Đồ án tốt nghiệp Trờng đại học Mỏ - Địa chất
Lời nói đầu
Đất nớc ta đang từng ngày, từng giờ đều có sự thay đổi và phát triển mới vợt
bậc. Đời sống kinh tế có nhiều sự cải thiện. Có đợc thành quả trên chính là kết
quả thực hiện đờng lối và chủ trơng của Đảng và nhà nớc ta: Công nghiệp hoá -
hiện đại hoá đất nớc.
Trên khắp các vùng miền của tổ quốc đang dần thay da đổi thịt, đang từng
ngày mọc lên các công trình: Các khu công nghiệp, khu đô thị mới, các công
trình giao thông, thuỷ lợi
Những công trình ấy đòi hỏi độ chính xác rất cao trong thiết kế và thi công.
Nhiệm vụ bảo đảm độ chính xác đó thuộc về các ngành: xây dựng, giao
thông
Và không thể không kể đến lĩnh vực Trắc địa phục vụ cho xây dựng công trình.
Đây là lĩnh vực hết sức quan trọng góp phần nâng cao độ chính xác của công
trình.
Để nâng cao độ chính xác của công tác Trắc địa thì cần thiết phải có các thiết
bị máy móc đo đạc có độ chính xác cao, đo đạc tiện lợi và thích hợp với điều
kiện ở Việt Nam. Máy toàn đạc điện tử ra đời là một bớc đột phá, một cuộc
cách mạng về độ chính xác và sự tiện lợi, hiệu quả trong đo đạc.
Trắc địa là một nghành khoa học có những đặc thù rất riêng so với các ngành
khoa học khác. Chịu ảnh hởng trực tiếp của điều kiện môi trờng tác động đến.
Vì vậy các máy móc và các thiết bị phục vụ cho chuyên môn trớc khi đợc đem
ra sử dụng cần phải kiểm nghiệm độ chính xác. Hiện nay hầu hết các cơ quan
Trắc địa ở nớc ta đều đa máy toàn đạc điện tử vào sử dụng. Ngoài chức năng đo
góc và đo cạnh nh các máy kinh vĩ thông thờng, máy toàn đạc điện tử còn đợc
cầi đặt một số phần mềm tiện ích để giúp cho máy có khả năng đo các chơng
trình tự động nh: Đo khoảng cách gián tiếp, đo chênh cao, đo giao hội thuận
nghịch, đo tọa độ
Nhằm nâng cao độ chính xác đo đạc, đồng thời tăng năng suất lao động thì
cần thiết phải kiểm nghiệm độ chính xác của máy móc và thiết bị chuyên môn
SV: Phạm Văn Tuyến Lớp: CĐ trắc địa B K49

Đồ án tốt nghiệp Trờng đại học Mỏ - Địa chất
Chơng 1
đặc điểm của khí hậu việt nam và ảnh hởng
của nó tới kết quả đo dài bằng thiết bị điện tử
1.1 Đặc điểm của khí tợng Việt Nam
Nớc ta nằm trong khu vực nhiệt đới gió mùa, mặt khác do đặc điểm tự
nhiên và địa hình kéo dài nên khí hậu nớc ta rất đa dạng và thất thờng.
1.1.1 Tính chất nhiệt đới gió mùa ẩm
Khí hậu nớc ta chia thành hai mùa rõ rệt, phù hợp với hai mùa gió: mùa đông
lạnh khô với gió mùa đông bắc và mùa hạ nóng ẩm với gió mùa Tây nam.
Gió mùa đã mang đến cho nớc ta một lợng ma lớn Từ 1500 đến
2000mm/năm và độ ẩm không khí rất cao Trên 80%.
Nhiệt độ trung bình hàng năm của không khí đều vợt 21 C trên cả n ớc
và tăng dần từ Bắc vào Nam.
Tính chất đa dạng và thất thờng.
Khí hậu nhiệt đới gió mùa ẩm của nớc ta không thuần nhất trên toàn
quốc, phân hoá mạnh mẽ theo không gian và thời gian hình thành nên các miền
và vùng khí hậu khác nhau rõ rệt.
-Miền khí hậu từ phía Bắc Hoàng Liên Sơn Vĩ tuyến 18 B trở ra có mùa
đông lạnh, tơng đối ít ma và nửa cuối mùa đông rất ẩm ớt. Mùa hè nóng và
nhiều ma.
-Miền khí hậu đông Trờng Sơn bao gồm phần lãnh thổ Trung Bộ phía
Đông dãy Trờng Sơn, từ Hoàng Liên Sơn tới mũi Dinh Vĩ tuyến 11 B có mùa
ma lệch hẳn về thu đông.
-Miền khí hậu phía Nam bao gồm Nam Bộ và Tây Nguyên có khí hậu
xích đạo, nhiệt độ quanh năm cao, với một mùa khô và một mùa ma tơng phản
sâu sắc.
-Miền khí hậu Biển Đông Việt Nam mang tính chất gió mùa nhiệt đới hải
dơng.
SV: Phạm Văn Tuyến Lớp: CĐ trắc địa B K49

