Trắc địa là gì ? Lịch sử phát triển và vai trò, nhiệm vụ của trắc địa

Trắc địa là gì ?

Trắc đạc là môn khoa học về trái đất có nhiệm vụ xác định hình dạng và kích thước của quả đất và thể hiện một phần bề mặt trái đất dưới dạng bản đồ, bình đồ mặt cắt ….

1. Phân cấp trắc địa

Nội dung của công tác Trắc địa có thể được chia thành năm phần:

1. Lựa chọn phương pháp khảo sát, thiết bị, địa điểm
2. Thu thập dữ liệu. Làm các phép đo và ghi dữ liệu.
3. Xử lý dữ liệu. Thực hiện các tính toán dựa trên các dữ liệu ghi lại để xác định vị trí, diện tích
4. Lập bản đồ. Vẽ đo hoặc giá trị tính toán để tạo ra một bản đồ, plat, hoặc biểu đồ, hoặc mô tả các dữ liệu ở dạng số hoặc máy tính.
5. Stakeout (Layout). Triển khai bản vẽ thiết kế ra thực địa phục vụ các công tác thi công và xây dựng các công trình cũng như các công tác giám sát việc thi công. Các dụng cụ đo chủ yếu là máy thủy bình, máy kinh vĩ, máy toàn đạc điện tử

Tùy theo phạm vi và mục đích đo vẽ, trắc đạc còn chia ra nhiều ngành hẹp

1. Trắc địa bản đồ: đo vẽ các loại bản đồ phục vụ cho dân sự: như bản đồ địa chính, bản đồ địa hình
2. Trắc địa công trình: nghiên cứu việc xây dựng lưới trắc địa cơ sở để phục vụ thiết kế và thi công công trình, lập bình đồ tỉ lệ lớn và mặt cắt để phục vụ công tác thiết kế, hướng dẫn thi công lắp ráp phần vỏ và ruột công trình, lập bản vẽ nghiệm thu, quan sát sự biến dạng của công trình.
3. Trắc địa mỏ công trình:nghiên cứu việc đo vẽ bản đồ một khu vực nhỏ trên mặt đất, vì khu vực nhỏ nên có thể mặt đất ở đây như là mặt phẳng, do đó việc tính toán sẽ đơn giản hơn.
4. Trắc địa cao cấp: nghiên cứu hình dạng và kích thước quả đất, nghiên cứu sự chuyển động ngang và chuyển động đứng của lớp vỏ quả đất, xác định tọa độ và cao độ các địa điểm trắc địa cơ bản của mỗi quốc gia để làm cơ sở cho việc thành lập bản đồ cho riêng mỗi nước. Vì khu vực đo vẽ rất rộng lớn nên phải xét đến độ cong của mặt đất.
5. Trắc địa viễn thám: đo vẽ bản đồ từ ảnh hàng không, từ các thiết bị như máy ảnh cùng với các thiết bị hỗ trợ như máy bay.
6. Trắc địa vệ tinh: xác định vị trí địa vật và đo vẽ địa hình bằng vệ tinh
7. Hệ thông tin địa lý( GIS): về phần mềm và cơ sở dữ liệu địa lý

Bài viết này này nhằm mục đích cung cấp cho các bạn các ngành xây dựng, địa lý, thủy lợi, giao thông, kiến trúc … một số kiến thức cơ bản về trắc địa phổ thông và trắc địa công trình, tức là những kiến thức về đo vẽ bản đồ tỉ lệ lớn của một khu vực nhỏ, đồng thời cũng cung cấp những kiến thức về trắc địa phục vụ xây dựng và thi công công trình.

Để giải quyết nhiều nhiệm vụ khoa học kỹ thuật khác nhau, trắc địa đã sử dụng những kiến thức thuộc các ngành khoa học khác như: toán, thiên văn, địa mạo, địa chất, chụp ảnh, tin học

2. Nhiệm vụ và vai trò của trắc địa

2.1. Trắc địa đối với xã hội

Thành quả của trắc đạc có ý nghĩa khoa học và thực tiển rất lớn đối với nền kinh tế quốc dân.

