nghiên cứu ảnh hưởng của khí tượng đến kết quả đo chiều dài bằng máy toàn đạc điện tử

Đồ án tốt nghiệp Trờng đại học Mỏ - Địa chất
Lời nói đầu
Đất nớc ta đang từng ngày, từng giờ đều có sự thay đổi và phát triển mới vợt
bậc. Đời sống kinh tế có nhiều sự cải thiện. Có đợc thành quả trên chính là kết
quả thực hiện đờng lối và chủ trơng của Đảng và nhà nớc ta: Công nghiệp hoá -
hiện đại hoá đất nớc.
Trên khắp các vùng miền của tổ quốc đang dần thay da đổi thịt, đang từng
ngày mọc lên các công trình: Các khu công nghiệp, khu đô thị mới, các công
trình giao thông, thuỷ lợi
Những công trình ấy đòi hỏi độ chính xác rất cao trong thiết kế và thi công.
Nhiệm vụ bảo đảm độ chính xác đó thuộc về các ngành: xây dựng, giao
thông
Và không thể không kể đến lĩnh vực Trắc địa phục vụ cho xây dựng công trình.
Đây là lĩnh vực hết sức quan trọng góp phần nâng cao độ chính xác của công
trình.
Để nâng cao độ chính xác của công tác Trắc địa thì cần thiết phải có các thiết
bị máy móc đo đạc có độ chính xác cao, đo đạc tiện lợi và thích hợp với điều
kiện ở Việt Nam. Máy toàn đạc điện tử ra đời là một bớc đột phá, một cuộc
cách mạng về độ chính xác và sự tiện lợi, hiệu quả trong đo đạc.
Trắc địa là một nghành khoa học có những đặc thù rất riêng so với các ngành
khoa học khác. Chịu ảnh hởng trực tiếp của điều kiện môi trờng tác động đến.
Vì vậy các máy móc và các thiết bị phục vụ cho chuyên môn trớc khi đợc đem
ra sử dụng cần phải kiểm nghiệm độ chính xác. Hiện nay hầu hết các cơ quan
Trắc địa ở nớc ta đều đa máy toàn đạc điện tử vào sử dụng. Ngoài chức năng đo
góc và đo cạnh nh các máy kinh vĩ thông thờng, máy toàn đạc điện tử còn đợc
cầi đặt một số phần mềm tiện ích để giúp cho máy có khả năng đo các chơng
trình tự động nh: Đo khoảng cách gián tiếp, đo chênh cao, đo giao hội thuận
nghịch, đo tọa độ
Nhằm nâng cao độ chính xác đo đạc, đồng thời tăng năng suất lao động thì
cần thiết phải kiểm nghiệm độ chính xác của máy móc và thiết bị chuyên môn
SV: Phạm Văn Tuyến Lớp: CĐ trắc địa B K49

1
Đồ án tốt nghiệp Trờng đại học Mỏ - Địa chất
trứơc khi đem ra sử dụng. Đối với máy toàn đạc điện tử, không chỉ xem xét đến
độ chính xác cấu tạo của máy, mà phải xem xét đến cả ảnh hởng của các yếu tố
khí tợng đến độ chính xác đo đạc của máy.
Nhận thấy tầm quan trọng của vấn đề, với sự hớng dẫn chỉ bảo tận tình của
thầy giáo TS. Dơng Vân Phong, em đã chọn đề tài : Nghiên cứu ảnh hởng của
khí tợng đến kết quả đo chiều dài bằng máy toàn đạc điện tử. Làm đề tài
tốt nghiệp.
Mục đích của đề tài là nghiên cứu ảnh hởng của khí tợng đến kết quả đo dài
bằng máy toàn đạc điện tử để từ đó có những phơng pháp đo đạc hợp lý, phù
hợp với mọi điều kiện, hoàn cảnh.
Nội dung của đề tài gồm 3 chơng:
Chơng 1: Đặc điểm của khí tợng Việt Nam và ảnh hởng của nó tới kết quả đo
dài bằng thiết bị điện tử.
Chơng 2: Giới thiệu một số nét về máy toàn đạc điện tử
Chơng 3: Thực nghiệm

Đợc sự hớng dẫn tận tình của thầy giáo và các thầy cô trong bộ môn cùng sự
giúp đỡ của các bạn đồng nghiệp, em đã hoàn đề tài. Tuy nhiên do thời gian và
trình độ có hạn nên đồ án không tránh khỏi những thiếu sót nhất định. Em rất
mong nhận đợc sự góp ý của Thầy cô trong khoa cùng các bạn đồng nghiệp để
đồ án hoàn chỉnh hơn.
Em xin chân thành cảm ơn !

Sinh viên thực hiện

Phạm Văn Tuyến
SV: Phạm Văn Tuyến Lớp: CĐ trắc địa B K49
2

Đồ án tốt nghiệp Trờng đại học Mỏ - Địa chất
Chơng 1
đặc điểm của khí hậu việt nam và ảnh hởng
của nó tới kết quả đo dài bằng thiết bị điện tử
1.1 Đặc điểm của khí tợng Việt Nam
Nớc ta nằm trong khu vực nhiệt đới gió mùa, mặt khác do đặc điểm tự
nhiên và địa hình kéo dài nên khí hậu nớc ta rất đa dạng và thất thờng.
1.1.1 Tính chất nhiệt đới gió mùa ẩm
Khí hậu nớc ta chia thành hai mùa rõ rệt, phù hợp với hai mùa gió: mùa đông
lạnh khô với gió mùa đông bắc và mùa hạ nóng ẩm với gió mùa Tây nam.
Gió mùa đã mang đến cho nớc ta một lợng ma lớn Từ 1500 đến
2000mm/năm và độ ẩm không khí rất cao Trên 80%.
Nhiệt độ trung bình hàng năm của không khí đều vợt 21 C trên cả n ớc
và tăng dần từ Bắc vào Nam.
Tính chất đa dạng và thất thờng.
Khí hậu nhiệt đới gió mùa ẩm của nớc ta không thuần nhất trên toàn
quốc, phân hoá mạnh mẽ theo không gian và thời gian hình thành nên các miền
và vùng khí hậu khác nhau rõ rệt.
-Miền khí hậu từ phía Bắc Hoàng Liên Sơn Vĩ tuyến 18 B trở ra có mùa
đông lạnh, tơng đối ít ma và nửa cuối mùa đông rất ẩm ớt. Mùa hè nóng và
nhiều ma.
-Miền khí hậu đông Trờng Sơn bao gồm phần lãnh thổ Trung Bộ phía
Đông dãy Trờng Sơn, từ Hoàng Liên Sơn tới mũi Dinh Vĩ tuyến 11 B có mùa
ma lệch hẳn về thu đông.
-Miền khí hậu phía Nam bao gồm Nam Bộ và Tây Nguyên có khí hậu
xích đạo, nhiệt độ quanh năm cao, với một mùa khô và một mùa ma tơng phản
sâu sắc.
-Miền khí hậu Biển Đông Việt Nam mang tính chất gió mùa nhiệt đới hải
dơng.
SV: Phạm Văn Tuyến Lớp: CĐ trắc địa B K49

