TRAÉC ÑÒA Bieân soaïn: GV Hoà Vieät Duõng CHÖÔNG TRÌNH ÑAØO TAÏO MOÂN TRAÉC ÑÒA THÔØI GIAN 2 ÑÔN VÒ HOÏC TRÌNH LYÙ THUYEÁT, TL, BT, BTL : 30 TIEÁT KIEÅM TRA: 1 TIEÁT TÀI LIỆU HỌC TẬP • Trắc địa đại cương-Nguyễn Tuấn Lộc(2018)- NXB ĐHQG TP.HCM • Giáo trình trắc địa – Phạm Văn Chuyên (2019)- NXB xây dựng • Trắc địa công trình giao thông (2017)-NXB DDHQG TP.HCM NOÄI DUNG CHÖÔNG 1: NHÖÕNG KIEÁN THÖÙC TRAÉC ÑÒA CAÊN BAÛN CHÖÔNG 2: KHAÙI NIEÄM VEÀ SAI SOÁ TRONG TRAÉC ÑÒA CHÖÔNG 3: DUÏNG CUÏ VAØ PHÖÔNG PHAÙP ÑO GOÙC CHÖÔNG 4: DUÏNG CUÏ VAØ PHÖÔNG PHAÙP ÑO CHEÂNH CAO CHÖÔNG 5: DUÏNG CUÏ VAØ PHÖÔNG PHAÙP ÑO CAÏNH CHÖÔNG 6: LÖÔÙI KHOÁNG CHEÁ MAËT BAÈNG CHÖÔNG 7: LÖÔÙI KHOÁNG CHEÁ ÑOÄ CAO CHÖÔNG 8: ÑO VEÕ BAÛN ÑOÀ VAØ MAËT CAÉT ÑÒA HÌNH CHÖÔNG 9: SÖÛ DUÏNG BAÛN ÑOÀ ÑÒA HÌNH CHÖÔNG 10: TRAÉC ÑÒA ÖÙNG DUÏNG TRONG XAÂY DÖÏNG CHÖÔNG 1 NHÖÕNG KIEÁN THÖÙC TRAÉC ÑÒA CAÊN BAÛN 1. GIÔÙI THIEÄU VEÀ MOÂN HOÏC Traéc ñòa laø moät moân khoa hoïc veà ño ñaïc maët ñaát ñeå xaùc ñònh hình daùng, kích thöôùc cuûa Traùi Ñaát, bieåu dieãn maët ñaát thaønh baûn ñoà, ño ñaïc boá trí xaây döïng caùc coâng trình. Trong quùa trình phaùt trieån moân traéc ñòa ñaõ ñöôïc phaân ra thaønh nhieàu ngaønh chuyeân moân heïp hôn nhö: traéc ñòa cao caáp, traéc ñòa coâng trình, traéc ñòa aûnh, traéc ñòa ñòa hình-ñòa chính, baûn ñoà hoïc. Tuy cuõng laø moät moân khoa hoïc veà Traùi Ñaát, nhöng ñoái töôïng nghieân cöùu cuûa traéc ñòa khaùc vôùi ñòa chaát, cô ñaát.
Traéc ñòa coù lieân quan chaët cheõ vôùi toaùn hoïc, vaät lyù. Traéc ñòa coù vai troø quan troïng trong quoác phoøng vaø trong caùc ngaønh kinh teá quoác daân. Traéc ñòa caàn thieát trong taát caû caùc giai ñoaïn khaûo saùt, thieát keá, thi coâng, söû duïng coâng trình. ÔÛ giai ñoaïn khaûo saùt, thieát keá cuûa coâng trình, coâng taùc traéc ñòa ñaûm baûo cung caáp baûn ñoà vaø nhöõng soá lieäu caàn thieát cho ngöôøi kyõ sö thieát keá.
