ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GPS THÀNH LẬP LƯỚI ĐỊA CHÍNH PHỤC VỤ CHO CÔNG TÁC ĐO ĐẠC CHI TIẾT KHU C THẠNH HÒA LỢI XÃ THẠNH LỢI HUYỆN BẾN LỨC TỈNH LONG AN

Vậy là 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 thêm được số hiệu chỉnh cho đồng hồ thạ

ĐỊA CHÍNH PHỤC VỤ CHO CƠNG TÁC ĐO ĐẠC

CHI TIẾT KHU C - THẠNH HỊA LỢI XÃ THẠNH

LỢI HUYỆN BẾN LỨC TỈNH LONG AN BÁO CÁO TỐT NGHIỆP

KHOA QUẢN LÝ ĐẤT ĐAI & BẤT ĐỘNG SẢN

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ ĐỊA CHÍNH

LÝ MINH SANG

ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GPS THÀNH LẬP LƯỚI ĐỊA CHÍNH PHỤC VỤ CHO CÔNG TÁC ĐO ĐẠC CHI TIẾT KHU C - THẠNH HÒA LỢI XÃ THẠNH LỢI

Lý Minh Sang

Tp Hồ Chí Minh tháng 7 năm 2009

Vì đề tài được thực hiện trong thời gian ngắn nên không tránh khỏi những thiếu sót Do đó tôi rất mong sự thông cảm và ý kiến đóng góp của quý thầy cô, quý cơ quan và các bạn để đề tài tôi được hoàn thiện hơn

- Tập thể cán bộ nhân viên tổ đo đạc số 2 Đặc biệt, anh Nguyễn Khắc Dự là người trực tiếp hỗ trợ chỉ bảo tôi rất nhiều trong việc thực tập cũng như việc thu thập các thông tin, các tài liệu phục vụ cho đề tài

- Trung tâm kỹ thuật Tài Nguyên và Môi Trường tỉnh Long An

- Sở Tài Nguyên và Môi Trường tỉnh Long An

- Thầy Thái Văn Hòa – Bộ môn công nghệ địa chính khoa quản

lý đất đai và thị trường bất động sản trường Đại học Nông Lâm đã tận tình hướng dẫn tôi trong suốt thời gian thực hiện đề tài, đồng thời cung cấp cho tôi rất nhiều kiến thức chuyên môn về lĩnh vực GPS để tôi hoàn thành tốt đề tài tốt nghiệp này

Đặc biệt, tôi xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới:

Cám ơn toàn thể các bạn sinh viên lớp DH05DC đã luôn nhiệt tình chia sẻ những thông tin và tài liệu quan trọng có liên quan đến đề tài Các bạn là nguồn động viên to lớn của tôi

Xin chân thành biết ơn quý thầy cô giáo khoa quản lý đất đai và thị trường bất động sản, quý thầy cô giáo thỉnh giảng từ các trường khác đã truyền đạt cho tôi rất nhiều kiến thức cơ bản trong lĩnh vực địa chính và những bài học bổ ích để tôi có được hành trang vững bước vào cuộc sống

LỜI CẢM ƠN

# "

Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu trường Đại học Nông Lâm – Ban chủ nhiệm khoa quản lý đất đai và thị trường bất động sản, cùng các thầy cô bộ môn trong khoa đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi được học tập tại khoa

Đề tài:” ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GPS THÀNH LẬP LƯỚI ĐỊA CHÍNH PHỤC VỤ CHO CÔNG TÁC ĐO ĐẠC CHI TIẾT KHU C - THẠNH HÒA LỢI

XÃ THẠNH LỢI HUYỆN BẾN LỨC TỈNH LONG AN”

Giáo viên hướng dẫn: KS.Thái Văn Hoà, 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:

1 Ứng dụng Hệ thống định vị toàn cầu xây dựng lưới khống chế tọa độ, nhằm phục vụ

đo vẽ chi tiết bản đồ địa chính khu C - Thạnh Hòa Lợi xã Thạnh Lợi huyện Bến Lức tỉnh Long An

2 Tìm hiểu cấu trúc, nguyên lý hoạt động và kỹ thuật định vị của hệ thống định vị toàn cầu

- Đo đạc GPS ngoài thực địa

- Xử lý số liệu đo bằng phần mềm GPSurvey 2.35 Bình sai tính toán và đánh giá

độ chính xác tọa độ và độ cao lưới khống chế

+ Tính toán giải cạnh bằng chương trình Wave

+ Bình sai lưới GPS về hệ quy chiếu tọa độ và độ cao VN-2000

- Kiểm tra nghiệm thu sản phẩm

- Giao nộp sản phẩm

ĐẶT VẤN ĐỀ 1

PHẦN I TỔNG QUAN 2

I.1 Cơ sở lý luận của vấn đề nghiên cứu 2

I.1.1 Cơ sở khoa học 2

I.1.2 Cơ sở pháp lý 18

I.1.3 Cơ sở thực tiễn 18

I.2 Khái quát địa bàn nghiên cứu 19

I.2.1 Điều kiện tự nhiên 19

I.2.2 Tình hình quản lý và sử dụng đất 21

I.2.3 Đặc điểm kinh tế xã hội 21

I.3 Nội dung, phương pháp nghiên cứu và quy trình thực hiện 22

I.3.1 Nội dung nghiên cứu 22

I.3.2 Phương pháp nghiên cứu 22

I.3.3 Quy trình thực hiện 23

I.4 Nguồn tư liệu trắc địa, bản đồ phục vụ nghiên cứu 24

I.4.1 Tư liệu tọa độ, độ cao trong khu đo 24

I.4.2 Tư liệu bản đồ 24

PHẤN II KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 25

II.1 Thiết kế kỹ thuật 25

II.1.1 Thiết kế lưới cho khu đo 25

II.1.2 Lập kế hoạch đo 25

II.2 Công tác chuẩn bị 27

II.3 Đo đạc ngoài thực địa 27

II.4 Công tác nội nghiệp 28

II.4.1 Giới thiệu tổng quan về phần mềm GPSurvey 2.35 28

II.4.2 Quy trình công nghệ sử dụng phần mềm GPSurvey 2.35 29

II.4.2.1 Lập lịch đo 30

II.4.2.2 Xử lý cạnh 32

II.4.2.3 Bình sai lưới GPS 39

II.5 Nghiệm thu và giao nộp thành quả 51

II.6 Đánh giá quy trình công nghệ GPS .52

KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ 53

ĐẶT VẤN ĐỀ

Công nghệ định vị vệ tinh toàn cầu ra đời và được đưa vào ứng dụng dân sự đã

mở ra một kỷ nguyên mới cho Trắc địa và Bản đồ, nó đồng thời tạo ra những thành tựu căn bản hỗ trợ và thúc đẩy các tiến bộ khoa học, nhất là trong lĩnh vực các Khoa học

về Trái đất

Năm 1990, khi công nghệ định vị toàn cầu GPS được các nhà khoa học các nước đang phát triển nghiên cứu thử nghiệm để đưa vào kênh thương mại, thì GS.TS khoa học Đặng Hùng Võ đã dự báo được tính ưu việt và đề xuất công trình ứng dụng công nghệ này vào ngành đo đạc bản đồ Việt Nam

Trong hoàn cảnh khó khăn về ngân sách nhà nước, nhóm cán bộ khoa học Cục đo đạc và bản đồ Nhà Nước đã quyết tâm nghiên cứu công nghệ GPS bằng nội lực, không

có bất kỳ sự trợ giúp kỹ thuật nào của chuyên gia nước ngoài Qua nghiên cứu và thử nghiệm, công nghệ GPS có ưu điểm là tự động hoá cao trong đo đạc và xử lý kết quả đo; người đo độc lập với số liệu nên không xảy ra nhầm lẫn, độ chính xác cao gấp 2 - 3 lần công nghệ truyền thống Công nghệ GPS có thể đo đạc khoảng cách vài nghìn km trong khi công nghệ truyền thống chỉ đo được tối đa 30km

Quá trình đo đạc không bị ảnh hưởng bởi thời tiết, kinh phí xây dựng lưới trạm giảm 2 - 3 lần tạo điều kiện đáp ứng nhanh, đầy đủ, chính xác thông tin phục vụ các yêu cầu cấp thiết của các ngành kinh tế, xã hội, quốc phòng, an ninh Giá thành đo bằng công nghệ GPS cũng giảm 2 - 3 lần so với công nghệ truyền thống 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

Được sự cho phép của Khoa Quản lý Đất đai & Thị trường Bất động sản trường Đại học Nông Lâm Tp Hồ Chí Minh cùng với sự giúp đỡ tạo điều kiện cơ sở vật chất, trang thiết bị của Trung tâm Kỹ thuật Tài Nguyên và Môi Trường tỉnh Long An, dưới

sự hướng dẫn của thầy Thái Văn Hòa, tôi xin thực hiện đề tài “Ứng dụng công nghệ GPS thành lập lưới địa chính phục vụ cho công tác đo đạc chi tiết khu C - Thạnh Hòa Lợi xã Thạnh Lợi huyện Bến Lức tỉnh Long An”

Mục tiêu nghiên cứu: Ứng dụng công nghệ GPS xây dựng lưới khống chế tọa

độ.Đồng thời kết hợp phần mềm GPSurvey 2.35 và phần mềm Bình sai 2000 để xử lý tính toán số liệu đo GPS

