Chương 3 ĐO KHOẢNG CÁCH Tóm tắt chương : Chương 4 “Đo khoảng cách” cung cấp những thông tin về khái niệm; phương pháp đo khoảng cách trực tiếp bằng thước thép, bằng máy kinh vĩ quang học và đo xa điện tử. Khái quát chung về đo khoảng cách 3. Khái niệm Khoảng cách (độ dài) là một trong những yếu tố xác định vị trí không gian của các điểm trên mặt đất tự nhiên. Đo khoảng cách là một trong các dạng đo cơ bản trong trắc địa.
Khoảng cách giữa hai điểm A và B gồm hai loại: - Khoảng cách nghiêng SAB Khoảng cách nghiêng giữa hai điểm A và B (SAB ) là độ dài đoạn thẳng nối hai điểm AB. - Khoảng cách nằm ngang DAB Khoảng cách nằm ngang giữa hai điểm A và B là hình chiếu của khoảng cách nghiêng SAB trên mặt phẳng nằm ngang. Phân loại Để xác định vị trí của các điểm trên mặt đất và biểu thị chúng lên bản đồ, cần phải có số liệu khoảng cách giữa các điểm đó. Dựa vào yêu cầu độ chính xác và dụng cụ đo, có thể tiến hành đo khoảng cách theo nhiều phương pháp khác nhau.
Sau đây là một số phương pháp: 3. Đo khoảng cách trực tiếp a. Nội dung của phương pháp - Chọn một thước đo có chiều dài cố định - Xác định chiều dài chính xác của thước đo (kiểm nghiệm thước) - So sánh khoảng cách cần đo với chiều dài thước. Bằng cách lần lượt đặt thước lên khoảng cách cần đo.
Độ chính xác - Phụ thuộc vào độ chính xác xác định chiều dài thước (độ chính xác kiểm nghiệm). - Phụ thuộc vào độ ổn định của bản thân chiều dài thước. Ưu, nhược điểm của phương pháp - Ưu điểm : Quy trình đo đơn giản. dễ thực hiện.
- Nhược điểm: + Tổ chức đo đạc cồng kềnh, năng suất lao động không cao + Không đo được trong điều kiện thời tiết và địa hình phức tạp. + Quá trình đo thủ công, không thể tự động hóa. Đo khoảng cách bằng máy quang học a. Nội dung Đặt máy quang học ở một đầu của khoảng cách cần đo.
Đầu kia đặt thước có chia vạch với khoảng chia nhỏ nhất là 1cm. Nhờ các định luật quang học khác nhau và mối quan hệ toán học, người ta xác định được khoảng cách cần đo. Hiện nay máy kinh vĩ và máy thuỷ chuẩn đo được khoảng cách nhờ có lưới chỉ chữ thập, mà người ta vẫn gọi là dây thị cự. Ưu, nhược điểm của phương pháp - Ưu điểm: + Cho phép đo khoảng cách rất nhanh.
+ Đo được trong điều kiện địa hình phức tạp. - Nhược điểm + Tầm hoạt động của nó hạn chế. + Độ chính xác đạt rất thấp ( khoảng 1/300). Đo khoảng cách bằng máy đo xa điện tử a.
Nội dung 94 Xác định khoảng cách gián tiếp thông qua khoảng thời gian lan truyền tín hiệu trên khoảng cách cần đo. Ưu, nhược điểm của phương pháp - Ưu điểm: + Cho phép đo khoảng cách rất nhanh. + Đo được trong điều kiện địa hình phức tạp. + Khắc phục được hầu hết các nhược điểm của hai phương pháp trên.
Phương pháp giao thoa a. Nội dung Đặt máy phát sóng ở một đầu của khoảng cách cần đo. Đầu kia đặt máy phát sóng tương tự. Nhờsử dụng hiện tượng giao thoa của sóng ánh sáng và mối quan hệ toán học, người ta xác định được khoảng cách cần đo.
