Nghiên cứu đề xuất các giải pháp kỹ thuật đo gps động trong thành lập bản đồ địa chính

Đây là phương pháp cho độ chính xác tốt, cho phép đo vẽ ở mức độ chi tiết cao nhất, tuy nhiên có yếu điểm là phải sử dụng mạng lưới khống chế điểm dày đặc và phải đảm bảo thông hướng giữ

MAI VĂN QUÂN

NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP KỸ THUẬT ĐO

MAI VĂN QUÂN

NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP KỸ THUẬT ĐO

GPS ĐỘNG TRONG THÀNH LẬP BẢN ĐỒ

ĐỊA CHÍNH

Ngành: Kỹ thuật trắc địa – bản đồ

Mã số: 60520503

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TS Nguyễn Thế Công

Hà Nội - 2014

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan nội dung đề tài này là những kết quả nghiên cứu những ý tưởng khoa học mà tôi tổng hợp từ việc nghiên cứu lý thuyết và các công trình sản xuất thực tiễn do tôi trực tiếp thực hiện

Hà Nội, ngày 08 tháng 04 năm 2014

Tác giả

Mai Văn Quân

Mục Lục

Trang

Trang phụ bìa ……… 0

Lời cam đoan ……… 1

Mục lục ……… 2

Danh mục các bảng ……… 4

Danh mục các hình vẽ……… 5

MỞ ĐẦU:……… 7

CHƯƠNG1: CÁC YÊU CẦU TRONG ĐO ĐẠC BẢN ĐỒ ĐỊA CHÍNH… 10 1.1 Yêu cầu kỹ thuật thành lập bản đồ địa chính ……… 10

1.1.1 Yêu cầu về độ chính xác bản đồ địa chính ……… 10

1.1.2 Yêu cầu về lưới địa chính ……… 11

1.1.3 Yêu cầu về đo vẽ chi tiết ……… 22

1.2 Quy trình thành lập bản đồ địa chính ……… 24

1.2.2 Lập lưới khống chế ……… 24

1.2.2 Đo vẽ chi tiết ……… 25

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG GNSS, KHẢO SÁT PHƯƠNG PHÁP ĐO RTK PHỤC VỤ ĐO ĐẠC ĐỊA CHÍNH ……… 26

2.1 Khái quát chung về công nghệ GPS ……… 26

2.1.1 Cấu trúc và nguyên lý hoạt động của hệ thống GPS …… 26

2.1.2 Các đại lượng đo GPS ……… 28

2.1.3 Các phương pháp đo GPS ……… 30

2.1.4 Các nguồn sai số trong đo GPS ……… 37

2.2 Nguyên lý chung về đo GPS động ……… 41

2.2.1 Nguyên lý chung về đo GPS động ……… 41

2.2.2 Giải pháp kỹ thuật trong đo GPS động ……… 42

2.2.3 Các phương pháp đo GPS động ……… 43

2.3 Máy đo và quy trình đo xử lý số liệu đo GPS động ……… 44

2.3.1.Thiết bị đo GPS động ……… 44

2.3.2 Quy trình đo xử lý số liệu GPS động (RTK) trong thành lập bản đồ địa chính ……… 46

CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG KỸ THUẬT ĐO ĐỘNG RTK TRONG ĐO ĐẠC

ĐỊA CHÍNH KHU VỰC ĐẤT NÔNG THÔN ……… 51

3.1 Các thao tác đo và xử lý số liệu RTK ……… 51

3.1.1 Công tác chuẩn bị ……… 51

3.1.2 Thiết lập trạm Base ……… 52

3.1.3 Thủ tục khởi đo ……… 55

3.1.4 Thao tác tại trạm Rover( đo chi tiết) ……… 57

3.1.5 Giao diện phần mềm trút và xử lý số liệu RTK……… 58

3.2 Kiểm nghiệm trên các khu vực thực nghiệm ……… 60

3.2.1 Khu vực 1: Thành lập bản đồ địa chính khu vực phường Hiệp Thành ……… 60

3.2.2 Khu vực 2: Thành lập bản đồ địa chính khu vực Xã Đại Thành 65 3.2.3 Khu vực 3: Thành lập bản đồ địa chính khu vực Xã Cát Hải… 70

3.3 Đánh giá công tác ứng dụng kỹ thuật đo động RTK trong đo đạc địa chính khu vực đất nông thôn ……… 74

3.3.1 Các ưu, nhược điểm ……… 74

3.3.2 Các giải pháp kỹ thuật ứng dụng công nghệ đo động RTK trong đo đạc địa chính khu vực đất nông thôn ……… 76

KẾT LUẬN 80

TÀI LIỆU THAM KHẢO 81

PHỤ LỤC 82

DANH MỤC CÁC BẢNG

Trang

Bảng 1.1 Chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản chung của lưới địa chính……… 13

