Tài liệu TRẮC ĐỊA ỨNG DỤNG

TS. NGUYỄN THẾ THẬN TRẮC ĐỊA ÚNG DỤNG ■ ■ (Tải bản) NHÀ XUẤT BẢN XÂY DựNG HÀ NỘI - 2 0 1 0 MỎ ĐẨU Trắc địa là một trong những khoa học về Trái đất. Nó là toàn bộ các công tác đo đạc, tính toán xử lý sô liệu nhằm xác định hỉnh dáng và kích thước Trái đất; biểu diễn địa hình mặt đất thành bản đồ phục vụ việc xảy dựng các công trình và các yêu cầu kỹ thuật khác. Trắc địa cần thiết trong nhiều lĩnh vực cứa nền kinh t ế Quốc dân VÀ Quốc phòng. Trong xảy dựng, Trắc địa cần thiết trong tất cả các giai đoạn xây dựng công trinh. Ớ giai đoạn khảo sát người kỹ sư cấn thiết phoi có những sô'liệu về địa hình khu vực. Nhiệm vụ quan trọng nhất của Trắc địa là thành lập bủn đồ và mặt cắt địa hình. Thiếu bản đồ khống thê qui hoạch xăy dựng được thành phố, đường sá, kênh mương, đẽ đập, các hệ thong tưới tiêu nước ... Khi thiết kế, người kỹ sư cần có kiên thức trắc địa đ ể sử dụng bản đồ, tính toán thiết kê òác công tác xăy dựng, dự tính các phương pháp nhằm đảm bảo các kích thước hình học của công trinh, v.v... Ở giai đoạn thi công công trình, còng tác trắc địa đảm bảo cho việc chuyến các bản thiết kè ra hiện trường V I các kích thước hình học của Ớ cồng trinh giữ được chính xác theo bán thiết kẻ. Khi xăy dựng xong từng phần hay toàn bọ cỏng trinh, phai tiến hành đo vẻ hoàn công nhằm xác định vị trí thực của công trình đẽ kiếm tra đanh giơ chất lượng thi công. Tĩ~x)ng giai đoạn khai thác công trình (đói khi ngay cả lúc đang thi công), công tác trắc địa tiến hành quan trắc theo dõi sự biến dạng của công trinh đẽ đánh giá chất lượng, kiếm định lại các s ố liệu khảo sát, các giải p h áp tính toán, thiết k ế nhằm đảm bảo sự ổn định và bền vững của công trinh trong quá trinh sử dụng. Trong quá trinh ph át triển trắc địa đã được phản ra nhiều ngành chuyên môn hẹp hơn như: Trắc địa cao cấp, Trắc địa công trình, Trắc địa mổ. Trăc địa ảnh, Bản đồ học, Địa chính Ư ... .Ư 3 Cùng với sự p h á t triển của KHKT, Trắc địa ngày nay đả có những công nghệ đo đạc hiện đại V I các loại máy móc thiết bị chính xác như. Ớ Hệ thống định vị toàn cầu GPS} công nghệ chụp ảnh s ố hàng không có gắn thiết bị định vị GPS, hệ thống thông tin địa lý GIS,các loại mảy toàn đạc điện tử, các thiết bị đo đạc laze hiện đại v.v... Nhằm giúp bạn đọc có thêm nguồn tài liệu phong phú đ ể nghiên cứu, chúng tôi xin trân trọng giới thiệu cuốn sách Trắc địa ứng dụng. Quyền sách có2 phần gồm 10 chương. P h ầ n 1. Trắc địa đại cương có 5 chương: Chương 1. Những kiến thức trắc địa cơ bản Chương 2. Các công tác và kỹ thuật đo đạc cơ bản Chương 3. Lưới khống chế trắc địa Chương 4. Đo vẽ bản đồ và mặt cắt địa hình Chương 5. Công tác trắc địa trong xảy dựng. P h ầ n 2. Công nghệ bản đồ sô'và hệ thống thông tin địa lý GIS gồm 5 chương Chương 6. Cơ sở công nghệ bản đồ sô' Chương 7. Đo vẽ bằng máy toàn đạc điện tử Chương 8. Công nghệ s ố hóa bản đồ Chương 9. Thành lập bản đồ bằng công nghệ ảnh s ố Chương 10. Hệ thống thông tin địa lý GIS. Chúng tôi xin cảm ơn các tác giả tài liệu tham khảo được sử dụng trong cuốn sách này. Đặc biệt tác giả xin cảm ơn TS. Nguyễn Thạc Dủng đã cung cấp nguồn tài liệu chính, đả đọc và chính sửa cho phần thú nhàt của quyển sách này. Tuy tác giả đã hết sức cố gắng nhưng chắc vẫn không tránh khỏi còn những khiếm khuyết. Chúng tôi mong nhận được ý kiến đóng góp của độc giả. Mọi ỷ kiến xin gửi về: Bộ môn Trắc địa Trường