3
Đồ án tốt nghiệp Trờng đại học Mỏ - Địa chất
Sự đa dạng của địa hình nớc ta, nhất là độ cao và hớng của các dãy núi
lớn đã góp phần quan trọng hình thành nhiều vùng khí hậu, nhiều kiểu khí hậu
khác nhau. Thời tiết miền núi cao thờng khắc nghiệt và biến đổi nhanh chóng,
ta nh có thể thấy cả bốn mùa trong một ngày.
Ngoài tính đa dạng, khí hậu Việt Nam còn thất thờng và biến động mạnh
mẽ: có năm rét sớm, năm rét muộn, năm ma lớn, năm khô hạn.
1.2 Các yếu tố đặc trng của khí hậu nớc ta.
1.2.1 Gió mùa đông bắc
Đặc trng chủ yếu của mùa này là sự hoạt động mạnh của gió đông bắc và
xen kẽ là những đợt gió Đông nam. Trong mùa này thời tiết, khí hậu trên các
miền của nớc ta khác nhau rõ rệt.
Miền Bắc chịu ảnh hởng trực tiếp của gió mùa Đông bắc từ vùng áp cao của
lục địa phơng Bắc tràn xuống thành từng đợt mang lại một mùa đông không thuần
nhất. Đầu mùa đông là thời tiết thu se lạnh, khô hanh. Còn cuối mùa đông là tiết
xuân ma phùn ẩm ớt. Nhiệt độ trung bình tháng nhiều nơi xuống dới 15 C. Miền
núi cao có thể xuất hiện sơng muối, sơng giá và ma tuyết. Còn ở Tây Nguyên và
Nam Bộ thời tiết nóng khô, ổn định suốt mùa. Riêng ở Duyên hải Trung Bộ có ma
rất lớn ở những tháng cuối năm.
1.2.2 Mùa gió tây nam
Đây là mùa thịnh hành của hớng gió Tây Nam. Ngoài ra tín phong nửa
cầu Bắc vẫn hoạt động xen kẽ và thổi theo hớng Đông nam. Trong mùa này
nhiệt độ cao đều trên cả nớc và đạt trên 25 C ở các vùng thấp. L ợng ma -trong
mùa cũng rất lớn chiếm trên 80% lợng ma cả năm, riêng vùng Duyên hải Trung
Bộ mùa này ít ma.
Thời tiết phổ biến trong mùa này là trời nhiều mây, có ma rào và mùa
đông. Những dạng thời tiết đặc biệt là gió tây, ma ngâu và bão. Gió Tây khô
nóng gây hạn hán cho miền Trung và Tây bắc. Ma ngâu kéo dài từng đợt vài
ngày vào giữa tháng 8 có thể gây úng ngập cho vùng đồng bằng Bắc bộ. Bão

gây ma to, gió lớn và gió giật rất mạnh.
SV: Phạm Văn Tuyến Lớp: CĐ trắc địa B K49
4
Đồ án tốt nghiệp Trờng đại học Mỏ - Địa chất
1.2.3 Ma:
Liên quan với nhịp điệu hoạt động của gió mùa, sự phân hoá ma theo
mùa có những nét đặc sắc riêng ở từng địa phơng.
Nhìn chung ở khắp nơI trên lãnh thổ nớc ta đều phân biệt đợc một mùa
ma tập trung, và một khô hanh ít ma. Tuy nhiên, không nhất thiết mùa ma phảI
trùng với gió mùa mùa hạ, mang hteo những khối không khí ẩm có nguồn gốc
biển; và ngợc lại, gió mùa mùa đông với bản chất là không khí lục địa cực đới
hay nhiệt đới ít ẩm, cũng vẫn có nhiều khả năng gây ma lớn. Sự phân hoá ma
theo mùa, ngoài những nguyên nhân động lực, còn có những nguyên nhân địa
lý và phụ thuộc vào mối tơng quan giữa các hệ thống gió. Kết quả là đã tạo
thành trên lãnh thổ nớc ta một số ngoại lệ với chế độ ma gió mùa nói chung.
1.2.4 Khô hanh:
Đối lập với mùa ma là một thời kỳ rất ít ma, thời tiết trong sáng ổn định.
Một mùa khô đúng nghĩa ở nớc ta thực ra chỉ thấy ở Nam Bộ và cao nguyên
Trung Bộ. Mùa khô kéo dài 5 tháng từ tháng XII đến tháng IV
Mùa khô dài nhất ở phần cực nam Trung Bộ (từ Nha Trang đến Phan Rang)
có tới 9 tháng. Từ tháng XII đến tháng VIII lợng ma không vợt quá 50mm
ở suốt phần còn lại của niềm Trung, mùa khô thể hiện không rõ nét. Trong
thực tế, chỉ phân biệt đợc một mùa ít ma, vào các tháng I - IV, cuối mùa đông.
Nhng ảnh hởng của gió mùa Đông Bắc tại đây vẫn còn rõ rệt trong chế độ ẩm,
nếu gọi là mùa khô thì không còn đúng nghĩa nữa. Tuy nhiên, nhữngtháng đầu
mùa hạ, thời kỳ thịnh hành của gió Tây, mang lại nhiều nắng nóng khác thờng,
có thể xem là một mùa khô ngắn đặc sắc: trong khi lợng ma trong tháng vẫn
thờng vợt quá 100mm, nhng độ bốc hơi lạ tăng cao.
Mùa khô ở Bắc Bộ (trừ khu vực Tây bắc) còn gọi là mùa hanh kéo dài trong
khoảng tháng XI - XII, có thời tiết giống nh mùa khô ở Nam Bộ, nhng độ ẩm

