Nghiên cứu ứng dụng công nghệ mobile GIS và GPS trong thu thập dữ liệu không gian về đất đai

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT 3G Third-generation technology Công nghệ truyền thông thế hệ CDMA Code Division Multiple Access Đa trup cập phân chia theo mã số GPRS Gerenal Packet Radio Servi

ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

KHOA ĐỊA LÝ -*** -

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SỸ

Chuyên ngành Địa chính

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ MOBILE GIS

VÀ GPS TRONG THU THẬP DỮ LIỆU KHÔNG GIAN VỀ ĐẤT ĐAI

Học viên cao học: Nguyễn Tiến Trường Khoá: 2008 – 2010

Người hướng dẫn: PGS.TS Trần Quốc Bình

Hà Nội - 2012

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

Tính cấp thiết của đề tài 1

Mục tiêu nghiên cứu 1

Nội dung nghiên cứu 2

Phương pháp nghiên cứu 2

Kết quả đạt được 2

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 2

Bố cục của luận văn 3

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ MOBILE GIS VÀ GPS 4

1.1 Khái quát về công nghệ Mobile GIS 4

1.1.1 Khái niệm về Mobile GIS 4

1.1.2 Ứng dụng của Mobile GIS 5

1.1.3 Kiến trúc của hệ thống Mobile GIS 7

1.2 GPS và các phương pháp đo đạc bằng GPS 9

1.2.1 Cơ sở lý thuyết về Hệ thống định vị toàn cầu GPS 9

1.2.2 Phương pháp GPS phân sai 12

1.3 Mối quan hệ giữa Mobile GIS và GPS 18

1.4 Tình hình ứng dụng công nghệ Mobile GIS kết hợp GPS trong đo vẽ thành lập bản đồ 19

1.4.1 Ứng dụng trên thế giới 19

1.4.2 Ứng dụng ở Việt Nam 25

Chương 2 MỘT SỐ HỆ THỐNG THU THẬP DỮ LIỆU KHÔNG GIAN BẰNG MOBILE GIS - GPS 27

2.1 Hệ thống Mobile GIS sử dụng GPS định vị độc lập 27

2.2 Hệ thống Mobile GIS sử dụng kỹ thuật đo GPS động thời gian thực 28

2.3 Hệ thống Mobile GIS sử dụng công nghệ LODG 29

2.3.1 Khái quát về công nghệ LODG 29

2.3.2 Quy trình đo đạc địa chính bằng MGIS-LODG 31

Chương 3 THỬ NGHIỆM ỨNG DỤNG MOBILE GIS - GPS TRONG THU THẬP DỮ LIỆU KHÔNG GIAN VỀ ĐẤT ĐAI 36

3.1 Đo vẽ thành lập bản đồ địa chính đất nông nghiệp tỷ lệ 1:2000 tại xã Diễn Trường, huyện Diễn Châu, tỉnh Nghệ An bằng hệ thống MGIS-LODG 37

3.1.1 Khái quát về khu đo 37

3.1.2 Các kết quả thử nghiệm 38

3.2 Đo vẽ thành lập bản đồ địa chính đất lâm nghiệp tỷ lệ 1:10.000 tại huyện Hướng Hóa, tỉnh Quảng Trị bằng hệ thống MGIS-AP 48

3.2.1 Khái quát về khu đo 48

3.2.2 Các kết quả thử nghiệm 48

3.3 Chỉnh lý biến động phục vụ dự án GIS Huế bằng hệ thống MGIS-AP 55

3.3.1 Khái quát về khu đo 55

3.3.2 Các kết quả thử nghiệm 56

3.4 Thành lập cơ sở dữ liệu nền địa lý tỷ lệ 1:10.000 tại huyện Quế Võ, tỉnh Bắc Ninh bằng hệ thống MGIS-AP 59

3.4.1 Khái quát về khu đo 59

3.4.2 Các kết quả thử nghiệm 60

3.5 Thu thập dữ liệu địa hình khu vực ven sông Hồng phường Phú Thượng, quận Tây Hồ, thành phố Hà Nội bằng hệ thống MGIS-RTK 61

3.5.1 Khái quát về khu đo 61

3.5.2 Các kết quả thử nghiệm 61

3.5.3 Nhận xét, đánh giá 68

3.6 Đo vẽ bản đồ địa chính tỷ lệ 1:1000 tại xã An Tường, thị xã Tuyên Quang, tỉnh Tuyên Quang 70

3.6.1 Khái quát về khu đo 70

3.6.2 Các kết quả đạt được 70

3.6.3 Nhận xét, đánh giá 72

3.7 Nhận xét về khả năng ứng dụng GPS và Mobile GIS 73

KẾT LUẬN - KIẾN NGHỊ 75

TÀI LIỆU THAM KHẢO 76

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

3G Third-generation technology Công nghệ truyền thông thế hệ

CDMA Code Division Multiple Access Đa trup cập phân chia theo mã số

GPRS Gerenal Packet Radio Service Dịch vụ dữ liệu di động dạng gói GPS Global Positioning System Hệ thống định vị toàn cầu

GSM The Global System for Mobile

Communications Mạng kết nối di động toàn cầu LBS Location-based Services dịch vụ dựa trên vị trí

LODG Locally optimized diferential GPS GPS phân sai cải chính theo khu

vực MSK Minimum Shift Keying Khóa thay đổi tối thiểu

PDA Personal Digital Assistants Thiết bị số trợ giúp cá nhân PDOP Position Dilution of Precision Độ chính xác vị trí

RTK Real-Time Kinematic Đo GPS động thời gian thực

TDMA Time Division Multiple Access Đa chia cập phân chia theo thời

gian Wifi Wireless Fidelity Networks Mạng kết nối không dây

WADGPS Wide Area Differenfial GPS DGPS diện rộng

Quy phạm

2008

Quy phạm thành lập bản đồ địa chính năm 2008

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Các ứng dụng Mobile GIS và các công nghệ chính 6

Bảng 3.1 Tổng hợp kết quả đo kiểm tra trên các điểm toạ độ gốc Nhà nước 41

Bảng 3.2 Số liệu đo LODG của máy số 03 ngày 09/05/2010 42

Bảng 3.3 Đối chiếu tọa độ đo bằng LODG và bằng máy toàn đạc điện tử 45

Bảng 3.4 So sánh độ chính xác giữa kết quả đo GPS cầm tay và máy toàn đạc điện tử 51

Bảng 3.5 Kết quả một số điểm đo RTK 60

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Các thành phần của hệ thống Mobile GIS 5

Hình 1.2 Mobile GIS theo kiến trúc độc lập 8

Hình 1.3 Mobile GIS theo kiến trúc khách - chủ 8

Hình 1.4 Sơ đồ hoạt động của DGPS thời gian thực 15

Hình 1.5 GPS trong hệ thống Mobile GIS 19

Hình 1.6 Kết quả tìm đường trên Google Maps for Mobile 20

Hình 1.7 MyLocation có thể định vị người dùng chính xác tới một mức nhất định 20

Hình 1.8 Google Latitude trên iPhone 21

Hình 1.9 Các thành phần của dự án Mobile GIS phục vụ quản lý môi trường 24

Hình 1.10 Mô hình hoạt động của hệ thống quản lý xe buýt bằng GPS và GIS ở TP Hồ Chí Minh 26

Hình 2.1 Sơ đồ công nghệ giải pháp LODG 30

Hình 2.2 Quy trình công nghệ đo đạc địa chính bằng MGIS - LODG 32

Hình 2.3 Bộ thiết bị của máy động 35

Hình 3.1 Sơ đồ phân mảnh xã Diễn Trường 37

Hình 3.2 Chạy chương trình ALSE_GPS và kết nối với máy chủ 39

Hình 3.3 Bắt đầu quá trình đo và đặt tên file lưu kết quả 39

Hình 3.4 Lưu kết quả đo và đặt ghi chú điểm đo 40

Hình 3.5 Sơ đồ vị trí xã Hướng Lộc 48

Hình 3.6 Điểm đo bằng GPS cầm tay trên nền bản đồ địa chính tỷ lệ 1:2000 đo bằng phương pháp toàn đạc 51

Hình 3.7 Sơ đồ vị trí thành phố Huế 55

Hình 3.8 Thử nghiệm đo đường giao thông bằng ArcPad 57

Hình 3.9 Thử nghiệm đo các khu di tích lịch sử bằng ArcPad 58

Hình 3.10 Sơ đồ vị trí huyện Quế Võ, tỉnh Bắc Ninh 59

Hình 3.11 Kết quả đo GPS cầm tay phục vụ điều tra ngoại nghiệp thuộc dự án xây

dựng CSDL nền địa lý tỷ lệ 1:10.000 khu đo huyện Quế Võ, tỉnh Bắc Ninh 60

Hình 3.12 Sơ đồ vị trí khu đo phường Phú Thượng, quận Tây Hồ 61

Hình 3.13 Kết nối Bluetooth 62

Hình 3.14 Tạo job làm việc 63

Hình 3.15 Thiết lập kết nối tín hiệu GPS qua cổng COM 63

Hình 3.16 Đặt chế độ đo RTK trên trạm base 64

Hình 3.17 Nhập tọa độ điểm khống chế cho trạm base 65

Hình 3.18 Trạng thái Fix đủ điều kiện đo 65

Hình 3.19 Đường Âu Cơ đoạn qua phường Phú Thượng đo vẽ bằng RTK 67

Hình 3.20 Thử nghiệm đo RTK bằng GPRS với Server tại thành phố Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh 69

Hình 3.21 Sơ đồ vị trí xã An Tường, thị xã Tuyên Quang 71

Hình 3.22 Điểm đo bằng toàn đạc điện tử và vẽ sơ đồ bằng PDA 71

Hình 3.23 Các điểm đo trên PDA và ảnh chụp tại một điểm đo 72

Hình 3.24 Lập sơ đồ đo vẽ bằng ArcPad 73

MỞ ĐẦU

Tính cấp thiết của đề tài

Hiện nay, việc thành lập bản đồ địa chính, bản đồ hiện trạng và bản đồ quy hoạch sử dụng đất, hoặc bản điều tra ngoại nghiệp dùng cho thành lập cơ sở dữ liệu gặp nhiều khó khăn, chủ yếu do địa hình phức tạp, dân cư phân bố rải rác, địa vật mới xuất hiện cần bổ sung nhiều Với các dự án thành lập bản đồ địa chính tỷ lệ lớn gặp trở ngại do đối tượng dày đặc, việc lập sơ đồ và nối điểm đòi hỏi độ chính xác cao, nếu có sơ suất có thể phải đo lại Mặt khác, đối với bản đồ địa chính tỷ lệ nhỏ thì khu vực vùng ven của các thành phố thị trấn có nhiều thửa đất nông nghiệp nằm tách rời khu dân cư, để đo vẽ những thửa này đòi hỏi phải lập nhiều điểm phụ rất mất thời gian và không đảm bảo độ chính xác

