ỨNG DỤNG PHẦN MỀM TRIMBLE TOTAL CONTROL 2.7 XỬ LÝ SỐ LIỆU ĐO LƯỚI ĐỊA CHÍNH BẰNG CÔNG NGHỆ GNSS TẠI XÃ GIA HƯNG – GIA VIỄN – NINH BÌNH

MỤC LỤC DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH LỜI MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG 1. KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU (GNSS) 4 1.1. Tổng quan về hệ thống định vị toàn cầu (GNSS) 4 1.1.1. Một số hệ thống GNSS trên thế giới 4 1.1.2. Cấu trúc của hệ thống GNSS 8 1.1.3. Các trị đo trong GNSS 9 1.1.4. Các nguyên lý định vị trong GNSS 13 1.1.5. Các nguồn sai số trong GNSS 19 1.2. Các ứng dụng của GNSS trong lĩnh vực Trắc địa – Bản đồ 24 1.2.1. Ứng dụng của GNSS trong xây dựng lưới khống chế trắc địa 24 1.2.2. Ứng dụng của GNSS trong thành lập bản đồ, mặt cắt địa hình 25 1.2.3. Ứng dụng của GNSS chuyển thiết kế ra thực địa 25 1.2.4. Ứng dụng của GNSS trong đo cao 25 CHƯƠNG 2. ỨNG DỤNG PHẦN MỀM TRIMBLE TOTAL CONTROL 2.7 TRONG XỬ LÝ SỐ LIỆU LƯỚI ĐỊA CHÍNH ĐO BẰNG CÔNG NGHỆ GNSS 28 2.1. Khái quát về lưới địa chính 28 2.1.1. Yêu cầu chung về lưới địa chính 28 2.1.2. Các phương pháp thành lập lưới địa chính 29 2.2. Nguyên lý bình sai số liệu GNSS 32 2.2.1. Xử lý vector cạnh 32 2.2.2. Thuật toán bình sai gián tiếp lưới GNSS trong hệ tọa độ vuông góc không gian địa tâm 34 2.2.3. Tính đổi tọa độ 36 2.2.4. Tính chuyển tọa độ giữa các hệ quy chiếu 40 2.2.5. Xác định 7 tham số chuyển đổi giữa hai hệ quy chiếu 42 2.3. Quy trình xử lý số liệu GNSS 43 2.3.1. Trút số liệu đo GNSS 44 2.3.2. Xử lý véctơ cạnh 45 2.3.3. Kiểm tra mạng lưới 46 2.3.4. Bình sai mạng lưới 49 2.4. Phần mềm Trimble Total Control (TTC) 50 2.4.1. Giới thiệu về phần mềm Trimble Total Control 2.7 (TTC 2.7) 50 2.4.2. Các chức năng của phần mềm TTC 50 CHƯƠNG 3. THỰC NGHIỆM 54 3.1. Giới thiệu khu vực thực nghiệm 54 3.1.1. Vị trí địa lý 54 3.1.2. Điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội 54 3.2. Số liệu GNSS thực nghiệm 56 3.2.1. Số liệu khu đo 56 3.2.2. Lưới thực nghiệm 58 3.3. Xử lý số liệu 58 3.3.1. Thiết lập các tham số tính chuyển và hệ tọa độ địa phương 58 3.3.2. Khởi tạo dự án Trimble Total Control 64 3.3.3. Lựa chọn hệ quy chiếu 65 3.3.4. Nhập dữ liệu 66 3.3.5. Giải cạnh 69 3.3.6. Bình sai lưới 75 3.3.7. Biên tập kết quả 78 3.4. Kết quả thực nghiệm 79 3.4.1. Các bảng kết quả 79 3.4.2. Đánh giá độ chính xác 80 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 82 TÀI LIỆU THAM KHẢO 84 PHỤ LỤC  

ỨNG DỤNG PHẦN MỀM TRIMBLE TOTAL CONTROL 2.7

XỬ LÝ SỐ LIỆU ĐO LƯỚI ĐỊA CHÍNH BẰNG CÔNG NGHỆ GNSS

TẠI XÃ GIA HƯNG – GIA VIỄN – NINH BÌNH

HÀ NỘI - 2017

ỨNG DỤNG PHẦN MỀM TRIMBLE TOTAL CONTROL 2.7

XỬ LÝ SỐ LIỆU ĐO LƯỚI ĐỊA CHÍNH BẰNG CÔNG NGHỆ GNSS

TẠI XÃ GIA HƯNG – GIA VIỄN – NINH BÌNH

Ngành : Kỹ thuật Trắc địa – Bản đồ

Mã ngành : D520503

NGƯỜI HƯỚNG DẪN: TS ĐINH XUÂN VINH

HÀ NỘI - 2017

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

DANH MỤC BẢNG

DANH MỤC HÌNH

LỜI MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU (GNSS) 4

1.1 Tổng quan về hệ thống định vị toàn cầu (GNSS) 4

1.1.1 Một số hệ thống GNSS trên thế giới 4

1.1.2 Cấu trúc của hệ thống GNSS 8

1.1.3 Các trị đo trong GNSS 9

1.1.4 Các nguyên lý định vị trong GNSS 13

1.1.5 Các nguồn sai số trong GNSS 19

1.2 Các ứng dụng của GNSS trong lĩnh vực Trắc địa – Bản đồ 24

1.2.1 Ứng dụng của GNSS trong xây dựng lưới khống chế trắc địa 24

1.2.2 Ứng dụng của GNSS trong thành lập bản đồ, mặt cắt địa hình 25

1.2.3 Ứng dụng của GNSS chuyển thiết kế ra thực địa 25

1.2.4 Ứng dụng của GNSS trong đo cao 25

CHƯƠNG 2 ỨNG DỤNG PHẦN MỀM TRIMBLE TOTAL CONTROL 2.7 TRONG XỬ LÝ SỐ LIỆU LƯỚI ĐỊA CHÍNH ĐO BẰNG CÔNG NGHỆ GNSS 28

2.1 Khái quát về lưới địa chính 28

2.1.1 Yêu cầu chung về lưới địa chính 28

2.1.2 Các phương pháp thành lập lưới địa chính 29

2.2 Nguyên lý bình sai số liệu GNSS 32

2.2.1 Xử lý vector cạnh 32

2.2.2 Thuật toán bình sai gián tiếp lưới GNSS trong hệ tọa độ vuông góc không gian địa tâm 34

2.2.3 Tính đổi tọa độ 36

2.2.4 Tính chuyển tọa độ giữa các hệ quy chiếu 40

2.2.5 Xác định 7 tham số chuyển đổi giữa hai hệ quy chiếu 42

2.3 Quy trình xử lý số liệu GNSS 43

2.3.1 Trút số liệu đo GNSS 44

2.3.2 Xử lý véc-tơ cạnh 45

2.3.3 Kiểm tra mạng lưới 46

2.3.4 Bình sai mạng lưới 49

2.4 Phần mềm Trimble Total Control (TTC) 50

2.4.1 Giới thiệu về phần mềm Trimble Total Control 2.7 (TTC 2.7) 50

2.4.2 Các chức năng của phần mềm TTC 50

CHƯƠNG 3 THỰC NGHIỆM 54

3.1 Giới thiệu khu vực thực nghiệm 54

3.1.1 Vị trí địa lý 54

3.1.2 Điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội 54

3.2 Số liệu GNSS thực nghiệm 56

3.2.1 Số liệu khu đo 56

3.2.2 Lưới thực nghiệm 58

3.3 Xử lý số liệu 58

3.3.1 Thiết lập các tham số tính chuyển và hệ tọa độ địa phương 58

3.3.2 Khởi tạo dự án Trimble Total Control 64

3.3.3 Lựa chọn hệ quy chiếu 65

3.3.4 Nhập dữ liệu 66

3.3.5 Giải cạnh 69

3.3.6 Bình sai lưới 75

3.3.7 Biên tập kết quả 78

3.4 Kết quả thực nghiệm 79

3.4.1 Các bảng kết quả 79

3.4.2 Đánh giá độ chính xác 80

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 82

TÀI LIỆU THAM KHẢO 84 PHỤ LỤC

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

CNSS Compass Navigation Satellite System

DOP Dilution Of Precision

DORRIS Doppler Orbitography and Radiopostioning Integrated by SateliteESA European Space Agency