Ưu nhược điểm của phương pháp - Ưu điểm : Cho độ chính xác cao - Nhược điểm: Thiết bị đo đạc cồng kềnh, đòi hỏi điều chỉnh công phu chính xác. Hơn nữa phương pháp này không đo được khoảng cách lớn. Phương pháp này chỉ dùng trong phòng thí nghiệm, đo lường để kiểm tra các thiết bị đo khoảng cách. Ngoài ra còn có các phương pháp khác như đo bằng hệ trắc địa Radio, hệ Dopler vệ tinh, hệ GPS v.
sẽ được nghiên cứu trong giáo trình chuyên ngành. Giáo trình này chỉ giới thiệu ba phương pháp được áp dụng phổ biến trong công tác trắc địa cơ sở: - Phương pháp đo khoảng cách trực tiếp - Phương pháp đo khoảng cách bằng máy quang học - Phương pháp đo khoảng cách bằng máy đo xa điện tử. Phương pháp đo khoảng cách 3. Đo khoảng các trực tiếp bằng thước thép Đo khoảng cách trực tiếp là so sánh chiều dài khoảng cách cần đo với một dụng cụ đo là thước hoặc dây có độ dài đã biết.
Nếu gọi D là khoảng cách cần đo, l là chiều dài của thước và n là số lần đặt thước, theo hình 4-1 ta có: D = n l +r (3.1) Trong đó r là phần lẻ của thước. Đo khoảng cách trực tiếp 3. Dụng cụ đo khoảng cách trực tiếp Như đã biết, trong phương pháp đo khoảng cách trực tiếp tùy theo yêu cầu độ chính xác có thể dùng thước thép hoặc thước dây inva. Trong chương này giới thiệu trường hợp đo chiều dài trực tiếp bằng thước thép.
Các dụng cụ được dùng trong khi đo bao gồm: 1. Thước thép - Thước thép thường: Là loại thước có chiều dài 20m, 30m, hoắc 40m, 50m, với khoảng chia nhỏ nhất là 1cm. Nó dùng để đo chiều dài với độ chính xác thấp (khoảng 1:2000) nên thường không có phương trình riêng. Vạch “0” có thể được đánh dấu trên thước hoặc tính từ mép đầu của vòng tay kéo nó.
- Thước thép chính xác: Là loại thước được làm bằng hợp kim có hệ số giãn nở nhiệt thấp, dài từ 20m – 50m, với khoảng chia nhỏ nhất là 1mm. Thông thường ngoài thước ra còn có thang đọc số phụ dài 20xm, được chia chính xác tới mm có thể gắn vào bất kì đềximet nào trên thước. Thước này để dung để đo chiều dài với độ chính xác cao (khoảng 1:20000) và có phương trình riêng 2. Máy kinh vĩ, sào tiêu, cờ hiệu để dóng hướng 96 3.
Que sắt và cọc gỗ để đánh dấu số lần đặt thước thép và làm chuẩn khi đọc số; 4. Lực kế dùng để kéo thước đúng bằng lực kéo như lúc kiểm nghiệm; 5. Nhiệt kế dùng để đo nhiệt độ để tính số cải chính độ dãn nở của thước; 6. Thước đo góc đứng hoặc máy và mia thủy chuẩn dùng xác định chênh cao giữa hai đầu đặt thước để tính chuyển trị số đo khoảng cách nghiêng D về trị số khoảng cách ngang S.
Một số dụng cụ đo khoảng cách trực tiếp 3. Kiểm nghiệm thước Vì chiều dài của thước thép luôn bị thay đổi theo môi trường đo, nên trước khi đưa ra sử dụng cần phải kiểm nghiệm ở bãi chuẩn để đưa ra được phương trình của thước thép. Phương trình của thước thép được viết theo công thức: lt = lo + ∆lk + αlto(t-to) (3.2) lo: chiều dài danh nghĩa của thước α: hệ số giãn nở nhiệt của thước to: nhiệt độ khi kiểm nghiệm thước t: nhiệt độ môi trường khi đo ∆lk = lto – L0: là số chênh chiều dài thước ở nhiệt độ lúc kiểm nghiệm với chiều dài chuẩn Lo. Dóng hướng đường thẳng 97 Vì chiều dài của khoảng cách cần xác định thường lớn hơn nhiều so với chiều dài của thước.
