- Trang Chủ
- Địa Lý
- Giáo trình Trắc địa cơ sở 1 (Nghề: Trắc địa công trình - CĐ/TC): Phần 2 - Trường Cao đẳng nghề Xây dựng
Xem mẫu
- CHƯƠNG 5: ĐO DÀI VÀ THIẾT BỊ ĐO DÀI
Mục tiêu:
- Trình bày được ưu nhược điểm, điều kiện áp dụng của các phương pháp đo dài
thông dụng hiện nay; Trình bày được các loại sai số và biện pháp khắc phục trong đo dài;
- Phân biệt các dụng cụ thiết bị dùng trong đo dài thông dụng hiện nay; và tính toán
được số liệu đo dài; và các sai số trong quá trình đo dài, hiệu chỉnh các sai số đó;
- Tuân thủ quy trình, quy phạm đo dài, tính toán; Có tính kỷ luật, kiên trì, nghiêm
túc, trung thực trong học tập và công tác.
Nội dung chính:
1. Phương pháp đo khoảng cách trực tiếp
1.1. Khái niệm về phương pháp đo khoảng cách trực tiếp
Đo chiều dài là một trong những công tác cơ bản của trắc địa. Chiều dài nằm
ngang của một đoạn thẳng là một trong những số liệu cần thiết để xác định mặt bằng của
các đoạn thẳng.
Khi ta dùng các dụng cụ đo dài đặt trực tiếp trên đoạn thẳng cần đo, gọi là phương
pháp đo dài trực tiếp.
1.2. Dóng hướng đường đo
1.2.1. Dóng hướng bằng mắt
Giả sử cần xác định đường thẳng qua 2 điểm A và B ngắm thông nhau, trước hết
dựng 2 sào tiêu thẳng đứng trên 2 điểm đó. Một người đứng cách sào A khoảng 2m ÷ 3m,
ngắm về sào B sao cho sào A che lấp sào B (hình 5.1), đồng thời điều khiển sào C di động
cho tới khi sào A che lấp sào C: A, C, B thẳng hàng. Làm tương tự cho đến sào D, E ...
Hình 5.1. Dóng hướng bằng mắt
Khi cần kéo dài AB, người ta cũng làm tương tự (hình 5.2).
1.2.2. Dóng hướng bằng máy kinh vĩ
Muốn việc xác định đường thẳng có độ chính xác cao, ta dùng máy kinh vĩ để dóng
hướng đường thẳng.
a. Khi hai điểm đầu đoạn thẳng nhìn thấy nhau
Khi địa hình đơn giản, ta đặt máy kinh vĩ tại cọc A, ngắm sao B bằng dây giữa của
57
- lưới chữ thập trong ống kính của máy (hình 5.3) sau đó điều khiển các tiêu C, D ... nằm
trên hướng ngắm đó của máy.
Hình 5.2. Dóng hướng kéo dài bằng mắt
Hình 5.3. Định hướng bằng máy đối với địa hình bằng phẳng
Khi cần xác định đường thẳng vượt qua thung lũng, khe sâu ta cũng tiến hành
tương tự: trước hết, cắm 2 sào A và B và dùng mắt điều khiển cắm sào 1 thẳng hàng với
A và B (hình 5.4). Ngắm hướng B-1 để cắm sào 2 thẳng hàng với B-1, tiếp tục ngắm theo
chiều mũi têm, xác định các điểm 3, 4, ... Kiểm tra lại từ hướng A sang hướng B vị trí các
sào 5, 4, ....
Hình 5.4. Định hướng bằng máy khi qua khe sâu
b. Khi hai điểm đầu đoạn thẳng không nhìn thấy nhau
Nếu giữa A và B là một quả đồi, từ A không ngắm thông qua B. Cần xác định các
vị trí trung gian C và D thẳng hàng với A và B (hình 5.5). Trình tự tiến hành như sau:
Dựng 2 sào tiêu thẳng đứng tại A và B. Một người cầm sào tiêu C1 đứng ở sườn đồi ngắm
thông với B và điều khiển sào tiêu D1 thẳng hàng với C1B, đồng thời D1 ngắm thông được
với A. Người cầm sào tiêu D1 điều khiển sào C1 di động tới vị trí C 2 thẳng hàng với A,
D1, và đồng thời C2 ngắm thông được với B. Người cầm sào tiêu C 2 điều khiển sào tiêu
58
- D1 di chuyển tới vị trí D2 thẳng hàng với C2B, đồng thời D2 ngắm thông được tới A. Cứ
làm dần như vậy cho tới khi 3 sào tiêu A, C, D và C, D, B đồng thời thẳng hàng thì lúc đó
4 sào A, B, C, D cùng nằm trên một đường thẳng.
Hình 5.5. Định hướng đường thẳng qua đồi
Nếu giữa A và B là chướng ngại vật như nhà cửa, công trình cao, ta có thể áp dụng
phương pháp sau để xác định đường thẳng. Giả sử M và N là điểm nằm trên đường AB
(hình 5.6). Để xác định M và N, người ta phóng một đường phụ Ax; gọi b là chân đường
vuông góc hạ từ B xuống Ax và m, n là chân đường vuông góc hạ từ M và N xuống Ax.