GLONASS Global Navigation Satellite System

GNSS Global Navigation Satellite System

GPS Global Positioning System

IRNSS The Indian Regional Navigational Satellite System

PDOP Position Dilution of Precision

PRARE Precise Range And Range-Rate Equipment

QZSS Quasi-Zenith Satellite System

RMS Root Mean Square

RTK Real Time Kinematic

TEC Total Electron Content

UTM Universal Trasverse Mercator

VDOP Vertical Dilution of Precision

WGS-84 World Geodetic System-1984

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1 Chỉ tiêu kỹ thuật của lưới địa chính 28

Bảng 2.2 Chỉ tiêu kỹ thuật của lưới địa chính thành lập bằng GNSS 31

Bảng 2.3 Tiêu chuẩn đối với cạnh 46

Bảng 2.4 Quy định về sai số khép tương đối 47

Bảng 3.1 Tọa độ điểm gốc lưới địa chính xã Gia Hưng, huyện Gia Viễn, tỉnh Ninh Bình hệ tọa độ VN-2000 Kinh tuyến trục 105000’ 56

Bảng 3.2 Phương án thiết kế ca đo lưới địa chính xã Gia Hưng 57

Bảng 3.3 Tọa độ và độ cao sau bình sai trong hệ tọa độ VN-2000 80

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Vệ tinh của hệ thống GPS 4

Hình 1.2 Các vệ tinh hệ thống GLONASS 5

Hình 1.3 Quỹ đạo vệ tinh QZSS 6

Hình 1.4 Sơ đồ hoạt động của hệ thống DORIS 7

Hình 1.5 Trạm anten hệ thống PRARE 8

Hình 1.6 Cấu trúc hệ thống GPS 8

Hình 1.7 Định vị tuyệt đối 13

Hình 1.8 Định vị GPS tương đối 15

Hình 1.9 Phương pháp đo động 16

Hình 1.10 Định vị vi phân 18

Hình 1.11 Tầng điện ly 21

Hình 1.12 Ảnh hưởng của hiệu ứng đa đường dẫn 22

Hình 1.13 Các thành phần độ cao 26

Hình 2.1 Đồ hình lưới đường chuyền 30

Hình 2.2 Nguyên tắc tính thời gian chung 32

Hình 2.3 Số vệ tinh chung tham gia tính cạnh 33

Hình 2.4 Quan hệ giữa hai hệ quy chiếu 41

Hình 2.5 Trút dữ liệu đo từ máy thu GPS vào máy tính 44

Hình 2.6 Sơ đồ quy trình xử lý số liệu GNSS bằng Trimble Total Control 53

Hình 3.1 Sơ đồ lưới thực nghiệm 58

Hình 3.2 Nhập mô hình Geoid 59

Hình 3.3 Thẻ Datum Transformations 59

Hình 3.4 Thiết lập 7 tham số chuyển tọa độ 60

Hình 3.5 Kết quả sau khi thiết lập hệ VN-2000 60

Hình 3.6 Hộp thoại Coordinate Systems 61

Hình 3.7 Đặt tên nhóm hệ tọa độ 61

Hình 3.8 Thiết lập hệ tọa độ 62

Hình 3.9 Điền thông tin vào bảng Zone Paramenters 62

Hình 3.10 Chọn mô hình Geoid phù hợp 63

Hình 3.11 Các tham số của múi 48 (múi 30) 63

Hình 3.12 Kết quả sau khi thiết lập thông số của múi chiếu 64

Hình 3.13 Biểu tượng của phần mềm Trimble Total Control 64

Hình 3.14 Tạo dự án mới 65

Hình 3.15 Lựa chọn hệ tọa độ 65

Hình 3.16 Lựa chọn hệ tọa độ mới 66

Hình 3.17 Nhập dữ liệu 67

Hình 3.18 Nhập dữ liệu 67

Hình 3.19 Quá trình nhập dữ liệu 68

Hình 3.20 Màn hình xử lý của phần mềm Trimble Total Control 68

Hình 3.21 Cài đặt tham số xử lý cạnh 69

Hình 3.22 Cài đặt tham số 70

Hình 3.23 Các tham số của cạnh 70

Hình 3.24 Kết quả xử lý cạnh mặc định 71

Hình 3.25 Cửa sổ thiết lập các thông tin giải cạnh 72

Hình 3.26 Lựa chọn vệ tinh giải cạnh 72

Hình 3.27 Kết quả sau khi xử lý cạnh can thiệp 73

Hình 3.28 Cửa sổ thông tin giải cạnh 73

Hình 3.29 Sai số khép hình 74

Hình 3.30 Lập báo cáo sai số khép vòng 74

Hình 3.31 Hộp thoại bình sai lưới 75

Hình 3.32 Lập báo cáo kết quả bình sai tự do 75

Hình 3.33 Lập báo cáo kết quả bình sai với số liệu gốc trong hệ tọa độ WGS-84 76

Hình 3.34 Nhập tọa độ điểm gốc 128405 77

Hình 3.35 Bình sai lưới với tọa độ gốc trong hệ tọa độ địa phương 77

Hình 3.36 Lập báo cáo kết quả bình sai số liệu gốc trong hệ tọa độ địa phương 78

Hình 3.36 Biên tập kết quả bình sai trên phần mềm DPSurvey 78

LỜI MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Trong giai đoạn hiện nay, trước sự phát triển như vũ bão của khoa học - côngnghệ, việc áp dụng các thành tựu khoa học, kỹ thuật tiên tiến vào trong tất cả các lĩnhvực của đời sống xã hội là một tất yếu khách quan Trong lĩnh vực trắc địa cũng vậy,công nghệ GNSS đã mở ra một kỷ nguyên mới, đã thay thế công nghệ truyền thốngtrong việc thành lập và xây dựng các mạng lưới tọa độ các cấp

Ứng dụng công nghệ GNSS, chúng ta thành lập các mạng lưới tọa độ trên diệnrộng, không những bao phủ toàn quốc mà còn cho phép liên kết với các mạng lưới trênthế giới Công nghệ GNSS đã giúp các nhà quản lý giải quyết bài toán vĩ mô mang tínhtoàn cầu

Ở nước ta, chúng ta đã ứng dụng công nghệ GNSS (cụ thể là GPS) trong hơn 10năm qua và đã giải quyết được các bài toán lớn như xây dựng hệ VN-2000, thành lậpđược mạng lưới địa chính cơ sở phủ trùm toàn quốc, ghép nối tọa độ VN-2000 với các

hệ tọa độ khác, xây dựng DGPS,…

Với các trị đo cạnh ngắn và liên kết trong một mạng lưới chặt chẽ, công nghệGNSS có tiềm năng đạt độ chính xác cao về vị trí tương hỗ giữa các điểm trong lướiđáp ứng được nhiều tiêu chuẩn chặt chẽ của mạng lưới trắc địa

Trong các kết quả đo luôn tồn tại các sai số đo vì vậy chúng không thỏa mãn cácđiều kiện hình học của mạng lưới và xuất hiện các sai số khép Để loại trừ và giảmthiểu các sai số này, việc xử lý số liệu đóng vai trò rất quan trọng Hiện này, có rấtnhiều phần mềm để xử lý số liệu đo bằng công nghệ GNSS, mà một trong số đó làTrimble Total Control Để tìm hiểu công tác xử lý số liệu GNSS, em đã thực hiện đề

tài: “Ứng dụng phần mềm Trimble Total Control 2.7 xử lý số liệu đo lưới địa chính

bằng công nghệ GNSS tại xã Gia Hưng – Gia Viễn – Ninh Bình” dưới sự hướng dẫn

của TS Đinh Xuân Vinh.

