Giáo trình trắc địa - chương 5: Đo chênh cao

Chia sẻ: Nguyen Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:11

Thêm vào BST

Báo xấu

2.612
lượt xem 117
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đo chênh cao là một dạng của công tác trắc địa nhằm xác định hiệu số độ cao các điểm trên mặt đất hoặc xác định độ cao của các điểm đó so với mặt phẳng được chọn làm gốc.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình trắc địa - chương 5: Đo chênh cao

Chương 5 ĐO CHÊNH CAO I. KHÁI NIỆM CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO CHÊNH CAO Đo chênh cao là một dạng của công tác trắc địa nhằm xác định hiệu số độ cao các điểm trên mặt đất hoặc xác định độ cao của các điểm đó so với mặt phẳng được chọn làm gốc. I.1. Giới thiệu các phương pháp đo chênh cao Dựa vào nguyên lý trong hình học và vật lý ta có các phương pháp đo chênh cao sau: - Phương pháp đo cao hình học (đo thuỷ chuẩn) là xác định chênh cao giữa 2 điểm nhờ tia ngắm nằm ngang của máy thuỷ chuẩn. - Phương pháp đo cao lượng giác là xác định chênh cao giữa 2 điểm dựa vào mối tương quan lượng giác trong tam giác tạo bởi tia ngắm nghiêng, khoảng cách ngang giữa hai điểm và phương dây dọi đi qua điểm cần xác định độ cao. - Phương pháp đo cao áp kế là dựa vào nguyên tắc về sự thay đổi của áp suất khí quyển theo độ cao. - Phương pháp đo cao thuỷ tĩnh là dựa vào nguyên tắc bình thông nhau khi có chất lỏng trong bình. - Phương pháp đo cao rađiô có nguyên lý giống nguyên lý đo khoảng cách bằng sóng điện từ, máy đo cao radiô được đặt trên máy bay. - Phương pháp đo cao tự động. - Theo nguyên lý hoạt động của con lắc máy được đặt trên ô tô. - Dựa vào ngành điện tử tin học. I.2. Nguyên lý đo cao hình học Dựa vào tia ngắm nằm ngang của máy thuỷ chuẩn, ứng với số đọc trên mia tại các điểm đó để xác định chênh cao giữa các điểm, nguyên lý do cao hình học phân làm hai trường hợp sau: I.2.1. Đo cao hình học phía trước lAB Ở đây để đơn giản ta tạm coi mặt nước gốc là mặt phẳng nằm ngang, tia ngắm nằm B hAB iA ngang của máy thuỷ chuẩn song song với A mặt nước gốc, trục đứng của máy và mia HA dựng vuông góc với mặt nước gốc. HB Giả sử cần xác định chênh cao giữa 2 Mặt nước gốc điểm A và B ta đặt máy thuỷ chuẩn tại A, cân bằng máy đo chiều cao máy là iA. Tại B dựng Hình 5-1 http://www.ebook.edu.vn 70
mia thẳng đứng hướng ống kính ngắm mia B, đưa bọt ống thuỷ dài vào vị trí giữa ống, dựa vào dây chỉ ngang giữa đọc số trên mia B là lB, vậy ta có: hAB = iA - lB (5-1) Nếu biết độ cao điểm A là HA, ta sẽ xác định được độ cao điểm B: HB = HA + hAB (5-2) I.2.2. Đo cao hình học từ giữa Giả sử cần đo chênh cao giữa 2 điểm A và B ta đặt mia thẳng đứng ở A và B, máy thuỷ T S chuẩn đặt ở giữa A và B, sau khi cân bằng máy B chính xác, tia ngắm cắt mia A ở S, cắt mia