Đo chênh cao là một dạng của công tác trắc địa nhằm xác định hiệu sốđộcao các điểm trên mặt đất hoặc xác định độ cao của các điểm đó so với mặt phẳng được chọn làm gốc. I.1. Giới thiệu các phương pháp đo chênh caoDựa vào nguyên lý trong hình học và vật lý ta có các phương pháp đo chênh cao sau:
- Phương pháp đo cao hình học (đo thuỷ chuẩn) là xác định chênh cao giữa 2 điểm nhờ tia ngắm nằm ngang của máy thuỷ bình.
- Phương pháp đo cao lượng giác là xác định chênh cao giữa 2 điểm dựa vào mối tương quan lượng giác trong tam giác tạo bởi tia ngắm nghiêng, khoảng cách ngang giữa hai điểm và phương dây dọi đi qua điểm cần xác định độ cao.
- Phương pháp đo cao áp kế là dựa vào nguyên tắc về sự thay đổi của áp suất khí quyển theo độ cao.
- Phương pháp đo cao thuỷ tĩnh là dựa vào nguyên tắc bình thông nhau khi có chất lỏng trong bình.
- Phương pháp đo cao rađiô có nguyên lý giống nguyên lý đo khoảng cách bằng sóng điện từ, máy đo cao radiô được đặt trên máy bay.
- Phương pháp đo cao tựđộng.
- Theo nguyên lý hoạt động của con lắc máy được đặt trên ô tô.
- Dựa vào ngành điện tử tin học. I.2. Nguyên lý đo cao hình họcDựa vào tia ngắm nằm ngang của máy thuỷ bình, ứng với sốđọc trên mia tại các điểm đó để xác định chênh cao giữa các điểm, nguyên lý do cao hình học phân làm hai trường hợp sau: I.2.1. Đo cao hình học phía trước Ởđây đểđơn giản ta tạm coi mặt nước gốc là mặt phẳng nằm ngang, tia ngắm nằm ngang của máy thuỷ chuẩn song song với mặt nước gốc, trục đứng của máy và mia dựng vuông góc với mặt nước gốc. Giả sử cần xác định chênh cao giữa 2 điểm A và B ta đặt máy thuỷ bình tại A, cân bằng máy đo chiều cao máy là iA. Tại B dựng lABAHAiABHBMặt nước gốcHình 5-1 hAB
http://www.ebook.edu.vn 71Hình 5-3A h1 h2hnhAB B S1 T1 S2 T2TnSn 1 2nmia thẳng đứng hướng ống kính ngắm mia B, đưa bọt ống thuỷ dài vào vị trí giữa ống, dựa vào dây chỉ ngang giữa đọc số trên mia B là lB, vậy ta có: hAB = iA - lB (5-1) Nếu biết độ cao điểm A là HA, ta sẽ xác định được độ cao điểm B: HB = HA + hAB (5-2) I.2.2. Đo cao hình học từ giữa Giả sử cần đo chênh cao giữa 2 điểm A và B ta đặt mia thẳng đứng ở A và B, máy thuỷchuẩn đặt ở giữa A và B, sau khi cân bằng máy chính xác, tia ngắm cắt mia A ở S, cắt mia B ởT, chênh cao hAB là : hAB = S – T (5-3) Nếu A đã biết độ cao thì độ cao điểm B được tính theo công thức (5-2). Trường hợp điểm A và B cách xa nhau thì ta cần chia thành nhiều đoạn đểđo chênh cao cho từng đoạn, gọi là đo cao hình học theo tuyến (hình 5-3). Các điểm 1, 2,..., n gọi là các điểm chuyền độ cao. Theo hình 5-3 ta có: h1 = S1-T1 h2 = S2-T2............... hn = Sn-Tn ___________________ (5 - 4) Công thức tính độ cao điểm B là: HB = HA + hAB = HA + h1 + h2 + ... + hn hABT A HBHAB S Mặt nước gốcHình 5-2∑∑∑−==nininiABTshh111
72II. MÁY MIA THUỶ CHUẨN
1. Cấu tạo máy thuỷ chuẩn
Máy thuỷ chuẩn gồm các bộ phận chính sau:
- Ống kính: Gồm kính vật, kính mắt, kính chữ thập, ốc điều quang.
- Ống thuỷ:
Gồm có 2 loại:
+ Ống thuỷ tròn lắp ở thân máy dùng để cân bằng sơ bộ.
+ Ống thuỷ dài được gắn chặt với ống kính dùng đểđưa tia ngắm về vị trí nằm ngang, khi bọt ống thuỷ dài vào vị trí chính xác giữa ống thì ảnh của nó trong ống kính có dạng hình parabôn (hình 5- 4).
