Ứng dụng công nghệ GNSS RTK trong thành lập bản đổ địa chính tỉ lệ 1:1000 khu vực đất sản xuất nông nghiệp xã Xuân Quang, huyện Tam Nông, tỉnh Phú Thọ

MỤC LỤC Trang phụ bìa Lời cam đoan Mục lục Danh mục các kỳ hiệu, các chữ viết tắt Danh mục các bảng Danh mục các hình vẽ, đồ thị LỜI CAM ĐOAN 1 MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN BẢN ĐỒ ĐỊA CHÍNH 3 1.1.Bản đồ địa chính 3 1.1.1.Khái niệm bản đồ địa chính 3 1.1.2.Mục đích, yêu cầu thành lập bản đồ địa chính 4 1.1.3.Các yếu tố cơ bản của bản đồ địa chính 4 1.1.4.Nội dung của bản đồ địa chính. 6 1.1.5.Cơ sở toán học của bản đồ địa chính 7 1.1.6.Yêu cầu độ chính xác của bản đồ địa chính 11 1.1.7.Ký hiệu bản đồ địa chính 13 1.2.Khái quát quy trình công nghệ thành lập bản đồ địa chính 14 1.2.1.Các phương pháp thành lập bản đồ địa chính 14 1.2.2.Quy trình thành lập bản đồ địa chính bằng phương pháp đo vẽ trực tiếp ở thực địa 16 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN HỆ THỐNG GNSS VÀ CÔNG NGHỆ GNSS RTK 17 2.1. Tổng quan hệ thống GNSS 17 2.1.1. Các hệ thống GNSS cơ bản 18 2.1.2. Tín hiệu và dữ liệu 23 2.1.3. Tọa độ và hệ quy chiếu 29 2.1.4. Các nguồn sai số xác định vị trí 31 2.1.5. Các phương pháp đo GNSS 36 2.2. Công nghệ GNSS RTK 37 2.2.1. Khái niệm GNSS RTK 37 2.2.2. Kỹ thuật đo GNSS RTK 38 2.2.3. Thiết bị đo GNSS RTK 39 2.2.4. Ưu, nhược điểm của kỹ thuật đo GNSS RTK 40 2.2.5. Khả năng ứng dụng công nghệ GNSS RTK trong đo đạc 40 Chương 3: THỰC NGHIỆM 42 3.1. Khái quát khu đo 42 3.1.1. Đặc điểm điều kiện tự nhiên 42 3.1.2. Đặc điểm kinh tế xã hội 43 3.1.3. Hiện trạng tư liệu hiện có 44 3.1.4. Thuận lợi, khó khăn 45 3.2. Quy trình thực nghiệm 46 3.2.1. Xây dựng lưới khống chế bằng công nghệ GNSS đo tĩnh (Static) 46 3.2.2. Xác định ranh giới mốc giới 52 3.2.3. Đo đạc bằng công nghệ GNSS RTK 53 3.2.4. Phun điểm, số hóa bản đồ 76 3.2.5. Số hóa, biên tập bản đồ 78 3.2.6. Bản đồ hoàn chỉnh 86 3.2.7. Ưu việt của công nghệ GNSS RTK so với công nghệ truyền thống. 87 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 88 TÀI LIỆU THAM KHẢO 90

LỜI CAM ĐOAN

Trong đồ án này đã có sự tham khảo các tài liệu trong nước và ngoài nước, đã được ghi chú, chú thích đầy đủ Tôi xin đảm bảo đây là kết quả của quá trình nghiên cứu do chính bản thân tôi thực hiện

Hà Nội, ngày 5 tháng 6 năm 2015

Tác giả đồ án Trần Văn Trình

Trang phụ bìa

Lời cam đoan

Mục lục

Danh mục các kỳ hiệu, các chữ viết tắt

Danh mục các bảng

Danh mục các hình vẽ, đồ thị

LỜI CAM ĐOAN 1

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN BẢN ĐỒ ĐỊA CHÍNH 3

1.1.Bản đồ địa chính 3

1.1.1.Khái niệm bản đồ địa chính 3

1.1.2.Mục đích, yêu cầu thành lập bản đồ địa chính 4

1.1.3.Các yếu tố cơ bản của bản đồ địa chính 4

1.1.4.Nội dung của bản đồ địa chính 6

1.1.5.Cơ sở toán học của bản đồ địa chính 7

1.1.6.Yêu cầu độ chính xác của bản đồ địa chính 11

1.1.7.Ký hiệu bản đồ địa chính 13

1.2.Khái quát quy trình công nghệ thành lập bản đồ địa chính 14

1.2.1.Các phương pháp thành lập bản đồ địa chính 14

1.2.2.Quy trình thành lập bản đồ địa chính bằng phương pháp đo vẽ trực tiếp ở thực địa 16

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN HỆ THỐNG GNSS VÀ CÔNG NGHỆ GNSS RTK 17

2.1 Tổng quan hệ thống GNSS 17

2.1.1 Các hệ thống GNSS cơ bản 18

2.1.2 Tín hiệu và dữ liệu 23

2.1.3 Tọa độ và hệ quy chiếu 29

2.1.4 Các nguồn sai số xác định vị trí 31

2.1.5 Các phương pháp đo GNSS 36

2.2 Công nghệ GNSS RTK 37

2.2.1 Khái niệm GNSS RTK 37

2.2.2 Kỹ thuật đo GNSS RTK 38

2.2.3 Thiết bị đo GNSS RTK 39

2.2.4 Ưu, nhược điểm của kỹ thuật đo GNSS RTK 40

2.2.5 Khả năng ứng dụng công nghệ GNSS RTK trong đo đạc 40

Chương 3: THỰC NGHIỆM 42

3.1 Khái quát khu đo 42

3.1.1 Đặc điểm điều kiện tự nhiên 42

3.1.2 Đặc điểm kinh tế xã hội 43

3.1.3 Hiện trạng tư liệu hiện có 44

3.1.4 Thuận lợi, khó khăn 45

3.2 Quy trình thực nghiệm 46

3.2.1 Xây dựng lưới khống chế bằng công nghệ GNSS đo tĩnh (Static) 46

3.2.2 Xác định ranh giới mốc giới 52

3.2.3 Đo đạc bằng công nghệ GNSS RTK 53

3.2.4 Phun điểm, số hóa bản đồ 76

3.2.5 Số hóa, biên tập bản đồ 78

3.2.6 Bản đồ hoàn chỉnh 86

3.2.7 Ưu việt của công nghệ GNSS RTK so với công nghệ truyền thống 87

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 88

TÀI LIỆU THAM KHẢO 90

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT, KÝ HIỆU TIẾNG ANH

GNSS (Global Navigation Satellite

System)

Hệ thống vệ tinh dẫn đường

GPS (Global Positioning System) Hệ thống định vị của Mỹ

GLONASS (Global Navigation

Satellite Systems Real time Kinematic)

WGS 84 (World Geodetic System

1984)

Base

Rover

BĐĐC

UTM (Universal Tranverse Mercator)

MEO (Medium Earth Orbit)

QZSS (Quasi-Zenith Satellite System)

IRNSS (Indian Regional Navigation

Satellite System)

DORRIS (Doppler Orbitography and

Radiopostioning Integrated by Satelite)

PRARE (Precise Range And

Range-Rate Equipment)

PDOP( Position Dilution of Precision)

TDOP( Positional Dilution of

Precision)

HDOP( Horizontal Dilution of

Precision)

V DOP (Vertical Dilution of Precision)

G DOP (Geometric Dilution of

Precision)

Hệ thống định vị của Châu Âu

Hệ thống định vị của Trung Quốc

Hệ tọa độ quốc gia của ViệtNamĐịnh vị động thời gian thực

Hệ trắc địa quốc tế

Trạm độngTrạm tĩnhBản đồ địa chínhThời gian quốc tế phối hợpQuỹ đạo trung bình

Chỉ số phân tán độ chính xác về thời gianChỉ số phân tán độ chính xác về hình học

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1: Các đại lượng đặc trưng của song điện từ 23

