Khảo sát độ chính xác của máy thuỷ chuẩn số trong trắc địa công trình

Nội dung text: Khảo sát độ chính xác của máy thuỷ chuẩn số trong trắc địa công trình

1. T¹p chÝ KHKT Má - §Þa chÊt, sè 40/10-2012, tr. 63-68 KHẢO SÁT ĐỘ CHÍNH XÁC CỦA MÁY THUỶ CHUẨN SỐ TRONG TRẮC ĐỊA CÔNG TRÌNH PHẠM TRUNG DŨNG, Trường Đại học Mỏ - Địa chất Tóm tắt: Từ những nghiên cứu về cấu tạo, nguyên lý hoạt động, các nguồn sai số ảnh hưởng đến độ chính xác của kết quả đo của máy thủy chuẩn số, bài báo đã tiến hành thực nghiệm với một số dạng công việc đo cao trong trắc địa công trình. Đặc biệt đã khảo sát độ chính xác của thiết bị thủy chuẩn số đo trong điều kiện thiếu ánh sáng. Những số liệu thu được cho thấy máy chuẩn số hoàn toàn đảm bảo độ chính xác trong công tác trắc địa công trình. 1. Đặt vấn đề Máy thủy chuẩn số là loại thiết bị đã được sử dụng phổ biến ở nhiều quốc gia phát triển trên thế giới. Ở Việt Nam máy thủy chuẩn số đã được sử dụng ở nhiều đơn vị sản xuất để thành lập các mạng lưới khống chế độ cao thay thế cho các loại máy quang cơ chính xác hiện nay. Tuy nhiên ứng dụng thiết bị này trong một số dạng công việc đặc thù khi điều kiện đo đạc khó khăn (thiếu ánh sáng, không khí.v.v.) như công tác đo lún công trình nhà cao tầng, đo dẫn độ cao thi công đường hầm, các mỏ khai thác hầm lò .v.v thì vẫn là vấn đề cần được nghiên cứu. 2. Giới thiệu chung về thiết bị máy thuỷ 1- Ống kính ngắm 8- Ốc cân bằng chuẩn số 2- Núm điều quang 9- Bàn phím điều khiển 2.1. Cấu tạo và hoạt động của máy thủy chuẩn 3- Nút đo 10- Màn hình hiển thị số 4- Núm vi động ngang 11- Kính mắt a. Các bộ phận của máy thủy chuẩn số: 5- Bàn độ ngang 12- Cửa sổ nhìn ống Máy thuỷ chuẩn số là thiết bị hoạt động theo 6- Thẻ nhớ; thủy tròn nguyên tắc kết hợp giữa bộ tự động cân bằng và 7- Đế máy 13- Cáp trút dữ liệu máy ảnh số. Phần cơ học của máy có cấu tạo Hình 1. Sơ đồ cấu tạo của máy Dini12 tương tự như máy thủy chuẩn quang cơ, phần b. Nguyên lý hoạt động: Máy thủy chuẩn số điện tử của máy có cấu tạo giống như máy ảnh kỹ hoạt động dựa trên nguyên tắc thu nhận hình ảnh thuật số. Các bộ phận chính của máy được miêu tả trên mia bởi các chíp cảm biến CCD. Hình ảnh như hình 1 [1]. thu nhận được chuyển từ dạng tương tự (anolag) sang dạng số (digital) như trong hình 2 [3 ]: Mia Máy Chuyển hình Bộ xử lý hình Mà hình hiển thị ảnh (A/D) ảnh Hình 2. Quy trình hoạt động của máy thuỷ chuẩn số 63
2. 2.2. Nguyên lý cấu tạo của mia thủy chuẩn a. Một số nguồn sai số Mia dùng cho máy thuỷ chuẩn số là mia sử Các yếu tố ngoại cảnh ảnh hưởng đến hoạt dụng vạch mã trên toàn bộ chiều dài của nó, mã động của máy thủy chuẩn số cũng giống như đối vạch thường có màu đen-trắng hoặc đen-vàng. Tỉ với máy thủy chuẩn quang cơ. Trong trường hợp lệ các vạch chia tuyệt đối không lặp lại trên toàn mặt đất rung động lớn thì máy cũng không cho bộ chiều dài mia. Mỗi hãng sản xuất sử dụng phép thực hiện phép đo, ngoài ra máy thủy chuẩn một loại mã trên mia riêng, do