Giáo trình Đo đạc điện tử (Nghề Trắc địa công trình - CĐTC)

BỘ XÂY DỰNG
TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ XÂY DỰNG

GIÁO TRÌNH
MƠ ĐUN: ĐO ĐẠC ĐIỆN TỬ
NGHỀ: TRẮC ĐỊA CƠNG TRÌNH
TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG, TRUNG CẤP

Quảng Ninh, năm 2021



TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN
Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thơng tin có thể được phép dùng
nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo.
Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu
lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm.



BÀI 1. SỬ DỤNG AN TOÀN VÀ BẢO QUẢN MÁY TOÀN ĐẠC ĐIỆN TỬ
1. Hướng dẫn sử dụng tài liệu
- Tài liệu này được biên soạn dựa theo bản tiếng Anh nhằm mục đích hướng
dẫn nhanh cho người mới làm quen với các máy toàn đạc seri DTM-332 Nikon.
dụng.

- Từng phần trong tài liệu này được chỉ dẫn độc lập để tra cứu nhanh khi sử
- Một số thuật ngữ và khái niệm dùng trong tin học và công nghệ thông tin.
- Các chữ trắng nền đen là hiển thị trên màn hình.

2. An tồn và bảo quản máy

2.1 An toàn khi sử dụng
Các máy toàn đạc seri DTM-332 là loại máy laserS cấp 1, khơng cần
có thêm biện pháp an toàn khi vận hành sử dụng máy, nhưng cấm dọi tia ngắm vào
mặt hay mắt người, khi không sử dụng nên đậy nắp ống kính.
dễ cháy.

Cấm nhìn qua ống kính trực tiếp vào mặt trời.
Cấm dùng trong mỏ than, vùng có bụi than hoặc gần các chất bay hơi

Cấm tự ý thay đổi, sửa chữa các bộ phận máy khi khơng có chỉ dẫn
chun ngành.
Chỉ được phép dùng bộ nạp cấp kèm theo cho pin BC-65. Trong khi
nạp phải để ở chỗ khơ ráo, dễ quan sát và thốt hơi, thoát nhiệt tốt.
Cấm để ngắn mạch các cực pin. Cấm chọc, đập hay đốt pin. Khi cất
giữ pin phải xả hết và đậy nắp che đầu cực.
Mũi chân máy, sào gương rất sắc nhọn dễ gây tai nạn, phải cẩn thẩn
khi sử dụng.
-

Kiểm tra tình trạng quai đeo, khóa, bản lề trước khi cất máy vào hịm.

-

Kiểm tra tình trạng các ốc khóa chân máy trước khi lắp máy lên.

-

Ren đế máy là 5/8”, kiểm tra đầu ren ốc gắn máy.

-

Cấm vác chân máy di chuyển trạm khi có máy đang lắp trên chân.

-

Cấm dùng hòm máy làm vật kê chân hay ghế đứng, ngồi.

-

Đọc cẩn thận hướng dẫn sử dụng bộ nạp.

2.2. Bảo quản máy
• Cấm để máy phơi trực tiếp dưới nắng hay trong xe cộ đóng kín.
• Sau khi dùng trong thời tiết độ ẩm cao hay mưa nhỏ, phải lau chùi kỹ, làm
khô máy rồi mới cất vào hòm.

-1-


• Cất giữ bảo quản máy ở nơi khô ráo, thống khí có nhiệt độ khơng q
30C.
• Các phím bấm và núm khóa, núm vi động, ốc cân máy rất nhạy cảm, cấm
thao tác mạnh và đột ngột.
• Bao giờ cũng đậy nắp che ống kính và để máy vào hịm đúng theo chỉ dẫn.
• Cấm dùng các chất tẩy rửa để lau chùi vệ sinh máy.
• Vệ sinh kính mắt, kính dọi tâm và ống kính bằng vải bơng thấm cồn.
• Cấm để mở hịm máy dưới trời mưa hay nơi bụi bặm.
• Khi loại bỏ pin BC-65 phải làm đúng theo qui định vệ sinh môi trường.

3. Thay pin và lắp

Thao tác thay pin gồm 3 bước:
Bước 1: Xoay nút hoặc ấn nút tháo
Bước 2: Tháo bộ gá
Bước 3: Tháo pin ra
Thao tác lắp pin làm ngược lại quá trình trên, chú ý chiều âm dương của pin.

