ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GPS XÂY DỰNG LƯỚI KHỐNG CHẾ ĐỊA CHÍNH, PHỤC VỤ CÔNG TÁC ĐO ĐẠC THÀNH LẬP BẢN ĐỒ ĐỊA CHÍNH KHU VỰC XÃ VĨNH THANH HUYỆN NHƠN TRẠCH TỈNH ĐỒNG NAI

Từ những ưu điểm của công nghệ GPS, chúng ta cần phải nghiên cứu và sử dụng nó một cách hiệu quả và rộng rãi kỹ thuật định vị GPS trong công tác trắc địa, địa chính để xây dựng các mạng

KHOA QUẢN LÝ ĐẤT ĐAI & BẤT ĐỘNG SẢN

BÁO CÁO TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI:

ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GPS XÂY DỰNG LƯỚI KHỐNG CHẾ ĐỊA CHÍNH, PHỤC VỤ CÔNG TÁC ĐO ĐẠC THÀNH LẬP BẢN ĐỒ ĐỊA CHÍNH KHU VỰC XÃ VĨNH THANH -

HUYỆN NHƠN TRẠCH - TỈNH ĐỒNG NAI

- TP.Hồ Chí Minh, tháng 07/2009 -

SVTH MSSV LỚP KHÓA NGÀNH

: : : : :

HOÀNG THÁI SƠN

05151024 DH05DC

2005 – 2009 Công Nghệ Địa Chính

BỘ MƠN CƠNG NGHỆ ĐỊA CHÍNH

HỒNG THÁI SƠN

ỨNG DỤNG CƠNG NGHỆ GPS XÂY DỰNG LƯỚI KHỐNG CHẾ ĐỊA CHÍNH, PHỤC VỤ CƠNG TÁC ĐO ĐẠC THÀNH LẬP BẢN ĐỒ ĐỊA CHÍNH KHU VỰC XÃ VĨNH THANH -

HUYỆN NHƠN TRẠCH - TỈNH ĐỒNG NAI

Giảng viên hướng dẫn: Thầy THÁI VĂN HỊA

(Trường Đại Học Nông Lâm TP.Hồ Chí Minh)

(Ký tên: ………)

Sinh viên thực hiện: Hoàng Thái Sơn, Khoa Quản lý đất đai & Bất động sản, trường Đại Học Nông Lâm TP.HCM

Đề tài: Ứng dụng công nghệ GPS xây dựng lưới khống chế Địa chính, phục

vụ công tác đo đạc thành lập bản đồ địa chính khu vực xã Vĩnh Thanh – huyện Nhơn Trạch – tỉnh Đồng Nai.

Giảng viên hướng dẫn: KS Thái Văn Hòa, Bộ môn Công nghệ Địa chính, Khoa Quản lý Đất đai & Bất động sản trường Đại học Nông Lâm TP Hồ Chí Minh

Nội dung tóm tắt của báo cáo:

Ngày nay với sự phát triển mạnh của khoa học kỹ thuật đã được ứng dụng rất nhiều trong lĩnh vực trắc địa và bản đồ Hệ thống định vị toàn cầu (GPS) là một trong những ứng dụng hiệu quả nhất, nó chỉ mới được đưa vào Việt Nam từ năm 1990 nhưng tính thiết thực và hiệu quả của nó đã được khẳng định nhất là trong việc thành lập lưới khống chế Từ những ưu điểm của công nghệ GPS, chúng ta cần phải nghiên cứu và sử dụng nó một cách hiệu quả và rộng rãi kỹ thuật định vị GPS trong công tác trắc địa, địa chính để xây dựng các mạng lưới địa chính, làm cơ sở cho việc phát triển lưới cấp thấp hơn, phục vụ công tác đo đạc thành lập bản đồ địa chính, địa hình… Trong phạm vi của đề tài, nghiên cứu ứng dụng hệ thống định vị GPS thành lập mạng lưới địa chính làm cơ sở để phát triển lưới đường chuyền cấp thấp hơn để phục

vụ công tác đo đạc thành lập bản đồ địa chính khu vực xã Vĩnh Thanh – huyện Nhơn Trạch – tỉnh Đồng Nai.

Nội dung chính của đề tài gồm:

Xây dựng lưới khống chế Địa chính bằng công nghệ định vị GPS

Xử lý bình sai được bảng thống kê tọa độ và độ cao của 44 điểm địa chính của xã Vĩnh Thanh - huyện Nhơn Trạch - tỉnh Đồng Nai, trong hệ tọa độ VN2000, kinh tuyến trục 107045’ Nội dung cụ thể được thể hiện đầy đủ trong phần báo cáo thuyết minh tốt nghiệp

MỞ ĐẦU 1

PHẦN I: TỔNG QUAN 3

I.1 Cơ sở lý luận của vấn đề nghiên cứu 3

I.1.1 Cơ sở khoa học 3

I.1.2 Cơ sở pháp lý 17

I.1.3 Cơ sở thực tiễn 17

I.2 Khái quát địa bàn nghiên cứu 17

I.2.1 Điều kiện tự nhiên 18

I.2.2 Thực trạng Kinh tế - Xã hội 18

I.2.3 Tư liệu trắc địa bản đồ 18

I.3 Nội dung nghiên cứu, phương pháp nghiên cứu, thiết bị Sử dụng và quy trình thực hiện 19

I.3.1 Nội dung nghiên cứu 19

I.3.2 Phương pháp nghiên cứu 20

I.3.3 Thiết bị sử dụng 20

I.3.4 Quy trình thực hiện 21

PHẦN II: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 22

II.1 Khảo sát và tìm hiểu địa bàn nghiên cứu 22

II.2 Thiết kế sơ bộ lưới khống chế trên BĐĐC 22

II.3 Lập lịch đo 25

II.4 Tiến hành đo đạc ở ngoài thực địa 29

II.5 Trút số liệu từ máy thu sang máy tính 33

II.6 Xử lý, số liệu đo và tiến hành bình sai bằng GPSurvey 2.35 34

KẾT LUẬN & KIẾN NGHỊ 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

Trang

Hình I.1 Mô phỏng quỹ đạo vệ tinh GPS 3

Hình I.2 Sơ đồ hoạt động của hệ thống GPS 4

Hình I.3 Vệ tinh GPS 4

Hình I.4 Các trạm điều khiển của hệ thống GPS 5

Hình I.5 Cấu trúc tín hiệu của vệ tinh 6

Hình I.6 Các tầng khí quyển ảnh hưởng đến quá trình đo GPS 8

Hình I.7 Khúc xạ đa đường dẫn 9

Hình I.8 Phương pháp đo tĩnh 13

Hình II.1 Menu vào lập lịch đo 25

Hình II.2 Đặt thời gian lập lịch 26

Hình II.3 Thông báo vị trí quan sát 26

Hình II.4 Đặt các điều kiện lập lịch đo 27

Hình II.5 Biểu đồ phân bố vệ tinh và PDOP 27

Hình II.6 Chọn vị trí đo trên bản đồ thế giớ 28

Hình II.7 Thông báo các thông tin chung 28

Hình II.8 Menu chính của chương trình PLAN /QUICK PLAN 28

Hình II.9 Giao diện màn hình máy thu 30

Hình II.10 Giao diện màn hình lúc bắt đầu thu tín hiện vệ tinh 32

Hình II.11 Giao diện load dữ liệu vào máy tính 33

Hình II.12 Chọn kết nối dữ liệu qua cáp 33

Hình II.13 Chuyển số liệu đo sang dạng Rinex 34

Hình II.14 Hộp thoại quá trình chuyển sang dạng Rinex 34

Hình II.15 Menu chính của GPSurvey 35

Hình II.16 Các thành phần chính của GPSurvey 2.35 35

Hình II.17: Sơ đồ quy trình công nghệ sử dụng phần mềm GPSurvey 2.35 36

Hình II.18 Menu chính của GPSurvey khi khơi động 37

Hình II.19 Tạo một Project làm việc mới 37

Hình II.20 Load dữ liệu vào Project 38

Hình II.21 Kiểm tra dữ liệu đang Load 38

Hình II.22 Thể hiện tên và các giá trị trạm đo 38

Hình II.23 Nhập chiều cao Ăngten 39

Hình II.24 Cửa sổ trút số liệu dạng tệp DAT 39

Hình II.25 Quá trình đang load dữ liệu 40

Hình II.26 Tọa độ các điểm gốc sau khi tính 40

Hình II.31 Bảng kết quả tính cạnh 42

Hình II.32 Bảng thể hiện các tín hiệu của vệ tinh 42

Hình II.33 Điều chỉnh góc ngưỡng 43

Hình II.34 Tạo file Report kết quả giải cạnh 43

Hình II.38 Cửa sổ GPS Network Module 44

Hình II.36 Xem sơ đồ lưới khu đo 44

Hình II.37 Cửa sổ của GPS NETWORK MODULE 45

Hình II.35 Nhập tên Text File xuất kết quả 45

Hình II.39 Thông báo trước khi thoát khỏi NETWORK 46

Hình II.40 Cửa sổ chính NETWORK ADJUSTMENT MODULE 47

Hình II.41 Hộp thoại ADJUSTMENT MENU 47

Hình II.42 Hộp thoại tạo nhóm trọng số 47

Hình II.43 Chọn các trị đo 48

Hình II.46 Đánh trọng số 48

Hình II.45 Chọn các trị đo 48

Hình II.44 Thiết lập các phương sai 48

Hình II.47 Chọn nhóm trọng số 49

Hình II.48 Đánh trọng số mới 49

Hình II.49 FIX các điểm gốc lại 49

Hình II.50 Bảng kết quả bình sai 50

Hình II.51 Load mô hình độ cao WW15MGH 50

Hình II.53 Hệ tọa độ của khu đo 51

Hình II.52 Lựa chọn load dữ liệu vào Network Adjustment Module 51

Hình II.54 FIX các điểm gốc theo tọa độ địa phương 52

Hình II.55 Chọn các điểm gốc để tính toán các điểm còn lại 52

Trong những năm đầu thập kỷ 90 ngành đo đạc và bản đồ nước ta đã nghiên cứu

và ứng dụng hệ thống định vị toàn cầu GPS Từ đó những người làm công tác Trắc địa

có được một phương tiện đo đạc hiện đại chứa đựng nhiều tính năng ưu việt so với các phương tiện truyền thống Hệ thống này cho phép đạt độ chính xác cao về vị trí tương đối giữa các điểm đo, hầu hết ít phụ thuộc vào khoảng cách giữa chúng, bên cạnh đó

hệ thống không đòi hỏi thông hướng giữa các điểm đo, hầu như không đòi hỏi về điều kiện thời tiết và thời điểm đo, quy trình đo đạc đơn giản, thời gian đo ngắn Có thể nói công nghệ GPS đã tạo ra một cuộc cách mạng thực sự trong lĩnh vực Trắc địa Những tính năng ưu việt của công nghệ này được thể hiện rõ nhất qua việc thành lập lưới khống chế các cấp phục vụ cho các mục đích khác nhau như: Quan trắc biến dạng của các công trình, thành lập bản đồ địa hình, bản đồ địa chính

