zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Kỹ Thuật - Công Nghệ

» Kiến trúc - Xây dựng

Bài giảng Trắc địa

Chia sẻ: Bùi Minh Đức | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:137

Báo xấu

229
lượt xem 47
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Những kiến thức cơ bản về trắc địa, công tác đo đạc bản đồ địa hình tỷ lệ lớn và mặt cắt địa hình, ứng dụng trắc địa trong công tác xây dựng các công trình dân dụng, công nghiệp, giao thông và thủy lợi là những nội dung chính trong bài giảng "Trắc địa". Hy vọng đây là tài liệu tham khảo hữu ích cho các bạn.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Trắc địa

Bài giảng: Trắc Địa LỜI GIỚI THIỆU Bài giảng Trắc địa biên sọan những kiến thức cơ bản về lĩnh vực trắc địa đại cương, trắc địa áp dụng trong xây dựng. Qua bài giảng này giúp cho sinh viên nắm vững các kiến thức cơ bản về trắc địa và có khả năng vận dụng, giải quyết các công tác trắc địa trong chuyên ngành được đào tạo như các ngành: Xây dựng DD & CN, Công trình thủy, Cầu đường, … Nội dung bài giảng gồm ba phần chính: Những kiến thức cơ bản về trắc địa. Công tác đo đạc bản đồ địa hình tỷ lệ lớn và mặt cắt địa hình. Ứng dụng trắc địa trong công tác xây dựng các công trình dân dụng, công nghiệp, giao thông và thủy lợi. Bài giảng Trắc địa chủ yếu được biên soạn dựa trên sự tham khảo các tài liệu trắc địa, các tiêu chuẩn, các quy phạm về trắc địa và sự đóng góp ý kiến của tập thể các bộ bộ môn Kỹ Thuật Xây Dựng Khoa Công Nghệ Trường Đại Học Cần Thơ. Mặt dù đã cố gắng biên sọan các nội dung vừa ngắn, đầy đủ vừa đảm bảo nội dung phù hợp với các chuyên ngành trên nên không khỏi có những sai sót, mong thầy cô, quí đồng nghiệp bỏ qua và đóng góp ý kiến, nội dung cho bài giảng được tốt hơn. Tác giả 1
Bài giảng: Trắc Địa CHƯƠNG 0 MỞ ĐẦU 1. KHÁI NIỆM VỀ TRẮC ĐỊA Trắc địa là một ngành khoa học chuyên nghiên cứu về hình dạng và kích thước của quả đất, về phương pháp đo đạc và biểu thị bề mặt quả đất dưới dạng bản đồ và số liệu. Tùy theo đối tượng và phương pháp nghiên cứu, trắc địa được chia ra các ngành: Trắc địa cao cấp: Nghiên cứu về hình dạng, kích thước của toàn bộ hoặc các vùng rộng lớn của bề mặt trái đất, xây dựng mạng lưới tọa độ quốc gia có độ chính xác cao. Trắc địa địa hình địa chính: Nghiên cứu quy trình công nghệ thành lập bản đồ địa hình, bản đồ địa chính bằng phương pháp đo vẽ trực tiếp hoặc bằng phương pháp sử dụng ảnh chụp từ máy bay hay ảnh vệ tinh. Trắc địa ảnh: Chuyên nghiên cứu các phương pháp chụp ảnh bề mặt trái đất và công nghệ đo ảnh để thành lập các loại bản đồ. Trắc địa công trình: Nghiên cứu phương pháp trắc địa trong khảo sát địa hình phục vụ thiết kế công trình, chuyển thiết kế ra thực địa, theo dõi thi công, kiểm tra kết cấu công trình và đo đạc biến dạng các loại công trình xây dựng. Bản đồ: Nghiên cứu các phương pháp biểu thị, biên tập, trình bày, chế bản, in và sử dụng các loại bản đồ địa lý, bản đồ địa hình, bản đồ địa chính và các loại bản đồ chuyên đề khác. Chế tạo máy và các loại thiết bị đo vẽ: Nghiên cứu chế tạo các loại máy đo ngoại nghiệp, các máy đo vẽ nội nghiệp, xây dựng các phần mềm chuyên dụng để xử lý, tích hợp, quản lý và khai thác số liệu trắc địa bản đồ. Ngày nay cùng với sự phát triển của điện tử tin học người ta đã đưa ra khái niệm mới “Địa tin học” (Geomatic). Đó là thuật ngữ liên quan đến việc thu thập, lưu trữ, quản lý, thể hiện và ứng dụng thông tin trong hệ quy chiếu không gian. Các thông tin vị trí, kích thước, hình dạng của các đối tượng trong thế giới thực và các thông tin liên quan khác được thu thập bằng cách sử dụng các kỹ thuật đo trực tiếp ở thực địa, kỹ thuật đo ảnh hàng không, ảnh viễn thám, sau đó 2