4. Nạp pin và bảo quản pin
-

-

Chỉ sử dụng nguồn theo đúng quy định của nhà sản xuất. Chỉ sử dụng bộ nạp
trong nhà.
Tránh nhưng tác động mạnh, va đập vào bộ sạc.
Tránh xa tầm tay trẻ em.
Bảo quản nơi khô ráo, thóa mát và ổn định.
Pin mới nên sạc 8 tiếng và sử dụng cạn pin “liên tục trong 3 lần” giúp kính
ứng và tang khả năng dự trữ tối đa của Pin
Sạc pin đầy trước khi sử dụng, tránh thường xuyên dùng cạn pin.
Sử dụng pin chính hãng, để tránh chai pin hoặc làm hỏng pin.
Sạc Pin nơi thoáng mát, khơng sạc khi trời ướt vì gây hỏng linh kiện điện tử,
tắt nguồn trước khi tháo Pin để sạc và chỉ dùng bộ nạp chuyên dùng cho từng
loại máy.
Định kì sạc lại 2 tháng 1 lần nếu khơng sử dụng.
Bảo quản Pin nơi có nhiệt độ từ 100C-450
Khơng sử dung dịch tẩy rử để vệ sinh Pin, tránh tiếp xúc với nước và mơi
trường ẩm ước.
Đặt máy tồn đạc vào hộp đúng tiêu chuẩn đảm bảo máy chống va chạm để
máy ln bền bỉ dù có va chạm mạnh.
Thường xuyên lau chùi, vệ sinh máy để loại bỏ bụi bẩn.

Bảo quản máy tồn đạc ở những nơi khơ thống, sạch sẽ, tránh ẩm ướt và bụi
bẩn.
Thường xuyên đem máy đi kiểm tra định kì.

BÀI 2. CÁC LOẠI MÁY ĐO ĐẠC ĐIỆN TỬ
1. Máy kinh vĩ điện tử
-2-


Máy kinh vĩ điện tử có 2 loại là : Máy kinh vĩ số loại mã hoá bàn độ và
máy kinh vĩ số loại xung.
1.1. Máy kinh vĩ số loại mã hố bàn độ.
Các máy kinh vĩ số có cấu tạo như máy kinh quang học bình thường,
chỉ khác một điều là máykinh vĩ số sẽ tự động đo góc và hiển thị trên màn
hình tinh thể lỏng. Số liệu đo góc được lưu vào trong bộ nhớ của máy để tiếp
tục xử lý. Các máy kinh vĩ sử dụng phương án mã hoá bàn độ gọi là các máy
kinh vĩ mã hoá.
Trong các máy kinh vĩ mã hoá, bàn độ đứng và bàn độ ngang không
được chia vạch như các máy kinh vĩ thơng thường. Phần ngồi bàn độ nơi
người ta khắc vạch với máy kinh vĩ thông thường thì người ta lại khắc
cácvịng trịn đồng tâm đó người ta lại phân thành các ô vuông riêng biệt kề
nhau. Các ô vuông này được sơn đen không cho ánh sáng truyền qua tương
ứng với giá trị “0” cịn ơ vng trong suốt cho ánh sáng đi qua và có giá trị là
“1”. Với cách mã hố như trên thì mỗi vị trí bàn độ sẽ ứng với một mã nhất
định chính vì vậy mà các loại máy này cịn được gọi là máy mã hoá tuyệt đối.
Để đọc được giá trị của bàn độ người ta dùng một số cửa sổ đọc số có bề rộng
là 1 byte. Muốn hiểu được giá trị của bàn độ cần phải dùng bộ giải mã
(Dicorder) để chuyển số đọc từ dạng mã hoá sang dạng số và số đọc sẽ được
hiện lên trên màn hình của máy.
+ Ưu điểm của phương pháp mã hố bàn độ:

Phương pháp mã hố bàn độ có thể dễ dàng nâng cao độ phân giải của
bàn độ để nâng cao độ chính xác đọc số. Việc này có thể thực hiện được bằng
cách tăng số vịng trịn trên bàn độ.
Ví dụ: Nếu bàn độ được chia thành 4 vịng thì với 1 mã có chiều dài 8
bit thì độ phân giải của màn hình sẽ là 1’. Nếu tăng số vòng tròn trên bàn độ
lên thành 5 vịng thì độ phân giải của màn hình sẽ là 1”.
+ Nhược điểm của phương pháp mã hoá bàn độ:
Bàn độ mã hóa phải được gia cơng với độ chính xác rất cao nên khó
chế tạo. Chính vì vậy mà phương pháp này hiện nay rất ít sử dụng.
1.2. Máy kinh vĩ số loại xung
Trong phương án xung vùng làm việc được chia thành các vạch trong
suốt và sẫm màu xen kẽ nhau khoảng cách giữa các vạch bằng bề rộng của
chúng. Giá trị bàn độ được xác định nhờ một hệ thống quét quang điện. Khi
chiếu một tia sáng hẹp đi qua Photođiode sẽ biến các xung ánh sáng thành các
xung điện từ. Trong máy được trang bị sẵn bộ phận đếm xung, do đó các xung
thu được ở Photođiode được chuyển dần đến bộ phận đếm xung, bộ phận này
sẽ tự động đếm các xung. Nếu ta đánh dấu một xung ban đầu có giá trị bằng
“0”thì ở mỗi bàn độ sẽ tương ứng với một số xung nhất định tính từ xung khởi
đầu. Như vậy, nếu dùng một máy đếm xung để đếm sô xung từ vạch khởi đầu
đến vị trí hiện thời của bàn độ chúng ta sẽ xác định được góc hợp bởi vạch
-3-


khởi đầu và vị trí hiện thời của bàn độ và giá trị góc này sẽ được hiển thị trên
màn hình của máy.
Ha

