Units 3 : Measurement of distance : Trị đo khoảng cách

3.1   Trong trắc địa, khoảng cách giữa hai điểm được hiểu chính là khoảng cách nằm ngang, không liên quan tới chênh cao giữa các điểm. Trong trắc địa cao cấp, khoảng cách nằm ngang phải được quy chiếu về mực nước biển, nhưng trong trắc địa phổ thông, việc quy chiếu là không cần thiết. Mặc dù khoảng cách nghiêng thường xuyên được đo, người ta vẫn đưa về độ cao quy chiếu, để sử dụng trong việc vẽ bản đồ, tính toán diện tích đất, v.v.

3.2 Hình 3.2 miêu tả khoảng cách của một đường thẳng được đo từ hướng A tới hướng D, và A là một cọc sắt đánh dấu điểm bắt đầu của một khoảng 20m. Người đi đầu tiến về phía trước cho đến khi vạch 0m ở A, nơi người đi theo là điểm tiếp theo . Người đi trước giữ thước ngang và thẳng từ vạch 20m để đánh dấu một cái cọc ở B. Người đi theo đưa cho người đi trước một cái cọc sắt và giữ vạch 0m ở B. Người đi trước dọi thẳng tới vạch 20m và đánh dấu cọc ở vị trí điểm C . Người đi theo đưa cho người đi đầu 1 cọc sắt và giữ vạch 0m ở C . Người đi đầu dọi thẳng D và đọc số trên thước, việc đo khoảng cách kết thúc . Khoảng cách đo là :

    AD=n*20+R = 2*20m+12.5=52.5m .

       Hình 3.2

3.3.1     Bước tiến lớn của các thiết bị đo đạc trắc địa là việc phát triển các máy đo chiều dài điện tử. Những thiết bị đó xác định chiều dài một cách gián tiếp bằng cách đo thời gian mà năng lượng điện từ đi từ một điểm cuối của đoạn thẳng tới điểm còn lại, rồi quay trở lại. Cách thông thường nhất để phân loại các thiết bị EDM là bằng loại năng lượng điện từ mà nó phát ra. Hai loại thông thường được sử dụng là thiết bị điện cơ, cái mà phát ra tia laser hoặc tia hồng ngoại; và thiết bị sử dụng sóng ngắn, cái mà phát ra năng lượng điện từ không nhìn thấy được với bước sóng cực ngắn.

3.3.2  The procedure of measuring a distance electronically is depicted in figure 3.3.a where an EDM device has been centered over station A by means of plumb bob or optical plummet.

Figure 3.3.a. Generalised EDM procedure

 The instrument transmits a carrier signal of electronmagnetic energy to station B. A reference frequency of precisely regulately wavelength has been superimposed or modulated onto the carrier. The signal is returned from B to the receiver, so its travel part is double the slope distance AB. In the figure, the modulated electromagnetic energy is represented by a series of sine wave, each having wavelength λ. The unit a A determines the number of the wavelength in the double part, multiples by the wavelength in metres and divides by two to obtain distance AB.

Figure 3.3.b. Phase diference measurement principle

 It would of course be highly unusual if a measured distance was exactly an integral number of wavelength, as illustrated in figure. Rather, some fractional part of a wavelength would in general be expected-for example, the partial value p shown in figure 3.3.b. In that figure, distance D between instrument and reflector would be expressed as:

 In this equation, λ is the wavelength, n: the number or full wavelengths, and p: the length of the fraction part.

 Phương pháp đo khoảng cách điện tử được mô tả ở hình 3.3.a, thiết bị EDM được đặt ở trạm A bằng cách thả quả dọi hoặc dùng bộ phận dọi tâm quang học.

Hình 3.3.a. Nguyên lý tổng quát của máy toàn đạc điện tử.

 Thiết bị này phát ra một sóng mang năng lượng điện từ tới trạm B. A tần số chuẩn của bước sóng đã điều hòa chính xác được thêm vào hoặc được điều biến từ sóng mang. Tín hiệu trở lại từ B tới máy thu, do đó, nó đã di chuyển được một đoạn bằng hai lần khoảng cách nghiêng AB. Ở trên hình, năng lượng điện từ đã được điều biến được miêu tả bằng một dải sóng hình sin, mỗi cái có bước sóng là λ. Máy đo A xác định số các bước sóng ở 2 phần, nhân với chiều dài bước sóng đo bằng mét, rồi chia cho 2 để có được khoảng cách AB.

Hình 3.3.b. Nguyên tắc đo khác

 Rất đáng chú ý nếu một khoảng cách đo được là chính xác một số nguyên lần lượng bước sóng, như minh họa ở trong hình. Đúng hơn, một vài phần lẻ của 1 bước sóng nói chung là hoàn toàn có thể xảy ra - ví dụ như, phần giá trị p thể hiện trong hình 3.3.b. Trong hình này, khoảng cách D ở giữa máy và gương phản xạ sẽ được biểu diễn như sau:

 Trong công thức này, λ là độ dài bước sóng, n là số lượng hay đầy đủ số bước sóng, và p là độ dài của phân lẻ.

Máy toàn đạc điện tử (còn gọi là máy đo khoảng cách điện tử) là sự kết hợp của một máy đo chiều dài điện tử, máy kinh vĩ điện tử và máy tính trong một thiết bị.

3.3.3            Total station instrument (also called electronic tacheometers) combine an EDM instrument, electronic digital theodilite, and computer in one unit.

 The electronic digital theodolite automatically measures and displays horizontal and vertical angels. Total station instrument simultaneously measure distance, as well as direction, and transmit the results automatically to a built-in computer. The horizontal and vertical angles and slope distance can be displayed; the upon keyboard commands, horizontal and vertical distance components are instantaneously computed and displayed.

If co-ordinates of the occupied station and a reference azimuth are input to the system, co-ordinates of the sighted point are immediately obtained. This information can all be directly stored in an automatic data collector, thereby eliminating manual recording. These instruments are of tremendous value in type of surveying.

 Máy kinh vĩ điện tử đo và hiển thị tự động góc bằng và góc đứng. Máy toàn đạc điện tử đồng thời đo khoảng cách, cũng như phương hướng, và cho ra kết quả một cách tự động để chuyển vào máy tính. Góc bằng, góc đứng và khoảng cách nghiêng có thể được hiển thị; nhờ sự điều khiển của bàn phím, các thành phần khoảng cách ngang và khoảng cách đứng ngay lập tức được tính toán và hiển thị. Nếu tọa độ của một trạm đứng máy và góc phương vị liên quan được đưa vào hệ thống, tọa độ của điểm quan sát ngay lập tức thu được. Thông tin này có thể được lưu trữ ngay trong một dữ liệu tự động , do đó, loại trừ được việc ghi chép thủ công. Những thiết bị này có giá trị to lớn trong trắc địa .