Bài giảng: Trắc Địa chúng được quản lý trong hệ thống máy tính điện tử hiện đại để khai thác sử dụng. 2. VAI TRÒ CỦA TRẮC ĐỊA TRONG XÂY DỰNG Trắc địa là ngành điều tra cơ bản, cung cấp số liệu ban đầu cho các ngành như: xây dựng, giao thông, thủy lợi, quốc phòng... Đặt biệt đối với lỉnh vực xây dựng cơ bản như công trình thủy điện, thủy lợi công trình cầu đường, khu công nghiệp, khu dân cư,… chúng ta có thể thấy rõ vai trò của trắc địa qua các giai đoạn thực hiện một công trình. Trong giai đoạn quy hoạch: người ta sử dụng bản đồ địa hình tỷ lệ nhỏ vạch ra các phương án quy hoạch, tổng thể, các phương án xây dựng công trình, các kế hoạch tổng quát khai thác và sử dụng công trình. Trong giai đoạn khảo sát: Cần thực hiện công tác đo vẽ cụ thể để thu thập tài liệu địa hình như: bản đồ địa hình, mặt cắt địa hình… để có giải pháp kỹ thuật hợp lý cho giai đoạn thiết kế xây dựng công trình. Trong giai đoạn thiết kế: Sử dụng tài liệu đo đạc trong giai đoạn khảo sát để thiết kế công trình lên đó. Người thiết kế phải có kiến thức đầy đủ về trắc địa để tính toán, bố trí công trình lên bản đồ một cách hợp lý nhất. Chuẩn bị phương án trắc địa để chuyển thiết kế ra thực địa. Trong giai đoạn thi công: Người kỹ sư phải có đủ kiến thức trắc địa đặt biệt là kiến thức về công tác bố trí công trình để tiến hành đưa bản vẽ thiết kế ra ngoài mặt đất đảm bảo công trình đúng vị trí, đúng độ cao và đúng kích thước đã thiết kế. Giai đoạn nghiệm thu, quản lý và khai thác công trình: Sau khi hoàn thành công trình cần đo vẽ hoàn công để kiểm tra vị trí, kích thước công trình đã xây dựng. Đối với những công trình quan trọng hay quy mô lớn thì trong qua trình thi công, quản lý và khai thác phải tiến hành công tác trắc địa phục vụ quan trắc biến dạng công trình gồm: quan trắc lún, chuyển dịch, nghiêng… 3. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA TRẮC ĐỊA Sự ra đời và phát triển của ngành trắc địa gắn liền với sự phát triển của xã hội loài người. Ngày nay chúng ta đã biết khá rõ lịch sử phát triển của trắc địa thông qua các tư liệu khảo cổ. Vào khoảng ba ngàn năm trước Công Nguyên, việc phân chia và chiếm hữu đất đai ở Ai Cập đã hình thành. Hàng năm sau các trận lũ sông Nin, người ta phải xác định lại ranh giới chiếm hữu đất. Điều đó thúc đẩy con người sáng tạo ra các công cụ và phương pháp thích hợp để đo đạc, phân chia đất. Đó chính là 3
Bài giảng: Trắc Địa điểm khởi đầu của môn trắc địa. Sau nền văn minh Ai Cập thì đến nền văn minh Hy Lạp cổ đại, thì thuật ngữ trắc địa xuất hiện có nghĩa “phân chia đất đai”. Và tiếp sau đó là nhiều công trình kiến trúc độc đáo ở Ai Cập và Hy Lạp đã được xây dựng nhờ vào trợ giúp của trắc địa. Trải qua nhiều thời đại cùng với sự phát triển của điện tử tin học và máy tính kỹ thuật số đã đem lại khả năng tự động hóa cao cho trắc địa bản đồ. Đặt biệt trong vài thập kỹ gần đây ngành trắc địa có những phát triển mạnh mẻ. Các máy móc thiết bị hiện đại ngày nay được sử dụng rộng rãi như máy kinh vĩ điện tử (Digital Theodolite – DT), máy đo dài điện tử (Electronic