Không công ty điện lực nào có thể phủ nhận vai trò hết sức quan trọng của công tác trắc đạc trong thiết kế và bố trí cơ sở hạ tầng hệ thống lưới điện. Các dự án lớn hơn như xây dựng mới đường dây truyền tải, kéo dài lộ phân phối hoặc bố trí lại tuyến đường dây do thi công đường bộ thì phải có phương tiện thu thập dữ liệu chính xác tại hiện trường để phục vụ công tác thiết kế, sau đó chuyển trả lại một cách chính xác bản thiết kế đến hiện trường để thi công.
Phương pháp trắc đạc truyền thống đã được sử dụng từ nhiều thế kỷ nay, nhưng giờ đây các công ty điện lực bắt đầu sử dụng những công nghệ mới, nhờ đó giảm nhẹ gánh nặng công tác trắc đạc. Sử dụng công nghệ hệ thống định vị toàn cầu cấp trắc đạc (survey-grade GPS) đã thay đổi nhanh chóng phương pháp thực hiện của Công ty Năng lượng Jackson.
|
Thiết bị GPS
|
Lịch sử ứng dụng GPS tại JEA
Công ty Năng lượng Jackson (Jackson Energy Authority - JEA) là đơn vị cung cấp nhiều dịch vụ công: Nước sạch, xử lý nước thải, khí tự nhiên, propan và điện năng cho khoảng 35.000 khách hàng, ngoài ra còn cung cấp dịch vụ điện thoại, Internet và cáp thông qua mạng cáp quang tới hộ gia đình (fiber-to-the-home). JEA ứng dụng thiết bị GPS lần đầu tiên cho một dự án hạ tầng dịch vụ công không thuộc lĩnh vực điện. Năm 2002, lãnh đạo JEA quyết định đã đến lúc thu thập các dữ liệu cấp trắc đạc (vị trí chính xác tới 1 cm hoặc nhỏ hơn) về cơ sở hạ tầng ngầm.
JEA đã mua một trạm gốc (base station) và máy thu/thu thập dữ liệu (còn gọi là rover), và không đầy một năm sau lại mua thêm một rover nữa. Các dữ liệu đầu tiên thu thập được là về vị trí hiện có của các vật đặc trưng như hố ga, van nước, van khí đốt, công tơ nước. Không lâu sau đó, các đội thi công và các thanh tra được trang bị rover để thu thập dữ liệu về vị trí các đường ống dẫn nước, thoát nước và khí đốt trong quá trình thi công. Ngay từ hồi đó JEA đã có ý đồ không chỉ khai thác vị trí chính xác theo tọa độ X-Y của công trình mà còn cả tọa độ Z (chiều thẳng đứng).
Mặc dù ý định ban đầu là phát huy tác dụng thiết bị cho việc định vị các cơ sở hạ tầng ngầm trong tương lai, nhưng bộ phận kỹ thuật của JEA đã nhận ra cơ hội để sử dụng thiết bị cấp trắc đạc như một thiết bị chuyên thu thập dữ liệu cho công tác thiết kế, mà còn như một thiết bị dùng để cắm mốc công trình khi thiết kế đã hoàn tất. Ý tưởng này được đẩy nhanh bởi vì các đội trắc đạc, các đơn vị triển khai và các nhà thiết kế tăng cường chia sẻ các tập tin kỹ thuật số. Không lâu sau đó, bộ phận kỹ thuật đã sử dụng thiết bị này kết hợp với các bản vẽ kỹ thuật số cấp trắc đạc để hoàn chỉnh quá trình thiết kế và cắm mốc công trình. Ngoài độ chính xác, sử dụng thiết bị GPS cấp trắc đạc còn đem lại nhiều lợi ích khác.
|
Sử dụng thiết bị GPS để khảo sát dự án mở rộng đường tại bang Tennessee
|
Phương thức hoạt động của thiết bị GPS cấp trắc đạc
Hầu như mọi người đều đã từng sử dụng thiết bị có chức năng GPS, chẳng hạn như trong xe ô tô để tìm đường đi hoặc là dùng điện thoại di động smartphone để tìm vị trí nhà hàng đặc sản Italia gần nhất. Các thiết bị này làm việc độc lập, nghĩa là chúng nhận tín hiệu từ tập hợp 24 vệ tinh quân sự Mỹ, và không từ bất cứ nguồn tín hiệu nào khác. Tín hiệu được gắn thời gian và truyền tới vệ tinh, còn thiết bị có GPS có khả năng tự nó thực hiện phép tam giác đạc căn cứ vào thời gian để tín hiệu từ các vệ tinh bay trên trời truyền tới thiết bị.
