Ứng dụng các trạm tham chiếu hoạt động liên tục thành lập lưới khống chế trắc địa phục vụ dự án cải tạo suối dứa gai và bảo vệ hồ tân xã thuộc khu công nghệ cao hòa lạc, thạch thất, hà nội

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Viết tắt Viết đầy đủ Giải nghĩa CORS Continuously Operating Reference System Hệ thống tham chiếu hoạt động liên tục DGPS Differential Global Positioning System

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

ỨNG DỤNG CÁC TRẠM THAM CHIẾU HOẠT ĐỘNG LIÊN TỤC THÀNH LẬP LƯỚI KHỐNG CHẾ TRẮC ĐỊA PHỤC VỤ DỰ ÁN CẢI TẠO SUỐI DỨA GAI VÀ BẢO VỆ

HỒ TÂN XÃ THUỘC KHU CÔNG NGHỆ CAO HÒA LẠC,

HUYỆN THẠCH THẤT, THÀNH PHỐ HÀ NỘI

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT TRẮC ĐỊA - BẢN ĐỒ

NGUYỄN HOÀNG ÂN

HÀ NỘI, NĂM 2017

BỘ TÀ NGUYÊN VÀ MÔ TRƯỜNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

ỨNG DỤNG CÁC TRẠM THAM CHIẾU HOẠT ĐỘNG LIÊN TỤC THÀNH LẬP LƯỚI KHỐNG CHẾ TRẮC ĐỊA PHỤC VỤ DỰ ÁN CẢI TẠO SUỐI DỨA GAI VÀ BẢO VỆ

HỒ TÂN XÃ THUỘC KHU CÔNG NGHỆ CAO HÒA LẠC,

HUYỆN THẠCH THẤT, THÀNH PHỐ HÀ NỘI

NGUYỄN HOÀNG ÂN

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

Cán bộ hướng dẫn chính: TS Phạm Thị Hoa

Cán bộ chấm phản biện 1: TS.Trần Hồng Quang

Cán bộ chấm phản biện 2: PGS.TS Vy Quốc Hải

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại:

HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN THẠC SĨTRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

Ngày 31 tháng 12 năm 2017

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu,kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được công bố trong bất

LỜI CẢM ƠN

Luận văn này được hoàn thành dưới sự hướng dẫn của TS Phạm ThịHoa, Trưởng khoa Trắc địa và Bản đồ, Trường Đại học Tài nguyên và Môitrường Hà Nội Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới các thầy cô giáoKhoa Trắc địa và Bản đồ, Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội

về sự giúp đỡ tận tình, chu đáo trong suốt quá trình tác giả học tập vànghiên cứu tại Khoa trong suốt thời gian làm luận văn

Trong quá trình làm luận văn, tác giả đã nhận được rất nhiều sự quantâm giúp đỡ, cung cấp nhiều tài liệu khoa học, các trang thiết bị liên quan đến

đề tài luận văn và dữ liệu phục vụ tính toán thực nghiệm của Công ty cổ phầncông nghệ Nguyễn Kim, Công ty cổ phần dịch vụ Thương mại khảo sát HàĐông, công ty cổ phần Khảo sát địa chính và đo đạc bản đồ Hà Nội Tác giảxin trân trọng cảm ơn sự giúp đỡ quý báu đó

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN ii

LỜI CẢM ƠN iii

THÔNG TIN LUẬN VĂN vi

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT vii

DANH MỤC CÁC BẢNG viii

DANH MỤC CÁC HÌNH ix

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ CORS TRONG CÔNG TÁC THÀNH LẬP LƯỚI KHỐNG CHẾ TRẮC ĐỊA 3

1.1 Khái quát về công nghệ GNSS 3

1.1.1 Các hệ thống định vị vệ tinh toàn cầu 3

1.1.2 Cấu trúc chung của một hệ thống GNSS 7

1.1.3 Các hệ thống tăng cường 7

1.1.4 Nguyên lý hoạt động của hệ thống GNSS 9

1.1.5 Các ứng dụng của hệ thống GNSS 11

1.2 Khái quát về công nghệ CORS và khả năng ứng dụng 15

1.2.1 Khái quát về công nghệ CORS 15

1.2.2 Ứng dụng trạm CORS 17

1.2.3 Vai trò của trạm CORS 18

1.3 Tổng quan về ứng dụng công nghệ CORS trong công tác thành lập lưới khống chế trắc địa ở Việt Nam 19

CHƯƠNG 2 QUY TRÌNH ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ CORS THÀNH LẬP LƯỚI KHỐNG CHẾ TRẮC ĐỊA 21

2.1 Xây dựng hệ thống trạm CORS 21

2.1.1 Mô hình hoạt động của hệ thống trạm CORS 21

2.1.2 Cấu trúc của trạm CORS 23

2.1.3 Đặc điểm chung của hệ thống trạm CORS 24

2.1.4 Các lợi ích của hệ thống trạm GNSS CORS 26

2.1.5 Giới thiệu mạng các trạm CORS tại một số nước trên thế giới 27

2.1.6 Vấn đề xây dựng mạng lưới trạm CORS ở Việt Nam 33 2.2 Đo lưới khống chế bằng công nghệ CORS 40 2.3 Xử lý số liệu 43

CHƯƠNG 3 THỰC NGHIỆM ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ CORS ĐO ĐẠC LƯỚI KHỐNG CHẾ TRẮC ĐỊA PHỤC VỤ DỰ ÁN CẢI TẠO SUỐI DỨA GAI VÀ BẢO VỆ HỒ TÂN XÃ THUỘC KHU CÔNG NGHỆ CAO HÒA LẠC, HUYỆN THẠCH THẤT, HÀ NỘI 44

3.1 Giới thiệu chung về khu vực thực nghiệm 44 3.2 Sơ đồ lưới khống chế trắc địa, yêu cầu độ chính xác xác định vị trí điểm

đo vẽ cấp 2

70

3.4 Đề xuất giải pháp ứng dụng công nghệ CORS tại Việt Nam 71

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 72 PHẦN PHỤ LỤC

THÔNG TIN LUẬN VĂN

Họ và tên học viên : Nguyễn Hoàng Ân

Cán bộ hướng dẫn 1 : TS Phạm Thị Hoa

Tên đề tài: Ứng dụng các trạm tham chiếu hoạt động liên tục thành lậplưới khống chế trắc địa phục vụ dự án cải tạo suối Dứa Gai và bảo vệ hồ Tân

Xã thuộc khu công nghệ cao Hòa Lạc, huyện Thạch Thất, thành phố Hà Nội

Về lý thuyết, Luận văn đã nghiên cứu tổng quan về ứng dụng côngnghệ CORS trong công tác thành lập lưới khống chế trắc địa Về thực nghiệm,Luận văn đã thử nghiệm đo đạc lưới đo vẽ cấp 2 phục vụ dự án cải tạo suốiDứa Gai và bảo vệ hồ Tân Xã thuộc khu công nghệ Cao Hòa Lạc – huyệnThạch Thất, thành phố Hà Nội bằng công nghệ CORS RTK với 02 giải phápthiết bị (máy Comnav T300 và máy Trimble R8s) Kết quả so sánh tọa độ vớigiá trị tương ứng từ công nghệ đo tĩnh cho thấy máy Trimble R8S hoàn toànđáp ứng được yêu cầu thành lập lưới đo vẽ cấp 2 bằng công nghệ CORS RTK

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

Viết tắt Viết đầy đủ Giải nghĩa

CORS Continuously Operating Reference

System

Hệ thống tham chiếu hoạt động

liên tục DGPS Differential Global Positioning

System

Định vị vi phân thời gian thực

sử dụng trị đo code FTP File Transfer Protocol Giao thức chuyển nhượng tập tin GNSS Global Navigation Satellite System Hệ thống vệ tinh

dẫn đường toàn cầu

FKP Flächen Korrectur Parameter Hiệu chỉnh các tham số khu vực

Differential GPS

Định vị chính xác theo thời gian

thực

sử dụng các trạm DGPS khu IGS International GPS Service Tổ chức GPS quốc tế NRTK Network Real Time Kinematic Lưới đo động thời gian thực

VRS Virtural Reference Station Trạm tham chiếu ảo

GCDGPS Globally Corrected DGPS DGPS cung cấp trên toàn cầu

NDGPS Nationwide Differential GPG DGPS diện rộng quốc gia

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1 Một số thông tin của các trạm DGNSS/CORS 37Bảng 3.1 So sánh kết quả thu bằng máy Trimble R8s theo độ dài ca đo 62Bảng 3.2 Tọa độ đo được bằng máy Comnav T300 theo công nghệ RTK 63Bảng 3.3 Tọa độ đo được bằng máy Trimble R8s theo công nghệ RTK 65Bảng 3.4 Chênh lệch tọa độ đo được bằng máy Comnav T300 theo côngnghệ RTK với kết quả đo tĩnh 66Bảng 3.5 Chênh lệch tọa độ đo được bằng máy Trimble R8s theo công nghệRTK với kết quả đo tĩnh 68