Hb
Ha – Xung ánh sáng thu được phía sau bàn độ trước khi đi vào Photodiode
Hb – Các xung thu được do Photodiode

Hình 2. Các xung ánh sáng và xung điện từ trước và sau khi đi vào Photodiode

Ưu điểm của phương pháp xung:
+ Độ chính xác đo gúc cao.
+ Cấu tạo bàn độ đơn giản, dễ chế tạo.
+ Máy có kích thước gọn nhẹ, tiêu thụ ít năng lượng.
Với những ưu điểm trên, hiện nay hầu hết các máy toàn đạc điện tử đều được
chế tạo theo phương pháp này.
1. 3. Một số máy kinh vĩ điện tử

2. Máy đo dài điện tử
Do các máy đo xa điện tử sử dụng dải sóng radio cực ngắn và dải sóng
ánh sáng làm sóng mang. Hai dải sóng này nằm trong thành sóng điện từ,
chính vỡ thế trước khi đi nghiên cứu về máy toàn đạc điện tử ta cần biết một
số kiến thức cơ bản về sóng điện từ.
2.1. Sóng điện từ và các tham số của sóng điện từ
-4-


a. Khái niệm cơ bản về dao động
Có nhiều dạng dao động nhưng cơ bản và đơn giản nhất là dao động
điều hồ hinh Sin có phương trình:
y = A sin(t + 0)
Trong đó:
A - biên độ của dao động;
 - tần số gúc;
(t + 0) - pha dao động;
0 - pha ban đầu.

Hình 4.2. Đồ thị dao động hình sin

Cho vectơ có độ lớn A quay ngược chiều kim đồng hồ với vận tốc đều
 và xuất phát từ vị trí ban đầu 0 (t=0) lúc đó tại thời điểm t bất kỳ hình
chiếu A trên chục tung có giỏ trị tức thời y(t). Vectơ A quay vẽ lờn một
hình sin điều hồ. Khoảng thời gian thực hiện 1 vũng quay của A gọi là chu
kỳ T. Khi dao động lan truyền trong mơi trường xung qnh thì nó được gọi
là sóng. nếu sóng truyền với tốc độ V trong thời gian 1 chu kỳ T thì độ dài
chuyểnt rời đó được gọi là bước sóng , cịng với tốc độ ấy sóng được lan
truyền trên một khoảng cách là D thì phương trình dao động có dạng là:
y = Asin ( t −

D
) + 0 
V

(1.2)

b. Các tham số cơ bản của dao động.
+ Biên độ A: Là giá trị cựcđại biểu thị độ lớn của dao động hình sin,
đơn vị của nó là đơn vị của đại lượng hình sin.
+ Pha của dao động  = t + 0 : Biểu thị trạng thái bao gồm độ lớn và
phương chiều của dao động hình sin tại một thời điểm nào đó.
+ Pha ban đầu 0: Biểu thị trạng thái ban đầu t = 0 của dao động hình
sin.

-5-


+ Chu kỳ T: Là khoảng thời gian ngắn nhất để dao động quay trở lại
trạng thái ban đầu.
+ Tần số f: Là số dao động toàn phần thực hiện được trong thời gian 1

giây (f=1/T).
+ Tần số gúc : Là tốc độ quay vũng của dao động hình sin. Trong thời
gian 1 chu kỳ T dao động thực hiện với 1 vũng pha la 2 . Như vậy, tốc độ
quay là:
=

2
= 2f
T

Tần số gúc  được coi là tốc độ biến thiên của pha theo thời gian.
=


t

+ Bước sóng : Là khoảng cách mà sóng hình sin truyền với tốc độ v trong
thời gian 1 chu kỳ T hay nói cách khác thì bước sóng là khoảng cách giữa hai
điểm gần nhau nhất tính theo phương truyền sóng dao động của pha, là quóng
đường truyền đi của sóng trong thời gian 1 chu ky T.
 = v.T =

v
(  m)
f

c. Sóng điện từ
Sóng điện từ là q trình lan truyền của điện từ trường trong không
gian. Vận tốc lan truyền của sóng điện từ trong chân khơng bằng vận tốc ánh
sáng (c=3.108m/s).

Sóng điện từ là sóng ngang với vectơ cường độ điện trường E và vectơ
cảm ứng từ H vng góc với phương truyền sóng. Sóng điện từ được chia
thành các dải sóng sắp xếp theo thứ tự tăng dần của tần số. Trong các máy đo
xa điện tử người ta dùng dải sóng có tần số từ 1013 – 1015 Hz làm sóng lan
truyền và sóng có tần số 10 - 500MHz với độ ổn định cao làm tín hiệu đo.

