ĐÊ CƯƠNG MÁY TRẮC ĐỊA VÀ ĐO ĐẠC ĐIỆN TỬ 216

MÁY TRẮC ĐỊA VÀ ĐO ĐẠC
ĐIỆN TỬ 216
LÝ THUYẾT

I.

-

-

-

Câu 1 Trình bày nguyên lý đo khoảng cách laser bằng thiết bị
phát quang học lưỡng tử loại bán dẫn Gali-Asen (Ga-As).
Hợp chất bán dẫn GaAs không tồn tại các năng lượng riêng biệt
mà chúng hợp thành các miền năng lượng : miền hoá trị (miền
chứa đầy điện tử), miền cấm (không chứa điện tử) và miền dẫn (là
miền trống rỗng, và khi có điện tử tự nó sẽ trở thành miền dẫn
điện).
Khi có năng lượng cung cấp, các điện tử ở miền hoá trị sẽ vượt
qua miền cấm nhảy lên miền dẫn. Vì thế, ở miền hoá trị xuất hiện
“lỗ hổng” còn ở miền dẫn xuất hiện điện tử. Mặt khác, khi cho
diot GaAs phân cực thuận thì tại lớp tiếp giáp p – n “lỗ hổng” và
điện tử sẽ chuyển động ngược chiều nhau và chúng sẽ tái hợp
với nhau. Quá trình tái hợp phát ra năng lượng dưới dạng foton.
Và, cũng giống như trường hợp laser khí, nhờ các hốc cộng hưởng
quang học và với mật độ dòng điện để phóng vào vùng p – n thích
hợp mà tạo ra dòng foton.
Nếu mật độ dòng điện nhỏ thì sẽ nhận được dòng ánh sáng kết
hợp, không nhóm và công suất nhỏ, nhưng nếu dòng điện quá cao
dễ làm cháy diot. Vì thế, thường phải làm sạch diot (bằng cách đặt

vào bình chứa nitơ lỏng hoặc chỉ cho diot làm việc với công suất
vừa phải), làm cho dòng foton đủ mạnh để xuyên qua lớp kính
mỏng trở thành tia laser.

1

1


Câu 2 Trình bày nguyên lý đo khoảng cách laser sử dụng thiết
bị phát quang học lưỡng tử loại khí Heli – Neon (He-Ne).

Khi nguồn nuôi (6) phóng điện vào ống (1) sẽ kích thích làm các
nguyên tử khí He nhảy từ mức E1lên mức E4. Sau đó, chúng va
chạm và truyền năng lượng cho các nguyên tử Ne. Các nguyên tử
Ne cũng phải chuyển sang trạng thái tương ứng với mức năng
lượng cao nhất E4. Vì, Ne là chất hoạt tính có thời gian “sống” ở
E4 rất ngắn (10-3 s), nên các điện tử của nó lập tức phản xạ tự
nhiên trở về E3, và ở đây xẩy ra hiện tượng bức xạ tự kích
làm cho chúng liên tục nhảy xuống mức năng lượng thấp hơn
E2. Lúc này, các điện tử Ne sẽ “vứt bỏ” phần năng lượng thừa vừa
tiếp nhận từ He dưới dạng các dòng foton ánh sáng lượng tử) với
vận tốc:
v = E 2  E3
h

Hay bước sóng:
Trong đó : h – hằng số plank; c – tốc độ ánh sáng trong chân
không.
Dòng foton sẽ thoát ra khỏi hai tấm kính (2) dưới góc Briuter tạo

thành dòng ánh sáng phân cực thẳng. Khi gặp hốc cộng hưởng (4)
2

2


và (5) có hệ số phản xạ toàn phần, chúng bị phản xạ qua lại nhiều
lần trong ống (1). Vì thế, sự va chạm giữa các thành phần trong
(1) tăng lên dần và các dòng foton tự khuếch đại mỗi lúc một lớn.
Và, cho đến một lúc nào đó, các hạt foton đủ năng lượng thoát
khỏi gương phẳng (4) tạo thành chùm tia sóng có mật độ năng
lượng lớn được gọi là chùm tia laser.
Câu 3 Trình bày nguyên lý chung đo khoảng cách bằng sóng
điện từ.
Nguyên lý chung xác định khoảng cách bằng sóng điện từ là bài
toán chuyển động đều, nghĩa là mối tương quan giữa khoảng cách
D với tốc độ v và thời gian t:
τ
D =v.
τ
Trong thực tế để xác định khoảng thời gian , người ta ghi nhận
thời điểm phát tín hiệu (t1) và thời điểm thu (t2) bằng một bộ thu
phát đặt tại một điểm đầu khoảng cách D. Lúc này:
(2.1)
Như vậy, độ chính xác xác định D phụ thuộc vào độ chính xác
xác định v (hay n) trong môi trường đo và độ chính xác đo
thời gian. Theo lý thuyết sai số
(2.2)
Vì tốc độ truyền sóng điện tử rất lớn nên để nhận được khoảng
τ

