Giáo Trình Cơ Sở Trắc Địa Công Trình Ngành Trắc Địa

Tài liệu giảng dạy Trắc địa công trình dành cho sinh viên hệ thống hóa kiến thức từ cơ bản đến nâng cao ngành giai đoạn 2020-2025

• Tác giả: Ngô Thị Hài
• Trường học: Trường Đại Học Công Nghiệp Quảng Ninh
• Chuyên ngành: Trắc Địa
• Đề tài: Giáo Trình Trắc Địa Công Trình Dành Cho Sinh Viên
• Loại tài liệu: Giáo Trình
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Quảng Ninh

Mục lục chi tiết

• BÀI MỞ ĐẦU
• 0.1. Khái niệm chung về môn học Trắc địa công trình
• 0.2. Đặc điểm của trắc địa công trình
• 0.2.1. Trong các giai đoạn xây dựng công trình
• 0.2.1.1. Giai đoạn khảo sát địa hình
• 0.2.1.2. Giai đoạn thiết kế công trình
• 0.2.1.3. Giai đoạn bố trí công trình
• 0.2.1.4. Giai đoạn đặt các kết cấu và các tổ máy vào vị trí thiết kế và kiểm tra
• 0.2.2. Nhiệm vụ khoa học kỹ thuật
• 0.2.3. Giới thiệu quá trình phát triển và vai trò của trắc địa công trình
• 0.2.3.1. Trên thế giới
• 0.2.3.2. Ở Việt Nam
• 1. CHƯƠNG 1: LƯỚI KHỐNG CHẾ MẶT BẰNG TRẮC ĐỊA CÔNG TRÌNH
• 1.1. Đặc điểm của lưới khống chế mặt bằng trong Trắc địa công trình
• 1.2. Yêu cầu độ chính xác và các phương pháp thành lập lưới
• 1.2.1. Yêu cầu độ chính xác
• 1.2.2. Phương pháp thành lập
• 1.3. Đặc điểm một số loại lưới trắc địa công trình
• 1.3.1. Khu vực thành phố
• 1.3.2. Khu công nghiệp
• 1.3.3. Công trình cầu vượt
• 1.3.4. Khu đầu mối thuỷ lợi - thuỷ điện
• 1.3.5. Công trình đường hầm
• 1.3.6. Công trình đòi hỏi độ chính xác cao
• 1.4. Độ chính xác và số bậc phát triển của lưới

Tóm tắt

I. Tổng quan về Giáo Trình Trắc Địa Công Trình Dành Cho Sinh Viên

Giáo trình trắc địa công trình là tài liệu quan trọng giúp sinh viên hiểu rõ về các phương pháp trắc địa trong khảo sát địa hình. Nội dung giáo trình không chỉ cung cấp kiến thức lý thuyết mà còn hướng dẫn thực hành, giúp sinh viên áp dụng vào thực tế. Trắc địa công trình đóng vai trò thiết yếu trong việc thiết kế và thi công các công trình xây dựng, từ đó nâng cao chất lượng công trình và đảm bảo an toàn cho người sử dụng.

1.1. Khái niệm và vai trò của trắc địa công trình

Trắc địa công trình nghiên cứu các phương pháp khảo sát địa hình, phục vụ cho thiết kế và thi công công trình. Nó giúp chuyển bản thiết kế ra thực địa và theo dõi thi công, kiểm tra kết cấu công trình.

1.2. Đặc điểm của giáo trình trắc địa công trình

Giáo trình được biên soạn với nội dung phong phú, bao gồm lý thuyết và thực hành. Nó giúp sinh viên nắm vững kiến thức về các phương pháp trắc địa, từ khảo sát đến thiết kế và thi công.

II. Những Thách Thức Trong Giảng Dạy Trắc Địa Công Trình

Giảng dạy trắc địa công trình gặp nhiều thách thức, từ việc cập nhật công nghệ mới đến việc đảm bảo sinh viên nắm vững kiến thức lý thuyết và thực hành. Các giảng viên cần phải tìm ra phương pháp giảng dạy hiệu quả để sinh viên có thể áp dụng kiến thức vào thực tế.

2.1. Khó khăn trong việc cập nhật công nghệ mới

Công nghệ trắc địa ngày càng phát triển, yêu cầu giảng viên phải thường xuyên cập nhật kiến thức mới để truyền đạt cho sinh viên. Việc này đòi hỏi thời gian và nguồn lực đáng kể.

2.2. Đảm bảo sinh viên nắm vững lý thuyết và thực hành

Sinh viên cần có sự kết hợp giữa lý thuyết và thực hành để hiểu rõ hơn về trắc địa công trình. Việc thiếu thực hành có thể dẫn đến việc sinh viên không tự tin khi ra trường.