ÔÛ giai ñoaïn thi coâng coâng trình, coâng taùc traéc ñòa ñaûm baûo cho vieäc boá trí caùc coâng trình ôû ngoaøi hieän tröôøng ñöôïc chính xaùc, ñuùng nhö trong baûn thieát keá. Khi xaây döïng xong töøng phaàn hay toaøn boä coâng trình phaûi tieán haønh ño veõ hoaøn coâng ñeå xaùc ñònh vò trí thöïc cuûa coâng trình, ñaùnh giaù chaát löôïng thi coâng, laøm taøi lieäu löu tröõ. ÔÛ giai ñoaïn söû duïng coâng trình, coâng taùc traéc ñòa tieán haønh theo doõi söï bieán daïng cuûa coâng trình ñeå ñaùnh giaù chaát löôïng coâng trình, kieåm nghieäm laïi caùc soá lieäu, giaû thieát, lyù thuyeát tính toaùn thieát keá, ñaùnh giaù hieäu quaû cuûa caùc giaûi phaùp xaây döïng, döï baùo dieãn bieán xaáu coù theå xaåy ra ñeå coù bieän phaùp xöû lyù thích hôïp. CAÙC MAËT CHUAÅN QUY CHIEÁU TOÏA ÑOÄ, ÑOÄ CAO 1.
Maët ñaát töï nhieân vaø kích thöôùc cuûa Traùi Ñaát Beà maët traùi ñaát khoâng baèng phaúng, toång dieän tích 510,2 trieäu km2 goàm luïc ñòa (29%) vaø phaàn lôùn laø ñaïi döông (71%). Ñoä cheânh töø ñænh nuùi cao nhaát (Everest 9.000m) ñeán ñaùy bieån saâu nhaát (Pacific Ocean 11.000m) so vôùi ñöôøng kính traùi ñaát ( 12.000km) laø raát nhoû (20km/12. Baùn kính trung bình cuûa Traùi Ñaát laø 6371km. Maët thuûy chuaån traùi ñaát vaø maët thuûy chuaån goác Maët thuûy chuaån traùi ñaát (hay maët GEOID) laø maët nöôùc bieån trung bình, yeân tónh cuûa caùc ñaïi döông, töôûng töôïng keùo daøi xuyeân qua caùc luïc ñòa vaø haûi ñaûo laøm thaønh moät maët cong kheùp kín.
Maët thuûy chuaån traùi ñaát ñaëc tröng cho hình theå vaø kích thöôùc traùi ñaát. Trong traéc ñòa thöïc haønh söû duïng maët thuûy chuaån laøm maët chuaån ñoä cao. Tuy nhieân ñeå cho chuaån xaùc, moãi quoác gia baèng soá lieäu ño ñaïc cuûa mình xaây döïng moät maët chuaån ñoä cao rieâng goïi laø maët thuûy chuaån goác. ÔÛ Vieät Nam laáy maët nöôùc bieån trung bình nhieàu naêm cuûa traïm nghieäm trieàu ôû ñaûo Hoøn Daáu – Ñoà Sôn – Haûi Phoøng laøm maët thuûy chuaån goác.
Ñoái vôùi khu vöïc chöa coù hoaëc khoâng caàn söû duïng heä ño cao Nhaø Nöôùc thì coù theå duøng maët thuûy chuaån quy öôùc. Maët thuûy chuaån quy öôùc Maët thuûy chuaån traùi ñaát (GEOID) Maët ñaát töï nhieân Maët thuûy chuaån qui öôùc (hay maët thuûy chuaån giaû ñònh) laø caùc maët thuûy chuaån treân maët ñaát, khoâng truøng vôùi maët nöôùc bieån trung bình yeân tónh cuûa caùc ñaïi döông. Maët Ellipsoid traùi ñaát vaø Ellipsoid thöïc duïng Do söï phaân boá khoâng ñeàu cuûa caùc thaønh phaàn vaät chaát trong loøng ñaát, maët thuûy chuaån traùi ñaát (GEOID) coù daïng moät maët cong phöùc taïp vaø luoân luoân thay ñoåi, khoâng theå bieåu dieãn baèng moät phöông trình toaùn hoïc xaùc ñònh. Ñeå giaûi quyeát caùc baøi toaùn traéc ñòa ñaët ra laøm cô sôû xaây döïng caùc phöông phaùp ño tính, maët Geoid traùi ñaát ñöôïc ñoàng hoùa bôûi moät theå hình hoïc chính taéc gaàn ñuùng nhaát goïi laø Ellipsoid traùi ñaát Maët Ellipsoid traùi ñaát coù ñaëc tính laø “taïi moïi ñieåm treân beà maët cuûa noù phaùp tuyeán khoâng truøng vôùi phöông daây doïi” maø leäch ñi moät goùc goïi laø “ñoä leäch daây doïi” (trung bình töø 34”).
