Những lưu ý đối với các trạm quan trắc toàn đạc tự động ATMS
17/04/2023
800 views
NHỮNG LỖI PHỔ BIẾN CỦA CÁC TRẠM QUAN TRẮC TOÀN ĐẠC TỰ ĐỘNG (AMTS)
 
TỔNG QUAN

Sử dụng máy toàn đạc tự động (AMTS) để theo dõi tiến độ hoặc hiệu suất của dự án thiết kế, hoặc là quan trắc cho các kiến trúc, kết cấu hiện có, có nhiều lời thế …miễn là thiết bị được thiết lập và định vị chính xác. Tuy nhiên có một số vấn đề phổ biến có xu hướng phát sinh khi sử dụng loại thiết bị khảo sát tự động. Những lỗi này thường có thể được giảm thiểu hoặc ngăn chặn bằng cách tuân thủ một số nguyên tác cấu hình cơ bản cho cả AMTS và phần mềm liên quan. Để có được kết quả đọc tốt nhất có thể từ thiết bị đồng thời ngăn ngừa hư hỏng và đảm bảo an toàn cho dự án, người vận hành cần hết sức chú ý đến 3 vấn đề chính – Tối ưu hóa hình học (Optimizing Geometry); Ánh xạ và ổn định lăng kính tham chiếu (Mapping & Stabilizing Reference Prisms); giảm thiểu các vấn đề về nhiệt độ & khúc xạ (Minimizing Temperature & Refraction). Tất cả sẽ được đề cập đến trong bài viết này:

Tối ưu hóa hình học

Một trong những yếu tố quan trọng nhất khi cài đặt máy toàn đạc điện tử từ xa là đảm bảo hình học tốt trong quá trình thiết lập. ‘’Hình học’’ đề cập đến cách bố trí của máy toàn đạc, lăng kính Prism tham chiếu và lăng kính được theo dõi.

Các lăng kính prism tham chiếu là các điểm ổn định cho phép AMTS xác định vị trí của nó trong không gian. AMTS đo lăng kính prism tham chiếu và sau đó ghi lại vị trí ban đầu của chúng để làm giá trị tham chiếu.

A.     Giãn khoảng cách các điểm tham chiếu

Khi nói đến số lượng lăng kính prism được sử dụng làm điểm tham chiếu, một quy tắc chung là: càng nhiều càng tốt.
Khi thiết lập mạng lưới cần ít nhất 3 điểm lăng kính tham chiếu. Thiết bị AMTS phải được đặt ở trung tâm, với các lăng kính prism tham chiếu được bố trí xung quanh với các góc tương đương. Khoảng cách giữa các lăng kính tham chiếu và Máy toàn đạc của bạn có thể thay đổi, nhưng quan trọng nhất , các tham chiếu phải đặt bên ngoài vùng ảnh hưởng muốn theo dõi. Ngoài ra bạn luôn phải có 1 lăng kính tham chiếu xa AMTS của mình hơn so với lăng kính xa nhất.

Việc có các lăng kính quan trắc bố trí xa AMTS hơn so khoảng cách từ ATMS đến lăng kính tham chiếu xa nhất được xem là giám sát ngoài phạm vi và không nên thực hiện.

Khoảng cách dốc (Slope distance) của máy toàn đạc với tất cả các lăng kính quan trắc cần được giảm thiểu tối đa. ‘’Slope distance’’ được đề cập đến khoảng cách ngắn nhất giữa máy toàn đạc và bất kỳ lăng kính prism nào. Các lăng kính prism càng xa vị trí máy toàn đạc thì sai số phép đo sẽ càng lớn. Độ chính xác của máy được xác định bằng độ chính xác máy cộng với khoảng cách 1/1.000.000.000. Ví dụ máy Topcon MS05AXII 0.5s có độ chính xác là 0.5mm + 1ppm. Điều đó có nghĩa là tốt hơn hết bạn nên giới hạn khoảng cách đến các điểm quan trắc của mình.

Ví dụ: trong một mạng lưới có 3 lăng kính tham chiếu, lý tưởng nhất là thiết bị AMTS nên được đặt ở trung tâm của mạng lưới với các góc 120 độ giữa mỗi lăng kính tham chiếu.

