›
›

Bài giảng Lưới trắc địa

ppt 132 trang hapham 50
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Lưới trắc địa", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pptbai_giang_luoi_trac_dia.ppt

Nội dung text: Bài giảng Lưới trắc địa

  1. TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM BỘ MÔN ĐỊA TIN HỌC
  2. CHƯƠNG 0 GiỚI THIỆU MÔN HỌC Môn học cung cấp cho sinh viên các kiến thức: Hệ thống quy chiếu trắc địa Việt Nam Công tác thiết kế lưới khống chế tọa đô, cao độ nhà nước Áp dụng các kỹ thuật đo góc, đo dài, đo cao chính xác vào công tác lập lưới khống chế Tính toán số liệu đo đạc, bình sai lưới khống chế tọa độ, cao độ Tính toán giá thành xây dựng lưới, tổ chức thi công lưới khống chế 2
  3. Chương 1: HỆ QUY CHIẾU VÀ LƯỚI TRẮC ĐỊA • Hệ quy chiếu: gốc toạ độ và hệ trục cơ sở toạ độ để dựa vào đó có thể biểu diễn được tất cả các điểm trong không gian. • Lưới trắc địa là một tập hợp các điểm cơ sở đã xác định toạ độ – độ cao trong hệ quy chiếu có độ chính xác theo yêu cầu, được bố trí với mật độ phù hợp trên phạm vi lãnh thổ đang xét • Các loại hệ quy chiếu: – Hệ quy chiếu vuông góc không gian X, Y, Z – Hệ quy chiếu mặt ellipsoid B,L,H – Hệ quy chiếu mặt bằng x,y sử dụng chủ yếu cho mục đích thành lập các loại bản đồ. 3
  4. Cách thức thành lập hệ quy chiếu và lưới trắc địa 1. Đo đạc một lưới các điểm toạ độ cơ sở (hệ toạ độ) bằng các thể loại công nghệ đạt độ chính xác cao nhất và có mật độ theo yêu cầu. 2. Xác định được hệ quy chiếu phù hợp trên cơ sở chỉnh lý các kết quả đo hệ toạ độ các điểm cơ sở. 3. Chỉnh lý các kết quả đo hệ toạ độ các điểm cơ sở trong hệ quy chiếu đã xác định. 4. Hệ toạ độ các điểm cơ sở tạo thành một lưới điểm làm gốc tương đối với xác định các điểm toạ độ khác quanh nó. 4
  5. Kinh độ trắc địa L Vĩ độ trắc địa B Cao độ trắc địa H Quan hệ giữa toạ độ trắc địa B, L và thiên văn ,  5
  6. MỐI QUAN HỆ GIỮA X,Y,Z VÀ B,L,H • Tính X,Y,Z từ B,L,H • vôùi • Tính B,L,H từ X,Y,Z: – Công thức Bouring: 6
  7. Công thức lặp: số lần lặp là n=7 thì sai số tính toán Mặt khác: Phương trình trên chứa biến B trong cả hai vế, cho phép sử dụng biến trung gian: i=1, 2, 3, 4 n Trong đó: Tính lặp cho đến khi : Vĩ độ B được xác định là: Độ cao trắc địa H được tính theo công thức: 7
  8. PHÉP CHIẾU HÌNH TRỤ NGANG • Phép chiếu Gauss-Kruger x Q2 Q1 Q1 -y +y Q2 Q B=const B=const Q L2=c L1= L0= L2= L1=c L0=c onst cons onst onst t cons cons t t x y Xích đạo Xích đạo 8
  9. • Độ biến dạng phép chiếu Gauss-Kruger: hoặc • Phép chiếu UTM (Universal Tranverse Mercator) Hình trụ cắt Ellipsoid => Độ biến dạng âm và dương, Công thức quan hệ giữa Gauss-Kruger và UTM: Kinh tuyến giữa Xích đạo 180Km 180Km 10
  10. CÁC HỆ QUY CHIẾU TẠI VIỆT NAM • Thời Pháp thuộc: Ellipsoid Clark, điểm gốc tại Hà nội, phép chiếu Bonne và hệ thông điểm toạ độ phủ trùm Đông dương; • Miền Nam VN từ 1954-1975: hệ Indian 54 với Ellipsoid Everest, điểm gốc tại Ubon, Thailand , phép chiếu UTM và hệ thông điểm toạ độ phủ trùm Nam Việt Nam, hệ độ cao Mũi Nai, Hà Tiên; • Miền Bắc từ 1959 bắt đầu xây dựng hệ thống lưới Trắc địa và hệ quy chiếu và kết thúc năm 1972 => hệ HN-72 với Ellipsoid Krasovski, điểm gốc tại Punkovo chuyền về VN tại đài thiên văn Láng HN (thông qua điểm Ngũ Lĩnh – Trung Quốc), hệ độ cao Hòn dấu, Hải phòng • HH = HM + 0.167 m • Từ 1992-1994: định vị lại Ellipsoid Krasovski phù hợp Việt Nam. • Từ 1996-2000: Xây dựng hệ VN-2000 vớI EllipsoidHeä quy chieáu toïa ñoä traéc ñòa laø moät maët Ellipsoid kích thöôùc do WGS-84 ñöôïc ñònh vò phuø hôïp vôùi laõnh thoå Vieät namvôùi caùc tham soá xaùc ñònh, Ñieåm goác toaï độ N00 ñaët taïi Vieän nghieân cöùu Ñòa chính, Toång cuïc Ñòa chính, ñöôøng Hoaøng Quoác Vieät, Haø noäi; phép chiếu UTM, hệ độ cao Hòn dấu, Hải phòng. 11
  11. MỐI QUAN HỆ GIỮA CÁC HỆ QUY CHIẾU § Quan hệ toán học giữa hai hệ tọa độ không gian. § Quan hệ toán học giữa hai hệ tọa độ trắc địa. § Quan hệ toán học giữa hai hệ toạ độ không gian và thuật toán xác định tham số chuyển đổi. § Thuật toán xác định các tham số chuyển trên hai Ellipsoid khác nhau. § Khảo sát độ chính xác của bài toán chuyển đổi khi thay ma trận xoay R đầy đủ bằng ma trận xoay rút gọn. § Đánh giá độ chính xác của các tham số chuyển đổi. § Quan hệ toán học giữa hai hệ toa độ phẳng. 12
  12. MÔ HÌNH CHUYỂN ĐỔI (X1i, Y1i, Z1i) X , Y , Z , x , y , z và S (X2i, Y2i, Z2i) (B1i ,L1i, H1i) X , Y , Z , x , y , z và S (B2i ,L2i, H2i) 13
  13. CÔNG THỨC BURSA -WOLF Z1 Z2 O2 Y2 X2 O1 Y1 X1 14
  14. Khi các góc xoay là nhỏ: 15
  15. Nếu tồn tại gia số tỷ lệ S thì: 16
  16. CÔNG THỨC MOLODENSKI Dạng chuẩn: 17
  17. Dạng rút gọn: Dạng đầy đủ: 18
  18. THUẬT TOÁN XÁC ĐỊNH THAM SỐ CHUYỂN ĐỔI • Công thức Bursa-Wolf: 19
  19. Trường hợp 7 tham số: 20
  20. Pi - trọng số của hệ phương trình số hiệu chỉnh : Lập hệ phương trình chuẩn : Giải hệ phương trình chuẩn ta được 7 tham số chuyển đổi X , Y , Z , x , y , z và S. 21
  21. ĐÁNH GIÁ ĐỘ CHÍNH XÁC CÁC THAM SỐ CHUYỂN ĐỔI TOẠ ĐỘ Sai số trung phương trọng số đơn vị : T T -1 Nghịch đảo ma trận (A PA): (A PA) =Q. =>các sai số của 7 tham số chuyển đổi được xác định: 22
  22. Độ chính xác toạ độ tính chuyển 23
  23. XÁC ĐỊNH THAM SỐ CHUYỂN ĐỔI TOẠ ĐỘ THEO MOLODENSKI • Hàm mục tiêu: các phương trình số hiệu chỉnh: 24
  24. Với dB=B2-B1, dL=L2-L1,dH=H2-H1. Trọng số của hệ phương trình số hiệu chỉnh được xác định: Lập hệ phương trình chuẩn : Giải hệ phương trình ta xác định được 7 tham số cần xác định. 25