III. Phương Pháp Giảng Dạy Hiệu Quả Trong Trắc Địa Công Trình

Để nâng cao chất lượng giảng dạy trắc địa công trình, các giảng viên cần áp dụng những phương pháp giảng dạy hiện đại. Việc sử dụng công nghệ thông tin và các phần mềm mô phỏng sẽ giúp sinh viên dễ dàng tiếp cận kiến thức.

3.1. Sử dụng công nghệ thông tin trong giảng dạy

Công nghệ thông tin giúp sinh viên tiếp cận kiến thức một cách nhanh chóng và hiệu quả. Các phần mềm mô phỏng trắc địa giúp sinh viên thực hành mà không cần ra thực địa.

3.2. Tổ chức các buổi thực hành ngoài trời

Thực hành ngoài trời giúp sinh viên áp dụng kiến thức vào thực tế. Đây là cơ hội để sinh viên trải nghiệm và hiểu rõ hơn về công việc của một kỹ sư trắc địa.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Của Trắc Địa Công Trình Trong Xây Dựng

Trắc địa công trình có nhiều ứng dụng thực tiễn trong xây dựng, từ việc khảo sát địa hình đến việc kiểm tra kết cấu công trình. Những ứng dụng này không chỉ giúp nâng cao chất lượng công trình mà còn đảm bảo an toàn cho người sử dụng.

4.1. Khảo sát địa hình và thiết kế công trình

Khảo sát địa hình là bước đầu tiên trong thiết kế công trình. Việc này giúp xác định vị trí và kích thước của công trình, từ đó đưa ra các giải pháp thiết kế hợp lý.

4.2. Kiểm tra kết cấu và quan trắc biến dạng

Kiểm tra kết cấu công trình là công việc quan trọng để đảm bảo an toàn. Quan trắc biến dạng giúp phát hiện sớm các vấn đề có thể xảy ra trong quá trình sử dụng.

V. Kết Luận Về Tương Lai Của Trắc Địa Công Trình

Trắc địa công trình sẽ tiếp tục phát triển mạnh mẽ trong tương lai nhờ vào sự tiến bộ của công nghệ. Các phương pháp mới sẽ được áp dụng để nâng cao độ chính xác và hiệu quả trong công việc trắc địa.

5.1. Xu hướng phát triển công nghệ trắc địa

Công nghệ GPS và các thiết bị đo đạc hiện đại sẽ ngày càng được sử dụng rộng rãi trong trắc địa công trình. Điều này giúp nâng cao độ chính xác và giảm thiểu thời gian khảo sát.

5.2. Tăng cường đào tạo và phát triển nguồn nhân lực

Đào tạo nguồn nhân lực chất lượng cao là yếu tố quyết định cho sự phát triển của ngành trắc địa công trình. Các chương trình đào tạo cần được cập nhật thường xuyên để đáp ứng nhu cầu thực tế.

Nội dung chính

Tổng quan về giáo trình

Giáo trình Cơ sở Trắc địa công trình do ThS. Ngô Thị Hài chủ biên, được ban hành năm 2020 dưới hình thức lưu hành nội bộ tại Trường Đại học Công nghiệp Quảng Ninh. Tài liệu được biên soạn phục vụ trực tiếp cho chương trình đào tạo trình độ đại học ngành Trắc địa, giữ vai trò là học phần kỹ thuật chuyên ngành cốt lõi, kết nối lý thuyết trắc địa tổng quát với quy trình thi công, xây dựng công trình thực tế.

Mục tiêu học tập của giáo trình là trang bị cho sinh viên cơ sở lý thuyết và phương pháp trắc địa trong toàn bộ chu trình xây dựng: từ công tác khảo sát địa hình phục vụ thiết kế, lập cơ sở khống chế để chuyển bản vẽ thiết kế ra thực địa (bố trí công trình), đo đạc kiểm tra lắp đặt kết cấu và máy móc, cho đến quan trắc chuyển dịch và biến dạng công trình (đo độ lún móng, độ xê dịch mặt bằng, độ nghiêng).

Cấu trúc giáo trình tiếp cận theo logic hệ thống các mạng lưới khống chế chuyên dùng, phân định rõ ràng giữa lưới khống chế mặt bằng, lưới khống chế độ cao và kỹ thuật thành lập bản đồ địa hình tỷ lệ lớn. Điểm đặc sắc của giáo trình nằm ở việc hệ thống hóa các chỉ tiêu kỹ thuật định lượng (chiều dài cạnh, sai số trung phương đo góc, sai số khép tương đối) cho từng loại công trình chuyên biệt như thành phố, khu công nghiệp, cầu vượt, thủy điện, đường hầm và công trình đòi hỏi độ chính xác cao. Tài liệu kết hợp đồng thời phương pháp trắc địa hình học truyền thống với công nghệ định vị vệ tinh GPS và máy toàn đạc điện tử, đi kèm các mô hình toán học giải tích sai số và bình sai gián tiếp chặt chẽ.

