Đánh giá việc ứng dụng công nghệ GPS trong xây dựng lưới không chế đo vẽ bản đồ địa chính trên địa bàn xã Thắng Sơn, huyện Thanh Sơn, tỉnh Phú Thọ (Luận văn thạc sĩ)

Đánh giá việc ứng dụng công nghệ GPS trong xây dựng lưới không chế đo vẽ bản đồ địa chính trên địa bàn xã Thắng Sơn, huyện Thanh Sơn, tỉnh Phú Thọ (Luận văn thạc sĩ)Đánh giá việc ứng dụng công nghệ GPS trong xây dựng lưới không chế đo vẽ bản đồ địa chính trên địa bàn xã Thắng Sơn, huyện Thanh Sơn, tỉnh Phú Thọ (Luận văn thạc sĩ)Đánh giá việc ứng dụng công nghệ GPS trong xây dựng lưới không chế đo vẽ bản đồ địa chính trên địa bàn xã Thắng Sơn, huyện Thanh Sơn, tỉnh Phú Thọ (Luận văn thạc sĩ)Đánh giá việc ứng dụng công nghệ GPS trong xây dựng lưới không chế đo vẽ bản đồ địa chính trên địa bàn xã Thắng Sơn, huyện Thanh Sơn, tỉnh Phú Thọ (Luận văn thạc sĩ)Đánh giá việc ứng dụng công nghệ GPS trong xây dựng lưới không chế đo vẽ bản đồ địa chính trên địa bàn xã Thắng Sơn, huyện Thanh Sơn, tỉnh Phú Thọ (Luận văn thạc sĩ)Đánh giá việc ứng dụng công nghệ GPS trong xây dựng lưới không chế đo vẽ bản đồ địa chính trên địa bàn xã Thắng Sơn, huyện Thanh Sơn, tỉnh Phú Thọ (Luận văn thạc sĩ)Đánh giá việc ứng dụng công nghệ GPS trong xây dựng lưới không chế đo vẽ bản đồ địa chính trên địa bàn xã Thắng Sơn, huyện Thanh Sơn, tỉnh Phú Thọ (Luận văn thạc sĩ)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM

NGUYỄN DUY DIÊN

ĐÁNH GIÁ VIỆC ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GPS TRONG XÂY DỰNG LƯỚI KHÔNG CHẾ

ĐO VẼ BẢN ĐỒ ĐỊA CHÍNH TRÊN ĐỊA BÀN

XÃ THẮNG SƠN, HUYỆN THANH SƠN,

TỈNH PHÚ THỌ

LUẬN VĂN THẠC SĨ QUẢN LÝ ĐẤT ĐAI

THÁI NGUYÊN - 2017

NGUYỄN DUY DIÊN

ĐÁNH GIÁ VIỆC ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GPS TRONG XÂY DỰNG LƯỚI KHÔNG CHẾ

ĐO VẼ BẢN ĐỒ ĐỊA CHÍNH TRÊN ĐỊA BÀN

XÃ THẮNG SƠN, HUYỆN THANH SƠN,

TỈNH PHÚ THỌ

Chuyên ngành: Quản lý đất đai

Mã số ngành: 60 85 01 03

LUẬN VĂN THẠC SĨ QUẢN LÝ ĐẤT ĐAI

Người hướng dẫn khoa học: TS Vũ Thị Thanh Thủy

THÁI NGUYÊN - 2017

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình nào khác Tôi xin cam đoan rằng các thông tin trích trong luận văn đều đã được ghi rõ nguồn gốc./

Tác giả luận văn

Nguyễn Duy Diên

LỜI CẢM ƠN

Trong thời gian thực tập và nghiên cứu tại xã Thắng Sơn, huyện Thanh Sơn, tỉnh Phú Thọ tôi đã hoàn thành luận văn tốt nghiệp của mình Để có được kết quả này, ngoài sự nỗ lực của bản thân, tôi luôn nhận được sự giúp đỡ chu đáo, tận tình của nhà trường Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới:

Ban giám hiệu Trường Đại hoc Nông lâm Thái Nguyên, Phòng Quản lý Đào tạo sau đại học cùng toàn thể các thầy giáo, cô giáo đã tận tụy dạy dỗ tôi trong suốt thời gian học tập cũng như thời gian thực tập tốt nghiệp

Đặc biệt tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới cô giáo TS Vũ Thị Thanh Thủy đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn tôi trong quá trình thực hiện và hoàn thành

luận văn này

Trong thời gian nghiên cứu, vì nhiều lý do chủ quan và khách quan cũng như hạn chế về mặt thời gian cho nên nội dung của luận văn không tránh khỏi sai sót Tôi rất mong nhận được sự đóng góp của các thầy, cô giáo để đề tài này được hoàn thiện hơn

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Thái Nguyên, ngày 03 tháng 10 năm 2017

Tác giả luận văn

Nguyễn Duy Diên

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC ii

DANH MỤC CÁC BẢNG vi

DANH MỤC CÁC HÌNH vii

MỞ ĐẦU 1

1.Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Mục tiêu cụ thể 3

3 Tính khoa học và thực tiễn của đề tài 3

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 4

1.1 Công tác thành lập bản đồ địa chính 4

1.1.1 Hệ thống lưới khống chế 4

1.2 Tổng quan về công nghệ GPS 6

1.2.1 Quá trình hình thành 6

1.2.2 Cấu trúc hệ thống GPS 8

1.2.3 Tín hiệu GPS 12

1.2.4 Các trị đo GPS 14

1.2.5 Nguyên lý định vị GPS 16

1.2.6 Các nguồn sai số 20

1.2.7 Những kỹ thuật đo GPS 22

1.2.8 Xử lý số liệu 27

1.2.9 Bình sai lưới GPS 28

1.3 Cơ sở khoa học của ứng dụng công nghệ GPS trong thành lập lưới khống chế 30 1.3.1 Ứng dụng công nghệ GPS đo tĩnh để thành lập lưới không chế địa chính 30

1.3.2 Các dạng lưới ứng dụng đo tĩnh trong công nghệ GPS để thành lập lưới không chế địa chính Tam giác đơn, chuỗi tam giác, tứ giác 31

1.4.Tình hình nghiên cứu ứng dụng hệ thống định vị toàn cầu trên thế giới và tại Việt Nam 31

1.4.1 Trên thế giới 31

1.4.2 Tình hình nghiên cứu ứng dụng công nghệ định vị toàn cầu ở Việt Nam 32

1.4.3 Các ứng dụng khác: 34

CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 35

2.1 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 35

2.2 Nội dung nghiên cứu 35

2.2.1 Khái quát địa bàn nghiên cứu 35

2.2.2 Thu thập các tài liệu hiện có của khu đo 35

2.2.3 Ứng dụng GPS thành lập lưới khống chế đo vẽ cho xã thắng Sơn 35

2.2.4 So sánh với công nghệ thành lập lưới đo vẽ bằng máy đo GPS và máy toàn đạc điện tử 35

2.2.5 Thuận lợi, khó khăn trong sử dụng công nghệ GPS đo động thời gian thực và đề xuất giải pháp 36

2.3 Phương pháp nghiên cứu và xử lý số liệu 36

2.3.1 Phương pháp thu thập số liệu thứ cấp 36

2.3.2 Phương pháp thu thập số liệu sơ cấp 36

2.3.3 So sánh công nghệ GPS với công nghệ đo bằng máy toàn đạc điện tử 38

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 39

3.1 Khái quát đặc điểm khu đo 39

3.1.1 Vị trí địa lý 39

3.1.2 Đặc điểm địa hình, địa vật 39

3.1.3 Dân cư, kinh tế xã hội 40

3.1.4 Văn hóa, giáo dục và y tế 41

3.1.5 Hệ thống các điểm tọa độ cấp Nhà nước, điểm tọa độ địa chính có trong khu vực 41

3.1.6 Các tư liệu bản đồ hiện có 42

3.2 Ứng dụng công nghệ GPS thành lập lưới khống chế đo vẽ và so sánh với công nghệ đo bằng máy toàn đạc điện tử 44

3.2.1 Cơ sở pháp lý xây dựng và đánh giá chất lượng lưới khống chế đo vẽ bằng công nghệ GPS tại xã Thắng Sơn huyện Thanh Sơn Tỉnh Phú Thọ 44

3.2.2 Quy trình thành lập lưới 45

3.2.3 Kết quả khảo sát thiết kế mạng lưới khống chế đo vẽ lập bằng Công nghệ GPS 47

3.2.4 Công tác đo lưới đo vẽ thành lập bằng công nghệ GPS 48

3.2.5 Kết quả bình sai lưới địa chính thành lập bằng công nghệ GPS 49

3.3 So sánh phương pháp thành lập lưới đo vẽ bằng máy đo GPS với phương pháp đo bằng máy toàn đạc điện tử 57

3.4 Thuận lợi, khó khăn và giải pháp 61

3.4.1 Thuận lợi 61

3.4.2 Khó khăn 62

3.4.3 Các giải pháp 62

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 63

1 Kết luận 63

2 Đề nghị 63

TÀI LIỆU THAM KHẢO 64

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1 Chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản chung của lưới khống chế đo vẽ 36

Bảng 3.1 Thống kê hiện trạng mốc tọa độ Nhà nước, mốc địa chính cấp I, II 42

Bảng 3.2 Thống kê các loại bản đồ hiện có của xã 44

Bảng 3.3 Khối lượng nhân công dự kiến 46

BẢNG 3.4: Bảng trị đo gia số tọa độ và các chỉ tiêu sai số 52

Bảng 3.5: Bảng sai số khép hình 53

Bảng 3.6: Bảng trị bình sai, số hiệu chỉnh, sai số đo gia số tọa độ 54

Bảng 3 7: Bảng tọa độ vuông góc không gian sau bình sai 55

Bảng 3 8: Bảng tọa độ trắc địa sau bình sai 55

Bảng 3 9: Bảng kết quả tọa độ phẳng và độ cao sau bình sai 56

Bảng 3 10: Bảng chiều dài cạnh, phương vị và chênh cao sau bình sai 56

Bảng 3 11: Bảng so sánh số liệu đạt được với các văn bản quy định hiện hành 57

Bảng 12: So sánh hạng mục công việc giữa hai phương pháp thành lập lưới đo vẽ 59

Bảng 13: So sánh các yếu tố gây sai số của hai phương pháp thành lập lưới 59

Bảng 14: So sánh thời gian thi công, mật độ điểm lưới của hai phương pháp 60

Bảng 15: So sánh hiệu quả kinh tế của hai phương án thi công lưới (máy đo GPS và máy toàn đạc điện tử) 61