  25. Quan hệ độ chính xác giữa X,Y,Z và B,L,H 26
  26. QUAN HỆ TOÁN HỌC GIỮA HAI HỆ TỌA ĐỘ PHẲNG • Biến đổi Affine: x2i = a1y1i +b1x1i+c1 y2i = a2y2i +b2x2i+c2 • Biến đổi Helmert: Ñặt p = mcos => q = msin => x2i =x0 + px1i - qy1i y2i = y0 +py1i +qx1i 27
  27. Xác định hệ số của phép biến đổi Affine • Số lượng điểm trùng tối thiểu: n=3; • Khi n>3 thì xác định theo PP số bình phương nhỏ nhất: Đặt => Lập 2n phương trình số hiệu chỉnh dạng sau: Hàm mục tiêu: 28
  28. • Lập hệ phương trình chuẩn: • Giải hệ phương trình chuẩn, được các hệ số 29
  29. Xác định hệ số của phép biến đổi Helmert • Số lượng điểm trùng tối thiểu: n=2; • Khi n>2 thì xác định theo PP số bình phương nhỏ nhất: Đặt => Lập 2n phương trình số hiệu chỉnh dạng sau: Hàm mục tiêu: 30
  30. • Lập hệ phương trình chuẩn: • Giải hệ phương trình chuẩn, được các hệ số 31
  31. Chương 2: THIẾT KẾ LƯỚI TỌA ĐỘ • Nguyên tắc TK & XD lưới: – Tổng quát đến chi tiết, độ CX cao đến độ CX thấp. – Thường xuyên cập nhật, nâng cao độ CX bằng CN và KT đo mới. • Quy tắc: – Đủ mật độ điểm phủ trùm toàn quốc – Có 4 cấp hạng: I,II,II,IV – Bảo đảm độ CX: cấp cao nhất (hạng I) giải quyết bài toán TĐ cơ bản, cấp thấp nhất (hạng IV) đo vẽ tỷ lệ 1:2000. SSTP tương hỗ 7cm. Haïng baäc S (km) SSTP SSTP TÑ SSTP TÑ töông hoã caïnh yeáu caïnh ñaùy (cm) I 20 ~ 30 + 7 1:200.000 1:400.000 +0.7’’ 2.5’’ II 7 ~ 20 + 7 1:150.000 1:300.000 +1.0’’ 3.5’’ III 5 ~ 8 + 7 1:100.000 1:200.000 +1.8’’ 7.0’’ IV 2 ~ 5 + 7 1:50.000 1:200.000 +2.5’’ 9.0’’ 32
  32. Đồ hình lưới 33
  33. Hình dạng tối ưu và mật độ điểm khống chế TĐ • Hình dạng tối ưu: Tam giác đều (lưới tam giác); duỗi thẳng cạnh đều (lưới đường chuyền) • Mật độ điểm khống chế phụ thuốc vào 3 yếu tố: – Phương pháp đo vẽ bản đồ: phương pháp trực tiếp đòi hỏI nhiều điểm KC hơn phương pháp đo vẽ ảnh hàng không – Tỷ lệ bản đồ thành lập: tỷ lệ càng lớn mật độ và số lượng bậc KC càng nhiều và ngược lại. – Đạc điểm địa hình địa vật khu đo: địa hình địa vật càng phức tạp thì mật đố điểm càng cao và ngược lại. • Mật độ điểm: Đo vẽ tỉ lệ 1/10000 cần phải có mật độ 1 điểm / 50 ~ 60km2 1/5000 1 điểm/ 20 ~ 30km2 1/2000 1 điểm/ 5 ~ 15km2 34
  34. • Quan hệ giữa tỷ lệ đo vẽ với mật độ điểm khi Tk lưới tam giác: Tỷ lệ BĐ =1/M.1000 • Chiều dài cạnh K/C tối thiểu: Độ chính xác yêu cầu đối với các cấp hạng lưới TĐ • Hệ số hơn thua độ chính xác k: là tỷ số giữa SSTP vị trí điểm cấp thấp mthấp với SSTP vị trí điểm cấp cao kế cận mcao: • Để giảm ảnh hưởng SS số liệu gốc k 2 • Sai số tổng hợp vị trí điểm cấp thấp mTH: · 35
  35. Giá trị được gọi là tỷ số ảnh hưởng của SS điểm cấp cao đối với vị trí điểm cấp thấp . Giữa hệ số hơn thua k và tỷ số ảnh hưởng e có mối quan hệ nhất định . • sai số vị trí tương hỗ giữa hai điểm đều là hợp của sai số phương vị và độ dài cạnh nối giữa hai điểm: • => có thể ước tính độ chính xác đo góc và cạnh của từng cấp hạng lưới 36
  36. Ước tính độ chính xác lưới toạ độ • Nguyên lý: SSTP M của một phần tử lưới phụ thuộc vào SSTP trọng số đơn vị  và trọng số đảo của phần tử đó trong lưới • Cho nên để đảm bảo trị m không lớn hơn chuẩn qui định , cần thiết phải lựa chọn một trong hai biện pháp : ü Thay đổi P ,tức thay đổi cấu hình của lưới. ü Thay đổi  , tức thay đổi thiết bị đo và phương pháp đo . • Thông thường ,khi thiết kế lưới quốc gia thì thiết bị đo được coi là dữ kiện cố định , người thiết kế chỉ còn cách thay đổi cấu hình để đạt yêu cầu về độ chính xác thông qua tiêu chuẩn trọng số đảo của 37 lưới
  37. Các phương pháp đánh giá ĐCX lưới toạ độ • Phương pháp chặt chẽ (ứng dụng PP bình sai tham số): – Lập hệ PT số hiệu chỉnh: 38
  38. – Lập ma trận trọng số P, với – Tính ma trận hệ số PT chuẩn: – Tính ma trận trọng số đảo: – Tính SSTP vị trí điểm: – Tính SSTP chiều dài cạnh và phương vị => Lập hàm số cạnh và phương vị tương ứng: Tính SSTP của hàm số – Tính SSTP vị trí tương hỗ: – So sánh các sai số với chỉ tiêu từng cấp hạng. Nếu nhỏ hơn thì lưới đạt yêu cầu 39
  39. • Phương pháp chặt chẽ (ứng dụng PP bình sai điều kiện): – Lập hệ PT điều kiện: – Lập ma trận trọng số P, với – Tính ma trận hệ số PT chuẩn – Lập hàm số cạnh và phương vị tương ứng – Tính trọng số đảo của hàm số: – Tính SSTP của hàm số – Tính SSTP vị trí tương hỗ: – Nếu tồn tại SS số liệu gốc thì: 40
  40. Các PP đánh giá ĐCX lưới toạ độ (t.t.) • Phương pháp gần đúng: – Lưới tam giác đo góc, đo cạnh, giao hội (tham khảo tài liệu) – Lưới đường chuyền: • Đường chuyền đơn, cạnh đều, duỗi thẳng treo: 41
  41. • Đường chuyền đơn, cạnh đều, duỗi thẳng phù hợp: • Đường chuyền đơn bất kỳ treo: • Đường chuyền đơn bất kỳ phù hợp: 42
  42. • Nếu điểm đầu ĐC không có SS thì • Nếu điểm đầu ĐC có SS Mg thì • Vì SS khép đường chuyền = 2Mcuoi : • SS khép tương đối đường chuyền: • Đường chuyền phù hợp thì điểm yếu nhất sẽ nằm ở giữa tuyến. SSTP vị trí điểm yếu sau BS bằng: • So sánh 1/T và Myeu so với chỉ tiêu để kết luận độ CX lưới TK 43
  43. Ước tính độ chính xác lưới đường chuyền • Sử dụng PP thay thế trọng số tương đương và nhích dần: – Tính sai số từng tuyến=> trọng số tuyến : – Nếu ĐC nối 2 điểm nút thì SSTP vị trí điểm cuối : – Trọng số của tuyến: – Trọng số điểm nút = tổng trọng số từ các hướng: – SSTP vị trí điểm nút: – Lặp cho đến khi giá trị SSTP của các điểm nút MNj không đổi thì dừng. 44
