Chương 3: Dụng cụ và phương pháp đo trong trắc địa docx

§3.1 DỤNG CỤ ĐO GÓC
3.1.1 KHÁI NIỆM VỀ CÁC LOẠI GÓC
3.1.1.1 Góc bằng
Góc bằng ß hợp bởi hai hướng OA và OB là góc nhị diện hợp
bởi 2 mặt phẳng thẳng đứng chứa hai hướng ấy (Hay góc giữa hai
hướng OA và OB là góc tạo bởi hình chiếu vuông góc của chúng
trên mặt phẳng nằm ngang).
P
B
O'
O
B
A
A'
B'

3.1.1.2 Góc đứng V
Góc đứng V của hướng ngắm OM là góc tạo bởi hướng ngắm
đó với mặt phẳng ngang
V
OM
= 0
0
÷ ±90
0
V
OM
= -V

MO

3.1.1.3 Góc thiên đỉnh Z
Là góc hợp bởi phương dây dọi và hướng ngắm.
Z là góc bù của V
Z + V= 90
0
Z có giá trị từ 0 ÷ 180
0
P
O
M
M'
V
Z
Z
V
M

3.1.2 CẤU TẠO MÁY KINH VĨ (THEODOLITE)_
THIẾT BỊ ĐO GÓC
Máy kinh vĩ đầu tiên được chế tạo ở Anh vào năm 1730
Máy kinh vĩ là dụng cụ để đo góc bằng và góc đứng. Ngoài ra nó còn có
thể dùng đo dài, đo cao với độ chính xác thấp.
3.1.2.1 Nguyên lý cấu tạo
Máy kinh vĩ nào cũng có cấu tạo với 3 bộ phận chính:
- Bộ phận ngắm (ống kính)
- Bộ phận định tâm cân bằng máy: dọi tâm (dây+quả dọi, ống dọi tâm);
ống thăng bằng tròn, thăng bằng dài; 3 ốc cân)
- Bộ phận đọc số (bàn độ ngang, bàn độ đứng)

3.1.2.2 Phân loại máy kinh vĩ
a) Theo độ chính xác
- Máy kinh vĩ chính xác cao, có sai số trung phương đo góc: m
ß
=
±0.5”÷1.5”
- Máy kinh vĩ chính xác: m
ß
= ±2”÷10”
- Máy kinh vĩ chính xác thấp: m
ß
= ±15”÷30”
b) Theo cấu tạo
- Máy kinh vĩ cơ học (kim loại): Có bàn độ ngang, đứng được cấu
tạo bằng kim loại, đọc số trực tiếp bằng mắt thường hoặc kính lúp
- Máy kinh vĩ quang học (*): Có bộ phận số, đọc số: làm bằng hợp
chất trong suốt. Đọc số bằng bộ phận kính khuyếch đại.
- Máy kinh vĩ điện tử:
Các bộ phận đọc số, số làm bằng hợp chất trong suốt
Các bàn độ được khắc bằng mã vạch
Đọc số trực tiếp trên màn hình
Có bộ nhớ lưu số liệu

Ở đây ta xét cho máy kinh vĩ kỹ thuật
Cấu tạo của máy có 3 bộ phận chính:
- Bộ phận ngắm: Ống kính
- Bộ phận đọc số: bàn độ ngang + đứng
- Bộ phận định tâm cân bằng máy: Ốc cân,
Ống định tâm,

Ống thủy.
3.1.2.3 Cấu tạo máy kinh vĩ kỹ thuật
a) Cấu tạo ống kính: Gồm 4 thành phần
- Kính vật
- Kính mắt
- Ốc điều quang
- Hệ lưới chỉ
Ốc điều quang
Kính mắt
Hệ thấu kính
phân kỳ
Kính vật
Lưới chỉ

- Trục ngắm: là trục đi qua quang tâm kính vật và giao điểm hệ lưới
chỉ ngắm.
- Trục quang học: đường nối quang tâm kính vật và kính mắt
- Trục hình học: là trục đối xứng của ống kim loại.
Độ phóng đại ống kính: Trong đó: V
X
= α/ ß = f
V
/f
M
Trong đó: α, ß _ là góc nhìn qua ống kính, góc nhìn bằng mắt thường
của cùng một vật.
Lưu ý: Mắt người bình thường, khoảng cách tối thiểu để nhìn rõ một
vật là 25cm, góc nhìn 60”.
b) Cấu tạo bộ phận đọc số.
* Bàn độ ngang:

Khắc vạch từ 0
0
÷ 360
0
theo chiều kim đồng hồ
* Bàn độ đứng
Khắc vạch từ 0
0
÷ 360
0
hoặc khắc đối xứng qua tâm
Thường bộ phận đọc số có thang chính (chia đến độ) thang phụ
(chia đến phút)
Độ chính xác đọc số: phụ thuộc vào sai số ước lượng

c) Cấu tạo bộ phận định tâm cân bằng máy
* Bộ phận định tâm:
Dây dọi Mục đích đưa trục quay của
Ống dọi tâm quang học máy trùng với tâm mốc
Tia laser