Tất nhiên, đây là thiết lập lý tưởng. Trong các tình huống thực tế, thường không thể có một thiết lập lý tưởng. Ví dụ: nếu bạn đang khai quật một địa điểm xây dựng yêu cầu Máy toàn đạc của bạn nhìn thấy bên trong hố đào cũng như các tòa nhà trên mặt đất, thì đôi khi rất khó để đặt Máy toàn đạc tự động của bạn ở nơi có thể nhìn thấy cả hai khu vực.

Tóm lại, khi thiết lập mạng lưới, điều quan trọng là phải càng gần lý tưởng càng tốt. Sau khi tính đến các yếu tố thực tế, Máy Toàn đạc phải càng gần trung tâm của mạng lưới càng tốt và các lăng kính tham chiếu phải được phân bố đều.

B.     Đảm bảo đường nhìn thông thoáng/tránh vật cản

Ngoài việc đảm bảo rằng các lăng kính tham chiếu được đặt cách nhau một cách chính xác, hình dạng mạng phải cho phép các đường thẳng vị trí rõ ràng giữa (các) thiết bị AMTS và các lăng kính tham chiếu. Nói một cách hiển nhiên, nếu nó không thể nhìn thấy, thì nó không thể đo được!

Điều quan trọng là đảm bảo rằng (các) Máy Toàn đạc có thể:

·        Nhìn thấy được TẤT CẢ các lăng kính;
·        Xem lăng kính TỐT; và nhìn thấy
·        các lăng kính LẶP LẠI.

VÍ DỤ THỰC TẾ

Nếu có một khu vực mà ô tô hoặc phương tiện làm việc đỗ định kỳ trong ngày giữa (các) Máy Toàn đạc và một số lăng kính tham chiếu, những lăng kính "bị chặn" đó sẽ không được đọc mọi lúc. Trong trường hợp này, bắt buộc phải đảm bảo rằng các lăng kính được định vị sao cho các phương tiện đang đỗ sẽ không chặn đường ngắm giữa các lăng kính và (các) thiết bị Total Station. Nếu một lăng kính được đặt ở vị trí có thể “ bị chặn” khỏi đường ngắm của (các) thiết bị Máy Toàn đạc, tương đương với một lăng kính bị hư hỏng hoặc một lăng kính đã bị loại bỏ hoàn toàn khỏi mạng lưới. Nghĩa là, điểm tham chiếu cụ thể cho lăng kính bị chặn hoặc bị che khuất sẽ bị xóa khỏi tính toán của Máy toàn đạc và do đó, sẽ dẫn đến "nhảy" trong dữ liệu.

C.    Sử dụng nhiều góc ngang

Bằng cách định vị các lăng kính của bạn với nhiều góc ngang từ Máy Toàn đạc, bạn có thể hạn chế khả năng đọc sai lăng kính. Bất kể khoảng cách giữa hai điểm là bao nhiêu, điều quan trọng là tránh để các lăng kính, từ trường quan sát của Máy toàn đạc, có sự khác biệt rất nhỏ trong tọa độ góc của chúng.

Total Station sử dụng Tự động nhận dạng mục tiêu (ATR) để theo dõi vị trí hiện tại của một lăng kính mỗi khi nó đọc lăng kính. ATR này tìm kiếm lăng kính trong các tham số của cửa sổ tìm kiếm. Ví dụ: nếu cửa sổ tìm kiếm ban đầu là 0,015 DMS (Độ, Phút, Giây), không thể xác định vị trí lăng kính, nó sẽ mở rộng cửa sổ tìm kiếm lên đến độ cung đầy đủ hoặc hơn cho đến khi có thể xác định vị trí lăng kính.

Nếu góc tương đối của hai lăng kính nhỏ hơn cửa sổ tìm kiếm cần thiết để định vị lăng kính, thì lăng kính sai thường sẽ được định vị trong ATR. Tác động của điều này có thể được giảm bớt thông qua việc sử dụng các bộ lọc như Bộ lọc khoảng cách dốc hoặc Bộ lọc tọa độ 3D có thể được định cấu hình để từ chối đọc nếu bộ lọc đã thay đổi nhiều hơn một lượng được xác định trước.

