Đồ án ỨNG DỤNG GPS cầm TAY TRONG VIỆC CHỈNH lý

Các vệ tinh này được coi là các điểm thamchiếu trong không gian để từ đó các máy thu tín hiệu vệ tinh GPS đặt dưới bềmặt trái đất xác định được vị trí hiện thời của chúng.. Trong thực tế

MỞ ĐẦU 1

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU GPS 4

1.1 Giới thiệu sơ lược về hệ thống GPS 4

1.1.1 Cấu trúc của hệ thống GPS 5

1.1.2 Đoạn không gian (Space Segment) 6

1.1.3 Đoạn điều khiển (Control Segment) 7

1.1.4 Đoạn sử dụng (User Segment) 9

1.2 Các phương pháp đo GPS 9

1.2.1 Đo tuyệt đối 11

1.2.2 Đo tương đối 14

1.3 Một số công nghệ đo hiện nay 21

1.3.1 Công nghệ RTK 21

1.3.2 bổ xung thêm bản tin số 3 và 32 dành cho giả khoảng cách GPS và GLONASS 22

1.3.3 Công nghệ VRS 24

1.4 Các yếu tố ảnh hưởng tới độ chính xác định vị GPS 25

1.4.1 Các nhiễu cố ý 26

1.4.2 Về thời gian đo 26

1.4.3 Các kỹ thuật đo 26

1.4.4 Phân loại sai số và các biện pháp khắc phục 27

1.5 Giới thiệu một số máy GPS cầm tay và chức năng của nó 32

Chương 2 TỔNG QUAN VỀ GIS 38

2.1 Giới thiệu chung về GIS 38

2.2 Các thành phần của hệ thống thông tin địa lý 39

2.3 Ứng dụng GIS trong Môi trường 42

2.4 Ứng dụng GIS trong Khí tượng thuỷ văn 43

2.5 Ứng dụng GIS trong Nông nghiệp, quản lý đất đai 43

2.7 Ứng dụng GIS trong Y tế 43

2.8 Ứng dụng GIS cho Chính quyền địa phương 43

2.9 Ứng dụng GIS trong thị trường Bán lẻ 44

2.10 Ứng dụng GIS trong Giao thông 44

2.11 Ứng dụng GIS cho Các dịch vụ điện, nước, gas, điện thoại 44

2.11.1 Cơ sở dữ liệu địa lý 45

2.11.2 Dữ liệu vector 45

2.12 Dữ liệu raster 52

2.12.1 Khái niệm dữ liệu raster 52

2.12.2 Đặc điểm 53

2.12.3 Các loại cấu trúc Raster 54

2.12.4 Ưu nhước điểm của cấu trúc raster 55

Chương 3 ĐO ĐẠC CHỈNH LÝ VÀ XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU ĐỊA LÝ TUYẾNN ĐƯỜNG ĐẠI LỘTHĂNG LONG 59

3.1 Quy định chung 59

3.2 Quy trình công nghệ 59

3.2.1 Chọn điểm đặt Trạm BASE 60

3.2.2 Đo đạc, chỉnh lý và thu thập thông tin đối với trạm ROVE 60

3.2.3 Tính toán nội nghiệp 64

3.3 Thực hành đo chỉnh lý và xây dựng cơ sở dữ liệu địa lý tuyến đường Đại lộ Thăng Long 68

3.3.1 Thực hành đo chỉnh lý 68

3.3.2 Xây dựng cơ sở dữ liệu địa lý tuyến đường Đại lộ Thăng Long 70 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 82

TÀI LIỆU THAM KHẢO 83

MỞ ĐẦU

Dưới tác động thường xuyên liên tục của các hoạt động tự nhiên và xãhội, các đối tượng được thể hiện trên bản đồ cũng thường xuyên bị thay đổi Vìvậy việc cập nhật, chỉnh lý bản đồ, thu thập thông tin địa lý cho các đối tượng làcần thiết và phải làm thường xuyên vì nó mang lại tính thời sự của tờ bản đồ Từtrước đến nay người ta thường cập nhật chỉnh lý bản đồ theo một số phươngpháp sau:

Phương pháp cập nhật, chỉnh lý bản đồ bằng máy toàn đạc điện tử:

Dùng máy toàn đạc điện tử tiến hành đo vẽ bổ sung các đối tượng mới xuất hiệnngoài thực địa mà trên bản đồ không có hoặc các đối tượng đã có trên bản đồnhưng ngoài thực địa đã bị thay đổi

Phương pháp này đòi hỏi nhiều nhân lực, tốn nhiều kinh phí, thường mấtrất nhiều thời gian do phải làm các công tác ngoại nghiệp nhiều như: thành lậplưới khống chế trắc địa, lưới khống chế đo vẽ và đo vẽ chi tiết Công tác thuthập thông tin thuộc tính của các đối tượng hầu như phải làm thủ công như: vẽ

sơ đồ, ghi chú các thuộc tính của đối tượng vào sổ đo, sau đó phải thêm côngđoạn nhập các thông tin thuộc tính đó vào cơ sở dữ liệu

Phương pháp cập nhật, chỉnh lý bản đồ bằng công nghệ ảnh hàng không:

Từ những tư liệu địa hình đã có kết hợp với tư liệu ảnh hàng không, ảnhviễn thám người ta tiến hành giải đoán các đối tượng cần chỉnh lý trên trạm ảnh

số và điều tra đối soát ngoài thực địa

Phương pháp này vừa phải kết hợp giữa công tác giải đoán ảnh nội nghiệpvới công tác điều tra ngoại nghiệp, trong đó việc đối soát ngoại nghiệp chiếmphần lớn thời gian Hạn chế lớn nhất của phương pháp cập nhật, chỉnh lý bản đồbằng công nghệ ảnh hàng không đó là:

+ Tư liệu ảnh hàng không sử dụng cho chỉnh lý bản đồ đòi hỏi phải mới.Việc tiếp cận nguồn tư liệu ảnh hiện nay còn hạn chế không phải lúc nào cũngđáp ứng được yêu cầu vì phụ thuộc vào nhà cung cấp

+ Quy trình chỉnh lý phức tạp do phải thực hiện hai công đoạn là: đo vẽ,giải đoán nội nghiệp và đi thực địa để đối soát ngoại nghiệp

+ Việc thu thập thông tin địa lý cho các đối tượng vẫn phải làm thủ công,không cho phép tự động từ khâu đầu đến khâu cuối do vậy dễ nhầm lẫn khôngthống nhất.