vậy một máy chỉ số còn chịu tác động do cường độ ánh sáng, điện thực hiện phép đo với mia của cùng hãng. trường.v.v. Ví dụ: Mã hóa của hãng Leica là mã nhị b. Biện pháp khắc phục phân đặc tính giả tuần hoàn. Mia được mã hóa Để làm giảm ảnh hưởng của các nguồn sai hoàn toàn với độ dài 4050 mm tương ứng với số giống như của máy thủy chuẩn quang cơ, ta 2000 yếu tố như hình 3 [1]: cần áp dụng quy trình đo theo quy phạm hiện hành [4]. Ngoài ra khi thiết kế tuyến đo cần tránh ảnh hưởng của các nguồn bức xạ điện từ như trạm biến áp, đường dây tải điện.v.v. Trường hợp đo thiếu ánh sáng, cần chủ động tạo ra các Hình 3. Mã vạch trên mia nguồn sáng nhân tạo như đèn pin, bóng điện.v.v. 2.3. Một số nguồn sai số và biện pháp khắc được miêu tả như trong hình 4 [6]. phục khi sử dụng máy thủy chuẩn số Hình 4. Dïng ®Ìn pin chiÕu s¸ng khi ®o Ngoài ra, điều kiện làm việc của máy thủy chuẩn số bắt buộc phải thu nhận đủ số lượng mẫu trên mia, khi đo gặp vật che chắn thì không thể thực hiện được phép đo (hình 5) [2]: Hình 5a Hình 5b H×nh 5. Trường hợp đo khi bị che chắn Hình 5a- có thể đo được; hình 5b- không thể đo được. 64
3. 3. Thiết kế công tác kiểm nghiệm độ chính 0 trong đó: H A , là độ cao điểm gốc; hi - xác của máy thủy chuẩn số chênh cao đo. Khi thiết kế tuyến đo cao bằng máy thủy - Tính sai số chênh cao trên trạm đo (hoặc chuẩn số cũng cần tuân thủ các điều kiện như trên một km chiều dài tuyến đo): với máy thủy chuẩn quang cơ. Các quy trình đo 2 cần tuân thủ theo quy phạm để giảm ảnh hưởng f n của các nguồn sai số như: sai số góc i, sai số  , (4) máy lún mia lún, sai số vạch “0” của cặp N mia.v.v. Ví dụ bố trí trạm máy trên tuyến đo f 2 được thể hiện như hình 6: L hoặc:  , (5) N trong đó: f - sai số khép; n - số trạm đo từng tuyến; L - chiều dài đo của từng tuyến (km); N: là số vòng khép. 4. Đo đạc, xử lý và phân tích kết quả đo 4.1. Mục đích Để đánh giá khả năng ứng dụng máy thuỷ chuẩn số trong trắc địa công trình cần so sánh kết quả đo theo một số chỉ tiêu sau: sai số khép Hình 6. Trạm đo chênh cao giới hạn, sai số chênh cao trên trạm máy (hoặc với máy thủy chuẩn số sai số trung phương chênh cao trên 1km). Từ đó Chênh lệch chiều dài tia ngắm tại trạm đo: rút ra kết luận về độ chính xác của máy thuỷ DDDD TSgh , (1) chuẩn số cũng như khả năng ứng dụng của thiết với D được lấy tùy thuộc vào cấp hạng đo. bị này. gh 4.2. Tổ chức đo đạc Sau khi có các chênh cao đo tiến hành tính a. Thành lập mạng lưới độ cao quan trắc lún toán các yếu tố bao gồm: công trình (Khu nhà ở cán bộ chiến sỹ phòng - Tính sai số khép đối với vòng khép kín: cảnh sát điều tra C17 Ngọc Thụy - Gia Lâm - n Hà Nội) f  hi . (2) i 1 Đối với công trình này, tác giả trích dẫn số - Tính sai số khép từ điểm gốc tới điểm liệu quan trắc lún trong tầng hầm của tòa nhà, gốc: các số liệu đo được thực hiện bằng máy n DL101C, mia invar và được dùng đèn pin chiếu 0 0 f H A H B  hi , (3) sáng khi đo. Kết quả tổng hợp ba chu kỳ quan i 1 trắc đưa ra trong bảng 2. Bảng 2. Số liệu đo lưới quan trắc lún hai chu kỳ Sai số khép thực tế ftt (mm) Sai số khép Tuyến Số trạm Chu ky “0” đo ngày Chu ky “1” đo ngày giới hạn fgh đo máy 12/3/2011 6/4/2011 (mm) 1 -0,14 -0,25 9 1,50 2 +0,38 +0,30 8 1,41 3 +0,01 +0,28 13 1,80 4 -0,08 +0,25 8 1,41 5 +0,14 -0,22 4 1,00 6 -0,01 -0,28 6 1,22 65