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1 Cấu trúc của hệ thống GPS 8

Hình 1.2 Vệ tinh GPS đang bay trên quĩ đạo quanh Trái đất 10

Hình 1.3 Mạng lưới các trạm điều khiển của hệ thống GPS từ sau năm 2005 11

Hình 1.4 Cấu trúc tín hiệu GPS 13

Hình 1.5 Kỹ thuật giải đa trị tại các máy thu 15

Hình 1.6 Kỹ thuật định vị tương đối 17

Hình 1.7 Kỹ thuật định vị tương đối 18

Hình 3.1 Quy trình thành lập lưới khống chế đo vẽ 46

Hình 3.2 Đồ hình đo nối được thiết kế tạo thành các cặp 47

Hình 3.3 Khởi tao và đặt các thông số bình sai 49

Hình 3.4 Quá trình nhập và sử lý cạnh bình sai để đánh giá các cạnh 49

Hình 3.5 Quá trình và sử lý loại bỏ tín hiệu nhiễu không tin cậy 50

Hình 3.6 Quá trình chọn vệ tinh 50

Hình 3.7 Quá trình kiểm tra thời gian đồng bộ khi cần thiết 51

MỞ ĐẦU 1.Tính cấp thiết của đề tài

Công tác quản lý Nhà nước về đất đai trong giai đoạn hiện nay cũng như trong tương lai lâu dài luôn giữ vai trò quan trọng trong việc phát triển kinh tế - xã hội, bảo vệ môi trường, giữ vững an ninh, quốc phòng và toàn vẹn lãnh thổ quốc gia Khảo sát, đo đạc, lập bản đồ địa chính là một trong những nội dung quản lý nhà nước về đất đai đã được ghi tại khoản 3, Điều 22 của Luật đất đai 2013 Nội dung chức năng, nhiệm vụ, quyền hạn của các cấp, các ngành trong việc thực hiện khảo sát, đo đạc, lập và quản lý bản đồ địa chính đã được quy định tại Điều 23 của Luật đất đai 2013

Căn cứ Luật đất đai năm 2013, ngày 29 tháng 11 năm 2013, Nghị định 43/2014/NĐ-CP ngày 15 tháng 05 năm 2014 của Chính phủ quy định chi tiết thi hành một số điều của Luật Đất đai; Căn cứ Nghị định số 21/2013/NĐ-CP ngày 04 tháng 03 năm 2013 của Chính Phủ quy định chức năng, nhiệm vụ, quyền hạn và cơ cấu tổ chức của Bộ Tài nguyên và Môi trường; Bộ Tài nguyên và Môi rường ban hành Thông tư 25/2014/TT-BTNMT ngày 19/05/2014 về quy định các yêu cầu kỹ thuật cơ bản của việc lập, chỉnh lý, quản lý, sử dụng bản đồ địa chính tỷ lệ 1:200, 1:500, 1:1000, 1:2000, 1:5000, và 1:10000 và trích đo địa chính thửa đất thay thế Quy phạm thành lập bản đồ địa chính trước đây

Để đáp ứng với sự phát triển của xã hội chúng ta cần ứng dụng khoa học công nghệ trong mọi lĩnh vực của cuộc sống và phải biết khai thác tối đa của khoa học công nghệ, để giúp ta rút ngắn thời gian thực hiện sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước Đây cũng chính là vấn đề đang được toàn đảng, toàn dân hết sức quan tâm; mặt khác khoa học công nghệ đang từng ngày mở rộng với sự phát triển của nền kinh tế tri thức trong thời đại mới, thời kỳ hội nhập kinh tế quốc tế

Trong công tác Trăc địa GPS (Global Positioning System) có nghĩa là hệ thống định vị toàn cầu, hệ thống định vị dẫn đường sử dụng các vệ tinh nhân tạo được Bộ Quốc phòng Mỹ triển khai từ những năm đầu thập kỷ 70 Ban đầu, hệ thống này được dùng cho mục đích quân sự nhưng sau đó đã được thương mại hóa,

từ năm 1980 hệ thống định vị toàn cầu GPS đã được sử dụng vào mục đích dân sự

Ngày nay, trong rất nhiều lĩnh vực của đời sống kinh tế, xã hội đã và đang áp dụng công nghệ GPS đặc biệt là công tác Trắc địa

Công nghệ GPS đã mở ra thời kỳ mới Trong ngành trắc địa, đã thay thế công nghệ truyền thống trong việc thành lập và xây dựng mạng lưới tọa độ các cấp Với ngành trắc địa bản đồ thì đây là cuộc cách mạng thực sự về cả kỹ thuật, chất lượng cũng như hiệu quả kinh tế trên phạm vi toàn thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng

GPS đã được công nhận và sử dụng rộng rãi như một công nghệ tin cậy, hiệu quả trong trắc địa bản đồ bởi công nghệ GPS có nhiều tính ưu việt sau: Có thể giúp

ta xác định tọa độ bất kỳ điểm nào trên mặt đất nhanh và chính xác thong qua các điểm gốc khác mà không cần thông hướng với các điểm gốc; độ chính xác đo đạc

ít phụ thuộc vào điều kiện thời tiết (có thể đo trong mọi điều kiện thời tiết); việc xác định tọa độ các điểm rất nhanh chóng, tính chính xác cao, ở bất kỳ vị trí nào trên trái đất; kết quả đo đạc có thể tính trong hệ tọa độ toàn cầu hoặc hệ tọa độ địa phương bất kỳ theo mục đích của người sử dụng

Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, phát triển của xã hội, công nghệ GPS ngày càng phát triển hoàn thiện theo chiều hướng chính xác, hiệu quả, thuận tiện hơn và được sử dụng rộng rãi Người ta đã sử dụng công nghệ GPS

để xây dựng lưới tọa độ nhà nước thay thế cho các phương pháp truyền thống, đạt được độ chính xác cao và đem lại hiệu quả khinh tế

Tỉnh Phú Thọ nói chung Huyện Thanh Sơn nói riêng những năm qua có tốc

độ phát triển kinh tế tương đối nhanh kéo theo nhu cầu sử dụng đất ngày càng tăng Chính vì thế nhu cầu bức thiết trong quản lý đất đai của huyện là phải thành lập được bản đồ địa chính (BĐĐC) có độ chính xác cao cho toàn huyện Được sự quan tâm của UBND tỉnh Phú Thọ, sở Tài nguyên và Môi trường đã cho triển khai đo đạc lập bản đồ địa chính của các xã trong địa bàn huyện Thanh Sơn nói chung trong đó cụ thể có xã Thắng Sơn nói riêng Cùng với xu thế của thế giới

mở rộng khả năng sử dụng công nghệ vào sản xuất trong đó có công nghệ định

vị toàn cầu GPS, góp phần đưa công nghệ mới vào sản xuất Với những lý do trên được sự phân công của khoa sau đại học - trường Đại Học Nông Lâm Thái Nguyên

chúng tôi thực hiện đề tài: “Đánh giá việc ứng dụng công nghệ GPS trong xây dựng lưới không chế đo vẽ bản đồ địa chính trên địa bàn xã Thắng Sơn, huyện Thanh Sơn, tỉnh Phú Thọ”

3 Tính khoa học và thực tiễn của đề tài

Dựa trên sự phát triển của khoa học kỹ thuật trong đó có công nghệ GPS để xây dựng lưới không chế đo vẽ thay thế cho phương pháp xây dựng lưới truyền thống, góp phần đưa công nghệ mới vào sản xuất nhằm nâng cao độ chính xác, mang lại hiệu quả kinh tế - kỹ thuật trong thực tế sản xuất khi xây dựng lưới khống chế trắc địa nói chung và lưới khống chế đo vẽ bản đồ địa chính ở khu vực xã Thắng Sơn huyện Thanh Sơn tỉnh Phú Thọ nói riêng

Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Công tác thành lập bản đồ địa chính

1.1.1 Hệ thống lưới khống chế

Lưới toạ độ địa chính

Từ năm 2000 quy định bản đồ địa chính tỷ lệ 1:200, 1:500, 1:1000, 1:2000, 1:5000 và 1:10000 được thành lập ở múi chiếu 3o trên mặt phẳng chiếu hình, trong

hệ tọa độ Quốc gia VN-2000 và độ cao nhà nước hiện hành Kinh tuyến gốc (00) được quy ước là kinh tuyến đi qua GRINUYT Giá trị kinh tuyến trục phụ thuộc vào từng địa phương được quy định riêng, như tỉnh Phú Thọ được quy định

104045’ Điểm gốc của hệ toạ độ mặt phẳng (điểm cắt giữa kinh tuyến trục của từng tỉnh và xích đạo) có X =0 km, Y=500 km Điểm gốc của hệ độ cao là điểm độ cao gốc ở Hòn Dấu - Hải Phòng

Yêu cầu về điểm khống chế đối với lưới không chế các cấp :

Tại thông tư số 25/2014/TT-BTNMT Cơ sở khống chế toạ độ, độ cao trong

đo vẽ bản đồ địa chính gồm:

- Lưới tọa độ và độ cao Nhà nước các hạng

- Lưới địa chính, lưới độ cao kỹ thuật

- Lưới khống chế đo vẽ, điểm khống chế ảnh (gọi chung là lưới khống chế

đo vẽ)

Để đo vẽ hết khu đo với các chỉ tiêu đảm bảo theo quy định tại thông tư 25,

ta cần xác định mật độ điểm khống chế tọa độ địa chính là số điểm lưới khống chế được xây dựng trên một đơn vị diện tích để đảm bảo phục vụ đo vẽ bản đồ địa chính theo một tỷ lệ xác định Ta có thể dễ dàng dự tính được số điểm khống chế cần thiết khi biết những yếu tố sau:

- Tỷ lệ bản đồ địa chính cần thành lập

- Phương pháp đo vẽ bản đồ địa chính

- Đặc điểm địa hình và địa vật khu đo

- Khoảng cách tối đa quy định từ máy đến tiêu đo

Hiện nay hai phương pháp cơ bản để thành lập bản đồ địa chính là phương pháp đo ảnh hàng không và phương pháp đo vẽ trực tiếp Phương pháp toàn đạc là phương pháp cơ bản, không thể thay thế trong điều kiện đo vẽ bản đồ địa chính tỷ lệ lớn khu vực dân cư đông đúc, thửa đất nhỏ, bị che khuất nhiều Bản chất của phương pháp là dùng phương pháp tọa độ cực xác định toạ độ những điểm chi tiết bằng máy toàn đạc điện tử.Phương pháp này đòi hỏi số lượng điểm khống chế dải đều và đủ để đo vẽ hết khu vực cần đo, với khoảng cách đo đảm bảo theo quy định

Tỷ lệ bản đồ càng lớn, vùng đo vẽ càng che khuất thì số lượng điểm càng nhiều

+ Dùng phương pháp đo vẽ trực tiếp ở thực địa để thành lập bản đồ địa chính

Để đảm bảo đo vẽ được bản đồ tỷ lệ 1:5000 – 1:10000, trên diện tích khoảng

5 km2 thì cần phải có ít nhất một điểm từ địa chính trở lên

Để đảm bảo đo vẽ được bản đồ tỷ lệ 1:500 – 1:2000, trên diện tích từ 1 đến 1,5 km2 thì cần phải có ít nhất một điểm từ địa chính trở lên

Để đo vẽ bản đồ địa chính tỷ lệ 1:200, bản đồ địa chính ở khu công nghiệp, khu có cấu trúc xây dựng dạng đô thị, khu đất có giá trị kinh tế cao, khu đất ở đô thị

có diện tích các thửa nhỏ, đan xen nhau, trên diện tích trung bình 0,3 km2 (30 ha) có một điểm từ địa chính trở lên

Quy định trên áp dụng cho cả trường hợp có trích đo khu dân cư hoặc trích

đo các thửa, các cụm thửa ở tỷ lệ lớn hơn tỷ lệ bản đồ cơ bản của khu vực

Trường hợp đặc biệt, khi đo vẽ lập bản đồ địa chính mà diện tích nhỏ hơn 30

ha đến trên 5 ha, mật độ từ điểm địa chính trở lên tối thiểu để phục vụ đo vẽ là 2 điểm

Sơ đồ phát triển lưới địa chính

Trên địa bà tỉnh Phú Thọ hiện nay lưới toạ độ địa chính đã được thống nhất xây dựng trên toàn tỉnh, lưới toạ độ địa chính cấp I, II đã được xây dựng đảm bảo mật độ cũng như độ chính xác phục vụ công tác thành lập bản đồ địa chính ở những khu vực nông thôn, đất nông nghiệp, lâm nghiệp… Tuy nhiên, tại những khu vực thành phố và thị xã thì mạng lưới này không đáp ứng được nhu cầu do bị mất mát

và hư hỏng nhiều do quá trình đô thị hóa nhanh

Để đảm bảo cho công tác đo đạc lập bản đồ địa chính hiện nay là chêm dày

và bổ sung thêm vào các khu vực bị hư hỏng từ các cấp lưới hạng cao nhà nước

như hạng III và hạng IV, tạo nên mạng lưới địa chính cơ sở đạt độ chính xác tiêu chuẩn quy định và từ đó xây dựng lưới không chế đo vẽ

Yêu cầu độ chính xác lưới khống chế đo vẽ

Lưới khống chế đo vẽ thường được thành lập theo đơn vị hành chính cấp xã phường, thị trấn Được thành lập nhằm mục đích phục vụ đo vẽ bản đồ địa chính, tính thống nhất về độ chính xác là yếu tố cơ bản quan trọng nhằm đảm bảo cho bản

đồ địa chính được thành lập ở những vùng khác nhau trên một đơn vị hành chính vẫn đồng đều về chất lượng, đặc biệt là đảm bảo độ chính xác yếu tố cần thiết thể hiện trên bản đồ địa chính

Lưới khống chế đo vẽ được xây dựng bằng phương pháp đường chuyền hoặc

sử công nghệ GPS theo đồ hình lưới tam giác dày đặc, đồ hình chuỗi tam giác, tứ giác để làm cơ sở đo vẽ bản đồ địa chính

Sử dụng hệ thống TRANSIT để định vị cần thời gian quan trắc rất lâu mà

độ chính xác chỉ đạt cỡ 1m Do vậy, trong công tác trắc địa - bản đồ hệ thống TRANSIT chỉ phù hợp với công tác xây dựng các mạng lưới khống chế cạnh dài

Nó không thỏa mãn được các ứng dụng đo đạc thông dụng như đo đạc bản đồ, các công trình dân dụng

Ngay sau sự thành công của hệ thống TRANSIT, hệ thống định vị vệ tinh thế

hệ thứ hai ra đời có tên là NAVSTAR-GPS (Navigtion Satellite Timing And Ranging – Global Positioning System) gọi tắt là GPS Hệ thống này bao gồm 24 vệ tinh phát tín hiệu, bay quanh Trái đất theo những quỹ đạo xác định Độ chính xác định vị bằng hệ thống này được nâng cao một cách đáng kể so với TRANSIT và đã khắc phục được nhược điểm về thời gian quan trắc

Sau khi phóng vệ tinh thử nghiệm NTS-2 (Navigation Technology Sattellite 2) được một năm, giai đoạn thử nghiệm vận hành hệ thống GPS bắt đầu với việc phóng vệ tinh GPS khối I Từ năm 1978 đến 1985 có 11 vệ tinh khối I đã được phóng lên quỹ đạo Hiện nay hầu hết số vệ tinh thuộc khối I đã hết hạn sử dụng Việc phóng vệ tinh thế hệ thứ II (khối II) bắt đầu vào năm 1989 Sau giai đoạn này,

24 vệ tinh đã được triển khai trên 6 quỹ đạo nghiêng 55o so với mặt phẳng xích đạo trái đất với chu kỳ 12 giờ 58 phút, ở độ cao xấp xỉ 12.600 dặm (20.200 km) Loại vệ tinh bổ sung thế hệ III (khối IIR, IIR-M và II-F) được thiết kế thay cho những vệ tinh khối II, cho đến nay đã có 32 vệ tinh của hệ thống GPS hoạt động trên quỹ đạo

Đồng thời với hệ thống GPS của Mỹ, Nga cũng phát triển một hệ thống tương tự với tên gọi GLONASS (nhưng không thương mại hóa rộng rãi) Hiện nay Liên minh Châu Âu đang phát triển hệ dẫn đường vệ tinh của mình mang tên GALILEO, hiện đã có một số vệ tinh đã được đưa lên quỹ đạo và hệ thống dự kiến được đưa vào sử dụng năm 2014 Trung Quốc thì phát triển hệ thống định vị toàn cầu của mình mang tên BEIDOU (Bắc Đẩu) bao gồm 35 vệ tinh Ngoài ra còn một

số hệ thống định vị vệ tinh khác được sử dụng ở một số nơi trên thế giới

Công nghệ GPS được ứng dụng sớm nhất trong trắc địa là đo đạc các mạng lưới trắc địa mặt bằng, năm 1983 người ta đã xây dựng mạng lưới trắc địa ở Elfel (CHLB Đức), tiếp theo đó nhiều mạng lưới khác cũng được xây dựng ở Montgomery County, Pennsylvania (Mỹ), Ở Việt Nam, ngay từ những năm 1991-

1992 chúng ta cũng đã sử dụng công nghệ GPS để xây dựng một số mạng lưới tọa

độ nhà nước hạng II ở những vùng khó khăn chưa có lưới khống chế (Minh Hải,

Tây Nguyên, ) Sử dụng GPS để xây dựng lưới trắc địa biển, kết nối đất liền với các hải đảo trong một hệ thống tọa độ chung Trong những năm 1995-1997 chúng ta

đã xây dựng mạng lưới GPS cấp “0”, trên cơ sở đó thành lập hệ quy chiếu Quốc gia mới (VN-2000) cũng như việc lập lưới khống chế hạng III phủ trùm lãnh thổ (gần 30.000 điểm)

Công nghệ GPS không ngừng phát triển và ngày càng hoàn thiện về thiết bị

đo và phần mềm xử lý số liệu, đươc ứng dụng rộng rãi vào mọi dạng công tác trắc địa bản đồ, trắc địa công trình dân dụng, an ninh… ngày càng đơn giản, hiệu quả

1.2.2 Cấu trúc hệ thống GPS

Hệ thống định vị GPS gồm 3 đoạn: đoạn không gian, đoạn điều khiển và đoạn người sử dụng

Hình 1.1 Cấu trúc của hệ thống GPS

Đoạn không gian

Đoạn không gian theo thiết kế gồm 24 vệ tinh chuyển động trên 6 mặt phẳng quỹ đạo với độ cao khoảng 20.200 km, nghiêng với mặt phẳng xích đạo của trái đất một góc

550 Vệ tinh GPS chuyển động trên quỹ đạo gần như tròn đều với chu kì 718 phút Với sự phân bố vệ tinh trên quỹ đạo như vậy trong bất kì thời gian nào và ở bất kì vị trí quan sát nào trên trái đất cũng có thể quan sát được tối thiểu 4 vệ tinh Hiện nay có 31 vệ tinh đang hoạt động

Các vệ tinh GPS có trọng lượng khoảng 1600kg khi phóng và khoảng 800kg trên quỹ đạo Theo thiết kế tuổi thọ của vệ tinh khoảng 7,5 năm Năng lượng cung cấp cho hoạt động của các thiết bị trên vệ tinh là năng lượng pin mặt trời

Mỗi vệ tinh được trang bị 4 đồng hồ nguyên tử gồm 2 đồng hồ thuộc loại censium và 2 đồng hồ thuộc loại rubidium có độ chính xác 10-12 s Với 4 đồng hồ này không chỉ có mục đích dự phòng mà còn tạo ra cơ sở giám sát thời gian và cung cấp giờ chính xác nhất Thêm vào đó mỗi vệ tinh còn được trang bị bộ tạo dao động thạch anh rất chính xác

Tất cả các đồng hồ của hệ thống GPS hoạt động ở tần số chuẩn cơ sở f 0 = 10.23MHz Tần số này là tần số chuẩn của đồng hồ nguyên tử, với độ chính xác cỡ 10-12

Các vệ tinh GPS đều có thiết bị tạo dao động với tần số cơ sở chuẩn f 0 Từ tần số cơ sở thiết bị sẽ tạo ra 2 tần số sóng tải L1, L2