Theo định lý về các
đường thẳng song song, ta
có kết quả sau:
Am
Mm = Bb (5.1)
Ab
An
Nn = Bb (5.2)
Ab Hình 5.6. Định hướng qua chướng ngại vật
Từ đó suy ra cách xác định M và N như sau: trước hết dùng máy kinh vĩ hoặc êke
gương phẳng xác định b, chân đường vuông góc hạ từ B xuống Ax. Trên Ax, chọn 2 điểm
m và n bất kỳ và đo lấy các đoạn Bb, Am, Ab, An rồi dùng các công thức (3.1) và (3.2) để
tìm ra Mn và Nn. Tại m và n, dóng các đường vuông góc với Ax và đo lấy các đoạn mM
và nN để đóng các cọc M, N: lúc này M và N nằm trên đường thẳng AB.
1.3. Các dụng cụ sử dụng trong đo dài bằng thước thép
Tùy thuộc vào yêu cầu độ chính xác, có thể dùng thước thép hoặc thước inva.
Trong môn học này, ta nghiên cứu đo dài trực tiếp bằng thước thép. Các dụng cụ được
dùng trong khi đo bao gồm:
59
- - Thước thép;
- Máy kinh vĩ, sào tiêu, cờ hiệu để dóng hướng;
- Que sắt và cọc gỗ để đánh dấu số lần đặt
thước thép và làm chuẩn khi đọc số;
- Ngoài ra, còn có: Hình 5.7. Thước thép, tiêu, que sắt
+ Lực kế dùng để đo kéo thước đúng bằng lực khi kéo thước kiểm nghiệm;
+ Nhiệt kế dùng để đo nhiệt độ để cải chính độ dãn nở của thước;
+ Thước đo góc đứng hoặc máy và mia thủy chuẩn để xác định chênh cao giữa hai
đầu đặt thước đẻ tính chuyển trị số đo chiều dài nghiêng về chiều dài bằng.
1.4. Cấu tạo và phương trình của thước thép
1.4.1. Cấu tạo thước thép
a. Thước thép thường
Là loại thước được làm bằng vải hoặc thép, có chiều dài 10m, 20m, 30m và 50m. Nó
được cuộn tròn trong hộp bằng nhựa, có khoảng chia nhỏ nhất 1cm. Thước bằng vải dễ co giãn
nên độ chính xác thấp (khoảng 1/2000) nên không có phương trình riêng.
b. Thước thép chính xác
Là loại thước được làm bằng hợp kim có độ giãn nở nhiệt thấp, có chiều dài từ 20 đến
50m, với khoảng chia nhỏ nhất 1mm. Thước cho phép đọc số chính xác đến 0,1mm nên có thể
dùng để đo chiều dài với độ chính xác cao (khoảng 1/20000) và có phương trình riêng.
1.4.2. Phương trình của thước thép
Khi đo ngoài thực địa, chiều dài của thước thay đổi theo nhiệt độ môi trường. Lúc
này chiều dài thực tế của thước được tính theo phương trình riêng của nó là:
lt = l 0 + l k + .l t 0 .(t − t 0 ) (5.3)
Trong đó:
l0 : Chiều dài danh nghĩa t 0 : Nhiệt độ khi kiểm nghiệm thước
: Hệ số giãn nở nhiệt của thước t : Nhiệt độ môi trường khi đo
l k = lt 0 − L0 : Là chênh lệch chiều dài thước ở nhiệt độ lúc kiểm nghiệm với chiều
dài chuẩn L0 .
1.5. Phương pháp đo dài bằng thước thép
Trong môn học này, ta chỉ xét phương pháp đo chiều dài bằng thước thép với độ
chính xác trung bình.
Biên chế nhóm đo gồm 3 người: 2 người căng thước một người ghi sổ; các dụng cụ
cần thiết là thước thép, sào tiêu, bộ que sắt và sổ ghi.
1.5.1. Trên khu đất bằng
60
- Trước hết, dựng 2 sào tiêu ở
hai đầu đường thẳng cần đo A và B
(hình 5.8); dùng phương pháp dóng
đường thẳng để xác định ra vài
điểm trung gian thẳng hàng với A
và B và dựng sào tiêu trên các
điểm đó. Hình 5.8. Đo dài bằng thước thép trên khu đất bằng
Trình tự thao tác như sau: một người cầm đầu thước có vạch 0m - gọi là người đi
"sau", đặt "0" tại tâm cọc A và giử đầu thước bằng một que sắt cắm trên tâm cọc A; một
người căng đầu kia của thước - gọi là người đi "trước" - cầm 10 que sắt (giả sử dùng bộ
11 que). Người "sau" ngắm các tiêu và điều khiển người "trước" xê dịch đầu thước sao
cho toàn thân thước nằm trên đường thẳng AB và ra hiệu lệnh "căng thước". Khi nghe
hiệu lệnh này, người "trước" căng thước bằng một lực vừa phải và cắm 1 que sắt tại vạch
20m và trả lới "xong". Người "sau" nhổ que sắt tại A, người "trước để lại 1 que cắm
xuống đất, cả hai cùng nâng thước tiến về B. Khi người "sau" tới chổ que sắt mà người
trước cắm lại thì hô dừng và lại đặt vạch "0" của thước vào vị trí que sắt, điều khiển người
"trước" xê dịch đầu thước cho thước thẳng hàng trên AB rồi thao tác lặp lại như lần đặt
thước thứ nhất. Cứ làm như vậy cho tới khi người "trước" hết bộ que sắt, tức là người
"sau" có trong tay 10 que thì đoạn đã đo tương ứng lần đặt thước (10 lần x 20m = 200m):
lúc đó người "sau" đưa 10 que cho người "trước" tiếp tục đo, và người ghi sổ căn cứ vào
số lần trao que để đánh dấu vào sổ. Khi đoạn cuối cùng ngắn hơn chiều dài thì phải căn cứ
vào tâm cọc B làm chuẩn để đọc số trên thước.
