Khảo sát các tính năng kỹ thuật của máy toàn đạc điện tử leica viva TS15 trong công tác trắc địa công trình

Đồ án tốt nghiệp

Khoa Trắc Địa
MỤC LỤC

SV: Nguyễn Hồng Quân

1Trắc địa Mỏ - CT K55


Đồ án tốt nghiệp

Khoa Trắc Địa
MỞ ĐẦU

Trong những năm gần đây ở nước ta quá trình đô thị hóa, công
nghiệp hóa hiện đại hóa diễn ra hết sức nhanh chóng trên mọi vùng biển,
các công trình dân dụng công nghiệp được xây dựng ngày càng nhiều.
Những công trình này có quy mô phức tạp đòi hỏi yêu cầu nghiêm ngặt
trong xây dựng và khai thác sử dụng, để đáp ứng những được yêu cầu của
những công trình trên thì công tác trắc địa đóng vai trò quan trọng từ giai
đoạn đầu khảo sát, thiết kế, thi công cho đến công trình bắt đầu đi vào sử
dụng.
Một vấn đề cần được quan tâm đó là chuyển bản vẽ ra thực địa theo
đúng thiết kế với độ chính xác cao. Để giải quyết nhiệm vụ trên cần có
phương pháp bố trí công trình chính xác, từ đó chúng ta sẽ bố trí chính xác
từng hạng mục của công trình. Và để đạt được mục đích trên với độ chính
xác,rút ngắn thời gian hoàn thành công việc chúng ta không thể kể đến sự
trợ giúp của máy toàn đạc điện tử. Nhận biết được tầm quan trọng của
công việc trên cho công việc sau này em đã lựa chọn đề tài tốt nghiệp là:
“Khảo sát các tính năng kỹ thuật của máy toàn đạc điện tử Leica Viva

TS15 trong công tác trắc địa công trình”.
Trong khuôn khổ đề tài có các nội dung:
Chương 1: Nguyên lý chung của máy toàn đạc điện tử và tính năng
của máy toàn đạc điện tử
Chương 2: Khảo sát các tính năng kĩ thuật của máy toàn đạc điện
tử Leica Viva TS-15
Chương 3: Khả năng ứng dụng chương trình của máy Leica Viva
TS-15 trong công tác bố trí các yếu tố hình học công trình.
Sau một thời gian làm việc nghiêm túc và nỗ lực của bản thân, dưới
sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy ThS.Võ Ngọc Dũng, các thầy cô trong bộ
môn trắc địa Mỏ. Do trình độ có hạn, trong đồ án không tránh khỏi những
thiếu sót, em rất mong được sự chỉ bảo của các thầy cô và các bạn.
Hà Nội, tháng 6 năm 2015
Sinh viên thực hiện

SV: Nguyễn Hồng Quân

2Trắc địa Mỏ - CT K55


Đồ án tốt nghiệp

Khoa Trắc Địa

Nguyễn Hồng Quân
CHƯƠNG 1
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÁY TOÀN ĐẠC ĐIỆN TỬ
1.1. Nguyên lý cấu tạo chung của máy toàn đạc điện tử
Máy toàn đạc điện tử (Total Station) là một loại máy trắc địa đa chức
năng, cho phép thực hiện nhiều nhiệm vụ của chuyên ngành trắc địa ở

ngoài thực địa. Hiện nay, trên thế giới có rất nhiều hãng nghiên cứu chế tạo
máy toàn đạc điện tử như: Sokia, Topcon, Leica và một số hãng khác. Tuy
chúng có hình dạng, kích thước và tính năng kỹ thuật khác nhau nhưng đều
có sự kết hợp giữa bộ đo dài điện tử (Add - on) và máy kinh vỹ điện tử tạo
thành một khối thống nhất cho phép đồng thời đo cả góc và cạnh với độ
chính xác cao.
Máy có cấu tạo gồm 3 bộ phận chính:
Máy đo dài điện tử ( EDM)
Chương trình phần mềm
(Software)

Máy kinh vĩ điện tử ( DT )

Hình 1.1: Sơ đồ khối tổng quát của máy toàn đạc điện tử
- Khối 1: Máy đo xa điện tử (Electronic Distance - EDM)
Chức năng: Thực hiện việc đo khoảng cách từ điểm đặt máy đến
gương (hoặc các bề mặt phản xạ). Độ chính xác đo khoảng cách phụ thuộc
SV: Nguyễn Hồng Quân

3Trắc địa Mỏ - CT K55


Đồ án tốt nghiệp

Khoa Trắc Địa

vào từng loại máy nhưng các máy thông dụng hiện này thường cho phép đo
khoảng cách với độ chính xác: (3mm + 3.10 6D). Trong toàn bộ quá trình đo
khoảng cách được thực hiện tự động, kết quả được hiển thị trên màn hình
hoặc chuyển vào bộ nhớ của máy toàn đạc điện tử.

