Phương pháp bình sai lưới khống chế cơ sở trong quan trắc chuyển dịch ngang công trình thuỷ lợi, thuỷ điện

Ph­¬ng ph¸p TÝnh to¸n b×nh sai l­íi khèng chÕ c¬ së trong<br /> quan tr¾c chuyÓn dÞch ngang c«ng tr×nh thuû lîi- thuû ®iÖn<br /> <br /> TS. TrÇn Kh¸nh<br /> §¹i häc Má-§Þa chÊt<br /> Th.S. Hoµng Xu©n Thµnh<br /> §¹i häc Thuû lîi<br /> <br /> C¸c c«ng tr×nh Thuû lîi- thuû ®iÖn th­êng x©y dùng trªn nÒn ngËp n­íc, ngoµi t¶i<br /> träng cña b¶n th©n, c«ng tr×nh cßn bÞ t¸c ®éng cña c¸c t¶i träng ®éng do m¸y mãc, thiÕt<br /> bÞ ho¹t ®éng trong c«ng tr×nh. L­íi ®o chuyÓn dÞch ngang c«ng tr×nh Thuû lîi- thuû ®iÖn<br /> th­êng ®­îc x©y dùng thµnh hai bËc: bËc 1 lµ l­íi khèng chÕ c¬ së vµ bËc 2 lµ l­íi quan<br /> tr¾c. C¸c ®iÓm mèc khèng chÕ c¬ së ®­îc bè trÝ ë ngoµi ph¹m vi biÕn d¹ng c«ng tr×nh vµ<br /> ph¶i cã ®é æn ®Þnh trong suèt qu¸ tr×nh quan tr¾c. KiÓm tra, ®¸nh gi¸ ®é æn ®Þnh cña hÖ<br /> thèng ®iÓm mèc khèng chÕ trong quan tr¾c biÕn d¹ng c«ng tr×nh lµ viÖc cÇn thiÕt, cã t¸c<br /> dông b¶o ®¶m ®é tin cËy cña toµn bé kÕt qu¶ quan tr¾c. Trong c¸c tµi liÖu 1, 2 ®· x¸c<br /> ®Þnh quy tr×nh xö lý l­íi khèng chÕ theo ph­¬ng ph¸p b×nh sai tù do, trong bµi b¸o nµy<br /> sÏ ®­a ra thuËt to¸n cô thÓ ®Ó tÝnh to¸n b×nh sai khèng chÕ trong quan tr¾c chuyÓn dÞch<br /> ngang c«ng tr×nh.<br /> L­íi khèng chÕ trong quan tr¾c chuyÓn dÞch lµ m¹ng l­íi ®éc lËp, ®­îc ®o lÆp<br /> trong c¸c chu kú quan tr¾c. Do ®ã, xÐt vÒ b¶n chÊt m¹ng l­íi nªu trªn lµ l­íi tr¾c ®Þa tù<br /> do vµ v× vËy, ¸p dông ph­¬ng ph¸p b×nh sai tù do ®Ó xö lý l­íi trong tr­êng tr­êng hîp<br /> nµy lµ hîp lý nhÊt. VÊn ®Ò cÇn thiÕt lµ cÇn x¸c ®Þnh ®­îc tiªu chuÈn phï hîp ®Ó ®Þnh vÞ<br /> m¹ng l­íi ë c¸c chu kú ®o kh¸c nhau.<br /> Trong tµi liÖu 2 ®· ®Ò xuÊt ph­¬ng ph¸p ®Þnh vÞ l­íi khèng chÕ c¬ së gi÷a 2 chu<br /> kú quan tr¾c theo nguyªn t¾c: " Tæng b×nh ph­¬ng ®é lÖch täa ®é gi÷a c¸c ®iÓm khèng<br /> chÕ æn ®Þnh lµ nhá nhÊt ”.<br /> Nguyªn t¾c trªn ®­îc cô thÓ ho¸ b»ng thuËt to¸n ®Þnh vÞ nh­ sau:<br /> 1. L­íi ®­îc ®Þnh vÞ theo c¸c ®iÓm khèng chÕ æn ®Þnh.