Hệ thống GPS thiết lập một mạng lưới vệ tinh trong không gian bao quanh trái đất để cung cấp thông tin vế vị trí và thời gian ở mọi nơi trên trái đất 24/24 giờ hàng ngày Thông tin về vị trí và thời gian trong hệ thống GPS được sử dụng cho nhiều mục đích, sự phát triển của hệ thống GPS và công nghệ thông tin đã đổi mới công nghệ đo đạc và bản đồ sang một giai đoạn hiện đại hơn, chính xác hơn, có qui mô rộng lớn hơn Ngày nay các thiết bị thu tín hiệu GPS phát triển ngày càng hoàn thiện cả về phần cứng lẫn phần mềm, cùng với sự phát triển kỹ thuật xử lý tín hiệu GPS đã đem lại kết quả chính xác với độ tin cậy cao và phạm vi ứng dụng ngày càng rộng

Các thiết bị thu tín hiệu GPS được chia làm 2 nhóm:

9 Nhóm máy dùng cho các ứng dụng đo chính xác (GPS Suryying)

9 Nhóm máy dùng cho các ứng dụng trong lĩnh vực kinh tế và thành lập bản

đồ từ trung bình đến nhỏ, xây dựng hệ thống thông tin địa lý (GPS Mapping)

Do mục đích ứng dụng mà các nhóm thiết bị khác nhau về cấu tạo phần cứng, qui trình thu thập số liệu ở thực địa và phần mềm xử lý số liệu

Từ những nhu cầu thực tế công việc của toàn ngành địa chính và việc nghiên cứu ứng dụng công nghệ mới trong lĩnh vực đo đạc lưới địa chính trong nhà trường đối với sinh viên nghành công nghệ địa chính nói chung, và việc nhằm tìm hiểu quy trình công nghệ GPS trong việc thành lập lưới trắc địa nói riêng Được sự phân công của Khoa Quản lý Đất đai & Bất động sản, cùng với sự giúp đỡ tạo điều kiện cơ sở vật chất, trang thiết bị của Trung tâm Kỹ thuật Địa chính Nhà đất tỉnh Đồng Nai, dưới sự hướng

dẫn của thầy Thái Văn Hòa, tôi thực hiện đề tài: Ứng dụng công nghệ GPS xây dựng lưới khống chế Địa chính phục vụ công đo đạc thành lập bản đồ địa chính khu vực xã Vĩnh Thanh - huyện Nhơn Trạch - tỉnh Đồng Nai

* Mục tiêu nghiên cứu:

Nghiên cứu, ứng dụng và khai thác hiệu quả công nghệ định vị GPS để thành lập lưới khống chế Địa chính

Xây dựng hệ thống tọa độ, độ cao các điểm địa chính để phục vụ công tác đo đạc thành lập BĐĐC xã Vĩnh Thanh - huyện Nhơn Trạch - tỉnh Đồng Nai

* Yêu cầu nghiên cứu:

Đáp ứng yêu cầu cho việc thành lập Bản Đồ Địa Chính tỷ lệ 1/1000, 1/2000,

5000 của xã Vĩnh Thanh

Tuân thủ theo qui trình, qui phạm của Bộ Tài Nguyên và Môi Trường

Tạo điều kiện thuận lợi cho việc phát triển các hệ thống lưới khống chế cấp thấp hơn phục vụ cho việc thành lập bản đồ các loại tỷ lệ

Khai thác sử dụng trang thiết bị, phần mềm mang lại hiệu quả cao, tiết kiệm thời gian và chi phí

* Phạm vi và đối tượng nghiên cứu:

Nghiên cứu trong phạm vi của xã Vĩnh Thanh - huyện Nhơn Trạch - tỉnh Đồng Nai

Thời gian nghiên cứu: từ tháng 3 đến tháng 6 năm 2009

Đối tượng nghiên cứu: Đo đạc xác định toạ độ của các điểm khống chế tọa độ địa chính bằng công nghệ GPS

Giới hạn nội dung nghiên cứu: sử dụng máy thu Ashtech (Promark2) 1 tần số (L1), một bộ gồm 4 máy thu, và bình sai xử lý tính toán trên phần mềm GPSurvey 2.35

PHẦN I: TỔNG QUAN

I.1 CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

I.1.1 Cơ sở khoa học:

I.1.1.1 Giới thiệu về hệ thống định vị toàn cầu GPS

Hệ thống định vị toàn cầu GPS có tên đầy đủ là Navigation Satellite Timing And Ranging Global Positioning System (Navstar GPS) được bắt đầu triển khai từ những năm 1970 do quân đội Mỹ chủ trì Nhiệm vụ chủ yếu của hệ thống là xác định tọa độ không gian và tốc độ chuyển động của điểm xét trên tàu vũ trụ, máy bay, tàu thủy và trên đất liền, phục vụ cho bộ quốc phòng Mỹ và các cơ quan dân sự

Vào đầu thập kỷ 80, hệ thống GPS đã chính thức cho phép sử dụng trong dân sự

Từ đó các nhà khoa học của nhiều nước đã ra sức phát triển công nghệ GPS để đạt được những thành quả cao nhất trong việc phát huy nguồn tiềm năng to lớn này

Song song với hệ thống GPS của Mỹ, Liên Xô (cũ) cũng có hệ thống định vị toàn cầu GLONASS (Global Navigation Satellite System) được đưa vào sử dụng từ năm

1982 nhưng do nhiều điều kiện khách quan nên ít được phổ biến hơn

Năm 1973 hệ thống GPS được thiết kế, ngày 22 tháng 02 năm 1978 vệ tinh đầu tiên của hệ thống định vị toàn cầu GPS đã được đưa lên quỹ đạo Từ ngày 08 tháng 12 năm 1993, trên 6 quỹ đạo của hệ thống GPS đã đủ 24 vệ tinh trong đó có 21 vệ tinh luôn luôn hoạt động và 3 vệ tinh dự trữ Các vệ tinh được quay trên 6 quỹ đạo tròn, ở

độ cao khoảng 20.200 km, với chu kỳ xấp xỉ 12 giờ Với cách bố trí này thì trong suốt

24 giờ tại bất kỳ điểm nào trên mặt đất cũng sẽ quan sát được ít nhất là 4 vệ tinh

Hình I.1 Mô phỏng quỹ đạo vệ tinh GPS

Hình I.2 Sơ đồ hoạt động của hệ thống GPS

I.1.1.2 Cấu trúc hệ thống và tín hiệu GPS

1 Cấu trúc hệ thống GPS:

Cấu trúc của hệ thống định vị toàn cầu GPS bao gồm 3 bộ phận cấu thành là: đoạn không gian (Space Segment), đoạn điều khiển (Contro Segment), đoạn sử dụng (User Segment)

a Đoạn không gian (Space Segment)

Đoạn này bao gồm 24 vệ tinh bay trên 6 quỹ đạo vòng quanh trái đất, cứ 4 vệ tinh bay trên một quỹ đạo, cách mặt đất khoảng 20200 km và mỗi vòng bay hết gần 12 giờ Các vệ tinh được phân bố sao cho tại bất cứ một nơi nào trên Trái đất và vào mỗi thời điểm có thể nhận tín hiệu ít nhất từ 4 vệ tinh Mỗi vệ tinh truyền về Trái đất tín hiệu được mã hóa cùng với cái gọi là Thông tin đạo hàng mà máy thu có thể đọc được, được điều biến trên 2 tần số sóng tải Sóng tải và mã dùng để xác định khoảng cách từ máy thu đến vệ tinh Thông số đạo hàng chứa các tham số quỹ đạo theo từng thời điểm

và thường được gọi là lịch vệ tinh quảng bá

26.600 km, gần gấp 4 lần bán kính Trái đất Mỗi mặt phẳng quỹ đạo tạo với mặt xích đạo một góc 550 Quỹ đạo vệ tinh được xác định bởi 6 tham số (mô tả độ lệch tâm, bán kính trục lớn, độ nghiêng mặt quỹ đạo ) được gọi là các tham số Kepler Biết các tham số này theo thời gian ta sẽ tính được toạ độ vệ tinh Mỗi vệ tinh cần 11 giờ 58 phút để bay hết một vòng Trái đất Nhờ vậy mỗi ngày trừ đi 4 phút vệ tinh lại xuất hiện đúng vị trí địa lý trên Trái đất

b Đoạn điều khiển (Control Segment)

* Gồm 8 trạm đặt trên mặt đất trong đó có:

¾ 1 trạm điều khiển trung tâm (Master Control Station) đặt ở trung tâm điều hành không gian thống nhất Colorado Springs (Căn cứ không quân Mỹ), tiểu bang Colorado Hoa Kỳ

¾ 4 trạm theo dõi (Moniter Station) đặt tại Hawaii (Thái Bình Dương), Ascension Island (Đại Tây Dương), Diego Garcia (Ấn Độ Dương) và Kwajalein (Tây Thái Bình Dương)

¾ 3 trạm hiệu chỉnh số liệu (Upload Station) Các trạm này tạo thành một vành đai bao quanh trái đất

Hình I.4 Các trạm điều khiển của hệ thống GPS

Nhiệm vụ của đoạn điều khiển là điều khiển toàn bộ hoạt động và chức năng của các vệ tinh trên cơ sở theo dõi chuyển động quỹ đạo của vệ tinh cũng như hoạt động của đồng hồ trên đó Tất cả các trạm đều có máy thu GPS và chúng tiến hành đo khoảng cách và sự thay đổi khoảng cách tới tất cả các vệ tinh có thể quan sát được, đồng thời

đo các số liệu khí tượng Tất cả các số liệu đo ở mỗi trạm đều được truyền về trạm trung tâm Trạm trung tâm xử lý các số liệu được truyền từ các trạm theo dõi về cùng với các

số liệu đo của chính nó Kết quả xử lý cho ra các ephemeris chính xác hóa của vệ tinh và

số hiệu chỉnh cho các đồng hồ trên vệ tinh Từ trạm trung tâm các số liệu này được truyền trở lại cho các trạm theo dõi để từ đó truyền tiếp lên cho các vệ tinh cùng các lệnh điều khiển khác Như vậy các thông tin đạo hàng và các thông tin thời gian trên vệ tinh được thường xuyên chính xác hoá và chúng sẽ được cung cấp cho người sử dụng thông qua các sóng tải L1 và L2 Việc chính xác hoá thông tin như thế được tiến hành ba lần trong một ngày Các thông tin cung cấp đại trà cho khách hàng chỉ đảm bảo độ chính

chế độ SA (Selective Availability) để hạn chế độ chính xác này ở mức 100 m Chỉ khi thỏa thuận với phía Mỹ, người sử dụng mới có được các số liệu đảm bảo độ chính xác cao tới 1 m

c Đoạn sử dụng (User segment)

Đoạn sử dụng bao gồm tất cả các máy móc, thiết bị thu nhận thông tin từ vệ tinh đặt trên đất liền, trên máy bay, tàu thủy hay trên các phương tiện lưu động khác và cũng có thể cầm tay Các máy thu này được chia làm 2 loại: máy thu 1 tần số và máy thu 2 tần số Máy thu 1 tần số chỉ nhận được các mã phát đi từ sóng mang L1 và đo cạnh có khoảng cách nhỏ hơn 30km Để đo các khoảng cách lớn hơn đến hàng nghìn

km chúng ta phải sử dụng máy đo 2 tần số sóng mang tần số L2

2 Cấu trúc tín hiệu GPS

Hoạt động của Trắc địa vệ tinh dựa trên các dữ liệu được truyền từ vệ tinh tới máy thu trên sóng điện từ Trên các vệ tinh GPS đều được trang bị đồng hồ nguyên tử celium tạo ra tần số chuẩn là (f0 = 10.23 MHz) với độ ổn định rất cao (10-12/ngày) Hai tần số sóng tải được tạo ra bằng bội số nguyên tần số chuẩn, 154 đối với sóng L1 (tần

số 1575,42 Mhz, bước sóng 19,0 cm) và 120 đối với sóng L2 (tần số 1227,60 Mhz, bước sóng 24,4 cm) Tạo nên sóng L2 để xác định độ trễ tín hiệu trong tầng điện ly Các thông tin về thời gian theo đồng hồ vệ tinh và các tham số quỹ đạo (thành phần toạ độ) vệ tinh được mã hoá dưới dạng các chuỗi (bit) nhị phân trên sóng tải thông qua quá trình điều biến

