SỬ DỤNG MÁY GPS TOPCON VÀ MÁY TOÀN ĐẠC ĐIỆN TỬ XÂY DỰNG BẢN ĐỒ TỶ LỆ 1:1000 KHU KHOA SƯ PHẠM ĐẠI HỌC CẦN THƠ

SỬ DỤNG MÁY GPS TOPCON XÂY DỰNG MỐC TỌA ĐỘ ĐỊA CHÍNH PHỤC VỤ CÔNG TÁC XÂY DỰNG BẢN ĐỒ TỶ LỆ 1 500 TẠI KHOA SƯ PHẠM ĐẠI HỌC CẦN THƠ SỬ DỤNG MÁY GPS TOPCON VÀ MÁY TOÀN ĐẠC ĐIỆN TỬ XÂY DỰNG BẢN ĐỒ TỶ LỆ 1 1000 KHU KHOA SƯ PHẠM ĐẠI HỌC CẦN THƠ 1 Mở đầu Trong thời đại công nghiệp hoá – hiện đại hoá đất nước, đi cùng với sự phát triển của các ngành khoa học khác như ngành công nghệ thông tin thì các thiết bị máy vi tính ngày càng có những tính năng cao hơn, trong nông nghiệp thì cơ giới hoá nhiều hơn.

SỬ DỤNG MÁY GPS TOPCON VÀ MÁY TOÀN ĐẠC ĐIỆN TỬ XÂY DỰNG BẢN ĐỒ TỶ LỆ 1:1000 - KHU KHOA SƯ PHẠM - ĐẠI HỌC CẦN THƠ

1 Mở đầu

Trong thời đại công nghiệp hoá – hiện đại hoá đất nước, đi cùng với sự phát triển của các ngành khoa học khác như ngành công nghệ thông tin thì các thiết bị máy vi tính ngày càng có những tính năng cao hơn, trong nông nghiệp thì cơ giới hoá nhiều hơn thì ngành trắc địa cũng có những sự phát triển đáng

kể Trước đây, trong công tác quản lý còn gặp rất nhiều khó khăn vì trong quá trình đo vẽ chỉ dùng thước dây và các máy đo thô sơ có độ chính xác thấp Nhưng đến ngày nay khi khoa học đã tiến lên một tầm cao mới thì việc quản lý đất đai cũng có được nhiều thuận lợi hơn khi máy toàn đạc điện tử và thiết bị định vị toàn cầu GPS (Global Positioning System) ra đời

Ban đầu hệ thống định vị toàn cầu GPS chỉ được dùng cho mục đích quân sự nhưng sau đó được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực khác và đối với ngành trắc địa bản đồ thì đây là một bước tiến mới về cả kỹ thuật, chất lượng và hiệu quả

Cùng với thời gian, công nghệ GPS ngày càng phát triển hoàn thiện theo chiều hướng chính xác, hiệu quả và thuận tiện hơn Với những tính năng cao hơn chiếm vị trí quan trọng trong công tác lập lưới khống chế trắc địa

Bên cạnh đó, máy toàn đạc cũng phát triển những tính năng ưu việt hơn với khả năng đo và đọc số liệu chính xác hơn bộ nhớ máy lưu trữ số liệu tốt hơn giúp cho việc đo vẽ thành lập bản đồ đạt độ chính xác cao với các sai số trong khả năng cho phép

Những năm gần đây, do tiến bộ nhanh về kỹ thuật xử lý số liệu, công nghệ chế tạo thiết bị ngày càng hoàn thiện nên kỹ thuật đo GPS và toàn đạc điện tử đã và đang được ứng dụng rộng rãi trên toàn thế giới

Để tìm hiểu rõ hơn về cách thức hoạt động, cách đo vẽ thành lập bản đồ

và độ chính xác của máy toàn đạc điện tử cũng như máy GPS, nhóm nghiên

cứu đã thực hiện chuyên đề: Sử dụng máy GPS Topcon và máy toàn đạc điện tử

xây dựng bản đồ tỷ lệ 1:1000 - Khu Khoa Sư phạm, Đại học Cần Thơ.