Từ những thực tế trên đòi hỏi phải có những công nghệ khắc phục các yếu điểm của phương pháp đo đạc truyền thống, nhanh chóng hơn, tiết kiệm chi phí, đồng thời vẫn đảm bảo độ chính xác, và một trong những công nghệ đó là Mobile GIS

Cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ, các dịch vụ dựa trên vị trí (LBS Location-Based Services) và GIS cho thực địa ngày càng phát triển mạnh LBS kết hợp thiết bị di động cầm tay tích hợp GPS và kết nối không dây (GPRS, 3G) và phần mềm GIS Sự hội tụ này đã mở ra khả năng ứng dụng công nghệ Mobile GIS trong thu thập dữ liệu không gian Mobile GIS sẽ giải quyết được nhiều khó khăn gặp phải trong đo vẽ bản đồ và các lĩnh vực khác như phục vụ ứng dụng di động, dẫn đường, cứu hỏa, cảnh báo bão, nghiên cứu môi trường, quy hoạch đô thị và nông thôn Ưu điểm của công nghệ này trong đo vẽ thành lập bản đồ là khả năng quan sát và đối chiếu thực địa ngay trong quá trình đo vẽ, tăng độ chính xác, được cập nhật theo thời gian thực, khắc phục được nhiều vấn đề trong đo vẽ và xử lý nội nghiệp như về bình sai, nối điểm, đồng thời tiết kiệm được kinh phí Để nâng cao độ chính xác của Mobile GIS nhằm đáp ứng yêu cầu của đo đạc bản đồ phải kết hợp Mobile GIS với công nghệ GPS Do độ chính xác của từng tỷ lệ bản đồ có yêu cầu khác nhau dẫn đến phải sử dụng nhiều phương pháp đo GPS như phương pháp định vị độc lập, phương pháp RTK Mobile GIS kết hợp GPS là một bước tiến mới, một giải pháp hiệu quả về cách thức thu thập dữ liệu không gian về đất đai

Mục tiêu nghiên cứu

Đánh giá về khả năng ứng dụng công nghệ Mobile GIS và GPS trong thu thập

dữ liệu không gian về đất đai ở các tỷ lệ khác nhau trên cơ sở phân tích kết quả các thử nghiệm thực tế

Nội dung nghiên cứu

- Nghiên cứu tổng quan về công nghệ Mobile GIS và GPS;

- Nghiên cứu tìm hiểu về một số phương pháp thu thập dữ liệu không gian về đất đai bằng Mobile GIS và GPS;

- Thử nghiệm ứng dụng Mobile GIS và GPS trong thành lập bản đồ địa chính, bản đồ địa hình và bản đồ hiện trạng sử dụng đất ở một số khu vực thuộc thành phố

Hà Nội và các tỉnh Quảng Trị; Nghệ An; Bắc Ninh; Tuyên Quang Từ đó đưa ra nhận xét đánh giá về khả năng ứng dụng Mobile GIS và GPS trong thu thập dữ liệu không gian về đất đai

Phương pháp nghiên cứu

1 Phương pháp phân tích và tổng hợp tài liệu: để tìm hiểu về cơ sở khoa học của công nghệ GPS, Mobile GIS và ứng dụng của chúng trong thu thập dữ liệu không gian

2 Phương pháp so sánh: từ số liệu đo đạc bằng Mobile GIS và GPS được tiến hành

so sánh với số liệu đo đạc toàn đạc và số liệu tọa độ điểm gốc nhằm đánh giá độ chính xác của các kết quả đo đạc thử nghiệm

3 Phương pháp trắc địa vệ tinh: cung cấp dữ liệu về tọa độ, vị trí của các đối

tượng cho hệ thống Mobile GIS

4 Phương pháp quản lý dữ liệu bằng GIS: phục vụ cho việc nhập, lưu trữ và truy vấn dữ liệu không gian và thuộc tính

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

1 Nghiên cứu cách tiếp cận mới trong thu thập dữ liệu đất đai ở các tỷ lệ khác nhau bằng phương pháp sử dụng Mobile GIS và GPS nhằm từng bước áp dụng rộng rãi công nghệ này vào lĩnh vực đo đạc bản đồ và một số lĩnh vực có liên quan như quản lý môi trường, giao thông, dịch vụ xã hội,

2 Thông qua các thử nghiệm đánh giá được các ưu nhược điểm của phương pháp

sử dụng Mobile GIS và GPS so với phương pháp đo đạc truyền thống, từ đó ứng dụng linh hoạt trong từng điều kiện cụ thể

Bố cục của luận văn

Luận văn gồm 71 trang, gồm 3 chương không kể phần mở đầu, kết luận và phụ lục:

Chương 1 Tổng quan về Mobile GIS và GPS

Chương 2 Một số hệ thống thu thập dữ liệu không gian bằng Mobile GIS - GPS

Chương 3 Thử nghiệm ứng dụng Mobile GIS - GPS trong thu thập dữ liệu không gian về đất đai

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ MOBILE GIS VÀ GPS

1.1 KHÁI QUÁT VỀ CÔNG NGHỆ MOBILE GIS

1.1.1 Khái niệm về mobile GIS

Có rất nhiều lĩnh vực như đo đạc bản đồ, môi trường, giao thông, cần tới nhu cầu thu thập, sử dụng dữ liệu không gian tức thời ngay ngoài thực địa, và Mobile GIS

ra đời nhằm đáp ứng nhu cầu đó Giải pháp này có thể hợp nhất GIS, GPS và các công nghệ viễn thám cho truy cập dữ liệu không gian thông qua các thiết bị di động Việc sử dụng thiết bị Mobile GIS rất tiện lợi, người đi thực địa có thể dễ dàng mang thiết bị Mobile GIS thu thập dữ liệu vị trí và dữ liệu thuộc tính của đối tượng Với công nghệ wireless, GPRS, hay 3G, người sử dụng có thể cập nhật dữ liệu theo thời gian thực và trao đổi giữa máy chủ trung tâm quản lý dữ liệu bản đồ Một thuận lợi khác của giải pháp Mobile GIS là phần cứng của hệ thống có thể tương thích với các thiết bị GPS phục vụ mục đích đo đạc bản đồ và dẫn đường

Theo hãng ESRI, Mobile GIS là sự mở rộng của công nghệ GIS từ văn phòng tới thực địa Mobile GIS cho phép người sử dụng có thể thu thập, lưu trữ, cập nhật, phân tích và hiển thị thông tin địa lý ngay tại thực địa [20] Để làm được điều này, Mobile GIS tích hợp các kỹ thuật: hệ thống định vị toàn cầu (GPS), hệ thống thông tin địa lý (GIS), và có thể cả thiết bị truyền thông cầm tay Trong quá khứ, quá trình thu thập và biên tập dữ liệu ngoài thực địa rất tốn thời gian và gặp nhiều sai sót Dữ liệu thực địa đầu tiên được phác họa trên bản đồ giấy hoặc điền vào các phiếu điều tra thực địa Khi trở lại văn phòng, các điều chỉnh ghi nhận ngoài thực địa này được giải đoán và nhập thủ công trở lại cơ sở dữ liệu số GIS Hệ quả là dữ liệu GIS thường không được hiện hành hoặc chính xác như yêu cầu Phát triển một hệ thống Mobile GIS sẽ cho phép giải quyết được những vấn đề này vì:

1 GIS được đưa đến thực địa như là bản đồ số trên các thiết bị truyền thông cầm tay di động

2 Truy xuất tại thực địa đến nguồn dữ liệu địa lý của tổ chức và cho phép chỉnh sửa, cập nhật dữ liệu theo thời gian thực đến cơ sở dữ liệu

Mobile GIS có một tiềm năng lớn, đóng vai trò quan trọng trong các lĩnh vực liên quan đến dữ liệu không gian Ngày nay số lượng các ứng dụng của Mobile GIS

đã tăng lên nhanh chóng nhờ các công ty cá nhân, các tổ chức chính phủ và các đơn

vị đào tạo, nghiên cứu khoa học

Hình 1.1 Các thành phần của hệ thống Mobile GIS [28]

1.1.2 Ứng dụng của mobile GIS

Đối tượng sử dụng chính của Mobile GIS là những người đi điều tra thực địa trong các dự án sử dụng dữ liệu không gian như thành lập bản đồ, điều tra đất đai, nghiên cứu môi trường, và tất cả những người cần sử dụng dịch vụ định vị [28] Ví

dụ như một nhà khoa học trong vườn quốc gia có thể sử dụng GPS và thiết bị Mobile GIS để hiệu chỉnh, thêm hoặc xóa các vị trí có hệ thực vật đặc biệt, nhạy cảm Một người mua hàng có thể sử dụng điện thoại thông minh để tìm khu vực mua sắm và tìm quãng đường ngắn nhất để đi tới đó Nhân viên cảnh sát có thể sử dụng Pocket

PC để báo cáo về các vụ va chạm với vị trí chính xác và thông báo này được gửi ngay lật tức tới trung tâm xử lý thông qua mạng không dây Những ứng dụng Mobile GIS này sử dụng các công nghệ khác nhau cùng với phần mềm đi kèm và các thiết bị phần cứng Có vài cách gọi khác nhau, chẳng hạn GIS cho thực địa (field-based GIS, sau đây gọi tắt là GIS thực địa theo Pundt và Brinkkotter - Runde) [25], dịch vụ định vị vị trí (location based services - LBS, sau đây gọi tắt là GIS định vị, theo Peng và Tsou) [28], bản đồ di động (wireless GIS mapping, theo Xue và nnk) [36] và bản đồ từ xa (telecartography, theo Gartner) [24] Hiện tại, sự khác biệt của những khái niệm này phản ánh sự phức tạp của ứng dụng Mobile GIS và các quá trình có liên quan đến kết nối trong GIS

Thuật ngữ Mobile GIS được định nghĩa như là một sự hợp nhất giữa phần cứng

và phần mềm nhằm đáp ứng nhu cầu truy xuất dữ liệu không gian và các dịch vụ bằng các thiết bị di động thông qua hệ thống mạng không dây Mobile GIS bao gồm 2

Sự khác biệt chính giữa 2 lĩnh vực trên là khả năng biên tập, chỉnh sửa dữ liệu Hầu hết các ứng dụng GIS thực địa đều cần chỉnh sửa hoặc thay đổi cơ sở dữ liệu gốc hoặc thay đổi dữ liệu thuộc tính của đối tượng Dịch vụ dựa vào vị trí ít thay đổi cơ

sở dữ liệu GIS và sử dụng chúng như là bản đồ nền hoặc tham chiếu cho mục đích dẫn đường và tìm kiếm Việc thành lập bản đồ nhờ kết nối không dây của các thiết bị

di động là một phần của công nghệ Mobile GIS

Bảng 1.1 giới thiệu khái quát các thành phần công nghệ chính sử dụng trong GIS thực địa và GIS định vị cùng với các ứng dụng chính của chúng Nhìn chung, công nghệ GIS thực địa chú trọng đến các chức năng GIS thông minh, yêu cầu các thiết bị xử lý số liệu tương đối mạnh và màn hình hiển thị lớn cùng khả năng tương tác, ví dụ các thiết bị máy tính bỏ túi và máy tính bảng Hầu như các gói phần mềm GIS thực địa chỉ dựa trên nền các thiết bị phần cứng và độc lập với các thiết bị đó Ở khía cạnh khác, công nghệ LBS tập trung vào giá trị thương mại được tạo ra từ các thông tin cung cấp dịch vụ vị trí

