Trong trắc địa có các phương pháp đo cao khác nhau như đo cao hình học, đo cao lượng giác , đo cao thủy tĩnh, đo cao bằng công nghệ GPS,…. Bài viết này Đo Vẽ Nhanh sẽ giới thiệu đo cao hình học là gì, nguyên lý đo cao hình học, phương pháp đo cao hình học từ giữa, phương pháp đo cao hình học phía trước và thao tác đo cao hình học tại 1 trạm máy.
Mục lục nội dung
Đo cao hình học là gì?
Phương pháp đo cao hình học: là phương pháp đo chênh cao giữa 2 điểm bằng một tia ngắm nằm ngang của máy thuỷ chuẩn.
Có hai phương pháp để xác định chênh cao giữa hai điểm là :
- Đặt máy giữa hai điểm gọi là: ”Đo thuỷ chuẩn từ giữa “.
- Đặt máy ở một điểm và dựng mia một điểm gọi là: “Đo thuỷ chuẩn phía trước “.
Nguyên lý đo cao hình học
Giả sử cần xác định chênh cao h giữa hai điểm A và B, người ta đặt máy thủy chuẩn tại điểm M nằm giữa hai điểm A và B. Tại hai điểm A và B người ta dựng hai mia thẳng đứng (như hình dưới).
Theo chiều đo từ A đến B ta gọi mia đặt ở A là “mia sau” (ký hiệu là S), mia đặt ở B là “mia trước” (ký hiệu là T) thì chênh cao giữa hai điểm luôn được tính theo nguyên tắc “Sau – Trước” (viết tắt là S-T).
Sau khi cân bằng máy đưa trục ngắm về vị trí nằm ngang, hướng ống kính lên ngắm mia A, đọc được số đọc là S. Quay ống kính ngắm lên mia B đọc được số đọc là T.
Chênh cao giữa hai điểm A và B được tính theo công thức:
hAB = S – T (*)
Như vậy chênh cao tại một trạm máy bằng số đọc trên mia sau (S) trừ số đọc trên mia trước (T).
- Nếu S>T thì h>0, tức độ cao điểm Sau nhỏ hơn độ cao điểm Trước (hay Sau thấp hơn Trước)
- Nếu S<T thì h<0, tức độ cao điểm Sau lớn hơn độ cao điểm Trước (hay Sau cao hơn Trước).
Nếu biết cao độ tuyệt đối của HA của điểm A và đo được chênh cao giữa hai điểm là hAB thì ta dễ dàng tính được độ cao tuyệt đối của điểm B như sau:
HB = HA + hAB
Phương pháp đo cao hình học từ giữa
Ta xét trong phạm vi hẹp, nghĩa là coi mặt thuỷ chuẩn là mặt phẳng ngang.
Tia ngắm truyền thẳng và song song với mặt thuỷ chuẩn, các trục đứng của máy và mia theo phương dây dọi vuông góc với mặt thuỷ chuẩn, chênh cao giữa hai điểm A và B ký hiệu là hAB: hAB = HB – HA
Tại A và B đặt hai mia thẳng đứng, mia có khắc vạch đơn vị độ dài (cm, mm), đo khoảng cách bằng dây thị cự. Tại điểm giữa của đoạn AB đặt máy thuỷ bình, máy có bộ phận để đưa trục ngắm về vị trí nằm ngang.
Theo hướng từ A đến B, ta gọi mia đặt ở A là “mia sau” và mia đặt ở B là “mia trước”. Sau khi cân bằng để đưa trục ngắm về vị trí nằm ngang, hướng ống kính ngắm về mia sau và dựa vào chỉ giữa (ngang) của lưới chỉ chữ thập đọc số đọc ký hiệu là (a), sau đó đưa ống kính ngắm sang mia trước đọc được số đọc ký hiệu là (b), từ hình vẽ ta thấy, trị số và dấu của chênh cao hAB được tính theo hiệu của hai số đọc này là: hAB = a – b
Dấu ( – ) xảy ra trong công thức trên có nghĩa là điểm B thấp hơn điểm A.