Các loại bản đồ, bình đồ là cơ sở để thể hiện kết quả nghiên cứu của các ngành địa chất, địa lý, địa vật lý, địa mạo … các loại bản đồ địa hình rất cần thiết cho các công tác quy hoạch, phân bố lực lượng lao động, thăm dò khai thác và sử dụng tài nguyên thiên nhiên, cần thiết cho việc thiết kế các loại công trình, quy hoạch đất đai, tổ chức sản xuất nông nghiệp, xây dựng hệ thống tưới tiêu trên đồng ruộng.

Sự phát triển của nền đại công nghiệp trong đó có ngành điện năng, luyện kim … đã đặc cho ngành trắc địa công trình nhiều nhiệm vụ: Trắc đạc phải đi đầu trong việc khảo sát, thi công, lắp ráp, và nghiệm thu các công trình xây dựng.

2.2. Trắc địa trong quy hoạch, thiết kế và xây dựng công trình

Đối với ngành xây dựng, trắc đạc luôn giữ vị trí quan trọng hàng đầu, có thể thấy rõ điều này khi nghiên cứu các giai đoạn để thực hiện một công trình: một con đường quốc lộ, một chiếc cầu, một trạm thủy điện, một chung cư….

Để thực hiện được một công trình trên mặt đất, công việc phải lần lượt trải qua 5 giai đoạn quy hoạch, khảo sát, thiết kế, thi công và nghiệm thu:

•  Ở giai đoạn quy hoạch : thí dụ quy hoạch thủy lợi người kĩ sư phải sử dụng những bản đồ tỉ lệ nhỏ, trên đó sẽ vạch ra các phương án xây dựng công trình, vạch ra kế hoạch tổng quát nhất về khai thác và sử dụng công trình.
• Ở giai đoạn khảo sát : người kĩ sư phải biết đề xuất các yêu cầu đo vẽ bản đồ tỉ lệ lớn tại những khu vực ở giai đoạn quy hoạch dự kiến xây dựng công trình.
• Ở giai đoạn thiết kế : người kĩ sư phải có kiến thức về trắc đạc để tính toán thiết kế các công trình trên bản đồ, vẽ các mặt cắt địa hình.
• Ở giai đoạn thi công : người kĩ sư phải có kiến thức và kinh nghiệm về công tác trắc đạc để đưa công trình đã thiết kế ra mặt đất, theo dỏi tiến độ thi công hằng ngay.
• Ở giai đoạn nghiệm thu và quản lý công trình : là giai đoạn cuối cùng, người kĩ sư phải có hiểu biết về công tác đo đạc kiểm tra lại vị trí, kích thước của công trình đã xây dựng, áp dụng một số phương pháp trắc lượng để theo dỏi sự biến dạng của công trình trong quá trình khai thác và sử dụng.

2.3. Đối với công tác quản lý tài nguyên thiên nhiên

Các loại bản đồ địa hình rất cần thiết cho công tác thăm dò, sử dụng và quản lý các tài nguyên thiên nhiên. Công tác tổ chức quản lý và khai thác các nguồn tài nguyên thiên nhiên của một quốc gia.

3. Lịch sử phát triển của ngành trắc địa

3.1. Lịch sử phát triển của ngành trắc địa trên thế giới

Sự phát sinh và phát triển của ngành trắc đạc gắn liền với quá trình phát triển của xã hội loài người. Trước CN người Ai cập thường phải phân chia lại đất đai sau những trận lũ lụt của sông Nil, xác định lại ranh giới giữa các bộ tộc, do đó người ta đã sáng tạo ra phương pháp đo đất. Thuật ngữ trắc địa theo tiếng Hy lạp (geodesie) cũng có nghĩa là phân chia đất đai và khoa học về trắc địa ra đời từ đó.

