KHÁI NI M CHUYÊN NGÀNH V TR C Đ A
Theo ti ng Hy L p thì thu t ng " Tr c đ a" ế có nghĩa là s " phân chia đ t đai ". V i ý nghĩa đó, ch ng t tr c đ a
đã ra đ i t r t s m.
S phát tri n c a n n s n xu t xã h i đòi h i Tr c đ a ngày càng ph i đ c p đ n nhi u v n đ , khái ni m " Tr c ế
đ a " cũng vì th có nghĩa r ng h n. Có th hi u "tr c đ a" là môn khoa h c v các ph ng pháp, ph ng ti n đo ế ơ ươ ươ
đ c và x lý s li u nh m xác đ nh hình d ng kích th c trái đ t; thành l p thành l p b n đ , bình đ , m t c t đ a ướ
hình ph c v xây d ng các công trình k thu t, đáp ng yêu c u c a các ngành kinh t qu c dân và qu c phòng. ế
Đ th c hi n nhi m v c a mình, Tr c đ a ph i ti n hành đo đ c m t đ t. Công tác đo đ c th c ch t quy v đo ế
m t s các y u t c b n nh : góc, c nh, chi u cao.... V i m c đích đo đ c hi u qu và chính xác, tr c đ a đã ế ơ ư
nghiên c u ng d ng các ph ng pháp trong đo đ c. ươ
Quá trình đo luôn t n t i các sai s nh h ng t i đ chính xác k t qu đo. Đ nh n đ c các tr đo xác su t nh t ưở ế ượ
và bi u di n chúng d i d ng b n đ , bình đ và m t c t đ a hình thì c n ph i x lý s li u đo. Ki n th c tr c đ a ướ ế
cùng v i toán h c, xác su t th ng kê, tin h c là nh ng công c quan tr ng đ th c hi n vi c x lý s li u.
Ph ng ti n đo là m t trong nh ng đi u ki n quan tr ng đ đo đ c chính xác và hi u qu . V i s pháp tri n m nhươ
m c a các ngành khoa h c nh quang h c, c khí chính xác, đi n t , tin h c đã ch t o ra các thi t b đo hi n ư ơ ế ế
đ i nh toàn đ c đi n t , th y chu n đi n t , máy đ nh v GPS. Máy móc, thi t b đo đ c hi n đ i cùng v i công ư ế
ngh tiên ti n th c s là cu c cách m ng sâu r ng c a ngành Tr c đ a, m ra kh năng không ch nghiên c u đo ế
đ c trên b m t trái đ t, d i lòng đ i d ng mà còn không gian ngoài trái đ t. ướ ươ
Các chuyên ngành tr c đ a
Tùy theo đ i t ng, quy mô và ph ng pháp nghiên c u khác nhau mà tr c đ a đ c chia thành các chuyên ngành ượ ươ ượ
khác nhau.
Tr c đ a cao c p có ph m vi nghiên c u r ng l n mang tính toàn c u ho c qu c gia. Nhi m v c a tr c đ a cao
c p là xác đ nh hình d ng, kích th c, tr ng tr ng l c trái đ t; xây d ng h th ng kh ng ch Nhà n c v i đ ướ ườ ế ướ
chính xác cao làm c s tr c đ a Qu c gia; nghiên c u khoa h c, nghiên c u bi n d ng v trái đ t. Tr c đ a caoơ ế
c p còn bao g m c tr c đ a v tinh nghiên c u đo đ c không gian ngoài m t đ t và tr c đ a bi n.