Do vậy để đo được chính xác, ta phải tiến hành dóng hướng đường đo. Dóng hướng đường đo là xác định một loạt điểm nằm trên hướng đường thẳng (trong mặt phẳng dây dọi) từ điểm đầu đến điểm cuối khoảng cách cần đo, sao cho khoảng cách giữa hai điểm kế tiếp nhau vừa đủ một lần đặt thước. Dụng cụ để đánh dấu các điểm trên hướng đường đo có thể là que sắt, sào tiêu hoặc là các cọc gỗ trên đó có đánh dấu chữ thập, được đóng cố định xuống mặt đất phục vụ cho việc đo khoảng cách chính xác. Tùy theo yêu cầu độ chính xác của việc dóng hướng mà ta có thể tiến hành dóng hướng bằng mắt hoặc bằng máy kinh vĩ.
Dóng hướng bằng mắt a. Trường hợp hai điểm A, B trông thấy nhau Ta cắm sào tiêu cố định ở A và N, một người đứng ở A dùng mắt điều khiển cho người thứ hai lần lượt đặt và đánh dấu vị trí các sào tiêu C, D. trên hướng ngắm AB. Muốn kéo dài hướng AB ta cũng làm tương tự (hình 3.
Dóng hướng bằng mắt khi hai điểm trông thấy nhau b. Trường hợp hai điểm A, B không trông thấy nhau b) c) a) Hình 3. Dóng hướng bằng mắt khi hai điểm không trông thấy nhau 98 Nếu giữa A và B là một ngọn đồi ta phải dóng hướng theo phương pháp nhích dần như sau (hình 3.4a): Dựng sào tiêu ở A và B, chọn điểm D1 sao cho điểm này nhìn thấy A, trên hướng AD1 chọn điểm C1 sao cho từ C1 nhìn thấy B, trên hướng C1B chọn D2 sao cho nhìn thấy A v.cứ tiếp tục như vật cho đến khi từ C nhìn thấy A, D, B thẳng hàng và từ D nhìn thấy D, C, A thẳng hàng. Trường hợp dóng hướng qua thung lũng ta cũng làm tương tự (hình 3.
Trường hợp hai điểm A, B có chướng ngại vật ( hình 3.4c) Trong trường hợp này ta phải dùng phương pháp đồng dạng để dóng hướng. Giả sử, cần xác định hai điểm C, D nằm trên hướng AB ta làm như sau: Ngắm một hướng phụ AX, trên đó chọn các điểm b, c, d và Bb vuông góc với Ax. Đo chiều dài Ab, bB, Ac và Ad. Tính đoạn cC và Dd theo quan hệ đồng dạng: Bb Bb cC Ac; Dd Ad ; Ab Ab Từ c và d theo hướng song song với bB dựng các đoạn Cc và Bd sẽ xác định được C và D nằm trên đường thẳng AB.
Dóng hướng bằng máy kinh vĩ Phương pháp này được dùng trong trường hợp yêu cầu dóng hướng với độ chính xác cao. Trường hợp hai điểm A, B trông thấy nhau Hình 3. Dóng hướng bằng máy kinh vĩ khi hai điểm trông thấy nhau 99 Ta đặt máy kinh vĩ ở A, sau khi định tâm và cân bằng máy chính xác, đưa ống kính ngắm vào sào tiêu ở B và đưa ảnh của sào tiêu trùng với chỉ đứng của màng chỉ chữ thập, cố định bàn độ ngang. Tiếp đó, người đứng máy điều khiển cho người cầm sào tiêu lần lượt cắm vào các điểm C, D.
sao cho ảnh của sào tiêu trùng với chỉ đứng của màng chỉ chữ thập (hình 3. Trường hợp hai điểm A, B không trông thấy nhau Ta cũng áp dụng phương pháp nhích dần (hình 3. Chọn điểm C1 sao cho gần với hướng AB và đặt máy để có thể nhìn thấy A, B. Từ C1 đưa ngắm sào tiêu A, giữ cho máy không chuyển động ngang, đảo kính ngắm về sào tiêu B, nếu sào tiêu B không trùng với chỉ đứng thì dịch máy sang điểm C2 và làm lại như trên, cho đến khi ảnh của B trùng với chỉ đứng của màng chỉ chữ thập là được.