cách D với độ chính xác theo yêu cầu trắc địa mD thì trị số là
τ
cực kỳ nhỏ và phải xác định với m rất cao
Bản chất vật lý của các phương pháp đo khoảng cách là so sánh
để xác định độ chênh lệch của một tham số (SĐT) ở hai thời
điểm trước (phát) và sau (thu) khi truyền nó. Thông thường,
nguyên lý chế tạo máy đo xa điện tử là một tín hiệu phát đi được
chia làm hai thành phần. Thành phần thứ nhất - đặc trưng cho thời
điểm phát được truyền trực tiếp trong máy qua các bộ phận đến bộ
3

3


đo thời gian có tổng chiều dài Do (kênh chủ) gọi là tín hiệu gốc
hay tín hiệu chủ, còn thành phần thứ hai - đặc trưng cho thời điểm
thu - truyền qua hai lần khoảng cách 2D (kênh tín hiệu) gọi là tín
hiệu đo hay tín hiệu phản hồi (trong các máy đo xa dùng “quang
tuyến chuẩn Do” trong nội bộ máy thì tín hiệu truyền qua Do
cũng là tín hiệu đo).
Như vậy, hai thành phần này được tạo ra cùng một tín hiệu chỉ
khác là chúng truyền qua hai quãng đường khác nhau là Do và
2D, nghĩa là độ chênh lệch cần đo là một hàm số của hiệu (2D 
Do) trong đó có chứa khoảng cách D cần tìm.
Như trên đã nói, việc chọn một tham số nào đó để tiến hành so
sánh tín hiệu gốc và tín hiệu phản hồi sẽ xác định một phương
pháp đo khoảng cách. Có ba phương pháp chủ yếu là: phương
pháp thời gian (phương pháp xung), phương pháp tần số và
phương pháp pha.
Câu 4 Trình bày nội dung phương pháp mã hoá bàn độ trong

các máy kinh vĩ điện tử.
Các máy kinh vĩ số sử dụng phương pháp mã hóa bàn độ được gọi
là các 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 thông
thường. Phần ngoài của bàn độ (nơi người ta khắc vạch đối với
các máy kinh vĩ thông thường) được chia thành các vòng tròn
đồng tâm (thường là 5 vòng) trên đó người 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 cho chúng ta tín hiệu
(tương đương với số 1) còn hình vuông không trong suốt thì
không cho ánh sáng đi qua (tương đương với số 0). Như vậy mỗi ô
vuông sẽ là một đơn vị thông tin (1 bit). Trong các máy kinh vĩ mã
hóa người ta thường sử dụng mã truy hồi tuần hoàn. Bàn độ của
một máy kinh vĩ mã hóa có dạng như hình 3.2a.
4

4


Đối với một bàn độ như thế này thì mỗi vị trí bàn độ sẽ tương ứng
với một mã số nhất định và để đọc số trong trƣờng hợp này ngƣời
ta thay du xích thông thường bằng một cửa sổ có bề rộng là 8 bit.
Hình ảnh của bàn độ sẽ được dẫn tới bộ giải mã và số đọc sẽ được
hiện trên màn hình của máy.
Ưu điểm: Có thể dễ dàng 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 (strack) trên bàn độ. Ví dụ, nếu dùng
4 strack thì với một mã có chiều dài 8 bit (1byte) độ phân giải màn
hình sẽ là 10’ (Số đọc nhỏ nhất máy cho phép đọc được là 10’).
Nếu tăng số strack từ 4 lên 5 thì độ phân giải của bàn độ đạt được

đến cấp giây (Số đọc nhỏ nhất đạt tới 1”). Hiện nay các máy toàn
đạc điện tử cho phép đo góc chính xác tới 0.01”.
Nhược điểm: Bàn độ phải được gia công với độ chính xác rất cao
nên rất khó chế tạo.

