Chuyển đổi độ cao qua chướng ngại vật bằng công nghệ gps

Bộ giáo dục và đào tạo
Trường đại học mỏ - Địa chất

Nguyễn thanh tùng

Chuyền độ cao qua chướng ngại vật
bằng Công nghệ GPS

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Hà Nội - 2010



Bộ giáo dục và đào tạo
Trường đại học mỏ - Địa chất

Nguyễn thanh tùng

Chuyền độ cao qua chướng ngại vật
bằng Công nghệ GPS
Chuyên ngành: Kỹ thuật trắc địa
MÃ số : 60.52.85

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Người hướng dẫn khoa học:
TS. Lê Minh Tá

Hà Nội - 2010

1

LỜI CAM ðOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số
liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng ñược ai cơng bố
trong bất kỳ cơng trình nào khác.
Hà nội, ngày

tháng

năm 2010

Tác giả luận văn

Nguyễn Thanh Tùng


2

MỤC LỤC
Trang
Lời cam ñoan …………………………………………………………………1
Mục lục ……………………………………………………………………….2
Danh mục các bảng biểu ……………………………………………….……..3
Danh mục các hình vẽ……....…………………………………………...……5
MỞ ðẦU ……………………………………………………………………..6
Chương 1 - CÁC HỆ THỐNG ðỘ CAO VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ðO
CAO SỬ DỤNG ðỂ CHUYỀN ðỘ CAO QUA CHƯỚNG NGẠI VẬT …..9

1.1. Các hệ thống ñộ cao ………………………………………………….9
1.2. Các phương pháp chuyền ñộ cao qua chướng ngại vật …………......13
Chương 2 - CÔNG NGHỆ GPS VÀ ỨNG DỤNG ðỂ CHUYỀN
ðỘ CAO……………………………... ………………………………….….22
2.1. Giới thiệu chung về hệ thống định vị tồn cầu GPS …………….….22
2.2. Nguyên tắc xác ñịnh ñộ cao trên cơ sở sử dụng kết quả ño GPS …..49
Chương 3 - CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PHƯƠNG PHÁP CHUYỀN
ðỘ CAO QUA CHƯỚNG NGẠI VẬT BẰNG CÔNG NGHỆ GPS KẾT
HỢP ðO THỦY CHUẨN HÌNH HỌC …………………………………….53
3.1. Ngun tắc chung ……………………………………………..…….53
3.2. Xác định ñộ cao trắc ñịa từ kết quả ño GPS …………………….…..54
3.3. Xác ñịnh hiệu dị thường ñộ cao ………………………………..……57
Chương 4 - TÍNH TỐN THỰC NGHIỆM ………………………….....….71
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ …………………………………………..…..86
TÀI LIỆU THAM KHẢO ……………………………………………..……87
PHỤ LỤC ……………………………………………………………..…….89


3

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Trang
Bảng 2.1 Sơ ñồ liên hệ giữa các sóng tải và các Code điều biến…………24
Bảng 3.1 Ảnh hưởng của sai số vị trí điểm đến độ cao trắc ñịa…………..56
Bảng 3.2 Quy ñịnh giới hạn khép ñường, khép vịng độ cao theo cấp hạng..
68
Bảng 3.3 Sai số giới hạn nội suy hiệu dị thường ñộ cao và chênh cao nhận
ñược ứng với các cấp hạng thuỷ chuẩn……………………………...………70
Bảng 4.1 Một số tính năng kỹ thuật của máy NA2…………………... ……76
Bảng 4.2 Số liệu ño thuỷ chuẩn hạng II Từ Liêm - Hà Nội…………...……77

Bảng 4.3 Kết quả tính hiệu dị thường ñộ cao cho các ñoạn trung gian….….78
Bảng 4.4 Kết quả tính góc nghiêng cho các đoạn trung gian……………….79
Bảng 4.5 Kết quả nội suy góc nghiêng và hiệu dị thường ñộ cao cho ñoạn
vượt chướng ngại vật………………………………...………………………80
Bảng 4.6 Kết quả nội suy hiệu ñộ cao thuỷ chuẩn cho ñoạn vượt chướng ngại
vật……………………………………………………………………………80
Bảng 4.7 Số liệu ño GPS và thuỷ chuẩn hạng III…………………………...82
Bảng 4.8 Kết quả tính hiệu dị thường độ cao cho hai đoạn trung gian khi
khơng tính ảnh hưởng địa hình………………………………………………82
Bảng 4.9 Kết quả nội suy góc nghiêng cho hai đoạn trung gian khi khơng tính
ảnh hưởng địa hình …………………………………………………….……83
Bảng 4.10 Kết qủa tính hiệu dị thường độ cao cho đoạn vượt chướng ngại vật
khi khơng tính ảnh hưởng ñịa hình……………………………………….….83
Bảng 4.11 Kết quả nội suy hiệu số ñộ cao thuỷ chuẩn cho đoạn vượt chướng
ngại vật khi khơng tính ảnh hưởng địa hình…………………...…………….83
Bảng 4.12 ðộ cao trung bình của các điểm…………………………………84
Bảng 4.13 Kết quả tính số hiệu chỉnh ñịa hình…………………….....…….84