2 Mục tiêu của đề tài

Ứng dụng phần mềm Trimble Total Control 2.7 xử lý số liệu đo lưới địa chínhbằng công nghệ GNSS tại xã Gia Hưng, huyện Gia Viễn, tỉnh Ninh Bình

3 Nội dung nghiên cứu

- Tìm hiểu công nghệ GNSS, so sánh ưu, nhược điểm của nó so với công nghệtruyền thống

- Lưới địa chính đo bằng công nghệ GNSS

- Phương pháp và quy trình xử lý số liệu đo GNSS

- Nghiên cứu ứng dụng phần mềm TTC 2.7 phục vụ xử lý số liệu lưới địa chính

đo bằng công nghệ GNSS tại xã Gia Hưng – Gia Viễn – Ninh Bình

4 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp tổng hợp: Thu thập tài liệu, số liệu, nghiên cứu các tài liệu liênquan đến nội dung của đề tài

- Phương pháp tin học: Sử dụng phần mềm TTC 2.7 để xử lý số liệu GNSS

- Phương pháp chuyên gia: Học hỏi kiến thức, kinh nghiệm của các chuyên gia,thầy cô trong lĩnh vực Trắc địa - Bản đồ

5 Bố cục đồ án

Đồ án gồm 3 chương:

Chương 1: Khái quát về hệ thống định vị toàn cầu (GNSS)

Chương 2: Ứng dụng phần mềm Trimble Total Control 2.7 (TTC 2.7) trong xử lý số liệu lưới địa chính đo bằng công nghệ GNSS

Chương 3: Thực nghiệm

Để hoàn thiện đồ án này, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới các thầy cô trong khoaTrắc địa – Bản đồ, trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội đã tận tình chỉdạy em những kiến thức quý báu trong suốt quá trình học tập tại trường Đặc biệt, em

xin cảm ơn TS Đinh Xuân Vinh – người đã trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo và cung cấp

các tài liệu quý giá để em thực hiện đồ án này

Mặc dù đã rất cố gắng làm việc song do thời gian, trình độ có hạn nên đồ ánkhông tránh khỏi những thiếu sót Em rất mong thầy, cô đóng góp ý kiến để em có thểhoàn thiện hơn về nội dung và hình thức của đồ án này

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày tháng năm 2017

Sinh viên thực hiện

Hoàng Minh Ngọc

CHƯƠNG 1 KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU (GNSS) 1.1 Tổng quan về hệ thống định vị toàn cầu (GNSS)

GNSS là chữ viết tắt của cụm từ Global Navigation Satellite System với nghĩa là

hệ thống vệ tinh dẫn đường toàn cầu Các hệ thống vệ tinh dẫn đường toàn cầu hiệnnay là GPS (Mỹ), GLONASS (Nga), GALILEO ( Châu Âu), COMPASS (Trung Quốc)

và một số hệ thống dẫn đường khu vực khác

1.1.1 Một số hệ thống GNSS trên thế giới [2]

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 dữ liệu dẫnđường bao gồm vị trí, vận tốc và thời gian tại bất kỳ điểm nào trên mặt đất, mà khôngphụ thuộc vào thời tiết, thời gian

Hình 1.1 Vệ tinh của hệ thống GPS

b Hệ thống GLONASS

Hệ thống Glonass do cơ quan phát triển không gian (RSA) và Bộ Quốc Phòng

thống GPS của Mỹ Tất cả các vệ tinh được đưa lên quỹ đạo từ trung tâm vũ trụBaikonur Cosmodrome ở Kazakhtan Vệ tinh đầu tiên được đưa lên quỹ đạo tháng10/1982 Ngày 24/9/1993, Glonass chính thức đưa vào sử dụng Theo thiết kế ban đầu,cấu hình dự tính là 24 vệ tinh sẽ hoàn thành năm 1997 Hệ thống định vị Glonass đượcxây dựng và phát triển để thay thế hệ thống Dopler Tsikada phục vụ dẫn đường vànghiên cứu về Trái Đất Cấu trúc của hệ thống Glonass cũng gồm ba phần: đoạn vệtinh, đoạn kiểm tra mặt đất và đoạn người sử dụng.

Hình 1.2 Các vệ tinh hệ thống GLONASS

c Hệ thống GALILEO

Hệ thống Galileo 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 đích dân sự.Galileo có nhiều điểm thiết kế giống GPS, là hệ thống bổ sung và hoàn toàn tươngthích với GPS

d Hệ thống COMPASS

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

Trên cơ sở Beidou–1, Trung Quốc tiến hành xây dựng hệ thống vệ tinh dẫn đườngtoàn cầu (CNSS) gọi là Compass Hệ thống Compass hoạt động giống các hệ thống vệtinh định vị khác (GPS, GLONASS, Galileo…) dựa trên sóng vô tuyến được phát quảng

bá một chiều (từ vệ tinh đến bộ thu) để bộ thu tự xác định vị trí của mình Hệ thống đầy

đủ gồm 5 vệ tinh địa tĩnh và 30 vệ tinh hoạt động ở quỹ đạo trung bình (MEO)

e Một số hệ thống dẫn đường khu vực

 Hệ thống dẫn đường của Nhật Bản

Hệ thống vệ tinh dẫn đường khu vực của Nhật cũng bao gồm đoạn vệ tinh, đoạnđiều khiển mặt đất và đoạn người sử dụng Vệ tinh hoạt động trên quỹ đạo đồng bộ tráiđất, quỹ đạo hình elip có góc nghiêng lớn gần thiên đỉnh nên gọi chính xác là hệ thống

vệ tinh gần thiên đỉnh, (QZSS) Hệ thống phù hợp với các khu vực địa hình núi cao haytrong thành phố có nhiều nhà cao tầng, phương tiện di động khó nhận được tín hiệuGPS, nhất là tín hiệu từ các vệ tinh địa tĩnh Hệ thống mặt đất của QZSS có trạm kiểmtra, trạm quan trắc và các trạm vệ tinh giám sát vệ tinh

Hình 1.3 Quỹ đạo vệ tinh QZSS

 Hệ thống dẫn đường của Ấn Độ

Hệ thống vệ tinh dẫn đường Ấn 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 bộ trái đất

Hình 1.4 Sơ đồ hoạt động của hệ thống DORIS

là đo khoảng cách hai chiều Tín hiệu phát đi từ vệ tinh được các trạm mặt đất thu nhậnsau đo lại phát trở lại vệ tinh Anten mặt đất theo dõi liên tục khi nhìn thấy vệ tinh Hệthống hoạt động từ năm 1995

Hình 1.5 Trạm anten hệ thống PRARE

1.1.2 Cấu trúc của 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: [4]

- 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 thời điểmbát 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 đặt trênTrái Đất Mục đích trong phần này là kiểm soát vệ tinh đi đúng hướng theo quỹ đạo vàthông tin thời gian chính xác

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

1.1.3 Các trị đo trong GNSS

a Các trị đo khoảng các giả theo mã

Trị đo khoảng cách giả theo mã là khoảng cách đo được nhờ xác định thời gianlan truyền của một đoạn mã từ tâm phát sóng của vệ tinh đến tâm thu tín hiệu của ăngten của máy thu (hay còn gọi là tâm pha ăng ten) Khi thu được mã phát đi từ vệ tinh,máy thu sẽ tạo ra một đoạn mã tương tự, bằng cách so mã tịnh tiến sẽ xác định đượckhoảng thời gian lan truyền của đoạn mã trong không gian Công thức xác định khoảngcách trong trường hợp này có dạng:

Trong đó:

c là vận tốc truyền sóng trong môi trường chân không;

c = 299792458m/s;

Δt là khoảng thời gian lan truyền của một đoạn mã;

D là khoảng cách giả xác định được

Cách xác định khoảng cách như trên là cách xác định khoảng cách một chiều (one– way ranging), khác hẳn với cách xác định khoảng cách dưới mặt đất là xác địnhkhoảng cách hai chiều