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1 Vùng dịch vụ của dự án IRNSS 6

H ì n h 1 2 M i n h h ọ a h i ệu q u ả c ủ a h ệ t h ốn g Q Z SS 7

Hình 1.3 Nguyên lý hoạt động của hệ thống tăng cường mặt đất 9

H ì n h 1 4 Đ ị n h v ị t u y ệt đ ố i 10

H ì n h 1 5 Đ ị n h v ị t ư ơ n g đ ố i 10

Hình 1.6 Sơ đồ khái quát trạm CORS 16

Hình 1.7.Trạm CORS 17

Hình 1.8 Ứng dụng trạm CORS 18

Hình 1.9 Cấu trúc và nguyên lý hoạt động trạm CORS 18

Hình 2.1 Sơ đồ vị trí điểm Mạng lưới CORS của Mỹ 28

Hình 2.2 Tổ chức Hạ tầng mặt đất GNSS của Hungary 29

Hình 2.3 Mạng lưới các trạm CORS đang hoạt động ở Hungary 30

Hình 2.4 Vị trí lắp đặt ăng ten và ảnh đường chân trời anten 30

Hình 2.5 Cấu trúc một trạm CORS trong hệ thống MASS 31

Hình 2.6 Sự phân bố mạng lưới trạm MASS 32

Hình 2.7 Một trạm MyNRTKet được xây dựng kiên cố 33

Hình 2.8 Vị trí xây dựng và lắp đặt các trạm Geodetic CORS 35

Hình 2.9 Vị trí các trạm Network RTK CORS của Dự án 36

Hình 2.10 Sơ đồ bố trí các trạm DGNSS/CORS 38

Hình 2.11 Công nghệ CORS RTK với giao thức 3G 42

khu công nghệ cao Hoà Lạc 45

Hình 3.1 Bản đồ quy hoạch tổng mặt bằng sử dụng đất khu công nghệ cao Hoà Lạc 45

Hình 3.2 Hồ Tân Xã 47

Hình 3.3 Sơ đồ lưới đo vẽ cấp 2 49

Hình 3.4 Máy đặt tại các điểm gốc 50

Hình 3.5 Hệ thống trạm CORS GNSS Kolida+S8 52

Hình 3.6 Máy thu GPS RTK COMNAV T300 52

Hình 3.7 Đo đạc tại điểm T15 với Comnav T300 54

Hình 3.8 Đo đạc tại điểm T25 với Comnav T300 54

Hình 3.9 Trạm CORS công ty HDS 55

Hình 3.10 Trimble Zephyr Geodetic 2 Antenna 56

Hình 3.11 Trimble Net R9 56

Hình 3.12 Máy thu Trimble R8s 58

Hình 3.13 Lắp đặt thiết bị tại điểm gốc GPS13 59

Hình 3.14 Kết nối với trạm CORS 60

Hình 3.15 Một số hình ảnh thực nghiệm bằng máy Trimble R8s 61

Hình 3.16 Chênh lệch tọa độ đo được bằng máy Comnav T300 theo công nghệ RTK với kết quả đo tĩnh 67

Hình 3.17 Chênh lệch tọa độ đo được bằng máy Trimble R8S 69

Theo công nghệ RTK với kết quả đo tĩnh 69

Hình 3.18.Tại điểm T56 (độ che phủ lớn) 70

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

CORS là tên viết tắt của cụm từ “Continuously Operating ReferenceStation” Công nghệ CORS ra đời từ sự giao thoa của công nghệ định vị vệtinh, công nghệ tin học, công nghệ mạng Hệ thống thiết bị ứng dụng côngnghệ CORS (gọi tắt là hệ thống CORS) có thể tự động cung cấp các thông tin

về trị đo, các loại số hiệu chỉnh, thông tin hiện thời và các thông tin liên quankhác về kết quả thu tín hiệu vệ tinh tại thời điểm trước đó hoặc ngay hiện tạicho nhiều đối tượng sử dụng khác nhau, với những nhu cầu khác nhau và ởcác mức độ khác nhau

Trạm tham chiếu hoạt động liên tục (CORS) được xuất hiện lần đầu ở

Mỹ và hiện nay đang được phát triển mạnh mẽ ở nhiều quốc gia trên thế giới

Ở Việt Nam, hệ thống trạm CORS đã được quan tâm phát triển từ rất sớm tuynhiên do khó khăn về nguồn kinh phí nên cho đến nay vẫn chưa hoàn thiện.Thời gian gần đây, Bộ Tài nguyên và Môi trường và Cục Bản đồ - Bộ Tổngtham mưu đang tập trung đẩy mạnh tiến độ các dự án xây dựng và vận hành

hệ thống này Dự báo, khi hệ thống trạm CORS đi vào hoạt động, công tác đođạc nói chung và công tác xây dựng lưới khống chế nói riêng sẽ có sự thayđổi căn bản về công nghệ

Nhằm góp phần định hướng ứng dụng công nghệ CORS trong xâydựng lưới khống chế, luận văn lựa chọn đề tài nghiên cứu “Ứng dụng cáctrạm tham chiếu hoạt động liên tục thành lập lưới khống chế trắc địa phục vụ

dự án cải tạo suối Dứa Gai và bảo vệ hồ Tân Xã thuộc khu công nghệ CaoHòa Lạc, huyện Thạch Thất, thành phố Hà Nội” Do điều kiện thực tiễn đangthiếu hụt hạ tầng trạm CORS hoàn chỉnh nên phần thực nghiệm của luận vănkhông sử dụng công nghệ NRTK mà chỉ sử dụng công nghệ RTK kết hợp vớicông nghệ truyền thông tin hiệu chỉnh thông qua mạng 3G

2 Mục tiêu của đề tài

Đánh giá hiệu quả ứng dụng các trạm tham chiếu hoạt động liên tụcthành lập lưới khống chế trắc địa phục vụ dự án cải tạo suối Dứa Gai và bảo

vệ hồ Tân Xã thuộc khu công nghệ Cao Hòa Lạc, huyện Thạch Thất, thànhphố Hà Nội

3 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp tổng hợp kế thừa

+ Thu thập tài liệu đã có liên quan tới các phương pháp và nội dung củaluận văn như: các số liệu, tài liệu chuyên môn, đề tài khoa học có liên quan đãđược công bố, các nguồn thông tin khác như tạp chí, các bài báo…

+ Phân tích, tổng hợp các kết quả nghiên cứu, các tư liệu liên quan đếnnội dung của luận văn

- Phương pháp đánh giá và khai thác công nghệ: Nhằm đánh giá, so sánh

độ chính xác của phương pháp nghiên cứu với các phương pháp thông thườngkhác

- Phương pháp chuyên gia: Xin ý kiến góp ý của giáo viên hướng dẫn,các nhà khoa học, các đồng nghiệp về các vấn đề trong nội dung luận văn

4 Nội dung nghiên cứu

Nội dung nghiên cứu của luận văn được trình bày theo cấu trúc sau đây: Chương 1: Tổng quan về ứng dụng công nghệ CORS trong công tácthành lập lưới khống chế trắc địa

Chương 2: Quy trình ứng dụng công nghệ CORS thành lập lưới khốngchế trắc địa

Chương 3: Thực nghiệm ứng dụng công nghệ CORS đo đạc lưới khốngchế trắc địa phục vụ dự án cải tạo suối Dứa Gai và bảo vệ hồ Tân Xã thuộckhu công nghệ Cao Hòa Lạc – huyện Thạch Thất, thành phố Hà Nội

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ CORS

TRONG CÔNG TÁC THÀNH LẬP LƯỚI KHỐNG CHẾ TRẮC ĐỊA 1.1 Khái quát về công nghệ GNSS

GNSS được cấu thành như một nhóm hay một hệ thống của quỹ đạo vệtinh kết hợp với thiết bị ở mặt đất Trong cùng một thời điểm, ở một vị trí trênmặt đất nếu xác định được khoảng cách đến bốn vệ tinh (tối thiểu) thì sẽ tínhđược tọa độ của vị trí đó GNSS hoạt động trong mọi điều kiện thời tiết, mọinơi trên trái đất và 24 giờ một ngày Mỹ là nước đầu tiên phóng lên và đưavào sử dụng hệ vệ tinh dẫn đường này Mỹ đặt tên cho hệ thống này là hệthống vệ tinh định vị toàn cầu GPS (Global Positioning System), ban đầu là

để dùng riêng cho quân sự, về sau mở rộng ra sử dụng cho dân sự trên phạm

vi toàn cầu, bất kể quốc tịch và miễn phí

Hiện nay, các hệ thống GNSS được sử dụng phổ biến gồm có: hệ thốngđịnh vị dẫn đường sử dụng vệ tinh là GPS (Global Positioning System) do Mỹchế tạo và hoạt động từ năm 1994, GLONASS (GLobal Orbiting NavigationSatellite System) do Nga chế tạo và hoạt động từ năm 1995, và hệ thốngGALILEO mang tên nhà thiên văn học GALILEO do Liên minh châu Âu (EU)chế tạo và dự kiến được đưa vào sử dụng trong năm 2010 Nguyên lý hoạtđộng chung của ba hệ thống GPS, GLONASS và GALILEO cơ bản là giốngnhau Ngoài ba hệ thống GNSS trên còn có các hệ thống khác như COMPASS

(Trung Quốc), IRNSS (Ấn Độ) và QZSS (Nhật Bản).

