Phương pháp tọa độ vuông góc trong trắc địa và những điều cần biết

Tọa độ vuông góc là một trong những yếu tố thường được các kỹ sư xây dựng, giám sát thi công sử dụng trong xây dựng công trình. Bởi nó có thể giúp biến những công trình lớn thành những bản vẽ trên giấy tờ một cách chính xác. Cùng Việt Thanh tìm hiểu về phương pháp tọa độ vuông góc trong trắc địa ở bài viết dưới đây nhé.

Xem thêm: Ứng dụng máy thủy bình vào đo đạc và xác định các hệ tọa độ trong trap địa.

Phương pháp tọa độ vuông góc trong trắc địa

Phương pháp tọa độ vuông góc trong trắc địa được sử dụng rất rộng rãi trong thiết kế bản vẽ xây dựng. Nhưng để xác định được chi tiết các điểm trong trắc địa thì những thông tin dưới đây cán bộ đo đạc, thiết kế phải thuộc nằm lòng:

Giá trị tọa độ

Các bản vẽ thiết kế có giá trị tọa độ X, Y, H, trong đó các tọa độ  X và Y  là những giá trị giúp các định vị trí của một điểm trên mặt phẳng. H là độ cao của một điểm trên mốc chuẩn nào đó. 

Mốc chuẩn này có thể là mặt nước biển trong hệ độ cao nhà nước (sea level) hoặc có thể là mặt đất trung bình của mặt bằng thi công xây dựng(ground level). Bên cạnh đó, nhiều nhà máy công trình dựa theo mặt phẳng được quy định (plan level).

Góc phương vị

Góc phương vị là góc đo trong hệ thống định vị cầu. Nó là phương vị của một đoạn thẳng, đường thẳng trên hệ tọa độ ngành xây dựng là một đoạn thẳng góc theo chiều kim đồng hồ hợp với hướng Bắc của trục tọa độ (hoặc đường thẳng song song) và đoạn thẳng đang xét.

Để có thể xác định được cao độ chính xác của các điểm cũng như góc phương vị của hệ quy chiếu trong xây dựng và ứng dụng phương pháp tọa độ vuông góc trong trắc địa thì bạn có thể tham khảo và sử dụng một số thiết bị đo đạc như máy thủy bình, máy toàn đạc điện tử, máy GNSS RTK, máy kinh vĩ… 

• Máy GNSS RTK Hi-Target V500 
• Máy GPS RTK Hi-Target vRTK 
• Máy GNSS RTK Satlab SL7 
• Máy thủy bình Leica NA320
• Máy thủy bình Satlab SAL32
• Máy toàn đạc Satlab SLT12

Xem thêm: Phương pháp tọa độ cực trong trắc địa công trình xây dựng

Những hệ tọa độ thường dùng trong trắc địa

Trước khi nghiên cứu, tìm hiểu về phương pháp tọa độ vuông góc trong trắc địa thì việc nắm được những hệ tọa độ thông dụng là rất cần thiết. Bởi một điểm trong trắc địa sẽ nằm trên nhiều hệ quy chiếu khác nhau với những giá trị tọa độ khác nhau.

Chỉ khi xác định được hệ quy chiếu phù hợp thì chúng ta mới xác định được kích thước, các thông số vật lý, hình dạng cũng như định vị được mô hình của Trái Đất phù hợp với từng khu vực cụ thể. Hiện nay, có hai hệ tọa độ điển hình đang được sử dụng thường xuyên trong trắc địa bao gồm hệ tọa độ quốc gia VN-2000 và hệ tọa độ độc lập.

Hệ tọa độ quốc gia VN-2000

Hệ tọa độ VN-2000 là hệ tọa độ quốc gia, được Chính phủ quy định và thiết lập và đưa vào sử dụng theo quy định 83/2000/QĐ-TTg ngày 12/07/2000 về việc áp dụng Hệ quy chiếu và Hệ tọa độ quốc gia VN-2000, thay thế cho hệ tọa độ Hà Nội – 72 (HN-72) mà chúng ta vẫn hay dùng trước đây. 

Hệ tọa độ VN-2000 sử dụng được xây dựng dựa trên sự phù hợp với thực tiễn Việt Nam và được sử dụng trong những khu vực có quy mô lớn, thống nhất trong đo đạc để xây dựng hệ thống tọa độ, bản đồ địa hình, bản đồ địa chính, bản đồ địa chính và các loại bản đồ chuyên đề khác.

Hệ tọa độ quốc gia VN-2000 hiện nay đang sử dụng phép chiếu UTM, ellipsoid WGS-84. Tuy nhiên, trong khi thực hiện các hoạt động đo đạc bản đồ chuyên dụng, ngoài hệ quy chiếu VN-2000, tùy vào từng hoàn cảnh thực tế mà ứng dụng nhiều hệ quy chiếu khác.