Distance Measuring – DEM), máy toàn đạc điện tử (Electronic Total Station), Công nghệ định vị toàn cầu GPS (Global Positioning System) công nghệ viển thám (Remote SensingRS), công nghệ thông tin địa lý (Geographic Information System – GIS), máy in số (Ploter)… Máy tính và các phần mềm chuyên dụng đã giúp ngành trắc địa xử lý nhanh chóng và chính xác toàn bộ số liệu, thành lập và lưu trữ bản đồ dưới dạng số, tạo điều kiện thuận lợi để tích hợp và sử dụng hợp lý các thông tin. Ở Việt Nam, Từ thời Âu Lạc đã biết sử dụng kiến thức Trắc địa và kỹ thuật đo đạc để xây dựng thành Cổ Loa xoáy trôn ốc và sau đó xây dựng kinh đô Thăng Long, đào kênh nhà Lê,… Năm 1496, vua Lê Thánh Tông đã ra lệnh vẽ bản đồ đất nước và Việt Nam đã có tập bản đồ “Đại Việt Hồng Đức”, một dấu ấn quan trọng chứng tỏa tổ tiên đã sớm có kiến thức và biết ứng dụng trắc địa bản đồ trong quản lý xây dựng nhà nước. Thời kỳ Pháp thuộc, người Pháp đã lập “Sở Đạc Điền Đông Dương”, đưa nhân viên kỹ thuật và dụng cụ đo đạc đến để thành lập các loại bản đồ địa hình, địa chính phục vụ khai thác, vơ vét tài nguyên ở Đông Dương. Ngành Trắc Địa Bản Đồ Việt Nam thật sự đã trở thành một ngành độc lập từ tháng 10 năm 1959 khi Thủ tướng Chính phủ ra quyết định thành lập Cục Đo Đạc Bản Đồ trực thuộc phủ Thủ tướng. Ngày 22/2/1994 Chính phủ ra quyết định số 12/CP về việc hành lập Tổng cục địa chính, Tổng cục quản lý ruộng đất và Cục đo đạc bản đồ nhà nước. Ngành Trắc Địa Bản Đồ Việt Nam đã triển khai công tác nghiên cứu và ứng dụng khoa học kỹ thuật trắc địa bản đồ trong xây dựng lưới tọa độ, độ cao cấp nhà nước, thành lập các bản đồ địa hình, địa chính và bản đồ chuyên đề phục vụ điều tra cơ bản, quản lý, xây dựng và bảo vệ đất nước. 4
Bài giảng: Trắc Địa CHƯƠNG 1 KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ TRẮC ĐỊA 1.1. HÌNH DẠNG VÀ KÍCH THƯỚC TRÁI ĐẤT 1.1.1. Hình dạng Mặt trái đất là một mặt cầu phức tạp, diện tích khoảng 510,2 triệu km2, trong đó đại dương chiếm 71% còn lục địa 29%, nên có thể coi mặt nước biển toàn cầu là mặt tổng quát của trái đất. Chổ cao nhất là đỉnh chomoluma trong dãy Hymalya cao 8882 mét, và chổ thấp nhất là vịnh Marian ở Thái Bình Dương sâu 11032 mét. Hãy tưởng tượng: mặt nước biển toàn cầu, hay chính xác hơn, mặt nước biển trung bình yên tĩnh kéo dài xuyên qua các lục địa, hải đảo làm thành một mặt cong khép kín, tại mỗi điểm bất kỳ pháp tuyến của mặt này luôn trùng với phương dây dọi. Mặt này được gọi là mặt nước gốc trái đất (mặt thủy chuẩn). Mặt này được nhà vật lý người Đức Listinger (1808 – 1882) gọi là mặt Geoid. Mặt Geoid không đi qua mặt nước biển trung bình yên tĩnh được gọi là mặt nước gốc giả định. Mặt đất tự nhiên Geoid Mặt nước gốc giả định A Hình 1.1 Mặt nước gốc (Geoid) 5 Hình 1.2
Bài giảng: Trắc Địa ` 1.1.2. Kính thước Các nghiêm cứu cấu tạo vỏ trái đất cho thấy vật chất sự phân bố vật chất không đồng nhất trong lòng trái đất, tốc độ quay và vị trí trục quay của trái đất luôn thay đổi nên mặt Geoid có dạng phức tạp, không biểu diễn được bằng các phương trình toán học. Qua nghiên cứu người ta thấy rằng mặt Geoid có dạng rất gần với mặt toán học Ellipsoid, là mặt bầu dục tròn xoay hơi dẹt ở hai cực, có bán kính lớn a, bán kính nhỏ b (Hình 1.3). Ellipsoid có các tính chất sau: khối lượng tương đương với Geoid, có trọng tâm trùng với trọng tâm của Geoid và có tổng bình phương các khoảng cách từ Eliipsoid tới Geoid là cực tiểu ( 2 = min). Khác với Geoid, phương của dây dọi tại mọi điểm không rùng với pháp tuyến của Ellipsoid mà lệch một góc , gọi là độ lệch dây dọi, có trị số trung bình 3” 4”. Mặt Ellipsoid được lấy làm mặt quy chiếu tọa độ các điểm trên bề mặt trái đất. Đặc trưng cho kích thước trái đất, ngoài bán kính lớn a và bán kính nhỏ b, người ta còn đưa khái niệm về độ dẹt tính theo công thức: a b (1.1) a Mặt đất tự nhiên Ellipsoid Geoid a O b Hình 1.3 6