thấp hơn. Những ngày khô hanh điển hình, độ ẩm tơng đối xuống dới 60%,
thậm chí 30 - 40% khiến cho độ bốc hơi tăng rất mạnh.
SV: Phạm Văn Tuyến Lớp: CĐ trắc địa B K49
5
Đồ án tốt nghiệp Trờng đại học Mỏ - Địa chất
Riêng ở Tây Bắc, có mùa khô kéo dài, xấp xỉ ở Nam Bộ. Điều káhc biệt là nền
nhiệt độ tại đây thấp hơn và biên độ ngày của nhiệt độ cao hơn.
1.2.5 Nắng :
Nắng ở các địa phơng chênh nhau khá nhiều về thời gian và độ dài,
không theo một quy luật chung nào rõ rệt.
Vùng cực nam Trung Bộ, có tới 2300 - 2400 giờ nắng, tập trung vào các tháng
từ XII - VIII. Chỉ riêng các tháng IX - XI, ứng với mùa ma, tơng đối ít nắng.
Nắng ở Nam Bộ tơng đối ngắn hơn, trùng với phần lớn gió mùa mùa đông.
Những tháng nhiều nắng nhất từ tháng XII - IV, tập trung khoảng 180 - 220 giờ
mỗi tháng. Tháng ít nắng nhất là tháng VII và IX, chỉ trên dới 120 giờ. Tổng
cộng hàng năm khoảng 2000 giờ nắng.
Khu vực Trung Trung Bộ, do sự kéo dài của mùa ma, thời kỳ nắng rút xuống
khoảng 4 - 5 tháng, từ tháng III - IV đến hết tháng VII. Có những nơi, số giờ
nắng tổng cộng của cả năm chỉ dới 1500 giờ.
ở Bắc Bộ (trừ khu vực Tây Bắc) mùa nắng trùng với mùa hạ, thời kỳ nắng tập
trung từ các tháng V - X, trung bình từ 160 - 180 giờ mỗi tháng. Độ nắng giảm
thấp nhất vào thời kỳ ma phùn cuối mùa đông, chỉ còn 50 - 60 giò mỗi tháng.
Tổng số giờ nắng hàng năm khoảng 1600 -1700 giờ tức là chỉ bằng 2/3 ở Nam
Bộ.
Tây Bắc mùa đông vẫn là thời kỳ khá nhiều nắng, tới 120 - 130 giờ mỗi tháng.
Tổng số giờ nắng hàng năm đạt 1800 - 2000 giờ, cao nhất ở Bắc Bộ.
1.2.6 ẩm :
Đặc trng của chế độ ma ẩm là sự kết hợp dị thờng giữa giá rét và ma ẩm
nh ở khu vực nớc ta.
Trong mùa đông, trung bình tháng nào cũng cố trên dới 10 ngày ma, và những

trờng hợp ma lớn tới vài chục mm một ngày.
ở khu vực Trung Bộ mùa đông lại trùng với mùa ma lớn.
SV: Phạm Văn Tuyến Lớp: CĐ trắc địa B K49
6
Đồ án tốt nghiệp Trờng đại học Mỏ - Địa chất
Về mùa hạ, những tính chất độc đáo cũng thể hiện rõ nét. Khu vực nớc ta
cũng là nơi tiếp thu đợc lợng ma vào loại lớn ít thấy. Chỉ thua kém một số nơI
thuộc ấn Độ.
1.2.7 Nhiều loại khí hậu trên một vùng:
Sự đa dạng về loại hình thời tiết là một đặc trng đáng chú ý. Do tính chất phức
tạp của các mối tơng quan giữa hình thể chung và điều kiện địa lý từng nơi, sự
thể hiện những hệ quả khí hậu của cùng một hệ thống có thể rất khác nhau, có
thể đối lập nhau.Trong cùng một loại hình khống chế, có thể gặp nhiều kiểu
thời tiết địa phơng cùng mang những nết chung về cơ bản, nhng lại không đồng
nhất về ý nghĩa ứng dụng. Vì thế tại một vùng có thể chịu nhiều tác dụng của
nhiều kiểu thời tiết đan xen và tác dụng lẫn nhau.
1.2.8 Nhiều miền khí hậu cùng một lúc:
Đặc trng hết sức quan trọng là lãnh thổ nớc ta không hoàn toàn nằm trong
phạm vi ảnh hởng của một hệ thống khí hậu nào. Do tác động của chế độ hành
tinh, mặt trời, địa hình và biển đã tạo ra nhiều kiểu khí hậu tác động lên thời tiết
nớc ta.Nớc ta có vị trí, có tính chất chuyển tiếp về mặt địa lý khiến cho thời tiết
luân chịu nhiều tác động của các miền khí hậu khác nhau .Khí hậu nớc ta luân
là sự đan xen,tác động lên nhau giữa các miền khí hậu và không chịu ảnh hởng
hoàn toàn của một miền khí hậu.
SV: Phạm Văn Tuyến Lớp: CĐ trắc địa B K49
7
Đồ án tốt nghiệp Trờng đại học Mỏ - Địa chất
1.3 ảnh hởng của khí tợng việt nam đến kết quả
đo dài
1.3.1. ảnh hởng của khí tợng đến kết quả đo dài