5

5


Câu 5 Trình bày nguyên lý đo khoảng cách bằng sóng điện từ.
Câu 6 Trình bày nội dung phương pháp xung đo khoảng cách.
Bản chất của phương pháp xung là quan hệ giữa khoảng cách D
với số lượng xung phát đi m trong khoảng thời gian giữa hai thời
điểm phát (tp) và thu (tt).
Giả sử số lượng xung đếm được là m. Chu kỳ xung T X tỷ lệ
nghich với tần số f nên thời gian lan truyền xung trên khoảng cách
2D là:
τ 2 D = m.T X =

m
f

(2.3)

Thay vào (2.1) ta có:
D=

v
.m

2f

Để tiện cho việc tính toán khi thiết kế người ta chọn f = v/2 nên
số xung đếm được chính là trị số khoảng cách D cần xác định.
D=

v
v 2
m = . .m = m
2f
2 v

(2.4)
Do sự phát triển của kỹ thuật điện tử nên khối EDM loại xung
có hai dạng. Trước đây sử dụng xung điều biến và dùng đồng hồ
thạch anh, đồng hồ nguyên tử, hoặc ống tia điện tử để đo khoang
τ

thời gian . Sau khi kỹ thuật điện tử tạo xung laser có độ dài
σ=

TX
τX

τX

hẹp, chu kỳ TX lớn và độ rỗng
lớn, đồng thời dùng khóa điện
tử và bộ đếm xung thì khoảng cách D được xác định theo công
thức (2.4). Tuy nhiên, sử dụng phương pháp này thì tầm hoạt động

của máy đo xa điện tử bị hạn chế ( khoảng 4 - 5 km)
E

t

6

6
TX

τX

t


Hiện nay khối EDM của nhiều máy TĐ ĐT hoạt động theo
phương pháp xung.
*Sơ đồ nguyên lý chung của máy đo xa loại xung

Sóng điện từ (sóng mang) từ nguồn bức xạ (1) đi vào bộ điều
biến (2). Dưới tác dụng của xung điều biến được biến thành các
xung điều biên hoặc điều tần. Trong đó các xung làm điều biến
được lấy từ bộ tạo xung (3). (3) là kết quả của quá trình chuyển
hóa từ các dao động hình sin có tần số ổn định cao tạo ra bộ phát
sóng cao tần thạch anh (4)
Xung (2) qua bộ phát tín hiệu (5) truyền đến bộ phản xạ (6) rồi
quay về (7) vẫn là xung điện từ điều biên tương ứng.
Trong quá trình đó bộ đo thời gian (8) đếm thời gian từ lúc phát
xung làm điều biến và thu tín hiệu đếm khoảng thời gian.

7

7


Câu 7 Trình bày nguyên lý cấu tạo máy toàn đạc điện tử và
mục đích sử dụng của thiết bị đó trong công tác trắc địa.
a. Nguyên lý cấu tạo máy TĐĐT

Hình thức máy TĐ ĐT cũng giống như máy kinh vĩ quang học
thông thường, có nghĩa là cũng có bộ phận ống kính, định tâm cân
bằng, các ốc khóa, ốc vi động… Tuy nhiên cấu tạo bên trong khác
máy kinh vĩ thông thường rất nhiều. Có thể tóm lại một thiết bị
TĐ ĐT gồm có ba khối như hình vẽ trên. Trong đó:
- khối 1: đo khoảng cách điện tử EDM, có chức năng tự động đo
khoảng cách nghiêng D từ tâm máy đến tâm gương phản xạ ( hoặc
đến điểm ngắm trên bề mặt phản xạ)
- Khối kinh vĩ số ( DT) đo hướng hoặc đo góc bằng, góc đứng
( góc thiên đỉnh)
- khối vi xử lý trung tâm 3: cài đặt các phần mềm tiện ích để giải
các bài toán trắc địa. Dựa vào dữ liệu đo của khối EDM và DT
cùng với các dữ liệu khác như tọa độ của điểm gốc, độ cao của
điểm đặt máy, chiều cao máy, chiều cao gương cũng như các yếu
tố hiệu chỉnh vào kết quả đo như nhiệt độ, áp suất… CPU sẽ giải
bài toán xác định tọa độ và độ cao của các điểm chi tiết.
Ngoài ra nó còn có chức năng quản lý dữ liệu, giao tiếp với máy
tính nhờ sự trợ giúp của các phần mềm chuyên dụng .
Gương phản xạ: nhận và phản xạ tín hiệu.

8

8


-

-

b.mục đích sử dụng của thiết bị đó trong công tác trắc địa.
Hiện nay, máy toàn đạc đóng vai trò rất quan trọng trong lĩnh vực
xây dựng nói riêng và một vài lĩnh vực đo đạc nói chung, cụ thể
hơn máy toàn đạc điện tử được ứng dụng trong:
Các công tác đo đạc địa chính, đo đạc khảo sát địa hình, trong xây
dựng dân dụng như nhà cao tầng, cầu đường giao thông...
Đo vẽ bản đồ địa hình và xuất sang các định dạng file số liệu khác
nhau như file CAD để dễ dàng quản lý trên hệ thống máy tính điện
tử.
Được sử dụng trong công tác bố trí điểm (chuyển tọa độ điểm từ
thiết kế ra thực địa) trong xây dựng.