B ở hAB T, chênh cao hAB là : A hAB = S – T (5-3) HB HA Nếu A đã biết độ cao thì độ cao điểm B Mặt nước gốc được tính theo công thức (5-2). Trường hợp điểm A và B cách xa nhau thì Hình 5-2 ta cần chia thành nhiều đoạn để đo chênh cao cho từng đoạn, gọi là đo cao hình học theo tuyến (hình 5-3). Các điểm 1, 2,..., n gọi là các điểm chuyền độ cao. Theo hình 5-3 ta có: Sn Tn nB hn T2 S2 hAB S1 T1 2 1 h2 h1 A Hình 5-3 h1 = S1-T1 h2 = S2-T2 ............... hn = Sn-Tn ___________________ n n n h AB = ∑ hi = ∑ s i − ∑ Ti (5 - 4) 1 1 1 Công thức tính độ cao điểm B là: HB = HA + hAB = HA + h1 + h2 + ... + hn http://www.ebook.edu.vn 71
II. MÁY MIA THUỶ CHUẨN II.1. Cấu tạo máy thuỷ chuẩn Máy thuỷ chuẩn gồm các bộ phận chính sau: - Ống kính: Gồm kính vật, kính mắt, kính chữ thập, ốc điều quang. - Ống thuỷ: Gồm có 2 loại: + Ống thuỷ tròn lắp ở thân máy dùng để cân bằng sơ bộ. + Ống thuỷ dài được gắn chặt với ống kính dùng để đưa tia ngắm về vị trí nằm ngang, khi bọt ống thuỷ dài vào vị trí Hình 5-4 chính xác giữa ống thì ảnh của nó trong ống kính có dạng hình parabôn (hình 5- 4). - Đế máy là bộ phận nối liền giữa máy và chân máy, đế máy có 3 ốc cân máy để đưa bọt ốnh thuỷ tròn vào giữa ống. II.2. Mia thuỷ chuẩn Mia thuỷ chuẩn làm bằng gỗ tốt, rộng từ 8-10cm dày từ 2 - 2,5cm, dài 3m hoặc 4m. Hai đầu của mia bọc bằng kim loại để chống mòn. Mia thuỷ chuẩn thường có 2 mặt ghi số, mặt chính gọi là mặt đen gồm có vạch khắc tô mầu đen, mặt còn lại gọi là mặt đỏ, gồm các 74 75 29 vạch tô mầu đỏ, nền của hai mia tô mầu trắng, ở mỗi mặt giá trị khoảng chia nhỏ nhất thường là 73 74 1cm, cứ 5 vạch thì hợp thành chữ E. Mỗi 28 khoảng 10 vạch ghi số đến dm. Một máy thuỷ chuẩn thường có hai mia gọi là một cặp mia. Trên mỗi mia người ta ghi số ở mặt đen từ 00 đến 29 (hoặc 39) còn mặt đỏ không bắt đầu từ 00 mà là một số nào đó, chẳng hạn 45 hoặc 46. 46 47 01 Trị số chênh cao số đọc bắt đầu giữa mặt đen và mặt đỏ của mỗi cặp mia gọi là hằng số K của mia đó. Số chênh mặt đỏ 1 cặp mia thường là 45 46 1dm, ví dụ cặp 4474, và 4574. 00 Mặt đỏ Mặt đỏ Cách đọc số trên mia : trước khi đọc số Mặt đen mia B mia A trên mia cần chú ý để dây chỉ đứng của lưới chữ thập trùng giữa mia và phải đưa bọt ống thuỷ dài Hình 5-5 về vị trí trung tâm. Đọc đủ 4 số gồm hàng m, dm, cm, mm theo chiều tăng ghi số tương tự như đọc mia đo khoảng cách. http://www.ebook.edu.vn 72