1.1.1 Các hệ thống định vị vệ tinh toàn cầu

Hệ thống định vị toàn cầu trước đây gồm có TRANSIT (Mỹ) vàTSICADA (Liên Xô cũ) Tuy nhiên cả hai hệ thống này hiện nay không cònhoạt động

Hiện nay trên thế giới có ba hệ thống vệ tinh dẫn đường toàn cầu: đó làGPS (Mỹ), GLONASS (Nga) và GALILEO (liên minh Châu Âu) Trong đóGPS và GLONASS đang hoạt động, GALILEO đang hoàn thiện (đã thu đượctín hiệu thử nghiệm) Cả ba hệ thống định vị toàn cầu ngày nay được gọi tênchung là Hệ thống vệ tinh dẫn đường toàn cầu (GNSS - Global NavigationSatellite System)

Ngoài ba hệ thống định vị vệ tinh dẫn đường toàn cầu trên còn có các

hệ thống khu vực như COMPASS (Trung Quốc), IRNSS (Ấn Độ) và QZSS

(Nhật Bản) Sau đây là một số khái lược về các hệ thống này

a Hệ thống GPS

Đây là hệ thống định vị của Mỹ, sử dụng hệ toạ độ WGS-84 Hệ thốngnày có tên gọi đúng là NAVSTAR GPS (Navigation Satelite Timing andRanging Global Positioning System) Hệ thống này có mục đích thiết kế banđầu dành cho quân sự Từ năm 1980 chính phủ Mỹ cho phép sử dụng trongdân sự nhưng với giới hạn độ chính xác định vị bằng cách gây nhiễu cố ý(SA) Từ tháng 5/2000, Mỹ đã chính thức bỏ nhiễu cố ý SA

Các vệ tinh đầu tiên của hệ thống này được phóng lên quỹ đạo vàotháng 2 năm 1978 Toàn bộ hệ thống được vào hoạt động hoàn chỉnh từ tháng

5 năm 1994

b Hệ thống GLONASS

Đây là hệ thống định vị của Nga, sử dụng hệ toạ độ PZ-90 Hệ thốngGLONASS được Liên Xô cũ nghiên cứu thiết kế từ năm 1976 V ệ t i n h đ ầutiên của GLONASS được L i ê n X ô đ ưa lên quỹ đạo ngày 12 tháng 10 năm

1 98 2 , vào ngày 24 tháng 9 năm 1 99 3 h ệ thống chính thức được đưa vào sửdụng Hiện tại Nga có 26 vệ tinh trong hệ thống định vị toàn cầu, 18 vệ tinhtrong số đó bao quát toàn bộ lãnh thổ nước Nga Tương tự như GPS, hệ thốngnày có mục đích thiết kế ban đầu dành cho quân sự Từ năm 2001, chính phủNga đã cho phép khối dân sự được phép phần điều khiển và phần sử dụng

Việc nghiên cứu dự án hệ thống GALILEO được bắt đầu triển khaithực hiện từ năm 1999 do 4 quốc gia Châu Âu Pháp, Đức, Italia và Anh.Chương trình GALILEO được triển khai vào năm 2003, theo dự kiến sẽ hoànthành và đưa vào sử dụng trong năm 2008 Tuy nhiên hệ thống đã không đượchoàn thành đúng kế hoạch đề ra ban đầu Ngày 30 tháng 11 năm 2007, 27 bộtrưởng bộ giao thông vận tải các nước thành viên của EU đã đi đến một thoảthuận sẽ đưa vào vận hành hệ thống trước năm 2013 Tuy nhiên vì một số l dokhách quan, cho đến nay hệ thống này vẫn chưa hoàn thiện.

d Hệ thống COMPASS (Còn gọi là hệ thống Bắc Đẩu)

Compass là hệ thống định vị của Trung Quốc Hệ thống này được pháttriển theo ba bước:

- Xây dựng hệ thống thực nghiệm ban đầu gồm ba vệ tinh để để xác địnhtính khả thi

- Thứ hai, xây dựng hệ thống Compass phủ sóng toàn Trung Quốc trướcnăm 2012

- Thứ ba, lắp đặt hệ thống với phạm vi toàn cầu vào năm 2020

Hệ thống Compass của Trung Quốc tuy muộn hơn hai mươi năm nhưng vềmặt kỹ thuật cũng không kém nhiều lắm và thậm chí còn có ưu thế riêng

e Hệ thống IRNSS của Ấn Độ

Dự án IRNSS được chính phủ Ấn Độ thông qua từ năm 2006 với mụctiêu triển khai hệ thống vệ tinh định vị dẫn đường cho khu vực Ấn Độ và một

số nước lân cận

Hình 1.1 Vùng dịch vụ của dự án IRNSS

g Hệ thống QZSS của Nhật

Quasi-Zenith Satellite System (QZSS) là hệ thống định vị, dẫn đường,

đo thời gian bằng vệ tinh do Nhật Bản nghiên cứu phát triển Hệ thống nàybao phủ Đông Á và Châu Đại Dương Tuy nhiên, đây không phải là một hệthống hoạt động độc lập mà được sử dụng kết hợp với hệ thống định vị toàncầu GPS của Mỹ hoặc các hệ thống khác, nhằm nâng cao độ chính xác của dữliệu định vị thu từ vệ tinh

Hệ thống QZSS còn phát tín hiệu bổ trợ để nâng cao độ chính xác của

dữ liệu định vị Với hệ thống QZSS mới này, về mặt lý thuyết sai số của tínhiệu định vị thu được sẽ giảm xuống còn 1cm, bằng khoảng 1/1000 so với hệthống GPS dân sự hiện nay, và ngay cả khi ngồi trong nhà cũng có thể thuđược tín hiệu với độ chính xác cao

Hình 1.2 Minh họa hiệu quả của hệ thống QZSS

1.1.2 Cấu trúc chung của một hệ thống GNSS

Cấu trúc chung của hệ thống định vị vệ tinh dẫn đường toàn cầu (GNSS)gồm ba thành phần:

- Phần không gian: Bao gồm tất cả các vệ tinh quay quanh trái đất trênquỹ đạo theo quỹ đạo xác định

- Phần điều khiển: Bao gồm các trạm trên mặt đất có chức năng giám sáttình trạng hoạt động của vệ tinh: theo dõi, điều khiển, tính toán lịch vệ tinh vànạp dữ liệu lên vệ tinh

- Phần sử dụng: Bao gồm tất cả các máy thu, cách dịch vụ ứng dụng kếtquả thu tín hiệu của hệ GNSS trong đời sống

1.1.3 Các hệ thống tăng cường

Để nâng cao hiệu quả về kinh tế và độ chính xác công tác định vị, trênthế giới đã thiết lập hệ thống hỗ trợ (hay hệ thống tăng cường) Hệ thống tăngcường cùng với cấu trúc cũ ( gồm ba phần: phần không gian, phần điều khiển

và phần sử dụng) cấu thành một hệ thống hoạt động hoàn hảo Hệ thống tăng

cường đã mở rộng các khả năng của GNSS trên các lĩnh vực như tăng độchính xác và độ tin cậy định vị, đảm bảo khả năng sẵn sàng đáp ứng các ứngdụng khai thác, tích hợp và kinh tế

