Khảo sát độ chính xác công nghệ GPS trong quan trắc chuyển dịch ngang công trình

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ_ĐỊA CHẤT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
MỤC LỤC
Mở đầu: …………………………………………………………………3
Chương 1: Khái niệm chung về chuyển dịch và biến dạng công trình
1.1. Khái niệm quan trắc chuyển dịch ngang ………………………………… 4
1.2. Các phương pháp xác định chuyển dịch ngang công trình …………… ….7
1.3. Lưới khống chế trong quan trắc chuyển dịch ngang công trình………… 18
1.4. Kết cấu mốc khống chế trong quan trắc chuyển dịch ngang …………… 21
Chương 2: Tổng quan về công nghệ GPS
2.1. Khái niệm công nghệ GPS…………………………………………………22
2.2. Nguyên lý hoạt động của GPS ………………………… ……………… 23
2.3. Các đại lượng đo và các nguồn sai số đo GPS ………………………… 26
2.4. Các phương pháp trong đo GPS ………………………………………… 32
Chương 3: Khảo sát độ chính xác của công nghệ GPS trong quan trắc
chuyển dịch ngang công trình
3.1. Chọn điểm và thiết kế đo GPS…………………………………………….36
3.1. Một số biện pháp nâng cao độ chính xác quan trắc chuyển dịch ngang công
trình bằng công nghệ GPS………………………………………………… …45
3.2. Tổ chức đo đạc thực nghiệm………………………………………………49
KẾT LUẬN ……………………………………………………………… …60
PHỤ LỤC …………………………………………………………………… 63
TÀI LIỆU THAM KHẢO ………………………………………………… 92
SV: PHẠM TIẾN DŨNG 1 LỚP TRẮC ĐỊA A_K52
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ_ĐỊA CHẤT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của khoa hoc kỹ thuật đặc biệt là sự
ra đời của hệ thống định vị toàn cầu Global Positioning System có tên viêt tắt là
GPS. Hệ thống này đã mang lại một diện mạo mới cho ngành trắc địa.
Hiện nay sử dụng GPS trong trắc địa có những ưu điểm hơn hẳn với công
nghệ đo đạc truyền thống. Đó là khả năng đo nhanh, độ chính xác cao và đo
trong mọi điều kiện thời tiết, bất kỳ thời điểm trên phạm vi toàn cầu. Đối với

Việt Nam, công nghệ GPS đã có mặt từ những năm 90 của thế kỉ trước, chủ yếu
phục vụ xây dựng các mạng lưới quốc gia và các lưới cạnh dài phục vụ đo vẽ
bản đồ, hoặc đo nối toạ độ từ đất liền đến các đảo xa, lưới địa chính cơ sở. Trong
những năm gần đây, công nghệ GPS bắt đầu được nghiên cứu ứng dụng trong
một số lĩnh vực của trắc địa công trình.
Để thấy rõ được ưu thế vượt trội của GPS so với công nghệ truyền thống
tôi đã làm đồ án tốt nghiệp với đề tài sau:
“Khảo sát độ chính xác công nghệ GPS trong quan trắc chuyển dịch ngang
công trình”
Nội dung đồ án gồm 3 chương:
Chương 1: Khái niệm chung về chuyển dịch và biến dạng công trình.
Chương 2: Giới thiệu tổng quan về công nghệ GPS.
Chương 3: Khảo sát khả năng ứng dụng của công nghệ GPS trong quan
trắc dịch chuyển công trình.
Trong quá trình thực hiện đề tài tốt nghiệp này, mặc dù tôi đã có nhiều cố
gắng trong việc tiếp thu sự hướng dẫn của thầy giáo và nghiên cứu tài liệu nhưng
do thời gian và trình độ còn hạn chế nên đồ án chưa đề cập được một cách toàn
diện, sâu sắc những yêu cầu mà đề tài đã đề ra và không thể tránh khỏi những sai
sót. Em kính mong nhận được sự đóng góp ý kiến chân thành của thầy, cô và các
bạn đồng môn để đồ án tốt nghiệp của tôi được hoàn thiện hơn.
SV: PHẠM TIẾN DŨNG 2 LỚP TRẮC ĐỊA A_K52
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ_ĐỊA CHẤT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Qua đây, tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến thầy giáo TS.
Trần Viết Tuấn cùng toàn thể các thầy, cô giáo khác trong khoa Trắc Địa đã tạo
điều kiện giúp đỡ tôi hoàn thành tốt bản đồ án này.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Hà nội, ngày… tháng… năm…
Sinh viên thực hiện
Phạm Tiến Dũng
SV: PHẠM TIẾN DŨNG 3 LỚP TRẮC ĐỊA A_K52

