intTypePromotion=3

Bài giảng Trắc địa

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

0
121
lượt xem
40
download

Bài giảng Trắc địa

Mô tả tài liệu
  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:
Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Trắc địa

  1. 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
  2. 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
  3. 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
  4. 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
  5. 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
  6. 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
  7. 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
  8. 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
  9. 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
  10. 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
  11. 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
  12. 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
  13. 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
  14. 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
  15. 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
  16. 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
  17. 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
  18. 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
  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
  20. 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

 

Đồng bộ tài khoản