Trải qua nhiều thời đại, cùng với những phát minh phát triển không ngừng của khoa học và kỹ thuật, môn học về trắc địa ngày càng phát triển. Những phát minh ra kính viễn vọng, kim nam châm, logarit, tam giác cầu .. đã tạo điều kiện vững chắc cho sự phát triển của ngành trắc đạc Trong những thập kỷ gần đây, những thành tựu mới về khoa học kỹ thuật đã làm cho ngành trắc địa có một bước phát triển mạnh, thay đổi về chất: những kỹ thuật thăm dò từ xa (viễn thám) đã cho phép thành lập bản đồ từ ảnh chụp máy bay, vệ tinh. Nhiều nước công nghiệp phát triển đã chế tạo ra những máy trắc địa kích thước nhỏ, nhưng có nhiều tính năng hay và kết hợp giữa phần cơ và phần điện tử đã làm cho máy đo đạc trở nên nhỏ gọn chính xác cao và nhiều tính năng hơn. Việc dùng máy tính điện tử để giải các bài toán trắc địa có khối lượng lớn, việc sử dụng các ảnh chụp từ vệ tinh hay các con tàu vũ trụ để thành lập bản đồ địa hình là những thành tựu mới nhất của khoa học được áp dụng trong ngành trắc địa.

3.2. Lịch sử phát triển của ngành trắc địa trong nước

Ở nước ta ngành trắc địa đã phát triển từ lâu, nhân dân ta đã áp dụng những hiểu biết về trắc lượng vào sản xuất, quốc phòng: những công trình xây dựng cổ như thành Cổ loa là một minh chứng về sự hiểu biết trắc lượng của nhân dân ta.

Đầu thế kỷ 20 sau khi thôn tính và lập nền đô hộ, người pháp đã tiến hành công tác đo vẽ bản đồ toàn Đông Dương nhằm mục đích khai thác tốt tài nguyên vùng này. Việc đo đạc được tiến hành rất quy mô, áp dụng các phương pháp đo khoa học và các máy móc đo có chất lượng cao, những bản đồ, những hồ sơ còn lưu trữ đã nói lên điều đó.

Trong thời kháng chiến chống thực dân, công tác trắc địa chủ yếu phục vụ cho mục đích quân sự như trắc địa pháo binh, công binh, trinh sát … Sau khi cuộc kháng chiến thành công, nhà nước ta đã rất quan tâm đến công tác trắc địa, Cục đo đạc bản đồ nhà nước được ra đời năm 1959 đã đánh dấu một bước trưởng thành của ngành trắc địa Việt nam.

Đội ngũ những người làm công tác trắc địa cũng ngày càng lớn mạnh. Trước năm 1960 từ chỗ trong nước chỉ có vài chục kỹ thuật viên được đào tạo trong thời kỳ Pháp thuộc đang làm việc trong các ngành giao thông, thủy lợi, xây dựng… tới nay đội ngũ các cán bộ trắc địa đã lên tới hàng ngàn người từ đủ mọi trình độ: sơ cấp, trung cấp, kỹ sư, tiến sĩ về trắc địa. Song song với việc cử người đi học ở nước ngoài, nhà nước đã quyết định mở khóa Kỹ sư Trắc địa đầu tiên tại Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội vào năm 1962. Hiện nay khoa Trắc địa Trường Đại học Mỏ Địa chất là một trung tâm lớn nhất trên cả nước về đào tạo và nghiên cứu khoa học về chuyên ngành này. Việc đào tạo không ngừng lại ở bậc đại học mà đã bắt đầu đào tạo cán bộ Trắc địa sau đại học.

Cục đo đạc bản đồ nhà nước là cơ quan có chức năng đo vẽ bản đồ toàn quốc đã ban hành các quy phạm Trắc địa chung cho toàn quốc. Các bộ ngành cũng có những tổ chức trắc địa riêng, phục vụ cho công tác đo vẽ bản đồ tỉ lệ lớn nhằm đáp ứng yêu cầu công tác thiết kế, thi công và quản lí công trình cho đơn vị mình.