Bài giảng: Trắc Địa Các đại lượng a, b, được nhiều nhà khoa học trên thế giới xác định dựa vào các số liệu đo đạc, tính toán và công bố với nhiều kết quả khác nhau (bảng 1.1). Bảng 1.1 Tác giả Quốc gia Năm Bán kính lớn Bán kính nhỏ Độ dẹt a(m) b (m) Delambre Pháp 1800 6.375.653 6.356.564 1:334.0 Valbek 1819 6.376.896 6.355.833 1:302.8 Everest Anh 1830 6.377.276 6.356.075 1:300.8 Besel Đ ức 1841 6.377.397 6.356.079 1:299.2 Clark Anh 1866 6.378.206 6.356.584 1:295.0 Clark Anh 1880 6.378.249 6.356.515 1:293.5 Gdanov Nga 1893 6.377.717 6.356.433 1:299.6 Hayford Mỹ 1909 6.378.388 6.356.912 1:297.0 Krasovski Nga 1940 6.378.245 6.356.863 1:298.3 WGS 72 Mỹ 1972 6.378.145 6.356.760 1:298.25 WGS 84 Mỹ 1984 6.378.137 6.356.752,3 1:298.257 Để làm mặt quy chiếu tọa độ, trước năm 1975 bán đảo Đông Dương, trong đó có Việt Nam, sử dụng Ellipsoid Clark (1880). Ở miền Nam Việt Nam từ năm 1955 đến năm 1975 sử dụng Ellipsoid Everest. Ở miền Bắc Việt Nam trước năm 1975 và cả nước đến năm 1999 sử dụng Ellipsoid Krasovski trong hệ tọa độ nhà nước Hà Nội – 72. Từ năm 2001 Việt Nam chuyển qua dùng Ellipsoid WGS84 (World Geodetic System 1984) để lập tọa độ quốc gia VN – 2000. 1.2. HỆ TỌA ĐỘ KHÔNG GIAN VÀ HỆ ĐỘ CAO 1.2.1. Hệ tọa độ địa lý Nhận trái đất là hình cầu, chọn tâm O của trái đất làm gốc tọa độ. Hệ tọa độ địa lý được tạo bởi mặt phẳng xích đạo và măt phẳng kinh tuyến gốc của kinh tuyến gốc. Mặt phẳng kinh tuyến là mặt phẳng chứa trục quay của trái đất. Giao tuyến của mặt phẳng kinh tuyến với quả đất gọi là kinh tuyến. Kinh tuyến đi qua thiên văn đài GreenWich (nước Anh) đNược quy ước là kinh tuyến gốc. GreenWich Mặt phẳng vĩ tuyến là mặt phẳng vuông gốc với trục quay của trái đất. Giao tuyến của mặt phẳng vĩ tuyến với quả đất gAọi là vĩ tuyến. Mặt phẳng chứa tâm của quả đất gọi là mặt phẳng xích đạo, giao tuyến của mặt phẳng xích đạo với quả đất gọi là đường xích đạo (vĩ tuyến gốc). O W E 7 S Hình 1.4
Bài giảng: Trắc Địa Mỗi điểm trên mặt đất trong hệ tọa độ địa lý được xác định bởi hai đại lượng kinh độ và vĩ độ. Kinh độ của một điểm là góc nhị diện hợp bởi mặt phẳng kinh tuyến đi qua điểm đó với mặt phẳng kinh tuyến gốc, ký hiệu là . Vĩ độ của một điểm là góc hợp bởi phương dây dọi đi qua điểm đó với mặt phẳng xích đạo, ký hiệu là . Kinh độ có giá trị từ 00 đến 1800 xuất phát từ kinh tuyến gốc về cả hai phía Đông và Tây được gọi tương ứng là kinh độ Đông và kinh độ Tây. Vĩ độ có giá trị từ 00 đến 900 xuất phát từ đường xích đạo về cả hai phía Bắc và Nam được gọi tương ứng là vĩ độ Bắc và vĩ độ Nam. Ví dụ tọa độ địa lý của thành phố Cần Thơ = 105046′54″Đ, =1002′2″B. Để xác định tọa độ địa lý người ta người ta dùng phương pháp quan trắc thiên văn. Hiện nay, việc xác định hệ tọa độ địa lý đước thực hiện một cách chính xác nhờ vào hệ thống định vị GPS (Global Positioning System). 1.2.2. Hệ tọa độ trắc địa Hệ tọa độ trắc địa được xác lập trên Ellipsoid quả đất có gốc là tâm O cùng hai mặt phẳng là mặt phẳng xích đạo và mặt phẳng kinh tuyến gốc đi qua GreenWich. GreenWich N A O B W E L S Hình 1.5 8