  44. Ước tính ĐCX lưới đường chuyền (t.t.) • SSTP vị trí điểm cuối đường chuyền nối từ điểm cấp cao đến điểm nút Nj: • SSTP vị trí điểm cuối đường chuyền nối giữa điểm nút Nk đến điểm nút Nj: • Áp dụng công thức tính SS khép tương đối và SSTP vị trí điểm yếu của đường chuyền: 45
  45. Quy trình thiết kế luới toạ độ i. Giải thích yêu cầu , mục đích , ý nghĩa của việc TK lưới. ii. Thu thập và thống kê các tài liệu trắc địa hiện có trên khu đo: löôùi tọa độ , cao độ và BĐĐH iii. Thu thập và thống kê các tài liệu về điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội của khu đo. iv. Xác định cơ sở toán học, soá lượng cấp hạng lưới, sô đồ phát triển lưới. v. Ước tính số lượng điểm KC theo từng cấp hạng. (theo quy phạm nếu lưới phát triển theo quy phạm. Nếu lưới vượt cấp thì phải tính theo từng trường hợp cụ thể). vi. Thiết kế lưới trên BĐĐH và đánh số hiệu điểm theo quy phạm. vii. Đánh giá độ chính xác lưới thiết kế. Nếu lưới không đảm bảo ĐCX thì thay đổi thiết kế để đạt yêu cầu. viii. Ước tính giá thành xây dựng lưới. ix. Tổ chức thi công xây dựng lưới. 46
  46. Chương 3: THIẾT KẾ LƯỚI CAO ĐỘ Các hệ thống cao độ ü Sai số Lý thuyết, Biện pháp khắc phục ü Hệ cao độ chính (Orthometric Height) ü Hệ cao độ chuẩn (Normal Height ) ü Hệ cao độ động lực (Dynamic Height) Cấu trúc lưới cao độ quốc gia ü Nguyên tắc xây dựng lưới cao độ quốc gia ü Dung sai trong thủy chuẩn chính xác ü Nội dung thiết kế lưới thủy chuẩn quốc gia ü Thiết kế sơ bộ ü Thiết kế kỹ thuật ü Các loại mốc thủy chuẩn 47
  47. Các hệ thống cao độ • Sai số lý thuyết trong đo cao hình học • Biện pháp khắc phục: phải xây dựng hệ thống độ cao không phụ thuộc vào đường đi tuyến thuỷ chuẩn, và độ cao phải là duy nhất so với điểm gốc 48
  48. NGUYÊN LÝ XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐỘ CAO • Điều kiện: – Độ cao các điểm được xác định không phụ thuộc vào đuờng đi cuả tuyến thuỷ chuẩn. – Độ cao cần phải xác định từ các dữ liệu đo trên bề mặt Trái đất. – Các số hiệu chỉnh khi đo chênh cao cần phải nhỏ sao cho có thể bỏ qua khi xử lý các mạng lưới độ cao cấp thấp hơn. – Việc lựa chọn hệ độ cao phải thoả điều kiện tiện lợi và dễ dàng khi xác định thành phần  ( hoặc độ cao geoid) – Độ cao các điểm phải là cố định khi so sánh với một mặt nước biển nước biển trung bình. 49
  49. Chênh lệch thế năng, cao độ động lưïc • Chênh lệch thế năng giữa hai điểm OM được gọi là giá trị thế năng giữa hai điểm O và M. • Cao ñoä động lực được xác định Tính chất: Cao độ động lực là cố định tại mọi điểm trên một mặt đẳng thế xác định 50
  50. Cao độ chính và gần đúng § Cao độ gần đúng: – Định nghĩa:Cao độ gần đúng là cao độ không hiệu chỉnh các ảnh hưởng cuả trường trọng lực Trái đất Với M : gía trị trọng lực chuẩn trung bình trên tuyến CM § Cao độ chính - Định nghĩa: Cao độ chính là cao độ tính từ mặt Geoid đến điểm xét nằm trên bề mặt Trái đất M - Với g m : giá trị trọng thực trung bình trên tuyến CM 51
  51. – Tính chất: • Không phụ thuộc vào tuyến thuỷ chuẩn • Không thể tính chính xác vì thành phần gm xác định phụ thuộc vào cấu trúc Trái đất – Cao độ Trắc địa được tính theo công thức: Cao độ chuẩn § Cơ sở lý thuyết: - WO - WM = UO - UM2 52
  52. § Định nghĩa: Cao độ chuẩn là cao độ tính từ mặt Quasigeoid đến điểm xét nằm trên bề mặt Trái đất § Coâng thöùc Với: Mm: Giá trị trung bình trọng lực chuẩn trên tuyến CM2 § Cao độ Trắc địa được tính theo công thức: M: Dị thường độ cao tại điểm M § Cao độ Vignal: (dùng cho Bắc Mỹ) 53
  53. Công thức tính độ cao chuẩn: (dùng trong thực tế) Với § Công thức tính chênh cao giữa 2 điểm AM: § Chênh lệch giữa cao độ chính và cao độ chuẩn: Chênh lệch max < 2m tại những nơi dị thường trọng lực max (500 mgal). Hầu hết có giá trị vài cm. 54
  54. Cấu trúc lưới cao độ quốc gia Nguyên tắc xây dựng lưới cao độ quốc gia: Bảo đảm độ chính xác nghiên cứu biến động của lớp vỏ trái đất: Bảo đảm độ chính xác đo vẽ bản đồ: Bảo đảm độ chính xác thi công các công trình xây dựng Cấu trúc lưới cao độ nhà nước Chỉ tiêu kỹ thuật I II III IV SS khép giới hạn Độ dài tuyến đơn 1000km 500km 150km 75km Độ dài tuyến giữa 2 điểm nút 100 50 Sai số ngẫu nhiên /1km tuyến 0.5mm 1.0mm Sai số hệ thống /1km tuyến 0.05 0.15 Thời gian đo lại 25 năm Công tác trắc địa bổ sung Trọnglực 55
  55. THIẾT KẾ LƯỚI CAO ĐỘ · Tuyến T/C hạng I và II được TK trên bản đồ tỉ lệ 1: 1000000 hoặc 1: 500000. Ngoài ra, đối với tuyến hạng I còn phải thể hiện các điểm trọng lực · Tuyến T/C hạng III và IV được TK trên bản đồ tỷ lệ 1: 200000 hoặc 1:100000 Nội dung bản thuyết minh của thiết kế: i. Mục đích của thiết kế . ii. Thu thập và thống kê các tài liệu trắc địa hiện có trên khu đo: cao độ và BĐĐH Thu thập và thống kê các tài liệu về điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội của khu đo. Các phương án lưới, khối lượng công việc của từng phương án . iii. Đánh giá độ chính xác lưới thiết kế iv. Dự kiến tổ chức thực hiện và dự toán chi phí và chọn phương án tối ưu . 56
  56. MỘT SỐ LOẠI MỐC THUỶ CHUẨN Mốc gắn vào đá, bê tông Mốc cơ bản Mốc tạm thời 57
  57. Chương 4: Phương pháp đo dài điện quang • Định nghĩa mét • Các phương pháp đo dài điện quang: – Phương pháp đo xung – Phương pháp đo phase – Phương pháp đo tần số – Phương pháp giao thoa • Ảnh hưởng của khí quyển đến vận tốc lan truyền của sóng điện từ và sóng ánh sáng • Xử lý kết quả đo dài điện quang 58