- Khối 2: Máy kinh vĩ điện tử (Digital Theodolite - DT)
Máy kinh vĩ điện tử DT (Digital Theodolite) có cấu tạo quang học chỉ
khác là đo góc không phải thực hiện thao tác như chập vạch hoặc đọc số trên
thang số đọc mà số đọc sẽ tự động hiện lên trên màn hình tinh thể lỏng của máy.
Để thực hiện việc tự động hóa quá trình đo góc người ta có thể sử dụng
phương án: Phương án mã hóa bàn độ và phương án xung. Các máy kinh vĩ
sử dụng phương án mã hóa bàn độ gọi là máy kinh vĩ mã hóa, còn các máy sử
dụng phương án xung gọi là các máy loại xung.
- Khối 3: Chương trình phần mềm tiện ích (software)
Trong khối này người ta cài đặt các chương trình thể hiện tiện ích để xử
lý các nào toán trắc địa đơn giản như cải chỉnh khoảng cách nghiêng về
khoảng cách ngang, tính hiệu chỉnh khoảng cách do các yếu tố khí tượng,
hiệu chỉnh hệ số chiết quang và độ cong Trái đất, tính chênh cao giữa 2 điểm
đo bẳng phương pháp đo cao lượng giác, tính tọa độ độ cao các điểm theo
chiều dài và theo góc phương vị, tính diện tích, chương trình giao hội điểm.
Để tăng dung lượng bộ nhớ, các máy toàn đạc điện tử còn được trang bị thêm
sổ đo điện tử (fild book).
Kết hơp 3 khối trên lại với nhau ta được một khối thống nhất đa chức
năng rất linh hoạt có thể đo đạc các đại lượng cần thiết và giải được hầu hết
các bài toàn trắc địa thông dụng như:
- Hiệu chỉnh khoảng cách nghiêng về khoảng cách ngang
- Hiệu chỉnh nhiệt độ, áp suất, chiết quang và độ cong trái đất.
- Xác định tọa độ điểm giao hội bằng các phương pháp giao hội thuận,
giao hội nghịch và các điểm đường chuyền.
- Xác định chênh cao giữa hai điểm bằng công thức lượng giác.
SV: Nguyễn Hồng Quân

4Trắc địa Mỏ - CT K55

Đồ án tốt nghiệp

Khoa Trắc Địa

Ngoài ra còn có thể truyền số liệu trực tiếp vào máy tính tiếp tục quá
trình vẽ bản đồ, hoặc nhận 1file số liệu từ máy tính vào bộ nhớ của máy và cài
đặt cho máy những phần mềm thông dụng như MS - DOS. Số liệu đo được
lưu vào sổ đo điện tử và có thể trút vào máy bằng cáp chuyên dụng.
Sơ đồ công nghệ Trắc địa hiện đại với quy trình khép kín từ khâu đo
đạc ngoại nghiệp đến khâu in ra bản đồ, bản vẽ gồm:
CD,USB
EDM
Sổ đo
điện tử

Máy tính

DT
Máy vẽ

Máy in

Hình 1.2. Sơ đồ công nghệ tự động hóa đo vẽ bản đồ.
Hiện nay máy toàn đạc điện tử đang được sử dụng rộng rãi trong
công tác trắc địa. Các loại máy này tuy có cấu trúc bề ngoài khác nhau
nhưng đều có chung một nguyên lý hoạt động và có thể đồng thời tự xác
định chiều dài và độ cao.
1.2. Các máy kinh vĩ số
Máy kinh vĩ số là thiết bị dùng để đo góc của máy toàn đạc điện tử.
Máy kinh vĩ số có 2 loại: Máy kinh vĩ sô loại mã hóa bàn độ và máy kinh vĩ

số loại xung.
1.1.1. Máy kinh vĩ số loại mã hóa bàn độ

SV: Nguyễn Hồng Quân

5Trắc địa Mỏ - CT K55


Đồ án tốt nghiệp

Khoa Trắc Địa

Các máy kinh vĩ số loại mã hóa bàn độ có cấu tạo như máy kinh vĩ
quang học bình thường, chỉ khác một điều là máy kinh vĩ số loại mã hóa
bàn độ sẽ tự động đo góc và hiển thị trên màn hình tinh thể lỏng. Số liệu đo
góc được lưu vào bộ nhớ của máy để tiếp tục xử lý. Các máy kinh vĩ này sử
dụng phương án mã hóa bàn độ gọi là máy kinh vĩ mã hóa.
Trong các máy kinh vĩ mã hóa, bàn độ đứng và bàn độ ngang không
được chia vạch như các máy kinh vĩ thông thường. Phần ngoài của bàn độ
nơi người ta khắc vạch với máy kinh vĩ thông thường thì người ta lại khắc
các vòng tròn đồng tâm hay các rãnh. Thông thường người ta khác 5 vòng.
Trong các vòng tròn đồng tâm đó người ta lại phân thành các ô vuông
riêng biệt kề nhau. Các ô vuông được sơn đen hoặc để trong suốt, khi chiếu
ánh sáng qua các ô vuông này thì các ô vuông sơn đen không cho ánh sáng
truyền qua tương ứng với giá trị “0” còn các ô vuông trong suốt cho ánh
sang đi qua và có giá trị “1”. Với cách mã hóa như trên thì mỗi vị trí bàn độ
sẽ ứng với 1 mã vạch nhất định chính vì vậy mà các loại máy này còn được
gọi là máy mã hóa tuyệt đối. Để đọc được giá trị của bàn độ người ta dùng
1 cửa sổ đọc số có bề rộng 1 byte. Muốn hiểu được giá trị của bàn độ cần
dùng bộ giải mã (Dicorder) để chuyển số đọc từ dạng mã hóa sang dạng số

và số đọc sẽ được hiện lên màn hình của máy tính.
- Ưu điểm của phương pháp mã hóa bàn độ:
Phương pháp mã hóa bàn độ có thể dễ dạng nâng cao độ phân giải
của bàn độ để nâng cao độ chính xác đọc số. Việc này có thể thực hiện được
bằng cách tăng số vòng tròn trên bàn độ.
Ví dụ: Nếu bàn độ được chia thành 4 vòng thì với một mã hóa có
chiều dài 8 byte thì độ phân giải màn hình sẽ là 1’. Nếu tăng số vòng tròn
trên bàn độ lên thành 5 vòng thì độ phân giải của màn hình sẽ là 1”.
- Nhược điểm của phương pháp mã hóa bàn độ:

SV: Nguyễn Hồng Quân

6Trắc địa Mỏ - CT K55


Đồ án tốt nghiệp

Khoa Trắc Địa

Bàn độ mã hóa phải được gia công với độ chính xác cao nên khó chế
tạo.Chính vì vậy phương pháp này hiện nay ít được sử dụng.
1.2.2. Máy kinh vĩ số loại xung
Trong phương án xung vùng làm việc được chia thành các vạch trong
suốt và sẫm màu sen kẽ khoảng cách giữa các vạch bằng bề rộng của
chúng. Giá trị bàn độ được xác định nhờ một hệ thống quét quang điện. Khi
chiếu một tia sáng hẹp đi qua photodiode sẽ biến các xung ánh sáng thành
các xung điện từ. Trong máy được trang bị sẵn bộ phận đếm xung, bộ phận
này sẽ tự động đếm các xung. Nếu ta đánh dấu một bàn xung ban đầu có
giá trị bằng “0” thì ở mỗi vị trí bàn độ sẽ tương ứng với một số xung nhất
định, tính từ xung khởi đầu. Như vậy, nếu dùng một máy đếm xung để đếm

sô vạch xung từ vạch khởi đầu đếm vị trí hiện thời của bàn độ và giá trị góc
này thì được hiển thị lên màn hình của máy.
Ha
Hb
Hình 1.3. Các xung ánh sang và xung điện từ trước và sau khi đi vào Photodiode.
Ha - Xung ánh sáng thu được phía sau bàn độ trước khi đi vào Photodiode
Hb - Các xung thu được sau khi đi bào photodiode - các xung điện từ
- Ưu điểm của phương pháp xung:
+ Độ chính xác đo góc cao
+ Cấu tạo bàn độ đơn giản dễ chế tạo
+ Máy có kích thước gọn nhẹ, tiêu thụ ít năng lượng.
Với các ưu điểm trên, hiện nay hầu hết các máy toàn đạc điện tử đều
được chế tạo theo phương pháp này.
1.3. Sóng điện từ và các tham số của sóng điện từ.
1.3.1. Dao động
1.3.1.1. Khái niệm cơ bản về dao động

SV: Nguyễn Hồng Quân

7Trắc địa Mỏ - CT K55


Đồ án tốt nghiệp

Khoa Trắc Địa

Có nhiều dạng dao động nhưng cơ bản và đơn giản nhất là dao động
điều hòa hình sin có phương trình:
y = Asin( +0)

(1.1)

Trong đó:
+ A - Biên độ của dao động
+ ( +0) - Pha dao động
+ 0 - Pha ban đầu.

Hình 1.4. Đồ thị dao động hình sin.
Cho vectơ có độ lớn A quay ngược chiều kim đồng hồ với vận tố đều
và xuất phát từ vị trí ban đầu 0( t=0) lúc đó tại thời điểm t bất kỳ hình chiếu
của A trên trục tung có giá trị tức thời y(t). Vecter A quay vẽ lên một hình sin
điều hòa. Khoảng thời gian thực hiện 1 vòng quay của A gọi là chu kỳ T. Khi
dao động lan truyền trong môi trường xung quanh thì nó được gọi là sóng,
nếu sóng truyền với vận tốc v trong thời gian 1 chu kỳ T thì độ dài chuyển dời
đó gọi là bước sóng λ, cũng với vận tốc ấy sóng được truyền trên một khoảng
cách là D thì phương trình dao động có dạng là:
y =A.Sin(t ) + 0

(1.2)

1.3.1.2. Các tham số cơ bản của giao động
+ Biên độ A: Là giá trị biểu đồ cực đại dao động hình sin.

SV: Nguyễn Hồng Quân

8Trắc địa Mỏ - CT K55


Đồ án tốt nghiệp

Khoa Trắc Địa

+ Pha của dao động = ( +0): Biểu thị trạng thái bao gồm độ lớn và
phương chiều của dao động hình Sin tại một thời điểm nào đó.
+ Pha ban đầu 0: Biểu thị trạng thái ban đầu t = 0 của dao động hình sin.
+ Chu kỳ T: Là khoảng thời gian ngắn nhất để dao động quay trở lại
trạng thái ban đầu.
+ Tần số f: Là số dao động toàn phần thực hiện được trong thời gian 1giây:
f=
+ Tần số góc là tốc độ quay vòng của giao động hình Sin. Trong thời gian
chu kỳ T dao động thực hiện với 1 vòng pha là 2. Như vậy tốc độ quay là:
= 2/T = 2f
Tần số góc được gọi là tốc độ biến thiên của pha theo thời gian
+ Bước sóng : là khoảng cách mà sóng hình sin truyền với vận tốc v
trong thời gian 1 chu kỳ T hay nói cách khác thì bước sóng là khoảng cách
giữa 2 điểm gần nhau nhất tính theo phương truyền sóng dao động cùng pha,
là quãng đường truyền đi của sóng trong thời gian 1 chu kỳ T.
λ = v.T = (µm)
1.3.2. Sóng điện từ
1.3.2.1. Khái niệm cơ bản về sóng điện từ
Sóng điện từ là quá trình lan truyền của điện từ trường trong không
gian. Vận tốc lan truyền của sóng điện trường trong chân không bằng vận tốc
ánh sáng(c 3.108). Sóng điện từ là sóng ngang với vecter cương độ điện
trường

ur
E

và véctơ cảm ứng từ

uu
r
H

vuông góc với phương truyền sóng.