Sóng tải L1 có tần số f1 = 154f0 = 1575,42 MHz, có bước sóng l1 = 19,032 cm Sóng tải L2 có tần số f2 = 120f0 = 1227,60 MHz, có bước sóng l2 = 24,420 cm Các sóng tải L1, L 2 thuộc dải sóng cực ngắn như vậy các tín hiệu vệ tinh sẽ ít

bị ảnh hưởng của tầng điện li và tầng đối lưu vì mức độ làm chậm tín hiệu do tầng điện li tỷ lệ nghịch với bình phương của tần số

Để phục vụ cho các mục đích và đối tượng khác nhau, các tín hiệu phát đi được điều biến mang theo các code riêng biệt đó là C/A code, P- code và Y – code

- C/A code là code thô cho phép dùng rộng rãi

- P – code được dùng cho mục đích quân sự (của Mỹ) và chỉ được dùng cho mục đích khác khi Mỹ cho phép

- Y – code là code bí mật được phủ lên P- code gọi là kỹ thuật AS (Antin - Spoofing)

Người ta ước lượng độ chính xác định vị cỡ 1% bước sóng của tín hiệu Như vậy ngay khi sử dụng code thô C/A để định vị thì có thể đạt tới độ chính xác cỡ 3m Chính vì thế phía Mỹ chủ động làm nhiễu tín hiệu để hạ thấp độ chính xác định vị tuyệt đối Kỹ thuật làm nhiễu này gọi là SA (Selective Availability) Do nhiễu SA khách hàng chỉ có thể định vị tuyệt đối với độ chính xác cỡ 50 ÷ 100m Từ ngày 20 tháng 5 năm 2000 Mỹ đã bỏ chế độ nhiễu SA

Hình 1.2 Vệ tinh GPS đang bay trên quĩ đạo quanh Trái đất

Đoạn điều khiển

Mục đích trong phần này là kiểm soát vệ tinh đi đúng hướng theo quỹ đạo và thông tin thời gian chính xác

Đoạn điều khiển gồm 5 trạm quan sát trên mặt đất, trong đó có một trạm điều khiển trung tâm đặt tại Colorado Springs (Mỹ) và 4 trạm theo dõi đặt tại Ascension Island (Đại Tây Dương), Hawaii (Thái Bình Dương), Kwajalein (Đông Thái Bình Dương) và Diego Garcia (Ấn Độ Dương) Các trạm này tạo thành một vành đai bao quanh Trái đất

Các vệ tinh luôn được các trạm điều khiển theo dõi liên tục và có thể quan sát được tất cả các vệ tinh Các số liệu quan sát được ở các trạm này được chuyển

về trạm điều khiển trung tâm (MCS – master control station), tại đây việc tính toán

số liệu chung được thực hiện liên tục và cuối cùng các thông tin đạo hàng cập nhật được chuyển lên các vệ tinh, để sau đó từ vệ tinh chuyển đến các máy thu dưới mặt đất

Vai trò của đoạn điều khiển vô cùng quan trọng vì nó không chỉ theo dõi các

vệ tinh mà còn liên tục cập nhật, điều chỉnh để chính xác hoá các thông tin đạo hàng, bảo đảm độ chính xác cho công tác định vị bằng hệ thống GPS

Hình 1.3 Mạng lưới các trạm điều khiển của hệ thống GPS từ sau năm 2005

Cơ quan tình báo địa không gian Mỹ (NGA: National Geospatial-Intelligence Agency) đã thêm vào 6 trạm điều khiển của phần điều khiển của GPS từ tháng 8 năm 2005, nâng tổng số trạm điều khiển lên thành 11 (hình 1.3) Với số lượng trạm điều khiển như vậy, mỗi vệ tinh luôn luôn có thể nhìn được thấy ít nhất từ 2 trạm điều khiển và kết quả xác định vị trí của vệ tinh sẽ được chính xác hơn Trong thời gian tới, sẽ có thêm 5 trạm điều khiển nữa của NGA được bổ sung và khi đó mỗi vệ tinh luôn luôn có thể nhìn được tối thiểu 3 trạm điều khiển

Đoạn sử dụng

Đây là tất cả các máy móc, thiết bị thu nhận thông tin từ vệ tinh để khai thác

sử dụng cho các mục đích và yêu cầu khác nhau của người sử dụng, kể cả ở trên không, trên biển và trên đất liền

Đoạn này bao gồm các thành phần sau:

- Phần cứng: thu tín hiệu và thực hiện đo đạc;

- Phần mềm: các thuật toán định vị, giao diện người sử dụng,

+ Các máy thu GPS để định vị trong các mục đích dân sự, chúng sử dụng phương pháp đo mã C/A-code ở tần số L1

+ Các máy thu GPS để định vị trong các mục đích quân sự, chúng sử dụng phương pháp đo mã C/A-code và P-code ở cả 2 tần số L1 và L2

+ Các máy đo pha một tần số (L1);

+ Các máy đo pha 2 tần số L1 và L2

Hiện nay trong đo đạc địa chính chúng ta thường dùng 2 loại sau vì chúng cho độ chính xác rất cao, tới vài millimét

Các thiết bị sử dụng: Máy GPS HD 8200X của hãng Hi Taget Trung Quốc,

South 9600 Trung Quốc Trimble Navigation 4000SE, 4000SSE, 4600LS, 4800LS

1.2.3 Tín hiệu GPS

Tín hiệu phát ra từ vệ tinh bao gồm 3 thành phần cơ bản sau:

- 2 sóng tải (hay sóng mang - carrier wave) trong dải tần số L (L band) là L1 và L2;

- Mã giả ngẫu nhiên sử dụng để đo khoảng cách, bao gồm C/A-code và code (hay Y-code);

P Thông báo định vị (navigation message)

Trên mỗi một vệ tinh GPS có gắn 1 đồng hồ nguyên tử có độ chính xác rất Các đồng hồ này xung nhịp với tần số f0  10 23 MHz là tần số cơ bản để tạo ra tín hiệu phát đi từ vệ tinh

Để đo khoảng cách và các thông báo định vị phải nhờ vào các sóng tải mã

Vệ tinh GPS phát ra sóng tải ở 2 tần số ký hiệu là L1 và L2, các tần số này được tính từ tần số cơ bản như sau:

Mhz 42 1575

Mhz 60 1227

c

Để đo khoảng cách từ vệ tinh tới máy thu người ta sử dụng các giả mã ngẫu nhiên Các mã này được gọi là giả ngẫu nhiên vì chúng có tính chất gần giống như một mã ngẫu nhiên, nhưng trong thực tế được phát sinh ra theo một thuật toán phức

tạp mà ta có thể biểu diễn một cách đơn giản dưới dạng hàm số G = G(PRN) với PRN là số nguyên có giá trị từ 1 đến 36 Với mỗi một giá trị của PRN sẽ có một mã giả ngẫu nhiên Mỗi vệ tinh GPS được gán một giá trị PRN riêng và do đó nó có mã giả ngẫu nhiên riêng Có 2 loại mã giả ngẫu nhiên là:

- Các thông báo định vị (Navigation message) chứa các thông tin dự báo về: + Lịch vệ tinh;

+ Thông tin của vệ tinh (hay sức khỏe) của vệ tinh (đang hoạt động, ngừng hoạt động, sửa chữa, );

+ Các hệ số của mô hình dùng để hiệu chỉnh sai lệch đồng hồ của vệ tinh; + Để biết được ảnh hưởng của tầng điện ly ta căn cứ vào các thông số của mô hình mô tả

Các vệ tinh nhận các thông tin dự báo từ các trạm điều khiển cung cấp lên rồi truyền xuống các máy thu của người sử dụng trong các thông báo định vị Thông báo định vị được phát đi từng bít một (0 hay 1) cứ sau 20 chu kỳ lặp lại của mã C/A-code Toàn bộ một thông báo định vị dài 1500bit và để truyền tải một thông báo như vậy cần 30s

Hình 1.4 Cấu trúc tín hiệu GPS

1.2.4 Các trị đo GPS

Công nghệ định vị toàn cầu GPS thực hiện trên cơ sở sử dụng hai dạng đại lượng đo cơ bản, đó là đo pha của sóng tải L1, L2 và tổ hợp L1/L2 và đo khoảng cách giả theo các code tựa ngẫu nhiên (C/A-code và P-code)

• Đo pha sóng tải

Để định vị với độ chính xác cao ta sử dụng các sóng tải L1, L2 Với mục đích này người ta tiến hành đo hiệu số giữa pha của sóng tải do máy thu nhận được tín hiệu vệ tinh và phát ra của máy thu Hiệu số pha do máy thu đo được ta ký hiệu

là Φ(0<Φ<2π)

Từ đó ta có:

Φ = (R-Nλ+c∆t) (1.2)

Trong đó:

R là khoảng cách giữa vệ tinh và máy thu;

λ là bước sóng của sóng tải;

N là số nguyên lần bước sóng λ chứa trong R, N còn được gọi là số nguyên

đa trị, thường không biết trước mà cần phải xác định trong thời gian đo;

∆t là sai số đồng bộ giữa đồng hồ của vệ tinh và máy thu;

Đo pha theo sóng tải L1 có thể xác định khoảng cách giữa vệ tinh và máy thu với độ chính xác đến cm, hoặc nhỏ hơn Sóng tải L2 cho độ chính xác thấp hơn, nhưng tác dụng của nó là cùng với L1 tạo ra khả năng làm giảm đáng kể tầng điện

ly và việc xác định số nguyên đa trị được đơn giản hơn

Hình 1.5 Kỹ thuật giải đa trị tại các máy thu

• Đo khoảng cách giả theo C/A-code và P-code

Máy thu GPS phát đi code tựa ngẫu nhiên Vệ tinh cũng tạo ra code tựa ngẫu nhiên cùng với sóng tải đúng may thu Bằng cách so sánh code thu từ vệ tinh và code của chính máy thu tạo ra có thể xác định được khoảng thời gian lan truyền của tín hiệu code, từ đó dễ dàng xác định được khoảng cách từ vệ tinh đến máy thu (đến tâm anten của máy thu) Nhưng đó là khoảng cách giả do có sự không đồng bộ giữa đồng hồ của vệ tinh và máy thu và có ảnh hưởng của môi trường lan truyền tín hiệu nên khoảng cách tính theo khoảng thời gian đo được không phải là khoảng cách thực giữa vệ tinh và máy thu