Nh chúng ta đã biết trắc địa nói chung là khoa học nghiên cứu hình dạng,
kích thớc bề mặt trái đất bằng những phơng pháp đo đạc chính xác. Do vậy
công tác trắc địa nói chung chịu ảnh hởng trực tiếp của điều kiện khí tợng.
Điều kiện khí tợng có thể tác động tiêu cực đến các máy móc thiết bị đo
đạc, gây ảnh hởng đến thời gian và thời điểm đo đạc gây ra các sai số trong đo
đạc.
Khí tợng có ảnh hởng rất lớn tới công tác trắc địa. Trong các điều kiện
nh: ma to, gió lớn thì công tác trắc địa không thể tiến hành đ ợc do chúng tạo
nên các sai số rất lớn trong quá trình đo đạc.
1.3.2. Mục đích yêu cầu và nhiệm vụ của công tác nghiên cứu ảnh h-
ởng của khí tợng đến kết quả đo chiều dài bằng máy toàn đạc địên tử.
Trong trắc địa hiện nay có nhiều phơng pháp và thiết bị đo đạc khác
nhau. Một trong những phơng pháp đo đạc hiện nay là sử dụng máy toàn đạc
điện tử.
Mục đích của công tác nghiên cứu ảnh hởng của khí tợng đến kết quả đo
chiều dài bằng máy toàn đạc điện tử để tìm ra quy luật ảnh hởng của khí tợng
đến độ chính xác của máy toàn đạc điện tử, từ đó tìm ra thời điêm đo hợp lý
nhất có các biện pháp khắc phục ảnh hởng đó bằng cách lựa chọn các phơng
pháp và thiết bị đo đạc thích hợp, lựa chọn thời điểm và thời gian đo đạc cho
từng vùng, từng nơi khác nhau.
Để tiến hành khảo sát, chúng tôi tiến hành đo các khoảng cách khác nhau
và ở các khí tợng khác nhau để từ đó tìm ra đợc số hiệu chỉnh do khí tợng
( )
D
NN
D
TTTC
KT
.10.
6

=
và hiệu chỉnh vào khoảng cách đo.
DD
D
TT
+=
(1.3.1)
Trong đó:
SV: Phạm Văn Tuyến Lớp: CĐ trắc địa B K49
8
Đồ án tốt nghiệp Trờng đại học Mỏ - Địa chất
T
e
B
T
P
AN ..
+=
là chỉ số chiết suất.
D là khoảng cách sau khi hiệu chỉnh.
D
TT
là khoảng cách sau khi hiệu chỉnh.
P là áp suất.
T là nhiệt độ.
e là độ ẩm.
N
tc
là chỉ số chiết suất ở điều kiện tiêu chuẩn.

1.3.3. Khảo sát ảnh hởng của khí tợng đến kết quả đo dài bằng máy
đo dài điện tử
Từ công thức xác định khoảng cách bằng sóng điện từ
D = v.t (1.3.2)
Trong thực tế, để xác định khoảng thời gian t, ngời ta ghi nhận thời điểm
phát tín hiệu (t
1
) và thời điểm thu tín hiệu (t
2
) bằng một bộ thu phát đặt tại đầu
khoảng cách D. Lúc này
t = t
1
t
2
và
D =
2
.tv
(1.3.3)
Nh vậy độ chính xác D phụ thuộc vào độ chính xác định V (hay m) trong
môi trờng đo và độ chính xác đo thời gian. Theo lý thuyết sai số ta có:

22
2

+








=








tVD
mm
m
tv
D
Vì tốc độ truyền sóng điện từ rất lớn (v
sm
8
10.3

) nên để nhận đợc
khoảng cách D với độ chính xác theo yêu cầu trắc địa m
D
thì trị số t là cực nhỏ
và phải xác định với m
t
rất cao, do đó cần những phơng pháp đặc biệt và cần
phải tính đến ảnh hởng của các yếu tố khí tợng đến thời gian và tốc độ truyền
sóng.
Từ công thức xác định chỉ số chiết suất của môi trờng
N = (n-1).10
6
(1.3.4)
Và công thức xác định độ chệnh lệch khoảng cách đo do khí tợng:
SV: Phạm Văn Tuyến Lớp: CĐ trắc địa B K49
9
Đồ án tốt nghiệp Trờng đại học Mỏ - Địa chất

( )
D
NN
D
TTTC
KT
.10.
6

=
(1.3.5)

Suy ra :
Dn
m
m
D
n
=
(1.3.6)
Trong đó:
-N là chỉ số chiết suất khí tợng.
-N
TC
là chỉ số chiết suất ở điều kiện tiêu chuẩn.
-N
TT
là chỉ số chiết suất ở điềukiện thực tế.
-n là chiết suất môi trờng.
-D là khoảng cách.
Thay vào công thức:
m
n
= m
N
.10
-6
n = 1+ N.10
-6
vào công thức (3.2.6) ta đợc

N

n
mm
Nn
+
=
6
10
(1.3.7)
Suy ra:

D
N
m
m
D
N
=
+
6
10
hay:
N
D
m
m
N
D
+
=
6

10
.
(1.3.8)
Qua công thức(1.3.8) ta thấy độ chính xác đo khoảng cách (m
D
)đợc xác
định trực tiếp từ độ chính xác xác định N (m
N
).
Từ công thức:
T
e
B
T
P
AN ..
+=
(1.3.9)
Với A = 103.49 ; B = 15.02
Ta có N =
T
e
T
P
.02.15.49.103
+
(1.3.10)
Trong đó - P là áp suất môi trờng
- e là độ ẩm môi trờng
- T là nhiệt độ môi trờng ( độ k )

Trong điều kiện khí hậu bình thờng ở Viêt Nam các yếu tố khí tợng đợc
xác định:
SV: Phạm Văn Tuyến Lớp: CĐ trắc địa B K49
10
Đồ án tốt nghiệp Trờng đại học Mỏ - Địa chất
P = 780 mmHg
e = 75%
T = 303 k (t = 33 C). (1.3.11)
Để ngiên cứu ảnh hởng của khí tợng đến độ chính xác đo dài, trớc hết
phải xét ảnh hởng các yếu tố khí tợng đến độ chính xác xác định chỉ số chiết
suất (m
M
) từ đó tính ra m
D
.
Khi nghiên cứu ảnh hởng của khí tợng đến độ chính xác đo khoảng cách,
xét đến các yếu tố nào thì các yếu tố còn lại đợc coi là không đổi. Chúng tôi
tiến hành khảo sát sự biến đổi của nhiệt độ t, áp suất P và độ ẩm e đến độ chính
xác đo khoảng cách theo ba sự biến đổi:
+ Biến đổi của từng tham số nhiệt độ T, áp suất P, độ ẩm e đến độ chính
xác đo khoảng cách.
+ Biến đổi của nhiệt độ t, áp suất P, độ ẩm e theo thời gian.
+ Biến đổi của nhiệt độ T, áp suất P, độ ẩm e theo khoảng cách.
Tiến hành khảo sát ảnh hởng của các yếu tố khí tợng đến độ chính xác đo
khoảng cách ta có:
- ảnh hởng của sai số nhiệt độ đến kết quả đo khoảng cách:
Từ công thức: N =
T
e
T