Giả sử sau khi đo xong đoạn thẳng AB, trong sổ ghi được 1 lần trao que, số que sắt
còn trong tay người "trước" là 5 que và đoạn lẻ cuối cùng đọc được là 12,23m thì chiều
dài đoạn AB sẽ là:
20m x 10 lần + 20m x 5 + 12,23m = 312,23m
Để kiểm tra và nâng cao kết quả đo, phải tiến hành đo 2 lần "đo đi" và "đo về" theo
hai chiều ngược nhau (từ A tới B và từ B về A).
Độ chính xác của kết quả đo được đánh giá bằng sai số tương đối tính theo công
thức:
1 d d − dv (5.4)
= = đi
T d tb d tb
Trong đó: dđi - là chiều dài lần "đo đi"; dvề - chiều dài lần "đo về"; dtb - giá trị trung
bình của hai lần"đo đi" và "đo về".
Phương pháp đo chiều dài trên đây có thể đạt độ chính xác 1:2000. Tùy theo yêu
cầu độ chính xác đo vẽ mà kết quả đo chiều dài phải đạt một số chính xác được qui định
trong Quy phạm đo đạc. Nếu sai số tương đối tính ở công thức 5.4 nằm trong phạm vi
phép thì lấy giá trị trung bình dtb làm kết quả cuối cùng.
1.5.2. Trên khu đất dốc
Đối với địa hình đo có độ dốc thì các chiều dài đo phải quy về chiều dài nằm ngang
61
- để đưa lên bản đồ hoặc mặt cắt, vì thế khi mặt đất dốc, cần có thêm dụng cụ điều chỉnh
thước về vị trí nằm ngang: Đó là ống thủy gắn vào thước gỗ, có tên gọi là nivô thợ nề.
Giả sử cần đo chiều dài nằm ngang d giữa A và B; hướng đo xuống dóc từ A về B
(hình 5.9).
Đặt đầu "0" của thước tại
A, đầu kia treo quả dọi, trên mặt
thước đặt nivô. Nâng hoặc hạ đầu
thước để đưa bọt ống thủy nhỏ vào
giữa ống, lúc đó thước nằm ngang;
căng thước và quả dọi rơi vào một
điểm, đánh dấu điểm đó và chuyển
thước đo tiếp về hướng B. Hình 5.9. Đo chiều dài ngang trên địa hình dốc đều
Khi độ dốc mặt đất quá lớn, và độ dóc tương đối đều, người ta đo trực tiếp chiều dài
nghiêng d’ và đo góc dốc V của mặt đất, sẽ tính được chiều dài nằm ngang theo công thức:
d = d'.cosV (5.5)
Để đo góc V của mặt đất,
dùng một loại dụng cụ đơn giản
như ở hình 5.10. Muốn đo góc dốc
V, cần dựng dụng cụ này trên điểm
A, đo lấy chiều cao i , rồi dựng một
sào có chiều cao là I trên điểm B.
Quay hướng ngắm vào đầu mút
của sào, lúc này dây dọi treo trên
thước chắn vào một số đọc trên bàn
độ, số đọc này chính là giá trị góc
dốc V của mặt đất. Hình 5.10. Đo góc dốc mặt đất
Nếu giữa A và B
mặt đất có độ dốc không
đều, ta chia chiều dài AB
thành nhiều đoạn nhỏ,
trong mỗi đoạn nhỏ độ
dốc mặt đất là đều và
cũng tiến hành đo như
trên, rồi cộng kết quả lại,
ta có chiều dài nằm ngang
của AB (hình 5.11) Hình 5.11. Đo chiều dài ngang trên địa hình dốc không đều
2. Độ chính xác đo chiều dài trực tiếp
2.1. Các loại sai số
2.1.1. Số cải chính kiểm nghiệm thước
62
- Là chênh lệch chiều dài thước ở nhiệt độ lúc kiểm nghiệm với chiều dài chuẩn L0 .
