương phụ thuộc vào trị số góc dịnh hướng hay dấu của số gia toạ độ ΔX, ΔY, đồng thời khi biết góc định hướng ta có thể tính đựơc góc hai phương. Các mối quan hệ này trình bày trong bảng 1-2 : http://www.ebook.edu.vn 15
  16. Giá trị α Quan hệ α và R ΔX ΔY Phần tư Tên R 0 0 - 90 0 RB - Đ = α I RB - Đ + + 900 - 1800 RN - Đ = 1800 - α II RN - Đ - + 1800 - 2700 RN - T = α -1800 III RN – T - - 2700 - 3600 RB - T = 3600 - α IV RB – T + - VI.3.3. Quan hệ giữa góc định hướng và góc nằm ngang Theo hình vẽ 1-19 nếu biết góc định hướng của hai đường thẳng cắt nhau AB và BC là αBA và αBC thì ta tính được góc nằm ngang β kẹp giữa hai đường thẳng đó: X β = αBA - αBC (1- 7) α Quan hệ giữa góc định hướng cạnh trước đẫ B αBA BC biết và góc định hướng cạnh tiếp theo với góc nằm β ngang kẹp giữa chúng. Theo hình1-20 nếu ta tính C A theo đường tính từ A đến B rồi đến C thì ta có: Hình 1-19 βT là góc bên trái đường tính. βP là góc bên phải đường tính. Nếu gọi αAB là góc định hướng cạnh trước đã X biết αBC là góc định hướng cạnh tiếp theo, góc αBC X được tính như sau: αB Nếu kéo dài doạn thẳng AB về phía B ta có: βT αBA= αAB + 1800 B αAB Theo (1-7) thì: αBC = αBA - βP αBA Do đó ta có αBC = αAB +1800 - βP (1-8 ) A βP Nếu thay βP = 3600 - βT vào (1-8) thì: C αBC = αAB + βT - 1800 (1-9 ) Hình 1-20 VII. ĐỊA BÀN VII.1. Cấu tạo địa bàn Địa bàn để xác định góc phương vị từ của đường thẳng, các bộ phận chính của địa bàn nêu ở hình vẽ 1- 21 như sau: - Kim nam châm làm bằng thép dát mỏng, nhiễm từ, có dạng hình thoi, đầu Bắc sơn xanh, đầu nam sơn trắng, đầu Nam có quấn thêm một vài dây http://www.ebook.edu.vn 16
  17. đồng để giữa kim thăng bằng. - Hộp: hộp địa bàn làm bằng kim loại không có từ tính, mặt trên bằng kính, bên trong hộp có vành khắc độ, mặt hộp có ống thuỷ để đặt hộp được thăng bằng. - Bộ phận ngắm: Gồm 2 miếng kim loại có đục lỗ gắn ở 2 đầu đường kính 0 - 1800 của vòng độ, khe phía mắt gọi là khe ngắm, khe đối diện gọi là khe 0 quan sát, khe ngắm và khe quan sát tạo thành hướng ngắm. VII.2. Phân loại địa bàn Căn cứ vào cấu tạo, tính năng, tác dụng, người ta chia ra các loại địa bàn: - Địa bàn phương vị. - Địa hai phương. - Địa bàn định hướng. - Địa bàn có ống kính đo khoảng cách. VII.3. Sử dụng địa bàn Để đo góc phương vị từ hay góc hai phương từ của đường thẳng AB nào đó ta làm như sau: Đặt địa bàn lên điểm A để tâm vòng độ trùng điểm A, điều chỉnh cho bọt ống thuỷ về vị trí trung tâm rồi mở ốc hãm kim để kim địa bàn dao động tự do, sau đó xoay địa bàn ngắm điểm B , đợi khi kim dừng hẳn ta dựa vào đầu Bắc của