4

Bảng 4.14 Kết quả tính hiệu dị thường độ cho các đoạn trung gian khi tính
ảnh hưởng địa hình…………………………………………………….…….84
Bảng 4.15 Kết quả tính góc nghiêng cho hai đoạn trung gian khi tính ảnh
hưởng địa hình…………………………....……………………………….…85
Bảng 4.16 Kết quả nội suy góc nghiêng cho đoạn vượt chướng ngại vật khi
tính ảnh hưởng địa hình………………………………………………..…….85
Bảng 4.17 Kết quả nội suy hiệu độ cao thuỷ chuẩn cho đoạn vượt chướng
ngại vật khi tính ảnh hưởng địa hình………………………………..….........85

5

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Trang
Hình 1.1 Ngun lý đo cao …………………………………………….…..10
Hình 1.2 Bảng ngắm chuyên dụng ……………………………………..….14
Hình 1.3 ðồ hình bố trí chuyền độ cao qua sơng bằng phương pháp sử
dụng bảng ngắm chun dụng …………………………...………15
Hình 1.4 Ngun tắc đo theo phương pháp tia ngắm nghiêng ………….…16
Hình 1.5 Nguyên tắc đo cao lượng giác ………………………………..….18
Hình 1.6 Sơ đồ bố trí trạm đo thuỷ chuẩn thuỷ tĩnh qua sơng …..…...……20
Hình 2.1 Hệ thống vệ tinh …………………………………………………22
Hình 2.2 Cấu tạo hệ thống GPS ……………………...…………..……….23
Hình 2.3 Vệ tinh …………………………………………..……………….25
Hình 2.4 Các trạm điều khiển ……………………………………….……..25
Hình 2.5

Xác định hiệu số giữa các thời điểm …………………….…...…28

Hình 2.6

Ngun tắc định vị tuyệt đối ………………………...…….……31

Hình 2.7

Ngun tắc ñịnh vị vi phân …………………………..………….33

Hình 2.8

Sai phân bậc 1 …………………………………..……………….35

Hình 2.9

Sai phân bậc 2 ………………………………………………..….35

Hình 2.10 Sai phân bậc 3 …………………………………..……………….36
Hình 2.11 Ngun tắc xác định độ cao …………………………..…………50
Hình 3.1

Ngun tắc xác định độ cao trắc địa …………….………………54

Hình 3.2 Ảnh hưởng của sai số vị trí điểm đến độ cao trắc địa …...…...….55
Hình 3.3 Sơ đồ bố trí đoạn đo qua sơng …………………….……………..64
Hình 4.1 Sơ đồ bố trí tuyến đo thực nghiệm Từ Liêm - Hà Nội ………......72
Hình 4.2 Sơ ñồ lưới thuỷ chuẩn Từ Liêm - Hà Nội ………...…….……….75
Hình 4.3 Sơ đồ bố trí tuyến thực nghiệm Cẩm Phả - Mông Dương …....…82


6

MỞ ðẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
ðể xây dựng các mạng lưới ñộ cao hoặc phục vụ cho một cơng tác trắc
địa cụ thể nào đó với độ chính xác cần thiết, có thể chúng ta phải chuyền độ
cao qua các chướng ngại vật như: Sơng lớn, đầm lầy, núi cao… Trong những
trường hợp đó thường phải sử dụng các phương pháp như đo cao lượng giác,
đo cao hình học tia ngắm dài có sử dụng bảng ngắm chuyên dụng.
Phương pháp đo cao lượng giác có thể dễ dàng giải quyết được trong
những điều kiện địa hình khó khăn, phức tạp nhưng có độ chính xác thấp và

