Ứng dụng công nghệ GNNS,CORS trong công tác đo đạc thành lập bản đồ địa hình tỷ lệ lớn

Phân tích, luận giải được cơ sở khoa học, thực tiễn của việc ứng dụng công nghệ GNSSCORS trong công tác Trắc địaBản đồ nói chung và trong công tác đo đạc thành lập bản đồ địa hình nói riêng. Nghiên cứu ứng dụng được công nghệ GNSSCORS với phương thức đo động xử lý tức thời RTK trong công tác đo đạc thành lập bản đồ địa hình

MỞ ĐẦU 1.Tính cấp thiết của đề tài

Hệ thống GNSS là một hệ thống định vị dẫn đường được triển khai vào nhữngnăm 70 của thế kỷ 20 Ban đầu nó được ứng dụng trong quân sự nhưng sau đó đượcứng dụng dân sự , đặc biệt được ứng dụng trong nghành Trắc địa – Bản đồ Cùng với

sự kết hợp của các hệ thống GPS, GLONASS, GALILEO và COMPASS đã hình thànhnên hệ thống vệ tinh dẫn đường toàn cầu (Global Navigation Satellite System –GNSS), nó cung cấp số lượng vệ tinh nhiều hơn so với số lượng vệ tinh hiện có củaGPS , nâng cao được độ chính xác của các máy thu mặt đất và cung cấp được nhiềuứng dụng hơn Kết hợp phương thức đo động xử lý tức thời (Real Time Kinematic –RTK) sử dụng trạm tham chiếu liên tục CORS đã mang lại lợi ích to lớn trong ngành

đo đạc thành lập bản đồ như giảm thời gian đo , giảm chi phí trong công tác thành lậpbản đồ

Hiện phương pháp đo chủ yếu hiện nay bằng phương pháp toàn đạc điện tử , tuynhiên phương pháp này gặp rất nhiều khó khăn trong đo đạc ở những khu địa hình khókhăn hiểm trở , không thông hướng , đặc biệt là phải cần có lưới khống chế như rừngnúi hoặc đất nông nhiệp vùng thì rất khó khăn trong việc đo đạc Với ưu điểm củaphương pháp GNSS đo nhanh, không cần lưới khống chế không cần thông hướng độchính xác cao hoàn toàn có thể áp dụng và đo đạc và thành lâp bản đồ

Với mục tiêu tìm một hướng đi mới trong đo đạc và sản xuất Trắc địa – Bản đồ

bằng công nghệ GNNS/CORS em đã quyết định lựa chọn đề tài : “Ứng dụng công nghệ GNNS/CORS trong công tác đo đạc thành lập bản đồ địa hình tỷ lệ lớn”

2 Mục đích chính của đề tài

Phân tích, luận giải được cơ sở khoa học, thực tiễn của việc ứng dụng công nghệGNSS/CORS trong công tác Trắc địa-Bản đồ nói chung và trong công tác đo đạc thànhlập bản đồ địa hình nói riêng

Nghiên cứu ứng dụng được công nghệ GNSS/CORS với phương thức đo động

xử lý tức thời RTK trong công tác đo đạc thành lập bản đồ địa hình

3 Nhiệm vụ nghiên cứu

-Nghiên cứu tổng quan về phương pháp thành lập bản đồ địa hình

-Nghiên cứu tổng quan về công nghệ GNSS CORS

-Nghiên cứu cấu trúc và các bộ phận cấu thành một trạm CORS

-Nghiên cứu các phương pháp định vị theo công nghệ trạm CORS

-Nghiên cứu quy trình đo theo phương thức CORS/RTK

-Đo đạc thực nghiệm theo phương thức CORS/RTK và thành lập bản đồ địa hình

tỷ lệ lớn

4 Phương pháp nghiên cứu

- Tìm kiếm và thu thập những tài liệu về công nghệ GNSS/CORS

- Học cánh sử dụng công nghệ và tiến hành đo đạc thực nghiệm để lấy số liệu

5 Đối tượng đề tài và pham vi nghiên cứu

- Đối tượng chính của đề tài là trạm CORS – N001 đặt tại trường đại học Mỏ ĐịaChất

- Phạm vi nghiên cứu : Vị trí đo đạc thực nghiệm đê Chèm

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đồ án

- Khoa học: Nghiên cứu cơ sở khoa học của công nghệ GNSS và xây dựng trạm

CORS phục vụ cho các công tác Trắc địa - bản đồ

- Thực tiễn: Giảm thời gian và công sức trong công tác thành lập bản đồ, nâng cao độ chính xác, không cần thành lập lưới khống chế các cấp

7 Kết cấu của đồ án

Đồ án của em gồm những phần sau:

Chương 1: Khái quát chung về bản đồ địa hình

Chương 2: Giới thiệu về công nghệ GNSS

Chương 3: Công nghệ trạm tham chiếu liên tục CORS

Chương 4: Ứng dụng công nghệ CORS/RTK thành lập bản đồ địa hình tỷ lệ lớn

CHƯƠNG 1 KHÁI QUÁT CHUNG VỀ BẢN ĐỒ ĐỊA HÌNH 1.1 Bản đồ địa hình

1.1.1 Khái niệm bản đồ địa hình

Bản đồ địa hình là hình ảnh thu nhỏ được khái quát hóa và biểu thị bằngnhững nguyên tắc toán học nhất định bề mặt trái đất lên mặt phẳng Trên bề mặtphẳng đó thể hiện sự phân bố hiện trạng và mối quan hệ giữa các đối tượng tựnhiên và xã hội khác với độ chính xác và mức độ chi tiết tương đối giống nhau, cácyếu tố này phần lớn giữ được hình dạng, kích thước theo tỷ lệ bản đồ, đồng thời giữđược tính chính xác hình học của ký hiệu và tính tương ứng địa lý của các nội dungTrong thực tế, bản đồ địa hình biểu thị một dạng thông tin bất kỳ nào đó cóthể xem được, đặc biệt là với những thông tin thể hiện tính chất, trạng thái của một đốitượng nào đó Những tính chất cơ bản của bản đồ địa hình là tính trực quan,tính thôngtin, tính đo đạc Từ bản đồ địa hình người sử dụng có thể tìm ra quy luật của sự phân

bố các đối tượng và hiện tượng trên bề mặt trái đất, từ bản đồ người ta có thể xác địnhđược các trị số như: tọa độ, độ cao, độ dài Các yếu tố quan trọng khi sử dụng bản đồđịa hình là: nội dung, tỷ lệ, lưới chiếu, thời gian thành lập, hiệu chỉnh

1.1.2 Mục đích, yêu cầu thành lập bản đồ địa hình

1.1.2.1 Mục đích thành lập bản đồ địa hình

Bản đồ địa hình được dùng làm tài liệu cơ bản để thành lập các bản đồ chuyên

đề, bản đồ địa lý chung có tỉ lệ nhỏ hơn

Bản đồ địa hình tỉ lệ 1/500 và 1/1000 để lập thiết kế kỹ thuật các xí nghiệp côngnghiệp và các trạm phát điện, dùng để tiến hành công tác thăm dò và tìm kiếm thăm dòchi tiết, tính toán trữ lượng các khoáng sản có ích

Bản đồ địa hình tỉ lệ 1/2000 và 1/5000 được dùng để thiết kế mặt bằng của cácthành phố và các điểm dân cư khác, được dùng trong công tác quy hoạch…

Bản đồ địa hình tỉ lệ 1/10000 và 1/25000 thường dùng trong công tác quy hoạchruộng đất, quản lý ruộng đất, khảo sát các phương án quy hoạch thành phố, dùng đểchọn các tuyến đường sắt và đường ôtô, làm cơ sở đo vẽ thổ nhưỡng thực vật, thiết kếcác công trình thủy nông…

Bản đồ địa hình tỉ lệ 1/50000 và 1/100000 được sử dụng trong lĩnh vực kinh tếquốc dân, dùng trong công tác quy hoạch và tổ chức các vùng kinh tế, dùng để nghiêncứu các vùng về địa chất thủy văn… Các bản đồ tỉ lệ 1/100000 là cơ sở địa lý thànhlập các bản đồ chuyên đề tỉ lệ lớn và trung bình

1.1.2.2 Yêu cầu thành lập bản đồ địa hình

- Bản đồ phải được trình bày rõ ràng, dễ đọc, cho phép định hướng nhanh chóngngoài thực địa.