l k = lt 0 − L0 (5.6)
Sai số lk là một hằng số đối với một thước sau kiểm nghiệm. Nếu chiều dài cần
đo có n đoạn đặt thước thì số cải chính thước là:
s k = n.l k (5.7)
2.1.2. Số cải chính nhiệt độ
Là chênh lệch chiều dài thước ở nhiệt độ lúc đo (t) khác với nhiệt độ lúc kiểm
nghiệm ( t 0 ):
l t = .l.(t − t 0 ) (5.8)
Nếu tính cho toàn bộ chiều dài đo thì:
st = n.lt = n. .l.(t − t 0 ) (5.9)
2.1.3. Số cải chính do thước nghiêng
Là số cải chính khi chuyển trị số chiều dài nghiêng về chiều dài bằng mà ta đã xét
ở mục 1.5.2:
V V (5.10)
l h = (l − l. cosV ) = l (1 − cos 2 ) = 2l. sin 2
2 2
Nếu tính cho toàn bộ chiều dài đo thì:
n
(5.11)
s h = l h
1
2.1.4. Số cải chính do dóng hướng
Là số chênh chiều dài trị đo do thước đặt chệch hướng đo. Gọi u là giá trị lệch chiều
dài một lần đặt thước, ta có sai số dóng hướng một lần đặt thước:
u2 (5.12)
l d =
2l
Đại lượng luôn luôn dương, nên kết quả đo lớn hơn giá trị thực của nó. Nếu tính
cho cả chiều dài đo, ta có:
n
(5.13)
s d = l d
1
Nhưng trong thực tế không tính số cải chính này mà tùy thuộc độ chính xác cần đo
mà xác định độ chính xác cần thiết của dóng hướng.
2.1.5. Số cải chính do lực căng của thước
Thước thép có thể bị giãn dài khi chịu lực kéo ở hai đầu. Để giảm bớt ảnh hưởng của
sai số này, cần có lực kế gắn ở 2 đầu thước, và chỉ căng thước bằng lực căng tiêu chuẩn.
63
- P 2l (5.14)
l f = −
12 F
Trong đó: P: là trọng lượng đơn vị chiều dài thước; F: là lực căng của thước
Sai số này mang tính hệ thống. Nếu tính cho cả chiều dài đo, ta có:
n
(5.15)
s d = l f
1
Trong thực tế không tính số cải chính này mà cố gắng để lực kéo khi đo bằng lực
kéo khi kiểm nghiệm thước.
2.1.6. Số cải chính do đọc số
Sai số đọc số phụ thuộc vào khả năng phân ly của mắt, giá trị khoảng chia nhỏ nhất
trên thước (t), sai số vạch chuẩn trên các mặt cọc và số lần đọc số. Khi đo thước thép yêu
cầu độ chính xác cao người ta quy định:
s đs 0,7t (5.16)
2.17. Số cải chính do ảnh hưởng của gió
Khi đo, do ảnh hưởng của gió thổi ngang nên thước bị cong. Sai số này được tính
theo công thức:
Q 2l (5.17)
s g = −
24 F
Trong đó: Q: là lực căng của gió; F: là lực căng của thước
Nếu trong khi đo, chiều và lực của gió ổn định thì mang tính hệ thống. Nhưng để
đo đạt kết quả chính xác cao thì không nên đo lúc gió to.
Khi biết các nguyên nhân trên, có thể dùng các biện pháp đo, chọn điều kiện đo
thích hợp, tính toán hiệu chỉnh để ra kết quả đo đáng tin cậy nhất.
2.2. Số cải chính chuyển chiều dài đo về các mặt quy chiếu
2.2.1. Số cải chính chuyển chiều dài ngang về mặt Elipxoid thực dụng
Trong trắc địa lý thuyết chứng minh được công thức tính số cải chính chuyển chiều
dài ngang về mặt Elipxoid thực dụng khi đo bằng thước thép với khoảng cách không lớn
và độ chính xác không cao ta có thể dùng công thức gần đúng:
H tb (5.18)
S H = − S
Rtb
Trong đó: H tb : là độ cao trung bình của hai đầu khoảng cách đo; Rtb : là bán kính
trung bình của Elipxoid tại khu vực đo được tra từ bảng lập sẵn theo vĩ độ trắc địa trung
bình Btb và phương vị A của đường đo.
2.2.2. Số cải chính chuyển chiều dài trên mặt Elipxoid thực dụng về mặt Gauss-
Kriuger hoặc UTM
Trong trắc địa lý thuyết chứng minh được công thức tính số cải chính chuyển chiều
64
- dài trên mặt Elipxoid thực dụng về mặt Gauss- Kriuger hoặc UTM khi đo bằng thước thép
với khoảng cách không lớn và độ chính xác không cao ta có thể dùng công thức gần đúng:
ytb2 ' (5.19)
S y = − S
2 Rtb2
Trong đó: ytb = ( y A + y B ) / 2 là hoành độ trung bình của hai đầu khoảng cách đo;
S ' = S + S H - là chiều dài sau cải chính trên mặt Elipxoid thực dụng .
2.3. Độ chính xác của phương pháp đo chiều dài trực tiếp
- Sai số trung phương một lần đo tính theo công thức Betxen:
m=
VSVS (5.20)
n −1
Trong đó: VSi = S tb − S i - là độ chênh lệch trị đo thứ i với chiều dài trung bình; n - số lần đo.
- Sai số trung phương của n lần đo:
m (5.21)
mS =
n
- Sai số tương đối của chiều dài đo:
1 mS 1 (5.22)
= =
TS S (S : mS )
Chú ý: TS được làm tròn bội số của 10.