- Đế máy là bộ phận nối liền giữa máy và chân máy, đế máy có 3 ốc cân máy đểđưa bọt ốnh thuỷ tròn vào giữa ống.
II.2. Mia thuỷ chuẩn Mia thuỷ chuẩn làm bằng gỗ tốt, rộng từ 8-10cm dày từ 2 - 2,5cm, dài 3m hoặc 4m. Hai đầu của mia bọc bằng kim loại để chống mòn. Mia thuỷ chuẩn thường có 2 mặt ghi số, mặt chính gọi là mặt đen gồm có vạch khắc tô mầu đen, mặt còn lại gọi là mặt đỏ, gồm các vạch tô mầu đỏ, nền của hai mia tô mầu trắng, ởmỗi mặt giá trị khoảng chia nhỏ nhất thường là 1cm, cứ 5 vạch thì hợp thành chữ E. Mỗi khoảng 10 vạch ghi sốđến dm. Một máy thuỷchuẩn thường có hai mia gọi là một cặp mia. Trên mỗi mia người ta ghi sốở mặt đen từ 00 đến 29 (hoặc 39) còn mặt đỏ không bắt đầu từ00 mà là một số nào đó, chẳng hạn 45 hoặc 46. Trị số chênh cao sốđọc bắt đầu giữa mặt đen và mặt đỏ của mỗi cặp mia gọi là hằng số K của mia đó. Số chênh mặt đỏ 1 cặp mia thường là 1dm, ví dụ cặp 4474, và 4574.
Cách đọc số trên mia : trước khi đọc sốtrên mia cần chú ý để dây chỉđứng của lưới chữthập trùng giữa mia và phải đưa bọt ống thuỷ dài về vị trí trung tâm. Đọc đủ 4 số gồm hàng m, dm, cm, mm theochiều tăng ghi số tương tự nhưđọc mia đo khoảng cách.
Mặt đen 2928 01 00
Mặt đỏmia A Mặt đỏmia B
http://www.ebook.edu.vn 73II.3. Đế mia Đế mia làm bằng kim loại , hình tam giác, ở giữa nhô cao từ 3-5 mm, có 3 chân nhọn tạo thành tam giác để cắm xuống đất. ( hình 5-6 )
Hình 5-6 II.4. Kiểm nghiệm máy thuỷ chuẩn II.4.1. Kiểm nghiệm và hiệu chỉnh ống thuỷ trònĐặt máy lên chân máy chắc chắn, dùng các ốc cân máy đưa bọt nước tròn về vị trí trung tâm, sau đó quay máy đi các hướng khác nhau mà bọt nước không bị lệch đi thì điều kiện thoả mãn, nếu lệch dùng tăm sắt điều chỉnh đưa bọt ống nước tròn về vị trí trung tâm, sau đó kiểm tra lại. II.4.2. Kiểm nghiệm điều kiện dây chỉ ngang của lưới chữ thập phải nằm ngang- Đặt máy lên chân máy chắc chắn, dùng các ốc cân máy cân bằng chính xác, hướng ống kính ngắm mia dựng thẳng đứng cách xa máy 30-40m ở các vịtrí trái, giữa, phải. Tại mỗi vị trí trước khi đọc số trên mia phải đưa bọt ống thuỷ dài trên ống kính về vị trí trung tâm, nếu 3 sốđọc này bằng nhau thì điều kiện này thoả mãn, nếu khác nhau (tăng hoặc giảm dần) thì ta phải hiệu chỉnh - Cách hiệu chỉnh: Vặn lỏng ốc màng dây chữ thập, xoay kính chữ thập đểđưa dây chỉ ngang về vị trí nằm ngang, tức là 3 sốđọc ở 3 vị trí phải bằng nhau, sau đó vặn các ốc lại. II.4.3. Kiểm nghiệm và hiệu chỉnh điều kiện trục ống thuỷ dài gắn trên ống kính phải song song với trục ngắm của ống kính (sai số góc i)Hình 5-7 a b
http://www.ebook.edu.vn 74Trên mặt đất đóng 2 cọc A và B cách nhau từ 50 đến 60m. Theo phương pháp đo cao hình học từ giữa tại trạm máy J1 ta đọc số trên mia A là a1, mia B là b1 còn x là lượng sai trên mia do điều kiện trên không thoảmãn, ta có: hAB = a1 - b1 (a) Do máy đặt giữa A và B nên lượng sai bị triệt tiêu: hAB = ( a1 + x ) - ( b1 + x ) = a1 - b1Trên hướng A, B đặt máy tại j cách B từ 3-5m, sau khi cân bằng máy quay máy ngắm mia A và mia B đọc số là