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ_ĐỊA CHẤT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Chương 1
KHÁI NIỆM CHUNG VỀ CHUYỂN DỊCH VÀ BIẾN DẠNG
CÔNG TRÌNH
1.1. KHÁI NIỆM QUAN TRẮC CHUYỂN DỊCH NGANG
1.1.1.Phân loại chuyển dịch biến dạng công trình
1. Chuyển dịch công trình
Là sự thay đổi vị trí của công trình trong không gian so với vị trí ban đầu của
công trình. Có thể chia chuyển dịch công trình thành hai loại: chuyển dịch thẳng
đứng và chuyển dịch ngang.
+ Chuyển dịch thẳng đứng: là sự thay đổi vị trí của công trình theo
phương dây dọi. Chuyển dịch theo hướng lên trên gọi là trồi, theo hướng xuống
dưới gọi là lún. Trong thực tế, để đơn giản và tiện lợi người ta vẫn quen gọi
chuyển dịch thẳng đứng hay sự trồi lún công trình là độ lún và thường ký hiệu
bằng chữ S. Giá trị S có thể mang dấu dương (+) nếu công trình bị trồi hoặc dấu
âm (-) nếu công trình bị lún xuống.
+ Chuyển dịch ngang: là sự thay đổi vị trí công trình trong mặt phẳng nằm
ngang theo thời gian. Ký hiệu Q là ký hiệu của chuyển dịch toàn phần có thể
được phân tích theo hướng trục tọa độ qx, qy hay theo hướng bất kỳ q.
2. Biến dạng công trình
Là sự thay đổi hình dạng và kích thước của công trình so với trạng thái
ban đầu của nó. Biến dạng công trình là hậu quả của chuyển dịch không đều của
công trình. Các biểu hiện biến dạng thường gặp là sự cong vênh, vặn xoắn, các
vết rạn nứt.
Chuyển dịch biến dạng công trình thường diễn ra rất phức tạp theo thời
gian và được nghiên cứu bằng nhiều phương pháp khác nhau. Nội dung môn học
SV: PHẠM TIẾN DŨNG 4 LỚP TRẮC ĐỊA A_K52
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ_ĐỊA CHẤT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
nghiên cứu quan trắc chuyển dịch và biến dạng công trình bằng phương pháp
trắc địa.

1.1.2. Nguyên nhân gây ra chuyển dịch biến dạng công trình
Có nhiều nguyên nhân gây ra chuyển dịch biến dạng công trình, song có
thể quy nạp thành hai nhóm nguyên nhân chủ yếu sau:
1. Nhóm nguyên nhân thứ nhất: liên quan đến các yếu tố tự nhiên bao gồm:
+ Khả năng lún, trượt của các lớp đất đá dưới nền móng công trình và các
hiện tượng địa chất công trình, địa chất thủy văn.
+ Sự co giãn của các lớp đất đá.
+ Sự thay đổi theo mùa của các chế độ thủy văn như nước mặt, nước
ngầm.
2. Nhóm nguyên nhân thứ hai: liên quan đến quá trình xây dựng và vận hành công
trình, bao gồm:
+ Sự gia tăng tải trọng của công trình trong quá trình xây dựng.
+ Sự thay đổi tính chất cơ lý của các lớp đất đá dưới nền móng công trình
do khai thác nước ngầm.
+ Sự suy yếu của nền móng công trình do việc thi công các công trình
ngầm dưới móng công trình.
+ Sự thay đổi áp lực lên nền móng công trình do hoạt dộng xây chen.
+ Sự sai lệch trong khảo sát địa chất công trình và địa chất thủy văn.
+ Sự rung động của móng công trình do vận hành máy móc hoặc hoạt
động của các phương tiện giao thông.
+ Do sự thiếu trung thực trong thi công xây dựng.
1.1.3. Mục đích và nhiệm vụ quan trắc
1. Mục đích
+ Quan trắc chuyển dịch và biến dạng công trình nhằm mục đích xác định
mức độ chuyển dịch thực tế của công trình, nghiên cứu tìm ra nguyên nhân gây
chuyển dịch biến dạng và trên cơ sở đó đề ra các biện pháp xử lý, để phòng và
SV: PHẠM TIẾN DŨNG 5 LỚP TRẮC ĐỊA A_K52
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ_ĐỊA CHẤT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
chống lại các nguy cơ xẩy ra trong quá trình xây dựng và sử dụng công trình, cụ
thể là:

+ Xác định giá trị chuyển dịch và biến dạng tại thời điểm quan trắc để
đánh giá mức độ ổn định của công trình.
+ Xác định các loại biến dạng có khả năng ảnh hưởng đến quá trình vận
hành công trình để đề ra chế độ sử dụng và khai thác công trình một cách hợp lý.
+ Các kết qủa quan trắc cho phép kiểm tra, tính toán, thiết kế công trình.
2. Nhiệm vụ
+ Khái quát công trình, tìm hiểu các yếu tố xây dựng, vận hành công trình
và các điều kiện tự nhiên liên quan có ảnh hưởng đến chuyển dịch và biến dạng
công trình.
+ Lập sơ đồ phân bố các mốc khống chế và mốc quan trắc.
+ Thiết kế sơ đồ quan trắc.( xác lập mối quan hệ các điểm đo với lưới).
+ Xác định yêu cầu độ chính xác và chu kỳ quan trắc ở những giai đoạn
khác nhau.
+ Lựa chọn phương pháp, phương tiện đo và đo đạc thực tế.
+ Thiết kế phương án xử lý số lieeujtinhs toán và xác định thông số
chuyển dịch và biến dạng công trình.
+ Biên tập và giao nộp thành quả.
1.1.4. Nguyên tắc chung thực hiện quan trắc
Việc quan trắc chuyển dịch biến dạng công trình được thực hiện dựu trên
các nguyên tắc sau đây:
- Mục đích cuối cùng của bất kỳ phép đo đạc nào cũng là để xác định tọa
độ không gian của điểm trong một hệ tọa độ nào đó. Quan trắc (monitoring) khác
với đo đạc (surveying) ở chỗ ngoài việc xác định 3 tham số không gian của điểm
còn phải xác định thêm tham số thời gian t. Điều đó có nghĩa là để xác định
chuyển dịch biến dạng công trình cần đo đạc ở nhiều thời điểm, so sánh tìm ra
SV: PHẠM TIẾN DŨNG 6 LỚP TRẮC ĐỊA A_K52
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ_ĐỊA CHẤT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
chuyển dịch. mỗi thời điểm đo đạc như vậy gọi là một chu kỳ và chu kỳ đầu tiên
gọi là chu kỳ 0.
- Chuyển dịch và biến dạng công trình được so sánh tương đối so với một

