TRƯỜNG ĐẠI HỌKHOA TR SINH VIÊN ỨNG DỤNG CÔNG NGH THỰC GPS – RTK TRONG HIỆN TRẠNG TH Chuyên ngành: Tr Mã ngành: D520503 NGƯỜI H ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG H KHOA TRẮC ĐỊA - BẢN ĐỒ
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌ
KHOA TR
SINH VIÊN
ỨNG DỤNG CÔNG NGH
THỰC GPS – RTK TRONG
HIỆN TRẠNG TH
ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG H
KHOA TRẮC ĐỊA - BẢN ĐỒ
SINH VIÊN: NGUYỄN VIỆT DŨNG
NG CÔNG NGHỆ ĐỊNH VỊ VỆ TINH ĐO ĐỘNG TH
RTK TRONG ĐO ĐẠC THÀNH LẬP BẢ
NG THÀNH PHỐ BÌNH DƯƠNG TỶ LỆ 1:2000
HÀ NỘI - 2015
NG HÀ NỘI
NG THỜI GIAN
ẬP BẢN ĐỒ
Ệ 1:2000
Trang 2TRƯỜNG ĐẠI HỌ
KHOA TR
SINH VIÊN
ỨNG DỤNG CÔNG NGH
THỰC GPS – RTK TRONG
HIỆN TRẠNG TH
Chuyên ngành: Tr
Mã ngành: D520503
NGƯỜI H
ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG H
KHOA TRẮC ĐỊA - BẢN ĐỒ
SINH VIÊN: NGUYỄN VIỆT DŨNG
NG CÔNG NGHỆ ĐỊNH VỊ VỆ TINH ĐO ĐỘNG TH
RTK TRONG ĐO ĐẠC THÀNH LẬP BẢ
NG THÀNH PHỐ BÌNH DƯƠNG TỶ LỆ 1:2000
Chuyên ngành: Trắc Địa - Bản Đồ
Mã ngành: D520503
ỜI HƯỚNG DẪN :ThS Hoàng Mạnh Hùng
HÀ NỘI - 2015
NG HÀ NỘI
NG THỜI GIAN
ẬP BẢN ĐỒ
Ệ 1:2000
ùng
Trang 3LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình thực hiện đồ án, em đã nhận được sự hướng dẫn và chỉ bảo nhiệt tình của Thầy giáo Th.s Hoàng Mạnh Hùng và các thầy, cô giáo trong khoa Trắc địa – Bản đồ của Trường đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội đến nay
đồ án tốt nghiệp của em đã hoàn thành
Em xin nói lời cảm ơn chân thành tới Thầy giáo Thạc sỹ: Hoàng Mạnh Hùng
đã giúp đỡ tận tình và trực tiếp hướng dẫn em trong suốt quá trình thời gian em thực hiện đồ án
Em xin chân thành cảm ơn sự dạy dỗ, chỉ bảo ân cần của các Thầy, Cô giáo trong khoa Trắc địa – Bản đồ của Trường đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội trong suốt thời gian học tập
Do trình độ và kinh nghiệm sản xuất thực tế chưa có, nên trong quá trình làm
đồ án tốt nghiệp còn nhiều hạn chế và sai sót Em rất mong nhận được sự giúp đỡ
và đóng góp ý kiến của các thầy, cô để đồ án của em được hoàn thiện hơn
Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn!!