Hình I.5. Sóng điện từ
Một trong những tính chất quan trọng của sóng điẹn từ là có tính phân
cực nghĩa là vectơ dịch chuyển có khả năng chỉ truyền theo một phương trong
-6-


một mặt phẳng cố định. Phương trình dao động của sóng điện từ phân cực
thẳng truyền trên trục x với vận tốc v có dạng:
  x

Y = Asin   t-  + 0 
  v


Trong đó:
A - Biên độ dao động
 - Tần số gúc
t - Thời gian
x - Khoảng cách
0 - Pha ban đầu
V - Vận tốc
Mặt phẳng chứa vectơ E gọi là mặt phẳng dao động còn mặt phẳng
chứa vectơ H là mặt phẳng phân cực. Trong kỹ thuật đo xa điện tử thường
dùng sóng điện từ phõn cực thẳng. Mặt phẳng hình học chứa cỏc điểm của cá

dao động có cùng pha gọi là mặt đầu sóng hay mặt đầu pha. Mặt đầu sóng có
thể là mặt cầu hay mặt phẳng.
Sóng điện từ đơn sắc là sóng có tần số khơng đổi. Các sóng đơn sắc có tần số
khác nhau sẽ truyền với vận tốc khác nhau tốc độ lan truyền phụ thuộc vào
tần số được gọi là sự tán sắc hay phân tán. Trong thực tế khơng tồn tại sóng
điện từ đơn sắc mà nó tập hợp từ các sóng khác nhau có tần số khác nhau.

Hình I.6. Thang sóng điện từ
d. Tính chất đặc trưng của sóng điện từ
Sóng điện từ truyền trong những môi trường sau:
+ Trong môi trường đồng nhất sóng điện từ truyền thẳng.
+ Khi gặp chứng ngại vật, sóng điện từ bị gãy khúc và gọi là hiện tượng
nhiễu xạ. Sóng có bước sóng () càng lớn thì mức độ nhiễu xạ sóng càng cao.

-7-


+ Khi truyền sóng qua hai mơi trường khác nhau, tại mặt tiếp giáp sóng
điện từ bị phản xạ và khúc xạ. Nếu bề mặt phản xạ không bằng phẳng sẽ gây
lên hiện tượng tán xạ (khuyếch tán).
+ Trong môi trường khơng đồng nhất sóng điện từ truyền theo đường cong.
+ Khi hai sóng kết hợp (giao nhau) sẽ xảy ra hiện tượng giao thoa.
+ Năng lương sóng điện từ truyền trong mơi trường bị hấp thụ, tốc độ
truyền sóng chỉ khơng đổi trong mơi trường chân khơng, cịn trong mơi
trường đo (khí quyển) nó phụ thuộc vào các yếu tố khí tượng (nhiệt độ T, áp
suất P, độ ẩm E). Các yếu tố này được đặc trưng bởi hệ số chiết suất khí
quyển (n) hoặc chỉ số chiết suất khí quyển (N=n-1).106. Cơng thức xác định
vận tốc truyền sóng V:
V = C/n

(1.3)

2.2. Nguyên lý của phương pháp đo dài điện tử.

Hình I.7. Sơ đồ đo khoảng cách.
Các máy đo dài điện tử xác định khoảng cách theo phương pháp gián
tiếp. Tức là khoảng cách được xác định khi đó biết vận tốc và thời gian của
nó.
D=

1
v.t
2

(1.4)

Trong đó:
D - Khoảng cách cần xác định
v - Vận tốc lan truyền tín hiệu v
t - Thời gian lan truyền tín hiệu
Độ chính xác đo khoảng cách D phụ thuộc vào độ chính xác, xác định
vận tốc trong môi trường đo (v) và độ chính xác đo thời gian (t).
Như vây, để xác định đươc khoảng cách ta chỉ cần đo thời gian từ lúc
tín hiệu phát đi cho đến khi tín hiệu phản hồi trở lại. Tín hiệu có thể sử dụng
là sóng âm thánh, sóng điện từ, sóng siêu âm. Nếu sử dụng sóng âm thì độ
chính xác khơng cao vỡ võnh tốc lan truyền sóng chậm và nó phụ thuộc vào
điều kiện ngoại cảnh như nhiệt độ (t0), áp suất khí quyển (P). Trong các máy
đo xa điện tử dùng cho trắc địa người ta khơng dùng sóng âm mà chỉ dùng
sóng điện từ bao gồm sóng ánh sáng và sóng radio.
-8-

Để thoả món độ chính xác đo khoảng cách trong trắc địa thì yờu cầu về độ
chính xác, xác định thời gian là rất cao, sai số trung phương của đồng hồ đo
thời gian được xác định theo công thức.
2

2

 mD   mV   mt 

 =
 + 
 D  V  T 

2

(1.5)

Vỡ vậy phải có phương pháp đo đặc biệt và thiết bị đo đặc biệt. Tuỳ
thuộc vào dạng tín hiệu sử dụng trong các máy đo xa điện tử mà người ta
phân các máy đo xa điện tử thành các dạng khác nhau.
+ Máy loai xung: Là loại máy mà tín hiệu của bộ phận phỏt và bộ phận thu la
cỏc xung. Thời gian được xác định trực tiếp bằng cách đếm xung.
+ Máy loại pha: Là loại máy mà tín hiệu là các dao động hình sin liờn tục.
Thời gian được xác định gián tiếp qua hiệu pha giữa tín hiệu gốc và tín hiệu
phản hồi.
2.3. Các phương pháp đo khoảng cách.
2.3.1. Phương pháp đo xung.
a. Nội dung của phương pháp đo xung.

