Ứng dụng công nghệ GNSSRTKtrong thành lập bản đồ địa hình tỉ lệ 1:5000 khu bãi bồi vùng cửa sông ven biển tỉnh Thái Bình

LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN BẢN ĐỒ ĐỊA HÌNH 3 1.1. Bản đồ địa hình 3 1.1.1. Khái niệm bản đồ địa hình 3 1.1.2. Mục đích, yêu cầu thành lập bản đồ địa hình 3 1.1.3. Các yếu tố cơ bản của bản đồ địa hình 4 1.1.4. Nội dung của bản đồ địa hình 8 1.1.5. Cơ sở toán học của bản đồ địa hình 9 1.1.6. Yêu cầu độ chính xác của bản đồ địa hình 12 1.2. Khái quát quy trình công nghệ thành lập bản đồ địa hình 16 1.2.1. Các phương pháp thành lập bản đồ địa hình 16 1.2.2. Quy trình thành lập bản đồ địa hình bằng phương pháp đo vẽ trực tiếp ở thực địa. 16 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN HỆ THỐNG GNSS VÀ CÔNG NGHỆ GNSS RTK 18 2.1. Tổng quan hệ thống GNSS 18 2.1.1. Các hệ thống GNSS cơ bản 19 2.1.2. Tín hiệu và dữ liệu 24 2.1.3. Tọa độ và hệ quy chiếu 30 2.1.4. Các nguồn sai số xác định vị trí 32 2.1.5. Các phương pháp đo GNSS 37 2.2. Công nghệ GNSS RTK 39 2.2.1. Khái niệm GNSS RTK 39 2.2.2. Kỹ thuật đo GNSS RTK 39 2.2.3. Thiết bị đo GNSS RTK 40 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 bù địa hình, địa vật vùng cửa sông ven biển. 41 CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM 43 3.1. Khái quát khu đo 43 3.1.1. Đặc điểm điều kiện tự nhiên 43 3.1.2. Đặc điểm kinh tế xã hội 44 3.1.3. Thuận lợi, khó khăn 45 3.2. Quy Trình Thực Nghiệm 45 3.2.1. Xác định khu vực đo đạc 45 3.2.2. Xây dựng lưới 46 3.2.3. Đo đạc chi tiết vùng thực nghiệm bằng công nghệ GNSS RTK 52 3.2.4. Xử lý số liệu 68 3.2.5. Số hóa, biên tập bản đồ 74 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 81 I. Kết Luận 81 II. Kiến nghị. 81

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 3 tháng 6 năm 2016

Tác giả đồ án

Trần Đăng Đạt

DANH MỤC CÁC BẢNG

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

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

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)

VDOP (Vertical Dilution of Precision)

GDOP (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 tĩnhThời 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

vì vậy những vùng này ta thường thành lập bản đồ bằng phương pháp đo vẽ trựctiếp ngoài thực địa Công nghệ GNSS RTK với ưu điểm không cần thông hướng, độchính xác cao, đo nhanh, hoàn toàn có thế áp dụng vào đo đạc bản đồ địa hình tạicác khu vực này

Hệ thống GNSS là một hệ thống định vị, đẫn đường được triển khai vàonhững năm 70 của thế kỷ 20 Ban đầu nó được ứng dụng trong quân sự nhưng sau

đó nó được ứng dụng trong mọi mặt của đời sống như kinh tế, xã hội … và đặc biệttrong ngành Trắc Địa - Bản Đồ Với công nghệ GNSS các giai đoạn của đo đạc vàthành lập bản đồ đã được rút ngắn đi đang kể giúp giảm bớt chi phí, nhân công, thờigian trong tổ chức sản xuất Trắc Địa Bản Đồ Cùng với thời gian hệ thống GNSSngày càng phát triển hoàn thiện chính xác, hiệu quả hơn Cùng với đó phương pháp

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

-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 đồ địa hình tỉ lệ 1:5000 khu bãi bồi vùng cửa sông

ven biển tỉnh Thái Bình 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 hình

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

Chương 3: Thực nghiệm

Hà Nội, ngày 3 tháng 6 năm 2016

Sinh viên thực hiện

Trần Đăng Đạt

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN BẢN ĐỒ ĐỊA HÌNH

1.1. Bản đồ địa hình

1.1.1. Khái niệm bản đồ địa hình

Bản đồ địa hình là hình ảnh thu nhỏ được khái quát hóa và biểu thị bằngnhững nguyên tắc toán học nhất định bề mặt trái đất lên mặt phẳng Trên bề mặtphẳng đó thể hiện sự phân bố hiện trạng và mối quan hệ giữa các đối tượng tựnhiên và xã hội khác với độ chính xác và mức độ chi tiết tương đối giống nhau, cácyếu tố này phần lớn giữ được hình dạng, kích thước theo tỷ lệ bản đồ, đồng thờigiữ được tính chính xác hình học của ký hiệu và tính tương ứng địa lý của các nộidung

Trong thực tế, bản đồ địa hình biểu thị một dạng thông tin bất kỳ nào đó cóthể xem được, đặc biệt là với những thông tin thể hiện tính chất, trạng thái của mộtđối tượng nào đó Những tính chất cơ bản của bản đồ địa hình là tính trực quan,tính thông tin, tính đo đạc.Bằng bản đồ địa hình người sử dụng có thể tìm ra quyluật của sự phân bố các đối tượng và hiện tượng trên bề mặt trái đất, từ bản đồngười ta có thể xác định được các trị số như: tọa độ, độ cao, độ dài Các yếu tốquan trọng khi sử dụng bản đồ địa hình là: nội dung, tỷ lệ, lưới chiếu, thời gianthành lập, hiệu chỉnh