gây ma to, gió lớn và gió giật rất mạnh.
SV: Phạm Văn Tuyến Lớp: CĐ trắc địa B K49
4
Đồ án tốt nghiệp Trờng đại học Mỏ - Địa chất
1.2.3 Ma:
Liên quan với nhịp điệu hoạt động của gió mùa, sự phân hoá ma theo
mùa có những nét đặc sắc riêng ở từng địa phơng.
Nhìn chung ở khắp nơI trên lãnh thổ nớc ta đều phân biệt đợc một mùa
ma tập trung, và một khô hanh ít ma. Tuy nhiên, không nhất thiết mùa ma phảI
trùng với gió mùa mùa hạ, mang hteo những khối không khí ẩm có nguồn gốc
biển; và ngợc lại, gió mùa mùa đông với bản chất là không khí lục địa cực đới
hay nhiệt đới ít ẩm, cũng vẫn có nhiều khả năng gây ma lớn. Sự phân hoá ma
theo mùa, ngoài những nguyên nhân động lực, còn có những nguyên nhân địa
lý và phụ thuộc vào mối tơng quan giữa các hệ thống gió. Kết quả là đã tạo
thành trên lãnh thổ nớc ta một số ngoại lệ với chế độ ma gió mùa nói chung.
1.2.4 Khô hanh:
Đối lập với mùa ma là một thời kỳ rất ít ma, thời tiết trong sáng ổn định.
Một mùa khô đúng nghĩa ở nớc ta thực ra chỉ thấy ở Nam Bộ và cao nguyên
Trung Bộ. Mùa khô kéo dài 5 tháng từ tháng XII đến tháng IV
Mùa khô dài nhất ở phần cực nam Trung Bộ (từ Nha Trang đến Phan Rang)
có tới 9 tháng. Từ tháng XII đến tháng VIII lợng ma không vợt quá 50mm
ở suốt phần còn lại của niềm Trung, mùa khô thể hiện không rõ nét. Trong
thực tế, chỉ phân biệt đợc một mùa ít ma, vào các tháng I - IV, cuối mùa đông.
Nhng ảnh hởng của gió mùa Đông Bắc tại đây vẫn còn rõ rệt trong chế độ ẩm,
nếu gọi là mùa khô thì không còn đúng nghĩa nữa. Tuy nhiên, nhữngtháng đầu
mùa hạ, thời kỳ thịnh hành của gió Tây, mang lại nhiều nắng nóng khác thờng,
có thể xem là một mùa khô ngắn đặc sắc: trong khi lợng ma trong tháng vẫn
thờng vợt quá 100mm, nhng độ bốc hơi lạ tăng cao.
Mùa khô ở Bắc Bộ (trừ khu vực Tây bắc) còn gọi là mùa hanh kéo dài trong
khoảng tháng XI - XII, có thời tiết giống nh mùa khô ở Nam Bộ, nhng độ ẩm