Kích thöôùc Ellipsoid traùi ñaát ñaëc tröng baèng hai baùn truïc (baùn truïc lôùn a, baùn truïc nhoû b) vaø doä deït tính theo coâng thöùc: ab (1.1) a b a O Moãi nöôùc (hay khu vöïc) choïn moät maët Ellipsoid rieâng vaø ñònh vò phuø hôïp nhaát vôùi beà maët laõnh thoå nöôùc ñoù (töùc taâm Ellipsoid truøng vôùi taâm Geoid, theå tích Ellipsoid baèng theå tích Geoid vaø toång bình phöông caùc ñoä leäch töø maët Ellipsoid ñeán maët Geoid taïi moät soá ñieåm cô baûn laø cöïc tieåu) goïi laø Ellipsoid thöïc duïng, ñöôïc söû duïng laøm heä quy chieáu toïa ñoä ñeå xaùc ñònh vò trí maët baèng cuûa caùc ñieåm treân maët ñaát töï nhieân. CAÙC HEÄ TOÏA ÑOÄ, ĐỘ CAO THÖÔØNG DUØNG TRONG TRAÉC ÑÒA 1. Heä toïa ñoä ñòa lyù Laáy taâm traùi ñaát laøm goác toïa ñoä, nhaän traùi ñaát laø hình caàu, phöông daây doïi laøm ñöôøng chieáu, ñeå xaùc ñònh toïa ñoä caùc ñieåm treân maët ñaát töï nhieân. Caùc yeáu toá cô baûn cuûa noù goàm: Kinh tuyeán traùi ñaát (giao tuyeán giöõa caùc maët phaúng chöùa truïc quay traùi ñaát vaø maët traùi ñaát, kinh tuyeán goác (kinh tuyeán chuaån) ñöôïc choïn ñi qua ñaøi thieân vaên Greenwich –London-Anh quoác).
Vó tuyeán traùi ñaát (giao tuyeán giöõa caùc maët phaúng thaúng goùc vôùi truïc quay traùi ñaát vaø maët traùi ñaát, vó tuyeán goác laø ñöôøng xích ñaïo. Toïa ñoä moät ñieåm baát kyø treân maët ñaát töï nhieân ñöôïc xaùc ñònh khi bieát hình chieáu cuûa noù treân maët caàu traùi ñaát, bao goàm hai yeáu toá: Ñoä kinh () cuûa moät ñieåm laø goùc nhò dieän hôïp bôûi maët phaúng chöùa kinh tuyeán goác vaø maët phaúng chöùa kinh tuyeán ñi qua ñieåm ñoù. Ñoä kinh ñaùnh soá töø kinh tuyeán goác (0000’00”) sang hai phía baùn caàu ñoâng vaø taây (moãi phía 1800), ñöôïc goïi laø ñoä kinh ñoâng vaø ñoä kinh taây. Ñoä vó () cuûa moät ñieåm laø goùc hôïp bôûi ñöôøng daây doïi ñi qua ñieåm ñoù vaø maët phaúng xích ñaïo.