khó có thể đạt được độ chính xác như mong muốn vì có nhiều nguồn sai số
ảnh hưởng đến kết quả đo như sai số đo góc đứng, sai số đo chiều dài cạnh …
và do bản chất của ñộ cao lượng giác khơng cùng với hệ độ cao chính hay độ
cao thường (gọi là ñộ cao thuỷ chuẩn) mà chúng ta cần xác định. Chỉ tính
riêng ảnh hưởng của sai số ño góc ñứng ñến hiệu số ñộ cao lượng giác giữa 2
điểm, nếu sai số góc đứng là 3” trên khoảng cách cần chuyền độ cao là 2 Km
thì sai số đó đã làm sai lệch hiệu số độ cao cỡ 30 mm, tức là tương ñương với
sai số giới hạn chuyền ñộ cao hạng IV (20 L )
ðối với phương pháp đo cao hình học tia ngắm dài có sự hỗ trợ của
bảng ngắm có thể đạt được độ chính xác cao, song việc tổ chức đo lại khá
cồng kềnh và đối với nơi địa hình khơng bằng phẳng, hai điểm chuyền độ cao
có chênh cao lớn thì khơng thể áp dụng được. Vì vậy, việc nghiên cứu áp
dụng kỹ thuật đo mới chuyền độ cao bằng cơng nghệ GPS qua chướng ngại
vật mang ý nghĩa thời sự và thiết thực.
Xuất phát từ yêu cầu thực tiễn nêu trên chúng tơi tiến hành nghiên cứu đề
tài:
“ Chuyền độ cao qua chướng ngại vật bằng công nghệ GPS”


7

2. Mục đích nghiên cứu của đề tài
- Nghiên cứu phương pháp đo cao GPS thay cho đo cao hình học trong
những điều kiện địa hình khó khăn, phức tạp như sơng, hồ, đầm lầy, núi, …
- Rút ra được kết luận về độ chính xác và khả năng ứng dụng của
phương pháp.
3. ðối tượng và phạm vi nghiên cứu của ñề tài
- ðối tượng nghiên cứu của ñề tài là phương pháp chuyền độ cao bằng
cơng nghệ GPS kết hợp với số liệu đo thuỷ chuẩn hình học chính xác
- Phạm vi nghiên cứu của ñề tài là những nơi địa hình vượt chướng

ngại vật như sơng lớn, địa hình đồi núi.
4. Nội dung nghiên cứu của đề tài
ðể ñạt ñược các mục ñích ñề ra, luận văn cần tập chung vào các nhiệm
vụ chính sau:
- Nghiên cứu các hệ thống ñộ cao và các phương pháp chuyền ñộ cao
trong những trường hợp khó khăn phức tạp (qua chướng ngại vật).
- Nghiên cứu tổng quan về hệ thống ñịnh vị tồn cầu (GPS).
- Ngun lý xác định độ cao thuỷ chuẩn bằng cơng nghệ GPS kết hợp
đo thuỷ chuẩn hình học.
- Dùng số liệu thực tế để đánh giá kết quả nghiên cứu.
5. Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu lý thuyết và đo đạc tính tốn thực nghiệm nhằm khẳng ñịnh
tính ñúng ñắn của cơ sở lý thuyết.
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của ñề tài
- Ý nghĩa khoa học: ðề tài nghiên cứu phương pháp mới dùng cơng
nghệ GPS để chuyền độ cao qua chướng ngại vật, qua những nơi có địa hình
khó khăn phức tạp


8

- Ý nghĩa thực tiễn: ðề tài nghiên cứu nhằm giải quyết những khó khăn
trong thực tế sản xuất đang gặp phải đó là chuyền độ cao ở những khu vực
khó khăn phức tạp, qua chướng ngại vật mà phương pháp đo cao hình học áp
dụng rất khó khăn thậm chí khơng áp dụng được.
7. Cấu trúc của luận văn
Luận văn được trình bày trong 89 trang, nội dung bao gồm mở ñầu, bốn
chương và phần kết luận và kiến nghị.
Mở ñầu
Chương 1: Các hệ thống ñộ cao và các phương pháp ño cao sử dụng ñể

chuyền ñộ cao qua chướng ngại vật
Chương 2: Công nghệ GPS và ứng dụng ñể chuyền ñộ cao
Chương 3: Cơ sở lý thuyết của phương pháp chuyền độ cao qua
chướng ngại vật bằng cơng nghệ GPS kết hợp đo thuỷ chuẩn hình học
Chương 4: Tính tốn thực nghiệm
Kết luận và kiến nghị
Tài liệu tham khảo
Phụ lục
Trong bản luận văn có trình bày các bảng biểu và hình vẽ bao gồm 21
bảng và 23 hình vẽ.
Trong q trình thực hiện đề tài và hồn thiện bản luận văn, tác giả ñã
nhận ñược sự giúp ñỡ tận tình của thầy giáo TS. Lê Minh Tá cùng các thầy cơ
trong bộ mơn trắc địa cao cấp cùng các bạn bè ñồng nghiệp.
Do thời gian hạn chế, kinh nghiệm và kiến thức có hạn nên bản luận
văn này khơng tránh khỏi thiếu sót. Tơi rất mong nhận được những ý kiến
đóng góp q báu để cho những kết quả nghiên cứu của luận văn này được
hồn thiện, ứng dụng có hiệu quả hơn.
Xin chân thành cảm ơn.