Hình I.5 Cấu trúc tín hiệu của vệ tinh

Có 3 loại mã trên sóng tải là mã C/A (C/A-Code), mã P (P-Code) và Thông tin

đạo hàng

Hai mã C/A và P được sử dụng đều thuộc loại mã tựa ngẫu (PRN) nhị phân, gồm một chuỗi các giá trị 0 và 1 hoặc +1 và -1, trông như có tính ngẫu nhiên nhưng lại dễ nhận dạng do được tạo nên bằng một thuật toán

Mã C/A thường được hiểu là mã thông dụng gồm dãy 1023 kí tự 0 và 1, được lặp lại sau mỗi phần triệu giây, tương đương chiều dài bước sóng 300 m Mã C/A chỉ được truyền có trên sóng tải L1

Mã P - mã chính xác là chuỗi rất dài kí tự 0 và 1, được lặp lại sau 38 tuần lễ, chiều dài bước sóng là 29,30 m Nó được truyền trên cả hai loại sóng tải Tuy nhiên, vì

mục đích an ninh, Cơ quan quản lý GPS là Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ đã sử dụng mã W

để che phủ lên P-Code tạo nên mã Y Chỉ có Quân đội Hoa Kỳ và đồng minh mới được tiếp cận mã P

Thông tin đạo hàng là chuỗi số liệu được bổ sung trên hai sóng tải L1

và L2 và điều biến lưỡng pha với tốc độ chậm 50 bit/giây và lặp lại sau 30 giây Thông tin đạo hàng chứa toạ độ vệ tinh theo thời gian, tình trạng sức khoẻ của vệ tinh, các trị hiệu chỉnh đồng hồ vệ tinh, số liệu almanac của vệ tinh, số liệu khí tượng Mỗi vệ tinh truyền thông tin đạo hàng của riêng mình cùng với các thông tin trên các vệ tinh khác như là toạ độ gần đúng, tình trạng sức khoẻ

I.1.1.3 Các sai số ảnh hưởng đến kết quả đo GPS

1 Sai số của đồng hồ vệ tinh và máy thu

Cứ mỗi khối (Block) vệ tinh thế hệ II và IIA được trang bị 4 đồng hồ nguyên tử gồm 2 đồng hồ cesium và hai đồng hồ rubidium Các khối vệ tinh sau IIR chỉ mang đồng hồ rubidium Các đồng hồ này để tạo tần số và thời gian

Các đồng hồ vệ tinh rất chính xác nhưng vẫn chưa hoàn hảo tuyệt đối Độ ổn định của nó đạt khoảng (1 - 2).10-13 trong vòng 1 ngày Nghĩa là, sai số đồng hồ vệ tinh khoảng 8,64 - 17,28 nano giây/ngày, gây nên sai số đo cạnh từ 2,59 m đến 5,18 m Các trạm kiểm soát mặt đất theo dõi hoạt động của đồng hồ vệ tinh, tính độ lệch

và cấp lên vệ tinh để gửi lại về máy thu trong Thông điệp đạo hàng dưới dạng các hệ

số của đa thức bậc hai

Các sai số đồng hồ vệ tinh dĩ nhiên gây nên sai số trong trị đo GPS Tuy nhiên sai

số này chung cho tất cả các máy thu cùng quan trắc tới một vệ tinh và do đó có thể loại

bỏ nó trong sai phân bậc 1 máy thu Ngoài ra, khi sử dụng các trị hiệu chỉnh đồng hồ

vệ tinh chứa trong Thông điệp đạo hàng, ta cũng giảm nhỏ được ảnh hưởng của sai số này trong định vị xuống còn vài nano giây, gây nên sai số đo cạnh vài mét

Ngược lại, đồng hồ máy thu chỉ là loại đồng hồ thạch anh rẻ tiền, có độ chính xác kém xa đồng hồ vệ tinh Tuy nhiên ta có thể loại bỏ sai số đồng hồ máy thu bằng sai phân bậc 1 vệ tinh hoặc bằng cách coi nó là ẩn số bổ sung trong quá trình xử lý

2 Sai số của quỹ đạo vệ tinh

Như đã biết, chuyển động của vệ tinh quanh trái đất không tuân thủ nghiêm ngặt theo định luật Keppler do có nhiều tác động nhiễu như: tính không đồng nhất của trọng trường trái đất, ảnh hưởng của sức hút mặt trăng, mặt trời và các thiên thể khác, sức cản của khí quyển, áp lực của bức xạ mặt trời Như vậy, chúng ta cần xác định và sử dụng vị trí tức thời của vệ tinh được xác định ra trên cơ sở sử dụng đoạn không gian và đương nhiên tọa độ của vệ tinh có chứa sai số Bảng tọa độ vệ tinh ứng với từng thời điểm cụ thể gọi là Ephemeris (lịch vệ tinh), có hai loại Ephemeris là Ephemeris chính xác và Ephemeris đại trà

Ephemeris chính xác chỉ được cung cấp khi chính phủ Mỹ cho phép và đảm bảo định vị tuyệt đối tốt nhất là 1m

Ephemeris đại trà được cung cấp cho khách hàng qua tín hiệu vệ tinh phát đi Ephemeris loại này cho phép định vị tuyệt đối cỡ 30m, nhưng nó còn bị nhiễu cố ý cho nên độ chính xác định vị tuyệt đối thực tế cỡ 100m Sai số vị trí của vệ tinh ảnh hưởng

hầu như trọn vẹn đến sai số xác định tọa độ của điểm quan sát đơn riêng biệt Nhưng

nó được loại trừ đáng kể trong kết quả định vị tương đối giữa hai điểm

3 Độ trễ tầng điện li và tầng đối lưu

Được phát từ độ cao hơn 20.200 km xuống máy thu đặt trên Trái đất, các tín hiệu vô tuyến phải xuyên qua tầng điện ly và tầng đối lưu Ảnh hưởng của tầng điện ly

và tầng đối lưu gây nên cái gọi là độ trễ (tầng điện ly hay tầng đối lưu) Cả hai đều gây nên sai số hệ thống

Hình I.6 Các tầng khí quyển ảnh hưởng đến quá trình đo GPS

Các điện tử tự do trong tầng ion gây nên độ trễ nhóm phụ thuộc vào tần số tín hiệu

vệ tinh; độ trễ này là nguồn sai số tiềm năng trong trị đo theo thời gian Mặt khác, tốc độ lan truyền tín hiệu tăng tỷ lệ nghịch với bình phương tần số của tín hiệu, và tỷ

lệ thuận với mật độ điện tử trong tầng điện ly Độ trễ trong L2 nhỏ hơn nhiều so với độ trễ trong L1

Các phân tích về ảnh hưởng của tầng điện ly đã cung cấp một số lựa chọn sau:

- Việc bỏ qua ảnh hưởng sai số do độ trễ điện ly sẽ làm cho việc khắc phục trượt chu kỳ khó khăn và do đó việc tìm lời giải cho tham số số nguyên đa trị khó khăn hơn đối với chiều dài cạnh đo lớn;

- Tiến hành đo vào ban đêm là lúc ảnh hưởng này tối thiểu;

- Sử dụng mô hình dự báo độ trễ tầng điện ly trong thông điệp đạo hàng quảng

bá sẽ làm tăng gần 50% độ chính xác định vị;

- Sử dụng máy đo hai tần số sẽ cho phép tạo nên lời giải loại bỏ được ảnh hưởng điện ly;

- Tạo nên các sai phân số liệu đo tại các điểm sẽ giảm nhỏ được ảnh hưởng của sai

số độ trễ điện ly khoảng 1 - 2mm do sự tương quan giữa chúng trên chiều dài cạnh ngắn

và trung bình

Ngày nay, bên cạnh việc hoàn thiện máy thu và ăng ten, người ta đặc biệt quan tâm tới việc tính hiệu chỉnh ảnh hưởng của độ trễ ion không chỉ trong số liệu đo bằng máy thu một tần mà cả đối với máy thu hai tần

Ngay phía dưới tầng điện ly là tầng đối lưu Ảnh hưởng của tầng đối lưu (nằm cách mặt đất từ 0 – 70 km) - mà cụ thể là sự thay đổi nhiệt độ, áp suất và

độ ẩm không khí - gây nên sự thay đổi vận tốc truyền sóng tín hiệu radio khiến

cả mã (code) lẫn pha sóng tải đều chịu cùng một độ trễ Độ trễ này phụ thuộc vào góc ngưỡng của vệ tinh, nó cực tiểu (cỡ 2,3 m) khi vệ tinh ở thiên đỉnh, đạt 9,3 m khi vệ tinh ở góc ngưỡng 150 và 20 - 28 m ở góc ngưỡng cao 50

Ảnh hưởng của độ trễ tầng đối lưu đã được mô hình hoá bằng các biểu thức toán học, trong các phần mềm chuyên dụng, giúp tính được trị hiệu chỉnh thích hợp trong quá trình xử lý nhằm làm giảm thiểu ảnh hưởng này

4 Sai số khúc xạ đa đường dẫn

Sai số khúc xạ đa đường dẫn là nguồn sai số đáng quan tâm đối với cả trị đo pha sóng tải lẫn trị đo giả khoảng cách Nguyên nhân do sóng tín hiệu từ vệ tinh đến ăng ten máy thu bằng nhiều đường khác nhau: trực tiếp từ vệ tinh và từ các vật cản chung quanh điểm đo phản xạ tới

Sai số đa đường dẫn làm biến dạng tín hiệu gốc do giao thoa với tín hiệu phản xạ tại ăng ten máy thu Nó ảnh hưởng tới trị đo giả khoảng cách lớn hơn so với trị đo pha sóng tải Đối với trị đo sóng tải, sai số này đạt tối đa là 1/4 chu kỳ bước sóng (khoảng 4,8 cm đối với sóng L1), còn đối với trị đo giả khoảng cách sai số cực đại lên tới mấy chục mét đối với mã thông dụng C/A Ảnh hưởng này không như nhau tại mỗi điểm

đo và thông thường nó không có tính tương quan giữa các điểm đo Cho nên nó không

bị loại bỏ hay giảm thiểu thông qua việc sử dụng các sai phân như các loại sai số kể trên; nó cũng rất khó mô hình hoá Tuy nhiên có thể giảm sai số này thông qua các giải pháp công nghệ nâng cao chất lượng ăng ten (công nghệ Choke ring hay giải pháp lắp thêm vành chống nhiễu xạ) và nâng cao chất lượng máy thu Thiết thực nhất đối người

sử dụng là thông qua việc chọn điểm đo có độ thông thoáng tốt ngoài thực địa với góc ngưỡng cao thích hợp (thông thường dưới 15°) Trong quá trình xử lý số liệu đo, phải tiếp tục giảm thiểu ảnh hưởng này