Ñoä vó ñaùnh soá töø xích ñaïo (0000’00”) veà hai cöïc baéc vaø nam (moãi cöïc 900), ñöôïc goïi laø ñoä vó baéc vaø ñoä vó nam. Caëp giaù trò (, ) cuûa moät ñieåm treân maët ñaát goïi laø toïa ñoä ñòa lyù cuûa ñieåm ñoù, thöôøng ñöôïc xaùc ñònh baèng phöông phaùp ño thieân vaên neân coøn goïi laø toïa ñoä thieân vaên. Thuû ñoâ Haø Noäi (coät côø) coù toïa ñoä ñòa lyù: = 21002’ N (ñoä vó baéc) = 105050’ E (ñoä kinh ñoâng) Ñòa baøn Thaønh phoá Hoà Chí Minh coù toïa ñoä ñòa lyù giôùi haïn: = 10038’ 11010’ N = 106022’ 106055’ E Nöôùc Vieät Nam coù toïa ñoä ñòa lyù trong khoaûng: = 040 230 N = 1020 1140 E 1. Hệ tọa độ vuông góc phẳng giả định Khi ño veõ baûn ñoà ôû khu vöïc nhoû vaø ñoäc laäp khoâng coù hoaëc X ôû xa löôùi khoáng cheá toïa ñoä Nhaø nöôùc, chuùng ta coù theå giaû ñònh KHU ĐO moät heä toïa ñoä vuoâng goùc, trong A ñoù choïn truïc tung OX laø höôùng Baéc – Nam hoaëc höôùng gaàn ñuùng (ox).
Ngoaøi ra, ñeå traùnh trò soá x vaø y mang daáu aâm neân choïn goác toïa ñoä O ôû goùc Taây – O Nam cuûa khu ño Y 1. Pheùp chieáu UTM vaø heä toïa ñoä Quốc gia VN-2000 1. Pheùp chieáu UTM • Phép chiếu bản đồ UTM (Universal Transverse Mercator) là phép chiếu hình trụ ngang đồng góc và được thực hiện như sau: • Chia trái đất thành 60 múi bởi các đường kinh tuyến cách nhau 60, đánh số thứ tự từ 1 đến 60 bắt đầu từ kinh tuyến gốc Greenwich và tăng dần sang phía đông. • Dựng hình trụ ngang cắt mặt cầu trái đất theo hai đường cong đối xứng với nhau qua kinh tuyến giữa múi và có tỷ lệ chiếu k = 1 (không bị biến dạng chiều dài).
Kinh tuyến trục nằm ngoài mặt trụ có tỷ lệ chiếu k = 0.9996 • Dùng tâm trái đất làm tâm chiếu, lần lượt chiếu từng múi lên mặt trụ theo nguyên lý của phép chiếu xuyên tâm. Sau khi chiếu, khai triển mặt trụ thành mặt phẳng. • Phép chiếu UTM có ưu điểm là độ biến dạng được phân bố đều và có trị số nhỏ; mặt khác hiện nay để thuận tiện cho việc sử dụng hệ tọa độ chung trong khu vực và thế giới Việt Nam đã sử dụng lưới chiếu này trong hệ tọa độ Quốc gia VN-2000 thay cho phép chiếu Gauss-Kruger trong hệ tọa độ cũ HN-72. Hệ tọa độ vuoâng goùc Quốc gia VN2000 • Trong phép chiếu UTM, các múi chiếu đều có kinh tuyến trục suy biến thành đường thẳng đứng được chọn làm trục OX; xích đạo suy biến thành đường nằm ngang chọn làm trục OY, đường thẳng OX vuông góc với OY tạo thành hệ tọa độ vuông góc phẳng UTM trên các múi chiếu.
• Để trị số hoành độ Y không âm, người ta quy ước dời trục OX qua phía tây 500km (ngoaøi ra ở những nhöõng khu vöïc thuộc Tây bán cầu người ta quy định dịch trục OY về phía Tây 10.000km để tránh giá trị X âm) và quy định ghi hoành độ Y có kèm số thứ tự múi chiếu ở phía trước (X = 2524376,437m; Y = 18. Trên bản đồ địa hình, để tiện cho sử dụng người ta đã kẻ những đường thẳng song song với trục OX và OY tạo thành lưới ô vuông tọa độ. • Hệ tọa độ VN-2000 được Thủ tướng Chính phủ quyết định là hệ là hệ tọa độ Trắc địa- Bản đồ Quốc gia Việt Nam và có hiệu lực từ ngày 12/8/2000. Hệ tọa độ này có các đặc điểm: • Sử dụng Elipxoid WGS-84 (World Geodesic System 1984) làm Elip thực dụng, Elip này có bán trục lớn a = 6378137m, độ det = 1:298,2 • Sử dụng phép chiếu UTM.
• Gốc tọa độ trong khuôn viên Viện Công nghệ Địa chính, Hoàng Quốc Việt, Hà Nội.