---

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương/chủ đề chính

Cấu trúc nội dung của giáo trình được triển khai qua Bài mở đầu và 3 chương chuyên môn:

• Bài mở đầu: Khái niệm chung về môn học Trắc địa công trình: Trình bày định nghĩa, đặc điểm công tác trắc địa qua 5 giai đoạn xây dựng (khảo sát, thiết kế, bố trí công trình, lắp đặt kết cấu/tổ máy, quan trắc biến dạng) và 4 nhiệm vụ khoa học kỹ thuật. Phần này khái quát lịch sử phát triển trắc địa thế giới từ thời cổ đại (tháp Ai Cập, phép đo của Aratosten thế kỷ III TCN, công trình kênh đào thế kỷ XVIII–XIX) đến lịch sử trắc địa Việt Nam (thành Cổ Loa, kinh đô Thăng Long, đào kênh nhà Lê và mốc thành lập Cục Đo đạc Bản đồ tháng 10/1959).
• Chương 1: Lưới khống chế mặt bằng trắc địa công trình: Trình bày đặc điểm và yêu cầu độ chính xác của lưới mặt bằng, nguyên tắc sử dụng lưới tọa độ quốc gia (hạng I, II, III, IV) và lưới địa chính. Phân tích chi tiết đặc điểm thiết kế mạng lưới cho các loại công trình: thành phố (chuỗi tam giác, đa giác trung tâm, đo góc – cạnh), khu công nghiệp (lưới ô vuông xây dựng), cầu vượt (tứ giác trắc địa đơn/kép, sai số 1–3 cm), đầu mối thủy lợi – thủy điện (cạnh 0,5–1,5 km, sai số vị trí điểm khoảng 5 mm), đường hầm và công trình độ chính xác cao (máy gia tốc hạt, sai số 0,1–0,5 mm). Chương này làm rõ lý thuyết số bậc phát triển lưới theo hệ số giảm độ chính xác $K$ và công thức Provorov; phân tích 3 phương pháp xây dựng lưới truyền thống (đo góc, đo cạnh, đo góc – cạnh kết hợp) và lưới đường chuyền đa giác; tổng quan hệ thống định vị vệ tinh GPS (3 đoạn: không gian, điều khiển, sử dụng; cấu trúc tần số $L_1, L_2$, mã C/A, P, Y); quy trình lập lưới GPS (chọn hệ tọa độ WGS-84, VN-2000, HN-72, phép chiếu Gauss/UTM, chọn điểm, chôn mốc, thiết kế ca đo session, quan trắc, xử lý số liệu trên phần mềm GPSurvey 2.35, Trimble Geomatic Office và bình sai không gian).
• Chương 2: Lưới khống chế độ cao trắc địa công trình: Khái quát 3 hệ thống độ cao (độ cao thường theo Quasi-geoid, độ cao chính theo Geoid, độ cao động học). Xác lập chỉ tiêu kỹ thuật lưới độ cao hạng II, III, IV cho thành phố và khu công nghiệp; phương pháp ước tính độ chính xác thiết kế; yêu cầu kỹ thuật chôn mốc (mốc gắn tường tầm cao 0,3–0,6 m, mốc chôn nông, mốc cọc, mốc chôn sâu quan trắc lún); phân tích quy trình kỹ thuật 3 phương pháp đo cao: thủy chuẩn hình học tia ngắm ngắn (đo từ giữa, đo một phía với máy Ni002, Ni007), thủy chuẩn lượng giác tia ngắm ngắn và thủy chuẩn thủy tĩnh.
• Chương 3: Đo vẽ bản đồ địa hình – công trình tỷ lệ lớn: Phân loại bản đồ tỷ lệ lớn (1:500 đến 1:5.000); xác định 3 tiêu chí: độ chính xác, độ chi tiết, độ đầy đủ; công thức tính sai số biểu diễn địa hình (công thức Bolsakov) và quy định khoảng cao đều ($h = 0,5\text{ m}, 1,0\text{ m}, 2,0\text{ m}$); các công thức ước tính sai số đo trên bản đồ (khoảng cách, phương vị, góc bằng, chênh cao, độ dốc, diện tích theo công thức G.S. Maslov); xác lập quy chuẩn lưới khống chế đo vẽ mặt bằng và độ cao theo diện tích khu vực.

Progression logic của giáo trình phát triển tuyến tính từ việc hiểu bản chất nhiệm vụ công trình, xây dựng khung tọa độ mặt bằng (2D/3D), thiết lập hệ quy chiếu độ cao (1D), đến ứng dụng cụ thể trong thành lập tài liệu trắc địa bản đồ tỷ lệ lớn.