Hình I.7 Khúc xạ đa đường dẫn

Ta có thể đánh giá sự hiện diện của sai số đa đường dẫn trong các trị đo GPS trong cùng một môi trường, bằng cách so sánh cái gọi là tương quan ngày với ngày của số dư Nguyên do là đồ hình thiết lập bởi ba yếu tố: vệ tinh, mặt phản xạ và ăng ten, lặp đi lặp lại

từ ngày này qua ngày khác Ta cũng có thể phát hiện sự hiện diện của sai số đa đường dẫn trong trị đo giả khoảng cách thông qua trị đo từ máy đo 2 tần số trong cùng môi trường

5 Sai số do nhiễu của tín hiệu vệ tinh

Hiện tượng sóng tải không truyền thẳng vào tâm ăngten máy thu mà trước đó đã bị phản xạ từ những vật thể khác, lúc này đường truyền sóng là một đường gấp khúc gây

ra sai số đo cạnh Tín hiệu phản xạ này sẽ giao thoa với tín hiệu trực tiếp từ vệ tinh tới máy thu và làm nhiễu tín hiệu thu được Sai số này phụ thuộc vào môi trường địa hình,

địa vật xung quanh điểm trạm đo và tính năng của ăngten máy thu

Trường hợp các nguồn sai số trên ảnh hưởng đến việc xác định khoảng cách từ vệ tinh đến máy thu chứ chưa phải là sai số của bản thân vị trí điểm quan sát Do vị trí điểm quan sát được xác định bởi phép giao hội khoảng cách từ vệ tinh, nên độ chính xác của nó phụ thuộc vào đồ hình phân bố vệ tinh so với điểm quan sát Dễ hiểu là sai

số vị trí giao hội sẽ lớn hơn sai số của khoảng cách giao hội Để có được sai số vị trí điểm quan sát, ta phải đem khoảng cách giao hội nhân với một hệ số lớn hơn 1, hệ số này đặc trưng cho đồ hình giao hội, tức là đồ hình phân bố vệ tinh so với điểm quan sát và được gọi là hệ số suy giảm độ chính xác (Dilution of Precision - DOP) Rõ ràng DOP càng nhỏ thì vị trí điểm quan sát được xác định càng chính xác

Hệ số DOP tổng hợp nhất là hệ số phân tản độ chính xác hình học GDOP (Geometric Dilution of Precision) vì nó đặc trưng cho cả 3 thành phần tọa độ không gian X,Y,Z và yếu tố thời gian t Hệ số GDOP từ 2 đến 4 được coi là tốt

¾ GDOP - hệ số suy giảm độ chính xác hình học, là hệ số tổng hợp nhất

¾ PDOP - hệ số suy giảm độ chính xác vị trí điểm

¾ HDOP - hệ số suy giảm độ chính xác mặt bằng

¾ VDOP - hệ số suy giảm độ chính xác độ cao

¾ TDOP - hệ số suy giảm độ chính xác thời gian

Ngoài ra sử dụng PDOP ( Position Dilution of Precision) hệ số phân tản độ chính xác vị trí điểm, nó bao gồm (X,Y,Z hoặc B,L,H) Dùng cho vị trí mặt phẳng HDOP (Horizontal Dilution of Precision), dùng cho độ cao VDOP (vertical Dilution of Precision) và cho thời gian TDOP (Time Dilution of Precision) Trị DOP sẽ được máy

đo tính cụ thể và công bố cho từng điểm đo Để chọn được trị DOP tối ưu, khi lập kế hoạch định vị, có thể dựa vào lịch vệ tinh để chọn vệ tinh cho từng điểm máy

6 Sai số tâm pha ăng ten

Như chúng ta đã biết, ăng ten nhận tín hiệu GPS từ vệ tinh đến và chuyển đổi năng lượng thành dòng điện để chuyển vào máy thu Điểm mà tín hiệu GPS được tiếp nhận gọi là tâm pha ăng ten Nhìn chung, tâm pha ăng ten không trùng với tâm vật lý (hình học) của ăng ten Đối với mỗi điểm đo, độ lệch này thay đổi tuỳ thuộc góc ngưỡng nhận tín hiệu, phương vị của vệ tinh phát tín hiệu xuống cũng như cường độ của tín hiệu Mức độ sai số này tuỳ thuộc vào loại ăng ten Cũng giống như đối với sai

số khúc xạ đa đường dẫn, ta rất khó mô hình hoá sự thay đổi tâm pha ăng ten và do đó không thể loại bỏ trong quá trình xử lý số liệu đo Tuy nhiên, ta có thể giảm ảnh hưởng của sai số này bằng nhiều cách, chẳng hạn lựa chọn loại ăng ten được đánh giá là có

sai số tâm pha bé, sử dụng ăng ten cùng loại và định hướng chúng giống nhau (chẳng hạn cùng về hướng bắc như vẫn làm) khi tiến hành đo GPS trên các cạnh ngắn Đã có những công bố kết quả khảo sát sai số tâm pha ăng ten cho từng loại và có thể cập nhật chúng vào phần mềm để hiệu chỉnh ảnh hưởng này một cách triệt để Tuy nhiên ảnh hưởng của sai số này tới định vị không lớn nên thường được bỏ qua trong các ứng dụng thông thường

I.1.1.4 Các phương pháp đo GPS

1 Đo GPS tuyệt đối

Đo GPS tuyệt đối là trường hợp sử dụng máy thu GPS để xác định tọa độ của điểm quan sát trong hệ thống 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 mặt cầu (B, L, H) Hệ thống tọa độ WGS - 84 là hệ thống tọa độ cơ sở của hệ thống GPS, tọa độ của vệ tinh cũng như của điểm quan sát đều được lấy theo hệ thống tọa độ này WGS - 84 được thiết lập gắn với Ellipxoid có kích thước như sau:

Bán trục lớn: a = 6378137 m

Độ dẹt α =1/298,2572

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 không gian từ các điểm có tọa độ đã biết 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, ta sẽ tính được khoảng cách chính xác giữa vệ tinh và máy thu Khi đó 3 khoảng cách được xác định đồng thời từ 3 vệ tinh đến máy thu sẽ cho ta vị trí không gian đơn trị của máy thu Song trong 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 là khoảng cách từ một vệ tinh thứ tư Để thấy rõ điều này ta thiết lập một

hệ thống gồm 4 phương trình cho 4 vệ tinh như sau:

Như vậy bằng cách đo khoảng cách giả đồng thời từ 4 vệ tinh đến máy thu ta có thể xác định được tọa độ tuyệt đối của máy thu, ngoài ra còn xác định được số hiệu chỉnh cho đồng hồ của máy thu nữa Quan sát đồng thời 4 vệ tinh là yêu cầu tối thiểu

để xác định tọa độ không gian tuyệt đối của điểm quan sát Tuy nhiên nếu máy thu

thành phần tọa độ của điểm quan sát Để xác định chúng ta chỉ cần quan sát đồng thời

3 vệ tinh là đủ

Nếu ta lại biết thêm độ cao của điểm quan sát so với bề mặt ellipxoid của hệ tọa

độ WGS - 84, chẳng hạn như trong trường hợp ở trên mặt biển Khi đó chỉ còn 2 ẩn số

là 2 thành phần tọa độ mặt bằng của điểm quan sát Trong trường hợp này ta chỉ cần quan sát đồng thời 2 vệ tinh là đủ

Trên thực tế, với hệ thống vệ tinh hoạt động đầy đủ như hiện nay, số lượng vệ tinh

có thể quan sát đồng thời là 648 vệ tinh hoặc là nhiều hơn Khi đó các ẩn số được xác định bằng phương pháp số bình phương nhỏ nhất Độ chính xác của phương pháp định

vị tuyệt đối là 5410 m, nếu dùng Ephemeris do chính phủ Mỹ cung cấp thì độ chính xác lên đến 1 m Trên thực tế độ chính xác của phương pháp này chỉ đến 100 m do chính phủ Mỹ dùng hệ thống làm nhiễu SA để tránh các khách hàng sử dụng đại trà

Để khắc phục nhược điểm này các nhà chế tạo và các nhà nghiên cứu đã đưa ra phương pháp định vị vi phân và định vị tương đối để nâng cao độ chính xác

2 Đo GPS tương đối

Đo GPS 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 (ΔX, ΔY, ΔZ) hay hiệu tọa độ mặt cầu (ΔB, ΔL, ΔH) giữa chúng trong hệ tọa độ WGS - 84

Nguyên tắc đo GPS tương đối được sử dụng trên cơ sở sử dụng đại lượng đo là pha của 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 sóng tải làm giảm ảnh hưởng của các nguồn sai số khác nhau như: sai số của đồng hồ trên vệ tinh và trong máy thu, sai số của tọa độ vệ tinh, số nguyên đa trị

Ký hiệu pha (đúng hơn là hiệu pha) của sóng tải từ vệ tinh j được đo tại trạm quan sát r vào thời điểm quan sát ti là Φj

r(ti) Khi đó nếu xét hai trạm 1 và 2 tiến hành quan sát đồng thời vệ tinh j vào thời điểm ti, ta sẽ có sai phân bậc một được lập như sau:

ΔΦj(ti) = Φj

2(ti) - Φj

Trong sai phân này đã khử được sai số đồng hồ trên vệ tinh

Nếu xét hai trạm tiến hành quan sát đồng thời hai vệ tinh j, k vào cùng một thời điểm ti, ta sẽ có sai phân bậc hai:

Δ2Φj, k(ti) = ΔΦk(ti) - ΔΦj(ti) (1.8)

Trong sai phân này hầu như không còn ảnh hưởng của sai số đồng hồ trên vệ tinh cũng như sai số của đồng hồ trong máy thu

Nếu xét hai trạm tiến hành quan sát đồng thời hai vệ tinh j, k vào các thời điểm ti

và ti+1, ta sẽ có sai phân bậc ba:

Δ3Φj, k(ti) =Δ2Φj, k(ti+1) - Δ2Φj, k(ti) (1.9)

Sai phân này cho phép loại trừ các số nguyên đa trị Như đã nói ở trên, số vệ tinh GPS xuất hiện trên bầu trời thường nhiều hơn 4, có khi lên đến trên 10 vệ tinh Bằng cách tổ hợp theo từng cặp vệ tinh ta sẽ có nhiều trị đo Không những thế trong khi đo GPS tương đối được quan sát trong một thời gian khá dài, thường từ nửa giờ đến vài

ba giờ Do đó trên thực tế số lượng trị đo để xác định ra hiệu tọa độ giữa hai điểm quan

sát sẽ rất lớn và khi đó số liệu đo sẽ được xử lý theo nguyên tắc bình phương nhỏ nhất.