2 Tổng quan tài liệu nghiên cứu

2.1 Khái niệm GPS

Theo Nguyễn Đức Hùng (2006), hệ thống định vị toàn cầu GPS là hệ thống xác định vị trí dựa trên vị trí của các vệ tinh nhân tạo Trong cùng một thời điểm, ở một vị trí trên mặt đất nếu xác định được khoảng cách đến ba vệ tinh (tối thiểu) thì sẽ tính được tọa độ của vị trí đó

GPS được thiết kế và quản lý bởi Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ nhưng chính phủ Hoa Kỳ cho phép mọi người sử dụng nó miễn phí từ năm 1980 GPS hoạt động trong mọi điều kiện thời tiết, mọi nơi trên trái đất, 24 giờ một ngày, không mất phí thuê bao hoặc mất tiền trả cho việc thiết lập sử dụng GPS

GPS là hệ dẫn đường dựa trên một mạng lưới 24 quả vệ tinh được đặt trên quỹ đạo không gian, hoạt động dựa trên các trạm phát tín hiệu vô tuyến điện Được biết nhiều nhất là các hệ thống có tên gọi LORAN - hoạt động ở giải tần 90 – 100 kHz chủ yếu dùng cho hàng hải hay TACAN, dùng cho quân đội Mỹ và biến thể với độ chính xác thấp VOR/DME – VHF, dùng cho hàng không dân dụng

2.2 Hệ thống vệ tinh GPS

24 quả vệ tinh làm nên vùng không gian GPS trên quỹ đạo 12 nghìn dặm cách mặt đất Chúng chuyển động ổn định, hai vòng quỹ đạo trong khoảng thời gian gần 24 giờ Các vệ tinh này chuyển động với vận tốc 7 nghìn dặm một giờ Các vệ tinh được nuôi bằng năng lượng mặt trời Chúng có các nguồn pin dự phòng để duy trì hoạt động khi chạy khuất vào vùng không có ánh sáng mặt trời Các tên lửa nhỏ gắn ở mỗi quả vệ tinh giữ chúng bay đúng quỹ đạo đã định

Hình 1: Sơ đồ quỹ đạo vệ tinh hệ thống GPS

2.3 Các thành phần của GPS

Theo Nguyễn Đức Hùng (2006), hệ thống định vị toàn cầu được cấu tạo thành ba phần: không gian, điều khiển và người sử dụng

- Phần không gian: bao gồm các vệ tinh, chúng truyền những tín hiệu cần thiết cho hệ thống hoạt động

- Phần điều khiển: Các tiện ích trên mặt đất thực hiện nhiệm vụ theo dõi

vệ tinh, tính toán quỹ đạo cần thiết cho sự quản lý mảng không gian

- Phần người sử dụng: Toàn thể các thiết bị thu và kỹ thuật tính toán để cung cấp cho người sử dụng thông tin về vị trí

2.4 Hệ tọa độ WGS84 (World Geodetic Systems 1984)

Hệ tọa độ WGS84 là một hệ quy chiếu thế giới được công bố bởi cơ quan bản đồ của Bộ quốc phòng Mỹ vào năm 1984 Nó là một hệ quy chiếu được sử dụng ở Mỹ và ở một số nước khác, hiện nay hệ WGS84 là một hệ quy chiếu được sử dụng cho toàn thế giới Nó là một hệ tham chiếu toàn cầu và có gốc lệch giữa gốc tọa độ với địa tâm trái đất vào khoảng 1m Hệ tọa độ này được thành lập như sau:

- Trục Z trùng với trục cực của trái đất hay trục quay của trái đất

- Trục X là trục nằm trên mặt phẳng xích đạo, giao tuyến giữa mặt phẳng kinh tuyến gốc và mặt phẳng xích đạo

- Trục Y là trục hợp với trục X, Z thành một hệ thống tam diện trái

Hình 2: Sơ đồ liên quan giữa ba phần của hệ thống định vị toàn cầu

Các số liệu đo đạc tính toán được thực hiện bằng GPS:

Hệ WGS84 được định nghĩa bao gồm hệ cao độ và hệ tọa độ Hệ cao độ

là mặt nước biển trung bình được định nghĩa gốc cao độ bằng 0.00m Hệ quy chiếu tọa độ trắc địa WGS84 là mặt Ellipsoid, có các tham số sau:

- Bán trục lớn: a = 6378137.0 m

- Độ lệch tâm thứ nhất: e = 0.00669437999013

- Vận tốc của trái đất ω = 7292115.10-11 rad/s

- Hằng số trọng trường (GM): Gm = 3986005.10-8 m3/s2

Tọa độ vệ tinh được tính toán từ bản lịch phát tín nằm trong hệ này

2.5 Hệ tọa độ Quốc gia Việt Nam VN-2000

Theo Chính phủ (2000), Hệ tọa độ VN-2000 là hệ tọa độ Trắc địa - Bản

đồ quốc gia Việt Nam và có hiệu lực từ ngày 12/8/2000 Hệ tọa độ này có các đặc điểm:

- Sử dụng Elipsoid WGS84 làm Elip thực dụng, Elip này có bán trục lớn

a = 6378137, độ dẹt α = 1: 298,2

- Sử dụng phép chiếu và hệ tọa độ vuông góc phẳng UTM

- Gốc tọa độ trong khuôn viên Viện Công nghệ Địa chính

3 Mô tả tình huống khu đo – Khu Khoa Sư phạm

Trên cơ sở đã có các mốc lưới khống chế ta tiến hành đo đạc lưới khống chế cho khu đo:

- Sử dụng máy GPS tiến hành đo dẫn tọa độ từ 2 mốc tọa độ nhà nước hạng II CTII_648 và CTII_649 về Khoa Sư phạm hình thành 2 mốc tọa độ GPS là KV1 và KV2

- Trên nền của 2 điểm cứng (KV1 và KV2), ta dùng máy toàn điện tử để tiến hành đo chi tiết Khu Khoa Sư phạm gồm Khoa Sư phạm (cả nhà xe), Trung tâm Ứng dụng khoa học – công nghệ, Trung tâm… và Trạm xá Thú y

4 Phương tiện và phương pháp thực hiện

4.1 Phương tiện

- Công cụ: Máy GPS độ chính xác cao (Topcon Hiper), máy toàn đạc điện tử, máy tính xách tay

- Viết, thước dây, tập để ghi chép

- Phần mềm sử dụng: Notepad, BLTRANS, TRANS, Topcon Tools v.7.2, Topcon Link v.7.2.3 và PCCDU, Microstation

- Địa điểm đo: Khoa Sư phạm, Trung tâm Ứng dụng Khoa học – Công nghệ, Trung tâm…, Bệnh xá Thú ý

4.2 Phương pháp

4.2.1 Bố trí điểm khảo sát

- Chọn 4 điểm và chia thành 2 cặp điểm, mỗi cặp điểm là một trạm các điểm này được đánh dấu bằng đinh thép và nằm ở những vị trí đặc trưng của khu đo như góc đường, mép đường

- Điểm được chọn là những điểm vị trí có thông thoáng không bị che khuất bởi tầm nhìn vệ tinh, tín hiệu thu sóng vệ tinh tại các điểm này đầy đủ

4.2.2 Các bước thực hiện đo GPS

a) Cân máy và kiểm tra máy trước khi đo:

- Đặt chân máy cho đúng vị trí sao cho dây dọi trùng với tâm điểm cần đặt máy và khóa chân để lại với độ cao vừa tầm ngắm của người đo

- Đặt máy lên chân và điều chỉnh để tâm máy trùng với tâm điểm đặt máy bằng cách nhín vào ống kính dọi tâm quang học để định vị, sau đó nhẹ nhàng vặn chặt ốc hãm máy

- Xoay ốc cân A và B để dịch chuyển bọt khí trong ống thủy tròn Bọt khí hiện đang ở trên đường vuông góc với đường thẳng chạy qua tâm của hai ốc cân đang được điều chỉnh

- Xoay ốc cân C để đưa bọt khí vào tâm của bọt ống thủy tròn

Tiếp theo ta kiểm tra lại tâm máy xem có còn ở tâm điểm không? Nếu không thì chỉnh lại tâm máy cho vào đúng vị trí

b) Kiểm tra máy và khởi động máy:

- Kiểm tra mức pin của máy khi đèn Batt: đèn nháy màu vàng là máy còn pin, đèn nháy màu đỏ là báo hiệu pin yếu (cần phải xạc pin trước khi đo)

