Báo cáo Đánh giá các phương pháp thành lập bản đồ địa hình trong khảo sát thiết kế đường sắt

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI ---*****--- BÁO CÁO ĐỀ TÀI KHOA HỌC SINH VIÊN 1. Tên đề tài: ĐÁNH GIÁ CÁC PHƯƠNG PHÁP THÀNH LẬP BẢN ĐỒ ĐỊA HÌNH TRONG KHẢO SÁT THIẾT KẾ ĐƯỜNG SẮT 2. Sinh viên thực hiện: Nguyễn Công Toán - Lớp Cầu đường sắt K48 Phạm Việt Dũng - Lớp Cầu đường sắt K48 Nguyễn Văn Thanh - Lớp Cầu đường sắt K48 Nguyễn Văn Việt - Lớp Cầu đường sắt K48 3. Giáo viên hướng dẫn: Th.S Nguyễn Văn Chính HÀ NỘI- 2010 1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI ---*****--- BÁO CÁO ĐỀ TÀI KHOA HỌC SINH VIÊN 1. Tên đề tài: ĐÁNH GIÁ CÁC PHƯƠNG PHÁP THÀNH LẬP BẢN ĐỒ ĐỊA HÌNH TRONG KHẢO SÁT THIẾT KẾ ĐƯỜNG SẮT 2. Sinh viên thực hiện: Nguyễn Công Toán - Lớp Cầu đường sắt K48 Phạm Việt Dũng - Lớp Cầu đường sắt K48 Nguyễn Văn Thanh - Lớp Cầu đường sắt K48 Nguyễn Văn Việt - Lớp Cầu đường sắt K48 3. Giáo viên hướng dẫn: Th.S Nguyễn Văn Chính HÀ NỘI- 2010 2 ĐẶT VẤN ĐỀ Trong những năm qua với sự tiến bộ vượt của khoa học công nghệ, nhiều thiết bị đo đạc hiện đại xuất hiện như máy toàn đạc điện tử, hệ thống định vj toàn cầu (GPS)…công nghệ thông tin được ứng dụng rộng rãi. Những điều đó đã ảnh hưởng rất nhiều đến công tác khảo sát thiết kế các công trình xây dựng trong đó có lĩnh vực xây dựng đường sắt. Trong lĩnh vực khảo sát thiết kế đường sắt đã ứng dụng các thiết bị đo đạc hiện đại và công nghệ thông tin từ nhiều năm nay. Các thiết bị đo đạc hiện đại như máy toàn đạc điện tử, hệ thống định vị toàn cầu (GPS) đã sử dụng để thành lập lưới khống chế trắc địa, đo vẽ bản đồ địa hình, bố trí công trình….Trong công tác khảo sát địa hình phục vụ thiết kế, bản đồ địa hình đóng vai trò quan trọng và là số liệu địa hình cơ bản phục vụ công tác thiết kế. Hiện nay khi thiết kế các tuyến đường có tốc độ cao chủ yếu được thực hiện trên bản đồ địa hình số. Trong trắc địa có rất nhiều phương pháp đo vẽ bản đồ địa hình với nhiều ưu, nhược điểm khác nhau. Bản đồ địa hình sử dụng trong các ngành kỹ thuật khác nhau cũng có những đặc điểm cụ thể. Do vậy cần căn cứ vào yêu cầu, mục đích sử dụng để lựa chọn phương pháp thành lập bản đồ địa hình phù hợp đáp ứng yêu cầu về kinh tế và kỹ thuật. Đề tài “Đánh giá các phương pháp đo thành lập bản đồ địa hình trong khảo sát thiết kế đường sắt” với mục đích đánh giá các phương pháp thành lập bản đồ địa hình với các đặc điểm khác nhau từ đó đề xuất phương pháp thành lập bản đồ địa hình phù hợp phục vụ thiết kế đường sắt đảm bảo mụcc tiêu tối ưu về kinh tế và kỹ thuật. Kết quả nghiên cứu của đề tài góp phần xây dựng và hoàn thiện góp phần hoàn thiện quy trình khảo sát đường sắt. 3 MỤC LỤC Trang Đặt vấn đề 01 Mục lục 02 Chương I: Khỏi quát về máy Toàn Đạc Điện Tử 04 I.1. Cấu tạo chung của máy toàn đạc điện tử. 04 I.1.1. Máy đo xa điện tử 05 I.3.3. Đo cao. 12 I.3.4. Đo bình đồ. 12 I.3.5. Bố trí công trình. 13 I.2.6. Chức năng đo gián tiếp (Tie Distance). 14 I.2.7. Chức năng giao hội nghịch (Free Station). 15 I.2.8. Chức năng đo chiều cao chướng ngại vật ( Remote Hieght). 15 I.2.9. Đo và tính diện tích. 15 Chương II: nghiên cứu về ảnh hưởng của độ lớn góc đứng đến độ chính xác đo độ cao của máy tđđt 17 II.1. Khỏi quát lý thuyết đo cao lượng giác 17 II.1.1. Đo cao phía trước. 17 II.2.2. Sai số trung phương đo độ cao. 22 II.3. ảnh hưởng độ lớn góc đứng đến độ chính xác đo độ cao 24 Kết luận và kiến nghị 39 Tài liệu tham khảo 40 4 CHƯƠNG I KHÁI QUÁT CÁC PHƯƠNG PHÁP THÀNH LẬP BẢN ĐỒ ĐỊA HÌNH I.1. KHÁI NIỆM BẢN ĐỒ ĐỊA HÌNH Bản đồ địa hình là hình chiếu thu nhỏ và đồng dạng của bề mặt trái đất lên mặt phẳng. Thực chất của đo vẽ bản đồ địa hình là xác định vị trí của các đối tượng đo vẽ (các điểm đặc trưng của địa hình, địa vật) trên thực địa rồi dùng các kí hiệu bản đồ để biểu diễn chúng lên mặt phẳng tờ giấy theo một tỷ lệ nào đó. Hiện nay có 02 phương thức thể hiện bản đồ: - Bản đồ truyền thống: Thể hiện trên các vật liệu truyền thống như giấy, da động vật, phim… - Bản đồ số: Là loại bản đồ được biên tập và lưu trữ trên máy tính. Hiện nay bản đồ số được sử dụng thông dụng. Dựa vào tỷ lệ người ta chia bản đồ làm ba loại như sau: - Bản đồ tỷ lệ lớn: gồm các tỷ lệ:1:5000, 1:2000, 1:1000 và lớn hơn. - Bản đồ tỷ lệ trung bình: gồm các tỷ lệ: 1:10000, 1:25000, 1:50.000 và 1:100.000 - Bản đồ tỷ lệ nhỏ: gồm các tỷ lệ nhỏ hơn 1:100.000 I.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP THÀNH LẬP BẢN ĐỒ ĐỊA HÌNH I.2.1. Phương pháp đo ảnh. 1. Bản chất và nhiệm vụ của phương pháp đo ảnh Phương pháp đo đạc chụp ảnh (gọi tắt là phương pháp đo ảnh) ra đời trong những năm 50 của thế kỷ 19 với những ứng dụng đầu tiên của kỹ thuật chụp ảnh vào công tác trắc địa địa hình và vào lĩnh vực đo đạc kiến trúc của các nhà khoa học. Ngày nay phương pháp đo ảnh đó trở thành một ngành khoa học quan trọng của kỹ thuật đo đạc với những cơ sở lý thuyết hoàn chỉnh và những hệ thống máy móc chính xác và hiện đại. 5 Bản chất của phương pháp đo ảnh là một phương pháp đo gián tiếp thông qua hình ảnh hoặc các nguồn thông tin thu được của đối tượng đo. Nhiệm vụ của phương pháp đo ảnh là xác định trạng thỏi hình học của đối tượng đo, bao gồm: vị trí, hình dáng, kích thước và mối quan hệ tương hỗ của các đối tượng đo. Phương pháp đo ảnh được coi là một phương pháp viễn thám hiện đại trong lĩnh vực khoa học về trái đất. Phương pháp đo ảnh có hai quá trình cơ bản: 1. Quá trình thu nhận hình ảnh hoặc các thông tin ban đầu của đối tượng đo được thực hiện trong một thời điểm nhất định với nhiều phương thức