trờng hợp ma lớn tới vài chục mm một ngày.
ở khu vực Trung Bộ mùa đông lại trùng với mùa ma lớn.
SV: Phạm Văn Tuyến Lớp: CĐ trắc địa B K49
6
Đồ án tốt nghiệp Trờng đại học Mỏ - Địa chất
Về mùa hạ, những tính chất độc đáo cũng thể hiện rõ nét. Khu vực nớc ta
cũng là nơi tiếp thu đợc lợng ma vào loại lớn ít thấy. Chỉ thua kém một số nơI
thuộc ấn Độ.
1.2.7 Nhiều loại khí hậu trên một vùng:
Sự đa dạng về loại hình thời tiết là một đặc trng đáng chú ý. Do tính chất phức
tạp của các mối tơng quan giữa hình thể chung và điều kiện địa lý từng nơi, sự
thể hiện những hệ quả khí hậu của cùng một hệ thống có thể rất khác nhau, có
thể đối lập nhau.Trong cùng một loại hình khống chế, có thể gặp nhiều kiểu
thời tiết địa phơng cùng mang những nết chung về cơ bản, nhng lại không đồng
nhất về ý nghĩa ứng dụng. Vì thế tại một vùng có thể chịu nhiều tác dụng của
nhiều kiểu thời tiết đan xen và tác dụng lẫn nhau.
1.2.8 Nhiều miền khí hậu cùng một lúc:
Đặc trng hết sức quan trọng là lãnh thổ nớc ta không hoàn toàn nằm trong
phạm vi ảnh hởng của một hệ thống khí hậu nào. Do tác động của chế độ hành
tinh, mặt trời, địa hình và biển đã tạo ra nhiều kiểu khí hậu tác động lên thời tiết
nớc ta.Nớc ta có vị trí, có tính chất chuyển tiếp về mặt địa lý khiến cho thời tiết
luân chịu nhiều tác động của các miền khí hậu khác nhau .Khí hậu nớc ta luân
là sự đan xen,tác động lên nhau giữa các miền khí hậu và không chịu ảnh hởng
hoàn toàn của một miền khí hậu.
SV: Phạm Văn Tuyến Lớp: CĐ trắc địa B K49
7
Đồ án tốt nghiệp Trờng đại học Mỏ - Địa chất
1.3 ảnh hởng của khí tợng việt nam đến kết quả
đo dài
1.3.1. ảnh hởng của khí tợng đến kết quả đo dài


=
và hiệu chỉnh vào khoảng cách đo.
DD
D
TT
+=
(1.3.1)
Trong đó:
SV: Phạm Văn Tuyến Lớp: CĐ trắc địa B K49
8
Đồ án tốt nghiệp Trờng đại học Mỏ - Địa chất
T
e
B
T
P
AN ..
+=
là chỉ số chiết suất.
D là khoảng cách sau khi hiệu chỉnh.
D
TT
là khoảng cách sau khi hiệu chỉnh.
P là áp suất.
T là nhiệt độ.
e là độ ẩm.
N
tc
là chỉ số chiết suất ở điều kiện tiêu chuẩn.




+








=








tVD
mm
m
tv
D
Vì tốc độ truyền sóng điện từ rất lớn (v
sm
8
10.3

Suy ra :
Dn
m
m
D
n
=
(1.3.6)
Trong đó:
-N là chỉ số chiết suất khí tợng.
-N
TC
là chỉ số chiết suất ở điều kiện tiêu chuẩn.
-N
TT
là chỉ số chiết suất ở điềukiện thực tế.
-n là chiết suất môi trờng.
-D là khoảng cách.
Thay vào công thức:
m
n
= m
N
.10
-6
n = 1+ N.10
-6
vào công thức (3.2.6) ta đợc

N

10
.
(1.3.8)
Qua công thức(1.3.8) ta thấy độ chính xác đo khoảng cách (m
D
)đợc xác
định trực tiếp từ độ chính xác xác định N (m
N
).
Từ công thức:
T
e
B
T
P
AN ..
+=
(1.3.9)
Với A = 103.49 ; B = 15.02
Ta có N =
T
e
T
P
.02.15.49.103
+
(1.3.10)
Trong đó - P là áp suất môi trờng
- e là độ ẩm môi trờng
- T là nhiệt độ môi trờng ( độ k )