Nếu độ cao của điểm A đã biết trước là HA thì độ cao của điểm B sẽ được tính là: HB = HA + hAB
Trường hợp A và B cách xa nhau hoặc trong trường hợp hAB quá lớn (độ dốc lớn) cần phải bố trí nhiều trạm máy, lúc này hAB là tổng các chênh cao hi của n trạm :
Phương pháp đo cao hình học phía trước
Trường hợp máy đặt ở A có độ cao đã biết để xác định độ cao của các điểm lân cận chẳng hạn điểm B, ta đặt mia tại B, sau khi đưa bọt thuỷ về vị trí ở giữa, trục ngắm về vị trí nằm ngang, đọc được số đọc là b và đo chiều cao của máy ta sẽ tính được chênh cao hAB.
Ta có : hAB = i – b
HM=( HA + i ) – b
Phương pháp đo cao hình học là phương pháp đơn giản nhất, nhưng đạt được độ chính xác cao nhất so với các phương pháp khác.
Thao tác đo cao hình học tại 1 trạm máy
Trình tự đo cao hình học tại một trạm máy
Đặt máy cách đều hai mia và cân bằng máy chính xác (như hình dưới).
Đo ngắm theo trình tự: “Sau-Trước-Trước-Sau”
- Quay máy ngắm mặt đen mia Sau, dùng ốc vít nghiêng điều chỉnh cho bọt thủy cân bằng chính xác rồi đọc cả 3 dây chỉ (trên, dưới, giữa).
- Quay máy ngắm mặt đen mia Trước, dùng ốc vít nghiêng điều chỉnh cho bọt thủy cân bằng chính xác rồi đọc cả 3 dây chỉ (trên, dưới, giữa).
- Giữ nguyên máy, ngắm mặt đỏ mia Trước đọc số chỉ giữa.
- Quay máy ngắm mặt đỏ mia Sau đọc số chỉ giữa.
Toàn bộ kết quả đo được ghi vào sổ theo mẫy dưới đây:
Trình tự ghi và tính sổ đo cao hình học tại 1 trạm máy
- Ngắm mặt đen mia Sau đọc số lần lượt chỉ dưới (1), chỉ trên (2) và chỉ giữa (3).
- Ngắm mặt đen mia Trước đọc số chỉ dưới (4), chỉ trên (5) và chỉ giữa (6).
- Ngắm mặt đỏ mia Trước đọc số chỉ giữa (7).
- Ngắm mặt đỏ mia Sau đọc số chỉ giữa (8).
Qúa trình đo như vậy tạo thành quy trình đo ngắm “S-T-T-S”
Ví dụ: Trong sổ ta ghi được (1) = 2975; (2) = 2616; (3) = 2795; (4) = 0529; (5) = 0172; (6) = 0315; (7) = 4825; (8) = 7369
Như vậy là đã đo xong một trạm máy.
Trước khi chuyển sang trạm máy khác cần tính toán ngay sổ đo.
Mẫu sổ đo cao hình học (sổ đo thủy chuẩn)
Tính toán sổ đo cao hình học tại 1 trạm máy
Tính toán số liệu đo cao hình học tại 1 trạm máy
- Kiểm tra số đọc trên mia dựa vào hằng số của mia [(9); (10)] = K + đen – đỏ
- Tính chênh cao theo mặt đen: S(đen) – T(đen)= h(đen) mục (11)
- Tính chênh cao theo mặt đen: S(đỏ) – T(đỏ)= h(đỏ) mục (12)
Sai lệch chênh cao giữa mặt đen và mặt đỏ phait xấp xỉ bằng ∆K, tức là:
h(đen) – h(đỏ)= ± ∆K hay h(đen) – h(đỏ) ± ∆K = 0
Tính chênh cao trung bình giữa mặt đen và mặt đỏ:
hTB = 0.5 [ h(đen) + h(đỏ) ± ∆K ] (**)
Trong ví dụ mia sau có K2 = 4574, mia trước có K1 = 4473 thì ∆K = |K2 – K1| = 101
Tính các giá trị kiểm tra: (9) = 4473 + 0351 – 4823 = +1; (10) = 4574 + 2795 – 7370 = -1.