Hà Nội,ngày tháng 6 năm 2015 Sinh viên thực hiện
Nguyễn Việt Dũng
Trang 4MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN
MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC KÝ KIỆU VIẾT TẮT, KÝ HIỆU TIẾNG ANH
DANH MỤC BẢNG BIỂU
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU GPS 3
1.1 Cấu trúc của hệ thống định vị toàn cầu GPS 3
1.1.1 Đoạn không gian 3
1.1.2 Đoạn điều khiển 4
1.1.3 Đoạn sử dụng 5
1.2 Nguyên lý định vị GPS 6
1.2.1 Định vị tuyệt đối 6
1.2.2 Định vị tương đối 12
1.3 Các nguồn sai số 22
1.3.1 Sai số liên quan đến vệ tinh 23
1.3.2 Sai số phụ thuộc vào môi trường lan truyền tín hiệu 25
1.3.3 Ảnh hưởng liên quan đến máy thu 28
CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP ĐO ĐỘNG THỜI GIAN THỰC GPS-RTK 31
2.1 Nguyên lý đo GPS động 31
2.1.1 Giải pháp kỹ thuật trong đo GPS động 32
2.2 Phương pháp đo GPS động 34
2.2.1 Giới thiệu thiết bị đo GPS động 34
2.2.2 Các thao tác đo GPS động 35
2.3 Độ chính xác đạt được 39
2.3.1 Đo kiểm định thiết bị trên các điều kiện chuẩn 40
CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM 45
3.1 Các quy định kỹ thuật của bản đồ hiện trạng tỷ lệ 1/2000 45
3.1.1 Độ chính xác bản đồ 45
3.1.2 Cơ sở toán học 46
3.1.3 Quy định biên khu đo 47
Trang 53.1.4 Sản phẩm bản đồ hiện trạng tỷ lệ 1/2.000 47
3.2 Khái quát khu vực thực nghiệm 47
3.2.1 Đặc điểm điều kiện tự nhiên 47
3.2.2 Đặc điểm kinh tế - xã hội 49
3.3 Quy trình thành lập bản đồ 51
3.3.1 Xây dựng lưới khống chế mặt phẳng và độ cao 51
3.3.2 Quy định đo nối độ cao cho trạm BASE 54
3.4 Quy định kỹ thuật đo vẽ chi tiết đối tượng địa lý (địa vật, địa hình) phục vụ thành lập bản đồ hiện trạng tỷ lệ 1/2.000 54
3.4.1 Giải pháp đo vẽ chi tiết bản đồ hiện trạng bằng công nghệ RTK 54
3.4.2 Xác định ranh giới, mốc giới 55
3.4.3 Đo đạc tại thực địa bằng công nghệ RTK 55
3.4.4 Biên tập bản đồ 58
3.5 Kết quả thực nghiệm 64
3.5.1 Sản phẩm đo nối tọa độ cho trạm BASE 64
3.5.2 Sản phẩm đo nối độ cao cho lưới trạm BASE 70
3.5.3 Sản phẩm tính toán độ cao các điểm chi tiết sử dụng mô hình Geoid địa phương 72
3.5.4 Trút số liệu đo và xử lý số liệu 76
3.5.5 Phun điểm, số hóa bản đồ 77
3.5.6 Bản đồ hiện trạng 81
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 82
TÀI LIỆU THAM KHẢO 83
Trang 6DANH MỤC CÁC KÝ KIỆU VIẾT TẮT, KÝ HIỆU TIẾNG ANH Viết tắt tiếng Anh Tên tiếng Việt
GPS (Global Positioning System) Hệ thống định vị toàn cầu
GLONASS Hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu của Nga
GALILEO Hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu của Liên
minh Châu Âu
IGS Tên Tổ chức quốc tế cung cấp các dịch vụ về
hệ thống GNSS
RTK (Real Time Kinematic) Một phương pháp đo đạc hiện đại có độ
chính xác cao và nhanh chóng
Trang 7WGS-84 (Word GeodeticSystem) Hệ quy chiếu trắc địa toàn cầu