Tr c đ a đ a hình có nhi m v nghiên c u quy trình công ngh đo v b n đ đ a hình m t đ t dùng trong các
ngành đi u tra, xây d ng c b n và qu c phòng. ơ
Tr c đ a nh cũng có nhi m v nghiên c u đo v b n đ đ a hình, nh ng ti n hành b ng cách ch p nh m t đ t ư ế
b ng các máy nh đ c bi t t máy bay, v tinh ho c ngay t i m t đ t; sau đó x lý các t m nh ch p đ c đ ượ
thành l p b n đ .ậảồ
Tr c đ a công trình là tr c đ a ng d ng trong xây d ng công trình. Lĩnh v c này, Tr c đ a nghiên c u ph ng ươ
pháp, ph ng ti n ph c v thi t k , thi công xây d ng và theo dõi bi n d ng công trình.ươ ế ế ế
Tr c đ a b n đ có nhi m v nghiên c u các ph ng pháp chi u b n đ ; các ph ng pháp v , bi u di n, biên t p ươ ế ươ
và in n b n đ .ấảồ
Tr c đ a có vai trò quan tr ng trong giai đo n quy ho ch, thi t k , thi công và qu n lý s d ng các công trình xây ế ế
d ng c b n nh : xây d ng công nghi p, dân d ng; xây d ng c u đ ng; xây d ng th y l i, th y đi n. ơ ư ườ
Trong giai đo n quy ho ch, tùy theo quy ho ch t ng th hay chi ti t mà ng i ta s d ng b n đ đ a hình t l ế ườ
thích h p đ v ch ra các ph ng án quy ho ch, các k ho ch t ng quát khai thác và s d ng công trình. ươ ế
Trong giai đo n kh o sát thi t k , tr c đ a ti n hành thành l p l i kh ng ch tr c đ a, đo v b n đ , bình đ ế ế ế ướ ế
m t c t đ a hình ph c v ch n v trí, l p các ph ng án xây d ng và thi t k k thu t công trình. ươ ế ế
Trong giai đo n thi công, tr c đ a ti n hành công tác xây d ng l i tr c đ a công trình đ b trí công trình trên m t ế ướ
đ t theo đúng thi t k ; ki m tra, theo dõi quá trình thi công; đo bi n d ng và đo v hoàn công công trình. ế ế ế
Trong giai đo n qu n lý và khai thác s d ng công trình, tr c đ a th c hi n công tác đo các thông s bi n d ng ế
công trình nh đ lún, đ nghiêng, đ chuy n v công trình. T các thông s bi n d ng ki m ch ng công tác kh oư ế
sát thi t k , đánh giá m c đ đ n đ nh và ch t l ng thi công công trình.ế ế ượ
Tóm t t l ch s phát tri n c a ngành tr c đ a
Kho ng 3000 năm tr c Công nguyên, d c hai b sông Nin Ai C p, con ng i đã bi t dùng nh ng ki n th c s ướ ườ ế ế ơ
đ ng v hình h c và đo đ c đ phân chia l i đ t đai sau khi lũ rút, đó chính là kh i đ u c a môn đo đ t. Kho ng
th k th 6 tr c công nguyên, ng i Hy L p đã cho r ng trái đ t là kh i c u. Ki n th c đo đ c trong giai đo nế ướ ườ ế
này đã góp ph n xây d ng thành công các công trình ki n trúc đ c đáo Ai C p, Hy L p. ế
Th k th 16 nhà toán h c Meccat tìm ra đ c ph ng pháp chi u b n đ . Th k th 17 nhà bác h c Vecnieế ơ ượ ươ ế ế
phát minh ra du xích. Th k th 18 Delambre đo đ c đ dài kinh tuy n qua Pari và đ t đ n v đ dàiế ượ ế ơ
1m=1/40.000.000 đ dài kinh tuy n này. Th k th 19 nhà toán h c Gauss đã đ ra ph ng pháp s bình ế ế ươ
ph ng nh nh t và ph ng pháp chi u b n đ m i. R t nhi u nhà tr c đ a trên th gi i đã xác đ nh đ c kíchươ ươ ế ế ượ
th c trái đ t nh : Bessel(1841), ướ ư Everest(1830), Clarke(1866), Helmert(1906), Kraxovski(1940) và hi n t i
nhi u n c đang dùng WGS-84(1984). ướ
Vi t Nam, t th i Âu L c đã bi t s d ng ki n th c tr c đ a đ xây thành C Loa, kinh đo Thăng Long, kênh ế ế
đào nhà Lê...Năm 1469 vua Lê Thánh Tông đã v b n đ b n đ đ t n c có tên " Đ i Vi t H ng Đ c". ướ
C c đo đ c B n đ thành l p năm 1959, T ng c c Đ a chính thành l p năm 1994 đã tri n khai ng d ng khoa h c
k thuy t Tr c đ a trong xây d ng l i t a đ , đ cao Nhà n c; thành l p các lo i b n đ đ a hình, đ a chính ướ ướ