Bảng 1.1 Các ứng dụng Mobile GIS và các công nghệ chính [28]

GIS thực

địa

Phần cứng: Pocket PC (hệ điều hành Window CE, Window Mobile); PDA (Palm OS); Table

PC (Windows XP) Phần mềm: ArcPad, MapXtend, IntelliWhere, Onsite,

Nền tảng ứng dụng: Java, Visual Basic.NET

Kết nối: Wifi, GPRS, 3G GPS: Sử dụng thiết bị có cáp tín

Ứng dụng trong quản lý môi trường và tài nguyên thiên nhiên Tìm kiếm dữ liệu địa lý

Dịch vụ cung cấp (điện, nước, gas, )

Hệ thống thành lập bản đồ và quản lý đất đai

Các dịch vụ khẩn cấp và cảnh báo rủi ro

hiệu hoặc qua bluetooth

GIS định vị

Phần cứng: Điện thoại thông minh tích hợp 2,5G; 3G hoặc các máy tính trên phương tiện giao thông Phần mềm: Các dịch vụ trực tuyến (trên nền Web) tương thích với các thiết bị di động

Nền tảng ứng dụng: Java, Visual Basic.NET

Kết nối: GPRS, 3G hoặc kết nối qua vệ tinh

GPS: Gắn kèm thiết bị di động hoặc phương tiện giao thông

Máy chủ Web: Máy chủ quản lý dữ liệu

Trợ giúp trực tiếp (tìm kiếm vị trí)

Dẫn đường cho các phương tiện giao thông (hệ thống xác định vị trí theo thời gian thực và có chức năng dẫn đường)

Dịch vụ giao dịch trong kinh doanh (trợ giúp các giao dịch kinh doanh)

Dịch vụ bản đồ

Các dịch vụ khẩn cấp

Quản lý thị trường bất động sản Các dịch vụ xã hội

1.1.3 Kiến trúc của hệ thống Mobile GIS

Mobile GIS là các ứng dụng trên máy chủ cho phép nhận, xử lý số liệu và gửi thông tin tới các khách hàng [28] Dịch vụ này nhận truy vấn từ các khách hàng (thông qua các trang web, điện thoại, máy tính bỏ túi, máy tính ) cho các mục đích thu thập và xử lý dữ liệu (ví dụ đo đạc bản đồ, tìm kiếm địa chỉ, tải dữ liệu cho một khu vực) Các lệnh xử lý, phân tích và đo vẽ bản đồ được thực hiện trên máy chủ, hoặc trong một số trường hợp được thực hiện trên các máy khách, hoặc trên cả hai Kết quả xử lý được hiển thị trên máy khách, có thể là dữ liệu bản đồ, danh sách các địa chỉ tìm kiếm hoặc file dữ liệu Mobile GIS có một số đặc điểm quan trọng:

- Luôn có khả năng linh động (bao gồm khả năng bảo mật và kết nối);

- Có thể hỗ trợ các thiết bị nhẹ, nhỏ gọn;

- Có thể hỗ trợ nhiều máy khách trong cùng một thời điểm

Dưới đây là 2 kiến trúc cơ bản của một hệ thống Mobile GIS (Hassin 2003):

1 Ứng dụng độc lập (stand-alone application): tất cả các thành phần của hệ

thống Mobile GIS được thiết lập trên thiết bị di động (là máy tính cầm tay) Dữ liệu

sẽ được thu thập và lưu trữ trên máy này, phần mềm GIS được cài đặt sẽ có chức năng hiển thị dữ liệu và thực hiện các thao tác xử lý, phân tích dữ liệu cơ bản Để thực hiện một số chức năng chuyên sâu, người ta có thể cài đặt một số phần mềm ứng

dụng chạy trên nền phần mềm Mobile GIS Đây là kiến trúc đơn giản nhất của Mobile GIS nhưng có khó khăn lớn trong chia sẻ dữ liệu và phối hợp giữa nhiều người sử dụng hoạt động đồng thời trong hệ thống Ngoài ra, dung lượng dữ liệu bị hạn chế bởi bộ nhớ của thiết bị di động

Hình 1.2 Mobile GIS theo kiến trúc độc lập

2 Kiến trúc khách - chủ (client - server): khác với kiến trúc độc lập, trong kiểu

kiến trúc này dữ liệu được lưu trữ trên một máy chủ riêng biệt Dó đó, hệ thống sẽ có khả năng phục vụ cho nhiều người sử dụng đồng thời cập nhật, khai thác dữ liệu Ngoài ra, sẽ không có hạn chế về dung lượng dữ liệu Tuy nhiên, khi triển khai hệ thống theo kiến trúc này sẽ phải thiết lập hạ tầng mạng để kết nối thiết bị di động với máy chủ

Hình 1.3 Mobile GIS theo kiến trúc khách - chủ

Phần mềm GIS

Dữ liệu

Phần mềm ứng dụng

Phần mềm GIS

Dữ liệu

Phần mềm ứng dụng

Phần mềm GIS

Dữ liệu

Phần mềm ứng dụng Máy chủ

(dữ liệu)

Trong kiến trúc khách - chủ, để chuyển tải dữ liệu giữa thiết bị cầm tay và máy chủ cần sử dụng kết nối không dây Có 2 giải pháp cho kết nối không dây thường được sử dụng cho Mobile GIS là: truyền thông vô tuyến và truyền thông di động

- Truyền thông vô tuyến truyền các tín hiệu qua không trung và không gian sử dụng sóng radio, microwave và các tần số hồng ngoại Truyền sóng vô tuyến qua kênh radio và Wireless LAN là hai loại truyền thông vô tuyến phổ biến

- Truyền thông di động cho phép kết nối dữ liệu thông qua máy tính hoặc thiết

bị di động mà không cần kết nối vật lý thông qua hai kỹ thuật TDMA (Time Division Multiple Access) và CDMA (Code Division Multiple Access) [10] CDMA sử dụng các kỹ thuật quang phổ dải rộng, trong đó các bit dữ liệu ở mỗi lần trao đổi được mã hóa và truyền đồng thời với các lần trao đổi khác TDMA là kỹ thuật khe thời gian trong đó mỗi thiết bị trên mạng được cho một khe thời gian cụ thể để truyền dữ liệu Hiện nay chuẩn GSM (The Global System for Mobile Communications) sử dụng kỹ thuật TDMA được phát triển mạnh ở nhiều nước, một số quốc gia sử dụng GSM từ 850Mhz đến 1900Mhz [35] (hệ thống GSM phụ thuộc vào tần số) GSM hỗ trợ tốc độ truyền dữ liệu lớn nhất không quá 14,4 Kb/s Chuẩn thế hệ thứ 2 này đã trở nên phổ biến và được phát triển thêm như General Packet Radio Service (GPRS), chuẩn này

có thể truyền dữ liệu tới 48 Kb/s Khi nâng cấp hệ thống 2G lên 2.5G có thể tăng tốc

độ lên 384 Kb/s Hiện nay chuẩn 3G đã cho phép tải dữ liệu với tốc độ tới 14,4 Mb/s Các thiết bị di động cầm tay là hạt nhân của một hệ thống Mobile GIS Hiện nay, các thiết bị cầm tay đã có cấu hình tương đối mạnh (tốc độ chip trên điện thoại đạt tới 2x1,2Ghz, bộ nhớ RAM 1Gb) và đi kèm là hệ điều hành mới (Window Phone

7, Window Mobile 6.5, WindowCE, Android, iOS, ), đồng thời thiết bị cũng được tích hợp Wifi, 3G (phổ biến là HSPDA 3,6 hoặc HSPDA 7,2) và GPS (ví dụ chip SiRF Star III)

1.2 GPS VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO ĐẠC BẰNG GPS

1.2.1 Cơ sở lý thuyết về Hệ thống định vị toàn cầu GPS

Phương pháp định vị tuyệt đối và định vị tương đối

Hệ thống định vị toàn cầu GPS bao gồm ba bộ phận: vệ tinh, hệ thống điều khiển và người sử dụng [9] Mỗi vệ tinh GPS phát ra hai tần số vô tuyến phục vụ mục đích định vị: L1 trên tần số 1575,42MHz và L2 trên tần số 1227,6MHz (nay có thêm các tần số L1C, L2C và L5) Song tải (sóng mang - carrier phase) ở các tần số này được điều biến bởi hai mã giả ngẫu nhiên là C/A-code và P-code (hay Y-code) và thông báo định vị (Navigation message) [2] Mỗi vệ tinh GPS có 1 đồng hồ nguyên tử

rất chính xác Các đồng hồ này xung nhịp với tần số f0 = 10.23MHz là tần số cơ bản

để tạo ra tín hiệu phát đi từ vệ tinh [2] Hệ thống điều khiển (control system) bao gồm các trạm giám sát (monitor) và trạm điều khiển trung tâm Hệ thống điều khiển có chức năng hiển thị sự hoạt động của vệ tinh, xác định quỹ đạo của chúng, theo dõi các đồng hồ nguyên tử và truyền các thông báo cần phổ biến lên các vệ tinh Bộ phận người sử dụng bao gồm tất cả mọi người sử dụng với các máy thu Máy thu tiếp nhận tín hiệu từ vệ tinh theo mã (code) hoặc pha (phase) của sóng mang (hoặc cả hai) Bằng cách so sánh tín hiệu đến từ vệ tinh và mã phát ghi trong máy thu có thể xác định được khoảng cách (cự ly) từ tâm ăng-ten máy thu đến vệ tinh Khi có cự ly tới 4

vệ tinh có tọa độ xác định (theo các tham số quỹ đạo) thì máy thu có thể xác định được tọa độ không gian của nó Kỹ thuật xác định tọa độ tuyệt đối của một điểm mặt đất như vậy gọi là kỹ thuật "giả cự ly" (pseudo range technique) Kỹ thuật này được

t - thời gian truyền sóng từ vệ tinh tới máy thu

t - số hiệu chỉnh thời gian

Công thức trên có thể được viết dưới dạng:

Trong đó:

P - trị đo giả cự ly;

∆t, ∆T - sai số đồng hồ máy thu GPS và sai số đồng hồ của vệ tinh;

∆atm - sai số do ảnh hưởng của khí quyển;

∆ - tập hợp các sai số khác;

Kết hợp các phương trình đo dạng (1.1) hoặc (1.2) ta có hệ thống phương trình

sai số có 4 ẩn số là t, x p, y p, z p trong đó x s , y s , z s là tọa độ vệ tinh có trong thông báo

định vị, t được xác định theo đồng hồ vệ tinh và máy thu theo mã C/A, c là hằng số

tốc độ truyền sóng điện từ Theo kỹ thuật này, chúng ta có thể xác định tọa độ với độ