Phạm vi nghiên cứu: Khu C - Thạnh Hoà Lợi xã Thạnh Lợi huyện Bến Lức tỉnh

Long An

Đối tượng nghiên cứu: Đo đạc xác định tọa độ của các điểm khống chế toạ độ

bằng công nghệ GPS

PHẦN I: TỔNG QUAN

I Cơ sở lý luận của vấn đề nghiên cứu

I.1.1 Cơ sở khoa học: Hệ thống GPS được công nhận là hệ thống đáng tin cậy, hiệu

quả và cho kết quả với độ chính xác cao

I.1.1.1 Giới thiệu v ề hệ thống định vị toàn cầu

Vào khoảng giữa những năm 60 Bộ quốc phòng Mỹ khuyến khích xây dựng một

hệ thống đạo hàng vệ tinh hoàn hảo hơn so với hệ thống TRANSIT Ý tưởng chính của

đề án do hải quân Mỹ đề xuất là sử dụng khoảng cách đo từ các điểm trên mặt đất đến

vệ tinh trên cơ sở biết chính xác tốc độ và thời gian lan truyền tín hiệu vô tuyến Đề án

có tên là Timation

Các công trình nghiên cứu tương tự cũng được không quân Mỹ tiến hành trong khuôn khổ chương trình mang mã số 621B Song từ năm 1973 Bộ quốc phòng Mỹ quyết định đình chỉ cả hai chương trình này để triển khai phối hợp nghiên cứu xây dựng hệ thống đạo hàng vô tuyến vệ tinh trên cơ sở các kết quả của chương trình TRANSIT và hai chương trình vừa nói tới Hệ thống này có tên gọi đúng là NAVSAR GPS (Navigation Statellite Provinding Timiming and Ranging Global Positionin System) Nhiệm vụ chủ yếu 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 Khi được hoàn tất, hệ thống sẽ gồm có 21 vệ tinh hoạt động và 3 vệ tinh dự trữ Các vệ tinh quay trên 6 vệ tinh hầu như tròn, ở độ cao khoảng 20.000 km với chu kỳ xấp xỉ 12h Với cách bố trí này thì trong suốt 24h tại bất kỳ điểm nào trên Trái đất cũng sẽ quan sát đựơc 4 vệ tinh Các vệ tinh đầu tiên của

hệ thống được phóng lên quỹ đạo vào tháng 2 năm 1978 Toàn bộ hệ thống được đưa vào hoạt động hoàn chỉnh từ tháng 5 năm 1994 Chi phí cho việc thiết lập hệ thống này

cỡ 12 tỉ đôla Mỹ

I.1.1.2 Các bộ phận cấu thành của hệ thống GPS và chức năng của chúng

Hệ thống định vị toàn cầu gồm 3 bộ phận cấu thành: đó là đoạn không gian

(Space segment), đoạn điều khiển (Control segment) và đoạn sử dụng (User segment)

Chúng ta lần lượt tìm hiểu cụ thể về từng bộ phận cấu thành của hệ thống và chức năng của chúng

1 Đoạn không gian (Space Segment)

Đoạn này gồm 24 vệ tinh, trong đó có 3 vệ tinh dự trữ, quay trên 6 quỹ đạo cách đều nhau và có góc nghiêng 55 độ so với mặt phẳng xích đạo Trái đất Quỹ đạo của vệ tinh hầu như tròn, vệ tinh bay sắp xỉ 20.000 km so với mặt đất Chu kỳ quay của vệ tinh là 718 m và do vậy vệ tinh sẽ quay qua đúng điểm cho trước trên mặt đất mỗi ngày một lần

Mỗi vệ tinh trang bị máy phát tần số chuẩn nguyên tử chính xác cao cỡ 10-12 Máy phát này tạo ra các tín hiệu tần số cơ sở 10,23 MHZ, và từ đây tạo ra các sóng tải tần số L1 = 1575,42 MHZ và L2 = 1227,60 MHZ Người ta sử dụng hai tần số tải để làm giảm ảnh hưởng của tầng điện ly

Các sóng tải được điều biến bởi hai loại code khác nhau : C/A - code và P – code C/A - code là code thô / thâu tóm (Coarse / Acqusition) Nó được sử dụng cho các mục đích dân sự và chỉ điều biến sóng tải L1 Sóng này được tạo bởi một chuỗi

các chữ số 0 và 1 được xắp xếp theo quy luật tựa ngẫu nhiên với tần số 1,023 MHZ tức

là bằng 1/10 tần số cơ sở và được lập lại sao mỗi miligiây Mỗi vệ tinh được gắn một C/A – code riêng biệt

P – code là code chính xác (Precide) Nó được sử dụng cho các mục đích quân

sự, tức là để đáp ứng yêu cầu chính xác cao, điều kiện cả hai sóng tải L1 và L2 Code này được tạo bởi nhiều chuỗi các chữ số 0 và 1 được sắp xếp theo quy luật tựa ngẫu nhiên 10,23 MHZ và độ dài toàn phần của code là 267 ngày, nghĩa là chỉ sau 267 ngày P-code mới lặp lại Tuy vậy người ta chia code này thành các đoạn có độ dài là 7 ngày

và gán cho mỗi vệ tinh một trong những đoạn code như thế, cứ sau một tuần lại thay đổi Bằng cách này P-code rất khó bị giải mã để sử dụng nếu không được phép

Cả hai sóng tải L1 và L2 còn được điều biến bởi các thông tin đạo hàng bao gồm: ephermerit của vệ tinh, thời gian của hệ thống, số hiệu chỉnh cho đồng hồ của vệ tinh, quan cảnh phân bố vệ tinh trên bầu trời và tình trạng của hệ thống

Sơ đồ liên hệ giữa các sóng tải và các code điều biến được cho trong bảng dưới đây :

L1 = 1575,42 MHZ C/A-code

1,023 MHZ

P-code 10,23 Thông tin đạo hàng

L2 = 1227,60 MHZ

P-code 10,23 MHZ

Và thông tin đạo hàng Ngoài hai sóng tải L1 và L2 phục vụ mục đích định vị cho người sử dụng (khách hàng), các vệ tinh còn dùng hai sóng tần số 1783,74 MHZ và 2227,5 MHZ để trao đổi thông tin và các trạm điều khiển trên mặt đất

Mỗi vệ tinh GPS có trọng lượng 1830 kg khi phóng và 930 kg khi bay trên quỹ đạo Các máy móc thiết bị trên vệ tinh hoạt động nhờ năng lượng do các tấm pin mặt trời với sải cánh dài 580 cm cung cấp Tuổi thọ của vệ tinh theo thiết kế là 7,5 năm; tuy vậy nhiều vệ tinh bị hỏng khá nhanh và đã được lần lượt thay thế

Hình I.1 Vệ tinh GPS

2 Đoạn điều khiển (Control Segment)

Đoạn này gồm các trạm quan sát trên Mặt đất, trong đó có một trạm điều khiển

trung tâm đặt tại Colorado Spring và 4 trạm theo dõi đặt tại Hawaii (Thái Bình dương),

Ascension Island (Đại Tây Dương), Diego Garcia (Ân Độ Dương) và Kwajalein (Tây

Thái Bình Dương) Các trạm này tạo thành một vành đai bao quanh trái đất

Nhiệm vụ của đoạn điều khiển là điều khiển toàn bộ sự hoạt động và chức năng

của các vệ tinh cũng như hoạt động của đồng hồ trên đó Tất cả các trạm đều có máy

thu GPS Chúng tiến hành đo khoảng cách và sự thay đổi khoảng cách đến tất cả các

vệ tinh có thể quan sát được, đồng thời đo các số liệu khí tượng Tất cả các số liệu đo

nhận được ở mỗi trạm điều 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 ephemerit 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 là các thông tin đạo hàng và 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 3 lần trong

một ngày Cần nói thêm là các thông tin cung cấp đại trà cho khách hàng chỉ đảm bảo

độ chính định vị đến cỡ 10 m, chưa kể chúng còn bị cố ý làm nhiễu đi bởi các chế độ

SA (Slective Availability) để hạn chế độ chính xác này ở mức 100 m Tuy nhiên, từ

năm 2000, kỹ thuật này đã được dỡ bỏ, người sử dụng có những số liệu đảm bảo độ

chính xác cao hơn tới 1 m

Hình I.2 Sơ đồ phân bố trạm điều khiển

3 Đoạn sử dụng (User Segment)

Đoạn sử dụng bao gồm 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 khách hàng kể cả ở

trên trời, trên biển và trên đất liền Đó có thể là một máy thu riêng đặc biệt hoạt động

độc lập (trường hợp định vị tuyệt đối) hay một nhóm gồm từ hai máy thu trở lên hoạt

động đồng thời theo một lịch trình thời gian nhất định (trường hợp định vị tương đối)

hoặc hoạt động theo chế độ một máy thu đóng vai trò máy chủ phát tín hiệu vô tuyến hiệu chỉnh cho các máy thu khác (trường hợp định vị vi phân) Đó còn là cả một hệ thống dịch vụ đạo hàng GPS đa năng trên phạm vi toàn cầu hoặc ở từng khu vực đang được thiết lập ở một số nước phát triển

Hình I.3 Một số loại máy thu GPS

I.1.1.3 Các nguyên tắc và các phương pháp đo GPS

1 Các dạng đại lượng đo

Việc định vị bằng GPS được thực hiện trên cơ sở sử dụng hai dạng đại lương đo

cơ bản, đó là đo khoảng cách giả theo các code tựa ngẫu nhiên (C/A-code và P-code)

và đo pha của sóng tải (L1 và L2)

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

Khoảng cách giả Khoảng cách thực

Do sai số đồng hồ trong máy thu và sai số lan truyền

Tín hiệu máy thu Tín hiệu vệ tinh Thời gian truyền sóng cộng sai số đồng hồ

Code tựa ngẫu nhiên được phát đi từ vệ tinh cùng với sóng tải Máy thu GPS cũng tạo ra code tựa ngẫu nhiên đúng như vậy Bằng cách so sánh code thu được từ vệ tinh và code của chính máy thu có thể xác định được khoảng thời gian lan truyền của tín hiệu code và từ đây dể dàng tính được khoảng cách từ vệ tinh đến máy thu (đúng

hơn là đến tâm ăng ten của máy thu) Do có sự không đồng bộ giữa đồng hồ của vệ tinh và của máy thu, và do 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 Người ta gọi nó là khoảng cách giả

Ta ký hiệu tọa độ của vệ tinh là xs,ys,zs, tọa độ của điểm xét (máy thu) là x,y,z; thời gian lan truyền tín hiệu từ vệ tinh đến điểm xét là t; sai số giữa đồng hồ trong máy thu và đồng hồ trên vệ tinh là Δt; khoảng cách giả đo được là R Khi đó ta có thể viết :

R = c(t + ∆t) = (Xs−X) 2 + (Ys−Y) 2 + (Zs−Z) 2 + c.∆t

Trong đó c là tốc độ lan truyền tín hiệu

Trong trường hợp sử dụng C/A-code, theo dự tính 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 Nếu tính đến ảnh hưởng của điều kiện lan truỵền tín hiệu, sai số đo khoảng cách theo C/A-code sẽ ở mức 100m là mức có thể chấp nhận

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 tới cỡ 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 với lý do này phía Mỹ phải đưa ra giải pháp SA để hạn chế khả năng thực tế của C/A-code

b Đo pha của sóng tải

Các sóng tải L1 và L2 được sử dụng cho việc định vị với độ chính xác cao Với mục đích này người ta tiến hành đo hiệu số giữa pha của sóng tải do máy thu nhận được từ vệ tinh và pha của tín hiệu do chính máy thu tạo ra Hiệu số pha do máy thu đo được ta hãy ký hiệu là Φ(0<Φ<2Π) Khi đó ta có thể viết :