- Nếu máy đã đủ pin, khởi động máy bằng cách nhấn vào phím bên phải nút STAT và giữ vài giây khi đèn STAT nháy màu xanh là máy đã nhận được đầy đủ tín hiệu vệ tinh, có thể bắt đầu đo

c) Tiến hành đo:

Sau khi khởi động nếu máy hoạt động bình thường và bắt được tín hiệu

vệ tinh thì bấm vào nút FN để máy thu tín hiệu và khoảng 1 giờ sau, bấm nút

FN để save tín hiệu vệ tinh

Dựa vào điều kiện thực tế khu đo và các điểm khống chế cấp cao, nhóm tiến hành 4 ca đo

- Ca 1: Sử dụng 1 máy GPS đặt tại 1 mốc tọa độ gốc CT_648, máy còn lại đặt tại KV1

- Ca 2: Sử dụng 1 máy GPS đặt tại 1 mốc tọa độ gốc CT_649, máy còn lại đặt tại KV1

- Ca 3: Sử dụng 1 máy GPS đặt tại 1 mốc tọa độ gốc CT_649, máy còn lại đặt tại KV2

- Ca 2: Sử dụng 1 máy GPS đặt tại 1 mốc tọa độ gốc CT_648, máy còn lại đặt tại KV2

d) Xử lý dữ liệu:

- Dữ liệu sau khi thu được tín hiệu từ vệ tinh sẽ được lưu vào máy BASE

và máy ROVER Sau đó, ta trút dữ liệu từ hai máy trên vào máy vi tính để xử

lý bằng phần mềm Topcon tool và PCCDU, dữ liệu sau khi xử lý có dạng độ, phút, giây Vì vậy, dữ liệu cần chuyển sang mét để tính giá trị trung bình, sai số trung bình và sai số trung phương

- Tiếp theo xử lý kết quả đo theo từng ca đo bằng phần mềm Topcon Tool:

+ Khởi động phần mềm, tạo job làm việc mới, chọn nút Edit configuration  chọn cài đặt các thông số về hệ tọa độ, hệ quy chiếu và các thông số cần thiết khác

Sau khi cài đặt xong các thông số, từ giao diện phần mềm Topcon Tool, chọn menu Job  Import lần lượt các số liệu theo từng ca đo để xử lý tính toán bình sai

Hình Giao diện phần mềm Topcon Tool khi xử lý số liệu

4.2.3 Các bước thực hiện đo máy toàn đạc

5 Kết quả đo GPS và xử lý dữ liệu GPS

5.1 Thiết lập trạm đo tĩnh

Với yêu cầu là xây dựng trạm đo được thiết lập từ hai mốc địa chính cấp II

là CTII-648 và CTII-649 (trạm Base) và từ hai mốc này dẫn về điểm KV1 và KV2 (trạm Rover)

* Điểm KV1

- Trạm thu CTII-648 và KV1 bắt đầu đo vào ngày 25 tháng 1 năm 2013

- Trạm thu CTII-649 và KV1 bắt đầu đo vào ngày 25 tháng 1 năm 2013

Số liệu sau khi đo được chuyển vào phần mềm Topcon Tool bình sai tọa độ

Bảng …: Số liệu trạm đo tĩnh CTII-648 và CTII-649 (trạm Base) và điểm KV1 (trạm Rover)

Trạm

Tọa độ trước bình sai Tọa độ sau khi bình sai

Base_648_KV1 1109028.976

583979.48

6 1109032.134

583980.88 9

Base_649_KV1 1109281.374

584131.48

2 1109285.310

584131.76 0

Rover_KV1

1108861.354 583975.93

5

1108864.795 583975.78

4

Rover_KV1 1108861.92

583974.65 7

1108864.795 583975.78

4

Hình : Trạm đo tĩnh CTII-648 và CTII-649 (trạm Base) và điểm KV1 (trạm

Rover) Sai số sau khi bình sai các điểm mốc từ CTII_648-KV1, CTII_649-KV1 nằm trong sai số cho phép

Bảng …: Sai số vị trí các mốc đo

Trạm

Sai số vị trí(m)

