đồ án tốt nghiệp Xây dựng modul dự báo chuyển dịch và biến dạng công trình áp dụng khu vực hà nội

Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Tin học Trắc địa

MỤC LỤC
MỤC LỤC...................................................................................................................1
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ......................................................................................2
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU................................................................................2
THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU....................................................................3
MỞ ĐẦU......................................................................................................................4
TỔNG QUAN VỀ CHUYỂN DỊCH VÀ BIẾN DẠNG.............................................6
XỬ
LÝ
SỐ
LIỆU
QUAN
TRẮC
CHUYỂN
DỊCH.
PHƯƠNG PHÁP DỰ BÁO CHUYỂN DỊCH VÀ BIẾN DẠNG............................21
XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH...............................................................................41
PHỤ LỤC...................................................................................................................61

Phan Quang An

1

Lớp Tin học trắc địa K52


Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Tin học Trắc địa

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1-1 Cấu tạo loại mốc nổi...................................................................................12
Hình 1-2 Cấu tạo loại mốc chìm................................................................................12
Hình 2-3 Vectơ chuyển dịch và elip sai số................................................................26
Hình 2-4 Biểu đồ lún theo thời gian...........................................................................30
Hình 2-5 Đồ thị hàm xấp xỉ và giá trị thực nghiệm...................................................32
Hình 2-6 Đồ thị hàm số mũ........................................................................................35
Hình 3-7 Lưu đồ thuật toán chương trình dự báo lún................................................42
Hình 3-8 Giao diện chương trình...............................................................................43
Hình 3-9 Giao diện chương trình khi nhập số liệu....................................................44
Hình 3-10 Giao diện chương trình khi thực hiện.......................................................45
Hình 3-11 Giao diện chương trình khi xong kết quả dụ báo.....................................46

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Phan Quang An

2

Lớp Tin học trắc địa K52


Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Tin học Trắc địa

THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
1. Thông tin chung
Tên đề tài:

Xây dựng Modul dự báo chuyển dịch và biến dạng công trình.
Áp dụng khu vực Hà Nội

Sinh viên thực hiện: Phan Quang An
Lớp: Tin học Trắc địa K52
Hệ đào tạo: Chính quy
Điện thoại: 01685 770 499
Email:
Thời gian thực hiện: 2012
2. Mục tiêu
Xây dựng Modul dự báo chuyển dịch và biến dạng công trình. Áp dụng đánh giá độ
lún khu vực Hà Nội do khai thác tài nguyên.
3. Nội dung chính
-

Nghiên cứu biến dạng và chuyển dịch mặt đất.
Một số phương pháp xử lý số liệu biến dạng và chuyển dịch công
trình.
Xây dựng Modul chương trình ứng dụng.

4. Kết quả chính đạt được
Trên cơ sở nghiên cứu các phương pháp quan trắc biến dạng, em phần nào
hiểu được quy trình quan trắc và xây dựng được Modul dự báo được các chuyển
dịch có thể diễn ra trong tương lai.

Phan Quang An

3

Lớp Tin học trắc địa K52


Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Tin học Trắc địa

MỞ ĐẦU
1. Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực của đề tài
Ngày nay quá trình phát triển sự sống trên Trái đất đã tương đối ổn định, nhưng
các lớp vật chất của Trái đất vẫn không ngừng vận động, tuy không còn dữ dội như
thời kỳ khai sinh của Trái đất, song các sự vận động, chuyển dịch đó vẫn làm ảnh
hưởng đến mọi đối tượng trên trái đất và đặc biệt là ảnh hưởng đến môi trường sống
của con người và đến sự phát triển kinh tế - xã hội của quốc gia.
Trắc địa là một khoa học mang tính định lượng chính xác đối với nhiều đối
tượng khác nhau liên quan đến hình thể Trái đất và mặt đất, vì vậy nghiên cứu địa
động và quan trắc chuyển dịch mặt đất là một trong các nhiệm vụ quan trọng của
trắc địa. Với dãy số liệu quan trắc đủ dài (theo chuỗi thời gian) bảo đảm độ tin cậy
và được xử lý theo một quy trình chặt chẽ sẽ cung cấp cho chúng ta khả năng dự
báo các chuyển dịch có thể xảy ra trong tương lai.
Không ngoài mục đích đó, trong đồ án tốt nghiệp này em xin được đề cập
đến một số phương pháp xử lý các số liệu quan trắc chuyển dịch và dự báo quá trình
chuyển dịch, biến dạng mặt đất với tên đề tài “ Xây dựng Modul dự báo chuyển
dịch và biến dạng công trình. Áp dụng khu vực Hà Nội’’.
2. Tính cấp thiết, ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Công nghệ thông tin ngày nay thâm nhập vào hầu hết các lĩnh vực trong nền
kinh tế quốc dân cũng như trong lĩnh vực Trắc địa và các thành tựu của ngành Công
nghệ thông tin mở ra cho nhân loại tới những con đường mới.
Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển kinh tế, Nhà nước cùng với
các nhà đầu tư trong và ngoài nước đã và đang đầu tư xây dựng rất nhiều công trình
lớn có quy mô hiện đại như: nhà máy xi măng, các công trình nhà cao tầng, tháp
đôi… Để thi công được các công trình này đều phải tiến hành công tác trắc địa. Một
trong những công tác quan trọng được tiến hành ngay từ khi đặt nền móng công
trình và được thực hiện trong suốt quá trình khai thác sử dụng và vận hành công
trình đó chính là công tác quan trắc chuyển dịch và biến dạng. Các kết quả quan trắc
biến dạng cho phép đánh giá mức độ ổn định và an toàn của công trình giúp cho

người chủ quản có kế hoạch tu tạo, bảo dưỡng và ngăn chặn những hậu quả xấu có
thể xảy ra đối với công trình.
Với những công trình kỹ thuật thuộc dạng có nguy cơ gây thảm họa cao,
nhiệm vụ theo dõi biến dạng phải mang tính cập nhật thường xuyên với độ tin cậy
cao. Đây là một công việc đòi hỏi phải có giải pháp từ khâu xây dựng lý thuyết
cũng như áp dụng công nghệ mới về thiết bị để phân tích và đưa ra kết quả chính
xác. Việc áp dụng những tiến bộ khoa học, đặc biệt là trong tin học sẽ góp phần
nâng cao hiệu quả công tác quan trắc biến dạng công trình. Việc nghiên cứu nâng
cao hiệu quả quan trắc biến dịch là một vấn đề có ý nghĩa quan trọng hiện nay, nhất
là khi các công trình ky thuật lớn của nước ta bước vào giai đoạn nghiệm thu tổng
thể và vận hành. Việc xử lý các số liệu quan trắc và đưa ra những dự báo có thể xảy
Phan Quang An

4

Lớp Tin học trắc địa K52


Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Tin học Trắc địa

ra trong tương lai là một công việc đang được nghiên cứu rất nhiều. Công việc này
sẽ giúp ích rất nhiều cho việc vận hành công trình an toàn và hiệu quả.