II.3. Đế mia Đế mia làm bằng kim loại , hình tam giác, ở giữa nhô cao từ 3-5 mm, có 3 chân nhọn tạo thành tam giác để cắm xuống đất. ( hình 5-6 ) Hình 5-6 II.4. Kiểm nghiệm máy thuỷ chuẩn II.4.1. Kiểm nghiệm và hiệu chỉnh ống thuỷ tròn Đặt máy lên chân máy chắc chắn, dùng các ốc cân máy đưa bọt nước tròn về vị trí trung tâm, sau đó quay máy đi các hướng khác nhau mà bọt nước không bị lệch đi thì điều kiện thoả mãn, nếu lệch dùng tăm sắt điều chỉnh đưa bọt ống nước tròn về vị trí trung tâm, sau đó kiểm tra lại. II.4.2. Kiểm nghiệm điều kiện dây chỉ ngang của lưới chữ thập phải nằm ngang - Đặt máy lên chân máy chắc chắn, dùng các ốc cân máy cân bằng chính xác, hướng ống kính ngắm mia dựng thẳng đứng cách xa máy 30-40m ở các vị trí trái, giữa, phải. a b Hình 5-7 Tại mỗi vị trí trước khi đọc số trên mia phải đưa bọt ống thuỷ dài trên ống kính về vị trí trung tâm, nếu 3 số đọc này bằng nhau thì điều kiện này thoả mãn, nếu khác nhau (tăng hoặc giảm dần) thì ta phải hiệu chỉnh - Cách hiệu chỉnh: Vặn lỏng ốc màng dây chữ thập, xoay kính chữ thập để đưa dây chỉ ngang về vị trí nằm ngang, tức là 3 số đọc ở 3 vị trí phải bằng nhau, sau đó vặn các ốc lại. II.4.3. Kiểm nghiệm và hiệu chỉnh điều kiện trục ống thuỷ dài gắn trên ống kính phải song song với trục ngắm của ống kính (sai số góc i) http://www.ebook.edu.vn 73
Trên mặt đất đóng 2 cọc A và B cách nhau từ 50 đến 60m. Theo phương pháp đo cao hình học từ giữa tại trạm máy J1 ta đọc số trên mia A là a1, mia B là b1 còn x là lượng sai trên mia do điều kiện trên không thoả mãn, ta có: hAB = a1 - b1 (a) Do máy đặt giữa A và B nên lượng sai bị triệt tiêu: hAB = ( a1 + x ) - ( b1 + x ) = a1 - b1 Trên hướng A, B đặt máy tại j cách B từ 3-5m, sau khi cân bằng máy quay máy ngắm mia A và mia B đọc số là a2 và b2 . δx Δh i b2 a2 i i x x b1 J2 a1 B hAB J1 S A Hình 5-8 Chú ý: Trước khi đọc số phải dưa bọt nước dài về vị trí trung tâm, ta có: hAB = ( a2 + Δh ) - ( b2 + δx ) Vì J2 gần B nên δx ≈ o, do đó ta có: hAB = ( a2 + Δh ) - b2 So sánh (a) và (b) ta có: a1 - b1 = ( a2 + Δh ) - b2 → Δh = ( a1 - b1) - (a2 - b2 ) nếu ⎮Δh⎮ ≤ 4mm thì coi điều kiện này thoả mãn. ⎮Δh⎮ > 4mm ta hiệu chỉnh như sau. Tại vị trí máy J2 ta dùng ốc vi động ống thuỷ dài đưa số đọc trên mia A về số (a2 + Δh) lúc này bọt ống thuỷ dài bị lệch, ta dùng tăm sắt điều chỉnh để đưa bọt ống nước dài về vị trí giữa ống. III. ĐO THUỶ CHUẨN KỸ THUẬT Theo quy định thì đo thuỷ chuẩn kỹ thuật thường được áp dụng phương http://www.ebook.edu.vn 74
pháp đo cao hình học từ giữa, có thể dùng mia hai mặt số hoặc mia 1 mặt số. III.1. Phương pháp đo III.1.1. Thao tác đo với mia 2 mặt số Giả sử cần xác định độ chênh cao giữa hai điểm A và B ta thao tác như sau: (S) (T) Ta gọi mia xuất phát A là mia sau (S) B mia tiếp theo là mia trước (T), máy thuỷ chuẩn A đặt giữa A và B, sau khi cân bằng máy ta ngắm Hình 5-9 đọc mia theo thứ tự sau: - Ngắm mặt đen mia sau đọc số dây chỉ trên, dây chỉ dưới đọc được số đọc (1) và (2) cân bằng bọt ống thuỷ dài đọc số dây chỉ ngang số đọc (3). - Quay máy ngắm mặt đen mia trước đọc số dây trên, dây dưới là (4) và (5) cân bằng bọt ống thuỷ dài đọc số dây chỉ ngang là (6). - Để nguyên máy, quay mia trước sang mặt