Bài giảng: Trắc Địa Vĩ độ trắc địa kí hiệu là B, Kinh độ ký hiệu là L. 1.2.3. Hệ độ cao Độ cao tuyệt đối là khoảng cách tính theo phương dây dọi từ điểm đó đến mặt nước gốc (Geoid). Ký hiệu H. Khoảng cách theo phương dây dọi của một điểm so với mặt nước gốc giả định gọi là độ cao giả định (độ cao tương đối). Ký hiệu H’. Khoảng cách theo phương dây dọi giữa hai mặt nước giả định đi qua hai điểm gọi là hiệu độ cao (độ chênh cao) của hai điểm đó. Ký hiệu h. Ví dụ như Hình 1.6 ta có : điểm A, điểm B có cao độ tuyệt đối HA, HB (so với mặt Geoid có cao độ ±0.000) và có cao độ tương đối là H’ A, H’B so với mặt nước giả định đi qua điểm do ta chọn trên mặt đất. Hiệu độ cao AB là: hAB = HB – HA A hAB B H’A HA H’B Mặt nước gốc giả HB định Mặt nước gốc (Geoid) Hình 1.6 9
Bài giảng: Trắc Địa 1.3. PHÉP CHIẾU VÀ HỆ TỌA ĐỘ PHẲNG Để biểu thị các yếu tố địa hình, địa vật lên mặt phẳng tờ bản đồ sau cho chính xác, ít bị biến dạng nhất ta sử dụng phép chiếu hình bản đồ thích hợp. Thông thường quy trình chiếu bản đồ được tiến hành tiến hành tuần tự theo hai bước: (1) chiếu các yếu tố trên bề mặt đất lên mặt chuẩn (mặt Ellipsoid), (2) chuyển từ mặt chuẩn sang mặt phẳng. 13.1. Phép chiếu Gauss và hệ tọa độ phẳng vuông góc Gauss – Kruger 1.3.1.1. Phép chiếu Gauss Để thể hiện một khu vực lớn trên bề mặt trái đất lên mặt phẳng người ta sử dụng phép chiếu Gauss. Phép chiếu Gauss là phép chiếu hình trụ ngang, đồng góc. Trong phép chiếu Gauss, trái đất được chia thành 60 múi chiếu 60 mang số thứ tự từ 1 đến 60 kể từ kinh tuyến gốc Greenwich sang Đông, vòng qua Tây bán cầu rồi trở về kinh tuyến gốc, mỗi múi chiếu được giới hạn bởi kinh tuyến tây và kinh tuyến đông. Kinh tuyến giữa của các múi chiếu được gọi là kinh tuyến trục, chia múi chiếu làm hai phần đối xứng (Hình 1.7). Độ kinh địa lý của các tuyến tây, đông và giữa các múi chiếu 60 thứ n được tính theo công thức sau: T = 60 (n – 1); D = 60 n; G = 60 n 30 (1.2) Trong đó: n – là số thứ tự của múi chiếu. B kinh tuyeá n truïc B ng n taâ y n ñoâ Greenwich kinh tuyeá 59 60 1 kinh tuyeá 8 2 3 4 5 6 7 N N Hình 1.7 10
Bài giảng: Trắc Địa K K' O C Hình 1.8 Để triển khai phép chiếu ta dựng một hình trụ ngang ngoại tiếp với Ellipsoid trái đất theo kinh tuyến trục (Hình 1.8) của múi chiếu thứ nhất, tất nhiên lúc này múi chiếu đối tâm cũng có kinh tuyến giữa tiếp xúc hoàn toàn với mặt trụ. Dùng phép chiếu xuyên tâm và lấy tâm trái đất làm tâm chiếu, chiếu múi này lên mặt trong ống trụ, sau đó tịnh tiến ống trụ về phía trái đất một đoạn tương ứng với chiều dài một cung trên mặt đất theo xích đạo chắn góc ở tâm bằng 60: R. 6 0 3,14 6374,11km 6 0 L 666,84km (1.3) 180 0 180 0 Và xoay trái đất đi một góc 60 chiếu múi thứ hai. Bằng cách tương tự ta lần lượt chiếu các múi còn lại, sau đó cắt mặt trụ theo đường sinh KK’ rồi trải thành mặt phẳng (Hình 1.9). Xích đạo trở thành trục ngang Y, kinh tuyến giữa của mỗi múi chiếu trở thành trục X của hệ tọa độ phẳng. Phép chiếu Gauss là phép chiếu mang tính đồng góc, nghĩa là các góc trên mặt Ellipsoid vẫn giữ nguyên trên mặt chiếu, còn chiều dài có biến dạng nhưng rất ít. Hệ số biến dạng chiều dài trên kinh tuyến giữa bằng 1, hệ số biến dạng chiều dài tại bất kỳ vị trí nào khác đều lớn hơn 1. Ở cùng vĩ tuyến nhưng càng xa kinh tuyến trục hoặc ở cùng một kinh tuyến nhưng càng xa xích đạo thì hệ số biến dạng chiều dài càng lx ớn. Ở biên múi 6 x x o hệ sốx biến dạng chiều dài là 1,0014, nghĩa là cạnh dài 1000m trên Ellipsoid khi chiếu lên mặt phẳng Gauss sẽ là 1000m + 1,4m. n truïc kinh tuyeá xích ñaïo y 11 Hình 1.9