  58. Định nghĩa MÉT • MÉT là độ dài của đoạn thẳng bằng 1/40000000 vòng kinh tuyến qua Paris. (10-12-1799 ) • 1 MÉT GỐC QUỐC TẾ= 1553164,13  của Cadium (1915) • 1 MÉT GỐC QUỐC TẾ =1650763,73 của Cripton 86 trong chân không, nhận được từ bức xạ của các nguyên tử chuyển động giữa mức và . (1960) • Vận tốc cơ bản của sóng ánh sáng trong chân không được xác định là c =299792548 1,2 m/ s 59
  59. Các phương pháp đo dài điện quang • phương trình dao động của sóng: 1. Đo thời gian (đo xung): 2. Đo phase 3. Đo tần số f, 4. Đo biên độ A: được dùng trong hệ thống VLBI (Very Long Baseline Interferrometry – hệ thống giao thoa xác định chiều dài của cạnh có khoảng lớn) hoặc các hệ thống kiểm định chiều dài bằng phương pháp giao thoa. 60
  60. Các phương pháp đo dài điện quang • Nguyên lý: • Phöơng pháp đo xung – Nguyên lý: Dựa trên thời gian lan truyền xung (thường là các xung ở dải tần sóng Radio và sóng ánh sáng) töø maùy phát đến bộ phản xạ và trở lại máy thu. Sơ đồ nguyên lý: Xung cơ sở Bộ phát xung Bộ đo thời gian Bộ thu Xung phản xạ – Độ chính xác: phụ thuộc vào bộ đo thời gian, thường 10ns 1,5 m – Phạm vi ứng dụng: trong trắc địa vệ tinh, altimetry, radioaltimetry 61
  61. • Phương pháp đo tần số – Nguyên lý: Việc đo khoảng cách dựa trên cơ sở ứng dụng cácù dao động cuả tần số sóng điều biến tần số (FM)theo thôøi gian và sự suy giảm tần số từ máy phát đến thiết bị phản xạ và ngược lại. – Sô ñoà caáu tạo: Đầu phaùt Bộ phaùt Bộ phản xaï Bộ đếm Bộ thu tần soá – Công thức tính: • Với: F-tần số sóng đều biến • f – chênh lệch tần số giữa sóng phát và sóng phản xạ, ñaïi löôïng cần đo; • F - trị số cực đại của sóng điều biến FM; • p – hệ số loại điều biến; p=4 khi đều biến tam giác và hình sin; p=2 khi điều biến hình răng cưa – Ñoä chính xác: Giới hạn của phép đo tần số: Khoaûng cách tối đa đo được tính theo công thức • Sai số hằng số: 62
  62. Sai số đo khoảng cách: – Phạm vi ứng dụng:caùc thiết bị đo cao gắn trên máy bay, moät vài hệ thốngđịnh vị radio, • Phương pháp đo phase: – Nguyên lý: Việc đo khoảng cách dựa trên việc xác định độ lệch phase (hieäu phase) giữa thời điểm phát sóng từ máy phát và thời điểm thu sóng phản xạ. (soùng ñieàu hoà hình sin) – Sơ đồ cấu tạo: Đầu phaùt Bộ phản xaï Bộ đo phase Đầu thu D – Công thức tính: Từ 63
  63. – Suy ra: – Sơ đồ cấu tạo: – Các phương pháp đo phase: • Phương pháp tần số ngắn (điều chỉnh tần số điều biến) • Nguyên lý: biến đổi m tần số sao cho f1>f2> >fm. • Xét trường hợp biến đổi hai tần số f1, f2 khi đó: 64
  64. • f1, f2 được điều biến sao cho ? = 0, ?/2, ? để cho ?N = {0,1/4,1/2 } và ghi nhận trị số N1,2=N1-N2. Khi đó: • f1 được điều biến sao cho ?N =0, ta có: • Mỗi thiết bị đo khoảng cách theo phương pháp này chỉ có thể thay đổi các tần số điều biến trong 1 khoảng ?f (dải tần) nhất định. • Phương pháp kết hợp tần số (cố định một vài tần số) • Nguyên lý: Tương tự như phương pháp tần số ngắn nhưng thay vì tìm trực tiếp Ni thì ta tìm N1,2 khi ñó: • Trong phương pháp này, nếu các tần số fi (I=1 m) không đổi và chùm sóng, chaúng hạn chùm 5 tần số, ñöôùc đặt cố định ở các giá trị sao cho thỏa điều kiện: • (*) 65
  65. • Với thì việc xác định D sẽ đạt độ chính xác ở các mức đơn vị tùy ý khi dùng các cặp tần số kết hợp (f1,f2), (f1,f3), (f1,f4) Vì vậy phương pháp này cp1 tên là phương pháp kết hợp tần số. Neáu caùc cặp tần số này thỏa điều kiện (*) thì D sẽ xác định được theo công thức: • Nếu cố định f1 sao cho thì: • Độ chính xác của phương pháp đo Phase: • Töø công thức của phương pháp đo Phase (công thức 2), theo lý thuyết sai số , ta có: 66
  66. Phương pháp giao thoa • Phương pháp này thừơng được dùng để đo khoảng cách ngắn và có độ chính xác cao nhất. • Nguyeân lyù: dựa trên việc quan sát hiện tượng giao thoa cuả hai (hoaëc nhiều hơn )chùm ánh sáng, ñề tính ra khoảng cách. 67
  67. Vận tốc sóng điện từ trong không khí • Vận tốc sóng điện từ trong không khí phụ thuộc vào nhiệt độ, áp suất, độ ẩm không khí, bước sóng: hệ số khúc xạ • Vì • Hệ số khúc xạ ánh sáng: (theo Barrell-Sears) đối với sóng đơn (dải sóng ánh sáng): đối với chùm sóng ánh sáng : hệ số khúc xạ ở ĐK chuẩn: : tính bằng m 68
  68. 0 0 Hệ số T0 =288,16 K (t=15 C) T0 =273,16 K (t=0 C) P0 =760mmHg P0 =760mmHg A 272,613 287,583 B 1,5294 1,6134 C 0,01367 0,01442 Đối với sóng radio: Caùc heä Theo Frum-Essen soá P, e theo P, e theo P, e theo P, e mmHg at mmHg theo at a 103,49 77,64 103,46 77,60 b -17,23 -12,92 -7,50 -5,62 c 4,96.105 3,72.105 4,99105 3,75105 69
  69. Độ cong đường truyền sóng • Độ cong này phụ thuôc vào loại sóng và khoảng cách truyền. Đối với sóng radio thì =25000 km Sóng ánh sáng =50000 km Khoaûng Dr , m Khoaûng Dr , m caùch , D caùch , D Soùng aùnh Soùng Soùng aùnh Soùng km km saùng radio saùng radio 50 0.002 0.008 300 - 1.80 100 0.017 0.07 400 - 4.27 200 - 0.53 70
  70. Chương 5: DỤNG CỤ VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐO GÓC CHÍNH XÁC • Dụng cụ đo góc chính xác: Máy kinh vĩ chính xác có m 2”. • Cấu tạo máy kinh vĩ chính xác: Ống kính (Vx 30), bàn độ ngang, bàn độ đứng, hệ thống đọc số (micrometer), hệ thống cân bằng (ống thuỷ dài với  10”/2mm. • Có hệ thống chiếu sáng bàn độ bằng bóng đèn cho phép đo góc vào ban đêm • Có hệ thống bù trừ bàn độ đứng. 71
  71. Quy tắc đọc số • Để đọc số vành độ ngang hoặc đứng của máy Theodolite chính xác, cần thiết phải: i. Vi chỉnh micrometer để chập hai vạch của hai đầu đường kính vành độ. Dựa vào con trỏ vành độ để đọc số “độ” và “phút”, đồng thời dựa vào con trỏ micrometer đọc số “giây lần 1”. ii. Phá vỡ trạng thái i., chập vạch một lần Nửa, đọc số “giây lần 2”. iii. Lấy tổng của “độ “,“phút”“, “giây lần 1 “ và “giây lần 2 “để được số đọc cuối cùng 72