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

a Mục đích thành lập bản đồ địa hình

Bản đồ địa hình được dùng làm tài liệu cơ bản để thành lập các bản đồ chuyên

đề, bản đồ địa lý chung có tỉ lệ nhỏ hơn

Bản đồ địa hình tỉ lệ 1/500 và 1/1000 để lập thiết kế kỹ thuật các xí nghiệp côngnghiệp và các trạm phát điện, dùng để tiến hành công tác thăm dò và tìm kiếm thăm

dò chi tiết, tính toán trữ lượng các khoáng sản có ích

Bản đồ địa hình tỉ lệ 1/2000 và 1/5000 được dùng để thiết kế mặt bằng của cácthành phố và các điểm dân cư khác, được dùng trong công tác quy hoạch…

Bản đồ địa hình tỉ lệ 1/10000 và 1/25000 thường dùng trong công tác quyhoạch ruộng đất, quản lý ruộng đất, khảo sát các phương án quy hoạch thành phố,dùng để chọn các tuyến đường sắt và đường ôtô, làm cơ sở đo vẽ thổ nhưỡng thựcvật, thiết kế các công trình thủy nông…

Bản đồ địa hình tỉ lệ 1/50000 và 1/100000 được sử dụng trong lĩnh vực kinh tếquốc dân, dùng trong công tác quy hoạch và tổ chức các vùng kinh tế, dùng đểnghiên cứu các vùng về địa chất thủy văn… Các bản đồ tỉ lệ 1/100000 là cơ sở địa

lý thành lập các bản đồ chuyên đề tỉ lệ lớn và trung bình

b Yêu cầu thành lập bản đồ địa hình

- Bản đồ phải được trình bày rõ ràng, dễ đọc, cho phép định hướng nhanhchóng ngoài thực địa

- Các yếu tố thể hiện trên bản đồ cần phải đầy đủ, chính xác, mức độ chi tiếtcủa bản đồ được xác định dựa vào mục đích sử dụng của bản đồ và đặc điểm củakhu vực đó

- Có đầy đủ các đặc điểm và tính chất chung của bản đồ địa lý

1.1.3. Các yếu tố cơ bản của bản đồ địa hình

Các yếu tố cơ bản của bản đồ địa hình là: Địa vật định hướng, thuỷ hệ, cácđiểm dân cư, mạng lưới đường giao thông và đường dây liên lạc, dáng đất, lớp phủthực vật và đất, ranh giới phân chia hành chính – chính trị Tất cả các đối tượng nóitrên được thể hiện trên bản đồ địa hình với độ chi tiết cao và được ghi chú các đặctrưng chất lượng và số lượng Khi sử dụng bản đồ địa hình thì việc định hướng có ýnghĩa quan trọng, do vậy các địa vật định hướng cũng là yếu tố tất yếu của nội dungbản đồ địa hình

- Địa vật định hướng

Đó là những đối tượng của khu vực, nó cho phép ta xác định vị trí nhanhchóng và chính xác trên bản đồ (ví dụ: các toà nhà cao, nhà thờ, cột cây số,…) Cácđịa vật định hướng cũng còn bao gồm cả một số địa vật không nhô cao so với mặt

Trên bản đồ biểu thị tất cả các con sông có chiều dài từ 1cm trở lên Ngoài racòn thể hiện các kênh đào, mương máng, các nguồn nước tự nhiên và nhân tạo.Đồng thời còn phải thể hiện các thiết bị thuộc thuỷ hệ (như các bến cảng, cầu cống,trạm thủy điện, đập,…).

Sự biểu thị các yếu tố thuỷ hệ còn được bổ sung bằng các đặc trưng chất lượng

và số lượng (độ mặn của nước, đặc điểm và độ cao của đường bờ, độ sâu và độ rộngcủa sông, tốc độ nước chảy)

Trên bản đồ sông, suối, kênh, mương được thể hiện dưới dạng đường, nguyêntắc biểu thị phải tuân theo các quy định tại quy phạm đo vẽ bản đồ địa hình tỷ lệ1/500, 1/1000, 1/2000, 1/5000 của Cục Đo đạc và Bản đồ Việt Nam các quy định cụthể được thể hiện dưới bảng 1.1

Bảng 1.1 Đo vẽ kênh, mương theo tiêu chuẩn quy định

Tỉ lệ bản đồ Kênh mươngrộng trên 5m Kênh mương rộngtừ 3 đến 5m Kênh mương từ 2đến 3m Kênh mươngđến 2m

- Các điểm dân cư

Các điểm dân cư là một trong những yếu tố quan trọng nhất của bản đồ địahình Các điểm dân cư được đặc trưng bởi kiểu cư trú, số người và ý nghĩa hànhchính – chính trị của nó Theo kiểu cư trú, phân ra thành các nhóm: các thành phố,các điểm dân cư kiểu thành phố (khu công nhân, khu phố ven đường sắt, nơi nghỉmát), các điểm dân cư nông thôn (thôn, ấp, nhà độc lập,…) Kiểu điểm dân cư đượcthể hiện trên bản đồ địa hình bằng kiểu chữ ghi chú tên của nó

Khi thể hiện các điểm dân cư trên bản đồ địa hình thì phải giữ được đặc trưngcủa chúng về quy hoạch, cấu trúc

Trên các bản đồ tỷ lệ 1:5000 có thể biểu thị được tất cả các vật kiến trúc theokích thước của chúng, đồng thời thể hiện đặc trưng của vật liệu xây dựng, độ rộngcủa các đường phố cũng được thể hiện theo tỷ lệ bản đồ

Trên bản đồ tỷ lệ 1:10.000 các điểm dân cư được biểu thị bằng ký hiệu quyước các ngôi nhà và các vật kiến trúc riêng biệt nhưng trong đó đã có sự lựa chọnnhất định Trong một số trường hợp phải thay đổi kích thước mặt bằng và độ rộngcủa đường phố