Tính chênh cao mặt đen: (11) = (3) – (6) = 2795 – 0351 = +2444
Tính chênh cao mặt đỏ: (12) = (8) – (7) = 7370 – 4823 = +2547
Kiểm tra theo (*): (13) = (11) – (12) + 101 = 2444 – 2547 + 101 = (10) – (9) = -2
Tính chênh cao trung bình giữa nặt đen và mặt đỏ theo công thức (**): (14) = 0.5[(11) + (12) ±∆K] hay (14) = (11) -0.5(13)
Trong ví dụ: (14) = 2445
Sau khi tính xong chênh cao trung bình, ta tính khoảng cách từ máy tới mia trước và mia sau theo công thức:
S=(số đọc chỉ Dưới trừ số đọc chỉ Trên)x100
Khoảng cách sau: (15) = (1) – (2)
Khoảng cách trước: (16) = (4) – (5)
Chênh lệch khoảng cách tại trạm máy:
Trạm máy thứ nhất là: (17) = (15) – (16)
Trạm máy thứ hai là: (19)
Tích lũy chênh lệch khoảng cách trên cả tuyến đo:
Tổng chênh cao khoảng cách của trạm thứ nhất và trạm thứ hai là: (20) = (19) + (18)
Trong ví dụ: (15) = 359; (16) = 357; (17) = +0.2; (18) = +0.2; (19) = +0.4; (20) = +0.6
Chú ý:
Khi đo thủy chuẩn kỹ thuật, nếu dùng mia hai mặt, có thể đo theo chương trình “sau-sau-trước-trước” để cho nhanh, còn nếu dùng mia một mặt thì thay đổi chiều cao máy.
Tính toán cả tuyến đo cao hình học
Sau khi đã tính và kiểm tra kỹ tổng hợp từng trang sổ, ta tiến hành tính toán trên cả tuyến đo.
- Tính tổng chênh cao toàn tuyến: ∑hđo = h1+ h2 + …. + hn
- Tính sai số khép chênh cao trên toàn tuyến: fh= ∑hđo – ∑hLT
- So sánh sai số khép giới hạn, yêu cầu: fh ≤ fgh
- Tính kiểm tra tích lũy chênh lệch khoảng cách trên cả tuyến đo. Yêu cầu:
Xem thêm:
Tỷ lệ bản đồ là gì? Ứng dụng của tỷ lệ bản đồ với đời sống
Các phép chiếu bản đồ và ưu nhược điểm của các phép chiếu
Cách tính mật độ điểm khống chế tọa độ mặt bằng
Cách chia mảnh bản đồ theo phương pháp UTM và Gauss
Hệ tọa độ và hệ quy chiếu bản đồ ở Việt Nam
Mọi thứ bạn cần biết về scan to BIM
Kiểm nghiệm máy và mia thủy chuẩn
Kiểm nghiệm điều kiện trục ống thủy dài vuông có với trục quay máy
Do ốc vít nghiêng với ống thủy dài có liên quan lẫn nhau nên hiệu chỉnh cho trục ống thủy dài vuông góc với trục quay máy thực chất là tìm vị trí hợp lý của ốc vít nghiêng.
Tìm vị trí hợp lý của ốc vít nghiêng
Trước hết cân bằng sơ bộ bọt thủy tròn, sau đó quay máy sao cho trục ổng thủy dài song song với đường nối hai trong ba ốc cân bằng máy ví dụ song song với đường nối hai ốc 1 và 2 (như hình vẽ). Dùng 2 ốc này xoay ngược chiều nhau để bọt thủy vào chính giữa.
Quay máy 1800 để trục ống thủy vẫn song song với đường nối hai ốc 1 và 2 nhưng lúc này có chiều ngược lại (như hình vẽ).
- Nếu bọt thủy vẫn ở giữa thì chứng tỏ ốc vít nghiêng đang ở vị trí hợp lý ta không caadn hiệu chỉnh gì thêm.
- Nếu bọt thủy bị lệch đi n khoảng chia thì dùng hai ốc cân máy 1 và 2 đưa cho bọt thủy về phía trung tâm n/2 khoảng lệch còn lại n/2 vạch thì dùng ốc vít nghiêng đưa nó về nốt. Thao tác này làm vài ba lần cho đến khi máy ở vị trí bất ký bọt thủy vẫn ở vị trí trung tâm.