khác nhau như: Chụp ảnh đối tượng đo với các loại thiết bị chụp ảnh và vật liệu cảm quang khác nhau. Thu nhận các thông tin bức xạ của đối tượng đo bằng các hệ thống quét điện tử khác nhau. Quá trình thu nhận hình ảnh của đối tượng đo bằng phương pháp đo ảnh được thực hiện bằng phương pháp "chụp ảnh quang học" theo nguyên lý của phép chiếu xuyên tâm (Photogrammetry) hay bằng phương pháp "quét ảnh điện tử" (Electronny - photogrammetry) với hai phương thức: + Chụp ảnh trên không: Tức là các thiết bị chụp ảnh được đặt trên các thiết bị trên không, như: máy bay, vệ tinh nhân tạo hay trên các con tàu vũ trụ v.v…. Hình ảnh thu được là các ảnh hàng không hoặc ảnh vệ tinh + Chụp ảnh mặt đất: Tức là thiết bị chụp ảnh được đặt trên mặt đất 2. Quá trình dựng lại và đo đạc trên mô hình của đối tượng đo từ các ảnh chụp hoặc các thông tin thu được có thể thực hiện bằng 3 phương pháp cơ bản sau trên các hệ thống thiết bị tương ứng: • Phương pháp tương tự (Analog) • Phương pháp giải tích (Analyse) • Phương pháp số (Digital) 6 Trên các mô hình đó được xây dựng theo tỷ lệ thu nhỏ trong phũng người ta sẽ thu được các số liệu cần thiết cho các nhiệm vụ đo đạc khác nhau. 2. Đặc điểm và phạm vi ứng dụng Với phương thức đo gián tiếp trên ảnh của đối tượng đo, phương pháp đo ảnh có những đặc điểm nổi bật sau đây: - Có khả năng đo đạc tất cả các đối tượng đo mà không nhất thiết phải tiếp xúc hoặc đến gần chúng, miễn các đối tượng này có thể chụp ảnh được (bằng phim toàn sắc, phim màu hoặc phim quang phổ). Vì vậy, đối tượng của phương pháp đo ảnh rất đa dạng, từ các miền thực địa rộng lớn của mặt đất đến vi vật thể với kích thước rất nhỏ (10-6mm - Nanometer). - Nhanh chóng thu được các tư liệu đo đạc trong thời gian chụp ảnh, giảm nhẹ công tác ngoài trời, tránh các ảnh hưởng của thời tiết đối với công tác đo đạc. - Có thể đo trong cùng một thời điểm nhiều điểm đo khác nhau của các đối tượng đo. Do đó không những cho phép đo các vật thể tĩnh (như địa hình, địa vật) mà cũng có thể đo các vật thể đang vận động cực nhanh (như quỹ đạo của tên lửa, máy bay v.v…) hoặc vận động cực chậm (sự biến dạng của các công trình xây dựng v.v…). - Quy trình công nghệ của phương pháp rất thuận lợi cho việc tự động hoá công tác đo, nâng cao hiệu suất công tác và tính kinh tế của phương pháp. - Nhược điểm chủ yếu của phương pháp đo ảnh là trang bị kỹ thuật cồng kềnh và đắt tiền, đòi hỏi những điều kiện nhất định trong sử dụng và bảo quản, đặc biệt là đối với khí hậu nhiết đới ở nước ta. Ngày nay ở nhiều nước trên thế giới, phương pháp đo ảnh đã trở thành một phương pháp cơ bản trong công tác đo vẽ bản đồ địa hình các loại và được gọi tắt là phương pháp trắc địa ảnh. Ngoài lĩnh vực địa hình, 7 phương pháp đo ảnh cũn được ứng dụng rộng rói trong các ngành khoa học kỹ thuật khác như khai thác má, bảo tồn di tích. Phương pháp chụp ảnh mặt đất là phương pháp bổ sung cho phương pháp chụp ảnh hàng không trong công tác đo vẽ bản đồ tỷ lệ lớn ở vùng đồi núi, đặc biệt là vùng núi đá khó đi lại. Ngày nay với những thành tựu phát triển hiện đại về kỹ thuật và công nghệ, phương pháp đo ảnh có khả năng đáp ứng được các yêu cầu đa dạng về thành lập bản đồ địa hình, bản đồ địa chính các loại tỷ lệ và các nhiệm vụ đo đạc trong các lĩnh vực khác. 3. Tình hình phát triển ngành trắc địa ảnh ở Việt Nam Ngành trắc địa ảnh cũng như ngành Trắc địa và bản đồ nói chung là một trong những ngành khoa học kỹ thuật non trẻ của nước ta. Chỉ sau khi miền Bắc được hoàn toàn giải phóng, ngành Trắc địa và bản đồ ở nước ta mới được chú ý xây dựng và phát triển. Năm 1958 chúng ta đó tiến hành chụp ảnh điều tra khảo sát rừng với sự giúp đỡ của CHDC Đức (cũ). Nhưng đến năm 1965, chúng ta mới bắt đầu sử dụng phương pháp đo ảnh hàng không vào việc đo vẽ bản đồ địa hình tỷ lệ cơ bản Nhà nước 1:50000 và 1:25000. Về công tác bay chụp, đó bắt đầu sử dụng các máy chụp ảnh và máy bay chụp ảnh có tính năng và chất lượng tốt hơn, như máy ảnh MRB 15/2323 (của CHDC Đức) AFA -TE 70 và máy bay AN-30 của Liên Xô. Hiện nay ở nước ta đó có rất nhiều cơ sở sản xuất xây dựng các xí nghiệp đo vẽ ảnh với các máy móc chính xác hiện đại như: Tổng cục Địa chính, Cục Địa chất -Khoáng sản, Cục Bản đồ Quân đội, Bộ Nông nghiệp và phát triển nông thôn, Bộ Xây dựng v.v… 8 Hình I-1: Ảnh vệ tinh I.2.2. Phương pháp đo điểm. Nguyên lý của phương pháp này là chia bề mặt đất thành các điểm đặc trưng về địa hình và địa vật gọi là điểm chi tiết, tiến hành đo vẽ các điểm chi tiết thu được bản đồ. Có nhiều phương pháp đo điểm chi tiết nhưng thông dụng và phổ biến hiện nay là phương pháp toàn đạc với dụng cụ là máy toàn đạc điện tử. Phương pháp đo điểm thích hợp khi đo vẽ bản đồ địa hình tỷ lệ lớn. 1. Phương pháp toàn đạc Là một trong những phương pháp thường được áp dụng để đo vẽ ở những nơi có diện tích không lớn và để thành lập bản đồ tỷ lệ lớn Trong phương pháp toàn đạc vị trí điểm chi tiết chủ yếu được xác định bằng phương pháp tọa độ cực mà trục cực là hướng I-II, đo góc cực  và khoảng cách cực S (Hình I-2) 9 P I II III IV C      1' 2' 3' 1 2 3 M' M S Hình I-2: Các phương pháp toàn đạc đo điểm chi tiết Dựa vào S và  ta sẽ chuyển được vị trí của các điểm chi tiết lên bản vẽ. Độ cao của điểm chi tiết được xác đinh bằng phương pháp đo cao lượng giác. Việc thành lập bản đồ địa hình bằng phương pháp toàn đạc được chia làm 2 giai đoạn: + Giai đoạn đo ngoài thực địa các giá trị góc bằng , góc đứng V và khoảng cách S gọi là công tác tác nghiệp. + Giai đoạn tính trong phòng các giá trị khoảng cách ngang S độ chênh cao