9

Chương 1. CÁC HỆ THỐNG ðỘ CAO VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ðO
CAO SỬ DỤNG ðỂ CHUYỀN ðỘ CAO QUA CHƯỚNG NGẠI VẬT
1.1.

Các hệ thống ñộ cao

1.1.1. Những vấn ñề chung về độ cao
Trong cơng tác trắc địa bản đồ, để xác định vị trí của một điểm trên bề

mặt trái ñất, ngoài việc xác ñịnh toạ ñộ mặt bằng chúng ta cịn quan tâm tới
độ cao của nó trong hệ thống độ cao thống nhất. Trong hệ toạ độ khơng gian,
một điểm bất kỳ ln được thể hiện bởi 3 thành phần toạ độ (X, Y, Z). Ngồi
ra, cịn có thể biểu diễn theo hệ toạ ñộ trắc ñịa (B, L, H), trong đó, H là độ cao
trắc địa hay cịn gọi là độ cao so với Elipxoid. ðã nói ñến hệ toạ ñộ trắc ñịa là
gắn với một Elipxoid có hình dạng, kích thước xác định và được định vị so
với trái đất, chúng ta thường gọi đó là Elipxoid thực dụng.
Dựa vào các hệ toạ ñộ giúp con người quản lý được vị trí của các điểm
trên quy mơ tồn cầu. Trong một số trường hợp người ta xây dựng các hệ toạ
độ vng góc phẳng cho từng khu vực nhỏ trên bề mặt trái ñất theo một phép
chiếu nào đó và chấp nhận theo các biến dạng nào đó do chuyển đổi từ mặt
bậc hai (Elipxoid) sang mặt bậc nhất (mặt phẳng).
Trong thực tế, ñộ cao trắc địa H hầu như ít được sử dụng vì nó chỉ mang
ý nghĩa hình học thuần t mà khơng mang ý nghĩa vật lý cơ bản. Trong khi
đó phần lớn các ngành khoa học khi nghiên cứu một vấn ñề gì đó thường gắn
liền với các tính chất vật lý của trái đất ( xây dựng, giao thơng, thuỷ lợi, mơi
trường,…)
Khác với toạ độ mặt bằng, lý thuyết độ cao ñược xây dựng trên cơ sở
thế trọng trường và liên quan đến nó là hàng loạt các khái niệm như: Thế hấp
dẫn, thế ly tâm, mặt ñẳng thế, giá trị trọng lực, …


10

ðể xác ñịnh ñộ cao tại các ñiểm trên mặt ñất người ta phải tiến hành ño
cao, ñây là một trong các dạng cơng việc đặc thù trong cơng tác ño ñạc cơ bản
của trắc ñịa. Tuỳ theo phương pháp chỉnh lý kết quả đo mà độ cao có các tên
gọi khác nhau như: ðộ cao chính, độ cao thường, ñộ cao ñộng học.
B

WB

M
g i dhi

W0

g i d hi

Geoid

O

N

Hình 1.1. Nguyên lý ño cao
Xét bản chất của việc xác ñịnh ñộ cao bằng phương pháp thuỷ chuẩn
hình học. Các mặt thủy chuẩn (các mặt đẳng thế) khơng song song với nhau,
khi dẫn ñộ cao theo phương pháp cơ bản là ño thủy chuẩn, thực chất ta ñã ño
ra chênh cao của hai mặt thủy chuẩn ñi qua hai ñiểm dựng mia. Như hình
(1.1), nếu ta dẫn độ cao từ điểm ñộ cao gốc O ñến ñiểm B theo ñường OMB,
ta có:
n

H B − H O = ∑ dhi

(1.1)

i =1

Nếu ta dẫn ñộ cao theo ñường OMB là ñường ñi qua mặt ñẳng thế gốc
và ñường sức ñi qua B, ta có:
n

H B − H 0 = ∑ dhi

(1.2)

i =1

Nếu các mặt đẳng thế khơng song song với nhau thì tất nhiên

∑ dh ≠ ∑ dh
i

nhau.

i

, vậy dẫn ñộ cao ñi theo các tuyến khác nhau sẽ cho kết quả khác


11

Từ cơng thức: dh = −

dw
, ta có thể viết:
g

∑ g d h = ∑ g dh
i

i

i

i

= W0 − WB

(1.3)