- Các yếu tố thể hiện trên bản đồ cần phải đầy đủ, chính xác, mức độ chi tiết củabản đồ được xác định dựa vào mục đích sử dụng của bản đồ và đặc điểm của khu vựcđó

- Có đầy đủ các đặc điểm và tính chất chung của bản đồ địa lý

1.1.3 Các yếu tố cơ bản của bản đồ địa hình

Các yếu tố cơ bản của bản đồ địa hình là: Địa vật định hướng, thuỷ hệ, các điểmdân cư, mạng lưới đường giao thông và đường dây liên lạc, dáng đất, lớp phủ thực vật

và đất, ranh giới phân chia hành chính – chính trị Tất cả các đối tượng nói trên đượcthể hiện trên bản đồ địa hình với độ chi tiết cao và được ghi chú các đặc trưng chấtlượng và số lượng Khi sử dụng bản đồ địa hình thì việc định hướng có ý nghĩa quantrọng, do vậy các địa vật định hướng cũng là yếu tố tất yếu của nội dung bản đồ địahình

1.1.3.1 Địa vật định hướng

Đó là những đối tượng của khu vực, nó cho phép ta xác định vị trí nhanh chóng

và chính xác trên bản đồ (ví dụ: các toà nhà cao, nhà thờ, cột cây số,…) Các địa vậtđịnh hướng cũng còn bao gồm cả một số địa vật không nhô cao so với mặt đất nhưng

dễ dàng nhận biết (ví dụ như: ngã 3, ngã 4 đường sá, các giếng ở ngoài vùng dâncư…)

1.1.3.2 Thủy hệ

Các yếu tố thuỷ hệ được biểu thị tỉ mỉ trên bản đồ địa hình Trên bản đồ biểu thị các đường bờ biển, bờ hồ, bờ của các con sông lớn được vẽ bằng 2 nét Các đường bờ nước được thể hiện trên bản đồ theo đúng đặc điểm của từng kiểu đường bờ

Trên bản đồ biểu thị tất cả các con sông có chiều dài từ 1cm trở lên Ngoài ra cònthể hiện các kênh đào, mương máng, các nguồn nước tự nhiên và nhân tạo Đồng thờicòn phải thể hiện các thiết bị thuộc thuỷ hệ (như các bến cảng, cầu cống, trạm thủyđiện, đập,…)

Sự biểu thị các yếu tố thuỷ hệ còn được bổ sung bằng các đặc trưng chất lượng

và số lượng (độ mặn của nước, đặc điểm và độ cao của đường bờ, độ sâu và độ rộngcủa sông, tốc độ nước chảy)

Trên bản đồ sông, suối, kênh, mương được thể hiện dưới dạng đường, nguyên tắcbiểu thị phải tuân theo các quy định tại quy phạm đo vẽ bản đồ địa hình tỷ lệ 1/500,1/1000, 1/2000, 1/5000 của Cục Đo đạc và Bản đồ Việt Nam các quy định cụ thể đượcthể hiện dưới (bảng 1.1.)

Bảng 1.1 Bảng đo vẽ kênh mương theo quy chuẩn

Kênh mương đến2m

1:500 Vẽ 2 nét theo tỉ lệ

1:1000 Vẽ 2 nét theo tỉ lệ

1:2000 Vẽ 2 nét theo tỉ lệ

1:5000 Vẽ 2 nét theo tỉ lệ Nét đơn 0,4 mm Nét đơn 0,2 mm

1.1.3.3 Các điểm dân cư

Các điểm dân cư là một trong những yếu tố quan trọng nhất của bản đồ địa hình.Các điểm dân cư được đặc trưng bởi kiểu cư trú, số người và ý nghĩa hành chính –chính trị của nó Theo kiểu cư trú, phân ra thành các nhóm: các thành phố, các điểmdân cư kiểu thành phố (khu công nhân, khu phố ven đường sắt, nơi nghỉ mát), cácđiểm dân cư nông thôn (thôn, ấp, nhà độc lập,…) Kiểu điểm dân cư được thể hiện trênbản đồ địa hình bằng kiểu chữ ghi chú tên của nó

Khi thể hiện các điểm dân cư trên bản đồ địa hình thì phải giữ được đặc trưngcủa chúng về quy hoạch, cấu trúc

Trên các bản đồ tỷ lệ 1:5000 có thể biểu thị được tất cả các vật kiến trúc theokích thước của chúng, đồng thời thể hiện đặc trưng của vật liệu xây dựng, độ rộng củacác đường phố cũng được thể hiện theo tỷ lệ bản đồ

Trên bản đồ tỷ lệ 1:10.000 các điểm dân cư được biểu thị bằng ký hiệu quy ướccác ngôi nhà và các vật kiến trúc riêng biệt nhưng trong đó đã có sự lựa chọn nhấtđịnh Trong một số trường hợp phải thay đổi kích thước mặt bằng và độ rộng củađường phố

Trên các bản đồ tỷ lệ từ 1:25.000 đến 1:100.000 thì sự biểu thị không phải chủyếu là các vật kiến trúc riêng biệt mà là các ô phố, trong đó đặc trưng chất lượng củachúng cũng được khái quát Trên bản đồ tỷ lệ 1:100.000 thì các ngôi nhà trong các ôphố không được thể hiện; sự biểu thị các đường phố với độ rộng quy định (0.5 –0.8mm) có ảnh hưởng làm giảm diện tích của các ô phố trên bản đồ

1.1.3.4 Mạng lưới đường giao thông và đường dây liên lạc

Trên các bản đồ địa hình thì mạng lưới đường sá được thể hiện tỉ mỉ về khả năng

giao thông và trạng thái của đường Mạng lưới đường sá được thể hiện chi tiết hoặckhái lược là tuỳ thuộc vào tỷ lệ của bản đồ Cần phải phản ánh đúng đắn mật độ củalưới đường sá, hướng và vị trí của các con đường, chất lượng của chúng

Đường được phân ra thành: đường sắt, đường rải mặt và đường đất

Các đường sắt được phân chia theo: độ rộng của đường ray, theo số đường ray,trạng thái của đường, dạng đầu máy xe lửa.

Trên đường sắt phải biểu thị các nhà ga, các vật kiến trúc và các trang thiết bịkhác thuộc đường sắt (tháp nước, trạm canh, các con đường ngầm, các đoạn đườngđắp cao, cầu, cống,…)

Trên các bản đồ tỷ lệ 1:10.000 và lớn hơn biểu thị tất cả các con đường; trên cácbản đồ tỷ lệ 1:25.000 thì biểu thị có chọn lọc các con đường trên đồng ruộng và trongrừng ở những nơi mà đường sá có mật độ cao Ở các tỷ lệ nhỏ hơn thì sự lựa chọn vàkhái quát cao hơn

1.1.3.5 Dáng đất

Dáng đất trên bản đồ địa hình được biểu thị bằng các đường bình độ Những yếu

tố dáng đất mà đường bình độ không thể hiện được thì được biểu thị bằng các ký hiệuriêng (Ví dụ: vách đứng) Ngoài ra, trên bản đồ địa hình còn ghi chú điểm độ cao.Khoảng cao đều của các đường bình độ trên bản đồ được quy định ở (bảng 1.2)theo thông tư 68 quy định kỹ thuật đo đạc trực tiếp địa hình phục vụ thành lập bản đồđịa hình tỷ lệ 1:500, 1:1000, 1:2000, 1:5000 [11]

Bảng 1.2 Quy định khoảng cao đều của các đường bình độ trên bản đồ

Độ dốc địa hình

Khoảng cao đều cơ bản (m) đối với

các tỷ lệ bản đồ 1:500 1:1000 1:2000 1:5000Vùng đồng bằng có độ

dốc nhỏ hơn 2°

0,25 0,5

0,25 0,5

0,5 1,0

0,5 1,0Vùng đồi thấp có độ

dốc từ 2° đến 6° 0,5 0,5

1,0

0,5 1,0 2,5

1,0 2,5Vùng có độ dốc 6° đến

15° 1,0 1,0 2,5

2,5 5,0Vùng có độ dốc trên

15° 1,0 1,0 2,5

2,5 5,0Trên các bản đồ địa hình cần phải thể hiện chính xác và rõ ràng các dạng địa hình

có liên quan đến sự hình thành tự nhiên của dáng đất như các dãy núi, các đỉnh núi,yên núi, thung lũng, các vách nứt, rãnh sói, đất trượt… và các dạng có liên quan với sựhình thành nhân tạo như chỗ đắp cao, chỗ đào sâu,… Sử dụng bản đồ có thể thu nhậnđược những số liệu về độ cao, về độ dốc với độ chính xác cao, đồng thời phải đảm bảophản ánh đúng đắn sự cắt xẻ ngang và cắt xẻ đứng của bề mặt