h va độ cao H góc bằng , vẽ các điểm chi tiết lên bản vẽ. * Trình tự thực hiện đối với dụng cụ là máy kinh vĩ+ mia đứng: - Công tác chuẩn bị + Thành lập lưới khống chế đo vẽ. + Đặt máy vào điểm trạm đo (là điểm khống chế đo vẽ). Sau khi định tâm, cân bằng máy, xác định giá trị MO. + Đo chiều cao máy (i) bằng thước hoặc mia. + Định hướng ban đầu 00 o về điểm khống chế lân cận (vị trí bàn độ trái). - Đo các yếu tố điểm chi tiết 10 + Người cầm mia: dựng mia lên điểm chi tiết cần đo + Người đứng máy: quay máy đến ngắm mia đặt ở điểm chi tiết. Tại mỗi điểm chi tiết tiến hành các thao tác: + Đọc số trên mia theo dây trên, dây giữa, dây dưới. + Đọc số trên vành độ ngang. + Đọc số trên vành độ đứng. Kết quả đo ghi vào sổ. Để tránh trùng lặp hoặc bá sót cần phải phân vùng cho các trạm đo. Tuy nhiên giữa các trạm đo cần phải “đo chờm” để kiểm tra. Cùng với công tác đọc số cần vẽ phác sơ đồ vị trí điểm khống chế, điểm chi tiết để tránh nhầm lẫn khi đo vẽ bản đồ. - Tính toán Tính tọa độ và độ cao các điểm khống chế. Tính khoảng cách nằm ngang từ máy đến điểm chi tiết: S = K.n.cos 2 V (I-1) Tính độ chênh cao của các điểm chi tiết so với trạm máy. liVnKh  2sin.. 2 1 (I-2) Tính độ cao các điểm chi tiết: Hi=Hmáy+ h (I-3) - Vẽ bản đồ + Chấm các điểm khống chế theo phương pháp tọa độ vuông góc. + Chuyển các điểm chi tiết theo phương pháp tọa độ cực và vẽ đường đồng mức. + Hoàn thiện bản đồ. * Trình tự thực hiện đối với dụng cụ là máy toàn đạc điện tử (TĐĐT): - Công tác chuẩn bị + Đặt máy TĐĐT vào vị trí, thực hiện các thao tác dọi tâm, cân máy, đo chiều cao máy. 11 + Định hướng về điểm lưới khống chế gần nhất bằng thao tác trên bàn phím của máy. - Đo các yếu tố, vẽ điểm chi tiết Dựng gương tại các điểm chi tiết, người đứng máy ngắm gương và ấn phím chứng năng để đo và ghi dữ liệu, thời gian đo và ghi dữ liệu cho mỗi điểm chi tiết tiến hành trong vài giây. - Trút dữ liệu và vẽ bản đồ Dữ liệu đo xong được trút sang máy tính theo 03 phương thức: + Sử dụng cáp chuyên dụng. + Sử dụng thẻ nhớ + Trút không dây Sau khi trút dữ liệu sang máy tính sử dụng phần mềm chuyên dụng để biên tập và thành lập bản đồ số. 2. Phương pháp tọa độ vuông góc Dùng khi đo vẽ địa vật gần lưới khống chế. Ví dụ cần đo vẽ một ngôi nhà gần cạnh II-III (hình I-2). Dùng dụng cụ đo góc vuông để xác định vị trí đỉnh góc vuông tại 1, 2, 3. Đo độ dài đoạn II-1; 1-2; 2-3; 1-1’; 2-2’; 3-3’. 3. Phương pháp giao hội góc Dùng để đo vẽ địa vật độc lập ở cách xa lưới khống chế. Ví dụ, cần đo vẽ gốc cây C (hình I-2). Đặt máy kinh vĩ tại I và II đo góc II -I- C = 1 và góc I- II- C = 2. 4. Phương pháp giao hội cạnh Dùng để đo vẽ địa vật gần lưới khống chế. Ví dụ cần đo vẽ góc bờ rào M (hình I-2) khi đã biết điểm IV và M’. Như vậy chỉ cần đo đoạn M’M và IVM. Thực tế khi đo điểm chi tiết cần áp dụng một cách linh hoạt, tuỳ theo địa hình và số người tham gia để tiến hành sao cho có lợi nhất. 5. Phương pháp dùng GPS 12 Nhiều quốc gia phát triển đã sử dụng GPS để thành lập bản đồ địa hình. Nguyên tắc là vị trí các điểm chi tiết được xác định bằng phương pháp đo GPS với thời gian đo mỗi điểm trong vài giây. Ưu điểm của phương pháp: Độ chính xác cao, chất lượng kết quả đo ít chịu ảnh hưởng do người đo. Có thể tiến hành trong nhiều điều kiện thời tết khác nhau. Không cần lập lưới khống chế đo vẽ. Nhược điểm của phương pháp: Yêu cầu cao về trình độ người đo, điều kiện thu tín hiệu GPS. 6. Phương pháp mặt cắt Nguyên tắc của phương pháp là dựa vào bản vẽ mặt cắt dọc và mặt cắt ngang của các công trình dạng tuyến để vẽ lên bản đồ địa hình. Trình tự như sau: 1. Vẽ mặt cắt dọc và mặt cắt ngang. 2. Dựa vào số liệu mặt cắt dựng được bản vẽ mặt bằng với điểm chi tiết được xác định theo mặt cắt dọc và mặt cắt ngang (Hình I-2). Hình I-2: Bản vẽ mặt bằng vẽ từ mặt cắt dọc và mặt cắt ngang 3. Kết hợp với các ghi chú trong quá trình đo vẽ để vẽ bản đồ địa hình (Hình I-3). 13 ao ao Hình I-2: Bản vẽ mặt bằng vẽ từ mặt cắt dọc và mặt cắt ngang Phương pháp này được sử dụng phổ biến khi đo vẽ bản đồ địa hình của các công trình dạng tuyến như tuyến đường, tuyến đê, kênh... I.3. BẢN ĐỒ SỐ I.3.1. Khái niệm Trước đây bản đồ thường được vẽ bằng tay trên giấy và cac vật liệu truyền thống, các thông tin được thể hiện nhờ các đường nét, màu sắc, hệ thống kí hiệu và các ghi chú. Ngày nay cùng với sự phát triển của các nghành điện tử tin học, sự phát triển của phần cứng máy tính, các thiết bị đo đạc, ghi tự động, các loại máy in, máy vẽ có chất lượng cao không ngừng được hoàn thiện. Công nghệ thông tin thực sự đó thâm nhập vào mọi lĩnh vực đời sông xa hội, đặc biệt là trong lĩnh vực quản lý nguồn tài nguyờn thiên nhiên đất đai. Sự ra đời của hệ thống thông tin địa lý Gis và hệ thống thông tin đất đai LIS đó tạo ra một bước ngoặt chuyển từ phương thức quản lý thủ công trước đây sang một phương thức mới, quản lý, xử lý dữ liệu trên máy tính, Bản đồ là một thành phần quan trọng, là một trong hai dạng dữ liệu cơ bản của một hệ thống thông tin địa lý. Các đối tượng địa lý được thể hiện trên bản đồ dựa trên mô hình toán học trong không gian 2 chiều hoặc 3 chiều. Bản đồ số có thể được hiểu như là một tập hợp có tổ chức được lưu 14 bằng các file dữ liệu, có thể thể hiện hình ảnh bản đồ giống như bản đồ truyền thông trên màn hình máy tính, có thể thông qua các thiết bị máy in, máy vẽ để in ra giấy như bản đồ thông thường. I.3.2. Các loại dữ liệu và mô hình cơ bản của bản đồ số - Cơ sở dữ liệu bản đồ được hình thành từ bốn dạng dữ liệu cơ bản: dạng điểm, dạng đường, dạng vùng và dạng chú giải, chú