Trên các bản đồ tỷ lệ từ 1:25.000 đến 1:100.000 thì sự biểu thị không phải chủyếu là các vật kiến trúc riêng biệt mà là các ô phố, trong đó đặc trưng chất lượngcủa chúng cũng được khái quát Trên bản đồ tỷ lệ 1:100.000 thì các ngôi nhà trongcác ô phố không được thể hiện; sự biểu thị các đường phố với độ rộng quy định (0.5– 0.8mm) có ảnh hưởng làm giảm diện tích của các ô phố trên bản đồ

- Mạng lưới đường giao thông và đường dây liên lạc

Trên các bản đồ địa hình thì mạng lưới đường sá được thể hiện tỉ mỉ về khả

năng giao thông và trạng thái của đường Mạng lưới đường sá được thể hiện chi tiếthoặc khái lược là tuỳ thuộc vào tỷ lệ của bản đồ Cần phải phản ánh đúng đắn mật

độ của lưới đường sá, hướng và vị trí của các con đường, chất lượng của chúng.Đường được phân ra thành: đường sắt, đường rải mặt và đường đất

Các đường sắt được phân chia theo: độ rộng của đường ray, theo số đường ray,trạng thái của đường, dạng đầu máy xe lửa

Trên đường sắt phải biểu thị các nhà ga, các vật kiến trúc và các trang thiết bịkhác thuộc đường sắt (tháp nước, trạm canh, các con đường ngầm, các đoạn đườngđắp cao, cầu, cống,…)

Trên các bản đồ tỷ lệ 1:10.000 và lớn hơn biểu thị tất cả các con đường; trêncác bản đồ tỷ lệ 1:25.000 thì biểu thị có chọn lọc các con đường trên đồng ruộng vàtrong rừng ở những nơi mà đường sá có mật độ cao Ở các tỷ lệ nhỏ hơn thì sự lựachọn và khái quát cao hơn

Bảng 1.2 Quy Định khoảng cao đều của các đường bình độ trên bản đồ

Độ dốc địa hình

Khoảng cao đều cơ bản (m) đối với các tỷ lệ

bản đồ 1:500 1:1000 1:2000 1:5000

5,0 Vùng có độ dốc trên 15° 1,0 1,0 2,5 2,5

5,0

Trên các bản đồ địa hình cần phải thể hiện chính xác và rõ ràng các dạng địahình có liên quan đến sự hình thành tự nhiên của dáng đất như các dãy núi, các đỉnhnúi, yên núi, thung lũng, các vách nứt, rãnh sói, đất trượt… và các dạng có liênquan với sự hình thành nhân tạo như chỗ đắp cao, chỗ đào sâu,… Sử dụng bản đồ

có thể thu nhận được những số liệu về độ cao, về độ dốc với độ chính xác cao, đồngthời phải đảm bảo phản ánh đúng đắn sự cắt xẻ ngang và cắt xẻ đứng của bề mặt.

- Lớp phủ thực vật và đất

Trên các bản đồ địa hình biểu thị các loại rừng, bụi cây, vườn cây, đồn điền,

ruộng, đồng cỏ, cát, đất mặn đầm lầy,… Ranh giới của các khu thực phủ và của cácloại đất thì được biểu thị bằng các đường chấm; ở diện tích bên trong đường viền thì

vẽ các ký hiệu quy ước đặc trưng cho từng loại thực vật hoặc đất Ranh giới của cácloại thực vật và đất cần được thể hiện chính xác về phương diện đồ hoạ; thể hiện rõràng những chỗ ngoặt có ý nghĩa định hướng Các đầm lầy được phân biệt biểu thịcác đầm lầy qua được, các đầm lầy khó qua và các đầm lầy không qua được, ghi độsâu của đầm lầy Rừng được phân biệt biểu thị: Rừng già, rừng non, rừng rậm, rừngthưa, rừng bị cháy, rừng bị đốn,… ghi rõ độ cao trung bình của cây, đường kínhtrung bình và loại cây

Khi biên tập thực vật và loại đất thì phải tiến hành lựa chọn và khái quát Việc

chọn lọc thường dựa theo tiêu chuẩn kích thước, diện tích nhỏ nhất của các đường

viền được thể hiện lên bản đồ

- Ranh giới phân chia hành chính – chính trị

Ngoài đường biên giới quốc gia, trên các bản đồ địa hình còn phải biểu thị cácđịa giới của các cấp hành chính Cụ thể là trên các bản đồ có tỷ lệ 1:50.000 và lớnhơn thì biểu thị từ địa giới xã trở lên, trên bản đồ tỷ lệ 1:100.000 thì không biểu thịđịa giới xã Các đường ranh giới phân chia hành chính – chính trị đòi hỏi phải thểhiện rõ ràng, chính xác

1.1.4. Nội dung của bản đồ địa hình

Bản đồ địa hình gồm phần đồ họa chính, khung tọa độ và các chỉ dẫn Nộidung chính thiên về mục đích quân sự và quản lý lãnh thổ, nên các địa vật ảnhhưởng tới tác chiến được ưu tiên thể hiện

- Phần đồ họa chính, hay tự thân của bản đồ, biểu diễn đồ họa địahình theo đường đồng mức, ranh giới quốc gia và hành chính, khu dân cư, mạnglưới giao thông, mức độ và loại thực vật che phủ đất, các khối nhà hay công trìnhxây dựng, Các vách dốc như núi đá vôi thì thường có ký hiệu riêng và ghi chú.Trên biển và vùng nước thì có đường đồng mức đáy, các tuyến đường thủy, luồnglạch, loại vật liệu đáy và thực vật đáy nếu có, cũng như các chướng ngại Một số kýhiệu địa vật có thể to hơn kích thước thật theo tỷ lệ bản đồ Các tên hay ký hiệu chữthì cỡ chữ đại diện cho mức quan trọng cần quan tâm

