Thứ Ba, 23/04/2019 - 14:08
1
1
19/09/2018 19:52

Kỹ thuật nâng cao hiệu quả công tác khảo sát địa hình dưới nước

PGS.TS Trần Viết Tuấn, Trường Đại học Mỏ - Địa chất Ths. Phạm Văn Mạnh, Công ty CPTV xây dựng và thương mại Sơn Hà Th.s Phạm Trần Kiên, Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội Khi đo vẽ bản đồ địa hình dưới nước các tuyến sông cần phải xác định độ cao mặt nước tại thời điểm đo sâu do độ dốc địa hình của khu vực gây ra. Độ cao mặt nước tại thời điểm đo sâu được xác định từ các mốc thuỷ chuẩn bố trí dọc các tuyên sông và chuyền đến mặt nước tại vị trí tiến hành các mặt cắt đo sâu bằng phương pháp thuỷ chuẩn hình học. Đây là một phương pháp đo cao có độ chính xác cao nhưng tốc độ đo chậm, đặc biệt là ở những vùng địa hình khó khăn phức tạp thì nhiều khi không thể thực hiện được. Chính vì vậy mà cần phải nghiên cứu giải pháp công nghệ nhằm nâng cao hiệu quả của công tác xác định độ cao tức thời của mặt nước tại các thời điểm đo sâu địa hình lòng sông.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu Trong công tác đo vẽ địa hình đáy sông, tại các vị trí cần khảo sát người ta thường sử dụng máy đo sâu hồi âm kết hợp với công nghệ GPS-RTK gắn trên các tầu đo sâu để xác định toạ độ và độ sâu của địa hình đáy sông tính từ mặt nước tại thời điểm đo sâu. Như vậy cần phải xác định được độ cao tức thời của mặt nước tại mỗi mặt cắt đo sâu tại thời điểm đo để tính được độ cao địa hình lòng sông trong hệ độ cao Quốc gia. Khi sử dụng công nghệ
GPS động để đo vẽ bản đồ địa hình, ta sẽ xác định được gia số toạ độ (Δx, Δy) và gia số độ cao trắc địa ΔH của điểm đo chi tiết so với điểm trạm Base từ đó có thể tính được độ cao trắc địa Hk của điểm đo chi tiết thứ k. Tuy nhiên hiện nay hệ độ cao sử dụng tại nước ta là hệ độ cao thường (h). Quan hệ giữa hai đại lượng này được xác định bằng công thức : 
Hk = hk + ζk
Trong đó : ζk là giá trị dị thường độ cao tại điểm đo thứ k Như vậy để xác định được độ cao của điểm đo chi tiết k cần phải xác định được giá trị dị thường độ cao ζk . Giá trị dị thường độ cao thường được nội suy dựa các điểm song trùng (là các điểm khống chế có độ cao trên cả hai hệ độ cao). Đây chính là vần đề cần nghiên cứu để khắc phục
vì không phải ở khu vực nào cũng có đủ số lượng điểm song trùng cần thiết. Hiện nay chúng ta đã có mô hình trọng trường trái đất EGM 2008 toàn cầu với mắt lưới 2,5'× 2,5'. Từ mô hình EGM 2008, có thể xuất ra tệp dữ liệu dạng lưới với kích thước ô lưới 1'× 1'. Mỗi mắt lưới sẽ có toạ độ trắc địa (B,L)j và độ cao Ge- oid Nj [2]. Dựa vào giá trị độ cao Geoid tại các điểm mắt lưới có thể xác định được độ cao Geoid (Ni ) của một điểm i có toạ độ (xi,yi) nằm trong phạm vi lưới ô vuông có kích thước 1'× 1' theo phương pháp xấp xỉ hàm số [1]:
Ni = b0 + b1xi + b2yi
Trong đó: b0, b1, b2 là các hệ số được xác định theo nguyên tắc số bình phương nhỏ nhất dựa vào giá trị độ cao Geoid của các điểm mắt lưới (1'× 1').
Chênh cao Geoid giữa hai điểm i và k nằm trong phạm vi lưới (1'× 1') được tính theo công thức [1]phương vị của hướng nghiêng toàn phần (hướng dốc nhất).
Việc ứng dụng giá trị chênh cao Geoid khu vực vào việc tính độ cao thường (hk) của các điểm đo chi tiết bằng công nghệ GPS động đã được trình bày trong [3]. Như vậy để xác định độ cao của mặt nước tại thời điểm đo sâu ta chỉ cần sử dụng công nghệ GPS- RTK để xác định trực tiếp độ cao trắc địa của mặt nước tại thời điểm đo sâu từ đó có thể tính được chênh cao giữa điểm trạm Base và độ cao mặt nước tại điểm đo sâu theo công thức [3]:
Và tính được độ cao tức thời của điểm đo trên mặt nước hk tại thời điểm đo sâu:
hk= hi+ Δhik
Với hi là độ cao của điểm trạm base.
Đo đạc và tính toán thực nghiệm Để kiểm chứng cho những kết quả nghiên cứu về lý thuyết chúng tôi đã tiến hành đo đạc và tính toán thực nghiệm trên công trình "Nâng cấp tuyến hành lang đường thuỷ số 2 (Quảng Ninh - Hải Phòng - Ninh Bình)" [2]. Nội dung đo đạc thực nghiệm như sau: 
Nik =
max