thích. + Số liệu dạng điểm như Point, cell, symbol là dạng số liệu đơn giản nhất. Chúng là những đối tượng vụ hướng chỉ có vị trí trong không gian không có chiều dài. + Số liệu dạng đường như Line, Arc, Polyline: Đường bao gồm cả các cung là các đối tượng 2 chiều, chúng không những có vị trí trong không gian mà cũng có cả độ dài. + Số liệu dạng vùng như Polygon, area: Vùng là các đối tượng hai chiều, chúng không những có vị trí, độ dài mà cũng có cả độ rộng + Số liệu dạng chú thích, mô tả - Các loại dữ liệu trên được lưu trữ trong 2 mô hình dữ liệu không gian cơ bản là mô hình vector và mô hình raster. + Mô hình vector: Trong mô hình Vector vị trí của các điểm, đường, đa giác đều được xác định chính xác. Vị trí của mỗi đối tượng được định nghĩa bởi một cặp tọa độ (X,Y) hoặc là một chuỗi các cặp tọa độ Một điểm được xác định bằng một cặp tọa độ. Một đường thực chất là tập hợp của các điểm được xác định bằng chuỗi các cặp tọa độ. Một vùng thực chất là tập hợp của các đường được khộp kín do đó được xác định bằng chuỗi các cặp tọa độ nhưng cặp tọa độ đầu và cuối là trùng nhau + Mô hình Raster: Là phương pháp đơn giản nhất để lưu trữ các dữ liệu số liệu không gian. Trong dạng mô hình này, các số liệu không gian được tổ chức thành các Pixel mỗi một điểm được mô tả bằng 1 Pixel mỗi đường được mô tả bằng chuỗi Pixel. Cấu trúc Raster ít phù hợp cho việc 15 biểu diễn các đường vì thường làm xuất hiện sự gấp khúc cho các đường, Một đa giác được biểu diễn bằng một nhóm pixel I.3.3. Đặc điểm của bản đồ số - Mỗi bản đồ số có một cơ sở toán học bản đồ nhất định như hệ quy chiếu, hệ tọa độ.... Các đối tượng bản đồ được thể hiện thống nhất trong cơ sở toán học này. Nội dung, mức độ chi tiết thông tin, độ chính xác của bản đồ số đáp ứng được hoàn toàn các yêu cầu như bản đồ trên giấy thông thường, nhưng hình thức đẹp hơn. Bản đồ số không có tỉ lệ như bản đồ thông thường. Kích thước, diện tích các đối tượng trên bản đồ số đúng bằng kích thước các đối tượng ngoài thực địa - Khi thành lập bản đồ số, các công đoạn thu thập dữ liệu, xử lý dữ lệu đòi hỏi kỹ thuật và tay nghề cao, tuân theo các quy định chặt chẽ về phân lớp đối tượng, cấu trúc dữ liệu, tổ chức dữ liệu..... Nếu thành lập bản đồ địa chính thì giữ nguyên được độ chính xác của số liệu đo đạc, không chịu ảnh hưởng của sai số đồ họa - Nghiên cứu đánh giá tình hình vừa khỏi quát vửa tỉ mỉ - Hạn chế lưu trữ bản đồ bằng giấy. Vì vậy chất lượng bản đồ không bị ảnh hưởng bởi chất liệu lưu trữ. Nếu nhân bản nhiều thì giá thành bản đồ rẻ hơn rất nhiều. - Chỉnh lý tái bản dễ dàng, nhanh chóng, tiết kiệm. - Bản đồ số có tính linh hoạt hơn hẳn bản đồ giấy thông thường, có thể dễ dàng thực hiện các công việc như: + Các phép đo tính khoảng cách, diện tích, chu vi....... + Xây dựng các bản đồ theo yêu cầu người sử dụng + Phân tích.xử lý thông tin để tạo ra các bản đồ chuyên đề rất khó có thể thực hiện bằng tay như bản đồ 3 chiều, nội suy đường bình đồ thành lập bản đồ độ dốc, chồng ghép bản đồ.... 16 + Bản đồ ra nhiều tỉ lệ khác nhau theo yêu cầu 1 cách dễ dàng nhanh chóng + Tìm kiếm thông tin theo yêu cầu + Ứng dụng công nghệ đa phương tiện, liên kết dữ liệu thông qua hệ thống mạng cục bộ, diện rộng, toàn cầu + Ứng dụng công nghệ mô phỏng I.3.4. Tổ chức dữ liệu bản đồ Các đối tượng của bản đồ số được tổ chức phân thành các lớp thông tin( layer,....). Phân lớp thông tin là sự phân loại logic các đối tượng của bản đồ sô dựa trên các tính chất, thuộc tính của các đối tượng bản đồ. Các đối tượng bản đồ được phân loại trong cùng một lớp là các đối tượng có chung một sô tính chất nào đó. Các tính chất này là các tính chất có tính đặc trung cho các đối tượng, Việc phân lớp thông tin ảnh hưởng trực tiếp đến nhận biết các loại đối tượng trong bản đồ số. Mỗi bản đồ số có tối đa 64 lớp khác nhau được đánh số từ 0 tới 63 hoặc được đặt tên riêng. Các lớp trong bản đồ có cùng một hệ tọa độ, cùng tỉ lệ, cùng hệ số thu phóng. Lớp là một thành phần của bản vẽ, có thể bật hoặc tắt trên màn hình. Khi tất cả các lớp được bật ta có bản đồ hoàn chỉnh Trong một lớp thông tin, các đối tượng chỉ thuộc vào một loại đối tượng hình học duy nhất: điểm, đường , vùng, hoặc chú giải, chú thích. Các đối tượng trong bản đồ có các thuộc tính: vị trí, lớp, màu sắc, kiểu đường nét, lực nét I.3.2. Các phương pháp thành lập bản đồ số 1. Các nguồn dữ liệu để thành lập bản đồ số bao gồm: - Số liệu đo đạc mặt đất bằng máy toàn đạc, toàn đạc điện tử, GPS.... 17 - Kết quả của quá trình đo đạc thường là các cặp tọa độ ( X,Y,Z) của các điểm đo hoặc các giá trị đo góc, khoảng cách từ trạm đến điểm đo và độ cao điểm đo. - Các loại bản đồ trên giấy, diamat, phim ảnh.... có sẵn( bản đồ có sẵn). Để thành lập, quản lý bản đồ số, dữ liệu từ các loại bản đồ có sẵn là một nguồn dữ liệu quan trọng và rẻ tiền nhất, chúng ta có thể sử dụng phương pháp sô hóa bản đồ để chuyển bản đồ vào máy tính. Tuy nhiên, để đảm bảo độ chính xác cho bản đồ số, các loại bản đồ nói trên phải đảm bảo 1 số yêu cầu như: bản đồ phải rừ ràng, không nhàu lát, không can vẽ hoặc photocopy lại nhiều lần..... - Ảnh hàng không và ảnh vệ tinh. Hiện nay phương pháp sử dụng ảnh hàng không, vệ tinh đang được nghiên cứu, sử dụng trong công tác thành lập bản đồ và phân tích không gian. Số liệu từ ảnh hàng không, vệ tinh phản ánh trung thực bề mặt của khu vực bay chụp tại thời điểm chụp ảnh. Tuy nhiên, tỷ lệ của bản đồ thành lập phải phù hợp với tỷ lệ chụp ảnh và độ phân giải ảnh. Phương pháp này rất có hiệu quả đối với việc thành lập bản đồ tỷ lệ vừa và nhỏ. Căn cứ vào số liệu thu thập được mà ta có các phương pháp thành lập như sau: 2. Thành lập bản đồ số từ số liệu đo đạc - Số liệu đo đạc được lưu trữ trong bộ nhớ của máy. Các số liệu này được truyền vào máy tính thông qua các phần mềm chuyên dụng(SDR, FAMIS, ITR....). Sau đó, nhờ các chức năng của phần mềm, các điểm đo được hiển thị trên màn hình máy tính, Căn cứ vào sơ đồ nối, chúng ta có thể thành lập được bản đồ số bằng phương pháp nối bằng tay hoặc nối tự động. - Số liệu đo đạc được ghi sổ theo phương pháp truyền thống. 