Máy toàn đạc cũng được tích hợp tính năng Kiểm tra lăng kính. Tính năng này sử dụng loại lăng kính và khoảng cách dốc (Slope distance) để xác định xem điểm được đo có đúng với loại lăng kính hay không. Cả hai tùy chọn này có thể làm mất hiệu lực số đo và ngăn cảnh báo sai được kích hoạt bởi một lăng kính đọc sai, nhưng vẫn sẽ dẫn đến mất dữ liệu. Một giải pháp tốt hơn là tránh tình trạng này thông qua hình học tốt hơn.

VÍ DỤ THỰC TẾ

Trường hợp xấu nhất cho loại tình huống này là tình huống rất phổ biến khi giám sát đường sắt hoặc đường bộ. Nếu các lăng kính giám sát được đặt dọc theo đường bộ hoặc đường sắt và Máy toàn đạc không được đặt vuông góc với đường bộ/đường sắt, thì Máy toàn đạc rất dễ chọn nhầm lăng kính. Kết quả là dữ liệu sai, không có dữ liệu (nếu bạn đang lọc dữ liệu đúng cách) hoặc báo động sai (nếu bạn không lọc).

Điều quan trọng cần lưu ý là phần mềm không thể sửa hình học xấu!

Nếu mạng được bố trí kém hoặc (các) Máy toàn đạc được cài đặt theo cách không cho phép nó đọc đủ số điểm tham chiếu chất lượng cao, thì không có phần mềm thần kỳ nào có thể sửa dữ liệu – hoặc biến dữ liệu xấu thành dữ liệu tốt. Nó giống như thành ngữ viết mã cũ, “rác vào, rác ra”.

Ngay cả khi một phần mềm điều chỉnh mạng (giúp khai thác tốt nhất dữ liệu mà bạn đã ghi lại) đang được sử dụng, thì phần mềm này cũng không thể cải thiện các phép đo kém.

Dưới đây là một ví dụ về thiết lập kém về mặt hình học.



 
Hai ví dụ sau đây cho thấy hình học mạng lưới tối ưu

 



D.    Ánh xạ & ổn định lăng kính tham chiếu

Total Station tính toán vị trí của nó dựa trên vị trí mà nó đo các lăng kính tham chiếu tại bất kỳ thời điểm nào. Điều này được gọi là "cắt bỏ." (Tất cả điều này đều dựa trên hình học, lượng giác và một quá trình có tên là Biến đổi Helmert.1) AMTS giả định rằng lăng kính vẫn ở vị trí ban đầu, sau đó tính toán vị trí của nó so với lăng kính đó.



Các lăng kính tham chiếu cho phép Máy toàn đạc tự điều chỉnh cho bất kỳ độ lệch nào trong thiết bị. Trôi có thể được gây ra bởi các thay đổi bên trong trong Máy toàn đạc hoặc do thay đổi môi trường tại vị trí đặt thiết bị AMTS (ví dụ: thay đổi nhiệt độ hoặc thay đổi áp suất). Bởi vì các lăng kính tham chiếu là cơ sở cho tất cả các phép đo của AMTS, điều cực kỳ quan trọng là chúng phải ổn định trong suốt vòng đời của chương trình giám sát.

I. Chọn một cấu trúc ổn định

Như đã lưu ý trước đây, các lăng kính tham chiếu phải luôn được lắp đặt ở những vị trí mà chúng sẽ ổn định; đảm bảo rằng chúng nằm ngoài vùng ảnh hưởng của hoạt động xây dựng.

VÍ DỤ THỰC TẾ

Khi sử dụng Máy toàn đạc để theo dõi địa điểm khai quật, bạn không muốn lắp đặt các lăng kính tham chiếu trên bức tường tiếp giáp trực tiếp với khu vực khai quật. Các lăng kính tham chiếu thường cần cách vùng ảnh hưởng ít nhất một trăm feet để bạn không cắt bỏ dựa trên chuyển động do công trình gây ra.