Trong (1.3), gi là giá trị trọng lực tương ứng với trạm ño dhi
g i là giá trị trọng lực dọc theo ñường sức qua B ứng với

d hi

Như vậy, ñể nhận ñược tổng chênh cao ta phải ñưa ra khỏi dấu ∑ giá
trị trọng lực sao cho ñể dẫn ñộ cao từ O ñến B ñi theo tuyến nào cũng nhận
được hiệu độ cao như nhau. Việc làm này chính là việc xử lý tốn học đưa kết
quả về một hệ độ cao nào đó.
1.1.2. ðộ cao chính ( Hg)
ðộ cao chính của một điểm là khoảng cách từ điểm đó tới mặt Geoid
tính theo đường sức

B

1
H = ∑ dhi =

gdh
g m ∫0
i =1
n

g
B

(1.4)

Như vậy để có độ cao chính, từ (1.3) chúng ta đã thay dấu tổng bằng
dấu tích phân ñường và thay

gm =

1 n
∑ g i là giá trị trọng lực trung bình dọc
n i =1

đường sức qua B.
Cơng thức (1.4) là cơng thức lý thuyết, có thể diễn đạt tóm tắt hơn
(1.5)

H Bg = H Bdo + f

f =

1

γm

B

∫ ( g − λ )dh −
0

g B m − λB m
g Bm

(1.6)

Trong (1.5) , H Bdo là kết quả ño thủy chuẩn, f là số hiệu chỉnh về ñộ cao
chính.


12

1.1.3. ðộ cao thường (Hγ)
ðể tính độ cao chính ta cần có g m , đây là điều khơng xác ñịnh ñược
chính xác. ðể khắc phục nhược ñiểm này của hệ độ cao chính, viện sĩ người
Nga Moledenxki đưa ra cách xác ñịnh ñộ cao gọi là hệ ñộ cao thường.
ðộ cao thường của một ñiểm là khoảng cách từ điểm đó đến mặt
Kvadigeoid.Ta có cơng thức lý thuyết của ñộ cao thường.
HB =

λ=

B

1

λ

λm

1

γ Bm

∫ gdh = H

do
B

(1.7)

+λ

0

B

∫ (γ − λ0 )dh +
0

B

1

γ Bm

∫ (g − γ )dh

(1.8)

0

λ trong (1.7) là số hiệu chỉnh ñể chuyển trị ño về hệ ñộ cao thường.

Cả hệ ñộ cao chính và thường ñều cho ta kết quả dẫn ñộ cao từ một
ñiểm gốc ñến một ñiểm nào ñó, dù ñi theo các ñường khác nhau nhưng chỉ có
một độ cao trong hệ độ cao lựa chọn.
1.1.4. ðộ cao ñộng học (Hd)
Cả hai hệ thống độ cao là độ cao chính và độ cao thường có cùng
nhược điểm là trên cùng một mặt đẳng thế W, ở các vị trí địa lý ϕ khác nhau
sẽ có độ cao khác nhau. Mặt nước hồ Baican n tĩnh tính theo hệ độ cao
chính bờ Bắc -bờ Nam cách nhau 450 km có chênh cao 0.165 m. Trong cuộc
sống hàng ngày nước chỉ chảy khi có chênh cao. Vì vậy, trong tính tốn các
cơng trình thuỷ lợi và các trường hợp khác, trước dấu tích phân người ta chia
cho 1 giá trị duy nhất nào đó, ví dụ

γ 45

0

hoặc

γϕ

với ϕ lựa chọn, nói cách

khác, ta chia cho giá trị trọng lực thường ở vĩ ñộ 450 hoặc ñộ vĩ trung bình của
khu vực xây dung lưới ñộ cao ϕ
Cơng thức tính độ cao động học:


13

H d=

1

γ 45

∫ gdh = H

do
B

+ψ

(1.9)

0

ψ là số hiệu chỉnh cần cộng vào kết quả đo.
ðộ cao động học tính theo cơng thức (1.9) đối với cùng một mặt nước
là ñồng nhất bởi vì γϕ và ∫ gdh là những ñại lượng không ñổi. ðể ñộ cao ñộng
học không sai khác so với độ cao thường và độ cao chính, trọng lực nên tính ở
vĩ độ trung bình của vùng nước. Như trong ñịnh nghĩa ñộ cao ñộng học khác