P
.02.15.49.103
+
Với P = 780mmHg
T = 303 k
e = 75%
Ta đợc: N = 207.128
Xét đạo hàm riêng của N theo T ta đợc:
2
.02.15.49.103
2
2
T
eT
T
N
+
=
mm
T
T
eP
N
T
.
.02.15.49.103
2
+
=
Hay

0,5 m
Dt
(mm) 0,034 0,17 0,34 0,512 0,683 1,025 1,367 1,708
1 0,068 0,34 0,683 1,025 1,367 2,05 2,734 3,417
1,5 0,103 0,513 1,025 1,538 2,05 3,075 4,1 5,126
2 0,137 0,683 1,367 2,05 2,733 4,1 10,251 6,834
2,5 0,17 0,854 1,708 2,563 3,417 5,126 6,834 8,543
3 0,205 1,025 2,05 3,075 4,1 6,15 8,201 10,251
Qua kết quả khảo sát chúng tôi nhận xét: khi sai số xác định nhiệt độ
càng lớn thì độ chính xác kết quả đo càng giảm: m
t max
= 5 C thì m
D
= 10mm ở
khoảng cách D = 3km
- ảnh hởng của sai số do áp suất đến kết quả đo đợc từ công thức:
N =
T
e
T
P
.02.15.49.103
+

mN
PP
T
.
49.103
=

3 1,024 2,049 3,073 4,097 5,122
Qua kết quả khảo sát chúng tôi nhận xét: khi sai số xác định áp suất ca
càng lớn thì độ chính xác kết quả đo dài càng giảm. Khi m
P
= 5mmHg thì m
D
=
5,122mm ở khoảng cách D = 3km
- ảnh hởng của sai số do độ ẩm đến kết quả đo khoảng cách
Từ công thức N =
T
e
T
P
.02.15.49.103
+

mm
eNe
T
.
02.15
=
Ta có
Te
N 02.15
2
2
=
Vậy

13
Đồ án tốt nghiệp Trờng đại học Mỏ - Địa chất
lớn nhất.
+ ảnh hởng của độ ẩm đến kết quả đo dài là nhỏ nhất

SV: Phạm Văn Tuyến Lớp: CĐ trắc địa B K49
14
Đồ án tốt nghiệp Trờng đại học Mỏ - Địa chất
Chơng 2
Giới thiệu một số nét về máy toàn đạc điện tử
2.1. Đặc điểm cấu tạo của máy toàn đạc điện tử
Máy toàn đạc điện tử ( total station ) hiện nay đợc sử dụng rất rộng rãi
trên thế giới và ở nớc ta. Một số máy toàn đạc điện tử gồm 3 khối chính và sơ
đồ đợc trình bày nh trên hình 2.1.1.

Hình 2.1.1
Nhiệm vụ của từng khối máy toàn đạc điện tử:
2.1.1. Máy đo dài ánh sáng(electronic distance meter).
Máy đo dài ánh sáng làm nhiệm vụ đo khoảng cách từ máy tới gơng phản
SV: Phạm Văn Tuyến Lớp: CĐ trắc địa B K49
Máy đo xa điên
quang (EDM)
Máy kinh vĩ số(DT)
Các chương trình và phần mền
tiện ích
15
Đồ án tốt nghiệp Trờng đại học Mỏ - Địa chất
xạ. Các máy toàn đạc điện tử hiện nay thờng đợc trang bị một máy EDM có tâm
hoạt động trung bình từ 2 đến 4km. Độ chính xác đo khoảng cách tuỳ thuộc và
từng loại máy, nhng các máy thông dụng hiện nay thờng cho phép đo khoảng