18 Đầu tiên, số liệu đo đạc được nhập vào máy tính bằng tay dưới dạng các file số liệu lưu trữ điểm đo. Cấu trúc file dữ liệu lưu trữ điểm đo phụ thuộc vào phần mềm sử dụng. Sau đó, phương pháp thành lập bản đồ hoàn toàn tương tự như phương pháp trên. - Số liệu từ GPS Để nhận loại dữ liệu này chúng ta sử dụng các phần mềm chuyên dụng nhập dữ liệu từ GPS, các phần mêm này có thể là mapinfo, Mapsuorce..... Dữ liệu từ GPS sau khi truyền vào máy tính thường là các cặp tọa độ. Sử dụng các phần mềm chuyên dùng lập bản đồ hoặc các phần mềm GIS để lập bản đồ số như Famis, Mapinfo, Arcview....... 3 Số hóa bản đồ Đối với nguồn dữ liệu bản đồ có sẵn, dùng phương pháp số hóa bản đồ để xây dựng cơ sở dữ liệu bản đồ. Trước khi số hóa bản đồ thì phải có một sự chuyển đổi giữa tọa độ của các đối tượng trên bản đồ vơi tọa độ của máy tính. Sự chuyển đổi này được thực hiện thông qua hệ thống các điểm kiểm soát. Thông thường chúng ta thường dùng 5 điểm kiểm soát, 4 điểm ở 4 góc khung trong tờ bản đồ, điểm thứ 5 ở giữa dùng để kiểm soát sai số. Đối vơi mỗi điểm kiểm soát này ta phải xác đinh được chính xác tọa độ của nó, và nhập vào máy tính thông qua bàn phím. Bằng cách so sánh các tọa độ này, chương trình máy tính sẽ tính toán được tọa độ thực chất cho tất cả các đối tượng trên bản đồ và như vậy cho phép chúng ta lưu trữ các tọa độ thực của chúng. Khi số hóa bản đô, tại vị trí của các đường cắt nhau chúng ta phải tao cho nó một điểm nút để tránh các lỗi xảy ra trong quá trình số húa - Số hóa bằng bản đồ số Digitizer: Đây là phương pháp để thu nhập bản đồ vào máy tính. Tờ bản đồ cần số hóa được đặt áp sát vào bề mặt của bàn Digitizer, và con chuột dùng để scan các đối tượng trên bản đồ. Trong bàn số thường dùng một lưới các dây mịn gắn chặt vào trong bàn. Dây thẳng đứng ghi tọa độ X và dây nằm 19 ngang sẽ ghi tọa độ Y của bàn số. Một bàn số thường có một hình chữ nhật ở giữa gọi là vùng hoạt động và phần nằm ngoài danh giới hình chữ nhật gọi là vùng liệt và các tọa độ không được ghi ở vùng này. Góc thấp nhất bên trái của vùng hoạt động có tọa độ X=0 và Y=0. vì vậy bản đồ cần phải được đặt trong vùng hoạt động của bàn số. Con chuột của bàn số thường có 4 nút hoặc 16 nút dùng để điều khiển chuong trình của bàn số húa. Khi một nỳt của con chuột thường là nút góc cao trái được ấn thì một dấu hiệu điện tử được truyền tới vị trí của chữ thập và cảm ứng xuống bàn số. Vị trí này được cố định bằng một cặp dây thẳng đúng và dây nằm ngang. Như vậy một cặp tọa độ ở trong bản đồ số được ghi nhận và gửi đến máy tính. Việc dùng bàn số hóa yêu cầu người số hóa phải có kĩ năng số hóa cao, để có thể tránh các lỗi khi số hóa, đem lại độ chính xác cho abnr đồ. Hiện nay, phương pháp này thường ít được sử dụng vì các lý do: độ chính xác của bản đồ không cao, không hiệu quả về mặt time, sẽ khó khăn khi số hóa các bàn đồ phức tạp. Bản đồ sau khi số hóa sẽ là một bản đồ dạng vector - Dùng máy quét Scanner để quét bản đồ, phim ảnh với tốc độ phân giải thích hợp( thường dùng 300-500 DPI). Sản phẩm là một ảnh bản đồ dạng raster. Sử dụng các phần mêm chuyên dụng số hóa các đối tượng hình ảnh bản đồ trên màn hình máy tính. Phương pháp này được sử dụng rộng rói vì nú có các ưu điểm sau: Tận dụng được các chức năng đồ họa sẵn có của phần mềm như phóng to, thu nhở và một số chức năng hỗ trợ cho quá trình số húa khác, độ chính xác bản đồ cao hơn và tiết kiêm đáng kể thời gian số hóa. Điển hình của các phần mềm số húa bán tự động bản đồ là hệ thống phần mềm Mapping office của tập đoàn intergraph. Hiện nay trên thị trường Việt Nam xuất hiện một số phần mêm tự động Vector hóa. Tuy nhiên hiện nay do giá thành cũn tương đối cao và sản phẩm Vector hóa chất lượng chưa cao, phô thuộc nhiều vào chất lượng bản 20 đồ gốc nên các phần mềm này chưa được sử dụng phổ biến. Vì vậy phương pháp chủ yêu để số hóa bản đồ là phương pháp số hóa bán tự động 4. Thành lập bản đồ từ ảnh viễn thám: Khái niệm: Viễn thám là một khoa học và công nghệ mà nhờ nó các tính chất của vật thể quan sát được xác định, đo đạc hoặc phân tích mà không cần tiếp xúc trực tiếp với chúng. - Các hệ thống thiết bị chính của vệ tinh viễn thám bao gồm: + Hệ thống kiểm tra theo dừi tuyến bay + Hệ thống kiểm tra hoạt động của vệ tinh + Hệ thống thu nhận số liệu Các loại vệ tinh đó được sử dụng: vệ tinh Landsat( có 7 vệ tinh từ landsat 1 tời 7) đó được phóng lên) Vệ tinh Landsat bay ở độ cao 705km, mỗi cảnh có độ phủ là 185km x 170km với chu kì chụp lặp là 16 ngày. có thể núi đây là bộ cảm quan trọng nhất trong việc nghiên cứu tài nguyên và môi trường. - Vệ tinh Spot: bay ở độ cao 832km với chu kì lặp lại là 23 ngày. Mỗi cảnh có độ phủ là 60x60 km. Tư liệu spot được sử dụng nhiều không chỉ cho việc nghiên cứu tài nguyên mà cũn sử dụng cho công tác bản đồ và quy hoạch. - Vệ tinh terra: do Nhật phóng ngày 18/12/99. là một vệ tinh nằm trong dự án ESO của Nasa. Độ cao từ 700-737km. Ảnh aster của vệ tinh có 14 band phổ, từ nhìn thấy đến hồng ngoại nhiệt. Độ phân giải ảnh aster là 15m