Đặt giả thiết tọa độ của vệ tinh là xs, ys, zs; tọa độ của máythu là x,y,z; thời gian lan truyền tín hiệu từ vệ tinh đến máythu là t, sai số không đồng bộ giữa đồng

hồ trên vệ tinh và trong máy thu là ∆t, khoảng cách giả đo được là R, ta có phương trình:

)()(

)(x Sx  y Sy  z Sz + c∆t (1.1) Trong đó, c là tốc độ lan truyền tín hiệu

Nếu sử dụng C/A-code, theo dự tính của các nhà thiết kế hệ thống GPS, kỹ thuật đo khoảng thời gian lan truyền tín hiệu chỉ có thể đảm bảo độ chính xác đo khoảng cách tương ứng khoảng 30m Mà tính đến ảnh hưởng của điều kiện lan

truyền tín hiệu, sai số đo khoảng cách theo C/A code sẽ ở mức 100m là mức có thể chấp nhận được để cho khách hàng dân sự được khai thác Song kỹ thuật xử lý tín hiệu code này đã được phát triển đến mức có thể đảm bảo độ chính xác đo khoảng cách khoảng 3m, tức là hầu như không thua kém so với trường hợp sử dụng P-code vốn không dành cho khách hàng đại trà Chính vì lý do này mà trước đây Chính phủ Mỹ đã đưa ra giải pháp SA để hạn chế khả năng thực tế của C/A code Nhưng ngày nay do kỹ thuật đo GPS có thể khắc phục được nhiễu SA, Chính phủ

Mỹ đã tuyên bố bỏ nhiễu SA trong trị đo GPS từ tháng 5 năm 2000

1.2.5 Nguyên lý định vị GPS

1.2.5.1.Định vị tuyệt đối (point positioning)

Định vị tuyệt đối là sử dụng máy thu GPS để xác định ngay tọa độ của điểm quan sát trong hệ tọa độ WGS-84 đó có thể là các thành phần tọa độ vuông góc không gian (X,Y,Z) hoặc các thành phần tọa độ trắc địa mặt cầu (B,L,H) Hệ thống tọa độ WGS-84 là hệ thống tọa độ cơ sở của GPS, tọa độ của vệ tinh và điểm quan sát đều lấy theo hệ thống tọa độ này.Việc đo GPS tuyệt đối được thực hiện trên cơ

sở sử dụng đại lượng đo là khoảng cách giả từ vệ tinh đến máy thu theo nguyên tắc giao hội cạnh không gian từ các điểm đã biết tọa độ là các vệ tinh Nếu biết chính xác khoảng thời gian lan truyền tín hiệu code tựa ngẫu nhiên từ vệ tinh đến máy thu và ngược lại, ta sẽ tính được khoảng cách chính xác giữa vệ tinh

và máy thu Khi xác định được đồng thời khoảng cách từ 3 vệ tinh đến máy thu sẽ cho ta vị trí không gian đơn trị của máy thu Song trên thực tế cả đồng hồ trên vệ tinh và đồng hồ trong máy thu đều có sai số, nên khoảng cách đo được không phải

là khoảng cách chính xác Kết quả là chúng không thể cắt nhau tại một điểm, nghĩa

là không thể xác định được vị trí của máy thu Để khắc phục tình trạng này cần sử dụng thêm một đại lượng đo nữa, đó là khoảng cách từ vệ tinh thứ 4, ta có hệ phương trình:

(XS1- X)2+(YS1- Y) 2+(Z S1- Z) 2= (R1-c∆t) 2

(XS2- X)2+(YS2- Y) 2+(Z S2- Z) 2= (R2-c∆t) 2

(XS3- X)2+(YS3- Y) 2+(Z S3- Z) 2= (R3-c∆t) 2 (1.3)

(XS4- X)2+(YS4- Y) 2+(Z S4- Z) 2= (R4-c∆t) 2

Cùng với khoảng cách giả đo đồng thời từ vệ tinh thứ tư đến máy thu chúng

ta sẽ lập được hệ phương trình dạng (1.3) với 4 ẩn số (X, Y, Z, ∆t) Giải hệ phương trình trên chúng ta tìm được tọa độ tuyệt đối của máy thu và số hiệu chỉnh đồng hồ của máy thu Trên thực tế với hệ thống vệ tinh hoạt động đầy đủ như hiện nay, số lượng vệ tinh mà các máy thu quan sát được thường từ 6-8 vệ tinh, khi đó số lượng phương trình sẽ lớn 4 và nghiệm của phương trình sẽ tìm theo nguyên lý số bình phương nhỏ nhất

Hình 1.6 Kỹ thuật định vị tương đối

1.2.5.2 Định vị tương đối (Relative Positioning)

Định vị tương đối là trường hợp 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) hay hiệu tọa độ trắc địa mặt cầu (∆B, ∆L, ∆H) giữa chúng trong hệ tọa

độ WGS-84 Nguyên lý đo GPS tương đối được thực hiện trên cơ sở sử dụng đại lượng đo là pha của sóng tải Với mong muốn đạt được độ chính xác cao cho kết quả xác định hiệu tọa độ giữa hai điểm xét, người ta đã tạo ra và sử dụng các phân sai khác nhau cho pha sóng tải nhằm làm giảm ảnh hưởng đến các nguồn sai

số khác nhau như: Sai số của đồng hồ vệ tinh cũng như của máy thu ∆t, sai số tọa

độ vệ tinh, sai số số nguyên đa trị,

Giả sử ta ký hiệu Φrj(ti) là hiệu pha của sóng tải từ vệ tinh j đo được tại trạm

r vào thời điểm ti, khi đó nếu hai trạm đo 1 và 2 ta quan sát đồng thời vệ tinh j vào thời điểm ti, ta sẽ có phân sai bậc một được biểu diễn như sau:

∆1Φj(ti)= Φ2j(ti)- Φ1j(ti) (1.4)

Trong này hầu như không còn ảnh hưởng của sai số đồng hồ vệ tinh Nếu hai trạm cùng tiến hành quan sát đồng thời hai vệ tinh j và k vào thời điểm ti, ta có phân sai bậc hai:

∆2Φj,k(ti)= ∆Φk(ti)- ∆1Φj(ti) (1.5)

Từ đây ta thấy không còn ảnh hưởng của sai số đồng hồ vệ tinh và máy thu Nếu xét hai trạm cùng tiến hành quan sát đồng thời hai vệ tinh j và vào thời điểm ti

và ti+1, ta sẽ có phân sai bậc ba:

∆3Φj,k= ∆2Φj,k(ti+1)- ∆2Φj,k (ti) (1.6)

Phân sai này cho phép loại trừ sai số số nguyên đa trị

Trên thực tế hệ thống GPS đã có khoảng 32 vệ tinh hoạt động Do vậy, tại mỗi thời điểm ta có thể quan sát được số vệ tinh nhiều hơn 4 Bằng cách tổng hợp theo từng cặp vệ tinh sẽ có rất nhiều trị đo, mặt khác thời gian thu tín hiệu trong đo tương đối thường khá dài vì vậy số lượng trị đo để xác định ra hiệu tọa độ giữa hai điểm là rất lớn, khi đó bài toán sẽ giải theo phương pháp số bình phương nhỏ nhất

Hình 1.7 Kỹ thuật định vị tương đối

- Phương pháp đo tĩnh; được sử dụng để xác định hiệu tọa độ (hay vị trí tương hỗ) giữa hai điểm xét với độ chính xác cao, nhằm đáp ứng yêu cầu của công tác Trắc địa địa hình Trong trường hợp này cần có hai máy thu, một máy đặt ở

điểm đã biết tọa độ còn máy kia đặt tại điểm cần xác định Cả hai máy thu đồng thời thu tín hiệu từ một số vệ tinh chung trong một khoảng thời gian nhất định, thường từ một đến hai ba giờ đồng hồ Số vệ tinh tối thiểu cho hai trạm quan sát là

4 Khoảng thời gian quan sát kéo dài là để cho đồ hình phân bố vệ tinh thay đổi từ đó ta có thể xác định được số nguyên đa trị của sóng tải và đồng thời là để có nhiều trị đo nhằm đạt độ chính xác cao và ổn định kết quả quan sát Đây là phương pháp đạt được độ chính xác cao nhất trong việc định vị tương đối bằng GPS, có thể cỡ centimet, thậm chí làmilimet ở khoảng cách giữa hai điểm xét tới hàng chục kilomet Nhược điểm của phương pháp là thời gian đo phải kéo dài hàng giờ, do vậy năng xuất đo thường không cao

- Phương pháp đo động; cho phép xác định vị trí tương đối của hàng loạt điểm so với điểm đã biết Phương pháp này cần có ít nhất hai máy thu để xác định

số nguyên đa trị của tín hiệu vệ tinh, cần phải có một cạnh đáy đã biết được gối lên điểm đã có tọa độ Sau khi đã xác định số nguyên đa trị được giữ nguyên để tính khoảng cách từ vệ tinh đến máy thu cho các điểm đi tiếp sau trong suốt cả chu kỳ

đo Nhờ vậy, thời gian thu tín hiệu tại điểm đo không phải là một giờ đồng hồ như trong phương pháp đo tĩnh nữa mà chỉ còn một phút trong phương pháp này

1.2.5.3 Định vị vi phân (Differential GPS)

Định vị vi phân là dùng một máy thu đặt cố định tại điểm đã biết tọa độ và máy thu này có khả năng phát ra tín hiệu vô tuyến, đồng thời có máy di động khác đặt ở vị trí cần xác định tọa độ Cả hai máy cố định và di động đồng thời tiến hành thu tín hiệu từ các vệ tinh như nhau Trường thông tin từ vệ tinh bị nhiễu thì kết quả xác định tọa độ của cả máy cố định và máy di động cũng đều bị sai lệch, độ sai lệch này được xác định trên cơ sở so sánh tọa độ tính ra theo tín hiệu thu được từ vệ tinh và tọa độ đã biết trước của máy cố định và có thể xem là như nhau cho cả máy

cố định và máy di động Nó được máy cố định phát đi qua sóng vô tuyến để máy

di động thu nhận mà hiệu chỉnh cho kết quả xác định tọa độ của mình

1.2.6 Các nguồn sai số

1.2.6.1 Sai số của đồng hồ

Trong sai số đồng hồ gồm: sai số đồng hồ trên vệ tinh và sai số đồng hồ trong máy thu và sự không đồng bộ giữa chúng gây ra sai số của đồng hồ trong kết quả định vị GPS Đặc biệt là trong định vị tuyệt đối sai số này có giá trị tương đối lớn Các vệ tinh được trang bị đồng hồ nguyên tử có độ chính xác cao, tính đồng bộ

về thời gian giữa các đồng hồ vệ tinh được giữ trong khoảng 20 nano giây Còn các máy thu GPS được trang bị đồng hồ thạch anh chất lượng cao (1 phần 104) đặt bên trong