Việc xác định khoảng thời gian lan truyền tín hiệu Δt như trên tồn tại một số sai

số như: sai số của đồng hồ vệ tinh, sai số đồng hồ máy thu và sự không đồng bộ vềmốc tính thời gian giữa đồng hồ máy thu, đồng hồ vệ tinh Ta có thể viết lại công thức1.1 như sau:

D = c [(tR – ΔtR) – (tS – ΔtS)] = c [(tR - tS) + (ΔtS - ΔtR)]

 D = ρ + δtD D = ρ + δt= D = ρ + δtρ D = ρ + δt+ D = ρ + δtδtt (1.2)Trong đó:

tR là thời điểm máy thu nhận được tín hiệu vệ tinh;

tS là thời điểm vệ tinh phát tín hiệu;

ΔtS là sai số đồng hồ vệ tinh Giá trị sai số đồng hồ vệ tinh có thể tính toán đượcthông qua các hệ số đa thức đồng hồ có trong tệp quảng bá hoặc nội suy từ tệp lịchchính xác;

ρ là khoảng cách hình học giữa tâm phát sóng của vệ tinh đến tâm pha ăng tenmáy thu (đây là khoảng cách chính xác, không chịu ảnh hưởng của bất cứ nguồn sai sốnào) và có thể được xác định thông qua công thức:

ρ = √(Xj- X)2+ ( Yj- Y)2+ (Zj- Z)2 (1.3)Trong đó:

Xj, Yj, Zj là các thành phần tọa độ của vệ tinh thứ j

X, Y, Z là các thành phần tọa độ của điểm quan sát

Ngoài các nguồn sai số như đã nói ở trên, trị đo khoảng cách giả theo mã cònchịu ảnh hưởng của nhiều nguồn sai số khác nên chúng ta có thể viết lại công thức(1.3) như sau:

D = ρ + cδt + dt + dIon + dTrop + dRed + dMul + dRot + dv + ε (1.4)Trong đó:

dIon là sai số của tầng điện ly đối với sóng tín hiệu của vệ tinh

dTrop là sai số do ảnh hưởng của tầng đối lưu đối với sóng tín hiệu của vệ tinh

dRed là sai số ảnh hưởng của thuyết tương đối đối với đồng hồ vệ tinh và đồng hồ

chế tạo máy thu, các hãng chế tạo thường viết cho máy thu một đoạn chương trình đểmáy thu tự hiệu chỉnh ảnh hưởng của nguồn sai số này

dMul là sai số do ảnh hưởng của hiện tượng đa đường dẫn đối với sóng tín hiệu

dv là số hiệu chỉnh do sự thay đổi khoảng cách giả gây ra

ε là số hiệu chỉnh do ảnh hưởng của các nguồn sai số khác như sai số lệch tâmphát sóng của vệ tinh, sai số lệch tâm pha ăng ten, sai số do ảnh hưởng của Mặt Trăng,Mặt Trời, số hiệu chỉnh do hiện tượng di chuyển của cực Trái Đất,…

b Các trị đo khoảng cách giả theo pha sóng tải

Cũng tương tự như đo khoảng cách giả theo mã; ở đây, khi máy thu nhận đc tínhiệu là pha sóng tải từ vệ tinh máy thu sẽ tạo ra một sóng tải có cấu trúc tín hiệu tương

tự và bằng cách lấy hiệu pha giữa sóng tải nhận được với sóng tải do chính máy thu tạo

ra sẽ thu được hiệu pha

Nếu bỏ qua ảnh hưởng của một số nguồn sai số, trị đo pha sóng tải từ vệ tinh jđến máy thu k tại thời điểm t trong hệ thống giờ GPS được thể hiện qua công thức 1.5:

ϕkj(t) = 1λ ρkj + ƒ [δk(t) - δj(t) ] + N k j (1.5)Trong đó:

ρ là khoảng cách hình học từ vệ tinh j đến máy thu k tại thời điểm t;

λ là bước sóng của sóng tải tương ứng;

ƒ là tần số của sóng tải;

δk( t ) là sai số đồng hồ của máy thu k tại thời điểm t;

δj(t) là sai số của vệ tinh j tại thời điểm t;

Nkj là số nguyên đa trị giữa vệ tinh j với máy thu k tại thời điểm t ở thời điểm thựchiện trị đo pha đầu tiên

c Các trị đo Doppler

Trị đo Doppler có được nhờ hiệu ứng Doppler Hiệu ứng Doppler là một hiệu ứngvật lý đặt tên theo tên của Christian Andreas Doppler trong đó tần số và bước sóng củasóng nói chung bị thay đổi do sự thay đổi vị trí tương hỗ giữa nguồn phát và nguồn thu.Đối với sóng chuyển động trong một môi trường, nguồn sóng và người quan sátđều có thể chuyển động tương đối so với môi trường Hiệu ứng Doppler lúc đó là sựtổng hợp của hai hiệu ứng riêng rẽ gây ra bởi hai chuyển động này:

ƒ = (v+ vr

Trong đó:

v là vận tốc lan truyền của sóng trong môi trường;

vr là vận tốc tương đối của người quan sát đối với môi trường, nhận giá trị dươngnếu người quan sát tiến lại gần nguồn âm;

vs là vận tốc tương đối của nguồn đối với môi trường, nhận giá trị dương nếunguồn dịch chuyển ra xa đối với người quan sát

Cụ thể, nếu nguồn di động trong môi trường phát ra sóng với tần số tại nguồn là

ƒ0, một người quan sát đứng yên trong môi trường sẽ nhận được tần số ƒ:

Với c là tốc độ lan truyền của sóng trong môi trường, v là thành phần vận tốcchuyển động của nguồn so với môi trường theo phương pháp chỉ đến người quan sát(âm nếu đi về phía người quan sát, dương nên ngược lại)

Tương tự, khi nguồn đứng im còn người quan sát chuyển động:

Có hai nguyên lý định vị trong GNSS:

- Định vị tuyệt đối: Xác định tọa độ của điểm quan sát trên cơ sở giải bài toán

giao hội nghịch trong không gian khi đã biết tọa độ vệ tinh

- Định vị tương đối: Xác định hiệu tọa độ của hai hoặc nhiều điểm quan sát sau

khi so sánh từng cặp điểm định vị tuyệt đối trong từng ca đo

a Nguyên lý định vị tuyệt đối

Định vị tuyệt đối là nguyên lý sử dụng ít nhất một máy thu, thu tín hiệu vệ tinh,xác định ra tọa độ tương đối (B, L, H hoặc X, Y, Z) trong hệ tọa độ WGS-84 [4]

Hình 1.7 Định vị tuyệt đối

Ta có:

- X,Y, Z là tọa độ của điểm M;

- Xi, Yi, Zi là tọa độ của các vệ tinh Si;

- Ri là khoảng cách từ các vệ tinh Si đến máy thu

Ta có quan hệ toán học sau:

Ri = √(Xi - X)2+ (Yi- Y)2+( Zi - Z)2 (1.10)Trong phương trình (1.10), có Xi, Yi, Zi đã biết và Ri đo được Phương trình cònlại ba ẩn số, đó chính là tọa độ của điểm quan sát X, Y, Z

Để giải được tọa độ điểm quan sát, cần có ít nhất ba phương trình dạng phươngtrình (1.10) tương ứng phải quan sát đồng thời tối thiểu ba vệ tinh.