  72. Các nguồn sai số trong đo góc chính xác Sai số của bộ micrometer: • i. Sai số chập vạch là sai số đo góc nảy sinh do chập vạch hình ảnh hai nửa vành độ không chính xác. Người ta kiểm nghiệm sai số chập vạch bằng phương pháp trị đo kép. Thông thường sai số này rất nhỏ (dưới 0.3”) và ảnh hưởng có tính ngẫu nhiên. • ii. Sai số rơ (Jeu) là sai số đọc số micrometer trong hai trường hợp quay thuận và quay ngược không giống nhau. Để khắc phục sai số này người ta thường qui định trong một lần đo chỉ được dùng núm xoay micrometer theo một tư thế (xoay thuận hoặc nghịch). • iii. Sai số độ dài micrometer (còn gọi là REN) là sai số đo góc nảy sinh do độ dài của chu vi vành giây micrometer không đồng nhất với độ dài trung bình của 1/2 khoảng chia trên vành độ và ảnh hưởng có tính hệ thống tới kết quả đo góc. Khi kiểm nghiệm, nếu sai số lớn (trên 0.5”) thì đưa về xưởng để hiệu chỉnh. • iv. Sai số vạch khắc micrometer là sai số đo góc nảy sinh do khắc vạch trên vành giây không đều. Để hạn chế ảnh hưởng của sai số này, người ta dùng biện pháp thay đổi số đọc xuất phát của micrometer giữa các lần đo khác nhau khoảng (trong đó m là số lần đo trên một góc). 73
  73. Các nguồn sai số trong đo góc chính xác Sai số hệ trục bộ ngắm: Hệ trục bộ ngắm bao gồm trục ngắm (đường thẳng nối quang tâm kính vật và giao điểm của màng dây chữ thập), trục quay của ống kính và trục quay của bộ ngắm. i. Sai số trục ngắm là sai số đo góc nảy sinh do trục ngắm không vuông góc với trục quay của ống kính. Sai số này có thể loại trừ bằng phương pháp đo góc theo hai vị trí (thuận và đảo) của ống kính. ii. Sai số trục quay của ống kính là sai số đo góc nảy sinh do trục quay ống kính không vuông góc với trục quay của bộ ngắm. Bằng biện pháp sử dụng hai vị trí của ống kính (thuận và đảo) có thể loại trừ ảnh hưởng của sai số này. iii. Sai số trục quay của bộ ngắm: là sai số đo góc nảy sinh do trục quay của bộ ngắm không trùng với phương dây dọi. Aỷnh hưởng của sai số trục quay bộ ngắm có tính hệ thống và không thể loại bỏ bằng biện pháp sử dụng hai vị trí của ống kính. 74
  74. Các nguồn sai số trong đo góc chính xác 3. Sai số vành độ ngang: Theo yêu cầu thiết kế, tâm của vành độ ngang phải trùng với tâm quay của máy và giá trị vạch khắc của vành độ phải đồng đều ở mọi vị trí. i. Sai số lệch tâm của bộ ngắm và vành độ ngang: Có thể khắc phục ảnh hưởng của hai sai số này bằng biện pháp đọc số hai đầu đường kính của vành độ. ii.Sai số vạch khắc của vành độ ngang là sai số công nghệ chế tạo vạch khắc vành độ bao gồm sai số chu kỳ ngắn và chu kỳ dài. Có thể giảm thiểu ảnh hưởng của loại sai số này bằng biện pháp thay đổi số đọc xuất phát. 75
  75. Các yếu tố ảnh huởng độ chính xác đo góc i. Ảnh hưởng của khúc xạ ngang: · Giảm độ dài cạnh tam giác xuống dưới 30km. · Trong lưới tam giác (đặc biệt là chuỗi đông tây) cần có một số phương vị Laplace. · Cạnh tam giác không nên đi gần mặt ao hồ, sông ngòi, bãi cát, sườn núi, vách tường. · Chia 1/2 số lần đo vào buổi ngày và 1/2 vào số lần đo vào buổi đêm. ii. Ảnh hưởng của đối lưu không khí: Nâng tầm ngắm lên cao, cách xa mặt đất. Đo ở 2 buổi: ở buổi ngày chỉ đo góc ngang 1-2 giờ giữa buổi sáng và 1-2 giờ buổi chiều. Buổi đêm có thể kéo dài từ 1 giờ sau mặt trời lặn đến 1 giờ trước mặt trời mọc 76
  76. Các yếu tố ảnh huởng độ chính xác đo góc iii. Ảnh hưởng của chiếu sáng: Gắn ống kính phụ trợ (kiểm tra góc xoắn) và thay đổi chiều quay của bộ ngắm giữa hai Nửa lần đo. Che dù, làm lều bạt cho máy, sắp sếp thời gian đo đối xứng với thời điểm trung bình.Sử dụng bồ ngắm vi sai và dùng thiết bị chiếu sáng nhân tạo như gương, đèn chiếu sáng. iv. Ảnh hưởng của thiết bị đo Sai số kéo theo vành đọ: là sai số nảy sinh do tác động của bộ ngắm lên vành độ thông qua lực ma sát (khi quay). Để khắc phục ảnh hưởng của sai số kéo theo vành độ, trong sản xuất thường sử dụng biện pháp duy trì hướng quay thống nhất của bộ ngắm trong mỗi Nửa lần đo. ii.Sai số Jue của ốc cân: là sai số nảy sinh do ốc cân không ổn định. Để khắc phục sai số này không những phải duy trì hướng quay thống nhất của bộ máy trong mỗi Nửa lần đo và cần phải quay trước một vài lần dể lấy “trớn” iii.Sai số xoắn của bộ ngắm: là sai số nảy sinh do tính ì của “ống kính” khi tác động lực quay ốc vi động của ống và bộ ngắm khi ngắm chuẩn các mục tiêu trong mỗi Nửa lần đo. 77
  77. Quy trình tổng quát của các PP đo góc i. Dùng hai vị trí ống kính đọc số trên một hướng đo để khắc phục sai số do trục ngắm và trục quay của ống kính. ii. Xác định góc nghiêng của trục quay ống kính khi góc đứng của hướng ngắm V >10 để khắc phục sai số do trục quay của bộ ngắm. iii. Thay đổi trật tự ngắm các mục tiêu giữa hai Nửa lần đo để giảm thiểu sai số do chiếu sáng và hun nóng không đêù trên cột tiêu và thiết bị đo. iv. Duy trì chiều quay thống nhất của bộ ngắm khi ngắm chuẩn các mục tiêu trong mỗi Nửa lần đo để giảm thiểu sai số kéo theo của vành độ và sai số Jue của ốc cân. v. Duy trì hướng quay của các núm vi động của bộ ngắm và núm vi động ống kính theo một chiều nhất định khi ngắm chuẩn mục tiêu để giảm sai số xoắn của bộ ngắm và ống kính. 78