Bảng 2.2: Thông số kỹ thuật WGS – 84 29

Bảng 2.3: Nguồn lỗi và biện pháp khắc phục 34

Bảng 3.1: Bảng kê tọa độ lưới 50

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Quy trình công nghệ thành lập bản đồ bằng phương pháp đo vẽ trực tiếp

ngoài thực địa 15

Hình 2.1: Phương pháp GNSS RTK thu tín hiệu hệ thống GNSS 16

Hình 2.2: Hệ thống GPS 17

Hình 2.3: Các vệ tinh hệ thống GLONASS 18

Hình 2.4: Quỹ đạo vệ tinh QZSS 20

Hình 2.5: Sơ đồ hoạt động của hệ thống DORIS 21

Hình 2.6: Trạm anten hệ thống PRARE 22

Hình 2.7: Các nguồn sai số xác định vị trí 30

Hình 2.8: Sai số do quỹ đạo vệ tinh 31

Hình 2.9: Khoảng cách từ vệ tinh đến máy thu GPS 33

Hình 2.10: phương pháp đo GNSS RTK 37

Hình 3.1: Cài đặt trạm Base 53

Hình 3.2 :Đo đạc thực nghiệm khu vực đất sản xuất 68

Hình 3.3: Kiểm tra kết quả đo GNSS RTK và đo bằng máy toàn đạc 69

Hình 3.4: Tọa độ các điểm hiển thị ngay trên màn hình làm việc máy cầm tay Qmini 69

đo động xử lý tức thời đã định vị độ chính xác cao có thể ứng dụng trong Trắc Địa Bản Đồ

-Công tác đo đạc bản đồ địa chính hiện nay chủ yếu bằng phương pháp toànđạc điện tử, tuy nhiên phương pháp này chỉ áp dụng cho một khu vực nhỏ, gặpnhiều khó khăn trong đo đạc trong khu vực rừng núi, đất sản xuất nông nghiệp doyêu cầu thông hướng Không hiệu quả bằng phương pháp GNSS RTK khi do đấtsản xuất nông nghiệp trong điều kiện bị che khuất tầm nhìn Với ưu điểm củaphương pháp GNSS RTK như không cần thông hướng, độ chính xác cao, đo nhanh

… hoàn toàn có thế áp dụng và đo đạc bản đồ địa chính khu vực đất nông nghiệp.Với mục tiêu tìm một hướng đi mới trong sản xuất Trắc Địa Bản Đồ bằng

công nghệ GNSS em đã quyết định lựa chọn đề tài: Ứng dụng công nghệ GNSS RTK trong thành lập bản đổ địa chính tỉ lệ 1:1000 khu vực đất sản xuất nông nghiệp xã Xuân Quang, huyện Tam Nông, tỉnh Phú Thọ Đề tài này sẽ cho thấy

ưu nhược điểm của phương pháp GNSS RTK với công nghệ truyền thống

Nội dung cơ bản được trình bày trong 3 chương:

Chương 1: Tổng quan bản đồ địa chính

Chương 2: Tổng quan hệ thống GNSS và công nghệ GNSS RTK

Chương 3: Thực nghiệm

Để hoàn thiện đồ án bản thân em không ngừng học tập, tìm hiểu qua sách báo

và internet Trong quá trình thực hiện, em đã nhận được sự giúp đỡ của các thầy côgiáo, đặc biệt là thầy giáo Th.s Nguyễn Tiến Hiệp – người đã hướng dẫn, chỉ bảo

tận tình em trong suốt thời gian qua Mặc dù đã rất cố gắng xong do thời gian vàkiến thức còn hạn chế nên trong nội dung đồ án chắc chắn không tránh khỏi nhữngthiếu sót, em rất mong được sự chỉ bảo của các thầy cô giáo để bài đồ án của emđược hoàn thiện hơn.

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 5 tháng 6 năm 2015

Sinh viên thực hiện

Trần Văn Trình

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN BẢN ĐỒ ĐỊA CHÍNH 1.1 Bản đồ địa chính

1.1.1 Khái niệm bản đồ địa chính

Bản đồ địa chính (BĐĐC) là bản đồ được biên tập, biên vẽ từ BĐĐC cơ sởtheo từng đơn vị hành chính cấp xã, được đo vẽ bổ sung trọn thửa đất, xác định loạiđất của mỗi thửa theo yêu cầu thống kê của từng chủ sử dụng đất trong mỗi mảnhbản đồ và được hoàn chỉnh phù hợp với các số liệu trong hồ sơ địa chính

BĐĐC thể hiện chính xác vị trí, hình thể, diện tích, số thửa và loại đất củatừng thửa theo từng chủ sử dụng, đáp ứng yêu cầu quản lý đất đai của Nhà nước ởcấp xã, huyện, tỉnh và Trung ương

BĐĐC là tài liệu cơ bản nhất của bộ hồ sơ địa chính, mang tính pháp lý caophục vụ quản lý chặt chẽ đất đai đến từng thửa đất, từng chủ sử dụng đất BĐĐCkhác với các bản đồ chuyên ngành thông thường khác ở chỗ BĐĐC có tỷ lệ lớn vàphạm vi đo vẽ rộng khắp mọi nơi trên toàn quốc BĐĐC thường cập nhật các thayđổi hợp pháp của đất đai, có thể cập nhật hàng ngày hoặc cập nhật theo định kỳ.Hiện nay ở hầu hết các quốc gia trên thế giới, người ta hướng tới xây dựng BĐĐC

đa chức năng vì vậy BĐĐC còn có tính chất của bản đồ cơ bản quốc gia

Ngày nay do sự phát triển của khoa học công nghệ, kỹ thuật công tác thành lậpbản đồ nói chung và công tác thành lập BĐĐC nói riêng đã được rút ngắn thời gian

và độ chính xác cao hơn so với công nghệ thành lập bản đồ truyền thống Việcquản lý các thông tin, đối tượng của bản đồ cũng dễ dàng hơn do có sự hỗ trợcủa các phần mềm đồ họa như: AutoCad, MapInfor, Microstation…

Bản đồ số chỉ là các file dữ liệu ghi trong bộ nhớ máy tính và có thể thểhiện ở dạng hình ảnh giống như bản đồ truyền thống trên màn hình máy tính.Nếu sử dụng các máy vẽ thì ta có thể in được bản đồ trên giấy giống như bản đồthông thường

1.1.2 Mục đích, yêu cầu thành lập bản đồ địa chính

a Mục đích thành lập bản đồ địa chính

- Đăng ký đất cấp giấy chứng nhận quyền sử dụng đất, cấp giấy chứng nhậnquyền sở hữu nhà ở và quyền sử dụng đất ở

- Giao đất cho các hộ gia đình, cá nhân và tổ chức

- Thống kê, kiểm kê đất đai

- Xác nhận hiện trạng và theo dõi biến động quyền sử dụng đất

- Lập quy hoạch, kế hoạch sử dụng đất, cải tạo đất, thiết kế cải tạo các điểmdân cư, quy hoạch giao thông thủy lợi

- Lập hồ sơ thu hồi đất khi cần thiết

- Giải quyết tranh chấp đất đai

- Xây dựng cơ sở dữ liệu đất đai

b Yêu cầu thành lập bản đồ địa chính

Bản đồ địa chính thành lập phải tuân thủ quy trình, quy phạm hiện hành Đảm bảo độ chínhxác, tỷ lệ bản đồ thích hợp, thể hiện đầy đủ nội dung theo yêu cầu của công tác quản lýđất đai Bản đồ địa chính thành lập phải đảm bảo tính thống nhất, đạt yêu cầu chất lượng và sửdụng trong thực tế Áp dụng công nghệ tin học trong việc biên tập và in bản đồ địa chính

1.1.3 Các yếu tố cơ bản của bản đồ địa chính

Yếu tố điểm: Điểm là một vị trí được đánh đấu ở thực địa bằng dấu mốc đặcbiệt Trong thực tế đó là các mốc trắc địa, các điểm đặc trưng trên đường biên thửađất, các điểm đặc trưng của địa vật, địa hình Các điểm ranh giới thửa đất có ý nghĩađặc biệt trong việc xác định chủ quyền đối với đất đai nên nhất thiết phải được đóngcọc làm dấu một cách chính xác và giữ ổn định lâu dài Tùy theo điều kiện thực tế

mà người ta sử dụng các loại cọc như: cọc đá, cọc sắt, cọc bê tông có gắn dấu sứ,cọc tre … để đánh dấu điểm ranh giới thửa đất

Yếu tố đường: Đó là các đoạn thẳng, đường thẳng, đường cong nối qua cácđiểm trên thực địa Đối với đoạn thẳng cần xác định và quản lý hai điểm đầu cuối,

từ tọa độ có thể tính ra chiều dài và phương vị của đoạn thẳng Đối với đường gấpkhúc cần quản lý các điểm đặc trưng của nó, các đường cong có dạng hình học cơ

bản có thể quản lý các yếu tố đặc trưng, ví dụ: một cung tròn có thể xác định vàquản lý điểm đầu, cuối và bán kính của nó Tuy nhiên trong đo đạc địa chínhthường xác định đường cong bằng cách chia nhỏ cung cong tới mức các đoạn của

nó có thể coi là đoạn thẳng, khi đó đường cong được xác định và quản lý như mộtđường gấp khúc