Kiến thức nền tảng được xây dựng

• Lý thuyết sai số và bình sai trắc địa: Thiết lập hệ phương trình số hiệu chỉnh dạng ma trận $V = AX + L$, lập hệ phương trình chuẩn $(A^T P A)X + A^T P L = 0$, tính ma trận nghịch đảo và đánh giá độ chính xác thông qua ma trận hiệp phương sai, sai số trung phương trọng số đơn vị $\mu = \sqrt{\frac{[PVV]}{3(n-m)}}$.
• Lý thuyết suy giảm độ chính xác và biến dạng hình học: Nguyên lý chuyển tiếp sai số số liệu gốc giữa các bậc khống chế theo hệ số suy giảm độ chính xác $K$, sự biến dạng góc và tỷ lệ lưới theo nghiên cứu giải tích của Provorov.
• Hệ thống quy chiếu trắc địa và độ cao: Nguyên lý trắc địa vật lý phân định mặt Geoid, Quasi-geoid và mặt đẳng thế; lý thuyết định vị vệ tinh trên Ellipsoid WGS-84; các phép chiếu bản đồ Gauss-Krüger ($K_0 = 1$), UTM 3 độ ($K_0 = 0,9999$) và UTM 6 độ ($K_0 = 0,9996$).
• Lý thuyết mô hình hóa địa hình: Mối liên hệ giải tích giữa độ dốc địa hình ($\gamma$), độ lồi lõm mặt đất, khoảng cách điểm chi tiết và khoảng cao đều theo mô hình Bolsakov.

Kỹ năng phát triển

• Kỹ năng kỹ thuật (Technical skills): Vận hành máy toàn đạc điện tử chính xác (Leica TC 303, SOKKIA SET2B, NIKON DTM 750, TOPCON GTS-4), máy thủy bình chuyên dùng có bộ đo cực nhỏ (Ni002, Ni007), thiết bị thu GPS 1 tần và 2 tần; thực hiện thao tác cân bằng, định tâm quang học, định tâm tiêu, đo chiều cao anten thực ($h$) và nghiêng ($l$).
• Kỹ năng phân tích (Analytical skills): Lập kế hoạch và lịch đo vệ tinh; phân tích cấu trúc đồ hình mạng lưới; kiểm tra sai số khép hình tam giác, sai số khép tuyến đường chuyền, sai số khép không gian $f_{X,Y,Z}$; đánh giá chất lượng lời giải Baseline qua tỷ số phương sai (RATIO $\ge 2-3$), phương sai chuẩn (Reference variance) và biểu đồ thặng dư tín hiệu vệ tinh (SV residual plots).
• Kỹ năng thực hành chuyên môn (Practical competencies): Thiết kế ca đo (session), xử lý can thiệp số liệu vệ tinh (cắt bỏ vệ tinh xấu, loại bỏ dữ liệu dưới 20% thời gian đo), tính chuyển hệ tọa độ giữa WGS-84 và VN-2000 bằng tối thiểu 3 điểm song trùng, đo vẽ và trích xuất dữ liệu bản đồ địa hình công trình tỷ lệ lớn.

---

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình định hướng phương pháp sư phạm kết hợp chặt chẽ giữa lý thuyết giải tích trắc địa với quy trình công nghệ chuẩn tắc. Mỗi nội dung lý thuyết đều gắn liền với các công thức tính toán sai số giới hạn và các bảng tra chỉ tiêu kỹ thuật của quy phạm nhà nước.

Nội dung bài tập và case studies được xây dựng dựa trên các tình huống công trình đặc thù:

• Bài toán thiết kế lưới thủy điện: Thiết kế mạng lưới tam giác cạnh ngắn ($0,5–1,5\text{ km}$), đo góc – cạnh kết hợp với sai số trung phương đo góc $m_\beta = 1''–1,5''$ và sai số tương đối cạnh $m_s/S = 1:200.000$.
• Bài toán trắc địa cầu vượt và đường hầm: Ước tính độ chính xác vị trí mố trụ cầu ($1–3\text{ cm}$) và tính toán sai số hướng ngang cho phép của trục đường hầm đào đối hướng.
• Bài toán thiết kế ca đo GPS: Ứng dụng công thức tính số lượng ca đo tối thiểu $n = \frac{s \cdot q}{r - q}$ (với $s$ là tổng số điểm, $r$ là số máy thu, $q$ là số lần đặt máy) cho mạng lưới cụ thể (ví dụ mạng lưới 11 điểm sử dụng 4 máy thu xác định $n = 4$ ca đo).

Phương pháp thực hành tập trung vào việc tuân thủ quy trình kiểm tra thiết bị ngoại nghiệp và quy chuẩn đo đạc: kiểm soát chiều dài tia ngắm thủy chuẩn ($D < 30\text{ m}$), chênh lệch khoảng cách mia trước – sau ($\Delta D \le 0,5\text{ m}$ đối với hạng I, $\Delta D \le 1,0\text{ m}$ đối với hạng II), tích lũy chênh lệch ($\sum \Delta D \le 2\text{ m}$ đối với hạng I), quy trình ghi chép sổ đo trạm máy GPS và kiểm tra điều kiện góc mở vệ tinh $\ge 15^\circ$.