P
.02.15.49.103
+
Với P = 780mmHg
T = 303 k
e = 75%
Ta đợc: N = 207.128
Xét đạo hàm riêng của N theo T ta đợc:
2
.02.15.49.103
2
2
T
eT
T
N
+
=
mm
T
T
eP
N
T
.
.02.15.49.103
2
+
=
Hay

mm
t
T
N
D
T
.
=
(1.3.12)
SV: Phạm Văn Tuyến Lớp: CĐ trắc địa B K49
11
Đồ án tốt nghiệp Trờng đại học Mỏ - Địa chất
mm
t
T
N
N
D
D
T
..
10
6
+
=
(1.3.13)
Bảng kết quả khảo sát ảnh hởng của nhiệt độ đến đo khoảng cách:
D m
t
( C) 0,1 0,5 1 1,5 2 3 4 5

0,5 m
Dt
(mm) 0,034 0,17 0,34 0,512 0,683 1,025 1,367 1,708
1 0,068 0,34 0,683 1,025 1,367 2,05 2,734 3,417
1,5 0,103 0,513 1,025 1,538 2,05 3,075 4,1 5,126
2 0,137 0,683 1,367 2,05 2,733 4,1 10,251 6,834
2,5 0,17 0,854 1,708 2,563 3,417 5,126 6,834 8,543
3 0,205 1,025 2,05 3,075 4,1 6,15 8,201 10,251
Qua kết quả khảo sát chúng tôi nhận xét: khi sai số xác định nhiệt độ
càng lớn thì độ chính xác kết quả đo càng giảm: m
t max
= 5 C thì m
D
= 10mm ở
khoảng cách D = 3km
- ảnh hởng của sai số do áp suất đến kết quả đo đợc từ công thức:
N =
T
e
T
P
.02.15.49.103
+

mN
PP
T
.
49.103
=

Ta có
TP
N 49.103
2
2
=
Vậy
mm
PDP
T
N
D
.
49.103
.
10
6
+
=
(1.3.15)
SV: Phạm Văn Tuyến Lớp: CĐ trắc địa B K49
12
Đồ án tốt nghiệp Trờng đại học Mỏ - Địa chất
Bảng kết quả khảo sát ảnh hởng của áp suất đến đo khoảng cách
D 1 2 3 4 5
0,5 0,171 0,314 0,512 0,683 0,854
1 0,314 0,683 1,024 1,366 1,707
1,5 0,512 1,024 1,536 2,049 2,561
2 0,683 1,366 2,049 2,731 3,415
2,5 0,853 1,707 2,561 3,415 4,268

3 1,024 2,049 3,073 4,097 5,122
Qua kết quả khảo sát chúng tôi nhận xét: khi sai số xác định áp suất ca
càng lớn thì độ chính xác kết quả đo dài càng giảm. Khi m
P
= 5mmHg thì m
D
=
5,122mm ở khoảng cách D = 3km
- ảnh hởng của sai số do độ ẩm đến kết quả đo khoảng cách
Từ công thức N =
T
e
T
P
.02.15.49.103
+

mm
eNe
T
.
02.15
=
Ta có
Te
N 02.15
2
2
=
Vậy

mm
eD
T
N
D
.
02.15
.
10
6
+
=
Bảng kết quả khảo sát ảnh hởng của độ ẩm đến đo khoảng cách
D 1 3 5 7 10
0,5 0,024 0,074 0,124 0,173 0,247
1 0,049 0,148 0,248 0,347 0,496
1,5 0,074 0,223 0,371 0,52 0,743
2 0,099 0,297 0,495 0,694 0,991
2,5 0,124 0,371 0,619 0,867 1,234
3 0,147 0,446 0,743 1,041 1,486
Qua kết quả khảo sát chúng tôi nhận thấy: khi sai số xác định độ ẩm
càng lớn thì độ chính xác kết quả đo dài càng giảm. Khi m
e max
=10% thì
m
D
=1.486mm
Qua kết quả khảo sát chúng tôi nhận xét:
+ ảnh hởng của nhiệt độ đến độ chính xác kết quả đo dài là là đáng kể và
SV: Phạm Văn Tuyến Lớp: CĐ trắc địa B K49

13
Đồ án tốt nghiệp Trờng đại học Mỏ - Địa chất
lớn nhất.
+ ảnh hởng của độ ẩm đến kết quả đo dài là nhỏ nhất

SV: Phạm Văn Tuyến Lớp: CĐ trắc địa B K49
14
Đồ án tốt nghiệp Trờng đại học Mỏ - Địa chất
Chơng 2
Giới thiệu một số nét về máy toàn đạc điện tử
2.1. Đặc điểm cấu tạo của máy toàn đạc điện tử
Máy toàn đạc điện tử ( total station ) hiện nay đợc sử dụng rất rộng rãi
trên thế giới và ở nớc ta. Một số máy toàn đạc điện tử gồm 3 khối chính và sơ
đồ đợc trình bày nh trên hình 2.1.1.

Hình 2.1.1
Nhiệm vụ của từng khối máy toàn đạc điện tử:
2.1.1. Máy đo dài ánh sáng(electronic distance meter).
Máy đo dài ánh sáng làm nhiệm vụ đo khoảng cách từ máy tới gơng phản
SV: Phạm Văn Tuyến Lớp: CĐ trắc địa B K49
Máy đo xa điên
quang (EDM)
Máy kinh vĩ số(DT)
Các chương trình và phần mền
tiện ích
15
Đồ án tốt nghiệp Trờng đại học Mỏ - Địa chất
xạ. Các máy toàn đạc điện tử hiện nay thờng đợc trang bị một máy EDM có tâm
hoạt động trung bình từ 2 đến 4km. Độ chính xác đo khoảng cách tuỳ thuộc và
từng loại máy, nhng các máy thông dụng hiện nay thờng cho phép đo khoảng