Thửa đất: Đó là yếu tố đơn vị cơ bản của đất đai, là đối tượng chủ yếu quản lýđất đai, nó được thể hiện trong hồ sơ địa chính Thửa đất là một mảnh đất tồn tại ởthực địa có vị trí, hình thể, diện tích xác định, được giới hạn bởi một đường baokhép kín, thuộc một chủ sở hữu hoặc một chủ sử dụng nhất định Trong mỗi thửađất có thể có một hoặc một số loại đất Ranh giới thửa đất ở thực địa có thể làđường cong, bờ ruộng, tường xây, hàng rào cây … Các điểm ranh giới thửa hay cácđiểm góc thửa được đánh dấu bằng các mốc theo quy ước của các chủ sử dụng đất Các yếu tố đặc trưng của thửa đất là các điểm góc thửa, chiều dài các cạnhthửa và diện tích của nó Trên bản đồ địa chính tất cả các thửa đều được xác định vịtrí, ranh giới, diện tích Mọi thửa đất đều được đặt tên, tức là gán cho một số hiệuđịa chính, số hiệu này thường được đặt theo số thứ tự trên từng tờ bản đồ địa chính.Ngoài ra, thửa đất còn có các yếu tố tham chiếu khác như địa ranh của khu đất, xứđồng, địa chỉ thôn, xã, đường phố Số hiệu thửa đất và địa danh thửa đất là các yếu

tố tham chiếu quan trọng giúp cho việc nhận dạng và phân biệt thửa đất này vớithửa đất khác trên phạm vị địa phương và quốc gia

Về nguyên tắc, mọi sự thay đổi hình thể, diện tích thửa đất sẽ đương nhiên kéotheo sự hủy bỏ số hiệu thửa cũ của nó và việc thiết lập tương ứng các số hiệu mớicho các thửa đất được hình thành từ việc thay đổi này

Thửa đất phụ: Trên mỗi thửa đất lớn có thể tồn tại các thửa nhỏ có đường ranhgiới phân chia không ổn định, có các phần được sử dụng vào các mục đích khácnhau, thậm chí thường xuyên thay đổi chủ sử dụng đất Loại thửa nhỏ này được gọi

là thửa đất phụ hay đơn vị phụ tính thuế

Lô đất: Đó là vùng đất gồm 1 hoặc nhiều thửa đất, nhiều lô đất Thông thường

lô đất được giới hạn bởi các địa vật như các con đường, kênh mương, song ngòi …

Đất đai được chia lô theo điều kiện địa lý như có cùng độ cao, độ dốc, theo điềukiện giao thông, thủy lợi, theo mục đích sử dụng hay cùng loại cây trồng.

Khu đất, xứ đồng: Đó là vùng đất gồm nhiều thửa đất, nhiều lô đất Khu đất và

xứ đồng thường có tên riêng được đặt từ lâu đời

Thôn, xóm, bản, ấp: Đó là các cụm dân cư tạo thành một cộng đồng ngườicùng làm ăn, sinh sống trên một vùng đất Các cụm dân cư thường có sự gắn kếtmạnh về các yếu tố dân tộc, tôn giáo, nghề nghiệp

Xã phường: Đó là đơn vị hành chính cấp cơ sở gồm nhiều thôn, bản hoặcđường phố Đó là đơn vị hành chính có đầy đủ các tổ chức quyền lực để thực hiệnchức năng quản lý nhà nước một cách toàn diện đối với các hoạt động về chính trị,kinh tế, văn hóa, xã hội trong phạm vị lãnh thổ của mình Thông thường bản đồ địachính được đo vẽ và biên tập theo đơn vị hành chính xã phường để sử dụng trongquản lý đất đai

1.1.4 Nội dung của bản đồ địa chính.

- Khung bản đồ

- Điểm khống chế toạ độ, độ cao Quốc gia các hạng, điểm địa chính, điểmkhống chế ảnh ngoại nghiệp, điểm khống chế đo vẽ có chôn mốc ổn định

Mốc địa giới hành chính, đường địa giới hành chính các cấp

- Mốc giới quy hoạch; chỉ giới hành lang bảo vệ an toàn giao thông, thuỷ lợi,

đê điều, hệ thống dẫn điện và các công trình công cộng khác có hành lang bảo vệ antoàn

- Ranh giới thửa đất, loại đất, số thứ tự thửa đất, diện tích thửa đất

- Nhà ở và công trình xây dựng khác: chỉ thể hiện trên bản đồ các công trìnhxây dựng chính phù hợp với mục đích sử dụng của thửa đất, trừ các công trình xâydựng tạm thời Các công trình ngầm khi có yêu cầu thể hiện trên bản đồ địa chínhphải được nêu cụ thể trong thiết kế kỹ thuật - dự toán công trình

- Các đối tượng chiếm đất không tạo thành thửa đất như đường giao thông,công trình thủy lợi, đê điều, sông, suối, kênh, rạch và các yếu tố chiếm đất kháctheo tuyến

- Địa vật, công trình có giá trị về lịch sử, văn hóa, xã hội và ý nghĩa địnhhướng cao.

- Dáng đất hoặc điểm ghi chú độ cao (khi có yêu cầu thể hiện phải được nêu

cụ thể trong thiết kế kỹ thuật - dự toán công trình)

- Ghi chú thuyết minh

1.1.5 Cơ sở toán học của bản đồ địa chính

a Phép chiếu và hệ tọa độ bản đồ địa chính

Phép chiếu tọa độ

Bản đồ địa chính phải thể hiện trên mặt phẳng qua một phép chiếu xác định.Phép chiếu cần được chọn sao cho biến dạng của các yếu tố thể hiện trên bản đồ lànhỏ nhất, tức là ảnh hưởng biến dạng phép chiếu đến độ chính xác các yếu tố đo đạc

và cần quản lý thể hiện trên bản đồ là không đáng kể

Trong thực tế có hai lưới hình trụ ngang đẳng góc đã và đang được sử dụng chobản đồ địa chính Việt Nam, đó là lưới chiếu Gauss – Kruger và UTM Tọa độphẳng, tỷ lệ biến đổi độ dài và tỉ lệ diện tích qua phép chiếu Gauss – Kruger đượctính theo công thức:

𝜂 =e’cosφCosφ , t = tgφCosφ, l= λ−λ0

Trong đó: s là độ dài cung kinh tuyến

φCosφ ,𝜆 là tọa độ địa lý của điểm xét

λ0 là kinh tuyến trục của múi chiếu

Trên cùng một múi chiếu và cùng Ellipsoid thực dụng thìtọa độ phẳng UTM

có quan hệ với tọa đô Gauss – Kruger theo công thức sau:

y U m0(y G−500)+500

m U¿m0m G

Trong đó: m0 = 0,9996 cho múi chiếu 6°, m0 = 0,9999 cho múi chiếu 3°

x U , y U là tọa độ phẳng trên múi chiếu UTM

x G , y Glà tọa độ phẳng trên múi chiếu Gauss – Kruger

m U là tỷ lệ chiếu của lưới UTM

m G là tỷ lệ chiếu của lưới Gauss

Đối với phép chiếu UTM, tỷ lệ độ dài trên kinh tuyến trục múi 6° là m0=0,9996,trên hai kinh tuyến đối xứng nhau cách khoảng 1,5° so với kinh tuyến trục có độ dài

là m =1, với múi chiếu 3° tỷ lệ độ dài trên kinh tuyến trục m0 = 0,9999, trên kinhtuyến biên của múi chiếu có m > 1 Lưới chiếu UTM có lợi thế cơ bản là biến dạngnhỏ và tương đối đồng đều Tỷ lệ biến dạng cực đại của múi UTM 3° nhỏ hơn tỷ lệbiến dạng cực đại của múi Gauss 3° Vì vậy khi sử dụng phép chiếu UTM để thểhiện bản đồ địa chính tỷ lệ lớn chỉ nên sử dụng múi 3°, không nên sử dụng múi 1,5°.Khi sử dụng số liệu lưới đạc địa chính cần tính chuyển kết quả đo từ mặtEllipsoid thực dụng lên mặt phẳng tọa độ:

∆ S c=(m0+ Y m2

2 R m2−1)S0 (1.6)Trong đó: H m- độ cao trung bình của cạnh

Y m- Hoành độ trung bình của hai điểm đầu cạnh

R m- Bán kính trung bình của trái đất

Hệ tọa độ quốc gia và hệ tọa độ địa chính cấp tỉnh

Các loại bản đồ địa hình, địa chính của Việt Nam được thành lập trước năm

2000 đều sử dụng phép chiếu Gauss – Kruger, hệ tọa độ HN – 72 Năm 2000 ViệtNam đã công bố và đưa vào sử dụng hệ quy chiếu và hệ tọa độ quốc gia VN – 2000,

sử dụng phép chiếu UTM trong ngành trắc địa, địa chính

Các yếu tố đặc trưng của hệ tọa độ quốc gia VN – 2000

- Ellipsoid quy chiếu quốc gia là Ellipsoid WQS – 84 toàn cầu với kích thước: Bán trục lớn a = 6378137,0 m