9

9


Câu 8 Trình bày nguyên lý cấu tạo máy toàn đạc điện tử. So
sánh sự giống và khác nhau của máy toàn đạc điện tử với máy
kinh vĩ quang học.
a. Nguyên lý cấu tạo máy TĐĐT

Hình thức máy TĐ ĐT cũng giống như máy kinh vĩ quang học
thông thường, có nghĩa là cũng có bộ phận ống kính, định tâm cân
bằng, các ốc khóa, ốc vi động… Tuy nhiên cấu tạo bên trong khác
máy kinh vĩ thông thường rất nhiều. Có thể tóm lại một thiết bị
TĐ ĐT gồm có ba khối như hình vẽ trên. Trong đó:
- khối 1: đo khoảng cách điện tử EDM, có chức năng tự động đo
khoảng cách nghiêng D từ tâm máy đến tâm gương phản xạ ( hoặc
đến điểm ngắm trên bề mặt phản xạ)
- Khối kinh vĩ số ( DT) đo hướng hoặc đo góc bằng, góc đứng
( góc thiên đỉnh)
- khối vi xử lý trung tâm 3: cài đặt các phần mềm tiện ích để giải
các bài toán trắc địa. Dựa vào dữ liệu đo của khối EDM và DT
cùng với các dữ liệu khác như tọa độ của điểm gốc, độ cao của
điểm đặt máy, chiều cao máy, chiều cao gương cũng như các yếu
tố hiệu chỉnh vào kết quả đo như nhiệt độ, áp suất… CPU sẽ giải
bài toán xác định tọa độ và độ cao của các điểm chi tiết.
Ngoài ra nó còn có chức năng quản lý dữ liệu, giao tiếp với máy
tính nhờ sự trợ giúp của các phần mềm chuyên dụng .
Gương phản xạ: nhận và phản xạ tín hiệu.
b. so sánh máy toàn đạc điện tử với kinh vĩ quang học .
10

10


* Giống nhau: Đều là thiết bị đo đạc, sữ dụng trong trắc địa có
chức năng đo góc , đo khoảng cách,
Nội
dung
Khái

niệm

Chức
năng

11

Máy kinh vĩ
quang học
May kinh vĩ
quang học là
thiết bị đo đạc
quang cơ.

Máy toàn đạc điện tử

Máy toàn đạc điện tử là một thiết bị
quang học điện tử đa năng được sử
dụng để khảo sát và xây dựng công
trình. Máy toàn đạc là 1 máy kinh vĩ
điện tử tích hợp với đo khoảng cách
điện tử (EDM), nhằm đọc được
khoảng cách giữa 2 cao điểm (điểm
đứng máy, và điểm cần đo khác).
Đo góc: Máy - Đo góc: Máy toàn đạc điện tử cũng
kinh vĩ quang tương tự như máy kinh vĩ ở chức năng
học có thể đo này là đo được góc đứng và góc bằng.
góc đứng và
- Đo khoảng cách: Máy toàn đạc kết
góc bằng.

hợp với gương hoặc các vật phản xạ
đo khoảng cách từ máy đến gương,
- Đo khoảng
điểm phản xạ hoặc giữa các gương,
cách: Máy sẽ điểm phản xạ với nhau một cách dễ
kết hợp với
dàng và chính xác cao với 3 khoảng
mia đo khoảng cách cơ bản là: Đứng, bằng, nghiêng.
cách và trên
- Đo tọa độ: Máy toàn đạc điện tử đo
cao theo
đạc và tính toán chính xác tọa độ các
phương pháp điểm gương, phản xạ & máy một cách
đo cao lượng nhanh chóng theo 3 trục: x, y, z.
giác. Dùng
===>>> Bên cạnh đó máy toàn đạc
phương pháp điện tử còn rất nhiều các menu hỗ trợ
này sẽ có sai
khác để phục vụ cho công tác đo đạc
số lớn.
khảo sát và thi công các công trình
xây dựng, giao thông, thủy lợi...
11


12

12

Câu 9 Trình bày nội dung cấu tạo của máy thu GPS.
* Cấu trúc
Để định vị GPS phải có máy thu GPS, có nhiều loại máy thu
GPS, mỗi loại được thiết kế theo yêu cầu định vị đặc thù như định
vị dẫn đường, đo đạc… Mặc dù chúng khác nhau song các máy
thu có nguyên tắc chung trong cấu tạo.
Sơ đồ cấu tạo của máy thu GPS được thể hiện theo hình sau:
An ten