Đánh giá kết quả học tập được thực hiện thông qua khả năng lập phương án kỹ thuật thiết kế lưới, giải hệ phương trình số hiệu chỉnh bình sai ma trận, đánh giá độ chính xác vị trí điểm $m_{P_i} = \mu \sqrt{Q_{XX_i} + Q_{YY_i} + Q_{ZZ_i}}$ và phân tích nguyên nhân sai số trong quá trình đo đạc. Để tự học hiệu quả, người học cần làm theo quy trình: nghiên cứu cơ sở lý thuyết sai số $\rightarrow$ tính toán mô phỏng trên các số liệu mẫu $\rightarrow$ thực hành xử lý số liệu trên phần mềm chuyên dụng.

---

Điểm nổi bật và cập nhật

• Chuyển giao phương pháp đo đạc hiện đại: Bên cạnh hệ thống lưới tam giác đo góc truyền thống, giáo trình cập nhật toàn diện phương pháp lập lưới đo toàn cạnh và lưới đo góc – cạnh kết hợp dựa trên khả năng của máy toàn đạc điện tử, xác lập định lượng điều kiện tối ưu giữa độ chính xác đo góc và đo cạnh qua tỷ số: $$\frac{1}{3} \le \frac{m_\beta / \rho''}{m_s / S} \le 3$$
• Tích hợp công nghệ định vị toàn cầu (GPS): Giáo trình trình bày chi tiết công nghệ GPS ứng dụng trong trắc địa công trình từ năm 1991 tại Việt Nam, bao gồm cấu trúc tín hiệu vệ tinh, kỹ thuật đo tĩnh, đo tĩnh nhanh, xử lý véc tơ Baseline và quy trình bình sai lưới không gian 3D.
• Tự động hóa xử lý số liệu qua phần mềm chuyên dụng: Hướng dẫn khai thác và can thiệp số liệu trên các phần mềm như GPSurvey 2.35 và Trimble Geomatic Office (TGO), định rõ tiêu chuẩn chấp nhận lời giải cố định (FIX), kiểm soát tỷ số RATIO và xử lý hiện tượng trượt chu kỳ pha.
• Chuẩn hóa hệ quy chiếu và tính chuyển tọa độ: Cập nhật thuật toán tính chuyển tọa độ không gian WGS-84 về hệ tọa độ phẳng quốc gia VN-2000 hoặc HN-72 theo phép chiếu Gauss (kinh tuyến trục cách khu đo không quá 20 km) và phép chiếu UTM 3 độ / 6 độ, đáp ứng các tiêu chuẩn kỹ thuật xây dựng công trình hiện hành.

---

Đối tượng sử dụng giáo trình

• Sinh viên đại học: Tài liệu được biên soạn cho sinh viên năm thứ 3 và năm thứ 4 chuyên ngành Kỹ thuật Trắc địa – Địa tin học tại Trường Đại học Công nghiệp Quảng Ninh và các cơ sở giáo dục đại học kỹ thuật. Ngoài ra, sinh viên các ngành Kỹ thuật Xây dựng công trình, Xây dựng Giao thông, Thủy lợi – Thủy điện có thể sử dụng làm tài liệu tham khảo cho các học phần trắc địa chuyên sâu.
• Kiến thức tiên quyết (Prerequisites): Người học cần hoàn thành các học phần Toán cao cấp (Đại số tuyến tính, Giải tích ma trận), Trắc địa đại cương, Lý thuyết sai số và Bình sai trắc địa, cùng kiến thức cơ bản về Tin học ứng dụng trong đo đạc.
• Giảng viên chuyên ngành: Sử dụng làm đề cương bài giảng, cơ sở xây dựng ngân hàng câu hỏi đánh giá, thiết kế các bài tập đồ án môn học và hướng dẫn thực tập trắc địa công trình ngoài thực địa.
• Kỹ sư và cán bộ kỹ thuật: Tài liệu cung cấp các bảng chỉ tiêu kỹ thuật định lượng, công thức ước tính sai số và quy trình bình sai lưới thực tế, phục vụ công tác khảo sát, thiết kế và thi công mạng lưới trắc địa tại các công trường xây dựng.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này phù hợp với đối tượng nào?
Giáo trình được thiết kế trực tiếp cho sinh viên đại học ngành Trắc địa và là tài liệu tham khảo kỹ thuật cho kỹ sư, cán bộ đo đạc thực hiện công tác khảo sát, thi công và quan trắc công trình.

2. Cần chuẩn bị những kiến thức nền tảng nào trước khi học giáo trình?
Người học cần nắm vững lý thuyết sai số trắc địa, phương pháp bình sai gián tiếp/điều kiện, các phép toán ma trận, nguyên lý trắc địa đại cương và hiểu biết về các hệ quy chiếu tọa độ/độ cao.