kim nam châm để đọc số trên vòng độ sẽ được góc phương vị từ hay hai phương từ của đường thẳng AB. VIII. HAI BÀI TOÁN TRẮC ĐỊA CƠ BẢN VIII.1. Bài toán trắc địa thuận Biết toạ độ điểm A(XA,YA), khoảng cách AB = d, góc định hướng αAB , tìm toạ độ điểm B(XB,YB). Theo hình (1-22), gọi ΔXAB , ΔYAB là các số gia toạ độ của điểm B so với điểm A, ta có: ΔXAB = d. cosαAB X (1-10) ΔYAB = d. sinαA B Ta có thể tính ΔXAB , ΔYAB theo góc hai XB αAB ΔXAB ΔXAB = d. cosR phương: d ΔYAB = d. sinR XA A ΔYAB Dấu của số gia toạ độ phụ thuộc vào trị số góc YB YA O Y định hướng hoặc tên gọi góc hai phương như trong bảng 1-2. Hình 1-22 http://www.ebook.edu.vn 17
  18. Vậy tọa độ của điểm B là: XB = XA + ΔXAB = XA + d. CosαAB ( 1-11) YB = YA + ΔYAB = YA + d. SinαAB VIII.2. Bài toán trắc địa nghịch Biết 2 điểm toạ độ A (XA,YA), B (XB,YB) . Tính chiều dài d và góc định hướng αAB của cạnh AB. Theo hình vẽ trên ta có: d= Δ X AB + Δ YAB = ( X B − X A ) 2 + (YB − YA ) 2 2 2 Hoặc: ΔX AB ΔYAB d= = α SinαAB Cos AB Trong đó: ΔYAB Y −Y ΔY Y −Y Tagα AB = = B A ⇒ αAB = arctg AB = arctg B A ΔX AB X B − X A ΔX AB XB − X A Ta có thể tính góc định hướng thông qua góc hai phương: ΔYAB Y −Y ΔYAB Y −Y TagR = =BA ⇒ R = arctg = arctg B A ΔX AB XB − X A ΔX AB XB − X A Sau đó dựa vào dấu của ΔX và ΔY xác định tên gọi góc hai phương, từ góc hai phương tính ra góc định hướng. VIII.3. Bài tập mẫu VIII.3.1. Bài toán trắc địa thuận Biết: A(XA = 2540,806m; YA = 4132,530m); AB = d = 403,74m, αAB = 109053’42”. Tìm toạ độ điểm B ? ΔXAB = d. CosαAB = 403,74. Cos109053’42” = 403,74 x (-0,340297) = -137,395m ΔYAB = d. Sin αAB = 403,74. Sin 109 53 42” = 403,74 x 0,940318 0 ’ = +379,644m XB = XA + ΔXAB = 2540,806 – 137,395 = 2403,411m YB = YA + ΔYAB = 4132,530 + 379,644 = 4512,174m VIII.3.2. Bài toán trắc địa nghịch Cho điểm M (XM = 3019,754m; YM = 5248,032m). N (XN = 2744,538m; YN = 5646,266m). Tính chiều dài d và góc định hướng αMN . ΔXMN = XN – XM = 2744,538 – 3019,754 = -275,216m http://www.ebook.edu.vn 18
  19. ΔYMN = YN – YM = 5646,266 - 5248,032 = + 399,191m d = ΔX 2 MN + ΔY 2 MN = 484,871m ΔYMN 399,194 TgR = = = 1,450475 ΔX MN 275,216 R = 55024’59” → α = 1800- 55024’59” = 124035’01” IX. HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG MỘT SỐ PHÉP TÍNH TRONG ĐO ĐẠC BẰNG MÁY TÍNH CẦM TAY IX.1. Đưa góc vào máy tính - Tìm chức năng trạng thái các hệ đơn vị đo góc: + Hệ độ, phút, giây : ấn MODE ấn 4 sẽ xuất hiện DEG. + Hệ rađian : ấn MODE ấn 5 sẽ xuất hiện RAD. + Hệ grat : ấn MODE ấn 6 sẽ xuất hiện GRA - Ví dụ đưa góc 30010’50’’ vào máy tính: Ấn