4. Biểu số sai số khép thực tế và sai số khép giới Biểu số sai số khép thực tế và sai số khép giới hạn chu kỳ "0" hạn chu kỳ "1" 2 2 1.5 1.5 1 1 (mm) (mm) 0.5 0.5 0 0 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 Tuyến đo Tuyến đo Sai số khép thực tế Sai số khép giới hạn Sai số khép thực tế Sai số khép giới hạn Hình 7. Biểu đồ so sánh sai số khép thực tế và sai số khép giới hạn Sử dụng công thức (4) tính sai số trung phương chênh cao trên một trạm máy (m0) thu được kết quả như sau: Chu kỳ “0” m0=0,06 (mm/trạm), chu ky “1” m0=0,09 (mm/trạm). b. Thành lập lưới độ cao hạng 3 và hạng 4 khu công nghiệp Vũng Áng – Hà Tĩnh BM1 I-72 DC159 269424 GPS29 +6.334 m TP - 159 N = 18 -1.108 m N = 1 §iÓm Göi B·i §¸ -10.221 m N = 1 TP - 155 +0.895 m GPS28 N = 4 +10.418 m N = 8 TP - 150 -0.137 m N = 2 TP - 149 -1.592 m N = 3 TP - 148 -0.090 m N = 2 TP - 02 GPS27 +1.249 m N = 3 TP - 01 -0.027 m N = 4 TP - 03 TP - 04 N = 2 N = 2 N = 2 TP - 05 -0.591 m +0.237 mm N = 2 GPS14 + 0.189 m TP - 06 GPS13 - 0.004 m N = 5 TP - 09 - 0.140m N = 2 - 0.412 m TP - 10 N = 2 N = 2 - 0.355 m N = 2 TP - 12 + 0.157 m N = 2 TP - 14 + 0.131 m GPS12 TP - 16 N = 2 TP - 11 N = 2 N = 2 + 0.069 m N = 2 + 0.181 m - 0.336 m N = 3 - 0.598 m TP - 114 + 0.630 m TP - 13 N = 2 TP - 15 TP - 113 + 0.693 m TP - 112 N = 4 TP - 111 N = 3 + 0.863 m N = 3 - 0.079 m N = 4 + 0.279 m TP - 17 - 0.043 m - 0.832 m N = 2 GPS11 - 0.364 m TP - 18 + 0.152 m N = 2 N = 6 + 0.204 m +0.298 m +0.113 m TP - 19 -0.216 m N = 2 GPS26-0.261 m N = 4 GPS15 + 0.207 m N = 2 N = 1 TP - 64 TP - 110 -0.139 m TP - 63 N = 2 TP - 62 - 0.085 m N = 3 TP - 20 -0.008 m N = 2 TP - 61 N = 4 + 0.053 m TP - 69 -0.173 m N = 3 TP - 60 - 0.102 m N = 4 N = 2 TP - 59 - 0.274 m N = 2 TP - 109 TP - 21 +0.059 m N = 1 + 0.123 m N = 3 N = 5 + 0.289 m TP - 58 TP - 70 TP - 22 +0.526 m N = 2 + 0.274 m N = 2 TP - 108 - 0.229 m N = 2 TP - 57 TP - 23 +0.178 m N = 2 TP - 71 N = 7 - 0.387 m TP - 56 + 0.175 m N = 2 -0.319 m N = 2 - 0.334 m N = 5 TP - 24 TP - 55 GPS10 - 0.405 m N = 2 +0.038 m N = 2 N = 3 - 0.228 m TP - 54 GPS16 TP - 25 - 0.057 m N = 3 -0.112 m N = 2 + 0.055 m N = 2 TP - 73 TP - 107 TP - 53 TP - 26 - 0.126 m N = 2 + 0.112 m N = 5 -0.023 m N = 3 - 0.180 m N = 2 TP - 74 TP - 106 - 0.065 m N = 2 +0.054 m N = 1 GPS24 GPS25 TP - 75 N = 2 N = 2 + 0.419 m - 0.292 m TP - 27 TP - 52 + 0.175m N = 2 - 0.207 m N = 2 GPS9 -0.204 m N = 2 TP - 76 TP - 105 TP - 28 - 0.223 m N = 1 N = 3 + 0.446 m TP - 51 + 0.024 m N = 2 TP - 29 N = 2 TP - 50 N = 2 TP - 49 +0.035 m TP - 104 + 0.005 m N = 2 N = 2 +0.156 m TP - 48 TP - 30 +0.104 m 269425 N = 3 + 2.241 m -0.114 m