Máy toàn đạc điện tử là gì? Nguyên lý hoạt động, độ chính xác và giá
Những điểm chính
- Máy toàn đạc đo góc và khoảng cách trong một lần ngắm, chuyển thành tọa độ và độ cao theo thời gian thực.
- Độ chính xác khoảng cách được nêu bằng phần cố định cộng phần triệu (ppm) khoảng cách, nên sai số tăng chậm theo tầm đo.
- Các mẫu không gương, Android, robot và có quét mở rộng thiết bị cơ bản cho công việc khác nhau.
- Kết quả đáng tin cậy phụ thuộc cả bộ thiết bị gồm chân máy, đế máy, gương, sào và kiểm tra hiện trường thường xuyên.
- Giá máy toàn đạc chủ yếu phụ thuộc độ chính xác góc, tầm không gương, phần mềm và tự động hóa.
Máy toàn đạc là gì?
Máy toàn đạc là thiết bị trắc địa đo góc, khoảng cách bằng điện tử và tính vị trí điểm đang đo. Đây là công cụ tiêu chuẩn cho khảo sát đất đai, bố trí công trình, thi công đường và quan trắc biến dạng.
Tên gọi phản ánh một thiết bị thực hiện “toàn bộ” công việc từng chia giữa máy kinh vĩ, bộ đo xa và máy tính hiện trường. Nếu chuyển từ thiết bị chỉ đo góc, bài so sánh máy kinh vĩ và máy toàn đạc giải thích bước nâng cấp.
Khảo sát máy toàn đạc thường bắt đầu từ điểm khống chế đã biết. Thiết bị ghi mọi quan trắc dạng số nên dữ liệu hiện trường đi thẳng vào phần mềm vẽ, thiết kế mà không cần chép tay.
Máy toàn đạc hoạt động thế nào?
Máy toàn đạc đo ba giá trị tới mỗi mục tiêu: góc ngang, góc đứng (góc thiên đỉnh) và khoảng cách nghiêng, rồi chuyển chúng thành tọa độ. Mọi thứ khác là tính toán.
Đo góc
Bàn độ kính có mẫu mã hóa được bộ mã hóa điện tử đọc khi ống kính quay. Bộ bù hai trục đo độ nghiêng còn lại của máy và tự động hiệu chỉnh góc.
Đo khoảng cách
EDM phát ánh sáng hồng ngoại hoặc laser nhìn thấy được điều biến. EDM lệch pha so pha tín hiệu trở về với tín hiệu phát; EDM xung đo thời gian khứ hồi. Gương trả tín hiệu mạnh trên nhiều kilômét, còn chế độ không gương dùng phản hồi yếu từ tường hoặc đất ở tầm ngắn hơn, như trình bày trong máy toàn đạc không gương và EDM.
Tính tọa độ
Với khoảng cách nghiêng S và góc thiên đỉnh Z, khoảng cách ngang là S × sin Z và chênh cao là S × cos Z, cộng chiều cao máy trừ chiều cao mục tiêu. Kết hợp khoảng cách ngang với phương vị từ điểm định hướng sau cho tọa độ đông và bắc của mỗi điểm.
Độ chính xác máy toàn đạc: ý nghĩa thông số
Độ chính xác máy toàn đạc được quy định riêng cho góc và khoảng cách. Cả hai góp vào sai số vị trí cuối và phụ thuộc chất lượng thiết lập không kém bản thân máy.
Độ chính xác góc nêu bằng giây cung như 1", 2" hoặc 5". Sai số góc 1" làm điểm lệch khoảng 0.5 mm ở 100 m, nên máy 2" góp khoảng 1 mm sai số ngang ở 100 m. Độ chính xác khoảng cách viết a + b ppm: sai số cố định cộng b milimét mỗi kilômét.
| Khoảng cách tới mục tiêu | 2 mm + 2 ppm (gương) | 5 mm + 3 ppm (không gương) | Sai số ngang từ góc 2" |
|---|---|---|---|
| 50 m | 2.1 mm | 5.2 mm | 0.5 mm |
| 200 m | 2.4 mm | 5.6 mm | 1.9 mm |
| 500 m | 3.0 mm | 6.5 mm | 4.8 mm |
| 1,000 m | 4.0 mm | 8.0 mm | 9.7 mm |
Các cột giữa khớp thông số khoảng cách công bố của máy toàn đạc TS1000. Thực tế, sai số định tâm máy và sào gương, điều kiện khí quyển và ngắm thường cộng sai số lớn hơn thông số, vì vậy thiết lập cẩn thận rất quan trọng.