Đối với thiết bị hoạt động độc lập, trường hợp tốt nhất cũng chỉ đạt độ chính xác ở mức khoảng 15 m, quá đủ đối với nhiệm vụ tìm đường. Do đó, cần phải có thiết bị phụ trợ để tăng độ chính xác, và trạm gốc đảm nhận vai trò này. Đó là máy thu riêng tín hiệu từ vệ tinh, được đặt tại một điểm cố định. Trạm gốc so sánh vị trí của nó (vị trí này đã biết) với vị trí tính toán theo GPS và gửi hệ số hiệu chỉnh tới rover qua đường truyền thông.
Vì vậy, các rover phải hoạt động trong phạm vi hình tròn bán kính 64 km mà tâm là trạm gốc. Việc hiệu chỉnh giữa trạm gốc và rover được gọi là động học thời gian thực (real-time kinematics - RTK). Nếu không được hiệu chỉnh theo trạm gốc, rover sẽ buộc phải làm việc độc lập và độ chính xác sẽ thấp hơn rất nhiều.
Thay đổi công nghệ
Thiết bị nguyên thủy JEA mua lúc đó khá đắt. Giá trạm gốc lên tới gần 65.000 USD, còn giá mỗi chiếc rover trung bình là 25.000 USD. Trạm gốc cần trang bị một máy tính cá nhân và một mođem để gửi tín hiệu RTK tới các rover. Rover gồm có máy thu tín hiệu vệ tinh kích thước bằng cái đĩa, được lắp trên đỉnh cọc tiêu, và nối với balô chứa mođem và acqui. Dây và cáp nối balô với máy thu và bộ ghi dữ liệu (data logger). Bản thân bộ ghi dữ liệu không nhiều tính trực quan, không trình bày được ở dạng biểu đồ và không cho nhập các thông tin thuộc tính tại các vị trí GPS thu thập được.
Để khắc phục những trở ngại trên, JEA đã làm việc với các nhà cung cấp thiết bị để tìm ra thiết bị phù hợp với nhu cầu kỹ thuật của JEA. Theo ý kiến tư vấn của công ty GEO-Jobe GIS Consulting, JEA đã chọn bộ ghi dữ liệu GeoXH của công ty Trimble và máy thu tín hiệu vệ tinh R8 GNSS. Máy thu loại này không yêu cầu có balô chứa nguồn điện và mođem. Tín hiệu RTK được nhận từ mạng đi dộng không qua mođem. Cũng vậy, thông tin liên lạc giữa điện thoại di động, máy thu vệ tinh và bộ ghi dữ liệu được thực hiện qua kết nối Bluetooth, do đó không phải phiền hà vì dây nối.
Hơn nữa, bộ ghi dữ liệu GeoXH có màn hiển thị bản đồ kiểu cảm ứng và cho phép nhập các thông tin thuộc tính cho từng vật đặc trưng thu thập được. Hiển thị bản đồ cũng cho phép người sử dụng điều hành (navigate) trong phạm vi phiên bản bản vẽ CAD trên màn hình bộ ghi dữ liệu. Thu thập được thông tin thuộc tính tại từng vị trí cho phép có được dữ liệu tốt hơn trong quá trình khảo sát ban đầu dự án. Một chức năng hữu ích khác là cho phép thu thập các vật đặc trưng theo tuyến và theo điểm. Và cuối cùng, phần mềm Pathfinder của hãng Trimble khiến cho việc dịch chuyển (migration) suôn sẻ các bản vẽ giữa thiết bị ghi dữ liệu (data logger) và máy tính.
Năm 2009, trạm gốc của JEA bị đổ và không thể sửa chữa được do đã lỗi thời. Vào thời gian đó đã có một số trạm gốc độc lập hoạt động trên địa bàn dịch vụ của JEA. Tính toán cho thấy chi phí thuê bao rẻ hơn so với mua trạm gốc mới. JEA phân bổ khoản chi dành cho trạm gốc mới cho việc thuê bao các máy rover của họ hoạt động trên hai mạng có sẵn để đạt được độ dư thừa và độ tin cậy.
Khắc phục sự nghi ngại khi sử dụng GPS
Bất kỳ sự thay đổi nào cũng gặp phải các ý kiến phản đối. JEA đã tiến hành một số bước nhằm xây dựng lòng tin đối với công nghệ mới, từ phía bản thân công ty cũng như của những người chịu ảnh hưởng. Đầu tiên, bộ phận kỹ thuật của JEA tiến hành khảo sát, đo đạc hiện trường bằng cả hai phương pháp, truyền thống và dùng thiết bị GPS. Nỗ lực này cho phép bộ phận kỹ thuật của JEA đánh giá tác động tiềm năng tiết kiệm thời gian và nhân công khi khảo sát và cắm mốc bằng GPS. Đây cũng là thử nghiệm lớn xác định mức chuẩn về độ chính xác và độ tin cậy của phương pháp GPS. Điều này đã xây dựng được lòng tin của bộ phận kỹ thuật khiến họ tin tưởng rằng khảo sát bằng GPS đủ tin cậy để trở thành phương pháp chuẩn mới.