4. Công tác Trắc đạc đối với Kỹ sư Xây dựng

Trong xây dựng có thể lập các tổ thực hiện công tác đo đạc theo các hình thức sau:

• Đội hoặc tổ Trắc địa chuyên nghiệp trực thuộc ban chỉ huy công trường, thực hiện tất cả các công tác Trắc lượng, Kỹ sư Xây dựng có nhiệm vụ duyệt kế hoạch, dự toán chi phí và kiểm tra quy trình thực hiện công tác Trắc địa của đơn vị. Hình thức này thường được áp dụng cho những công trình lớn, phức tạp như khu công nghệ, khu trạm thủy điện …
• Đội hoặc tổ trắc địa chuyên nghiệp thực hiện các dạng công tác Trắc địa phức tạp, còn Kỹ sư và Trung cấp Xây dựng tiến hành công tác Trắc lượng đơn giản hơn, đồng thời có nhiệm vụ như những mục trên.
  Hình thức này thường được áp dụng cho những công trình xây dựng nhà ở trong thành phố.
• Tất cả các công tác Trắc đạc đều để Kỹ sư hay Trung cấp Xây dựng đảm nhận.
  Hình thức này chỉ áp dụng cho các công trình xây dựng đơn giản, nhỏ.

Tùy theo từng cương vị đảm nhận mà người Kỹ sư Xây dựng có những nhiệm vụ khác nhau như dạng đề cương, dự trù kinh phí, tiến hành công tác đo kiểm tra, nghiệm thu hoặc trực tiếp làm công tác đo. Vì thế, khi còn đi học, Sinh viên ngành Xây dựng phải trang bị những kiến thức tối thiểu để có thể tự mình tiến hành đo vẽ bình đồ khu vực một công trình xây dựng loại nhỏ, tiến hành công tác bố trí công trình với độ chính xác vừa, đồng thời phải thông hiểu ý nghĩa nội dung của công tác đo vẽ cơ bản trong xây dựng để có đủ khả năng tham gia vào duyệt đề cương, kế hoạch thực hiện, dự trù kinh phí và theo dõi công tác của các đơn vị Trắc địa chuyên nghiệp.

5. Các dạng công tác Trắc đạc trong Xây dựng

Các giai đoạn khảo sát thiết kế, thi công và vận hành công trình đều cần tới công tác trắc đạc hoặc những thành quả của nó.

• Các công tác đều được xây dựng theo căn bản thiết kế. Nếu sử dụng các bản thiết kế định hình thì công tác thiết kế tiến hành thành hai giai đoạn: thiết kế nhiệm vụ và bản vẽ thi công.
  Để lập bản thiết kế nhiệm vụ phải tiến hành khảo sát kinh tế kỹ thuật, trong đó có khảo sát Trắc đạc mà chủ yếu là việc lập bình đồ tỉ lệ lớn 1/10.000; 1/5.000, để lập thiết kế kỹ thuật và bản vẽ phải có bình đồ tỉ lệ 1/2000; 1/1000.
• Trong công tác quy hoạch, có quy hoạch mặt bằng và quy hoạch độ cao. quy hoạch mặt bằng được tiến hành bằng phương pháp giải tích dựa vào các công trình đã có, trong đó độ cao và tọa độ các góc nhà và công trình được xác định từ các mốc trắc địa. Phương pháp đồ giải dựa vào các số liệu đo trực tiếp trên bình đồ địa hình. quy hoạch độ cao và tính toán khối lượng đào đắp được tiến hành trên bình đồ và mặt cắt địa hình.
• Trắc đạc thi công công trình được tiến hành theo hai giai đoạn:
  •  Thi công trục chính và trục cơ bản.
  •  Thi công các trục phụ và các yếu tố thành phần công trình.

Các trục chính và trục cơ bản được bố trí dựa vào các mốc trắc địa. Các trục này về sau sẽ là cơ sở để thi công các trục phụ và các chi tiết công trình. Cần chú ý là chất lượng thi công phụ thuộc rất lớn vào công tác đo dạc.

• Sau khi hoàn thành công trình cần tổ chức đo vẽ nghiệm thu để lập tổng bình đồ hoàn công cần thiết cho việc vận hành công trình.
• Việc quan sát biến dạng công trình (lún) bằng các phương pháp Trắc đạc phải tiến hành một cách có hệ thống từ lúc đào móng cho đến quá trình vận hành.