Phan Quang An

5

Lớp Tin học trắc địa K52

Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Tin học Trắc địa

TỔNG QUAN VỀ CHUYỂN DỊCH VÀ BIẾN DẠNG
1.1 Một số khái niệm về chuyển dịch và biến dạng mặt đất
Trước tiên, chúng ta làm quen với thuật ngữ chuyển động kiến tạo (hoặc
chuyển động vỏ trái đất), chuyển động kiến tạo được định nghĩa là: chuyển động cơ
học của vật chất Trái đất do các nguyên nhân bên trong của Trái đất gây ra. Chuyển
động kiến tạo gắn liền với sự phát triển của Trái đất. Nó thể hiện ở các hoạt động
như: chuyển động tạo lục, hoạt động tạo sơn, chuyển động thẳng đứng và chuyển
động nằm ngang.
1.1.1 Chuyển dịch mặt đất
Chuyển dịch mặt đất là sự dịch chuyển của các khối đất đá khi mối liên kết
bị phá vỡ dưới tác động chủ yếu của trọng lực.
Sự chuyển dịch có thể diễn ra từ từ hoặc có thể diễn ra nhanh chóng dưới tác
động kích thích của động đất hoặc các tác động ngoại sinh như mưa bão, sét đánh...
Căn cứ vào phương thức dịch chuyển người ta phân chia ra một số hiện
tượng như: sụp lở, trượt, chẩy uốn cong,...
• Hiện tượng sụp lở thường diễn ra nhanh chóng, do đó chúng ta không thể
quan trắc chuyển dịch này bằng phương pháp trắc địa.
• Hiện tượng trượt khối đất đá thường diễn ra từ từ, chúng ta có thể quan trắc
bằng phương pháp trắc địa. Khối đất đá trượt được dịch chuyển theo một hay nhiều
mặt trượt cũng do tác động của trọng lực lên khối đất đá.
Chúng ta quan tâm đến hai dạng chuyển dịch, đó là chuyển dịch theo phương
nằm ngang, và chuyển dịch theo phương thẳng đứng.
1.1.2 Biến dạng mặt đất
Biến dạng mặt đất là hiện tượng ứng suất lớn của các lớp đất đá vượt xa giới
hạn bền vững của chúng.
Chính do ứng suất kiến tạo, ở nơi này hoặc nơi khác của vỏ Trái đất có thể bị
biến dạng. Các biến dạng này có thể gây lên sự nâng lên hoặc hạ xuống của vỏ Trái
đất ở một vùng (gọi là chuyển dịch thẳng đứng), cũng có thể gây nên các khe nứt

hoặc các đứt gẫy, chúng được gọi chung là biến dạng phá hủy.
Đứt gẫy được định nghĩa là hiện tượng đứt vỡ có dịch chuyển làm mất sự
liên kết của các khối đất đá. Quy mô của đứt gẫy có thể là nhỏ dịch chuyển trong
vài centimet hoặc vài chục centimet, và cũng có thể lớn hơn, đường đứt gẫy có thể
dài hằng trăm kilomet, dịch chuyển có thể hằng chục kilomet. Sau đây là một số
dạng đứt gẫy thường gặp.
1. Đứt gãy thuận: là đứt gãy có cánh trên trượt xuống, cánh dưới đẩy lên.
2. Đứt gãy nghịch: là đứt gãy có cánh trên trượt lên, cánh dưới đẩy xuống.
Phan Quang An

6

Lớp Tin học trắc địa K52


Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Tin học Trắc địa

3. Đứt gãy bằng: là đứt gãy có hướng dịch chuyển ngang, mặt đứt gãy có thể là
thẳng đứng, nghiêng hoặc nằm ngang.
4. Đứt gãy sâu: là loại đứt gãy thường không có quy mô lớn xong lại xuyên sâu
vào trong vỏ Trái đất.
1.2 Những nguyên nhân gây chuyển dịch và biến dạng mặt đất
Có rất nhiều nguyên nhân gây lên sự chuyển dịch và biến dạng của mặt đất,
nhưng có thể chia thành hai nhóm nguyên nhân chính.
1.2.1 Nhóm nguyên nhân liên quan đến điều kiện tự nhiên
Như chúng ta đã biết, Trái đất là một khối vật chất khổng lồ, không ngừng
chuyển động trong vũ trụ. Do những đặc điểm cấu trúc địa chất của Trái đất và do
nhiều nguyên nhân khác nhau đã sinh ra các tác động từ bên trong (tác động nội
sinh) đến các lớp vật chất của trái đất làm các lớp vật chất Trái đất chuyển dịch. Các
hiện tượng chuyển dịch đó có thể diễn ra từ từ, song cũng có thể xảy ra một cách

đột biến.
Động đất là một dạng chuyển động đặc biệt của vỏ trái đất, có rất nhiều
nguyên nhân gây ra động đất, song động đất do hoạt động kiến tạo chiếm 90% số
lượng động đất trên thế giới. Các nguyên nhân gây ra động đất có thể là do đứt gẫy,
do hoạt động macma…, động đất ở đáy biển và đại dương có thể gây ra sóng thần,
sau những trận động đất lớn thường để lại biến dạng bề mặt trái đất.
1.2.2 Nhóm nguyên nhân do khai thác tài nguyên của con người
Ngoài những tác động do nguyên nhân nội sinh ảnh hưởng tới vỏ Trái đất
trên phạm vi rộng lớn, bề mặt đất trên phạm vi cục bộ có thể bị biến dạng do tác
động của con người, những tác động này thường là do khai thác tài nguyên, khoáng
sản dưới lòng đất.
Mức độ biến dạng mặt đất trong trường hợp này phụ thuộc vào độ sâu khai
thác, tính chất cơ lý của các lớp đất đá và khối lượng khoáng sản đã khai thác từ
dưới lòng đất. Biến dạng mặt đất do tác động của quá trình khai thác tạo thành các
phễu lún và xảy ra trên phạm vi cục bộ làm hư hỏng hoặc phá hủy các công trình
kiến trúc trên mặt đất.
Nước ngầm là nguồn nước quan trọng cung cấp cho cuộc sống của con
người, song khai thác nước ngầm một cách ồ ạt làm hạ thấp mực nước ngầm dẫn
đến hiện tượng hạ thấp bề mặt đất tại các vùng khai thác.

Phan Quang An

7

Lớp Tin học trắc địa K52


Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Tin học Trắc địa

Một số hình ảnh về sự phá hủy bề mặt đất do động đất, sóng thần.