Chính vì những lý do trên việc nghiên cứu, ứng dụng công nghệ định vị

vệ tinh kết hợp với phần mềm chuyên dụng được cài đặt sẵn trên máy thu GPS

để cập nhật, chỉnh lý bản đồ là một vấn đề cần thiết và cấp bách Phương phápnày có những ưu điểm sau:

+ Không đòi hỏi nhiều nhân lực, một cá nhân cũng có thể tham gia cậpnhật, chỉnh lý bản đồ và thu thập thông tin một cách nhanh chóng, chính xác

+ Quy trình đo đạc, chỉnh lý và cập nhật thông tin được tiến hành mộtcách tự động hoàn toàn theo một chu trình khép kín Với bộ công cụ cho phépthu thập thông tin một cách nhanh chóng, hiệu quả và chính xác, dữ liệu đượccập nhật có thể xuất sang định dạng *.dgn để phục vụ trực tiếp trong quá trìnhbiên tập bản đồ hoặc định dạng *.mdb, *.shp để phục vụ cho việc thu thập cơ sở

dữ liệu thông tin địa lý Những dữ liệu xuất ra có thể kết nối với các phần mềmquản lý cơ sở dữ liệu như Mapinfo, Geomedia, Geoconcept, ArcGis…

+ Làm giảm đáng kể công tác đo đạc ngoại nghiệp so với phương pháp sửdụng máy toàn đạc điện tử

+ Không phụ thuộc vào nguồn tư liệu ảnh như ở phương pháp chỉnh lýbằng ảnh hàng không

+ Đáp ứng yêu cầu cấp thiết, nhanh chóng, phục vụ đắc lực, kịp thời chocác hoạt động của quân đội

+ Đây là quy trình khép kín nhưng lại có tính mở: đó là sự lựa chọn trangthiết bị máy thu GPS, các phần mềm ứng dụng đa dạng đáp ứng với yêu cầungày càng cao của công tác đo vẽ thành lập bản đồ và xây dựng cơ sở dữ liệuthông tin địa lý

Xuất phát từ nhu cầu thực tế hằng năm của các Ban Bản đồ trong Quânđội nhân dân Lào cần đo đạc, cập nhật và chỉnh lý một khối lượng lớn các loạibản đồ địa hình với nhiều tỷ lệ khác nhau Chính vì những lý do đó mà tôi đã

chọn đề tài: “Ứng dụng GPS cầm tay trong việc chỉnh lý và xây dựng cơ sở dữ liệu địa lý tuyến đường đại lộ Thăng Long” với mong muốn xây dựng một quy

trình đo đạc chỉnh lý thu thập thông tin địa lý khoa học hơn, phù hợp với điềukiện trang thiết bị hiện có trong Quân đội nhân dân Lào để giúp cho ngành Bản

đồ QĐND Lào tiết kiệm một lượnng đáng kể thời gian và kinh phí trong côngtác đo đạc và thu thập thông tin địa lý

* Nội dung đồ án bao gồm:

Chương I : Tổng quan về hệ thống định vị toàn cầu GPS

Chương II: Tổng quan về GIS

Chương III: Đo đạc chỉnh lý và xây dựng cơ sở dữ liệu địa lý tuyến đườngđại lộ Thăng Long

Kết luận

Hà nội, ngày… tháng năm 2013

Học viên thực hiện

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU GPS

1.1 Giới thiệu sơ lược về hệ thống GPS

GPS là từ viết tắt của Global Positioning System, là hệ thống định vị toàncầu do Bộ Quốc phòng Hoa kỳ triển khai và đưa vào hoạt động từ những năm 80của thế kỷ 20, nhằm cung cấp thong tin phục vụ mục tiêu định vị và dẫn đườngcho quân sự và dân sự Tín hiệu định vị và dẫn đường bằng vệ tinh GPS đượcphát lien tục 24 giờ một ngày, trong mọi điều kiện thời tiết, phủ trùm trên toàntrái đất

Hệ thống GPS được xây dựng trên cơ sở một hệ thống bao gồm 24 vệ tinhNAVSTAR có độ cao bay 20200 km Các vệ tinh này được coi là các điểm thamchiếu trong không gian để từ đó các máy thu tín hiệu vệ tinh GPS đặt dưới bềmặt trái đất xác định được vị trí hiện thời của chúng Dưới đây là mô hình của

hệ thống định vị vệ tinh GPS

Hình 1.1: Sơ đồ quỹ đạo bay của các vệ tinh GPS

Sở dĩ có thể xem các vệ tinh như các điểm tham chiếu bởi vì quỹ đạo baycủa chúng đã được xác định và giám sát liên tục một cách rất chính xác thôngqua các trạm điều khiển mặt đất Bằng cách đo khoảng thời gian di chuyển của

các tín hiệu được truyền đi từ các vệ tinh, máy thu tín hiệu định vị vệ tinh GPSđặt trên bề mặt trái đất có thể xác định được khoảng cách từ chúng tới mỗi vệtinh Với khoảng cách đo được từn 4 vệ tinh trở lên kết hợp với một số thuậttoán được cài đặt sẵn trong bộ vi xử lý của máy thu có thể tính được toạ độ (vĩ

độ, kinh độ, độ cao), hướng và tốc độ di chuyển Trong thực tế, các loại máythu tín hiệu định vị vệ tinh GPS có cấu hình tốt có thể xác định được vị trí củachúng tại bất kỳ nơi nào trên trái đất với độ chính xác cỡ centimet, khoảng thờigian để thực hiện việc xác định vị trí này chỉ là một vài giây Thêm vào đó làkhả năng xử lý tín hiệu tiên tiến do đó chỉ cần các ăng ten rất nhỏ đã có thể thuđược các tín hiệu phát đi từ vệ tinh kể cả các tín hiệu rất yếu, chính vì vậy màcác máy thu tín hiệu định vị vệ tinh GPS ngày càng có kích thước gọn nhỏnhưng các tính năng hoạt động lại cao cấp hơn

Một đặc điểm trội hơn tất cả các đặc điểm khác của hệ thống GPS, đó làviệc tất cả mọi người đều được quyền khai thác miễn phí tín hiệu GPS mà khôngcần khai báo hoặc đăng ký quyền sử dụng với nhà sản xuất và số lượng ngườidùng không hạn chế Với tất cả các đặc điểm trên, chúng ta cũng dễ dàng nhậnthấy tại sao công nghệ GPS lại phát triển mạnh và nhanh chóng trở thành phổcập trên toàn cầu trong định vị và dẫn đường Ngày nay GPS thực sự là một hệthống với đầy đủ các tính năng mạnh mẽ, phục vụ cho tất cả mọi người sử dụngtại bất kỳ nơi nào trên thế giới

Cùng với hệ thống định vị toàn cầu GPS của Mỹ, Nga có hệ thống định

vị toàn cầu GLONASS, Các nước Châu Âu (EU) có hệ thống định vị toàn cầuGALILEO, Trung Quốc đang triển khai xây dựng hệ thống định vị toàn cầu BắcĐẩu (COMPASS)

1.1.1 Cấu trúc của hệ thống GPS

Hệ thống GPS là một hệ thống kỹ thuật rất phức tạp, song xét theo sựphân bố không gian người ta chia hệ thống GPS thành 3 phần, bao gồm:

• Đoạn không gian (Space segment)

• Đoạn điều khiển (Control segment)

• Đoạn sử dụng (User segment)

Hình 1.2: Các thành phần cấu tạo Hệ thống định vị toàn cầu GPS.

1.1.2 Đoạn không gian (Space Segment)

Đoạn không gian bao gồm 24 vệ tinh nhân tạo phát tín hiệu bay trên cácquỹ đạo xác định trên Trái Đất Các quỹ đạo này đều nằm trên một trong 6 mặtphẳng quỹ đạo cách đều nhau và có góc nghiêng 550 so với mặt phẳng xích đạocủa trái đất và cách nhau 600 , quỹ đạo của vệ tinh gần như tròn Vệ tinh bay ở

độ cao 20200 km so với mặt đất, chu kỳ chuyển động của vệ tinh là 718 phút,tức là khoảng gần 12 giờ Với cách bố trí vệ tinh trong không gian như vậy đảmbảo vào bất kỳ một thời điểm nào tại một vị trí bất kỳ trên trái đất đều thu đượctín hiệu của ít nhất 4 vệ tinh khác nhau

Các vệ tinh được cung cấp 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 và gắn tên lửa nhỏ ở mỗi quả vệ tinh để giữ chúng bay đúng

quỹ đạo đã định

Mỗi vệ tinh được trang bị máy phát tần số chuẩn nguyên tử chính xác cao

cỡ 10-12 Máy phát này tạo ra các tín hiệu tần số cơ sở 10,23Mhz, và từ đây tạo

ra các sóng tải tần số L1=1575,42Mhz và L2=1227,60Mhz Người ta sử dụng 2tần số song tải để làm giảm ảnh hưởng của tầng điện ly.