Với sự xuất hiện của hệ thống tăng cường, hệ định vị theo quan niệmcũ được chia làm hai thành phần là hệ thống cơ sở (gồm đoạn không gian,đoạn điều khiển) và người sử dụng Hệ thống tăng cường được hiểu là tất cảcác cơ sở hạ tầng được thiết lập ngoài hệ thống cơ sở, là cầu nối giữa hệ thống

cơ sở và đoạn sử dụng nhằm khai thác triệt để các khả năng, các thế mạnh củacông nghệ GNSS

Tóm lại, hệ thống tăng cường cung cấp các tham số, các trị đo và trịhiệu chỉnh cho người sử dụng xử lý số liệu để đạt được độ chính xác cần thiết

và hiệu quả về mặt kinh tế Theo phương thức truyền dữ liệu tới người sửdụng, hệ thống tăng cường được chia làm hai loại là hệ thống tăng cường mặtđất (GBAS) và hệ thống tăng cường không gian (SBAS)

Hệ thống tăng cường trên mặt đất (Ground Based Augmentation SystemGBAS) là hệ thống cơ sở hạ tầng, dữ liệu số liệu hỗ trợ nhằm mở rộng khảnăng cho hệ cơ sở Lưới thụ động được thiết lập bằng phương pháp cổ điển cóthể coi là giai đoạn đầu của GBAS, hỗ trợ việc tích hợp thành quả đo GNSSvào hệ tọa độ đang sử dụng Theo thời gian, GBAS phát triển theo hướng cácluới điểm đo liên tục mang tính khu vực hoặc trong phạm vi quốc gia

Hệ thống tăng cường vệ tinh (Sattelite Based Augmentation SystemSBAS) là hệ thống lưới giám sát và trung tâm điều khiển (phần lớn là độc lậpvới hệ thống cơ sở) mô hình hóa các nguồn sai số chủ yếu, từ đó gửi số liệuhiệu chỉnh lên vệ tinh địa tĩnh Vệ tinh này có nhiệm vụ truyền các số liệuhiệu chỉnh cho các máy thu trên khu vực xác định ở mặt đất Có ba hệ thống

“đa vùng” dạng này như sau: hệ thống WAAS của Mỹ, hệ thống MSBAS củaNhật, hệ thống EGNOS của châu Âu

Hình 1.3 Nguyên lý hoạt động của hệ thống tăng cường mặt đất

Nguyên lý cơ bản của hệ thống tăng cường là trên vùng lãnh thổ thiếtlập lưới các trạm đo liên tục Số liệu đo của các trạm được truyền về trungtrung tâm xử lý Trung tâm xử lý sẽ xác định các dữ liệu hiệu chỉnh cung cấpcho các máy thu xử lý số liệu đo theo thời gian thực

1.1.4 Nguyên lý hoạt động của hệ thống GNSS

Trong định vị bằng công nghệ GNSS, các vệ tinh đóng vai trò là cácmốc khống chế di động Bài toán định vị được giải quyết trên cơ sở giao hộinghịch khoảng cách trong không gian từ điểm cần xác định tọa độ (vị trí đặtmáy thu) đến các vệ tinh (các mốc khống chế đã biết toạ độ) Nói cách khác,toạ độ vệ tinh là các số liệu gốc để từ đó xác định được vị trí các điểm quansát thông qua các trị đo từ điểm quan sát đến các vệ tinh

Dựa trên cách tiếp cận này, trong công nghệ GNSS có hai nguyên lýđịnh vị cơ bản:

a Nguyên lý định vị tuyệt đối

Định vị tuyệt đối là xác định vị trí tuyệt đối của điểm quan sát trong hệtoạ độ Trái đất Để thực hiện được điều này, máy thu sẽ được đặt tại điểm cầnxác định toạ độ (điểm M), tiến hành thu tín hiệu của vệ tinh S để xác địnhđược khoảng cách từ vệ tinh đến máy thu (ρ)

Theo thiết kế của các hệ thống định vị vệ tinh, vệ tinh đóng vai trò làcác mốc khống chế di động, vì vậy toạ độ vệ tinh tại một thời điểm bất kỳluôn được xác định Xét trong hệ toạ độ vuông góc không gian địa tâm vớitâm O của trái đất là gốc toạ độ, nếu biết toạ độ của vệ tinh tại thời điểm quan

sát thì có thể xác định được véc tơ r Xét (hình1.4) theo nguyên tắc cộng véc

tơ, ta có thể xác định được véc tơ R theo công thức:

𝑅̅ = 𝑟 − 𝜌

(1.2.1)Toạ độ của véc tơ R cũng chính là toạ độ cần tìm của điểm M (điểmquan sát) vì điểm O là gốc toạ độ

SS

Hình 1.4 Định vị tuyệt đối Hình 1.5 Định vị tương đối

b Nguyên lý định vị tương đối

Định vị tương đối là xác định vị trí tương đối (xác định hiệu toạ độ)giữa hai điểm Giả sử cần xác định vị trí tương hỗ giữa M1 và M2, cần đặt hai

11máy thu GPS tại M1 và M2, đồng thời thu tín hiệu đến vệ tinh chung S (hình1.5).

Kết quả thu tín hiệu sẽ cho phép xác định được véc tơ 𝜌̅̅1̅ và 𝜌̅̅2̅ Vị trítương đối giữa hai điểm chính là véc tơ ∆𝑅̅ và được xác định theo phương trình:

∆𝑅̅ = 𝜌̅̅1̅ − 𝜌̅̅2̅

(1.2.2)Như vậy điều khác biệt cơ bản so với định vị tuyệt đối là: Định vị tươngđối không cần phải biết toạ độ vệ tinh, các vệ tinh chỉ đóng vai trò là mục tiêu

di động Tuy nhiên trong thực tế, khi xây dựng lưới khống chế trắc địa (được

đo theo nguyên lý định vị tương đối) thì các vệ tinh vẫn cần có toạ độ để:

- Xác định toạ độ gần đúng các điểm khống chế (bằng nguyên lý định vịtuyệt đối)

- Xác định toạ độ chính xác (toạ độ sau bình sai cho các điểm) trên cơ sởcác hiệu toạ độ sau bình sai giữa các điểm

Mặc dù trong nguyên lý định vị không cần xét đến toạ độ vệ tinh, việcxác định vị trí tương đối được xác định trên cơ sở mối quan hệ hình học giữavéc tơ ∆𝑅̅ cần xác định và hai véc tơ đo được Tuy nhiên trong thực tế, đểgiải

được chính xác vị trí tương đối giữa hai máy thu cần phải có toạ độ chính xáccủa vệ tinh

Nguyên lý định vị tương đối cho độ chính xác cao hơn định vị tuyệt đối

vì đã loại trừ hoặc làm giảm đáng kể các sai số toạ độ vệ tinh, sai số đồng hồ,sai số do ảnh hưởng của môi trường lan truyền tín hiệu,… trong kết quả đo

1.1.5 Các ứng dụng của hệ thống GNSS

a Ứng dụng của GNSS trong xây dựng lưới khống chế

Về phương diện xây dựng lưới khống chế trắc địa mặt bằng, công nghệGNSS đã trở đóng vai trò chủ yếu vì có thể khắc phục được các nhược điểmsau đây của phương pháp truyền thống:

- Các điểm liền kề nhau tạo thành đồ hình cơ bản phải trực tiếp hoặc sau

khi xây dựng tiêu phải trông thấy nhau (phải thông hướng)

- Do ảnh hưởng của độ cong Trái đất và chiết quang nên chiều dài cạnh

bị hạn chế Hơn nữa cạnh càng dài, tiêu phải càng cao, gây khó khăn tốn kém

về kinh tế Chính vì vậy lưới tam giác hạng I thì chiều dài cạnh trung bình chỉ

là 25km

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

đất liền và hải đảo

- Khó khăn khi thực hiện công tác đo nối lưới quốc gia với hệ thống toạ

độ khu vực và quốc tế để giải quyết các bài toán chung trên toàn cầu

- Khối lượng công tác đo đạc lớn, cần nhiều nhân lực và bị phụ thuộc

nhiều vào điều kiện thời tiết

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

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

- Đo động xử lý sau: Máy đặt tại trạm tĩnh không cần có bộ phát tínhiệu radio Link và máy đặt tại trạm động không cần có bộ thu tín hiệuradio Link

- Đo động xử lý tức thời: Máy đặt tại trạm tĩnh cần có bộ phát tín hiệuradio Link và máy đặt tại trạm động cần có bộ thu tín hiệu radio Link

Khoảng cách từ trạm tĩnh đến trạm động được giới hạn trong khoảng10km, lớn hơn nhiều so với khoảng cách từ máy đến gương trong phươngpháp sử dụng máy toàn đạc điện tử Vì vậy giảm thiểu được khá nhiều côngtác thành lập lưới khống chế đo vẽ Tuy nhiên nhược điểm của phương phápnày là không đo được ở vùng chật hẹp, bị che chắn tín hiệu hoặc vùng nhiễucủa các trạm phát sóng

c Ứng dụng của GNSS để chuyển thiết kế ra thực địa

Dựa vào bản thiết kế sẽ xác định được toạ độ của các điểm cần chuyển.Công nghệ GNSS sẽ đưa các điểm này ra thực địa theo đúng vị trí (toạ độ) đãđược thiết kế bằng cách: Sử dụng phương pháp đo GPS động, chuyển dịchtrạm động đến vị trị có toạ độ đúng bằng toạ độ đã thiết kế

Nếu trường hợp yêu cầu cao vệ độ chính xác thì sau khi xác định đượccác điểm, tiến hành xác định lại toạ độ các điểm đó bằng phương pháp đo tĩnh.