2 2

2

)(

)(

)(x s x p y s y p z s z p t

c t

2 2

2

) (

) (

) ( xs  xp  ys  yp  zs  zp

chính xác khoảng 5-15m Tọa độ tuyệt đối với độ chính xác 10m của hệ thống GPS chỉ dùng để đáp ứng 2 mục đích:

- Dẫn đường (định vị cho các đối tượng chuyển động như tàu biển, máy bay );

- Cung cấp tọa độ gần đúng cho phương pháp đo tọa độ tương đối GPS

Khác với định vị tuyệt đối bằng mã C/A, phương pháp định vị tương đối bằng

kỹ thuật đo pha GPS có độ chính xác cao hơn hẳn Nguyên lý đo pha là xác định pha của sóng mang L1 (với máy thu 1 tần số) hay L1 và L2 (với máy thu 2 tần số)

s (ts) - pha của sóng tại thời điểm từ khi vệ tinh bắt đầu phát tín hiệu;

p (t) - pha của sóng tại thời điểm từ khi máy thu nhận được tín hiệu;

Ns p - số nguyên lần bước sóng

Từ công thức trên ta suy ra:

(t) = s (t) – (f/c)S s p – p (t) + N s p (1.6) Kết hợp các thành phần của vế phải công thức (1.6) có thể biểu diễn dưới dạng:

tinh)

s

p (t) - thành phần sai số do cả vệ tinh và máy thu gây ra không phụ thuộc thời

gian (chủ yếu là s

(t 0) - p (t 0 ) + N s p, trong đó t0 là thời điểm bắt đầu đo)

Công thức (1.7) là công thức cơ bản để lập phương trình đo trong kỹ thuật đo pha GPS Điều quan trọng nhất là phải tổ hợp các trị đo sao cho khử được các thành

phần hệ thống p(t), s(t) và p

1.2.2 Phương pháp GPS phân sai (Differential GPS - DGPS)

Nếu cần phải xác định tọa độ trong lúc chuyển động với độ chính xác cao thì có thể sử dụng phương pháp định vị phân sai (differential) tương đối Ý tưởng là dùng một máy thu đặt tại một điểm đã biết tọa độ sử dụng làm điểm tham chiếu (máy base) Số liệu đo của máy thu này được sử dụng để tính sai số (số cải chính) rồi chuyển tới máy động (máy rover) để hiệu chỉnh kết quả đo ở máy này Kết quả là các sai số sẽ giảm đi một cách đáng kể Một số thử nghiệm DGPS tại thành phố Hồ Chí Minh cho sai số từ 1,2m đến 2,3m [3]

1.2.2.1 Các nguồn sai số ảnh hưởng đến độ chính xác DGPS

Trong đo GPS, các nguồn sai số chính bao gồm:

- Sai số do chế độ SA (Selective Availability):

Là sai số nhân tạo do chủ ý của Bộ Quốc phòng Mỹ đưa vào tín hiệu vệ tinh GPS nhằm mục đích bảo mật trong quân sự Ảnh hưởng của sai số SA đến kết quả định vị thay đổi tuỳ theo ý định chủ quan của người tạo ra SA Thông thường sai số này có giá trị khoảng 30 m

Từ năm 2000, sai số SA đã không còn có trong tín hiệu GPS nữa

- Sự trễ tín hiệu do ảnh hưởng của tầng điện ly (ionosphere) trong khí quyển

(Ionospheric delays)

Tầng điện ly trong khí quyển là lớp khí quyển có độ cao trên 50km Sóng điện

từ đi qua tầng điện ly bị tán xạ gây nên sự trễ tín hiệu Ảnh hưởng của sự trễ tín hiệu này thông thường khoảng 20 - 30m vào ban ngày và 3 - 6m vào ban đêm

Sự trễ tín hiệu do ảnh hưởng của tầng điện ly của tín hiệu từ một vệ tinh GPS đến hai máy thu GPS có khoảng cách nhỏ (dưới 40km) là tương đối giống nhau; do

có thể coi môi trường điện ly ở hai máy thu GPS là như nhau Khi khoảng cách giữa các máy thu GPS càng xa thì sai số do trễ tín hiệu cũng tăng lên

Để giảm bớt sai số do trễ tín hiệu, vệ tinh GPS phát đi các hệ số mô hình hoá tầng điện ly để tính ảnh hưởng của sự trễ tín hiệu Tuy vậy, các mô hình khí quyển

cũng chỉ là gần đúng, do vậy vẫn tồn tại sự trễ tín hiệu do ảnh hưởng của tầng điện ly Một đặc tính quan trọng là ảnh hưởng của tầng điện ly tỷ lệ nghịch với bình phương của tần số sóng điện từ Do vậy, sử dụng máy thu GPS hai tần số sẽ tính được ảnh hưởng của tầng điện ly

- Sự trễ tín hiệu do ảnh hưởng chiết quang của tầng đối lưu (tropospheric delays):

Tầng đối lưu là lớp khí quyển dưới tầng điện ly Do ảnh hưởng của tính chất khúc xạ của sóng điện từ khi truyền qua môi trường khí quyển không đồng nhất mà sinh ra hiện tượng trễ tín hiệu GPS Hệ số chiết quang trung bình của tầng đối lưu là 1.0030, song do ảnh hưởng của nhiệt độ, độ ẩm và áp suất khác nhau, hệ số này luôn thay đổi gây nên sự không đồng nhất trong môi trường truyền sóng

Ảnh hưởng của tầng đối lưu đến sai số do trễ tín hiệu GPS phụ thuộc vào độ cao của vệ tinh tính bằng góc (Elevation angle) Đối với vệ tinh thấp dưới 30o, sai số do tầng đối lưu có thể lên tới 30m, độ cao của vệ tinh càng lớn, sai số này càng giảm dần Sự khác nhau về hệ số chiết quang của các vùng khác nhau có thể tạo ra sự khác nhau về độ trễ tín hiệu giữa hai máy thu GPS tới 1 - 3m

Sai số do ảnh hưởng của tầng đối lưu có thể hạn chế bằng cách đặt góc ngưỡng cao lớn khi thu tín hiệu GPS và sử dụng các mô hình khí quyển thích hợp

- Sai số quỹ đạo vệ tinh (Ephemeris error):

Mỗi vệ tinh GPS, theo thiết kế, chuyển động theo một quỹ đạo nhất định Nhưng do nhiều yếu tố kỹ thuật, các vệ tinh không thể bay đúng hoàn toàn theo quỹ đạo thiết kế Do vậy, quỹ đạo vệ tinh (lịch vệ tinh) được thông báo trong tín hiệu vệ tinh sẽ không trùng hoàn toàn với quỹ đạo thực tế của vệ tinh Sai số quỹ đạo vệ tinh

là sự chênh lệch giữa toạ độ thực tế của vệ tinh với toạ độ được tính theo lịch vệ tinh

dự đoán Lịch vệ tinh hàng ngày được hiệu chỉnh ít nhất một lần

Sai số do quỹ đạo vệ tinh nói chung khá nhỏ, dưới 3m

- Sai số đồng hồ vệ tinh:

Là độ lệch về giờ thật của đồng hồ vệ tinh so với giờ thông báo trong tín hiệu vệ tinh Các máy định vị GPS phải căn cứ vào giờ vệ tinh thông báo và giờ theo đồng hồ máy thu GPS để định vị (tính giả cự ly), vì vậy sai số đồng hồ vệ tinh sẽ gây nên sai

số xác định giả cự ly, tức là gây nên sai số định vị

Đồng hồ vệ tinh cũng luôn được hiệu chỉnh bằng tín hiệu phát đi từ trạm điều khiển

- Sai số đồng hồ máy thu GPS:

Sai số này cũng tương tự như sai số đồng hồ vệ tinh Sai số đồng hồ của máy thu GPS tạo nên sai số tính giả cự ly, tức là tạo nên sai số định vị của các máy thu GPS

- Sai số do ảnh hưởng của hiện tượng đa tuyến (Multipath):

Hiện tượng đa tuyến là hiện tượng phản xạ tín hiệu GPS từ mặt đất tới ăngten máy thu GPS khi góc ngưỡng cao của vệ tinh nhỏ Hiện tượng này có thể tránh được khi loại bỏ các vệ tinh có góc ngưỡng cao nhỏ (nhỏ hơn 10o

- 15o) và sử dụng ăngten

có đĩa che tia phản xạ (ăngten chokering)

- Độ chính xác do ảnh hưởng của đồ hình vệ tinh (sự suy giảm độ chính xác):

Độ chính xác định vị bằng GPS phụ thuộc vào vị trí hình học tương quan giữa các vệ tinh với máy thu GPS Chỉ số đánh giá sự phân bố đều vị trí tương quan của các vệ tinh với máy thu GPS được gọi là sự suy giảm độ chính xác (DOP) Chỉ số DOP càng cao thì độ chính xác càng thấp Giá trị tốt nhất của DOP là nhỏ hơn 2,5 Giá trị cho phép thường là nhỏ hơn 6

Tất cả các sai số trên đều được gọi chung là phân sai trong kỹ thuật DGPS Kỹ thuật cải chính phân sai GPS là nhằm loại bỏ hoặc giảm thiểu các sai số nêu trên Các nguồn sai số bị triệt tiêu (loại bỏ) khi sử dụng kỹ thuật DGPS là các loại sai số không phụ thuộc vào vị trí của máy thu GPS trên mặt đất (ảnh hưởng hoàn toàn giống nhau đối với tất cả các máy thu GPS ở các vị trí khác nhau) các nguồn sai số này bao gồm: sai số SA, sai số đồng hồ vệ tinh

Về lý thuyết thì ảnh hưởng của các nguồn sai số khác đến kết quả định vị của các máy thu GPS đặt gần trạm base là xấp xỉ nhau và có giá trị chênh lệch khoảng 10

- 15cm Khi khoảng cách từ máy GPS động đến trạm base lớn (50 - 500km) thì ảnh hưởng của các loại sai số tại trạm tĩnh và tại trạm GPS động là khác nhau Nguyên lý của DGPS là tính phân sai tại trạm base và lấy đó làm số liệu cải chính kết quả định

vị tại các trạm GPS động Khi máy GPS động ở xa trạm base, sai số lý thuyết của phương pháp DGPS là khoảng 1 - 5m Giá trị này phụ thuộc vào chất lượng kỹ thuật của thiết bị tại trạm base và máy thu GPS động

1.2.2.2 Các giải pháp kỹ thuật cải chính phân sai trị đo GPS (DGPS)

Trong phương pháp đo DGPS, việc cải chính phân sai có thể thực hiện bằng một trong hai phương pháp sau đây:

- Phương pháp cải chính toạ độ: theo phương pháp này số cải chính phân sai là hiệu số toạ độ (hiệu kinh độ, vĩ độ và độ cao: ∆B, ∆L và ∆H) đã biết và toạ độ tính