  78. Quy trình tổng quát của các PP đo góc • Thay đổi số đọc hướng đâù của mỗi lần đo một trị số  để giảm thiêủ sai số khắc vạch của vành độ và micrometer,  được xác định bởi biểu thức: trong đó: m là số lần đo trên một góc. t là giá trị khoảng chia nhỏ nhất của vạch khắc vành độ. d là giá trị độ dài của chu vi vành Micrometer. • Duy trì tiêu cự của ống kính không thay đổi trong một lần đo để loại trừ sai số do sự biến động của trục ngắm. • Chọn thời gian hợp lý trong các buổi ngày và đêm để giảm thiểu sai số do khúc xạ ánh sáng và đối lưu không khí. 79
  79. Chương 6: DỤNG CỤ VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐO CHÊNH CAO CHÍNH XÁC • Dụng cụ đo cao chính xác: Máy thuỷ chuẩn, mia invar; • Các nguồn sai số trong đo cao chính xác; • Phương pháp đo cao hạng I, II; • Phương pháp đo cao I, II vuợt chướng ngại vật; • Ảnh hưởng của SS ngẫu nhiên và hệ thống đến đo cao chính xác: bổ đề Lalleman; • Tính toán khái lược đo cao hạng I, II; • Bình sai lưới độ cao hạng I, II. 80
  80. Bình sai lưới độ cao hạng I,II • Trọng số đo của tuyến thủy chuẩn: Theo SS hệ thống và SS ngẫu nhiên (hạng I) hoặc chọn theo chiều dài L, số trạm máy n (hạng II trở xuống) • Phương pháp bình sai: Bình sai tham số; Bình sai điều kiện; Bình sai điều kiện kèm ẩn số bổ sung; Bình sai tham số kèm điều kiện. • Ví dụ 81
  81. Chương 7: ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GPS VÀO XÂY DỰNG LƯỚI KHỐNG CHẾ TOẠ ĐỘ • GiớI thiệu về hệ thống định vị toàn cầu GPS; • Ứng dụng GPS vào lập lưới khống chế toạ độ; • Thiết kế lưới khống chế toạ độ đo bằng GPS; • Đánh giá độ chính xác lưới thiết kế; • Quy trình đo đạc ngoài thực địa; • Xử lý số liệu đo GPS; • Bình sai, ghép nối với lưới toạ độ mặt đất. 82
  82. HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU • Được thiết kế và phát triển từ năm 1973 bởi Bộ Quốc phòng Mỹ • Năm 1978, phóng những vệ tinh đầu tiên. • Hệ thống định vị toàn cầu GPS có 3 bộ phận: Bộ phận không gian. Bộ phận điều khiển. Bộ phận sử dụng. 83
  83. Bộ phận không gian • Gồm 32 vệ tinh làm việc và dự phòng được đặt lên 6 quỹ đạo nghiêng 550 so với mặt xích đạo (Block II). • Mỗi quỹ đạo là một vòng tròn với cao độ danh nghĩa là 20183 km (so với mực nước biển trung bình) • Chu kỳ vệ tinh 12h 84
  84. Bộ phận không gian • Bảo đảm được yêu cầu là bất kỳ lúc nào cũng, bất kỳ ở đâu trên trái đất cũng nhìn thấy được ít nhất 4 vệ tinh • Trên mỗi vệ tinh trang bị 4 đồng hồ nguyên tử cesium (là loại đồng hồ cực kỳ chính xác 10-12). • Đồng hồ sản sinh ra dao động cơ sở có tần số fo = 10.23 MHz • Có 2 mã đo: – Mã C /A có tần số 1,023 MHz = fo/10 và có chiều dài 1 msec – Mã P có tần số 10,23 MHz = fo và có chiều dài 266, 4 ngày • 2 mã đo được điều biến bởi 2 sóng mang L1 = 1575.42 MHz (mã P và C/A) và L2 = 1227.60 MHz (chỉ có mã P) • Cả 2 sóng mang L1, L2 điều biến bằng các thông tin đạo hàng bao gồm: Ephemeride của vệ tinh thời gian, số hiệu chỉnh cho đồng hồ vệ tinh, tình trạng 85 của hệ thống vệ tinh vv
  85. Bộ phận không gian Mỗi vệ tinh có trọng lượng 930 Kg và có tuổi thọ 7.5 năm. Nếu vệ tinh nào hỏng đều được thay thế ngay để bảo đảm tính chặt chẽ cấu trúc của hệ thống Các nhiệm vụ chủ yếu của vệ tinh GPS: - Nhận và lưu giữ lịch vệ tinh mới được gởi lên từ trạm điều khiển - Thực hiện các phép xử lý có chọn lọc trên vệ tinh bằng các bộ vi xử lý đặt trên vệ tinh - Duy trì khả năng chính xác cao của thời gian bằng hai đồng hồ nguyên tử Cesium và 2 đồng hồ hồng ngọc Rubidium - Thay đổi quỹ đạo bay của vệ tinh theo sự điều khiển của trạm mặt đất - Truyền thông tin và tín hiệu trên 2 tần số L1 và L2 rất ổn định và nhất quán 86
  86. Bộ phận điều khiển mặt đất • Mục đích của hệ thống điều khiển là hiển thị sự hoạt động của các vệ tinh, xác định quỹ đạo của chúng, xử trí các đồng hồ nguyên tử, truyền các thông tin cần phổ biến lên các vệ tinh, cập nhật 3 lần/ ngày 87
  87. Bộ phận người sử dụng • Bộ phận người sử dụng bao gồm tất cả mọi người sử dụng quân sự và dân sự • Phân loại máy thu: có 4 nhóm máy thu GPS như sau: • Nhóm 1: Máy thu chỉ xử lý duy nhất mã C /A trên tần số L1. • Nhóm 2: Máy thu xử lý mã C /A và phase sóng mang L1 thường gọi tắt là máy thu 1 tần số. • Nhóm 3: Máy thu xử lý mã C /A và phase sóng mang L1, L2 thường gọi tắt là máy thu 2 tần số • Nhóm 4: Máy thu xử lý mã Y và 2 phase sóng mang L1, L2 chỉ có quân đội Mỹ và đồng minh mới có 88
  88. CÁC KỸ THUẬT ĐO GPS • Cấu trúc mã • Phase sóng mang • Kỹ thuật đo mã (code) • Kỹ thuật đo phase  = -(f/c). – f.(dt-dT) –(f/c)(-dion + dtrop) 89
  89. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO GPS • Phương pháp tuyệt • Phương pháp tương đối đối 90
  90. ĐỊNH VỊ TĨNH VÀ ĐỘNG 91
  91. XỬ LÝ TỨC THỜI VÀ HẬU KỲ 92
  92. CÁC NGUỒN SAI SỐ TRONG ĐỊNH VỊ GPS • Sai số do hệ thống: – Sai số của đồng hồ trên vệ tinh và trong máy thu – Sai số quỹ đạo của vệ tinh 93
  93. CÁC NGUỒN SAI SỐ TRONG ĐỊNH VỊ GPS • Sai số do môi trường – Sai số do tầng đối lưu và tầng điện ly: – Sai số do hiện tượng đa đường truyền 94
  94. CÁC NGUỒN SAI SỐ TRONG ĐỊNH VỊ GPS • Sai số do cấu hình vệ tinh: được thể hiện bằng các yếu tố độ suy giảm được thể hiện bằng các yếu tố độ suy giảm chính xác DOP (Dilution Of Precision)  = DOP o Các loại trị số DOP: - VDOP.o : là độ suy giảm chính xác trong cao độ. - HDOP.o : là là độ suy giảm chính xác mặt phẳng 2D. - PDOP.o : là là độ suy giảm chính xác vị trí không gian 3D. - TDOP.o : là độ suy giảm chính xác trong thời gian. - HTDOP.o : là độ suy giảm chính xác vị trí mặt phẳng và thời gian. GDOP.o : là độ suy giảm chính xác không gian 3D và thời gian 95