- Điểm gốc tọa độ quốc gia là điểm N00 đặt tại Viện nghiên cứu địa chính,đường Hoàng Quốc Việt – Hà Nội

- Hệ tọa độ phẳng: hệ tọa độ UTM quốc tế, được thiết lập trên cơ sở lưới chiếuhình trục ngang đồng góc

- Điểm gốc độ cao là điểm Hòn Dấu, Đồ Sơn, Hải Phòng

Tọa độ vuông góc phẳng của các điểm trong lưới tọa độ Nhà nước được tínhtoán trên múi chiếu UTM 6° Bản đồ địa chính tỷ lệ nhỏ được thể hiện trên múichiếu UTM 6° với hệ số biến dạng trên kinh tuyến trục m0 = 0,99996, bản đồ địachính tỉ lệ lớn thể hiện múi chiếu UTM 3° với hệ số biến dạng trên kinh tuyến trục

m0 = 0,9999

Từ ngày 1 tháng 7 năm 2001, sử dụng hệ tọa độ Nhà nước VN – 2000, thông

tư số 973/2001/TT-TCDC quy định: Đối với bản đồ địa chính phải sử dụng phépchiếu UTM, múi chiếu 3°, hệ số chiếu trên kinh tuyến trục là m0=0,9999

b Chia mảnh đánh số bản đồ địa chính

- Mảnh bản đồ tỷ lệ 1:10000

Mảnh bản đồ địa chính tỷ lệ 1:10000 được xác định như sau:

Chia mặt phẳng chiếu hình thành các ô vuông, mỗi ô vuông có kích thước thực

tế là 6 x 6 ki lô mét (km) tương ứng với một mảnh bản đồ địa chính tỷ lệ 1:10000.Kích thước khung trong tiêu chuẩn của mảnh bản đồ địa chính tỷ lệ 1:10000 là 60 x

60 cm, tương ứng với diện tích là 3600 héc ta (ha) ngoài thực địa

Số hiệu của mảnh bản đồ địa chính tỷ lệ 1:10000 gồm 08 chữ số: 02 số đầu là 10,tiếp sau là dấu gạch nối (-), 03 số tiếp là 03 số chẵn km của toạ độ X, 03 chữ số sau

là 03 số chẵn km của toạ độ Y của điểm góc trái phía trên khung trong tiêu chuẩncủa mảnh bản đồ địa chính

- Mảnh bản đồ tỷ lệ 1:5000

Chia mảnh bản đồ địa chính tỷ lệ 1:10000 thành 04 ô vuông, mỗi ô vuông cókích thước thực tế là 3 x 3 km tương ứng với một mảnh bản đồ địa chính tỷ lệ1:5000 Kích thước khung trong tiêu chuẩn của mảnh bản đồ địa chính tỷ lệ 1:5000

là 60 x 60 cm, tương ứng với diện tích là 900 ha ngoài thực địa

Số hiệu của mảnh bản đồ địa chính tỷ lệ 1:5000 gồm 06 chữ số: 03 số đầu là 03

số chẵn km của toạ độ X, 03 chữ số sau là 03 số chẵn km của toạ độ Y của điểm góctrái phía trên khung trong tiêu chuẩn của mảnh bản đồ địa chính

- Mảnh bản đồ tỷ lệ 1:2000

Chia mảnh bản đồ địa chính tỷ lệ 1:5000 thành 09 ô vuông, mỗi ô vuông có kíchthước thực tế 1 x 1 km tương ứng với một mảnh bản đồ địa chính tỷ lệ 1:2000 Kíchthước khung trong tiêu chuẩn của mảnh bản đồ địa chính tỷ lệ 1:2000 là 50 x 50 cm,tương ứng với diện tích 100 ha ngoài thực địa

Các ô vuông được đánh số thứ tự bằng chữ số Ả Rập từ 1 đến 9 theo nguyêntắc từ trái sang phải, từ trên xuống dưới Số hiệu của mảnh bản đồ địa chính tỷ lệ1:2000 bao gồm số hiệu mảnh bản đồ địa chính tỷ lệ 1:5000, gạch nối (-) và số thứ

tự ô vuông

- Mảnh bản đồ tỷ lệ 1:1000

Chia mảnh bản đồ địa chính tỷ lệ 1:2000 thành 04 ô vuông, mỗi ô vuông cókích thước thực tế 0,5 x 0,5 km tương ứng với một mảnh bản đồ địa chính tỷ lệ

1:1000 Kích thước khung trong tiêu chuẩn của mảnh bản đồ địa chính tỷ lệ 1:1000

là 50 x 50 cm, tương ứng với diện tích 25 ha ngoài thực địa

Các ô vuông được đánh thứ tự bằng chữ cái a, b, c, d theo nguyên tắc từ trái sangphải, từ trên xuống dưới Số hiệu mảnh bản đồ địa chính tỷ lệ 1:1000 bao gồm số hiệumảnh bản đồ địa chính tỷ lệ 1:2000, gạch nối (-) và số thứ tự ô vuông

- Mảnh bản đồ tỷ lệ 1:500

Chia mảnh bản đồ địa chính tỷ lệ 1:2000 thành 16 ô vuông, mỗi ô vuông cókích thước thực tế 0,25 x 0,25 km tương ứng với một mảnh bản đồ địa chính tỷ lệ1:500 Kích thước khung trong tiêu chuẩn của mảnh bản đồ địa chính tỷ lệ 1:500 là

50 x 50 cm, tương ứng với diện tích 6,25 ha ngoài thực địa

Các ô vuông được đánh số thứ tự bằng chữ số Ả Rập từ 1 đến 16 theo nguyêntắc từ trái sang phải, từ trên xuống dưới Số hiệu mảnh bản đồ địa chính tỷ lệ 1:500bao gồm số hiệu mảnh bản đồ địa chính tỷ lệ 1:2000, gạch nối (-) và số thứ tự ôvuông trong ngoặc đơn

- Mảnh bản đồ tỷ lệ 1:200

Chia mảnh bản đồ địa chính 1:2000 thành 100 ô vuông, mỗi ô vuông có kíchthước thực tế 0,10 x 0,10 km, tương ứng với một mảnh bản đồ địa chính tỷ lệ 1:200.Kích thước khung trong tiêu chuẩn của mảnh bản đồ địa chính tỷ lệ 1:200 là 50 x 50

cm, tương ứng với diện tích 1,00 ha ngoài thực địa

Các ô vuông được đánh số thứ tự bằng chữ số Ả Rập từ 1 đến 100 theonguyên tắc từ trái sang phải, từ trên xuống dưới Số hiệu mảnh bản đồ địa chính tỷ

lệ 1:200 bao gồm số hiệu mảnh bản đồ địa chính tỷ lệ 1:2000, gạch nối (-) và số thứ

tự ô vuông

1.1.6 Yêu cầu độ chính xác của bản đồ địa chính

Sai số trung phương vị trí mặt phẳng của điểm khống chế đo vẽ, điểm trạm đo so vớiđiểm khởi tính sau bình sai không vượt quá 0,1 mm tính theo tỷ lệ bản đồ cần lập

Sai số biểu thị điểm góc khung bản đồ, giao điểm của lưới km, các điểm tọa

độ quốc gia, các điểm địa chính, các điểm có toạ độ khác lên bản đồ địa chính dạng

số được quy định là bằng không (không có sai số)

Đối với bản đồ địa chính dạng giấy, sai số độ dài cạnh khung bản đồ khôngvượt quá 0,2 mm, đường chéo bản đồ không vượt quá 0,3 mm, khoảng cách giữađiểm tọa độ và điểm góc khung bản đồ (hoặc giao điểm của lưới km) không vượtquá 0,2 mm so với giá trị lý thuyết.