- Lưới tọa độ thường không có dạng chữ nhật, do biểu diễn theo hình chiếu.Bản đồ tỷ lệ nhỏ cho vùng rộng lớn thì độ biến dạng càng lớn Khung bản đồthường cắt theo lưới tọa độ, nhưng khi cần trình bày cho đẹp, ví dụ bản ghép toàn

bộ quốc gia, thì cắt hình chữ nhật

- Rìa bản đồ, là tên mảnh, các thông tin biên tập, tỷ lệ, các chỉ dẫn bằng vănbản hay hình vẽ, và vị trí ghép với các mảnh khác

1.1.5. Cơ sở toán học của bản đồ địa hình

Cơ sở toán học của bản đồ địa hình gồm: phép chiếu, tỷ lệ, lưới tọa độ, sựphân mảnh đánh số, bố cục bản đồ, điểm khống chế trắc địa

- Phép chiếu bản đồ và lưới tọa độ

Phép chiếu bản đồ là phép chiếu biểu diễn mặt cong trái đất lên mặt phẳng bản đồ Yêu cầu của phép chiếu là độ biến dạng phải nhỏ và phân bố đều để nângcao độ chính xác Hình dạng kinh vĩ tuyến phải đơn giản để dễ xác định tọa độ cácđiểm trên bản đồ, phù hợp với lưới chiếu của bản đồ, thuận tiện cho việc chuyển vẽcác yếu tố nội dung Ngoài ra đối với bản đồ địa hình phải không có biến dạng vềgóc, dễ chia mảnh và đánh số mảnh, dễ dàng trong tính toán

Ở nước ta trước đây các bản đồ được thành lập theo phép chiếu Gauss–Kruger nhưng hiện nay là phép chiếu UTM Có Elipxoid quy chiếu quốc gia làElipxoid WGS-84 toàn cầu được xác định (định vị) phù hợp với lãnh thổ Việt Namtrên cơ sở sử dụng các điểm GPS cạnh dài có độ cao thủy chuẩn phân bố đều trênlãnh thổ Khi thành lập bản đổ ở khu vực nhỏ và độc lập, người ta thường sử dụng

hệ tọa độ vuông góc và được quy ước gôc của hệ tọa độ này là ở gốc Tây Nam, trục

X theo hướng Bắc, trục Y theo hướng Đông Hiện nay nước ta chính thức sử dụng

hệ VN-2000 với các tham số chính sau:

+ Elipxoid WGS-84 có kích thước: bán trục lớn a = 6378137.0m

XUTM = K0*XG

YUTM = K0*(YG – 500000) + 500000

TUTM = TG

MUTM = K0*MG

Trong đó: K0 = 0.9996 dùng cho múi chiếu 60

K0 = 0.9999 dùng cho múi chiếu 30

Với XUTM, YUTM là tọa độ của lưới chiếu UTM

XG, YG là tọa độ phẳng của lưới chiếu Gauss-Kruger

MUTM, MG là tỷ lệ biến dạng chiều dài tương ứng của lưới chiếu UTM vàGauss-Kruger

Lưới tọa độ: Lưới tọa độ địa lý (còn gọi là lưới kinh vĩ tuyến) dùng để xácđịnh tọa độ địa lý của các điểm trên bản đồ (φ, α), hình dạng của nó phụ thuộc vàođặc điểm của lưới chiếu Lưới tọa độ đề các (còn gọi là lưới tọa độ phẳng) dùng đểxác định tọa độ (x,y) của các điểm, lưới của nó là các đường thẳng song song vuônggóc với nhau Kinh tuyến chính là trục X, xích đạo là trục Y, gốc tọa độ là điểm giaonhau của hai trục trên và gốc này có giá trị khởi đầu là (0, 500) Để tránh giá trị âmnên người ta dời trục Y về phía Tây 500km vì thế khi tính và triển điểm phải tính Ybảnđồ = Y + 500 km

- Tỷ lệ bản đồ

+ Tỷ lệ bản đồ xác định mức độ thu nhỏ của bề mặt trái đất khi biểu thị lênbản đồ Trị số cảu tỷ lệ chung nhất thiết phải chỉ rõ trên bản đồ Có 3 phương phápthể hiện tỷ lệ:

Tỷ lệ số: Thể hiện bằng một phân số mà tử số là 1, còn mẫu số cho thấymức độ thu nhỏ của mặt đất Tỷ lệ này viết dưới dạng 1/10.000 hay 1/100.000

Tỷ lệ chữ: Nêu rõ một đơn vị chiều dài trên bản đồ tương ứng với độ dài làbao nhiêu đó ở ngoài thực địa

Thước tỷ lệ: Là hình vẽ có thể dùng nó đo trên bản đồ Thước tỷ lệ là thẳnghay xiên cho phép đo với độ chính xác cao hơn

Về hệ thống tỷ lệ bản đồ địa hình ở nước ta dùng dãy tỷ lệ như hầu hết cácnước khác trên thế giới, gồm các tỷ lệ sau: 1/100.000, 1/50.000, 1/25.000, 1/10.000,1/5000 và lớn hơn

- Chia mảnh và đánh số

Việc chia mảnh ,đặt phiên hiệu và tên mảnh bản đồ địa hình thực hiện theothông tư 973/2001 TT- TCĐC ngày 20/6/2001 của tổng cục Địa Chính nay là BộTài Nguyên Và Môi Trường về “ Hướng dẫn áp dụng hệ quy chiếu và hệ tọa độquốc gia VN-2000

Bản đồ địa hình tỷ lệ 1: 25.000 nằm trong hệ thống bản đồ địa hình cơ bản củaViệt Nam nên sự phân mảnh và đánh số hiệu được quy định cụ thể như sau :