Bảng 1.2 Chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản của lưới địa chính khi thành lập bằng công nghệ GNSS……… 14

Bảng 1.3 Chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản của lưới địa chính khi thành lập bằng phương pháp đường chuyền……… 17

Bảng 1.4 Quy định số lần đo góc ngang trong đường chuyền……… 18

Bảng 1.5 Quy định hạn sai đo góc……… 19

Bảng 1.6 Chỉ tiêu kỹ thuật đối với lưới khống chế đo vẽ……… 21

Bảng 2.1 Độ chính xác đo khoảng cách giả R ……… 30

Bảng 2.2 Khoảng thời gian đo phù hợp……… 36

Bảng 2.3 Tần suất ghi tín hiệu……… 48

Bảng 3.1 Khối lượng thiết kế và thi công phường Hiệp Thành 62

Bảng 3.2 Khối lượng thiết kế và thi công xã Đại Thành 68

Bảng 3.3 Khối lượng thiết kế và thi công xã Cát Hải……… 72

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Trang

Hình 2.1 Chuy ển động của vệ tinh trên quỹ đạo……… 26

Hình 2.2 S ơ đồ bố trí các trạm điều khiển……… 28

Hình 2.3 Nguyên lý đo GPS tuyệt đối……… 31

Hình 2.4 Sai s ố do tầng điện ly……… 38

Hình 2.5 Sai s ố do tầng ion và tầng đối lưu……… 38

Hình 2.6 ảnh hưởng của tín hiệu đa đường dẫn……… 39

Hình 2.7 Trimble R5 ……… 42

Hình 2.8 Trimble R4 ……… 42

Hình 2.9 Trimble R7 ……… 42

Hình 2.10 Huace 91 ……… 42

Hình 2.11 Hi-Target V30 ……… 42

Hình 2.12 TrimbleTDL450 ……… 42

Hình 2.13 Trimbe TSC2 ……… 46

Hình 2.14 S ơ đồ quy trình đo xử lý số liệu GPS động trong thành lập bản đồ địa chính……… 46

Hình 2.15 thao tác l ắp đặt trạm Base……… 47

Hình 2.16 Đo chi tiết thực địa……… 49

Hình 2.17 Giao di ện phần mềm xử lý số liệu……… 50

Hình 3.1 hình ảnh một bộ đầy đủ thiết bị RTK trạm tĩnh và động……… 51

Hình 3.2 Thao tác t ạo lập Job……… 53

Hình 3.3 Cài đặt phép chiếu và tham số chuyển đổi……… 53

Hình 3.4 Thao tác nh ập điểm khống chế……… 53

Hình 3.5 Thao tác ch ọn kiểu đo……… 54

Hình 3.6 Thao tác cài đặt Base và Radio……… 54

Hình 3.7 Thao tác kh ởi động Base……… 55

Hình 3.8 Thao tác k ết nối thiết bị……… 55

Hình 3.10 Thao tác cài đặt Topo point……… 56

Hình 3.11 Thao tác kh ởi đo trạm động……… … 57

Hình 3.12 Giao di ện phần mềm trút số liệu Data Transfer……… 58

Hình 3.13 Giao di ện nhập dữ liệu của phần mềm TGO……… 59

Hình 3.14 Giao di ện xuất dữ liệu của phần mềm TGO……… … 59

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Đất đai là tài nguyên vô cùng quý giá của nhân loại, là tư liệu sản xuất đặc biệt không thể thay thế được của con người Nó là thành phần quan trọng hàng đầu của môi trường sống, là địa bàn phân bố các khu dân cư, xây dựng các cơ sở kinh tế, văn hoá, xã hội, an ninh, quốc phòng Trong thời đại nền kinh tế mở cửa thế giới, với địa lý của Việt Nam, đất đai của nước ta ngày càng có vị trí đặc biệt trong sự nghiệp phát triển kinh tế xã hội của đất nước Để phục vụ tốt công tác quản lý về đất đai cần phải có bản đồ địa chính và cơ sở dữ liệu về đất đai

Hiện nay, công tác thành lập bản đồ địa chính chủ yếu được thực hiện bằng phương pháp toàn đạc điện tử Đây là phương pháp cho độ chính xác tốt, cho phép