Sóng điện từ được chia thành các dải sóng sắp xếp theo thứ tự tăng dần
của tần số. Trong các máy đo xa điện tử người ta dùng dải sóng có tần số từ
1013 - 1015 Hz làm sóng lan truyền và sóng có tần số 10 - 500MHz với độ ổn
định cao làm tín hiệu đo.
SV: Nguyễn Hồng Quân

9Trắc địa Mỏ - CT K55


Đồ án tốt nghiệp

Khoa Trắc Địa

Một trong những tính chất quan trọng của sóng điện từ có tính phân cực
nghĩa là vectơ dịch chuyển có khả năng chỉ truyền theo một phương trong 1
mặt phẳng cố định phương trình dao động của sóng điện từ phân cực thẳng
truyền trên trục ox với vận tốc v có dạng:
y = A.sint - ) + 0]

Hình 1.5. Sóng điện từ
Trong đó:
+ A - Biên độ của dao động

+ 0 - Pha ban đầu.sss

+ t - Thời gian

+ v - Vận tốc

+ x - Khoảng cách

+ - Tần số góc

Mặt phẳng chứa vector E gọi là mặt phẳng dao động còn mặt phẳng
chứa véctơ H là mặt phẳng phân cực. Trong kỹ thuật đo xa điện tử thường
dùng sóng điện tử phân cực thẳng. Mặt phẳng hình học chứa các điểm của các
dao động có cùng pha gọi là mặt đầu sóng hay mặt đầu pha. Mặt đầu sóng có
thể là mặt cầu hay mặt phẳng.
Sóng điện từ đơn sắc là sóng có tần số không đổi các sóng đơn sắc có tần
số khác nhau sẽ truyền với vận tốc khác nhau tốc độ truyền sóng phụ thuộc vào
tần số được gọi là sự tán sắc hay phân tán. Trong thực tế không tồn tại sóng điện
từ đơn sắc mà nó tập hợp từ các sóng khác nhau có tần số khác nhau.
SV: Nguyễn Hồng Quân

10Trắc địa Mỏ - CT K55


10

2

10

Hång

ngo¹i

2

10

10

14

10

R¬ngen

Sãng
radio

Tö ngo¹i

tÇn
thÊp

Khoa Trắc Địa

ASNT

Đồ án tốt nghiệp

Gamma

18

10

10

22

Hình 1.6 Thang sóng điện từ
1.3.2.2. Tính chất đặc trưng của sóng điện từ
Sóng điện từ truyền trong các môi trường sau:
+ Trong môi trường đồng nhất sóng điện từ truyền thẳng
+ Khi gặp chướng ngại vật, sóng điện từ bị gãy khúc gọi là hiện tượng
nhiễu xạ. Sóng có bước sóng (λ) càng lớn thì mức độ nhiễu sóng càng cao.
+ Khi truyền sóng qua 2 môi trường khác nhau, tại mặt tiếp giáp sóng
điện từ bị phản xạ và khúc xạ. Nếu bề mặt phản xạ không bằng phẳng sẽ gây
lên hiện tượng tán xạ ( khuyếch tán ).
+ Trong môi trường không đồng nhất sóng điện từ truyền theo đường
cong.
+ Khi 2 sóng kết hợp giao nhau sẽ xảy ra hiện tượng giao thoa.
+ Năng lượng sóng điện từ truyền trong môi trường bị hấp thụ, tốc độ
truyền sóng chỉ không đổi trong môi trường chân không, còn trong môi
trường đo (khí quyển) nó phụ thược vào các yếu tố khí tượng ( nhiệt độ T, áp
suất P, độ ẩm E).
Các yếu tố này được đặc trưng bởi hệ SEE chiết suất khí quyển (n) hoặc
chỉ số chiết suất khí quyển N =( n-1).106. Công thức xác định vận tốc truyền
sóng V:
V=

(1.3)

1.3.3. Nguyên lý của phương pháp do dài điện tử

SV: Nguyễn Hồng Quân

11Trắc địa Mỏ - CT K55


Đồ án tốt nghiệp

Khoa Trắc Địa

Hình 1.7 Sơ đồ đo khoảng cách
Các máy đo dài điện tử xác định khoảng cách theo phương pháp gián
tiếp.Tức là khoảng cách được xác định khi đã biết vận tốc và thời gian của nó.
D = (v.t)

(1.4)