  95. ẢNH HƯỞNG CẤU HÌNH VỆ TINH PDOP<= 5: Khi lập lưới khống chế; PDOP<=7: khi đo vẽ bản đồ 96
  96. Đặc điểm của việc thiết kế lưới GPS • Phụ thuộc vào số lượng máy đo. Có n máy đo đồng thời thì có n-1 đường đáy độc lập; • Phụ thuộc vào số đường đáy độc lập cần đo; • Lưu ý tính thông hướng từng cặp điểm để dễ dàng phát triển lưới cấp thấp hơn; • Độ chính xác của lưới thiết kế phụ thuộc vào cấu hình, thiết bị, thời gian đo, cấu hình vệ tinh ; • Cần phải lập lịch đo chi tiết căn cứ theo vị trí địa lý, ngày giờ đo sao cho PDOP 5. • Chọn điểm phải thông thoáng, để tín hiệu từ vệ tinh đến máy thu là cực đại; 97
  97. Thiết kế lưới khống chế toạ độ đo bằng GPS • Thu thập và thống kê các tài liệu trắc địa hiện có trên khu đo: lưới tọa độ (cấp “0”, hạng I, II , cao độ và BĐĐH) • Xác định đồ hình lưới: đồ hình tam giác, đa giác theo chỉ tiêu của các cấp hạng quy phạm; • Đánh giá độ chính xác lưới thiết kế: theo các đường đáy => lập mô hình đánh giá SS => SSTP vị trí điểm, SSTP tương đối cạnh, SSTP phương vị cạnh trong không gian; • Chuyển về mặt tham chiếu (Ellipsoid VN2000, mặt phẳng chiếu UTM); • So sánh chỉ tiêu trong quy phạm => kết luận về lưới thiết kế. 98
  98. Đồ hình lưới • Dạng tam giác • Dạng đường chuyền • Dạng kết hợp 99
  99. Ước tính độ chính xác lưới TK • Chọn ẩn số là toạ độ KG của các điểm TK: • Trị đo là các baseline vector: • Phương trình số hiệu chỉnh trị đo: • Lập ma trận hệ số A, với các hệ số +1, -1, 0 • Lập ma trận trọng số P, với các hệ số với  được lấy từ SS do thiết bị đo trên khoảng cách trung bình của từng cấp hạng. Ví dụ: mi: tính theo số gia toạ độ 100
  100. Ước tính độ chính xác lưới TK • Dạng ma trận P: 101
  101. Ước tính độ chính xác lưới TK • Lập ma trận chuẩn tắc N: • Tính ma trận trọng số đảo: • Tính SSTP vị trí điểm i trong không gian: • Tính SSTP vị trí mặt bằng điểm • SSTP vị trí mặt bằng: với 102
  102. Ước tính độ chính xác lưới TK • Sai số trung phương cạnh Sij và phương vị Aij • Hàm trọng số cạnh Hoặc SSTP vị trí tương hỗ: 103
  103. QUY TRÌNH ĐO ĐẠC NGÒAI THỰC ĐỊA • Lập lịch đo GPS: Chọn thời điểm PDOP 4; • Tổ chức ca đo (section): Theo số lượng đường đáy, số máy thu, số điểm lập mới; • Thời gian thu tín hiệu: phụ thuộc vào cấp KC, thiết bị; khỏang thu tín hiệu (epoch): 15-30s; 104
  104. XỬ LÝ KẾT QUẢ • Download dữ liệu • Xử lý từng đường đáy đơn độc lập • Đánh giá độ chính xác trị đo trước bình sai • Bình sai lưới tự do trong hệ WGS84 • Chuyển tòan bộ kết quả bình sai về hệ tọa độ địa phương dựa trên các điểm trùng (tối thiểu 2 điểm) • Xuất kết quả theo hệ địa phương (BLH, x,y,H) 105
  105. Chương 8: BÌNH SAI LƯỚI TOẠ ĐỘ • Tính toán sơ bộ • Bình sai lưới toạ độ • Đánh giá độ chính xác trị bình sai 106
  106. Tính toán sơ bộ • Kiểm tra số liệu đo; • Tính quy tâm mốc và tiêu. • Hiệu chỉnh các trị đo mặt đất về mặt Ellipsoid và mặt phẳng chiếu (tham khảo giáo trình TĐCC): 1. Chuyển cung pháp thuận nghịch về đường trắc địa; 2. Hiệu chỉnh trị đo hướng, thiên đỉnh từ mặt đất về mặt Ellipsoid tham chiếu; Tính số dư mặt cầu; 3. Hiệu chỉnh trị đo khoảng cách từ mặt đất về Ellipsoid mặt tham chiếu; 4. Chuyển toàn bộ trị đo từ mặt Ellipsoid tham chiếu về mp chiếu Gauss (hoặc UTM) Đối với lưới hạng thấp (hạng III, IV, đ/c cấp 1, 2): có thể bo qua 2 số h/c 1, 2 107
  107. Tính toán sơ bộ • Tính toạ độ sơ bộ các điểm trong lưới • Tính SS khép về góc phương vị, về toạ độ. Các SS khép này phải nhỏ hơn hạn sai từng cấp hạng. Nếu không đạt thì phải tiến hành đo lại. Đánh giá độ chính xác trị đo hướng, cạnh trước bình sai. Đối với tam giác đo góc: áp dụng công thức Ferrero: : SS khép góc từng tam giác; n: số tam giác trong mạng lưới – SS khép giới hạn về phương vị: 108
  108. Tính toán sơ bộ – Hạn sai của các số hạng tự do phương trình điều kiện cực và điều kiện cạnh: Với: n- số góc tham gia tính chuyền phương vị; k- số góc tham gia vào PT ĐK cực hoặc cạnh; - SSTP phương vị cạnh gốc; - SSTP logarith chiều dài cạnh gốc; - gia số logarith sin góc khi góc thay đổi 1”. 109
  109. Tính toán sơ bộ Đối với lưới đường chuyền – SSTP đo góc: • Lưới có không có điểm nút, N vòng khép và đường phù hợp: Với: - SS khép góc đc thứ i. • Lưới có K điểm nút, N đc: • Trường hợp đc duỗi thẳng: tính theo sai số khép hướng ngang 110
  110. Tính toán sơ bộ Đối với lưới đường chuyền – SSTP đo cạnh: • Tính theo kết quả đo kép; • Tính theo sai số khép hướng dọc đc duỗi thẳng Sai số khép hướng dọc đường chuyền thứ i: Sai số trung phương đo chiều dài cạnh: 111
  111. Bình sai lưới tọa độ • Lưới độc lập: lưới có số lượng SLG = số lượng SLG tối thiểu. – Số lượng SLG phụ thuộc vào loại lưới: • Lưới tam giác đo góc: 4 (toạ độ 1 điểm, phương vị và chiều dài 1 cạnh hoặc toạ độ 2 điểm); • Lưới đường chuyền: 3 (toạ độ 1 điểm và phương vị 1 cạnh); • Lưới tam giác đo cạnh: 3 (toạ độ 1 điểm và phương vị 1 cạnh); • Lưới độ cao: 1 (Cao độ 1 điểm) • Lưới phụ thuộc: lưới có số lượng SLG > số lượng SLG tối thiểu. 112
  112. Bình sai lưới toạ độ • Phương pháp bình sai điều kiện: – Trực quan, số lượng ẩn số ít, có thể chia nhóm để giải, đánh giá được độ chính xác trước bình sai; – Khó lập trình, đánh giá độ chính xác khó khăn (vấn đề tính trọng số hàm trị đo) • Phương pháp bình sai tham số: – Dễ lập trình, không quan tâm đến cấu hình lưới; dễ dàng đánh giá độ chính xác hàm trị đo (toạ độ, cạnh, phương vị) – Số lượng ẩn số lớn • Phương pháp bình sai điều kiện kèm tham số bổ sung: – Thích hợp cho lưới đường chuyền, có thể đánh giá trực tiếp các ẩn số bổ sung 113