Ngoài việc xem xét hoạt động xây dựng đang được giám sát, để đảm bảo độ ổn định vật lý của lăng kính tham chiếu, cũng phải xem xét các đặc tính vật lý của bề mặt mà lăng kính được lắp đặt hoặc gắn trên đó.

Ví dụ, một lăng kính tham chiếu không bao giờ được lắp đặt trên giàn giáo tạm thời hoặc bất kỳ loại cấu trúc nào có khả năng tự di chuyển bên ngoài ảnh hưởng của hoạt động xây dựng.

Một nguyên tắc chung là: cấu trúc càng lớn hoặc càng đồ sộ thì càng tốt để sử dụng làm vị trí tham chiếu. Tuy nhiên, chúng ta cũng phải xem xét các ảnh hưởng bên ngoài khác đối với sự ổn định của lăng kính. Nếu bề mặt mà lăng kính được gắn dễ bị chuyển động do gió hoặc, có lẽ, các hiệu ứng nhiệt trên bề mặt (ví dụ: phơi nắng trên bề mặt kim loại), thì độ ổn định của lăng kính có thể bị ảnh hưởng tiêu cực. Khi cân nhắc điều này, những nơi râm mát thường tốt hơn những nơi tiếp xúc nhiều với ánh nắng mặt trời.

VÍ DỤ THỰC TẾ

Nếu một lăng kính được gắn trên một bảng quảng cáo nằm trên đỉnh tòa nhà, thì phải xem xét đến gió thổi trên diện tích bề mặt rộng lớn đó của bảng quảng cáo. Gió có thể làm biển quảng cáo di chuyển và do đó, tạo ra sự không ổn định cho lăng kính. Hoặc, nếu lăng kính nằm trên cấu trúc làm bằng kim loại, việc tiếp xúc với ánh nắng mặt trời hàng ngày có thể ảnh hưởng đến vị trí của lăng kính.

II. Tránh Các Ảnh Hưởng Khác Gây Mất Ổn Định

Sau khi chọn một cấu trúc ổn định để lắp đặt lăng kính tham chiếu, cần phải xem xét các tác động bên ngoài khác có thể ảnh hưởng đến cách đọc lăng kính. Các lăng kính tham chiếu cần được bảo vệ khỏi hư hỏng tiềm ẩn do giao thông hoặc bất kỳ thứ gì khác có thể khiến chúng bị di chuyển hoặc văng khỏi cấu trúc mà chúng được gắn trên đó.

Khi một lăng kính tham chiếu bị loại bỏ hoặc thêm vào mạng Toàn đạc, nó sẽ thay đổi sự điều chỉnh được thực hiện đối với vị trí của thiết bị và khiến tất cả dữ liệu trong mạng đó dịch chuyển. Do đó, nếu một hoặc nhiều lăng kính bị hỏng hoặc bị phá hủy, dữ liệu sẽ nhảy vọt do lăng kính bị loại bỏ khỏi các tính toán. Đương nhiên, đây là điều cần phải tránh.

E.     Giảm thiểu các vấn đề về nhiệt độ và khúc xạ

Merriam-Webster định nghĩa sự khúc xạ là sự lệch khỏi đường đi thẳng của một tia sáng hoặc một làn sóng năng lượng khi truyền xiên từ một môi trường (như không khí) sang một môi trường khác (như nước hoặc thủy tinh) trong đó vận tốc của nó khác nhau.2

Đối với mục đích của chúng tôi, khi một thiết bị khảo sát đất đai như Máy toàn đạc phải “bắn” tia laser của nó qua thứ gì đó làm thay đổi chỉ số khúc xạ của không khí, hiện tượng khúc xạ xảy ra và các phép đo bị ảnh hưởng. Hiện tượng khúc xạ có thể do hiệu ứng khí quyển hoặc do các “mắt lưới” khác gây ra nhiễu cho tín hiệu và bẻ cong ánh sáng, gây ra dao động trong dữ liệu được truyền từ lăng kính đến Máy Toàn đạc.