ph c v đi u tra c b n, qu n lý, xây d ng và qu c phòng. ơ
KHÁI NI M V Đ NH V ĐI M
M t đ t t nhiên là b m t v t lý ph c t p, nhìn toàn c nh trái đ t g n gi ng qu c u n c kh ng l v i h n 2/3 ướ ơ
di n tích b m t là đ i d ng và ph n di n tích còn l i là l c đ a, h i đ o. Trên m t đ t có ch cao trên 8km (đ nh ươ
Chomoluma d y Hymanaya); d i đ i d ng có n i sâu ướ ươ ơ d i -11km (h Marian Thái Bình D ng). Đ cao trungướ ươ
bình c a l c đ a so v i m c n c đ i d ng kho ng +875m. ướ ươ
Đ nghiên c u trái đ t và bi u di n nó trên m t ph ng, tr c đ a ph i ti n hành đo đ c m t đ t. Công tác tr c đ a ế
này th c ch t là xác đ nh v trí các đi m đ c tr ng c a b m t đ t trong h quy chi u t a đ nào đó và có th hi u ư ế
đó là đ nh v đi m. V trí các đi m trên m t đ t đ c xác đ nh b i thành ph n t a đ m t b ng và đ cao. ượ
M t thu chu n và h đ cao
Đ cao là thành ph n quan tr ng đ xác đ nh v trí không gian c a các đi m trên m t
đ t, đ có đ cao các đi m ta ph i xác đ nh các m t chu n quy chi u đ cao. ế
M t th y chu n
M t n c bi n trung bình tr ng thái yên tĩnh, t ng t ng kéo dài xuyên qua các l c đ a, h i đ o t o thành b ướ ưở ượ
m t khép kín đ c g i là m t th y chu n trái đ t. M i qu c gia trên c s s li u quan tr c m c n c bi n nhi u ượ ơ ướ
năm t các tr m nghi m tri u đã xây d ng cho mình m t m t chu n đ cao riêng g i là m t th y chu n g c (hình
1.1).
T i m i đi m trên m t th y chu n g c, ph ng đ ng dây d i (ph ng tr ng l c) luôn trùng v i ph ng pháp ươ ườ ươ ươ
tuy n. Vì v t ch t phân b không đ ng đ u trong lòng trái đ t nên ph ng đ ng dây d i t i các đi m trên m tế ươ ườ
th y chu n g c không h i t v tâm qu đ t đã làm cho b m t này g gh , g n sóng và đây cũng ch là b m t
v t lý. Trong tr c đ a s d ng m t th y chu n làm m t chu n đ cao.
Các m t th y chu n song song v i m t th y chu n g c đ c g i là m t th y chu n quy c, có vô s m t th y ượ ướ
chu n quy c. ướ
h th ng đ cao
Đ cao tuy t đ i c a m t đi m trên m t đ t là kho ng cách theo ph ng đ ng dây d i t đi m đó đ n m t th y ươ ườ ế
chu n g c. hình 1.1, đ cao tuy t đ i c a đi m A và B t ng ng là đo n HA và HB có tr s d ng, còn hi u ươ ươ
đ cao gi a chúng g i là đ chênh cao hAB.
Vi t Nam h đ cao tuy t đ i (đ cao th ng) l y m t th y chu n g c là m t n c bi n trung bình qua nhi u ườ ướ
năm quan tr c t i tr m nghi m tri u Hòn D u S n, H i Phòng). Đ cao các đi m l i kh ng ch nhà n c, ơ ướ ế ướ
đ cao trong các lo i b n đ đ a hình, đ a chính và các công trình tr ng đi m nhà n c đ u ph i g n v i h đ ư
cao tuy t đ i này.
Đ cao t ng đ i c a m t đi m (đ cao quy c hay đ cao gi đ nh) là kho ng cách theo ph ng đ ng dây d i ươ ướ ươ ườ
t đi m đó t i m t th y chu n quy c. hình 1.1, n u ch n m t th y chu n đi qua đi m B là m t th y chu n ướ ế
quy c thì đ cao quy c c a đi m A là đo n hAB.ướ ư
Các công trình quy mô nh , xây d ng n i h o lánh xa h th ng đ cao nhà n c thì có th dùng đ cao quy ơ ướ
c. Trong xây d ng công trình công nghi p và dân d ng ng i ta th ng ch n m t th y chu n quy c là m tướ ườ ườ ư
ph ng n n nhà t ng m t.
H to đ đ a lý
H t a đ đ a lý nh n trái đ t là hình c u v i g c t a đ là tâm trái đ t, m t ph ng kinh tuy n g c qua đài thiên ế
văn Greenwich n c Anh và m t ph ng vĩ tuy n g c là m t ph ng xích đ o ( hình 1.2). M t đi m trên m t đ t ướ ế
trong h t a đ đ a lý đ c xác đ nh b i hai thành ượ
ph n t a đ là đ vĩ đ a lý ϕ và đ kinh đ a lý λ.