đo vẽ ở mức độ chi tiết cao nhất, tuy nhiên có yếu điểm là phải sử dụng mạng lưới khống chế điểm dày đặc và phải đảm bảo thông hướng giữa các trạm đo dẫn đến năng suất lao động rất hạn chế trong những khu vực có địa hình dày đặc Những năm gần đây hệ thống định vị toàn cầu GPS (Global Positioning system) ngày càng phát triển hoàn thiện và ứng dụng rộng rãi trong đo đạc bản đồ với các tinh ưu việt như: Có thể xác định toạ độ các điểm dựa vào toạ độ điểm gốc mà không cần thông hướng, việc đo đạc nhanh, độ chính xác cao, ít phụ thuộc vào điều kiện thời tiết, kết quả đo đạc có thể tính trong hệ toạ độ toàn cầu hoặc hệ toạ độ địa phương và được ghi dưới dạng file số nên dễ dàng nhập được vào các phần mềm đo vẽ bản đồ và cơ

sở dữ liệu Tuy nhiên ứng dụng chính của GPS trong đo đạc địa chính hiện nay vẫn

là phương pháp đo tĩnh để thành lập lưới khống chế toạ độ

Vì vậy việc nghiên cứu các kỹ thuật đo GPS động trong đo đạc địa chính là rất cần thiết để có cở sở khoa học triển khai phổ biến ở nước ta, không những đáp hiệu quả cho bài toán về kinh tế mà còn giúp bắt kịp trình độ khoa học của thế giới

Với những lý do đó tôi đã đề xuất và tiến hành nghiên cứu đề tài: “ Nghiên cứu đề

xuất các giải pháp kỹ thuật đo GPS động trong thành lập bản đồ địa chính.”

2 Mục đích của đề tài:

Nghiên cứu hệ thống GNSS, đánh giá về khả năng ứng dụng kỹ thuật đo GPS động RTK trong đo đạc bản đồ địa chính, từ đó đưa ra giải pháp ứng dụng kỹ thuật đo động RTK trong đo đạc bản đồ địa chính khu vực nông thôn với việc sử

dụng các máy thu GPS 2 tần số

3 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu

Từ những nghiên cứu chung về hệ thống GPS, những kỹ thuật định vị, đề tài này sẽ nghiên cứu chi tiết các kỹ thuật đo GPS động RTK sử dụng các thiết bị đo GPS động mới được nhập Kết quả nghiên cứu cần phải xác định được về độ chính xác đạt được của thiết bị trong điều kiện thực tế của Việt Nam, so sánh với các công nghệ truyền thống để rút ra những kết luận khoa học, từ đó đề xuất quy trình công nghệ áp dụng kỹ thuật đo GPS động RTK cụ thể cho việc áp dụng kỹ thuật đo GPS động ở các cơ sở sản xuất trắc địa bản đồ, đề xuất các giải pháp kỹ thuật để việc ứng dụng kỹ thuật đo động RTK trong thành lập bản đồ địa chính đạt hiệu quả cao nhất

4 Phương pháp nghiên cứu đề tài

- Phương pháp nghiên cứu phân tích, tổng hợp tài liệu: Nghiên cứu quy trình

đo đạc bản đồ địa chính truyền thống, độ chính xác theo quy phạm hiện hành Nghiên cứu các ứng dụng đo GPS động trong thành lập bản đồ

- Phương pháp thực nghiệm: Qua thực nghiệm các công trình sản xuất đề xuất các giải pháp áp dụng hiệu quả kỹ thuật đo động RTK trong thành lập bản đồ địa chính

5 Nội dung của đề tài:

số trong đo đạc địa chính

nông thôn và hiệu quả kinh tế kỹ thuật mà giải pháp mang lại

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Thông qua việc nghiên cứu lý thuyết, các kết quả thực nghiệm, các công trình sản xuất thực tiễn của đề tài này, tác giả mong muốn thể hiện các vấn đề sau:

1 Công nghệ GPS là công nghệ mới, khác biệt, làm thay đổi hẳn quan niệm

về việc đo đạc trong công tác trắc địa bản đồ

2 Đo GPS động là bước phát triển mới của công nghệ GPS cho phép đo đạc chi tiết bỏ qua công đoạn lập lưới khống chế cơ sở, có độ chính xác đạt yêu cầu kỹ thuật đo vẽ bản đồ địa chính

3 Đo GPS động là phương pháp đo đạc khoa học, đáp ứng yêu cầu của công tác tự động hoá đo vẽ bản đồ, phù hợp với việc tổ chức, quản lý số liệu trong các hệ thống quản trị dữ liệu trong máy tính

4 Đo GPS động kết hợp với các phương pháp đo vẽ truyền thống tạo được hiệu quả kinh tế cao trong đo vẽ bản đồ địa chính ở Việt Nam

Với những tính năng ưu việt, kỹ thuật đo GPS động là phương pháp mới áp dụng không chỉ tốt trong ngành Địa Chính mà còn với các cơ quan có chức năng khảo sát, đo đạc khác trong các ngành Giao thông, Thủy lợi, Xây dựng, Nông nghiệp

7 Kết cấu của luận văn

Luận văn gồm 3 chương:

Chương 1: Các yêu cầu trong đo đạc bản đồ địa chính

Chương 2: Nghiên cứu hệ thống GNSS, Khảo sát phương pháp đo RTK phục vụ

đo đạc địa chính

Chương 3: Ứng dụng kỹ thuật đo động RTK trong đo đạc địa chính khu vực đất nông thôn