Bộ tần số radio (RF)
Thiết bị điều khiển

Thiết bị ghi

Bộ vi xử lý

Bộ nguồn
a. Anten máy thu có tính đa hướng, tức là có thể thu được tín hiệu
của tất cả các vệ tinh trên chân trời ở các hướng khác nhau. Chỉ
tiêu quan trọng trong thiế kế anten là bảo đảm chính xác tâm
anten. Tâm điện tử của anten phải khép kín và trùng với tâm hình
học đồng thời không bị tác động của hiện tượng quay và nghiêng.
Yêu cầu này cần thiết cho trường hợp đo động, khi đó anten di
động trong suốt quá trình đo. Thêm vào đó, anten cũng phải có
khả năng tự loại bỏ các tín hiệu có góc cao thấp và tín hiệu đa
đường dẫn. Điều này có thể thực hiện được nhờ anten có dạng
hình nón xoáy tròn. Hiện nay phổ biến nhất là loại anten nhỏ để
trần.
13

13


Tín hiệu từ anten sau đó được truyền tới bộ tần số radio (RF _Bộ
tần số RF được giới thiệu sau). Những giá trị tín hiệu ghi lại bị hạn
chế khi xử lý code tựa ngẫu nhiên đối với mỗi vệ tinh do các tương
quan chéo rất thấp, các tín hiệu này cần được khuếch đại. Anten được
thiết kế đối với sóng tải L1 hoặc cả hai sóng tải L1, L2.
b. Bộ tần số radio (RF) được coi là trái tim của máy thu GPS. Sau khi
tín hiệu thu vào anten sẽ được xem xét phân biệt để giữa lại C/A code.
Các tín hiệu chuẩn đã được sắp xếp trước thành các đơn vị đối với mỗi
vệ tinh. Bộ phận này có khả năng phân tích logic để phân biệt các vệ
tinh theo nguyên tắc giám sát hiệu ứng Doppler. Bộ tần số radio xử lý
tín hiệu đã vào các kênh. Các máy 1 tần chỉ nhận và xử lý tín hiệu L1,
các máy hai tần sẽ nhận và xử lý cả hai tín hiệu L1 và L2. Các số liệu
nhận được bởi máy thu 2 tần sẽ được phối hợp để tính toán và loại bỏ
khúc xạ tần ion. Số lượng kênh đóng vai trò quan trọng của RF và do
vậy nó quyết định số lượng vệ tinh có thể theo dõi đồng thời.
Kết quả là trong tín hiệu y chứa cả các tần số thấp và tần số cao. Sau
khi sử dụng lọc dải thấp, phần tần số cao được loại bỏ. Phần tần số
thấp còn lại được sử dụng để xử lý. Hiệu số giữa (f 1 - f2) giữa các tần
số thường được gọi là tần số trung gian hay tần số phách.
c. Bộ vi xử lý
Có chức năng thực hiện các phép tính theo chương trình đã lập sẵn.
Ví dụ như tính toán đạo hàng tức thời từ các trị đo khoảng cách giả.
Hiện nay, các bộ vi xử lý có tốc độ xử lý rất cao.
d. Thiết bị điều khiển
Thiết bị điều khiển thực hiện khả năng phối hợp giữa người đo và
máy thu. Các lệnh được đưa vào từ các phím chức năng như vào số
hiệu điểm đo, độ cao anten… Ngoài các phím "cứng" máy thu còn có

các phím mềm thực hiện các lệnh trên màn hình.
e. Thiết bị ghi
Có nhiệm vụ ghi lại các trị đo và thông tin đạo hàng để phục vụ cho
công tác xử lý sau này. Thiết bị ghi GPS bảo đảm không bị mất khi tắt
nguồn điện. Dung lượng bộ nhớ của máy thu sẽ quyết định thời gian
thu liên tục. Dung lượng bộ nhớ thường đảm bảo ghi liên tục số liệu

14

14


đo trong nhiều giờ với số lượng vệ tinh trung bình (5-7 vệ tinh) và tần
suất ghi mặc định (15s).
f. Bộ nguồn
Bộ nguồn của máy thu GPS là pin hoặc ắc quy sạc điện. Dòng điện
sử dụng cho máy thu là dòng 1 chiều có điệp áp từ 6 đến 20 vôn.

a.