đại học Xây dựng Hà Nội. ĐT: 04 8697410. Email: [email protected]. vn T á c g iả 4 Phần thứ nhất TRẲC ĐỊA DẠI CƯƠNG ■ m Chưưng 1 NHŨNG KIẾN THỨC TRẮC ĐỊA c ơ BẢN 1.1. HỆ QUY CHIẾU TRẮC ĐỊA 1.1.1. Hệ quy chiếu độ cao 1. Geoid quả đất Như chúng ta đã biết, bề mặt tự nhiên của Trái đất rất phức tạp; 71% là nước của biển và các đại dươn^, còn lại 29% là lục địa. Do vậy có thể xem Trái đất như được bao bọc bởi bề mặt nước biên trung bình yên tĩnh kéo dài xuyên qua các đảo và lục địa tạo thành một mặt cong khép kín. Pháp tuyến của mặt này ở mỗi điểm bất kỳ trùng với phương của dây dọi ở điểm ấy. Mặt này được gọi là mặt thủy chuẩn. Mặt thúy chuẩn trùng với mực nước biển yên tĩnh trung bình được gọi là mặt thủy chuẩn gốc, hay còn được gọi là mặt Geoid. Mặt Geoid là mặt quy chiếu về độ cao. 2. Ilệ độ cao Độ cao của 1 điểm là khoảng cách tính theo phương dây dọi từ điểm đó đến mặt Geoid (mặt thủy chuẩn). Ớ Việt Nam mặt geoid được xác định đi qua Trạm nghiệm triều Hòn Đấu, Hải Phòng. 1.1.2. Hệ quy chiếu tọa độ 1. Ellipsoid quả đất Đế xác định các mật thủy chuẩn người ta phải xác định được phương dây dọi tại các điểm khác nhau. Phương của dây dọi phụ thuộc vào sự phân bố đất đá của vỏ Trái đất cho nên thường không có quy luật. Do vậy mặt thủy 5 chuán xác định theo cách đó mặc dầu gần với mặt đất tự nhiên nhưng là một mặt không biểu diễn được bằng các phương trình toán học. Đế biểu diễn mặt đất tự nhiên người ta chiếu các điểm của nó lên một mặt lý lhuyết, nghĩa là một mặt có thê xác định được bằng các phương trình toán học (Hình 1-1). Mặt này cần phải đáp ứng hai vêu cầu cơ bản: - Biểu diễn được bằng các phương trình toán học; - Gần với gcoide nhất. Hình 1-1 Hình 1-2 Qua nghiên cứu người ta thấy ràng mật gcoide tương ứng với hình thể của một hình ellip quay quanh trục ngắn của nó (Hình 1-2). Trong hình học nó có tên là ellip tròn xoay (ellipsoid). Nhiều nhà bác học của các nước khác nhau đã xác định được kích thước của ellipsoid Trái đất. Theo số liệu của F.N. Krasôpsky năm 1924 thì: Bán trục lớn a = 6378245 m; Bán trục bé b = 6356863 m; Độ dẹt a = (a - b)/a = 0,003352 = 1/298,3. Kích thước ellipsoid của Trái đất được xác định bằng vệ tinh trong hộ tọa độ WGS84 (Woid Geodelic System 1984) là: a = 6378137 m ; « = 1 /2 9 8 ,2 5 7 Ellipsoid này được đặt vào tâm Trái đất và có bán trục nhỏ song song với trục quay Trái đất. Như vậy hệ quy chiếu tọa độ của mặt đất là ellipsoiđ với các tham số của nó được định vị trong lòng Trái đất cùng với một diêm gốc có tọa độ xác định. Vì độ dẹt nhỏ nên khi chỉ biểu diễn một phần bể mặt Trái đất người ta có thế xem mặt đất là một mặt cầu với bán kính R = 6371110 m. Trong xây dựng khi chỉ biểu diẻn mộc khu đất hẹp trong phạm vi 20 còn có thể xem mặt đất là một mặt phẳng. 6 X 20km 2. Hệ tọa độ địa lý Xem bề mặt lý thuyết của Trái đất là mặt cầu ta có các định nghĩa sau: Hệ tọa độ địa lý. Chọn kinh tuyến đi qua đài thiên Bắc văn Greenvvich (kinh tuyến gốc) và xích đạo làm hệ trục. Một điếm bất kỳ trên mật đất được định vị chính xác nhờ các tọa độ địa lý là độ kinh và độ vĩ như sau (Hình 1-3). Độ kinh (X). Độ kinh của Hình 1-3 một điểm là góc nhị diện tạo bới mặt pháng kinh tuyến chứa điểrn đó và mặt phắng kinh tuvến gốc. Độ kinh được tính từ kinh tuyến gốc về hai phía Đông và Tây bán cầu. Độ vĩ (cp). Độ vĩ của một điểm là góc tạo bới đường dây dọi đi qua điểm đó và mặt pháng xích