2.1 Phương pháp đo tĩnh (Static)

Phương pháp đo tĩnh được sử dụng để xác định vị trí tương hỗ (hiệu tọa độ) giữa hai điểm xét với độ chính xác cao, thường là nhằm đáp ứng các 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 ở điểm cần xác định tọa độ Cả hai máy phải 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 máy là 3 nhưng thường lấy là 4 để đề phòng trường hợp thu tín hiệu vệ tinh bị gián đoạn Khoảng thời gian quan sát phải kéo dài là để đủ cho đồ hình phân bố vệ tinh thay đổi

mà 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 được độ chính xác cao và ổn định cho kết quả quan sát

Hình I.8 Phương pháp đo tĩnh

Đây là phương pháp cho phép đạt được độ chính xác cao nhất trong việc định vị tương đối bằng GPS, có thể cỡ milimét ở khoảng cách giữa hai điểm xét tới hàng chục, hàng trăm kilômét Nhược điểm chủ yếu của phương pháp này là thời gian đo kéo dài nên năng suất đo không cao

2.2 Phương pháp đo động (Kinematic)

Phương pháp đo động cho phép 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 một phút Trong 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 đo tiếp sau trong suốt cả chu kỳ đo Nhờ vậy, thời gian thu tín hiệu tại điểm đo không còn là một tiếng như trong đo tĩnh mà đã giảm xuống còn một phút trong phương pháp này Với cạnh đáy đã biết, 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 còn gọi là máy cố định Ở điểm cuối cạnh đáy ta đặt máy thu thứ hai, cho tiến hành thu tín hiệu vệ tinh đồng thời với máy cố định trong một phút Việc làm này gọi là khởi đo (Initialization), máy thứ hai này được gọi là máy di động Tiếp đó cho máy di động lần

một phút và cuối cùng quay 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 tối thiểu của phương pháp đo động là cả máy cố định và máy di động phải đồng thời thu tín hiệu từ ít nhất là 4 vệ tinh chung trong suốt chu kỳ đo Vì vậy tuyến đo phải bố trí ở khu vực thoáng đãng để không xảy ra tình trạng tín hiệu đo bị gián đoạn (cycle slip) Nếu xảy ra trường hợp này thì phải tiến hành đo lại tại điểm khởi đo của 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 2 m đến 5 km và độ chính xác cỡ centimét là đủ

Phương pháp đo động cho phép đạt độ chính xác định vị tương đối không thua kém so với phương pháp đo tĩnh Song nó đòi hỏi khá ngặt nghèo về thiết bị và tổ chức

đo để đảm bảo yêu cầu về đồ hình phân bố cũng như tín hiệu vệ tinh

2.3 Phương pháp đo giả động (Pseu - Kinematic)

Phương pháp đo giả động cũng cho phép 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, tại mỗi điểm thu tín hiệu trong

10 phút

Sau khi đo hết lượt máy di động quay trở về điểm xuất phát (điểm đo đầu tiên) và

đo lặp lại tất cả các điểm theo đúng trình tự trước đó, nhưng phải đảm bảo sao cho khoảng thời gian dãn cách giữa hai lần đo tại mỗi điểm là từ một giờ đồng hồ trở lên Chính trong khoảng thời gian này đồ hình phân bố vệ tinh thay đổi đủ để xác định được số nguyên đa trị Còn hai lần đo, mỗi lần kéo dài 10 phút và dãn cách nhau một tiếng đồng hồ có tác dụng tương đương như phép đo tĩnh kéo dài trong một tiếng Yêu cầu cần thiết của phương pháp này là phải có được ít nhất là 3 vệ tinh chung cho cả hai lần đo tại mỗi điểm quan sát

Điều đáng chú ý là máy di động không nhất thiết phải thu tín hiệu từ vệ tinh liên tục trong suốt chu kỳ đo mà chỉ cần thu trong vòng 5410 phút tại 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 Về mặt thiết kế, tổ chức đo thì chỉ nên thiết kế và 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 đảm bảo số lượng vệ tinh chung cho cả hai lần đo như đã nêu trên

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

Ngoài cách hiệu chỉnh cho tọa độ, người ta còn tiến hành hiệu chỉnh cho khoảng cách từ vệ tinh đến máy thu Cách này đòi hỏi máy thu cố định có cấu tạo phức tạp và tốn kém hơn, nhưng lại cho phép người sử dụng xử lý chủ động, linh hoạt hơn

Để đảm bảo độ chính xác cần thiết, các số hiệu chỉnh cần được xác định và phát, chuyển nhanh với tần suất cao Chẳng hạn, để cho khoảng cách từ vệ tinh đến máy thu được hiệu chỉnh đạt độ chính xác cỡ 5 m, số hiệu chỉnh phải được phát chuyển với tần suất 15 giây/1 lần Cũng với lí do này phạm vi hoạt động có hiệu quả của một máy thu

cố định rất hạn chế với bán kính khoảng 5004700 km Người ta đã xây dựng các hệ thống GPS vi phân diện rộng cũng như mạng lưới GPS vi phân gồm một trạm cố định

để phục vụ nhu cầu định vị cho cả một lục địa hay đại dương với độ chính xác cỡ 10

m Phương pháp định vị GPS vi phân có thể đảm bảo độ chính xác phổ biến cỡ vài ba mét và hơn thế nữa, tới đềximét ứng với tầm hoạt động cỡ vài chục kilômét

Từ nội dung của phương pháp định vị vi phân ta có thể rút ra công thức sau:

Giả sử điểm cố định A có tọa độ XA, YA, ZA Tọa độ tính được sau khi định vị là

I.1.1.5 Các phương pháp thành lập lưới khống chế mặt bằng

1 Phương pháp tam giác đo góc

Trên mặt đất người ta chọn và chôn các mốc trắc địa tại các vị trí thích hợp, chúng tạo thành các đỉnh của tam giác và liên kết với nhau thành lưới tam giác Đặt máy ở các đỉnh của tam giác và đo tất cả các góc trong lưới Độ chính xác chiều dài và phương vị của ít nhất một cạnh ta sẽ tính được chiều dài và phương vị của các cạnh còn lại

Phương pháp này có ưu điểm là dễ đo ngắm, dễ tính toán, có nhiều trị đo thừa nên kết quả đạt độ chính xác cao Song chúng cũng có nhược điểm là việc bố trí các đỉnh của tam giác phải làm sao cho tam giác là tương đối đều Mặt khác từ một đỉnh

của tam giác phải đảm bảo thông hướng với nhiều đỉnh khác nên khó bố trí điểm

2 Phương pháp đa giác

Ở ngoài thực địa người ta bố trí các điểm nối với nhau tạo thành một hay nhiều đường gãy khúc Nếu biết tọa độ của điểm đầu, điểm cuối đường chuyền thì khi đo các góc ngoặt và các cạnh của đường chuyền ta sẽ tính được tọa độ của các điểm còn lại Tuỳ theo tình hình cụ thể của khu đo mà người ta xây dựng lưới đường chuyền theo tuyến đơn hay lưới có nhiều điểm nút, nhiều vòng khép kín hoặc lưới hỗn hợp có cả nút và vòng khép kín

đo với độ chính xác cao thì rất tốn kém và công phu

Ngày nay với sự phát triển của kỹ thuật đo dài, có các thiết bị tự ghi và xử lý các thông số do điều kiện thời tiết, do chênh cao địa hình nên phương pháp này có khả năng ứng dụng rộng rãi để thay cho phương pháp tam giác

3 Phương pháp tam giác đo cạnh độ chính xác cao

Phương pháp này mới đcược sử dụng ở một số nước do tiến bộ của kỹ thuật máy đo dài quang học và vô tuyến Một lưới tam giác được đo tất cả các cạnh thay cho đo góc gọi là lưới tam giác đo cạnh Phương pháp này có ít trị đo thừa hơn lưới tam giác đo góc nên độ chính xác đạt được cũng kém hơn

Thông thường, lưới tam giác nhỏ đo cạnh độ chính xác cao được thành lập với hình dạng đều: tam giác đều, hình vuông (hoặc hình chữ nhật), đa giác đều

4 Phương pháp tam giác đo góc - cạnh

Sự ra đời của phương pháp này là kết quả tất yếu của sự phát triển máy đo góc chính xác và máy đo dài chính xác

So với phương pháp đo góc hoặc đo cạnh thì phương pháp đo góc cạnh có độ chính xác cao hơn Đồ hình của lưới đo góc - cạnh kết hợp có thể được thiết kế linh hoạt hơn, không tuân theo những quy định thông thường của lưới đo góc hoặc đo cạnh, nhưng vẫn đảm bảo

độ chính xác theo yêu cầu

Phương pháp này có ưu điểm là số trị thừa nhiều nên độ chính xác cao và đồng đều Song nó có khối lượng đo lớn, cùng lúc xử lý hai loại trị đo nên việc tính toán, bình sai rắc rối dễ nhầm lẫn

5 Phương pháp GPS

Phương pháp GPS là phép định vị không gian sử dụng vệ tinh NAVSTAR của hệ thống định vị toàn cầu Độ chính xác của các trị số đo pha sóng mang cùng với kĩ thuật bình sai thỏa đáng, thích hợp cho nhiều mục đích khác nhau của công tác trắc địa - bản

đồ Phương pháp ứng dụng GPS để thành lập lưới khống chế trắc địa chủ yếu dùng phương pháp định vị tương đối Số lượng máy thu tối thiểu của phương pháp này là 2 chiếc Khi sử dụng 2 máy thu để xây dựng lưới, công việc tổ chức đo đạc khá dễ dàng, song tiến độ thi công lại chậm chạp và ảnh hưởng của sai số định tâm đến độ chính xác của lưới do ta phải định tâm nhiều lần trên một điểm Số lượng của máy thu được khuyến cáo nên dùng là 3 - 6 chiếc Lúc đó công việc tổ chức thi công cũng không phức tạp, tăng được tiến độ thi công và độ chính xác so với việc sử dụng số lượng máy thu tối thiểu

Quy trình đo đạc lưới khống chế thường được tiến hành theo các bước sau:

- Công tác lập lịch đo dựa trên kinh vĩ độ của khu vực đo và các tiêu chuẩn đo của người lựa chọn Tiêu chuẩn này gồm:

+ Số vệ tinh tối thiểu trong thời gian quan sát

+ Thời gian tối thiểu thu tín hiệu cho một ca đo

+ Cường độ đồ hình vệ tinh PDOP (Hệ số suy giảm độ chính xác mặt bằng) Thông thường chọn số vệ tinh tối thiểu là 5 với số vệ tinh hiện nay điều kiện này gần như lúc nào cũng có thể thỏa mãn

- Thời gian đo theo lý lịch máy từ 45’ đến 1h theo chế độ đo Static phù hợp với cạnh đo có chiều dài nhỏ hơn 10 km Song đây là điều kiện tiêu chuẩn khi các điểm đo

không bị che khuất, các tín hiệu nhiễu không ảnh hưởng đến tín hiệu đo Trên thực tế, rất khó chọn được các điểm thu tín hiệu như thế Do đó trong thực tế ta cần chọn thời gian thu tín hiệu tối thiểu như sau: từ 30-45’ cho các lưới tương đương đường chuyền cấp 1, cấp 2, từ 1h đến 1h30 cho những lưới có độ chính xác cao như lưới tam giác hạng IV, và từ 2h-2h.30 cho những lưới thi công và quan trắc biến dạng

Cường độ đồ hình vệ tinh PDOP: giá trị của PDOP càng nhỏ thì độ chính xác định

vị càng cao nhưng khoảng thời gian thỏa mãn trong ngày càng nhỏ Đây là thông số ảnh hưởng đến cả chất lượng thu tín hiệu và tiến độ thi công Thông thường chọn PDOP nhỏ hơn 4, với tình hình vệ tinh như hiện nay lựa chọn này không làm ảnh hưởng đến tiến độ tổ chức và đo đạc chính xác Song khi tiến hành đo các lưới có độ chính xác cao như lưới thi công hay lưới quan trắc biến dạng, kiến nghị lựa chọn giá trị PDOP giới hạn là 3

Ưu điểm nổi bật của phương pháp là có thể thu tín hiệu ở mọi nơi, mọi lúc, không phụ thuộc vào thời tiết và cũng không đòi hỏi sự thông hướng giữa các điểm mặt đất Thời gian thi công nhanh do có thể sử dụng nhiều máy để thi công