Nhua chúng ta đã biết vận tốc truyền tín hiệu khoảng 3.108 m/s, nếu sai số đồng hồ thạch anh là 10-4s thì sai số khoảng cách tương ứng là 30m, nếu đồng hồ nguyên tử sai 10-7s thì khoảng cách sai 3m Với ảnh hưởng như trên, người

ta đã sử dụng nguyên tắc định vị tương đối để loại trừ ảnh hưởng của sai số đồng hồ

1.2.6.2 Sai số quỹ đạo vệ tinh

Trên thực tế vệ tinh chuyển động trên quỹ đạo xung quanh trái đất chịu nhiều

sự tác động ảnh hưởng như sự thay đổi trọng trường trái đất, ảnh hưởng của sức hút mặt Trăng, mặt Trời, Các ảnh hưởng trên sẽ tác động tới quỹ đạo của vệ tinh, khi

đó vệ tinh sẽ không chuyển động hoàn toàn tuân theo đúng 3 định luật Kepler Sai

số quỹ đạo vệ tinh ảnh hưởng gần như trọn vẹn đến kết quả định vị tuyệt đối, song được khắc phục về cơ bản trong định vị tương đối hoặc vi phân Để biết được vị trí của vệ tinh trên quỹ đạo thì người sử dụng có thể căn cứ vào lịch vệ tinh Tùy thuộc vào mức độ chínhxác của thông tin, lịch

vệ tinh được chia làm 3 loại là:

- Lịch vệ tinh dự báo (Almanac): Phục vụ cho lập lịch và xác định quang cảnh nhìn thấy của vệ tinh tại thời điểm quan sát, lịch vệ tinh này có sai số khoảng vài km

- Lịch vệ tinh quảng bá (Broadcast ephemeris): Được tạo lập dựa trên 5 trạm quan sát thuộc đoạn điều khiển của hệ thống GPS, hiện nay khi chế độ nhiễu SA đã được bỏ thì lịch vệ tinh quảng bá có sai số khoảng từ 2-5 m

- Lịch vệ tinh chính xác: Được lập dựa trên cơ sở các số liệu quan trắc trong mạng lưới giám sát và được tính toán nhờ một số tổ chức khoa học, loại lịch này cho sai số nhỏ hơn 0.5m

1.2.6.3 Ảnh hưởng điều kiện tự nhiên môi trường

Để vệ tinh và máy thu thu được tín hiệu thì tín hiệu phải đi qua một quãng đường lớn hơn 20.000km, trong đó có tầng điện ly từ độ cao 50km tới độ cao 500km và tầng đối lưu từ độ cao 50km đến mặt đất Khi tín hiệu đi qua các tầng này

có thể bị thay đổi (tán xạ) phụ thuộc vào mật độ điện tử tự do trong tầng điện ly và tình trạng hơi nước, nhiệt độ và các bụi khí quyển trong tầng đối lưu ảnh hưởng đến tốc độ truyền tín hiệu

Theo tính toán ảnh hưởng của tầng điện ly, khi định vị tuyệt đối có thể

bị sai số khoảng 12m, còn ảnh hưởng của tầng đối lưu có thể

gây sai số khoảng 3m Các vệ tinh GPS phát tín hiệu ở tần số cao (sóng cực ngắn) do đó ảnh hưởng của tầng điện ly đã được giảm nhiều, tuy vậy cần lưu ý tới đặc tính của sóng cực ngắn là truyền thẳng và dễ bị che chắn Ảnh hưởng của tầng điện ly tỷ lệ với bình phương tần số, vì thế khi sử dụng máy thu 2 tần sẽ khắc phục được ảnh hưởng này

Trong khoảng cách ngắn (<10km) tín hiệu tới 2 máy coi như đi trong cùng môi trường, sai số sẽ được loại trừ trong các công thức tính hiệu tọa độ, do vậy ta nên sử dụng máy một tần, trong khi đó nếu sử dụng máy hai tần có thể bị nhiễu, làm kết quả kém chính xác Để khắc phục ảnh hưởng của tầng đối lưu, người ta quy định chỉ sử dụng tín hiệu vệ tinh có góc cao trên 15o(hoặc trên 10o)

Hiện nay người ta đang sử dụng một số mô hình khí quyển, trong đó có mô hình của Hopfield được dùng rộng rãi

1.2.6.4 Sai số do nhiễu tín hiệu

Máy thu không chỉ thu tín hiệu đi thẳng từ vệ tinh tới mà còn nhận cả các tín hiệu phản xạ từ mặt đất và môi trường xung quanh Sai số này gọi là sai số do nhiễu tín hiệu Tín hiệu vệ tinh tới máy thu có thể bị nhiễu do một số nguyên nhân sau:

- Tín hiệu bị phản xạ từ các vật (kim loại, bê tông) gần máy thu

- Tín hiệu bị nhiễu do ảnh hưởng của các tín hiệu sóng điện từ khác

- Tín hiệu bị gián đoạn do các vật che chắn tín hiệu

- Máy thu GPS đặt gần các đường dây tải điện cao áp

Vì các ảnh hưởng trên khi thiết kế điểm đo cần bố trí xa các trạm phát sóng, các đường dây cao thế, Không bố trí máy thu dưới các rặng cây

1.2.6.5 Sai số do người đo

Sai số do chủ quan của người đo: khi đo chiều cao anten, định tâm máy thu không tốt, đôi khi ghi nhầm chế độ đo cao anten Để tránh các sai số này thì người đo GPS cần thận trọng trong định tâm và đo chiều cao anten Cần chú ý là sai

số do đo chiều cao anten không những ảnh hưởng tới độ cao của điểm đo mà còn ảnh hưởng tới vị trí mặt bằng Trong khi thu tín hiệu không nên đứng vây quanh máy thu, không che ô cho máy

1.2.7 Những kỹ thuật đo GPS

1.2.7.1 Đo GPS tuyệt đối

Là xác định tọa độ của các điểm đặt máy thu tín hiệu vệ tinh trong hệ tọa độ

toàn cầu WGS-84 Phương pháp định vị này là việc tính tọa độ của các điểm nhờ việc giải bài toán giao hội cạnh trong không gian dựa trên cơ sở khoảng cách đo được từ các vệ tinh đến máy thu và tọa độ của các vệ tinh tại thời điểm đo Do nhiều nguồn sai số nên độ chính xác định vị thấp (sai số khoảng 5-15m), không dùng được cho việc đo đạc chính xác, dùng chủ yếu cho việc dẫn đường và mục đích đo

đạc có độ chính xác không cao Phương pháp này chỉ sử dụng 1 máy thu tín hiệu vệ tinh

1.2.7.2 Đo GPS tương đối

Thực chất của phương pháp đo này là xác định hiệu tọa độ không gian của 2 điểm đo đồng thời đặt trên 2 đầu của cạnh đáy (Baseline) cần đo Loại trị đo được

sử dụng là pha của sóng tải Độ chính xác của phương pháp rất cao do loại trừ được nhiều nguồn sai số nên được sử dụng trong đo đạc xây dựng lưới khống chế trắc địa

và thành lập bản đồ tỷ lệ lớn Do bản chất của phương pháp nên cần tối thiểu 2 máy thu vệ tinh trong 1 thời điểm đo Tùy thuộc vào quan hệ của các trạm đo trong thời gian đo mà người ta chia thành 4 dạng đo tương đối, đó là: đo tĩnh (Static), đo tĩnh nhanh (Fast- Static), đo động (Kinematic) và đo giả động (Pseudo Kinematic) Tùy từng mạng lưới mà sử dụng phương pháp đo thích hợp

.Phương pháp đo tĩnh (Static)

Phương pháp đo tĩnh được sử dụng để xác định hiệu toạ độ (hay vị trí tương hỗ) giữa hai điểm xét với độ chính xác cao, thường sử dụng để đo lưới toàn cầu (IGS), lưới khống chế khu vực, lưới khống chế tọa độ nhà nước các cấp, lưới chuyên dụng phục vụ nghiên cứu địa động

Phương pháp này cần có hai máy thu, một máy đặt ở điểm đã biết toạ độ, còn máy còn lại đặt ở điểm cần xác định Cả hai máy thu GPS phải được đặt cố định và đồng thời thu tín hiệu từ một số vệ tinh chung liên tục trong một khoảng thời gian nhất định, thường là từ một tiếng đến hai ba tiếng đồng hồ Số vệ tinh chung tối thiểu cho cả hai trạm quan sát 4 Khoảng thời gian quan sát phải kéo dài để đủ cho

đồ hình phân bố vệ tinh thay đổi Phương pháp này có thể sử dụng cả hai loại máy thu 1 tần số và 2 tần số

Đo tĩnh là phương pháp cho phép đạt được độ chính xác cao nhất trong việc định vị tương đối bằng GPS, có thể cỡ centimét, thậm chí milimét cho các cạnh đáy (baseline) tới hàng chục, thậm chí hàng trăm kilômét Nhược điểm chủ yếu của phương pháp là thời gian đo rất lâu, phải kéo dài nhiều giờ đồng hồ

.Phương pháp đo tĩnh nhanh (Fast Static)

Phương pháp này tương tự như phương pháp đo tĩnh, nhưng thời gian đo ngắn hơn (khoảng 5 đến 10 phút) Thời gian đo được giảm đáng kể so với đo tĩnh là

do giải nhanh được số nguyên chu kỳ

Nhờ vào việc sử dụng C/A-code (và / hay P-code) và kỹ thuật Wide-laning

để ước tính khoảng cách gần đúng và giảm thiểu miền tìm kiếm số nguyên chu kỳ nhờ đó thời gian đo được giảm xuống Cùng với đó, phần mềm xử lý số liệu cũng

sử dụng những thuật toán nâng cao để giảm thiểu yêu cầu đối với khoảng thời gian thu tín hiệu