Base_648_KV1 0.002

0.00 3

Base_649_KV1 0.003

0.00 5

Kết quả bình sai cho thấy sai số sau khi bình sai các điểm mốc từ CTII_648-KV1, CTII_649-KV1 nằm trong sai số cho phép.(Bộ Xây dựng ,2006)

* Điểm KV2

- Trạm thu CTII-648 và KV2 đầu đo vào ngày 25 tháng 1 năm 2013

- Trạm thu CTII-649 và KV2 bắt đầu đo vào ngày 25 tháng 1 năm 2013

Số liệu đo trạm được bình sai bằng phần mềm TopconTool

Bảng : Số liệu trạm đo tĩnh từ CTII-648 và CTII-649 (trạm Base) và điểm KV1 (trạm Rover)

Trước bình sai Sau bình sai

Trạm

Tọa độ trước bình sai Tọa độ sau khi bình sai

Base_648_KV2 1109029.38

583981.94

2 1109032.134

583980.88 9

Base_649_KV2 1109282.053

584131.99

7 1109285.310

584131.76 0

Rover_KV2 1108828.453

584057.07

584056.82

6

Rover_KV2 1108826.611

584057.38

584056.82

6

Kết quả bình sai cho thấy sai số sau khi bình sai các điểm mốc từ CTII_648-KV2, CTII_649-KV2 nằm trong sai số cho phép.(Bộ Xây dựng ,2006)

Bảng : Sai số trạm đo tĩnh CTII-648 và CTII-649 (trạm Base) và điểm KV2(trạm Rover)

Trạm

Sai số vị trí(m)

Base_648_KV2 0.002 0.00

4

Base_649_KV2 0.003 0.00

5

Hình… : Trạm đo tĩnh CTII-648 và CTII-649 (trạm Base) và điểm KV2 (trạm Rover)

6 Kết quả đo máy toàn đạc và xuất bản đồ (Phục bổ sung)

* So sánh và đánh giá khảo sát điểm đo bằng GPS và bằng máy toàn đac Ví dụ : KV1 đo bằng GPS tại DC_648 và KV1 bằng máy toàn đạc cũng tại DC_648

7 Kết luận (tham khảo), Hồ bổ sung

Khi sử dụng máy toàn đạc điện tử hay GPS cũng phải tuân theo một quy trình cụ thể từ việc xác định lưới đường chuyền đến đo chi tiết hiện trạng và đều có những cơ sở lý thuyết riêng cho việc đo vẽ, trong đó bước khảo sát hiện trạng, thu thập tài liệu có liên quan đến khu vực nghiên cứu là rất cần thiết làm tiền đề cho các bước kế tiếp Các kết quả đo đều được xử lý cẩn thận và kết quả hoàn chỉnh của việc đo vẽ này là bản đồ lưới đường chuyền và bản đồ hiện trạng Khoa Sư Phạm Bản đồ hiện trạng Khoa Sư Phạm là toàn phần diện tích Khoa và tất cả các chi tiết của Khoa được xây dựng trên cơ sở kế thừa từ kết quả đo lưới đường chuyền

Qua kết quả trên cho thấy, khi sử dụng máy toàn đạc điện tử hoặc GPS

để đo vẽ thành lập bản đồ đều cho ta kết quả có khả năng chấp nhận cao Nhưng mỗi phương pháp đều có những thế mạnh riêng Đối với máy GPS, sử dụng cho việc thành lập lưới đường chuyền thì thích hợp vì kết quả khá chuẩn

?Sau xử lý

?Trước xử lý

xác Đồng thời, khi đo vẽ chi tiết thành lập bản đồ hiện trạng thì máy toàn đạc điện tử có ưu thế hơn vì thuận tiện trong sử dụng mà kết quả thu được vẫn có

độ tin cậy khá cao Do đó, tùy vào mục đích, điều kiện áp dụng mà sử dụng máy toàn đạc điện tử hoặc GPS để cho việc đo đạc được thuận tiện và kết quả

có độ tin cậy cao hơn

Tài liệu tham khảo

Bộ Xây dựng (2006) Tiêu chuẩn kỹ thuật đo và xử lý số liệu GPS trong Trắc địa công trình (TCXDVN 364: 2006)