Dik

cos(  ik       0 )

hik =

Hik

Nik

- Đầu tiên chúng tôi sử dụng mô hình EGM 2008
Trong                   đó:    ΔNik     là
chênh cao Geoid giữa hai điểm i và k; Dik và αik là khoảng cách và góc phương vị giữa hai điểm i và k; θmax là góc nghiêng toàn phần của bề mặt  Geoid  khu  vực;  α0: góc
Trong đó : - Δhik là chênh cao giữa điểm trạm base và điểm mặt nước thứ k trong hệ độ cao quốc gia;
- ΔHik là chênh cao trắc địa giữa điểm trạm base và điểm mặt nước thứ k để nội suy giá trị  dị  thường độ cao của 04 điểm mắt lưới KT49 - KT52 đây là các điểm đã có toạ độ mặt bằng và độ cao trong cả hai hệ độ cao trắc địa và độ cao quốc gia.
 Số liệu được trình bày trong Bảng 1.
 
TT X(m) Y(m) Độ cao trắc địa (H) Độ cao thuỷ chuẩn (h) Độ cao Geoid (N)
KT 49 2325746.823 541769.639 -23.062 3.644 -26.706
KT 50 2325380.183 541980.416 -23.951 2.742 -26.693
KT 51 2325671.869 542437.384 -23.715 2.967 -26.682
KT 52 2326043.490 542338.760 -23.211 3.479 -26.690
Bảng 1. Bảng toạ độ và độ cao của các điểm gốc
Sử dụng các số liệu trong bảng 1 để tính các hệ số b0, b1, b2 trong công thức
(2) theo phương pháp số bình phương nhỏ nhất ta có:
b0 =-12.6211609691; b1 = - 0.00001409229 ;
b2 = 0.000034499.
Sử dụng các hệ số bi để tính độ cao Geoid của các điểm đo thứ k theo công thức (2)
- Sử dụng điểm KT 49 làm trạm base để đo cao độ mặt
nước bằng công nghệ RTK đến 16 điểm mặt nước tại các mặt cắt đo sâu trong khu vực [2] với chiều cao của anten máy thu GPS đến mặt nước là
L = 2.12 m,