Nhiệm vụ tiếp theo là thuyết phục các đội thi công là những đơn vị có khả năng bị ảnh hưởng nhiều nhất. JEA nhận thức rằng chỉ một va vấp duy nhất cũng có thể làm mất uy tín của nỗ lực kỹ thuật này. Nhiều lần bộ phận kỹ thuật đã có dịp làm việc với các đội, nhờ họ giúp cắm mốc các vị trí và để tự họ đánh giá về mức độ dễ dàng và độ chính xác đạt được. Ngày càng nhiều dự án được hoàn thành với kết quả tốt, nên sự ủng hộ đối với công nghệ mới cũng ngày một lớn hơn.
|
Hình minh họa của dự án mở rộng đường lấy từ phần mềm ghi dữ liệu
Trimble GeoXH dùng trong thiết bị GPS.
|
Lợi ích mà JEA nhận được
Công nghệ GPS cấp trắc đạc có nhiều lợi thế so với phương pháp trắc đạc truyền thống. Trước tiên, trắc đạc truyền thống yêu cầu phải có hai nhân viên, mất nhiều thời gian tham chiếu mốc thủy chuẩn và truyền dẫn, lại bị giới hạn về đường ngắm. Trong khi đó, thiết bị GPS chỉ cần một người thực hiện và không bị giới hạn về đường ngắm (tuy nhiên vẫn có thể bị hạn chế bởi cây cối hoặc các tòa nhà cao tầng). Khảo sát bằng GPS còn cho phép người sử dụng thu thập thông tin chi tiết hơn cho công tác thiết kế. Có thể thu thập thuộc tính chi tiết cho từng vật đặc trưng, tọa độ Z (cao độ) được thu thập cho từng vị trí, cùng với thiết kế profin, các vật đặc trưng làm sáng tỏ rất nhiều các dữ liệu.
Lợi ích lớn nữa của GPS là phát huy được lợi thế của các bản vẽ số từ các đơn vị khảo sát, đầu tư và thiết kế khác. Thông thường, bản vẽ số được sử dụng làm bản vẽ gốc của bộ phận kỹ thuật của JEA. Điều này đương nhiên đòi hỏi các bản vẽ nguồn phải được ghi theo tọa độ địa lý. Bản vẽ thiết kế của bộ phận kỹ thuật được chuyển tới bộ ghi dữ liệu, và nhiều khi chỉ có một lần điều động duy nhất đến hiện tường cắm mốc. Lợi ích tiếp theo là khả năng chỉnh sửa thiết kế ngay tại hiện trường. Bộ ghi dữ liệu (data logger) cùng với phần mềm cho phép thực hiện các chức năng vẽ cơ bản và thực hiện những chỉnh sửa nhỏ trong bản thiết kế ngay tại hiện trường mà không cần phải gửi trở về văn phòng. Sau khi hoàn thành thiết kế và cắm mốc công trình, dữ liệu vẫn lưu trong bộ ghi dữ liệu cho đến khi người sử dụng xóa đi.
Nhiều khi công ty điện lực phải trở lại công trình nhiều lần để cắm lại các mốc vị trí bị xê dịch hoặc thay đổi, mà nguyên nhân thường là do các hoạt động xây dựng xung quanh, đào đất, cắt cỏ. Khi đó người sử dụng GPS có thể nhanh chóng xác định lại vị trí nhận diện trước đó. Cuối cùng là chức năng chia sẻ các hồ sơ thiết kế với người lập bản vẽ rồi gửi vào các ứng dụng hệ thống quản lý thông tin địa lý GIS, chức năng này giảm rất nhiều thời gian cho việc lập bản vẽ và nhập các dữ liệu thuộc tính.
Trở thành tiêu chuẩn
Tại JEA, thiết bị GPS độ chính xác cao đã nhanh chóng thay thế các phương tiện truyền thống trong công tác khảo sát và cắm mốc công trình. Tuy không phù hợp một cách lý tưởng cho mọi ứng dụng, nhưng nó đã nhanh chóng phát triển thành phương tiện chuyển dịch (go-to) để thu thập dữ liệu và điều hành (navigation). Thiết bị GPS hiện đã được tất cả các đơn vị công ích thuộc JEA sử dụng rộng rãi trong công tác thiết kế và đã tỏ ra bền bỉ và có độ tin cậy cao. Mặc dù có chi phí đầu tư cao hơn, nhưng thiết bị GPS cho phép bộ phận kỹ thuật của JEA hoạt động hiệu quả hơn, giảm nhân lực và đạt độ chính xác cao hơn.
Thiết bị GPS cho phép JEA phát huy tốt hơn lợi thế của số hoá, từ lúc bắt đầu đến lúc kết thúc dự án. Nhìn chung, thiết bị GPS cấp trắc địa đã trở thành công cụ chủ yếu trong hoạt động kinh doanh của JEA nhằm cung cấp cho khách hàng dịch vụ công với giá thấp nhất có thể, bằng phương tiện hiệu quả nhất có được.