Hình 1.2
Đ vĩ đ a lý c a đi m M là góc h p b i ph ng đ ng dây d i đi qua đi m đó v i m t ph ng xích đ o. Đ vĩ nh n ươ ư
giá tr 0o xích đ o và 90o hai c c. Các đi m trên m t đ t có đ vĩ b c hay nam tùy thu c chúng n m b c
hay nam bán c u.
Đ kinh đ a lý c a m t đi m là góc nh di n h p b i m t ph ng kinh tuy n g c và m t ph ng kinh tuy n đi qua ế ế
đi m đó. Đ kinh đ a lý nh n giá tr t 0o đ n 180o và tùy ế thu c vào đi m đang xét n m đông hay tây bán c u
mà nó có đ kinh t ng ng là đ kinh đông hay đ kinh tây. ươ
H t a đ đ a lý dùng đ xác đ nh v trí các đi m trên m t đ t, nó có u đi m là th ng nh t cho toàn b qu đ t ư
nh ng nh c đi m là tính toán ph c t p. M t s ngành s d ng h t a đ này nh : thiên văn, hàng không, hàngư ượ ư
h i, khí t ng th y văn… ượ
Trong tr c đ a cao c p, m t c u trái đ t đ c thay b ng m t Elipxoid tròn xoay t o b i Elip có bán tr c l n a, bán ượ
tr c nh b và đ d t α quay quanh tr c quay c a trái đ t. V trí các
đi m trên b m t trái đ t trong h t a đ này cũng đ c xác đ nh b i đ vĩ tr c đ a B, kinh đ ượ
tr c đ a L và đ cao tr c đ a H.
PHÉP CHI U B N Đ VÀ H T A Đ VNG
GÓC PH NG
khái ni m v phép chi u b n đ ế
M t đ t là m t cong, đ bi u di n trên m t ph ng sao cho chính xác, ít bi n d ng nh t c n ph i th c hi n theo ế
m t quy lu t toán h c nào đó g i là phép chi u b n đ . ế
Đ th c hi n phép chi u b n đ , tr c tiên chi u m t đ t t nhiên v m t chu n ( m t c u ho c m t Elipxoid), ế ướ ế
sau đó chuy n t m t chu n sang m t ph ng. Tùy theo v trí đ a lý c a t ng n c mà có th áp d ng các phép ướ
chi u b n đ chu phù h p, trong giáo trình này ch trình bày khái ni m v m t s phép chi u hay đ c s d ng.ế ế ư
phép chi u m t ph ng và h t a đ vuông góc quy cế ướ
Khi v c đo v nh có di n tích nh h n 100 km2, sai s bi n d ng phép chi u b n đ nh nên có th coi khu v c ơ ế ế
đó là m t ph ng và các tia chi u t tâm trái đ t là song song v i nhau. ế
N u khu v c y n m nh ng n i h o lánh, xa l i kh ng ch nhà n c thì có th gi đ nh m t h t a đ vuôngế ơ ư ế ướ
góc v i tr c OX là h ng b c t xác đ nh b ng la bàn, tr c Y vuông góc v i tr c OX và h ng v phía đông; g c ướ ư
t a đ là giao c a hai tr c và ch n phía tây nam c a khu đo (hình1.3).
Phép chi u UTM và h t a đ Qu c gia Vi t Nam VN-2000ế
Phép chi u UTMế
Phép chi u b n đ UTM (Universal Transverse Mercator) là phép chi u hình trế ế
ngang đ ng góc và đ c th c hi n nh sau: ượ ư
Chia trái đ t thành 60 múi b i các đ ng kinh tuy n cách nhau 6o, đánh s th t các múi t 1 đ n 60 b t đ uườ ế ế
t kinh tuy n g c, ng c chi u kim đ ng và khép ế ượ v kinh tuy n g c.ế
D ng hình tr ngang c t m t c u trái đ t theo hai đ ng cong đ i x ng v i nhau qua kinh tuy n gi a múi và có t ườ ế
l chi u k = 1 (khôngế b bi n d ng chi uế dài). Kinh tuy n tr cế n m ngoài m t tr có t l chi uế k =
0.9996.