đỏ, cân bằng bọt ống thuỷ dài, đọc số trên mia theo dây chỉ ngang là (7). - Quay máy ngắm mặt đỏ mia sau, cân bằng bọt ống thuỷ dài và đọc số trên mia trên dây chỉ ngang là (8). Trình tự thao tác trên gọi là: “Sau - trước - trước - sau”. III.1.2. Thao tác với mia một mặt số Nếu dùng mia một mặt số ta thao tác như sau: - Quay máy ngắm mia sau đọc số 3 dây chỉ (dưới, trên, giữa). - Quay máy ngắm mia trước đọc số 3 dây chỉ (dưới, trên, giữa). Thay đổi chiều cao máy ít nhất là 10 cm, sau khi cân bằng máy chính xác thì: - Ngắm mia trước dọc số dây chỉ giữa. - Ngắm mia sau đọc số dây chỉ giữa. Đo xong mỗi trạm tính toán ngay, nếu đạt yêu cầu thì chuyển sang trạm khác trường hợp khoảng cách từ A đến B dài thì ta phải phân thành từng đoạn nhỏ để đo chênh cao từng đoạn sau đó cộng dồn từng đoạn sẽ được chênh cao A và B Chú ý: Trước khi đọc số bao giờ cũng phải cân bằng bọt ống thuỷ dài trên ống kính. http://www.ebook.edu.vn 75
III.2. Ghi sổ tính toán Mẫu đo cao hình học kỹ thuật từ giữa và tính toán: Đo từ mốc Đến mốc Ngày đo Người đo Người ghi sổ Hằng số mia: KT = 4473; KS = 4573 Bảng 5-1: Số đọc trên mia Số đọc dây giữa Chênh Chênh Độ cao cao cao Mia sau Mia trước Trạm các TB dây trên dây trên Mia sau Mia trước đo điểm h hTB dây dưới dây dưới (1)2975 (4)0529 (3)2795 (6)0351 +2444 1 (2)2616 (5)0172 (8)7369 (7)4825 +2544 +2444 35,9 35,7 4574 4474 1517 1442 1227 1153 +074 2 0936 0865 5701 5726 -025 +0074 58,1 57,7 4474 4573 (1), (2) - Số đọc dây trên, dây dưới mặt sau mia đen. (3) - Số đọc dây giữa mia sau mặt đen. (4) (5) - Số đọc dây trên dây dưới mia trước mặt đen. (6) - Số đọc dây dưới giữa mia trước mặt đen. (7) (9) - Số đọc giây giữa mặt đỏ mia trước và mia sau. (1)- (2) - Khoảng cách từ máy đến mia sau. (4)- (5) - Khoảng cách từ máy đến mia trước. (3)- (6) - Chênh cao giữa hai điểm tính theo mặt đen. (8)- (7) - Chênh cao giữa hai điểm tính theo mặt đỏ. (8)- (3) - Hằng số mia sau. (7)- (6) - Hằng số mia trước. Hằng số cặp mia là 100mm là số chênh mặt đỏ của cặp đó. Chênh cao trung bình một trạm tính theo công thức: hđen + ( hđỏ ± 100 ) hTB = 2 http://www.ebook.edu.vn 76
III.3. Một số quy định trong đo cao hình học - Trung thành với số đọc - Ghi chép rõ ràng, sạch sẽ, không tẩy xoá, không chữa số. nếu ghi nhầm phải gạch bỏ số nhầm, ghi số đúng lên phía trên đầu số bị gạch. - Đo trạm nào thì phải tính xong trạm đo đó, kết quả đạt yêu cầu thì mới chuyển sang trạm khác, sau mỗi ngày đo khải cộng dồn và kiểm tra. - Số chênh khoảng cách từ máy đến mia trước và từ máy đến mia sau tối đa 5m. - Hiệu số độ chênh cao mặt đen, mặt đỏ, hoặc chênh cao 2 lần đo (mia một mặt) trên một trạm máy không quá 7mm. IV. ĐO CAO LƯỢNG GIÁC IV.1. Nguyên lý đo cao lượng giác Đo cao lượng giác là dùng tia ngắm nghiêng với tia ngắm ngang để đo góc đứng