16
Đồ án tốt nghiệp Trờng đại học Mỏ - Địa chất
Ưu điểm của phơng pháp mã hoá bàn độ là có thể dễ dàng nâng cao độ
phân giải của bàn độ để nâng cao độ chính xác của số đọc. Việc này có thể thực
hiện đợc bằng cách tăng số vòng đo ( stact ) trên bàn độ. Ví dụ nếu dùng 4 stack
thì với một mã hoá có chiều dài 8bit độ phân giải màn hình sẽ là 10 ( tức là số
đọc nhỏ nhất của máy cho phép đọc đợc là 10). Nếu tăng số stack từ 4 lên 5 thì
độ phân giải của bàn độ đạt đợc đến cấp giây ( số đọc nhỏ nhất đến 1 ).
Nhợc điểm của phơng pháp mã hoá bàn độ là bàn độ phải đợc gia công
với độ chính xác rất cao nên khó chế tạo, vì vậy phơng pháp này hiện nay ít sử
dụng.
Trong phơng pháp xung thì vùng khắc vạch của bàn độ đợc chia thành
các vạch trong suốt và không trong suốt xen kẽ nhau, để khi chiếu một tia sáng
qua vùng này chúng ta sẽ nhận đợc các xung sáng. Các xung sáng này khi đi
qua một photodiode sẽ đợc biến thành các xung điện.
Nếu đánh dấu một trong các xung của bàn độ ngang nh một xung khởi
đầu, điều đó có nghĩa là nếu dùng một máy đến xung để đếm xung từ vạch khởi
đầu và vì trí tạm thời của bàn độ.
Bàn độ của máy kinh vĩ loại xung đơn giản và dễ chế tạo hơn nhiều so với
bàn độ mã hoá. Vì vậy phơng án xung hiện nay đợc sử dụng rất rộng rãi.
2.1.3. Các chơng trình tiện ích và phần mền xử lý.
Trong khối này ngời ta cài đặt các chơng trình tiện ích để xử lý các bài
toán trắc địa đơn giản nh: cải chính khoảng cách nghiêng về khoảng cách
ngang, tính lợng hiệu chỉnh khoảng cách do các yếu tố khí tợng, hiệu chỉnh do
chiết quang và độ cong của quả đất, tính chênh cao giữa hai điểm theo công
thức của thuỷ chuẩn lợng giác, chơng trình tính toạ độ của các điểm theo chiều
dài cạnh và phơng vị, chơng trình tính tiện ích của một vùng khép kín, chơng
trình tính giao hội nghịch Ngoài ra để máy có thể trao đổi đ ợc với máy vi
tính, nh trút số liệu từ bộ nhớ của máy vào máy tính để tiếp tục quá trình vẽ bản
đồ hoặc phần file số liệu nào đó từ máy tính vào bộ nhớ của máy ngời ta có cài

SV: Phạm Văn Tuyến Lớp: CĐ trắc địa B K49
18
Đồ án tốt nghiệp Trờng đại học Mỏ - Địa chất
Ngời ta ghi nhận thời điểm phát tín hiệu (t
1
) và thời điểm thu tín hiệu (t
2
)
từ đó thu đợc thời gian lan truyền:
t = t
1
t
2
(2.3.2)
Vậy khoảng cách D lúc này là:
2
t
D

=
(2.3.3)
Tín hiệu sử dụng có thể là âm thanh hoặc sóng điện từ.
Máy toàn mạch địên tử chỉ sử dụng sóng điện từ vì tốc độ lan
truyền của sóng bị ảnh hởng rất nhiều bởi môi trờng.
Nh vậy độ chính xác của D phụ thuộc vào v và t. Theo lý
thuyết sai số ta có sai số trung phơng đo khoảng cách:
2 2 2
( ) ( ) ( )
t
v t