<br /> §iÒu kiÖn nµy ®­îc thÓ hiÖn b»ng c¸ch lùa chän ma trËn ®Þnh vÞ C :<br /> Ci = Bi - Víi i lµ ®iÓm gèc æn ®Þnh<br /> Ci = 0 - Víi c¸c ®iÓm kh¸c (1)<br /> Trong ®ã Bi lµ trËn ®Þnh vÞ cña ®iÓm mèc i, ®­îc x¸c ®Þnh tõ phÐp chuyÓn ®æi täa<br /> ®é Helmert 4:<br /> 1 0 Y i Xi<br /> Bi = (2)<br /> 0 1 -Xi Yi<br /> <br /> 2. Tiªu chuÈn ®¸nh gi¸ ®é æn ®Þnh cña ®iÓm khèng chÕ<br /> §iÓm khèng chÕ ®­îc coi lµ æn ®Þnh nÕu chªnh lÖch täa ®é cña ®iÓm ë chu kú<br /> ®ang xÐt so víi chu kú ®Çu kh«ng v­ît qu¸ sai sè giíi h¹n x¸c ®Þnh ®é chªnh lÖch ®ã,<br /> cô thÓ lµ:<br /> |Qi|  t. MQi (4)<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 1<br />  Trong ®ã:<br /> - Qi lµ gi¸ trÞ chªnh lÖch täa ®é cña ®iÓm i trong 2 chu kú quan tr¾c ( chu kú 1<br /> vµ n), ®­îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc:<br /> <br /> Qi =  (Xn-X1)2 +(Yn-Y1)2<br /> - M Qi lµ sai sè ®é lÖch Qi, ®­îc x¸c ®Þnh tõ kÕt qu¶ b×nh sai l­íi.<br /> - t lµ hÖ sè x¸c ®Þnh tiªu chuÈn sai sè giíi h¹n ( th«ng th­êng chän t = 23).<br /> C¸c c«ng thøc (1) vµ (3) cã quan hÖ rµng buéc, t­¬ng hç lÉn nhau: viÖc ®Þnh vÞ<br /> ®­îc l­íi theo biÓu thøc (1) chØ cã thÓ thùc hiÖn sau khi ®· x¸c ®Þnh ®­îc c¸c ®iÓm æn<br /> ®Þnh (kiÓm tra theo (2)), ng­îc l¹i, chØ sau khi ®Þnh vÞ xong l­íi chóng ta míi cã thÓ<br /> ®¸nh gi¸ ®­îc tÝnh chÊt æn ®Þnh cña hÖ thèng ®iÓm mèc. Do kh«ng thÓ triÓn khai tÝnh<br /> to¸n ®ång thêi theo c¶ 2 c«ng thøc (1) vµ (3) mµ chØ cã thÓ thùc hiÖn tÝnh riªng rÏ theo<br /> tõng c«ng thøc, nªn gi¶i ph¸p hîp lý trong tr­êng hîp nµy lµ thùc hiÖn tÝnh to¸n nhÝch<br /> dÇn. Trong tµi liÖu 1,2 ®· ®Ò xuÊt ¸p quy tr×nh tÝnh to¸n nhÝch dÇn nh­ sau:<br /> B­íc 1: Trong chu kú ®Çu thùc hiÖn xö lý m¹ng khèng chÕ theo ph­¬ng ph¸p<br /> b×nh sai l­íi tù do (víi hÖ täa ®å gÇn ®øng tuú chän).<br /> B­íc 2: Trong chu kú ®ang xÐt (chu kú n), gi¶ ®Þnh tÊt c¶ c¸c ®iÓm khèng chÕ<br /> trong l­íi lµ æn ®Þnh, thùc hiÖn tÝnh to¸n b×nh sai vµ ®Þnh vÞ l­íi víi ®iÒu kiÖn Ci = Bi<br /> (víi vect¬ täa ®é gÇn ®óng ®­îc chän b»ng täa ®é b×nh sai cña chu kú 1).TÝnh ®é<br /> chuyÓn dÞch Q cña tÊt c¶ c¸c ®iÓm trong l­íi vµ ¸p dông tiªu chuÈn (3) ®Ó x¸c ®Þnh c¸c<br /> ®iÓm æn ®Þnh.<br /> B­íc 3: Cã thÓ x¶y ra mét trong hai kh¶ n¨ng sau:<br /> - NÕu ph¸t hiÖn mét sè ®iÓm khèng chÕ kh«ng æn ®Þnh ( theo tiªu chuÈn 3)<br /> th× sÏ lo¹i mét ®iÓm cã ®é chuyÓn dÞch lín nhÊt ra khái tËp hîp ®iÓm khèng chÕ vµ quay<br /> l¹i thùc hiÖn viÖc kiÓm tra tõ b­íc 2.