3. Điểm khác biệt căn bản trong cấu trúc kỹ thuật của giáo trình là gì?
Giáo trình phân loại chi tiết các yêu cầu kỹ thuật và đồ hình mạng lưới theo từng loại hình công trình đặc thù (đô thị, khu công nghiệp, thủy điện, cầu, hầm, công trình chính xác cao) thay vì chỉ trình bày lý thuyết đo vẽ chung.

4. Làm thế nào để tự học và làm chủ nội dung giáo trình hiệu quả?
Cần kết hợp việc đọc hiểu lý thuyết sai số với việc giải các bài toán ước tính độ chính xác thiết kế lưới, sau đó thực hành thao tác trên các phần mềm xử lý dữ liệu trắc địa (GPSurvey, Trimble Geomatic Office) dựa trên số liệu đo thực tế.

5. Giáo trình có hướng dẫn sử dụng thiết bị và phần mềm cụ thể nào không?
Tài liệu cung cấp thông số kỹ thuật của các máy toàn đạc Leica (TC 303), Sokkia (SET2B), Nikon (DTM 750), Topcon (GTS-4), máy thủy bình Ni002/Ni007, máy thu GPS, cùng quy trình xử lý số liệu trên phần mềm GPSurvey 2.35 và Trimble Geomatic Office.

---

Kết luận

Giáo trình Cơ sở Trắc địa công trình của ThS. Ngô Thị Hài cung cấp hệ thống lý thuyết, tiêu chuẩn kỹ thuật và quy trình thực nghiệm đồng bộ cho chuyên ngành trắc địa công trình. Nội dung tài liệu phản ánh sự kết hợp giữa các phương pháp trắc địa truyền thống và các công nghệ định vị vệ tinh, bình sai không gian hiện đại.

Lộ trình học tập đề xuất: Bắt đầu từ nghiên cứu các quy chuẩn kỹ thuật và đặc thù giai đoạn xây dựng ở Bài mở đầu $\rightarrow$ Làm chủ thiết kế và bình sai lưới mặt bằng, công nghệ GPS (Chương 1) $\rightarrow$ Thiết lập và đo đạc hệ thống lưới độ cao chính xác (Chương 2) $\rightarrow$ Ứng dụng thành lập và khai thác bản đồ địa hình – công trình tỷ lệ lớn (Chương 3).

Các tài liệu bổ trợ bao gồm: Quy phạm đo vẽ bản đồ địa hình tỷ lệ lớn hiện hành, các tiêu chuẩn quốc gia về đo độ lún và biến dạng công trình, hướng dẫn sử dụng phần mềm bình sai chuyên dụng và các tài liệu chuyên khảo về lý thuyết sai số của Provorov, Bolsakov, Maslov.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: LƯỚI KHỐNG CHẾ MẶT BẰNG TRẮC ĐỊA CÔNG TRÌNH 1. Đặc điểm của lưới khống chế mặt bằng trong Trăc địa công trình Lưới khống chế mặt bằng được thành lập ở khu vực thành phố, khu công nghiệp, khu năng lượng, sán bay, bến cảng,….là cơ sở trắc địa phục vụ cho khảo sát, thiết kế thi công xây dựng các công trình. Lưới Khống chế TĐCT có thể đươc thành lập dưới dạng lưới tam giác đo góc, đường chuyền, lưới đo góc cạnh kết hợp, lưới tam giác đo cạnh độ chính xác cao hoặc lưới ô vuông xây dựng Yêu cầu về độ chính xác và mật độ điểm của lưới TĐCT tùy thuộc vào yêu cầu nhiệm vụ phải giải quyết trong từng giai đoạn khảo sát, thiết kế thi công và sử dụng công trình. Trong trường hợp chung nhất lưới Trắc địa công trình được thành lập và phát triển nhằm đảm bảo công tác bố trí cơ bản và đo vẽ bản đồ địa hình tỷ lệ 1/500 1.Yêu cầu độ chính xác và các phương pháp thành lập lưới 1.

Yêu cầu độ chính xác Yêu cầu về độ chính xác và mật độ điểm của lưới trắc địa công trình tuỳ thuộc vào yêu cầu nhiệm vụ phải giải quyết trong từng giai đoạn khảo sát, thiết kế, thi công và sử dụng công trình. Trong trường hợp chung nhất, lưới trắc địa công trình được thành lập và phát triển nhằm đảm bảo công tác bố trí cơ bản và đo vẽ bản đồ tỷ lệ 1: 500. Khi thành lập lưới trắc địa công trình, một vấn đề thực tế đặt ra là có sử dụng các điểm của lưới khống chế nhà nước hay không, sử dụng như thế nào? Như đã biết, cho đến nay, lưới khống chế nhà nước được thành lập theo nguyên tắc thông thường từ tổng thể đến cục bộ, từ độ chính xác cao đến độ chính xác thấp và được phân thành bốn hạng I , II ,III, IV. Lưới khống chế là hệ thống điểm được đánh dấu trên mặt đất và được xác định tọa độ.

