ANTHI Việt Nam

4. Xử lý số liệu đo TLS và quá trình tổng hợp các mặt cắt hầm

4.1. Các hệ tọa độ sử dụng trong quá trình đào hầm

Hình vẽ dưới đây thể hiện rõ hơn các hệ thống tọa độ thường được sử dụng trong các hoạt động thi công xây dựng hầm. Trong thực tiễn có ba hệ thống tọa độ được áp dụng và các hệ thống tọa độ này cũng có mối quan hệ với nhau.

Các hệ thống tọa độ tham chiếu thường được sử dụng trong quá trình thi công xây dựng hầm: hệ tọa độ địa tâm (Geocentric), hệ tọa độ Đề Các 3D (3D Cartesian) kết hợp với hệ thống lưới chiếu tương ứng (a); Hệ thống tham chiếu tuyến LRS (Linear Reference System) (b); và hệ thống tọa độ địa phương xác lập trực tiếp cho máy quét laser 3D (Local Coordinate System) (c).

Trước tiên hệ tọa độ Đề Các 3D được sử dụng. Hệ tọa độ này sẽ hình thành nên bộ khung trắc địa cho toàn bộ dự án, được sử dụng cho các mục đích tham chiếu địa lý và gắn kết chặt chẽ với lưới khống chế hạng cao (thông thường là lưới khống chế quốc gia). Chính vì có mục đích và vai trò làm hệ tọa độ tham chiếu cho nên ở giai đoạn này hệ tọa độ thường được chọn gắn kết trực tiếp với lưới khống chế quốc gia cùng với lưới chiếu bản đồ chuẩn theo quy định chuẩn quốc gia.

Tiếp theo hệ thống tham chiếu tuyến LRS được sử dụng để tạo bản đồ hướng dẫn cho các hoạt động xây dựng có liên hệ mật thiết với đường chính tâm của hầm. Trục trung tâm hay đường chính tâm của hầm là sự kết hợp định hướng đồng thời theo cả phương ngang và đứng trong không gian 3D. Theo đó hệ thống tọa độ này sẽ tạo điều kiện thuận lợi để tạo ra mặt bằng, mặt cắt đứng, mặt cắt ngang khi hiển thị các cấu trúc hầm. Như trong hình vẽ trên, LRS có thể được xác định từ các hợp phần gồm lý trình tuyến hầm (l), chuyển vị (η) và cao độ (ξ) hoặc trong định dạng khác bao gồm lý trình tuyến hầm (l), khoảng cách xiên (d) và góc đứng (υ).

Cuối cùng, trong việc triển điểm thi công các kỹ sư trắc địa công trình sẽ cần tới hệ thống tọa độ thứ ba. Theo đó, các vị trí điểm đo bằng các thiết bị đo như toàn đạc điện tử hay máy quét laser 3D định vị trên hệ tọa độ địa phương và điểm gốc được xác định bởi tâm quang học điện tử của chính thiết bị được sử dụng trên thực địa. Trong hệ thống tọa độ thứ ba này, trục z được xác định bởi hướng thẳng đứng tại vị trí máy, trục y nằm trên mặt phẳng ngang với hướng do người sử dụng lựa chọn hoặc dựa trên hướng bắc từ, trong khi đo trục x hoàn toàn nằm bên tay phải của hệ tọa độ trực giao. Việc chuyển đổi một cách chính xác và tin cậy các hệ thống tọa độ phục vụ cho việc gắn kết các trạm quét độc lập cũng như tham chiếu địa lý cho toàn bộ số liệu đám mây điểm do máy quét TLS tạo ra là nhiệm vụ hết sức quan trọng trong thi công xây dựng hầm.