So sánh toạ độ đo được với toạ độ thiết kế để tiến hành hoàn nguyên điểm

Ngoài ra còn có thể sử dụng GPS để kiểm tra độ thẳng đứng của côngtrình dựa trên nguyên tắc xác định toạ độ các điểm trên đỉnh của công trình và

so sánh với toạ độ thiết kế của các điểm đó

d Ứng dụng của GNSS trong đo cao

Độ cao chuẩn của điểm đang xét có thể được xác định, nếu biết độ cao trắc địa và dị thường độ cao của nó Dị thường độ cao () có thể được xácđịnh từ mô hình trọng trường toàn cầu (phiên bản mới nhất là mô hìnhEGM2008) hoặc mô hình geoid cục bộ Với độ cao trắc địa (H) được xác định

từ kết quả đo GNSS, độ cao chuẩn (hγ) có thể xác định theo công thức sau:

hγ = H -  (1.2.3)Với các dữ liệu hiện có, phương pháp đo cao GNSS có thể xác định độcao chuẩn tương đương với thủy chuẩn kỹ thuật trong phạm vi cả nước vàtương đương với đo thủy chuẩn hạng IV khu vực đồng bằng, trung du Nếu ápdụng quy trình đo và xử lý chặt chẽ, độ chính xác của đo cao GNSS có thể đạt

độ chính xác tương đương thuỷ chuẩn hạng III

g Ứng dụng GNSS trong quan trắc địa động

Công nghệ GNSS có vai trò quan trọng nghiên cứu địa động (chuyểndịch vỏ trái đất) và chuyển dịch của các công trình nhân tạo như hạ tầng nhưđập thủy điện, cầu, nhà hay tháp cao Máy thu GNSS đặt tại các điểm cầnquan trắc để thu tín hiệu liên tục hay theo các chu kỳ sẽ cho phép xác địnhđược lượng chuyển dịch và vận tốc chuyển dịch trên có sở so sánh kết quả xácđịnh toạ độ tại các thời điểm khác nhau

Hướng đến mục tiêu quan trắc địa động, mạng lưới IGS gồm trên 500trạm được đặt cố định máy thu GNSS đa tần và liên tục thu tín hiệu với tần

suất 30s Số liệu quan trắc của tất cả các trạm được chuyển về trung tâm xử lý

để tính toạ độ, vận tốc chuyển dịch trong hệ toạ độ quốc tế ITRF đương đại.Các tổ chức, cá nhân có thể khai thác số liệu IGS để nghiên cứu địa động trêntừng quốc gia, khu vực

Công nghệ GNSS đang được áp dụng rộng rãi trong nghiên cứu kiến tạo

và biến dạng vỏ Trái đất trên toàn thế giới

h Ứng dụng GNSS trong trong các lĩnh vực khác

- Ứng dụng GNSS trong quân sự

Hệ thống định vị toàn cầu được thiết kế chủ yếu để cho quân đội định vịđiểm theo thời gian thực Các ứng dụng cho quân đội bao gồm dẫn hướnghàng không, hàng hải và trên bộ GNSS hỗ trợ rất tốt cho quân sự bởi yếu tố

“định vị” luôn đóng vai trọng trong tác chiến Từ dẫn đường cho máy bay, tàuchiến, nhảy dù, điểu khiển tên lửa và ngắm bắn mục tiêu cho đến các thiết bịthăm dò theo dõi và thiết bị tấn công có khả năng di chuyển không người láicũng đều dựa phụ thuộc vào thông tin định vị này Ngoài ra, các vệ tinh GPScòn mang theo các bộ thu phát để khám phá và hiển thị các vụ nổ hạt nhân

- Ứng dụng GNSS trong nghiên cứu tầng khí quyển

Khí quyển về cơ bản được chia làm hai tầng bao gồm tầng đối lưu(troposphere) và tầng điện ly (ionosphere) Do vậy, việc ứng dụng GNSSnghiên cứu các tham số khí quyển cũng được chia làm hai phần:

+ Nghiên cứu tầng đối lưu: Nghiên cứu mối quan hệ giữa tín hiệu GNSS

và các đặc điểm (nhiệt độ, độ ẩm, áp suất) của tầng đối lưu Với công nghệGNSS, có thể xác định được độ trễ khí tượng, từ độ trễ khí tượng xác địnhđược độ ẩm không khí

+ Nghiên cứu tầng điện ly: Nghiên cứu mối quan hệ tín hiệu GNSS vàchỉ số đặc trưng của tầng điện ly Để có thể nghiên cứu điện ly, cần số liệuGNSS hai tần số, vì chỉ từ số liệu hai tần số mới có thể tính được độ trễ điện

ly và từ đó là tổng lượng điện tử (TEC)

- Ứng dụng GNSS trong giao thông vận tải

Công nghệ GNSS đã chiếm vai trò quan trọng trong ngành giao thôngvận tải, đặc biệt là trong hàng không và hàng hải Máy thu GNSS được đặttrên các phương tiện giao thông để định vị tức thời, trên cơ sở đó xác địnhđược lộ trình thực tế của phương tiện Người điều khiển phương tiện sẽ điềuchỉnh hướng di chuyển để lộ trình thực tế bám sát với lộ trình thiết kế

Đặc biệt, với việc lắp đặt máy thu GNSS để lưu lại hành trình của cácphương tiện sẽ hỗ trợ rất tốt trong công tác an ninh và quốc phòng

- Ứng dụng trong tìm kiếm và cứu hộ

Trong công tác tìm kiếm và cứu hộ, nếu xác định được toạ độ của điểmgặp nạn thì hiệu quả sẽ tăng lên rất nhiều, bởi sự nhanh hay chậm liên quanđến tính mạng của những người gặp nạn Do đó, với chức năng xác định tứcthời vị trí, công nghệ GNSS đóng vai trò rất quan trọng trong công tác này

- Ứng dụng trong thể thao và giải trí

Một số hoạt động giải trí và tập luyện thể thao sẽ trở nên thú vị hơn nếungười chơi có thể xác định được vị trí và theo dõi sự chuyển động

- Ứng dụng trong nông nghiệp

Tại các nước tiên tiến với các trang trại nông nghiệp rông lớn, công nghệGNSS được áp dụng khi dùng các máy bay phun rải phân bón và thuốc trừsâu, hoặc trong quá trình reo hạt trồng Ngoài ra, công nghệ GNSS cũng giúpcung cấp thông tin về vùng diện tích cho năng suất cao hay thấp Người sảnxuất kết hợp các thông tin này với một số thông tin cần thiết khác để nghiêncứu tìm ra phương pháp tăng năng suất thích hợp

1.2 Khái quát về công nghệ CORS và khả năng ứng dụng

1.2.1 Khái quát về công nghệ CORS

CORS là tên viết tắt của cụm từ “Continuously Operating ReferenceStation” Công nghệ CORS ra đời từ sự giao thoa của công nghệ định vị vệ

tinh, công nghệ tin học, công nghệ mạng Hệ thống thiết bị ứng dụng côngnghệ CORS (gọi tắt là hệ thống CORS) có thể tự động cung cấp các thông tin

về trị đo, các loại số hiệu chỉnh, thông tin hiện thời và các thông tin liên quankhác về kết quả thu tín hiệu vệ tinh tại thời điểm trước đó hoặc ngay hiện tạicho nhiều đối tượng sử dụng khác nhau, với những nhu cầu khác nhau và ởcác mức độ khác nhau