1.1.3.6 Lớp phủ thực vật và đất

Trên các bản đồ địa hình biểu thị các loại rừng, bụi cây, vườn cây, đồn điền,

ruộng, đồng cỏ, cát, đất mặn đầm lầy,… Ranh giới của các khu thực phủ và của cácloại đất thì được biểu thị bằng các đường chấm; ở diện tích bên trong đường viền thì

vẽ các ký hiệu quy ước đặc trưng cho từng loại thực vật hoặc đất Ranh giới của cácloại thực vật và đất cần được thể hiện chính xác về phương diện đồ hoạ; thể hiện rõràng những chỗ ngoặt có ý nghĩa định hướng Các đầm lầy được phân biệt biểu thị cácđầm lầy qua được, các đầm lầy khó qua và các đầm lầy không qua được, ghi độ sâucủa đầm lầy Rừng được phân biệt biểu thị: Rừng già, rừng non, rừng rậm, rừng thưa,rừng bị cháy, rừng bị đốn,… ghi rõ độ cao trung bình của cây, đường kính trung bình

và loại cây

Khi biên tập thực vật và loại đất thì phải tiến hành lựa chọn và khái quát Việcchọn lọc thường dựa theo tiêu chuẩn kích thước, diện tích nhỏ nhất của các đường viềnđược thể hiện lên bản đồ

1.1.3.7 Ranh giới phân chia hành chính – chính trị

Ngoài đường biên giới quốc gia, trên các bản đồ địa hình còn phải biểu thị cácđịa giới của các cấp hành chính Cụ thể là trên các bản đồ có tỷ lệ 1:50.000 và lớn hơnthì biểu thị từ địa giới xã trở lên, trên bản đồ tỷ lệ 1:100.000 thì không biểu thị địa giới

xã Các đường ranh giới phân chia hành chính – chính trị đòi hỏi phải thể hiện rõ ràng,chính xác

1.1.4 Nội dung của bản đồ địa hình

Bản đồ địa hình gồm phần đồ họa chính, khung tọa độ và các chỉ dẫn Nội dungchính thiên về mục đích quân sự và quản lý lãnh thổ, nên các địa vật ảnh hưởng tới tácchiến được ưu tiên thể hiện

- Phần đồ họa chính, hay tư thân của bản đồ, biểu diễn đồ họa theo đường đồngmức, ranh giới quốc gia và hành chính, khu dân cư, mạng lưới giao thông, mức độ vàloại thực vật che phủ đất, các khối nhà hay công trình xây dựng, Các vách dốc nhưnúi đá vôi thì thường có ký hiệu riêng và ghi chú Trên biển và vùng nước thì có đườngđồng mức đáy, các tuyến đường thủy, luồng lạch, loại vật liệu đáy và thực vật đáy nếu

có, cũng như các chướng ngại Một số ký hiệu địa vật có thể to hơn kích thước thậttheo tỷ lệ bản đồ Các tên hay ký hiệu chữ thì cỡ chữ đại diện cho mức quan trọng cầnquan tâm

- Lưới tọa độ thường không có dạng chữ nhật, do biểu diễn theo hình chiếu Bản

đồ tỷ lệ nhỏ cho vùng rộng lớn thì độ biến dạng càng lớn Khung bản đồ thường cắttheo lưới tọa độ, nhưng khi cần trình bày cho đẹp, ví dụ bản ghép toàn bộ quốc gia, thìcắt hình chữ nhật

- Rìa bản đồ, là tên mảnh, các thông tin biên tập, tỷ lệ, các chỉ dẫn bằng văn bảnhay hình vẽ, và vị trí ghép với các mảnh khác

1.1.5 Cơ sở toán học của bản đồ địa hình

Cơ sở toán học của bản đồ địa hình gồm: phép chiếu, tỷ lệ, lưới tọa độ, sự phânmảnh đánh số, bố cục bản đồ, điểm khống chế trắc địa

- Phép chiếu bản đồ và lưới tọa độ

Phép chiếu bản đồ là phép chiếu biểu diễn mặt cong trái đất lên mặt phẳng bản

đồ Yêu cầu của phép chiếu là độ biến dạng phải nhỏ và phân bố đều để nâng cao độchính xác Hình dạng kinh vĩ tuyến phải đơn giản để dễ xác định tọa độ các điểm trênbản đồ, phù hợp với lưới chiếu của bản đồ, thuận tiện cho việc chuyển vẽ các yếu tốnội dung Ngoài ra đối với bản đồ địa hình phải không có biến dạng về góc, dễ chiamảnh và đánh số mảnh, dễ dàng trong tính toán

Ở nước ta trước đây các bản đồ được thành lập theo phép chiếu Gauss–Kruger nhưng hiện nay là phép chiếu UTM Có Elipxoid quy chiếu quốc gia làElipxoid WGS-84 toàn cầu được xác định (định vị) phù hợp với lãnh thổ Việt Namtrên cơ sở sử dụng các điểm GPS cạnh dài có độ cao thủy chuẩn phân bố đều trên lãnhthổ Khi thành lập bản đổ ở khu vực nhỏ và độc lập, người ta thường sử dụng hệ tọa độvuông góc và được quy ước gôc của hệ tọa độ này là ở gốc Tây Nam, trục X theohướng Bắc, trục Y theo hướng Đông Hiện nay nước ta chính thức sử dụng hệ VN-

2000 với các tham số chính sau:

+ Elipxoid WGS-84 có kích thước: bán trục lớn a = 6378137.0m

Độ dẹt α = 1: 298.257223563

+ Điểm gốc tọa độ quốc gia là điểm N0 đặt tại Viện Nghiên Cứu Địa Chínhthuộc Tổng Cục Địa Chính

+ Ngoài ra hệ tọa độ Nhà nước còn sử dụng hệ tọa độ phẳng UTM quốc tế

Thực chất của hệ tọa độ này là trong cùng một hệ quy chiếu được tính thông qua

hệ tọa độ phẳng của phép chiếu Gauss-Kruger ứng với từng múi chiếu 60 hoặc múi 30của mặt phẳng Elipxoid theo công thức:

XUTM = K0*XG

YUTM = K0*(YG – 500000) + 500000

TUTM = TG

MUTM = K0*MG

Trong đó: K0 = 0.9996 dùng cho múi chiếu 60

K0 = 0.9999 dùng cho múi chiếu 30

Với XUTM, YUTM là tọa độ của lưới chiếu UTM

XG, YG là tọa độ phẳng của lưới chiếu Gauss-Kruger

MUTM, MG là tỷ lệ biến dạng chiều dài tương ứng của lưới chiếu UTM vàGauss-Kruger

Lưới tọa độ: Lưới tọa độ địa lý (còn gọi là lưới kinh vĩ tuyến) dùng để xác

định tọa độ địa lý của các điểm trên bản đồ (φ, α), hình dạng của nó phụ thuộc vàođặc điểm của lưới chiếu Lưới tọa độ đề các (còn gọi là lưới tọa độ phẳng) dùng để xácđịnh tọa độ (x,y) của các điểm, lưới của nó là các đường thẳng song song vuông gócvới nhau Kinh tuyến chính là trục X, xích đạo là trục Y, gốc tọa độ là điểm giao nhaucủa hai trục trên và gốc này có giá trị khởi đầu là (0, 500) Để tránh giá trị âm nênngười ta dời trục Y về phía Tây 500km vì thế khi tính và triển điểm phải tính Y bản đồ

= Y + 500 km

- Tỷ lệ bản đồ

+ Tỷ lệ bản đồ xác định mức độ thu nhỏ của bề mặt trái đất khi biểu thị lên bản

đồ Trị số cảu tỷ lệ chung nhất thiết phải chỉ rõ trên bản đồ Có 3 phương pháp thể hiện

- Chia mảnh và đánh số

Việc chia mảnh ,đặt phiên hiệu và tên mảnh bản đồ địa hình thực hiện theo thông

tư 973/2001 TT- TCĐC ngày 20/6/2001 của tổng cục Địa Chính nay là Bộ Tài Nguyên

Và Môi Trường về “ Hướng dẫn áp dụng hệ quy chiếu và hệ tọa độ quốc gia VN-2000 Bản đồ địa hình tỷ lệ 1: 25.000 nằm trong hệ thống bản đồ địa hình cơ bản củaViệt Nam nên sự phân mảnh và đánh số hiệu được quy định cụ thể như sau :