Trong phương pháp xung người ta xác định khoảng thời gian truyền
xung điện tử. Độ dài D được xác định theo cơng thức:
D=

1
v.t
2

(1.6)

Các xung được chọn để đo phải thoả món 2 tiờu chuẩn.
+ Có độ dài xung (Lx) hẹp.
+ Có độ rỗng (O) lớn.
Trong đó:
+ Độ dài xung (Lx) là khoảng thời gian tồn tại xung (tính từ thời điểm phát
xung đến thời điểm thu lại xung).
+ Độ rỗng (O) là tỷ số giữa chu kỳ và độ dài xung.
O=

Tx
Lx

Trong các máy đo dài điện tử hiện nay người ta thường dùng xung Lazer có
Lx = 10*0.1 s vỡ có độ rỗng O > 1000.

Sơ đồ khối của máy loại xung

-9-

Hình I.8. Sơ đồ khối máy đo dài loại xung
b. Hoạt động của máy
Bộ phận tín hiệu (1) của máy phát các xung ánh sáng hoặc vô tuyến về
trạm phản hồi (2) hay gương phản xạ đặt ở điểm cần đo, tín hiệu phản hồi trở
lại được bộ phận thu (3) của máy thu lại tồn bộ. Thời gian tín hiệu lan truyền
đi và về trên khoảng cách cần đo tính bằng đồng hồ điện tử chính xác
(4,5,7,8).
Bộ phận phát tín hiệu đo (4) được cấu tạo từ tinh thể thạch anh (SiO 2).
Dựa vào hiện tượng áp điện thuận nghĩa là ta đặt một tấm thạch anh trong
điện trường biến đổi thì nó sẽ dung động với tần số đúng bằng tần số biến
thiên của điện trường.
Thông thường thạch anh được đặt trong hộp cộng hưởng làm bằng thuỷ
tinh hoặc chất dẻo ngồi hộp có ghi trị số dao động riêng của nó. Khi tần số
của điện trường đặt vào hộp xấp xỉ bằng tần số của thạch anh thì nó co gión
mạch với tần số rất ổn định. Ngoài ra máy đo xa điện tử hộp cộng hưởng còn
đặt trong bộ ổn định nhiệt. Khối (4) phát ra dao động dạng hình sin có tần số
ổn định fđ được dẫn đến bộ phận tạo xung (5) của máy.
Bộ phận tạo xung (5) gồm có 2 mạch:
+ Mạch 5a: Là mạch hạn chế dao động hay mạch xén, tín hiệu ở nối ra có
dạng hình thang.
+ Mạch 5b: Là mạch vi phân làm nhiệm vụ cho tín hiệu ở nối ra tỷ lệ với đạo
hàm của tín hiệu ở nối vào.

- 10 -


Hình I.9. Tín hiệu vào và ra của khối (4) va khối (5).
Ở nối ra của khối (5) chúng ta thu được các xung có dạng hình bỳi gai.
Ứng với mỗi chu kỳ của dao động thì hình sin chúng ta có một xung õm và
một xung dương, thơng thường người ta lọc bớt xung âm đi chỉ còn xung

dương có dạng hình bỳi gai. Cỏc xung này được dẫn đến máy đếm xung (7)
trước khi đếm các xung này phải đi qua khố điện từ (6). Khóa điện từ (6)
được điều khiển bởi xung phát làm nhiệm vụ mở khoá điện từ, lúc này các
xung được qua khoá điện từ và đến bộ phận đếm xung. Khi có tín hiệu phản
hồi về bộ phận thu của máy thì một phần năng lượng được dẫn đến khoá điện
từ làm nhiệm vụ đóng khố điện từ chỉ mở trong khoảng thời gian lúc phát tín
hiệu đến khi có tín hiệu phản hồi trở về bộ phận thu của máy.
Khoảng cách từ trạm thu, phát đến gương càng lớn thì số xung đếm được
càng lớn và ngược lại. Dựa vào số xung đếm được người ta có thể tính được
kết quả cân đo:
1
1
1 x
(1.7)
D = v.t = v.x.Tx → D = v.
2
2
2 fx

Trong đó:
v - Vận tốc sóng ( v  c = 3.108 m/s)
x - Số xung máy đếm được
fx - Tần số dao động (fx = 1.5.108Hz)
t - Thời gian từ lúc phát đến lúc phản hồi của tín hiệu
D - Khoảng cách cần xác định
Kết quả đo được hiển thị trên màn hình của máy là kết quả tiến hành
nhiều lần và lấy giỏ trị trung bỡnh cộng cỏc kết quả đo khi đó máy sẽ hiển thị
thêm một số lẻ nữa.
c. Ưu nhược điểm của phương pháp
- 11 -

+ Ưu điểm: Máy có cấu tạo gọn nhẹ, tiêu thụ ít năng lượng. So với
máy loại pha có cùng tính năng thì máy loại xung có tầm hoạt động xa hơn.
Hiện nay đa số các máy toàn đạc điện tử đều sử dụng phương pháp này để đo
khoảng cách.
+ Nhược điểm: Máy đo xa loại này thường dùng sóng cao tần nên dễ
bị môi trường hấp thụ, khả năng phản xạ ban đêm kém hơn ban ngày.
2.3.2. Phương pháp đo pha.
a. Sơ đồ khối của máy đo xa loại pha.