và một số yếu tố khác có liên quan, dùng công thức lượng giác để xác định chênh cao giữa 2 điểm. Nguyên lý của phương pháp được minh hoạ ở hình 5-10. Theo hình vẽ, nếu ta đo được: iA - chiều cao máy tại A. lB - chiều cao tiêu khi ngắm M (từ B đến số đọc dây giữa sào S’ h’ lB Z tiêu, hoặc mia B). V N S’ - khoảng cách nghiêng. B iA hAB S - khoảng cách ngang. V - góc đứng đo được khi A Hình 5-10 ngắm điểm M trên tiêu hoặc trên mia. h’ = MN = StgV Ta có: (h’ là cạnh đối diện góc V) hAB + lB = iA + h’ → hAB = h’ + iA - lB (5-5) hAB = StgV + iA - lB (5-6) Công thức này áp dụng cho trường hợp khoảng cách từ máy đến mia ≤ 300m. Nếu chiều dài từ máy đến mia > 300m ta phải xét đến độ cong của quả đất và khúc xạ ánh sáng, ký hiệu là f. Qua thực nghiệm chứng minh được công thức tính f như sau: s2 f = 0 . 42 R http://www.ebook.edu.vn 77
Trong đó: S - là chiều dài từ máy đến tiêu. R = 6370km - là bán kính trung bình của trái đất. Tuy nhiên, tuỳ theo yêu cầu mà người ta có thể tính f hoặc bỏ đi người ta có thể lập bảng tra thông số f để tiện sử dụng. * Tuỳ theo các yếu tố đo được trong đo cao lượng giác mà h’ có thể được tính theo các công thức khác nhau: 1- Nếu đo được góc đứng V và khoảng cách nằm ngang S thì ta có công thức tính chênh cao như sau: h’= S. tgV hAB = h’+iA-lB+f= S.tgV+iA-lB+f (5-7) 2 - Nếu đo góc thiên đỉnh Z và khoảng cách nằm ngang S thì ta có công thức: h’= S. CotgZ hAB = h’+iA-lB+f = S.CotgZ+iA-lB+f (5-8) 3 - Nếu khoảng cách S được đo bằng máy kinh vĩ có dây thị cự thẳng thì: S’= K.n 1' S = S’. Cos2V = S .Sin 2V 2 h’= S.tgV = S’. Cos2V.tgV hAB = h’+iA-lB+f = S. tgV+iA-lB+f (5-9) Trong đó: K - hằng số nhân (thông thường K = 100). n - khoảng cách từ chỉ trên đến chỉ dưới của dây thị cự. S’ -khoảng cách nghiêng từ máy tới mia. Chú ý: Trường hợp khoảng cách S < 300m ta có thể bỏ số cải chính f trong các công thức trên: IV.2. Phương pháp đo và tính trong tuyến đo cao lượng giác Khi cần xác định các điểm độ cao trong tuyến đo cao lượng giác, thông thường áp dụng hai phương pháp đo: Phương pháp đo cách điểm (hình 5-11a) và phương pháp đặt máy trên tất cả các điểm (phương pháp đo đi đo về) (hình 511b). Trong 2 phương pháp này thì phương pháp đặt máy trên tất cả các điểm độ chính xác cao hơn nhưng tốn nhiều công hơn. Còn các thao tác ghi và tính toán thì 2 phương pháp này là giống nhau. http://www.ebook.edu.vn 78