*Bộ phận cân bằng
- Thủy tròn: Dùng để cân bằng sơ bộ
Mục đích đưa trục quay của máy vào phương thẳng đứng
- Thủy dài: Dùng cân bằng chính xác
Mục đích đưa bàn độ ngang trùng với mặt phẳng ngang

3.1.3 CÁC ĐIỀU KIỆN HÌNH HỌC CỦA MÁY
Để đảm bảo góc được đo chính xác thì các điều kiện hình học
cơ bản của máy phải hoàn chỉnh. Tuy nhiên thực tế không được

như vậy  Cần kiểm tra và hiệu chỉnh.
3.1.3.1 Trục ống thủy dài trên bàn độ ngang phải vuông góc với
trục quay thẳng đứng của máy.
-
Đặt ống thủy dài song song với 2 ốc cân, dùng 2 ốc cân đưa bọt
nước vào giữa. Quay máy 90
0
xoay ốc cân thứ 3 đưa bọt nước vào
giữa. Quay máy 180
0
nếu không lệch khỏi vị trí cân bằng thì máy
ổn định, nến lệch lớn hơn ½ vạch khoảng chia thì phải hiệu chỉnh
-
Hiệu chỉnh: Dùng vít điều chỉnh ống thủy dài để đưa bọt nước vào
½ khoảng lệch, dùng ốc cân còn lại đưa bọt nước vào giữa. Tiếp
tục kiểm tra và hiệu chỉnh đến khi đạt.

3.1.3.2 Trục ngắm của ống kính phải vuông góc với trục quay
nằm ngang của ống kính (sai số 2C)
Để ống kính nằm ngang, Nhìn một vật A (cao ngang máy) rõ nét
đọc ở 2 vị trí bàn độ Trái và Phải ta được:
M=T- C
M= P+ C
(3.1)
Nếu C ≤ giới hạn: máy ổn định
C ≥ giới hạn: máy không ổn định, phải hiệu chỉnh
3.1.3.3 Trục quay nằm ngang của ống kính phải vuông góc với
trục thẳng đứng của máy (sai số 2i).
Ngóc kính 40÷50
0

ngắm điểm M cách 30m, xong đưa ống kính
nằm ngang đánh dấu được hình chiếu M
T
của M. Đảo kính ngắm
M xong đưa ống kính nằm ngang đánh dấu được M
P
của M
Nếu M
T
= M
P
máy tốt
Nếu M
T
≠ M
P
nhiều  đưa máy vào xưởng sửa chữa.

3.1.3.4 Sai số MO

xứng đối khắcđộ bànvới

2
PhTr
MO Mo PhV
2
PhTr
V Mo - TrV








−
=+=
+
==
tục liên vạch khắcđộ bànvới

V







++
=
+−
=
2
360
2
360
0
0
TrPh

Mo
TrPh

3.1.4 ĐO GÓC BẰNG
Nguyên lý:
Giả sử cần đo góc AOB
H: mặt phẳng nằm ngang; hình
chiếu của OA và OB trên H là oa
và ob  góc AOB = aob
Mặt phẳng tròn M // H
S là giao của Oo với M
Sa
1
và Sb
1
là hình chiếu của tia
SA và SB

Thao tác tại mỗi trạm đo gồm:
* Định tâm cân bằng máy
- Định tâm (dây dọi, dọi quang học, laser): đưa trục đứng của
máy đi qua đỉnh của góc cần đo
- Cân bằng máy: đưa trục đứng của máy vuông góc mặt phẳng
ngang

* Ngắm mục tiêu
- Bắt mục tiêu sơ bộ: Nhìn qua bộ phận ngắm sơ bộ
- Bắt mục tiêu chính xác: Dùng ốc vi động ngang và vi động
đứng thích hợp để đưa tâm màng dây chữ thập vào đúng mục
tiêu

* Đặt trị số hướng ban đầu
Trị số hướng ban đầu thường đặt 0
0
00’ 00” hoặc 180
0
/n. Với n
là số vòng đo
Có hai phương pháp đo góc bằng

3.1.4.1 Phương pháp đo đơn (đo góc đơn): trạm chỉ đo hai hướng
Đặt máy tại O (định tâm, cân bằng)
* Nửa vòng đo thuận kính (bàn độ đứng bên trái)
Ngắm A đọc được trị số hướng là a1
Quay máy theo chiều kim đồng hồ ngắm B đọc được trị số hướng
bằng b1
Ta có: ß
T
= b1 - a1
* Nửa vòng đo đảo kính (bàn độ đứng bên phải)
Sau khi đo nửa vòng đo thuận xong, đảo kính ngắm B đọc được b2
Quay máy ngược chiều kim đồng hồ ngắm A đọc được a2
Ta có: ß
P
= b2 - a2
Nếu ß
P
– ß
T
≤ giới hạn thì tính ß = (ß
P