Hình 1.3: Vệ tinh GPS.

1.1.3 Đoạn điều khiển (Control Segment)

Đoạn điều khiển được đặt trên mặt đất, hệ thống này gồm bốn trạm quansát, một trạm điều khiển trung tâm đặt tại Colorado Springs (Mỹ) và bốn trạmgiám sát, truyền tin đặt tại Hawaii (Thái Bình Dương), Assension Islands (ĐạiTây Dương), Diego Garcia (Ấn Độ Dương), Kwajalein (Thái Bình Dương).Cáctrạm này tạo thành một vành đai bao quanh trái đất để điều khiển, theo dõi mọihoạt động và thu thập thông tin của tất cả các vệ tinh trong hệ thống Tất cả các

số liệu thu nhận được ở các trạm điều được chuyển về trạm trung tâm Trạmtrung tâm xử lý các số liệu được chuyển về cùng với số liệu của chính nó Kếtquả xử lý cho ra lịch thiên văn (Ephemeris) chính xác hóa của vệ tinh và sốhiệu chỉnh cho các đồng hồ trên vệ tinh Từ trung tâm, các số liệu này lại đượctruyền trở lại các trạm theo dõi rồi truyền tiếp cho các vệ tinh cùng các lệnhđiều khiển khác

Hình 1.4: Các trạm quan sát đoạn điều khiển thuộc Bộ Quốc phòng Mỹ.

Ngoài các trạm quan sát thuộc hệ thống quan sát của Bộ Quốc phòng Mỹ,

hệ thống GPS còn sử dụng một số trạm quan sát khác thuộc mạng lưới thườngxuyên của Cơ quan Bản đồ và ảnh quốc gia NIMA.(Nay là NGA)

Hình 1.5: Các trạm quan sát trong đoạn điều khiển GPS thuộc NGA

1.1.4 Đoạn sử dụng (User Segment)

Đoạn sử dụng bao gồm tất cả các máy móc, thiết bị thu nhận thông tin từ

vệ tinh và kể cả các phần mềm tính toán, xử lý để khai thác và sử dụng cho cácmục đích khác nhau của người dung Máy thu GPS là một phần cứng quan trọngtrong đoạn sử dụng Nhờ các tiến bộ trong lĩnh vực điện tử, viễn thong và kỹthuật thong tin tín hiệu số mà các máy thu GPS ngày càng hoàn thiện, chính xác

và hiệu quả

1.2 Các phương pháp đo GPS

Có rất nhiều phương pháp khác nhau được ứng dụng trong việc đo đạc

sử dụng công nghệ GPS Mỗi phương pháp thu nhận số liệu khác nhau rấtnhiều về độ chính xác, thời gian đo, hiệu suất công việc nói chung như:Phương pháp đo GPS tuyệt đối, đo GPS tương đối, đo vi phân (DGPS) Trongnhững phương pháp đo cơ bản này lại gồm có nhiều kiểu cách đo khác nhau:

Bảng 1.1: Các phương pháp đo GPS.

Quan sát đồng thời 4 vệ là yêu cầu tối thiếu để xác định tọa độ không gian tuyệt đối của điểm quan sát

Đo GPS tương

đối (Relative)

Cho kết quả cao và rất cao.

Độ chính xác khoảng cm, thậm chí có thể là mm.

Yêu cầu ít nhất cần có 2 máy thutrở lên.

Phải quan trắc đồng thời.

Đo tĩnh

(Static)

Độ chính xác cao nhất (nhỏ hơn centimet): Dùng cho đo khống chế.

Không đòi hỏi phải quan sát và thu số liệu liên tục từ 4 vệ tinh.

Thời gian đo khoảng 1 giờ cho một cạnh đo Thời gian sẽ thay đổi phụ thuộc vào chiều dài cạnh đo Buộc phải tính toán và thiết kế chọn giờ trước khi tiến hành đo.

Đo tĩnh nhanh

(FastStatic)

Độ chính xác trung bình: Nằm trong khoảng 1cm  2ppm.

Mỗi điểm đo đòi hỏi từ 5 đến 10 phút.

Đòi hỏi máy thu phải có khả năng

đo tĩnh nhanh.

Chỉ đòi hỏi có 4 vệ tinh hoặc nhiều hơn, không đòi hỏi phải quan sát và thu số liệu liên tục từ 4

Đo thời gian

Mỗi điểm đo cần ít nhất 1 hay 2 lần ghi số liệu (epochs).

Đòi hỏi máy thu phải hội đủ các điều kiện sau:

Khả năng khởi đo, và khởi đo lại nếu mất tín hiệu.

Cần ít nhất là 5 vệ tinh cho việc tự động khởi đo.

Phải có bộ liên kết sóng radio giữa máy trạm tĩnh và trạm di động.

1.2.1 Đo tuyệt đối

a Nguyên lý định vị tuyệt đối

Đo GPS tuyệt đối là trường hợp sử dụng máy thu GPS để xác địnhkhoảng cách tương ứng từ máy thu đến các vệ tinh, từ đó tính ra toạ độ củađiểm quan sát trong hệ thống toạ độ WGS-84 Đó có thể là các thành phầntoạ độ vuông góc không gian (X,Y,Z) hoặc các thành phần toạ độ mặt cầu(B, L, H)

Hệ thống toạ độ WGS84 là hệ thống toạ độ cơ sở của hệ thống GPS, toạ

độ của vệ tinh cũng như của điểm quan sát đều được lấy theo hệ thống toạ độnày Nó được thiết lập gắn với elipsoid có kích thước như sau:

- Bán trục lớn: a = 6378137 m

- Độ dẹt: 1/α = 298,2527.α = 298,2527

Việc đo GPS tuyệt đối được thực hiện trên cơ sở sử dụng đại lượng đo làgiả khoảng cách từ vệ tinh đến máy thu theo nguyên tắc giao hội không gian từcác điểm có toạ độ đã biết là các vệ tinh

Hình 1.6: Nguyên lý định vị tuyệt đối

Bằng cách đo giả khoảng cách đồng thời từ ít nhất 4 vệ tinh đến máy thu

ta có thể xác định được toạ độ tuyệt đối của máy thu, ngoài ra còn xác định thêmđược số hiệu chỉnh cho đồng hồ (thạch anh) của máy thu

Nếu biết chính xác khoảng thời gian lan truyền tín hiệu code tựa ngẫunhiên từ vệ tinh đến máy thu, ta sẽ tính được khoảng cách chính xác giữa vệ tinh

và máy thu Khi có 3 khoảng cách được xác định đồng thời từ 3 vệ tinh đến máy

thu sẽ cho ta vị trí không gian đơn trị của máy thu Song trên thực tế cả đồng hồtrên vệ tinh và đồng hồ trong máy thu đều có sai số đặc biệt là sai số trong đồng

hồ máy thu, nên các khoảng cách đo được không phải là khoảng cách chính xác.Kết quả là không thể thực hiện giao hội tại một điểm, nghĩa là không xác địnhđược chính xác vị trí máy thu Để khắc phục tình trạng này, cần sử dụng thêm ítnhất một đại lượng đo nữa, đó là khoảng cách từ vệ tinh thứ 4 Để thấy rõ điềunày ta xét hệ phương trình cho 4 vệ tinh:

Quan sát đồng thời 4 vệ tinh là yêu cầu tối thiểu cần thiết để xác định toạ

độ không gian tuyệt đối của điểm quan sát Trên thực tế với hệ thống vệ tinhhoạt động đầy đủ như hiện nay, số lượng vệ tinh có thể quan sát đồng thờithường là 6 đến 8, có khi nhiều hơn Khi đó lời giải đơn trị sẽ được rút ra nhờphương pháp xử lý số liệu đo theo nguyên tắc bình phương nhỏ nhất

Nếu ta biết thêm độ cao điểm quan sát so với bề mặt ellipsoid của hệ toạ

độ WGS-84, chẳng hạn trong trường hợp ở trên mặt biển, khi đó chỉ còn phảixác định 2 ẩn số là toạ độ mặt bằng của điểm quan sát Trong trường hợp nàycần quan sát ít nhất 3 vệ tinh

b Đo tuyệt đối

Đây là kỹ thuật xác định toạ độ của điểm đặt máy thu tín hiệu vệ tinh sửdụng nguyên lý định vị tuyệt đối Trị đo cơ bản của kỹ thuật đo này là trị đoCode và chỉ sử dụng một máy thu tín hiệu vệ tinh Do kỹ thuật đo này còn bị ảnh

hưởng của nhiều nguồn sai số chưa đựơc khắc phục nên độ chính xác vị trí điểmthấp, cỡ 10m thậm chí kém hơn Vì vậy kỹ thuật đo này chỉ chủ yếu dùng choviệc dẫn đường và các mục đích có yêu cầu độ chính xác không cao Ngoài raviệc sử lý dữ liệu đo code còn có tác dụng hiệu chỉnh đồng hồ máy thu.

c Đo vi phân

Theo phương pháp này cần có một máy thu GPS có khả năng phát tín hiệu

vô tuyến được đặt tại điểm có toạ độ đã biết (được gọi là máy cố định), đồngthời có máy khác (được gọi là máy di động) đặt ở vị trí cần được xác định toạ

độ, có thể là điểm cố định hoặc điểm di động như tàu thuỷ, ô tô, máy bay Cảmáy cố định và máy di động cần tiến hành đồng thời thu tín hiệu từ các vệ tinhnhư nhau

Nếu thông tin từ vệ tinh bị nhiễu thì kết quả xác định toạ độ của cả máy

cố định và máy di động cũng đều bị sai lệch Độ sai lệch này được xác định trên

cơ sở so sánh toạ độ tính ra theo tín hiệu thu được và toạ độ đã biết trước củamáy cố định và có thể được xem như nhau cho cả máy cố định và máy di động

Nó được máy cố định phát đi qua sóng vô tuyến để máy di động thu nhận màhiệu chỉnh cho kết quả xác định toạ độ của mình

Ngoài cách hiệu chỉnh cho tọa độ, người ta còn tiến hành hiệu chỉnh thứhai đòi hỏi máy thu cố định có cấu tạo phức tạp và tốn kém hơn, nhưng lại chophép người sử dụng xử lý chủ động linh hoạt hơn

Để đảm bảo độ chính xác cần thiết, các số hiệu chỉnh cần được xác định

và phát chuyển nhanh với tần suất cao, và phạm vi hoạt động của máy thu khôngphải là tuỳ ý mà phải giới hạn trong bán kính thu nhận được tín hiệu vô tuyếnphát từ máy cố định Người ta đã xây dựng các hệ thống GPS vi phân diện rộngcũng như mạng lưới GPS vi phân gồm một số trạm cố định để phục vụ nhu cầuđịnh vị cho cả một khu vực rộng lớn như cả một lục địa hay đại dương với độchính xác cỡ mét Phương pháp định vị GPS vi phân có thể bảo đảm độ chínhxác phổ biến tới decimet

Hình 1.8: Nguyên lý định vị tương đối

S

Hình 1.7: Nguyên lý đo vi phân

1.2.2 Đo tương đối

a Nguyên lý đo tương đối

Phương pháp định vị loại trừ được các sai số tốt nhất là phương pháp định

vị tương đối Máy thu được đặt tại hai điểm chẳng hạn A và B, một trong haiđiểm là điểm cơ sở hay điểm tham chiếu Tọa độ của trạm B được xác địnhtương đối so với trạm tham chiếu A Hay nói cách khác, phương pháp định vịtương đối nhằm xác định vecto nối giữa hai điểm mà thường được gọi làvectocạnh hay đơn giản là cạnh Gọi X A và X B là các vecto vị trí của hai điểm

A và B, khi đó: X B X AD AB,

Trong đó:

T T

A B A B A

X

D  (  ,  ,  )  (  ,  ,  ) (2.1)Tọa độ của trạm tham chiếu A phải ở trong hệ tọa độ WGS-84

Phương pháp định vị tương đối có thể được thực hiện cả với trị đo code

và trị đo pha nhưng thông thường người ta quan tâm chủ yếu đến các trị đo pha.Các trị đo code được sử dụng như là bổ trợ Phương pháp định vị tương đối đòihỏi quan sát liên tục cả trên trạm tham chiếu và trên trạm cần xác định mới Khi

đó có thể tạo ra các hiệu giữa các trị đo mà trong đó các nguồn sai số đã đượcloại trừ Dựa vào các hiệu người ta tính các thành phần của vecto cạnh D

Khoảng cách từ máy thu đến các vệ tinh được xác định bằng phương pháp

đo pha sóng tải Tuy nhiên máy thu không đo được toàn bộ khoảng cách này

Mô hình toán học của khoảng cách pha có dạng sau:

A i atm A

Si Ai

số nguyên đa trị N Ai

Giả sử vào thời gian t quan sát trên hai trạm A và B thu được kết quả đo:

A1 A1 N A1 c t S1c t A R atm,1,A

B atm B

S B

) (

).

( )

Giả sử vào thời điểm t không chỉ quan sát được vệ tinh S1 mà còn quansát được vệ tinh S2 Từ kết quả đo được các hiệu đơn được tạo ra:

Hình 1.9: Hiệu pha giữa các

) (

) (

).

( )

Hiệu kép hoàn toàn không

còn bị ảnh hưởng bởi các nguồn

sai số trên vệ tinh cũng như trên

các trạm đo và phần lớn ảnh hưởng

của các nguồn sai số khác Số

nguyên đa trị N AB12 nhỏ hơn rất

Các quan sát không chỉ giới hạn vào một thời điểm Giả sử vào thời điểm

1

t thực hiện các quan sát như trên, vào thời điểm t2cũng thực hiện các quan sáttương tự Như vậy đối với mỗi thời điểm có thể tạo ra các hiệu bậc hai:

) (1

( )

t B



1 1

t A



) ( 1

1 t

S S1( t2) S2( t1)

) ( 2

2 t S

2 1

t A



1 2

t A

2

t A



1 1

t B



1 2

t B



2 2

t B



Hình 1.11: Hiệu pha giữa các thời điểm đo

Như vậy trong hiệu ba không còn chứa số nguyên đa trị Có thể dùng hiệunày để tìm được các thành phần của vecto cạnh AB (gia số toạ độ) Tuy nhiênthực tế hiệu ba lại không cho kết quả định vị có độ chính xác như mong đợi Dotrong quá trình tạo ra hiệu trị đo, sai số bị tăng lên đáng kể làm giảm độ tin cậycủa hiệu ba Hiệu kép mới thực sự là phương án tối ưu và được dùng làm kếtquả chính trong các phần mềm xử lý.