λ là bước sóng của sóng tải

N là số nguyên lần bước sóng λ chứa trong R

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

N được gọi là số nguyên đa trị và thường không được biết trước mà cần phải xác định trong quá trình đo

Trong trường hợp đo pha theo sóng tải L1 có thể xác định khoảng cách giữa vệ tinh và máy thu với độ chính xác đến cỡ xentimét thậm chí milimét Sóng tải L2 cho

độ chính xác thấp hơn ít nhiều, nhưng tác dụng chủ yếu của nó là cùng với sóng tải L1 tạo ra khả năng làm giảm ảnh hưởng đáng kể của tầng điện ly và thêm vào đó làm cho việc xác định số nguyên đa trị được đơn giản hơn

Sau đây là bảng so sánh việc sử dụng sóng tải và các mã (C/A, P) để xác định khoảng cách:

2 Đo GPS tuyệt đối

a Nguyên lý đo GPS tuyệt đối

Đo GPS tuyệt đối là trường hợp sử dụng máy thu GPS để xác định ngay ra 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 tọa độ WGS-84 là hệ thống tọa độ cơ sở của hệ thống GPS; tọa của hệ thống cũng như điểm quan sát đều được lấy theo hệ thống tọa độ này Nó được thiết lập gắn với ellipxoid có kích thước như sau:

Bán trục lớn: a = 6378137 m

Độ dẹt:

2572,298

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 trên thực tế cả đồng hồ trong vệ tinh và đồng hồ trong máy thu đều có sai số, nên các khoảng cách đo được không phải là khoảng cách chính 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 một vệ tinh thứ tư Để thấy rõ điều này, ta hãy viết một

hệ gồm 4 phương trình cho 4 vệ tinh:

số thứ tư để tìm Chính vì vậy mà ta cần có thêm môt phương trình, tức là phải quan sát thêm một vệ tinh nữa

Vậy là 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 thêm được số hiệu chỉnh cho đồng hồ (thạch anh) của máy thu nữa

Quan sát đồng thời 4 vệ tinh là yêu cầu tối cần thiết để xác định tọa độ không gian tuyệt đối của điểm quan sát Tuy vậy, nếu máy thu được trang bị đồng hồ chính xác cao thì khi đó chỉ còn 3 ẩn số là 3 thành phần tọa độ của điểm quan sát Để xác định chúng ta chỉ cần quan sát đồng thời 3 vệ tinh

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

độ WGS-84, chẳng hạn như trong trường hợp ở trên mặt biển, khi đó chỉ còn phải xác định 2 ẩn số là 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 thường là 6-8, có khi nhiều hơn 10 Khi đó lời giải đơn trị sẽ được rút ra nhờ phương pháp xử lý số liệu đo theo nguyên tắc bình phương nhỏ nhất

b Đo GPS vi phân

Phần lớn khách hàng sử dụng máy thu GPS thường có nhu cầu định vị với độ chính xác từ cỡ đềximét đến vài chục mét Nhưng với chế độ can thiệp SA thì hệ thống GPS chỉ cho độ chính xác định vị hạn chế cỡ 100m Để tháo gỡ sự khống chế này, giới

kỹ thuật và các nhà sản xuất máy thu GPS đã đưa ra một phương pháp đo được gọi là GPS vi phân

Theo phương pháp này cần có một máy thu GPS có khả năng phát tín hiệu vô tuyến được đặt tại điểm có tọa độ đã biết (nó thường được gọi là máy cố định), đồng thời có máy khác (được gọi là máy di động) đặt ở vị trí cần xác định tọa độ, đó có thể

là điểm cố định hoặc điểm di động như tàu thủy, ôtô, máy bay Cả máy cố định và máy

di động cần tiến hành đồng thời thu tín hiệu từ các vệ tinh như nhau Nếu thông tin từ

vệ tinh bị nhiễu thì kết quả xác định 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 và tọa độ đã biết trước của máy cố định và có thể được 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

Ngoài cách hiệu chỉnh cho tọa độ, người ta còn tiến hành hiệu chỉnh cho khoảng cách từ vệ tinh đến máy thu Cách hiệu chỉnh thứ hai 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 hạnđể cho khoảng cách từ vệ tinh đến máy thu được hiệu chỉnh đạt độ chính xác cỡ 5m, số hiệu chỉnh phải được phát, chuyển với tần suất 15 giây một lần Cũng với lý do này phạm vi hoạt động có hiệu quả của một máy thu cố định không phải là tùy ý, mà thường hạn chế ở bán kính từ một vài trăm đến năm bảy trăm kilômét Người ta đã xây dựng các hệ thống GPS vi phân diện rộng cũng như mạng lưới GPS vi phân gồm một số trạm cố định để phục vụ nhu cầu định vị cho

cả một lục địa hay đại dương với độ chính xác cỡ 10m Phương pháp định vị GPS vi

phân có thể bảo đảm độ chính xác phổ biến cỡ vài ba chục mét và hơn thế nữa tới đềximét

3 Đo GPS tương đối

a Nguyên lý 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 (∆X,∆Y,∆Z) hay hiệu tọa độ mặt cầu (∆B,∆L,∆H) giữa chúng trong hệ tọa độ WGS-84

Nguyên tắc đo GPS tương đối được thực hiện trên cơ sở được sử dụng đại lượng

đo là pha sóng tải Để đạt được độ chính xác cao và rất cao cho kết quả xác định hiệu tọa độ (hay vị trí tương hổ) giữa hai điểm xét người ta đã tạo ra và sử dụng các sai phân khác nhau cho pha sóng tải nhằm làm giảm ảnh hưởng của các nguồn sai số khác nhau như: sai số của đồng hồ trên vệ tinh cũng như trong máy thu, sai số của tọa độ vệ tinh, số nguyên đa trị

Ta ký hiệu pha của sóng tải từ vệ tinh j được đo tại trạm quan sát r vào thời điểm

ti là Φir(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:

Sai phân này cho phép loại trừ các số nguyên đa trị

Số vệ tinh xuất hiện trên bầu trời thường nhiều hơn 4, có khi tới trên 10 vệ tinh Bằng cách tổ hợp theo từng cặp vệ tinh ta sẽ có rất nhiều trị đo Không những thế khi

đo tương đối các vệ tinh lại được quan sát trong cả một khoảng thời gian tương đối dài, thường từ nửa giờ đến vài ba giờ Do vậy, 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

b Đo tĩnh

Phương pháp đo tĩnh được sử dụng để xác định hiệu tọa độ (hay vị trí tương hổ) 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 náy thu, một máy đặt ở điểm

đã biết tọa độ, còn máy kia đặt ở điểm cần xác định Cả hai máy phải đồng thời thu tín hiệu từ một số vệ tinh chung liên tục trong một khoảng thời gian xác định, thường là từ một tới hai ba tiếng đồng hồ Số vệ tinh chung tối thiểu cho cả hai trạm quan sát là 3, nhưng thường được lấy là 4 để đề phòng trường hợp thu tín hiệu bị gián đoạn Khoảng thời gian quan sát phải kéo dài là đủ để 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

Đây là phương pháp cho phép đạt được độ chính cao nhất trong việc định vị tương đối bằng GPS, có thể cỡ xentimét, thậm chí là milimét ở khoảng cách ở hai điểm xét tới hàng chục và hàng trăm kilômét Nhược điểm chủ yếu của phương pháp

là thời gian đo phải kéo dài hàng giờ, do vậy năng suất đo thường không cao

c Đo động

Phương pháp đo động cho phép xác định vị trí tương đối của hàng loạt điểm đo

so với điểm đã biết trong đó tại mỗi điểm đo chỉ cần thu tín hiệu trong vòng một phút Theo 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 biết 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 phải là một tiếng đồng hồ như trong phương pháp đo tĩnh nữa,

mà chỉ còn là một phút trong phương pháp đo 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 được gọi là máy cố định 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 một phút Việc làm này gọi là khởi đo, còn máy thứ hai này được gọi là máy di động 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 phút và cuối cùng quay trở lại 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 chu kỳ đo

Vì vậy tuyến đo phải bố trí ở khu vực thoáng đảng để không xảy ra tình trạng tín hiệu thu bị gián đoạn (cycle slip) Nếu xảy ra trường hợp này thì phải tiến hành khởi đo lại cạnh đáy xuất phát hoặc sử dụng một cạnh đáy khác được thiết lập dự phòng tuyến đo Cạnh đáy có thể dài từ 2 m đến 5 km và số đo chính xác cỡ xentimét 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 lại 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

d Đo giả động

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 liên tục trong suốt chu kỳ đo, còn máy di động được chuyển đến từng điểm đo, tại mỗi điểm thu tín hiệu trong 5-10 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 giãn 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 được 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 tự như phép đo tĩnh kéo dài trong một tiếng Yêu cầu nhất thiết trong phương pháp này là phải có được ít nhất ba 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 vệ tinh liên tuc 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 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 kinh tế, 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

I.1.1.4 Phương pháp thành lập lưới GPS

1 Thiết kế lưới

Lưới GPS là mạng lưới trắc địa không gian trong hệ toa độ WGS-84 (World Geodetic System-84) Các điểm lưới GPS sẽ được liên kết với nhau bởi các cạnh đo, các cạnh này sẽ được đo trong các ca đo (Session), với thời gian thu tín hiệu quy định

đủ để đảm bảo độ chính xác cạnh đo theo yêu cầu độ chính xác của mạng lưới GPS Khi xây dựng mạng lưới GPS cũng giống như các mạng lưới trắc địa được thành lập bằng công nghệ truyền thống phải tuân theo một quy trình công nghệ nhất định

a Vai trò của thiết kế trong quy trình xây dựng lưới GPS

*.Quy trình xây dựng lưới GPS bao gồm các công đoạn sau:

1 Thiết kế lưới

2 Chọn điểm chôn mốc (ngoài thực địa)

3 Thiết kế session đo, chọn thời gian đo (lập lịch đo)

4 Thu tín hiệu trong các session đo tại các điểm lưới

5 Tính cạnh đo, kiểm tra số liệu, đo bổ sung nếu cần

6 Bình sai mạng lưới GPS

Khi thiết kế lưới GPS người ta thường sử dụng các loại bản đồ tỷ lệ lớn và trung bình như các bản đồ địa hình tỷ lệ 1/25000, 1/10000 đã có trên khu vực thiết kế Trên bản đồ các tỷ lệ đó người ta tiến hành chọn điểm, thiết kế đồ hình lưới GPS Khi thiết

kế đồ hình lưới người ta đồng thời tiến hành lựa chọn phương thức liên kết lưới, thiết

kế phương án đo đạc, xác định các điều kiện đặc trưng của lưới như: số ca đo, thời đoạn đo, các vòng đo đồng bộ, các vòng đo độc lập