<br /> - NÕu c¸c ®iÓm khèng chÕ cßn l¹i ®Òu æn ®Þnh th× viÖc kiÓm tra ®­îc dõng<br /> l¹i vµ thùc hiÖn ®Þnh vÞ l­íi theo c¸c ®iÓm khèng chÕ æn ®Þnh.<br /> Còng cÇn ph¶i nhÊn m¹nh r»ng, cã thÓ t¸ch l­íi quan tr¾c chuyÓn dÞch ngang<br /> thµnh hai bËc vµ thùc hiÖn xö lý riªng biÖt ®èi víi tõng bËc l­íi theo tr×nh tù: bËc l­íi<br /> khèng chÕ ®­îc xö lý theo ph­¬ng ph¸p b×nh sai tù do, cßn bËc l­íi quan tr¾c ®­îc b×nh<br /> sai nh­ l­íi phô thuéc. ViÖc xö lý t¸ch biÖt nh­ vËy sÏ lµm cho l­íi quan tr¾c bÞ t¸c<br /> ®éng cña sai sè sè liÖu gèc, nhÊt lµ nÕu ®Ó ý r»ng trong thùc tÕ yªu cÇu ®é chÝnh x¸c ®èi<br /> víi c«ng t¸c quan tr¾c biÕn d¹ng c«ng tr×nh th­êng lµ rÊt cao nªn l­íi khèng chÕ c¬ së<br /> vµ l­íi quan tr¾c ®­îc thiÕt kÕ víi ®é chÝnh x¸c gÇn t­¬ng ®­¬ng nhau.<br /> V× vËy ph­¬ng ¸n phï hîp h¬n ®Ó xö lý l­íi quan tr¾c biÕn d¹ng lµ b×nh sai kÕt<br /> hîp hai bËc l­íi ( l­íi khèng chÕ vµ l­íi quan tr¾c) nh­ mét m¹ng l­íi tù do duy nhÊt.<br /> B×nh sai kÕt hîp kh«ng nh÷ng tr¸nh ®­îc ¶nh h­ëng cña sai sè sè liÖu gèc mµ cßn cã t¸c<br /> dông n©ng cao ®é chÝnh x¸c cña toµn bé hÖ thèng l­íi.<br /> Cuèi cïng chóng t«i còng nªu l¹i tãm t¾t quy tr×nh b×nh sai l­íi tù do víi ®Þnh<br /> h­íng ®Ó øng dông tÝnh to¸n, xö lý l­íi quan tr¾c chuyÓn dÞch c«ng tr×nh nh­ sau:<br /> 1. Coi täa ®é tÊt c¶ c¸c ®iÓm trong l­íi lµ Èn sè, thµnh lËp hÖ ph­¬ng tr×nh sè hiÖu<br /> chØnh ®èi víi tËp hîp trÞ ®o trong l­íi<br /> A.x + L =V (4)<br /> 2. LËp hÖ ph­¬ng tr×nh chuÈn<br /> R.x + b =0 (5)<br /> <br /> 2<br />  ( R=AT.P.A ; b=AT.P.L )<br /> 3. X¸c lËp ®iÒu kiÖn ®Þnh vÞ l­íi<br /> CT.x = 0 (6)<br /> Víi ma trËn ®Þnh vÞ ®­îc tÝnh theo quy t¾c:<br /> Ci =<br /> Bi - NÕu i lµ ®iÓm khèng chÕ æn ®Þnh<br /> 0 - NÕu i lµ ®iÓm kh«ng æn ®Þnh (7)<br /> 4. TÝnh ma trËn gi¶ nghÞch ®¶o<br /> R~ = (R+CTP0C) - TTP0T (8)<br /> <br /> 5. TÝnh vect¬ nghiÖm vµ täa ®é b×nh sai<br /> x = -R~.b; X = X0 + x (9)<br /> 6.§¸nh gi¸ ®é chÝnh x¸c l­íi<br /> -Sai sè trung ph­¬ng ®¬n vÞ träng sè<br />  = VTPV<br /> n-k+d (10)<br /> <br /> -Sai sè c¸c ®¹i l­îng b×nh sai<br /> 1<br /> mF = <br /> PF (11)<br /> <br /> <br /> §Ó minh häa cho ph­¬ng ph¸p ph©n tÝch ®é æn ®Þnh cña hÖ thèng mèc khèng chÕ trong<br /> quan tr¾c chuyÓn dÞch c«ng tr×nh Thuû lîi- thuû ®iÖn, chóng t«i ®­a ra vÝ dô xö lý l­íi<br /> khèng chÕ cña mét c«ng tr×nh ë thùc tÕ s¶n xuÊt (l­íi khèng chÕ thuû ®iÖn Th¸c Bµ 3):<br /> L­íi khèng chÕ lµ l­íi tam gi¸c ®o gãc víi ®å h×nh trªn h×nh vÏ 1.