b Phương pháp đo tĩnh

Phương pháp đo tĩnh là phương pháp được duy trì kể từ khi có các thiết bị

đo GPS cho tới nay, phương pháp đo này thường được sử dụng để đo lưới khốngchế trắc địa Phương pháp này đòi hỏi phải có hai máy thu trở lên, một máy đặttại điểm tham chiếu (điểm đã biết tọa độ), máy thứ hai đạt tại điểm cần xác định

và cung thu số liệu liên tục trong khoảng một giờ trở lên cho mỗi ca đo

Đây là phương pháp cho phép đạt độ chính xác cao nhất trong việc định vịtương đối bằng GPS, có thể đạt độ chính xác cỡ centimét, thậm chí milimét ởkhoảng cách giữa hai điểm xét tới hàng chục và hàng trăm kilômét Nhược điểmchủ yếu của phương pháp này là thời gian đo phải kéo dài hàng giờ, do vậy năngsuất đo thường không cao

Hình 1.12: Nguyên lý đo tương đối tĩnh

Trong phương pháp đo tĩnh thì có một phương pháp nữa, đó là phươngpháp đo tĩnh nhanh Phương pháp này đòi hỏi cấu hình phần cứng và thời gian

đo là hai yếu tố để phân biệt phương pháp đo tĩnh nhanh với các phương pháp

đo GPS khác Phương pháp đo tĩnh nhanh cần phải có phần mềm xử lý sau sốliệu đo đạc ngoài thực địa để có thể cho ra được kết quả cuối cùng

Các thủ tục đo đạc cần tiến hành trên thực địa cũng giống như với phươngpháp đo tĩnh, ngoại trừ thời gian cần thiết cho mỗi điểm đo không quá chặt chẽ.Bảng dưới đây sẽ cho biết thời gian cần thiết khi áp dụng phương pháp đo tĩnhnhanh, thông thường khoảng thời gian trung bình từ 5 đến 10 phút là đủ cho mỗiđiểm đo

Bảng 1.2: Thời gian và số vệ tinh cần thiết cho đo tĩnh nhanh

Số vệ tinh Thời gian đo (Phút)

c Phương pháp đo động

Phương pháp đo động là phương pháp đo mang lại hiệu quả công việc caonhất Trong chế độ đo động, một máy thu đặt tại điểm đã biết chính xác tọa độ(được gọi là máy cố định) và máy thứ hai (được gọi là máy di động), máy này sẽ

di chuyển quanh khu vực và thực hiện đo tại các điểm đo cần thiết

Phụ thuộc vào một vài yếu tố, người ta chia phương pháp đo động ra:+ Đo động xử lý sau hoặc thời gian thực

+ Một tần số hoặc hai tần số

+ Đo Stop and Go hoặc đo lien tục (Continuous)

Tất cả các máy thu sử dụng trong đo động đều có khả năng khởi đo và rấtnhiều máy thu còn doi hỏi phải có khả năng khởi đo lại trong trường hợp bị mấttín hiệu từ một số các vệ tinh đang quan sát

Các máy thu một tần số buộc phải khởi đo bằng cách sử dụng cạnh đo đãbiết là cạnh đo đã được tiến hành đo trước bằng phương pháp đo tĩnh nhanh

hoặc phương pháp đo tĩnh trước khi tiến hành đo động, nhưng cũng có thể là cáccạnh đo đã được xác định lúc trước cũng bằng phương pháp đo động hoặc cácđiểm khống chế đã được tính chuyển tọa độ về hệ WGS-84 Hiện nay đã xuấthiện rất nhiều loại máy thu có khả năng khởi đo tự động, thậm chí khởi đo tựđộng ngay khi đang di chuyển.

Hình 1.13: Nguyên lý đo tương đối động

d Phương pháp đo giả động

Phương pháp đo giả động cũng cho phép xác định vị trí tương đối củahàng loạt điểm so với điểm đã biết trong khoảng thời gian đo khá nhanh, nhưng

độ chính xác định vị không cao bằng phương pháp đo động Trong phương phápnày không cần làm thủ tục khởi đo, tức là không cần sử dụng cạnh đáy đã biết.Máy cố định cũng phải tiến hành thu tín hiệu vệ tinh liên tục trong suốt chu kỳ

đo, còn máy di động được chuyển đến từng điểm đo, tại mỗi điểm thu tín hiệutrong 5-10 phút

Sau khi đo hết lượt, máy di động trở về điểm xuất phát và đo lặp lại tất cảcác điểm theo đúng trình tự trước đó, nhưng phải đảm bảo sao cho khoảng thờigian dãn cách giữa hai lần đo tại mỗi điểm không ít hơn một tiếng đồng hồ Chínhtrong khoảng thời gian này, đồ hình vệ tinh thay đổi đủ để xác định được sốnguyên đa trị, còn hai lần đo, mỗi lần kéo dài 5-10 phút và giãn cách nhau mộttiếng đồng hồ, có tác dụng tương đương như phép đo tĩnh kéo dài trong một tiếng

Yêu cầu nhất thiết trong phương pháp này là phải có được ít nhất 3 vệ tinhchung cho cả hai lần đo tại mỗi điểm quan sát Điều đáng chú ý là máy thukhông nhất thiết phải thu tín hiệu vệ tinh liên tục trong suốt chu kỳ đo mà chỉcần trong vòng 5-10 phút tại mỗi điểm đo, nghĩa là có thể tắt máy trong lúc vậnchuyển từ điểm nọ đến điểm kia Tức là có thể áp dụng phương pháp này cho cả

ở khu vực có nhiều vật che khuất

Hình 1.14: Nguyên lý đo giả động

1.3 Một số công nghệ đo hiện nay

1.3.1 Công nghệ RTK

Công nghệ RTK (Real Time Kinematic) là một phương pháp đo đạc hiệnđại có độ chính xác cao và nhanh chóng

Hệ thống RTK gồm các thành phần trạm tham chiếu, trạm cố định(anten và máy thu), thiết bị điều biến và giải điều biến (radio modem) vàanten vô tuyến Trong một số hệ thống RTK radiomodem được tích hợp vàotrong máy thu

Dữ liệu được truyền đi ở định dạng RTCM phiên bản 2.1 với hai cặp bảntin Bản tin số 18 và 19 chứa dữ liệu đo pha sóng tải và giả khoảng cách củatrạm tham chiếu Thông báo số 20 và 21 chứa các số hiệu chỉnh vào lịch vệ tinh.Các bản tin trên chứa các hiệu chỉnh điện ly và đối lưu Trong phiên bản RTCM

1.3.2 bổ xung thêm bản tin số 3 và 32 dành cho giả khoảng cách GPS

và GLONASS

Độ trễ dữ liệu thông thường không được vượt quá 0.5-2 giây Tốc độtruyền không dưới 2400 bps, tuy nhiên tốc độ 9600 bps và 19200 bps được sửdụng nhiều hơn Để có thể truyền được dữ liệu với tốc độ như vậy người tathường sử dụng sóng ở dải tần VHF và UHF với công suất phát từ 2 đến 35 Wat

Hình 1.15: Nguyên lý xác định tọa độ trong kỹ thuật đo RTK.