N = 2 - 0.349 m N = 2 + 0.220 m N = 3 TP - 47 GPS23-0.327 m TP - 77 TP - 103 +0.139 m N = 3 N = 2 GPS8 - 0.937 m TP - 116 -0.258 m N = 4 - 3.819 m TP - 118 N = 1 - 0.828 m N = 2 TP - 120 - 1.279 m - 0.712 m TP - 31 TP - 122 + 3.510 m - 2.118 m - 2.514 m N = 3 + 1.055 m + 1.637 m N = 2 TP - 125 GPS21 TP - 124 - 0.038 m N = 2 +0.327 m N = 1 N = 2 N = 2 TP - 115 +0.869 m TP - 78 - 0.600 m N = 2 N = 2 +1.267 m N = 3 + 0.177 m N = 2 TP - 117 N = 3 N = 2 TP - 119 TP - 46 N = 2 TP - 121 N = 5 + 0.399 m N = 3 TP - 123 TP - 126 TP - 32 -0.182 m N = 2 -1.014 m N = 2 + 0.971 m N = 2 N = 4 TP - 79 -1.147 m TP - 45 -0.052 m TP - 127 TP - 102 N = 3 +0.227 m N = 2 -0.275 m TP - 128 TP - 33 - 0.334 m N = 3 N = 2 + 0.210 m +0.118 m N = 2 TP - 44 TP - 129 -0.123 m N = 2 N = 3 TP - 80 TP - 101 -0.003 m N = 2 - 0.327 m N = 2 + 0.205 m N = 3 + 0.609 m N = 3 - 0.179 m N = 2 TP - 130 TP - 43 + 0.423 m GPS22 TP - 131 +0.104 m N = 2 N = 3 -0.125 m TP - 100 N = 3 +1.025 m - 1.649 m TP - 132 TP - 34 GPS20 - 1.557 m N = 2 N = 3 269426 TP - 147 N = 1 + 0.281 m -0.464 m TP - 42 GPS17 TP - 133 N = 2 +0.379 m TP - 99 N = 4 + 0.316 m TP - 35 - 0.831 m N = 4 N = 3 +0.124 m N = 2 TP - 145 - 0.702 m TP - 134 -0.296 m TP - 143 -0.058m N = 3 N = 3 N = 4 +0.119m TP - 37 TP - 141 +0.034 m +0.119 m +0.146 m TP - 41 -0.409 m N = 2 TP - 146 N = 2 N = 3 N = 2 N = 2 TP - 38 -0.123 m TP - 81 -0.519 m TP - 39 -0.523 m N = 3 N = 2 TP - 144 +0.052 m -0.054 m TP - 142 N = 2 TP - 40 N = 2 N = 3 - 0.059 m GPS7 +0.432 m N = 2 N = 3 N = 1 TP - 140 + 0.041 m N = 3 TP - 98 +0.022 m N = 2 N = 4 + 0.209 m TP - 139 TP - 82 -0.154 m N = 3 TP - 97 + 0.122 m N = 3 TP - 138 I-73 N = 4 + 2.977 m GPS18 -0.406 m N = 2 TP - 96 N = 3 - 2.467 m TP - 137 GPS6 +0.212 m N = 3 -0.899 m N = 3 + 0.755 m N = 2 TP - 83 TP - 136 TP - 95 + 2.152 m N = 4 -3.154 m N = 2 +0.549 m N = 4 + 0.425 m TP - 94 N = 3 - 1.460 m TP - 135 TP - 93 N = 3 -2.675 m N = 3 TP - 84 + 1.098 m TP - 92 GPS19 N = 4 GPS5 + 1.911 m +0.894 m N = 3 N = 2 - 4.011 m TP - 91 N = 3 - 0.568 m GPS4 TP - 85 - 0.047 m TP - 90 - 1.635 m N = 3 + 1.315 m + 0.892 m +3.876 m N = 4 N = 4 TP - 89 N = 2 TP - 87 N = 3 N = 4 TP - 88 + 2.098 m TP - 86 N = 3 GPS3 GPS2 GPS1 I-774 Hình 8. Sơ đồ đo mạng lưới hạng 3 và hạng 4 Khu công nghiệp Vũng Áng-Hà Tĩnh 66
5. - Lưới hạng 3: Lưới được đo theo quy phạm lưới độ cao hạng 3, 4 nhà nước, sử dụng máy thủy chuẩn số Dini12 và mia gỗ mã vạch, kết quả đo được tổng hợp như bảng 3 và bảng 4. Bảng 3. Tổng hợp kết quả đo lưới thủy chuẩn hạng 3 Tuyến đo D STT D ftt fgh (km) Tuyến (km) (mm) (mm) (mm) (mm) 01 4,94 4,2 22,2 07 10,53 4,1 32,4 02 5,46 12,2 23,4 08 4,29 0,3 20,7 03 2,99 1,5 17,3 09 7,8 5,1 27,9 04 5,46 0,0 23,4 10 2,86 2,5 16,9 05 7,67 1,2 27,7 11 23,58 2,5 48,6 06 6,33 0,4 25,7 12 3,72 0,0 19,4 Bảng 4. Tổng hợp kết quả đo lưới thủy chuẩn hạng 4 Tuyến D STT D đo (km) Tuyến (km) (mm) (mm) (mm) (mm) 01 0,91 0,04 19,08 13 1,04 0,89 20,40 02 1,04 0,55 20,40 14 