Thiết kế và ước tính độ chính xác lưới khống chế thường đi đôi với nhau không thể tách rời, trong đó việc ước tính độ chính xác lưới hỗ trợ đắc lực cho công đoạn thiết kế lưới

Có thể nói thiết kế và ước tính độ chính xác mạng lưới thiết kế là hai công việc quan trọng trong quy trình xây dựng lưới trắc địa nói chung và trong thành lập lưới bằng công nghệ GPS nói riêng Việc thiết kế và ước tính nhằm đưa ra phương án xây dựng lưới khả thi, đảm bảo độ chính xác yêu cầu, nhưng cho hiệu quả về kinh tế là cao nhất

Phương án thiết kế lưới tốt nhất là phương án mà mạng lưới thành lập có đủ mật

độ điểm khống chế, vị trí các điểm lưới thuận lợi cho việc phát triển lưới cấp thấp đảm bảo được độ chính xác, yêu cầu với thời gian kinh phí là thấp nhất

b Thiết kế gốc lưới GPS

Kết quả nhận được sau khi đo GPS là vecto đường đáy GPS gồm 3 thành phần:

số gia toạ độ trong hệ toạ độ không gian 3 chiều (hệ toạ độ WGS -84) Nhưng trong thực tế, chúng ta lại cần các giá trị trong hệ toạ độ quốc gia hoặc trong hệ toạ độ địa phương (trong hệ toạ độ phẳng thực dụng) Để có thành quả toạ độ điểm sau định vị xác định trong hệ toạ độ nào, chúng ta cần phải xác định gốc của lưới GPS sẽ thành lập trong hệ toạ độ đó Công việc như vậy được gọi là thiết kế gốc lưới GPS Gốc lưới GPS bao gồm vị trí gốc, phương vị gốc và kích thước gốc

Phương vị gốc thường được xác định là phương vị khởi tính đã cho hoặc cũng có thể lấy phương vị của vecto đường đáy GPS làm phương vị gốc

Kích thước gốc thường được xác định bằng cạnh có chiều dài được đo bằng máy

đo điện tử ở mặt đất, cũng có thể xác định từ khoảng cách giữa các điểm khởi tính, đồng thời cũng có thể xác định từ chiều dài vecto đường đáy GPS

Vị trí gốc của lưới GPS thường được xác định từ toạ độ của điểm khởi tính đã cho Do đó, thiết kế gốc lưới GPS trên thực tế chủ yếu là tìm kiếm và xác định vị trí gốc của lưới GPS

Khi thiết kế gốc lưới GPS cần phải quan tâm các vấn đề sau:

- Để xác định tọa độ điểm GPS trong hệ tọa độ mặt đất chúng ta cần chọn số liệu khởi tính trong hệ tọa độ mặt đất và đo nối với một số điểm khống chế mặt đất để làm

cơ sở chuyển đổi tọa độ cho toàn bộ các điểm lưới GPS Do độ chính xác của các điểm lưới GPS trong hệ tọa độ thực dụng sau khi tính chuyển phụ thuộc vào độ chính xác của điểm gốc lưới GPS nên điểm khống chế mặt đất được sử dụng để đo nối làm cơ sở tính chuyển cần được đảm bảo về độ chính xác Để đảm bảo điều này chúng ta nên đo nối lưới GPS với vài ba điểm khống chế cấp nhà nước Ví dụ như lưới GPS ở các thành phố lớn và vừa cần phải đo nối với ít nhất là 3 điểm, còn đối với lưới khống chế

ở thành phố nhỏ hoặc lưới khống chế thi công công trình có thể đo nối 2-3 điểm

- Để đảm bảo đồng đều về độ chính xác của toạ độ lưới GPS sau bình sai ràng buộc và để làm giảm ảnh hưởng sai số tỷ lệ, kích thước, các điểm cấp cao nhà nước hoặc các điểm khống chế cùng cấp ở thành phố làm điểm đo nối nên phân bố đều xung quanh lưới GPS và tạo thành đồ hình có cạnh dài

c Thiết kế đồ hình lưới và các phương thức liên kết lư ớ i GPS

Công việc thiết kế đồ hình lưới khống chế trắc địa nói chung theo phương pháp truyền thống thì vấn đề thông hướng giữa các điểm lưới là vấn đề rất quan trọng Còn đối với thiết kế đồ hình lưới GPS, vấn đề thông hướng giữa các điểm đo không cần phải quan tâm nhiều cho nên thiết kế đồ hình lưới GPS có tính linh hoạt hơn Thiết kế

đồ hình lưới GPS chủ yếu dựa vào mục đích sử dụng, kinh tế, nhân lực, đồ hình, số lượng máy thu và điều kiện đảm bảo hậu cần Căn cứ vào mục đích sử dụng, thông thường có 4 phương thức cơ bản để thành lập lưới: liên kết canh, liên kết điểm, liên kết lưới, liên kết hỗn hợp cạnh điểm Ngoài ra, người ta còn có thể có các phương thức liên kết như: liên kết hình sao, liên kết đường chuyền phù hợp, liên kết chuỗi tam giác

Lựa chọn phương thức liên kết nào là tuỳ thuộc vào độ chính xác của công trình, điều kiện đi lại và điều kiện máy thu GPS hiện có

Phương thức liên kết điểm

Liên kết điểm là dạng liên kết các đồ hình đồng bộ kề

nhau bởi một điểm chung Cường độ đồ hình dạng liên kết

điểm thường yếu, không có hoặc rất ít có điều kiện khép đồ

hình không đồng bộ Dạng liên kết điểm không được sử

dụng đơn độc mà thường được kết hợp với các dạng đồ hình

Phương thức liên kết cạnh

Liên kết cạnh là dạng liên kết giữa các đồ hình không

đồng bộ bởi một cạnh chung Lưới được thành lập theo

dạng này có cường độ đồ hình tương đối cao, trong lưới có

khá nhiều cạnh được đo lặp và điều kiện khép hình không

đồng bộ Với số lượng máy thu như nhau, số thời đoạn đo

được tăng lên nhiều so với phương thức liên kết điểm

So sánh hình I.4 và hình I.5 chúng ta dễ thấy được lưới

thành lập theo phương thức liên kết cạnh có điều kiện khép đồ hình không đồng bộ nhiều hơn, cường độ đồ hình và độ tin cậy cao hơn so với lưới được thành lập theo phương thức liên kết điểm

Phương thức liên kết lưới

Liên kết lưới là dạng liên kết giữa các đồ hình đồng bộ

bởi 2 điểm chung trở lên Trong phương thức liên kết này cần

phải có từ 4 máy thu trở lên Hiển nhiên lưới được thành lập

theo phương thức liên kết này có cường độ đồ hình và độ tin

cậy cao Nhược điểm của lưới liên kết dạng này là tốn nhiều

thời gian và kinh phí thường được áp dụng cho những lưới có

yêu cầu độ chính xác cao

Phương thức liên kết hỗn hợp cạnh điểm

Liên kết hỗn hợp cạnh điểm là dạng liên kết được hình

thành từ sự kết hợp giữa phương thức liên kết cạnh và liên kết

điểm để thành lập lưới GPS Phương thức này có thể đảm bảo

cường độ đồ hình và nâng cao độ tin cậy của lưới, đồng thời

vừa có thể làm giảm khối lượng công tác ngoại nghiệp, hạ

thấp giá thành Chính vì vậy, đây là phương thức liên kết hay

được sử dụng để thành lập lưới

Phương thức liên kết lưới đường chuyền

Lưới GPS được tạo thành bởi sự liên kết các mô hình

đồng bộ dạng kéo dài như đường chuyền, các cạnh độc lập nên

tạo thành dạng khép kín để kiểm tra độ tin cậy của điểm GPS

Lưới GPS dạng này ứng dụng thích hợp khi yêu cầu độ chính

xác thấp Phương thức này cũng có thể kết hợp với phương

thức liên kết điểm hoặc liên kết cạnh như hình I.8

Hình I.6

Hình I.7 Lk cạnh điểmHình I.5 Liên kết cạnh

Hình I.8 Lưới đường chuyền

Hình I.6 Liên kết lưới

Phương thức liên kết chuỗi tam giác (đa giác)

Liên kết chuỗi tam giác là dạng liên kết mà các

tam giác liên tiếp được liên kết với nhau bởi điểm

hoặc cạnh giữa các vòng (tam giác) đo đồng bộ

Thành lập lưới theo phương thức liên kết tam giác

rất thích hợp cho khu đo có địa hình hẹp kéo dài

dạng hình tuyến như khi khảo sát các tuyến đường

sắt, đường bộ, đường ống…

Phương thức liên kết sao

Dạng hình học của phương thức liên kết hình sao rất

đơn giản, các cạnh đo trực tiếp không tạo thành đồ hình

khép kín nào Do đó khả năng kiểm tra và phát hiện sai số

thô rất kém (kém hơn so với phương thức liên kết điểm)

Nhưng thành lập lưới theo phương thức này chỉ cần 2 máy

thu là đủ Nếu có 3 máy thu thì 1 máy đặt ở trạm trung

tâm, 2 máy còn lại có thể thay đổi luân chuyển tuỳ ý

mà không cần quan tâm đến việc có đo đồng bộ hay

không

Hình I.9 Lưới chuỗi tam giác

Hình I.10 Lưới hình sao

Vì phương thức này đo đơn giản, tốc độ đo nhanh nên nó được ứng dụng rộng rãi trong trắc địa công trình yêu cầu độ chính xác thấp, trong các công tác địa chất, vật lý địa cầu, đo biên giới, đo đạc phục vụ thành lập bản đồ địa hình

d Những nội dung cần chú ý trong thực tế thiết kế lưới

Mặc dù không yêu cầu nhìn thông hướng giữa các điểm lưới GPS, nhưng để phát triển lưới cấp thấp (tăng dày) bằng các phương pháp trắc địa thông thường khác nên cần ít nhất phải có 2 điểm lưới GPS thông hướng với nhau

Để sử dụng tư liệu trắc địa và bản đồ các loại tỷ lệ hiện có của khu vực, cần sử dụng hệ toạ độ vốn có của khu vực đó Các điểm cũ có toạ độ và các yêu cầu khác phù hợp với độ chính xác yêu cầu của mạng lưới GPS, cần tận dụng các điểm đó và các tài liệu đầy đủ kèm theo