“ đối tượng ” khác được coi là ổn định (mốc khống chế ổn định hoặc công trình
liền kề ổn định ).
- Trên thực tế chuyển dịch và biến dạng công trình thường xem là có trị số
nhỏ và diễn ra chậm chạp theo thời gian. Vì vậy, để xác định chuyển dịch biến
dạng cần phải sử dụng phương pháp và phương tiện độ chính xác cao để tiến
hành quan trắc.
- Trong mỗi chu kỳ quan trắc, việc tính toán bình sai lưới phải được thực
hiện trong cùng một hệ thống tọa độ hoặc độ cao đã chọn ngay từ chu kỳ đầu
tiên. Chỉ bình sai lưới quan trắc trong hệ thống các điểm cơ sở ổn định sau khi đã
tiến hành phân tích đánh giá độ ổn định các điểm lưới khống chế cơ sở. Ngoài ra
cần phải có kỹ thuật xử lý và tính toán phù hợp để xử lý các số liệu quan trắc.
1.2.CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH CHUYỂN DỊCH NGANG
CÔNG TRÌNH.
1.2.1. Quan trắc chuyển dịch ngang bằng phương pháp hướng chuẩn
1. Hướng chuẩn và độ lệch hướng
d
d
Hình 1.1- Khái niệm về hướng chuẩn
SV: PHẠM TIẾN DŨNG 7 LỚP TRẮC ĐỊA A_K52
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ_ĐỊA CHẤT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
- Hướng chuẩn: là hướng tạo nên bởi một mặt phẳng thẳng đứng đi qua
hai điểm cố định. Trong đó AB là hướng chuẩn. A, B là điểm chuẩn nên có yêu
cầu ổn định cao và tùy thuộc theo cách thức tạo lập hướng chuẩn ta có thể có các
loại hướng chuẩn khác nhau.
- Độ lệch hướng chuẩn: là khoảng cách từ điểm kiểm tra i (i= 1÷n) tới
hướng chuẩn (mặt phẳng thẳng đứng). Ví dụ trên hình 1.1 điểm 1 có độ lệch
hướng , độ lệch hướng điểm 2 là . Theo quy ước độ lệch hướng bên phải
mặt phẳng P mang dấu âm (-), lệch bên trái mang dấu dương (+).
Công tác trắc địa thực hiện với mục đích xác định độ lệch hướng của các
điểm quan trắc so với mặt phẳng thẳng đứng qua 2 điểm cơ sở được gọi là đo

hướng chuẩn. Thực tế phương pháp hướng chuẩn được áp dụng trong nhiều lĩnh
vực trắc địa công trình: trong định vị công trình, trong đo vẽ hoàn công, trong đo
chuyển dịch ngang các công trình dạng thẳng.
2. Phương pháp thành lập hướng chuẩn
Phụ thuộc vào phương tiện thành lập, hướng chuẩn được chia thành 3 loại:
1- Hướng chuẩn cơ học, được xác định bằng cách căng dây qua 2 điểm cố
định.
2- Hướng chuẩn quang học được tạo bởi tia ngắm từ điểm đặt máy đến
điểm đặt tiêu.
3- Hướng chuẩn lade tạo bởi trục của chùm tia sáng lade từ điểm đặt máy
đến điểm đặt tiêu.
3. Phương pháp đo độ lệch hướng
Trong phương pháp hướng chuẩn quang học có hai cách đo độ lệch hướng
là phương pháp góc nhỏ và phướng pháp dung bảng ngắm di động.
a) Phương pháp góc nhỏ
SV: PHẠM TIẾN DŨNG 8 LỚP TRẮC ĐỊA A_K52
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ_ĐỊA CHẤT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Để đo độ lệch hướng của điểm i so với hướng chuẩn AB, tại điểm A đặt
máy kinh vĩ, tại điểm B và điểm quan trắc i đặt bảng ngắm. Đo góc và khoảng
cách ngang S (hình 1.2)
d
ß
B
A
S
i
Hình 1.2- Đo độ lệch hướng
Độ lệch hướng của điểm i tính theo công thức:
( 1.1 )
Vì là góc nhỏ nên có thể viết:

( 1.2 )
Từ công thức ( 1.2 ) tính được sai số trung phương độ lệch hướng:
22222
)()(
ρρ
β
β
δ
m
Smm
s
+=

( 1.3 )
Do góc nhỏ nên số hạng thứ nhất bên vế phải của công thức (1.3) có thể
bỏ qua, như vậy sai số trung phương độ lệch hướng được tính như sau:

ρ
β
δ
m
Sm .=

( 1.4 )
Cần chú ý rằng, góc nhỏ là góc có thể đo được mà không cần mở ốc hãm
vành độ ngang, đối với các loại máy kinh vĩ, máy toàn đạc điện tử chính xác, giá
SV: PHẠM TIẾN DŨNG 9 LỚP TRẮC ĐỊA A_K52
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ_ĐỊA CHẤT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
trị góc này nằm trong khoảng từ 2 6
0