C B E D A C B A b a Hình 5-11 Trình tự thao tác tại một trạm là: + Khi biết khoảng cách nằm ngang S giữa các điểm đo ta chỉ cần đo chiều cao máy tại điểm đặt máy, chiều cao tiêu ngắm và góc đứng từ điểm đặt máy đến điểm ngắm rồi tính chênh cao theo các công thức (5-7), (5-8) hoặc (5-9), tuỳ theo số liệu đo. + Khi chưa biết khoảng cách nằm ngang giữa các điểm ta có thể dùng máy kinh vĩ có dây thị cự thẳng và mia đứng, trình tự đo như sau: Đặt máy kinh vĩ tại điểm trạm đo (B), tiến hành định tâm, cân bằng máy. Sau đó đo chiều cao máy và để máy ở vị trí bàn độ trái. Tại điểm A và B dựng mia thẳng đứng. Hướng ống kính máy kinh vĩ ngắm chính xác mia A đọc số đọc chỉ trên, chỉ dưới, đọc số đọc trên bàn độ đứng là TR. Đảo ống kính ngắm chính xác mia A, đọc số đọc bàn độ đứng là PH. Hiệu chỉnh sai số M0 vào giá trị góc đứng. Sau đó quay máy sang mia C, tiến hành các thao tác đo như trên. Chênh cao từ điểm đặt máy đến điểm đặt mia được tính theo một trong các công thức (5-7), (5-8) hoặc (5-9). Nếu chênh cao các cạnh được đo đi, đo về thì ta phải tính sai số đo đi, đo về và so sánh với sai số cho phép, nếu đạt yêu cầu mới được tính chênh cao trung bình của trạm: Δhđo= hAB + hBA=hđo đi + hđo về (5 – 10) Δhchophép = ±0.04. S (cm) (5 –11) Trong đó: S - là chiều dài nằm ngang tính bằng m. Nếu Δhđo đạt yêu cầu cho phép ta tính chênh cao trung bình của trạm theo công thức: 1 1 h ABTB = ( h AB − h BA ) = ( h dodi − h dove ) (5 – 12) 2 2 Sau đó tính chênh cao của tuyến theo công thức (5- 4). Nếu biết độ cao điểm A là HA thì độ cao điểm B là: HB = HA + hAB (TB) ( 5 –14 ) Yêu cầu về độ chính xác của phương pháp đo cao lượng giác phụ thuộc vào http://www.ebook.edu.vn 79
cấp hạng của lưới, phụ thuộc vào tỷ lệ bản đồ cần thành lập. Các quy định về độ chính xác này được nêu cụ thể trong quy phạm kỹ thuật của ngành. V. ĐO THUỶ CHUẨN BẰNG MÁY KINH VĨ Khi thành lập bản đồ địa chính có khoảng cao đều cơ bản h = 1m được phép dùng máy kinh vĩ có ống thuỷ dài trên ống kính trên bàn độ đứng để đo gọi là phương pháp thuỷ chuẩn tia ngắm ngang. Phương pháp này được dùng để đo độ cao các điểm khống chế đo vẽ, điểm khống chế ảnh, điểm trạm đo. Đường thuỷ chuẩn tia ngắm ngang được bố trí đo theo một chiều. Mia dùng để đo là mia chiều dài 3m, vạch khắc chia đến 1cm, chiều dài đường đo không vượt quá 4km, chiều dài tia ngắm không vượt quá 200m. Đường đo có thể bố trí trùng với đường chuyền kinh vĩ, đường chuyền toàn đạc và được đo đồng thời. Khoảng cách từ máy đến mia trong đường đo thuỷ chuẩn tia ngắm ngang đo bằng dây chỉ trên và dây chỉ dưới và lấy đến số đọc 1m, chênh cao đo bằng chỉ giữa và lấy số đọc đến 0,001m. Khi đo tại mỗi trạm phải thay đổi độ cao máy ít nhất 15cm, hoặc đo đi và đo về. Khoảng cách từ máy đến mia trước và mia sau cố gắng bố trí gần nhau. Sai số cho phép gới hạn về độ cao của đường thuỷ chuẩn tia ngắm ngang tính theo công thức: fh CP = ± 100 ( mm) ( 5 –14 ) L Trong đó: L - là chiều dài đường truyền (tính bằng km). Thao tác tại một trạm máy với mia một mặt số và mia hai mặt số tương tự như đo trong thuỷ chuẩn kỹ thuật. Máy kinh vĩ và mia phải được kiểm tra, kiểm nghiệm chặt chẽ trước khi tiến hành đo chênh cao. http://www.ebook.edu.vn 80