.Phương pháp đo động (Kinematic)

Phương pháp đo động là phương pháp xác định vị trí tương đối của hàng loạt điểm so với điểm đã biết trong đó tại mỗi điểm đo chỉ cần thu tín hiệu trong vòng 5 đến 15 giây tùy thuộc vào tần suất ghi tín hiệu Theo phương pháp này cần

có ít nhất hai máy thu Để xác định số nguyên chu kỳ của tín hiệu vệ tinh cần phải

có một cạnh đáy đã biết, tức là nối với 2 điểm đã biết tọa độ Sau khi đã xác định được số nguyên chu kỳ thì nó được giữ nguyên để tính khoảng cách từ vệ tinh đến máy thu cho các điểm đo tiếp sau trong suốt ca đo Nhờ vậy, thời gian thu tín hiệu tại điểm đo chỉ khoảng vài chục giây, không phải là một tiếng đồng hồ như trong phương pháp đo tĩnh

Ta đặt một máy thu cố định ở điểm đầu cạnh đáy và cho tiến hành thu liên tục tín hiệu vệ tinh trong suốt chu kỳ đo Máy này được gọi là máy cố định (base station) Ở điểm cuối cạnh đáy ta đặt máy thu thứ hai, cho nó thu tín hiệu vệ tinh đồng thời với máy cố định trong 20-60 giây Việc làm này gọi là khởi đo (initialization) Tiếp đó cho máy di động lần lượt chuyển đến các điểm đo cần xác định, tại mỗi điểm dừng lại để thu tín hiệu trong một vài phút, và cuối cùng quay trở

về điểm xuất phát là điểm cuối cạnh đáy để khép tuyến đo bằng lần thu tín hiệu thứ hai cũng kéo dài trong một phút tại điểm này

Yêu cầu nhất thiết của phương pháp đo động là cả máy cố định và máy di động phải đồng thời thu tín hiệu liên tục từ ít nhất là 4 vệ tinh chung trong suốt ca

đo Vì vậy, tuyến đo phải bố trí ở khu vực thoáng đãng để không xảy ra tình trạng tín hiệu thu bị gián đoạn (gọi là trượt chu kỳ - cycle slip) Nếu xảy ra trường hợp này thì phải tiến hành khởi đo lại tại cạnh đáy xuất phát hoặc sử dụng một cạnh đáy khác được thiết lập dự phòng trên tuyến đo Cạnh đáy có thể dài từ 2m đến 5km và

có độ chính xác cỡ centimét là đủ Trong phương pháp đo động, có thể dùng các kỹ thuật đo khác nhau như: đo liên tục (continuous), hoặc “dừng và đi” (Stop and Go) hoặc đo kiểu đánh dấu sự kiện (Events Markers) Trong đó kỹ thuật đo “dừng và đi” (Stop and Go) được dùng nhiều trong đo chi tiết để thành lập bản đồ địa hình, bản đồ địa chính, đo vẽ mặt cắt địa hình, đo bao các khu vực để kiểm kê diện tích đất sử dụng

Tùy thuộc vào thời điểm xử lý số đo (xử lý ngay tại thực địa hay trong phòng sau khi đo) mà người ta chia thành 2 dạng:

1 Đo GPS động thời gian thực (GPS RTK – Real Time Kinematic GPS)

Cách đo này ngoài các máy thu vệ tinh còn cần thêm hệ thống Radio Link truyền số liệu liên tục từ trạm cố định đến trạm di động và thiết bị xử lý số liệu gọn nhẹ Hệ thống Radio Link bao gồm:

+ Radio phát số liệu: Là thiết bị phát truyền số liệu được nối với máy thu vệ tinh trạm tĩnh bằng cáp mềm truyền số liệu và phát số liệu thu vệ tinh tại trạm tĩnh đến thiết bị thu số liệu tại trạm động

+ Radio thu số liệu: có nhiệm vụ nhập số liệu truyền từ trạm phát và truyền vào thiết bị xử lý số liệu tại trạm động tại thực địa

Thiết bị sử dụng trong đo RTK gồm các máy thu phát Radio Link, ví dụ như Trimtalk 450, Trimtalk 450S, Trimtalk 900 của hãng Trimble

Công nghệ RTK thì tầm hoạt động của máy di động bị hạn chế (chỉ khoảng 5km) Nếu thiết lập thêm 1 trạm thu phát trung gian thì tầm hoạt động của máy đo

có thể nâng cao tới 10 km

Có thể sử dụng RTK đo tọa độ điểm khống chế, đo chi tiết thực địa, phương pháp RTK còn có tính năng cắm điểm có tọa độ thiết kế trước ra thực địa và dẫn đường có độ chính xác cao

2 Đo GPS động xử lý sau (Post Processing Kinematic GPS)

Phương pháp này phải qua xử lý số liệu trong phòng thì mới có được toạ độ,

do vậy không sử dụng thiết bị truyền số liệu Radio Link Tầm hoạt động của máy di động có thể đạt đến 50km

Sử dụng phương pháp này máy thu di động có năng suất lao động cao, rất phù hợp cho việc phát triển lưới khống chế cấp đường chuyền, các điểm khống chế ảnh, đo vẽ chi tiết bản đồ địa hình và bản đồ địa chính

.Phương pháp đo giả động

Sử dụng phương pháp đo này xác định vị trí tương đối của hàng loạt điểm so với điểm đã biết trong khoảng thời gian đo khá nhanh, nhưng độ chính xác định vị không cao bằng phương pháp đo động Trong phương pháp này không cần làm thủ tục khởi đo, tức là không cần sử dụng cạnh đáy đã biết Máy cố định cũng phải tiến hành thu tín hiệu vệ tinh liên tục trong suốt chu kỳ đo, còn máy di động được

chuyển đến từng điểm cần xác định toạ độ, tại mỗi điểm thu tín hiệu trong khoảng thời gian 5-10 phút

Sau khi đo hết lượt, máy đo động quay trở về điểm xuất phát (điểm đo đầu tiên) và đo lặp lại tại tất cả các điểm theo đúng trình tự trước đó, nhưng phải bảo đảm sao cho khoảng thời gian dãn cách giữa hai lần đo tại mỗi điểm không ít hơn một tiếng đồng hồ Chính trong khoảng thời gian này đồ hình phân bố vệ tinh thay đổi đủ để xác định số nguyên đa trị, còn hai lần đo, mỗi lần kéo dài 5-10 phút và giãn cách nhau một tiếng đồng hồ có tác dụng tương đương như phép đo tĩnh kéo dài trong một tiếng Yêu cầu nhất thiết trong phương pháp này là phải có được ít nhất 4 vệ tinh chung cho cả hai lần đo tại mỗi điểm quan sát

Chú ý khi sử dụng phương pháp này là máy di động không nhất thiết phải thu tín hiệu vệ tinh liên tục trong suốt chu kỳ đo mà chỉ cần thu trong vòng 5-10 phút tại mỗi điểm đo, nghĩa là có thể tắt máy trong lúc di chuyển từ điểm nọ sang điểm kia Điều này cho phép áp dụng phương pháp cả ở khu vực có nhiều vật che khuất Về mặt thiết kế, tổ chức đo thì chỉ nên bố trí khu vực đo tương đối nhỏ với số lượng điểm vừa phải để có thể kịp đo lặp tại mỗi điểm sau một tiếng đồng hồ và bảo đảm

số lượng vệ tinh chung cho cả hai lần đo phải có được ít nhất 4 vệ tinh

.Đo GPS cải chính phân sai (DGPS- Differential GPS)

Đo GPS cải chính phân sai là sử dụng kỹ thuật định vị tuyệt đối sử dụng trị

đo code có độ chính xác đo tọa độ 0.5 m – 3m Nội dung của phương pháp đo là dùng 2 trạm đo trong đó 1 trạm gốc (Base station) có tọa độ biết trước và 1 trạm đo tại các điểm cần đo tọa độ (Rover station) Trên cơ sở độ lệch về tọa độ đo so với tọa độ thực tại trạm gốc để hiệu chỉnh vào kết quả đo tại các trạm động theo nguyên tắc đồng ảnh hưởng Yêu cầu quan trọng khi đo phân sai là trạm tĩnh hay trạm động phải thu tín hiệu đồng thời, cùng số vệ tinh Có hai phương pháp cải chính phân sai:

- Cải chính cạnh: Sử dụng cạnh tính theo trị đo mã của trạm tĩnh tới từng vệ tinh và tìm độ lệch so với khoảng cách thực của nó trên cơ sở tọa độ điểm gốc Các

độ lệch này được dùng để cải chính cho chiều dài cạnh từ điểm cần định vị đến các

vệ tinh tương ứng trước khi đưa cạnh vào tính tọa độ cho trạm động

- Cải chính tọa độ: Cũng tương tự với việc cải chính vào cạnh như trên, ở đây

sẽ xác định được độ lệch về tọa độ giữa tọa độ tính được của trạm tĩnh và tọa độ thực của nó do ảnh hưởng của các nguồn sai số Các độ lệch đó được cải chính tương ứng vào tọa độ của trạm động

Tùy thuộc vào thời điểm cải chính mà người ta chia thành các phương pháp

đo cải chính phân sai sau:

1 Đo DGPS thời gian thực (Real Time DGPS)

Trong phương pháp đo DGPS thời gian thực này, số cải chính được truyền từ trạm tĩnh tới trạm động ngay trên thực địa để cải chính cho tọa độ trạm di động và hiển thị kết quả tại thực địa ngay trong khi đo Để thực hiện được như vậy, thiết bị

đo cần phải có thêm máy phát và thu tín hiệu Radio Link để truyền tín hiệu cải chính Máy phát Radio Link có thể đặt trên mặt đất hoặc phát qua vệ tinh địa tĩnh

2 Đo DGPS xử lý sau

Phương pháp này như phương pháp đo DGPS thời gian thực nhưng số liệu cải chính không thực hiện trong quá trình đo mà nhận được sau khi xử lý số liệu trong phòng