cách với độ chính xác ( 3mm+3.10
-6
.D). Toàn bộ quá trình đo khoảng cách đ-
ợc thực hiện tự động. Kết quả đo đợc thể hiện trên màn hình tinh thể lỏng LCD.
2.1.2. Máy kinh vĩ số ( digital theodolite).
Máy kinh vĩ số có cấu tạo tơng tự nh máy kinh điển, chỉ khác một điều là
khi đo góc không phải thực hiện trên các thao tác thông thờng nh chập vạch
hoặc đọc số trên thang số mà số đọc sẽ tự động hiện lên trên màn hình tinh thể
lỏng của máy.
Để thực hiện việc tự động quá trình đo góc ngời ta có thể sử dụng hai ph-
ơng án:
Phơng án mã hoá bàn độ.
Phơng án xung.
Các máy kinh vĩ sử dụng phơng án mã hoá bàn độ đợc gọi là các máy
kinh vĩ mà hoá ( code theodolite ), còn các máy đã sử dụng phơng án xung đợc
gọi là các máy loại xung.
Trong các máy kinh vĩ mã hoá, bàn độ đứng và bàn độ ngang không đợc
chia vạch nh các máy thông thờng. Phần ngoài của bàn độ( nơi ngời ta khắc
vạch đối với các máy kinh vĩ thông thờng ) đợc chia thành vòng tròn đồng tâm (
thờng là 5 vòng ) trên đó ngời ta vẽ các hình vuông trong suốt và không trong
suốt theo một mã nhất định. Hình vuông trong suốt khi chiếu ánh sáng đi qua sẽ
không cho chúng ta tín hiệu tơng đơng với số 1, còn hình vuông không trong
suốt thì không cho ánh sáng đi qua tơng đơng với số không. Nh vậy mỗi ô
vuông là một đơn vị thông tin (1 bit), trong các máy kinh vĩ mã hoá ngời ta th-
ớng sử dụng mã truy hồi tuần hoàn.
Đối với một bàn độ nh thế thì mỗi vị trí bàn độ sẽ tơng đơng với một mã
số nhất định và để đọc số trong trờng hợp này ngời ta thay du xích thông thờng
bằng một cửa sổ có bề rộng là 8bit. Hình ảnh và bàn độ sẽ đợc dẫn tới bộ giải
mã và số đọc sẽ đợc hiện lên trên màn hình của máy.
SV: Phạm Văn Tuyến Lớp: CĐ trắc địa B K49

16
Đồ án tốt nghiệp Trờng đại học Mỏ - Địa chất
Ưu điểm của phơng pháp mã hoá bàn độ là có thể dễ dàng nâng cao độ
phân giải của bàn độ để nâng cao độ chính xác của số đọc. Việc này có thể thực
hiện đợc bằng cách tăng số vòng đo ( stact ) trên bàn độ. Ví dụ nếu dùng 4 stack
thì với một mã hoá có chiều dài 8bit độ phân giải màn hình sẽ là 10 ( tức là số
đọc nhỏ nhất của máy cho phép đọc đợc là 10). Nếu tăng số stack từ 4 lên 5 thì
độ phân giải của bàn độ đạt đợc đến cấp giây ( số đọc nhỏ nhất đến 1 ).
Nhợc điểm của phơng pháp mã hoá bàn độ là bàn độ phải đợc gia công
với độ chính xác rất cao nên khó chế tạo, vì vậy phơng pháp này hiện nay ít sử
dụng.
Trong phơng pháp xung thì vùng khắc vạch của bàn độ đợc chia thành
các vạch trong suốt và không trong suốt xen kẽ nhau, để khi chiếu một tia sáng
qua vùng này chúng ta sẽ nhận đợc các xung sáng. Các xung sáng này khi đi
qua một photodiode sẽ đợc biến thành các xung điện.
Nếu đánh dấu một trong các xung của bàn độ ngang nh một xung khởi
đầu, điều đó có nghĩa là nếu dùng một máy đến xung để đếm xung từ vạch khởi
đầu và vì trí tạm thời của bàn độ.
Bàn độ của máy kinh vĩ loại xung đơn giản và dễ chế tạo hơn nhiều so với
bàn độ mã hoá. Vì vậy phơng án xung hiện nay đợc sử dụng rất rộng rãi.
2.1.3. Các chơng trình tiện ích và phần mền xử lý.
Trong khối này ngời ta cài đặt các chơng trình tiện ích để xử lý các bài
toán trắc địa đơn giản nh: cải chính khoảng cách nghiêng về khoảng cách
ngang, tính lợng hiệu chỉnh khoảng cách do các yếu tố khí tợng, hiệu chỉnh do
chiết quang và độ cong của quả đất, tính chênh cao giữa hai điểm theo công
thức của thuỷ chuẩn lợng giác, chơng trình tính toạ độ của các điểm theo chiều
dài cạnh và phơng vị, chơng trình tính tiện ích của một vùng khép kín, chơng
trình tính giao hội nghịch Ngoài ra để máy có thể trao đổi đ ợc với máy vi
tính, nh trút số liệu từ bộ nhớ của máy vào máy tính để tiếp tục quá trình vẽ bản
đồ hoặc phần file số liệu nào đó từ máy tính vào bộ nhớ của máy ngời ta có cài