Đặc điểm của lưới trắc địa công trình là lưới cạnh ngắn, xây dựng ở các vùng địa hình rất khó khăn thường là các vùng rừng núi điều kiện thông hướng rất kém, chênh cao địa hình thường lớn như: công trình thủy điện, công trình đường hầm…Do đó việc áp dụng công nghệ GPS thành lập lưới khống chế mặt bằng trong trắc địa công trình là rất cần thiết

I.1.2 Cơ sở pháp lý

Luật Đất đai 2003 (có hiệu lực từ ngày 01-07-2004)

Quy phạm thành lập Bản Đồ Địa Chính tỷ lệ 1:200, 1:500; 1:1000; 1:2000;

1:5000 và 1: 10000 của Bộ Tài Nguyên và Môi trường

Tiêu chuẩn kỹ thuật đo và xử lý số liệu GPS trong trắc địa công trình của bộ xây dựng xuất bản năm 2006

Thông tư số 973/2001/TT-TCĐC hướng dẫn áp dụng hệ quy chiếu VN-2000 của Tổng cục Địa chính (nay là Bộ Tài nguyên & Môi trường) ban hành tháng 06 năm

2001

Thông tư số 02/2007/TT-BTNMT ngày 12/02/2007 của Bộ Tài nguyên và Môi trường V/v: “Hướng dẫn kiểm tra, thẩm định và nghiệm thu công trình, sản phẩm đo đạc và Bản đồ”

I.1.3 Cơ sở thực tiễn

Hệ thống định vị toàn cầu GPS hiện nay được xem là hệ thống có độ tin cậy chính xác nhất Hệ thống này đã được ứng dụng vào nhiều lĩnh vực như: thành lập bản

đồ, giao thông, thám hiểm không gian, các mục đích quân sự…

Cơ sở thực tiễn của đề tài: đề tài đáp ứng được nhu cầu của ngành nói chung và của khu vực xã Vĩnh Thanh nói riêng trong việc thành lập bản đồ địa chính, phục vụ công tác cấp giấy CNQSDĐ cho tất cả các hộ gia đình, cá nhân, các tổ chức…trong

xã

I.2 KHÁI QUÁT ĐỊA BÀN NGHIÊN CỨU

I.2.1 Điều kiện tự nhiên

1 Vị trí địa lý

Xã Vĩnh Thanh nằm ở phía tây nam huyện Nhơn Trạch, cách trung tâm Huyện

có 10 đơn vị hành chính ấp: Hòa Bình, Thanh Minh, Sơn Hà, Vĩnh Cửu, Thành Công, Thành Nghĩa, Đại Thắng, Thống Nhất, Nhất Trí, Đoàn Kết

¾ Phía bắc giáp với xã Phú Long và xã Long Tân, huyện Nhơn Trạch

¾ Phía nam giáp với xã Phước Khánh, huyện Nhơn Trạch

¾ Phía tây giáp với xã Phú Đông, huyện Nhơn Trạch

¾ Phía đông giáp với xã Phước An, huyện Nhơn Trạch

I.2.2 Thực trạng Kinh tế - Xã hội

1 Nông - Lâm - Ngư nghiệp

¾ Loại cây nông nghiệp có thế mạnh trong xã là lúa và lúa mì

¾ Chăn nuôi heo là chính, còn lại là gà vịt

¾ Về lâm nghiệp: diện tích đất lâm nghiệp là 1370,24 ha, và hiện nay vẫn chưa có định hướng phát triển

¾ Về ngư nghiệp: Diện tích đất nuôi trồng thủy sản là 82 ha

2 Dịch vụ - Du lịch - Thương mại

¾ Hiện xã có khoảng 800 lao động tham gia các hoạt động dịch vụ - du lịch - thương mại, nhưng đa số là tự phát chưa có tổ chức Giá trị làm ra đủ cung cấp theo nhu cầu

¾ Trên địa bàn xã có 3 điểm du lịch sinh thái tư nhân là: Hương Đồng, Sư Tử Vàng và Tam Giác Vàng Xã đang có định hướng phát triển trong tương lai

5 Văn hóa

¾ Xã có một bưu điện xã đặt tại ấp Thanh Minh Các hoạt động văn hóa diễn ra khá sôi nổi vào các dịp lễ tết

I.2.3 Tư liệu trắc địa bản đồ

1 Tư liệu về mạng lưới tọa độ, độ cao:

Trong khu vực đo có 06 điểm địa chính cơ sở mang số hiệu điểm như sau:

646556, 646577, 646578, 646575, 646196, 646197

Các điểm địa chính do lâu ngày không sử dụng nên đã bị mất do các biến động như đào đắp mở đường, xây dựng các công trình khác…

Theo quy định hiện nay, việc đo vẽ lập bản đồ địa chính phải được lập theo Hệ VN-2000 vì vậy với mức độ biến động của bản đồ địa chính nêu trên cần thiết phải xây dựng lưới địa chính để phát triển lưới khống chế đo vẽ KV1, KV2, sử dụng để đo vẽ

bổ sung chi tiết toàn khu đo

Do điều kiện địa hình của xã và để đảm bảo mật độ điểm đủ để phát triển các lưới khống chế cấp thấp hơn phục vụ đo vẽ chi tiết cần bố trí 44 điểm địa chính để trải đều trong khu đo

2 Điểm tọa độ Nhà nước:

Sau khi khảo sát, tìm kiếm ngoài thực địa và các vùng lân cận của khu đo đã tìm thấy 6 điểm gốc làm cơ sở Các điểm này có số hiệu:

1 646196 xã Vĩnh Thanh, huyện Nhơn Trạch Địa chính cơ sở

2 646197 xã Phước Khánh, huyện Nhơn Trạch Địa chính cơ sở

3 646556 xã Phước Khánh, huyện Nhơn Trạch Địa chính cơ sở

4 646577 xã Vĩnh Thanh, huyện Nhơn Trạch Địa chính cơ sở

5 646578 xã Phước An, huyện Nhơn Trạch Địa chính cơ sở

6 646575 xã Phú Thạnh, huyện Nhơn Trạch Địa chính cơ sở Các điểm địa chính cơ sở này được xây tường vây bảo vệ, còn ổn định ngoài thực địa, được tính toán bình sai theo hệ tọa độ VN2000 Các số liệu tọa độ, độ cao và ghi chú điểm sẽ được cung cấp tại Văn phòng Đăng ký Quyền sử dụng đất tỉnh Đồng Nai

6 điểm này đủ điều kiện làm điểm khởi tính để xây dựng các điểm tọa độ địa chính, từ

đó phát triển đo vẽ lưới KV1, KV2, đường chuyền toàn đạc để phục vụ công tác đo

vẽ chi tiết

3 Tư liệu về bản đồ địa chính:

Xã Vĩnh Thanh - huyện Nhơn Trạch - tỉnh Đồng trên 33 tờ bản đồ địa chính tỉ lệ 1/2000 (tờ số: 01, 02 33) và 01 tờ bản đồ địa chính tỷ lệ 1/5000 (tờ số: 34)

Bộ bản đồ địa chính xã Vĩnh Thanh - huyện Nhơn Trạch - tỉnh Đồng do Trung tâm Kỹ thuật Địa chính - Nhà đất Đồng Nai đo vẽ tháng 07 năm 1995 bằng phương pháp toàn đạc kết hợp công nghệ số Hiện nay đo vẽ lại nhằm mục đích phục vụ trực tiếp việc đăng ký đất đai, cấp đổi, cấp bổ sung giấy chứng nhận quyền sử dụng đất cho các hộ gia đình, cá nhân và tổ chức đang sử dụng đất trên địa bàn xã, đồng thời là tài liệu phục vụ công tác lập quy hoạch và quản lý sử dụng đất của địa phương

I.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU THIẾT BỊ SỬ DỤNG VÀ QUY TRÌNH THỰC HIỆN

I.3.1 Nội dung nghiên cứu

9 Nghiên cứu phương pháp định vị toàn cầu theo phương pháp đo tĩnh

9 Tiến hành định vị, đo các điểm lưới địa chính trên thực địa (thu tín hiệu các vệ tinh GPS)

9 Xử lý số liệu bằng phần mềm GPSurvey 2.35, bình sai tính toán đánh giá độ chính xác tọa độ và độ cao của lưới địa chính

9 Kiểm tra, nghiệm thu và đánh giá chất lượng công trình

I.3.2 Phương pháp nghiên cứu

1 Phương pháp nghiên cứu tài liệu

Nghiên cứu tài liệu là việc thu thập các tài liệu có liên quan đến địa bàn nghiên cứu để từ đó tìm hiểu các vấn đề có liên quan đến các công việc sắp tới như: tổng diện tích khu đo, số lượng điểm khống chế, giao thông, thủy hệ

2 Phương pháp khảo sát thực địa

Khảo sát thực địa là việc trực tiếp đi ra thực địa để xem xét một cách tổng quát khu vực nghiên cứu để từ đó đưa ra những quyết định hợp lý hơn cho các công việc sau này như việc lựa chọn vị trí đặt điểm khống chế, thiết kế ca đo

3 Phương pháp bản đồ

Bản đồ là một phương tiện rất quan trọng, dựa vào nó người ta có thể biết được tình hình phân bố giao thông, thủy hệ, ranh giới hành chính để từ đó đưa ra quyết định lựa chọn vị trí điểm, sơ đồ lưới, thiết kế ca đo sao cho vừa đủ mật độ vừa thuận tiện trong quá trình di chuyển giữa các ca đo

4 Phương pháp chuyên gia

Hệ thống định vị toàn cầu được đưa vào Việt Nam từ năm 1990 nhưng đến nay

số người sử dụng công nghệ này chưa nhiều vả lại khi xử lý số liệu đo rất phức tạp do trong quá trình thu tín hiệu vệ tinh có rất nhiều nguyên nhân làm ảnh hưởng đến kết quả đo chính vì thế đối với những người chưa có kinh nghiệm khi xử lý phải thường xuyên tham khảo ý kiến của các chuyên gia trong lĩnh vực này khi có sự cố xảy ra

5 Phương pháp đo GPS tĩnh

Đây là một trong những phương pháp đo GPS tương đối, là một trong những phương pháp đo GPS có độ chính xác cao nhất Nguyên lý của phương pháp này là: sử dụng từ 2 máy thu GPS trở lên, một máy đặt tại điểm đã biết tọa độ, các máy còn lại đặt tại điểm cần xác định tọa độ và đồng thời thu tín hiệu từ ít nhất 4 vệ tinh trong một khoảng thời gian đủ dài tùy theo chiều dài của cạnh đo

6 Phương pháp ứng dụng phần mềm tin học

Để xử lý số liệu đo GPS người ta có thể sử dụng các phần mềm đi kèm theo máy của từng hãng sản suất nhưng phần mềm được sử dụng và có độ tin cậy cao đó là phần mềm GPSuvey 2.35 của hãng Trimble Ưu điểm của phần mềm này là có thể xử lý được số liệu đo của tất cả các loại máy của các hãng khác nhau chỉ cần chuyển số liệu