Phan Quang An

8

Lớp Tin học trắc địa K52


Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Tin học Trắc địa

1.3 Xây dựng lưới tọa độ và độ cao trong nghiên cứu chuyển dịch và biến dạng
Từ lâu trắc địa chính xác đã đóng một vai trò quan trọng trong việc xác định
chuyển dịch vỏ Trái đất theo phương nằm ngang và theo phương thẳng đứng. Cùng
với các nghiên cứu địa động, địa mạo, những số liệu trắc địa đã góp phần minh
chứng được các hiện tượng chuyển dịch của vỏ Trái đất và cho các kết quả định
lượng của hiện tượng này.
Trong mỗi quốc gia, người ta đều xây dựng một mạng lưới tọa độ và độ cao,
có các điểm bao phủ toàn lãnh thổ. Các mạng lưới này vừa có nhiệm vụ mang tính
kỹ thuật của chúng là phục vụ cho công tác trắc địa, đo vẽ bản đồ mà chúng còn
mang một nhiệm vụ mang tính khoa học là xác định hình dạng, kích thước Trái đất
và nghiên cứu chuyển động của vỏ Trái đất. Ý nghĩa khoa học của các mạng lưới
tọa độ, độ cao càng quan trọng đối với những quốc gia nằm trên những vùng có
điều kiện địa chất phức tạp.
Tùy thuộc vào thời điểm lập mạng lưới và thiết bị kỹ thuật có thể có, mỗi
nước có một mạng lưới tọa độ với hình thức và kết cấu lưới riêng. Những nước có
diện tích lớn thường dùng mạng lưới chuỗi tam giác đo góc với cạnh đáy dài, nhưng
nước có diện tích không lớn, thường xây dựng dạng lưới tam giác dầy đặc, như ở
Việt Nam chúng ta. Và một số nước sử dụng thiết bị đo cạnh để lập các mạng lưới
đường chuyền hầu hết các lãnh thổ như Úc…
Trước những năm 80 của thế kỷ trước, hầu hết các mạng lưới tọa độ đều

được lập bằng công nghệ truyền thống, đó là các mạng lưới có các trị đo góc, đo
cạnh, đo thiên văn.Vào thời gian đó, việc xây dựng môt mạng lưới tọa độ (hạng I) cho
một quốc gia không lớn (như Việt Nam) cũng là một công việc khá gian khổ, tốn
kém tiền của, nhân lực và kéo dài trong nhiều năm.
Từ những năm 80 trở lại đây, khi công nghệ GPS được sử dụng ngày càng
nhiều trong trắc địa, cho phép xây dựng nhanh chóng mạng lưới tọa độ quốc gia
trong thời gian ngắn và độ chính xác cao, thì vai trò của trắc địa trong nghiên cứu
địa động ngày càng trở nên quan trọng. Công nghệ GPS cho phép xây dụng lưới
trong hệ tọa không gian, nhờ đó có thể xác định được sự chuyển dịch ngang và cả
dịch chuyển theo phương thẳng đứng của các điểm trong lưới.
1.3.1 . Lưới mặt bằng chuyên dụng phục vụ quan trắc chuyển dịch ngang
Lưới mặt bằng chuyên phục vụ quan trắc chuyển dịch ngang được lập trên
những vùng có những đứt gẫy địa chất, thường thể hiện qua các vết nứt, hoặc hiện
tượng sụt lở… Các mạng lưới mặt bằng chuyên dụng kết hợp lưới độ cao chính xác
cũng có thể lập trên nhũng vùng khai thác mỏ nhằm mục đích quan trắc chuyển dịch
ngang và chuyển dịch thẳng đứng bề măt đất do anh hưởng của quá trình khai thác.
Trong trường hợp này lưới nhà nước không đủ phục vụ cho nghiên cứu chi tiết.

Phan Quang An

9

Lớp Tin học trắc địa K52


Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Tin học Trắc địa

Lưới mặt bằng phục vụ cho quan trắc chuyển dịch ngang thường là mạng
lưới đo góc cạnh có độ chính xác cao. Tùy thuộc vào điều kiện địa hình, có thể lập
lưới tam giác góc – cạnh hoặc lưới đường chuyền đa giác.

* Một số yêu cầu của lưới mặt bằng quan trắc chuyển dịch ngang
- Có thể xác định được chuyển dịch vị trí tương đối đồng thời có thể xác định
chuyển dịch vị trí tuyệt đối. Như vậy mạng lưới phải được bao trùm trên cả diện
tích ngoài vùng dịch chuyển.
- Cần bố trí gần mốc quan trắc chính một mốc dự phòng để có thể sử dụng
khi mốc chính bị phá hủy trong thời gian quan trắc. Mốc dự phòng được đo nối với
mốc quan trắc chính trong mỗi chu kỳ đo.
- Có thể quan trắc chuyển dịch trên phạm vi rộng lớn, đồng thời quan trắc chi
tiết chuyển dịch, biến dạng của những đối tượng cụ thể. Chu kỳ quan trắc có thể dài
hoặc ngắn, mạng lưới cho phép xác định chuyển dịch lớn, hoặc cũng có thể xác
định những chuyển dịch rất nhỏ
Trong một số trường hợp, lưới được lập theo hình thức khác nhau (độ chính
xác khác nhau) tùy theo yêu cầu cụ thể riêng của tùng khu vực.
Các mạng lưới chuyên dụng ngày nay có thể đo nối với mạng lưới tọa độ nhà
nước, nhưng độ chính xác nội bộ thường cao hơn lưới tọa độ nhà nước, do đó lưới
được xây dựng và sử lý tính toán như một mạng lưới tụ do.
* Ước tính độ chính xác của lưới mặt bằng
Mạng lưới quan trắc chuyển dịch ngang, cần đảm bảo độ chính xác và độ tin
cậy. Độ tin cây được thể hiện qua số trị đo thừa và phân bố trị đo thừa trong mạng
lưới.
Nếu lưới cần xây dựng là lưới góc – cạnh, thì quan hệ giữa độ chính xác đo
góc và đo cạnh nên nằm trong giới hạn.

mβ
1
ρ
≤
≤3
3 mS
S

( 1.3.1)

Mạng lưới thiết kế dùng trong quan trắc chuyển dịch ngang cần được ước
tính chặt chẽ, với sự phát triển của máy tính điện tử chúng ta sẽ ước tính độ chính
xác của lưới theo phương pháp bình sai gián tiếp.
Trình tự ước tính được tiến hành như sau:
Bước 1: Chọn ẩn số: ẩn số được chọn là tọa độ của các điểm thiết kế
Bước 2: Tính trị gần đúng: Trị gần đúng được chọn là tọa độ thiết kế của tất
cả các điểm.
Phan Quang An

10

Lớp Tin học trắc địa K52


Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Tin học Trắc địa

Bước 3: Lập hệ phương trình số hiệu chỉnh: V=AX+L , chọn trọng số ( P )
Bước 4: Xác định ma trận hệ số phương trình chuẩn: N = ATPA
Trong đó : P = diag( P1, P2, …, Pn) ,

c2
Pi = 2
mi

( 1.3.2 )

Bước 5: Tính ma trận nghịch đảo: Q = N-1

Bước 6: Lập hàm trong số F, tính trọng số đảo của hàm và sai số trung
phương của hàm:

mF = c.