Do dữ liệu được truyền đi trong dải tần UHF và VHF nên có một số hạnchế trong việc sử dụng Trong đa số trường hợp, khoảng cách phát tối đa (km)

có thể tính theo công thức:

(2.7)

Trong đó:

t

h và h r: Độ cao angten phát và angten thu (m)

k: Yếu tố phụ thuộc vào điều kiện khí hậu, thông thường k=1,33

Tuy nhiên k có thể thay đổi trong khoảng 1,2 1,6 Ví dụ, nếu độ caoangten phát h t  30m, độ cao angten thu h r  2m, khoảng cách phát tối đa là28km Tuy nhiên thực tế để đạt được là hết sức khó khăn do các vật cản trên địa

hình gây ra Khoảng cách phát thực lớn hơn khoảng cách tính toán chỉ xảy ratrong điều kiện dị thường của không khí.

Sự suy giảm cường độ tín hiệu (dB) ở khoảng cách d(km) được tính theocông thức:

Sai số định vị của phương pháp đo động được ước tính theo công thức:

)

Trong những năm gần đây công nghệ RTK đã được phát triển mạnh mẽ

và được áp dụng rộng rãi trên toàn thế giới Tại nhiều quốc gia đã xây dựng cơ

sở hạ tầng GPS phủ trùm một khu vực lớn hoặc toàn quốc để phục vụ các mụcđích khác nhau trong đó trọng tâm là kỹ thuật định vị thời gian thực RTK vớitrạm tham chiếu ảo (VRS)

1.3.3 Công nghệ VRS

Theo giải pháp này, mạng lưới bao gồm nhiều trạm cố định đo thườngtrực, trạm xử lý và điều hành trung tâm và hệ thống truyền thông Dữ liệu đo tại

các trạm cố định được truyền về trạm xử lý trung tâm Trạm xử lý trung tâm tiếnhành xử lý để đưa ra mô hình ảnh hưởng của từng nguồn sai số Trên cơ sở đó,trạm trung tâm cho phép tạo ra các bộ số liệu đo cho bất cứ vị trí nào trong vùngvới giả định là tại đó đặt trạm cơ sở Khi làm việc, các trạm di động thông báo

về trạm trung tâm tọa độ gần đúng của mình ở định dạng NMEA Trạm trungtâm giả định ngay sát cạnh trạm di động có một trạm cố định (trạm cố định ảo)

và tạo ra bộ số liệu đo cho trạm đó Bộ số liệu này sẽ được truyền tới trạm diđộng ở định dạng RTCM và được dùng để giải trị nguyên đa trị Độ chính xác

có thể đạt đến cỡ cm trong thời gian thực

Nhờ độ chính xác đạt đến cỡ cm mà hiện nay giải pháp VRS đã có mặttrên toàn cầu với những ứng dụng to lớn trong công tác đo đạc làm bản đồ, xâydựng vv Do tầm phủ sóng cho phép không vượt quá 70 km mà mạng lưới VRSđòi hỏi mật độ rất cao Hiện các quốc gia phát triển đều sử dụng công nghệ VRStrong các ứng dụng về đo đạc, thành lập bản đồ, các ứng dụng đòi hỏi độ chínhxác cao khác Trên thế giới hiện có trên 3000 trạm tham chiếu thuộc các lướiVRS Trong đó, Nhật Bản và Đức mỗi nước đều sở hữu trên 400 trạm, Thụy Sỹ– 52 trạm, Thụy Điển – 56 trạm vv Thái Lan, Malaisia và Singapo là nhữngnước đang và sẽ sở hữu mạng lưới VRS tại khu vực Đông Nam Á

Hình 1.16: Sơ đồ nguyên lý công nghệ VRS

1.4 Các yếu tố ảnh hưởng tới độ chính xác định vị GPS.

Có một số nguồn sai số ảnh hưởng đến độ chính xác định vị GPS như:ảnh hưởng của sai số quỹ đạo vệ tinh, ảnh hưởng của sai số do đồng hồ vệ tinh,đồng hồ máy thu, ảnh hưởng của tầng điện ly và tầng đối lưu làm chậm trễ tínhiệu đi từ vệ tinh đến máy thu Có những nguồn sai số ảnh hưởng đáng kể đếnkết quả định vị tuyệt đối nhưng lại được giảm thiểu hoặc loại bỏ trong định vịtương đối

Khi có nhiễu cố ý SA độ chính xác định vị tuyệt đối tại tất cả các nơi trêntrái đất nằm trong khoảng ±100 mét, phụ thuộc vào thiết bị, chế độ tính toán vịtrí, phương pháp xử lý số liệu và một số các yếu tố khác Bằng phương phápđịnh vị tương đối, người sử dụng có thể đạt được độ chính xác rất cao cỡ

Hình 1.17: Sơ đồ hệ thống VRS

centimét hoặc milimét Các yếu tố cơ bản dưới đây là ảnh hưởng trực tiếp tới độchính xác định vị bằng GPS.

1.4.2 Về thời gian đo

Thông thường thời gain đo càng nhiều độ chính xác phép đo càng cao.Nói chung, thời gian theo dõi tập hợp các vệ tinh càng dài thì hiệu tọa độ nhậnđược càng chính xác Trong một thời gian dài, các ảnh hưởng của một số nguồnsai số được mang tính ngẫu nhiên, nhờ đó trị trung bình cộng sẽ làm giảm đáng

kể sai số khác dấu

Việc lựa chọn thời gian đo thích hợp trong ngày sẽ giảm thiếu ảnh hưởngcủa tầng điện lý Theo nghiên cứu định vị ban đêm sẽ làm giảm ảnh hưởng củatầng điện ly cỡ 3 đến 4 lần so với định vị ban ngày Trong định vị tương đối thờigian đo phụ thuộc vào một số yếu tố như: chiều dai cạnh đo, số vệ tinh quan sátđược, tình trạng thong thoáng tại diểm đo, máy thu là 1 tần số hay 2 tần số vv…

1.4.3 Các kỹ thuật đo

Các kỹ thuật đo khác nhau thì độ chính xác phép đo cũng se khác nhau

ví dụ:

Kỹ thuật đo GPS tuyệt đối có thể áp dụng với một số trường hợp yêu cầu

về độ chính xác không cao lắm, đo tuyệt đối có thể cho ta độ chính xác định vị

cỡ một mét đến một vài mét, tùy theo thiết bị sử dụng và thời gian đo

Kỹ thuật đo GPS tương đối được áp dụng khi đòi hỏi cần phải có độ chínhxác cao, sở dĩ có thể đạt được độ chính xác cao trong phép đo này là vì một sốsai số tích lũy trong các cự ly quan trắc đồng thời thường đồng nhất với nhau

hoặc tối thiếu cũng tương tự nhau tại hai đầu của đường đáy, các sai số này cóthể được loại trừ hoặc ít nhất cũng giảm thiểu một cách đáng kể khi xác định trị

số định vị tương đối (hiệu tọa độ) Việc lựa chọn loại máy thu tín hiệu vệ tinhcũng là một vấn đề có ảnh hưởng đáng kể đến độ chính xác của phép đo ví dụ:Máy thu tín hiệu 1 tần số (L1) khác nhiều so với máy thu tín hiệu 2 tần số(L1/α = 298,2527.L2 khi đo khoảng cách dài.)