Hình 3: Chỉ số khúc xạ (RI)

 
 
1. Ảnh hưởng của thời tiết đối với phép đo

Khi nói đến thời tiết, nhiệt độ có ảnh hưởng khí quyển lớn nhất đối với việc theo dõi. Các hiệu ứng nhiệt độ sẽ hiển thị theo nhiều cách khác nhau trong dữ liệu từ một đơn vị AMTS. Một trong những cách trực tiếp nhất mà nhiệt độ ảnh hưởng đến số liệu đọc là từ chuyển động thực tế của cấu trúc gây ra bởi hiệu ứng sưởi ấm và làm mát suốt cả ngày, hoặc thậm chí qua các mùa. Khi mọi thứ nóng lên, chúng nở ra và khi nguội đi, chúng co lại. Sự mở rộng và co lại này làm cho các tòa nhà và công trình di chuyển và dịch chuyển hàng ngày và theo mùa. Những chuyển động hoặc thay đổi này hiển thị trong dữ liệu AMTS. Trong một thế giới hoàn hảo, chúng ta có thể kiểm soát tác động của nhiệt độ đối với dữ liệu được thu thập bằng các công cụ khảo sát, nhưng chúng ta không sống trong một thế giới hoàn hảo. Do quá trình giám sát diễn ra trong một khoảng thời gian nên những biến động này là không thể tránh khỏi và sẽ ảnh hưởng đến các phép đo. Do đó, điều cực kỳ quan trọng là phải hiểu các tác động hàng ngày hoặc theo mùa này làm thay đổi dữ liệu như thế nào.

Một loại ảnh hưởng khác tinh vi hơn mà hiệu ứng khí quyển gây ra đối với dữ liệu được thu thập là những thay đổi đối với không khí mà qua đó các phép đo được thực hiện. Vì vậy, khi nhiệt độ, áp suất và độ ẩm thay đổi, hệ số khúc xạ của không khí mà thiết bị đang đo cũng thay đổi theo. Điều này thể hiện dưới dạng những thay đổi nhỏ trong các phép đo trong suốt nhiều ngày hoặc nhiều tháng và có thể được hiệu chỉnh bằng cách sử dụng cái được gọi là hiệu chỉnh Phần triệu (PPM). Hiệu chỉnh PPM có thể tự động được áp dụng khi sử dụng Máy toàn đạc có cảm biến khí quyển. Trong một cuộc khảo sát thủ công điển hình, nhiệt độ, độ ẩm và áp suất khí quyển được nhập vào Total Station trước khi chạy các phép đo trong ngày. Quá trình tương tự có thể được thực hiện tự động đối với AMTS có cảm biến khí quyển (như Auto-Meteo) được tích hợp vào phần cứng và phần mềm AMTS.

2. Ánh sáng lung linh và bóng của máy toàn đạc

Cũng có thể có nhiều hiệu ứng nhiệt độ hoặc khúc xạ cục bộ hơn do nhiệt gây ra. Ánh sáng lung linh nhiệt là một hiện tượng quang học do không khí bốc lên trên một bề mặt nóng, chẳng hạn như nhựa đường, làm bẻ cong ánh sáng. Khi nhựa đường bị mặt trời đốt nóng, không khí gần con đường trở nên nóng hơn không khí phía trên con đường. Không khí nóng đó bẻ cong ánh sáng. Khi không khí nóng bốc lên, nó tạo ra hiệu ứng mờ ảo, giống như ảo ảnh hoặc ánh sáng lung linh, làm biến dạng các chi tiết của cảnh quan xung quanh nó.

VÍ DỤ THỰC TẾ

Một ví dụ khác về hiện tượng lung linh nhiệt là không khí ấm được phát ra từ lỗ thông hơi trên tòa nhà. Khi một Total Station phải bắn xuyên qua loại “lưới” đó để đến một lăng kính tham chiếu, hiện tượng khúc xạ sẽ xảy ra. Sự khúc xạ sau đó sẽ hiển thị dưới dạng nhiễu trong phép đo của lăng kính tham chiếu cụ thể đó và do đó, tự lan truyền dưới dạng nhiễu trong tính toán vị trí của thiết bị Total Station, và do đó chuyển lỗi sang dữ liệu giám sát được thu thập. Loại khúc xạ cục bộ này có tác động đáng kể đến dữ liệu được thu thập và không thể hiệu chỉnh bằng cảm biến khí quyển vì nó xảy ra ở một khu vực rất cục bộ. Để giảm bớt tác động, mạng Toàn đạc phải được thiết lập theo cách tránh ánh sáng lung linh do nhiệt.

