THÍ NGHIỆM HIỆN TRƯỜNG ĐO CAO ĐỘ ALTITUDE

Bài 4: THÍ NGHIỆM HIỆN TRƯỜNG
ĐO CAO ĐỘ - ALTITUDE
Khơng giống như các thí nghiệm tiến hành trong phịng thí nghiệm, các thí
nghiệm ngồi hiện trường được thực hiện ngồi thực tế như trong các khảo sát về
độ ồn âm thanh, thông lượng ánh sáng, năng lượng bức xạ mặt trời, nhiễu điện từ
trường EMF… Các thí nghiệm hiện trường thường được áp dụng trong các lĩnh
vực công nghiệp, môi trường hay các tham số ảnh hưởng đến chất lượng cuộc
sống.
Do điều kiện thí nghiệm thực tế thường hoạt động trong môi trường phức tạp
như dải nhiệt độ làm việc, nên các thiết bị thí nghiệm hiện trường có các tiêu chuẩn
khắt khe về độ bền cũng như độ chịu va đập, rung chấn. Đặc biệt, sự ảnh hưởng
của các nguồn nhiễu có biên độ lớn, do đó các phép đo đơi khi mang tính thống kê
và cho độ bất định lớn.
Nội dung bài thực hành này là phép đo cao độ địa lý theo vị trí GPS để có
được bản đồ độ cao của các tầng của một tòa nhà và của tuyến đường di chuyển
với vận tốc xác định.
I.

LÝ THUYẾT
1.1 Phương pháp đo độ cao qua áp suất thủy (khí) tĩnh
Một điểm nằm trong lịng chất lỏng (hoặc khí) ở độ sâu h so với bề mặt chất

lỏng (khí) sẽ chịu nén một áp suất
P = gh

[1]

Trong đó, P là áp suất thủy (khí) tĩnh tại điểm đo,  là khối lượng riêng của
khơng khí, g là gia tốc trọng trường. Phương pháp đo cao độ (đến hàng ngàn m) là
độ cao so với mực nước biển có gốc bằng 0 m dựa vào áp suất thủy (khí) tĩnh gọi
là Altimeter hiện được dùng phổ biến trên các thiết bị bay. Việc chỉ đo áp suất tĩnh

mà không bị ảnh hưởng bởi vận tốc máy bay (áp suất động) được thực hiện thông
qua các cổng static port lắp ở sườn máy bay hình [1].
1


Hình 1. Altmeter dùng trên máy bay.
Thực tế cao độ so với mực nước biển theo áp suất phụ thuộc nhiều tham số
như nhiệt độ, độ ẩm…, tuy nhiên với chênh lệch độ cao so với mực nước biển
không nhiều (< 11 km), có thể tính theo cơng thức giản lược:
1


5.255


p


docao(m)  44330 1   


  p0 




[2]

Trong đó p là áp suất tính theo hPa, p0 là áp suất mực nước biển (>p). Trong
bài thực hành này, nếu coi một điểm gốc có độ cao bằng 0, khi đó chênh lệch độ

cao so với điểm gốc này là altitude(i)-altitude(0)
1

5.255


p
h(m)  44330   2 
 p
 0 


1

 p1  5.255 
 

 p0 



[3]

Kết quả được đánh giá qua giá trị trung bình và độ lệch chuẩn của số liệu đo
đủ lớn theo công thức
P

1
N

N

P
i

i 1

2

[4]




1 N
  Pi  P 
N  1 i 1

2

[5]

Ví dụ như trên hình 2

Hình 2. Ví dụ minh họa
1.2 Ảnh hưởng của áp suất khí động
Khi thiết bị thu thập dữ liệu được gắn với phương tiện di chuyển với vận tốc
v # 0, áp suất đo được (qua đó là chênh lệch độ cao) sẽ chịu sự ảnh hưởng của tốc
độ xe. Áp suất đo được ở đây chính là áp suất tồn phần bao gồm áp suất thủy
(khí) khí động (thành phần song song với phương chuyển động) tỷ lệ với bình

phương vận tốc, và áp suất thủy (khí) tĩnh, chỉ phụ thuộc độ cao so với mực nước
biển.

Áp suất toàn phần đo được là:

Ptp  Ptinh  Pdong ~  gh  k .v 2

[6]

Hay sai số của độ cao tương đối sẽ là:

h ~ a.v 2

[7]

Hệ số tỷ lệ a được xác định thông qua làm khớp hàm bậc 2 theo vận tốc ở
trên với số liệu thực nghiệm, từ đó thu được chỉ thành phần thủy tĩnh liên quan đến
3


cao độ bằng cách trừ đi đường áp suất thủy động trung bình (hàm làm khớp). Ví dụ
minh họa như hình 3

Hình 3. Chênh lệch độ cao đo được do ảnh hưởng của tốc độ xe
1.3 Định vị GPS
(search google)…

II.

THỰC HÀNH

Các thiết bị đo độ cao Altimeter trong thực tế hiện tích hợp dưới dạng đồng

hồ đeo tay, hoặc sử dụng chính điện thoại thơng minh với phần mềm ứng dụng.
Phương pháp này đơn giản nhưng cần phải bù trừ sự ảnh hưởng của rất nhiều tham
số môi trường nếu muốn đo chính xác. Trong bài này, thiết bị thí nghiệm là
smartphone với một ứng dụng (app) như trên bảng 2:
STT

Tên dụng cụ

Đặc điểm, công dụng

1

Điện thoại thông minh

Thiết bị thử nghiệm: cảm biến áp suất và GPS

3
4

Phần mềm xử lý
Microsoft Office
App SensorLab

Xử lý số liệu thống kê: trend, lọc
Ứng dụng trên điện thoại, thu thập dữ liệu

Bảng 2. Trang thiết bị sử dụng
4

Các bước tiến hành thí nghiệm:
2.1 Đo độ cao các tầng của một tòa nhà (T5)
+ Đặt smartphone tại vị trí cố định, chạy app và record giá trị vào file trong thời
gian ít nhất 1 phút. Lưu tên file theo tầng, upload lên google drive để sau này tải về
máy tính xử lý.
(chú ý: ghi tất cả các thơng tin: GPS và áp suất …)
2.2 Đo cao độ của tuyến đường đi học từ nhà đến trường
+ Trên đường đến trường và về nhà, trước khi đi, chạy app và để nguyên điện thoại
trong túi ở vị trí cố định, đo lặp đi lặp lại ít nhất 5 lần trên cùng tuyến đường (có
cuộc gọi nghe điện thoại ok), lưu file như mục trên.
III.

XỬ LÝ SỐ LIỆU

Yêu cầu:
+ Bảng giá trị trung bình và sai số ( và ), biểu đồ phân bố (vẽ), đồ thị quan hệ
p, h
+ Đồ thị và hàm khớp của áp suất khí động
+ Cao độ của tuyến đường theo vị trí GPS (đồ thị)

5