được theo trị đo GPS tại trạm base

Số cải chính phân sai tính theo phương pháp cải chính toạ độ chỉ đúng khi cả hai máy base và rover cùng thu tín hiệu tới cùng một nhóm vệ tinh Nếu vệ tinh thu được khác nhau thì số cải chính không những không làm giảm mà còn có thể làm tăng sai

số cho kết quả đo ở máy rover

- Phương pháp cải chính cự ly: số cải chính phân sai là hiệu khoảng cách thật từ

vệ tinh tới máy thu và giả cự ly đo được tại trạm base

Tuỳ theo cách xử lý, ta có 2 phương pháp tính số cải chính phân sai DGPS:

- Phương pháp DGPS xử lý sau (Post processing): theo phương pháp này, số

liệu đồng thời thu tín hiệu các vệ tinh giống nhau, trong cùng một khoảng thời gian tại trạm base và trạm rover được lưu lại và số cải chính phân sai cùng với toạ độ đã

được cải chính phân sai của trạm rover được tính toán sau khi đo xong

- Phương pháp DGPS thời gian thực (Realtime DGPS): theo phương pháp này

tại trạm base số cải chính phân sai liên tục được tính toán và được truyền tới các máy rover thông qua các thiết bị truyền thông Các máy thu GPS rover đồng thời thu tín hiệu từ vệ tinh GPS và tín hiệu cải chính phân sai phát từ trạm base để tính ra toạ độ chính xác (đã được cải chính phân sai) Sơ đồ hoạt động của phương pháp Realtime DGPS được mô tả trong hình 1.4

Hình 1.4 Sơ đồ hoạt động của DGPS thời gian thực

Cấu hình thiết bị tối thiểu của phương pháp Realtime DGPS gồm 3 phần chính:

- Máy thu GPS base

- Thiết bị truyền tin thu và phát (Datalink)

- Máy thu GPS rover

Hoạt động của máy GPS Monitoring tại trạm Beacon Control có thể mô tả như sau:

Máy thu GPS IM (Integrity Monitor GPS receiver) được tích hợp một máy thu GPS và máy thu tín hiệu cải chính phân sai, ăng-ten của máy thu GPS IM được đặt tại một điểm đã biết toạ độ gần trạm Beacon Control Bản thân máy thu GPS IM, khi đó hoạt động như là một máy GPS động: đồng thời thu tín hiệu từ vệ tinh GPS và tín hiệu cải chính phân sai phát từ trạm Beacon Control Từ tín hiệu vệ tinh và tín hiệu cải chính phân sai thu được, máy thu GPS IM tính ra toạ độ đã được cải chính phân sai So sánh toạ độ đã được cải chính phân sai với toạ độ đã biết tại điểm đặt ăng-ten của máy thu GPS IM, sẽ đánh giá được sai số của tín hiệu cải chính phân sai phát đi

từ trạm Beacon Control

b Phương pháp DGPS diện rộng (WADGPS)

Các trạm Beacon Control thường chỉ có tầm phủ sóng khoảng 500km Các trạm này được xây dựng trên đất liền, do đó không phủ sóng đến vùng biển xa hoặc vùng

bị địa hình, địa vật che khuất Trong trường hợp này, nếu nâng tầm hoạt động của trạm Beacon Control lên trên 500km thì độ chính xác cải chính phân sai bị giảm rất lớn Để khắc phục nhược điểm này của các trạm Beacon Control, người ta áp dụng phương pháp DGPS diện rộng - WADGPS (Wide Area Differenfial GPS) Về nguyên

lý phương pháp WADGPS không khác với phương pháp MSK - Beacon DGPS Sự khác nhau giữa hai phương pháp này là phương thức truyền tín hiệu cải chính phân sai Phương thức truyền tin tới các máy thu GPS động trong phương pháp DGPS diện rộng là truyền tin gián tiếp thông qua vệ tinh truyền thông (Communication Satellite), gọi là Inmarsat Satellite Các máy GPS động nằm trong tầm nhìn của vệ

tinh truyền thông đều nhận được tín hiệu cải chính phân sai Khi sử dụng nhiều vệ tinh truyền thông với quỹ đạo khác nhau thì có thể truyền tín hiệu trên phạm vi toàn cầu Tuy vậy, tầm hoạt động của hệ thống WADGPS không vì thế mà có thể đảm bảo trên phạm vi toàn cầu Việc sử dụng vệ tinh chỉ nhằm mục đích truyền thông, còn độ chính xác thì phụ thuộc vào các trạm GPS cố định (Reference GPS Station) trong hệ thống WADGPS Vì vậy, để đảm bảo độ chính xác, người ta vẫn phải bố trí các trạm GPS cố định đủ mật độ Ưu việt của phương pháp này là các trạm GPS cố định đơn giản hơn nhiều so với các trạm Beacon DGPS Do tín hiệu cải chính phân sai được phát thông qua vệ tinh, tại các trạm này không cần ăngten phát như các trạm DGPS Chu trình hoạt động của hệ thống WADGPS có thể tóm tắt như sau:

Trạm Reference WADGPS thu tín hiệu từ vệ tinh GPS, tính ra số cải chính phân sai và truyền tới trung tâm kiểm tra Tại đây, số liệu cải chính phân sai được kiểm tra,

xử lý và truyền tới vệ tinh truyền thông Vệ tinh truyền thông truyền tải lại số liệu cải chính phân sai tới các máy GPS động trên mặt đất Sử dụng tín hiệu thu được từ vệ tinh GPS và số liệu cải chính phân sai thu được từ vệ tinh truyền thông Inmarsat, máy thu GPS động tính ra vị trí chính xác đã được cải chính phân sai

Mỗi hệ thống WADGPS gồm nhiều trạm Reference, một vài Trung tâm kiểm tra

và khoảng 3 - 4 vệ tinh truyền thông

Hiện nay, có 3 hệ thống WADGPS: Hệ thống Omnistar và Starfix của hãng Fugro và hệ thống Skyfix của hãng Racal

Hệ thống Starfix gồm 60 trạm Reference được bố trí thành 3 vùng trên toàn cầu,

3 trạm kiểm tra và 4 vệ tinh truyền thông đảm bảo phủ sóng từ 70o

vĩ độ Nam tới 70o

vĩ độ Bắc, tầm hoạt động là 2000 km Hệ thống Omnistar thực chất là hệ thống Starfix nhưng chỉ hoạt động ở ven biển và trên đất liền

Hệ thống Skyfix có cấu tạo, độ chính xác và tầm hoạt động tương tự như hệ thống Starfix

c Kỹ thuật DGPS truyền thông dải tần số cao UHF hoặc VHF

Kỹ thuật DGPS truyền thông dải tần số cao UHF hoặc VHF chỉ khác các công nghệ DGPS khác ở kỹ thuật thu phát sóng

Đối với dải tần UHF các gói tín hiệu theo chuẩn RTCM SC 104 từ máy thu DGPS RS được modem của máy phát Radio Link điều biến trong dải tần sóng mang

từ 420MHz đến 470MHz Còn đối với dải tần VHF, dải tần sóng mang là từ 140 MHz đến 180MHz

Hệ thống DGPS truyền thông dải tần số cao UHF hoặc VHF bao gồm 3 thành

Độ chính xác của kỹ thuật DGPS sử dụng dải tần số UHF và VHF hoàn toàn phụ thuộc vào chất lượng của các thiết bị định vị DGPS và phương pháp cải chính phân sai (Real-time DGPS hoặc RTK) Độ chính xác cải chính phân sai sử dụng phương pháp Real-time DGPS đạt khoảng 1-3m, đối với phương pháp RTK khoảng 20cm [8]

1.3 MỐI QUAN HỆ GIỮA MOBILE GIS VÀ GPS

Theo các định nghĩa trên thì GPS được coi là một thành phần của hệ thống Mobile GIS GPS mang đến cuộc cách mạng cho GIS, đáp ứng nhu cầu về vị trí theo thời gian thực và thông tin thực địa [16] Thiết bị thu GPS trong hệ thống Mobile GIS thường sử dụng phương pháp định vị độc lập Độ chính xác thấp của GPS sử dụng trong đa số các hệ thống Mobile GIS so với các phương pháp đo đạc truyền thống chỉ

là vấn đề có tính tương đối [19] Để nâng cao độ chính xác có thể sử dụng các thiết bị định vị như Trimble GeoExplorer GeoXT (có hỗ trợ tính năng DGPS) với phần mềm ArcPad và phần mềm nâng cao độ chính xác GPS xử lý sau Ngoài ra có thể sử dụng phần mềm loại bỏ các điểm GPS có sai số lớn và nội suy từ những điểm trước đó (ví

dụ MMGPS) [26] Phần mềm ArcPad thường được sử dụng cho Mobile GIS ArcPad cung cấp bản đồ, GIS và tích hợp GPS hoặc DGPS cho người sử dụng thông qua thiết

bị di động [19]

Với GPS được tích hợp, ArcPad sẽ hiển thị vị trí hiện tại trên bản đồ theo thời gian thực [19] Máy thu GPS hỗ trợ 4 giao thức truyền tín hiệu: NMEA 0183 (National Marine Electronics Association); TSIP (Trimble Standard Interface Protocol); DeLorme Earth binary protocol; Rockwell PLGR GPS binary protocol Phần mềm tự động lưu tọa độ GPS dưới định dạng shapefile ở dạng điểm, dạng đường hay dạng vùng và có thể được mở trực tiếp bằng phần mềm GIS khác Tất cả

dữ liệu GPS được ghi dưới dạng “track log” Người sử dụng cũng có thể thu thập dữ

liệu thuộc tính đi kèm tọa độ GPS và lưu trữ trong shapefile tương tự

Hệ thống định vị toàn cầu được sử dụng trong 2 ứng dụng khác nhau của Mobile GIS: ứng dụng thứ nhất dựa vào vị trí cung cấp thông tin địa lý (hình học và thuộc tính) thông qua các thiết bị di động, hệ thống GPS là thành phần cung cấp vị trí không gian, ứng dụng thứ hai dựa trên khảo sát thực địa trong đó GPS được sử dụng như công cụ thu thập dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính của đối tượng địa lý, việc sử dụng GPS trong đo đạc thành lập bản đồ thuộc ứng dụng thứ hai

Hình 1.5 GPS trong hệ thống Mobile GIS [28]

1.4 TÌNH HÌNH ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ MOBILE GIS KẾT HỢP GPS TRONG ĐO VẼ THÀNH LẬP BẢN ĐỒ

1.4.1 Ứng dụng trên thế giới

1.4.1.1 Hệ thống Google Maps

Google Maps ban đầu là dịch vụ bản đồ trực tuyến của Google [12] Bắt đầu hoạt động từ 2005, Google Maps tập hợp hình ảnh từ nhiều nguồn cung ứng ảnh vệ tinh, tạo thành một bản đồ hoàn chỉnh chi tiết đến mức các trục đường giao thông của thế giới Ngoài ra, Google Maps còn cung cấp chức năng tìm đường cho người dùng Google Maps cho phép người dùng thêm, chỉnh sửa thông tin thuộc tính và hình học trên bản đồ, đính kèm ảnh chụp mô tả Người sử dụng trở thành người cung cấp, đóng

góp thông tin (đa phần là chính xác, và được Google kiểm tra, nếu không chính xác

sẽ được gỡ bỏ) góp phần làm cho Google Maps ngày càng phát triển

Năm 2006, Google giới thiệu Google Maps for Mobile được viết trên nền Java Khi chạy trên các thiết bị hỗ trợ GPS, Google Maps có khả năng xác định vị trí của người dùng trên bản đồ và cung cấp hầu hết các chức năng có trên Web như chuyển đổi giữa bản đồ và hình ảnh vệ tinh, tìm đường, tìm địa điểm