1
PF

( 1.3.4)

Trong đó :

1
= F T QF
PF

( 1.3.5)

C là hằng số tự chọn khi xác định trọng số P.
Để có thể có được giá trị m F theo đúng với yêu cầu của quan trắc chuyển dịch
chúng ta có thể :
- Thay đổi độ chính xác dự kiến đo (độ chính xác đo góc, cạnh).
- Thay đổi đồ hình mạng lưới (thêm bớt trị đo, đo thêm hoặc bớt các trị đo
trong lưới)
Độ chính xác đo trong mạng lưới phải thỏa mãn yêu cầu xác định được
chuyển dịch, tức sai số trung phương tương hỗ vị trí điểm lớn nhất trong lưới phải
thỏa mãn:

MP ≤

V .t
3.54

( 1.3.6 )

1.3.2 . Lưới độ cao chuyên dụng phục vụ quan trắc chuyển dịch thẳng đứng
Để đạt được mục đích là quan trắc được hiện tượng lún sụt mặt đất, chúng ta
cần xây dựng một mạng lưới độ cao chuyên dụng để phục vụ công tác quan trắc
chuyển dịch thẳng đứng, lưới quan trắc chuyển dịch thẳng đứng phải đạt được các
yêu cầu kỹ thuật đề ra như sau:
- Các mốc chuẩn phải được coi là ổn định trong suốt thời gian quan
trắc.
- Bố trí các mốc chuẩn thành các mạng lưới tạo thành vòng khép khín
hoặc các tuyến đo hai chiều để kiểm tra sai số đo.
- Độ chính xác đo và khoảng thời gian giữa các chu kỳ đo phải hợp lý.
Phan Quang An

11

Lớp Tin học trắc địa K52


Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Tin học Trắc địa

- Máy móc, thiết bị đo phải được kiểm nghiệm theo quy định của từng
cấp.
- Phải tuân thủ các quy trình đo ngắm để loại trừ hoặc hạn chế các
nguồn sai số hệ thống.
- Phương pháp xử lý tính toán chặt chẽ.
Trong mạng lưới cần bố trí 4-5 mốc chuẩn, nằm ngoài vùng sụt lún, khoảng

cách từ các mốc chuẩn đến vùng sụt lún phải phù hợp. Nếu bố trí các mốc chuẩn
quá xa vùng quan trắc thì sai số đo tích lũy sẽ lớn, làm “ nhiễu “ kết quả quan trắc
chuyển dịch, nếu bố trí quá gần vùng quan trắc thì các mốc chuẩn có thể không ổn
định.
*Sơ đồ cấu tạo mốc chuẩn:

Hình 1-1 Cấu tạo loại mốc nổi

Hình 1-2 Cấu tạo loại mốc chìm
Phan Quang An

12

Lớp Tin học trắc địa K52


Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Tin học Trắc địa

* Đánh giá độ ổn định của các mốc chuẩn
Có rất nhiều phương pháp để phân tích độ ổn định của các mốc chuẩn, chúng
ta có thể sử dụng một số phương pháp sau.
a. Phương pháp phân tích tương quan
Phương pháp này dựa trên cơ sở phân tích quan hệ giữa các giá trị chênh cao
của cùng một đoạn đo ở các chu kỳ khác nhau để xác định mốc ổn định. Nội dung
của phương pháp được mô tả như sau:
Giả sử 1, 2, 3 là các mốc trong cụm mốc độ cao cơ sở (mốc chuẩn), và h 1,
h2, h3 là chênh cao giữa các mốc trong mỗi chu kỳ quan trắc. Để xác định các mốc
ổn định ta thực hiện như sau.
1. Tính chênh cao trung bình của mỗi đoạn đo trong các chu kỳ quan trăc:
n

hi =

∑h
j =1

ij

(1.3.7)

n

Trong đó: i = 1 ÷ k với là số đoạn đo chênh cao trong lưới.
j = 1 ÷ n với n là số chu kỳ quan trắc.
2. Tính độ lệch của các chênh cao trong từng chu kỳ so với chênh cao trung bình.

∆ij = hij − hi

(1.3.8)

Và: [ ∆1 ],…,[ ∆ k ] ; [∆1∆2], [∆1∆3] …
2

2

3. Tính sai số trung phương của mỗi đoạn đo.

σ hi =

∆ 2j

n −1

(1.3.9)

4. Tính các hệ số tương quan.
- Tương quan từng cặp chênh cao.
- Tương quan riêng giữa hai chênh cao với giả thiết chênh cao còn lại là ổn
định.
- Tương quan hỗn hợp ( nhiều chiều).
5. Tính độ lệch trung phương của các hệ số tương quan.

Phan Quang An

13

Lớp Tin học trắc địa K52


Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Tin học Trắc địa

1 − rh2
σr =
n −1

(1.3.10)

Độ ổn định của các mốc chuẩn được đánh giá trên cơ sở phân tích phương
sai.
b. Phương pháp mô hình toán học
Nôi dung của phương pháp như sau.

Giả sử có một lưới độ cao gồm n điểm. Bình sai lưới với điều kiện bổ xung:

∆1 P1 + ∆ 2 P2 + ... + ∆ n Pn = 0
Trong đó:

( 1.3.11)

∆ i là số hiệu chỉnh vào độ cao gần đúng của các điểm.

Pi là số tùy ý sao cho thỏa mãn [ p] ≠ 0.
Ta bình sai với các điều kiện:

∆1 = 0


p1 = 1

 p = p = ... p = 1
3
n
 2

(1.3.12)

Hoặc:

 ∆1 + ∆ 2 + ... + ∆ n = 0

 p1 = p2 = .... = pn = 1

(1.3.13)

Trong chu kỳ đầu tiên, lưới được bình sai với điều kiện bổ xung (1.3.12),
mốc 1 được chọn làm gốc để tính độ cao cho các mốc còn lại.
Trong chu kỳ thứ 2 và các chu kỳ tiếp theo, lưới được bình sai với điều kiện
(1.3.13). Độ cao của các mốc từ chu kỳ đầu được chọn làm độ cao gần đúng.
c. Phương pháp A.Kostekhel
Phương pháp này do A. Kostekhel đề xuất. Theo đó, sau khi bình sai lưới
như một lưới tự do thì sự thay đổi của các chênh cao cùng tên trong các chu kỳ khác
nhau chủ yếu là do lún của các mốc gây ra. Bởi vậy, hiệu chênh cao của cùng đoạn
đo trong chu kỳ thứ j và chu kỳ đầu tiên:
v = h j – h1
Sẽ phản ánh ảnh hưởng tổng hợp độ lún của các mốc giữa các chu kỳ này.
Lần lượt chọn các mốc 1, 2, 3 … của lưới làm điểm khởi tính, bình sai lưới và tính
v cho tất cả các mốc và cho từng 2 chu kỳ. Mốc nào dùng để tính mà có [vv] = min
thì mốc đó được coi là ổn định nhất và độ cao của nó từ chu kỳ đầu tiên được lấy
làm gốc khi tính độ cao.
Phan Quang An

14

Lớp Tin học trắc địa K52


Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Tin học Trắc địa

Để đặc trưng cho độ ổn định tương đối của lưới, trong chu kỳ quan trắc thứ i,
đối với mốc thứ j người ta tính:
∆Hj = Hji – Hj1
Đây chính là sự thay đổi độ cao (độ lún) của mốc j so với chu kỳ đầu. Sai số

giới hạn xác định hiệu số này là:

∆Si = t µ
Trong đó:

h

2[π ]
h

(1.3.14)

∆ Si: là giá trị giới hạn về sự thay đổi độ cao của mốc cơ sở thứ i.

t : là hệ số chuyển từ sai số trung phương sang sai số giớihạn,
thường chọn bằng 2 hoặc bằng 3.