Chúng tôi có kết quả như Bảng 2

TT
(1)
X(m)
(2)
Y (m)
(3)
ΔH ik (m) (4) ΔN ik m) (5) Δh ik (m) (6) hRTK (m) (7) hTC (m)
(8)
d (m)
(9)
1 2326205.801 542037.660 -1.445 0.0030 -1.442 0.076 0.090 -0.014
2 2326175.510 542092.530 -1.443 0.0053 -1.438 0.075 0.090 -0.015
3 2326134.728 542142.234 -1.405 0.0076 -1.397 0.112 0.100 +0.012
4 2326089.597 542046.613 -1.424 0.0050 -1.419 0.095 0.100 -0.005
...... ....................... ........................ ................. ................. .............. .............. ............... .............
13 2325735.453 2325735.453 -1.360 0.0039 -1.357 0.160 0.170 -0.010
14 2325697.816 2325697.816 -1.332 0.0026 -1.330 0.189 0.180 +0.009
15 2325730.230 2325730.230 -1.322 0.0015 -1.321 0.201 0.190 +0.011
16 2325954.622 2325954.622 -1.330 0.0055 -1.325 0.188 0.200 -0.012
Bảng 2. Kết quả đo thực nghiệm trên sông Kinh Thầy
Trong bảng 1: Cột (4)  - ΔHik là chênh cao trắc địa giữa điểm trạm base (i)và điểm đo mặt nước(k);
Cột (5) - ΔNik là chênh cao Geoid giữa điểm i và k ;
Cột (6) - Δhik là chênh cao thường giữa điểm i và k tính theo công thức (4);
Cột (8) - hTC là độ cao mặt nước tại thời điểm
Kết luận
đo sâu của điểm k đo bằng phương pháp thuỷ chuẩn
Dựa vào giá trị độ lệch (d) giữa hai phương pháp đo cao của điểm đo kiểm tra thứ k (cột 9) và sử dụng công thức tính sai số trung phương của các đại lượng  đo  ta  tính được độ chênh giữa hai       phương         pháp   đo        là: mh = ± 0.011 m
So sánh với các tiêu chuẩn kỹ thuật trong công tác đo  vẽ thành lập bản đồ địa hình dưới nước thì phương pháp đo cao RTK kết hợp với mô hình EGM 2008 đảm bảo được các yêu cầu kỹ thuật cần thiết khi xác định cao độ tức thời của mặt nước trong đo sâu địa hình lòng sông
Từ kết quả nghiên cứu lý thuyết và đo đạc, tính toán thực nghiệm rút ra một số kết luận sau đây:
Có thể sử dụng phương pháp đo cao GPS-RTK kết hợp với mô hình trọng trường trái đất EGM- 2008 để xác định độ cao tức thời của mặt nước tại thời điểm đo sâu trong công tác đo sâu trên các tuyến sông. Giải pháp này sẽ cho phép nâng cao được hiệu quả của công tác đo đạc, khảo sát thành lập bản đồ địa hình dưới nước phục vụ công tác khảo sát, thiết kế các công trình thuỷ ở nước ta.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Đặng Nam Chinh, Nguyễn Xuân Tùng, Nguyễn Phúc Chính, Dương Mạnh Cường (2014), Tính độ lệch dây dọi dựa trên mô hình trọng trường Trái đất – EGM2008 và số cải chính độ nghiêng cục bộ của Geoid vào chênh cao xác định bằng công nghệ GPS động, Báo cáo khoa học, Hội nghị khoa học Trường Đại học Mỏ
- Địa chất lần thứ 21.111
2. Phạm Văn Mạnh (2016), "Nghiên cứu một số giải pháp nâng cao hiệu quả công tác khảo sát địa hình dưới nước", Luận văn thạc sĩ kỹ thuật, Trường Đại học Mỏ - Điạ chất Hà Nội.
3. Trần Viết Tuấn, Đoàn Quang Phước (2017), Nghiên cứu ứng dụng công nghệ đo cao GPS trong đo vẽ bản đồ địa hình tỷ lệ lớn", Tạp chí Tài nguyên & Môi trường số 255 (1/2017).
 
 
Ý kiến bạn đọc
Click Here To Refresh
Cơ quan chủ quản: Hiệp hội Công nghiệp môi trường Việt Nam
Tạp chí Điện tử Công nghiệp môi trường
Tổng Biên tập: Nguyễn Duy Thái
Giấy phép Báo Điện tử số: 27/GP-BTTTT cấp 23/01/2019 của Bộ Trưởng Bộ Thông tin và Truyền thông 
Tòa soạn: Bộ Công Thương, số 655 Phạm Văn Đồng, Hà Nội.
Điện thoại: 02432009454 * Email: vietbai@gmail.com