3. Đo chiều dài bằng máy quang học có dây thị cự thẳng
Hiện nay, đo dài gián tiếp sử dụng chủ yếu hai phương pháp chính là:
- Đo khoảng cách bằng máy có vạch đo khoảng cách và mia đứng.
- Đo dài bằng máy đo dài điện tử.
3.1. Đo dài bằng máy có tia ngắm ngang, mia đứng
Hình 5.12. Đo dài bằng máy và mia thủy chuẩn
65
- Theo hình 5.12, ta có:
d = d0 + f +TM (a)
Trong đó:
d- Khoảng cách từ máy đến mia; d0 - Khoảng cách từ tiêu điểm đến mia;
f - Tiêu cự kínhvật; TM - Khoảng cách từ trục quay của máy đến kính vật.
Qua hai tam giác đồng dạng g1Fp1 và QFP ta có:
g 1 p1 PQ PQ.FO (b)
= FT =
FO FT g 1 p1
Vì FT = d0 ; FO' = f; gọi đoạn PQ trên mia là n và khoảng cách giữa hai vạch đo
g1p1 và gp là e, ta có:
f (c)
d0 = n
e
Vì f, TM và e là hằng số của mỗi máy, nên tỷ số là hằng số và gọi là hằng số nhân,
ký hiệu là k, tổng số (f + TM) cũng là hằng số và gọi là hằng số cộng, ký hiệu là c. Khi
đó, từ (a) và (b), (c) ta có:
d = kn + c (5.23)
Để thuận tiện khi đo, các máy đo khoảng cách thường được cấu tạo sao cho k=100,
với các máy đo khoảng cách hiện đại thường có c = 0. Do đó trong thực tế người ta
thường dùng công thức:
d = kn (5.24)
3.2. Đo dài bằng máy có tia ngắm nghiêng, mia đứng
Khi tia ngắm nằm nghiêng
thì khoảng cách tính theo công thức
(5.23) không phải là khoảng cách
nằm ngang (hình 5.13). Khoảng
cách nằm ngang lúc này có thể tính
theo công thức tổng quát:
d = kn' cos2v + C cosv (5.25)
Trong đó: n’ - Khoảng cách
đọc trên mia khi tia ngắm nằm
nghiêng; v - góc đứng.
Các máy đo khoảng cách
hiện đại thường có C=0 nên công
thức trên có thể viết: Hình 5.13. Đo dài bàng máy kinh vĩ, mia thủy chuẩn
d = kn' cos2v (5.26)
Mặt khác, cos2v = 1 – sin2v nên (5.26) có thể viết:
66
- d = kn' + kn' sin2v (5.27)
3.3. Xác định hệ số nhân k của máy
Để thực hiện xác định hằng số k của máy, ta tiến hành như sau: Trên bãi đất phẳng
hình 5.14, ta bố trí sẵn các đoạn Si (i =1,2,3...). Đặt máy tại A, dựng mia lần lượt ở các
điểm i rồi dựa vào dây thị cự đọc các trị số ni.
Hình 5.14. Sơ đồ bố trí đo xác định hằng số k của máy.
Theo công thức 5.24, ta có:
S i = k .n i (5.28)
S i +1 − S i = k .(n i +1 − n i )
S i +1 − S i (5.29)
Vậy: k =
(n i +1 − n i )
Lấy trung bình cộng trị số k làm kết quả.
3.4. Độ chính xác đo khoảng cách bằng máy có dây thị cự thẳng
Trong trắc địa lý thuyết chứng minh được công thức tính đánh giá độ chính xác kết
quả đo khoảng cách bằng máy kinh vĩ và mia thị cự thẳng như sau:
2 2
mS
2
m m
2
m
2
(5.30)
= k + n + 4tg 2 v. V'' + '' .m2
S K n
Đối với máy kinh vĩ có k=100, Vx = 20x, theo công thức (5.30), ta tính được sai số
tương đối đạt từ 1/300 đến 1/400.
Đối với máy thủy chuẩn có k=100, Vx = 20x, theo công thức (5.30), ta tính được sai
số tương đối đạt từ 1/3000 đến 1/4000.
4. Đo dài điện tử
4.1. Nguyên lý đo
Các máy đo dài điện tử xác định khoảng cách theo phương pháp gián tiếp (hình
5.15). Tín hiệu có thể sử dụng là sóng điện từ , với vận tốc lan truyền tín hiệu v. Để xác
67
- định được khoảng cách máy đo thời gian từ lúc tín hiệu phát đi cho đến khi tín hiệu phản
hồi trở lại t. Khoảng cách được xác định theo công thức:
1 (5.31)
D= v.t
2
Trong đó:
D - Khoảng cách cần xác định
v - Vận tốc lan truyền tín hiệu
t - Thời gian lan truyền tín hiệu Hình 5.15. Sơ đồ đo khoảng cách bằng phương
pháp đo dài điện tử.
4.2. Độ chính xác đo dài điện tử
Độ chính xác đo khoảng cách D phụ thuộc vào độ chính xác xác định vận tốc trong
môi trường đo (v) và độ chính xác đo thời gian (t).