đo về dạng chuẩn Rinex

¾ CPU: bộ xử lý Intel Pentium 4, tốc độ 3.2

¾ Ram: 512 Mb, dung lượng ổ cứng 80 Gb

Chuyển thiết kế ra thực địa, chọn điểm

chôn mốc Lập lịch đo

Tiến hành đo đạc GPS ở ngoài thực địa

Trút số liệu từ máy thu sang máy vi tính

Xử lý, số liệu đo và tiến hành bình sai

bằng GPSurvey 2.35 Kiểm tra nghiệm thu, giao nộp sản phẩm

Khảo sát và tìm hiểu về địa bàn nghiên

- Ứng dụng phần mềm GPSurvey 2.35 trong xử lý tính toán số liệu đo GPS

- Sử dụng Module VN2000 biên tập thành quả bình sai GPS

- Hệ điều hành Windows XP SP2

I.3.4 Qui trình thực hiện

Quy trình thành lập mạng lưới Địa chính phục vụ đo vẽ bản đồ Địa chính khu vực

xã Vĩnh Thanh - huyện Nhơn Trạch - tỉnh Đồng Nai bằng công nghệ định vị GPS được minh họa qua sơ đồ sau đây:

Hình I.9 Sơ đồ quy trình thành lập mạng lưới địa chính

PHẦN II: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

II.1 Khảo sát và tìm hiểu địa bàn nghiên cứu

Trước khi tiến hành đo GPS ở một khu vực nào thì việc đầu tiên cần làm là tiến hành khảo sát khu vực đó đồng thời thu thập các tài liệu bản đồ để có thể nắm rõ tình trạng giao thông, thủy hệ, thực phủ và đặc biệt là tình trạng phân bố điểm khống chế các cấp trong khu vực để từ đó làm cơ sở cho việc thiết kế các ca đo sao cho phù hợp

và có hiệu quả, phương án di chuyển giữa các ca đo và lượng điểm khống chế cần thiết

cho khu vực

Xã Vĩnh Thanh - huyện Nhơn Trạch - tỉnh Đồng Nai với tổng diện tích là 3301,29 ha Các hộ gia đình cá nhân, các khu dân cư được phân lô rõ ràng nên rất thuận tiện cho việc thiết kế điểm khống chế và thu thập tín hiệu của các vệ tinh

II.2 Thiết kế lưới khống chế địa chính trên BĐĐC, chọn điểm, chôn mốc

Lưới địa chính xã Vĩnh Thanh - huyện Nhơn Trạch - tỉnh Đồng Nai được bố trí

dưới dạng đồ hình lưới tam giác, tạo thành các cặp điểm thông hướng với nhau

1 Đánh số hiệu điểm: điểm địa chính được đánh liên tục theo tên khu đo từ 01 đến

hết Ở đây tên xã VT ( viết tắt Vĩnh Thanh), số thứ tự của các điểm lưới được đánh từ (01, 02,…44)

- Ví dụ: VT-09

- Tổng số điểm địa chính được thiết kế: 44 điểm

- Điểm khởi tính của lưới địa chính là các điểm đường chuyền cấp Nhà nước và các điểm địa chính cơ sở trở lên (ở địa bàn nghiên cứu có 6 điểm gốc làm cơ sở khởi đo)

2 Thiết kế lưới Địa chính, chọn điểm, chôn mốc

Căn cứ vào bản Thiết kế kỹ thuật - dự toán kinh phí của Trung tâm Kỹ thuật - Nhà đất,

sở Tài Nguyên và Môi Trường Đồng Nai thì việc thi công lưới địa chính được đo theo phương pháp đo tĩnh

Các điểm địa chính trong mạng lưới được chọn là nơi thông thoáng có góc nhìn lên bầu trời bằng 750

- Lưới phải được đo nối ít nhất với 3 điểm tọa độ Nhà nước cấp cao hơn

Những yêu cầu khi thành lập lưới địa chính:

Khi thành lập lưới địa chính, cần tuân thủ các quy định và yêu cầu kỹ thuật, theo quyết định số: 08/2008/QĐ-BTNMT Ban hành Quy phạm thành lập bản đồ địa chính tỷ lệ 1:200, 1:500, 1:1000, 1:2000, 1:5000 và 1:10000; cụ thể:

a Qui định chung

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

cơ sở phát triển lưới khống chế đo vẽ

Dù thành lập lưới địa chính bằng phương pháp nào cũng phải đảm bảo độ chính xác sau bình sai theo quy định sau:

STT Các chỉ tiêu kỹ thuật Độ chính xác không quá

3 Sai số trung phương tuyệt đối cạnh dưới 400 m 0,012 m

5 Sai số trung phương phương vị cạnh dưới 400 m 10’’

Lưới địa chính phải được đo nối với ít nhất 2 điểm toạ độ Nhà nước có độ chính

xác từ điểm địa chính cơ sở hoặc từ điểm hạng IV Nhà nước trở lên

Trước khi thiết kế lưới phải tiến hành khảo sát thực địa để chọn phương pháp xây

dựng lưới phù hợp và phải lưu ý sao cho thuận tiện cho phát triển lưới khống chế đo

vẽ

Khi xây dựng lưới bằng công nghệ GPS thì phải đảm bảo có các cặp điểm thông

hướng Vị trí chọn điểm phải quang đãng ,thông thoáng, cách trạm phát sóng ít nhất

500m Tầm quan sát vệ tinh thông thoáng trong phạm vi góc thiên đỉnh phải lớn hơn

hoặc bằng 750 Trong trường hợp đặc biệt khó khăn cũng không được nhỏ hơn 550 và

chỉ được khuất về một phía Các thông tin trên phải ghi rõ vào ghi chú điểm để lựa

chọn khoảng thời gian đo cho thích hợp

Trong phạm vi cách lưới địa chính mới thiết kế 400 m có điểm từ hạng IV trở lên

và dưới 150 m có các điểm giải tích cấp I, II, đường chuyền cấp I, II, địa chính cấp I,

II cũ phải đưa các điểm này vào lưới mới thiết kế

Mốc địa chính được chọn, chôn ở khu vực ổn định, đảm bảo tồn tại lâu dài, và đều

phải có tường vây để bảo vệ mốc

b Qui định khi thành lập lưới bằng công nghệ GPS

Lưới địa chính đo bằng công nghệ GPS theo đồ hình lưới tam giác dày đặc, đồ hình

chuỗi tam giác, chuỗi tứ giác được đo nối với ít nhất 3 điểm hạng cao hoặc các cặp

điểm thông hướng được đo nối (tiếp điểm) với ít nhất 2 điểm hạng cao; khoảng cách

giữa các điểm hạng cao không quá 10 km Trong trường hợp đặc biệt lưới địa chính

được phép đo nối với 2 điểm hạng cao nhưng phải nêu rõ trong bản Thiết kế kỹ thuật -

dự toán kinh phí

Trước khi tiến hành đo, các máy đo, thiết bị đo phải được kiểm tra, kiểm nghiệm

đầy đủ các nội dung sau:

¾ Kiểm tra sự hoạt động của các phím chức năng bao gồm cả phím cứng và phím

mềm Tất cả các phím này đều phải hoạt động bình thường

¾ Kiểm tra sự ổn định của quá trình thu tín hiệu thông qua việc đo thử (không

dưới 60 phút)

¾ Kiểm tra việc truyền dữ liệu từ máy thu sang máy tính

¾ Vị trí đặt máy để kiểm tra phải là nơi quang đãng; khi đo thời tiết tốt, đảm bảo

cho việc thu tín hiệu vệ tinh là tốt nhất

Đối với các máy đo mới phải tiến hành đo thử nghiệm Các dung cụ khí tượng

như áp kế, nhiệt kế và ẩm kế phải được kiểm định mỗi năm một lần

Trước khi đo phải tiến hành lập lịch cho khu đo với thời gian đo ngắm đồng thời tối thiểu trên một điểm trạm đo; đối với máy GPS một tần số quy định như sau:

¾ Thời gian đo ngắm đồng thời tối thiểu: 60 phút

¾ Số vệ tinh khỏe liên tục tối thiểu: 4 vệ tinh

¾ PDOP chọn khi đo lớn nhất không quá: 4,0

¾ Ngưỡng góc cao vệ tinh lớn hơn: 150

Tại mỗi điểm trạm đo phải thực hiện các thao tác sau:

¾ Dọi tâm và cân bằng máy chính xác, sai số dọi tâm không quá 2 mm

¾ Đo chiều cao ăng ten 2 lần vào khoảng đầu và cuối ca đo với độ chính xác đến

Sử dụng các phần mềm được Bộ Tài nguyên và Môi trường cho phép sử dụng để

xử lý cạnh và bình sai lưới Khi tính khái lược phải đảm bảo các chỉ tiêu sau:

9 Lời giải được chấp nhận: Fixed

9 Rms: <0,02+0.004*Skm

9 Reference Variance: < 30,0

Chỉ tiêu Ratio chi xem xét đến khi lời giải là Fixed

Chỉ tiêu RDOP chỉ được xem xét đến khi các chỉ tiêu khác không đạt được để quyết định xử lý lại hay đo lại

Được phép thay đổi giá trị mặc định của tham số lọc (edit multiplier) nhưng không được phép nhỏ hơn 2,5

Được phép cắt bỏ các tín hiệu vệ tinh thu được ở các vị trí thấp so với đường chân trời (elevation cut off) nhưng không được phép vượt quá 300

Số lần lặp trong quá trình tính toán không được phép vượt quá 10 lần

Được phép đặt lại khoảng thời gian bắt đầu hoặc kết thúc quá trình đưa số liệu vào tính toán nhưng không được phép vượt quá 30% tổng thời gian quan trắc

Sau bình sai phải đánh giá sai số trung phương vị trí điểm, sai số trung phương tương đối đo cạnh, sai số trung phương đơn vị trọng số

Sau khi hoàn thành phải giao nộp các tài liệu sau:

¾ Sơ đồ lưới toạ độ địa chính đã thi công trên nền bản đồ địa hình

¾ Tài liệu kiểm nghiệm máy và dụng cụ đo

¾ Sổ đo và đĩa CD ghi kết quả đo

¾ Ghi chú điểm và biên bản bàn giao mốc, biên bản thỏa thuận vị trí chôn mốc

¾ Tài liệu tính toán bình sai, đĩa CD ghi tệp tin số liệu và kết quả bình sai

¾ Bảng thống kê tọa độ của các điểm

¾ Biên bản kiểm tra, nghiệm thu và đánh giá chất lượng sản phẩm từng phần (nếu có)

¾ Hồ sơ nghiệm thu công trình

c Bố trí ca đo trong mạng lưới Địa chính

Số lượng ca đo tối thiểu trong mạng lưới có s điểm đo và sử dụng r máy thu sẽ được tính theo công thức sau:

q r

q s n

−

−

= (1) Với q là số lần trung bình đặt máy tại mỗi điểm đo, và q ≥ 1 ; r ≥ q Trong trường hợp

n là số thập phân thì phải làm tròn thành số nguyên lớn hơn gần kề

Một quan điểm khác: để tính số lượng ca đo trong một mạng lưới có liên quan đến chỉ số đặt máy lặp lại tại điểm đo Nếu ký hiệu m là số lần đặt máy lập lại tại các điểm đo thì số lượng ca đo tối thiểu trong lưới sẽ là:

r

s m

n = . (2) Trong đó, n cũng cần làm tròn thành số nguyên gần kề

Căn cứ vào số lượng máy thu (4 máy), số nhân lực (4 người) và thời gian cho phép trong bản thiết kế kỹ thuật, mạng lưới địa chính gồm 44 điểm đo bằng công nghệ GPS của xã Vĩnh Thanh - huyện Nhơn Trạch - tỉnh Đồng Nai được thiết kế dưới dạng liên kết lưới kết hợp với liên kết cạnh và được đo nối với 06 điểm gốc làm tọa độ cơ sở

có số hiệu và tọa độ như sau:

Tọa độ Độ cao STT Số hiệu điểm

II.3 Lập lịch đo

Trong Trắc địa việc lựa chọn thời điểm đo thích hợp là rất quan trọng, nó không những làm đơn giản hóa quá trình đo mà còn tăng độ chính xác cho kết quả đo Đối với đo đạc bằng công nghệ GPS cũng vậy trước khi đo người ta phải tiến hành lập lịch

đo để xác định thời điểm đo thích hợp cho các ca đo Việc lập lịch được tiến hành trên modul Plan/Quick Plan của phần mềm GPSurvey 2.35 của hãng Trimble

Hình II.1 Menu vào lập lịch đo

- Vào Plan/Quick Plan khi đó xuất Select Date:

Hình II.2 Đặt thời gian lập lịch

Khai báo ngày lập lịch rồi nhấn “OK” khi đó xuất hiện Edit Point:

Hình II.3 Thông báo vị trí quan sát

Name: tên khu vực

Latitude: độ vĩ

Longitude: độ kinh

Đối với một số thành phố lớn trên thế giới, ta có thể nhập thông tin điểm quan sát qua phím mềm Cities Ở đây người ta đã nhập sẵn thông tin về vị trí cho một số thành phố lớn trên thế giới

Các điều kiện lập lịch được đặt nhờ chức năng OPTION / AUTO TIME (hình II.4) trong đó có các khả năng thay đổi các giá trị như:

Number Sats >= (Số vệ tinh không ít hơn )

PDOP < (PDOP nhỏ hơn )

Minimum Observation Time: (thời gian quan trắc tối thiểu : )

Kết quả của công việc lập lịch cho ta thông báo về những khoảng thời gian trong ngày có thể đo được Thông báo này cho trong LIST TIMES thuộc OPTION (hình II.4)

Trong modul Plan vào Options/ Auto time để khai báo các thông số cần thiết của

ca đo (Số vệ tinh tối thiểu cần quan sát, khoảng thời gian làm việc trong một ngày, PDOP lớn nhất cho phép quan sát, khoảng thời gian tối thiểu của ca đo

Hình II.4 Đặt các điều kiện lập lịch đo

Vào Options/ List time để xem xem lịch đo Vào Graphs/Number SVs and PDOP

để xem biểu đồ phân bố vệ tinh và PDOP

Hình II.5 Biểu đồ phân bố vệ tinh và PDOP

Ta cũng có thể sử dụng bản đồ thế giới để nhập thông tin điểm, bằng cách click chuột vào vùng đo trên bản đồ sẽ cho ta độ vĩ, độ kinh

Hình II.6 Chọn vị trí đo trên bản đồ thế giới

Các thông tin ngày tháng, vị trí điểm quan sát đã nhập sẽ được thông báo trong hộp thông báo chung (Status Box) với các nội dung:

9 Điểm (Point)

9 Độ vĩ, độ kinh (Lat, Lon)

9 Ngày, tháng (Date)

9 Ngưỡng độ cao (Threshold Elevation)

9 Số vệ tinh có thể quan sát (Svable to Strack)

9 Vị trí phân bố vệ tinh (Almanac)

9 Múi giờ (Time zone)

9 Khoảng thời gian thông báo (Sampling Rate)

Hình II.7 Thông báo các thông tin chung Trên menu chính của chương trình PLAN /QUICK PLAN có các chức năng sau:

Hình II.8 Menu chính của chương trình PLAN /QUICK PLAN

1 File: Được sử dụng để in biểu đồ, danh sách thời gian đo tối ưu, bảng thông báo tình hình vệ tinh và thoát khỏi chương trình (exit), cụ thể là:

- Print Graph: In biểu đồ

- Print Auto Time : In các khoảng thời gian đo tối ưu

- Print Report : In báo cáo tình hình vệ tinh

2 Session: Được dùng để tạo và biên tập (thay đổi) điểm trong SESSION bao gồm:

- New session : tạo Session mới và tạo điểm mới trong Session

- Edit Session : biên tập lại Session đã có và tạo thêm điểm mới trong Session

- Edit Point : Biên tập lại điểm đã có

3 Graphs : Được sử dụng để biểu diễn số liệu vệ tinh ở dạng biểu đồ theo thời gian bao gồm :

- Number of SVs and PDOP: cho hiện biểu đồ số vệ tinh và PDOP

- Elevation: Cho biểu đồ độ cao vệ tinh

- azimuth: Cho biểu đồ phương vị vệ tinh

- Number of Satellites: Cho biểu đồ số lượng vệ tinh

- PDOP : Cho biểu đồ PDOP

- Skyplot : Vẽ quang cảnh bầu trời theo hệ toạ độ chân trời tại điểm quan trắc

- Status : Thông báo chung

4 View: Được dùng để thay đổi kích cỡ (phóng to, thu nhỏ, trượt ) Nó chỉ hoạt động khi ít nhất đã mở 1 cửa sổ đồ hoạ

5 Options: Được sử dụng để chọn các dạng thông báo vệ tinh, độ cao che chắn chung

động tính toán và cho ta thông báo các khoảng thời gian quan sát tối ưu, thoả mãn các yêu cầu đã đặt trước

6 Help: Được dùng để cho các thông báo hướng dẫn sử dụng chương trình

Khi lập lịch đo GPS tuỳ thuộc vào mức độ che chắn bầu trời có thể sử dụng công

cụ mô tả che chắn hoặc không cần sử dụng

File: Được dùng để in bản đồ, danh sách thời gian đo tối ưu, bảng thông báo tình hình đồng hồ vệ tinh

Print Graph: in bản đồ

Print Report: in báo cáo tình hình vệ tinh đang hoạt động

Session: được dùng để tạo và biên tập điểm

Graphs: được sử dụng biểu diễn số lượng vệ tinh ở dạng biểu đồ theo thời gian

II.4 Tiến hành đo đạc ở ngoài thực địa

Máy GPS dùng để thu tín hiệu vệ tinh là máy Ashtech 1 tần ( L1), phương pháp

đo là phương pháp đo GPS tĩnh

Trình tự và thao tác cài đặt máy lúc bắt đầu đo như sau:

Bước 1 : Lắp đế máy, bộ nối lên chân máy và định tâm

Bước 2 : Lắp Anten lên giá đỡ, gắn dây nối vào Anten và máy

Bước 3 : Cài đặt cho máy:

Ở phạm vi nghiên cứu của đề tài ta chọn Static và nhấn Enter di chuyển vệt đen

tới mục Save và nhấn Enter

¾ Point Attribute : Mô tả đặc tính của điểm

- Site ID : Số hiệu điểm

Để nhập số hiệu điểm ta di chuyển vệt đen tới ô Site ID và nhấn Enter, lúc này xuất hiện bảng chữ và số cho phép ta chọn lựa để đặt tên điểm nhập xong di chuyển vệt đen tới nút OK để chấp nhận (có phím chức năng: Shift “ đổi chữ hoa thành chữ thường và ngược lại”, Back “ xoá từng ký tự ”, Clear “ xoá toàn bộ các ký tự đã nhập

”)

¾ Site Description : Mô tả điểm

Để mô tả điểm ta di chuyển vệt đen tới ô Site Description và nhấn Enter, lúc này xuất hiện các phím chức năng

- Save : lưu - New : Đặt tên mới

- Edit: Sửa lại - Delete: Xóa

Chọn New xuất hiện bảng chữ và số cho phép ta chọn lựa để đặt tên điểm nhập xong di chuyển vệt đen tới nút OK để chấp nhận (có phím chức năng : Shift “ đổi chữ hoa thành chữ thường và ngược lại”, Back “ xoá từng ký tự ”, Clear “ xoá toàn bộ các

ký tự đã nhập ”)

Recording intervo: Thời gian lưu

Để nhập thời gian lưu điểm ta di chuyển vệt đen tới ô trắng và nhấn Enter xuất hiện bảng chọn lựa thời gian đo Thường thì ta chọn là 10 seconds Chọn xong ta di

¾ Antenna : Anten

¾ Height type : Chọn loại Anten bằng cách di chuyển vệt đen tới hàng height type

và nhấn Enter xuất hiện :

+ Slant: Loại Anten Slant

+ Vertical: Loại Anten Vertical

- Ở đây ta Chọn loại Slant

¾ Antenna height : Chiều cao Anten

Để nhập chiều cao Anten ta di chuyển đen tới tới hàng Antenna height và nhấn Enter Và dùng phím mũi tên sang trái hai hoặc sang phải để chọn cột cần nhập, dùng phím mũi tên lên xuống để chọn số cần nhập

Sau khi nhập chiều cao xong di chuyển vệt đen xuống mục save và nhấn

Tên file máy sẽ tự động đặt, khi truyền dữ liệu qua máy ta có thể xoá các file này để trống bộ nhớ, để xóa ta có thể chọn xóa Delete (xoá từng file khi đã chọn chọn) Nếu chưa truyền qua máy tính kịp thì ta phải xem mục free “xem bộ nhớ còn trống bao nhiêu”

Lưu ý: Chỉ được xóa file khi đã truyền qua máy vi tính

¾ File Manager : Quản lý dữ liệu :

¾ Units : Đơn vị

Int Feet : feet của Quốc Tế

US Feet : feet của Mỹ

Meters: Mét

Chọn đơn vị là mét (m) xong ta di chuyển vệt đen xuống mục Save và nhấn Enter

¾ Receiver ID : Đặt ký hiệu cho máy đo

Di chuyển vệt đen đến hàng Receiver ID và nhấn Enter xuất hiện bảng chữ và số cho phép ta chọn lựa để đặt tên điểm nhập xong di chuyển vệt đen tới nút OK để chấp nhận (có phím chức năng : Shift “ đổi chữ hoa thành chữ thường và ngược lại”, Back “ xoá từng ký tự ”, Clear “ xoá toàn bộ các ký tự đã nhập ”)

¾ Contrast : Độ sáng tối của màn hình

Dùng Phím mũi tên sang trái hai hoặc sang phải để tăng hoặc giảm độ sáng tối của màn hình

Bước 4 : Tiến hành đo

Sau khi cài đặt cho máy xong ta nhấn phím ESC để trở về màn hình

- Setup: Cài đặt

- Collect Data: lưu dữ liệu (đo lưu)

Chọn mục Collect Data và nhấn Enter Lúc này máy xuất hiện màn hình đo

Hình II.10 Giao diện màn hình lúc bắt đầu thu tín hiện vệ tinh

¾ Site ID : tên điểm đang đặt máy

¾ Obs Timer : Khả năng xử lý trong khoảng thời gian đo hiện thời

¾ Elapsed :Thời gian đo

¾ # Sats : Số vệ tinh thu được

¾ PDOD : Hệ số làm giảm độ chính xác vị trí điểm

¾ Phần trăm dung lượng pin và % dung lượng bộ nhớ

II.5 Trút số liệu từ máy thu sang máy tính

Sau quá trình đo ở ngoài thực địa là bước trút số liệu vào máy vi tính để xử lý nội nghiệp xem kết quả đo có đạt không từ đó đưa ra phương án cho ngày đo hay ca đo tiếp theo Trình các bước trút số liệu:

9 Gắn dây cáp của máy thu GPS vào máy tính

9 Sau đó khởi động máy thu GPS

9 Vào start / Programs/ Ashtech Solutions 2.70/ Download sẽ ra cửa sổ:

Hình II.11 Giao diện load dữ liệu vào máy tính

- Tiếp theo chọn File/ Connect/ Receiver/ Connect via Cable