Bài giảng: Trắc Địa 1.3.1.2. Hệ thống tọa độ vuông góc phẳng GaussKruger Mỗi múi chiếu là một tọa độ phẳng vuông góc. Để không có trị số hoành độ âm, thuận lợi cho việc tính toán, người ta qui ước chuyển trục X về bên trái 500km (Hình 1.10). Tung độ có trị số dương kể từ gốc tọa độ 0 về phía Bắc và trị số âm từ gốc tọa độ về phía Nam. Trái đất chia thành 60 múi chiếu 6o nên có 60 múi tọa độ. Để chỉ rõ tọa độ của một điểm trên mặt đất nằm múi tọa độ nào người ta ghi bên trái hoành độ số thứ tự của các múi chiếu. Ví dụ: tọa độ của điểm M là XM = 2209km, YM = 18.646km có nghĩa là M nằm ở nửa bên phải múi tọa độ thứ 18, cách xích đạo về phía Bắc 2.209km và cách kinh tuyến trục của múi thứ 18 một khoảng bằng 646 – 500 = 146km ( Hình 1.10). x xM M 500km yM y Hình 1.10 Nước ta nằm ở Bắc bán cầu, trên múi tọa độ thứ 18, 19 nên có trị số X luôn luôn dương và hai chứ số đầu của Y là 18 hoặc 19. Để tiện cho việc sử dụng bản đồ địa hình, tại khu vực biên giáp nhau giữa hai múi chiếu thường thể hiện cả hai lưới tọa độ rộng bằng một mạnh bản đồ ở mỗi bên. 12
Bài giảng: Trắc Địa Hệ tọa độ Gauss ở Việt Nam được thành lập năm 1972 được gọi là hệ tọa độ Nhà nước Hà Nội – 72 (hiện nay không còn sử dụng). Hệ này chọn Ellipsoid quy chiếu Krasovski. Gốc tọa độ đặt tại đài thiên văn Punkovo (Liên Xô cũ), truyền tọa độ tới Việt Nam thông qua lưới tọa độ quốc gia Trung Quốc. 1.3.2. Phép chiếu và hệ tọa độ vuông góc phẳng UTM – VN.2000 1.3.2.1. Phép chiếu UTM Phép chiếu UTM (Universal Transverse Mecator) cũng là phép chiếu hình trụ ngang đồng góc nhưng không tiếp xúc với mặt Ellipsoid tại kinh tuyến trục như trong phép chiếu Gauss mà cắt nó theo hai cát tuyến cách đều kinh tuyến trục 180km (Hình 1.11). Hệ số biến dạng chiều dài m = 1 trên hai cát tuyến, m = 0,9996 trên kinh tuyến trục và m > 1 ở vùng biên múi chiếu. Cách chiếu như vậy sẽ giảm được sai số biến dạng ở gần biên và phân bố đều trong phạm vi múi chiếu 6o. Đây chính là ưu điểm của phép chiếu UTM so với phép chiếu Gauss. N K K' O S Hình 1.11 1.3.2.2. Hệ tọa độ phẳng vuông góc UTM Trong hệ tọa độx(N) phẳng vuông góc UTM trục tung được ký hiệu là X hoặc N (viết tắt của chữ North là hướng Bắc), trục hoành được ký hiệu là Y hoặc E (viết tắt của chữ East là hướng Đông). Hệ tọa độ này cũng quy ước chuyển trục 180km X về bên trái cách kinh tuyến trục 500km ( Hình 1.12). Còn trị số quy ước của gốc tung độ ở Bắc bán cầu cũng là 0, ở Nam bán c 180kmầu là 10.000km, có nghĩa là gốc 0 tung độ ở Nam bán cầ0u đượ 500km c dời xuống đỉnh Nam cực. n truïc t tuyeán t tuyeán 10.000km y(E) kinh tuyeá caù caù 13 Hình 1.12