CHƯƠNG 1

1.1.YÊU CẦU KỸ THUẬT THÀNH LẬP BẢN ĐỒ ĐỊA CHÍNH

1.1.1 Yêu cầu về độ chính xác bản đồ địa chính

1 Sai số trung phương vị trí mặt phẳng của điểm khống chế đo vẽ so với điểm khởi tính sau bình sai không quá 0,10 mm tính theo tỷ lệ bản đồ thành lập

2 Sai số biểu thị điểm góc khung bản đồ, giao điểm của lưới kilômét, các điểm tọa độ quốc gia, các điểm địa chính, các điểm có tọa độ khác lên bản đồ địa chính dạng số được quy định là bằng không (không có sai số)

3 Trên bản đồ địa chính dạng giấy sai số độ dài cạnh khung bản đồ không vượt quá 0,2 mm, đường chéo bản đồ không vượt quá 0,3 mm, khoảng cách giữa điểm tọa độ và điểm góc khung bản đồ (hoặc giao điểm của lưới kilômét) không vượt quá 0,2 mm so với giá trị lý thuyết

4 Sai số vị trí của điểm bất kỳ trên ranh giới thửa đất biểu thị trên bản đồ địa chính dạng số so với vị trí của các điểm khống chế đo vẽ gần nhất không được vượt quá:

5 cm đối với bản đồ địa chính tỷ lệ 1:200

7 cm đối với bản đồ địa chính tỷ lệ 1:500

15 cm đối với bản đồ địa chính tỷ lệ 1:1000

30 cm đối với bản đồ địa chính tỷ lệ 1:2000

150 cm đối với bản đồ địa chính tỷ lệ 1:5000

300 cm đối với bản đồ địa chính tỷ lệ 1:10.000

Đối với khu vực nông thôn có độ dốc địa hình trên 10o thì các sai số nêu trên được phép tăng 1,5 lần

5 Sai số tương hỗ vị trí của 2 điểm bất kỳ trên ranh giới cùng thửa đất biểu thị trên bản đồ địa chính dạng số so với khoảng cách trên thực địa được đo trực tiếp hoặc đo gián tiếp từ cùng một trạm máy không vượt quá 0,2 mm theo tỷ lệ bản đồ, nhưng không vượt quá 4 cm trên thực địa đối với các cạnh thửa đất có chiều dài dưới 5m

Đối với khu vực có độ dốc địa hình trên 10o, các điểm chi tiết được xử lý tiếp biên thì các sai số tương hỗ vị trí điểm nêu trên được phép tăng 1,5 lần

6 Vị trí các điểm mốc địa giới hành chính được xác định với độ chính xác của điểm khống chế đo vẽ

7 Khi kiểm tra sai số phải kiểm tra đồng thời cả sai số vị trí điểm so với điểm khống chế gần nhất và sai số tương hỗ vị trí điểm Sai số lớn nhất không được vượt quá sai số lớn nhất cho phép Số lượng sai số có giá trị bằng hoặc gần bằng (từ 70% đến 100%) sai số lớn nhất cho phép không quá 5% tổng số các trường hợp kiểm tra Trong mọi trường hợp các sai số nêu trên không được mang tính hệ thống

1.1.2 Yêu cầu về lưới địa chính

1 Lưới địa chính được xây dựng trên cơ sở lưới tọa độ và độ cao Quốc gia

để tăng dày mật độ điểm khống chế, làm cơ sở phát triển lưới khống chế đo vẽ và

đo vẽ chi tiết

Lưới địa chính được thiết kế trên bản đồ địa hình tỷ lệ lớn hoặc bản đồ địa chính, bản đồ hiện trạng sử dụng đất Khi thiết kế lưới phải đảm bảo các điểm được phân bố đều trên khu đo, trong đó ưu tiên tăng dày cho khu vực bị che khuất nhiều, địa hình phức tạp; các điểm khống chế tọa độ từ địa chính cấp II (trước đây) trở lên, điểm độ cao Quốc gia từ hạng IV trở lên đã có trong khu đo phải được đưa vào lưới mới thiết kế

Lưới địa chính phải được đo nối tọa độ với ít nhất 03 điểm khống chế tọa độ

có độ chính xác tương đương điểm tọa độ Quốc gia hạng III trở lên Trường hợp

điểm khống chế độ cao có độ chính xác tương đương điểm độ cao Quốc gia hạng IV trở lên

Khi tính toán kết quả thành lập lưới địa chính bằng công nghệ GNSS phải xác định đồng thời tọa độ và độ cao