đạo. Độ vĩ được tính về hai phía Bắc và Nam bán cầu kể từ xích đạo. Ví dụ mốc tam giác tại Láng, Hà Nội có tọa độ địa lý là: X = 105"46'40"Đ. (p = 21l’07’48"B 1.2. PHÉP CHIẾU BÁN ĐỒ 1.2.1. Khái niệm Mô hình Trái đất - quá cầu cho ta hình dạng đúng đắn nhất về vị trí tương hỗ của các điểm trên mặt đất. Song không phải lúc nào cũng dễ dàng sử dụng một mô hình như vậy. Nếu thể hiện lên mặt pháng mỗi khu vực cần thiết trên Trái đất thì sẽ thuận lợi hơn. Một bán vẽ trên giấy và từng khu vực như vậy rõ ràng rất tiện lợi cho công việc. Nhưng làm thế nào thê hiện đúng bề mặt hình cầu trên mặt phắng, tức là chuvến một điểm xác định bằng tọa độ địa lv (ọ, X) thành một điểm xác định bằng tọa độ vuông góc (x, y). Đầu tiên người ta tính toán và xây dựng trên giấy mạng lưới kinh tuyến và vĩ tuyến, sau đó từ các đường lưới theo các tọa độ người ta biểu diễn các chi 7 tiết thu nhận dược bằng đo vẽ địa hình. Lưới kinh tuyến và vĩ tuyến đó là cơ sở của bất kỳ bản đồ nào. Tùy theo phép chiếu hình đã lựa chọn, các kinh tuyến và vĩ tuyến trên bản đổ có thể bicu diễn dưới dans lúc đường thẳnu lúc đường cong. c? Nếu chiếu lưới vĩ tuyến và kinh tuyến lừ mặt hình cầu xuống mặt bên của một hình trụ hoặc một hình nón (Hình 1-4) rồi sau đó cắt và dàn trái trcn mặt phắng mặt trụ và mặt nón thì trường hợp đầu có tên là phép chiếu hình trụ - các kinh tuyến và vĩ tuyến được biểu thị trên đó dưới dạng các đường vuôna góc tươ!!2 ứng, còn trường hợp thứ hai được gọi là phép chiếu hình nón - các vĩ tuyến được biểu thị bằng các vòna tròn đồng tâm, còn các kinh tuyến là các bán kính xuất phát từ tâm cứa các vòna tròn đó. Hình 1-4. Pliép chiếu hìnli trụ (a) và liìnli I1 ÓI1 (b) Bất kỳ phép chiếu nào cũng đều được xây dựng theo những định luật toán học chặt chẽ. Nghĩa là xác lập các quan hệ hàm số giữa toa độ địa lý và toa độ vuông góc: X= f (cp, X ) ; y = g(q>, k) Đây là các hàm số có quan hệ một - một, nshĩa là ứng với một giá trị của (p và X cho ta một một giá trị duv nhất của X, y và ngược lại. Bộ môn nghiên cứu các quy luật xây dựng phương pháp chiếu bản đồ chính là toán bán đồ. 1.2.2. Phép chiếu Mercator cho hình cầu 1. Định nghĩa Đâv là phép chiếu đồng dạng mặt cầu lên một mặt trụ tiếp xúc theo xích đạo, sau đó triển khai mặt trụ thành mặt phắng (Hình 1-5). 8 0 Hình 1-5: Phép chiêu Mecator Trên mặt cầu bán kính bằng đơn vị ta ký hiệu: - o điểm gốc của hệ tọa độ địa lý, - POP' là kinh tuyến gốc (đi qua O), - A điểm có độ vĩ (p và độ kinh Ằ ., - EAE| vĩ tuyến của điếm A, - PAAqP' kinh tuyến của điếm A. - A', A" là hai điểm lân cận của A tương ứng nằm trên cùng kinh tuyến và vĩ tuyến với A. Trên mặt pháng theo phép chiếu Mercator ta có: - Xích đạo trở thành đường tháng và dược chọn làm trục X, - Kinh tuyến gốc POP' khai triển thành đường thẳng và là trục y, - Kinh tuvến của điểm A sẽ được biểu diễn thành đường thảng song song với trục O v có hoành độ X = X, - Vĩ tuyến của điểm A (đường tròn F A F ị ) (lươc biêu diễn thành đường thắng song song với trục Ox sao cho tung độ cứa nổ bảo đảm cho sự đồng dạng của phép chiếu. Các điếm trên mặt cầu 0 , A, A \ A" tương ứng dược biếu diẻn trên mặt phẩng bằng các điểm o (gốc của hệ tọa độ vuông góc), a, a', a". Với phép chiếu đồng dạng tỷ lệ theo hai hướng vuông góc là như nhau, nghĩa là ta có thể viết: aa' _ aa" A A ' = AA" Theo các khái niệm về toán học ta có: 9 aa' = dy AA' = d

- Xem thêm -