Lưới tọa độ Quốc gia được thành lập theo nguyên tắc thông thường từ toàn diện đến cục bộ, từ độ chính xác cao đến độ chính xác thấp và được phân thành 4 hạng từ hạng I, II, III, IV. Để xét ứng dụng vào trắc địa công trình, có thể tóm tắt các chỉ tiêu kỹ thuật của lưới tam giác nhà nước hạng I, II, III, IV và đường chuyền (đa giác) hạng IV như sau: Cấp hạng lưới tam giác Chỉ tiêu kỹ thuật II III IV Chiều dài cạnh (km) 7 - 10 5-8 2-5 Sai số tương đối cạnh đáy 1: 300.000 Sai số tương đối cạnh yếu nhất 1: 200.000 Góc nhỏ nhất trong tam giác 30 0 20 0 200 -3- Giới hạn sai số khép tam giác 4” 6” 8” Sai số trung phương đo góc 1”.0 Đối với đường chuyền (đa giác) hạng IV. + Chiều dài giới hạn của đường chuyền. - Đường đơn 10km - Giữa đường gốc và điểm nút 7 km - Giữa 2 điểm nút 5km + Chu vi giới hạn của đa giác 30km + Chiều dài cạnh - Lớn nhất 2,00km - Nhỏ nhất 0,25km - Tốt nhất 0,50km + Số cạnh đường chuyền không quá 15 + Giới hạn sai số khép tương đối 1: 25.000 + Sai số trung phương đo góc 2”.00 + Giới hạn sai số khép góc 5” n Lưới khống chế mặt phẳng nhà nước được tăng dày bằng lưới tam giác đường chuyền cấp 1, 2.

Trong trường hợp đo vẽ bản đồ, cơ sở để ước tính độ chính xác cần thiết của lưới khống chế mặt phẳng là yêu cầu về độ chính xác của lưới đo vẽ. Yêu cầu đó là sai số giới hạn vị trí điểm của lưới đo vẽ. So với điểm của lưới nhà nước và lưới tăng dày không vượt quá 0,2mm trên bản đồ - ở khu vực xây dựng. Trên khu vực xây dựng sai số này không vượt quá qui định sau: Tỷ lệ bản đồ 1: 500 1: 1000 1: 2000 Sai số giới hạn 0,10m 0,16m 0,30m Theo những tài liệu đã công bố thì lưới khống chế mặt phẳng nhà nước có đủ độ chính xác đảm bảo cho đo vẽ bản đồ - tỷ lệ 1: 500.

Hiện nay, do yêu cầu của công tác địa chính một hệ thống lưới địa chính cũng đã được thành lập bao gồm lưới địa chính cơ sở (tương đương lưới khống chế nhà nước hạng III), lưới địa chính cấp 1 và cấp 2. Hệ thống lưới địa chính có đủ độ chính xác bảo đảm cho đo vẽ bản đồ tỷ lệ lớn 1: 500, 1: 200. Do đó ở khu vực xây dựng công trình, nếu đã có các điểm của lưới khống chế mặt phẳng nhà nước hoặc các điểm của lưới địa chính thì chỉ cần tăng dày, phát triển để có mật độ điểm bảo đảm đo vẽ bản đồ phục vụ các giai đoạn khảo sát, thiết kế công trình. Lưới khống chế trắc địa công trình còn nhằm mục đích đảm bảo độ chính xác bố trí công trình và quan trắc chuyển dịch, biến dạng công trình.

Vì vậy cần phải xét đến hai trường hợp: a) Yêu cầu về độ chính xác của lưới bố trí công trình tương đương độ chính xác của lưới đo vẽ: Trong trường hợp này, lưới trắc địa công trình được phát triển theo nguyên tắc từ tổng thể đến cục bộ như lưới nhà nước và có thể dựa vào các điểm của lưới nhà nước đã có trên khu vực xây dựng công trình. -4- b) Yêu cầu độ chính xác của lưới bố trí công trình cao hơn hắn so với độ chính xác đo vẽ bản đồ : Trong trường hợp này phải thành lập lưới chuyên dùng cho công trình. Các điểm của lưới nhà nước đã có trong khu vực chỉ được dùng làm số liệu gốc cần thiết tối thiểu để nối lưới trắc địa công trình vào hệ thống toạ độ nhà nước. Vị trí, mật độ điểm và độ chính xác của lưới trắc địa công trình chuyên dùng sẽ tuỳ thuộc yêu cầu và đặc điểm của từng công trình và giai đoạn xây dựng công trình.

Thí dụ khi xây dựng công trình đầu mối thuỷ lợi - thuỷ điện: - Giai đoạn khảo sát, thiết kế: lưới khống chế trắc địa phục vụ đo vẽ bản đồ. - Giai đoạn thi công: lưới khống chế trắc địa phục vụ cho bố trí công trình. - Giai đoạn sử dụng công trình: lưới khống chế được dùng để quan trắc chuyển dịch, biến dạng công trình. Như vậy, yêu cầu về độ chính xác tăng dần.