Hệ toạ độ lưới GPS mới thành lập nên thống nhất với hệ toạ độ đã sử dụng trước đây của khu đo

Các toạ độ điểm lưới GPS sau thành lập lưới, tiến hành bình sai cần được tính chuyển về hệ toạ độ thực dụng

Sau khi tính toán bình sai lưới GPS, có thể nhận được độ cao trắc địa của điểm GPS trong hệ toạ độ tham chiếu mặt đất Để xác định độ cao thường của các điểm GPS, ta phải đo nối với các điểm độ cao có cấp hạng cao hơn Các điểm độ cao đo nối phải được phân bố đều trong lưới Để đo nối cần sử dụng phương pháp thuỷ chuẩn có

độ chính xác tương đương hạng IV trở lên

I.1.1.5 Các loại sai số chủ yếu trong kết quả đo GPS

1 Sai số đồng hồ

Đây là sai số của đồng hồ trên vệ tinh, đồng hồ trong máy thu và sự không đồng

bộ giữa chúng

Đồng hồ trên vệ tinh được trạm điều khiển trên mặt đất theo dõi và do đó nếu phát hiện có sai lệch trạm này sẽ phát tín hiệu chỉ thị thông báo số cải chính cho máy thu GPS biết để xử lý Để giảm sai số đồng hồ cả của vệ tinh và máy thu, người ta sử dụng hiệu các trị đo giữa các vệ tinh cũng như giữa các trạm quan sát

2 Sai số của quỹ đạo vệ tinh

Chuyển động của vệ tinh trên quỹ đạo không tuân thủ nghiêm ngoặt định luật Kepler 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 Vị trí tức thời của vệ tinh chỉ có thể được xác định được theo mô hình chuyển động được xây dựng trên cơ sở các số liệu quan sát từ các trạm có độ chính xác cao trên Mặt đất thuộc đoạn điều khiển của hệ thống GPS và đương nhiên có chứa sai số Có hai loại ephemerit của vệ tinh: ephemerit được xác định từ kết quả hậu xử lý số liệu quan sát cho chính các thời điểm nằm trong khoảng thời gian quan sát và ephemerit được ngoại suy từ các ephemerit nêu trên cho mấy ngày tiếp theo Loại ephemerit thứ nhất có độ chính xác ở mức 10-50 m và chỉ được cung cấp khi chính phủ Mỹ cho phép, còn loại thứ hai ở mức 20-100 m và cho phép khách hàng đại trà sử dụng Sai số vị trí của vệ tinh ảnh hưởng gần như trọn vẹn tới sai

số xác định tọa độ của điểm quan sát đơn riêng biệt, nhưng lại được loại trừ đáng kể trong kết quả định vị tương đối giữa hai điểm

3.Sai số do tầng điện ly và tầng đối lưu

Được phát đi từ vệ tinh ở độ cao 20.200 km xuống tới máy thu trên mặt đất, các tín hiệu vô tuyến phải xuyên qua tầng điện ly và tầng đối lưu Tốc độ lan truyền tín hiệu tăng tỷ lệ thuận với mật độ điện tử tự do trong tầng điện ly và tỷ lệ nghịch với bình phương tần số tín hiệu, ảnh hưởng của tầng điện ly sẽ được loại trừ đáng kể bằngcách sử dụng hai tần số tải khác nhau Chính vì thế, để đảm bảo định vị với độ chính xác cao, người ta sử dụng các máy thu GPS hai tần số Song, khi hai điểm quan sát ở gần nhau thì ảnh hưởng nhiễu xạ do hai tần số kết hợp sẽ lớn hơn so với một tần số và

do vậy nên sử dụng máy thu một tần số cho trường hợp định vị ở khoảng cách ngắn Ảnh hưởng của tầng điện ly vào ban đêm sẽ nhỏ hơn tới 5-6 lần so với ban ngày

Ảnh hưởng của tầng đối lưu có thể được mô hình hoá theo các yếu tố khi tượng là: nhiệt độ, áp suất và độ ẩm Nó có thể được xem là gần như nhau đối với hai điểm quan sát ở cách nhau không quá vài ba chục km và vì thế sẽ được loại trừ đáng kể trong hiệu trị đo giữa hai điểm quan sát

Để làm giảm ảnh hưởng của tầng điện ly và tầng đối lưu người ta quy định chỉ quan sát vệ tinh ở độ cao từ 15° trở lên so với mặt phẳng chân trời

4 Sai số do nhiễu xạ của tín hiệu vệ tinh

Ăng ten của 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 do hiện tượng này gây ra được gọi là sai số do nhiễu xạ của tín hiệu vệ tinh Để làm giảm sai số này, các nhà chế tạo máy thu không ngừng hoàn thiện cấu tạo của cả máy thu và ăng ten

Tổng hợp ảnh hưởng của các nguồn sai số chủ yếu nêu trên cùng các nguồn sai số phụ khác, khoảng cách từ vệ tinh đến các điểm quan sát sẽ có sai số 13 m với xác suất 95% Nếu xét đến ảnh hưởng của chế độ SA thì sai số này sẽ là cỡ 50 m Song các giá trị này mới chỉ là sai số của khoảng cách từ mỗi vệ tinh đến điểm quan sát, 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 các vệ tinh, nên độ chính xác của nó phụ thuộc vào các gốc giao hội, tức là phụ thuộc vào đồ hình phân bố vệ tinh so với điểm quan sát

Dễ hiểu là sai số vị trí điểm 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 sai số khoảng cách giao hội nhân với một

hệ số lớn 1 Hệ số này đặc trưng cho đồ hình giao hội, tức đồ hình phân bố của vệ tinh

so với điểm quan sát và được gọi là hệ số phân tản 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 (Geometric Dilution of Preccition – GDOP) vì nó đặc trưng cho cả ba thành phần tọa độ không gian X,Y,Z và yếu tố thời gian t Hệ số GDOP từ 2 – 4 được coi là tốt

Nếu ta chỉ quan tâm đến ba thành phần toạ độ của điểm quan sát (X,Y,Z hoặc độ

vĩ, độ kinh, độ cao) thì nên dùng hệ số phân tản độ chính xác vị trí (Position Dilution

of Precising – PDOP), còn nếu chỉ quan tâm đến hai thành phần tọa độ mặt bằng thì dùng hệ số phân tản độ chính xác mặt bằng (Horizontal Dilution of Precision – HDOP)

Hệ số DOP cũng có thể được xét riêng cho từng thành phần tọa độ hay thời gian, chẳng hạn hệ số phân tản độ chính xác theo độ cao (Vertical Dilution of Precision – VDOP), hệ số phân tản độ chính xác theo thời gian (Time Dilution of Precision – TDOP), hệ số phân tản độ chính xác theo hướng bắc (Northing Dilution of Precision – NDOP), hệ số phân tản độ chính xác theo hướng đông (Easting Dilution of Precition) Các hệ số kể trên được máy thu tính ra theo đồ hình phân bố cụ thể của các vệ tinh đươc quan sát và thông báo cho người sử dụng biết cùng các thông tin cần thiết khác trên màn hình của máy thu

5 Sai số do lệch tâm pha ăng ten

Ảnh hưởng của sai số do lệch tâm pha ăng ten phụ thuộc vào cấu trúc hình học của tâm ăng ten Ảnh hưởng này phụ thuộc vào góc cao và phương vị, cũng như cường

độ tín hiệu và sự khác nhau giữa các tần số sóng L1 và L2 Sai số này thường do lỗi của nhà sản xuất máy thu Sai số này có thể được phát hiện bằng cách đo ở các vị trí quay tròn ăng ten trong điều kiện của phòng thí nghiệm Sai số này có thể đạt giá trị cỡ

1÷ 2 cm Hiện nay người ta đã nghiên cứu để tìm hình dáng và cấu trúc của ăng ten máy thu nhằm giảm sai số lệch tâm pha ăng ten Các hình dạng hình học của ăng ten thường là hình nón xoay tròn, ăng ten nhỏ để trần, ăng ten lưỡng cực v.v

6 Sai số do người đo

Ngoài các sai số do các nguyên nhân khách quan trên chúng ta cần lưu ý tránh những sai số do nguyên nhân chủ quan gây nên Những sai số do người đo chủ yếu là sai số định tâm máy, đo chiều cao ăng ten Để khắc phục những sai số này khi đo cần phải hết sức thận trọng trong quá trình định tâm và đo chiều cao ăng ten Chiều cao ăng ten nên được đo vài lần, nhất thiết phải đo chiều cao ăng ten khi bắt đầu đo và kết thúc đo Nếu như tại một trạm máy đo nhiều ca thì giữa các ca đo nên tiến hành thay đổi chiều cao của máy rồi mới định tâm máy, đồng thời thực hiện đo lại chiều cao mới của máy

I.1.1.6 Ưu điểm công nghệ GPS

Việc đo đạc GPS có thể tiến hành liên tục 24 giờ một ngày bất kể ngày hay đêm

Có thể đo GPS trong mọi điều kiện thời tiết (ngoại trừ khi trời có sấm sét) Việc thu tín hiệu GPS vẫn có thể tiến hành trong những điều kiện thời tiết khắc nghiệt mà công nghệ truyền thống không thể làm việc được như: trời nắng to, có gió mạnh, các môi trường có triết quang thay đổi…

Việc đo đạc đơn giản, thiết bị gọn nhẹ, cho độ chính xác cao, có tính kinh tế Khi thiết kế lưới không cần thông hướng giữa các điểm mà chỉ cần thông hướng tốt lên bầu trời Việc ghi số liệu được tự động hóa nên tránh được sai sót Việc tính toán bình sai

có phần mềm chuyên dụng cho kết quả nhanh chóng và chính xác

Có thể đo được khi chuyển động Mạng lưới GPS có đồ hình lưới đa dạng và linh hoạt Độ chính xác lưới thành lập bằng công nghệ GPS không phụ thuộc nhiều vào khoảng cách giữa các điểm mốc

I.1.1.7 Các tiêu chuẩn kỹ thuật

1 Các tham số phục vụ cho việc lập lịch đo

Bảng 01 Các tham số phục vụ cho việc lập lịch đo đối với máy GPS 1 tần số

Thời gian đo ngắm vệ tinh đồng thời tối thiểu 60 phút

Số vệ tinh khoẻ tối thiểu 4 PDOP lớn nhất 4.0 Góc ngưỡng cao 150

(Nguồn: Quy phạm thành lập lưới tọa độ các cấp)