+ ß
T
)/2
A
B
O
ß

3.1.4.2 Phương pháp đo toàn vòng
(tại trạm đo > 2 hướng ngắm)
Thường chọn hướng nào xa nhất làm hướng khởi
* Vị trí thuận kính (nửa vòng đo thuận kính)
Ngắm A đọc được a1
Quay máy theo chiều kim đồng hồ ngắm B đọc được b1
C c1
A a’1
* Đảo kính:
Sau khi đo xong nửa vòng đo thuận kính, đảo kính
Ngắm A đọc được a2
Quay máy ngược chiều kim đồng hồ ngắm B đọc được b2
C c2
A a’2
A
B
O
C

3.1.4.3 Độ chính xác đo góc bằng
Trong kết quả đo góc bằng luôn có chứa sai số. Các nguyên nhân sai
số như sau:

a) Sai số do môi trường
Do hiện tượng khúc xạ ngang
Do sự chuyển động đối lưu của lớp không khí
Do sương mù, bụi,…
Hạn chế : Chọn thời điểm đo thích hợp
( ) ( )
2
2
2
2
360
2
2
2
2
2
'
22
'
11
1
0
3
2211
2
'
22
'
11
1

1














+
−+















+
−
−==
−+−
==














+
−+















+
−
==
aa
c
aa
c
AOC
bcbc
COB
aa
b
aa
b
BOA



β
β
β

b) Sai số do máy móc thiết bị
Sai số do trục ngắm không vuông góc với trục quay nằm ngang của

ống kính
Sai số do trục quay nằm ngang của ống kính không vuông góc với
trục đứng của máy.
Sai số do trục đứng của máy không thật thẳng đứng
Sai số do lệch tâm giữa bàn độ ngang và vòng chuẩn ngang
Sai số do khắc vạch trên vành độ ngang không đều
Khắc phục (hạn chế): Đo thuận và đảo kính, giữa n vòng đo đặt trị số
hướng khởi là 180
0
/n
c) Sai số do con người
Sai số do định tâm máy chưa chính xác
Sai số do định tâm tiêu ngắm sai
Sai số do ngắm
Sai số do đọc số
Hạn chế: Cẩn thận trong quá trình đo

3.1.5 ĐO GÓC ĐỨNG
Đo góc đứng của hướng ngắm đến điểm M
* Thuận kính
Ngắm M, đọc trên bàn độ đứng được số đọc P
* Đảo kính
Ngắm M, đọc trên bàn độ đứng được số đọc T
Góc đứng V = (P+T)/2
Góc thiên đỉnh Z = 90
0
-V (3.2)
Sai số Mo = (P-T)/2
Z
V

M


§3.2 DỤNG CỤ VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐO DÀI
3.2.1 KHÁI NIỆM
Đo dài là để xác định khoảng cách của một đoạn thẳng nào đó
để xác định vị trí không gian của nó trên mặt đất tự nhiên
Có hai loại khoảng cách: Ngang: S
Nghiêng: D
Để chuyển từ khoảng cách nghiêng D về khoảng cách ngang
S, ta phải đo được góc nghiêng của đoạn thẳng đó.
Ví dụ: Đoạn thẳng D
AB
nghiêng so với mặt phẳng nằm ngang một
góc α
AB

S
AB
= D
AB
x cos α
AB
Có 3 phương pháp đo khoảng cách phổ biến:
-
Đo trực tiếp bằng thước vải hoặc thước thép
-
Đo bằng máy kinh vĩ quang học
-
Đo bằng máy đo xa điện tử, máy kinh vĩ điện thử

A
α
AB
D
AB
AB
B'

3.2.1.1 Phân loại đo dài theo độ chính xác
a) Độ chính xác cao:
b) Độ chính xác vừa:
c) Độ chính xác thấp
3.2.1.2 Phận loại theo dụng cụ đo
a) Máy kinh vĩ quang học có độ chính xác:
b) Thước vải, thước thép có độ chính xác:
c) Thước thép chính xác:
d) Máy điện quang hoặc toàn đạc điện tử.
000.5
1
200
11
000.10
1
000.5
11
000.000.1
1
000.10
11
÷=

÷=
÷=
T
T
T
000.100
1
000.10
1
000.5
1
2500
1
000.1
1
800
1
400
1
300
1
500
1
÷
÷
÷







÷〈

3.2.2 ĐO DÀI BẰNG THƯỚC THÉP
3.2.2.1 Dụng cụ
Thước thép được làm bằng thép mỏng ~ 0,4mm, rộng 15÷25 mm,
chiều dài thước 20m, 30m, 50m. Trên thước được chia đến dm,
cm, mm.
3.2.2.2 Định hướng đường thẳng.
Thực tế có những đoạn thẳng cần đo với chiều dài lớn hơn
chiều dài của thước. Vì vậy để có thể đo được khoảng cách đoạn
đó chính xác ta phải dóng hướng.
- Có thể dóng hướng bằng mắt thường: độ chính xác thấp.
- Có thể dóng hướng bằng máy: độ chính xác cao.
A
B
D
C
C'