Với:

- X, Y, Z là tọa độ của điểm M;

- X1, Y1, Z1; X2, Y2, Z2; X3, Y3, Z3 tương ứng là tọa độ của các vệ tinh S1, S2, S3;

- R1, R2, R3 lần lượt là khoảng cách từ các vệ tinh S1, S2 và S3 đến máy thu

Ta có quan hệ toán học sau:

{R1 = √(X1 - X)2+ (Y1- Y)2+( Z1- Z)2

R2= √(X2 - X)2+ (Y2- Y)2+ (Z2- Z)2

R3= √(X3- X)2+ (Y3- Y)2+ (Z3- Z)2

(1.11)

Trong hệ phương trình (1.11), các giá trị X1, Y1, Z1; X2, Y2, Z2; X3, Y3, Z3 đã biết;

R1, R2, R3 đo được Hệ phương trình (1.11) cho phép giải được bộ nghiệm duy nhất X,

Y, Z

Như vậy, nếu thu được tín hiệu đồng thời từ ba vệ tinh, máy thu sẽ xác định đượctọa độ của điểm quan sát Để có được điều này đòi hỏi R1, R2, R3 phải là các khoảngcách được đo chính xác Trên thực tế, do có sai số đo thời gian ∆ t (sai số không đồng

bộ giữa đồng hồ vệ tinh và đồng hồ máy thu) nên không thể xác định được các giá trị

Ri mà chỉ xác định được các khoảng cách giả tương ứng R i '

Ta có quan hệ:

Ri' = Ri + c ∆t

(1.12)Trong phương trình (1.12) có:

- c là vận tốc lan truyền tín hiệu (c ≈ 3.108 m/s)

-∆ t là sai số đồng hồ, là đại lượng chưa biết

Thay (1.10) vào (1.12) ta có:

Ri'= √(Xi - X)2+ (Yi- Y)2+( Zi - Z)2 + c∆t (1.13)

Trong phương trình (1.13) gồm 4 ẩn số, đó là X, Y, Z và ∆t Để giải được nghiệmduy nhất cần phải có ít nhất bốn phương trình dạng phương trình (1.13), đồng nghĩavới việc máy thu phải quan sát đồng thời tối thiểu bốn vệ tinh.

Hệ phương trình (1.14) gồm bốn phương trình với bốn ẩn số X, Y, Z và ∆ tsẽ cho

bộ nghiêm duy nhất Đây chính là nguyên lý của định vị tuyệt đối

Hiện nay phương pháp định vị tuyệt đối đạt được độ chính xác cỡ ±3m đến ±10mkhi định vị điểm đơn với thời gian ngắn Để nâng cao độ chính xác hơn nữa các nhànghiên cứu đã đưa ra phương pháp định vị vi phân

b Nguyên lý định vị tương đối

Hình 1.8 Định vị GPS tương đối

Phương pháp định vị tương đối được áp dụng để xác định tọa độ của các điểm

so với một điểm khác dựa trên thành phần của các vec tơ cạnh (Baseline) giữa chúng,bằng cách sử dụng hai máy thu GPS đặt ở hai điểm quan sát khác nhau, để xác định ra

hiệu tọa độ vuông góc không gian (∆ X, ∆Y, ∆Z) hoặc hiệu tọa độ mặt cầu (∆B, ∆L, ∆H) giữa chúng trong hệ tọa độ WGS-84.

Nguyên lí định vị tương đối được thực hiện trên cơ sở sử dụng trị đo pha sóng tải

Để đạt được độ chính xác cao cho kết quả xác định hiệu tọa độ (hay vị trí tương hỗ)giữa hai điểm xét, người ta đã tạo ra và sử dụng các sai phân khác nhau cho pha sóngtải để làm giảm ảnh hưởng của các nguồn sai số như: sai số đồng hồ vệ tinh, đồng hồmáy thu, lịch vệ tinh, số nguyên đa trị

Định vị GPS tương đối được chia làm ba phương pháp đo cơ bản là: phương phápđịnh vị tương đối trạng thái tĩnh, phương pháp định vị tương đối trạng thái động vàphương pháp định vị giả động

Định vị tương đối trạng thái tĩnh (Static)

Định vị tương đối trạng thái tĩnh (Static Relative Positioning) gọi tắt là định vịtĩnh (Static) là phương pháp định vị thực hiện theo nguyên lý định vị tương đối Haimáy thu đặt cố định và đồng thời quan sát cùng số vệ tinh chung trong thời gian dài từvài chục phút đến vài giờ, thậm chí vài ngày

Định vị tĩnh có độ chính xác cao, sai số tương đối đo cạnh có thể đạt cỡ 10-6m đến

10-9m trên chiều dài cỡ hàng nghìn km Định vị tương đối trạng thái tĩnh chủ yếu đượcứng dụng để xây dựng lưới khống chế

 Định vị tương đối trạng thái động (Kinematic)

Là phương pháp định vị thực hiện

theo nguyên lý định vị tương đối, sử dụng

ít nhất hai máy thu, một máy đặt cố định

tại điểm đã biết tọa độ gọi là trạm Base

liên tục thu tín hiệu vệ tinh, một máy vừa

di chuyển vừa thu tín hiệu vệ tinh gọi là

trạm Rover

Kết quả định vị trạng thái động cho

ta tọa độ tương đối giữa điểm trạm Base và nhiều điểm trạm Rover Độ chính xác củaphương pháp định vị động kém hơn phương pháp định vị tĩnh và định vị tĩnh nhanh,

Hình 1.9 Phương pháp đo động

thường được dùng vào việc đo thành lập bản đồ hoặc những việc có độ chính xáctương tự.

Phương pháp định vị giả động

Phương pháp định vị giả động cho phép xác định vị trí tương đối của hàng loạtđiểm so với điểm đã biết trong khoảng thời gian đo khá nhanh, nhưng độ chính xácđịnh vị không cao bằng phương pháp định vị động Trong phương pháp này không cầnlàm thủ tục khởi đo, tức là không cần sử dụng cạnh đáy đã biết Máy cố định cũng phảitiến hành thu tín hiệu vệ tinh liên tục trong suốt chu kì đo

Sau khi đo hết lượt, máy di động được đưa trở về điểm xuất phát (điểm đo đầutiên) và đo lặp lại tất cả các điểm theo đúng trình tự trước đó, nhưng phải đảm bảo saocho khoảng thời gian dãn cách giữa hai lần đo tại mỗi điểm là từ một giờ đồng hồ trởlên Chính trong khoảng thời gian này, đồ hình phân bố vệ tinh đã thay đổi, đủ để xácđịnh được số nguyên đa trị Còn hai lần đo, mỗi lần kéo dài từ 5 đến 10 phút, và dãncách nhau một tiếng đồng hồ, có tác dụng tương đương phép đo tĩnh kéo dài trong mộttiếng Yêu cầu cần thiết của phương pháp này là phải có được ít nhất ba vệ tinh chungcho cả hai lần đo tại mỗi điểm quan sát [4]

Điều đáng chú ý của phương pháp này là máy di động không nhất thiết phải thu tínhiệu liên tục từ vệ tinh trong suốt chu kì đo, mà chỉ cần thu trong vòng 5 đến 10 mười phúttại mỗi điểm đo, nghĩa là có thể tắt máy trong lúc vận chuyển từ điểm nọ sang điểm kia.Điều này cho phép áp dụng phương pháp cả ở khu vực có nhiều vật che khuất

c Định vị vi phân

Định vị tuyệt đối cho phép xác định tọa độ của điểm quan sát trong thời gian thựcvới độ chính xác thấp nên thường chỉ được ứng dụng cho công tác dẫn đường và côngtác khác cần độ chính xác không cao [4]

Trên cơ sở nguyên lý định vị tuyệt đối, để nâng cao độ chính xác tọa độ điểm quansát có thể sử dụng phương pháp định vị vi phân

Hình 1.10 Định vị vi phân

Theo phương pháp này, một máy thu đặt tại điểm A đã biết tọa độ chính xác (coinhư không có sai số) là (XA, YA, ZA), gọi là trạm chủ Các máy thu khác đặt tại cácđiểm P cần xác định tọa độ, gọi là trạm phụ (trạm này có thể cố định hoặc di chuyển)

Cả trạm chủ và trạm phụ đồng thời thu tín hiệu vệ tinh và định vị theo nguyên lí định vịtuyệt đối Tại điểm A ta xác định được tọa độ X’

A, Y’

A, Z’

A Tại điểm P ta xác địnhđược tọa độ X’