2 2 2
mD m m (5.32)
= v + t
D v t
Trong thực tế sản xuất người ta dung công thức thực nghiệm sau đây:
m D = a + bD (5.33)
Trong đó, các hệ số a,b được xác định bằng thực nghiệm. Ví dụ máy CT-5 có mD =
10mm+5.10-6.Dkm.
4.3. Các loại máy đo dài điện tử
Ngày nay công nghệ đo xa điện tử bằng phương pháp pha, xung, và công nghệ
laser đã được tích hợp chủ yếu trong các máy toàn đạc điện tử. Công nghệ laser được vận
dụng hiệu quả trong các dòng máy đo dài điện tử cầm tay, Ví dụ như máy đo dài điện tử
MS80A New.
Máy đo độ dài bằng tia laser 80m MS80A New là một dòng máy đo chiều dài
chuyên dụng sử dụng công nghệ đo khoảng cách bằng sự phản hồi tia laser khi chiếu đến
một vật cản, máy hoạt động mạnh mẽ với nhiều tính năng chuyên sâu sẽ giúp công việc
đo đạc của bạn trở lên đơn giản, nhanh chóng hơn
Máy có khả năng cộng dồn khoảng cách, tính toán diện tích và thể tích nhanh
chóng trực tiếp thông qua các phím, màn hình của máy, bạn cũng có thể lưu trữ dữ liệu đã
đo để thực hiện các tính toán sau này.
Đặc điểm kỹ thuật:
Dải đo 0.05 ~ 80m
Độ chính xác +/- 1.5mm
Đơn vị hiển thị m / in / ft
Lớp Laser 2class
68
- Loại Laser 635nm,
- Câu 5: Viết các công thức đánh giá độ chính xác kết quả đo dài bằng thước thép?
Câu 6: Chứng minh công thức đo dài bằng máy có cặp dây đo khoảng cách và mia đứng?
Độ chính xác và phạm vi áp dụng?
Câu 7: Trình bày cách xác định hệ số nhân của máy?
70
- CHƯƠNG 6: ĐO CAO VÀ THIẾT BỊ ĐO CAO
Mục tiêu:
- Trình bày được ưu nhược điểm, điều kiện áp dụng của các phương pháp đo cao
thông dụng hiện nay; Trình bày được các loại sai số và biện pháp khắc phục trong đo cao;
- Phân biệt các dụng cụ thiết bị dùng trong đo cao thông dụng hiện nay; và tính toán
được số liệu đo cao; và các sai số trong quá trình đo cao, hiệu chỉnh các sai số đó;
- Tuân thủ quy trình, quy phạm đo cao, tính toán; Có tính kỷ luật, kiên trì, nghiêm
túc, trung thực trong học tập và công tác.
Nội dung chính:
1. Khái niệm về các phương pháp đo cao
1.1. Phương pháp đo cao hình học
Dựa vào tia ngắm nằm ngang của máy thủy bình( thủy chuẩn), trong phạm vi hẹp coi
tia ngắm song song với mặt thủy chuẩn và vuông góc với phương dây dọi (vuông góc với
mia thủy chuẩn) để đo trực tiếp độ chênh lệch độ cao giữa hai điểm. Phương pháp này độ
chính xác cao, được dùng nhiều nhất trong công tác đo độ cao lưới và bố trí độ cao thi công.
1.2. Phương pháp đo cao lượng giác
Dùng máy kinh vĩ, để đo góc nghiêng của tia ngắm; khoảng cách nằm ngang giữa
hai điểm, dùng công thức lượng giác sẽ tính ra được chênh cao. Phương pháp này cho độ
chính xác thấp hơn đo cao hình học, song nó rất tiện lợi khi đo cao ở những vùng có địa
hình phức tạp.
1.3. Phương pháp đo cao thủy tĩnh
Dựa vào nguyên lý: mặt thoáng của một chất lỏng chứa trong hai bình thông nhau
luôn cao bằng nhau", người ta chế tạo ra máy đo cao thủy tĩnh để đo chênh cao giữa hai
điểm. Phương pháp này có độ chính xác khá cao, thường được ứng dụng trong trắc địa
công trình (khoảng cách 2 điểm cần đo gần nhau).
1.4. Phương pháp đo cao radio
Dựa vào tính chất phản xạ của sóng radio, người ta chế ra máy đo khoảng cách
(đứng) giữa bộ phận phát sóng và bộ phận phản xạ. Máy này sẽ cho kết quả là độ chênh
cao giữa hai điểm, phương pháp này áp dụng trong Trắc địa ảnh.
1.5. Phương pháp đo cao áp kế
Dựa vào tính chất "càng lên cao thì áp suất càng giảm", người ta dùng khí áp kế để đo
độ chênh áp suất không khí giữa hai điểm, từ đó có thể tính được chênh cao giữa chúng.
1.6. Phương pháp đo bằng hệ định vị toàn cầu GPS
Độ cao của các điểm trên mặt đất được xác định thông qua các số liệu thu từ vệ tinh.
1.7. Phương pháp đo cao tự động
Phương pháp đo cao tự động dựa vào nguyên lý hoạt động của con lắc trong máy
71
- đo cao điện tử.