Mỗi mảnh bản đồ tỷ lệ 1: 50.000 chia thành 4 mảnh bản đồ tỷ lệ 1: 25.000, mỗimảnh có kích thước 7’30” x7’30” ký hiệu bằng a, b, c ,d theo thứ tự từ trái sang phải ,

từ trên xuống dưới

Hệ thống UTM quốc tế không phân chia các mảnh bản đồ tỷ lệ 1: 25.000 và lớnhơn

Phiên hiệu mảnh bản đồ tỷ lệ 1: 25.000 gồm phiên hiệu mảnh bản đồ tỷ lệ 1:25.000 chứa mảnh bản đồ tỷ lệ 1: 25.000 đó, gạch nối và sau đó là ký hiệu của mảnhbản đồ tỷ lệ 1: 25.000 trong mảnh bản đồ tỷ lệ 1: 50.000

Ví dụ mảnh bản đồ tỷ 1: 25.000 có phiên hiệu F-48-68

–D-Hình 1.1 Sơ đồ phân mảnh và đặt phiên hiệu bản đồ

1.1.6 Yêu cầu độ chính xác của bản đồ địa hình

Độ chính xác bản đồ là chỉ số đặc trưng cho độ chính xác các trị số số lượng trênbản đồ bằng các dụng cụ lý tưởng và trong những điều kiện lý tưởng Nếu độ chínhxác của bản đồ quá thấp thì nó không đáp ứng được yêu cầu sử dụng, ngược lại nếuquy định độ chính xác quá cao sẽ gây khó khăn cho công tác hiện chỉnh và tăng giáthành sản phẩm

Người ta thường đánh giá độ chính xác của bản đồ địa hình theo ba yếu tố cơbản, đó là độ chính xác vị trí mặt bằng và độ cao điểm khống chế trắc địa, độ chínhxác vị trí mặt bằng của các điểm địa vật và cuối cùng là độ chính xác biểu diễn địahình bằng đường đồng mức

Trên các bản đồ tỷ lớn và trung bình thì sai số trung bình của vị trí điểm địavật biểu thị trên bản đồ gốc so với vị trí điểm khống chế đo vẽ gần nhất (điểmkhống chế mặt bằng) không được vượt quá quy định (tính theo tỷ lệ bản đồ cầnthành lập) là 0.5 mm khi thành lập bản đồ ở vùng đồng bằng hoặc vùng đồi và 0.7

mm khi thành lập bản đồ ở vùng núi cao Khi thành lập bản đồ ở vùng đã xây dựng cởbản, xây dựng theo quy hoạch và xây dựng nhà nhiều tầng thì sai số trung bình của vịtrí tương quan giữa các điểm địa vật quan trọng (như các công trình chính các toànhà ) không được vượt quá 0.4 mm

Sai số trung bình về độ cao đường bình độ , độ cao của các điểm đặc trưng địahình và điểm ghi chú độ cao biểu thị trên bản đồ gốc so với độ cao của điểm khốngchế đo vẽ gần nhất (điểm khống chế độ cao) không được vượt quá quy định theo thông

tư 68 quy định kỹ thuật đo đạc trực tiếp địa hình phục vụ thành lập bản đồ địa hình tỷ

lệ 1:500, 1:1000, 1:2000, 1:5000

Bảng 1.3 Sai số trung bình về độ cao đường bình độ (khoảng cao đều)

Độ dốc địa

hình

Sai số trung phương đo vẽ dáng đất (khoảng cao đều

cơ bản) đối với các tỷ lệ bản đồ 1:500 1:1000 1:2000 1:5000

- Sai số giới hạn của vị trí điểm địa vật, của độ cao đường bình độ, độ caocủa điểm ghi chú độ cao, độ cao điểm đặc trưng địa hình quy định là 2 lần sai sốnêu trên Khi kiểm tra, sai số lớn nhất không được vượt quá sai số giới hạn Sốlượng sai số có giá trị bằng sai số giới hạn không được vượt quá 10% tổng số cáctrường hợp kiểm tra Các sai số trong mọi trường hợp không được mang tính chất

- Sai số giới hạn của điểm tăng dày quy định là 2 lần sai số trung bình nói trên.Khi kiểm tra, sai số lớn nhất về vị trí của điểm tăng dày không vượt quá sai số giớ hạn

và số lượng sai số có giá trị bằng sai số giới hạn không vượt quá: Về mặt phẳng là 5%tổng số các trường hợp Về độ cao là 5% tổng số các trường hợp ở vùng quang đãng và10% tổng số các trường hợp ở vùng ẩn khuất, đầm lầy, bãi cát không ổn định Trongmọi trường hợp các sai số nói trên không được mang tính hệ thống Dưới đây là quyđịnh của các đường bình độ trên bản đồ được quy định theo quy phạm thành lập bản

đồ của Cục Đo Đạc và Bản Đồ Việt Nam như sau:

Bảng 1.4 Tỷ lệ bản đồ khoảng cao đều (m) nhỏ nhất trung bình lớn nhất

Trong các trường hợp đặc biệt như khi đo vẽ ở vùng dân cư dày đặc, vùng có địahình biến đổi đều và có quy luật thì số lượng điểm nêu trên cũng được giảm bớtnhưng cũng không ít hơn 8 điểm khi đo vẽ ở vùng núi, núi cao và 10 điểm khi đo vẽ ởvùng đồng bằng, vùng đồi Quy định này phải được nêu rõ trong thiết kế kỷ thuật củakhu đo.

1.2 Khái quát quy trình công nghệ thành lập bản đồ địa hình

1.2.1 Các phương pháp thành lập bản đồ địa hình

- Thành lập bản đồ địa hình bằng đo vẽ trực tiếp ngoài thực địa

- Thành lập bản đồ địa hình từ ảnh hàng không

- Thành lập bản đồ địa hình từ bản đồ địa hình tỉ lệ lớn hơn

Mỗi phương pháp đo thành lập bản đồ địa hình cơ sở đòi hỏi các điều kiện vàphương tiện kỹ thuật khác nhau.Việc lựa chọn phương pháp đo, thành lập bản đồ địahình cho từng khu vực phải căn cứ vào đặc điểm về địa hình, loại đất, kinh tế xã hội,trang thiết bị máy móc của đơn vị, nguồn nhân lực… Đảm bảo yêu cầu kỹ thuật thànhlập bản đồ cho các công đoạn Kết quả cuối cùng là bộ bản đồ địa hình được vẽ trêngiấy, hoặc bộ bản đồ số được lưu trên máy tính

1.2.2 Quy trình thành lập bản đồ địa hình bằng phương pháp đo vẽ trực tiếp ở thực địa.

Khảo sát, thiết kế, xây dựng luận chứng kinh tế – kỹ thuật

Xây dựng lưới khống chế trắc địa làm cơ sở tọa độ để đo vẽ chi tiết

Đo đạc chi tiết ngoài thực địa

Nhập số liệu máy tính , biên tập bản đồ

Kiểm tra, sửa chữa bản vẽ, hoàn thiện hồ sơ, nghiệm thu sản phẩm

Sơ đồ 1.1 Quy trình thành lập bản đồ bằng phương pháp đo vẽ thực địa

CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ GNSS 2.1 Lịch sử phát triển công nghệ GNSS

2.1.1 Nguyên nhân của sự ra đời công nghệ dẫn đường ( Navigation)

Công nghệ GNSS (Global Navigation Satellite System) còn được gọi là : hệthống vệ tinh dẫn đường toàn cầu Được phát triển đầu tiên với mục đích dẫn đường(Navigation) trong quân sự, hàng hải, trong không gian…

Mục tiêu của con người là có một sự dẫn dắt tới vị chí chính xác để hoàn thànhnhững công việc được đặt ra Vào khoảng sau những năm 1920, trên thế giới xuất hiệnnhững hệ thống dẫn đường vô tuyến điện đã tạo tiền đề cho việc phát triển hệ thốngđịnh vị toàn cầu Những hệ thống hàng hải vô tuyến điện đó bao gồm: các thiết bị cótầm hoạt động ngắn như đèn hiệu vô tuyến (radio beacons), radar, máy tìm phương,các thiết bị có tầm hoạt động dài hơn (còn được gọi là hệ thống dẫn đường hyperbol)như các hệ thống OMEGA, DECCA và LORAN-C Những hệ thống dẫn đường nàychủ yếu được sử dụng để dẫn tàu và máy bay

2.1.2 Các bước phát triển để có công nghệ GNSS như ngày nay

Bắt đầu từ sự phát triển của công nghệ vô tuyến, rada, máy tìm phương… đếnnhững công nghệ dẫn đường hyperbol 2D như OMEGA, DECCA, LORAN-C và bâygiờ sử dụng công nghệ dẫn đường 3D sử dụng các vệ tinh Lần lượt ra đời như GPS(Hoa Kỳ - 1973) Galileo ( liên minh Châu Âu-2011) GLONASS (Nga – 1993) BắcĐẩu (China – 2000)