2 Thời gian tối thiểu ca đo

Bảng 02 Thời gian tối thiểu ca đo

Độ dài cạnh đo [km]

Độ dài thời gian ca đo

[phút]

0-1 20-30 1-5 30-60 5-10 60-90 10-20 90-120 (Tiêu chuẩn kỹ thuật đo và xử lý số liệu GPS trong trắc địa công trình)

3 Các tham số đánh giá độ tin cậy của lời giải

Bảng 03 Các tham số đánh giá độ tin cậy của lời giải

Lời giải được chấp nhận Fixed

4 Các sai số cho phép sau bình sai

Bảng 04 Các sai số cho phép sau bình sai

Các chỉ tiêu kỹ thuật Độ chính xác không quá

Sai số vị trí điểm 5 cm

Sai số trung phương tương đối cạnh 1:50000

Sai số trung phương tuyệt đối cạnh dưới 400 m 0.012m

Sai số trung phương phương vị 5”

Sai số trung phương phương vị canh dưới 400 m 10’’

(Nguồn: Quy phạm thành lập lưới tọa độ các cấp)

I.1.2 Cơ cở pháp lý

Các văn bản pháp quy:

- Quyết định số 719/1999/QĐ-ĐC ngày 30 tháng 12 năm 1999 của Tổng cục Địa chính (nay là Bộ Tài nguyên và Môi trường) về việc ban hành Ký hiệu bản đồ địa chính tỉ lệ 1:500, 1: 1000, 1:2000 và 1:5000

- Quyết định 08/2008/QĐ-BTNMT ngày 11/10/2008 về việc ban hanh Quy phạm thành lập bản đồ địa chính tỷ lệ 1:200, 1:500, 1:1000, 1:2000, 1:5000 và 1:10000

- Quyết định 04/2006/QĐ-BXD về việc ban hành TCXDVN 364:2006 “tiêu chuẩn kỹ thuật đo và xử lý số liệu GPS trong trắc địa công trình”

- Hướng dẫn kiểm tra kỹ thuật, nghiệm thu công trình - sản phẩm đo đạc - bản đồ (ban hành kèm theo Quyết định số 658 ngày 4/11/1997 của Tổng Cục trưởng Tổng cục Địa chính nay là Bộ Tài nguyên và Môi trường)

I.1.3 Cơ sở thực tiễn

- Đề tài đã đáp ứng được nhu cầu thực tế của địa phương Đó là ứng dụng và khai thác hiệu quả công nghệ GPS để thành lập lưới khống chế mặt bằng trong Trắc địa, Địa chính

- Việc sử dụng công nghệ GPS để thành lập lưới khống chế đã khắc phục được những nhược điểm của các phương pháp thành lập lưới cổ điển bởi tính tự động hóa cao Nó hạn chế được những nhầm lẫn, sai sót do con người gây ra

- Do thực hiện bằng phương tiện hiện đại nên các bước công việc được tự động hóa gần như toàn bộ đã giúp cho việc phải đầu tư công sức ít nhưng vẫn đảm bảo độ chính xác và thời gian nên tiết kiệm rất lớn công thực hiện làm cho chi phí lao động giảm, tiết kiệm được nguyên nhiên vật liệu nên tăng tính hiệu quả về kinh tế

- Việc sử dụng các trang thiết bị hiện đại đã giúp cho việc thực hiện các công việc được nhanh chóng và đảm bảo độ chính xác Đây là một điều kiện hết sức quan trọng trong thực tế sản xuất bởi lẽ nếu thời gian lập lưới kéo dài sẽ ảnh hưởng rất lớn đến các công đoạn tiếp theo

I.2 Khái quát địa bàn nghiên cứu

I.2.1 Điều kiện tự nhiên

- Phía tây giáp nông trường Tân Thành, xã Tân Lập, huyện Thủ Thừa

- Phía đông giáp kênh T43 (khu D - Dự án Thạnh Hòa Lợi)

- Phía Nam giáp kênh T6 (khu B - Dự án Thạnh Hòa Lợi)

Khu C – Dự án Thạnh Hòa Lợi - xã Thạnh Lợi tiếp giáp ba phía: đông, tây, nam theo tuyến kênh thủy lợi, riêng phía bắc lấy theo địa giới 364/CP nên việc xác định ranh giới khu đo là tương đối rõ ràng

Hình I.11 Sơ đ ồ vị trí khu C - Thạnh Hòa Lợi x ã Thạnh Lợi

b Đặc điểm địa hình

Khu C –xã Thạnh Lợi có địa hình tương đối bằng phẳng, độ dốc phổ biến theo hướng Tây Bắc xuống Đông Nam, độ cao trung bình khu đo so với mực nước biển khoảng 0,5 đến 1m Nằm trong vùng ngập lụt giữa hai con sông: Vàm Cỏ Đông và Vàm Cỏ Tây Hàng năm bị ảnh hưởng khá nặng của lũ lụt, cao điểm vào đầu tháng 9 cho đến giữa tháng 10 Hệ thống giao thông chưa hoàn chỉnh nên khó khăn trong việc

đi lại và vận chuyển phương tiện kỹ thuật và máy móc đo đạc

c Chất đất

Đây là vùng trầm tích trẻ do phù sa bồi đắp, đất cát pha trộn với các trầm tích hữu

cơ tạo thành những tầng đất xốp Loại đất này rất dễ bị nhão khi gặp nước và tơi xốp khi khô; cường độ chịu lực kém, độ ổn định và vững chắc của đất không cao nên không thuận lợi cho việc chọn điểm, chôn mốc địa chính và di chuyển khi thi công

d Thực phủ

Khu đo chủ yếu là rừng tràm trồng có độ tuổi từ 2-6 tuổi; cao từ 2-6m (chiếm khoảng 90% diện tích), hình thành một vùng rậm rạp làm hạn chế rất lớn đến khả năng thông hướng trong công tác đo đạc Ngoài ra còn có những khu vực trồng cây màu, cây công nghiệp ngắn ngày nhưng chiếm diện tích không lớn

e Địa vật

Là khu vực mới khai hoang nên địa vật chủ yếu là nhà dân với mật độ thưa thớt, chủ yếu là nhà lá tạm, một số ít nhà bán kiên cố được phân bố tự phát không theo quy hoạch Ranh giới các thửa đất không rõ ràng do tán tràm che phủ, rất khó khăn cho công tác điều tra dã ngoại, xác định ranh giới thửa đất, ranh giới các loại đất và việc đo

vẽ chi tiết

f Khí hậu

Khí hậu Khu C – Dự án Thạnh Hòa Lợi mang nét đặc trưng khí hậu của tỉnh Long An: Chịu ảnh hưởng của khí hậu nhiệt đới gió mùa Nhiệt độ và bức xạ nhiệt dồi dào, nhiệt độ trung bình trong năm khoảng 270C số giờ nắng trung bình trong năm lớn hơn 2.700 giờ Về cơ bản khí hậu chia thành hai mùa rõ rệt Mùa mưa bắt đầu vào khoảng trung tuần tháng 5 đến tháng 11 trong năm, mùa khô từ tháng 11 năm trước đến tháng 5 năm sau Lượng mưa trung bình hàng năm là 1.800mm

g Thủy văn

Mạng lưới thủy hệ chủ yếu là các kênh mương được đào đắp để phục vụ sản xuất Ngoài 03 con kênh bao quanh khu đo là kênh T6, kênh T43, kênh ranh Thủ Thừa - Bến Lức, mạng lưới thủy hệ còn 14 kênh, mương thủy lợi cắt ngang khu đo gồm các kênh: C1, C2, C2.5, C3, C3.5, C4, C4.5, C5, C5.5, C6, C6.5, C7, C7.5, C8 Toàn bộ mạng thủy hệ nêu trên đều chưa có cầu qua lại làm ảnh hưởng nhiều đến di chuyển, vận chuyển trang thiết bị máy móc trong khảo sát, thi công

Cần lưu ý đây là vùng đất bị ảnh hưởng các đợt lũ hàng năm, thời gian bị ngập nước (mùa nước nổi) vào khoảng đầu tháng 09 đến giữa tháng 10 hàng năm, vì vậy khi thi công nên lưu ý đến khoảng thời gian này để tránh lũ

I.2.2 Tình hình quản lý và sử dụng đất

a Tình hình công tác đo đạc và xây dựng hồ sơ địa chính

Ngoài bản đồ tỷ lệ 1:10.000 nêu trên, hồ sơ địa chính của Khu C - dự án Thạnh Hòa Lợi hầu như chưa có gì Công tác đo đạc và lập hồ sơ địa chính phải tiến hành từng bước làm mới từ đầu, từ khâu đo đạc mới khu vực, điều tra chủ sử dụng, lập bản

đồ địa chính, đăng ký, lập hồ sơ địa chính

b Tình hình quản lý đất đai

Ý kiến kết luận của Chủ tịch UBND tỉnh tại biên bản số 853/BB-UBND ngày 06 tháng 9 năm 2008: Dự án Thạnh Hòa Lợi có diện tích tự nhiên là 3.500ha, giao cho huyện làm chủ đầu tư, đã chi trên 12 tỷ đồng để phát triển kênh mương, có thành lập Ban Quản lý dự án, nhưng công tác quản lý Nhà nước về đất đai lỏng lẽo, xử lý vi phạm thiếu cương quyết, để dân chiếm đất, sang nhượng trái phép, chưa áp dụng các biện pháp xử lý hành chính để ngăn ngừa, bao chiếm sang bán đất trái phép Các khu

A, B, D đã giao đất tạm ổn định chỉ còn Khu C khoảng 720 ha là tranh chấp, dân kéo kiện

Qua đó đã đánh giá toàn diện về tình hình quản lý đất đai tại Khu C - dự án Thạnh Hòa Lợi

c Công tác đăng ký và cấp giấy CNQSD đất

Qua khảo sát và thu thập tài liệu cũ, khu đo có diện tích khoảng 853ha; 560thửa với khoảng 425 chủ sử dụng đất đa số là thâm canh Do mới khai hoang gần đây nên

chưa được tổ chức đăng ký cấp giấy CNQSD đất

d Tình hình biến động đất đai

Tình hình biến động đất đai tại khu đo là rất lớn (trên 80%), các biến động chủ yếu là: Biến động về hình thể thửa đất, biến động về chủ sử dụng đất, biến động về loại đất Gần đây tuyến Quốc lộ N2 chạy dọc theo khu đo làm thay đổi lớn về hình thể thửa đất