 Cũng có thể có các hiệu ứng nhiệt trên chính thiết bị AMTS hoặc cấu trúc mà Máy Toàn đạc được gắn trên đó. Những hiệu ứng nhiệt này có thể gây ra chuyển động cục bộ của kết cấu. Điều này đôi khi là một vấn đề lớn, đôi khi không. Nó có thể được sửa chữa miễn là mạng có các vị trí tham chiếu ổn định (như đã giải thích trước đó trong bài viết này). Một vấn đề không thể sửa chữa với các vị trí tham chiếu ổn định là ảnh hưởng của ánh sáng mặt trời trực tiếp. Nếu mặt trời chiếu thẳng vào phạm vi của AMTS, ánh sáng sẽ tràn vào cảm biến và thêm nhiều nhiễu vào tín hiệu mà Trạm đang đo từ lăng kính tham chiếu. Điều này sẽ có tác động nhất định đến các phép đo. Để tránh vấn đề này, tốt nhất là nên lắp đặt tấm chắn năng lượng mặt trời hoặc mái che phía trên Máy Toàn đạc để giảm lượng ánh sáng mặt trời chiếu trực tiếp vào Máy Toàn đạc trong ngày.C. Các nguồn khúc xạ khác cần xem xét

 

Có những nguồn khúc xạ khác để xem xét chẳng hạn như lá cây, hàng rào liên kết chuỗi hoặc thậm chí một trong những hàng rào xây dựng nhỏ màu cam đó. Khi tín hiệu ánh sáng từ AMTS đi qua các “mắt lưới” này, nó sẽ bị khúc xạ nên phép đo sẽ không chính xác như khi không có các chuyển hướng này. Điều tương tự cũng có thể xảy ra nếu lăng kính tham chiếu bị che khuất một phần bởi cạnh của vật thể khác. Khi ánh sáng phải đi xung quanh một vật thể, ánh sáng sẽ uốn cong và tác động đến dữ liệu.
  • Tóm lại, những điểm chính liên quan đến nhiệt độ và khúc xạ là:
  • Tránh các nguồn khúc xạ (dù là mắt lưới hay hiệu ứng nhiệt độ);
  • Tránh đặt tầm nhìn của Total Station đối diện trực tiếp với các nguồn nhiệt;
  • Hiệu chỉnh nhiệt độ, độ ẩm và áp suất khí quyển bằng cảm biến khí quyển;
  • Bảo vệ vật lý AMTS bằng cách lắp đặt bóng râm; Và
  • Cố gắng lắp đặt các lăng kính tham chiếu trong bóng râm hoặc nơi nào đó ít có khả năng bị ảnh hưởng bởi ánh nắng mặt trời hàng ngày.

Phần kết luận

Máy toàn đạc có động cơ tự động có thể cung cấp dữ liệu cần thiết để giám sát hiệu quả mặt đất hoặc các cấu trúc liền kề với hoạt động xây dựng. Để thu thập dữ liệu chính xác nhất có thể, điều quan trọng là phải định cấu hình mạng giám sát một cách tối ưu. Khi đã xác định được một số vị trí cho lăng kính tham chiếu, cần phải xác định xem những vị trí đó có hợp lý đối với mạng đang được định cấu hình hay không. Bạn phải đảm bảo rằng các lăng kính tham chiếu của bạn được phân bố đều xung quanh Máy toàn đạc, tránh sự mất ổn định và vật cản, đồng thời loại bỏ các nguồn khúc xạ, chẳng hạn như thời tiết và các mắt lưới khác. Bằng cách tuân thủ các nguyên tắc cấu hình cơ bản này, có thể ngăn chặn được các hư hỏng và dự án của bạn sẽ thành công!


 
Bình luận facebook