Sai số vị trí của điểm bất kỳ trên ranh giới thửa đất biểu thị trên bản đồ địa chínhdạng số so với vị trí của các điểm khống chế đo vẽ gần nhất không được vượt quá:

- 5 cm đối với bản đồ địa chính tỷ lệ 1:200;

- 7 cm đối với bản đồ địa chính tỷ lệ 1:500;

- 15 cm đối với bản đồ địa chính tỷ lệ 1:1000;

- 30 cm đối với bản đồ địa chính tỷ lệ 1:2000;

- 150 cm đối với bản đồ địa chính tỷ lệ 1:5000;

- 300 cm đối với bản đồ địa chính tỷ lệ 1:10000

- Đối với đất nông nghiệp đo vẽ bản đồ địa chính ở tỷ lệ 1:1000, 1:2000 thì sai số

vị trí điểm nêu tại điểm c và d khoản 4 Điều này được phép tăng 1,5 lần

Sai số tương hỗ vị trí điểm của 2 điểm bất kỳ trên ranh giới thửa đất biểu thịtrên bản đồ địa chính dạng số so với khoảng cách trên thực địa được đo trực tiếphoặc đo gián tiếp từ cùng một trạm máy không vượt quá 0,2 mm theo tỷ lệ bản đồcần lập, nhưng không vượt quá 4 cm trên thực địa đối với các cạnh thửa đất cóchiều dài dưới 5 m

Đối với đất nông nghiệp đo vẽ bản đồ địa chính ở tỷ lệ 1:1000, 1:2000 thì sai

số tương hỗ vị trí điểm của 2 điểm bất nêu trên được phép tăng 1,5 lần

Vị trí các điểm mốc địa giới hành chính được xác định với độ chính xác củađiểm khống chế đo vẽ

Khi kiểm tra sai số phải kiểm tra đồng thời cả sai số vị trí điểm so với điểmkhống chế gần nhất và sai số tương hỗ vị trí điểm Trị tuyệt đối sai số lớn nhất khikiểm tra không được vượt quá trị tuyệt đối sai số cho phép Số lượng sai số kiểm tra

có giá trị bằng hoặc gần bằng (từ 90% đến 100%) trị tuyệt đối sai số lớn nhất chophép không quá 10% tổng số các trường hợp kiểm tra Trong mọi trường hợp cácsai số nêu trên không được mang tính hệ thống

1.1.7 Ký hiệu bản đồ địa chính

a Phân loại ký hiệu

Các ký hiệu quy ước của bản đồ địa chính được chia làm 3 loại: ký hiệu theo

tỷ lệ, ký hiệu không theo tỷ lệ và ký hiệu nửa theo tỷ lệ

- Các ký hiệu vẽ theo tỷ lệ

Vẽ đúng theo hình dạng, kích thước của địa vật tính theo tỷ lệ bản đồ

- Ký hiệu không vẽ theo tỷ lệ

Ký hiệu không theo tỷ lệ là ký hiệu vẽ quy ước, không theo đúng tỷ lệ kíchthước của địa vật, các ký hiệu này dùng trong trường hợp địa vật không vẽ đượctheo tỷ lệ bản đồ và một số trường hợp địa vật vẽ được theo tỷ lệ nhưng cần sử dụngthêm ký hiệu quy ước đặt vào vị trí quy định để tăng thêm khả năng đọc, khả năngđịnh hướng của bản đồ

- Ký hiệu vẽ nửa theo tỷ lệ

- Ký hiệu có một chiều tỷ lệ với kích thước thực của địa vật, chiều kia biểu thịquy ước không theo tỷ lệ bản đồ

b Ghi chú

- Ghi chú gồm ghi chú định danh thể hiện địa danh, tên các đối tượng bản đồ

và ghi chú thuyết minh thể hiện thông tin thuộc tính của địa vật

- Ghi chú được thể hiện bằng tiếng Việt; địa danh bằng tiếng dân tộc ít ngườiphải được phiên âm sang tiếng Việt

- Ghi chú được sắp xếp song song với khung phía Nam của mảnh bản đồ địachính, trừ ghi chú địa vật hình tuyến và ghi chú thửa đất hẹp thì sắp xếp ghi chútheo hướng địa vật, đầu các ghi chú hướng lên phía khung Bắc

c Vị trí các ký hiệu

Các ký hiệu được vẽ theo tỷ lệ thì phải thể hiện chính xác vị trí của các điểmđặc trưng trên đường biên của nó

Với ký hiệu không theo tỷ lệ:

- Ký hiệu có dạng hình học đơn giản như hình tròn, hình vuông, tam giác …thì tâm ký hiệu chính là tâm địa vật

- Ký hiệu đường nét đứt thì trục của ký hiệu trùng với trục địa vật

- Ký hiệu tượng trưng có đường đáy nằm ngang thì điểm đặc trưng vị trí của

ký hiệu là điểm giữa của đáy

d Màu sắc ký hiệu

Theo quy định của các quy phạm thì bản đồ địa chính có hai loại là “ bản đồđịa chính cơ sở” và “bản đồ địa chính” tương ứng với từng loại sẽ dùng màu sắckhác nhau để vẽ bản đồ địa chính

Trên bản đồ địa chính cơ sở các ký hiệu được vẽ bằng 3 màu: đen, ve và nâunhằm đảm bảo dễ đọc Đường nét phải đủ độ đậm màu để có thể chụp ảnh hoặc phiên bảnphục vụ cho công tác biên tập bản đồ địa chính theo công nghệ truyền thống

Bản đồ địa chính thành lập theo đơn vị hành chính cấp xã thường dùng mộtmàu đen để thể hiện các yếu tố nội dung bản đồ nhằm tăng độ tương phản, thuậntiện nhân thành nhiều bản để dùng

Khi thành lập bản đồ địa chính bằng kỹ thuật số trên máy tính thì yêu cầu bản

đồ địa chính cơ sở phải thể hiện 3 màu và bản đồ địa chính cũng có thể dùng 3 màukhông nhất thiết phải chuyển thành một màu đen như công nghệ truyền thống

1.2 Khái quát quy trình công nghệ thành lập bản đồ địa chính

1.2.1 Các phương pháp thành lập bản đồ địa chính

- Phương pháp đo vẽ trực tiếp ở thực địa

- Phương pháp đo ảnh hàng không kết hợp đo vẽ ở thực địa

- Phương pháp biên vẽ, biên tập trên nền bản đồ địa hình cùng tỷ lệ và đo vẽ bổ sungMỗi phương pháp đo thành lập bản đồ địa chính cơ sở đòi hỏi các điều kiện

và phương tiện kỹ thuật khác nhau.Việc lựa chọn phương pháp đo, thành lập bản đồđịa chính cơ sở cho từng khu vực phải căn cứ vào đặc điểm về địa hình, loại đất,kinh tế xã hội, trang thiết bị máy móc của đơn vị, nguồn nhân lực…Đảm bảo yêucầu kỹ thuật thành lập bản đồ cho các công đoạn Kết quả cuối cùng là bộ bản đồđịa chính cơ sở được vẽ trên giấy, hoặc bộ bản đồ số được lưu trên máy tính Từbản đồ địa chính cơ sở tiến hành biên tập, đo vẽ bổ sung thành lập bản đồ địa chínhcấp xã hay gọi là bản đồ địa chính

Bản đồ địa chính cơ sở được thành lập 01 bản lưu tại cơ quan quản lý đất đaicấp huyện hoặc cấp tỉnh Bản đồ địa chính sau khi hoàn chỉnh được in làm nhiều

bản, vừa lưu trữ tại cơ quan quản lý đất đai cấp tỉnh vừa được sử dụng trực tiếp tại

cơ quan quản lý đất đai các cấp xã, huyện, tỉnh, trung ương

Khảo sát, lập TKKT-DT

In bản đồ địa chính, lập sổ mục kê tạm phục vụ đăng ký theo đơn vị hành chính xã

- Thành lập bản đồ gốc.

- Biên tập bản đồ địa chính.

Đăng ký đất đai, lập hồ sơ địa chính

Chỉnh sửa bản đồ gốc, BĐĐC và hoàn thiện hồ sơ địa chính theo kết quả đăng ký

Kiểm tra nghiệm thu, đóng gói, giao nộp sản phẩm

BĐĐC cơ sở 1/5000, 1/10.000 (dữ liệu, bản đồ đường nét, nền ảnh Xử lý tư liệu ảnh viễn thám

Cấp mới, cấp đổi giấy chứng nhận QSD đất, QSH nhà ở và tài sản khác gắn liền với đất

Chỉnh lý bản đồ địa chính cơ sở 1/5000, 1/10.000 Xây dựng lưới địa chính

Các số liệu tài liệu bản đồ các loại có liên quan ở địa phương Đo vẽ chi tiết khu vực đất lâm nghiệp, đất đồi núi chưa sử dụng ở tỷ lệ 1/5000, 1/10.000 - Xây dựng lưới K/C đo vẽ

- Đo vẽ chi tiết các loại đất khác ở tỷ lệ 1/1000, 1/2000

Kiểm tra nghiệm thu, giao nộp sản phẩm cho khâu sau

1.2.2 Quy trình thành lập bản đồ địa chính bằng phương pháp đo vẽ trực tiếp

ở thực địa

Hình 1.1: Quy trình công nghệ thành lập bản đồ bằng phương pháp đo vẽ trực tiếp

ngoài thực địa

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN HỆ THỐNG GNSS VÀ CÔNG NGHỆ GNSS