{XP= X'P+ ∆X

YP= YP' + ∆Y

ZP= ZP' + ∆Z

(1.16)

Trong đó ∆X, ∆Y , ∆Z được gọi là các số hiệu chỉnh vị trí và được trạm chủ phát

đi đến các trạm phụ bằng sóng radio, trạm phụ thu được các số hiệu chỉnh này và hiệuchỉnh vào kết quả đo của mình, được kết quả chính xác hơn

1.1.5 Các nguồn sai số trong GNSS

Kết quả định vị GNSS chịu ảnh hưởng của các nguồn sai số: các nguồn sai số liênquan đến vệ tinh, các nguồn sai số do môi trường gây ra, các nguồn sai số có liên quanđến máy thu và một số sai số khác

a Sai số liên quan đến vệ tinh

Sai số lịch vệ tinh

Tọa độ của vệ tinh đóng vai trò là số liệu gốc trong giải các bài toán định vị.Trong quá trình chuyển động trên quỹ đạo, các vệ tinh không tự tính toán các tham sốquỹ đạo hay tọa độ cho mình, để có được tọa độ hay tham số quỹ đạo thì vệ tinh phảidựa vào các trạm giám sát dưới mặt đất được gọi là các trạm điều khiển Các trạm điềukhiển là các trạm đã biết tọa độ từ trước, được trang bị máy thu GPS liên tục quan sátcác vệ tinh, các số liệu quan sát được dùng tính toán ra các tham số quỹ đạo (lịchquảng bá) hoặc tọa độ vệ tinh và sai số đồng hồ vệ tinh (lịch chính xác) Các tham số

vệ tinh sau khi tính toán sẽ được phát cho vệ tinh để các vệ tinh phát cho người sửdụng (các máy thu tín hiệu vệ tinh) Để có lịch quảng bá, người ta phải dùng các giá trị

đo ở thời điểm t để ngoại suy ra các tham số tại thời điểm t + ∆t nên khi sử dụng cáctham số để tính toán tọa độ vệ tinh vào các thời điểm có trị đo dùng vào việc giải cácbài toán định vị thường có sai số lớn hơn việc dùng tọa độ vệ tinh trong lịch chính xác.Đối với định vị tuyệt đối, sai số tọa độ hầu như ảnh hưởng gần như trọn vẹn vào kếtquả định vị Khi đó, các mạng lưới cạnh ngắn với độ chính xác xác định các yếu tốkhông cao, thông thường chỉ cần dùng lịch quảng bá Khi xây dựng những mạng lưới

cạnh dài hoặc mạng lưới có yêu cầu độ chính xác rất cao (như các mạng lưới quan tắcđịa động, ) thông thường sử dụng lịch vệ tinh chính xác để nâng cao độ chính xác cácyếu tố của lưới.

Sai số đồng hồ vệ tinh

Các giá trị đo GPS liên quan mật thiết với việc đo thời gian chính xác Các vệtinh truyền đi thời gian bắt đầu truyền thông điệp mã hóa riêng của chúng Khi các máythu thu tín hiệu, bằng việc so sánh các giá trị đo giống nhau sẽ xác định được khoảngthời gian lan truyền của sóng tín hiệu Có thể hiểu rằng thời gian lan truyền tín hiệu cóthể bằng thời điểm thu tín hiệu trừ đi thời điểm phát tín hiệu Nhưng thời gian phát vàthời gian thu được đo bởi 2 đồng hồ khác nhau đó là đồng hồ vệ tinh và đồng hồ máythu Bản thân cả đồng hồ vệ tinh lẫn đồng hồ máy thu đều có sai số và có sự khôngđồng nhất về mốc tính thời gian giữa hai đồng hồ Sai số đồng hồ vệ tinh có thể đượchiệu chỉnh theo các tham số đa thức đồng hồ cho trong tệp lịch quảng bá như sau:

δ t2= a0+ a1(t - t0c)+a2(t - t0c)2 (1.17)Trong đó: a0, a1, a2 là các hệ số đa thức đồng hồ được cho trong tệp lịch quảng bá

t là thời điểm vệ tinh truyền tín hiệu thông tin đạo hàng

t0c là thời điểm tham chiếu các thông tin mã hóa

Nếu dùng tệp lịch chính xác để giải quyết bài toán định vị thì có thể tính số hiệuchỉnh sai số đồng hồ vệ tinh bằng cách sử dụng hàm Lagrange để nội suy sai số đồng

hồ vệ tinh cho thời điểm có trị đo

Khi giải các bài toán định vị, bằng việc dùng các thuật toán thích hợp cũng gópphần loại trừ hoặc làm giảm ảnh hưởng sai số đồng hồ đối với kết quả định vị

Sai số do lệch tâm phát sóng của vệ tinh

Khoảng cách từ vệ tinh tới máy thu mà chúng ta xác định được để đưa vào giảicác bài toán định vị là khoảng cách tính từ tâm phát sóng của vệ tinh đến tâm ăng tencủa máy thu Trên thực tế, tâm phát sóng của vệ tinh không trùng với trọng tâm hình

học (chính là gốc tọa độ của hệ tọa độ gắn với vệ tinh) của nó Để nâng cao độ chínhxác của quá trình định vị cần phải tính số hiệu chỉnh này với các trị đo.

b Sai số phụ thuộc vào môi trường lan truyền tín hiệu

 Sai số do tầng điện ly gây nên

Hình 1.11 Tầng điện ly

Tầng điện ly là tầng có độ cao từ 50 km đến 1000 km bao gồm các hạt mang điện

Vì sóng do vệ tinh là sóng điện từ nên đi trong môi trường có các hạt mang điện sẽ làmthay đổi vận tốc truyền sóng Ảnh hưởng của tầng điện ly với sóng tín hiệu phụ thuộcvào tổng lượng điện tử có trong 1m2 khí quyển theo phương truyền sóng (TEC) Dùngmáy hai tần có thể loại trừ ảnh hưởng của tầng điện ly đối với kết quả định vị

Sai số do tầng đối lưu gây nên

Tầng đối lưu là tầng có độ cao từ 0 km đến 50 km Tầng đối lưu gây ra hiệntượng khúc xạ tín hiệu của vệ tinh khi nó đi qua môi trường có chiết suất khác nhau

Để giảm thiểu ảnh hưởng của tầng đối lưu đối với sóng tín hiệu, chúng ta phải xâydựng các mô hình hiệu chỉnh là hàm của các yêu tố đặc trưng cho môi trường như nhiệt

độ, áp suất, độ ẩm Có thể kể đến một số mô hình để tính ảnh hưởng của tầng đối lưunhư Hopfield, Saastamoinen,…

Sai số do ảnh hưởng của hiệu ứng đa đường dẫn

Hình 1.12 Ảnh hưởng của hiệu ứng đa đường dẫn

Hiệu ứng đa đường dẫn là hiện tượng do sóng tín hiệu phát đi từ vệ tinh đập vàocác bề mặt có khả năng phản xạ rồi mới tới máy thu hay người ta vẫn gọi là hiện tượngsóng thứ cấp trong định vị Bề mặt có khả năng phản xạ ở đây có thể là bề mặt của cáctòa nhà, vách núi không có cây, mặt nước,… Cho đến thời điểm hiện tại thì ảnh hưởngcủa hiệu ứng đa đường dẫn được coi là một nguồn sai số lớn đối với kết quả định vị

Để làm giảm ảnh hưởng của nguồn sai số này, cần chọn điểm tránh xa các bề mặt phản

xạ hoặc dùng máy thu có khả năng chống hiện tượng đa đường dẫn gây nên,…

c Sai số liên quan tới máy thu

Sai số do đồng hồ máy thu gây nên

Thông thường, đồng hồ máy thu là các đồng hồ thạch anh Như đã đề cập ở phầntrước, sai số của đồng hồ máy thu cùng với với sai số đồng hồ vệ tinh tạo nên sai sốđồng hồ Hầu hết các đồng hồ máy thu đều được tự động lập trình để tự động để điềuchỉnh khi mà giá trị tuyệt đối của sai số vượt qua một giá trị cho trước nào đó Ảnhhưởng của thuyết tương đối với đồng hồ máy thu thường là nhỏ, khi chế tạo máy thu

các hãng thường viết modul cho máy thu tự hiệu chỉnh ảnh hưởng của nguồn sai số nàytrong quá trình định vị.