đặt cho máy những phần mềm thông dụng nh MSDOS. Để tăng cờng dung lợng
của bộ nhớ một số máy Totalstation đợc trang bị thêm field book ( sổ đo điện
SV: Phạm Văn Tuyến Lớp: CĐ trắc địa B K49
17
Đồ án tốt nghiệp Trờng đại học Mỏ - Địa chất
tử).
Nh vậy kết hợp ba khối trên lại với nhau chúng ta đợc một máy đa chức
năng rất linh hoạt có thể đo đạc các đại lợng cần thiết và giải đợc hầu hết các
bài toán trắc địa thông dụng.
Hiện nay nhiều nớc trên thế giới có thể chế tạo đợc máy toàn đạc điện tử.
Tuy nhiên hai cờng quốc lớn nhất trong lĩnh vực này là Nhật Bản và Thuỵ Sĩ.
Đa số các máy đang đợc sử dụng ở nớc ta hiện nay là của các hãng Sokkia,
Topcon, Nikon của Nhật Bản hoặc Leica của Thuỵ Sĩ.
2.2. Nguyên lý đo góc của máy toàn đạc điện tử.
Nh chúng ta đã biết, máy kinh vĩ số (DT) trong máy toàn đạc điện tử có
cấu tạo giống nh một máy kinh vĩ thông thờng. Do đó nhìn chung nguyên lý đo
góc của máy toàn đạc điện tử cũng giống nh khi đo góc bằng các máy kinh vĩ
thông thờng với các chế độ:
- Đặt hớng khởi đầu bằng 0 00 hoặc giá trị bất kỳ nào.
- Đo hớng tới các hớng của trạm đo.
Ta cũng tiến hành đảo kính và đo ở bàn độ phải tơng tự nh máy kinh vĩ
thông thờng, chỉ khác là không phải chập vạch hoặc đọc số trên thang đọc số
mà số đọc tự động hiện trên màn hình tinh thể lỏng LCD của máy.
2.3. Nguyên lý đo khoảng cách của máy toàn đạc điện tử.
Nguyên lý chung xác định khoảng cách bằng sóng điện từ là bài toán
chuyển động đều, nghĩa là mối tơng quan giữa khoảng cách D với tốc độ v và
thời gian t.
D = v.t
Trong thực tế để xác định khoảng cách D nào đó ( D = AB ) ngời ta đặt
tại đầu A một trạm phát tín hiệu và đầu B đặt hệ thông phản xạ.

SV: Phạm Văn Tuyến Lớp: CĐ trắc địa B K49
18
Đồ án tốt nghiệp Trờng đại học Mỏ - Địa chất
Ngời ta ghi nhận thời điểm phát tín hiệu (t
1
) và thời điểm thu tín hiệu (t
2
)
từ đó thu đợc thời gian lan truyền:
t = t
1
t
2
(2.3.2)
Vậy khoảng cách D lúc này là:
2
t
D

=
(2.3.3)
Tín hiệu sử dụng có thể là âm thanh hoặc sóng điện từ.
Máy toàn mạch địên tử chỉ sử dụng sóng điện từ vì tốc độ lan
truyền của sóng bị ảnh hởng rất nhiều bởi môi trờng.
Nh vậy độ chính xác của D phụ thuộc vào v và t. Theo lý
thuyết sai số ta có sai số trung phơng đo khoảng cách:
2 2 2
( ) ( ) ( )
t
v t

D
m m
m
D V T
= +
(2.3.4)
Vì tốc độ truyền sóng là rất lớn
( )
8
3.10 /v m s
nên để nhận đợc
khoảng cách D với độ chính xác theo yêu cầu trắc địa m
D
thì trị số t
là cực nhỏ và phải xác định m
t
rất cao do đó cần có những ph ơng
pháp đo đặc biệt.
Bản chất vật lý của phơng pháp đo khoảng cách là so sánh để
xác định độ chênh lệch của một tham số của tín hiệu ở hai thời
điểm trớc (phát) và sau (thu) khi truyền nó.
Thông thờng nguyên lý chế tạo máy đo xa điện tử là một tín
hiệu phát đi đợc chia ra làm hai phần: Thành phần thứ nhất Đặc tr -
SV: Phạm Văn Tuyến Lớp: CĐ trắc địa B K49
19
Đồ án tốt nghiệp Trờng đại học Mỏ - Địa chất
ng cho thời điểm phát. Đợc truyền trực tiếp trong máy, qua các bộ
phận đến điểm đo.
Thời gian có tổng chiều dài D gọi là tín hiệu gốc hay tín hiệu
chủ; còn thành phần thứ hai 2D gọi là tín hiệu đo hay tín hiệu phản

hồi. Nh vậy hai thành phần này đợc tạo ra từ một tín hiệu chỉ khác
là chúng truyền qua hai quãng đờng khác nhau D
0
và 2D, nghĩa là
độ chênh lệch cần đo là một hàm số của hiệu (2D-D
0
) trong đó chứa
khoảng cách D cần tìm:
Có ba phơng pháp điện tử đo khoảng cách chủ yếu:
- Phơng pháp thời gian (phơng pháp đo xung).
- Phơng pháp tần số.
- Phơng pháp pha.
Phơng pháp pha còn gặp dới hai dạng: dạng sử dụng các tín
hiệu điều biến và dạng sử dụng các tín hiệu trực tiếp không điều
biến (dao động mang) gọi là phơng pháp giao thoa. Ngoài ra trong
thực tế còn gặp phơng pháp phối hợp gọi là phơng pháp xung pha,
phơng pháp xung đợc sử dụng cho chế độ đo thô (đo xa với độ chính
xác thấp) còn phơng pháp pha dùng để đo chính xác.
Phơng pháp tần số đợc ứng dụng trong các máy đo cao Radio
(trắc địa ảnh) và trong hệ thống trắc địa Radio.
Phơng pháp xung trớc đây chủ yếu đợc ứng dụng trong các
máy để đo khoảng cách lớn với độ chính xác thấp. Những năm gần
đây, kỹ thuật điện tử laser đã tạo đợc các xung ánh sáng có độ hổng
(lấp đầy) hẹp (=0.1ns) cho phép nâng cao độ chính xác đo khoảng
cách vì đã xuất hiện một vài máy đo xa loại xung, ph ơng pháp giao
thoa độ chính xác cao hơn tất cả các phơng pháp khác nhng chỉ đo
đợc khoảng cách ngắn nên chỉ mới ứng dụng trong trắc địa chuyên
ngành (lắp ráp, đo biến dạng công trình).
Hiện nay ở Việt Nam, trong công tác trắc địa, để đo khoảng
cách đã và đang chủ yếu các máy đo xa loại pha và xung.