Các loại máy toàn đạc: điện tử, không gương, Android và robot
Mọi thiết bị hiện đại đều là máy toàn đạc điện tử, nhưng khác cách đo, phần mềm chạy và mức tự động hóa. Chọn theo công việc làm nhiều nhất.
| Loại | Tính năng chính | Phù hợp nhất cho | Ví dụ |
|---|---|---|---|
| Tiêu chuẩn (gương) | Tầm gương dài, phần mềm bàn phím | Khống chế, đường chuyền, địa hình | TS1000: 7500 m với gương đơn |
| Không gương | Đo bề mặt không cần gương | Mặt đứng, điểm khó tiếp cận, hoàn công | STS2: 1000 m không gương, dọi laser |
| Máy toàn đạc Android | Màn hình cảm ứng và phần mềm hiện trường dạng ứng dụng | Tổ kết hợp khảo sát và bố trí | STSA9: hai màn hình cảm ứng 5", 1500 m không gương |
| Robot (tự động có động cơ) | Động cơ servo và bám gương, một người vận hành | Bố trí khối lượng lớn, quan trắc | Xem hướng dẫn robot |
| Máy toàn đạc có chức năng quét | Bổ sung quét 3D vào chức năng máy toàn đạc | Kết hợp khảo sát và thu đám mây điểm | — |
Máy toàn đạc tự động tự quay và khóa bám gương. Việc có đáng chi thêm hay không được thảo luận trong máy toàn đạc robot và thủ công. Bạn cũng gặp thuật ngữ máy toàn đạc GPS, thường chỉ quy trình kết hợp rover GNSS RTK với máy toàn đạc trên cùng hệ tọa độ, để tổ dùng GNSS ở nơi thoáng và máy toàn đạc nơi vệ tinh bị che. Hướng dẫn GNSS RTK và máy toàn đạc so sánh hai loại.
Thiết bị khảo sát máy toàn đạc: bộ gồm những gì
Máy toàn đạc chỉ chính xác tương ứng với thiết bị đi kèm. Bộ làm việc cho một tổ thường gồm các món dưới đây.
- Chân máy: chân gỗ hoặc nhôm ổn định có đầu ren 5/8" × 11.
- Đế máy: để cân bằng và định tâm, lý tưởng là hoán đổi được giữa máy và mục tiêu.
- Gương máy toàn đạc: gương kính có hằng số đã biết như 0 mm hoặc −30 mm, phải khớp cài đặt máy.
- Sào gương và chân đôi: sào có bọt thủy đã hiệu chuẩn cho điểm chi tiết và bố trí điểm.
- Bộ thu dữ liệu hoặc bộ điều khiển: tùy chọn trên mẫu có phần mềm tích hợp, thiết yếu khi dùng robot.
- Pin dự phòng và bộ sạc: phần lớn máy hoạt động khoảng một ngày với mỗi pin.
Hướng dẫn chân máy, đế máy và gương giải thích ảnh hưởng của từng phụ kiện tới độ chính xác.
Cách dùng máy toàn đạc: thiết lập và định hướng trạm
Vận hành máy toàn đạc theo cùng trình tự ở gần như mọi công việc: thiết lập, định hướng rồi đo hoặc bố trí. Thiết lập trạm cẩn thận ngăn các lỗi phổ biến nhất.
- Đặt và cân máy trên điểm đã biết bằng dọi laser hoặc quang học và bọt thủy điện tử.
- Nhập cài đặt: chiều cao máy, hằng số gương, nhiệt độ và áp suất để hiệu chỉnh khí quyển, hệ tọa độ công việc.
- Định hướng trạm bằng ngắm điểm định hướng sau có tọa độ đã biết. Hoặc đặt máy tự do và giao hội nghịch trên ít nhất hai điểm đã biết.
- Kiểm tra định hướng bằng đo điểm đã biết thứ ba và xác nhận chênh lệch trong dung sai.
- Đo điểm chi tiết với mã đối tượng hoặc chạy chương trình bố trí điểm để bố trí công trình.
- Kết thúc công việc bằng đo lại điểm định hướng sau để xác nhận máy không dịch chuyển.
Trong xây dựng bằng máy toàn đạc, như bố trí công trình, chương trình bố trí hiển thị góc cần quay và khoảng cách cần dịch cho tới khi gương đạt điểm thiết kế. Bố trí trục lưới, bu lông neo và góc công trình bằng máy toàn đạc thường đạt kết quả cấp milimét ở tầm ngắn.
Hiệu chuẩn và bảo dưỡng máy toàn đạc
Hiệu chuẩn máy toàn đạc giữ sai số hệ thống nhỏ và nên kết hợp kiểm tra hiện trường thường xuyên với bảo dưỡng xưởng định kỳ. Rơi, rung khi vận chuyển và thay đổi nhiệt độ đều làm lệch hiệu chỉnh theo thời gian.
- Sai số trục ngắm và trục ngang: kiểm tra bằng đo mục tiêu ở hai vị trí bàn độ; phần lớn máy có quy trình tích hợp lưu hiệu chỉnh.