trong vùng nhìn thấy và cận hồng ngoại, 30m ở vựng hông ngoại và 90m vựng hồng ngoại nhiệt. Chu kì lặp là 16 ngày, mỗi cảnh rộng 60x60km. đến 5/2/2003 vệ tinh này đó chụp được khoảng 560 ngàn cảnh phủ trùm 4 lần trái đất. Ảnh vệ tinh ngày càng được ứng dụng nhiều ở VN. Trước tiên ảnh có độ phân giải cao hơn ảnh Landsat, số lượng kênh phổ lớn, giá cả chấp nhận được, phù hợp với những nghiên cứu ở VN 21 CHƯƠNG II PHƯƠNG PHÁP ĐO VẼ BẢN ĐỒ ĐỊA HÌNH PHÙ HỢP TRONG KHẢO SÁT ĐƯỜNG SẮT II.1. ĐẶC ĐIỂM CÔNG TÁC THÀNH LẬP BẢN ĐỒ ĐỊA HÌNH TRONG KHẢO SÁT ĐƯỜNG SẮT II.1.1. Đặc điểm chung Bản đồ địa hình trong khảo sát đường sắt cũng như bản đồ địa hình thông thường phải tuân thủ các yêu cầu bắt buộc như: - Tỷ lệ bản đồ phù hợp với mục đích thành lập - Độ chính xác về địa hình địa vật. - Độ chính xác mô hình số địa hình trong trường hợp thành lập bản đồ số. - Hệ tọa độ của bản đồ thống nhất và có thể tính chuyển về hệ toạ độ mong muốn. II.1.2. Đặc điểm bản đồ địa hình trong khảo sát đường sắt Bản đồ địa hình thành lập trong khảo sát đường sắt có các đặc điểm chính sau: - Bản đồ địa hình phục vụ cho công tác xác định hướng tuyến, vị trí tuyến. Bản đồ phải thể hiện trên khu vực rộng, có tính bao quát để có thông tin lựa chọn hướng và vị trí tuyến đường sắt thiết kế. Do vậy tỷ lệ bản đồ thích hợp là tỷ lệ vừa và nhỏ. - Bản đồ địa hình dọc tuyến: Phạm vi bản đồ thể hiện dọc theo tuyến đường sắt đã được xác định, chiều rộng đo không lớn (vài chục mét), chiều dài kéo dài theo chiều dài tuyến. Bản đồ này phục vụ cho công tác thiết kế chi tiết tuyến đường, do vậy tỷ lệ bản đồ thích hợp là tỷ lệ lớn. - Bản đồ địa hình các vị trí đặc biệt. Các vị trí đặc biệt cần thể hiện riêng như: vị trí cầu, nút giao, vị trí cần xử lý đặc biệt. Đặc điểm là phạm vi đo rộng cả hai phương, mức độ chi tiết của bản đồ rất cao, tỷ lệ bản đồ thích hợp là tỷ lệ lớn. 22 - Bản đồ địa hình các tuyến đường sắt đô thị Đặc điểm của đường sắt đô thị là đi qua khu dân cư có mật độ rất đông đúc, rất nhiều địa vật như nhà cửa và các công trình xây dựng hiện hữu. Yêu cầu đối với bản đồ địa hình phải thể hiện rất chính xác cả về địa vật và địa hình, các công trình ngầm, mức độ chi tiết của bản đồ rất cao, đặc biệt phải khớp nối với quy hoạch xây dựng và các dự án đang và sẽ triển khai của thành phố. Tỷ lệ bản đồ thích hợp tỷ lệ lớn II.2. PHƯƠNG PHÁP THÀNH LẬP BẢN ĐỒ ĐỊA HÌNH PHÙ HỢP TRONG KHẢO SÁT ĐƯỜNG SẮT II.2.1. Trong trường hợp cải tạo các tuyến đường sắt hoặc xây dựng các tuyến đường sắt có tốc độ thấp. Đặc điểm chung khi cải tạo các tuyến đường sắt cũ và xây dựng mới các tuyến đường sắt có tốc độ thấp là hướng tuyến đã được xác định hoặc xác định trực tiếp trên thực địa. Trong nội dung khảo sát phải đo vẽ mặt cắt dọc và mặt cắt ngang tuyến đường  Nên sử dụng phương pháp mặt cắt để thành lập bản đồ địa hình. II.2.2. Trong trường hợp xây dựng mới các tuyến đường sắt có tốc độ cao. Đặc điểm của công tác khảo sát trong trường hợp này là hướng tuyến không thể xác định trực tiếp trên thực địa do cánh tuyến rất dài. Do vậy hướng tuyến phải xác định trên bản đồ địa hình, các số liệu mặt cắt dọc và mặt cắt ngang thường xác định trực tiếp trên bản đồ địa hình hoặc từ bố trí tuyến đường sắt từ bản đồ ra thực địa sau đó tiến hành đo vẽ mặt cắt dọc và mặt cắt ngang tuyến đường phục vụ công tác thiết kế. Tùy theo giai đoạn khảo sát thiết kế mà chúng ta cần có bản đồ địa hình tỷ lệ khác nhau. Cụ thể: - Giai đoạn lập Báo cáo đầu tư và thiết kế sơ bộ: Lúc này hướng tuyến đòi hỏi tính tổng quát cao, bản đồ địa hình sử dụng là bản đồ có tỷ lệ vừa (1/10000, 1/5000). 23 - Giai đoạn lập thiết kế kỹ thuật và thiết kế bản vẽ thi công: Do yêu cầu chi tiết của đồ án thiết kế. Bản đồ địa hình thành lập là bản đồ có tỷ lệ lớn (1/2000, 1/1000, 1/500). Do vậy tùy theo giai đoạn khảo sát thiết kế chúng ta sẽ lựa chọn phương pháp thành lập bản đồ địa hình phù hợp. Cụ thể như sau: 1. Giai đoạn Báo cáo đầu tư và thiết kế sơ bộ Với tỷ lệ bản địa hình cần thành lập là 1/10000 đến 1/5000 thì phương pháp thành lập bản đồ địa hình thích hợp nhất là phương pháp đo ảnh hàng không hoặc ảnh vệ tinh. - Đo ảnh hàng không: Đo ảnh hàng không hiện nay khó thực hiện do chỉ cố một số đơn vị có chức năng và thiết bị chuyên dụng. Dịch vụ đo ảnh hàng không ở Việt Nam chưa phát triển. Ảnh hàng không dưới dạng số chỉ cung cấp cho một số đơn vị theo quy định của Bộ Tài nguyên môi trường. - Đo ảnh vệ tinh: Ảnh vệ tinh thương mại hiện nay rất phổ biến với dịch vụ tốt, thời gian thực hiện nhanh chóng. Chúng ta có thể đặt hàng mua bản đồ ảnh vệ tinh qua mạng Internet hoặc qua các đại lý cung cấp tại Việt Nam, tỷ lệ bản đồ địa hình thành lập từ ảnh vệ tinh đạt tới 1/5000. Giá thành rẻ hơn nhiều so với phương pháp khác, thời gian nhận được sản phẩm rất ngắn (khoảng vài ngày). Khi thành lập bản đồ địa hình với tỷ lệ 1/5000 thì đây là phương pháp rất hiệu quả cả về giá thành và thời gian thực hiện. Cũng là phương pháp rất phù hợp với trình độ kỹ thuật của cán bộ kỹ thuật ngành GTVT. Đây là phương pháp rất phù hợp. - Phương pháp kết hợp: Phương pháp này dựa trên bản đồ địa hình tỷ lệ nhỏ đã có (phổ biến là bản đồ tỷ lệ 1/25000 có trên phạm vi toàn quốc). Kết hợp với các phương pháp đo điểm để tăng tỷ lệ bản đồ địa hình lên tỷ lệ mong muốn. Tuy nhiên để thực hiện được chúng ta phải có bản đồ địa hình tỷ lệ nhỏ ở dạng số (thường phải số hóa lại bản đồ 1/25000). Phương pháp này tương đối phức tạp vì liên quan tới công tác khớp nối hệ 24 tọa độ, chồng ghép các mảnh bản đồ…Là phương pháp khó khăn đối với cán bộ kỹ thuật ngành GTVT. 2. Giai đoạn lập TKKT và TKBVTC. Ở giai đoạn này hướng tuyến đường sát đã được xác định. Mục tiêu của công tác đo vẽ là đo vẽ bản đồ địa hình dọc tuyến với độ chính xác cao và tỷ lệ đo vẽ lớn. Phương pháp thành lập bản đồ địa hình thích hợp là phương pháp đo điểm. Các phương pháp có thể lựa chọn. - Phương pháp toàn đạc: - Phương pháp mặt cắt. - Phương pháp GPS. a. Phương pháp toàn đạc Ưu điểm: Thực hiện dễ dàng, đặc biệt với dụng cụ là máy toàn đạc điện tử. Năng suất đo rất cao, dễ dàng đo vẽ bản đồ tỷ lệ lớn. Không đòi hỏi kỹ thuật đo đạc phức tạp. Rất thích hợp khi đo vẽ khu vực có phạm vi rộng như: nút giao, cầu, vị trí cần xử lý đặc biệt… Nhược điểm: Phải thành lập lưới đo vẽ. Do yêu cầu của công tác thiết kế phải có mặt cắt dọc và mặt cắt ngang tuyến. Do vậy mặt cắt dọc và mặt cắt ngang được lấy trên bản đồ địa hình số, đòi hỏi tính chính xác của mô hình số địa hình (Nội dung này sẽ đề cấp trong phần sau). b. Phương pháp mặt cắt Ưu điểm: Thực hiện dễ dàng, không đòi hỏi yêu cầu cao về thiết bị. Số liệu khảo sát có tính chính xác cao, thuận lợi cho công tác thiết kế. Nhược điểm: Mức độ chi tiết của bản đồ kém, không thích hợp khi đo vẽ các vị trí có phạm vi rộng như: nút giao, cầu, vị trí cần xử lý đặc biệt… c. Phương pháp GPS. Ưu điểm: Có thể thực hiện trong nhiều điều kiện thời tiết khác nhau. Hệ toạ độ của bản đồ có thể tính chuyển về hệ toạ độ mong muốn. Kết quả 25 đo ít chịu ảnh hưởng của người đo. Năng suất đo khá cao. Thích hợp khi đo vẽ vị trí có phạm vi rộng như: nút giao, cầu, vị trí cần xử lý đặc biệt… Nhược điểm: Yêu cầu về thiết bị (máy đo GPS), yêu cầu về điều kiện thu tín hiệu GPS (góc mở lên bầu trời 1100, xa các trạm rada, trạm thu phát tín hiệu truyền hình…Trình độ của người đo và xử lý dữ liệu tương đối cao. II.2.3. Trong trường hợp xây dựng mới các tuyến đường sắt đô thị. Với đặc điểm của đường sắt đô thị thì phương pháp thành lập bản đồ địa hình phù hợp duy nhất là phương pháp toàn đạc. Các phương pháp còn lại đều không phù hợp: - Phương pháp đo ảnh: Khó thành lập được bản đồ địa hình tỷ lệ lớn, nhiều địa vật cản trở đến quá trình chụp ảnh. - Phương pháp mặt cắt: Rất khó thực hiện do khu vực đo vẽ có nhiều địa vật che khuất, không xác định được hướng tuyến đường sắt trên thực địa. - Phương pháp GPS: Có quá nhiều địa vật cản trở đến việc thu tín hiệu GPS, chất lượng bản đồ khó đảm bảo. 26 CHƯƠNG III QUY TRÌNH ĐO VẼ BẢN ĐỒ ĐỊA HÌNH TRONG KHẢO SÁT ĐƯỜNG SẮT Như đã phân tích trong chương II. Phương pháp thành lập bản đồ địa hình phù hợp trong khảo sát đường sắt gồm: - Phương pháp đo ảnh (ảnh vệ tinh). - Phương pháp toàn đạc. - Phương pháp đo mặt cắt. Các phương pháp còn lại rất nhiều hạn chế và ít khả thi hiện nay. Trong chương này sẽ đề cập quy trình kỹ thuật thành lập bản đồ địa hình trong khảo sát đường sắt theo ba phương pháp trên, là những phương pháp phù hợp với trình độ kỹ thuật của cán bộ trong ngành GTVT. III.1. PHƯƠNG PHÁP ĐO ẢNH Bản đồ số thành lâp bằng phương pháp đo ảnh do các đơn vị có chuyên môn riêng thực hiện. Do vậy không đề cập đến quy trình thành lập. Khi khai thác bản đồ địa hình thành lập bằng phương pháp đo ảnh cần lưu ý một số vấn đề sau: - Hệ tọa độ sử dụng trong bản đồ: Chúng ta phải kiểm tra và tính chuyển hệ toạ độ bản đồ về hệ tọa độ quốc gia VN2000 hoặc hệ tọa độ khu vực. Tốt nhất là nên tính chuyển về hệ tọa độ VN2000 phục vụ cho quá trình khớp nối sau này. Hiện nay có rất nhiều phần mềm tính chuyển hệ tọa độ. - Tính chính xác của mô hình địa hình: Phần lớn bản đồ hiện nay đều thể hiện dưới dạng số, do vậy cần phải kiểm tra tính chính xác của mô hình số (tính chính xác cục bộ, hệ quy chiếu độ cao sử dụng). Cách thực hiện đơn giản nhất là chúng ta đối chiếu với bản đồ địa hình tỷ lệ 1/25000 hoặc tỷ lệ lớn hơn (nếu có) một số điểm độ cao đặc biệt. III.2. PHƯƠNG PHÁP TOÀN ĐẠC Thiết bị sử dụng thông dụng hiện nay là máy toàn đạc điện tử. 27 III.2.1. Khái quát về máy toàn đạc điện tử. 1. Cấu tạo chung Máy toàn đạc điện tử là loại máy trắc địa đa chức năng cho phép giải quyết rất nhiều bài toán của chuyên ngành trắc địa. Hiện nay trên thế giới có rất nhiều hãng chế tạo các máy toàn đạc điện tử, chúng có hình dạng, kích thước, trọng lượng và tính năng kỹ thuật khác nhau nhưng chúng đều có sơ đồ khối cấu tạo tổng quát như sau: m¸y ®o xa ®iÖn tö 1 (edm) (dt) 2 m¸y kinh vÜ ®iÖn tö (cpu) 3phÇn mÒm tiÖn Ých Hình I-1: Sơ đồ khối tổng quát của máy toàn đạc điện tử Khối 1: Máy đo xa điện tử (Electronic Distance Metter- EDM). Chức năng: Thực hiện việc tự động đo khoảng cách nghiêng từ điểm đặt máy đến gương hoặc các bề mặt phản xạ. Khối 2: Máy kinh vĩ điện tử (Digital Theodolite – DT) Chức năng: Thực hiện tự động quá trình đo góc bằng và góc đứng. Kết quả đo hiện góc hiện ra dưới dạng số trên màn hình của máy hoặc chuyển vào bộ xử lý (Khối 3) của máy TĐĐT. Khối 3: Phần mềm tiện ích (Central Processing Unit- CPU) Chức năng: - Thực hiện các bài toán trắc địa, xử lý các số liệu đo góc, đo cạnh từ máy đo xa và máy kinh vĩ điện tử để tính ra các đại lượng cần thiết: VD Tính toạ độ và độ cao từ số liệu đo góc, đo cạnh, tính khoảng cách nằm ngang. 