(1) Bộ phận phỏt tín hiệu (2) Bộ phận thu tín hiệu
(3)Bộ phận đo pha (4) Bộ phận gương phản xạ
Hình I.10. Sơ đồ khối máy đo xa loại pha.
b. Hoạt động của máy.
Trong các máy đo xa loại pha khoảng cách được xác định gian
tiếp thông qua hiệu pha giữa tín hiệu gốc va tín hiệu phản hồi.
  = g - ph

Giả sử tạo bộ phận phát tín hiệu (1) phát ra bức xạ sóng điện từ dao động
điều hoà:
uA = U0 cos(t + 0) (1.8)
Gọi khoảng cách cần xác định là D như vậy ta có phương trình dao động
tại B là:
  D

uB = U 0cos   t-  + 0  (1.9)
  v


Tín hiệu phản hồi về A có phương trình là:
  2D 

u A = U 0cos   t + 0  (1.10)
  v 


Hiệu pha   giữa tín hiệu gốc và tín hiệu phản hồi là:

- 12 -


  2D 

 =   t + 0  − (t + 0 )
  v 

 = 2 

D
v 

(1.11)
→D= .
→D= v
v
f 4
2

Trong đó:

D - Khoảng cách từ máy tới gương phản xạ.
V - Vận tốc truyền tín hiệu.
f - Tần số gúc.


- Độ lệch pha.

Như vậy, nếu máy đo được độ lệch pha   (tần số f và vận tốc v đó
biết) thì ta sẽ xỏc định được khoảng cách D. Đại lượng   có thể là góc lớn
hơn 2 cho nên ta biểu diễn dưới dạng tổng quát sau:
  = n.2  +  (1.12)

Trong phương pháp đo pha để xác định n ta phải biết giá trị gần đúng
của khoảng cách D. Để tỡm được n người ta phải dùng phương pháp giải bài
toán đa trị tức cho máy đo trên 2 hoặc 3 tần số cố định.
c. Ưu nhược điểm của phương pháp.
+ Ưu điểm: Máy đo theo phương pháp này có cấu tạo đơn giản, độ
chính xác đo khoảng cách cao.
+ Nhược điểm: Phương pháp này tiêu thụ nhiều năng lượng, so với các
máy đo xa laọi xung có cùng tính năng thì máy đo xa loại pha có tầm hoạt
động ngắn hơn. Chính vỡ vậy mà phương pháp này ít được sử dụng trong các
máy tồn đạc điện tử hiện nay.

- 13 -


2.4. Các máy đo dài điện tử

3. Máy thủy chuẩn điện tử
Nguyên lý cấu tạo của máy thủy chuẩn, hệ thống máy thủy chuẩn điện

tử gồm 3 phần:
Phần 1: Mia mã vạch, mã định hướng ngẫu nhiên hai chiều.
Phần 2: Hệ thống ống kính, giống như ống kính của máy thủy chuẩn
thơng thường. Gồm có kính vật, kính điều quang, hệ thống lăng kính phân
chia ánh sáng, kính mắt….
Phần 3: Bộ phận xử lý tín hiệu điện của máy thủy chuẩn kỹ thuật số.
Trong đó, quan trọng là bộ cảm biến CCD biến tín hiệu ánh sáng thành tín
hiệu điện.

Máy thủy chuẩn điện tử
Mia mã vạch
4. Máy toàn đạc điện t
4.1 Nguyên lý cấu tạo máy toàn đạc điện tử
Mỏy toàn đạc điện tử (Total Station) là sự kết hợp giữa bộ đo dài điện
tử (Ađ-on) và máy kinh vĩ điện tử tạo thành một khối thống nhất cho phép
đồng thời cả góc và cạnh với độ chính xác cao.
Trong máy toàn đạc điện tử, khoảng cách được đo bằng máy đo dài
điện tử EDM (Electronic Distance Measurement) còn các góc được đo bằng
- 14 -


máy kinh vĩ điện tử DT (Digital Theodolite). Máy toàn đạc điện tử có cấu tạo
gồm 3 bộ phận chính:
Máy đo dài điện tử
(EDM)
Chương trình phần
mềm (Software)
Máy kinh vĩ điện tử
(DT)
Hình I.1. Sơ đồ khối máy tồn đạc điện tử