Dùng tâm trái đ t làm tâm chi u, l n l t chi u t ng múi lên m t tr theo nguyên lý c a phép chi u xuyên tâm. ế ượ ế ế
Sau khi chi u, khai tri n m t tr thành m t ph ng ( xem hình 1.4).ế
Phép chi u UTM có u đi m là đ bi n d ng đ c phân b đ u và có tr s nh ; m t khác hi n nay đ thu n ti nế ư ế ượ
cho vi c s d ng h t a đ chung trong khu v c và th gi i Vi t Nam đã s d ng l i chi u này trong h t a đ ế ướ ế
Qu c gia VN-2000 thay cho phép chi u Gauss-Kruger trong h t a đ cũ HN-72. ế
H t a đ vuông góc ph ng UTM
Trong phép chi u UTM, các múi chi u đ u có kinh tuy n tr c suy bi n thành đ ng th ng đ ng đ c ch n làmế ế ế ế ườ ượ
tr c OX; xích đ o suy bi n thành ế đ ng ườ n m ngang ch n làm tr c OY, đ ng th ng OX vuông góc v i OYườ
t o thành h t a đ vuông góc ph ng UTM trên các múi chi u (hình 1.5). ế
Đ tr s hoành đ Y không âm, ng i ta quy c r i tr c OX qua phía tây 500km và quy đ nh ghi hoành đ Y cóườ ướ
kèm s th t múi chi u phía tr c (X= 2524376,437; Y = 18.704865,453). Trên b n đ đ a hình, đ ti n cho s ế ướ
d ng ng i ta đã k nh ng đ ng th ng song song v i tr c OX và OY t o thành l i ô vuông t a đ . H t a đ ườ ườ ướ
vuông góc ph ng UTM này đ c s d ng trong h t a đ VN-2000. ượ
H t a đ Qu c gia Vi t Nam VN-2000
H t a đ VN-2000 đ c Th t ng Chính ph quy t đ nh là h là h t a đ Tr c đ a- B n đ Qu c gia Vi t Nam ượ ư ế
và có hi u l c t ngày 12/8/2000. H t a đ này có các đ c đi m:
S d ng Elipxoid WGS-84 (World Geodesic System 1984) làm Elip th c d ng, Elip này có bán tr c l n a =
6378137, đ det α = 1:298,2.
S d ng phép chi u và h t a đ vuông góc ph ng UTM. ế
G c t a đ trong khuôn viên Vi n Công ngh Đ a chính, Hoàng Qu c Vi t, Hà N i.
H Đ NH V TOÀN C U GPS
H đ nh v toàn c u GPS (Global Positioning System) đ c B Qu c phòng M tri n khai t nh ng năm 70 c a ượ
th k 20. Ban đ u, h th ng này đ c dùng cho m c đích quân s , sau đó đã đ c ng d ng r ng rãi trong cácế ượ ượ
lĩnh v c khác. V i u đi m n i b t nh đ chính xác, m c đ t đ ng hóa cao, hi u qu kinh t l n, kh năng ng ư ư ế
d ng m i n i, m i lúc, trên đ t li n, trên bi n, trên không…nên công ngh GPS đã đem l i cu c cách m ng k ơ
thu t sâu s c trong lĩnh v c tr c đ a.
Vi t nam, công ngh GPS đã đ c nh p vào t nh ng năm 1990 và đã đ c ng d ng r ng rãi trong nhi u lĩnh ượ ượ
v c. Trong tr c đ a công ngh GPS đã đ c ng d ng đ thành l p l i t a đ liên l c đ a, l i t a đ qu c gia ượ ướ ướ
cho đ n đo v chi ti t b n đ .ế ế
Công ngh GPS cũng đã đ c ng d ng trong tr c đ a công trình đ thành l p l i kh ng trong đo v b n đ , thi ượ ướ
công và quan tr c chuy n d ch bi n d ng công trình. So v i các ph ng pháp truy n th ng thì ng d ng GPS đ ế ươ
thành l p l i kh ng ch u đi m n i b t nh : ch n đi m linh ho t h n, không c n thông h ng gi a các ư ế ư ư ơ ướ
đi m, c nh đo nhanh h n và có th đo c ngày l n đêm, đ chính xác cao và t đó hi u qu cao h n. ơ ơ
Nguyên lý đ nh v GPS
Các đi m m t đ t đ c đ nh v GPS trong h t a đ đ a tâm xây d ng trên Elipxoid WGS-84. H t a đ có g c ượ
t a đ O là tâm trái đ t, tr c OX là đ ng th ng n i tâm trái đ t v i giao đi m kinh tuy n g c c t đ ng xích đ o; ườ ế ườ
tr c OY vuông góc v i OX, tr c OZ trùng v i tr c quay trái đ t và vuông góc v i m t ph ng xoy (hình 1.6).