1.4.4 Phân loại sai số và các biện pháp khắc phục

a Sai số quỹ đạo vệ tinh

Toạ độ điểm đo GPS được tính dựa vào vị trí đã biết của vệ tinh Người sửdụng phải dựa vào lịch vệ tinh quảng bá Do vậy nếu sử dụng lịch quỹ đạo vệ tinhchính xác có thể đạt kết quả định vị tốt hơn Có hai phương án nhằm hoàn thiệnthông tin quỹ đạo vệ tinh:

Sử dụng những trạm mặt đất có vị trí chính xác làm những điểm chuẩn đểtinh chỉnh quỹ đạo vệ tinh dành cho công tác đo đạc đặc biệt

Thu nhận lịch vệ tinh chính xác (Precise ephemeris) do IGS cung cấp Cơquan IGS sử dụng một mạng lưới khoảng 368 trạm theo dõi tinh chỉnh quỹ đạo vệtinh Hệ thống này cung cấp thông tin quỹ đạo tương đối chính xác so với lịch vệtinh quảng bá (broadcast ephemeris)

Sai số của quỹ đạo vệ tinh ảnh hưởng tới gần như trọn vẹn tới sai số xácđịnh tọa độ của điểm quan sát độc lập, nhưng nhưng lại được loại trừ đáng kểtrong kết quả định vị tương đối giữa hai điểm

b Sai số do tầng điện ly

Tín hiệu điện từ khi truyền qua tầng điện ly thì tốc độ truyền bị thay đổi

do bị ảnh hưởng của điện ly của tầng này Người ta gọi hiện tượng đó là hiệntượng tán xạ tầng điện ly Độ lớn của tác dụng tán xạ đối với tín hiệu phụ thuộcvào mức độ ion hoá trong tầng này Cụ thể như sau:

Trước hết tầng điện ly là lớp trong bầu khí quyển ở độ cao 50 -100 kmbao quanh Trái Đất bao gồm các ion điện từ Chính vì vậy mà khi sóng điện từtruyền qua đã bị tác động làm cho đường truyền bị cong Tốc độ truyền sóng sẽ

bị thay đổi tỷ lệ thuận với mật độ ion trong tầng điện ly và tỷ lệ nghịch với bìnhphương tần số của tín hiệu.

Ảnh hưởng của tầng điện ly có thể được loại trừ đáng kể bằng cách sửdụng các loại máy thu hai tần khi đo các cạnh dài

c Sai số do tầng tầng đối lưu

Tầng đối lưu là tầng khí quyển ở độ cao dưới 50km Ở tầng này, do mật

độ không khí giảm dần theo độ cao và liên tục bị thay đổi bởi điều kiện khí hậuđặc biệt là yếu tố nhiệt độ, áp suất và độ ẩm Ở tầng này hình thành các lớp khíquyển với chiết suất khác nhau gây ra hiện tượng khúc xạ rất phức tạp ở tầngnày Tuy nhiên ảnh hưởng này có thể được coi là gần bằng nhau đối với haiđiểm ở cách nhau không quá 30km, do vậy chúng sẽ được loại trừ một cáchđáng kể trong hiệu trị đo giữa hai điểm quan sát

Ảnh hưởng của tầng đối lưu chỉ có tác dụng xấu đối với các trị đo trênkhoảng cách dài mà không có ảnh hưởng đáng kể trên khoảng cách ngắn.Trước kia để khắc phục sai số này người ta yêu cầu đo nhiệt độ, áp suất, độ ẩm,

… để tính ra các trị số hiệu chỉnh do ảnh hưởng của tầng đối lưu Ngày nay,các phần mềm đã sử dụng số hiệu chỉnh theo mô hình tầng đối lưu tạo ra độchính xác cao hơn

Để giảm ảnh hưởng của tầng điện ly và tầng đối lưu, người ta quy địnhquan sát chỉ với các vệ tinh có góc cao từ 150 trở lên so với mặt phẳng chân trời

d Sai số của đồng hồ (Máy thu và vệ tinh)

Đây là sai số của đồng hồ trên vệ tinh, đồng hồ máy thu và sự không đồng

bộ giữa chúng Đồng hồ trên vệ tinh được trạm điều khiển trên mặt đất theo dõi

và do đó nếu phát hiện có sai lệch trạm này sẽ phát tín hiệu chỉ thị thông báo sốcải chính cho máy thu GPS biết để xử lý Để làm giảm ảnh hưởng sai số đồng hồ

cả của vệ tinh và máy thu, người ta sử dụng hiệu các trị đo giữa các vệ tinh cũngnhư giữa các trạm quan sát

e Sai số của tâm pha anten vệ tinh và anten máy thu

Sự thay đổi vị trí của tâm pha anten máy thu là một trong các nguồn sai số

hệ thống trong đo đạc định vị bằng công nghệ GPS Mặc dù sự thay đổi này ảnh

hưởng không lớn đến kết quả đo đạc, song để đạt được độ chính xác cao, nguồnsai số này không thể bỏ qua, đặc biệt trong đo độ cao bằng GPS Trong mục nàyphân tích các đặc tính của nguồn sai số đó, cơ sở lý thuyết các phương pháp môhình hóa sự thay đổi tâm pha anten.

Để tính toán ảnh hưởng của sự thay đổi tâm pha an ten máy thu và tâmpha an ten vệ tinh người ta sử dụng các mô hình Các mô hình này là kết quả củaquá trình kiểm tra trong các điều kiện khắt khe trong phòng thí nghiệm, bãi thửchuyên dụng và sử dụng các phương tiện tiên tiến như rôbốt Hiện nay có hai

mô hình tâm pha anten: tuyệt đối và tương đối Theo truyền thống người ta sửdụng mô hình tương đối, mô hình này có được khi test trên các bãi thử chuyêndụng với mô hình sự thay đổi tâm pha anten của một loại anten được sử dụngnhư là anten tham chiếu, tức là có sự thay đổi bằng 0 Mô hình thay đổi của tâmpha anten loại khác được ước tính so với anten tham chiếu này(antenAOAD/α = 298,2527.M_T) Hiện nay đang dần sử dụng mô hình anten tuyệt đối, được xácđịnh sử dụng rôbốt chuyên dụng Phương pháp này có ưu điểm hơn phươngpháp kiểm tra tương đối là không bị hiện tượng “north hole” và hầu như không

bị ảnh hưởng của các sai số đa đường truyền

Từ lý thuyết về sự thay đổi tâm pha anten, để loại trừ sai số này trongthực tế khi đo người ta định hướng anten máy thu (thường là về phía bắc), khi

xử lý sử dụng mô hình thay đổi tâm pha anten Tuy nhiên trong các trường hợp

đo trên khoảng cách ngắn với cùng một loại anten có thể không cần sử dụng môhình đã trình bày ở trên

f Sai số do nhiễu xạ tín hiệu vệ tinh

Hiện tượng đa đường truyền là hiện tượng những tín hiệu vệ tinh không đếnthẳng anten máy thu mà đập vào bề mặt phản xạ xung quanh trước khi đến antenmáy thu Môi trường truyền sóng gây ra sai số nhiễu tín hiệu do chính môi trườngxung quanh máy thu Vì vậy, thời gian truyền sóng dài hơn và do đó khoảng cáchthu được khi tính toán ra cũng dài hơn thực tế Sai số này là sai số khoảng cách từ

vị trí định vị tới vệ tinh chứ không phải là sai số định vị, nó chỉ ảnh hưởng tới sai số

định vị giá trị nhỏ và có thể bỏ qua trong trường hợp không yêu cầu chính xác quácao Sai số này có hai nguồn gây ra chủ yếu:

Một là tín hiệu mà các máy thu nhận được và phát ra là các sóng vô tuyến,

do đó nhiễu từ các nguồn phát sóng ngắn quanh máy thu tạo nên ví dụ là sóng củacác đài truyền hình, sóng điện thoại di động, …