+ Khối 1: EDM (Electronic Distance Measurement)
Máy đo dài điện tử làm nhiệm vụ đo khoảng cách từ máy tới gương
phản xạ. Các máy toàn đạc điện tử hiện nay được trang bị EDM có tầm hoạt
động từ 2 - 4km. Độ chính xác đo khoảng cách tuỳ thuộc vào từng loại máy
nhưng thông dụng hiện nay thường cho phép đo cạnh với độ chính xác 
(3mm+2ppm). Tồn bộ q trình đo khoảng cách được thực hiện tự động, kết
quả được biểu hiện trên màn hình tinh thể lỏng LCD.
+ Khối 2: Máy kinh vĩ điện tử - DT (Digital Theodolite)
Máy kinh vĩ điện tử có cấu tạo tương tự như máy kinh vĩ quang học hỉ
thác là đo góc khơng phải thực hiện các thao tác như chập vạch hoặc đọc số trên
thang đọc số mà đọc sẽ tự động hiện lên trên màn hình tinh thể lỏng của máy.
Để thực hiện việc tự động hố q trình đo góc người ta có thể sử dụng
phương án: Phương án mã hoá bản độ và phương án xung. Các máy kinh vĩ
sử dụng phương án mã hoá bàn độ gọi là máy kinh vĩ mã hố, cịn các máy sử
dụng phương án xung được gọi là các máy loại xung.
+ Khối 3: Chương trình phần mềm (Software).
Trong khối này người ta cài đặt các chương trình tiện ích để xử lý các
bài toán trắc địa đơn giản như cải chỉnh khoảng cách nghiêng về khoảng cách
ngang, tính hiệu chỉnh khoảng cách do các yếu tố khí tượng, hiệu chỉnh hệ số
chiết quang và độ cong trái đất, tính chênh cao giữa 2 điểm đo bằng đo cao
lượng giác, tính toạ độ các điểm theo chiều dài cạnh và góc phương vị, tính
diện tích, chương trình giao hội điểm... Để tăng dung lượng của bộ nhớ, các
máy tồn đạc điện tử cịn được trang bị thêm sổ đo điện tử (fildbook).
Kết hợp 3 khối trên lại với nhau ta được 1 khối thống nhất đa chức
năng rất linh hoạt có thể đo đạc các đại lượng cần thiết và giải được hầu hết
các bài toán trắc địa cơ bản như:
+ Hiệu chỉnh khoảng cách nghiêng về khoảng cách ngang.
+ Hiệu chỉnh nhiệt độ, áp suất, chiết quang và độ cong trái đất.
- 15 -

+ Xác định toạ độ điểm giao hội bằng các phương pháp giao hội thuận,
nghịch và các điểm đường chuyền.
+ Xác định chênh cao giữa 2 điểm bằng công thức lượng giác.
Ngồi ra cịn có thể chuyền số liệu trực tiếp vào máy tiếp tục quỏ trình xử
lý vẽ bản đồ, hoặc nhân 1 file số liệu nào đó từ máy tính vào bộ nhớ của máy và
cài đặt cho máy những phần mềm thông dụng như MS - DOS. Số liệu đo được
lưu vào sổ đo điện tử và có thể trút vào máy tính bằng cáp chun dụng.
Sau đây là sơ đồ công nghệ Trắc địa hiện đại với quy trình khép kín từ
khâu đo đạc ngoại nghiệp đến khâu in ra bản đồ, bản vẽ. Bao gồm các thiết bị:
Máy toàn đạc điện tử, sổ ghi điện tử, máy tính, máy in và máy vẽ.
CD,
USB...

DT

Xử lý số liệu
Sổ đo
điện tử

Máy tính
Số hố

EDM

Máy vẽ

Máy in

Hình 1. Sơ đồ công nghệ

- 16 -


4.2. Một số nguyên lý đo các đại lượng khác bằng máy toàn đạc điện tử
4.2.1. Đo khoảng cách ngang
Khoảng cách ngang được xác định theo công thức:
S = D.sinz (1.13)
Trong đó:
D - Là khoảng cách nghiêng đo được.
z- Góc nghiêng đỉnh.
Từ cơng thức trên ta có: ms = m sin + D .cos .
2
D.

2
z

2

2

mz2

2

(1.14)

Từ công thức trên ta thấy nếu góc thiên đỉnh z càng lớn thì sai số đo
khoảng cách ngang càng nhỏ khi z  900 thì ms = mD.

4.2.2. Tự đơng hố việc tính tốn toạ độ.
Toạ độ của mọtt điểm đo được máy tính trực tiếp bằng phần mềm xử lý
số liệu và kết quả được hiện thị ngay trên màn hình của máy.
Gia số toạ độ điểm đo so với điểm trạm máy được tính theo cơng thức:
 = S cos  ;

Y

= S cos  (1.15)

Trong đó:
 - Là góc phương vị của cạnh nối điểm trạm máy với điểm đo.

 =  đầu  1800 +  đo (1.16)

S – Khoảng cách ngang từ điểm trạm máy đến điểm đo.
Toạ độ điểm đo được xác định theo công thức:
 p =  M +  ;

Yp = YM + Y (1.17)

Trong đó:
Xp, Yp – Toạ độ điểm cần xác định.
XM, YM – Toạ độ điểm trạm máy.
 X,  Y –

Gia số toạ độ.