hồi. Nh vậy hai thành phần này đợc tạo ra từ một tín hiệu chỉ khác
là chúng truyền qua hai quãng đờng khác nhau D
0
và 2D, nghĩa là
độ chênh lệch cần đo là một hàm số của hiệu (2D-D
0
) trong đó chứa
khoảng cách D cần tìm:
Có ba phơng pháp điện tử đo khoảng cách chủ yếu:
- Phơng pháp thời gian (phơng pháp đo xung).
- Phơng pháp tần số.
- Phơng pháp pha.
Phơng pháp pha còn gặp dới hai dạng: dạng sử dụng các tín
hiệu điều biến và dạng sử dụng các tín hiệu trực tiếp không điều
biến (dao động mang) gọi là phơng pháp giao thoa. Ngoài ra trong
thực tế còn gặp phơng pháp phối hợp gọi là phơng pháp xung pha,
phơng pháp xung đợc sử dụng cho chế độ đo thô (đo xa với độ chính
xác thấp) còn phơng pháp pha dùng để đo chính xác.
Phơng pháp tần số đợc ứng dụng trong các máy đo cao Radio
(trắc địa ảnh) và trong hệ thống trắc địa Radio.
Phơng pháp xung trớc đây chủ yếu đợc ứng dụng trong các
máy để đo khoảng cách lớn với độ chính xác thấp. Những năm gần
đây, kỹ thuật điện tử laser đã tạo đợc các xung ánh sáng có độ hổng
(lấp đầy) hẹp (=0.1ns) cho phép nâng cao độ chính xác đo khoảng
cách vì đã xuất hiện một vài máy đo xa loại xung, ph ơng pháp giao
thoa độ chính xác cao hơn tất cả các phơng pháp khác nhng chỉ đo
đợc khoảng cách ngắn nên chỉ mới ứng dụng trong trắc địa chuyên
ngành (lắp ráp, đo biến dạng công trình).
Hiện nay ở Việt Nam, trong công tác trắc địa, để đo khoảng
cách đã và đang chủ yếu các máy đo xa loại pha và xung.

thạch anh hoặc đồng hồ nguyên tử (1). Một phần xung laser này đ ợc
tách ra làm xung xuất phát bằng cách dẫn nó qua quang tuyến (3)
trong máy đến bộ phận thu nhận ánh sáng (4) và tại đây đ ợc chuyển
thành xung điện tử đi vào bộ đếm thời gian (5). Phần kia của xung
lazer (2) đợc chuyển đến bộ phản xạ (6) rồi trở về bộ phận thu ánh
sáng (4) và cũng biến thành xung điện gọi là xung tới đích hoặc
xung dừngvà cũng vào bộ đếm thời gian (5).
Nội dung của phơng pháp xung là xác định trực tiếp khoảng
thời gian truyền xung điện từ trên hai lần khoảng cách (t
2D
), chính
là khoảng thời gian giữa xung xuất phát và xung tới đích trong
công thức:
2
.
2
D
t
D

=
Trong đó: D - Là khoảng cách cần xác định.
V - vận tốc truyền tín hiệu.
T
2D
- Là thời gian truyền xung điện trên hai lần khoảng
cách.
Các xung đợc chọn để đo khoảng cách phải đạt hai tiêu chuẩn
SV: Phạm Văn Tuyến Lớp: CĐ trắc địa B K49
23

Đồ án tốt nghiệp Trờng đại học Mỏ - Địa chất
đo pha đo khảng cách đợc áp dụng phổ biến nhất. Vì pha hàm tuyến
tính của thời gian.
0
t

= +
(2.3.8)
Nên độ thay đổi pha trong một khoảng thời gian lại là hàm
tuyến tính của khoảng cách mà sóng điện từ truyền trên nó.
Giả sử bộ phát tín hiệu bức xạ sóng điện từ điều hoà tần số
2 fd

=
với pha:
1 0
t

= +
(2.3.9)
Sau khi truyền đến bộ phản xạ, sóng đợc đa trở lại bộ thu nhận
tín hiệu với pha lúc này là:
2 2 0
( )
D
t t

= +
(2.3.10)
Trong đó t

biết) thì xác định đợc khoảng cách D.
Vì đại lợng
2D

có thể là góc lớn hơn
2

nên nó đợc biểu thị
dới dạng tổng quát:
2 1
2
D
N

= +
(2.3.13)
Trong đó: N là số nguyên dơng (N=0,1,2,3,) còn
0 2

< <
Bộ đo pha chỉ xác định đại lợng

còn N là ẩn số cần tìm.
Thay (2.3.13) vào công thức (2.3.12) ta có công thức tính khoảng
cách:
2
d
v
D N
sf