. Có thể đạt độ chính xác cao khi đo góc
nhỏ do một số nguồn sai số được giảm đến mức tối đa như sai số do trôi bàn độ
ngang, sai số khắc vạch bàn độ, sai số chiết quang ngang. Ngoài ra đối với các
đồ hình góc nhỏ thì ảnh của sai số đo chiều dài (công thức 1.3 ) là không đáng kể
có thể bỏ qua. Trong mỗi chu kỳ quan trắc chỉ cần đo góc ngang , còn khoảng
cách Si có thể đo một lần ở chu kỳ đầu tiên và được sử dụng cho tất cả các chu
kỳ sau.
b) Phương pháp bảng ngắm di động
Bảng ngắm di động (hình 1.3) là thiết bị chuyên dụng, gồm có bảng ngắm
(1) được đặt và có khả năng trượt trên thước khắc vạch (2), vạch khắc mm bắt
đầu từ “0” ở giữa, được đánh số tăng (giảm) dần về bên phải (trái) của thước.
Thước khắc vạch được đặt cố định lên đế (3).
1
2
3
Hình 1.3- Bảng ngắm di động
Khi đi, đặt máy tại A, đặt bảng ngắm cố định tại B, thành lập hướng chuẩn
A- B. Đặt bảng ngắm di động tại điểm quan trắc (N) sao cho thươc khắc vạch
thẳng góc với hướng A- B. Dùng vít vi động điều chỉnh bảng ngắm cho đến khi
tia ngắm đi qua tâm bảng ngắm. Độ lệch hướng được xác định là hiệu số đọc
trên thước khắc vạch tại điểm quan trắc và số đọc ban đầu của thước (hình 1.4)
SV: PHẠM TIẾN DŨNG 10 LỚP TRẮC ĐỊA A_K52
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ_ĐỊA CHẤT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Hình 1.4- Đo độ lệch hướng bằng bảng ngắm di động
Số đọc ban đầu là số đọc khi trục đối xứng của bảng ngắm đi qua tâm
mốc. Muốn có số đọc đó cần đọc số 2 lần (một lần khi bảng ngắm quay về phía
máy và lần thứ hai khi quay bảng ngắm 180
0
so với vị trí ban đầu) và lấy trị
trung bình.

Cần phải đo ngắm ở hai vị trí bàn độ đứng của máy kinh vĩ để khử sai số
2C. Đối với mỗi mốc quan trắc thường đo 2 3 lần và lấy giá trị trung bình của
các lần đọc số. Sai số trung phương của độ lệch hướng được tính theo công
thức:
)(
222
0
2
2
2
fng
mmm
S
m ++=
ρ
δ
( 1.5 )
Trong đó: m
0
– Sai số định hướng chuẩn
m
ng
– Sai số đưa bảng ngắm vào đúng hướng chuẩn
m
f
– Sai số điều quang
S – Khoảng cách từ máy đến điểm đo
Nếu lấy:
M
0

= m
ng
= m
f
=
V
"20
; (V là độ phóng đại của máy tính )
Sẽ thu được:
SV: PHẠM TIẾN DŨNG 11 LỚP TRẮC ĐỊA A_K52
N
y
A
B
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ_ĐỊA CHẤT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
''
''
3.20
ρ
δ
V
S
m =
Chuyển dịch ngang của một điểm quan trắc tính từ chu kỳ đầu tiên đến
chu kỳ j được tính theo công thức:
Q
(i,1)
=
1
δδ

−
i
Khi các chu kỳ đo cùng độ chính xác thì:
M
Q
=
2
δ
m
(1.6)
Lấy giá trị
δ
m
từ công thức đã nêu thay vào (1.6) sẽ thu được:
V
S
m
Q
''
''
2.20
ρ
=
(1.7)
Từ (1.7) ta thấy rằng, sai số xác định chuyển dịch ngang bằng phương
pháp hướng chuẩn tỷ lệ thuận với khoảng cách từ máy tới điểm quan trắc. Khi
dung máy kinh vĩ độ chính xác cao, sai số này có giá trị vào khoảng 1mm đối với
hướng chuẩn dài 200m và 5mm đối với hướng chuẩn dài 1km.
4. Quan trắc chuyển dịch ngang bằng phương pháp hướng chuẩn
Trong phương pháp hướng chuẩn lấy trục OX trùng với hướng chuẩn và

trục OY vuông góc với nó. Vậy chuyển dịch ngang của một điểm là sự thay đổi
tung độ của điểm đó trong các chu kỳ quan trắc khác nhau.
Giả sử có điểm quan trắc i, ở chu kỳ 1 (vị trí i
1
) có độ lệch hướng δ
1
và ở
chu kỳ 2 (vị trí i
2
) có độ lệch hướng δ
2
.
SV: PHẠM TIẾN DŨNG 12 LỚP TRẮC ĐỊA A_K52
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ_ĐỊA CHẤT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Hình 1.5: Xác định chuyển dịch ngang theo hướng chuẩn
Chuyển dịch của điểm i theo hướng vuông góc với hướng chuẩn AB được
tính như sau:
Q
y
= δ
2
– δ
1
(1.8)
Phương pháp hướng chuẩn dễ thực hiện và cho độ chính xác cao tuy nhiên
do chỉ quan tâm chủ yếu tới đo độ lệch hướng nên chỉ xác định được chuyển
dịch theo một hướng (vuông góc với hướng chuẩn) chứ không xác định được
chuyển dịch của điểm quan trắc theo hướng song song với hướng chuẩn. Để
khắc phục nhược điểm này, tiến hành đo bổ sung chiều dài cạnh từ điểm khống
chế đến điểm quan trắc bằng các trị đo cạnh chính xác.