Trong đó:
D - Khoảng cách cần xác định
v- Vận tốc lan truyền tín hiệu v ≈3.108
t- Thời gian lan truyền tín hiệu
Độ chính xác đo khoảng cách D phụ thuộc vào độ chính xác xác định
vận tốc trong môi trường đo (v) và độ chính xác đo thời gian (t).
Như vậy, để xác định khoảng cách ta chỉ cần đo thời gian từ lúc tín hiệu
phát đi cho đến khi tín hiệu phản hồi trở lại. Tín hiệu có thể sử dụng là sóng
âm thanh, sóng điện từ, sóng siêu âm. Nếu sử dụng sóng âm thì độ chính xác
không cao vì vận tốc lan truyền sóng kém. Và nó phụ thuộc váo điều kiện
ngoại cảnh như nhiệt độ (t 0), áp suất khí quyển (p). Trong các máy đo xa điện

tử dùng cho trắc địa người ta không dùng sóng âm mà chỉ dùng sóng điện từ
bao gồm sóng ánh sáng và sóng radio.
Để thỏa mãn độ chính xác đo khoảng cách trong trắc địa thì yêu cầu về
độ chính xác xác định thời gian là rất cao, sai số trung phương của đồng hồ đo
thời gian được xác định theo công thức:

SV: Nguyễn Hồng Quân

12Trắc địa Mỏ - CT K55


Đồ án tốt nghiệp

Khoa Trắc Địa
2

= 2+ 2

(1.5)

Vì vậy, có các phương pháp đo và thiết bị đo khác nhau. Tùy thuộc vào
dạng tín hiệu sử dụng trong các máy đo xa điện tử mà người ta phân loại các
máy đo xa điện tử thành các dạng khác nhau.
+ Máy loại xung: Là loại máy mà tín hiệu của bộ phận phát và bộ phận
thu là các xung. Thời gian được xác định trực tiếp bằng cách đếm xung.
+ Máy loại pha: Là loại máy mà tín hiệu là các dao động hình sin liên
tục. Thời gian được xác định gián tiếp qua hiệu pha giữa tín hiệu gốc và tín
hiệu phản hồi.
1.3.4. Các phương pháp đo khoảng cách
1.3.4.1. Phương pháp đo xung

a. Nội dung phương pháp đo xung
Trong phương pháp xung người ta xác định khoảng thời gian truyền
xung điện từ. Độ dài D được xác định theo công thức:
D = (v.t)

(1.6)

Các xung được chọn để đo phải thoả mãn 2 tiêu chuẩn:
+ Có độ dài xung ( Lx) hẹp.
+ Có độ rỗng (O) lớn.
Trong đó:
+ Độ dài xung (Lx) là khoảng thời gian tồn tại xung (tính từ thời điểm
phát xung đến thời điểm thu lại xung).
+ Độ rỗng (O) là tỷ số giữa chu kỳ và độ dài xung:
O=
Trong các máy đo dài điện tử hiện nay người ta thường dùng xung laser
có Lx = 10*0.1ηs và có độ rỗng O > 1000.

SV: Nguyễn Hồng Quân

13Trắc địa Mỏ - CT K55


Đồ án tốt nghiệp

Khoa Trắc Địa
Gương phản xạ (2)

Phát tín hiệu (1)

Tạo xung (5)

Thu tín hiệu (3)

Màn hình kết quả (8)

Khóa điền từ (6) Đêm xung (7)

Phát tín
hiệu đo(4)
Hình 1.8. Sơ đồ khối máy đo dài loại xung
b. Hoạt động của máy
Bộ phận phát tín hiệu (1) của máy phát ra các xung ánh sáng hoặc xung
vô tuyến về trạm phản hồi (2) hay gương phản xạ đặt ở điểm cần đo, tín hiệu
phản hồi trở lại được bộ phận thu (3) của máy thu lại toàn bộ. Thời gian tín
hiệu lan truyền đi và về trên khoảng cách cần đo được đo bằng đồng hồ điện
tử chính xác (4,5,7,8).
Bộ phận phát tín hiệu đo (4) được cấu tạo từ tinh thể thạch anh (SiO 2).
Dựa vào hiện tượng áp điện thuận nghĩa là nếu ta đặt một tấm thạch anh trong
điện trường biến đổi thì nó sẽ rung động với tần số đúng bằng tần số biến
thiên của điện trường. Thông thường thạch anh được đặt trong hộp cộng
hưởng làm bằng thuỷ tinh hoặc chất dẻo ngoài hộp có ghi trị số dao động
riêng của nó. Khi tần số của điện trường đặt vào hộp xấp xỉ bằng tần số của
thạch anh thì nó co giãn mạnh với tần số rất ổn định. Ngoài ra trong máy đo
xa điện tử hộp cộng hưởng còn đặt trong bộ ổn định nhiệt. Khối (4) phát ra
dao động dạng hình sin có tần số ổn định fđ được dẫn đến bộ phận tạo xung
(5) của máy.
Bộ phận tạo xung (5) gồm 2 mạch:
SV: Nguyễn Hồng Quân

14Trắc địa Mỏ - CT K55


Đồ án tốt nghiệp

Khoa Trắc Địa

+ Mạch 5a: Là mạch hạn chế dao động hay mạch xén, tín hiệu ở nối ra
có dạng hình thang;
+ Mạch 5b: Là mạch vi phân làm nhiệm vụ cho tín hiệu ở nối ra tỉ lệ
với đạo hàm của tín hiệu ở nối vào.
Khèi (4)

Khèi (5a)

Khèi (5b)