Mỗi mảnh bản đồ tỷ lệ 1: 50.000 chia thành 4 mảnh bản đồ tỷ lệ 1: 25.000,mỗi mảnh có kích thước 7’30” x7’30” ký hiệu bằng a, b, c ,d theo thứ tự từ tráisang phải , từ trên xuống dưới

Hệ thống UTM quốc tế không phân chia các mảnh bản đồ tỷ lệ 1: 25.000 vàlớn hơn

Phiên hiệu mảnh bản đồ tỷ lệ 1: 25.000 gồm phiên hiệu mảnh bản đồ tỷ lệ 1:25.000 chứa mảnh bản đồ tỷ lệ 1: 25.000 đó, gạch nối và sau đó là ký hiệu củamảnh bản đồ tỷ lệ 1: 25.000 trong mảnh bản đồ tỷ lệ 1: 50.000

Ví dụ mảnh bản đồ tỷ 1: 25.000 có phiên hiệu F-48-68 –D-d

Hình 1.1 Sơ đồ phân mảnh và đặt phiên hiệu bản đồ

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

Độ chính xác bản đồ là chỉ số đặc trưng cho độ chính xác các trị số số lượngtrên bản đồ bằng các dụng cụ lý tưởng và trong những điều kiện lý tưởng Nếu độchính xác của bản đồ quá thập thì nó không đáp ứng được yêu cầu sử dụng, ngượclại nếu quy định độ chính xác quá cao sẽ gây khó khăn cho công tác hiện chỉnh vàtăng giá thành sản phẩm

Người ta thường đánh giá độ chính xác của bản đồ địa hình theo ba yếu tố cơbản, đó là độ chính xác vị trí mặt bằng và độ cao điểm khống chế trắc địa, độ chínhxác vị trí mặt bằng của các điểm địa vật và cuối cùng là độ chính xác biểu diễn địahình bằng đường đồng mức

Trên các bản đồ tỷ lớn và trung bình thì sai số trung bình của vị trí điểm địavật biểu thị trên bản đồ gốc so với vị trí điểm khống chế đo vẽ gần nhất (điểmkhống chế mặt bằng) không được vượt quá quy định (tính theo tỷ lệ bản đồ cầnthành lập) là 0.5 mm khi thành lập bản đồ ở vùng đồng bằng hoặc vùng đồi và 0.7

mm khi thành lập bản đồ ở vùng núi cao Khi thành lập bản đồ ở vùng đã xây dựng

cở bản, xây dựng theo quy hoạch và xây dựng nhà nhiều tầng thì sai số trung bìnhcủa vị trí tương quan giữa các điểm địa vật quan trọng (như các công trình chính,các toà nhà ) không được vượt quá 0.4 mm

- Sai số trung bình về độ cao của đường bình độ, độ cao của các điểm đặctrưng địa hình và điểm ghi chú độ cao biểu thị trên bản đồ gốc so với độ cao củađiểm khống chế đo vẽ gần nhất (điểm khống chế độ cao) không được vượt quá quyđịnh theo thông tư 68 quy định kỹ thuật đo đạc trực tiếp địa hình phục vụ thành lậpbản đồ địa hình tỷ lệ 1:500, 1:1000, 1:2000, 1:5000

Bảng 1.3 Sai số trung bình về độ cao đường bình độ (khoảng cao đều)

Độ dốc địa

hình

Sai số trung phương đo vẽ dáng đất (khoảng cao đều

cơ bản) đối với các tỷ lệ bản đồ

Trong trường hợp đo vẽ bản đồ tỷ lệ 1/500, 1/1000 ở vùng có độ dốc trên

100, đo vẽ bản đồ tỷ lệ từ 1/2000 đến bản đồ tỷ lệ 1/25000 ở vùng có độ dốc 150 thì

số đường bình độ phải phù hợp với độ cao xác định tại chổ thay đổi độ dốc và phảiphù hợp với độ cao của các điểm đặc trưng địa hình Đối với các khu vực ẩn khuất,đầm lầy, bãi cát không ổn định…các sai số nói trên tăng thêm 1.5 lần

- Sai số giới hạn của vị trí điểm địa vật, của độ cao đường bình độ, độ caocủa điểm ghi chú độ cao, độ cao điểm đặc trưng địa hình quy định là 2lần sai sốnêu trên Khi kiểm tra, sai số lớn nhất không được vượt quá sai số giới hạn Sốlượng sai số có giá trị bằng sai số giới hạn không được vượt quá 10% tổng số cáctrường hợp kiểm tra Các sai số trong mọi trường hợp không được mang tính chất

hệ thống

- Sai số vị trí của điểm tăng dày so với vị trí của điểm khống chế đo vẽ ngoạinghiệp gần nhất không được vượt quá quy định sau: về mặt phẳng (tính theo tỷ lệbản đồ cần thành lập) thì ± 0.1mm đối với vùng đồng bằng và vùng đồi núi,

±0.15mm đối với vùng núi và núi cao Về độ cao, các giá trị nêu ở bảng 1.3(lấy khoảng cao đều của đường bình độ làm đơn vị)

- Sai số giới hạn của điểm tăng dày quy định là 2 lần sai số trung bình nói trên.Khi kiểm tra, sai số lớn nhất về vị trí của điểm tăng dày không vượt quá sai số giớihạn và số lượng sai số có giá trị bằng sai số giới hạn không vượt quá: Về mặtphẳng là 5% tổng số các trường hợp Về độ cao là 5% tổng số các trường hợp ởvùng quang đãng và 10% tổng số các trường hợp ở vùng ẩn khuất, đầm lầy, bãi cátkhông ổn định Trong mọi trường hợp các sai số nói trên không được mang tính hệthống Dưới đây là quy định của các đường bình độ trên bản đồ được quy định theoquy phạm thành lập bản đồ của Cục Đo Đạc và Bản Đồ Việt Nam như sau:

Bảng 1.4 Tỷ lệ bản đồ Khoảng cao đều (m) Nhỏ nhất Trung bình Lớn nhất

Ngoài các điểm đặc trưng địa hình bản đồ phải có các điểm ghi chú độ cao Sốlượng điểm đặc trưng địa hình và ghi chú điểm độ cao trên 1dm2 bản đồ không íthơn 10 điểm khi đo vẽ ở vùng núi, núi cao và 15 điểm khi đo vẽ ở vùng đồi vàvùng đồng bằng

Trong các trường hợp đặc biệt như khi đo vẽ ở vùng dân cư dày đặc, vùng cóđịa hình biến đổi đều và có quy luật thì số lượng điểm nêu trên cũng được giảmbớt nhưng cũng không ít hơn 8 điểm khi đo vẽ ở vùng núi, núi cao và 10 điểm khi

đo vẽ ở vùng đồng bằng, vùng đồi Quy định này phải được nêu rõ trong thiết kế

kỷ thuật của khu đo

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

1.2.1. Các phương pháp thành lập bản đồ địa hình

- Thành lập bản đồ địa hình bằng đo vẽ trực tiếp ngoài thực địa

- Thành lập bản đồ địa hình từ ảnh hàng không

- Thành lập bản đồ địa hình từ bản đồ địa hình tỉ lệ lớn hơn

Mỗi phương pháp đo thành lập bản đồ địa hình cơ sở đòi hỏi các điều kiện vàphương tiện kỹ thuật khác nhau.Việc lựa chọn phương pháp đo, thành lập bản đồđịa hình cho từng khu vực phải căn cứ vào đặc điểm về địa hình, loại đất, kinh tế xãhội, trang thiết bị máy móc của đơn vị, nguồn nhân lực… Đảm bảo yêu cầu kỹ thuậtthành lập bản đồ cho các công đoạn Kết quả cuối cùng là bộ bản đồ địa hình được

vẽ trên giấy, hoặc bộ bản đồ số được lưu trên máy tính

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

địa.

a. Quy trình thành lập bản đồ

- Khảo sát, thiết kế, xây dựng luận chứng kinh tế – kỹ thuật

- Xây dựng lưới khống chế trắc địa làm cơ sở tọa độ để vẽ chi tiết, đảm bảocho việc xác định vị trí của bản đồ trong hệ tọa độ nhà nước, bao gồm các côngviệc: gắn mốc ngoài thực địa trên các điểm đã thiết kế, đo nối tọa độ của các điểmvới các điểm cấp cap đã có tọa độ trong hệ tọa độ nhà nước, tính toán bình sai kếtquả đo, chuyển tọa độ của các điểm lưới lên bản vẽ

- lưới khống chế đo vẽ

- Đo đạc chi tiết ngoài thực địa: đặt máy đo đạc lần lượt tại vị trí các điểm củalưới khống chế đo vẽ để tiến hành đo vẽ chi tiết các đối tượng xung quanh điểm đặtmáy Các kết quả đo cùng dữ liệu có liên quan được tự động ghi vào bộ nhớ củamáy

- Nhập số liệu máy tính, tiền xử lý kết quả đo, xác định tọa độ của các điểm đochi tiết, phân lớp đối tượng, dựng hình (nối các đối tượng dạng đường và ranh giớicác đối tượng vùng) Kiểm tra chất lượng đo, đo bù hoặc đo bổ sung nếu đo saihoặc thiếu.

- Biên tập bản đồ: biên tập nội dung, biên vẽ ký hiệu, ghi chú và thực hiện cáctrình bày cần thiết theo quy định, quy phạm

- Kiểm tra, sửa chữa bản vẽ, hoàn thiện hồ sơ, nghiệm thu sản phẩm đo đạcthực địa và bản gốc đo vẽ

b Ưu điểm, nhược điểm

- Ưu điểm: phản ánh trung thực, chính xác, chi tiết các đối tượng nội dungbản đồ cần thể hiện

- Nhược điểm: chụi ảnh hưởng nhiều bởi thời tiết, khí hậu, điều kiện địa lýkhu vực đo vẽ, năng suất lao động không cao do đó chỉ thực hiện công việc đo vẽtrên khu vực có diện tích nhỏ

vị trí nào trên mặt đất Người ta gọi đây là Hệ Thống Vệ Tinh Dẫn Đường Toàn CầuGNSS (Global Navigation Satellite Systems) Hiện nay trên thế giới có bốn hệthống vệ tinh dẫn đường: GPS và GLONASS, GALILEO, COMPASS hệ thốngđịnh vị toàn cầu ngày nay được gọi tên chung là Hệ thống vệ tinh dẫn đường toàncầu (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 2.3 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

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 không gian

Ấn Độ (ISRO) phát triển Hệ thống hoạt động độc lập, bao trùm toàn bộ lãnh thổ

Ấn Độ và vùng lân cận IRNSS được thiết kế với 7 vệ tinh và hệ mặt đất tương ứng.Trong số 7 vệ tinh có 3 vệ tinh địa tĩnh và 4 vệ tinh hoạt động trên quỹ đạo đồng bộtrái 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

2, vệ tinh Meteo – 3 của Nga Tương tự như DORIS, PRARE có thể đo độ cao từ vệtinh đến các mặt đại dương với độ chính xác cao Sự khác biệt của PRARE với GPS

và DORIS là đo khoảng cách hai chiều Tín hiệu phát đi từ vệ tinh được các trạmmặt đất thư nhận sau đo lại phát trở lại vệ tinh Anten mặt đất theo dõi liên tục khinhìn 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