Hình 1.6 Kết quả tìm đường trên Google Maps for Mobile

Năm 2007, Google tích hợp My Location™ vào Google Maps for Mobile My Location cho phép xác định vị trí của người dùng mà không cần thiết bị phải có GPS Bằng cơ sở dữ liệu vị trí các trạm thu, phát của mình, cộng với cường độ tín hiệu nhận được từ trạm, ứng dụng có thể suy ra khoảng cách của người dùng tới trạm và xác định vị trí của người dùng

Hình 1.7 MyLocation có thể định vị người dùng chính xác tới một mức nhất định

Năm 2008, Google bắt đầu phát triển các phiên bản Google Maps cho các hệ điều hành di động khác nhau nhằm mục đích cải thiện tốc độ so với phiên bản Java Tới nay, ngoài phiên bản Java, Google Maps đã có các phiên bản cho các hệ điều hành khác nhau như Android, iPhone, Windows Mobile, Symbian/UIQ, BlackBerry

OS, Palm OS

Ngoài ứng dụng cho Mobile, Google còn cung cấp một phần ứng dụng trên GIS

và LBS để người dùng có thể tự phát triển thêm các chức năng mới Google cho phép người dùng sử dụng hầu hết các yếu tố tạo thành cơ sở dữ liệu của mình như hình ảnh, bản đồ, dữ liệu đường phố và tọa độ vị trí Dựa trên giao diện lập trình ứng dụng Google Maps API đã có khá nhiều ứng dụng được phát triển thêm Một số là biên tập chỉnh sửa dữ liệu của Google với các nguồn khác để so sánh, một số là các ứng dụng

mở rộng chức năng như Wikimapia - cho phép người dùng đánh dấu các địa danh quanh mình

Có thể nói Google Maps là ứng dụng địa lý có quy mô lớn nhất hiện nay Tuy nhiên Google Maps có một số hạn chế: dữ liệu đường phố chỉ có ở một số quốc gia xác định nên chức năng tìm đường và một số chức năng liên quan chỉ hoạt động ở các quốc gia này; Việt Nam hiện chỉ có tên đường chứ chưa có thông tin đường (chất liệu trải mặt, độ rộng, v.v.) trên Google Maps nên chức năng tìm đường bị hạn chế Một

số khu vực đô thị ở Việt Nam ảnh vệ tinh tương đối rõ nên có thể phục vụ cho các ứng dụng khảo sát thực địa Trong giai đoạn khảo sát của dự án “Xây dựng quy trình vận hành liên hồ chứa trên sông Ba” Google Maps rất hữu ích cho việc xác định các mặt cắt ngang đo sâu và tìm đường xuống bờ sông

Hình 1.8 Google Latitude trên iPhone

Gần đây, ngoài Google Maps, Google còn triển khai Google Latitude - dịch vụ cho phép người dùng chia sẻ vị trí và theo dõi vị trí của bạn bè mọi lúc mọi nơi Google Latitude định danh người dùng bằng Google Account nên ngoài khả năng định vị người dùng khi sử dụng thiết bị di động như Google Maps, Google Account còn có thể định vị người dùng khi sử dụng PC bằng GeoIP (vị trí địa lý địa chỉ Internet)

Thiết bị của người dùng chọn được theo dõi liên tục cập nhật vị trí của mình với server của Google Vì vị trí của người dùng là vấn đề riêng tư nên Google cho phép người dùng kiểm soát cụ thể ai có thể biết mình ở đâu và vào lúc nào

Tương tự Google Latitude, các dịch vụ LBS như FindMe, Sniff, The GRID, MaxMind, cho thiết bị di động đang thu được rất nhiều người sử dụng, các dịch vụ này giúp người dùng thông qua mạng xã hội như Facebook, Twitter để liên kết bạn bè trong việc mua sắm, vui chơi, giải trí, chia sẻ thông tin, tìm kiếm bạn bè

1.4.1.1 Ứng dụng Mobile GIS để quản lý đất giáo dục ở Đài Loan

Phần mềm SuperPad được lựa chọn bởi cơ quan giáo dục đào tạo ở Đài Loan để thu thập và đo đạc đất đai cho ngành giáo dục [31] Những thửa đất được quản lý bằng công nghệ GIS Bộ Giáo dục Đài Loan có 5643 bất động sản bao gồm các tòa nhà hoặc kho lưu trữ Tổng giá trị tài sản ước tính 60 tỷ USD Những thửa đất này trước kia chưa được quản lý tốt trong một thời gian dài Từ đó, người ta đặt kế hoạch

sử dụng công nghệ Mobile GIS để đảm bảo độ chính xác của dữ liệu địa chính và quản lý cơ sở dữ liệu có hiệu quả Với công nghệ này dữ liệu thửa đất không chỉ được thu thập, đo đạc và quản lý tốt mà còn tăng doanh thu cho ngành

Ứng dụng công nghệ Mobile GIS, người khảo sát có thể truy cập cơ sở dữ liệu địa chính dễ dàng thông qua các thiết bị cầm tay GIS và công nghệ GPS tích hợp giúp người dùng tạo mới, biên tập và truy vấn cơ sở dữ liệu trong khi khảo sát và còn cho phép tải kết quả đo đạc lên cơ sở dữ liệu thông qua quá trình đồng bộ hóa

Hệ thống dựa trên Mobile GIS cho phép quản lý khoảng 887535 m2 đất cho ngành giáo dục ở Đài Loan, hệ thống này đảm bảo tính hiệu quả và độ chính xác của

cơ sở dữ liệu địa chính, làm tăng khả năng sử dụng của đất và giúp đỡ sự phát triển của ngành giáo dục

1.4.1.2 Ứng dụng Mobile GIS trong thu thập dữ liệu địa chính ở Ghana

Ở Ghana, đo đạc địa chính được thực hiện bởi cơ quan khảo sát của Chính phủ,

tổ chức bản đồ quốc gia, trong khi thông tin thuộc tính của các thửa đất trên bản đồ được thu thập bởi văn phòng đăng ký đất đai, nơi cấp giấy chứng nhận quyền sở hữu

thửa đất Hai khối dữ liệu này được gộp vào cơ sở dữ liệu trung ương và lưu trữ [19] Cùng với sự phát triển của WebGIS, sự xuất hiện của Mobile GIS mang lại khả năng thu thập dữ liệu và lưu giữ dữ liệu thuộc tính Một khía cạnh của hệ thông tin địa lý là những lợi ích từ việc cung cấp thông tin địa chính, đặc biệt ở những khu vực mới xuất hiện, có giá trị Dự án đã thiết kế hệ thống Mobile GIS phù hợp với việc xây dựng và cập nhật cơ sở dữ liệu địa chính với các bước như sau [19]:

- Phân tích khả năng có thể cho biên tập, cập nhật và trao đổi dữ liệu địa chính trực tuyến trên môi trường Mobile GIS và lựa chọn giải pháp thích hợp nhất cho từng nhiệm vụ

- Phát triển các công nghệ hiện đại cho việc biên tập, cập nhật, trao đổi dữ liệu thông qua Mobile GIS

- Thiết kế và cung cấp các giao thức dựa trên các ý tưởng mới và sau đó thử nghiệm hiệu quả và khả năng

Ý tưởng của quá trình thử nghiệm là xây dựng một website, khi truy cập mọi người có thể tải về phần khách hàng và thử nghiệm các dịch vụ công Để dịch vụ trở nên hữu ích hơn, dự án sẽ phát triển hệ thống mã nguồn mở cho cả phần máy chủ và máy khách, đồng thời tạo hệ thống theo chuẩn OGC (Open Geospatial Consortium) Hiện tại các lớp cơ sở dữ liệu đã sử dụng phần mềm mã nguồn mở (PostGIS) Mặc dù

dữ liệu trên máy chủ vẫn chạy trên các phần mềm của các hãng Microsoft và ESRI (ArcPad, IIS và ASP), nhưng thời gian tới hệ thống sẽ được viết trên JavaScript và như vậy có thể dễ dàng triển khai trên các nền tảng khác nhau [19]

1.4.1.3 Hệ thống Mobile GIS trong y học tại Foothills Hospital, Calgary, Canada

Hệ thống giám sát để theo dõi y tế và cấp cứu bằng cách sử dụng RFID (Radio Frequency Identification Tags - Công nghệ nhận dạng tần số vô tuyến) và Wifi là một

dự án nghiên cứu của phòng thí nghiệm SPARCS, Đại học Calgary, Canada với mục tiêu là hỗ trợ theo dõi của cả nhân viên máy tính và nhân viên y tế [27]

Mỗi nhà cung cấp dịch vụ chăm sóc sức khỏe để ra quyết định chính xác cần thông tin từ nhiều nguồn khác nhau, lượng thông tin này gấp 50 lần lượng thông tin

có sẵn Vấn đề đặt ra là phải có phương pháp thu thập, tìm kiếm thông tin đến đúng người và vào đúng thời điểm Sự tích hợp công nghệ GIS, GPS, cảm biến từ xa, mạng không dây, máy ảnh thông minh và Internet đã giúp đạt được mục tiêu này

Dịch vụ chăm sóc sức khỏe hàng ngày đã sử dụng 3 công nghệ:

- Công nghệ nhận dạng tần số vô tuyến (Radio Frequency Identification Tags - RFID), bao gồm thiết bị phần cứng có khả năng theo dõi các thiết bị và con người

- Hệ thống định vị thời gian thực (Real-time Location Systems - RTLS) cho phép hiển thị ngay lập tức và đáp ứng nhanh chóng các cuộc gọi khẩn cấp

- Hệ thống mạng Wifi (Wireless Fidelity Networks)

Y tế hiện đại có thể đáp ứng nhiều trường hợp khẩn cấp và nâng cao chất lượng chăm sóc sức khỏe bệnh nhân bằng cách sử dụng công nghệ không dây và GIS Điều này sẽ giúp cải thiện chất lượng cuộc sống cho người dân trong tương lai gần

1.4.1.4 Tích hợp Mobile GIS và kết nối không dây với máy chủ dữ liệu bản đồ

phục vụ quản lý môi trường

Rất nhiều vấn đề về môi trường và giám sát môi trường sống cần việc đo đạc bản đồ thời gian thực và thông tin định vị chính xác [28] Những nhiệm vụ này nếu

sử dụng công nghệ đo đạc bản đồ và GIS truyền thống sẽ tốn nhiều thời gian và khó thực hiện, vì gặp phải hạn chế của máy tính để bàn và công nghệ kết nối có dây Một giải pháp phù hợp là chọn lựa hệ thống Mobile GIS, hệ thống này có thể tích hợp GIS, GPS và viễn thám cho khả năng thu thập dữ liệu không gian thông qua các thiết

bị di động

Hình 1.9 Các thành phần của dự án Mobile GIS phục vụ quản lý môi trường [28]