Bài giảng: Trắc Địa Nước ta nằm ở Bắc bán cầu nên dù tính theo hệ tọa độ Gauss hay hệ tọa độ UTM thì gốc tọa độ cũng như nhau. Bắt đầu từ giữa năm 2001 nước ta chính thức đưa vào sử dụng hệ tọa độ quốc gia VN–2000 thay cho hệ tọa độ Hà Nội72. Hệ tọa độ quốc gia VN–2000 sử dụng phép chiếu UTM, Ellipsoid WGS84 và gốc tọa độ đặt tại Viện nghiên cứu Địa chính Hà Nội. 1.3.3. Hệ tọa độ phẳng giả định và hệ tọa độ cực 1.3.3.1. Hệ tọa độ phẳng giả định Hệ tọa độ giả định hay còn gọi là hệ tọa độc lập, là hệ tọa vuông góc phẳng được xác lập bởi 2 trục OX , OY vuông góc nhau. Trục OX hoặc OY chọn tùy ý thông thường chọn trục OX hoặc OY song song trục chính của công trình, Gốc tọa độ nằm bên trái, phía dưới so với công trình sau cho mọi điểm trên mặt công trình có giá trị tọa độ đều mang dấu dương. Hệ tọa độ giả định thì rất linh hoạt nhưng nó chỉ có thể áp dụng trong phạm vi nhỏ. x Khu vöïc xaâ y döïng coâ ng trình 1.3.3.2. Hệ tọa độ cực Khi đo vẽ bản đồ địa hình người ta thường sử dụng hệ thống tọa độ cực O ịnh vị trí củHình 1.13 để nhanh chóng xác đ y a điểm địa vật, địa hình. 14
Bài giảng: Trắc Địa Vị trí điểm được xác định bởi hai đại lượng: góc bằng theo chiều kim đồng hồ so với hướng chuẩn và khoảng cách S. A O M Hình 1.14 1.4. HỆ TỌA ĐỘ WGS84 VÀ HỆ TỌA ĐỘ VN2000. 1.4.1. Hệ tọa độ WGS84 Đây là hệ tọa độ không gian được xây bởi cơ quan bản đồ Mỹ vào năm 1984 và được sử dụng hệ thống định vị toàn cầu GPS xác định vị trí điểm trên mặt đất và trong không gian. Elipsoid quy chiếu toạ độ WGS84 là Elipsoid toàn cầu WGS84. Hệ tọa độ này có gốc tọa độ là tâm của trái đất. Trục OZ là trục quay của trái đất, trục OX là giao tuyến của mặt phẳng kinh tuyến gốc (đi qua Greenwich) và mặt phẳng xích đạo, trục OY vuông gốc với trục OX và nằm trên mặt phẳng xích đạo. Bảng 1.2: Các tham số của hệ tọa độ WGS84 Bán trục lớn a 6.378.137m Bán trục nhỏ b 6.356.752,3m Độ lệch tâm thứ I e2 0.00669437999013 Độ dẹt α 1/298,257223563 Hệ quy chiếu cao độ Mặt Geoid toàn cầu, được đo đạc từ vệ tinh đo cao và đo trọng lực biển. Z GreenWich O Y X 15 Hình 1.15
Bài giảng: Trắc Địa 1.4.2. Hệ tọa độ VN2000 Elipsoid quy chiếu toạ độ Quốc gia VN2000 là Elipsoid WGS84 toàn cầu (các thông số cơ bản tương tự như bảng 1.2) được định vị lại cho phù hợp với lảnh thổ Việt Nam. Sử dụng phép chiếu UTM. Điểm gốc toạ độ Quốc gia (N00) đặt tại Viện nghiên cứu Địa chính, Tổng cục địa chính, đường Hoàng Quốc Việt, Hà Nội. Hệ quy chiếu cao độ là mặt thuỷ chuẩn Geoid đi qua một điểm được định nghĩa là mực nước gốc có cao độ 0,000 mét Hòn DấuHải Phòng (trước đây ở Niền Nam Việt Nam mực nước gốc lấy ở Mũi Nai, Hà Tiên bây giờ không còn sử dụng, quy đổi tương đối HH = HM + 0.167 m). 1.5. HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU GPS: Mảng không gian: 24 vệ tinh hoạt động 1.5.1. Giới thiệu hệ thống định vị toàn cầu GPS: 6 quỹ đạo nghiêng 550 Bán kính 20183km Xác định vị trí của từng điểm trên mặt đất là đối tượng nghiên cứu quan Chu kỳ 12 giờ trọng của Trắc địa. Công nghệ hiện đại nhất ngày nay để làm việc này chính là hệ thống định vị toàn cầu GPS (Global Positioning System). H Mảng điề ệu khi thống này đ ển: ược Mảng sử dụng (máy Chuẩện t Bộ quốc phòng Mỹ thiết kế và triển khai tư năm 1973, hi ần số ược sử dụng n nay đ GPS): rộng rãi trên th ế giới. Kỹ thuật định vị GPS được cụGiá tr c Đo đ ị tuy ệt đối gi ạc và b ờ GPS ản đ ồ Nhà Thu tín hi ệu vệ tinh Tính và phát toạ độ vệ tinh Tính to ạ độ nước (nay là T ổng cục địa chính) đưa vào Việt Nam từThu và ki ược sử d 1990 và đã đ ểm tra tính hi ệuụng có hiệu quả trong lĩnh vực đo đạc bản đồ. Trong tương lai ở Việt Nam còn sử dụng GPS cho nhiều ngành khác. 1.5.2. Cấu tạo của hệ thống định vị toàn cầu GPS Spring Hawai Kwajalein Hệ thống GPS gồm 3 bộ phận: Mảng không gian, mảng điều khiển, mảng người sử dụng (Hình 1.16). Colorado 16 Ascencion Diego Garcia Hình 1.16