µ h : là sai số trung phương chênh cao trên một trạm đo.

[π ] : là trọng số đảo tương đương của tuyến đo cao
h
Giá trị µ h = ± 0.23 (mm), ứng với độ chính xác của thủy chuẩn hạng I
Xét tỷ số ∆Si/∆Hi = A. Nếu A ≥ 1 thì ảnh hưởng lún của mốc không vượt
quá sai số đo cao, mốc đó được coi là ổn định. Trường hợp ngược lại, mốc (i) bị
lún, loại trừ nó và lặp lại quá trình phân tích.
1.4 . Quan hệ giữa độ chính xác và thời gian giữa các chu kỳ quan trắc
Trong công tác quan trắc chuyển dịch ngang, hay chuyển dịch thẳng đứng,
chúng ta cần vạch chương trình quan trắc hợp lý. Để đạt được mục đích quan trắc là
xác định được các giá trị chuyển dịch, vận tốc chuyển dịch và các tham số khác của
hiện tượng chuyển dịch. Chương trình quan trắc hợp lý có liên quan đến các yếu tố

sau :
- Khoảng thời gian giữa các chu kỳ quan trắc ( ký hiệu là t )
- Độ chính xác xác định chuyển dịch ( ký hiệu Ms ).
- Vận tốc chuyển dịch (ký hiệu là V).
Có thể nhận thấy rằng, giải quyết hợp lý vấn đề trên mang ý nghĩa kinh tế kỹ thuật trong nghiên cứu chuyển dịch. Khoảng thời gian giữa các chu kỳ quan trắc
mang ý nghĩa kinh tế, độ chính xác xác định chuyển dịch mang ý nghĩa kỹ thuật,
song chúng lại phụ thuộc vào đặc tính chuyển dịch như vận tốc chuyển dịch, chuyển
dịch do hoạt động kiến tạo hay do khai thác, tầm quan trọng hay không quan trong
của khu vực nghiên cứu (khu dân cư, khu công nghiệp, hay vùng rừng núi …).
Nếu chuyển dịch diễn ra chậm (Tức V nhỏ) mà quan trắc với độ chính xác
thấp và khoảng thời gian giữa các chu kỳ quan trắc ngắn (t nhỏ) thì không thể phát
hiện được chuyển dịch vì sai số đo lớn hơn giá trị chuyển dịch.

Phan Quang An

15

Lớp Tin học trắc địa K52


Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Tin học Trắc địa

Ngược lại, trong trường hợp chuyển dịch xảy ra nhanh (tức V lớn) thì vẫn có
thể phát hiện được chuyển dịch, và ngay cả khi sử dụng kỹ thuật quan trắc với độ
chính xác thấp.
Trong thực tế, khi chưa quan trắc chưa thể biết được vận tốc chuyển dịch
(V), do đó để ước tính buộc chúng ta phải ước lượng vận tốc chuyển dịch, sau đó
dựa vào số liệu quan trắc của một vài chu kỳ đầu, chúng ta sẽ chuẩn hóa dần
chương trình và các chỉ tiêu quan trắc.
Gọi S là khoảng chuyển dịch trong thời gian (t), ta có:

S = V.t ( 2.7.1)

( 1.4.1)

Nếu gọi Ms là sai số trung phương xác định chuyển dịch, quan hệ giữa M s và
S được xác định như sau:

Ms ≤

S
2.5

(1.4.2)

Nếu thỏa mãn điều kiện ( 1.4.2) thì giá trị chuyển dịch S được xác định với
độ tin cây không nhỏ hơn 98.8%.
Từ (1.4.1) và (1.4.2) chúng ta có:

Ms ≤

V .t
2.5

(1.4.3)

Theo (1.4.3), chúng ta sẽ tính được khoảng thời gian giữa hai chu kỳ quan
trắc liên nhau như sau:

t≥

2.5M s
V

(1.4.4)

Về nguyên tắc, giá trị chuyển dịch được tính bằng hiệu số vị trí (tọa độ hoặc
độ cao). Vậy ta có:

M S = M 12 + M 22

(1.4.5)

Với M1 và M2 là sai số (vị trí mặt bằng, hoặc độ cao) của mốc quan trắc được
xác định trong hai chu kỳ liên tiếp.
Nếu trong hai chu kỳ, công việc quan trắc được tiến hành độc lập và cùng độ
chính xác, tức là:
M = M1 = M2
Khi đó (1.4.5) có dạng như sau:

M S = 2.M

Phan Quang An

16

(1.4.6)

Lớp Tin học trắc địa K52

Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Tin học Trắc địa

Trong giai đoạn thiết kế mạng lưới quan trắc, giá trị M sẽ nhận được từ ước
tính độ chính xác của mạng lưới:

M =µ

1
PF

(1.4.7)

Với mạng lưới mặt bằng, M là sai số vị trí điểm yếu nhất, hoặc sai số tương
hỗ cặp điểm yếu nhất.
Đối với lưới độ cao, M là sai số trung phương độ cao mốc yếu nhất hoặc sai
số trung phương hiệu số độ cao lớn nhất trong mạng lưới.
Từ (1.4.6) và (1.4.4) chúng ta ươc tính được thời gian giữa hai chu kỳ quan
trắc:

t≥

2.5 2M 3.54 M
=
V
V

(1.4.8)

Từ đó, ta có công thức ước tính sai số yếu nhất của mạng lưới như sau:

M≤

V .t
3.54

(1.4.9)

Trong quá trình quan trắc, cần dựa vào vận tốc chuyển dịch thực tế (xác định
được) để điều chỉnh thời gian và các chu kỳ quan trắc. Nếu vận tốc chuyển dịch có
xu hướng tăng thì cần giảm khoảng thời gian giữa các chu kỳ quan trắc, và ngược
lại khi nhận thấy vận tốc chuyển dịch giảm dần thì nên giãn thời gian giữa các chu
kỳ quan trắc.
1.5 . Ứng dụng của công nghệ GPS trong nghiên cứu chuyển dịch
1.5.1 . Giới thiệu chung về hệ thống định vị toàn cầu GPS
Ngày nay, hệ thống định vị vệ tinh đã và đang được áp dụng cho nhiều lĩnh
vực khác nhau. Trong ngành trắc địa, phạm vi ứng dụng của công nghệ GPS cũng
được mở rộng và đạt hiệu quả cao ở nhiều lĩnh vực. Đối với công tác nghiên cứu
chuyển dịch và biến dạng mặt đất, công nghệ GPS có tiềm năng rất lớn để giải
quyết các vấn đề như: Xác định khoảng cách dài với độ chinh xác cao, xây dựng
mạng lưới trắc địa chuyên dùng, quan trắc biến dạng bề mặt đất.
Hệ thống GPS gồm 3 bộ phận chính:
a. Đoạn không gian
Đoạn không gian bao gồm 31 vệ tinh phân bố trên 6 quỹ đạo gần tròn , ở độ
cao khoảng 20200km. Mặt phẳng quỹ đạo nghiêng với mặt phẳng xích đạo trái đất
một góc 55°. Chu kỳ chuyển động của vệ tinh trên quỹ đạo là 718 phút (xấp xỉ 12h).
Số lượng vệ tinh có thể quan sát phụ thuộc vào thời gian và vị trí quan trắc trên trái
Phan Quang An