Trạm CORS hay còn gọi là trạm tham chiếu thường trực hoạt động liêntục, là một hệ thống bao gồm phần cứng và phần mềm Trong đó, hệ thốngphần cứng gồm máy thu GPS và ăng ten được lắp đặt tại một nơi ổn định và

an toàn, được cung cấp năng lượng bởi nguồn điện đảm bảo cho quá trình vậnhành không bị gián đoạn Hệ thống phần mềm gồm phần mềm quản lý và thuthập dữ liệu từ máy thu, tính toán và gửi tín hiệu hiệu chỉnh tới các thiết bịđịnh vị Máy tính cài đặt phần mềm quản lý có thể được đặt ở xa nếu cần thiết,kết nối tới máy thu GPS trạm CORS sẽ được thực hiện qua hạ tầng mạnginternet

Hình 1.6 Sơ đồ khái quát trạm CORS (nguồn Internet)

Hệ thống này bao gồm: Một hoặc nhiều trạm thu tín hiệu vệ tinh được đặt

cố định (hình 1.6) và liên tục thu tín hiệu (24h/ngày), một trung tâm xử lý dữliệu và các máy thu GPS di động (máy này chỉ được dùng theo nhu cầu củangười sử dụng, máy sẽ thực hiện thu tín hiệu vệ tinh, kết hợp kết quả thu đượcvới dữ liệu hiệu chỉnh của hệ thống để tính ra tọa độ chính xác) Như vậy cóthể thấy, để hệ thống vận hành được, giữa các bộ phận của hệ thống phải có

sự kết nối, đây chính là vấn đề được quan tâm nhất trong việc phát triển, cải

tiến chất lượng hệ thống CORS Tính đến thời điểm hiện nay, việc kết nốiđược thực hiện theo các giải pháp công nghệ như: mạng LAN, mạng Internet Trạm CORS cần được bố trí nơi thông thoáng, có góc ngưỡng khoảng 10o cónguồn điện để đảm bảo máy thu tín hiệu liên tục Số liệu đo đạc của mạng lưới trạm CORS trong hệ thống được xử lý hàng ngày tại trạm trung tâm Điều này giúp hệ thống cung cấp số liệu kịp thời cho hoạt động nghiên cứu

Hình 1.7.Trạm CORS

1.2.2 Ứng dụng trạm CORS

Các hệ thống trạm CORS sử dụng hạ tầng mạng internet, sóng2G/3G/4G để truyền tải thông tin giữa phần mềm quản lý và máy GPS trạm,giữa các máy thu rover với hệ thống trạm CORS, yêu cầu lắp đặt cũng đơngiản Phương pháp đo chủ yếu là RTK network nên độ chính xác cũng tănglên, thậm chí có thể đạt cỡ vài mm ngay cả với giải pháp single base Cáctrạm CORS được sử dụng cho đo quan trắc độ chuyển dịch lớp vỏ trái đất,cung cấp số liệu gốc tham chiếu, hỗ trợ các công tác kỹ thuật hiện trường, thuthập dữ liệu GIS, đo đạc bản đồ, địa chính, khảo sát thuỷ văn, định vị chínhxác vị trí điểm, quản lý hệ thống máy móc tự động, quan trắc chuyển dịchbiến dạng các đối tượng tự nhiên như núi lửa, vách đất sạt trượt,…hay cáccông trình nhân tạo như cầu, tháp truyền hình, toà nhà cao tầng,

Hình 1.8 Ứng dụng trạm CORS (nguồn Internet)

1.2.3 Vai trò của trạm CORS

Trạm CORS hoạt động liên tục 24h/ngày, thu thập dữ liệu GPS dạngpha cũng như code và lưu lại trên bộ nhớ trong máy theo chu kỳ định trước.Tuỳ theo yêu cầu công việc mà chu kỳ ghi dữ liệu là ngắn hay dài, vài phútcho đến thậm chí cả ngày, cả tuần Phần mềm điều khiển trên máy tính tạiserver sẽ quản lý máy thu, download dữ liệu từ máy thu xuống, convert vànén dữ liệu GPS theo tiêu chuẩn chung RINEX Các dữ liệu RINEX này sau

đó có thể đưa lên các địa chỉ FTP một cách dễ dàng, thuận tiện cho việc truycập và chia sẻ bởi các user được cấp quyền

Hình 1.9 Cấu trúc và nguyên lý hoạt động trạm CORS (nguồn Internet)

Ngoài các dữ liệu RINEX, hệ thống trạm CORS cũng có thể xuất cácbản tin tín hiệu hiệu chỉnh theo đủ các dạng format CMR, CMR+, CMRx,RTCM 2.x, RTCM 3.x,…tới các mountpoint để người dùng được cấp quyền

có thể truy cập đến từ thiết bị GIS/GPS thông qua hạ tầng mạng 2G/3G/4Gtrên controller, từ đó có thể đo NRTK với độ chính xác cỡ vài mm

Không chỉ sử dụng hạ tầng mạng internet, người quản lý hệ thống trạmCORS nếu muốn vẫn có thể thiết lập hệ thống truyền bản tin hiệu chỉnhRTK/DGPS bằng sóng radio để phục vụ khách hàng một cách đa dạng và hiệuquả hơn

1.3 Tổng quan về ứng dụng công nghệ CORS trong công tác thành lập lưới khống chế trắc địa ở Việt Nam

Hiện nay trên thế giới, lưới cơ sở tọa độ quốc gia thường được xây dựngdưới dạng lưới các trạm GNSS quan trắc liên tục (trạm GNSS/CORS), có mật

độ phù hợp, đảm bảo độ chính xác, tin cậy, an toàn và phục vụ đa mục đích,người ta thường gọi dạng lưới này là lưới GNSS/CORS Tên gọi này chỉmang tính mô tả công nghệ “quan trắc liên tục để kết nối các điểm của lướitrong một hệ thống mạng trực tuyến” Đối với từng nước, mật độ điểm vàphân bố điểm có thể rất khác nhau

Ở Việt Nam, việc ứng dụng công nghệ CORS trong công tác thành lậplưới khống chế trắc địa đang còn ở giai đoạn sơ khởi Nguyên do là Việt Namđang trong giai đoạn xây dựng và hoàn thiện hạ tầng mạng lưới trạm CORSnên chưa có điều kiện phát huy hết các ưu thế căn bản của công nghệ CORStrong xây dựng lưới khống chế cũng như các ứng dụng khác

Các công trình nghiên cứu về ứng dụng trạm CORS trong thành lập lướikhống chế chủ yếu đang khai thác dưới dạng công nghệ đo tĩnh, điển hình như:

- Trong công trình [10], tác giả đã sử dụng các trạm CORS với vai tròđiểm gốc khống chế để xác định tọa độ cho các điểm mới trong lưới điểmkhống chế ảnh phục vụ cho việc đo vẽ thành lập bản đồ địa hình tỷ lệ

1:25.000, theo công nghệ đo tĩnh Kết quả cho thấy độ chính xác xác định tọa

độ hoàn toàn đáp ứng được yêu cầu

- Tương tự, trong công trình [11], tác giả cũng đã sử dụng các trạmCORS với vai trò điểm gốc khống chế để xác định tọa độ cho các điểm mốcđịa giới hành chính huyện Yên Định, tỉnh Thanh Hóa theo công nghệ đo tĩnh.Kết quả cho thấy mặc dù khoảng cách giữa các trạm lớn dữ liệu của các trạmnày hoàn toàn đáp ứng được việc xác định tọa độ các mốc địa giới hành chínhhuyện Yên Định

Về đo động, do hạ tầng trạm CORS ở nước ta chưa hoàn thiện nên rấtkhó áp dụng công nghệ NRTK trong thành lập lưới khống chế Công nghệRTK mặc dù triển khai đơn giản hơn nhưng đòi hỏi mật độ trạm CORS phải

đủ lớn Đo đó, hướng ứng dụng trạm CORS theo công nghệ đo động để xâydựng lưới khống chế ở Việt Nam vẫn còn khá khiêm tốn

Hiện nay, Bộ Tài nguyên và Môi trường và Cục Bản đồ - Bộ Tổng thammưu đang đẩy mạnh tiến độ xây dựng và hoàn thiện hệ thống trạm CORStrong phạm vi lãnh thổ Việt Nam Do đó, việc nghiên cứu khả năng ứng dụng

hạ tầng trạm CORS vào công tác xây dựng lưới khống chế có ý nghĩa thựctiễn rõ ràng Trong khuôn khổ luận văn, học viên tập trung nghiên cứu khảnăng ứng dụng trạm CORS để thành lập lưới đo vẽ cấp 2 bằng công nghệRTK

CHƯƠNG 2 QUY TRÌNH ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ CORS THÀNH LẬP LƯỚI KHỐNG CHẾ TRẮC ĐỊA

Quy trình ứng dụng công nghệ CORS để thành lập lưới khống chế trắcđịa bằng công nghệ CORS được chia thành ba bước:

- Xây dựng hệ thống trạm CORS

- Đo lưới khống chế trắc địa bằng công nghệ CORS

- Xử lý số liệu

Sau đây là các nội dung chi tiết của từng bước

2.1 Xây dựng hệ thống trạm CORS

2.1.1 Mô hình hoạt động của hệ thống trạm CORS

Các trạm tham chiếu hoạt động liên tục được xây dựng cần bảo đảm chomật độ tương đối đồng đều, khoảng cách giữa các trạm tham chiếu là mộttham số đặc trưng cho độ chính xác của hệ thống CORS Vị trí các trạm thamchiếu được xác định chính xác trong hệ thực dụng Tại mỗi trạm tham chiếu

sẽ lắp đặt máy thu GNSS đa tần số và liên tục thu tín hiệu vệ tinh (24h/ngày).Các trạm GNSS/CORS được kết nối với trạm chủ thông qua mạng Internettheo địa chỉ IP Trạm chủ có nhiệm vụ xử lý và lưu giữ thông tin từ các trạmtham chiếu gửi tới, trạm chủ này còn được gọi là trạm SERVER Đây là giảipháp công nghệ mới, phát triển lưới trắc địa theo kiểu lưới tích cực (ActiveControl Networks) và đôi khi còn được gọi là công nghệ “Trắc địa khônglưới” Theo giải pháp này sẽ giảm thiểu các mốc trắc địa ở thực địa được đođạc theo công nghệ truyền thống

Hệ thống trạm tham chiếu hoạt động liên tục GNSS/CORS cung cấp chongười dùng dịch vụ định vị động tức thời mà không cần thiết lập riêng mộttrạm cơ sở (trạm chủ) Đó là công nghệ định vị động tức thời dùng mạngNRTK Công nghệ này có những điểm khác biệt so với đo động tức thời sử

dụng một trạm chủ (RTK) đã biết Trong công nghệ này, người ta đã đưa ramột số giải pháp định vị động tức thời có độ chính xác cao, có thể áp dụngcho các mạng GNSS/CORS có khoảng cách trung bình giữa các trạm từ 70

km đến 100 km, như giải pháp định vị hiệu chỉnh các tham số khu vực (FKP),giải pháp trạm tham chiếu ảo (VRS), giải pháp chính-phụ (MAC),

Toàn bộ số liệu quan sát liên tục tại các trạm CORS được chuyển vềmột trung tâm xử lý số liệu Tại trung tâm này, số liệu của các trạm CORSđược xử lý tức thời bằng phần mềm chuyên dụng riêng để xác định các sốhiệu chỉnh do tầng điện ly, tầng đối lưu, quỹ đạo vệ tinh và đồng hồ vệtinh Thông qua các phương thức truyền tin, các số hiệu chỉnh này đượcchuyển ngay (gần như tức thời) đến các máy thu (rover) hoạt động trênphạm vi mạng lưới

Mỗi trạm CORS phải có ít nhất một máy thu tín hiệu vệ tinh GNSS, mộtăngten, nguồn cung cấp điện và có khả năng thu tín hiệu vệ tinh GNSS liên tục

24 giờ trong một ngày không bị gián đoạn Trong hầu hết các trường hợp, máytính và chương trình điện toán chuyên dụng để truyền và điều khiển dữ liệu.Ngoài ra giao diện người sử dụng là cần thiết để duy trì mạng lưới, điều này cóthể được thực hiện từ xa bởi liên lạc vô tuyến, điện thoại hoặc kết nối internet.Các dạng trạm CORS trên thế giới hiện nay được chia thành loại Loạithứ nhất dựa trên cơ sở trị đo GPS khoảng cách giả được hiệu chỉnh bằng sốliệu gửi từ trạm cố định, được gọi là phương pháp GPS vi phân (DGPS).Nhóm thứ hai dựa trên trị đo GPS pha sóng tải, trạm tĩnh truyền thông tin hiệuchỉnh sang trạm động bằng sóng vô tuyến để xác định chính xác gia số tọa độgiữa 2 trạm, được gọi là phương pháp đo động thời gian thực (RTK)

Sự phát triển của DGPS nhằm làm tăng phạm vi ứng dụng về mặt khônggian và tăng độ chính xác kết quả đo định vị tuyệt đối dưới dạng xây dựngmột lưới các trạm tham chiếu, trong đó số hiệu chỉnh được gửi thông qua vệ

tinh địa tĩnh được gọi là phương pháp DGPS diện rộng Tương tự, phươngpháp RTK cũng được phát triển nhằm tăng độ chính xác và kéo dài khoảngcách đo dưới dạng một mạng lưới các trạm tĩnh (chính là lưới trạm CORS) đãtạo nên phương pháp NRTK.

2.1.2 Cấu trúc của trạm CORS

1 Máy thu GNSS/ CORS: Thiết kế chuyên dùng cho trạm GNSS/CORS

chịu nhiệt cao; Tối thiểu thu 120 kênh GNSS; Hỗ trợ các hệ thống vệ tinhđịnh vị GPS, GLONASS, GALILEO, BEIDOU và các hệ thống vệ tinh hiệuchỉnh L-band; Công nghệ xử lý tín hiệu GNSS tiên tiến; Có khả năng loại bỏnhiễu bằng các thuật toán cao cấp; Hỗ trợ xuất số liệu hiệu chỉnh chuẩn quốc

tế RTCM 2.1, RTCM 2.2, RTCM 2.3, RTCM 3.0, RTCM 3.1; Hỗ trợ trực tiếpchuẩn NTRIP; Hỗ trợ kiểm soát xác lập cấu hình từ xa; Cổng kết nối: Serial,USB, Bluetooth, Ethernet RJ-45 với khả năng PoE, HTTP, HTTPS, TCP/IP,FTP, NTRIP Caster, NTRIP Server, NTRIP Client, Proxy Server; Độ chínhxác đo tĩnh: Mặt phẳng 3mm + 0.1ppm RMS; Độ cao 4mm + 0.4ppm RMS.Chuẩn tập tin số liệu: RINEX v2.11, RINEX v3.0, BINEX, Google EarthKMZ; Truyền gửi số liệu: HTTP, FTP Server, USB, FTP Push và Email Push;Tối thiểu đạt chỉ tiêu môi trường IP67

2 Ăng ten thu GNSS/CORS: Ăng ten thiết kế với kết cấu có khả năng

loại trực tiếp nhiễu đa đường dẫn; Hỗ trợ thu tín hiệu GNSS L1 /L2/L5/G1/G2/G3/E1 /E2/E5ab/E6/B 1/B2/B3; Hỗ trợ thu tín hiệu L- band WAAS,EGNOS, QZSS, GAGAN, MSAS, OmniStar; Độ chính xác tâm pha ăng ten2mm; Nhiệt độ làm việc từ -550C đến +850C; Tối thiểu đạt chỉ tiêu môitrường IP67; Kèm theo cáp kết nối chuẩn từ ăng ten tới máy thu

3 Tháp lắp ăng ten CORS: Dạng cột đứng có phần chân chìm rộng; Kết

cấu bê tông cốt thép; Thân cột cao trên mặt đất từ 1.0 đến 1.2 mét; Có đế lắpăng ten tiêu chuẩn và có khả năng cân bằng ăng ten; Đi ngầm đường ống dẫndây cáp ăng ten GNSS

4 Hệ thống năng lượng mặt trời: Công suất 405W tích hợp với tủ thiết

bị; Các tấm pin mặt trời có thể thiết kế dạng mái che cho tủ thiết bị; Bộ điềukhiển nạp điện cho ắc quy; Đảm bảo cấp điện đi kèm tủ, bộ nạp, bộ điềukhiển đảm bảo điện cho hoạt động trong 15 ngày

5 Cảm biến khí tượng: Đảm bảo cung cấp các số liệu khí tượng liên

quan như: Nhiệt độ, Áp suất khí quyển,

6 Ăc quy cấp điện dự phòng: Thiết kế tối ưu cho môi trường thực

địa nóng ẩm Chủng loại Lead Acid kín hoàn toàn; Điện thế 12V; Dunglượng 35Ah

7 Thiết bị ngắt tự động: Ngắt điện áp thấp; Ngắt quạt thông gió làm mát

dùng điện AC khi nhiệt độ thấp; Ngắt quạt thông gió làm mát dùng điện DCkhi nhiệt độ thấp