Nếu ngoài việc đo độ lệch hướng của điểm P so với hướng chuẩn AB, đo
bổ sung cạnh AP và BP với sai số trung phương tương ứng m
s1
, m
S2
thì hoành độ
của điểm P được tính như sau:
X
p
= X
A
+ S
1
.cos β
1

hoặc X
p
= X
B
– S
2
.cos β
2
(1.9)
SV: PHẠM TIẾN DŨNG 13 LỚP TRẮC ĐỊA A_K52
A
B X
Y i
1

Q
x
δ
1
δ
2
Q
y
i
2
Q
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ_ĐỊA CHẤT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Hình 1.6: Đo cạnh trong hướng chuẩn
Sai số vị trí điểm P theo hướng trục hoành (X
p
) được xác định theo nguyên
tắc trung bình cộng trọng số:
2
21
2
21
SS
SS
mm
mm
m
P
X
+
=

(1.10)
Có 4 loại sơ đồ đo hướng chuẩn giúp ứng dụng linh hoạt, phù hợp với điều
kiện thực địa từng loại công trình, đó là:
Sơ đồ toàn hướng.
Sơ đồ phân đoạn.
Sơ đồ nhích dần.
Sơ đồ giao chéo.
Quan trắc chuyển dịch ngang bằng phương pháp hướng chuẩn thường dễ
thực hiện và cho độ chính xác cao. Với số lượng sơ đồ đo hướng chuẩn phong
phú, có thể ứng dụng rộng rãi phương pháp này để quan trắc chuyển dịch ngang,
phù hợp với điều kiện cụ thể của từng loại công trình.
1.2.2. quan trắc chuyển dịch ngang bằng phương pháp đo góc cạnh
Chuyển dịch ngang công trình được xác định trên cơ sở so sánh tọa độ
mốc quan trắc ở các thời điểm ( chu kỳ ) đo khác nhau. Trong mỗi chu kỳ
thường xây dựng một bậc lưới trắc địa liên kết với các mốc quan trắc, mạng lưới
này được định vị theo hệ tọa độ của lưới khống chế cơ sở. tùy thuộc địa hình
SV: PHẠM TIẾN DŨNG 14 LỚP TRẮC ĐỊA A_K52
A
B
X
Y
β
1
S
1
P
y
S
2
β

2
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ_ĐỊA CHẤT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
thực địa và đặc điểm kêt cấu công trình, có thể thành lập lưới quan trắc bằng các
phương pháp tam giác, đa giác, giao hội hoặc lưới đo hướng chuẩn.
1. Phương pháp tam giác
A
B
C
D
E
1
2
3
Hình 1.7- Lưới tam giác trong quan trắc chuyển dịch ngang
Phương pháp tam giác (với đồ hình đo góc, đo cạnh hoặc đo góc cạnh)
được áp dụng khi lưới quan trắc có một số ít điểm kiểm tra. Như các công trình
xây dựng ở vùng đồi núi như các đập thủy lợi- thủy điện, công trình cầu,
đường….Các mốc quan trắc của công trình được bố trí ở những vị trí đặc trưng
của công trình, có kết cấu thuận tiện cho việc đặt máy, gương hoặc bảng ngắm.
Để đo các yếu tố (góc, cạnh) trong lưới có thể sử dùng máy kinh vĩ hoặc toàn
đạc điện tử chính xác cao. Sẽ phải đặt máy tại tất cả các điểm của lưới (cả điểm
khống chế và điểm kiểm tra) để đo đạc
Lưới quan trắc được xây dựng theo hình thức tam giác thường là mạng
lưới dày đặc với đồ hình rất chặt chẽ, cho phép xác định tọa độ các điểm trong
lưới với độ chính xác cao. Tuy nhiên, do số lượng trị đo trong lưới tam giác
thường lớn nên việc đo đạc trong mạng lưới cũng tốn nhiều thời gian, công sức
và các chi phí khác. Hình 1.7 nêu ví dụ về một mạng lưới tam giác để quan trắc
chuyển dịch công trình.
Trong đó:
A, B,…E là các điểm khống chế, đặt ngoài công trình.

SV: PHẠM TIẾN DŨNG 15 LỚP TRẮC ĐỊA A_K52
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ_ĐỊA CHẤT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
1, 2, 3 là các điểm quan trắc gắn trên công trình.
Dựa vào sự thay đổi tọa độ của các điểm quan trắc ở 2 chu kỳ khác nhau
để tính toán các thông số chuyển dịch (theo 1.8)










=
+=
−=
−=
−
−
i
i
ii
i
i
x
y
i
yxi

j
i
j
i
j
y
j
i
j
i
j
x
Q
Q
Arctg
QQQ
YYQ
XXQ
α
22
1
1
( 1.11 )
Sai số trung phương xác định chuyển dịch toàn phần của điểm i được tính
theo công thức:
2222
yxyx
QQQ
mmmmm +=+=
∆∆

( 1.12 )
2. Phương pháp đường chuyền (đa giác)
Phương pháp đa giác được sử dụng để quan trắc chuyển dịch ngang của
những công trình có dạng hình cung như các tuyến đường, hầm giao thông,
tuyến đập dạng vòm.Trên mỗi tuyến quan trắc xây dựng1 đường chuyền qua các
mốc gắn tại công trình, ở hai đầu được dựa trên 2 điểm khống chế cơ sở và đo
nối ít nhất 2 phương vị gốc. đo góc, cạnh trong tuyến đa giác bằng máy toàn đạc
điện tử chính xác.
Tuyến đa giác để quan trắc chuyển dịch ngang công trình thường có dạng
gần với đường chuyền duỗi thẳng. Sai số vị trí các điểm của tuyến phụ thuộc vào
sai số đo góc
β
m
, sai số đo cạnh
s
m
, điểm yếu nhất (sau bình sai ) sẽ là điểm ở
giữa tuyến và được ước lượng gần đúng như sau:
QT1
QT2
S
1
S
2
1
2
S
3
3
S

4
4
5
QT3
S
5
S
6
QT4
ß
7
ß
6
ß
5
ß
4
ß
3
ß
2
ß
1
SV: PHẠM TIẾN DŨNG 16 LỚP TRẮC ĐỊA A_K52
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ_ĐỊA CHẤT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Hình 1.8- Sơ đồ lưới quan trắc trong phương pháp đa giác
Trước hết tính sai số trung phương vị trí điểm cuối đường chuyền (sau khi
đã hiệu chỉnh góc sơ bộ):
12
)2)(1(

2
2
2
22
++
+=
nnn
S
m
mnM
S
ρ
β
( 1.13 )
Tính sai số trung phương vị trí điểm yếu sau bình sai theo công thức:
5.2
M
M
yeu
=
( 1.14 )
Trong các công thức trên
s
m
và
β
m
- sai số đo cạnh và đo góc; n – số cạnh
trong đường chuyền, S – chiều dài cạnh trong đường chuyền.