với độ cao thường, nên nó khơng thể làm hệ thống ñộ cao thống nhất mà chỉ
là hệ thống ñộ cao khu vực. Vì vậy, độ cao động học được áp dụng ñể giải
quyết các vấn ñề kỹ thuật trong khu vực.
1.2. Các phương pháp chuyền ñộ cao qua chướng ngại vật
1.2.1. Phương pháp sử dụng bảng ngắm ñể chuyền ñộ cao qua chướng ngại vật
ðo cao thuỷ chuẩn là phương pháp đo cao truyền thống có lịch sử hình
thành và phát triển từ nhiều thế kỷ nay. Nó được xem là phương pháp đo cao
chính xác nhất với quy mơ trải dài hàng trăm, hàng nghìn kilơmét. Tuy vậy,
đây là dạng đo đạc khá tốn cơng sức và có hạn chế cơ bản là khơng khả thi
trong điều kiện mặt ñất có ñộ dốc lớn hoặc bị ngăn cách bởi sơng lớn, sình
lầy, bị bao phủ bởi biển cả, …
Mạng lưới thuỷ chuẩn các cấp của nước ta chạy dài từ Bắc xuống Nam,
lại có sơng ngịi chảy theo hướng Tây - ðơng đổ ra biển ðơng, nhiều tuyến
thuỷ chuẩn vượt qua sông lớn. Ở miền núi khi vượt thung lũng lớn, đi lại khó
khăn, khi dẫn độ cao đến các trạm nghiệm triều ở trên các ñảo cách xa ñất liền
người ta ñều dùng kỹ thuật ño thuỷ chuẩn vượt vật chướng ngại mà điển hình
lấy trường hợp vượt sơng để nghiên cứu.


14

Vì vẫn là đo thuỷ chuẩn nên vẫn có mia cùng bờ đo được bình thường
và mia bờ xa phải xử lý đặc biệt. Với mia bờ xa vì khơng nhìn thấy vạch khắc
trên mia nên người ta phải làm ra bảng ngắm. Bảng ngắm là vịng trịn đen
trắng đồng tâm hoặc bảng đen với vạch ngắm trắng như hình (1.2). ðộ rộng
của vạch ngắm tỉ lệ với khoảng ngắm vượt sơng. Giữa bảng ngắm có ơ cửa sổ
và vạch mốc để đọc được vị trí vạch mốc trên mia. Dùng thước chuẩn ñể xác
ñịnh khoảng cách từ vạch mốc ñến tâm vạch ngắm, sau khi gắn bảng ngắm
lên mia, ta có thể tính ra vị trí vạch ngắm trên mia để tham gia tính tốn sau
này. ðể tiện sử dụng, bảng ngắm có vít gắn nó vào mia chắc chắn nhưng lại

có ốc vi động để điều chỉnh độ cao của bảng ngắm khi cần thiết.

Hình 1.2. Bảng ngắm chun dụng
1.2.1.1. ðồ hình vượt sơng
Nơi chọn để chuyền độ cao thuỷ chuẩn qua sơng phải là nơi sơng có
chiều rộng ngắn nhất, tiện ño ngắm trên bờ và tiện ñi lại vượt sông giữa hai
bờ. Dùng bản ñồ hoặc máy ño xa hay bản thân máy thuỷ chuẩn ñể xác định
chiều dài vượt sơng và sau đó lựa chọn hay thiết kế bảng ngắm. ðồ hình vượt
sơng có thể bố trí như sau:


15

B1

b1

M1

M1

b1

B1

b1

S1

S1

M2

S2

b2

S2
S«ng

S2

B2

b2

S«ng

S«ng

S1

M1

M2

S3

b2

b4

S4

M2

b3

Hình 1.3. ðồ hình bố trí chuyền độ cao qua sông bằng phương pháp
sử dụng bảng ngắm chuyên dụng
1.2.1.2. Phương pháp đo
Tùy theo khoảng ngắm vượt sơng ngắn hay dài, người ta áp dụng
phương pháp trùng hợp hoặc phương pháp tia ngắm nghiêng.
1. Phương pháp trùng hợp
Phương pháp trùng hợp áp dụng khi chiều dài khoảng ngắm vượt sông
nhỏ hơn 400 m. Lúc này người ta dùng bảng ngắm có 1 vạch ngắm,
Sau khi ñọc số trên mia cùng bờ, máy ngắm mia bờ xa. Người ño
hướng dẫn người coi mia ở bờ xa, xê dịch bảng ngắm thô và vi động cho tới
khi vạch ngắm gần với vị trí tia ngắm nằm ngang. Số ñọc trên mia bờ xa gồm
2 phần: Phần ñọc trên mia nhờ vạch mốc của bảng ngắm do người coi mia
báo về, và phần ñọc trên núm ño cực nhỏ do người ñứng máy dùng chỉ hình
nêm kẹp vạch rồi đọc số.
2. Phương pháp tia ngắm nghiêng
Phương pháp tia ngắm nghiêng áp dụng khi khoảng ngắm vượt sông
lớn hơn 400 m. Lúc này người ta thiết kế 2 bảng ngắm, mỗi bảng ngắm có 2
vạch ngắm. Khi chuẩn bị người ta chọn chỗ ñặt máy, chỗ ñặt mia bờ xa, bờ