Việc phát triển xây dựng lưới phải linh hoạt, hợp lý sao cho có thể sử dụng tối đa kết quả của giai đoạn trước vào các giai đoạn sau của quá trình xây dựng công trình. Phương pháp thành lập: - Đối với lưới hạng I, II, III thành lập theo phương pháp tam giác - Đối với lưới hạng IV thành lập theo phương pháp tam giác, đa giác. Hiện nay, với sự tiến bộ của khoa học công nghệ lưới khống chế được thành lập chủ yếu bằng công nghệ GPS Lưới tăng dày: Xây dựng bằng phương pháp lưới tam giác giải tích hoặc lưới đa giác, bao gồm lưới cấp 1 và lưới cấp 2 Lưới đo vẽ Lưới đường chuyền kinh vĩ ( cấp 1, 2), lưới tam giác nhỏ 1. Đặc điểm một số loại lưới trắc địa công trình Mục đích của việc thành lập lưới trắc địa công trình là làm cơ sở trắc địa phục vụ cho khảo sát, thiết kế, thi công xây dựng các công trình, xây dựng lưới khống chế, trắc địa công trình còn nhằm mục đích bảo đảm độ chính xác bố trí công trình và quan trắc chuyển dịch, biến dạng công trình.

- Đặc điểm của lưới TĐCT: + Cạnh của lưới ngắn + Các điểm của lưới được phân bố ở nhiều độ cao khác nhau (Ảnh hưởng đến các tia ngắm) + Khu vực xây dựng lưới có nhiều vùng khí hậu khác nhau + Các điểm của lưới chịu ảnh hưởng do rung động của máy móc và phương tiện giao thông a) Khu vực thành phố: Ở thành phố, không thành lập lưới chuyên dùng mà sử dụng lưới khống chế nhà nước làm cơ sở, nhưng chiều dài cạnh rút ngắn 1,5 - 2 lần để có mật độ 1 điểm /5 - 15 km2. Lưới được tăng dày để đảm bảo đo vẽ bản đồ tỷ lệ 1:500. Loại và hình dạng của lưới phụ thuộc vào diện tích và hình dạng của thành phố. Thành phố có dạng kéo dài thì thành lập chuỗi tam giác đơn hoặc kép.

Thành phố có dạng trải rộng thì thành lập lưới có dạng đa giác trung tâm và -5- có thể đo thêm các đường chéo. Thành phố lớn có diện tích rộng thì thành lập lưới gồm nhiều đa giác trung tâm. Lưới cấp đầu tiên của thành phố có thể là lưới tam giác hạng II hoặc hạng III, được tăng dày bằng lưới hoặc điểm hạng IV và lưới cấp 1, 2. Trên khu vực thành phố, có thể sử dụng rộng rãi lưới đường chuyền (đa giác) hạng IV và cấp 1, 2.

Đường chuyền được thành lập theo đường phố, có các điểm gắn tường hoặc các nóc nhà, được bảo vệ lâu dài. Trên khu vực thành phố, lưới đo góc - cạnh kết hợp được xem là tốt nhất. Loại lưới này có độ chính xác cao, đồ hình của lưới có thể vượt ra ngoài những quy định thông thường mà vẫn đảm bảo độ chính xác. Có thể thành lập lưới tam giác đo góc - cạnh: các điểm của lưới hạng II bao quanh thành phố.

Các cạnh được đo với độ chính xác 1:300.000, các góc được đo với độ chính xác mp = 1”,0. Lưới được bình sai như một đường chuyền đa giác khép kín. Bên trong xây dựng lưới tam giác hoặc đường chuyền. b) Khu công nghiệp Lưới khống chế trên toàn khu vực được thành lập trong giai đoạn khảo sát là cơ sở để đo vẽ bản đồ, đồng thời cũng dựa vào đó để thành lập lưới bố trí công trình.

Đối với khu vực công nghiệp có diện tích trên 30 Km2, cơ sở khống chế là các điểm của lưới nhà nước. Đối với khu vực nhỏ hơn thì thành lập lưới cục bộ có độ chính xác như lưới hạng IV nhà nước. Để bố trí công trình, ở khu công nghiệp thường thành lập lưới ô vuông xây dựng. c) Công trình cầu vượt Cơ sở để ước tính độ chính xác cần thiết của lưới là yêu cầu về độ chính xác đo chiều dài cầu và độ chính xác vị trí trụ cầu, thường từ 1-3 cm.

Đồ hình cơ bản của lưới thường là tứ giác trắc địa đơn hoặc kép. Một hoặc hai cạnh đáy được đo với độ chính xác 1:200.000, góc đo với độ chính xác mp = 1 - 2”. Ngày nay, máy đo dài điện tử được sử dụng rộng rãi, lưới trắc địa trong xây dựng cầu thường đo góc - cạnh kết hợp.