3. Phương pháp giao hội
Phương pháp này độ chính xác kém hơn phương pháp tam giác vì ít trị đo
hơn nhưng lại là phương pháp chủ yếu để quan trắc chuyển dịch ngang của các
công trình thủy điện dạng vòm.
P
C
B
A
Y
O
X
S
1
S
2
S
3
S
ß
1
ß
2
?
Hình 1.9- Đồ hình giao hội
Các dạng lưới giao hội (giao hội góc, giao hội cạnh, giao hội góc- cạnh) có
thể được áp dụng để quan trắc chuyển dịch ngang công trình một cách hiệu quả.
Lưới giao hội dễ phù hợp với nhiều dạng địa hình, nhiều loại công trình và triển
khai thi công thuận tiện bằng các loại máy toàn đạc điện tử. Khi thiết kế phương
án cần cân nhắc, lựu chọn đồ hình giao hội phù hợp, để vừa đảm bảo các yêu cầu
kỹ thuật quan trắc, vừa đạt hiệu quả kinh tế của công việc. Trong lưới giao hội,

SV: PHẠM TIẾN DŨNG 17 LỚP TRẮC ĐỊA A_K52
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ_ĐỊA CHẤT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
máy đo được đặt tại các điểm khống chế cơ sở, tiêu ngắm (hoặc gương) đặt tại
mốc quan trắc. Từ các điểm lưới khống chế tiến hành đo các yếu tố cần thiết
(góc hoặc cạnh) đến tất cả các điểm quan trắc trên tuyến.
Xét điểm quan trắc P được xác định bằng một trong 3 phương pháp giao
hội đơn là giao hội góc, giao hội cạnh và giao hội góc – cạnh (hình 1.7). Ký hiệu
sai số đo góc là
β
m
,
còn sai số đo cạnh S
1
và S
2
là
1S
m

và
2S
m
tương ứng.Khi đó
các công thức tính sai số vị trí điểm P đối với từng trường hợp giao hội như sau:
M4
M1
M2
M3
S3
S1

S4
S6
S2
S5
1
2
3
4
7
8
5
6
Hình 1.10- Sơ đồ lưới khống chế đo góc - cạnh
- Trường hợp giao hội góc
2
2
2
1
'
)(.
SS
Sin
m
m
P
+=
γρ
β
( 1.15 )
- Trường hợp giao hội cạnh

2
2
2
1
''
)(
1
SSP
mm
Sin
m
+=
γ
( 1.16 )
- Trường hợp giao hội góc - cạnh
SV: PHẠM TIẾN DŨNG 18 LỚP TRẮC ĐỊA A_K52
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ_ĐỊA CHẤT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
2"2'
"'
.
PP
PP
P
mm
mm
m
+
=
( 1.17 )
Trong đó

'
P
m
và
"
P
m
là sai số vị trí điểm P, được tính riêng rẽ cho đồ hình
giao hội góc và giao hội cạnh.
Khi điểm P được xác định bằng phương pháp giao hội từ hơn 2 điểm
khống chế cơ sở, ký hiệu N là số lượng tất cả các trị đo, K là số trị đo tối thiểu
( trong lưới giao hội K=2 ), khi đó có thể tính gần đúng sai số trung phương vị trí
điểm giao hội theo công thức:
N
K
MM
0
≈
( 1.18 )
Trong công thức (1.18) M
0
là sai số trung phương vị trí điểm giao hội (P),
tính được khi N=2.
Nhiều kết quả khảo sát lý thuyết và thực nghiệm cho thấy tương quan độ
chính xác giữa các đồ hình lưới giao hội góc, giao hội cạnh và giao hội góc cạnh
như sau:
- Khi chiều dài cạnh ngắn thì độ chính xác giao hội góc và giao hội cạnh là
tương đương.
- Khi chiều dài tăng lên độ chính xác của lưới giao hội góc giảm rất nhanh
so với lưới giao hội cạnh, đồng thời độ chính xác của lưới giao hội góc – cạnh