PDOP Độ suy giảm độ chính xác của vị trí điểm
TSC1 (Survey Controller TSC1) Thiết bị điều khiển
và dịch vụ
Trang 8DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1: Các nguồn sai số trong định vị vệ tinh 22
Bảng 1.2: Ảnh hưởng của tầng điện ly đến khoảng cách giả 25
Bảng 1.3: Ảnh hưởng của tầng đối lưu tới khoảng cách 26
Bảng 1.4: Mức độ ảnh hưởng của nhiễu máy thu đến các tín hiệu GPS 30
Bảng 2.1: Kết quả đo GPS RTK tại bãi chuẩn Xuân Đỉnh sử dụng máy 4600LS (9/1999) 41
Bảng 2.2: Kết quả đo GPS-RTK bãi chuẩn Xuân Đỉnh sử dụng máy 4800 (16/5/2000) 41
Bảng 2.3: Sai số tại các điểm quy chuẩn 42
Bảng 2.4: Tọa độ và sai số tại các điểm kiểm tra 43
Bảng 3.1: Các chỉ tiêu kỹ thuật 53
Bảng 3.2: Bảng trị đo gia số tọa độ và các chỉ tiêu sai số 64
Bảng 3.3: Bảng sai số khép hình 65
Bảng 3.4: Bảng trị đo, số hiệu chỉnh và trị bình sai góc phương vị 65
Bảng 3.5: Bảng trị đo, số hiệu chỉnh và trị bình sai cạnh 66
Bảng 3.6: Bảng trị đo, số hiệu chỉnh và trị bình sai chênh cao 67
Bảng 3.7: Bảng tọa độ vuông góc không gian sau bình sai 68
Bảng 3.8: Bảng tọa độ trắc địa sau bình sai 69
Bảng 3.9: Bảng thành quả tọa độ phẳng và độ cao bình sai 69
Bảng 3.10: Bảng chiều dài cạnh, phương vị và sai số tương hỗ 69
Bảng 3.11: Bảng số liệu khởi tính 71
Bảng 3.12: Bảng thành quả độ cao bình sai 71
Bảng 3.13: Trị đo và các đại lượng bình sai 72
Trang 9DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1: Hệ thống định vị toàn cầu GPS 3
Hình 1.2: Vị trí các trạm trong đoạn điều khiển của hệ thống GPS 4
Hình 1.3: Dẫn đường xe ô tô bằng GPS 5
Hình 1.4: Nguyên lý định vị tuyệt đối 6
Hình 1.5: Định vị tuyệt đối đo khoảng cách giả 9
Hình 1.6: Nguyên lý định vị tương đối 13
Hình 1.7: Định vị tương đối 14
Hình 1.8: Đo bán động 16
Hình 1.9: Sai phân bậc nhất 18
Hình 1.10: Sai phân bậc hai 20
Hình 1.11: Sai phân bậc ba 21
Hình 1.12: Anten Choke-ring 28
Hình 2.1: Sơ đồ đo động 32
Hình 2.2: Khởi động trạm Base 36
Hình 2.3: Trạm Rover trong kỹ thuật đo GPS – RTK 38
Hình 2.4: Thực hiện đo động 38
Hình 3.1: Quy trình thành lập bản đồ 51
Hình 3.2: Số liệu thực nghiệm 76
Hình 3.3: Số liệu chưa được xử lý dưới dạng excel 77
Hình 3.4: Số liệu đã được xử lý dưới dạng txt 77
Hình 3.5: Cách phun điểm 78
Hình 3.6: Chọn đường dẫn 78
Hình 3.7: Tạo mô tả trị đo 79
Hình 3.8: Số liệu điểm phun trên Microstation 79
Hình 3.9: Công tác nối điểm 80
Hình 3.10: Bản đồ hiện trạng 81
Trang 101
MỞ ĐẦU
Hệ thống định vị GPS là hệ thống định vị toàn cầu dựa trên cơ sở đo khoảng cách và đo thời gian, được viết tắt là NAVSTAR (Navigation Satelite Timing and Ranging Global Postioning System) và thường được gọi là GPS Từ những năm
1967 – 1969, lực lượng không quân Mỹ đã bắt đầu nghiên cứu Đề án 621B Trong
đề án này người ta dự định đưa lên quỹ đạo 20 vệ tinh hoạt động ở các độ vĩ 60 độ