Hình 1.9. Tín hiệu vào ra của khối (4) và khối (5)
Ở nối ra của khối (5) chúng ta thu được các xung có dạng hình búi gai.
Ứng với mỗi chu kì của dao động hình sin chúng ta có một xung âm và một
xung dương, thông thường người ta lọc bớt xung âm đi chỉ còn lại xung
dương. Vì vậy ứng với mỗi một chu kì hình sin chúng ta thu được một xung
dương có dạng hình búi gai. Các xung này được dẫn đến máy đếm xung (7)
trước khi đếm các xung này phải đi qua khoá điện từ (6). Khoá điện từ (6)
được điều khiển bởi xung phát làm nhiệm vụ mở khoá điện từ, lúc này các
xung được qua khoá điện từ và đến bộ phận đếm xung. Khi có tín hiệu phản
hồi trở về bộ phận thu của máy thì một phần năng lượng được dẫn đến khoá
điện từ làm nhiệm vụ đóng khoá điện từ lúc này các xung từ (5) không thể
qua được khoá điện từ. Vì vậy khoá điện từ chỉ mở trong khoảng thời gian từ
lúc phát tín hiệu đến khi có tín hiệu phản hồi trở về bộ phận thu của máy.

SV: Nguyễn Hồng Quân

15Trắc địa Mỏ - CT K55


Đồ án tốt nghiệp

Khoa Trắc Địa

Khoảng cách từ trạm thu, phát đến gương càng lớn thì số xung đếm
được càng lớn và ngược lại. Dựa vào số xung đếm được người ta có thể tính
được kết quả cần đo:
D = 1/2 v.t = 1/2 v.x.Tx

(1.7)

→ D = 1/2 v.x/fx
Trong đó:
v- vận tốc sóng ( v≈ c = 3.108 m/s);
x- Số xung máy đếm được;
fx- Tần số dao động (fx = 1.5.108 Hz);
t- Thời gian từ lúc phát đến lúc phản hồi của tín hiệu;
D- khoảng cách cần xác định.
Kết quả đo được hiển thị trên màn hình của máy là kết quả tiến hành đo
nhiều lần và lấy giá trị trung bình cộng các kết quả đó, khi đó kết quả đo sẽ có
thêm một số lẻ nữa.
c. Ưu - nhược điểm của phương pháp
+ Ưu điểm: Máy có cấu tạo gọn nhẹ, tiêu thụ ít năng lượng. So với các
loại máy pha có cùng tính năng thì máy loại xung có tầm hoạt động xa hơn.

Hiện nay, đa số các máy toàn đạc điện tử đều sử dụng phương pháp này để đo
khoảng cách.
+ Nhược điểm: Máy đo xa loại này thường sử dụng sóng cao tần dễ bị
môi trường hấp thụ, khả năng phản xạ ban đêm kém hơn ban ngày.
1.3.4.2. Phương pháp đo
a. Sơ đồ khối của máy đo xa loại pha

SV: Nguyễn Hồng Quân

16Trắc địa Mỏ - CT K55


Đồ án tốt nghiệp

Khoa Trắc Địa

Tín hiệu gốc

(1)
Phát
tín hiệu

(3)
Đo
hiệu pha

(4)
Gương phản xạ

(2)

Thu
tín hiệu

Tín hiệu phản hồi

D
A

B

Hình 1.10 Sơ đồ khối của máy đo xa loại pha
(1)
(2)
(3)
(4)

Bộ phận phát tín hiệu
Bộ phận thu tín hiệu
Bộ phận đo hiệu pha
Bộ phận gương phản xạ
b. Hoạt động của máy
Trong các máy đo xa loại pha khoảng cách được xác định gián tiếp

thông qua hiệu pha giữa tín hiệu gốc và tín hiệu phản hồi:
∆

= g - ph

Giả sử tại A bộ phận phát tín hiệu (1) phát ra bức xạ sóng điện từ dao
động điều hoà:

uA = U0 cos (t + 0)

(1.8)

Gọi khoảng cách cần xác định là D như vậy ta có phương trình dao
động tại B là:
uB = U0 cos[(t -)+0]

SV: Nguyễn Hồng Quân

(1.9)

17Trắc địa Mỏ - CT K55


Đồ án tốt nghiệp

Khoa Trắc Địa

Tín hiệu phản hồi về A có phương trình là:
uA = U0 cos[(t - )+0]

(1.10)

Hiệu pha ∆ giữa tín hiệu gốc và tín hiệu phản hồi là:
∆ = [(t - ) +0] - (t +0)
∆=→D=

(1.11)

Trong đó:
D- Khoảng cách từ máy tới gương phản xạ;
v- vận tốc truyền tín hiệu;
f- Tần số góc;
∆- Độ lệch pha.
Như vậy, nếu máy đo được độ lệch pha ∆ (tần số f và vận tốc v đã biết)
thì ta sẽ xác định được khoảng cách D. Đại lượng ∆ có thể là góc lớn hơn 2
cho nên ta biểu diễn dưới dạng tổng quát sau:
∆ = n. 2 +

(1.12)

Trong phương pháp pha để xác định n ta cần phải biết giá trị gần đúng
của khoảng cách D. Để tìm được n người ta phải dùng phương pháp giải bài
toán đa trị tức là cho máy đo trên 2 hoặc 3 tần số cố định.
c. Ưu - nhược điểm của phương pháp
+ Ưu điểm: Máy đo theo phương pháp này có cấu tạo đơn giản, độ
chính xác đo khoảng cách cao.
+ Nhược điểm: phương pháp này tiêu thụ nhiều năng lượng, so với các
máy đo xa loại xung có cùng tính năng thì máy đo xa loại pha có tầm hoạt
động ngắn hơn. Chính vì vậy mà phương pháp này ít được sử dụng trong các
máy toàn đạc điện hiện nay.
1.4. Một số nguyên lý đo các đại lượng khác bằng máy toàn đạc điện tử
1.4.1. Đo khoảng cách ngang
Khoảng cách ngang được tính theo công thức:
S = D. sinz

(1.13)

Trong đó:

SV: Nguyễn Hồng Quân

18Trắc địa Mỏ - CT K55


Đồ án tốt nghiệp

Khoa Trắc Địa

D -Là khoảng cách nghiêng đo được;
z - Góc thiên đỉnh.
Từ công thức trên ta có:
Ms = m2z + D2.cos2z.