- Sai số chỉ số đứng và bộ bù: kiểm tra bằng chương trình hiệu chuẩn tích hợp.
- Bộ dọi: xoay máy và xác nhận dọi laser hoặc quang học vẫn ở dấu mốc.
- Bọt thủy đế máy và sào: thường là nguồn sai số định tâm lớn nhất và chỉnh ít tốn kém.
- Kiểm tra EDM: đo đường đáy đã biết và so sánh.
Nhiều công ty gửi máy bảo dưỡng mỗi năm hoặc sau bất kỳ va đập nào, đồng thời kiểm tra hiện trường trước công việc quan trọng.
Máy toàn đạc giá bao nhiêu?
Giá máy toàn đạc do độ chính xác góc, tầm không gương, nền tảng phần mềm, cấp bảo vệ và tự động hóa quyết định. Trên thị trường toàn cầu, máy thủ công mới thường từ vài nghìn đô la Mỹ, trong khi máy robot thường đắt gấp nhiều lần.
Chi phí còn gồm phụ kiện, phần mềm hiện trường, hiệu chuẩn và đào tạo, có thể chiếm phần đáng kể so với giá máy. Máy cũ rẻ hơn nhưng nên có chứng chỉ hiệu chuẩn gần đây. Đây là khoảng thị trường tổng quát, không phải báo giá.
Mars Geosystems cung cấp máy toàn đạc tiêu chuẩn, không gương và Android với số lượng tối thiểu một thiết bị, bảo hành một năm và gắn thương hiệu OEM từ 10 thiết bị. Để có giá hiện tại cho cấu hình cụ thể, dùng trang yêu cầu báo giá.
Câu hỏi thường gặp
Máy toàn đạc hoạt động thế nào?
Máy toàn đạc đo góc ngang, góc đứng và khoảng cách nghiêng tới mục tiêu. Bộ mã hóa điện tử đọc góc, bộ bù hiệu chỉnh nghiêng, EDM đo khoảng cách bằng ánh sáng hồng ngoại hoặc laser. Máy tính tích hợp chuyển ba giá trị này thành khoảng cách ngang, chênh cao và tọa độ cho mỗi điểm.
Máy toàn đạc dùng để làm gì?
Máy toàn đạc dùng khảo sát ranh giới, địa hình, bố trí xây dựng, đường bộ và đường sắt, kiểm tra hoàn công, đo thể tích và quan trắc biến dạng kết cấu. Thiết bị hoạt động tốt nơi GNSS khó làm, như gần nhà cao tầng, dưới tán cây, trong nhà và đường hầm, và bất cứ nơi nào cần chính xác cấp milimét ở tầm ngắn.
Máy toàn đạc GPS là gì?
Máy toàn đạc GPS thường mô tả việc dùng máy thu GNSS RTK cùng máy toàn đạc trong một hệ tọa độ. Rover GNSS xử lý nhanh vùng thoáng và khống chế, còn máy toàn đạc đo điểm ở vùng bị che. Một số quy trình còn dùng GNSS định vị chính máy toàn đạc trước khi đo chi tiết xung quanh.
Có cần gương cho máy toàn đạc không?
Không phải luôn cần. Máy toàn đạc không gương đo trực tiếp tới tường, mặt đường và bề mặt khác, thường tới vài trăm mét hoặc hơn tùy mẫu và bề mặt. Gương vẫn được ưu tiên cho điểm khống chế, khoảng cách dài và độ chính xác cao nhất vì trả tín hiệu mạnh và cho mục tiêu xác định rõ.
Nên hiệu chuẩn máy toàn đạc bao lâu một lần?
Phần lớn công ty kiểm tra nhanh hiện trường, như đo hai vị trí bàn độ và kiểm tra dọi, hằng tuần hoặc trước công việc quan trọng, rồi gửi máy hiệu chuẩn đầy đủ tại xưởng khoảng mỗi năm. Rơi, va đập mạnh hoặc sai số khép bất thường là lý do kiểm tra hiệu chuẩn ngay thay vì chờ lịch bảo dưỡng.
Máy toàn đạc chính xác đến đâu?
Máy toàn đạc trắc địa thường đo góc tới 1" đến 5" và khoảng cách khoảng 1–2 mm + 2 ppm với gương, hoặc vài milimét cộng ppm ở chế độ không gương. Ở tầm làm việc thông thường tới vài trăm mét, người dùng cẩn thận đạt vị trí trong vài milimét, chủ yếu giới hạn bởi thiết lập và định tâm.
Bạn cần thiết bị cho công việc này?
Cho chúng tôi biết công việc, quốc gia và số lượng. Kỹ sư sẽ phản hồi cấu hình và giá trong một ngày làm việc. Số lượng đặt hàng tối thiểu là một thiết bị; có dịch vụ OEM.