8 Quạt thông gió và làm mát: Nguồn AC và DC; Đảm bảo thông gió,

làm mát cho tủ thiết bị và bộ điều khiển nạp ắc quy

9 Thiết bị cắt và chống sét: Cắt sét đường điện thoại (Đường FTTH);

Cáp

đồng trục (Ăng ten GNSS); Đường cấp điện AC Thiết bị chống sét chủ động

10 Thiết bị đinh tuyến Router: phù hợp với đường kết nối FTTH; Đảm

bảo kết nối các hợp phần liên quan trong tủ thiết bị về Trạm Xử lý và Điềukhiển Trung tâm Giải pháp kết nối dự phòng ADSL hoặc GSM 3G

11 Tủ thiết bị: Thép không gỉ được gia cường chịu lực; Có khoá an toàn

tích hợp cảm biến chống cắt phá; Gắn sẵn nhãn thông tin cũng như cảnh báoxâm phạm

2.1.3 Đặc điểm chung của hệ thống trạm CORS

Quá trình phát triển mạng các trạm CORS phù hợp với xu thế phát triểncông nghệ GNSS Thời kỳ đầu xây dựng các trạm GPS thường trực (đo liêntục) chủ yếu cung cấp dữ liệu xử lý sau phục vụ cho công tác nghiên cứu địađộng lực, thành lập mạng lưới quốc gia hay nghiên cứu tầng khí quyển Đến

giai đoạn sau, bắt đầu phát triển thành mạng các trạm CORS và trung tâm xử

lý dữ liệu thời gian thực đáp ứng nhu cầu dữ liệu cho người sử dụng vàonhiều mục đích khác nhau Mạng các trạm CORS được giới thiệu trên đâyđều có các đặc điểm chung như sau:

- Đảm bảo khung quy chiếu không gian cho cơ sở hạ tầng trắc địa quốcgia Tọa độ 3D của các trạm CORS được xác định rất chính xác (mm) trongkhung quy chiếu toàn cầu ITRF

- Một số trạm CORS tham gia vào mạng các trạm CORS quốc tế (trạmIGS) hay khu vực Vị trí, mật độ và thiết kế cũng như trang thiết bị của cáctrạm này tuân theo các chuẩn quốc tế Các trạm CORS này liên kết trực tiếpvới các trung tâm xử lý dữ liệu IGS

- Một số trạm CORS chỉ phục vụ cho mục đích thu nhận dữ liệu GNSS

để truyền về trung tâm phần lớn được lắp đặt các thiết bị thu nhận dữ liệuGNSS với anten chống nhiễu cao Vị trí các trạm CORS dạng này thườngđược lắp đặt trên các công trình kiên cố nhưng vẫn phải đảm bảo các điềukiện kỹ thuật, không có các ảnh hưởng ngoại cảnh tới chất lượng dữ liệu

- Khoảng cách giữa các trạm CORS liền kề phụ thuộc phần mềm xử lý

và cấu trúc thiết kế của mạng nhưng chủ yếu giữa 50 - 80 km

- Dịch vụ cung cấp dữ liệu: Mạng các trạm CORS đều có khả năng cungcấp dữ liệu dạng trạm đơn và dữ liệu hiệu chỉnh mạng, đáp ứng cho các mụcđích xử lý sau và ứng dụng thời gian thực thông qua các Trung tâm dịch vụ

dữ liệu GNSS

- Độ tin cậy của mạng lưới GNSS CORS phụ thuộc rất lớn vào chấtlượng của phương tiện truyền thông liên kết giữa trạm CORS và các trungtâm xử lý dữ liệu Xét trên một phạm vi rộng lớn, cơ sở hạ tầng về truyềnthông của các quốc gia hoặc các vùng trong một quốc gia có khác nhau nêncông nghệ truyền thông có ảnh hưởng lớn đến sự hoạt động liên tục củatoàn bộ hệ thống cũng như độ tin cậy của dữ liệu trạm CORS

- Để các trạm CORS hoạt động ổn định, dữ liệu liên tục và đáng tin cậythì các trạm này phải được bảo trì thường xuyên Mỗi trạm cần những nguồnlực thích hợp trong thời gian dài ví dụ như nguồn điện, phần cứng và phầnmềm có liên quan và nguồn lực con người có trình độ chuyên môn cao vàcách làm việc chuyên nghiệp Bên cạnh việc duy trì hoạt động của hệ thống,con người tham gia vào xử lý tập hợp dữ liệu, phân tích để có được kết quảphục vụ cho các ứng dụng khác nhau Khó khăn này càng lớn khi các trạmCORS được đặt ở những vị trí có điều kiện không thuận lợi như ở các đảo xa,núi cao hoặc các vùng có hạ tầng kĩ thuật thông tin kém phát triển.

2.1.4 Các lợi ích của hệ thống trạm GNSS CORS

Các lợi ích cơ bản của hệ thống trạm GNSS CORS gồm:

- Đặc tính tín hiệu vệ tinh thu được 24h/ngày mang đến ba lợi thế chínhcủa mạng lưới GNSS CORS là:

+ Giảm bớt các nguồn sai số phụ thuộc do các trạm cố định được kết nốithành lưới

+ Khoảng cách của các điểm cơ sở trong mạng lưới CORS dài hơn làmgiảm số lượng và mật độ điểm

+ Tự động hóa việc quy chiếu các trị đo đạc của GNSS, kết quả tínhtoán về khung quy chiếu thống nhất

- Tự động liên kết với một lưới GPS bất kỳ (lưới quốc tế, khu vực hayđịa phương) Ưu điểm này làm cho việc thiết lập các mạng lưới trắc địa tăngdày với độ chính xác rất cao, có thể thực hiện một cách chủ động, nhanhchóng ở bất kỳ khu vực nào trên vùng lãnh thổ

- Lưới GPS cố định được xử lý, bình sai hằng ngày tại trạm xử lí trungtâm Vị trí của các điểm trong lưới nhờ đó được xác định chính xác và dễdàng chuyển đổi sang các hệ quy chiếu khác Ưu thế này tạo thuận lợi choviệc:

+ Dùng tọa độ chính xác của điểm trong lưới để giải các bài toánnghịch, lập lịch vệ tinh chính xác để xử lý chính xác kết quả đo GPS

+ Cung cấp số liệu xây dựng mô hình geoid độ chính xác cao (kết hợpvới đo thủy chuẩn).

+ Cung cấp tọa độ động với độ chính xác cao trong phạm vi quốc gia,khu vực, địa phương

+ Cung cấp cho người dùng các số liệu liên quan đến công nghệ định vị

vệ tinh toàn cầu như lập lịch vệ tinh chính xác, tính sai số đồng hồ vệtinh,dẫn đường cho các đối tượng chuyển động, đo đạc các điểm chi tiết nhờcông nghệ trạm tham chiếu ảo VRS

2.1.5 Giới thiệu mạng các trạm CORS tại một số nước trên thế giới

a Hệ thống trạm CORS của Mỹ

Hệ thống định vị toàn cầu GPS được sinh ra từ Mỹ, và với công nghệCORS, một lần nữa Mỹ lại khẳng định được vị trí siêu cường của mình tronglĩnh vực công nghệ định vị vệ tinh, công nghệ tin học và công nghệ mạng.Thật vậy, lý thuyết về công nghệ CORS được các nhà khoa học Mỹ đưa rađầu tiên và cũng chính Mỹ là nước tiên phong xây dựng hệ thống trạm CORStrên lãnh thổ của mình

Cơ quan Trắc đạc Hoa Kỳ NGS (National Geodetic Survey) trực thuộcCục Quản lý Đại dương và Khí quyển quốc gia Hoa Kỳ NOAA (The NationalOceanic and Atmospheric Administration) là đơn vị trực tiếp quản lý và vậnhành hệ thống các trạm tham chiếu hoạt động liên tục CORS xuất hiện sớm và

có quy mô lớn nhất thế giới với hàng nghìn vị trí trạm trải dài trên lãnh thổHoa Kỳ, mỗi trạm CORS đều được trang bị các máy thu tín hiệu định vị dẫnđường bằng vệ tinh GNSS thế hệ mới Trong hệ thống này NGS có nhiệm vụthu nhận, xử lý và cấp phát số liệu từ tất cả các trạm CORS phục vụ cho cácnhu cầu ứng dụng kỹ thuật định vị đa chiều trên khắp Hoa Kỳ, các vùng lãnhthổ và một số quốc gia lân cận Số liệu từ các trạm CORS được sử dụng bởicác nhà đo đạc bản đồ, địa chất, khí tượng, nghiên cứu không gian, các nhàkhoa học chuyên về tầng điện ly và rất nhiều các ứng dụng thực tiễn khác [14]