17

Lớp Tin học trắc địa K52


Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Tin học Trắc địa

đất, nhưng trong bất kỳ thời gian nào và bất kỳ vị trí quan trắc nào trên trái đất cũng
có thể quan trắc được ít nhất 4 vệ tinh GPS. Mỗi vệ tinh GPS có trọng lượng
khoảng 1600kg khi phóng và khoảng 800kg trên quỹ đạo. Theo thiết kế tuổi thọ của
vệ tinh khoảng 7,5 năm. Tuy nhiên, các vệ tinh của khối sau có trọng lượng lớn hơn
và có tuổi thọ dài hơn các vệ tinh trước đó.
b. Đoạn điểu khiển
Đoạn điều khiển gồm 4 trạm quan sát trên mặt đất đặt tại Hawaii, Assension
Island, Kwajalein, Diego Garcia và 1 trạm điều khiển trung tâm (Master Control
Station) được đặt tại căn cứ không quân Mỹ gần Colorado Springs. Đoạn điều khiển
được thiết lập để duy trì hoạt động của toàn bộ hệ thống định vị này. Tất cả các trạm
theo dõi có nhiệm vụ theo dõi liên tục tất cả các vệ tinh có thể quan sát được và gửi
số liệu quan sát về trạm điều khiển trung tâm MCS, tại đây việc tính toán số liệu
chung được thực hiện và cuối cùng các thông tin đạo hàng cập nhật được chuyển
lên các vệ tinh, để sau đó từ vệ tinh chuyển đến các máy thu của người sử dụng.
Việc chính xác hoá thông tin được tiến hành 3 lần một ngày.
c. Đoạn sử dụng
Đoạn sử dụng bao gồm các máy thu GPS, máy hoạt động để thu tín hiệu vệ
tinh GPS phục vụ cho các mục đích khác nhau, như dẫn đường, phục vụ cho công
tác đo đạc ở nhiều nơi trên thế giới.
Máy thu GPS là phần cứng quan trọng trong đoạn sử dụng, nhờ sự phát triển
của khoa học kỹ thuật các thế hệ máy GPS ngày càng hoàn thiện hơn, đáp ứng được
yêu cầu cao về độ chính xác và tính năng tiện dụng.
1.5.2 . Ứng dụng của công nghệ GPS trong nghiên cứu chuyển dịch
Chuyển động kiến tạo hiện đại là nguồn gốc sâu xa gây ra các thảm hoạ như
động đất, sóng thần,... có ảnh hưởng to lớn tới sinh mạng con người cũng như sự

phát triển kinh tế của một vùng hay lãnh thổ. Về mặt khoa học, cơ chế của biến
dạng thạch quyển luôn là chủ đề của các cuộc thảo luận quốc tế. Để xác định được
tốc độ chuyển dịch kiến tạo hiện đại, các phương pháp trắc địa truyền thống từng
được sử dụng, như phương pháp đo thuỷ chuẩn và phương pháp tam giác dầy đặc.
Trong quy mô nhỏ, các phương pháp trên có độ chính xác cao, nhưng tỏ ra hạn chế
trên một quy mô rộng lớn. Để liên kết trên diện rộng các mạng lưới quan trắc,
phương pháp định vị toàn cầu GPS đã được áp dụng. Công nghệ GPS, với việc sử
dụng các máy thu 2 tần số và các phần mềm xử lý chuyên dụng có kết hợp với các
dữ liệu bổ trợ được mô hình hoá, như tầng điện ly, tầng đối lưu, mô hình khí quyển,
mô hình thuỷ triều, đã giúp các tính toán về vị trí và vận tốc chuyển dịch của vỏ
Trái đất đạt tới sai số cỡ milimet trong phạm vi rộng tới hàng ngàn klomet.
* Ước tính độ chính xác của lưới GPS
Khi thiết kế lưới GPS cần phải xem xét, tính toán dựa vào các tính năng các
thiết bị hiện có và các điều kiện khác để đánh giá lưới có đạt yêu cầu về mặt kỹ
thuật, cũng như độ chính xác theo yêu cầu đặt ra hay không, tức là phải tiến hành
Phan Quang An

18

Lớp Tin học trắc địa K52


Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Tin học Trắc địa

ước tính độ chính xác của lưới. Ước tính độ chính xác của lưới GPS được tiến hành
theo các trình tự như sau:
- Chọn ẩn số là tọa độ các điểm của lưới.
- Lập hệ phương trình số hiệu chỉnh các trị đo.
- Xác định trong số các trị đo và lập hệ phương trình chuẩn.
- Tính ma trận nghịch đảo Q của ma trận hệ số hệ phương trình chuẩn.

- Tính sai số trung phương theo tọa độ X, Y và sai số trung phương vị trí của
các điểm trong lưới theo các công thức:

mXi = µ QXi

;

mYi = µ QYi

mPi = mXi2 + mYi2 = µ QXi + QYi
Với

(1.5.1)

µ là sai số trung phương trọng số đơn vị.

Trong quá trình ước tính độ chính xác của lưới GPS cần lưu ý đến hai vấn đề
đó là chon ẩn số và xác định trọng số của các ẩn số đó.
Khi sử dụng công nghệ GPS để xây dựng lưới khống chế phục vụ quan trắc
chuyển dịch mắt đất thường sử dụng phương pháp định vị tương đối, do vậy trị đo ở
đây thực chất là hiệu tọa độ ∆ X, ∆ Y, ∆ Z (hay ∆ B, ∆ L, ∆ H) giữa hai điểm của
vectơ đường đáy trong hệ tọa độ WGS-84.
Phương trình số hiệu chỉnh trị đo cạnh :

vm= aịj δ xi + bịj δ yi - aịj δ xj - bịj δ yj + lm

(1.5.2)

Trong đó:

ai = cos α ij , b = -sin α ij , li = Sij(0) – Sij(do)
Phương trình số hiệu chỉnh trị đo phương vị

Vij = ai δ xi + bi δ yi – ai δ xj – bi δ yj + li

(1.5.3)

Với:

ρ''

ρ''
;
ai =
sin α bi = −
cosα
S
S

; li = α ij(0) - α ij(do)

Trọng số tương ứng được tính theo công thức tổng quát:

C
Pi = 
m
 i
Phan Quang An

2


÷
÷


(1.5.4)

19

Lớp Tin học trắc địa K52


Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Tin học Trắc địa

Trong đó: C là hằng số
mi – là sai số trung phương của đại lượng đo.
Sai số trung phương của chiều dài cạnh và góc phương vị cạnh trong lưới GPS
thường được ước tính theo công thức tổng quát sau:

mD = a 2 + (b.D) 2
( 1.5.5)

2

b 
mα = a +  α ÷
D
2
α

Trong đó: a, a α là hằng số cố định của máy GPS
b, b α là hệ số tỷ lệ
D là chiều dài cạnh (tính bằng km).