Với tình hình biến động nêu trên cho thấy cần phải làm mới toàn bộ hồ sơ địa chính tại khu đo, không thể chỉnh lý biến động để đăng ký cấp giấy CNQSD đất cho người sử dụng đất

I.2.3 Đặc điểm kinh tế-xã hội

a Hệ thống giao thông

Hệ thống giao thông trong xã Thạnh Lợi cũng như trong khu đo chưa phát triển, chủ yếu là đường đất lớn, nhỏ chạy dọc theo các tuyến sông, rạch, kênh, mương, ô tô không đến được trung tâm xã, giao thông bằng phương tiện thủy các loại và xe gắn máy

Nhìn chung hệ thống giao thông cùng mạng lưới thủy hệ không thuận lợi cho công tác đo đạc

b Mật độ dân cư

Là một vùng khai hoang chưa lâu nên khu đo có mật độ dân cư không tập trung, chỉ khoảng 20% -50% chủ sử dụng đất là có nhà ở tại khu đo, điều này gây khó khăn trong việc thi công từ công tác đo đạc lập bản đồ cho đến đăng ký cấp giấy chứng nhận QSD đất

I.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ QUY TRÌNH THỰC HIỆN

I.3.1 Nội dung nghiên cứu

1 Thiết kế kỹ thuật

a Khảo sát và tìm hiểu địa bàn nghiên cứu

b Thiết kế sơ bộ lưới khống chế trên BĐĐC

3 Đo đạc ngoài thực địa

4 Công tác nội nghiệp

a Trút số liệu sang máy tính

b Xử lý và bình sai số liệu đo GPS bằng phần mềm GPSurvey 2.35

I.3.2 Phương pháp nghiên cứu

1 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

2 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

3 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

4 Phương pháp đo GPS tĩnh

Đây là một trong những phương pháp đo GPS tương đối, nó 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 (ví dụ: chiều dài cạnh từ 1km đến 5km thì độ dài ca đo từ 30’ đến 60’)

5 Phương pháp ứng dụng tin học xử lý số liệu

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 GPSurvey 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

I.3.3 QUY TRÌNH THỰC HIỆN

Quy trình thành lập lưới GPS phục vụ đo vẽ chi tiết khu C - Thạnh Hòa Lợi xã Thạnh Lợi huyện Bến Lức tỉnh Long An bằng Công nghệ GPS được minh họa qua sơ

đồ sau đây:

Công tác chuẩn bị (số liệu, bản đồ )

Xử lý số liệu đo

Giao nộp sản phẩm

Khảo sát và tìm hiểu địa bàn nghiên cứu

Thiết kế, chọn điểm, chôn mốc

Lập lịch đo

Đo đạc GPS ngoài thực địa

Kiểm tra nghiệm thu

Sơ đồ 01 Sơ đồ quy trình thành lập lưới khống chế địa chính bằng công nghệ GPS

I.4 Nguồn tư liệu trắc địa, bản đồ phục vụ nghiên cứu

I.4.1 Tư liệu tọa độ, độ cao trong khu đo

Trong khu đo có 2 điểm tọa độ Nhà nước là: điểm 645519; 645493 xây dựng năm

1997 theo hệ tọa độ Hà Nội-72 (đã chuyển đổi sang VN-2000) nhưng do làm tuyến quốc lộ N2 đã bị mất và hư hỏng Hiện tại phải xây dựng lại lưới Địa chính cho khu đo theo hệ tọa độ VN-2000, dựa vào 2 điểm tọa độ Nhà nước là: 645467; 645472 ở cách

xa ngoài khu đo

I.4.2 Tư liệu bản đồ

1.Tư liệu

Hiện khu đo có bản đồ địa chính tỷ lệ 1:10.000 thành lập bằng phương pháp ảnh hàng không năm 1997 và chỉnh lý biến động năm 2000 Bản đồ lưu trữ dưới dạng số trong MicroStation và đã được thống nhất chuyển về hệ VN-2000

2 Đánh giá chất lượng bản đồ

Bản đồ địa chính này không thể hiện đúng hiện trạng sử dụng đất (vì khu đo ngày

đó còn hoang hoá, chưa hình thành hình thể các thửa đất như hiện nay) Tuy nhiên cũng đảm bảo về độ chính xác để làm cơ sở thiết kế lưới GPS và phục vụ công tác nội nghiệp cũng như ngoại nghiệp

PHẦN II : KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

II.1 Thiết kế kỹ thuật

II.1.1 Thiết kế lưới cho khu đo

1 Yêu cầu chung

Mật độ các điểm tọa độ Nhà nước, các điểm địa chính phục vụ cho đo vẽ bản đồ đối với Khu C - dự án Thạnh Hòa Lợi được xác định bao gồm 9 điểm địa chính

Các điểm địa chính khi thi công được xác định tọa độ và độ cao

Do công tác xây dựng lưới địa chính chỉ dùng để phục vụ đo mới, không tập trung nên lưới địa chính sẽ được thi công bằng phương pháp đo GPS Các mốc địa chính được chôn theo quy cách mốc và cọc dấu theo quy định nhà nước Khu đo là vùng thường xuyên bị ngập nước phải thiết kế chọn điểm tại những nơi ổn định nhất

và được gia cố bảo vệ chắc chắn

2 Thiết kế lưới địa chính

Trên cơ sở khảo sát thực địa và yêu cầu thực tế của khu đo, cùng việc khu vực đo

vẽ tập trung và không phải gối vào các điểm đã có nên phương án này dựa vào 2 điểm tọa độ nhà nước, bố trí 9 điểm địa chính theo đồ hình lưới tam giác Tọa độ các điểm này được xác định bằng công nghệ GPS

Thông số kỹ thuật của đồ hình lưới tam giác như sau:

- Cạnh dài nhất: 9042m (645472 đến THL-01)

- Cạnh ngắn nhất: 474 m (THL-02 đến THL-03)

- Số hướng phải đo trung bình trên 1 điểm là 3 hướng

* Các yêu cầu kỹ thuật khi thi công

- Đúc mốc, chọn điểm chôn mốc và lập ghi chú điểm

Các điểm địa chính phải chọn ở những vị trí thông thoáng thuận lợi cho việc phát triển lưới đo vẽ sau này Quy cách mốc tuân theo quy định nhà nước Mác bê tông đảm bảo mác 200

- Đánh số hiệu điểm:

+ Ký tự viết tắt theo tên dự án: THL

+ Số thứ tự điểm: đánh số từ 01 trở đi

- Đo đạc, tính toán bình sai

Lưới địa chính được thi công bằng công nghệ GPS, khối lượng là 9 điểm Các điểm địa chính được đo thành từng lưới tam giác nhỏ bởi 03 máy GPS-TRIMBLE 4600LS với thời gian thu sóng tối thiểu là 1 giờ với lịch đo tốt nhất trong ngày (lập lịch đo cụ thể) Các điểm địa chính được tính toán bình sai trong hệ Elipsoit WGS-84, phép chiếu UTM và tính chuyển về hệ tọa độ VN-2000 kinh tuyến trục 105045’ múi chiếu 30, bởi phần mềm GPSurvay 2.35 Xử lý số liệu, tính toán bình sai các điểm địa chính tuân theo quy định

II.1.2 Lập kế hoạch đo

Đối với các mạng lưới lớn, có nhiều điểm đo và nhiều máy thu tham gia đo thì việc lập kế hoạch đo nên cần có sự trợ giúp của chương trình máy tính với những dữ liệu đầu vào Ở Canada, người ta đã lập sẵn phần mềm trợ giúp cho lập kế hoạch đo

Phần mềm này có thể lập kế hoạch di chuyển máy, lựa chọn vệ tinh và phác họa sơ đồ mạng lưới

Để đảm bảo thành công trong công tác đo GPS cần phải tiến hành lập kế hoạch

đo, cụ thể là xác định thời gian đo tối ưu Xác định thời gian đo cho từng session (thời đoạn hoặc ca đo) “Cửa sổ quan trắc” tối ưu của các vệ tinh có thể sử dụng là khoảng thời gian trong đó có số vệ tinh quan trắc đồng thời là tối đa “Cửa sổ quan trắc” vệ tinh có thể sử dụng thay đổi 4 phút mỗi ngày do sự khác nhau giữa giờ sao và giờ toàn năng (UT).Ví dụ đã xác định được giờ quan trắc phù hợp của ngày hôm nay là 9:00 h (giờ UT) thì vào ngày tiếp theo thời gian quan trắc phù hợp lại là 8:56 h Độ dài của khoảng thời gian quan trắc là hàm số của vị trí quan trắc Người ta đã lập sẵn ra chương trình để người sử dụng có thể lập kế hoạch đo, xác định những khoảng thời gian đo hợp lý nhất, ví dụ như lập kế hoạch đo, xác định những khoảng thời gian đo hợp lý nhất, ví dụ như modul PLAN/ QUICK PLAN thuộc phần mềm GPSurvey của hãng Trimble phát hành Khi lập lịch không nên sử dụng ephemeris cũ quá 3 tháng, tốt nhất là không cũ quá 1 tháng Khi sử dụng phần mềm PLAN cần đưa vào các tham số như:

- Ngày lập lịch đo (DATE)

- Vị trí địa lý khu vực đo (giá trị B, L gần đúng xác định trên bản đồ)

- Số vệ tinh tối thiểu cần quan sát (ví dụ = 4)

- PDOP lớn nhất cho phép quan sát (ví dụ = 5)

- Khoảng thời gian tối thiểu của session (ví dụ 30 phút)

- Góc ngưỡng (150)

Với các tham số này, người lập lịch đo sẽ nhận được thông báo các khoảng thời gian (list time) đo được trong ngày lâp lịch Ngoài ra còn có thể nhận được các thông báo khác và các biểu đồ theo thời gian về số lượng vệ tinh PDOP, HDOP vv …

Phần mềm này còn cho phép lập lịch đo trong điều kiện điểm đo khó khăn có một

số hướng bị che chắn (Curtain) Tình trạng che chắn được mô tả bằng chuột (mouse) trên cửa sổ Turtain Editor

Cũng có ý kiến cho rằng không phải tất cả các trường hợp đo GPS đều cần lập lịch Ví dụ khi đo khống chế ảnh không cần thiết phải lập lịch