MODE , ấn 4. + Ấn 3, ấn 0. ấn 0 ’ ” trên màn hình được số 30. + Ấn 1, ấn 0. ấn 0 ’ ” trên màn hình được số 30,16666667 + Ấn 5, ấn 0. ấn 0 ’ ” trên màn hình được số 30,18055556 + Kiểm tra: ấn SHIFT ấn 0 ’ ” được góc ban đầu 30010’50’’ IX.2. Tìm hàm lượng giác của các góc - Tìm hàm lượng giác của góc 30010’50’’ , ta làm như sau: Ấn MODE, ấn 4 - Đưa góc 30010’50’’ vào máy tính như ví dụ trên rồi ấn nút nhớ M+ + Ấn Sin ta được số 0,5017266 Sin(30010’50’’ ) + Ấn MR ấn Cos ta được số 0,8644454 Cos(30010’50’’ ) + Ấn MR ấn Tag ta được số 0,5815596 Tag(30010’50’’ ) + Ấn SHIFT ấn Min ta được số 1,1795140 Ctg(30010’50’’ ) IX.3. Hàm ngược Cho Tgx = 0,5772986 tính x = artg0,5772986. Ta tìm x như sau : Trên màn hình xuất hiện số 0,5772986. + Ấn SHIFT ấn Tag ta được góc độ theo số thập phân: 29,9977796. + Ấn SHIFT ấn 0 ’ ” được góc dạng độ, phút, giây 29059’52’’. IX.4. Tính Logarit sin của các góc Ví dụ: Tìm Log sin 59006’51’’ Đưa 59006’51’’ vào máy rồi ấn Sin được : 0,858192. Ấn Log được : - 0,066416. Ấn + ấn 10 ấn = được : 9.933584. http://www.ebook.edu.vn 19
  20. IX.5.Tính biến thiên Logarit sin của các góc thay đổi 1’’, ký hiệu δ’’ Ví dụ : Tìm biến thiên δ’’ của Lgsin 50049’37’’và Lgsin50049’38’’. Tìm Lgsin 50049’37’’được số 9,889437084, ấn MIN đưa vào bộ nhớ. Tìm Lgsin 50049’38’’được số 9.889438800. Ấn – ấn MR ấn = được số 0,000001715 đây chính là δ’’ Thông thường trong tính toán trắc địa, biến thiên Logarit sin của các góc khi góc đó thay đổi 1’’ lấy theo đơn vị 6 số lẻ của Logarit thập phân, do đó δ’’ở đây là δ’’ = 1,7. Xoá chữ số đang lưu bộ nhớ. Ấn 0 ấn MIN sẽ xoá số đang lưu bộ nhớ. X. CÁC ĐƠN VỊ THƯỜNG DÙNG TRONG TRẮC ĐỊA X.1. Đơn vị đo chiều dài Đơn vị cơ bản là mét (m). Các bội số của m: 1 dam = 10m ; Các ước số của m: 1 m = 10dm 1 m = 100cm 1 hm = 100m 1 m = 1000mm 1 km = 1000m X.2. Đơn vị đo diện tích Đơn vị cơ bản là m2 Các bội số của m2: 1a = 100m2 ; Các ước số của m2: 1m2 = 100dm2 1ha = 10000m2 1m2 = 10000cm2 1km2= 1000000m2 1m2 = 1000000mm2 X.3. Đơn vị thể tích: Đơn vị cơ bản là m3 X.4. Đơn vị đo góc thường dùng 1 góc tròn = 3600 ; 10 = 60’ ; 1’ = 60’’ X.4.1. Hệ độ, phút, giây: X.4.2. Hệ grat GR GR = 100C (centigrat) ; 1C = 100C(cc– 1 góc tròn = 400 ;1 miligrat) X.4.3. Quan hệ giữa độ và grat 1GR = 3600/400GR = 9/10 = 54’ ; 10 = 1GR.1111111 1C = 54/100 = 32’’,4 1’ = 1C,85 ; 1CC = 0,324 1’’ = 3CC,09 1Rad = 3600/2Π = 570,3 gọi là rô ρ X.4.4. Hệ Rađian (Rad): Đơn vị Rađian (ρ) được biểu thị theo độ, phút, giây: ρ0 = 570,3 ρ’ = 3438’ ρ’’ = 206265’’ http://www.ebook.edu.vn 20
nguon tai.lieu . vn