Dự án đã ứng dụng một thiết kế di động, máy chủ kết nối không dây trên nền web tích hợp với Pocket PC và máy thu GPS, hỗ trợ GIS thời gian thực và khả năng phân tích viễn thám ngay tại thực địa Viễn thám di động, thu thập dữ liệu GIS và các

phương pháp phân tích cung cấp giải pháp thân thiện, dễ tương tác cho phép các nhân viên kiểm lâm và quản lý tài nguyên truy cập và phân tích sự thay đổi lớp phủ thực vật ngoài thực địa

1.4.2 Ứng dụng ở Việt Nam

Ứng dụng phổ biến nhất của Mobile GIS ở Việt Nam là các hệ thống tìm kiếm

vị trí, địa chỉ trên cơ sở dữ liệu bản đồ, tuy nhiên đa phần là dữ liệu bản đồ có sẵn trong máy, chưa được cập nhật, chỉnh sửa trên server Các trang tìm kiếm dữ liệu không gian chưa nhiều, và còn ít chức năng (ví dụ như trang web basao.com.vn)

1.4.2.1 Hệ thống dẫn đường bằng vệ tinh

Hệ thống dẫn đường bằng vệ tinh là dịch vụ của công ty Vietmap Để thực hiện chức năng dẫn đường, hệ thống này được tích hợp bản đồ số của địa phương dẫn đường cho người sử dụng Hiện tại, hệ thống dữ liệu bản đồ số của Vietmap đã có đủ cho 63 tỉnh thành của cả nước

Sau khi thiết bị có nguồn dữ liệu của những địa phương đã được cài đặt, chỉ cần xác định điểm đến, phần mềm của thiết bị sẽ xác định lộ trình ngay từ vị trí của thiết bị Phần mềm giúp người sử dụng dễ dàng tìm ra địa chỉ gần nhất của các điểm cần đến: cơ quan hành chính, trụ sở công an, bệnh viện, trường học, chợ, siêu thị, hệ thống ATM, nhà hàng - khách sạn, trạm xăng, chỗ đậu xe, trung tâm thương mại, Ngoài những địa chỉ cố định có trong phần mềm, người sử dụng có thể bổ sung thêm những địa chỉ mới mà chính người sử dụng đó cần tới thường xuyên để làm nguồn dữ liệu riêng cho cá nhân

Hệ thống còn có chức năng mô phỏng lộ trình đường đi trước khi khởi hành để người sử dụng lựa chọn theo thông tin tuyến đường: có thường xuyên tắc đường hay không, có cấm đường tạm thời, thi công đường,

1.4.2.2 Ứng dụng GPS và GIS phục vụ công tác quản lý xe buýt trên địa bàn

thành phố Hồ Chí Minh

Module di động trang bị trên xe gồm nhiều thành phần: các thiết bị, cảm biến thu thập dữ liệu, các thiết bị hiển thị cung cấp thông tin hay cảnh báo, thiết bị báo tin khẩn cấp và bộ tập trung dữ liệu (data logger) giao tiếp với trung tâm điều hành Các thiết bị định vị và cảm biến sẽ tự động thu thập thông tin và lưu trữ ở bộ nhớ, bộ điều khiển tập trung dữ liệu sẽ truy xuất bộ nhớ khi nhận các yêu cầu từ trung tâm điều hành để gửi dữ liệu thu thập về trung tâm hoặc hiển thị thông tin cho hành khách

hoặc gửi cảnh báo đến tài xế xe buýt,

Hình 1.10 Mô hình hoạt động của hệ thống quản lý xe buýt

bằng GPS và GIS ở TP Hồ Chí Minh [14]

Chương 2 MỘT SỐ HỆ THỐNG THU THẬP

DỮ LIỆU KHÔNG GIAN BẰNG MOBILE GIS - GPS

2.1 HỆ THỐNG MOBILE GIS SỬ DỤNG GPS ĐỊNH VỊ ĐỘC LẬP (MGIS-AP) Theo quy phạm đo vẽ thành lập bản đồ địa chính [4] thì sai số trung bình vị trí các điểm trên ranh giới thửa đất biểu thị trên bản đồ địa chính số tại khu vực đô thị so với vị trí của điểm khống chế đo vẽ (hoặc điểm khống chế ảnh ngoại nghiệp) gần nhất không được vượt quá 5cm đối với tỷ lệ 1:200, 7cm đối với tỷ lệ 1:500, 15cm đối với

tỷ lệ 1:1000, 30cm đối với tỷ lệ 1:2000, 150cm đối với tỷ lệ 1:5000, và 300cm đối với

tỷ lệ 1:10000 Đối với khu vực đất ở nông thôn, các sai số trên được phép tăng thêm 1.5 lần, đối với khu vực đất nông nghiệp được phép tăng 2 lần

Hiện tại các thiết bị GPS định vị độc lập cho độ chính xác từ 3-15m, như vậy đối với đo đạc địa chính thì phương pháp định vị độc lập hoặc Mobile GIS có thể sử dụng được ở tỷ lệ 1:10.000, và trong một số trường hợp cả tỷ lệ 1:5000 Các tỷ lệ đo

vẽ khác đòi hỏi độ chính xác cao hơn cần dùng các thiết bị thu và công nghệ GPS chính xác hơn

Trong thực tế, khi đo vẽ bản đồ địa chính đất lâm nghiệp tỷ lệ 1:10.000 người

ta có thể sử dụng máy GPS cầm tay với các chức năng GIS đơn giản để đo đạc các khu vực mới xuất hiện, không giải đoán được qua ảnh vệ tinh Trước khi đi thực địa dùng phần mềm (ví dụ như phần mềm Planning của hãng Trimble) để tìm thời điểm

có nhiều vệ tinh, đồng thời cũng căn cứ vào bản đồ ảnh để xác định sơ đồ đo vẽ Số liệu đo sau khi được trút vào máy tính sẽ được đưa lên bản đồ số trên phần mềm Microstation hoặc AutoCAD Trong trường hợp có dữ liệu bản đồ nền (basemap) của khu vực đo vẽ thì sẽ trợ giúp cho việc xác định chính xác hơn vị trí cần đo vẽ Quy trình thực hiện gồm các bước sau:

Bước 1: Công tác chuẩn bị, xem lịch vệ tinh để bố trí thời gian đo, xác định khu

vực đo vẽ trên bản đồ ảnh hàng không Cài đặt bản đồ nền (nếu có) vào máy GPS

Bước 2: Đo các đỉnh thửa, điền các thông tin cần thiết như ghi chú điểm (các

điểm có thể chuyển vẽ sơ họa lên bình đồ ảnh), thông tin về thửa đất, thông tin về chủ

sử dụng

Bước 3: Trút số liệu, chuyển lên bản đồ số và tiến hành nối điểm

Bước 4: Kiểm tra diện tích và các thông tin thuộc tính

Các công việc trên sẽ được thực hiện thuận lợi hơn nếu có các thiết bị di động tích hợp GPS, GPRS, 3G và phần mềm Mobile GIS ArcPad Hệ thống này có nhiều

ưu điểm so với hệ thống sử dụng GPS cầm tay có chức năng bản đồ đơn giản, đó là: người đo có thể nối điểm và biên tập sơ bộ bản đồ trực tiếp ngay ngoài thực địa, từ đó

có thể phát hiện và chỉnh sửa, bổ sung thông tin ngay tại chỗ; các thông tin thuộc tính được gán trực tiếp cho đối tượng bằng các khuôn mẫu (form) định sẵn chứ không cần ghi trên giấy,

Do đặc điểm khu vực thành lập bản đồ địa chính đất lâm nghiệp thường khó khăn, địa hình núi cao nên không có sóng di động, các hình thức kết nối bị hạn chế nên chỉ sử dụng được phần mềm ArcPad để đo vẽ trực tiếp trên PDA File *.apm được tạo trên ArcMap chứa các Feature Dataset với các thuộc tính cần thiết cho việc quy chủ thửa đất Ví dụ các trường thuộc tính: số hiệu thửa, họ tên, số CMND, tên vợ (chồng), địa chỉ thửa đất (xứ đồng, xóm, thôn ); ngày đo vẽ, ảnh thửa đất

2.2 HỆ THỐNG MOBILE GIS SỬ DỤNG KỸ THUẬT ĐO GPS ĐỘNG THỜI GIAN THỰC (RTK)

Ở tỷ lệ bản đồ địa chính 1:5000 và 1:2000, sai số cho phép của vị trí đỉnh thửa không quá 1,5m (1:5000) và 0.3m (1:2000) [4] nên kỹ thuật định vị độc lập không sử dụng được vì không đáp ứng được yêu cầu về độ chính xác Trong trường hợp này,

kỹ thuật đo RTK được sử dụng để nâng cao độ chính xác, đồng thời đảm bảo quá trình đo nhanh Tuy nhiên giá thành của các thiết bị RTK thường khá lớn, và đòi hỏi nhiều yêu cầu hơn so với phương pháp đo đạc bằng máy toàn đạc điện tử Do đặc thù của GPS là phải thu được tín hiệu vệ tinh nên không phải vị trí nào, thời điểm nào cũng đo được nên trong khu vực dân cư, nhất là khu vực đô thị có nhiều vị trí không

đo được bằng phương pháp RTK Thông thường, khu vực đất nông nghiệp sẽ thích hợp cho đo đạc bằng RTK

Phương pháp đo động thời gian thực cho độ chính xác khoảng vài cm (tùy thuộc vào độ chính xác của máy đo), máy động rover sẽ nhận tín hiệu cải chính từ máy base để xử lý các sai số do khí quyển, đồng hồ vệ tinh, do hiện tượng đa tuyến, nhằm giảm sai số đến mức thấp nhất Do máy rover thường đi kèm với bộ điều khiển

là máy tính cầm tay (PDA) cài hệ điều hành Windows Mobile nên ta có thể sử dụng phần mềm Mobile GIS như ArcPad để đo vẽ trực tiếp

Quy trình thực hiện:

Bước 1: Công tác chuẩn bị (xem lịch vệ tinh, sạc pin máy base, rover, sổ tay, ắcquy, cài chương trình ArcPad trên sổ tay, copy file *.apm được tạo từ ArcMap chứa

bản đồ nền (basemap) khu vực cần đo vẽ)

Bước 2: Thiết lập trạm base: Đặt trạm base ở điểm đã biết tọa độ (thường đặt trên điểm GPS hạng III hoặc điểm lưới đo vẽ địa chính), chuyển chế độ đo của máy base về RTK, kết nối trạm base với bộ phát tín hiệu radio, kết nối bộ điều khiển và đặt các thông số về project, kinh vĩ độ, múi chiếu, tọa độ trạm base, kênh radio