Câu 10 Trình bày nguyên lý cấu tạo máy thuỷ chuẩn điện tử.
So sánh sự giống và khác nhau của máy thủy chuẩn điện tử
với máy thủy chuẩn quang học.
nguyên lý cấu tạo của máy thủy chuẩn điện tử.
Nhìn chung, hệ thống máy thuỷ chuẩn điện tử gồm 3 phần
- Phần 1: Mia mã vạch Sokkia RAB ( Random Bi-directional
Code) Mã định hướng ngẫu nhiên hai chiều.
- Phần 2: Hệ thống ống kính: Giống như ống kính của máy thuỷ
chuẩn thông thường. Gồm có kính vật, kính điều quang, hệ thống
lăng kính phân chia ánh sáng, kính mắt...

- Phần 3: Bộ phận xử lý tín hiệu điện của máy thuỷ chuẩn kỹ thuật
số. Trong đó, quan trọng là bộ cảm biến CCD (Charge Couple
Device) biến tín hiệu ánh sáng thành tín hiệu điện.
*Giống nhau: máy thủy chuẩn quang học và máy thủy chuẩn điện
tử đều là thiết bị dùng trong công tác trắc địa, khảo sát, xây
dựng… với mục đích đo góc, đo khoảng cách và đo chênh cao.
*Khác nhau:
Nội
dung

15

Máy thủy chuẩn quang
học
Máy thủy chuẩn quang cơ:
là loại máy thủy chuẩn đo
đạc bằng cách đọc số trên
mia bằng mắt, ghi chép số
liệu sổ tay và tính toán
trên các số liệu ghi chép
được.
Cân bằng sơ bộ bằng ống
thủy tròn , sau đó cân
15

Máy thủy chuẩn điện tử
Máy thủy chuẩn điện tử:
được đo đạc bằng cách đọc
số trên mia mã vạch bằng tia
hồng ngoại, hiển thị số đọc

trên màn hình LCD và dữ
liệu được trút ra máy tính để
xử lý.
nguyên lý chung của hệ cân
bằng tự động là tính tự cân


bằng chính xác bằng cách
điều chỉnh vít nghiêng để
đưa bọt nước ống thủy dài
vào giữa thì trục ngắm sẽ
nằm ngang.
Dùng mắt thường thực
hiện việc ngắm và đo đạc,
sau đó đọc các số liệu đo
được trên mia của thiết bị.
Ghi chép vào sổ và tính
toán dựa vào các số liệu
đã thu thập được.
Số liệu thường có sai số
lớn, việc tính toán mất
thời gian mà không hiệu
quả.

16

16

bằng của con lắc khi treo nó
ở trạng thái tự do.

Dùng tia hồng ngoại để đọc
các số liệu đã đo đạc được
trước đó.
Tự động tính toán dựa trên
các phép tính do người kĩ sư
lựa chọn
Hiển thị trên màn hình LCD
các số liệu tính toán.
Dữ liệu tính toán, đo đạc có
thể được lưu trữ ở bộ nhớ
trong của thiết bị này


Câu 11 Trình bày nội dung phân loại máy thu GPS và mục
đích sử dụng chúng trong các công tác trắc địa.
* Phân loại
Các máy thu có thể được phân loại theo các tiêu chí sau:
a. Theo mục đích sử dụng
Tùy thuộc vào mục đích sử dụng và yêu cầu độ chính xác người
ta đã chế tạo ra nhiều loại máy thu GPS khác nhau. Có loại chuyên
dùng để dẫn đường (đạo hàng) trên biển, trên máy bay hoặc các
phương tiện chuyển động khác. Có loại được chế tạo gọn nhẹ
(cầm tay) chuyên dùng để xác định gần đúng vị trí điểm. Máy thu
chuyên dụng cho trắc địa có những yêu cầu rất cao về độ chính
xác tâm pha anten, khả năng lọc nhiễu…
b. Phân loại theo phương thức theo dõi
Các máy thu cũ sử dụng một số lượng ít các kênh vật lý và tự
lựa chọn theo dõi lần lượt các vệ tinh với tần suất khoảng 20 mili
giây trên mỗi kênh. Đây là nguyên tắc theo dõi lần lượt chuyển

nhanh.
Ngày nay, các máy thu được thiết kế sao cho mỗi kênh vật lý
theo dõi một vệ tinh và như vậy tất cả các vệ tinh đều được quan
trắc liên tục. Máy thu như vậy gọi là máy thu đa kênh hay máy
theo dõi song song.
Các máy thu phối hợp cả hai nguyên tắc trên gọi là máy thu kết
hợp.
c. Phân loại theo tần số sử dụng
Theo tần số có thể chia máy thu GPS thành các loại sau:
- Máy thu 1 tần (L1)
- Máy thu 2 tần ( L1 và L2)
Các máy thu 1 tần phù hợp cho đo các cạnh có chiều dài nhỏ
hơn 10 km hoặc đến 20 km. Các máy thu 2 tần phù hợp với
khoảng cách dài.
*Mục đích sữ dụng
17