Sai số do lệch tâm pha ăng ten

Sai số lệch tâm pha ăng ten là độ lệch giữa tâm hình học của máy thu với tâmthu tín hiệu của nó Khi đo đạc những mạng lưới có yêu cầu xác định các yêu tố củalưới cao như các mạng lưới trắc địa công trình, nghiên cứu chuyển dịch… thì cần phảitính đến ảnh hưởng của nguồn sai số này Để hạn chế ảnh hưởng của sai số do độ lệchtâm pha ăng ten gây ra, các hãng chế tạo máy thu đều khuyến cáo khi đi đo cần định vịlogo của máy hướng về phía Bắc

Sai số do định tâm, cân bằng và đo cao ăng ten máy thu

Sai số định tâm xảy ra khi bộ định tâm quang học của bộ phận đế máy có lệch.Đối với sự việc thi công các mạng lưới khống chế có yêu cầu xác định các yếu tố củalưới với độ chính xác cao mà lại đặt máy thu trên giá ba chân thì trước khi đo cần phảitiến hành kiểm nghiệm bộ phận định tâm quang học xem nó có hoạt động có chính xáchay không vì trong những công trình kiểu này sai số định tâm phải nhỏ hơn 1mm.Khi đo GPS (đo cao GPS–thủy chuẩn) thì vấn đề do độ cao của ăng ten là mộtvấn đề hết sức quan trọng Người đi đo cần phải đo chiều cao của ăng ten ít nhất hai lầnvào lúc bật máy và tắt máy rồi lấy giá trị trung bình để có chiều cao của ăng ten mộtcách chính xác

xử lý số liệu chuyên dụng như GAMIT/GLOBK, Bernese cho kết quả xử lý số liệu cao

vì đã tính ảnh hưởng cảu tất cả các nguồn sai số nói trên

1.2 Các ứng dụng của GNSS trong lĩnh vực Trắc địa – Bản đồ [4]

1.2.1 Ứng dụng của GNSS trong xây dựng lưới khống chế trắc địa

Về phương diện xây dựng lưới khống chế mặt bằng, trắc địa vệ tinh đóng vai tròchủ yếu vì có thể khắc phục được các nhược điểm sau của phương pháp truyền thống:

- Các điểm liền kề nhau tạo thành đồ hình cơ bản phải trực tiếp hoặc sau khi xâydựng tiêu phải trông thấy nhau (phải thông hướng)

- Do ảnh hưởng của độ cong Trái Đất và chiết quang nên chiều dài cạnh bị hạnchế Hơn nữa cạnh càng dài, tiêu phải càng cao, gây khó khăn tốn kém về kinh tế.Chính vì vậy lưới tam giác hạng I thì chiều dài cạnh trung bình chỉ là 25km

- Rất khó khăn khi sử dụng các phương pháp này để liên kết tọa độ trên đất liền

- Xây dựng lưới tọa độ địa chính cơ sở phủ trùm toàn quốc (tương đương với lướitọa độ Nhà nước) hạng III

- Ngoài ra còn thành lập được nhiều mạng lưới Trắc địa công trình và các mạng

1.2.2 Ứng dụng của GNSS trong thành lập bản đồ, mặt cắt địa hình

Công tác đo chi tiết bản đồ địa hình và địa chính có thể được thực hiện bằngphương pháp đo động theo công nghệ GNSS theo hai phương án:

- Đo động xử lý sau: Máy đặt tại trạm tĩnh không cần có bộ phát tín hiệuRadioLink và máy đặt tại trạm động không cần có bộ thu tín hiệu RadioLink

- Đo động xử lý tức thời: Máy đặt tại trạm tĩnh cần có bộ phát tín hiệu RadioLink

và máy đặt tại trạm động cần có bộ thu tín hiệu RadioLink

Khoảng cách từ trạm tĩnh đến trạm động được giới hạn trong khoảng 10km, lớnhơn nhiều so với khoảng cách từ máy đến gương trong phương pháp sử dụng máy toànđạc điện tử Vì vậy giảm thiểu được khá nhiều công tác thành lập lưới khống chế đo vẽ.Tuy nhiên nhược điểm của phương pháp này là không đo được trong vùng chật hẹp, bịche chắn tín hiệu hoặc vùng nhiễu của các trạm phát sóng

1.2.3 Ứng dụng của GNSS chuyển thiết kế ra thực địa

Dựa vào bản thiết kế sẽ xác định được tọa độ của các điểm cần chuyển Côngnghệ GNSS sẽ đưa các điểm này ra thực địa theo đúng vị trí (tọa độ) đã được thiết kếbằng cách: Sử dụng phương pháp đo GPS động, chuyển dịch trạm động đến vị trí cótọa độ đúng bằng tọa độ đã thiết kế

Nếu trường hợp yêu cầu cao về độ chính xác thì sau khi xác định được các điểmtiến hành xác định lại tọa độ các điểm đó bằng phương pháp đo tĩnh So sánh tọa độ đođược với tọa độ thiết kế để tiến hành hoàn nguyên điểm

Ngoài ra còn có thể thể sử dụng GPS để kiểm tra độ thẳng đứng của công trìnhdựa trên nguyên tắc xác định tọa độ các điểm trên đỉnh của công trình và so sánh vớitọa độ thiết kế của các điểm đó

1.2.4 Ứng dụng của GNSS trong đo cao

Trong quan trắc GNSS, chúng ta không chỉ có được tọa độ mặt bằng của điểm thutín hiệu, mà còn nhận được độ cao trong hệ quy chiếu toàn cầu WGS 84

Hình.1.13 mô tả các mặt Elipxoid, Geoid và mặt đất thực tại điểm xét Trong đó,

N là khoảng chênh giữa mặt Geoid với Elipxoid Chiều cao H là khoảng chênh giữa bềmặt Trái Đất với bề mặt Geoid Chiều cao h là khoảng chênh giữa bề mặt Trái Đất vớiElipxoid

Hình 1.13 Các thành phần độ cao

Bề mặt Geoid là uốn lượn, không giống như bề mặt Elipxoid, là một mặt toán học

và được biểu diễn bởi các phương trình toán học Mặc dù vậy, nó cũng không biếnđộng quá nhiều như bề mặt đất thực, có đỉnh Everest cao hơn 8000m và biển Chết sâuhơn 400m Bề mặt Geoid thay đổi trong khoảng -106m đến 85m Với một máy thuGPS đi trên mặt biển nhiều ngày, có thể nhận thấy sự thay đổi độ cao giữa Geoid vớiElipxoid, mặt dù con tàu đang trên mặt biển yên tĩnh

Như vậy, độ cao chuẩn của điểm xét có thể xác định, nếu biết độ cao trắc địa (phụthuộc Elipxoid) và độ cao Geoid N của nó Độ cao N có thể được xác định từ mô hìnhtrọng trường toàn cầu hoặc mô hình Geoid cục bộ Độ cao trắc địa của điểm được xácđịnh từ kết quả đo GNSS, do đó việc xác định độ cao chuẩn trên cơ sở công thức gọi làphương pháp đo cao GNSS

Với các dữ liệu hiện có, phương pháp đo cao GNSS có thể xác định độ cao chuẩn

tương đương với thủy chuẩn kỹ thuật trong phạm vi cả nước và tương đương với đothủy chuẩn hạng IV khu vực đồng bằng, trung du Nếu áp dụng quy trình đo và xử lýchặt chẽ, độ chính xác của đo cao GNSS có thể đạt độ chính xác tương đương thủychuẩn hạng III.