Phương pháp DGPS chỉ được sử dụng trong đo vẽ bản đồ tỷ lệ trung bình và

tỷ lệ nhỏ, hoặc các công tác dẫn đường do độ chính xác không cao

3 Đo lưới đường chuyền kinh vĩ bằng máy toàn đạc điện tử

Phương pháp sử dụng máy toàn đạc điện tử đo góc giữa hai điểm lưới không chế ở hai vị trí bàn độ trái phải để loại bỏ sai số 2C, đo cạnh 2 lần lấy trung bình giữa hai lần đo để được trị chính xác nhất

Phương pháp nay dựa trên toạ độ hai điểm gốc đã biết đo góc, cạnh ngoài thực địa dùng phương pháp toạ độ cực tính chuyền toạ độ, chuyền khép về hai điểm

đã biết toạ độ, tính sai số dịch vị X và Y và sai số khép phương vị, từ đó ta tính toán bình sai hết sai số khép toạ độ bằng các phần mềm bình sai

máy firmware đã tự động hoá thực hiện những bước tính toán xử lý nhất định trước khi chuyển số liệu cho phần mềm xử lý sau, hoặc xuất kết quả trực tiếp ra màn hình feldbook ở thực địa

Mô hình xác định từ đo khoảng cách (pseudorange) từ vệ tinh đến máy thu:

)( A i

A i

 , = Sự Chậm phase do tầng đối lưu và tầng ion của khí quyển (metres)

dTA, dTi = Độ lệch đồng hồ máy thu, đồng hồ vệ tinh (sec)

P

 = Các sai số (nhiễu đa tuyến, nhiễu do máy thu )

Bài toán đặt ra là áp dụng "phương pháp bình phương tối thiểu" xác định toạ

độ trạm đo từ các trị đo khoảng cách (pseudoranges) từ máy thu đến vệ tinh

Sử lý số liệu đo đường chuyền kinh vĩ tính khái lược sai số khép về góc, toạ

độ XY, loại bỏ sai số thô sử dụng các phần tính toán bình sai

Trong đó các thành phần của phương trình trị đo:

- Mô hình hàm số: (A)

- Mô hình xác xuất: (W)

- Vector số hạng tự do: (-b) = trị số tính - trị quan sát

1.2.9 Bình sai lưới GPS

Bình sai mạng lưới GPS cần thực hiên các nội dung sau:

Kiểm tra số liệu đo: Bao gồm việc kiểm tra chất lượng đo của các cạnh đo

giữa hai hay nhiều ca đo và tính toán sự khác nhau giữa chúng Cung cấp chức năng

tính sai số khép của các cạnh đo khi chúng hợp thành các đa giác Việc kiểm tra chất lượng mạng lưới bao gồm việc kiểm tra các điểm đo và kiểm tra toàn bộ các hợp phần của mạng lưới ( thực đơn Tools\Iversen)

Kiểm tra canh đo: Bản báo cáo sẽ cho biết tất các các cạnh trong Project và

tính giá trị trung bình của những vécter trùng nhau

Kiểm tra sai số khép: Việc chọn tính sai số khép cho phép bạn kiểm tra sai số của

từng đa giác một Hiện chỉnh số liệu đo: Đây là công tác loại bỏ đi những số liệu đo không tốt

Kiểm tra các trị đo trong mạng lưới: Xóa bỏ những trị đo chất lượng kém

Gộp hoặc chia cắt các file số liệu đo Nhập lại các giá trị thông tin trong ca đo: chiều cao ăngten, số hiệu điểm

Chức năng Scan: Khi cạnh đo không đạt yêu cầu sau khi xử lý, chúng được

đánh dấu bằng màu vàng, màu đỏ, hoặc màu đen Những cạnh này có thể do máy thu thu đượcnhững số liệu kém từ các vệ tinh tải xuống có thể loại bỏ một phần số liệu này trong chuỗi số liệu liên tục mà máy thu về bằng chức năng Scan Chức năng GPS-Edit: Là công cụ nâng cấp dùng để phân tích và hiện chỉnh số liệu đo GPS, GLONASS, DGPS Trên màn hình hiển thị các mã trị đo, sóng mang, Doppler cũng như các số liệu liên quan như: wide-laning, ionospheric correction, single, double, triple, and delta differencing

Bình sai: Việc bình sai mang lưới GPS có thể thực hiện bằng các hệ thông

phần mền chuyên dụng như: GPS_suvey; TGO, SOUTH … hoạc các phần mền riêng của từng hãng máy.vf chỉ tiến hành khi các khoản kiểm tra chất lượng đã phù hợp với yêu cầu thì lấy tất cả các vectơ cạnh độc lập tạo thành hình khép kín, lấy tọa

độ 3 chiều trong hệ WGS – 84 của một điểm làm số liệu khởi tính và tiến hành bình sai lưới GPS tự do Kết quả bình sai lưới tự do sẽ cho tọa độ các điểm trong hệ tọa

độ WGS –84, số hiệu chỉnh trị đo của 3 số gia tọa độ của vectơ cạnh, chiều dài cạnh

và thông tin về độ chính xác vị trí điểm Quá trình này phải tính chuyển từ tọa độ vuông góc không gian XYZvề tọa độ và độ cao trắc địa BLH sau đó chuyển về tọa

độ vuông góc phẳng x,y

Sau bình sai phải đánh giá đầy đủ các thông tin sau:

- Thông tin về các véc tơ cạnh (baselines) (X, (Y, (Z;

- Sai số khép hình và sai số phép hình yếu nhất;

- Các phương vị cạnh, chiều dài cạnh, hiệu số độ cao và các số hiệu chỉnh tương ứng;

- Tọa độ vuông góc không gian XYZ;

- Tọa độ và độ cao trắc địa B,L,H;

- Tọa độ vuông góc phẳng và độ cao sau bình sai

- Đánh giá sai số cạnh, sai số tương đối cạnh và sai số phương vị cạnh sau bình sai

1.3 Cơ sở khoa học của ứng dụng công nghệ GPS trong thành lập lưới khống chế

1.3.1 Ứng dụng công nghệ GPS đo tĩnh để thành lập lưới không chế địa chính

Để đo đạc bản đồ địa chính việc đầu tiên là phải thiết kế hệ thống lưới khống chế đo vẽ, việc sử dụng công nghệ GPS được dựa trên nguyên tắc đo tĩnh Thực chất của phương pháp đo là xác định hiệu toạ độ không gian của 2 điểm đo đồng thời đặt trên 2 đầu của khoảng cách cần đo (base line) Độ chính xác của phương pháp rất cao do loại trừ được nhiều nguồn sai số nên được sử dụng trong đo dạc xây dựng lưới khống chế trắc địa và các công tác đo đạc bản đồ các tỉ lệ Do bản chất của phương pháp nên cần tối thiểu từ 2 máy thu vệ tinh trong 1 thời điểm đo

Phương pháp này chính xác nhất vì nó sử dụng cả hai trị đo code và phase sóng mang (carrier phase) Hai hoặc nhiều máy thu đặt cố định thu dữ liệu GPS tại các điểm cần đo toạ độ trong khoảng thời gian thông thường từ 1 giờ trở lên

Thời gian đo kéo đài để đạt được sự thay đổi đồ hình vệ tinh: Cung cấp trị đo

dư (nhiều hơn 4 vệ tinh), và giảm bớt nhiều sai số khác nhằm mục đích đạt độ chính xác cao nhất

Dữ liệu đo tĩnh xử lý sau và cho kết quả định vị tốt hơn qua việc tinh chỉnh

mô hình được sử dụng Đo GPS tĩnh tương đối đạt độ chính xác cỡ 1cm dùng cho các ứng dụng có độ chính xác cao nhất, như thành lập lưới khống chế trắc địa ( 1cm+ 1ppm)

1.3.2 Các dạng lưới ứng dụng đo tĩnh trong công nghệ GPS để thành lập lưới không chế địa chính Tam giác đơn, chuỗi tam giác, tứ giác

1.4 Tình hình nghiên cứu ứng dụng hệ thống định vị toàn cầu trên thế giới và tại Việt Nam

1.4.1 Trên thế giới

Ứng dụng công nghệ GPS để xây dựng các mạng lưới khống chế trắc địa đã được ứng dụng phổ biến, đại trà trong sản xuất, ở Việt Nam cũng như các nước trên thế giới, bằng kỹ thuật đo tương đối tĩnh, người ta có thể xây dựng được các mạng lưới có cạnh dài đến hàng nghìn mét Các mạng lưới của từng quốc gia, của các quốc gia trong khu vực hay trên toàn thế giới

Ứng dụng phổ biến của công nghệ GPS là đo nối mạng lưới tọa độ quốc gia của nhiều nước trên thế giới với hệ tọa độ trắc địa toàn cầu WGS-84, hoàn chỉnh các mạng lưới tọa độ quốc gia đã xây dựng bằng công nghệ truyền thống, tăng dày các mạng lưới tọa độ, xây dựng các mạng lưới mới Công nghệ GPS đã giúp tạo mối liên kết giữa nhiều quốc gia thông qua việc sắp đặt các tham số tính chuyển giữa các hệ tọa độ quốc gia và hệ tọa độ trắc địa toàn cầu WGS-84 Hiện nay đã xác lập được sự chuyển đổi liên hệ giữa 185 hệ tọa độ của các quốc gia khắp các châu lục trên thế giới với hệ WGS-84

Công nghệ GPS ứng dụng để xây dựng lưới trắc địa đã được nhiều quốc gia ứng dụng thành công từ lâu Dưới đây là một số thành quả của việc ứng dụng công nghệ GPS của một số nước trong khu vực Châu Á – Thái Bình Dương, những quốc gia gần gũi với Việt Nam về vị trí địa lý và trình độ phát triển về đo đạc bản đồ

- Ở Inđônêxia:

công nghệ GPS đã được ứng dụng trong các lĩnh vực thành lập lưới khống chế mặt bằng quốc gia, đo đạc thành lập bản đồ địa chính, đo đạc biển, nghiên cứu địa động học, quản lý đất đai, trắc địa ảnh hàng không, đạo hàng và giao thông, nghiên cứu tầng điện ly, xác định độ cao chính và trọng lực hàng không Bằng công nghệ GPS, Inđônêxia đã xây dựng trong các năm 1992 – 1993 một mạng lưới cấp “0” ( Zero order GPS Control network) gồm 60 điểm rải đều trên các đảo lớn của đất nước Lưới cấp “0” này được bình sai trong hệ quy chiếu mặt đất quốc tế 91 (ITRF) và