<br /> L­íi gåm 6 ®iÓm, trong ®ã ®iÓm P lµ ®iÓm<br /> trung gian, ë chu kú 1 l­íi ®· ®­îc b×nh sai KC1 P<br /> d­íi d¹ng l­íi tù do, sè liÖu täa ®é b×nh sai  o<br /> chu kú1 ®­a ra trong b¶ng 1, sè liÖu ®o chu<br /> kú 5 ®­a ra trong b¶ng 2<br /> <br /> B¶ng 1: Täa ®é b×nh sai chu kú 1<br /> KC5<br /> TT §iÓm X(m) Y(m)<br /> 1 P 500.0041 2359.9927<br /> <br /> 2 KC5 224.6513 2620.5892 KC2 <br /> 3 KC4 211.7495 2428.9334<br /> 4 KC3 134.8335 2174.6450<br /> <br /> 5 KC2 305.2339 2072.0697<br /> 6 KC1 500.0032 2000.0001 KC4<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 3<br /> B¶ng 2: TrÞ ®o gãc chu kú 5<br /> TT Tªn gãc Gi¸ trÞ gãc TT Tªn gãc Gi¸ trÞ gãc<br /> 1 KC5 P 29 58’ 19.9” 12 KC2 KC4 61 52’ 12.0”<br /> KC4 P<br /> 2 KC4 P 40 21 41.1 13 KC2 KC3 57 57 26.5<br /> KC3 P<br /> 3 KC3 P 29 00 43.8 14 P KC3 46 15 34.8<br /> KC2 KC4<br /> 4 KC2 P 34 04 36.1 15 KC4 KC3 05 26 31.6<br /> KC1 KC5<br /> 5 KC3 KC5 07 32 11.0 16 KC1 KC2 76 13 43.6<br /> KC4 P<br /> 6 KC4 KC5 12 12 31.7 17 P KC2 42 26 05.4<br /> KC2 KC5<br /> 7 KC2 KC5 15 34 09.9 18 KC5 KC2 06 19 21.0<br /> KC1 KC4<br /> 8 KC1 KC5 22 39 01.2 19 KC4 KC2 44 16 26.2<br /> P KC3<br /> 9 P KC4 99 35 57.6 20 P KC1 23 55 36.5<br /> KC5 KC5<br /> 10 KC5 KC4 167 01 19.3 21 KC5 KC1 45 46 03.3<br /> KC3 KC2<br /> 11 KC3 KC4 31 30 31.1<br /> KC2<br /> Tiªu chuÊn sè ®é lÖch vÞ trÝ ®iÓm giíi h¹n ®­îc chän lµ 0 =t.MQ= 3.0 mm. KÕt<br /> qu¶ tÝnh to¸n ®­îc ®­a ra trong b¶ng 3 víi 2 b­íc lÆp. LÇn lÆp thø nhÊt chän C=B víi tÊt<br /> c¶ c¸c ®iÓm khèng chÕ (tõ KC1 ®Õn KC5), CP = 0 (do P chØ lµ ®iÓm trung gian). KÕt qu¶<br /> ®Þnh vÞ lÇn 1 x¸c ®Þnh ®­îc ®iÓm KC2 cã ®é lÖch täa ®é lín nhÊt vµ v­ît qu¸ giíi h¹n<br /> (3.0mm). Thùc hiÖn tÝnh lÆp lÇn 2 víi ®iÒu chØnh CKC2 = 0, x¸c ®Þnh ®­îc ®é lÖch cña hÖ<br /> thèng ®iÓm, qua ®ã cã thÓ thÊy râ: ®iÓm mèc KC2 kh«ng æn ®Þnh (Q=6.7mm), c¸c ®iÓm<br /> cßn l¹i trong l­íi æn ®Þnh (Q < 3.0mm).