Phan Quang An

20

Lớp Tin học trắc địa K52


Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Tin học Trắc địa

XỬ LÝ SỐ LIỆU QUAN TRẮC CHUYỂN DỊCH.
PHƯƠNG PHÁP DỰ BÁO CHUYỂN DỊCH VÀ BIẾN DẠNG.
1.6 . Xử lý số liệu đo lưới GPS phục vụ quan trắc chuyển dịch
Về nguyên tắc chung để xác định giá trị chuyển dịch ngang hay thẳng đứng
của các mốc quan trắc, chúng ta phải so sánh tọa độ hoặc độ cao mốc đó ở các thời
điểm quan trắc khác nhau. Trong đó tọa độ và độ cao đã qua xử lý tính toán cần
thiết như loại bỏ trị đo có chứa sai số thô, xác định các mốc ổn định, bình sai mạng
lưới, đánh giá độ chính xác cần thiết…
1.6.1 .Kiểm tra đánh giá chất lượng đo lưới GPS
Lưới GPS được tạo thành từ nhiều vectơ cạnh. Nếu tất các cạnh đều đạt chỉ
tiêu của chất lượng cạnh riêng rẽ thì thông thường toàn bộ lưới sẽ đạt yêu cầu.
Trong lưới GPS các vectơ cạnh thường được đo khép kín, có thể là các vectơ cùng
ca đo hoặc các vectơ khác ca đo. Dựa vào đặc điểm kết cấu hình học này chúng ta
có thể kiểm tra lần cuối chất lượng đo của các vectơ cạnh trong mạng lưới nhờ tính
toán các sai số khép hình. Tương tự như sai số khép hình trong mạng lưới tam giác
đo góc, các sai số khép hình trong lưới GPS cũng mang tính chất của sai số thực của
hàm các trị đo độc lập.

Việc tính sai số khép hình trong lưới GPS được thực hiện trong các hình
khép khín theo các công thức:
n

f X = ∑∆X i'
i =1
n

fY = ∑∆Yi '
i =1

n

f Z = ∑∆Z i'
i =1

Sai số khép toàn phần được tính:

f X ,Y , Z =

f X2 + fY2 + f Z2

1.6.2 . Tính chuyển kết quả đo GPS
Hệ thống tọa độ toàn cầu WGS-84 được sử dụng làm hệ tọa độ quy chiếu của
công nghệ định vị GPS. Vị trí điểm trong định vị tuyệt đối cũng như các vectơ cạnh
đều được xác định trong hệ quy chiếu này.
Như vậy để đáp ứng công tác xử lý số liệu phục vụ quan trắc chuyển dịch
chúng ta cần biết cách chuyển đổi các kết quả đo GPS về hệ toạ độ thực dụng hoặc
Phan Quang An

21

Lớp Tin học trắc địa K52


Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Tin học Trắc địa

chuyển đổi hệ toạ độ thực dụng về hệ WGS-84. Ngoài ra, khi liên kết các mạng
lưới quan trắc chuyển dịch ngang trên phạm vi lớn bằng các kết quả đo GPS, chúng
ta cần phải biết tính chuyển kết quả đo giữa các hệ toạ độ trong các hệ quy chiếu
khác nhau, như hệ toạ độ không gian địa tâm (XYZ), hệ toạ độ trắc địa (BLH), hoặc
chuyển về toạ độ vuông góc phẳng theo phép chiếu nào đó.
Để tính chuyển tọa độ giữa hai hệ quy chiếu cần phải biết 7 tham số chuyển
đổi giữa hai hệ tọa độ vuông góc không gian theo mô hình Bursa-Wolf, gồm:
- Các tham số tịnh tiến gốc gồm 3 tham số dX, dY, dZ
- Các tham số xoay trục gồm 3 góc xoay Euler eX, eY, eZ .
- Tham số thu phóng, túc hệ số tỷ lệ dài (m) hoặc dm ( m = l + dm )
Ngoài 7 tham số trên, trong mỗi hệ quy chiếu còn phải biết hai tham số hình dạng
kích thước của elipxoit thực dụng đó là bán trục lớn (a) và độ dẹt (α).
* Tính chuyển từ hệ tọa độ trắc địa (B L H)1 sang hệ tọa độ (B L H)2
Nếu cho ta tọa độ trắc địa B1, L1, H1 của một điểm trong hệ 1, cần phải
chuyển sang tọa độ B2, L2, H2 trong hệ 2, ta thực hiện các bước tính sau:
- Tính chuyển từ tọa độ trắc địa B 1, L1, H1 trong hệ 1 thành tọa độ vuông góc
không gian địa tâm trong hệ 1 là X1, Y1, Z1.
- Sử dụng 7 tham số tính chuyển đã biết để chuyển tọa độ vuông góc không
gian hệ 1 sang hệ tọa độ vuông góc không gian hệ 2 theo mô hình Bursa-Wolf như
sau:

 X 2   dX 
 1

 Y  =  dY  + m  −e
 2  
 Z
 Z 2   dZ 
 eY

eZ
1
−e X

−eY   X 1 
eX  .  Y1 
1   Z1 

(2.1.1)

- Sau khi có tọa độ vuông góc không gian trong hệ quy chiếu 2, dựa vào các
tham số của elipxoid của hệ 2 ta tính chuyển tọa độ vuông góc sang tọa độ trắc địa
B2, L2, H2.
* Tính chuyển tọa độ từ hệ tọa độ phẳng (x y)1 sang tọa độ phẳng (x y)2.
Trong trường hợp tính chuyển tọa độ phẳng x, y từ hệ 1 sang tọa độ phẳng x,
y thuộc hệ 2, ta sẽ tính chuyển qua tọa độ trắc địa (B L H) rồi qua tọa độ (X Y Z) .
Tuy nhiên trong trường hợp này để có độ cao trắc địa (H) cần phải biết độ
cao Geoid (ζ) để tính độ cao trắc địa (H) từ độ cao thủy chuẩn (h):
H=h+ζ

(2.1.2)

Khi có tọa độ vuông góc không gian trong hệ 2 ta tính tọa độ vuông góc
phẳng theo thứ tự ngược lại, tức là:

(X, Y, Z)2 → (B L H)2 → (x y)2
Phan Quang An

22

Lớp Tin học trắc địa K52


Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Tin học Trắc địa

Trong trường hợp chưa biết trước 7 tham số tính chuyển, chúng ta cần phải
xác định các tham số đó dựa vào ít nhât 3 điểm không thẳng hàng có tọa độ vuông
góc không gian hoặc tọa độ trắc địa trong cả hai hệ quy chiếu.
1.7 . Bình sai lưới GPS kết hợp các trị đo mặt đất
Trong nhiều trường với một mạng lưới người ta tiến hành đo GPS kết hợp
với các trị đo truyền thống (góc, chiều dài cạnh,…). Từ đó sẽ nẩy sinh bài toán
bình sai hỗn hợp các trị đo GPS với các trị đo mặt đất.
Thông thường trong mạng lưới GPS người ta sẽ đo thêm chiều dài một số
cạnh bằng các máy đo dài điện tử. Các trị đo này chính là khoảng cách nghiêng giữa
hai điểm.
Với trị đo GPS, giữa hai điểm i,j chúng ta sẽ lập được 3 phương trình số hiệu
chỉnh như sau:
V ∆Xij= dXj – dXi + Lxij
V ∆Yij= dYj – dYi + Lyij

(2.2.1)

V ∆Zij= dZj – dZi + Lzij
Trong đó: dXi, dYi, dZi, dXj, dYj, dZj là các số hiệu chỉnh cho tọa độ gầnđúng
của điểm i và điểm j.

Các số hạng tự do được tính:
Lxij= X0j – X0i - ∆Xij
Lyij= Y0j – Y0i - ∆Yij

(2.2.2)

Lzij= Z0j – Z0i - ∆Zij
Với: Xi0, Yi0, Zi0, Xj0, Yj0, Zj0 là tọa độ gần đúng của điểm i và điểm j,
∆ Yij, ∆ Zij: là các trị đo.

∆ Xij,

Các trị đo bằng máy đo dài điện tử sẽ được kết hợp bình sai cùng các trị đo
GPS trong hệ tọa độ vuông góc không gian địa tâm theo phương pháp bình sai gián
tiếp, với ẩn số là tọa độ X,Y,Z của các điểm cần xác định.
Phương trình trị bình sai chiều dài cạnh nghiêng giữa hai điểm i,j:

Di , j = ( X j − X i )2 + (Y j − Yi ) 2 + ( Z j − Z i ) 2

(2.2.3)

Phương trình số hiệu chỉnh của trị đo chiều dài cạnh nghiêng giữa hai điểm
i,j sẽ có dạng:

VDi , j =

∆X i , j
Di , j

dxi −

∆Yi , j
Di , j

dyi −

∆Z i , j
Di , j

dzi +

∆X i , j
Di , j

dx j +

∆Yi , j
Di , j

dy j +

∆Z i , j
Di , j

dz j + li , j

(2.2.4)
Với li,j là số hạng tự do của phương trình số hiệu chỉnh chiều dài cạnh:
Phan Quang An

23

Lớp Tin học trắc địa K52


Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Tin học Trắc địa

li , j = ( X 0j − X 0j ) 2 + (Yi 0 − Yi 0 ) 2 + ( Z 0j − Z 0j ) 2 − Di', j

(2.2.5)

Với D’i,j là chiều dài nghiêng đo được.
Trọng số của phương trình chiều dài cạnh được tính như sau:

PDi , j =

1
2
mDi
,j

(2.2.6)

Kết hợp phương trình số hiệu chỉnh (2.2.4) và hệ phương trình số hiệu chỉnh
các trị đo GPS (2.1.1) chúng ta lập và giải hệ phương trình chuẩn theo phương pháp
bình sai gián tiếp.
1.8 . Tính toán phân tích chuyển dịch chuyển dịch ngang
Tùy thuộc vào quy mô, và tính chất của khu vực nghiên cứu, mạng lưới quan
trắc được đo lặp và đo lặp ít nhất hai chu kỳ. Từ những số liệu đo lặp đó cần phải
tính ra những thông số cần thiết đặc trưng cho quá trình chuyển động.

Trong nghiên cứu chuyển dich ngang, cần quan tâm đến một số vấn đề sau:
- Giá trị chuyển dịch và hướng chuyển dịch.
- Tốc độ chuyển dịch.
- Hệ số trương nở hay co rút (thay đổi tỉ lệ dài).
- Chỉ số chuyển dịch và xoay hướng.
1.8.1 . Xác định vecto chuyển dịch ngang
Gọi thời điểm đo lặp giữa hai chu ky quan trắc là t 0 và ti
Tọa độ của mốc ở thời điểm t 0 là X 0 , Y 0
Tọa độ của mốc ở thời điểm ti là Xi, Yi
Cùng với số liệu đo của hai chu kỳ đó, sẽ xác định được vectơ chuyển dịch
của mốc quan trắc.
Ta giả thiết trong cả hai chu kỳ đó mạng lưới đều được bình sai theo một
mốc khởi tính và định hướng theo cùng một phương vi khởi tính (coi các số liệu
khởi tính là ổn định)
- Như vậy các thành phần của vectơ chuyển dịch ngang sẽ được tính như sau:

δ xi = X i − X 0
δ yi = Yi − Y0

(2.3.1)

- Từ đó tính vectơ chuyển dịch:

δ pi = δ Xi2 + δ Yi2

(2.3.2)

- Và hướng chuyển dịch:
Phan Quang An

24

Lớp Tin học trắc địa K52


Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Tin học Trắc địa

δ 
α i = arctg  yi ÷
 δ yi ÷
 

(2.3.3)

- Nếu tọa độ điểm ở các chu kỳ được xác định nhờ bình sai gian tiếp, ta có
các ma trận hiệp phương sai của tọa độ điểm xét la q0 và qi như sau:

 qxx0
q = 0
 qxy

qxy0 

q 0yy 

i

q
xx
qi =  i

 qxy

i

qxy

q iyy 

0

(2.3.4)

Với ma trận hiệp phương sai của vectơ chuyển dịch

δ xi và δ yi sẽ là:

COV ( xy ) 
 V ( x)
M (δ ) = 
V ( y ) 
COV ( xy )

(2.3.5)

Trong đó:
i
V ( x) = qxx0 + qxy
i
V ( y ) = q 0yy + qxy

(2.3.6)

0
i
COV ( xy ) = qxy
+ qxy

- Sai số trung phương của các vectơ chuyển dịch sẽ là:

mδ xi = V ( x )

(2.3.7)

mδ yi = V ( y )

Từ đó có thể kết luận được có chuyển dịch của các mốc nếu bản thân giá trị
chuyển dịch có trị tuyệt đối lớn hơn k lần sai số trung phương của chúng, tức là:

δ xi > k .mδ xi
δ yi > k .mδ yi

(k = 2 ÷ 3)

(2.3.8)

1.8.2 . Xác định các yếu tố của elip sai số
Dựa vào ma trận hiệp phương sai (2.3.5) ta xác định các yếu tố của elip sai
số như sau:
Phan Quang An

25

Lớp Tin học trắc địa K52