17


Máy thu GPS thu nhận thông tin từ các vệ tinh, sau đó tính toán
ra vị trí của máy thu trên mặt đất.
Mặt ưu điểm khi sử dụng thiết bị này là cho phép chúng ta theo
dõi, nhận biết thông tin liên tục, với thời gian thực (Online – Real
Time). Thông tin sẽ năng cao giá trị khi thông tin đó trung thực và
có ngay khi cần, Thiết bị có thể thay con người thực hiện một số
lệnh như chụp ảnh, tắt hay khởi động máy từ xa …Nhưng vì thế
cũng có những điểm yếu của thiết bị, nếu không có tín hiệu GPS,
GPRS, GSM hay xấu nhất là không có các tín hiệu đó cùng một
lúc thì thiết bị coi như bị vô hiệu hóa. Mặc dù trên thực tế tín hiệu

GPS rất it khi mất (Khi chiến tranh xảy ra Bộ Quốc phồng Mỹ
mới tắt Hệ thống Định vị GPS), nhưng trường hợp mất GPRS hay
GSM thường hay xảy ra, điều này phụ thuộc vùng phủ sóng và
chất lượng mạng di động của các nhà cung cấp mạng.
Câu 12 Trình bày cấu trúc của máy thu GPS và phương pháp
phân loại chúng trong công tác trắc địa.
* Cấu trúc
Để định vị GPS phải có máy thu GPS, có nhiều loại máy thu
GPS, mỗi loại được thiết kế theo yêu cầu định vị đặc thù như định
vị dẫn đường, đo đạc… Mặc dù chúng khác nhau song các máy
thu có nguyên tắc chung trong cấu tạo.
Sơ đồ cấu tạo của máy thu GPS được thể hiện theo hình sau:
An ten

Bộ tần số radio (RF)
Thiết bị điều khiển

Bộ vi xử lý

18

18

Bộ nguồn

Thiết bị ghi


19

19


a. Anten máy thu có tính đa hướng, tức là có thể thu được tín hiệu
của tất cả các vệ tinh trên chân trời ở các hướng khác nhau. Chỉ
tiêu quan trọng trong thiế kế anten là bảo đảm chính xác tâm
anten. Tâm điện tử của anten phải khép kín và trùng với tâm hình
học đồng thời không bị tác động của hiện tượng quay và nghiêng.
Yêu cầu này cần thiết cho trường hợp đo động, khi đó anten di
động trong suốt quá trình đo. Thêm vào đó, anten cũng phải có
khả năng tự loại bỏ các tín hiệu có góc cao thấp và tín hiệu đa
đường dẫn. Điều này có thể thực hiện được nhờ anten có dạng
hình nón xoáy tròn. Hiện nay phổ biến nhất là loại anten nhỏ để
trần.
Tín hiệu từ anten sau đó được truyền tới bộ tần số radio (RF _Bộ
tần số RF được giới thiệu sau). Những giá trị tín hiệu ghi lại bị hạn
chế khi xử lý code tựa ngẫu nhiên đối với mỗi vệ tinh do các
tương quan chéo rất thấp, các tín hiệu này cần được khuếch đại.
Anten được thiết kế đối với sóng tải L1 hoặc cả hai sóng tải L1,
L2.
b. Bộ tần số radio (RF) được coi là trái tim của máy thu GPS. Sau
khi tín hiệu thu vào anten sẽ được xem xét phân biệt để giữa lại
C/A code. Các tín hiệu chuẩn đã được sắp xếp trước thành các đơn
vị đối với mỗi vệ tinh. Bộ phận này có khả năng phân tích logic để
phân biệt các vệ tinh theo nguyên tắc giám sát hiệu ứng Doppler.
Bộ tần số radio xử lý tín hiệu đã vào các kênh. Các máy 1 tần chỉ
nhận và xử lý tín hiệu L1, các máy hai tần sẽ nhận và xử lý cả hai
tín hiệu L1 và L2. Các số liệu nhận được bởi máy thu 2 tần sẽ
được phối hợp để tính toán và loại bỏ khúc xạ tần ion. Số lượng
kênh đóng vai trò quan trọng của RF và do vậy nó quyết định số

lượng vệ tinh có thể theo dõi đồng thời.
Kết quả là trong tín hiệu y chứa cả các tần số thấp và tần số cao.
Sau khi sử dụng lọc dải thấp, phần tần số cao được loại bỏ. Phần
tần số thấp còn lại được sử dụng để xử lý. Hiệu số giữa (f 1 - f2)
giữa các tần số thường được gọi là tần số trung gian hay tần số
phách.
20
20