Như vậy các bước phát triển của công nghệ dẫn đường được biểu diễn trong sơ

đồ sau:

Sơ đồ 2.1 Bước phát triển của công nghệ dẫn đườngTrong công nghệ định vị sử dụng vệ tinh dẫn đường các nước khác nhau cónhững quỹ đạo, số lượng vệ tinh và mã hóa khác nhau Nhưng họ không bao quát trênquỹ đạo toàn thế giới mà mỗi quốc gia có những quỹ đạo riêng biệt Được thể hiệntrong bảng số liệu sau:

Công nghệ định vị

sử dụng vệ tinhVD:GPS,GALILO, GRONASS, Bắc Đẩu 3D

Bảng 2.1 Quỹ đạo của các hệ thống định vị vệ tinh

Hệ thống Quốc Gia Quỹ Đạo Góc Nghiêng Phân Bố Mặt Phẳng Quỹ ĐạoGPS Hoa Kỳ 6 quỹ đạo 55 o so với

xích đạo Phân bố đều 60o

GALILEO Liên minh Châu Âu 3 mặt phẳng quỹ

đạo

56 o so với xích đạo 120

o trên mặt phẳng xích đạo

GRONASS Nga 3 quỹ đạo gấn tròn 64.8xích đạoo so với 120xích đạoo trên mặt phẳng

Bắc Đẩu Trung Quốc 3 quỹ đạo

140 o E

Phân bố quỹ đạo không đều

80 o E110.5 o ETrong đó các giá trị góc nghiêng được thể hiện trong hình sau:

Hình 2.1 Các yếu tố quỹ đạo vệ tinh

Bảng 2.2 Các yếu tố quỹ đạo vệ tinh

Hình 2.2 Sáu quỹ đạo hệ thống vệ tinh GPS (trái) GALILEO (phải)

Hình 2.3 Ba quỹ đạo hệ thống vệ tinh GLONASS (trái) Bắc Đẩu (phải)

Các vệ tinh được bố trí tập trung vào các quốc gia sở hữu chúng Vì vậy khi bênthứ 3 các quốc gia khác muốn sử dụng vệ tinh vào các mục đích dân sự cũng như mục

đích kinh doanh sẽ không có đủ hoặc có quá ít số lượng vệ tinh thu được tín hiệu Trênnguyên tắc cơ bản là tối thiểu phải thu được 4 vệ tinh Sự kết hợp sử dụng được tất cảcác loại vệ tinh trên thu được trên một loại máy thu ra đời gọi là công nghệ GNSS.Công nghệ GNSS khắc phục được những nhược điểm mà các công nghệ trên mắcphải như độ phủ sóng, số lượng vệ tinh cường độ tín hiệu…

Hiện tại trên thế giới có 4 hệ thống vệ tinh đã gần như hoàn thiện, cũng chính lànền tảng của sự kết hợp vệ tinh:

Sơ đồ 2.2 Hệ thống GNSS

Từ các số liệu đo đạc thực tế tại Việt Nam cho thấy Những ưu điểm thực sự khi

sử dụng công nghệ GNSS thay thế cho công nghệ GPS hoặc Bắc Đẩu Do số lượng vệtinh thu được đồng thời không phụ thuộc quá nhiều vào một hệ thống nào đó Nhưngcũng không tránh khỏi những khó khăn như giá thành thiết bị rất cao Sự ảnh hưởngcủa sai số các hệ thống vệ tinh không đồng đều dẫn đến việc sai lệch về tọa độ, phầnmềm xử lý đắt và phức tạp hơn…

Nếu hiểu theo nghĩa rộng hơn, GNSS là công nghệ dẫn đường toàn cầu dựa trên

sự kết hợp giữa các hệ thống khác nhau bao gồm cả công nghệ giả vệ tinh ( trên mặtđất) theo một số chuyên gia hàng đầu Việt Nam về công nghệ dẫn đường (Navigation)công nghệ dựa trên cơ sở DGPS của Mỹ chia ra 2 loại:

Hệ thống tăng cường dựa trên cơ sở mặt đất: thường là DGPS diện hẹp, cục bộ.thường sử dụng mạng lưới trên mặt đất để chuyển thông tin tăng cường độ chính xác

Hệ thống tăng cường dựa trên cơ sở vệ tinh: thay vì các hệ thống truyền tín hiệutham chiếu mặt đất người ta sử dụng các vệ tinh địa tĩnh để truyền đi các tham số này.Chúng được phủ sóng trên một diện tích lớn gấp trăm ngàn lần hệ thống tăng cườngmặt đất

GPS

Bắc Đẩu

GLONASS

GALILEO

GNSS

Hình 2.4 Hệ thống GNSS tăng cường mặt đất GBAS (trái) vi phân diện rộng sử dụng

vệ tinh địa tĩnh (phải)

2.1.3 Cấu trúc hệ thống GNSS

Giống như các hệ thống định vị vệ tinh thông thường trên thế giới, hệ thốngGNSS cũng có 3 đoạn chính là đoạn điều khiển, đoạn trên không và đoạn sử dụng

Hình 2.5 Tổng quan về công nghệ GNSSĐoạn điểu khiển (CONTROL ADMINTRANSTOR): ở trên đoạn này thực hiệncác chức năng là một (Admintranstor) người quản trị Ngoài việc cung cấp lịch chínhxác và các thông số cần thiết cho việc hiệu chỉnh cho người sử dụng (user) đoạn điềukhiển cao cấp còn có thể hiệu chỉnh quỹ đạo vệ tinh, tái thiết lập vệ tinh, bù thời gianhụt, đồng thời sử dụng quyền điều khiển nâng cao tác động vào toàn bộ hệ thống.Đoạn không gian (SPACE SEGMENT): Bao gồm các vệ tinh ( cả các vệ tinh địatĩnh trong trường hợp hệ thống tăng cường GNSS vệ tinh) của các hệ thống khác nhau

như hệ thống GPS, GRONASS, Bắc Đẩu, GALILEO… đoạn không gian của GNSSđược các Đoạn điều khiển tương ứng control.

Đoạn người sử dụng (USER): hệ thống GNSS được ứng dụng trong rất nhiềulĩnh vực đoạn người sử dụng rất đa dạng, những thiết bị có thể thu và xử lý tín hiệu từnhiều hệ thống vệ tinh khác nhau

2.1.4 Hệ thống quy chiếu sử dụng trong GNSS

Hệ quy chiếu là tập hợp các điều khoản, các quy ước kèm theo việc mô tả môhình cần thiết để định nghĩa gốc, định hướng các trục tọa độ cùng tỉ lệ theo sự biến đổithời gian Hệ quy chiếu bao gồm định nghĩa hệ tọa độ, hệ thời gian và tham số vật lýkèm theo Trong trắc địa tồn tại hai hệ quy chiếu: hệ quy chiếu quán tính và phi quántính

Là vấn đề cần thiết bởi mỗi hệ thống vệ tinh như GPS, GLONASS, Bắc Đẩu,GALILEO đều có những hệ quy chiếu khác nhau Vấn đề đặt ra là có hệ quy chiếuthống nhất để tính chuyển tọa độ và điều chỉnh chúng về đúng vị trí

Hai hệ quy chiếu chính được sử dụng nhiều nhất trong đạo hàng vệ tinh được sửdụng gồm: Hệ quy chiếu thiên thể quy ước (CCRS), còn gọi là hệ quy chiếu quán tínhquy ước (CIS) và hệ quy chiếu mặt đất quy ước (CTRS), còn gọi là hệ tọa độ mặt đấtquy ước (CTS).[3]

- Hệ tọa độ WGS – 84 hệ thống GPS

Hệ WGS - 84 dựa trên toạ độ của 10 trạm đo GPS của Bộ Quốc phòng Mỹ(DoD) Sau này có thêm 22 điểm của IGS tham gia vào sử dụng trị đo để tính toán.Khung quy chiếu đạt độ chính xác 10 cm và đã sử dụng mô hình chuyển động mảngtoàn cầu NUVEL - 1 cho vận tốc các trạm đo

- Hệ tọa độ PZ - 90 của hệ thống GLONASS

- Khung quy chiếu ITRF

ITRF(International Terrestrial Reference Frame) là một hệ thống gồm các điểm

có tọa độ 3D mà hệ thống gọi là lý tưởng cho toàn bộ bề mặt Trái Đất ITRS xác địnhkhung quy chiếu Trái đất quốc tế (ITRF) với 7 tham số gồm 3 tham số gốc địa tâm, 3tham số góc định hướng trục tọa độ và 1 tham số tỷ lệ chiều dài Mỗi năm, 7 tham sốnày được xác định cụ thể với các giá trị thực tế tương ứng với năm đó Căn cứ vào tọa