(1.14)

Từ công thức trên ta thấy nếu góc thiên đỉnh z càng lớn thì sai số đo
khoảng cách ngang càng nhỏ khi z ≈ 900 thì ms = mD.
1.4.2. Tự động hóa việc tính tọa độ
Toạ độ của một điểm đo được máy tính tính trực tiếp bằng phần mềm
xử lý số liệu và kết quả được hiển thị ngay trên màn hình của máy.
+ Gia số toạ độ điểm đo so với điểm trạm máy được tính theo công
thức:
∆X = S cos
∆Y = S sin

(1.15)

Trong đó:
α - là góc phương vị của cạnh nối điểm trạm máy và điểm đo:

=đầu ± 1800 + đo

(1.16)

S - Khoảng cách ngang từ điểm trạm máy đến điểm đo.
+ Toạ độ điểm đo được xác định theo công thức:
XP = XM + ∆X
YP = YM + ∆Y

(1.17)

Trong đó:
XP, YP - Toạ độ điểm cần xác định;
XM, YM - Toạ độ điểm trạm máy;
∆X, ∆Y - Gia số toạ độ.
1.4.3. Đo chênh cao giữa 2 điểm
Từ các đại lượng đo trực tiếp như khoảng cách nghiêng, góc thiên đỉnh,
chiều cao máy, chiều cao gương nhờ hệ thống phần mềm đã được cài sẵn
trong máy, máy sẽ tự động tính ra chênh cao giữa điểm đứng máy và điểm đo:
∆h = D sinz + im - lt

(1.18)

Trong đó:
SV: Nguyễn Hồng Quân

19Trắc địa Mỏ - CT K55


Đồ án tốt nghiệp

Khoa Trắc Địa

D - Khoảng cách nghiêng;
z - Góc thiên đỉnh.
im - Chiều cao máy.
lt - Chiều cao tiêu.
Nếu độ cao điểm trạm máy đã biết thì sẽ tính được độ cao điểm đo theo
công thức:
HP = HA + ∆h

(1.19)

Trong đó:
HP - Độ cao điểm đo;
HA - Độ cao điểm trạm máy;
∆h- Chênh cao.
1.4.4. Đo giao hội
Trước kia người ta thường sử dụng phương pháp giao hội góc hay giao
hội cạnh riêng biệt để xác định toạ độ cho các điểm giao hội. Từ khi các máy
toàn đạc điện tử ra đời phương pháp giao hội nghịch góc cạnh kết hợp được sử
dụng một cách rộng rãi. Với phương pháp này người ta chỉ cần tối thiểu 2 điểm
gốc. Trong các máy toàn đạc điện tử đã cài sẵn phần mềm xử lý, toạ độ điểm
giao hội sẽ được máy tự động tính và hiển thị kết quả lên màn hình của nó.
1.4.5. Xác định tọa độ điểm đường chuyền
Toạ độ các điểm trong đường chuyền được tính từ các đại lượng đo
trực tiếp là góc và cạnh.

D
CD

B

5

2
BA

4

1
αAP1 P1 P1P2

A

3

P2P3

P3C

C

P3

P2

Hình 1.11. Sơ đồ đường chuyền
SV: Nguyễn Hồng Quân

20Trắc địa Mỏ - CT K55


Đồ án tốt nghiệp

Khoa Trắc Địa

Toạ độ điểm đường chuyền được tính truyền từ A:
XP1 = XA + S1cosαAP1
YP1 = YA + S1sinαAP1
(1.20)
Toạ độ của điểm P2 được tính từ toạ độ điểm P 1, tọa độ P1 sau khi tính
được ở trên sẽ được máy lưu lại. Khi chuyển trạm máy sang điểm P 1 ta chỉ
cần chọn điểm P1 làm điểm trạm máy, lúc này máy sẽ tự đưa ra toạ độ điểm P 1
mà nó đã tính được ở trên. Toạ độ các điểm tiếp theo được tính tương tự.
1.4.6. Đo khoảng cách gián tiếp (Tie Distance)
D1
gu¬ng1