28 - Thực hiện quản lý dữ liệu. - Thực hiện chức năng giao tiếp giữa máy TĐĐT và các thiết bị khác như máy tính cá nhân (PC), máy đo GPS… 2. Tính năng - Đo góc: Máy toàn đạc điện tử thực hiện chức năng đo góc như máy kinh vĩ điện tử thông thường. Độ chính xác đo góc đạt được từ 1”-5”. - Đo chiều dài: Máy toàn đạc điện tử thực hiện chức năng đo chiều dài nhờ bộ phận đo xa điện tử, độ chính xác đo chiều dài của máy toàn đạc điện tử rất cao (từ 1mm- 5mm/km), thời gian đo trong vài giây. - Đo cao: Máy toàn đạc điện tử thực hiện chức năng đo theo nguyên lý của phương pháp đo cao lượng giác. Tuy nhiên hiện chức năng đo cao theo nguyên lý phương pháp đo cao lượng giác. - Đo bản đồ: Đây là chức năng được khai thác rất hiệu quả, máy toàn đạc điện tử đo theo nguyên lý của phương pháp toàn đạc. - Bố trí công trình: Đây là chức năng chuyển điểm thiết kế từ bản vẽ ra thực địa phục vụ thi công công trình, chức năng được khai thác khác hiệu quả. - Đo gián tiếp: Chức năng này được sử dụng hiệu quả trong đo vẽ mặt cắt địa hình. - Giao hội nghịch: Sử dụng để xác định tọa độ điểm khi ngắm về các điểm đã biết tọa độ. - Đo chiều cao chướng ngại vật - Đo và tính diện tích. III.2.2. Quy trình đo bản đồ địa hình bằng máy toàn đạc điện tử Với mỗi loại máy TĐĐT do giao diện giữa người và máy khác nhau nên thao tác đo bình đồ cũng khác nhau. Tuy nhiên hầu hết các loại máy TĐĐT khi đo bình đồ đều tuân theo trình tự chung như sau: 1. Khởi tạo công việc (tạo job). Công việc “job” ở đây được hiểu như là một file để máy TĐĐT quản lý dữ liệu đo. 29 2. Đặt các thông số trạm máy. Thông số trạm máy bao gồm toạ độ điểm đặt máy và chiều cao máy. Toạ điểm đặt máy có thể nhập trực tiếp từ bàn phím hoặc gọi ra từ dữ liệu đã lưu trữ sẵn trong máy. Chiều cao máy được đo bằng thước thép và nhập vào từ bàn phím. 3. Đặt các thông số định hướng. Thông số định hướng có thể nhập theo một trong các cách sau: + Định hướng về một điểm đã biết toạ độ (điểm đã biết toạ độ là trạm máy trước hoặc điểm lưới khống chế). + Nhập góc định hướng. + Nhập góc so với hướng gốc bất kỳ. 4. Bắt đầu đo điểm chi tiết. Trình tự đo và ghi dữ liệu có thể tiến hành đồng thời hoặc tách thành hai thao tác riêng biệt. Trong quá trình đo có thể nhập mã điểm (code). Mã điểm là thuộc tính gắn cho điểm đo phục vụ cho công việc tự động hoá biên tập bản đồ. 5. Chuyển dữ liệu sang máy tính và thực hiện công tác biên tập và vẽ bản đồ. Hiện nay có rất nhiều phần mềm phục vụ biên tập và vẽ bản đồ. Nhiều phần mềm còn hỗ trợ quá trình chuyển dữ liệu từ máy TĐĐT sang máy tính. Khi chuyển dữ liệu sang máy tính thường dữ liệu theo định dạng của máy. Ví dụ như sau: *110001+0000000000000001 21.324+0000000033616370 22.324+0000000009056100 31...0+0000000000053109 81...0-0000000000021364 82...0+0000000000048615 83...0- 0000000000000653 87...0+0000000000001300 *110002+0000000000000002 21.324+0000000033252320 22.324+0000000009104280 31...0+0000000000037053 81...0 - 0000000000016890 82...0+0000000000032972 83...0-0000000000000480 87...0+0000000000001300 *110003+0000000000000003 21.324+0000000033040450 22.324+0000000009057550 31...0+0000000000022417 81...0 -0000000000010976 30 Để có thể biên tập và vẽ bản đồ hoặc là sử dụng phần mềm hỗ trợ của hãng, hoặc dùng phần mềm chuyển đổi sang tệp dạng (x,y,H) sau đó sử dụng các phần mêm hỗ trợ vẽ bản đồ thông thường. III.3. PHƯƠNG PHÁP MẶT CẮT 1. Đo vẽ mặt cắt dọc. - Xác định hướng mặt cắt, hướng mặt cắt theo hướng tim tuyến đường. - Bố trí các điểm chi tiết trên tim tuyến đường. - Đo góc, chiều dài, độ cao của các điểm trên mặt cắt. - Vẽ mặt cắt theo tỷ lệ yêu cầu. 2. Đo vẽ mặt cắt ngang - Đo vẽ mặt cắt ngang tại tất cả các điểm trên mặt cắt dọc - Phạm vi đo vẽ mặt cắt ngang theo đặc điểm địa hình và quy mô thiết kế. - Đo vẽ khoảng cách và độ cao các điểm trên hướng mặt cắt ngang. 3. Sơ họa các điểm địa vật và đo bổ sung địa vật dọc tuyến 4. Vẽ mặt bằng sơ bộ Trên cơ sở số liệu mặt cắt dọc và mặt cắt ngang lập bản vẽ sơ bộ với các điểm chi tiết là các điểm trên mặt cắt dọc và mặt cắt ngang. 5. Hoàn thiện bản đồ địa hình. - Vẽ đầy đủ các địa vật dọc tuyến - Số hoá địa hình. - Hòan thiện bản đồ. III.4. MỘT SỐ VẤN ĐỀ CẦN LƯU Ý VỀ BẢN ĐỒ SỐ Hiện nay bản đồ số là công nghệ bản đồ rất thông dụng trong thực tiễn sản xuất. Tuy nhiên ngoài những đặc tính ưu việt của bản đồ như đã đề cập trong chương I, chúng ta cần phải hết sức lưu ý đến các yếu tố đảm bảo độ chính xác của bản đồ số, đặc biệt là độ chính xác của mô hình số địa 31 hình. Khi thiết kế các công trình trên bản đồ số địa hình, độ chính xác của mô hình số địa hình có vai trò hết sức quan trọng. Để đảm bảo độ chính xác của mô hình số địa hình, chúng ta cần lưu ý một số vấn đề sau: - Mật độ điểm chi tiết: Mật độ điểm chi tiết phải đủ dầy để phần mềm số hóa xây dựng được mô hình số. Đặc điểm là các điểm đặc trưng của địa hình phải đầy đủ. - Thuật toán nội suy: Thuật toán nội suy liên quan đến chất lượng của phần mềm, chúng ta cần sử dụng phần mềm đã được kiểm chứng và đánh giá. - Phương pháp thực hiện: Đòi hòi người vẽ phải có hiểu biết nhất định vị quy luật xây dựng mô hình số địa hình, đặc điểm thể hiện địa hình bằng đường đồng mức, hiểu biết bản thân phân mềm. 32 KẾT LUẬN 33 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trần Đắc Sử và c.t.g, 2007, Trắc địa đại cương, Trắc địa công trình, Nhà xuất bản giao thông vận tải. [2] Nguyễn Văn Chính, ”Công tác trắc địa khảo sát đường ô tô bằng thiết bị đo đạc hiện đại”- Luận văn thạc sỹ, đại học GTVT 2007. [3] Ngô Văn Hợi, 2002. Tài liệu bồi dưỡng giảng viên trường đại học GTVT năm 2002. [4] Trần Đắc Sử và c.t.g đề tài NCKH cấp bộ “ứng dụng máy TĐĐT trong xây dựng giao thông” năm 2004. [5] TCXDVN 309: 2004 “Công tác trắc địa trong xây dựng công trình - Yêu cầu chung” [6 Nguyễn Trọng San, Đào Quang Hiếu, Đinh Công Hoà, 2002. Trắc địa cơ sở tập 1, tập 2. Nhà xuất bản Xây dựng. [7] Quy phạm tạm thời về khảo sát đường sắt... [8] Các Website: , ; ;