Xem thêm: Hướng dẫn cách chuyển hệ tọa độ UTM sang VN2000 chi tiết

Hệ tọa độ độc lập

Hệ tọa độ độc lập cũng là một trong những hệ tọa độ được sử dụng nhiều trong trắc địa, đo đạc. Hệ tọa độ độc lập còn được gọi là hệ tọa độ giả định/ quy ước. Chúng được tạo thành bởi hai đường thẳng vuông góc. Trong hệ tọa độ độc lập thì trục Y (trục tung) là trục đứng, trục X (trục hoành) là trục nằm ngang. Gốc tọa độ là giao điểm của hai trục này có kí hiệu là O.

Hệ tọa độ độc lập có thể định hướng được một trong hai trục X, Y một cách tùy ý. Nhưng thông thường, trong các hoạt động trắc địa hiện nay người ta thường định hướng trục X hoặc trục Y vuông góc hoặc song song với trục chính của công trình xây dựng.

Ngoài ra, khi sử dụng hệ tọa độ độc lập, người dùng cũng có thể chọn gốc tọa độ tùy ý. Nhưng trên thực tế hiện nay, gốc của hệ trục tọa độ thường được tịnh tiến xuống điểm thấp nhất ở phía dưới của công trình nằm ở góc bên trái và gán cho nó một giá trị tọa độ chẵn. Với cách làm này, các cán bộ có thể hạn chế được tối đa những sai sót trong quá trình tính toán cũng như ghi chép tọa độ các điểm.

Hệ tọa độ độc lập tuy rất tiện lợi nhưng chỉ sử dụng được trong một phạm vi hẹp, tức là chỉ vài km trở lại, trong một khu vực nhỏ bằng phẳng của mặt cầu trái đất. 

Bài toán phương pháp tọa độ vuông góc trong trắc địa cơ bản

Bài toán thuận tính góc phương vị trong trắc địa

Cho một đoạn thẳng AB. Xác định góc phương vị của đoạn thẳng này trên hệ tọa độ. Để giải bài toán này ta lần lượt tiến hành theo các bước sau:

Từ điểm A của đoạn thẳng AB chúng ta tiến hành kẻ một đoạn thẳng song song với trục N. Lúc này ta sẽ thu được góc phương vị AB như hình vẽ dưới đây.

Trong trường hợp bạn đang đứng tại một điểm B nhìn về phía A theo nguyên tắc trên, từ điểm B ta kẻ một đường thẳng song song với trục N thì sẽ tìm được góc phương vị BA. Thao tác tương tụ chúng ta sẽ có được góc phương vị AB. Vậy  góc phương vị BA=  góc phương vị AB  +180 độ. 

Trong trường hợp điểm A đã biết trước tọa độ là (NA, EA), bên cạnh đó cũng biết góc AB và chiều dài của cạnh SAB. Trong đó, N và E là tham số tọa độ của điểm B so với A, ta có công thức: 

Tọa độ của điểm B sẽ được xác định theo công thức:

Như vậy chúng ta đã xác định được tọa độ của điểm B. Điều kiện cần thiết để xác định được tọa độ là phải biết khoảng cách S và góc phương vị.  Khoảng cách S chúng ta có thể dùng các phương tiện đo chiều dài để đo.

Bài toán nghịch xác định góc phương vị và chiều dài theo tọa độ của các điểm.

Bài toán này cán bộ đo đạc sẽ thường bắt gặp khi chiếu các điểm từ bản vẽ ra thực tế. Bên cạnh đó, trong quá trình nghiệm thu, kiểm tra công trình thì bài toán này cũng được sử dụng thường xuyên.

Từ công thức (1) ta có:

Khi giải bài toán này cần chú ý xét dấu của (N và (E để tránh các sai lầm. Từ hệ trục tọa độ vuông góc và định nghĩa góc phương vị ta có bảng xét dấu như sau:

Trên đây là tổng hợp những thông tin liên quan đến phương pháp tọa độ vuông góc trong trắc địa. Hy vọng chúng sẽ trở thành cuốn cẩm nang hữu ích cho các cán bộ hoặc kỹ sư đo đạc trong những trường hợp cần thiết.

Nếu quý bạn đọc có nhu cầu thuê dịch vụ đo đạc bản đồ hoặc tư vấn các kỹ thuật liên quan đến trắc địa hay liên hệ với Việt Thanh theo hotline: 0972.819.598 để được hỗ trợ nhé.

Xem thêm: Tổng hợp các đặc điểm tính toán trong trắc địa cần biết