Bước 3: Kết nối bộ điều khiển với máy rover, nếu tín hiệu sóng radio nháy đều và hiển thị kênh thì có thể bắt đầu đo Trước tiên ta thử bằng phần mềm đi kèm theo máy RTK, nếu máy rover fix được điểm tọa độ thì chuyển sang ArcPad để bắt đầu đo vẽ Bước 4: Thiết lập các thông số trong ArcPad về cổng kết nối COM, tốc độ truyền dữ liệu với máy rover, có thể xem trên bản đồ nền hoặc kết hợp với máy định

2.3 HỆ THỐNG MOBILE GIS SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ LODG (MGIS-LODG)

2.3.1 Khái quát về công nghệ LODG

LODG (Locally Optimized Differential GPS) là giải pháp công nghệ GPS định

vị điểm chính xác (Precise Point Positioning - PPP) mới nhất ở Mỹ, đã được phát triển và sử dụng trên thế giới, đây là công nghệ GPS đo động theo thời gian thực [8] Công nghệ này sử dụng hệ thống vệ tinh phối hợp với các trạm tham chiếu địa phương hoạt động liên tục (Continuously Operating Reference Station - CORS) tại các điểm đã biết tọa độ và máy đo di động kết nối với trạm xử lý trung tâm thông qua mạng viễn thông, cho phép đo tọa độ các điểm độ chính xác cao với thời gian ngắn Nếu như các công nghệ trước đây số liệu đo đạc phải đem về văn phòng xử lý, thiết

bị đo cồng kềnh thì với công nghệ LODG số liệu được xử lý ngay tại hiện trường bằng máy đo gọn, nhẹ đeo trên người Ứng dụng công nghệ này sẽ tiết kiệm thời gian

và kinh phí xây dựng lưới khống chế trắc địa, tăng hiệu quả công tác đo vẽ chi tiết ngoại nghiệp, đỡ tốn kém về mặt kinh phí mà vẫn đạt yêu cầu về chất lượng, giúp cho việc đo đạc được nhanh chóng hơn

Hình 2.1 Sơ đồ công nghệ giải pháp LODG [8]

Ở Việt Nam LODG được Công ty Đo đạc địa chính Tiên Phong ALSE và Công

ty Đo đạc Ảnh địa hình triển khai ứng dụng từ đầu năm 2009 Để chuyển đổi về hệ tọa độ địa phương (VN2000), các tham số chuyển đổi tọa độ được tính dựa trên việc

đo trùng trên điểm tọa độ biết trước (điểm địa chính cơ sở) có trong khu đo Hệ thống như vậy đảm bảo cho phép thu được tọa độ có độ chính xác 3cm với thời gian đo khoảng 30 - 40 giây tại vị trí bất kỳ trong vùng phủ của CON (CORS Optimized Network - mạng lưới tối ưu hóa CORS) nếu trong điều kiện quan trắc vệ tinh cho phép (PDOP, GDOP<5)

Tháng 9 năm 2009, Cục Đo đạc và Bản đồ Việt nam đã tổ chức đo kiểm tra thẩm định độ chính xác công nghệ LODG và có báo cáo công nhận khả năng ứng dụng công nghệ LODG, trên cơ sở đó Bộ Tài nguyên và Môi trường đã ra công văn

số 4659/BTNMT-ĐĐBĐVN cho phép triển khai áp dụng LODG trong công tác đo vẽ bản đồ địa chính, bản đồ địa hình tại các khu vực thích hợp [8] So với các phương

pháp đo đạc hiện đại, LODG có các tính năng ưu viê ̣t như:

- Không cần phát triển mạng lưới địa chính, lưới kinh vĩ, lưới trạm đo

- Độ chính xác cao (3cm) theo thờ i gian thực

- Thống nhất độ chính xác trên toàn lưới CORS

- Không lệ thuô ̣c vào khoảng cách giữa các tra ̣m

- Do sử du ̣ng GPRS nên không nảy sinh vấn đề sóng rad io bi ̣ ha ̣n chế bởi khoảng cách, chướng nga ̣i vâ ̣t, và nhiễu sóng

- Băng thông truyền dữ liê ̣u nhỏ nên không bi ̣ nghẽn ma ̣ch khi nhiều máy đo hoạt đô ̣ng cùng lúc

- Hệ thống lưới CORS tự vâ ̣n hành, không cần người kiểm soát

- Khả năng kiểm soát khu vực đo và tất cả các máy đo LODG đang hoa ̣t đô ̣ng trong ma ̣ng lưới LODG nhằm xác đi ̣nh thời gian sử du ̣ng , đi ̣nh giá di ̣ch vu ̣, và định biên khu vực cần đo

2.3.2 Quy trình đo đạc địa chính bằng MGIS-LODG

Quy trình công nghệ đo đạc địa chính bằng MGIS-LODG được trình bày trên hình 2.2

a Xây dựng các trạm CORS

LODG sử dụng những tra ̣m tham chiếu GPS đặt cố định ở những điểm có tọa độ

đã biết (CORS) bố trí tại địa phương để xác định rõ các tham số ảnh hưởng đến kết quả đo GPS như : đồng hồ vệ tinh , quỹ đạo vệ tinh , tầng điê ̣n ly và tầng đối lưu của khí quyển Bằng cách cải thiện các tham số của mô hình khí quyển , nó xử lý nhiễu và cung cấp tín hiê ̣u chỉnh lý cho các máy đo di đô ̣ng tại các địa điểm nằ m trong ma ̣ng lưới CORS Kết quả là các máy đo (2 tần số) thu được to ̣a đô ̣ không gian ba chiều trong thời gian thực Các vị trí tương quan và khoảng cách giữa các tra ̣m CORS xác định chu vi của CON (CORS Optimized Network) Chi tiết kỹ thuật trong phạm vi phủ sóng và độ chính xác định vị từ máy động (rover) phụ thuô ̣c vào kích thước (khu vực) của CON và mật độ của tra ̣m CORS ta ̣o ra nó Ví dụ, muốn kết quả đo cho đô ̣ chính xác tới cm thì số lượng trạm CORS cần nhiều hơn so với khi yêu cầu đô ̣ chính xác dm Tọa độ được đo trong khoảng thời gian 30 giây và được lưu trữ trong thiết bị cầm tay đi kèm Các thiết bị cầm tay này sẽ tự động chuyển đổi các to ̣a đô ̣ thu được từ CORS sang hê ̣ to ̣a đô ̣ VN 2000 rồi hiển thị và lưu la ̣i các kết quả Khu vực CON đươ ̣c khoanh vùng bởi phần mềm Fencing của ALSE nhằm cung cấp quyền sử du ̣ng

hơ ̣p pháp và xác định khu vực địa lý mà máy đo có thể hoa ̣t đô ̣ng

Chuẩn bị, khảo sát, lập thiết kế kỹ thuật - dự toán

Lập mô tả ranh giới, mốc giới thửa đất

Đo vẽ chi tiết thửa đất bằng LODG, đo toàn đạc,

thước thép ở khu vực ẩn khuất

Thu thập thông tin sử dụng đất

Thành lập bản đồ gốc số trên máy tính

Biên tập bản đồ địa chính theo đơn vị hành chính cấp xã

Kê khai lập hồ sơ đăng ký cấp mới, cấp đổi giấy

CNQSDĐ, lập hồ sơ địa chính

Hình 2.2 Quy trình công nghệ đo đạc địa chính bằng MGIS - LODG

Trong những khu vực có tín hiê ̣u GPS kém dẫn đến các chỉ số GDOP /PDOP có giá trị cao, hệ thống sẽ cho kết quả trực tiếp từ vê ̣ tinh , và như vậy độ chính xác sẽ bi ̣ giảm rõ rệt Trong những trường hợp như vậy , để duy trì đô ̣ chính xác cao , bắt buộc phải thiết lập các điểm offset gần nhất (là các điểm có GDOP /PDOP phù hợp) tới các điểm cần đo Sau đó, dùng các phương pháp đo đạc truyền thống để chuyển các tọa

độ của các điểm offset qua các điểm cần đo

Một tra ̣m CORS bao gồm các phần:

- Ăng-ten GNSS: là thế hệ ăng -ten đờ i mới nhất có khả năng thu nhâ ̣n tín hiê ̣u từ các hê ̣ vê ̣ tinh khác nhau như GPS, GPS+, GLONASS, GALILEO, và COMPASS

- GNSS DF Receiver : là máy thu tín hiệu đa tần có khả năng thu nhận tín hiệu từ các hê ̣ vê ̣ tinh như GPS, GPS+ của Mỹ và GLONASS của Nga

- Các điểm gốc tọa độ cấp cao để bố trí các trạm CORS Trong hệ thống LODG không cần xây dựng lưới khống chế tọa độ cấp thấp nên chi phí cho hạng mục này được giảm đi một cách đáng kể

- Trạm xử lý trung tâm GPC và bộ phần mềm GNSS -LODG chuyên dụng nhằm cung cấp số liê ̣u điều chỉnh và cho phép đạt đô ̣ chính xác ở mức centimet, phù hợp với yêu cầu đo đa ̣c đi ̣a chính trong thời gian thực

Trong một thử nghiệm của Bộ Tài nguyên và Môi trường, 5 trạm tham chiếu CORS đã được thiết kế và xây dựng ở tỉnh Thanh Hóa (xã Trường Lâm, Triệu Dương của huyện Tĩnh Gia, xã Công Bình của huyện Nông Cống) và tỉnh Nghệ An (xã Quỳnh Hồng, Quỳnh Châu của huyện Quỳnh Lưu) tạo thành một lưới CON có tầm hoạt động khoảng 5585km Các trạm CORS này đảm bảo cho việc đo đạc ứng dụng LODG tại các huyện Tĩnh Gia (Thanh Hóa), Quỳnh Lưu và Diễn Châu (Nghệ An) LODG hoạt động trên cơ sở sử dụng số cải chính thời gian thực vào tọa độ thu được từ các thiết bị đo tại điểm cần đo tọa độ Việc truyền số liệu cải chính thời gian thực từ trung tâm xử lý đến các máy động rover được thực hiện qua mạng điện thoại

di động Các tra ̣m CORS liên tục truyền dữ liệu về trung tâm xử lý GPS của ALSE

đă ̣t tại Trung tâm dữ liệu của Viettel , Thành phố Hồ Chí Minh Trung tâm xử lý này

sử dụng phần mềm chuyên dụng để tính toán tối ưu các dữ liê ̣u trong khu vực CON, đồng thời truyền số liệu hiê ̣u chỉnh theo thời gian thực cho các máy đo đã đăng ký sử dụng Phần mềm Fencing sẽ xác đi ̣nh ID của từng máy đo , quyền vận hành hợp pháp ,

và thời hạn hoạt động Dữ liệu thu được sẽ nhập vào trong phần mềm và hệ thống LODG kiểm soát hoạt động trong các dự án tùy theo người sử dụng Số cải chính là kết quả xử lý số liệu quan trắc tín hiệu vệ tinh GPS từ 5 trạm CORS

b Cấu hình trạm đo CORS