Trong chương này chỉ giới hạn trình bày hai phương pháp đo cao thông dụng là
phương pháp đo cao hình học, phương pháp đo cao lượng giác, nhằm phục vụ chủ yếu
cho công tác đo vẽ bản đồ địa hình tỷ lệ lớn, đạt độ chính xác từ hạng III trở xuống.
2. Nguyên lý của phương pháp đo cao hình học
Theo nguyên lý đo cao hình học, người ta đưa trục ngắm của ống kính thủy chuẩn
về vị trí nằm ngang, đọc số đọc trên mia dựng ở các điểm đo. Tùy theo vị trí đặt máy ta có
2 phương pháp đo cao sau:
- Đặt máy ở giữa hai điểm cần đo gọi là đo thủy chuẩn từ giữa;
- Đặt máy ở một điểm, điểm kia dựng mia gọi là đo thủy chuẩn phía trước ( hay
còn gọi thủy chuẩn một phía).
Trong phương pháp đo cao hình học từ giữa, tùy thuộc vào dụng cụ, phụ kiện đo
và độ chính xác mà phân thành 2 phương pháp:
- Nếu dùng mia một mặt để đo, còn gọi là phương pháp đo cao từ giữa dùng mia một
mặt. Phương pháp này chỉ được áp dụng cho đo cao thủy chuẩn hạng IV và cấp kỹ thuật;
- Nếu dùng mia hai mặt cặp mia hằng số để đo, còn gọi là phương pháp đo cao từ
giữa dùng mia hai mặt cặp mia hằng số. Phương pháp này được áp dụng cho đo cao thủy
chuẩn từ hạng II, III, IV.
2.1. Đo thuỷ chuẩn từ giữa
Mô tả phương pháp đo cao
hình học từ giữa (hình 6.1). Sau khi
đặt máy ở khoảng giữa hai mia, sao
cho khoảng cách từ máy tới hai mia
gần bằng nhau DS − DT (3 5)m ;
Tiến hành cân bằng chính xác, quay
máy ngắm mia sau A - đọc số đọc a,
quay máy ngắm mia sau A - đọc số
đọc b, chênh cao giữa hai điểm A,B
được tính theo công thức sau:
hAB = a − b (6.1)
Hình 6.1. Đo thủy chuẩn từ giữa
Nếu độ cao điểm A biết trước là HA thì độ cao điểm B tính được là:
H B = H A + hAB (6.2)
Khi hai điểm A và B cách xa nhau hAB quá lớn, ta cần phải bố trí nhiều trạm máy
(hình 6.2), lúc này hAB là tổng chênh cao của các trạm:
n
(6.3)
hAB = hi
i =1
72
- Hình 6.2. Tổng chênh cao các trạm
2.2. Đo thuỷ chuẩn phía trước
Trường hợp máy thủy
chuẩn đặt tại điểm A đã biết độ
cao HA (hình 6.3), để xác định độ
cao của điểm lân cận (B), ta chỉ
cần đặt mia tại B, tương tụ như
trên, đo chiều cao máy hi và quay
máy ngắm mia B – đọc số đọc b,
ta tính được chênh cao hAB như
sau:
hAB = hi − b (6.4)
H B = H A + hi − b (6.5) Hình 6.3. Đo thủy chuẩn một phía
3. Cấu tạo máy và mia thủy chuẩn có độ chính xác trung bình
3.1. Cấu tạo máy thủy chuẩn
Máy thuỷ chuẩn tạo ra trục ngắm nằm ngang, thoả mãn nguyên lí đo cao hình học.
Trong thực tế máy thuỷ chuẩn còn được gọi là máy thuỷ chuẩn, máy nivô. Máy được sử
dụng khi đo cao hình học từ giữa hoặc đo cao hình học từ một phía. Ngoài ra có thể dùng
máy để đo khoảng cách với độ chính xác thấp.
3.1.1. Các bộ phận của máy thủy chuẩn
a. Ống kính
Ống kính là bộ phận quan trọng của máy gồm có thấu kính, các ốc điều chỉnh, dây
thị cự, dây chữ thập. Ống kính có thể quay quanh trục của máy (hình 6.4).
b. Ống thủy
Ống thủy gồm có một ống có bọt nước ở giữa được gắn vào bên trên ống kính cho
phép ta thăng bằng ống kính ở vị trí nằm ngang. Để cân bằng bọt nước người ta điều
chỉnh ba ốc cân bằng ở dưới bệ máy.
73
- c. Bệ máy
Bệ máy dùng để đỡ ống và nguyên bệ máy có thể xoay quanh một trục thẳng đứng
của máy.
Hình 6.4. Các bộ phận chính của máy thủy chuẩn
d. Ôc cân máy
Nối giữa bệ máy và đế máy là 3 ốc cân. Ôc cân giúp ta đưa các bọt nước vào giữa,
máy vào vị trí cân bằng, tia ngắm nằm ngang.
e. Đế máy
Đế máy là phần trung gian giữa bệ máy và chân ba trên dế máy có ba ốc cân bằng máy.
f. Chân máy thuỷ bình
Chân máy thuỷ bình là cái giá ba chân để đặt đầu máy thuỷ bình lên trên khi đo
đạc. Chân máy thuỷ bình có cấu tạo tương tự chân máy kinh vĩ nhưng có trọng lượng nhẹ
hơn. Được làm bằng gỗ hoặc bằng nhôm.