2 Điểm tọa độ địa chính phải được chọn ở các vị trí có nền đất vững chắc,

ổn định, quang đăng, nằm ngoài chỉ giới quy hoạch công trình; đảm bảo khả năng tồn tại lâu dài trên thực địa; thuận lợi cho việc đo ngắm và phát triển lưới cấp thấp Khi thành lập lưới bằng công nghệ GNSS thì các điểm phải đảm bảo có góc mở lên bầu trời lớn hơn 120o; ở xa các trạm thu phát sóng tối thiểu 500 mét; xa các trạm biến thế, đường dây điện cao thế, trạm điện cao áp tối thiểu 50 mét

3 Dấu mốc được làm bằng sứ hoặc kim loại không gỉ, có vạch khắc chữ thập

ở tâm mốc; trên mặt mốc ghi số hiệu điểm (số hiệu điểm được ghi chìm so với mặt mốc) Mốc phải được xây tường vây để bảo vệ, trên mặt tường vây ghi các thông tin

về cơ quan quản lý mốc, số hiệu điểm, thời gian chôn mốc Trường hợp sử dụng lại các mốc địa chính cấp I, II phải ghi số hiệu của điểm cũ trên mặt tường vây, số hiệu mới của điểm đó trong lưới mới được ghi trong hồ sơ kỹ thuật của lưới mới kèm với ghi chú về số hiệu cũ

Ở những khu vực không ổn định, khu vực có nền đất yếu không thể chôn mốc bê tông được phép cắm mốc địa chính bằng cọc gỗ nhưng phải quy định cụ thể trong thiết kế kỹ thuật - dự toán công trình

4 Số hiệu mốc được đánh liên tục theo tên khu đo từ 01 đến hết theo nguyên tắc từ trái qua phải, từ trên xuống dưới theo đường lưới tọa độ ô vuông trên bản đồ thiết kế lưới khu đo Số hiệu điểm địa chính không được trùng tên nhau trong phạm

vi một khu đo, các khu đo không được trùng tên nhau trong phạm vi một tỉnh

5 Trước khi chôn, gắn mốc đơn vị thi công phải lập biên bản thỏa thuận sử dụng đất với người sử dụng đất theo mẫu quy định Trường hợp chôn, gắn mốc ở khu vực không có người sử dụng đất cụ thể phải thông báo bằng văn bản cho Ủy ban nhân dân cấp xã nơi chôn mốc Khi hoàn thành việc chôn mốc tại thực địa phải

lập ghi chú điểm tọa độ địa chính Sau khi hoàn thành công trình phải lập biên bản bàn giao mốc cho Ủy ban nhân dân cấp xã nơi chôn mốc để quản lý và bảo vệ

6 Tất cả các thiết bị trước khi sử dụng để đo đạc lưới địa chính phải được kiểm tra theo quy định cho từng loại thiết bị Tài liệu kiểm tra phải lưu kèm theo kết quả đo đạc lưới địa chính

7 Khi tính toán và trong kết quả cuối cùng giá trị góc lấy chẵn đến giây, giá trị tọa độ và độ cao lấy chẵn đến milimet

8 Lưới địa chính được xây dựng bằng công nghệ GNSS hoặc bằng phương pháp đường chuyền, phương pháp lưới đa giác, song phương pháp chủ yếu xây dựng lưới địa chính là bằng công nghệ GNSS và phương pháp đường chuyền

9 Yêu cầu kỹ thuật cơ bản của lưới địa chính

9.1 Chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản chung của lưới địa chính được quy định như sau: Bảng 1.1 Chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản chung của lưới địa chính

STT Tiêu chí đánh giá chất lượng lưới địa chính Chỉ tiêu kỹ

thuật

1 Trị tuyệt đối của sai số trung phương vị trí điểm sau bình sai ≤ 5 cm

3 Trị tuyệt đối sai số trung phương tuyệt đối cạnh dưới 400m

4

Trị tuyệt đối sai số trung phương phương vị cạnh sau bình

sai:

- Đối với cạnh lớn hơn hoặc bằng 400 mét

- Đối với cạnh nhỏ hơn 400 mét

a) Chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản của lưới địa chính khi thành lập bằng công nghệ GNSS được quy định như sau:

Bảng 1.2 Chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản của lưới địa chính khi thành lập bằng

công nghệ GNSS

STT Tiêu chí đánh giá chất lượng lưới địa chính đo bằng

(D: tính bằng km)