Sau khi vị trí các điểm của mạng lưới đã được triển vẽ lên bản đồ, có thể tiến hành công tác khảo sát thực địa Mục đích của công đoạn khảo sát thực địa là nhằm xác định lại các điều kiện đo tại từng điểm và điều kiện di chuyển máy trong lưới Thông thường người ta lập cho mỗi điểm một phiếu khảo sát, trong đó ghi đầy đủ số hiệu điểm, tên điểm và những điểm cần lưu ý Tại mỗi điểm GPS người ta khảo sát cần xem có đảm bảo yêu cầu góc ngưỡng từ 150 đến 200 và xung quanh không có các vật phản xạ Trên cơ sở khảo sát đường đi, sẽ quyết định luôn cả khoảng thời gian cần thiết chuyển máy giữa hai session kế tiếp nhau Việc khảo sát thực địa đặc biệt quan trọng ở những vùng rừng rậm rạp, hoặc vùng đô thị mà ở đó thường có nhiều địa vật che chắn Khi có vật che chắn trên 200 người khảo sát cần ước lượng xem góc cao vật che là bao nhiêu và phương vị tương ứng là bao nhiêu Để xác định phương vị có thể

sử dụng địa bàn, còn để xác định góc cao có thể dùng một dụng cụ lăng kính để đo góc cao một cách gần đúng, có trường hợp người ta sử dụng máy kinh vĩ để đo góc cao Ghi chép này sẽ giúp cho người lập kế hoạch đo chọn được thời điểm đo phù hợp nhờ phần mềm lập lịch

II.2 Công tác chuẩn bị

Trong mạng lưới Trắc địa truyền thông sử dụng các trị đo góc, cạnh thì điều kiện quan trọng khi chọn điểm là phải đảm bảo thông hướng giữa các điểm Nhưng đây không phải là điều kiện quan trọng đối với lưới GPS, khi thiết kế chọn điểm đo của lưới GPS người ta chỉ bố trí một số cặp điểm thông hướng với nhau để phục vụ cho việc phát triển lưới cấp thấp hơn bằng các phương pháp truyền thống Còn điều kiện quan trọng khi chọn điểm GPS là phải đảm bảo các yêu cầu sau: tầm thông hướng trên bầu trời (góc mở ≥ 1500), tránh xa các vật có thể là nhiễu tín hiệu vệ tinh như: đài phát sóng, dòng điện cao thế, mái nhà bằng tôn Trong trường hợp buộc phải đặt điểm đo gần các vật nói trên thì cũng không nên gần quá 200m đối với các đài phát sóng và không gần hơn 50m đối với dòng điện cao thế

Dựa vào kết quả thiết kế sơ bộ và kết quả khảo sát thực địa đội đo GPS đã chọn được 9 điểm địa chính trải đều trong khu đo Tuy vị trí có thay đổi so với thiết kế sơ

bộ nhưng những thay đổi đó không đáng kể và không ảnh hưởng đến số lượng điểm khống chế đã thiết kế ban đầu

* Công tác chuẩn bị bao gồm các nội dung chính sau:

- Trước khi đo cần kiểm tra các máy thu GPS và các thiết bị kèm theo (chân máy, định tâm quang học, ốc nối, thước đo cao ăng ten vv …)

- Chuẩn bị phương tiện đi lại, để di chuyển máy đúng lịch trình đo

- Chuẩn bị nguồn điện, ácquy hoặc pin đủ dùng

- Chuẩn bị phương tiện liên lạc (bộ đàm, hoặc điện thoại di động…)

- Có phương án phối hợp nếu không liên lạc được bằng bộ đàm hoặc điện thoại di động (thống nhất theo thời gian đã dự kiến)

- Chuẩn bị sổ đo, bút ghi chép, sơ đồ lưới và lịch đo đã lập cho các thời đoạn đo

- Người đo cần có đồng hồ đeo tay để phối hợp thời gian

- Chuẩn bị áo mưa cho người, túi che mưa cho máy vv …

II.3 Đo đạc ngoài thực địa

Tại mỗi điểm đo cần thực hiện các công việc chủ yếu như sau:

- Đặt máy thu và ăng ten

+ Đặt giá ba chân có gắn đế máy lên điểm đo rồi định tâm nhờ bộ phận định tâm quang học Sau đó đặt đĩa ăng ten lên đế máy và cân bằng nhờ bọt thủy trên đĩa ăng ten, như vẫn làm đối với máy đo góc trong trắc địa

+ Đo độ cao ăng ten

+ Nối máy thu với nguồn điện bằng dây cáp chuyên dụng

+ Mở điện bằng núm ON ở mặt sau của máy thu

Để đo độ cao ăng ten, cần nối 4 đoạn của thước đo độ cao chuyên dụng thành một thước dài Trên thước có khắc vạch theo hai hệ: hệ mét và hệ inch Luồn thước vào các

lỗ hình chân chó trên đĩa ăng ten còn đầu thước đặt đúng tâm mốc đo, đọc số trên thước ứng với mặt trên của đĩa Ba số đọc không được sai khác nhau quá 1 milimét

Đo độ cao ăng ten được xác định hai lần, một lần trước và một lần sau khi thu tín hiệu

vệ tinh Để tránh sai lầm, việc đo độ cao ăng ten cần được tiến hành theo cả hệ mét và

hệ inch

- Tiến hành thu tín hiệu vệ tinh bằng cách bật máy Đèn màu xanh trên bảng điều khiển luôn sáng đậm, các đèn khác vẫn tắt Sau đó đèn màu đỏ bắt đầu nhấp nháy nhanh báo hiệu máy thu đang bắt đầu dò tìm vệ tinh thứ nhất trong số 4 vệ tinh Ngay sau khi máy tìm được 4 vệ tinh hoặc nhiều hơn đèn màu đỏ sẽ nhấp nháy chậm và đèn màu vàng sáng đậm báo hiệu máy đang ghi số liệu Trong quá trình ghi số liệu, máy thu liên tục dò tìm các vệ tinh và bộ xử lý trong máy sẽ tự động tính toán khoảng thời gian cần thiết ghi theo số liệu đo Nếu trong thời gian đo có bất kỳ vệ tinh nào mất máy sẽ tự động bỏ vệ tinh đó và kéo dài thời gian đo vì số lượng vệ tinh bị ít đi Nếu

số lượng vệ tinh bị xuống thấp hơn 4 vệ tinh, máy thu sẽ tự động đặt lại thời gian và khởi động đo lại khi nhận đủ vệ tinh cần thiết Vì vậy phải luôn luôn quan sát các đèn

và chắc chắn rằng máy thu đang thu tín hiệu (ít nhất) từ 4 vệ tinh và không có hiện tượng bị mất tín hiệu vệ tinh

Về nguyên lý, khi đo tĩnh không cần can thiệp gì vào chế độ hoạt động của máy Sau khi máy được mở, nó sẽ tự động tiến hành :

+ Tìm thu bắt tất cả các vệ tinh có thể quan sát

+ Thực hiện các phép đo GPS và tính ra tọa độ điểm đo

+ Mở tập và thu nạp tất cả dữ kiện đo vào tập Khi máy được tắt đi sau khi đo xong, nó sẽ tự động đóng tập và bảo vệ các dữ kiện đã được ghi

II.4 Công tác nội nghiệp

II.4.1 Giới thiệu tổng quan về phần mềm GPSurvey 2.35

Phần mềm GPSurvey 2.35 do hãng Trimble, một trong những hãng sản xuất thiết

bị và phần mềm GPS hàng đầu thế giới, xây dựng năm 1991 GPSurvey 2.35 cho phép

xử lý các loại dữ liệu đo GPS 1 tần số L1 hay cả 2 tần số L1 và L với các chế độ đo tĩnh (static), đo tĩnh nhanh (fast static), đo động (kinematic) rất tiện lợi và chính xác Trước đây phần mềm được nhà sản xuất bán kèm khi mua thiết bị của hãng, việc sử dụng hạn chế do phải có khoá cứng đi kèm Từ năm 2000 phần mềm này xoá bỏ bản quyền và cho phép sử dụng rộng rãi Hiện nay, GPSurvey 2.35 được dùng phổ biến trong công tác xử lý các số liệu đo lưới khống chế trắc địa bằng GPS và đã có nhiều nghiên cứu nhằm khai thác sử dụng hiệu quả phần mềm để giải quyết các nhiệm vụ

chuyên nghành Phần mềm gồm 3 modul chính: modul quản lý điều hành (manager),

modul tính cạnh (WAVE) và modul bình sai lưới (trimnet)

2

II.4.2 Quy trình công nghệ sử dụng phần mềm GPSurvey 2.35

Sơ đồ 02 Sơ đồ quy trình công nghệ sử dụng phần mềm GPSurvey 2.35

II.4.2.1 LẬP LỊCH ĐO

Lập lịch vệ tinh là một việc rất quan trọng trước khi tiến hành kế hoạch đo lưới trắc địa bằng máy thu GPS Lập lịch vệ tinh là nhằm tìm ra khoảng thời gian đo GPS tốt nhất trong từng ngày và trong từng khu vực Lịch đo cũng thông báo về vị trí hình học của từng chùm vệ tinh, chỉ số PDOP để chúng ta lựa chọn phương án tối ưu

Chúng ta dùng một máy thu GPS đặt tại một điểm bất kỳ ở trung tâm khu đo Mở máy thu tín hiệu vệ tinh trong vài phút Dùng file mới đo đưa vào phầm mềm GPSurvey để tiến hành lập lịch đo Các bước lập lịch đo được thực hiện theo trình tự sau:

Bước 1: Khởi động chương trình lập lịch

Chương trình lập lịch có thể gọi từ giao diện chính của phần mềm hoặc từ menu Start

Bước 2: Sau khi khởi động chương trình lập lịch, cửa sổ Select Date xuất hiện, trên

cửa sổ Select Date chọn ngày lập

Trên cửa sổ cho phép chọn ngày lập lịch

Bước 3: Chọn OK, cửa sổ Edit Point xuất hiện

Cửa sổ này cho phép nhập tên khu đo cần lập lịch Nhấn Keyboard…để nhập kết

quả như hình vẽ

Bước 4: Vào menu Options chọn Autotime, cửa sổ Auto View Time Selection xuất

hiện:

+ Nhập số vệ tinh tối thiểu vào hộp Number Sats: 4

+ Nhập thời gian làm việc vào hộp Working Hours: 6:00 – 18:00

+ Nhập PDOP tối đa vào hộp PDOP: 5

+ Nhập thời gian tối thiểu của một ca đo vào hộp Minimum observation time: 60 + Chọn OK, cửa sổ chính sẽ xuất hiện (Hình II.4)

Bước 5: Vào menu Options, chọn Svs để tính lịch

Bước 6: Vào menu Options, chọn ListTime để xem kết quả lập lịch Kết quả lập lịch

được thể hiện như sau:

Lịch đo