<br /> <br /> <br /> B¶ng 3: KÕt qu¶ tÝnh to¸n ph©n tÝch ®é æn ®Þnh l­íi khèng chÕ<br /> Sè Tªn ®é lÖch so víi chu kú 1 (mm)<br /> T<br /> T ®iÓm LÆp lÇn 1 LÆp lÇn 2<br /> C QX QY Q C QX QY Q<br /> 1 P 0 0.7 -0.6 1.0 0 0.1 0.7 0.7<br /> 2 KC5 B -0.8 -1.5 1.7 B -0.8 -1.5 1.7<br /> 3 KC4 B 0.8 0.5 1.0 B 1.1 1.2 1.6<br /> 4 KC3 B -1.9 -0.7 2.0 B -1.0 0.7 1.3<br /> 5 KC2 B 1.0 4.5 4.6 0 1.4 6.5 6.7<br /> 6 KC1 B 0.9 -2.9 3.1 B 0.7 -0.4 0.9<br /> 4<br /> KÕt luËn:<br /> 1.ViÖc tÝnh to¸n b×nh sai l­íi khèng chÕ c¬ së trong quan tr¾c biÕn d¹ng c«ng<br /> tr×nh cã thÓ ®­îc thùc hiÖn mét c¸ch hiÖu qu¶ nhê øng dông ph­¬ng ph¸p b×nh sai l­íi<br /> tr¾c ®Þa tù do.<br /> 2.Trong qu¸ tr×nh tÝnh to¸n cÇn ®Ò ra ®iÒu kiÖn ®Þnh vÞ phï hîp víi tõng d¹ng<br /> l­íi. Tiªu chuÈn ®¸nh gi¸ ®é æn ®Þnh mèc khèng chÕ ®­îc x¸c lËp trªn c¬ së ph©n tÝch<br /> ®é chÝnh x¸c l­íi vµ ®Æc ®iÓm kÕt cÊu c«ng tr×nh.<br /> <br /> Tµi liÖu tham kh¶o<br /> 1.TrÇn Kh¸nh. B×nh sai l­íi tù do vµ øng dông trong xö lý sè liÖu tr¾c ®Þa c«ng tr×nh.<br /> TuyÓn tËp c¸c c«ng tr×nh khoa häc-§H Má §Þa chÊt, tËp XXI,1996<br /> 2.TrÇn Kh¸nh. Nghiªn cøu øng dông b×nh sai tù do trong tr¾c ®Þa c«ng tr×nh.<br /> LuËn ¸n phã tiÕn sü khoa häc kü thuËt, Hµ néi –1996<br /> 3. Hoµng Xu©n Thµnh,TrÇn Kh¸nh. Ph©n tÝch ®é æn ®Þnh l­íi khèng chÕ c¬ së c«ng<br /> tr×nh thuû ®iÖn Th¸c Bµ giai ®o¹n 1982-1993. TuyÓn tËp c¸c c«ng tr×nh khoa häc-§H<br /> Má §Þa chÊt, tËp 32, 2001.<br /> 4.Markuze Iu.I. ThuËt to¸n vµ ch­¬ng tr×nh b×nh sai l­íi tr¾c ®Þa.<br /> NXB Nhedra, Moskva-1989.<br /> <br /> Summary<br /> The Adjustment method for the fundamental-<br /> geonetwork in monitoring horizontal movement<br /> hydraulic and hydro- electric power<br /> The report introduces adjustment method for the fundamental- geonetwork<br /> in monitoring horizontal movement hydraulic and hydro- electric power and<br /> determined procedure, formulars, that applying in this method. Apart from it, the<br /> report gives analyse the stabilities of fundamental- horizontal geonetwork in<br /> hydro- electric power Thac Ba by the adjustments method of theory free-<br /> geonetwork. The results have given the concrete stabilities for every points of the<br /> fundamental- geonetwork.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 5<br />