độ các trạm mặt đất, IERS tính toán xác định 7 tham số này theo một số điều kiện ràngbuộc nhất định như phương pháp bình phương nhỏ nhất,… Các bước thực hiện tiếptheo dựa trên các quan trắc mới Do 7 tham số luôn trong trạng thái động (trái đất tồntại trong trạng thái động) nên hiện nay người ta bổ sung thêm 7 tham số nữa là tốc độthay đổi 7 tham số này đưa tổng số lượng các tham số thành 14

Mối quan hệ giữa ITRF và GNSS trở nên quan trọng hơn từ khi lưới trắc địaquốc tế IGS được thành lập IGS cung cấp cho IERS các số liệu nhằm nâng cao chấtlượng ITRF Từ khi bắt đầu hoạt động, các trung tâm phân tích của IGS đã sử dụngITRF để tính toán quỹ đạo trên một số lưới thành phần Hơn thế nữa, các số liệu IGSđược tổng hợp là rất phù hợp với các ITRF Đầu những năm 1990, toạ độ giữa WGS

và ITRF được xác định lệch nhau cỡ 1 - 2 m Từ năm 1995 (tuần GPS 730), việc xácđịnh lại toạ độ các trạm quan trắc WGS cho thấy độ lệch giữa 2 hệ chỉ cỡ từ cm đến

mm Qua đây có thể thấy, đối với phần lớn các nhiệm vụ trắc địa truyền thống thì haikhung quy chiếu này được coi là như nhau.[3]

2.2 Mạng lưới IGS (International GNSS Service)

Mạng lưới IGS là mạng lưới gồm các trạm quan trắc liên tục trên toàn thế giớinhằm tạo nên một hệ thống mốc tọa độ có độ chính xác cao, phục vụ cho việc xác định

tọa độ cho các mạng lưới khác và quan trắc chuyển dịch của các mảng kiến tạo ngoài

ra mạng lưới IGS còn rất nhiều ứng dụng khác

Số liệu thời gian thực được truyền tới ít nhất 2 trung tâm số liệu thời gian thựctách biệt

Các trạm quan trắc tham dự vào việc cung cấp số liệu hình thành lưới tham chiếuIGS cần hoặt động liên tục trong chế độ thời gian thực để đảm bảo cấp số liệu , tính ổnđịnh của lưới tham chiếu

Hình 2.6 Hệ thống trạm tham chiếu liên tục GNSS mạng lưới IGS

2.3 Các phương pháp đo trong công nghệ GNSS

Hình 2.7 Định vị tuyệt đối

Ngày nay trong công tác trắc địa không sử dụng tới phương pháp định vị tuyệtđối bởi độ chính xác tọa độ điểm mang lại của phương pháp này không đạt đủ yêu cầuvới độ chính xác trắc địa đề ra Nhưng một số ứng dụng trong thực tế, không đòi hỏi

độ chính xác cao định vị tuyệt đối vẫn được ứng dụng do tính đơn giản cũng như giáthành thiết bị khá thấp so với thiết bị định vị tương đối

độ trắc địa ∆B,∆L,∆H theo các công thức đã biết.

Trong phương pháp định vị tương đối máy thu đặt tại điểm đã biết tọa độ cónhiệm vụ tính toán các số cải chính để cải chính vào máy thu thứ 2 đứng tại điểm chưabiết tọa độ Dựa vào phương pháp đo cũng như phương pháp cải chính người ta chia rathành nhiều loại khác nhau nhằm phục vụ cho các nhu cầu khác nhau về đo đạc

2.3.2.1 Định vị tương đối tĩnh (Relative Static Positioning)

Sử dụng 2 máy thu đồng thời đặt tại 2 điểm trong đó 1 điểm đã biết tọa độ, điểmcòn lại cần xác định tọa độ Trong một khoảng thời gian nhất định khoảng thường trên

20 phút

Hình 2.8 Định vị tương đối tĩnh GNSS Sau khi các số liệu được đo đạc sẽ được đưa về xử lý trên máy tính, lúc này sốcải chính được máy tính đưa vào để tính toán tọa độ của các điểm còn lại

2.3.2.2 Định vị tương đối động (Relative Kinematic Positioning)

Dựa vào cách cải chính trị đo người ta chia ra nhiều kiểu đo khác nhau như :

- Đo động dừng và đi (Stop and Go), còn gọi là đo bán động (semi kinematic)

- Đo động liên tục (Continuous), còn gọi là đo động thuần tuý (pure kinematic)

- Đo động kiểu đánh dấu sự kiện (Events Markers), trong đó kiểu đo dừng và đi

thường được sử dụng để đo vẽ bản đồ tỷ lệ lớn

- Dựa vào phương pháp truyền số cải chính người ta chia ra:

+ RTK đo động xử lý tức thời

+ PPK đo động xử lý sau

RTK truyền thống là sử dụng 2 máy thu đồng thời thu tín hiệu từ vệ tinh, 1 máyđặt tại điểm đã biết tọa độ, máy còn lại xác định tọa độ của điểm chưa biết ở côngnghệ đo RTK truyền thống máy đặt tại mốc chỉ khi có công việc thực hiện sẽ thiết lậptrạm máy ở đó- phải có trên 2 người mới có thể thực hiện đo đạc được máy thu thứnhất gửi tín hiệu hiệu chỉnh tọa độ tức thời cho máy thu thứ 2 bằng sóng radio hoặc kếtnối 3G

Hình 2.9 Đo động xử lý tức thời RTKTrong định vị tương đối động, bắt buộc thực hiện thủ tục khởi đo để xác định sốnguyên đa trị đầu tiên làm cơ sở giải bài toán định vị tương đối với số trị quan sát hạnchế trong thời gian rất ngắn Để giải bài toán, số trị đo tối thiểu không được ít hơn 2.[1]

2.4 Các nguồn sai số xác định vị trí trong sử dụng công nghệ đo GNSS

Do GNSS được xây dựng trên cơ sở giao hội không gian các khoảng cách đođược từ máy thu đến các vệ tinh có tọa độ đã biết Khoảng cách đo được là hàm củathời gian và tốc độ lan truyền tính hiệu trong không gian giữa không gian giữa vệ tinh

và máy thu Vì vậy kết quả đo chịu nhiều ảnh hưởng của các sai số của vệ tinh , củamáy thu của môi trường lan truyền tín hiệu và một số nguồn sai số khác

Hình 2.10 Các nguồn sai số xác định vị trí

2.4.1 Sai số đồng hồ

Đây là sai số của đồng hồ trên vệ tinh đồng hồ trên máy thu và sự không đồng bộcủa chúng Đồng hồ trên vệ tinh được trạm điều khiển trên mặt đất theo dõi và do đónếu phát hiện có sai lệch trạm này sẽ phát tín hiệu chỉ thị thông báo số cải chính chomáy thu GPS biết để sử lý Để làm giảm ảnh hưởng của sai số đồng hồ của cả vệ tinh

và máy thu, người ta sử dụng hiệu các trị đo giữa các vệ tinh cũng như giữa các trạmquan sát

2.4.2 Sai số quỹ đạo vệ tinh

Tọa độ điểm đo GPS được tính dựa vào vị trí đã biết của vệ tinh Người ta sửdụng phải dựa vào lịch thông báo tọa độ vệ tinh mà theo lịch tọa độ vệ tinh có thể bịsai số

Hình 2.11 Sai số do quỹ đạo vệ tinh

Do vậy nếu sử dụng quỹ đạo vệ tinh chính xác có thể đạt kết quả định vị tốt hơn

Có hai phương án nhằm hoàn thiện thông tin quỹ đạo vệ tinh:

- Sử dụng những trạm mặt đất có vị trí chính xác làm những điểm chuẩn để tinhchỉnh quỹ đạo vệ tinh dành cho công tác đo đạc đặc biệt

-Thu nhận lịch vệ tinh chính xác từ Dịch vụ địa học GPS Quốc tế ( TheInternational GPS Service for Geodynamics – IGS) Cơ quan IGS sử dụng một mạnglưới gồm 70 trạm theo dõi tinh chỉnh quỹ đạo vệ tinh Hệ thống này cho thông tin quỹđạo ưu việt hơn so với lịch vệ tinh thông báo của hệ thống GPS chỉ có 5 trạm theo dõi

vệ tinh

2.4.3 Ảnh hưởng của tầng ion

Tín hiệu vệ tinh trước khi đến máy thu phải xuyên qua môi trường khônggian gồm các tầng khác nhau Tầng ion là lớp chứa các hạt tích điện trong bầu khíquyển ở độ cao từ 50 – 1000 km, tầng ion có tính chất khúc xạ đối với song điện từ,chiết suất của tầng ion tỷ lệ với tần số sóng điện từ truyền qua nó Do vậy trị đocủa máy thu 2 tần số cho phép giảm ảnh hưởng tán sắc của tầng ion

Hiệu chỉnh ảnh hưởng của tầng ion đối với trị đo của máy thu tần số L1 phải dựavào các tham số mô hình phát đi trong thông báo vệ tinh, tuy nhiên chỉ giảm đượckhoảng 50% ảnh hưởng tầng ion

Với máy thu 2 tần số ảnh hưởng tầng ion, trị đo giải trừ do đó việc định vị có độchính xác cao hơn, nhất là đối với việc đo cạnh dài

2.4.4 Ảnh hưởng của tầng đối lưu.