0,85 0,72 18,38 03 2,47 3,09 31,43 15 0,78 1,15 17,66 04 1,17 1,86 21,63 16 1,04 1,08 20,40 05 0,78 0,49 17,66 17 0,98 0,12 19,75 06 2,63 2,04 32,43 18 0,98 0,91 19,75 07 1,04 1,85 20,40 19 0,91 1,21 19,08 08 0,65 0,71 16,12 20 1,04 0,43 20,40 09 0,91 1,35 19,08 21 2,43 5,13 30,59 10 1,69 0,68 26,00 22 1,56 0,06 24,98 11 0,65 0,40 16,12 23 0,78 0,99 17,66 12 1,69 1,13 26.00 24 0,65 2,20 16,12 Từ kết quả tổng hợp ở bảng 3 và bảng 4 ta biểu diễn trên biểu đồ hình 8. So sánh sai số khép của mạng lưới hạng 3 So sánh sai số khép của lưới hạng 4 60 35 50 30 25 40 Ss khép thực tế 20 SS khép thực tế 30 Ss khép giới hạn 15 SS khép giới hạn 20 10 10 5 Giá trị sai số (mm)khép Giá trị sai số (mm)khép 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 vòng khép vòng khép Hình 9. Sơ đồ so sánh sai số khép lưới hạng 3 và hạng 4 67
6. Từ công thức (5) tính được sai số trung dựng lưới độ cao hạng 3, hạng 4 nhà nước bằng phương chênh cao trên 1km đo như sau: máy thủy chuẩn số. - Đối với lưới hạng 3: m0=1,56mm/km Có thể khẳng định, không tồn tại sai số đọc - Đối với lưới hạng 4: m0=1,95mm/km số và sai số ghi sổ khi đo bằng máy thủy chuẩn - Trong đó sai số trung phương chênh cao số. Bên cạnh đó còn giảm nhân công và tăng trên 1km đo cho phép với hạng 3 và hạng 4 lần năng suất lao động. lượt là 5,0mm và 10,0mm [5]. Nhận xét: Từ kết quả trong các bảng 2, 3, 4 TÀI LIỆU THAM KHẢO và sơ đồ hình 7, 9 cho thấy: Sai số khép các [1]. Hướng dẫn sử dụng máy Dini 12 hãng tuyến đồng đều và có giá trị nhỏ hơn sai số Trimble. khép giới hạn. Sai số trung phương chênh cao [2]. Hướng dẫn sử dụng máy DL101C hãng trên một trạm máy và trên 1km đo và đều nhỏ Topcon. hơn giới hạn. [3]. Phạm Trung Dũng, Báo cáo đề tài cấp 4. Kết luận trường 2009, Nghiên cứu ứng dụng thiết bị thủy Từ các nghiên cứu trên cho thấy, máy thủy chuẩn số trong đo lún công trình. chuẩn số là thiết bị đa năng có thể thay thế được [4]. Tiểu chuẩn xây dựng Việt Nam TCXDVN cả máy thủy chuẩn quang cơ độ chính xác cao 271: 2002. và độ chính xác trung bình. [5]. Tiêu chuẩn kỹ thuật quốc gia về xây dựng Hoàn toàn có thể sử dụng máy thủy chuẩn số lưới độ cao QCVN 11: 2008/BTNMT. đo đạc trong điều kiện thiếu ánh sáng, cho độ [6]. The Digital level Dini11T From Zeiss. J.-L. chính xác cao như trong quan trắc lún công trình. Pochon, U. Fehlmann, J. Duppich. Khi sử dụng mia gỗ mã vạch cho phép xây SUMMARY On the application of digital level in engineering surveying Pham Trung Dung, University of Mining and Geology From researchs on the structures, operate principles and sources of errors affecting the accuracy of the measurement results of the digital level into paper carried out experimental works with several levellings of surveying engineering. Especially, this paper surveyed the accuracy of the digital level in low lever of light. The data showed that the digital level completely accommodated in the required accuracy of works in surveying engineering. 68