Hai là do sóng GPS phản xạ bởi các vật thể xung quanh máy thu GPS

Để khắc phục sai số này, người ta cải tiến các anten có độ nhạy cao hơn nhưcác mâm anten dạng phẳng, tròn che chắn tín hiệu phản xạ, như vậy sẽ tăng khảnăng tự lọc nhiễu Ngoài ra còn tăng cường thêm các bộ lọc trong phần mềm xử lý.Hiện nay với công nghệ Everest, máy thu đã hạn chế phần nào được các ảnh hưởngcủa hiện tượng đa đường truyền

Hình 1.18: hiện tượng đa đường truyền

g Hệ số suy giảm độ chính xác (DOP)

Do vị trí điểm quan sát được xác định bởi phép giao hội khoảng cách từcác vệ tinh, nên độ chính xác của nó phụ thuộc vào các góc giao hội, tức là phụthuộc vào đồ hình phân bố vệ tinh so với điểm quan sát Dễ hiểu là sai số vị tríđiểm giao hội sẽ lớn hơn sai số của khoảng cách giao hội Để có được sai số vịtrí điểm quan sát, ta phải đem sai số khoảng cách giao hội nhân với một hệ sốlớn hơn một Hệ số này đặc trưng cho đồ hình giao hội, tức đồ hình phân bố của

vệ tinh so với điểm quan sát, và được gọi là hệ số suy giảm độ chính xác – DOP(Dilution of Precision) Rõ ràng DOP càng nhỏ thì vị trí điểm quan sát được xácđịnh càng chính xác

Hệ số DOP tổng hợp nhất là hệ số suy giảm độ chính xác hình học-GDOP(Geometric Dilution of Precision -sai số đồ hình) vì nó đặc trưng cho cả 3 thànhphần tọa độ không gian X, Y, Z và yếu tố thời gian T Sai số vị trí có thể biểuthị bằng quan hệ sai số đo theo công thức:

Nếu ta chỉ quan tâm đến 3 thành phần tọa độ của điểm quan sát (X,

Y, Z hoặc độ vĩ, độ kinh, độ cao) thì nên dùng hệ số suy giảm độ chính xác

vị trí GDOP, còn nếu chỉ quan tâm đến hai thành phần tọa độ mặt bằng thìdùng hệ số suy giảm độ chính xác mặt bằng - HDOP (Horizontal Dilution

+ EDOP (Easting Dilution of Precision): hệ số suy giảm độ chính xáctheo hướng Đông.

Đồ hình phân bố vệ tinh được thiết kế sao cho chỉ số PDOP đạt xấp xỉ 2.5với xác xuất 90% thời gian Đồ hình phân bố vệ tinh đạt yêu cầu với chỉ sốPDOP nhỏ hơn 6

Các hệ số kể trên được máy thu tính ra theo đồ hình phân bố cụ thể củacác vệ tinh được quan sát và thông báo cho người sử dụng biết cùng các thôngtin cần thiết khác trên màn hình của máy thu

Nhìn chung cho đến nay, với tiến bộ của khoa học kỹ thuật, các nguồn sai

số nói trên đã khắc phục được một cách đáng kể, tạo được các baseline có độchính xác rất cao, các trị đo GPS cạnh dài có thể nâng được đến độ chính xác1/α = 298,2527.200 000 000

1.5 Giới thiệu một số máy GPS cầm tay và chức năng của nó

- Đo khoảng cách từ vệ tinh tới máy thu dựa vào thời gian di

Các máy thu Carier.

Hình 1.22: Máy GPS Juno

- Trọng lượng máy 110 gam

- Đo tuyệt đối: khoảng 3-7 mét

- Chuyển đổi hệ tọa độ BL-XY và ngược lại

- Chuyển đổi hệ quy chiếu từ WGS84-HN72-UTM-VN2000

+ Thu nhận và lưu trữ dữ liệu đo định vị

+ Đo vẽ bản đồ, cập nhật thông tin…

Trong nội dung đồ án tôi sẽ đi sâu vào

giới thiệu, chức năng và một số thao

tác chính của máy GPS Geo XT 2005

d Máy GeoExplorer XT2005.

Đặc tính của máy:

Hình 1.21: Máy GPS Explorist 500

+ Độ chính xác dưới 1 m với đo xử lý sau.

+Đo tĩnh 2 máy thu với độ chính xác khoảng 0,02 mét

+Đo tuyệt đối với độ chính xác khoảng 3-7 mét

+ Phần mềm điều khiển Microsoft Windows Mobile 5.0 Phần mềm GPS Terasync và các phần mềm khác

Bộ cấp điện

Sách và đĩa HDSD

Cáp nối USB

Tích hợp thiết bị vô tuyến Bluetooth

và Wlan

Máy tính cầm tay

Bàn phím

Màn hình màu TFT

nâng cấp

Khe cắm thẻ nhớ SD

Micropho ne

Bộ xử lý CPU

Bộ nhớ chính 64MB

RAM

Bộ nhớ Flash trong Dây giữ máy

Pin trong

Cổng giao tiếp và kết nối

Lo a

- Dạng hiển thị khi làm việc với menu Data:

Hình 1.28: Cấu trúc phần mềm Terasync

Chức năng Xem, hiển thị file bản đồ, bản đồ nền màn hình Làm việc với dữ liệu: tạo file mới, mở file

Chỉnh sửa, xóa bỏ, đổi tên file

Chức năng dẫn đường, tạo mới điểm

Waypoinys Thông tin về tình trạng vệ tinh

Cài đặt cấu hình Terasync

Hình 1 29: Dạng hiển thị khi làm việc với Menu Data.

Chương 2 TỔNG QUAN VỀ GIS 2.1 Giới thiệu chung về GIS

GIS (GIS – Geographic Information System) là hệ thống thông tin hệthống địa lý, nó là một nhánh của công nghệ thông tin được hình thành vàonhững năm 1960 và phát triển rộng rãi trong 10 năm trở lại đây GIS có khảnăng trợ giúp các cơ quan chính phủ, các nhà quản lý, các doanh nghiệp ,các cánhân… đánh giá được hiện trạng của quá trình, các thực thể tự nhiên , kinh tế-

xã hội thông qua các chức năng thu thập quản lý, truy vấn, phân tích và tích hợpcác thông tin được gắn với các nền bản đồ trên cơ sở tọa độ của cơ sở dữ liệuđầu vào.Một hệ thống GIS bao gồm các thành phần : con người, phần cứng,phần mềm và cơ sở dữ liệu

Hệ thống thông tin địa lý là một tập hợp các công cụ cho việc thu thập,lưu trữ, thể hiện và chuyển đổi các dữ liệu mang tính chất không gian từ thế giớithực để giải quyết các bài toán ứng dụng phục vụ cho các mục đích cụ thể Làphương pháp để hình dung, mô phỏng, phân tích và thể hiện dữ liệu không gian

GIS được hình thành từ các nghành khoa học :Địa lý,Bản đồ,Tin học vàToán học.Chỉ đến những năm 80 thì GIS mới có thể phất huy hết khả năng củamình do sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ phần cứng.Bắt đầu từ thập niên

80, GIS đã trở nên phổ biến trong các lĩnh vự thương mại , khoa học và quảnlý.GIS làm thay đổi đáng kể tốc độ mà thông tin địa lý được sản xuất ra,cập nhật

và phân phối.GIS cũng làm thay đổi phương pháp phân tích dữ liệu địa lý , hai

ưu điểm quan trọng của GIS so với bản đồ giấy là:

Dễ dàng cập nhật thông tin không gian

Tổng hợp hiệu quả nhiều tập hợp dữ liệu thành một cơ sở dữ liệu kết hợp