Tầng đối lưu có độ cao đến 8km so với mặt đất là tầng làm khúc xạ đối với tín hiệu GPS do chiết suất biến đổi Do vậy số cải chính mô hình khí quyển phảiđược áp dụng đối với trị đo của máy một tần số và cả máy hai tần số, chiết suất của

tầng đối lưu sinh ra độ chậm pha tín hiệu, được chia thành hai loại ướt và khô, ảnhhưởng của chiết suất khô được tạo thành mô hình loại trừ nhưng ảnh hưởng của chiếtsuất ướt là nguồn sai số khó lập mô hình và loại bỏ trong trị đo GPS.

2.4.5 Tầm nhìn vệ tinh và trượt chu kỳ.

Điểm quan trọng nhất khi đo GPS là phải thu được tín hiệu ít nhất 4 vệ tinh tức làphải có tầm nhìn thông tới các vệ tinh đó

Tín hiệu GPS là sóng cực ngắn trong phổ điện từ, nó có thể xuyên qua mây mù,sóng không thể truyền qua được tán cây hoặc các vật cản che chắn Do vậy tầm nhìn

vệ tinh thông thoáng có tầm quan trọng đặc biệt đối với công tác đo GPS

Khi sử dụng trị đo pha cần phải đảm bảo thu tín hiệu vệ tinh trực tiếp, liên tụcnhằm xác định số nguyên lần bước sóng khởi đầu Tuy nhiên có trường hợp ngay cảkhi vệ tinh vẫn nhìn thấy nhưng máy thu vẫn bị gián đoạn thu tín hiệu, trường hợp đó

có một số chu kỳ không xác định đã trôi qua mà máy thu vẫn không đếm được khiếncho số nguyên lần bước sóng thay đổi và làm sai kết quả định vị Do đó cần phải pháthiện và xác định sự trượt chu kỳ trong tín hiệu GPS Một số máy thu có thể nhận biết

sự trượt chu kỳ và thêm vào số hiệu chỉnh tương ứng khi xử lý số liệu Mặt khác khitính toán xử lý số liệu GPS có thể dùng sai phân bậc ba để nhận biết và xử lý trượt chukỳ

2.4.6 Sai số do hiện tượng đa đường truyến

Đó là những tín hiệu từ vệ tinh không đến thẳng anten máy thu mà đập vào bềmặt phản xạ nào đó xung quanh rồi mới đến máy thu.Như vậy kết quả đo không đúng,

để tránh hiên tường này anten phải có tầm nhìn vệ tinh thông thoáng với góc ngẩngcao hơn 15 Việc chọn góc ngẩng như thế này nhằm giảm ảnh hưởng bất lợi của chiếtquang khí quyển và hiện tượng đa tuyến

Hầu hết anten GPS gắn bản dạng phẳng, tròn che chắn tín hiệu phản xạ từ dướimặt đất lên

2.4.7 Sự suy giảm độ chính xác (DOPs) do đồ hình các vệ tinh

Việc định vị GPS là việc giải bài toán giao hội nghịch không gian dựa vào điểmgốc là vệ tinh và các khoảng cách tương ứng đến máy thu GPS

Hình 2.12 Khoảng cách từ vệ tinh đến máy thu GPSTrường hợp tối ưu khi thu tín hiệu vệ tinh GPS là vệ tinh cần phải có sự phân bốhình học cân đối trên bầu trời xung quanh điểm đo Chỉ số mô tả đồ hình vệ tinh gọi

là hệ số phân tán độ chính xác - hệ số DOP (Delution of Precision) Chỉ số DOP là sốnghịch đảo thể tích của khối tỷ diện tạo thành giữa các vệ tinh và máy thu Chỉ số nàychia ra thành các loại sau:

+ PDOP chỉ số phân tán độ chính xác về vị trí (Positional DOP)

+ TDOP là chỉ số phân tán độ chính xác về thời gian (Teme DOP)

+ HDOP là chỉ số phân tán độ chính xác về mặt phẳng (Horizontal DOP)

+ VDOP là chỉ số phân tán độ chính xác về độ cao (Vertical DOP)

+ GDOP là chỉ số phân tán độ chính xác về hình học (Geometric DOP)

Đồ hình phân bố vệ tinh được thiết kế sao cho chỉ số PDOP đạt xấp xỉ 2,5 vớixác xuất 90% thời gian Đồ hình vệ tinh đạt yêu cầu với chỉ số P DOP < 6

2.4.8 Tâm pha của anten

Tâm pha là một điểm nằm bên trong anten, là nơi tín hiệu GPS biến đổi thành tínhiệu trong mạch điện tử các trị đo khoảng cách được tính vào điểm này Điều này có ýnghĩa quan trọng, ở nhà máy chế tạo anten đã được kiểm định sao cho tâm pha trùngvới tâm hình học của nó, tuy nhiên tâm pha thay đổi vị trí phụ thuộc vào đồ hình vệtinh, ảnh hưởng này có thể kiểm định trước khi đo hoặc sử dụng mô hình tâm pha ởgiai đoạn tính xử lý Quy định cần phải tuân theo là khi đặt anten cần đóng theo cùngmột hướng và tốt nhất là sử dụng cùng một loại anten cho cùng một ca đo Các nguồnlỗi và biện pháp khắc phục được tổng hợp trong (bảng 2.5)

Bảng 2.5 Nguồn lỗi và biện pháp khắc phục

1 Phụ thuộc vệ tinh

- Ephemerit Ephemerits chính xác

- Đồ hình vệ tinh Chọn thời gian đo có PDOP<6

- Đồng hồ vệ tinh Sai phân bậc một

2 Phụ thuộc đường tín hiệu

- Số đa trị nguyên Xác đinh đơn trị, sai phân bậc ba

- Trượt chu kỳ Tránh vật cản, sai phân bậc ba

- Đa nguyên Tránh phản xạ, ngưỡng góc cao

3 Phụ thuộc máy thu

- Chiều cao anten Do 2 lần khi đo độ cao Anten

- Cấu hình máy thu Chú ý khi lắp đặt

- Tâm pha anten Anten chuẩn đặt quay về một hướng

- Tọa độ quy chiếu Khống chế chính xác, tin cậy

là dành cho quân sự, trong những năm gần đây hệ thống dẫn đường (Navigation) đượcđưa ra sử dụng trong dân sự

- Dẫn đường cho các tàu ngầm, các tàu sân bay, …

- Dẫn đường cho các máy bay chiến đấu…

- Dẫn đường cho các tên lửa đạn đạo, tên lửa tầm trung và tầm xa…

- Dẫn đường cho các sỹ quan các xe tăng , xe bọc thép…

Ứng dụng GNSS trong maps Hiện nay trên khắp thế giới đã có tích hợp côngnghệ dẫn đường GNSS trong các thiết bị cầm tay, ngay cả các thiết bị di động.