Bài giảng: Trắc Địa 1.5.3. Nguyên lý định vị Các điểm mặt đất được định vị GPS trong hệ tọa độ địa tâm xây dựng trên Elipxoid WGS84. Vị trí không gian của điểm A hoàn toàn được xác định bởi ba thành phần toạ độ vuông góc là XA , YA và ZA. Nhưng làm thế nào để xác định được ba yếu tố XA, YA và ZA này? Giả sử 1: Có một điểm B trong không gian vũ trụ (ví dụ B là một vệ tinh nhân tạo) đã biết toạ độ vuông góc của nó vào thời điểm T là (XB, YB, ZB). Giả sử 2: Bằng một cách nào đó người ta đo được là khoảng cách từ A đến B (từ điểm A trên mặt đất đến điểm B là một vệ tinh) tại thời điểm T. Gọi R CA là véctơ định vị điểm A (mặt đất). Tại thời điểm T sẽ có mô hình toán học tương ứng là: R (XA, YA, ZA, T) (1.4a) Gọi r CB là véctơ định vị điểm B (vệ tinh). Tại thời điểm T sẽ có mô hình toán học tương ứng là: r (XB, YB, ZB, T) (1.4b) 17
Bài giảng: Trắc Địa Gọi AB là véctơ cự ly từ điểm A đến điểm B ở vào thời điểm T. Theo phép toán véctơ ta có: r R (1.4c) Từ đó có cự ly (là khoảng cách từ điểm A đến điểm B): r R (1.4d) Từ (1.4a) nhận thấy muốn định vị được A thì phải xác định được bốn yếu tố là: XA, YA, ZA, T. B Z r A R X O (C) Y Hình 1.17 1.5.4. Phương pháp đo GPS Phương pháp định vị tuyệt đối: sử dụng máy thu GPS để xác định tọa độ của điểm. Hình 1.18 Phương pháp định vị tương đối: sử dụng 2 máy thu GPS đặt ở hai điểm quan sát khác nhau để xác định hiệu tọa độ vuông góc không gian (∆X, ∆Y, ∆Z). 18 Hình 1.19
Bài giảng: Trắc Địa 1.5.5. Ưu điểm của hệ thống định vị toàn cầu GPS Hệ thống định vị toàn cầu GPS có các ưu điểm sau đây: Cho phép định vị điểm thống nhất trong toàn cầu. Cho phép định vị điểm vào bất kỳ lúc nào trong suốt 24 giờ của ngày đêm. Cho phép định vị điểm trong mọi thời tiết. Cho phép định vị điểm mục tiêu tĩnh và điểm mục tiêu di động đặt trên các phương tiện giao thông. Độ chính xác định vị cao, nhanh chóng. 1.5.6. Ứng dụng của hệ thống định vị toàn cầu GPS Hệ thống định vị toàn cầu GPS được ứng dụng rất rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau: trắc địa, bản đồ, xây dựng, quốc phòng, an ninh tình báo, giao thông vận tải, địa vật lý, địa chất .v.v.. 1.6. ĐỊNH HƯỚNG ĐƯỜNG THẲNG VÀ BÀI TOÁN CƠ BẢN VỀ GÓC ĐỊNH HƯỚNG 1.6.1. Định hướng đường thẳng và độ hội tụ kinh tuyến Để xác định một đường thẳng trên bản đồ, ngoài khoảng cách còn phải biết hướng của nó. Định hướng đường thẳng là xác định hướng của đường thẳng đó so với một hướng chuẩn nào đó, thực chất là xác định góc hợp bởi hướng chuẩn và hướng của đường thẳng đó. Trong trắc địa hướng chuẩn có thể là kinh tuyến thực, kinh tuyến từ hay kinh tuyến trục. 19
Bài giảng: Trắc Địa Ví dụ: Nếu đường thẳng AB có điểm A cố định và điểm B tự do thì sẽ có vô số hướng tương ứng với vị trí của điểm B trên đường tròn có bán kính bằng SAB (Hình 1.20). A SAB B Hình 1.20 Các kinh tuyến không song song với nhau mà đồng quy tại 2 cực, tính chất được đặc trưng bởi một đại lượng gọi là độ hội tụ kinh tuyến. Có công thức tính: γ = λ .sinϕ (1.5) Trong đó: λ hiệu số độ kinh của các kinh tuyến đi qua điểm đầu và điểm cuối của đường thẳng. ϕ độ vĩ của điểm giữa trên đường thẳng. T N A B W O E S Hình 1.21 20

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí

65 tài liệu

2431 lượt tải

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.