4.2.3. Đo chênh cao giữa 2 điểm.
Từ đại lượng đo trực tiếp như khoảng cách nghiêng, góc thiên đỉnh, chiều

cao máy, chiều cao gương nhờ hệ thống phần mềm đó được cài sẵn trong máy,
máy sẽ tự động tính ra chênh cao giữa hai điểm đứng máy và điểm đo:
h

= Dsinz + im – it (1.18)

Trong đó:
D - Khoảng cách ngiờng.
- 17 -


Z - Góc thiên đỉnh.
im - Chiều cao máy.
it - Chiều cao tiờu.
Nếu độ cao điểm trạm máy đó biết thì ta sẽ tính được độ cao điểm đo theo
cơng thức: Hp = HA +  h (1.19)
Trong đó:
Hp - Độ cao điểm đo.
HA - Độ cao điểm trạm máy.
h

- Chờnh cao.

4.2.4. Đo giao hội
Trước khi người ta thường
sử dụng phương pháp giao hội góc
hay giao hội cạnh riêng biệt để xác
định toạ độ cho các điểm giao hội.
Từ khi các máy toàn đạc điện tử ra
đời phương pháp giao hội nghịch

góc cạnh kết hợp được sử dụng
một cách rộng rói. Với phương
pháp này người ta chỉ cần tối thiểu
2 điểm gốc. Trong đó máy tồn đạc
điện tử đó cài sẵn phần mềm xử lý,
toạ độ điểm giao hội sẽ được tự
động tính và hiển thị kết quả trên
màn hình của nó.

Hình I.10. Sơ đồ xác định toạ độ điểm
giao hội dựa vào 3 điểm đó biết toạ độ.

4.2.5. Xác định toạ độ điểm đường chuyền.
Toạ độ các điểm trong đường chuyền được tính từ các đại lượng đo trực tiếp là góc
và cạnh.

Hình I.11. Sơ đồ đường chuyền.
Toạ độ điểm đường chuyền được tính từ A:
X p1 = X A + S1cos AP1 ;

X p1 = X A + S1 sin  AP1 (1.20)

- 18 -


Toạ độ cho điểm P2 được tính từ toạ độ điểm P1 sau khi tính được ở trên sẽ
được máy lưu lại. Khi chuyển trạm máy sang điểm P 1 ta chỉ cần chọn điểm P1
làm điểm trạm máy, lúc này máy sẽ tự đưa ra toạ độ điểm P1 mà nó đã tính
được ở trên. Toạ độ các điểm tiếp theo được tính tương tự.
4.2.6. Đo khoảng cách gián tiếp.

Hình I.12. Sơ đồ đo khoảng cách giữa 2 gương.
Tại trạm máy sẽ đo, tính toạ độ và độ cao cho gương. Khi đã biêt được toạ độ
và độ cao của 2 gương máy sẽ dễ dàng tính được khoảng cách nghiêng còng
như khoảng cách bằng giữa 2 gương và độ chêng cao giữa chúng.
4.3. Các dịng máy tồn đạc
Hiện nay, máy toàn đạc điện tử đang được sử dụng rộng rãi trong cơng
tác trắc địa. Có nhiều loại máy toàn đạc điện tử của các hãng khác nhau như:
SOKIA, PENTAX, TOPCON của Nhật Bản, GEOTRONIC của Thuỵ Điển,
LEICA của Thuỵ Sĩ. Các loại máy này tuy có cấu trúc bề ngồi khác nhau
nhưng đều có chung một ngun lý hoạt động và có thể đồng thời tự động xác
định chiều dài và độ cao.

Máy Nikon

Máy lerca

- 19 -

Máy Topcon


BÀI 3. TÌM HIỂU CHUNG MÁY TỒN ĐẠC ĐIỆN TỬ
\

Hình III.1. Hình dạng cấu tạo bên ngồi của máy TS02- 7’’

Hình II1. Các bộ phận quan trọng của máy TS02- 7’’.
1.Ống ngắm sơ bộ.

11.Ốc cân.

2.Hệ thống ánh sáng dẫn hướng.

12.Vật kính với hệ EDM đồng trục.

3.Vi động đứng.

13.Bộ adapter cho pin GAD 39 (tuỳ
chọn).
- 20 -


4.Pin GEB 111.

14. Bộ nguồn GEB 121 (tuỳ chọn).

5.Bộ giá cho loại pin GEB 111.

15.Quan sát chùm tia sáng bằng thị giác

6.Nắp đậy ngăn chứa pin.

16.Màn hình.

7.Thị kính với ốc điều quang.

17.Bàn phím.

8.Điều chỉnh tiêu cực.

18.Bọt thuỷ trịn.

9.Tay sách tháo ra được.

19Phím bật/tắt máy.

10.Cổng giao diện RS232

20.Phím nóng cho chức năng đo, ghi dữ liệu.
21.Vi động ngang.

Hình II2. Cấu trúc bàn phím của máy TS02- 7’’.
1. Các nút chức năng phần mềm.
2. Thỏnh chọn.
3. Các biểu tượng.
4. Các phím nhập số liệu.
5. Các phím mũi tên điều khiển.
6. Các phím chức năng cố định.
7. Chức năng thứ hai của phím cố định.
1. Các phím cứng (pixed keys)
Đo khoảng cách và góc, ghi lại dữ liệu.
liệu.

Đo khoảng cách và góc, hiện kết quả đo lên màn hình, chư ghi lại dữ

- 21 -