Các giá trị dX, dY, dZ là các giá trị nhận được từ việc giải các cạnh (baselines) tham gia vào vòng khép, n là số cạnh khép hình

b) Phải sử dụng ăng ten, máy thu tín hiệu vệ tinh và phần mềm chuyên dụng

để thu tín hiệu, tính toán xác định tọa độ và độ cao

Trước khi sử dụng phải kiểm tra hoạt động của máy thu và các thiết bị kèm theo, khi hoạt động bình thường mới được đưa vào sử dụng Đối với máy thu đang

sử dụng cần kiểm tra sự hoạt động của các phím chức năng, kiểm tra sự ổn định của quá trình thu tín hiệu thông qua việc đo thử, kiểm tra việc truyền dữ liệu từ máy thu sang máy tính Đối với các máy mới, trước khi sử dụng phải tiến hành đo thử nghiệm trên bãi chuẩn (đối với loại máy thu 1 tần số) hoặc trên các điểm cấp 0 (đối với loại máy thu 2 tần số) và so sánh kết quả đo với số liệu đã có

c) Trước khi đo phải tiến hành lập lịch đo Khi lập lịch đo được sử dụng lịch

vệ tinh quảng bá không có nhiễu SA (broadcast ephemeris) không cũ quá 01 tháng

để lập Các tham số cần khai báo vào phần mềm lập lịch đo gồm ngày lập lịch đo; vị trí địa lý khu đo (tọa độ địa lý xác định trên bản đồ, lấy theo trung tâm khu đo, giá trị B, L xác định đến phút); số vệ tinh tối thiểu cần quan sát 4; PDOP lớn nhất cho phép quan sát 4; khoảng thời gian tối thiểu của ca đo 60 phút; góc ngưỡng 15o

d) Trong quá trình đo lưới tọa độ ở thực địa điểm đánh dấu trên ăngten phải được đặt quay về hướng Bắc với sai lệch không quá 10o; chiều cao ăngten được tính trung bình từ 03 lần đo độc lập vào các thời điểm bắt đầu đo, giữa khi đo và trước khi tắt máy thu, đọc số đến milimet, giữa các lần đo không lệch quá 2 mm

đ) Khi sử dụng các máy thu tín hiệu vệ tinh nhiều chủng loại, nhiều hãng sản xuất khác nhau để thành lập cùng một lưới phải chuyển file dữ liệu đo ở từng máy sang dạng RINEX (Receiver Independent Exchange)

e) Sử dụng các phần mềm (modul) phù hợp với loại máy thu tín hiệu vệ tinh

để giải tự động véc tơ cạnh, khi tính khái lược véc tơ cạnh phải đảm bảo các chỉ tiêu

- Lời giải được chấp nhận (đối với máy thu 01 tần số): Fixed;

- Chỉ số Ratio (đối với máy thu 01 tần số): > 1,5 (chỉ xem xét đến khi lời giải

là Fixed);

- Sai số trung phương khoảng cách: (RMS) < 20 mm + 4.D mm (D tính bằng km)

- Phương sai chuẩn (Reference Variance): < 30

Việc bình sai lưới chỉ được thực hiện sau khi tính khái lược cạnh và sai số khép cho toàn bộ mạng lưới đạt chỉ tiêu kỹ thuật

g) Khi tính khái lược cạnh nếu có chỉ tiêu kỹ thuật không đạt yêu cầu thì được phép tính lại bằng cách thay thế điểm gốc xuất phát, lập các vòng khép khác hoặc không sử dụng điểm khống chế cấp cao để phát triển lưới địa chính nếu số điểm khống chế cấp cao còn lại trong lưới vẫn đảm bảo theo quy định Trong trường hợp không sử dụng điểm khống chế cấp cao đó làm điểm gốc phát triển lưới thì vẫn đưa vào bình sai như một điểm trong lưới và phải nêu rõ trong Báo cáo Tổng kết kỹ thuật Số liệu chỉ được đưa vào bình sai chính thức bằng phương pháp bình sai chặt chẽ khi đã giải quyết các tồn tại phát hiện trong quá trình tính khái lược

h) Thành quả đo đạc, tính toán và bình sai khi thành lập lưới địa chính bằng công nghệ GNSS gồm:

- Bảng trị đo và số cải chính sau bình sai;

- Bảng sai số khép hình;

- Bảng chiều dài cạnh, phương vị, chênh cao và các sai số sau bình sai (sai số trung phương vị trí điểm tọa độ, sai số trung phương tương đối cạnh, sai số trung phương phương vị cạnh và sai số trung phương độ cao)

- Bảng tọa độ vuông góc không gian X, Y, Z;

- Bảng tọa độ và độ cao trắc địa B, L, H;

- Bảng tọa độ vuông góc phẳng và độ cao thủy chuẩn sau bình sai;

- Sơ đồ lưới địa chính sau thi công

9.3 Yêu cầu kỹ thuật cơ bản khi thành lập lưới địa chính bằng phương pháp đường chuyền và thành quả đo đạc, tính toán, bình sai

a) Chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản của lưới địa chính khi thành lập bằng phương pháp đường chuyền các được quy định như sau:

Bảng 1.3 Chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản của lưới địa chính khi thành lập bằng phương

pháp đường chuyền

STT Các yếu tố của lưới đường chuyền Chỉ tiêu kỹ thuật

3

Chiều dài đường chuyền:

- Nối 2 điểm cấp cao

- Từ điểm khởi tính đến điểm nút hoặc giữa hai điểm

Trị tuyệt đối sai số giới hạn khép góc đường chuyền

7 Sai số khép giới hạn tương đối fs/[s] ≤ 1:25.000 b) Cạnh đường chuyền được đo bằng máy đo dài có trị tuyệt đối sai số trung phương đo dài danh định (ms) không vượt quá 10 mm + D mm (D là chiều dài cạnh

đo tính bằng km), được đo 3 lần riêng biệt, mỗi lần đo phải ngắm chuẩn lại mục tiêu,

số chênh giữa các lần đo không vượt quá 10 mm

c) Góc ngang trong đường chuyền được đo bằng máy đo góc có trị tuyệt đối sai số trung phương đo góc danh định không vượt quá 5 giây, đo theo phương pháp toàn vòng khi trạm đo có 3 hướng trở lên hoặc theo hướng đơn (không khép về hướng mở đầu) Số lần đo quy định như sau:

Bảng 1.4 Quy định số lần đo góc ngang trong đường chuyền

Khi đo góc, vị trí bàn độ ngang trong các lần đo phải thay đổi một góc tính theo công thức:

Trong đó: n là số lần đo

Các hạn sai khi đo góc (quy định chung cho các máy đo có độ chính xác đo góc từ 1 - 5 giây) không lớn hơn giá trị quy định ở bảng sau:

Bảng 1.5 Quy định hạn sai đo góc

3 Dao động 2C trong 1 lần đo (đối với máy không có bộ

d) Kết quả đo đường chuyền được tính chuyển lên mặt Geoid, được tính toán khái lược bằng phương pháp bình sai gần đúng, khi các sai số khép góc hoặc sai số khép vòng, sai số khép giới hạn tương đối đường chuyền nằm trong giới hạn cho phép thì kết quả đo mới được sử dụng để bình sai bằng phương pháp bình sai chặt chẽ; kết quả cuối cùng góc lấy chẵn đến giây, tọa độ và độ cao lấy chẵn đến milimet (0,001m)

đ) Thành quả đo đạc, tính toán và bình sai khi thành lập lưới địa chính bằng phương pháp đường chuyền gồm:

- Số đo góc bằng, đo cạnh đường chuyền;

- Bảng chiều dài cạnh, phương vị cạnh và các sai số sau bình sai

- Bảng tọa độ vuông góc phẳng sau bình sai;

- Sơ đồ lưới địa chính sau thi công

Lưới khống chế đo vẽ

1 Lưới khống chế đo vẽ được thành lập nhằm tăng dày thêm các điểm tọa độ

để đảm bảo cho việc thành lập bản đồ bằng phương pháp đo vẽ trực tiếp tại thực địa hoặc tăng dày điểm khống chế ảnh để đo vẽ bổ sung ngoài thực địa khi thành lập bản đồ địa chính bằng phương pháp ảnh hàng không kết hợp đo vẽ trực tiếp ngoài thực địa

2 Lưới khống chế đo vẽ bao gồm: lưới khống chế đo vẽ cấp 1, lưới khống chế đo vẽ cấp 2 hoặc lưới khống chế đo vẽ đo bằng công nghệ GNSS

được phát triển dựa trên tối thiểu 2 điểm tọa độ có độ chính xác tương đương điểm khống chế đo vẽ cấp 1 trở lên Lưới khống chế đo vẽ đo bằng công nghệ GNSS được phát triển dựa trên tối thiểu 3 điểm tọa độ có độ chính xác tương đương điểm địa chính trở lên

3 Để đo vẽ bản đồ địa chính tỷ lệ 1:200 chỉ được lập lưới khống chế đo vẽ cấp 1, trong trường hợp đặc biệt cho phép lưới khống chế đo vẽ cấp 1 treo không quá 4 điểm nhưng sai số trung phương vị trí điểm sau bình sai không vượt quá 5 cm

so với điểm gốc

Để đo vẽ bản đồ địa chính tỷ lệ 1:500 được lập lưới khống chế đo vẽ 2 cấp (cấp 1 và cấp 2), trong trường hợp đặc biệt cho phép lập lưới khống chế đo vẽ cấp 2 treo không quá 4 điểm nhưng sai số trung phương vị trí điểm sau bình sai không quá 0,1 mm x M (M là mẫu số tỷ lệ bản đồ địa chính cần thành lập) so với điểm gốc

Để đo vẽ bản đồ địa chính tỷ lệ 1:1000, 1:2000, 1:5000, 1:10.000 được lập thêm các điểm trạm đo từ lưới khống chế đo vẽ cấp 2 và lưới khống chế đo vẽ đo bằng công nghệ GNSS để đo hết khu vực đo vẽ, nhưng sai số trung phương vị trí điểm sau bình sai không quá 0,1 mm x M (M là mẫu số tỷ lệ bản đồ địa chính cần thành lập) so với điểm gốc