21

21


c. Bộ vi xử lý
Có chức năng thực hiện các phép tính theo chương trình đã lập
sẵn. Ví dụ như tính toán đạo hàng tức thời từ các trị đo khoảng
cách giả. Hiện nay, các bộ vi xử lý có tốc độ xử lý rất cao.
d. Thiết bị điều khiển
Thiết bị điều khiển thực hiện khả năng phối hợp giữa người đo
và máy thu. Các lệnh được đưa vào từ các phím chức năng như
vào số hiệu điểm đo, độ cao anten… Ngoài các phím "cứng" máy
thu còn có các phím mềm thực hiện các lệnh trên màn hình.
e. Thiết bị ghi
Có nhiệm vụ ghi lại các trị đo và thông tin đạo hàng để phục vụ
cho công tác xử lý sau này. Thiết bị ghi GPS bảo đảm không bị
mất khi tắt nguồn điện. Dung lượng bộ nhớ của máy thu sẽ quyết
định thời gian thu liên tục. Dung lượng bộ nhớ thường đảm bảo
ghi liên tục số liệu đo trong nhiều giờ với số lượng vệ tinh trung

bình (5-7 vệ tinh) và tần suất ghi mặc định (15s).
f. Bộ nguồn
Bộ nguồn của máy thu GPS là pin hoặc ắc quy sạc điện. Dòng
điện sử dụng cho máy thu là dòng 1 chiều có điệp áp từ 6 đến 20
vôn.
* Phân loại trong trắc địa
a. Theo chức năng sử dụng
- Định vị, dẫn đường (đxc thấp): Máy đơn kênh, mã C/A, độ chính
xác <100m
- Dùng cho vẽ bản đồ, dẫn đường độ chính xác cao:
+ Máy 1 tần, đa kênh (4-12 kênh), mã C/A, đcx là <100m (không
hỗ trợ) hoặc 3-5m (DGPS).
+ Máy đa tần, đa kênh (8-12 kênh), song mang L1/L2, đcx tới cỡ
mm(DGPS).
b. Phân loại theo độ chính xác
- Độ chính xác cao: là loại máy thu đa tần số đắt tiền nhất hiện nay
được sử dụng trong trắc địa. Thiết bị phần cứng phức tạp nên dùng
khó khan : Trimble 4800, Topcon Legacy, Topcon Hiper
Series….cũng là loại máy thu 1 tần nhưng có cấu tạo gọn nhẹ nhất
22
22


( thường là máy thu cầm tay) và rẻ tiền nhất thường được dung
cho các mục đích định vị hằng hải, du lịch,…Lowrance 200,
Garmin III+, Magenlan…
- Đcx TB: Là loại máy thu 1 tần số, có cấu tạo đơn giản dễ mang
vác và dễ sử dụng cho thu thập DL phục vụ bản đồ và GIS:
Trimble Geo-explorer XT, Ashtech Reliance…
Đcx thấp:

c. Phân loại theo tần số sử dụng
Theo tần số có thể chia máy thu GPS thành các loại sau:
- Máy thu 1 tần (L1) chỉ nhận dược các mã phát đi với sóng
mang L1.
- Máy thu 2 tần ( L1 và L2) nhận được cả 2 loại song mang L1
và L2.
Các máy thu 1 tần phù hợp cho đo các cạnh có chiều dài nhỏ
hơn 10 km hoặc đến 20 km. Các máy thu 2 tần phù hợp với
khoảng cách dài.

23

23


Câu 13: Trình bày cấu tạo và cơ sở toán học của máy quét
laser 3D
1. Nguyên lý cấu tạo
- Cơ sở toán học
Tọa độ của một điểm (đối tượng 3D) được quét và đo bằng laser.
Trước hết xây dựng một hệ tọa độ không gian 3 chiều. Trục Z
song zong với tia laser, mặt phẳng XY vuông góc với Z.
Một đối tượng có khoảng cách L tới tâm nguồn quét. Như vậy
giá trị tọa độ điểm chi tiết được hiển thị theo giá trị tọa độ tính
được trong hệ tọa độ không gian 3 chiều

24

24

- Các thành phần của hệ thống

Hệ thống bao gồm phần cứng và phần mềm. Hệ thống phần
cứng chủ yếu bao gồm máy đo khoảng cách laser, bộ cảm biến
hình ảnh và máy tính. Phần mềm bao gồm các chương trình tính
tọa độ điểm chi tiết, mô phỏng hình ảnh của đối tượng.
II. BÀI TẬP
Các dạng bài về tính sai số trung phương đo nhiều lần 1 góc, 1
cạnh

25

25