RTK 2.1 Tổng quan hệ thống GNSS

Trên quỹ đạo có những vệ tinh nhân tạo với nhiệm vụ là xác định vị trí củacác đối tượng trên mặt đất Bất cứ ai, một vật gì trên toàn cầu mang theo một máythu đặc biệt thì nhờ hệ thống vệ tinh này có thể biết khá chính xác hiện tại mìnhđang ở vị trí nào trên mặt đất Người ta gọi đây là Hệ Thống Vệ Tinh Dẫn ĐườngToàn Cầu GNSS (Global Navigation Satellite Systems) Hiện nay trên thế giới cóbốn hệ thống vệ tinh dẫn đường: GPS và GLONASS, GALILEO, COMPASS hệthống định vị toàn cầu ngày nay được gọi tên chung là Hệ thống vệ tinh dẫn đườngtoàn cầu (GNSS, Global Navigation Satellite System)

Hình 2.1: Phương pháp GNSS RTK thu tín hiệu hệ thống GNSS

Một hệ GNSS hoàn chỉnh gồm ba phần cơ bản là đoạn không gian, đoạn điềukhiển mặt đất, đoạn người sử dụng:

- Đoạn không gian là các vệ tinh bay quanh trái đất với quỹ đạo và độ cao nhấtđịnh đã được quy định Các vệ tinh này bố trí sao cho một máy thu tại một thờiđiểm bát kỳ, một vị trí bất kỳ luôn nhìn thấy 4 vệ tinh

- Đoạn điều khiển mặt đất là các trung tâm điều khiển, các trạm giám sát đặttrên trái đất Mục đích trong phần này là kiểm soát vệ tinh đi đúng hướng theo quỹđạo và thông tin thời gian chính xác

- Đoạn người sử dụng là thiết bị nhận tín hiệu vệ tinh GNSS và người sử dụngthiết bị này

2.1.1 Các hệ thống GNSS cơ bản

a Hệ thống Global Positioning System ( GPS )

Hệ thống định vị toàn cầu (GPS) được xây dựng và phát triển từ năm 1973.Năm 1994, hệ thống hoàn thành theo thiết kế Bộ quốc phòng Mỹ là cơ quan quản

lý, bảo trì và vận hành GPS Với GPS người dùng có thể xác định nhanh chóng dữliệu dẫn đường bao gồm vị trí, vận tốc và thời gian tại bất kỳ điểm nào trên mặt đất,

mà không phụ thuộc vào thời tiết, thời gian

Hình 2.2: Hệ thống GPS

b Hệ thống GLONASS

Hệ thống Glonass do cơ quan phát triển không gian ( RSA) và Bộ QuốcPhòng Liên Xô trước đây ( nay là Cộng Hòa Liên Bang Nga) triển khai cùng thờigian với hệ thống GPS của Mỹ Tất cả các vệ tinh được đưa lên quỹ đạo từ trungtâm vũ trụ Baikonur Cosmodrome ở Kazakhtan Vệ tinh đầu tiên được đưa lên quỹđạo tháng 10/1982 Ngày 24/9/1993 Glonass chính thức đưa vào sử dụng Theothiết kế ban đầu, cấu hình dự tính là 24 vệ tinh sẽ hoàn thành năm 1997 Hệ thốngđịnh vị Glonass được xây dựng và phát triển để thay thế hệ thống Dopler Tsikadaphục vụ dẫn đường và nghiên cứu về Trái Đất Cấu trúc của hệ thống Glonass cũnggồm ba phần: đoạn vệ tinh, đoạn kiểm tra mặt đất và đoạn người sử dụng

Hình 2.3: Các vệ tinh hệ thống GLONASS

c Hệ thống GALILEO

Hệ thống Galieo là hệ thống vệ tinh dẫn đường toàn cầu do Liên Minh Châu

Âu và tổ chức hàng không Châu Âu xây dựng và phát triển, phục vụ các mục đíchdân sự Galileo có nhiều điểm thiết kế giống GPS, là hệ thống bổ sung và hoàn toàntương thích với GPS

d Hệ thống COMPASS

Compass là hệ thống định vị dẫn đường do Trung Quốc thiết kế, phát triển

Hệ thống được triển khai trong hai giai đoạn Giai đoạn đầu thiết kế, xây dựng hệ thống vệ tinh thử nghiệm dẫn đường Beidou – 1 và trên cơ sở Beidou – 1 giai đoạn hai sẽ xây dựng hệ thống vệ tinh dẫn đường Compass

Hình 2.4: Quỹ đạo vệ tinh QZSS

Hệ thống dẫn đường của Ấn Độ

Hệ thống vệ tinh dẫn đường Ân Độ (IRNSS) do Tổ chức nghiên cứ khônggian Ấn Độ (ISRO) phát triển Hệ thống hoạt động độc lập, bao trùm toàn bộ lãnhthổ Ấn Độ và vùng lân cận IRNSS được thiết kế với 7 vệ tinh và hệ mặt đất tươngứng Trong số 7 vệ tinh có 3 vệ tinh địa tĩnh và 4 vệ tinh hoạt động trên quỹ đạođồng bộ trái đất

Hệ thống dẫn đường của Pháp

Hệ thống xác định vị trí và quỹ đạo tích hợp với vệ tinh ( DopplerOrbitography and Radiopostioning Integrated by Satelite, DORRIS) do Trung tâmnghiên cứu không gian và Viện địa lý Pháp ( CNES) phát triển Khác với GPS vàGlonass, DORIS không phát tín hiệu từ vệ tinh về các máy thu mặt đất, mà ngượclại, các trạm mặt đất phát tín hiệu lên vệ tinh Vì vậy, xử lý và phân tích dữ liệuđược thực hiện ở cả vệ tinh và mặt đất

Hình 2.5: Sơ đồ hoạt động của hệ thống DORIS

Hệ thống dẫn đường của Đức

PRARE là thiết bị do Đức thiết kế và chế tạo, hoạt động ở dải tần gigahertz,

có khả năng xác định khoảng cách và sự thay đổi khoảng cách Thiết bị của hệthống được cơ quan hàng không Châu Âu lắp đặt trên các vệ tinh viễn tham ERS-1ERS – 2, vệ tinh Meteo – 3 của Nga Tương tự như DORIS, PRARE có thể đo độcao từ vệ tinh đến các mặt đại dương với độ chính xác cao Sự khác biệt củaPRARE với GPS và DORIS là đo khoảng cách hai chiều Tín hiệu phát đi từ vệ tinhđược các trạm mặt đất thư nhận sau đo lại phát trở lại vệ tinh Anten mặt đất theodõi liên tục khi nhìn thấy vệ tinh Hệ thống hoạt động từ năm 1995

Hình 2.6: Trạm anten hệ thống PRARE

2.1.2 Tín hiệu và dữ liệu

a Khái niệm chung

Mối quan hệ toán học giữa các đại lượng đặc trưng song điện từ là tần số (f),tần số góc (ω), chu kỳ (T) và bước song (λ) có thể biểu diễn bằng công thức sau:

f = 2 π ω =T1=c

λ (2.1)Trong đó c = 299 792 458 m/s là vận tốc ánh sang - tốc độ lan truyền sóng điện từtrong chân không

Đại lượng vật lý Ký hiệu Đơn vị

φCosφ−φCosφ0=∫

0

t ωdφt (2.3)Giả sử tần số không đổi và pha ban đầu là 0 thì theo pha của tín hiệu đo máyGPS đo được sẽ là

φCosφ (t )=ω(t− ρ

c) (2.4) Trong đó ρlà khoảng cách từ máy GPS đến vệ tinh

Do máy phát tín hiệu trên vệ tinh và máy GPS cùng chuyển động nên xuấthiện trượt tần số Doppler Độ trượt tần số này tỉ lệ thuận với vận tốc hướng tâm (v ρ)giữa máy phát và máy thu

∆ f =f r−f e=−l

c v ρ f e (2.5)Trong đó f elà tần số tín hiệu phát còn f r là tần số đo được khi nhận tín hiệu

a Tín hiệu GPS

Tín hiệu GPS do các máy tạo dao động trên vệ tinh tạo ra với tần số cơ bản là

f0=10,23 M h z Độ ổn định tần số của máy dao động trên các vệ tinh Block II là 10−3, trên các vê tinh Block IIF hoạt động ổn định tần số cao hơn Vệ tinh GPS phát cáctín hiệu sóng vô tuyến trên hai tần số khác nhau là L1 và L2 Tần số tín hiệu L1 gấn