1

D

D2

Tr¹m m¸y

gu¬ng 2

Hình 1.12. Sơ đồ đo khoảng cách giữa 2 gương

Tại trạm máy máy sẽ đo, tính toạ độ và độ cao cho 2 gương. Khi đã biết
được toạ độ và độ cao của hai gương máy sẽ dễ dàng tính được khoảng cách
nghiêng cũng như khoảng cách bằng giữa 2 gương và độ chênh cao giữa chúng.
CHƯƠNG 2
KHẢO SÁT CÁC TÍNH NĂNG KỸ THUẬT CỦA MÁY TOÀN ĐẠC ĐIỆN TỬ
LEICA VIVA TS-15
2.1. Giới thiệu chung về máy toàn đạc điện tử leica viva TS-15
Ngày nay, với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật và
đòi hỏi cao của công nghệ, máy Leica Viva TS-15 không những thừa hưởng
những ưu việt của dòng máy hãng Leica mà còn được bổ sung thêm nhiều
tính năng kỹ thuật mới phù hợp với nhu cầu của người sử dụng. Với Leica
Viva TS - 15, tính hiệu quả và phong phú của dữ liệu đo nâng lên tầm cao
mới nhờ máy chụp ảnh.
Hiện này trong quá trình thi công và quan trắc biến dạng các công
trình việc áp dụng phương pháp trắc địa truyền thống thì nhiều khi số liệu
SV: Nguyễn Hồng Quân

21Trắc địa Mỏ - CT K55


Đồ án tốt nghiệp

Khoa Trắc Địa

quan trắc tại thời điểm báo cáo không đáp ứng được yêu cầu về tiến độ và
đặc biệt là yêu cầu độ chính xác cao đến 1.0mm.
Đối với các công trình đặc biệt. Với sự tiến bộ vượt bậc về khoa học
công nghệ, các nhà cung cấp thiết bị trắc địa đã không ngừng cải tiến nâng
cao khả năng tự động hóa cao. Máy toàn đạc điện tử Leica Viva TS-15 là
máy toàn đạc điện tử do hãng Leica của Thụy Sỹ chế tạo.

- Một số tính năng nổi trội của máy:
+ Định dạng thông dụng, nhỏ gọn, dễ thao tác, dễ sử dụng
+ Độ chính xác cao, phù hợp với độ chính xác yêu cầu
+ Cài đặt trạm máy nhanh chóng, định tâm laser, cân bằng điện tử
+ Trao đổi dữ liệu bằng USB
+ Công nghệ Bluetooth giúp giao tiếp với các thiết bị khác
+ Tích hợp hệ thống đo không gương sử dụng Laser
+ Hệ thống một người làm mọi việc tốt nhất
+ Hệ thống EDM chính xác cao, trong mọi điều kiện đều cho kết quả tin cậy
+ Ghi chú bằng hình ảnh, hỗ trợ đo bằng hình ảnh
+ Tích hợp Leica viva GNSS
+ Màn hình được cải biến thành màn hình cảm ứng với độ phân giải
cực cao giúp ích cho công việc quản lý chất lượng đo trên thực địa.
2.2. Cấu tạo máy toàn đạc điện tử Leica Viva TS-15
2.2.1. Cấu tạo và hình dáng bên ngoài của máy
+)Hình dáng bên ngoài của máy.

SV: Nguyễn Hồng Quân

22Trắc địa Mỏ - CT K55


Đồ án tốt nghiệp

Khoa Trắc Địa

Hình 2.1 Máy toàn đạc Leica Viva TS-15
+) Các bộ phận quan trọng bên ngoài của máy Leica Viva TS-15

Hình 2.2a Các bộ phận bên ngoài của máy Leica Viva TS-15

a) Tay xách
b) Bộ ngắm sơ bộ
c) Kính viễn vọng, tích hợp EDM, ATR, EGL, PS, camera góc rộng

SV: Nguyễn Hồng Quân

23Trắc địa Mỏ - CT K55


Đồ án tốt nghiệp

Khoa Trắc Địa

d) Hệ thống ánh sang dẫn đường (EGL)
e) Hệ thống ống kính camera
f) Bộ nhận phát thông tin
g) Bộ thu nhận thông tin
h) Kính vật có tích hợp bộ phận đo xa điện tử EDM
i) Ngăn để thẻ nhớ USB và cổng cáp USB
j) Vi động ngang
k) Bàn phím chính

Hình 2.2b Bộ phận bên ngoài của máy Leica Viva TS-15
a) Bộ phận vi động đứng
b) Núm điều quang
c) Hộp pin
d) Ốc cân máy
e) Bút viết màn hình cảm ứng
f) Màn hình cảm ứng
g) Bọt thủy tròn

h) Kính mắt
i) Bàn phím chức năng
2.2.2. Các phím chức năng, ký hiệu và giao diện của máy.
+) Màn hình chính

SV: Nguyễn Hồng Quân

24Trắc địa Mỏ - CT K55


Đồ án tốt nghiệp

Khoa Trắc Địa

Hình 2.3. Màn hình bảng chọn chính (Main menu)
Bảng chọn chính:
1-

Go to work: lựa chọn và bắt đầu một ứng dụng như: Đo chi tiết, giao hội

23-

nghịch, chuyển điểm thiết kế ra thực đia...
Job and Data: quản lý dữ liệu, nhập và xuất dữ liệu
Instrument: cài đặt và truy nhập vào các thiết lập liên quan đến GPS và

4-

công cụ kết nối cũng như các thông tin trạng thái/
User: phần người sử dụng, cài đặt các phần mềm tiện ích, các công cụ hữu

ích màn hình và âm lượng
Thanh công cụ trên màn hình chính:

abcdefghi-

Thanh biểu tượng
Thanh tiêu đề
Khu vực màn hình
Dòng truyền tin
Thanh phím mềm
Thoát, trở lại
Fn: chuyển đổi chức năng phím
Mục chế độ chữ
Thông tin về thời gian
+) Các phím cứng

SV: Nguyễn Hồng Quân

25Trắc địa Mỏ - CT K55