cũng không tăng nhiều so với lưới giao hội cạnh.
Từ những phân tích trên có thể nhận thấy: với các mạng lưới cỡ vừa và lớn
(chiều dài trong lưới giao hội dao động trong khoảng 300 1500m) thì áp dụng
giao hội cạnh là có lợi nhất.
1.3 LƯỚI KHỐNG CHẾ TRONG QUAN TRẮC CHUYỂN DỊCH
NGANG CÔNG TRÌNH
1.3.1. Đặc điểm lưới khống chế trong quan trắc chuyển dịch ngang
1. Phân bố điểm:
SV: PHẠM TIẾN DŨNG 19 LỚP TRẮC ĐỊA A_K52
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ_ĐỊA CHẤT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Lưới khống chế tọa độ dùng trong quan trắc là lưới 2 cấp, bao gồm lưới cơ
sở và lưới quan trắc.
- Lưới cơ sở: Các điểm của lưới khống chế cơ sở được chọn làm cơ sở tọa
độ gốc cho việc xây dựng và tính toán mạng lưới quan trắc. Ngoài yêu cầu chọn
điều kiện vị trí địa chất ổn định nàm ngoài phạm vi tác động của biên dạng công
trình, các điểm khống chế cơ sở được chọn tại những nơi có địa hình thuận lợi
cho việc đặt máy và đo ngắm tới các điểm quan trắc. Với những công trình đòi
hỏi quan trắc với độ chính xác cao thì các mốc khống chế cơ sở được thiết kế
theo dạng định tâm bắt buộc. Đối với các công trình thủy điện, các mốc khống
chế cơ sở thường được bố trí ở hai đầu đập và hai bên bờ song về phía hạ lưu.
- Lưới quan trắc: gồm các mốc kiểm tra gắn trên công trình. Bố trí đều
trên công trình tại những nơi dự kiến chuyển dịch ngang xảy ra nhiều và thuận
lợi cho quan trắc.
- Hai cấp lưới này tạo thành 1 hệ thống lưới khống chế thống nhất và đươc
đo đạc đồng thời trong mỗi chu kỳ.
2. Cấu trúc hình học của lưới:
Để đảm bảo độ chính xác cao của công tác quan trắc, đồ hình của lưới
khống chế được thiết kế dưới dạng tam giác dày đặc. Hiện nay, nhờ những tiến
bộ vượt bậc trong công nghệ đo dài điện tử nên mạng lưới khống chế thường xây
dựng dưới các hình thức lưới tam giác đo cạnh hoặc đo góc- cạnh.

1.3.2. Nguyên tắc xây dựng lưới khống chế quan trắc chuyển dịch
ngang công trình
Như đã biết, chuyển dịch ngang công trình được xác định trên cơ sở so
sánh tọa độ các điểm quan trắc gắn trên công trình ở 2 chu kỳ quan trắc khác
nhau. Như vậy để thực hiện quan trắc chuyển dịch cần phải xây dựng một mạng
lưới khống chế với 2 loại điểm mốc.
- Hệ thống mốc loại 1 được xây dựng tại vị trí cố định bên ngoài phạm vi
ảnh hưởng chuyển dịch của công trình, các mốc này có tác dụng là cơ sở tọa độ
gốc cho toàn bộ công tác quan trắc và được gọi là mốc khống chế cơ sở. Yêu cầu
đối với điểm mốc khống chế là phải có vị trí ngoài công trình, không quá xa
SV: PHẠM TIẾN DŨNG 20 LỚP TRẮC ĐỊA A_K52
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ_ĐỊA CHẤT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
công trình, nơi có điều kiện địa chất ổn định cố thể bảo quản lâu dài. Thuận tiên
cho công việc quan trắc bằn công nghệ truyền thống cũng như GPS.
- Hệ thống mốc loại 2 hay còn gọi là lới quan trắc bao gồm các mốc kiểm
tra gắn trên công trình, bố trí đều trên công trình tại những nơi dự kiến chuyển
dịch ngang xảy ra nhiều và thuận tiện cho quan trắc.
- hai cấp lưới này tạo ra một hệ thống lưới khống chế thống nhất và được
đo đạc đồng thời trong mỗi chu kỳ. Hai cấp lưới này có độ chính xác cao nên cần
có nhiều biện pháp đảm bảo độ chính xác trong đo đạc, một trong những biện
pháp đó là phải sử dụng các mốc có cấu tạo định tâm bắt buộc, nhằm loại bỏ sai
số định tâm.
1.3.3. Yêu cầu độ chính xác các bậc lưới (m
Q
)
Cơ sở tính toán độ chính xác các bậc lưới trong quan trắc chuyển dịch
công trình là yêu cầu độ chính xác xác định chuyển dịch ngang (m
Q
), thông
thường giá trị m

Q
phụ thuộc vào một số yếu tố như điều kiện địa chất nền móng,
đặc điểm kết cấu, chế độ vận hành công trình. Do lưới quan trắc chuyển dịch
công trình thường có yêu cầu rất chặt chẽ về độ chính xác, vì vậy khi ước tính
cần phải áp dụng tiêu chuẩn sai số theo hướng để đặc trưng cho độ chính xác của
bậc lưới quan trắc. Sai số vị trí điểm theo hướng cho trước ( ) được tính theo
công thức:
Φ+Φ=
22
sin.cos. FEm
µ
φ

(1.19)
Trong đó: E, F là các bán trục lớn và nhỏ của Elip sai số:
4
4)(
2
22
xyyyxxyyxx
QQQQQ
E
+−
+
+
=
µ
(1.20)
4
4)(

2
22
xyyyxxyyxx
QQQQQ
F
+−
−
+
=
µ
SV: PHẠM TIẾN DŨNG 21 LỚP TRẮC ĐỊA A_K52
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ_ĐỊA CHẤT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
 Hướng của bán trục lớn ( :
yyxx
xy
QQ
Q
Tan
−
=
2
)2(
α
Bảng 1.1- Yêu cầu độ chính xác cấp lưới
TT Hạng mục quan trắc Sai số tổng
hợp các bậc
lưới (mm)
Sai số vị trí điểm (mm)
Lưới khống
chế