- Với máy cân bằng tự động thì chỉ cần kiểm tra xem bộ phận cân bằng tự động có làm việc hay không bằng cách khi cân bằng máy bằng bọt thủy tròn ta gõ nhẹ lên ống ngắm và nhìn qua ống ngắm xem hình ảnh mục tiêu có bị rung hay không. Nếu hình ảnh mục tiêu rung rung thì chứng tỏ bộ phận cân bằng vẫn hoạt động.
Sai số góc i trong đo cao hình học
Nếu trên hình chiếu đứng trục ngắm ống kính và trục ống thủy dài không song song với nhau sẽ sinh ra sai số góc i. Kiểm nghiệm điều kiện này người ta có nhiều phương pháp khác nhau. Sau đây Dovenhanh.com sẽ giới thiệu phương pháp thường dùng.
Nội dung kiểm nghiệm góc i gồm:
Bố trí đồ hình kiểm nghiệm
Trên một bãi đất rộng, nền đất vững chắc chọn 4 điểm A, B, I, II thẳng hàng sao cho AI = IB = 20m, BII = 4.0m (như hình dưới) và đóng cọc chắc chắn. Các đoạn đo cho phép sai lệch khoảng 0.2m. Trên cọc A và B dựng mia thật thẳng đứng.
Trình tự đo ngắm kiểm nghiệm
- Đặt máy ở điểm I (điểm giữa đoạn AB): Cân bằng máy chính xác, hướng ống kính ngắm lên hai mia đọc số đọc cả hai mặt đen và đỏ ta được giá trị a1 và b1. Chênh cao giữa A và B lúc này là:
hI(AB) = b1 – a1
- Đặt máy ở điểm II (điểm ngoài đoạn AB): Cân bằng máy xong ta cũng hướng ống kính ngắm lên hai mia và đọc số ta được các số đọc là a2 và b2. Chênh cao giữa hai điểm A, B lúc này cùn tính như khi đặt máy ở I, tức là:
hII(AB) = b2 – a2
Nếu máy có sai số góc i thì chênh cao đo được giữa hai điểm A, B khi đặt tạm máy lệch (ở điểm II) sẽ khác với chênh cao đúng (khi đặt máy ở điểm giữa I), tức là: hII(AB) ≠ hI(AB)
Tính giá trị góc i
- Tính hiệu: hII(AB) – hI(AB) = ∆h
- ∆h chính là sai số do góc i gây ra ở khoảng cách S = 40,0m
- Ký hiệu khoảng cách SAB = 40,0m thì từ hình vẽ ta có:
tag(i) = ∆h/S
- Vì góc i rất nhỏ nên một cách gần đúng ta có thể viết được: i” = (∆h/S)*ρ”
Với lưới thủy chuẩn hạng III quy phạm quy định i ≤ 10″ hay ∆h ≤ 2mm
Cách hiệu chỉnh góc i
Tính số đọc đúng (khi i = 0) theo công thức:
a’2= a2 – 1.1∆h
Số đọc kiểm tra: b’2= b2 – 0.1∆h
Dùng ốc vít nghiêng đưa số đọc từ b2 về số đọc đúng b’2, lúc này bọt thủy bị lệch đi, ta dùng tăm chỉnh ống thủy để đưa bọt thủy vào trung tâm.
Đối với máy tự động cân bằng vì không có ống thủy nên phải chỉnh màng dây chữ thập cho chỉ giữa trùng với số đọc b2
Sau khi hiệu chỉnh xong ta phải kiểm tra lại góc i. Nếu góc i vẫn lớn quá giới hạn của quy phạm ta phải điều chỉnh lại cho đến khi đạt yêu cầu.
Vì sai số góc i luôn biến động nên hằng ngày trước khi đem máy ra sử dụng đều phải kiểm nghiệm và hiệu chỉnh.
Bài viết trên chúng tôi đã giới thiệu cho các bạn về “Đo cao hình học là gì? Nguyên lý đo cao hình học, phương pháp đo cao hình học từ giữa, thao tác đo cao hình học tại 1 trạm máy, cách tính toán và ghi số liệu đo thủy chuẩn. Phương pháp kiểm nghiệm máy và mia thủy chuẩn”. Bài sau chúng tôi sẽ nói về “Đo cao lượng giác, nguyên lý của nó và cách tính toán ra kết quả đo”. Hy vọng đây là bài viết bổ ích, để tìm hiều thêm các nội dụng khác truy cập vào website: dovenhanh.com