vĩ bắc đến 60 độ vĩ nam Các vệ tinh này được theo dõi bởi một hệ thống trạm giám sát trên mặt đất Nhờ các vệ tinh này, tại bất kỳ điểm nào trên Trái Đất vào bất kỳ thời gian nào cũng có thể quan sát được ít nhất 4 vệ tinh Việc đo khoảng cách đồng thời tới bốn vệ tinh sẽ loại bỏ được ảnh hưởng của sự không đồng bộ về thời gian của đồng hồ vệ tinh và đồng hồ máy thu Cũng trong thời gian này lực lượng hải quân Mỹ đã đưa ra đề án xây dựng hệ thống định vị vệ tinh mang tên TIMATION gồm ba giai đoạn (TIMATION I, II, III), thực chất cũng là ý tưởng của một hệ thống định vị toàn cầu gồm khoảng 21 đến 27 vệ tinh Dưới sự chủ trì của Bộ quốc phòng Mỹ, cả 2 đề án 621B và TIMATION đã được phối hợp lại và hình thành nên
hệ thống định vị toàn cầu NAVSTAR GPS
Quỹ đạo các vệ tinh hệ thống GPS
Trang 112
Ngày 22 tháng 2 năm 1978 vệ tinh đầu tiên của hệ thống định vị toàn cầu GPS đã được đưa lên quỹ đạo Với hệ thống GPS, vấn đề thời gian, vị trí, tốc độ của các đối tượng cần định vị được giải quyết nhanh chóng, chính xác trên phạm vi toàn cầu trong bất kỳ thời điểm nào
Trước năm 1980, hệ thống GPS chỉ được dùng cho mục đích quân sự, do Bộ quốc phòng Mỹ quản lý, từ năm 1980 Chính phủ Mỹ cho phép sử dụng trong dân
sự Các ứng dụng GPS vào nhiều lĩnh vực khác nhau đã được nghiên cứu vào phát triển rộng rãi trên hầu hết các nước
Tại Việt Nam hệ thống này được ứng dụng rất rộng rãi trong các hoạt động kinh tế - xã hội, đây quả thực là cuộc cách mạng thực sự về công nghệ, kỹ thuật và chất lượng cũng như hiệu quả kinh tế trên phạm vi cả nước
Ngày nay, hệ thống GPS đã được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau trong đó có trắc địa Các ứng dụng GPS trong trắc địa đã tỏ ra có những ưu điểm vượt trội so với công nghệ đo đạc truyền thống trước đó
Với các ưu điểm nổi trội, công nghệ GPS đã góp công lớn trong công tác đo đạc thành lập bản đồ Đo GPS động là bước phát triển mới của công nghệ GPS cho phép đo đạc chi tiết bỏ qua công đoạn lập lưới khống chế cơ sở, có độ chính xác đạt yêu cầu kỹ thuật đo vẽ, có những tính năng ưu việt so với phương pháp đo vẽ bản
đồ truyền thống, đáp ứng yêu cầu của công tác tự động hóa đo vẽ bản đồ, phù hợp với việc tổ chức, quản lý số liệu trong các hệ thống quản trị dữ liệu trong máy tính, đạt được hiệu quả kinh tế cao khi kết hợp với các phương pháp đo vẽ truyền thống
Để thấy được sự hiệu quả trong việc ứng dụng công nghệ GPS trong trắc địa
thì em đã thực hiện đề tài “Ứng dụng công nghệ định vị vệ tinh đo động thời gian thực GPS - RTK trong đo đạc thành lập bản đồ hiện trạng thành phố Bình Dương tỷ lệ 1:2000”
Nội dung chính của đồ án được thể hiện qua 3 chương như sau:
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU GPS CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP ĐO ĐỘNG THỜI GIAN THỰC GPS - RTK CHƯƠNG 3 : THỰC NGHIỆM