Lưới quan trắc
1 Công trình bê tông trên
nền đá
0.7 0.3 0.6
2 Công trình trên nền đất
nện
1.4 0.6 1.2
3 Công trình xây trên đất
yếu
7.0 3.0 6.0
4 Các công trình bằng đất 10.0 4.5 9.0
1.4. KẾT CẤU MỐC MẶT BẰNG TRONG QUAN TRẮC CHUYỂN
DỊCH
Mốc cơ sở được đặt ngoài phạm vi chuyển dịch ngang của công trình, tại
những nơi điều kiện địa chất ổn định. Trong mỗi chu kỳ quan trắc cần kiểm tra
sự ổn định của các mốc cơ sở. Nếu phát hiển thấy mốc cơ sở bị chuyển dịch thì
phải thực hiện hiệu chỉnh vào kết quả đo của các mốc quan trắc.
Mốc quan trắc được gắn trên công trình tại những vị trí cần theo dõi
chuyển dịch. Kết cấu mốc phải lựu chọn cẩn thận để đảm bảo độ bền vững, có
thể bảo quản lâu dài và thuận lợi cho việc đặt thiết bị quan trắc.
1.4.1. Kết cấu mốc trong quan trắc chuyển dịch công trình
Trong quan trắc chuyển dịch ngang thường sử dụng loại mốc cột có kết
cấu định tâm bắt buộc, loại mốc này cho phép thực hiện định tâm máy và tiêu
ngắm với độ chính xác cao. Tuy nhiên khi áp dụng các loại mốc trên cần phải có
biện pháp để giữ cột mốc không bị nghiêng đi do các tác động cơ học hoặc do
bản thân của quá trình chuyển dịch công trình.
SV: PHẠM TIẾN DŨNG 22 LỚP TRẮC ĐỊA A_K52
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ_ĐỊA CHẤT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Đối với những công trình có yêu cầu độ chính xác quan trắc không cao, cố
thể sử dụng các loại mốc chôn chìm với lõi mốc được gia công bằn hợp kim thép

không gỉ và có khắc vạch chữ thập để đánh dấu vị trí tim mốc.
1.4.2. Phân bố mốc quan trắc
Đối với các công trình dân dụng,mốc quan trắc được đặt theo chu vi của
công trình, các mốc cách nhau không quá 20m, ở những vị trí chịu ảnh hưởng
lớn của áp lực ngang thì khoảng cách giữa các mốc là 10 15m.
Đối với công trình công nghiệp, phân bố các mốc quan trắc tùy thuộc vào
loại móng công trình, móng băng liền khối: các mốc đặt cách nhau 10 15m,
móng cọc hoặc khối: trên mỗi khối móng được đặt không ít hơn 3 mốc.
Chương 2
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ GPS
2.1. KHÁI NIỆM GPS
NASTAR Global Positioning System ( GPS) là hệ thống định vị toàn cầu
với các ưu điểm :
- Độ chính xác định vị cao.
- Có sẵn cho người sử dụng ở bất cứ đâu trên trái đất .
- Hoạt động liên tục 24h /ngày ,trong mọi điều kiện thời tiết.
Việc xây dựng thành công hệ thống GPS là nhờ vào những thành tựu khoa
học và kĩ thuật sau :
-Độ tin cậy cao của hệ thống không gian .
SV: PHẠM TIẾN DŨNG 23 LỚP TRẮC ĐỊA A_K52
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ_ĐỊA CHẤT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
-Công nghệ đồng hồ nguyên tử độ chính xác cao.
-Khả năng xác định và theo dõi vệ tinh một cách chính xác.
-Công nghệ VLSI và quang phổ rộng.
Bảng 2.1- một số đực trưng của hệ thống định vị toàn cầu GPS
STT YẾU TỐ GPS
1 Số vệ tinh (theo thiết kế ) 24
2 Số quỹ đạo 6
3 Số vệ tinh trên mỗi quỹ đạo 4
4 Góc nghiêng mặt phẳng quỹ đạo 55

0
5 Tâm sai quỹ đạo 0
6 Bán kính quỹ đạo 26560km
7 Chu kỳ quỹ đạo
mh
5811
≈
8 Kỹ thuật tách tín hiệu CDMA (code)
9 Sóng mang ( song tải ) L1= 1575.42MHz
L2= 1227.60MHz
10 C/A code (L1)
P- code (L1, L2)
1.023MHz
10.23MHz
11 Hệ thống giờ UTC (USNO)
12 Elipxoid tham khảo WGS-84
13 Gây nhiễu cố ý Có
14 Bí mật P- code Có
2.2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA GPS
2.2.1. Cấu trúc của hệ thống:
Hệ thống GPS bao gồm 3 bộ phận cấu thành: đoạn không gian (space
segment), đoạn điều khiển (control segment) và đoạn sử dụng (user segment
SV: PHẠM TIẾN DŨNG 24 LỚP TRẮC ĐỊA A_K52
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ_ĐỊA CHẤT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Hình 2.1- sơ đồ hoạt động của hệ thống định vị toàn cầu
1. Đoạn không gian
Gồm 24 vệ tinh phân bố trên 6 mặt phẳng quỹ đạo, Ởở đọ cao khoảng
20200 km. mặt phẳng quỹ đạo nghiêng với mặt phẳng xích đạo một góc 55
0

(hình 2.2). Bán kính quỹ đạo các vệ tinh xấp xỉ 26560 km. Chu kỳ chuyển động
vệ tinh trên quỹ đạo là 817 phút. Theo thiết kế, hệ thống gồm 24 vệ tinh, mỗi
quỹ đạo có 4 vệ tinh. Với sự phân bố vệ tinh trên quỹ đạo như vậy, trong bất kỳ
thời gian nào và ở bất kỳ vị trí quan trắc nào trên trái đất cũng có thể quan trắc
được ít nhất 4 vệ tinh GPS.


SV: PHẠM TIẾN DŨNG 25 LỚP TRẮC ĐỊA A_K52