- Khái niệm chung

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

f = =Trong đó c = 299 792 458 m/s là vận tốc ánh sang - tốc độ lan truyền sóngđiện từ trong chân không

Bảng 2.1 Các đại lượng đặc trưng của song điện từ

Tần số góc tức thời là đạo hàm bậc nhất của pha theo thời gian

Trong đó 2 là chu kỳ radian Ngoài ra công thức trên còn được viết lại như sau:

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

Trong đó là 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 ()giữa máy phát và máy thu

Trong đó là tần số tín hiệu phát còn 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

Độ ổn định tần số của máy dao động trên các vệ tinh Block II là , trên các vê tinhBlock IIF hoạt động ổn định tần số cao hơn Vệ tinh GPS phát các tín hiệu sóng vôtuyến trên hai tần số khác nhau là L1 và L2 Tần số tín hiệu L1 gấn 154 lần tần số

cơ bản ( còn tần số tín hiệu L2 là Bước sóng tương ứng của các tần số là và L1 vàL2 đều là song mang, điều biến bằng các code khác nhau để truyền thông tin đếnmáy 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 phiên pha 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:

Thì sau khi mã hóa các tín hiệu sóng mang sẽ trở thành:

Trong đó P(t), D(t), C(t) lần lượt là ký hiệu cho code P, code C/A và codethông tin dẫn đường Code ký hiệu W(t) được sử dụng để bảo mật code P, tạo code

Y ( P x W) Với tín hiệu L1, cường độ tín hiệu điều biến bằng C/A code lớn hơn hailần so với cường độ của code P, tức là giữa các biên độ luôn co biểu thức

Thế hệ vệ tinh tiếp theo cả Block IIR-M, L2 cũng điều biến với code C/Anhằm hỗ trợ người sử dụng nâng cao độ chính xác xác định vị trí và xác định độ trễtầng điện ly Trong quân đội code M được sử dụng để điều biến các tần số L1 và L2.Sau khi đưa 12 vệ tinh thế hệ Block IIR – M lên quỹ đạo, Mỹ đã đưa các vệ tinhBlock IIF sử dụng tín hiệu sóng mang L5 với tần số hoàn toàn mới nhằm nâng cao

độ tin cậy và an toàn cho lĩnh vực dẫn đường hàng không bằng dân sự

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 MáyGPS 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 chính

của 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:

Biểu thức trên cho thấy tín hiệu nhận gồm 2 phần, một phần có tần số thấp (vàmột phần có tần số cao Có thể loại bỏ tần số cao bằng bộ lọc còn hiệu tần số (củadao động lọc gọi là tần số phách

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

Để khôi phục pha sóng mang L1 trong trường hợp này máy GPS chỉ biết codeC/A Nếu máu GPS biết code Y thì khôi phục được cả L1 và L2.

Ký hiệu là vị trí thời gian vệ tinh tại thời điểm phát tín hiệu, là vị trí thời gianmáy GPS tại thời điểm nhận tín hiệu Sai số đồng hộ vệ tinh và máy GPS so với hệthống thời gian GPS tương ứng là và Nếu biết code PRN thì sẽ biết còn là đạilượng đo được Như vậy thời gian đo được giữa thời điểm phát và thời gian thu tínhiệu là:

Sai số đồng hồ vệ tinh có thể xác định từ các tham số có trong thông báo dẫnđường Nếu biết code thì cũng giải mã được thông báo dẫn đường Như vậy, khi đocode, đại lượng trong biểu thức có dạng:

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

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:

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

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 xác

định khoảng cách giả ngẫu nhiên thì chỉ cần đến pha sóng mang chứ không cần đếncode Giả sử là pha sóng mang nhận được, là tần số vòng pha của tín hiệu trong hệthống thời gian GPS là còn tần số góc là Nếu thời gian t xác định trong thời gianGPS thì pha sóng mang nhận được tính theo công thức:

Pha tín hiệu khởi tạo trong máy GPS:

Trong đó và là các pha ban đầu có quan hệ với sai số đồng hồ theo biểu thứcsau:

Pha phách của tín hiệu là hiệu pha tín hiệu nhận và tín hiệu quy chiếu:

Vì có thể bỏ qua độ lệch giữa tần số vòng của tín hiệu vệ tinh và máy GPS sovới tần số vòng danh nghĩa ( nên biểu thức trên có thể viết dưới dạng đơn giản hơn:

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 thìquá 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 :

Trong đó là ký hiệu phần pha có thể đo được, còn N là đa trị nguyên tại thờiđiểm bắt đầu Để đơn giản hóa ký hiệu, sau đây sẽ định nghĩa pha theo chu kỳ đểthay thế radian Vì 1 chu kỳ tương ứng với 2 radian, nên:

Từ đó phần pha sóng mang đo được là:

Hay

Nhận biểu thức trên với bước sóng () thì từ pha biểu diễn theo chu kỳ sẽ nhậnđược khoảng cách giả ngẫu nhiên Khoảng cách này chỉ khác khoảng cách ngẫunhiên xác định từ phép đo code là có thêm bội số nguyên lần bước sóng (N ở vếphải biểu thức Độ chính xác đo pha thường cao hơn 1% chu kỳ Nếu chú ý đếnbước sóng của tín hiệu sóng mang thì độ chính xác có thể đạt tương đương 1-2mm

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 HệTrắc 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

độ chính xác từ 1m đến 2m

Bảng 2.2 Thông số kỹ thuật WGS – 84Kích thước Ellipsoid quy chiếu

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

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 đượcchính xác 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

báo số cải chính cho máy thu GPS biết để sử lý Để làm giảm ảnh hưởng của sai sốđồng hồ của cả vệ tinh và máy thu, người ta sử dụng hiệu các trị đo giữa các vệ tinhcũng như giữa các trạm quan sát.