16

gần, xác ñịnh tia ngắm nằm ngang ñể gắn 2 bảng ngắm có các vạch ngắm
đánh dấu bằng con số 1, 2 - 3 ,4 gắn ñối xứng với tia ngắm nằm ngang (hình
1.4).
4

β2 β1
α1

3

l1

α2

l2
2

x2 x
1

1

a1

A

a2

S«ng

Hình 1.4. Ngun tắc đo theo phương pháp tia ngắm nghiêng
Khi đo dùng vít nghiêng ñưa chỉ hình nêm lần lượt kẹp các vạch ngắm
1, 2, 3, 4 đưa bọt thuỷ về vị trí nằm ngang. Nếu vít nghiêng có khắc vạch hoặc
khơng khắc vạch thì dựa vào sự di chuyển của bọt thuỷ và giá trị vạch khắc
bọt thuỷ, ta tính ra được các góc nghiêng α1, α2, β1, β2. Các giá trị a1, a2, l1 và
l2 do gắn và đọc vị trí vạch mốc bảng ngắm trên mia ta cũng tính ra được trị
số ñọc trên mia ứng với tia ngắm nằm ngang ñược tính như sau:


17

l1α 1
α1 + β1
lα
x2 = 2 2
α2 + β2
A1 = a1 + x1
x1 =

A2 = a 2 + x 2
1
A = ( A1 + A2 )
2














(1.10)

Cả hai phương pháp người ta dùng 2 máy ño cùng một lúc hai bờ. Các
máy ñều ñọc số trên mia gần trước rồi cùng đo qua sơng một số lần tạo thành
nhóm đo của nửa vịng đo trước, sau đó mia giữ ngun vị trí, 2 máy giữ
ngun vị trí điều quang, chuyển bờ, ño nửa vòng ño sau. Nửa vòng ño sau
bắt ñầu từ ño mia bờ xa trước rồi ño mia gần sau.
1.2.2 . Phương pháp ño cao lượng giác ñể chuyền ñộ cao qua chướng ngại vật
1.2.2.1. Vai trò của ño cao lượng giác trong trắc ñịa
Khi xác ñịnh ñộ cao, người ta vẫn thường dùng phương pháp đo cao
hình học vì phương pháp này thuận tiện, đơn giản có độ chính xác cao, cho
kết quả tin cậy. Nhưng ở những nơi địa hình khó khăn, phức tạp, địa hình
hiểm trở… thì đo cao hình học gặp rất nhiều khó khăn, thậm chí khơng thể
thực hiện được. ðể khắc phục những nhược ñiểm này người ta sử dụng
phương pháp ño cao lượng giác. Tuy nhiên, ño cao lượng giác chịu ảnh
hưởng của rất nhiều nguồn sai số nên độ chính xác khơng cao. Tuy khơng
được dùng để xây dựng lưới độ cao nhà nước nhưng lại ñược dùng rộng rãi ở
nhiều mục đích:
- ðo cao lượng giác được dùng để xác ñịnh ñộ cao các ñiểm trắc ñịa
trong tất cả các dạng lưới và ñể xác ñịnh ñộ cao của các ñiểm chi tiết.
- ðo cao lượng giác là thành phần khơng thể thiếu để xây dựng lưới
khơng gian 3 chiều

18

- ðo cao lượng giác dùng ñể xác ñịnh ñộ cao các ñỉnh núi con người
chưa ñặt chân lên ñược.
- ðo cao lượng giác ñược dùng ñể chuyền ñộ cao qua những nơi có địa
hình khó khăn phức tạp, nơi có chướng ngại vật như sơng lớn, đầm lầy, …

1.2.2.2. Cơng thức đo cao lượng giác

u1-2

u2-1

Z’1-2
Z1-2

M
B

A
H1

H2

S
a
b

R1

R
R1

R

γ

0

γ1

01


19

Hình 1.5. Ngun tắc đo cao lượng giác
Trên hình 1.5: A, B là 2 trạm máy trên mặt ñất.
H1, H2 - ñộ cao của A và B so với mặt Eipxoid.
a, b - hình chiếu của A và B trên mặt Elipxoid
S - khoảng cách AB trên mặt Elipxoid, khi S < 30 km
người ta coi S là cung tròn có bán kính R là bán kính trung bình của Elipxoid
γ - góc ở tâm của cung trịn AB, có thể coi là giao tuyến
của pháp tuyến ñi qua A, B.
Do ở điểm A có độ lệch dây dọi là u1-2 và ở B có độ lệch dây dọi là u2-1
theo hướng của mặt pháp tuyến qua A nên sau khi cân máy và ño ngắm,
khoảng thiên ñỉnh Z1-2 là lý thuyết, ño ñược là Z’1-2 là khoảng thiên ñỉnh ño từ
ñường dây dọi qua A và tiếp tuyến của đường cong khi ngắm AMB. Cung
AMB có bán kính R1 và góc ở tâm γ1.
Theo hình (1.5) ta có:

Z1− 2 = z1' − 2 + r − u1−2

(1.11)

Trong (1.11), r là ảnh hưởng của chiết quang và ñộ cong trái đất đến
khoảng thiên đỉnh, tính theo cơng thức:
r=

γ1
2

=

S
γ R
S
=
=k
2 R1 2 R1
2R

(1.12)

Trong các tài liệu chuyên môn, người ta gọi k trong (1.12) là hệ số chiết
quang.
Dựa vào hình tam giác ABO với các cạnh và các góc như hình 1.5, sau
khi áp dụng công thức tam giác lượng ta có:
H 2 − H 1 = S .ctgZ1'−2 +

1 − k 2 u1−2
S +
.S
2R
ρ

(1.13)


20

Cơng thức (1.13) là cơng thức đo cao lượng giác ñơn. Nếu chiều cao
máy ở A là i1, chiều cao tiêu ngắm ở B là v2, và ở B có máy với chiều cao i2
ngắm về A có chiều cao tiêu v1, ta có cơng thức đo cao lượng giác kép ñầy ñủ
như sau:

H 2 − H 1 = S .tg −

z 2' −1 − Z1'−2 k 2−1 − k1−2 2  u1−2 + u 2−1
 S i +v i +v
+
S +
− um  + 1 1 − 2 2
2
2
2
2
2
4R


ρ

(1.14)
Khi dùng chiều dài cạnh trên mặt phẳng chiếu Gauss-Kriuger d thay
cho chiều dài cạnh S trên Elipxoid, số hạng ñầu tiên trong (1.13) và (1.14)
 Hm
ym2 


+
−
1
phải nhân thêm với số hạng 
2 .
R
2
R



1.2.3. Phương pháp ño cao thuỷ tĩnh để chuyền độ cao qua sơng
ðể chuyền độ cao chính xác qua sơng rộng, có thể dùng phương pháp
thuỷ chuẩn thuỷ tĩnh. Trên đáy sơng, đặt một ống mềm chắc chắn chứa ñầy
nước dưới áp suất cao, ñể trong ống khơng cịn bọt khí. Ở các đầu ống cắm
những ống thuỷ tinh có các vạch khắc và được gắn chặt vào các cột bên bờ
như hình 1.6.

Hình 1.6. Sơ đồ bố trí trạm đo thuỷ chuẩn thuỷ tĩnh qua sơng
Các mốc thuỷ chuẩn Rp1 và Rp2 cần được chơn ở vị trí ổn định và
cách các cột đó một khoảng bằng khoảng cách giữa các trạm máy khi ño thuỷ

21

chuẩn. Trong q trình đo đạc, coi mặt thống của chất lỏng trong các ống N1
và N2 nằm trên cùng một mặt phẳng và dùng hai máy thuỷ chuẩn ñể nối mặt
phẳng đó với các mốc thuỷ chuẩn Rp1 và Rp2.
Việc ño ñạc ñược tiến hành trong những khoảng thời gian quy ñịnh.
ðồng thời tại mỗi bờ cần ño áp suất và nhiệt độ khơng khí của nước để khi
cần thiết có thể hiệu chỉnh vào kết quả đo. Từ nhiều lần đo, lấy kết quả trung
bình. Trong các điều kiện thuận lợi, phương pháp này ñảm bảo chuyền ñộ cao
qua sông với sai số vài mm. Phương pháp này chỉ có thể áp dụng chuyền độ
cao qua sơng, cịn các khu vực địa hình khó khăn khác như đầm lầy, đồi núi
cao thì khơng áp dụng được.
Như vậy, các phương pháp truyền thống trên cịn có nhiều hạn chế.
Trong thời gian gần ñây, kỹ thuật GPS ñã ñược ứng dụng rộng rãi ở nhiều
lĩnh vực khác nhau, ñặc biệt là trong lĩnh vực Trắc địa. Cơng nghệ GPS có
đặc ñiểm ưu việt hơn hẳn các công nghệ truyền thống với khả năng đảm bảo
độ chính xác về toạ độ mặt bằng và khơng phụ thuộc vào thời tiết, địa hình,
thời điểm đo nên nâng cao được hiệu suất lao động. Ngồi tính năng cơ bản
của kỹ thuật GPS trong việc xác định toạ độ mặt bằng, cơng tác xác ñịnh ñộ
cao cũng ñang dần ñược sử dụng trong những u cầu nhất định bằng các
phương pháp đo và tính phù hợp để đảm bảo độ chính xác u cầu.