SV: Phạm Văn Tuyến Lớp: CĐ trắc địa B K49
20
Đồ án tốt nghiệp Trờng đại học Mỏ - Địa chất
2.3.1. Nguyên lý của phơng pháp xung đo khoảng cách
Sóng điện từ (sóng mang) từ nguồn bức xạ (1) đI vào bộ điều
biến (2), tại đây dới tác dụng của các xung làm điều biến đợc
chuyển thành các xung điều biến hoặc điều tần.
- Các xung cha điều biến:
- Các xung điều biên:
SV: Phạm Văn Tuyến Lớp: CĐ trắc địa B K49
21
Đồ án tốt nghiệp Trờng đại học Mỏ - Địa chất
- Các dạng xung điện tần:
Các dạng xung điều biến đợc lấy từ bộ tạo xung (3), chúng là
kết quả của quá trình chuyển hoá từ các dao động hình sin có tần số
ổn định cao tạo ra trong bộ phát sóng cao tần thạch anh (4) nên tần
số lặp F của xung cũng rất ổn định. Nh vậy tín hiệu đo từ bộ phận
(5) truyền đến bộ phận phản xạ (6) rồi quay trở về máy vẫn là dới
vẫn là xung điện từ điều biến và tại bộ phận thu (7) nó đ ợc chuyển
hoá thành các xung tơng ứng. Các xung điều biến từ bộ tạo xung (3)
cũng nh các xung nhận đợc từ bộ phận thu (7) đều đợc đa vào bộ
phận đo thời gian (8). Bộ đo thời gian có thể là ống tia điện tử
( Hình 2.3.3a) hoặc máy đếm điện tử (Hình 2.3.3b).
Hình 2.3.3a
SV: Phạm Văn Tuyến Lớp: CĐ trắc địa B K49
22
Đồ án tốt nghiệp Trờng đại học Mỏ - Địa chất
Hình 2.3.3b
Trong các máy đo xa điện tử dùng laser thì thời điểm bức xạ
của các xung đợc thực hiện bằng độ chuẩn thời gian là đồng hồ

thạch anh hoặc đồng hồ nguyên tử (1). Một phần xung laser này đ ợc
tách ra làm xung xuất phát bằng cách dẫn nó qua quang tuyến (3)
trong máy đến bộ phận thu nhận ánh sáng (4) và tại đây đ ợc chuyển
thành xung điện tử đi vào bộ đếm thời gian (5). Phần kia của xung
lazer (2) đợc chuyển đến bộ phản xạ (6) rồi trở về bộ phận thu ánh
sáng (4) và cũng biến thành xung điện gọi là xung tới đích hoặc
xung dừngvà cũng vào bộ đếm thời gian (5).
Nội dung của phơng pháp xung là xác định trực tiếp khoảng
thời gian truyền xung điện từ trên hai lần khoảng cách (t
2D
), chính
là khoảng thời gian giữa xung xuất phát và xung tới đích trong
công thức:
2
.
2
D
t
D

=
Trong đó: D - Là khoảng cách cần xác định.
V - vận tốc truyền tín hiệu.
T
2D
- Là thời gian truyền xung điện trên hai lần khoảng
cách.
Các xung đợc chọn để đo khoảng cách phải đạt hai tiêu chuẩn
SV: Phạm Văn Tuyến Lớp: CĐ trắc địa B K49
23

Đồ án tốt nghiệp Trờng đại học Mỏ - Địa chất
là có độ dài tx hẹp và độ hổng S lớn.
Để khoảng cách D nhận đợc là đơn vị thì cần phải chọn chu kỳ
tx của xung lớn hơn khoảng thời gian t
2D
vì để cho xung phản hồi
(xung phát thứ nhất) trở về máy sớm hơn xung phát tiếp đi (xung
phát thứ hai) tránh sự trùng nhau khi chúng gặp nhau. Khoảng cách
D càng ngắn thì tần số theo dõi xung càng cao.
Độ chính xác yêu cầu cần xác định khoảng thời gian t
2D
đợc
suy ra từ công thức (2.3.5) là:
2
( / )
t D D
m t m v=
(2.3.6)
Và chỉ có các xung laser cực hẹp mới đáp ứng đợc yêu cầu độ
chính xác đối với công tác trắc địa trên mặt đất (đo nối khống chế),
đồng thời các xung laser cho công tác bức xạ lớn hơn các xung điện
từ (xung Radio, xung điện) nên phơng pháp xung cho phép đo đợc
khoảng cách xa hơn các phơng pháp khác. Ngoài ra nó còn có các u
điểm khác nh trình tự đo nhanh, kết quả đo là đơn trị (không yêu
cầu biết trớc trị gần đúng của khoảng cách) và trong nhiều tr ờng
hợp không cần bộ phản xạ.
2.3.2 Nguyên lý đo khảng cách của máy đo xa điện tử loại pha.
Cho đến nay trong công tác trắc địa trên mặt đất, phơng pháp
SV: Phạm Văn Tuyến Lớp: CĐ trắc địa B K49
24

Đồ án tốt nghiệp Trờng đại học Mỏ - Địa chất
đo pha đo khảng cách đợc áp dụng phổ biến nhất. Vì pha hàm tuyến
tính của thời gian.
0
t

= +
(2.3.8)
Nên độ thay đổi pha trong một khoảng thời gian lại là hàm
tuyến tính của khoảng cách mà sóng điện từ truyền trên nó.
Giả sử bộ phát tín hiệu bức xạ sóng điện từ điều hoà tần số
2 fd

=
với pha:
1 0
t

= +
(2.3.9)
Sau khi truyền đến bộ phản xạ, sóng đợc đa trở lại bộ thu nhận
tín hiệu với pha lúc này là:
2 2 0
( )
D
t t

= +
(2.3.10)
Trong đó t

2D
là thời gian truyền sóng điện từ qua hai lần
khoảng cách 2D. Bộ đo pha sẽ đo hiệu pha giữa hai thời điểm phát
và thu:
2 1 2 2 2
2 2
D D d D
f t

= = =
(2.3.11)
Nếu biết tốc độ truyền sóng điện từ là v thì khoảng cách D sẽ
là:
2 2
2 4
D D
d
vt v
D
f


= =
(2.3.12)
Nh vậy nếu máy đo đợc độ lệch pha
2D

trên tần số f
d
(với v đã

biết) thì xác định đợc khoảng cách D.
Vì đại lợng
2D

có thể là góc lớn hơn
2

nên nó đợc biểu thị
dới dạng tổng quát:
2 1
2
D
N

= +
(2.3.13)
Trong đó: N là số nguyên dơng (N=0,1,2,3,) còn
0 2

< <
Bộ đo pha chỉ xác định đại lợng

còn N là ẩn số cần tìm.
Thay (2.3.13) vào công thức (2.3.12) ta có công thức tính khoảng
cách:
2
d
v
D N
sf

= +


(2.3.14)
SV: Phạm Văn Tuyến Lớp: CĐ trắc địa B K49
25