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 2.8:

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 với tínhiệu GPS do chiết suất biến đổi Do vậy số cải chính mô hình khí quyểnphải được áp dụng đối với trị đo của máy một tần số và cả máy hai tần số, chiết suấtcủa tầng đối lưu sinh ra độ chậm pha tín hiệu, được chia thành hai loại ướt và khô,ảnh hưởng của chiết suất khô được tạo thành mô hình loại trừ nhưng ảnh hưởng củachiết suất ướt là nguồn sai số khó lập mô hình và loại bỏ trong trị đo GPS

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, liên tụcnhằm xác định số nguyên lần bước sóng khởi đầu Tuy nhiên có trường hợp ngay cảkhi 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 không đếm đượckhiến cho số nguyên lần bước sóng thay đổi và làm sai kết quả định vị Do đó cầnphải phát hiện và xác định sự trượt chu kỳ trong tín hiệu GPS Một số máy 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 bềmặt 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 vàođiểm gốc 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 bốhình học cân đối trên bầu trời xung quanh điểm đo Chỉ số mô tả đồ hình vệ tinh

gọi là hệ số phân tán độ chính xác - hệ số DOP (Delution of Precision) Chỉ

số DOP là số nghịch đảo thể tích của khối tỷ diện tạo thành giữa các vệ tinh và máythu 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)

+ HDOP là chỉ số phân tán độ chính xác về mặt phẳng (Horizontal DOP)+ VDOP là chỉ số phân tán độ chính xác về độ cao (Vertical DOP)

+ GDOP là chỉ số phân tán độ chính xác về hình học (Geometric DOP)

Đồ hình phân bố vệ tinh được thiết kế sao cho chỉ số PDOP đạt xấp xỉ 2,5 vớixác xuất 90% thời gian Đồ hình vệ tinh đạt yêu cầu với chỉ số P DOP < 6

h. Tâm pha của anten

Tâm pha là một điểm nằm bên trong anten, là nơi tín hiệu GPS biến đổi thànhtín hiệu trong mạch điện tử các trị đo khoảng cách được tính vào điểm này Điềunày có ý nghĩa quan trọng, ở nhà máy chế tạo anten đã được kiểm định sao cho tâmpha trùng với tâm hình học của nó, tuy nhiên tâm pha thay đổi vị trí phụ thuộcvào đồ hình vệ tinh, ảnh hưởng này có thể kiểm định trước khi đo hoặc sửdụng mô hình tâm pha ở giai đoạn tính xử lý Quy định cần phải tuân theo là khi đặtanten cần đóng theo cùng một hướng và tốt nhất là sử dụng cùng một loại antencho cùng một ca đo Các nguồn lỗi và biện pháp khắc phục được tổng hợp trongbảng 2.3:

Bảng 2.3 Nguồn lỗi và biện pháp khắc phục

a. Phụ thuộc vệ tinh

Ephemerit Ephemerits chính xácĐồ hình vệ tinh Chọn thời gian đo có PDOP<6Đồng hồ vệ tinh Sai phân bậc một

b. Phụ thuộc đường tín hiệu

Số đa trị nguyên Xác đinh đơn trị, sai phân bậc baTrượt chu kỳ Tránh vật cản, sai phân bậc ba

Đa nguyên Tránh phản xạ, ngưỡng góc cao

c. Phụ thuộc máy thu

Chiều cao anten Do 2 lần khi đo độ cao Anten

Cấu hình máy thu Chú ý khi lắp đặt

Tâm pha anten Anten chuẩn đặt quay về một hướngTọa độ quy chiếu Khống chế chính xác, tin cậy

Chiều dài cạnh Bố trí cạnh ngắn

Nhiễu điện tử Tránh bức xạ điện từ

2.1.5 Các phương pháp đo GNSS

a. Định vị tuyệt đối (Point Positioning)

Đây là kỹ thuật sử dụng một máy thu GPS để xác định ngay tọa độ của điểmquan sát trong hệ WGS – 84 hay Đó có thể là các thành phần tọa độ vuông góckhông gian (X, Y, Z) hoặc các thành phần tọa độ mặt cầu (B, L, H) Hệ thống tọa độ

là hệ thống cơ sở của GPS tọa độ của vệ tinh và điểm quan sát đều lấy theo tọa độnày Nó được thiết lập và gắn với Ellipsoid có kích thước như sau:

a = 6378137

1/ = 298,2572 …

Việc đo GPS tuyệt đối được thực hiện trên cơ sở sử dụng đại lượng đo làkhoảng cách giả từ vệ tinh đến máy thu theo nguyên tắc giáo hội cạnh không gian từcác điểm đã biết tọa độ là các vệ tinh

Nếu biết được khoảng thời gian lan truyền tín hiệu code tựa ngẫu nhiên từ vệtinh đến máy thu, ta sẽ tính được khoảng cách chính xác giữa vệ tinh và máy thu.Khi đó ba khoảng cách được tính đồng thời từ ba vệ tinh đến máy thu sẽ cho ta vị tríkhông gian đơn trị của máy thu Song trên thực tế cả đồng trên vệ tinh và đồng hồmáy thu đều có sai số nên khoảng cách đo được không phải là khoảng cách chínhxác Kết quả là chúng không thể cắt nhau tại một điểm, nghĩa là không thể xác địnhđược vị trí máy thu Để khắc phục tình trạng này người ta cần sử dụng thêm một đạilượng đo nữa là khoảng cách từ vệ tinh thứ 4, ta có hệ phương trình:

Với 4 phương trình 4(x, y, z, ẩn số ta sẽ tìm được nghiệm tọa độ điểm đặt máythu, ngoài ra còn xác định thêm số hiệu chỉnh của đồng hồ máy thu