a2 và b2 . Chú ý: Trước khi đọc số phải dưa bọt nước dài về vị trí trung tâm, ta có: hAB = ( a2 + Δh ) - ( b2 + δx ) Vì J2 gần B nên δx ≈ o, do đó ta có: hAB = ( a2 + Δh ) - b2So sánh (a) và (b) ta có: a1 - b1 = ( a2 + Δh ) - b2→Δh = ( a1 - b1) - (a2 - b2 ) nếu ⎮Δh⎮≤ 4mm thì coi điều kiện này thoả mãn. ⎮Δh⎮> 4mm ta hiệu chỉnh như sau. Tại vị trí máy J2 ta dùng ốc vi động ống thuỷ dài đưa sốđọc trên mia A về số(a2 + Δh) lúc này bọt ống thuỷ dài bị lệch, ta dùng tăm sắt điều chỉnh đểđưa bọt ống nước dài về vị trí giữa ống. III. ĐO THUỶ CHUẨN KỸ THUẬT Theo quy định thì đo thuỷ chuẩn kỹ thuật thường được áp dụng phương Hình 5-8δx Δha2 a1 x x b2 b1 J1 J2 i i i hAB B A S
pháp đo cao hình học từ giữa, có thể dùng mia hai mặt số hoặc mia 1 mặt số. III.1. Phương pháp đoIII.1.1. Thao tác đo với mia 2 mặt sốGiả sử cần xác định độ chênh cao giữa hai điểm A và B ta thao tác như sau: Ta gọi mia xuất phát A là mia sau (S) mia tiếp theo là mia trước (T), máy thuỷ chuẩn đặt giữa A và B, sau khi cân bằng máy ta ngắm đọc mia theo thứ tự sau: - Ngắm mặt đen mia sau đọc số dây chỉ trên, dây chỉ dưới đọc được sốđọc (1) và (2) cân bằng bọt ống thuỷ dài đọc số dây chỉ ngang sốđọc (3). - Quay máy ngắm mặt đen mia trước đọc số dây trên, dây dưới là (4) và (5) cân bằng bọt ống thuỷ dài đọc số dây chỉ ngang là (6). - Để nguyên máy, quay mia trước sang mặt đỏ, cân bằng bọt ống thuỷ dài, đọc số trên mia theo dây chỉ ngang là (7). - Quay máy ngắm mặt đỏ mia sau, cân bằng bọt ống thuỷ dài và đọc số trên mia trên dây chỉ ngang là (8). Trình tự thao tác trên gọi là: “Sau - trước - trước - sau”. III.1.2. Thao tác với mia một mặt số Nếu dùng mia một mặt số ta thao tác như sau: - Quay máy ngắm mia sau đọc số 3 dây chỉ (dưới, trên, giữa). - Quay máy ngắm mia trước đọc số 3 dây chỉ (dưới, trên, giữa). Thay đổi chiều cao máy ít nhất là 10 cm, sau khi cân bằng máy chính xác thì: - Ngắm mia trước dọc số dây chỉ giữa. - Ngắm mia sau đọc số dây chỉ giữa. Đo xong mỗi trạm tính toán ngay, nếu đạt yêu cầu thì chuyển sang trạm khác trường hợp khoảng cách từ A đến B dài thì ta phải phân thành từng đoạn nhỏđểđo chênh cao từng đoạn sau đó cộng dồn từng đoạn sẽđược chênh cao A và B
Chú ý: Trước khi đọc số bao giờ cũng phải cân bằng bọt ống thuỷ dài trên ống kính. Hình 5-9(S) (T) B A
III.2. Ghi sổ tính toánMẫu đo cao hình học kỹ thuật từ giữa và tính toán:
Đo từ mốc
Đến mốc
Ngày đo
Người đo
Người ghi sổ
Hằng số mia: KT = 4473; KS = 4573
(1), (2) - Sốđọc dây trên, dây dưới mặt sau mia đen. (3) - Sốđọc dây giữa mia sau mặt đen. (4) (5) - Sốđọc dây trên dây dưới mia trước mặt đen. (6) - Sốđọc dây dưới giữa mia trước mặt đen. (7) (9) - Sốđọc giây giữa mặt đỏ mia trước và mia sau. (1)- (2) - Khoảng cách từ máy đến mia sau. (4)- (5) - Khoảng cách từ máy đến mia trước. (3)- (6) - Chênh cao giữa hai điểm tính theo mặt đen. (8)- (7) - Chênh cao giữa hai điểm tính theo mặt đỏ. (8)- (3) - Hằng số mia sau. (7)- (6) - Hằng số mia trước. Hằng số cặp mia là 100mm là số chênh mặt đỏ của cặp đó.