Google maps đang thử nghiệm công nghệ định vị dẫn đường GNSS trong một sốứng dụng của họ nhưng chưa được đưa ra sử dụng do chưa đủ thông số để hoàn thànhbản thương mại cuối

Hình 2.13 Ứng dụng GNSS trong điện thoại

- Ứng dụng công nghệ GNSS trong công tác Trắc Địa

- Ứng dụng công nghệ GNSS trong giao thông: trong giao thông GNSS được sửdụng làm công nghệ dẫn đường cho các phương tiện tham gia giao thông Như ô tô,motobyker … ngày nay các xe thường lắp các thiết bị giám sát hành trình sử dụngcông nghệ DGPS hoặc GNSS

- Ứng dụng công nghệ GNSS trong cứu nạn: có thể lấy ví dụ minh họa về máybay MH370 Malaysia mất tích nếu không có công nghệ định vị toàn cầu sẽ không thểtìm thấy được thân máy bay và xác định nguyên nhân gây ra tai nạn… Ngoài ra cònmột số ứng dụng khác trong các nghành tài chính, y tế, giáo dục…

Hình 2.14 Ứng dụng công nghệ GNSS trong thực tế

2.6 Công nghệ GNSS được ứng dụng trong trắc địa

Trong Trắc Địa GNSS đang là khởi nguồn của các công nghệ hiện đại kế bước.công tác xây dựng lưới, thành lập bản đồ, đưa bản vẽ thiết kế ra công trình, quan trắcbiến động,… được thực hiện một cách nhanh chóng nhờ công nghệ này Trong nhữngnăm gần đây, con người còn phát triển rất nhiều công nghệ đi kèm song hành cùngGNSS để nâng cao độ chính xác cũng như giảm thời gian thao tác cho kết quả nhanhhơn Không chỉ vậy GNSS còn đóng vai trò làm nền tảng cho sự phát triển mở khôngphụ thuộc vào một hệ thống gây lỗi

Hình 2.15 Máy thu GNSS 2 tần trong Trắc ĐịaTheo [2] ứng dụng GNSS trong trắc địa bao gồm:

- Thành lập bản đồ công nghê RTK

- Thành lập lưới

- Quan trắc công trình

CHƯƠNG 3 CÔNG NGHỆ TRẠM THAM CHIẾU LIÊN TỤC CORS

3.1 Cấu trúc trạm CORS trên thế giới

3.1.1 Khái niệm

Các trạm CORS là các trạm tham chiếu hoạt động liên tục được xây dựng cầnbảo đảm cho mật độ tương đối đồng đều, khoảng cách giữa các trạm tham chiếu là mộttham số đặc trưng cho độ chính xác của hệ thống Vị trí các trạm tham chiếu được xácđịnh 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/24h) Các trạm GNSS/CORS được đượckết nối với trạm chủ (MS) thông qua mạng Internet theo địa chỉ IP Trạm chủ có nhiệm

vụ xử lý và lưu giữ thông tin từ các trạm tham chiếu gửi tới, trạm chủ này còn đượcgọi là trạm SERVER Đây là giải pháp công nghệ mới, phát triển lưới trắc địa theo

kiểu lưới tích cực (Active Control Networks) và đôi khi còn được gọi là công nghệ

“Trắc địa không lưới“ Theo giải pháp này sẽ giảm thiểu các mốc trắc địa ở thực địađược đo đạc theo công nghệ truyền thống

Các dạng trạm CORS trên thế giới hiện nay được chia thành 2 nhóm: nhóm thứnhất dựa trên nguyên tắc đo GPS khoảng cách giả được hiệu chỉnh bằng số liệu gửi từmột trạm cố định thông qua sóng vô tuyến hoặc từ vệ tinh, được gọi là phương phápGPS vi phân (Differential GPS); nhóm thứ hai dựa trên nguyên tắc đo GPS pha sóngtải giữa một trạm tĩnh và một trạm động có liên hệ truyền tín hiệu tức thời (online) từtrạm tĩnh sang trạm động bằng sóng vô tuyến để xác định chính xác gia số tọa độ giữa

2 trạm, được gọi là phương pháp đo động trong thời gian thực (Real Time Kinematic)

3.1.2 Phân loại trạm CORS

- Loại 2: gồm một số mốc đóng vai trò như các điểm trắc địa nhà nước, đượcquan trắc và xử lý với độ chính xác cao, đáp ứng cho nhiệm vụ duy trì một cơ sở gốctrắc địa nhà nước, cung cấp các dữ liệu cơ bản của khung quy chiếu quốc gia

- Loại 3: là các trạm tăng dày vào các điểm nhà nước (loại 2) và được kết nốichung với mạng GNSS/CORS Các điểm loại này có thể xây dựng kiểu mốc đơn giản,

do các doanh nghiệp, các công ty tư nhân vv , phục vụ cho các công việc đo đạcthông thường ở chế độ tức thời hoặc chế độ xử lý sau

3.1.2.2 Theo phương pháp hiệu chỉnh của các trạm tham chiếu

Dựa vào phương pháp số hiệu chỉnh khác nhau, mạng lưới kỹ thuật CORS hiệngiờ có thể chia thành 4 mô hình như sau:

a Trạm tham chiếu ảo - VRS (Virtual Reference Station)

Các trạm động (Rover) sẽ gửi tọa độ gần đúng đến bộ xử lý trung tâm, khi đó bộ

xử lý trung tâm sẽ chọn 3 trạm tham chiếu xung quanh khu vực của người dùng và dựavào mô hình hiệu chỉnh để tạo một trạm tĩnh ảo ở gần người dùng, trạm tĩnh ảo sẽtruyền dữ liệu đến các trạm động, trạm động sẽ cho kết quả chính xác cuối cùng Đặcđiểm của trạm tham chiếu ảo là mô hình hóa được sai số của tầng điện ly, tầng đối lưu

và quỹ đạo vệ tinh; truyền dữ liệu 2 chiều, dễ dàng giám sát và quản lý các trạm động

Khả năng truyền dữ liệu giống RTK truyền thống.

b Thông số hiệu chỉnh khu vực FKP (Flächen-Korrektur-Parameter)

FKP dựa vào giá trị quan trắc của trạm động (tri đo pha của sóng tải) và thông tincủa trạm chuẩn, xây dựng mô hình các số liệu hiệu chỉnh có liên quan đến không gian

và thời gian trong phạm vi của lưới chuẩn, dựa vào vị trí gần đúng của trạm đo, nộisuy ra số liệu hiệu chỉnh của trạm đo dùng vào trị đo để giảm các loại sai số liên quanđến không gian và thời gian nâng cao độ chính xác định vị

Trung tâm xử lý số liệu cho phát ra số liệu quan trắc của trạm chủ (giống trạmRTK bình thường), đồng thời thông qua RTC59 phát ra một bộ tham số mô hình, trạmđộng sẽ dựa vào vị trí của mình và vị trí của trạm chủ và khoảng cách có liên quan đếntham số mô hình để tiến hành tính ra số hiệu chỉnh của trị đo, cùng lúc sử dụng cáchtính trừ đi của số hiệu chỉnh và số liệu quan trắc hiệu chỉnh, rồi tiến hành định vị RTK.Đặc điểm kỹ thuật của FKP là truyền dữ liệu một chiều (trạm động không cầnphát sóng GGA), người dùng có thể nhận được số hiệu chỉnh nhưng không truyền dữliệu đi được, tính bảo mật cao

c Kỹ thuật hiệu chỉnh của trạm chủ cho trạm động - iMAC (Individual Auxiliary Corrections)

Master-Trung tâm xử lý số liệu phát đi trị đo của trạm chủ (giống với trạm RTK), cùnglúc thông qua giao thức kết nối RTCM3.1 với đoạn 1014 đến 1017 biz phát đi mộttrạm thông số phụ trợ (chỉ phát đi sự chênh lệch thay đổi của trạm phụ và trạm chính)

và sự chênh lệch vị trí tọa độ của trạm phụ và trạm chính để giảm bớt dung lượng tảicủa việc truyền và nhận dữ liệu Trạm động nhận được tín hiệu thì bắt đầu tính toán sốhiệu chỉnh vị trí của mình, sau đó tiến hành định vị RTK một cách bình thường

Những đặc điểm cơ bản của kỹ thuật iMAC là:

• Lượng số liệu rất lớn , cần phải phát đi tham số hiệu chỉnh của trạm chính vàmột phần trạm phụ trợ

• Truyền dữ liệu một chiều, người dùng chỉ nhận mà không phát đi, tính bảo mậtcao

• Không tương thích với trạm động của RTK, trạm động cần phải xử lý đượcthông số RTCM3.1 đoạn từ 1014 đến 1017 Biz

• Lượng người dùng không hạn chế

• Tăng cường ứng dụng cho một người dùng

• Trạm động phát sóng GGA

• Dễ dàng trong việc giám sát và quản lý trạm động của người dùng

d Hệ thống mạng lưới trạm tham chiếu Nam Phương–NRS (Net Reference Station).

Lý thuyết cơ bản cốt lõi của kỹ thuật NRS Nam Phương là dựa vào mô hình củatrạm tham chiếu ảo, nó có tất cả đặc điểm của một trạm tham chiếu ảo (VRS), đồng