154 lần tần số cơ bản ( f1=154 f0=1575,42 M h z¿ còn tần số tín hiệu L2 là

f2=120 f0=1227,60 M h z Bước sóng tương ứng của các tần số là λ1=19,03 cmvà

λ2=4,42 cm L1 và L2 đều là song mang, điều biến bằng các code khác nhau đểtruyền thông tin đến máy GPS Code là chuỗi giá trị +1 và – 1, tương ứng với số 0

và 1 trong hệ nhị phân Nguyên lý mã hóa thực hiện theo phương pháp “ luân phiênpha nhị phân” tức là đột ngột thay đổi pha song mang 180° khi giá trị code thay đổi+1 hay – 1

Điều biến tiến hành với cả sóng mang L1 và L2, tuy nhiên L2 chỉ được điềubiến với code P còn L1 thì với cả code P và code C/A Đối với L1, giữa code P vàcode C/A có sự lệch pha ¼ chu kỳ (90°) Nếu ký hiệu song mang ban đầu là:

L 10(t )=a1cos ⁡(ω1t ) (2.6)

L 20(t )=a2cos ⁡(ω2t ) (2.7)Thì sau khi mã hóa các tín hiệu sóng mang sẽ trở thành:

L 1(t )=a 1 P P (t )W (t ) D(t ) cos(ω1t)+a 1 c C (t ) D (t )sin ⁡(ω1t) (2.8)

Bộ phận thu tín hiệu của máy GPS là anten, bộ vi xử lý điều khiển thiết bị vàthực hiện các phép tính để xác định vị trí dẫn đường thời gian thực Bộ điều khiểncủa máy hỗ trợ giao tiếp giữa người sử dụng với máy thông quan bàn phím và mànhình Để lưu trữ và xử lý dữ liệu đo, máy có bộ nhớ trong hoặc bộ nhớ ngoài Máy

GPS có thể liên kết trực tiếp với máy tính thông qua cáp kết nối phù hợp Bộ nãocủa máy GPS là bộ xử lý tần ( RF) Ở máy GPS một tần, RF chỉ xử lý tín hiệu L1còn RF ở máy hai tần xử lý cả L1 và L2 Tín hiệu nhận được từ vệ tinh được RFđưa vào các kênh khác nhau Số kênh xác định khả năng của máy GPS của máyGPS trong cùng thời điểm có thể thu tín hiệu từ nhiều vệ tinh Thành phần chínhcủa RF gồm máy tạo dao động, bộ khuếch đại, bộ lọc và bộ trộn Máy tạo dao độngcác tín hiệu tham chiếu Bộ trộn tạo tín hiệu mới từ tích hai tín hiệu Tín hiệu thunhận và tín hiệu quy chiếu trong biểu thức sau:

y= y1y2=a1cos(2 π f1t)a2cos(2 π f2t)=¿

¿a1a2

2 [cos(2 π(f1−f2)t)+cos ⁡(2 π(f1+f2)t)] (2.10)

Biểu thức trên cho thấy tín hiệu nhận gồm 2 phần, một phần có tần số thấp (

f1−f2¿và một phần có tần số cao (f1+f2) Có thể loại bỏ tần số cao bằng bộ lọc cònhiệu tần số (f1−f2¿của dao động lọc gọi là tần số phách

Dữ liệu đo GPS thực tế là khoảng cách, có thể xác định bằng cách đo hiệuthời gian hay hiệu pha giữa tín hiệu nhận được với tín hiệu do máy tạo ra Đo GPS

là phương pháp xác định khoảng cách một chiều, trong kết quả đo có ảnh hưởng củasai số đồng hồ vệ tinh hay đồng hồ máy thu GPS Vì vậy, khoảng cách xuất hiện từnhững kết quả đo GPS được gọi là khoảng cách giả ngẫu nhiên

b Nguyên xử lý code

Dạng cơ bản đo GPS là kỹ thuật tương quan code Để thực hiện kỹ thuật này,phải biết ít nhất một code PRN để ngoài việc không phục lại sóng mang, còn phảigiải mã các thành phần khác nhau của tín hiệu Các bước tiến hành như sau:

- Tạo tín hiệu quy chiếu trong máy GPS

- Điều biến tín hiệu quy chiếu bằng code PRN đã biết

- So sánh tín hiệu mã hóa trong máy với tín hiệu thu nhận được Độ lệch thờigian ∆t giữa hai tín hiệu sau khi trừ sai số đồng hồ sẽ là thời gian truyền song từ vệtinh tới máy GPS

- Loại bỏ code từ tín hiệu nhận được, sau đó giải mã và lọc thông tin dẫnđường.

- Thực hiện phép đo sóng mang;

Phương pháp điều biến theo công thức:

L 1(t )=a 1 P P (t )W (t ) D(t ) cos(ω1t)+a 1 c C (t ) D (t )sin ⁡¿ (2.11)

L 2(t )=a2P (t )W (t ) D (t )cos ⁡(ω2t ) (2.12)

Để khôi phục pha sóng mang L1 trong trường hợp này máy GPS chỉ biết code C/

A Nếu máu GPS biết code Y thì khôi phục được cả L1 và L2

Ký hiệu t S là vị trí thời gian vệ tinh tại thời điểm phát tín hiệu, t R là vị trí thờigian máy GPS tại thời điểm nhận tín hiệu Sai số đồng hộ vệ tinh và máy GPS sovới hệ thống thời gian GPS tương ứng là δ S và δ R Nếu biết code PRN thì sẽ biết t S

còn t R là đại lượng đo được Như vậy thời gian đo được giữa thời điểm phát và thờigian thu tín hiệu là:

∆ t=t R−t S

=(t R(GPS)−δ R)−(t(S GPS)

−δ S

)=∆ t(GPS)+∆ δ (2.13)Sai số đồng hồ vệ tinh δ S có thể xác định từ các tham số có trong thông báodẫn đường Nếu biết code thì cũng giải mã được thông báo dẫn đường Như vậy, khi

đo code, đại lượng ∆ δ trong biểu thức có dạng:

∆ δ=δ S−δ R (2.14)chỉ chừa sai số đồng hồ máy thu

Khoảng cách giả ngẫu nhiên (R) là tích thời gian truyền song với vân tốctruyền lan sóng điện từ

R=c ∆ t=c ∆ t GPS+c ∆ δ=ρ+∆ δ (2.15)

c Nguyên xử lý pha

Trong lĩnh vực đo đạc, xác định khoảng cách bằng GPS chủ yếu dựa vào phép

đo pha Khi đo pha, phải tách sóng mang khỏi code điều biến Nếu biết các codePRN (C/A, P và code Y) thì việc xử lý không khó khăn vì đã có kỹ thuật xử lý chỉdựa vào C/A code, thậm chí không cần biết trước code Một trong những kỹ thuật

xử lý theo cách này là bình thường tín hiệu Cơ sở của phương pháp nếu nhân tínhiệu L2 với chính nó thì:

¿ (2.16)Kết quả được giải mã vì các code là các chuỗi tín hiệu +1 và – 1 sau khi bìnhphương cho kết quả +1:

C2(t )=P2(t)=W2(t )=D2(t )=1 (2.17)Giải pháp bình phương tín hiệu có ưu điểm là độc lập với code nhưng có hạnchế là quan hệ tín hiệu/ miễn giảm, do đó kỹ thuật này đã lạc hậu Về nguyên lý xácđịnh khoảng cách giả ngẫu nhiên thì chỉ cần đến pha sóng mang chứ không cần đếncode Giả sử φCosφ S(t) là pha sóng mang nhận được, φCosφ S là tần số vòng pha của tín hiệutrong hệ thống thời gian GPS là φCosφ R(t ) còn tần số góc là φCosφ R Nếu thời gian t xác địnhtrong thời gian GPS thì pha sóng mang nhận được tính theo công thức:

φCosφ R (t )=ω R t−φCosφ 0 R (2.19)Trong đó φCosφ0S và φCosφ 0 R là các pha ban đầu có quan hệ với sai số đồng hồ theo biểuthức sau:

φCosφ R S (t )=−ω S ρ

c−ω ∆ δ (2.21)Khi bật máy hay bắt đầu thu nhận tín hiệu từ một vệ tinh mới thì chỉ đo đượcphần lẻ chu kỳ của pha còn các số chu kỳ nguyên giữa máy GPS và vệ tinh là ẩn số.Đại lượng này sọi là số đa trị ( chu kỳ) nguyên (integer ambiguity), ký hiệu bằng N.Trong quá trình đo nếu không mất tín hiệu hay xảy ra hiện tượng trượt chu kỳ thì

quá trình theo dõi pha sóng mang sẽ liên tục theo thời gian Nếu tính liên tục bị mất

và phép đo phải thực hiện lại từ đầu thì sẽ xuất hiện một đa trị mới Do đó, khi xử lý

dữ liệu, phải gán một số N ẩn cho từng đoạn các trị đo liên tục, pha sóng mang tạithời điểm t là :

φCosφ R S(t )=∆ φCosφ R S¿t

0

t

+2 πN (2.22)Trong đó ∆ φCosφ R S

là ký hiệu phần pha có thể đo được, còn N là đa trị nguyên tạithời điểm bắt đầu t o Để đơn giản hóa ký hiệu, sau đây sẽ định nghĩa pha theo chu

kỳ để thay thế radian Vì 1 chu kỳ tương ứng với 2π radian, nên:

2.1.3 Tọa độ và hệ quy chiếu

Từ năm 1980 Bộ quốc phòng Mỹ đã đưa ra ý tưởng xây dựng một hệ quychiếu quốc tế thống nhất cho toàn trái đất.Đến năm 1984 hệ quy chiếu quốc tế kháhoàn thiện WGS-84 đã được thừa nhận trên cơ sở các nghiên cứu tổng hợp số liệutoàn cầu do liên đoàn quốc tế Trắc địa quôc tế đề xuất, Gs Ts Moritz chủ trì, đây là

hệ quy chiếu cho trái đất kiểu truyền thống bao gồm ellipsoid quy chiếu, tọa độquy chiếu, các hằng số của trái đất, và mô hình trường trọng lực trái đất

Ellipsoid được chọn làm hệ toạ độ định vị toàn cầu là GRS-80 (GeodeticReference System 1980), mặt quy chiếu này được hệ định vị GPS sử dụng gọi là Hệ

Trắc Địa Giới 1984 (WGS - 84) Hệ toạ độ này dùng ellipsoid địa tâm xác địnhbởi bán trục lớn a = 6378137.0 m và nghịch đảo độ dẹt 1/f = 298.257223563.

Hệ quy chiếu WGS-84 còn xác định mô hình độ cao Geoid Mô hình độ caoGeoid EGM-96 được thiết lập trên cơ sỏ mô hình trường trọng lực trái đất, các điểmcần tinh được nội suy theo các giá trị tại nút lưới theo phương pháp collccation có

Mô hình Geoid EGM-96 Mô hình vơi lưới 15’ X 15’độ Chính

xác độ cao Geoid tại nút lưới là 0,5mđến 1,0m

Bảng 2.2: Thông số kỹ thuật WGS – 84 Đẳng thức sau là biểu thức biến đổi đơn giản độ cao từ hệ tọa độellipsoid WGS84 về độ cao hệ tọa độ địa phương bằng cộng thêm độ chênh Geoid

- Ellipsoid tại điểm đó:

H = h + N

Trong đó:

- H là độ cao tính đến mặt elipsoid - là độ cao có thể đo chính xác được chínhxác bằng công nghệ GPS

- h là độ cao thuỷ chuẩn, được sử dụng thực tế

- N là độ chênh lệch 2 bề mặt Geoid và ellipsoid tại điểm đó

b Sai số quỹ đạo vệ tinh

Tọa độ điểm đo GPS được tính dựa vào vị trí đã biết của vệ tinh Người ta sửdụng phải dựa vào lịch thông báo tọa độ vệ tinh mà theo lịch tọa độ vệ tinh có thể bịsai số, hình 2.13:

Hình 2.8: Sai số do quỹ đạo vệ tinh

Do vậy nếu sử dụng quỹ đạo vệ tinh chính xác có thể đạt kết quả định vị tốthơn Có hai phương án nhằm hoàn thiện thông tin quỹ đạo vệ tinh:

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

- Thu nhận lịch vệ tinh chính xác từ Dịch vụ địa học GPS Quốc tế ( TheInternational GPS Service for Geodynamics – IGS) Cơ quan IGS sử dụng một mạnglưới gồm 70 trạm theo dõi tinh chỉnh quỹ đạo vệ tinh Hệ thống này cho thông tinquỹ đạo ưu việt hơn so với lịch vệ tinh thông báo của hệ thống GPS chỉ có 5 trạmtheo dõi vệ tinh

c Ảnh hưởng của tầng ion

Tín hiệu vệ tinh trước khi đến máy thu phải xuyên qua môi trườngkhông gian gồm các tầng khác nhau Tầng ion là lớp chứa các hạt tích điện trongbầu khí quyển ở độ cao từ 50 – 1000 km, tầng ion có tính chất khúc xạ đối vớisong điện từ, chiết suất của tầng ion tỷ lệ với tần số sóng điện từ truyềnqua nó Do vậy trị đo của máy thu 2 tần số cho phép giảm ảnh hưởng tán sắc củatầng ion

Hiệu chỉnh ảnh hưởng của tầng ion đối với trị đo của máy thu tần số L1 phảidựa vào các tham số mô hình phát đi trong thông báo vệ tinh, tuy nhiên chỉ giảmđược khoảng 50% ảnh hưởng tầng ion.

Với máy thu 2 tần số ảnh hưởng tầng ion, trị đo giải trừ do đó việc định vị có độchính xác cao hơn, nhất là đối với việc đo cạnh dài

d Ảnh hưởng của tầng đối lưu

Tầng đối lưu có độ cao đến 8km so với mặt đất là tầng làm khúc xạ đối vớitín hiệu GPS do chiết suất biến đổi Do vậy số cải chính mô hình khíquyển phải được áp dụng đối với trị đo của máy một tần số và cả máy hai tần số,chiết suất của tầng đối lưu sinh ra độ chậm pha tín hiệu, được chia thành hai loạiướt và khô, ảnh hưởng của chiết suất khô được tạo thành mô hình loại trừ nhưngảnh hưởng của chiết suất ướt là nguồn sai số khó lập mô hình và loại bỏ trong trị đoGPS

e Tầm nhìn vệ tinh và trượt chu kỳ

Điểm quan trọng nhất khi đo GPS là phải thu được tín hiệu ít nhất 4 vệ tinhtức là phải có tầm nhìn thông tới các vệ tinh đó

Tín hiệu GPS là sóng cực ngắn trong phổ điện từ, nó có thể xuyên qua mây

mù, sóng không thể truyền qua được tán cây hoặc các vật cản che chắn Do vậy tầmnhìn vệ tinh thông thoáng có tầm quan trọng đặc biệt đối với công tác đo GPS

Khi sử dụng trị đo pha cần phải đảm bảo thu tín hiệu vệ tinh trực tiếp, liêntục nhằm xác định số nguyên lần bước sóng khởi đầu Tuy nhiên có trường hợpngay cả khi vệ tinh vẫn nhìn thấy nhưng máy thu vẫn bị gián đoạn thu tín hiệu,trường hợp đó có một số chu kỳ không xác định đã trôi qua mà máy thu vẫn khôngđếm được khiến cho số nguyên lần bước sóng thay đổi và làm sai kết quả định vị

Do đó cần phải phát hiện và xác định sự trượt chu kỳ trong tín hiệu GPS Một sốmáy thu có thể nhận biết sự trượt chu kỳ và thêm vào số hiệu chỉnh tương ứng khi

xử lý số liệu Mặt khác khi tính toán xử lý số liệu GPS có thể dùng sai phân bậc ba

để nhận biết và xử lý trượt chu kỳ

f Sai số do hiện tượng đa đường truyến

Đó là những tín hiệu từ vệ tinh không đến thẳng anten máy thu mà đập vào

bề mặt phản xạ nào đó xung quanh rồi mới đến máy thu.Như vậy kết quả đo khôngđúng, để tránh hiên tường này anten phải có tầm nhìn vệ tinh thông thoáng với gócngẩng cao hơn 15° Việc chọn góc ngẩng như thế này nhằm giảm ảnh hưởng bất lợicủa chiết quang khí quyển và hiện tượng đa tuyến

Hầu hết anten GPS gắn bản dạng phẳng, tròn che chắn tín hiệu phản xạ từdưới mặt đất lên

g Sự suy giảm độ chính xác (DOPs) do đồ hình các vệ tinh

Việc định vị GPS là việc giải bài toán giao hội nghịch không gian dựa vào điểmgốc là vệ tinh và các khoảng cách tương ứng đến máy thu GPS

Hình 2.9: Khoảng cách từ vệ tinh đến máy thu GPSTrường hợp tối ưu khi thu tín hiệu vệ tinh GPS là vệ tinh cần phải có sự phân

bố hình học cân đối trên bầu trời xung quanh điểm đo Chỉ số mô tả đồ hình vệtinh gọi là hệ số phân tán độ chính xác - hệ số DOP (Delution ofPrecision) Chỉ số DOP là số nghịch đảo thể tích của khối tỷ diện tạo thành giữa các

vệ tinh và máy thu Chỉ số này chia ra thành các loại sau:

+ PDOP chỉ số phân tán độ chính xác về vị trí (Positional DOP)

+ TDOP là chỉ số phân tán độ chính xác về thời gian (Teme DOP)