Các trục trên của máy thuỷ chuẩn phải thoả mãn các điều kiện hình học sau:
- Trục quay máy VV vuông góc với trục quang học của ống kính CC
- Trục quay máy VV vuông góc với trục TT của ống thuỷ dài
- Trục ngắm CC song song với trục ống thủy dài TT.
3.1.2. Máy thủy chuẩn cân bằng nhờ vít nghiêng và ống thủy dài
Cấu tạo của máy thủy chuẩn cân bằng nhờ vít nghiêng và ống thủy dài được mô tả
trên hình 6.5. Đặc điểm cơ bản của loại máy này là:
- Trục ngắm của ống kính CC không gắn cố định với trục đứng VV của máy mà
nhờ điều chỉnh vít nghiêng, nó có thể di động một góc nhỏ trong mặt phẳng thẳng đứng
chứa trục ngắm CC.
- Ống kính thủy dài được gắn liền với ống kính sao cho trục LL của nó song song
với trục ngắm CC.
74
- Hình 6.5. Máy thủy chuẩn cân bằng nhờ vít nghiêng và ống thủy dài
TT-Trục ống thủy, CC-Trục ống kính, VV-Trục đứng máy,
1-ống thủy dài, 2-ống thủy tròn, 3-ống kính,
4-ốc điều khiển parabol, 5-ốc cân máy, 6-Đế máy.
Nhược điểm của loại máy này là tại một trạm đo, khi đọc số phải cân bằng bọt thủy
dài chính xác dẫn đến kéo dài thời gian đo, và khi đo trong điều kiện nhiệt độ thay đổi, có
gió to... bọt thủy sẽ không ổn đinh (bị nở và rung) nên kết quả đo có dộ chính xác không
cao. Để khắc phục nhược điểm này, người ta chế tạo loại máy tự động cân bằng trục ngắm.
3.1.3. Máy thủy chuẩn tự động cân bằng trục ngắm
Nguyên lý chung của loại máy này là dựa vào tính tự cân bằng của con lắc hoặc
của bề mặt chất lỏng dưới tác dụng của trọng lực. Ở trạng thái yên tĩnh dây treo con lắc
trùng với phương dây dọi, còn bề mặt của chất lỏng vuông góc với phương dây dọi. Trong
các loại máy thủy chuẩn vận dụng các tính chất này theo các phương thức khác nhau cho
ra các loại máy thủy chuẩn cân bằng trục ngắm khác nhau.
(a)
(b)
Hình 6.6. Nguyên lý máy thủy chuẩn tự cân bằng trục ngắm
Hình 6.6a là trường hợp ống kính nằm ngang, số đọc O 1 ở trên mia (1) sẽ qua
quang tâm kính vật (2) cho ảnh trùng với tâm màng dây chữ thập O.
Ở hình 6.6b là trường hợp ống kính bị nghiêng một góc nhỏ ε , khi đó số đọc O 1
được tạo ảnh tại O’ còn tâm màng dây chữ thập sẽ trùng với số đọc O 2 trên mia. Điều đó
có nghĩa tâm màng dây chữ thập đã dịch chuyển khỏi trục nằm ngang một đoạn OO’.
75
- Nhiệm vụ của bộ cân bằng tự động là làm cho O trùng với O’.
Từ hình 6.6b ta có: OO’ = f.tgε
a. Tự cân bằng nhờ cánh tay đòn
Hình 6.7 mô tả phương
thức tự cân bằng nhờ cánh tay
đòn quanh điểm K đặt trên trục
ngắm ống kính.
Đây là phương thức cơ học
này xuất hiện đầu tiên, nhưng
hiện nay các máy không còn áp
dụng nó, vì tính ổn định kém. Hình 6.7. Máy thủy chuẩn tự cân bằng nhờ cánh tay đòn
b. Bộ tự cân bằng nhờ gương phẳng
Loại máy này tự cân bằng nhờ gương phẳng đặt ngoài trục ngắm, để khúc xạ tia
ngắm nằm ngang. Đây là phương thức cho ảnh thật, ngược chiều làm cho việc đo ngắm
kém chính xác, vì vậy hiện nay các máy không còn áp dụng nó.
c. Bộ tự cân bằng nhờ ống thủy dài
Loại máy này tự cân bằng nhờ một ống thủy dài đặt trong ống kính có trục song
song với trục ngắm và ảnh của bọt nước được hệ thống lăng kính chiếu lên màn dây chữ
thập.
Hình 6.8. Máy thủy chuẩn tự cân bằng nhờ ống thủy dài
d. Bộ tự cân bằng nhờ con lắc lăng kính
Loại máy này tự cân bằng nhờ tính chất tự cân bàng của con lắc và tính chất làm
lệch tia ngắm một cách hợp lý của hệ thống lăng kính.
Hình 6.9. Máy thủy chuẩn tự cân bằng nhờ con lắc lăng kính
(1): Lăng kính tam giác đóng vai trò con lắc
(2): Hai sợi dây kim loại treo con lắc
(3) và (4) hai con lăng kính tứ giác được gắn cố định.
76
nguon tai.lieu . vn