  113. Bình sai lưới tam giác đo góc theo PP điều kiện • Các công thức cơ bản: – Hệ phương trình số hiệu chỉnh: – Trọng số của trị đo: – Lập hệ phương trình chuẩn: – Giải hệ phương trình chuẩn: – Tính số hiệu chỉnh: – Tính SSTP TSĐV: – Tính trọng số đảo của hàm số: – Đánh giá độ chính xác: 114
  114. Bình sai lưới tam giác đo góc theo PP điều kiện • Các dạng phương trình điều kiện: – Điều kiện hình: – Điều kiện vòng: – Điều kiện cực: Từ 1 cạnh bất kỳ, dùng các góc đã bình sai tính chuyền sang các cạnh khác, khép về cạnh ban đầu, thì trị cạnh tính bằng cạnh xuất phát. – Điều kiện cạnh: Từ 1 cạnh gốc, dùng các góc đo sau bình sai tính chuyền về cạnh gốc khác, thì trị cạnh tính bằng cạnh gốc. – Điều kiện góc cố định: – Điều kiện góc phương vị: 115
  115. Bình sai lưới tam giác đo góc theo PP điều kiện • Các dạng phương trình điều kiện: – Điều kiện toạ độ: Từ toạ độ điểm gốc, thông qua các trị góc bình sai, tính chuyền toạ độ điểm gốc khác thì trị tính = trị gốc: • Xác định số lượng phương trình điều kiện: – Lưới phụ thuộc: với N: số góc đo; P: tổng số điểm; Q: tổng số điểm gốc – Lưới độc lập: 116
  116. Bình sai đường chuyền theo PP điều kiện • Số lượng phương trình điều kiện: 3 • Dạng phương trình điều kiện: – Điều kiện phương vị: – Điều kiện toạ độ: 117
  117. Bình sai đường chuyền theo PP điều kiện • Phương trình số hiệu chỉnh: • Trọng số của trị đo: – Đo góc: – Đo cạnh: 118
  118. Bình sai đường chuyền theo PP điều kiện (t.t) • Ma trận hệ phương trình số hiệu chỉnh B: • Ma trận trọng số P và sai số khép W: 119
  119. Bình sai đường chuyền theo PP điều kiện • Lập hệ phương trình chuẩn: • Giải hệ phương trình chuẩn: • Tính số hiệu chỉnh: • Tính SSTP trọng số đơn vị sau bình sai: • Tính trị bình sai: • Tính toạ độ sau bình sai: • Đánh giá độ chính xác trị bình sai: 120
  120. Bình sai đường chuyền theo PP điều kiện • Trường hợp bình sai sơ bộ về góc: • Phương trình số hiệu chỉnh: • Tính trị bình sai: 121
  121. Bình sai đường chuyền theo PP điều kiện • Để giảm ảnh hưởng ss tính toán, ta dùng hệ toạ độ trọng tâm: • Toạ độ các điểm trong hệ toạ độ trọng tâm: • Phương trình số hiệu chỉnh: 122
  122. Bình sai lưới đường chuyền theo PP điều kiện • Số lượng phương trình điều kiện (PTĐK): với : P- số vòng khép kín; Q1 - số hướng có phương vị chính xác; Q2 - số điểm gốc. Trong đó: • Phương pháp lập PTĐK: mỗi đường chuyền độc lập 3 PTĐK (1 PTĐK phương vị, 2 PTĐK toạ độ) • Lập, giải hệ PT chuẩn, tính số hiệu chỉnh và đánh giá độ chính xác hàm trị bình sai: tương tự bình sai đường chuyền đơn. 123
  123. Bình sai lưới đường chuyền bằng pp tham số • Dạng phương trình số hiệu chỉnh: 124
  124. Bình sai lưới đường chuyền bằng pp tham số • Lập hệ phương trình số hiệu chỉnh: ( ) • Trọng số của trị đo: – Đo góc: – Đo cạnh: • Lập hệ pt chuẩn: • Giải hệ pt chuẩn: • Trị bình sai: • SSTP trọng số đơn vị: 125
  125. Bình sai lưới đường chuyền bằng pp tham số • Sstp các ẩn số: • Sstp vị trí điểm: • Sstp hàm trị đo: – Trị phương vị : – Trị đo cạnh : 126
  126. Quy trình bình sai lưới đường chuyền theo pp tham số • Từ các trị đo góc, cạnh tính toạ độ sơ bộ tất cả các điểm trong mạng lưới. • Lập hệ pt số hiệu chỉnh góc, hướng, cạnh theo từng trị đo. • Lập ma trận trọng số P • Lập hệ pt chuẩn theo dạng ( ). • Giải hệ pt chuẩn. • Tính toạ độ các điểm sau bình sai. • Đánh giá độ chính xác trị bình sai. 127
  127. Bình sai lưới đường chuyền theo PP điều kiện kèm tham số bổ sung • Đặt vấn đề: – Có nhiều tuyến đồng thời tham gia vào các PTĐK => không hiệu quả cho tính toán. – Đưa thêm vào các ẩn số phụ gồm toạ độ các điểm nút và phương vị một cạnh xuất phát từ các điểm nút. • Phương pháp lập hệ PT số hiệu chỉnh kèm ẩn phụ: – Đặt các ẩn số phụ tại các điểm nút  ; ẩn phụ của phương vị x, y ẩn phụ của toạ độ điểm nút; – Dạng PT số hiệu chỉnh kèm ẩn số phụ: (*), ( ) 128
  128. Bình sai lưới đường chuyền theo PP điều kiện kèm tham số bổ sung Dạng PT số hiệu chỉnh kèm ẩn số phụ: (hệ toạ độ trọng tâm) • Nếu đường chuyền gối đầu lên 2 nút thì có 6 ẩn số phụ. • Nếu gối đầu lên 1 điểm gốc và 1 nút thì có 3 ẩn số phụ. • Trường hợp đường chuyền xuất phát từ các điểm gốc thì các ẩn phụ = 0. Khi đó hệ phương trình số hiệu chính sẽ có dạng như bình sai điều kiện. 129
  129. Bình sai lưới đường chuyền theo PP điều kiện kèm tham số bổ sung Đặt: Br,n – ma trận hệ số pt số hiệu chỉnh của trị đo; Cr,t – ma trận hệ số pt số hiệu chỉnh của ẩn số phụ; t=3u (u số nút)- số ẩn số phụ. Xt,1– ma trận ẩn số phụ; Khi đó phương trình số hiệu chỉnh tổng quát có dạng: Lập hệ pt chuẩn: ( ) 130
  130. Bình sai lưới đường chuyền theo PP điều kiện kèm tham số bổ sung Giải hệ pt chuẩn được K và X => V => trị bình sai và toạ độ các điểm sau bình sai. Độ chính xác các ẩn số phụ: 131
  131. Quy trình bình sai lưới đường chuyền theo pp điều kiện kèm tham số bổ sung • Tính toạ độ sơ bộ các điểm nút , phương vị sơ bộ các cạnh từ các điểm nút (mỗi nút một cạnh) theo các trị đo góc cạnh bằng pp trung bình trọng số. • Mỗi đường chuyền lập 3 pt số hiệu chỉnh kèm tham số bổ sung theo dạng (*) hoặc ( ). • Lập ma trận trọng số P • Lập hệ pt chuẩn theo dạng ( ). • Giải hệ pt chuẩn. • Tính số hiệu chỉnh góc, cạnh và toạ độ, phương vị tại nút. • Tính toạ độ các điểm sau bình sai. • Đánh giá độ chính xác trị bình sai. 132