CHƯƠNG 2 ỨNG DỤNG PHẦN MỀM TRIMBLE TOTAL CONTROL 2.7

TRONG XỬ LÝ SỐ LIỆU LƯỚI ĐỊA CHÍNH ĐO BẰNG CÔNG NGHỆ GNSS 2.1 Khái quát về lưới địa chính

2.1.1 Yêu cầu chung về lưới địa chính

a Khái niệm

Lưới địa chính được xây dựng bằng phương pháp đường chuyền (phương pháp đagiác) hoặc công nghệ GPS theo đồ hình lưới tam giác dày đặc, đồ hình chuỗi tam giác,

đồ hình chuỗi tam giác, tứ giác để làm cơ sở phát triển lưới đo vẽ [6]

b Chỉ tiêu kĩ thuật và yêu cầu độ chính xác

Bảng 2.1 Chỉ tiêu kỹ thuật của lưới địa chính [6]

STT Tiêu chí đánh giá chất lượng lưới địa chính Chỉ tiêu

kỹ thuật

1 Trị tuyệt đồi của sai số trung phương vị trí điểm sau bình sai ≤ 5 cm

2 Sai số trung phương tương đối cạnh sau bình sai ≤ 1:50000

3 Trị tuyệt đối sai số trung phương tuyệt đối cạnh dưới 400 m

sau bình sai

≤ 1,2 cm

4

Trị tuyệt đối sai số trung phương phương vị cạnh sau bình sai:

- Đối với cạnh lớn hơn hoặc bằng 400 m

- Đối với cạnh nhỏ hơn 400 m

≤ 5 giây

≤10 giây5

Trị tuyệt đối sai số trung phương độ cao sau bình sai:

- Thỏa mãn yêu cầu về mật độ điểm phù hợp với tỷ lệ đo vẽ bản đồ địa chính,đồng thời tạo điều kiện phát triển lưới bậc thấp hơn.

- Ảnh hưởng của các số liệu gốc không quá 10%

- Lưới địa chính là lưới khống chế khu vực được tăng dày từ lưới địa chính cơ sở

để phát triển mạng lưới đo vẽ

- Đường chuyền địa chính cố gắng bố trí ở dạng chuỗi thẳng, hệ số gãy khúc củađường chuyền thường không quá 1.8, cạnh đường chuyền không được cắt chéo nhau vàcác cạnh liền kề nhau không được gấp nhau 1.5 lần trường hợp cá biệt không vượt quáhai lần

2.1.2 Các phương pháp thành lập lưới địa chính

a Phương pháp đường chuyền

Lưới đa giác hay còn gọi là lưới đường chuyền

Đường chuyền là một dạng của lưới khống chế mặt bằng Trên khu đo bố trí cácđiểm nối nhau tạo thành đường gãy khúc Trong phương pháp này, đo tất cả các cạnh

và góc ngoặt của đường chuyền Khi đó sẽ xác định được vị trí tương hỗ giữa các điểm.Nếu biết tọa độ của một điểm và góc phương vị của một cạnh, ta dễ dàng tính ra gócphương vị và tọa độ của các điểm khác trên đường chuyển

Yêu cầu vị trí các điểm đường chuyền:

- Đặt ở nơi chắc chắn, ổn định, bảo vệ dễ dàng và lâu dài, thuận tiện cho việc đặt

máy đo góc, đo dài, đo cao và đo vẽ chi tiết

- Các điểm phải phân bố đều và khống chế toàn bộ khu vực đo vẽ

- Khi làm cơ sở để khảo sát, xây dựng các đông trình dạng thẳng thì các điểm

đường chuyền đặt theo hướng trục công trình Các điểm đường chuyền kinh vĩ đượcđóng bằng cọc gỗ, ống thép, mốc gắn tường

- Đồ hình cơ bản của đường chuyền có thể chia thành 2 dạng chính: đường

chuyền khép kín và đường chuyển hở (đường chuyền phù hợp)

a Đường chuyền khép kín

b Đường chuyền phù hợp

Hình 2.1 Đồ hình lưới đường chuyền

- Đối với khu vực đo kéo dài, hai đầu có các điểm khống chế cấp cao thì dùng

dạng đường chuyền phù hợp

Ưu, nhược điểm của phương pháp:

- Ưu điểm: Khi khu đo là thành phố, thị xã, làng mạc, vùng đông dân cư, vùng

đồi núi có địa hình, địa vật phức tạp, tầm thông hướng kém thì việc xây dựng cơ sởkhống chế mặt bằng dưới dạng lưới đường chuyền là phương án hợp lý nhất vì tại mộtđiểm chỉ phải thông hướng đến hai điểm liền kề khác Hiện nay, với sự phát triển củamáy đo dài điện tử cho phép xác định chiều dài một cách thuận tiện và nhanh chóngvới độ chính xác cao, nên phương pháp đa giác đang được ứng dụng rộng rãi trongthực tế sản xuất

- Nhược điểm: Lưới có ít trị đo thừa nên ít có điều kiện kiểm tra ngoài thực địa,kết cấu đồ hình yếu hơn lưới tam giác

b Phương pháp xây dựng lưới địa chính bằng công nghệ GNSS

Chọn điểm lưới địa chính

Kỹ thuật định vị GNSS không yêu cầu điều kiện thông hướng giữa các điểm, nênđiểm lưới địa chính cần được chọn là các địa vật rõ nét hoặc đã được đánh dấu tại cái

vị trí chuẩn đảm bảo các điều kiện như sau: [6]

- Lưới địa chính bằng công nghệ GNSS phải đo nối độ cao với ít nhất 02 điểmkhống chế độ cao có độ chính xác tương đương điểm độ cao Quốc gia hạng IV trở lên

- Lưới địa chính bằng công nghệ GNSS phải xác định đồng thời tọa độ và độ cao

- Điểm tọa độ địa chính phải được chọn ở các vị trí có nền đất vững chắc, ổnđịnh, quang đãng, nằm ngoài chỉ giới quy hoạch công trình; đảm bảo khả năng tồn tạilâu dài trên thực địa; thuận lợi cho việc đo ngắm

- Khi lập lưới bằng công nghệ GNSS thì các điểm phải đảm bảo có góc mở lênbầu trời lớn hơn 120 độ; ở xa các trạm thu phát sóng tối thiểu 500m; xa các trạm biếnthế, đường dây điện cao thế, trạm điện cao áp tối thiểu 50m

- Dấu mốc được làm bằng sứ hoặc kim loại không gỉ, có vạch khắc chữ thập ởtâm mốc Trên mặt mốc ghi số hiệu điểm (số hiệu điểm được ghi chìm so với mặt mốc,chữ viết và số quay về hướng Bắc)

Chỉ tiêu kỹ thuật và độ chính xác

Bảng 2.2 Chỉ tiêu kỹ thuật của lưới địa chính thành lập bằng GNSS [6]

STT Tiêu chí đánh giá chất lượng lưới địa chính đo

2 Sử dụng máy thu có trị tuyệt đối của sai số đo cạnh ≤ 10 mm + 2.D

-6 mm(D: tính bằng km)

5 Góc ngưỡng cao cài đặt trong máy thu ≥ 150

6 Thời gian đo ngắm đồng thời ≥ 60 phút

- Trị tuyệt đối sai số khép hình trong giới hạn tương

đối khi xử lý sơ bộ cạnh (fs/[S]):

8 Khoảng cách tối đa từ một điểm bất kỳ trong lưới

Tùy vào phương pháp đo, việc xử lý để tính cạnh sẽ được thực hiện dựa trên cơ

sở thời gian chung và vệ tinh chung đối với hai máy thu

Hình 2.2 Nguyên tắc tính thời gian chung

Hình 2.2 thể hiện khoảng thời gian thu tín hiệu của máy thu 1 và máy thu 2 là

∆ t1 và ∆ t2, trong đó:

∆ t1=¿T4 - T2 (T1 và T3 là các thời điểm bật và tắt máy thu 2);

∆ t2= T3 - T1 (T2 và T4 là các thời điểm bật và tắt máy thu 1)