4.2. Lập kế hoạch, xác định vị trí trạm quét và tham chiếu địa lý cho đám mây điểm

Như đã đề cập trong các số trước, quá trình quét thu số liệu của các hệ thống TLS không chịu ảnh hưởng của điều kiện ánh sáng, do vậy kỹ thuật này rất phù hợp với điều kiện thiếu sáng trong thi công xây dựng hầm. Lên kế hoạch thu thập số liệu là bước quan trọng đối với kỹ thuật quét laser 3D, thông thường kế hoạch sẽ được lập cơ bản dựa trên diện tích khu vực cần phủ trùm số liệu cũng như yêu cầu độ phân giải và độ chính xác của đám mây điểm có liên hệ mật thiết với các mục đích xác định trong công tác đo đạc hiện trường và các chỉ tiêu kỹ thuật của máy quét laser được lựa chọn sử dụng trong dự án. Như vậy mật độ các trạm đặt máy quét sẽ dày hơn nếu công tác đo đạc yêu cầu số liệu đủ để thành lập bản đồ các đặc điểm địa chất trong khu vực hầm đã đào, ngược lại đối với yêu cầu đo đạc để xác định mô hình hình học, mặt cắt ngang dọc và tính toán thể tích hoàn toàn có thể giảm số lượng trạm quét trong khu vực. Trong yêu cầu thứ nhất để thành lập bản đồ chi tiết, khoảng cách giữa các trạm quét theo chiều dọc hầm thường được tính bằng đúng với kích thước đường kính hầm là đủ để có được tập hợp số liệu thỏa mãn yêu cầu. Đối với yêu cầu thứ hai khoảng cách giữa các trạm đặt máy quét có thể tăng lên vì yêu cầu tính toán thể tích, xác định hình dạng hầm không đòi hỏi quá nhiều điểm quét trên một diện tích bề mặt xác định. Số lượng trạm quét cần thực hiện trong hầm liên quan trực tiếp tới khoảng thời gian nghỉ giữa mỗi lần nổ mìn, càng nhiều trạm quét thì thời gian làm việc trong hầm càng kéo dài hơn.

Cho dù với bất kỳ mục đích sử dụng nào đối với số liệu đo đạc bằng TLS, thì vùng biên giữa các trạm quét liền kề vẫn chồng phủ lên nhau khá nhiều. Chính sự chồng phủ này dẫn tới việc các điểm quét ở khu vực này có thể được sử dụng để liên kết các trạm quét độc lập lại với nhau để tạo nên bức tranh toàn cảnh của số liệu quét 3D liên tục. Để đạt được mục đích này, một kỹ thuật điển hình có tên gọi “liên kết xoắn” (Fuzzy Joint) được sử dụng để tính toán các tham số bình sai chuyển đổi tối ưu giữa các trạm quét liền kề nhau. Nguyên lý làm việc của kỹ thuật này nằm ngay trong thuật toán xác định sai số bình phương tối thiểu (RMS) nhỏ nhất khi xác định khoảng cách liên quan tới tất cả các điểm nằm trong vùng chồng phủ giữa các trạm quét liền kề nhau. Tuy nhiên, cũng cần lưu ý rằng với những đặc thù riêng biệt trong xây dựng hầm nguyên tắc tính toán này có xu hướng tạo ra những sai số hình học chiều dọc hầm, vì vậy trong quá trình quét hầm thường có yêu cầu rõ ràng về khu vực chồng phủ giữa hai trạm quét liên tiếp nhau (tương đương với tối thiểu là 20% tổng lượng số liệu của mỗi trạm quét độc lập). Ngoài ra chúng ta có thêm lựa chọn tạo ra một đám mây điểm toàn cảnh thông qua quá trình nắn ghép, chỉ cần sử dụng một số lượng giới hạn các cặp điểm cùng xuất hiện trong phần đám mây điểm phủ trùm giữa các trạm quét liền kề, như vậy hình ảnh 3D của các đinh ốc, đường ống hoặc bất kỳ đối tượng cố định nào trên mặt hầm được hiển thị một cách rõ ràng trên cả hai đám mây điểm liền kề nhau đều có thể được lựa chọn và sử dụng làm cặp điểm nắn ghép hai trạm quét liền kề lại với nhau. Trong trường hợp này phương pháp tính chuyển Affine sẽ được sử dụng để xác định các tham số chuyển đối tốt nhất giữa các hệ thống tọa độ được sử dụng để xác lập vị trí của trạm đặt máy quét giữa các đám mây điểm do hai trạm quét liền kề nhau tạo ra.

Một phương pháp nắm ghép nữa để tạo một đám mấy điểm thống nhất từ các trạm quét độc lập thường được sử dụng trong thực tiễn là phương pháp định vị tuyệt đối (tham chiếu địa lý). Phương pháp định vị này buộc phải sử dụng máy toàn đạc điện tử và các tấm mục tiêu đặc biệt, tọa độ của các tấm mục tiêu này được đo chính xác bằng máy toàn đạc điện tử trên một hệ tọa độ xác định, sau đó sẽ sử dụng chính tọa độ của các tấm mục tiêu này để nắn ghép từng trạm quét độc lập lại với nhau.

(Còn tiếp)

Mọi thông tin xin liên hệ với chúng tôi qua hòm thư: info@anthi.com.vn