4 Khi thành lập lưới khống chế đo vẽ bằng phương pháp đường chuyền, căn

cứ vào mật độ điểm khởi tính có thể thiết kế dưới dạng đường đơn hoặc thành mạng lưới có một hay nhiều điểm nút, tùy tỷ lệ bản đồ địa chính cần đo vẽ và điều kiện địa hình Khi thiết kế lưới khống chế đo vẽ trong thiết kế kỹ thuật - dự toán công trình phải quy định các chỉ tiêu kỹ thuật chính của lưới gồm: chiều dài lớn nhất của đường chuyền; chiều dài lớn nhất giữa điểm gốc và điểm nút, giữa hai điểm nút; chiều dài lớn nhất, nhỏ nhất cạnh đường chuyền; số lần đo góc, số lần đo cạnh; sai

số khép góc trong của đường chuyền; sai số trung phương đo góc; sai số khép tương đối giới hạn của đường chuyền

5 Các điểm khống chế đo vẽ tùy theo yêu cầu cụ thể có thể chôn mốc tạm thời hoặc cố định, lâu dài ở thực địa Nếu chôn mốc cố định, lâu dài ở thực địa thì

quy cách mốc thực hiện theo quy định quy phạm hiện hành và phải quy định rõ trong thiết kế kỹ thuật - dự toán công trình Nếu chôn mốc tạm thời thì mốc phải đảm bảo để tồn tại đến kết thúc công trình (sau kiểm tra, nghiệm thu bản đồ địa chính)

6 Cạnh lưới khống chế đo vẽ được đo bằng máy đo dài có trị tuyệt đối sai số trung phương đo dài danh định (ms) không vượt quá 20 mm + D mm (D là chiều dài cạnh đo tính bằng km); góc ngoặt đường chuyền đo bằng máy đo góc có trị tuyệt đối sai số trung phương đo góc danh định không quá 10 giây

7 Lưới khống chế đo vẽ được xây dựng bằng công nghệ GNSS, bằng phương pháp đường chuyền, bằng phương pháp đa giác hoặc bằng phương pháp giao hội nhưng phải đảm bảo các chỉ tiêu cơ bản sau:

Bảng 1.6 Chỉ tiêu kỹ thuật đối với lưới khống chế đo vẽ

Chỉ tiêu kỹ thuật STT Tiêu chí đánh giá chất lượng lưới

vẽ cấp 1

Lưới KC đo

vẽ cấp 2

2 Sai số trung phương tương đối cạnh sau bình

Khi thành lập lưới khống chế đo vẽ bằng công nghệ GNSS phải sử dụng phương pháp đo tĩnh, thời gian đo ngắm đồng thời từ 4 vệ tinh tối thiểu là 30 phút; ngoài ra, tùy tỷ lệ bản đồ địa chính cần đo vẽ, khi thiết kế lưới trong thiết kế kỹ thuật - dự toán công trình phải quy định các tiêu chí đánh giá chất lượng khác của lưới gồm: số vệ tinh khỏe liên tục tối thiểu; PDOP lớn nhất khi đo; góc mở lên bầu trời; các chỉ tiêu tính khái lược lưới

8 Lưới khống chế đo vẽ được phép bình sai gần đúng Khi tính toán và trong kết quả cuối cùng sau bình sai giá trị góc lấy đến chẵn giây; giá trị cạnh, giá trị tọa

độ lấy đến cm (0,01m)

9 Thành quả đo đạc, tính toán và bình sai khi thành lập lưới đo vẽ gồm: bảng tọa độ vuông góc phẳng; sơ đồ lưới

1.1.3 Yêu cầu về đo vẽ chi tiết

1 Trước khi đo vẽ chi tiết cán bộ đo đạc phải phối hợp với công chức địa chính cấp xã có liên quan, người dẫn đạc xác định đường địa giới hành chính trên thực địa căn cứ theo thực tế đang quản lý và thông tin trên hồ sơ địa giới hành chính (trong trường hợp khu vực đo vẽ liên quan đến đường địa giới hành chính); phối hợp với chính quyền địa phương, yêu cầu người sử dụng đất xuất trình các giấy tờ liên quan đến thửa đất (có thể cung cấp bản sao các giấy tờ đó không cần công chứng, chứng thực) và cùng người sử dụng đất lân cận xác định ranh giới thửa đất

và đánh dấu đỉnh thửa đất bằng đinh sắt, vạch sơn, cọc bê tông, cọc gỗ, lập bản mô

tả ranh giới, mốc giới thửa đất

2 Việc đo vẽ chi tiết đường địa giới hành chính được thực hiện theo đường ranh giới thực tế đang quản lý tại thực địa với độ chính xác tương đương điểm đo vẽ chi tiết

Trường hợp đường địa giới hành chính là đường mô tả nằm trên đối tượng giao thông, thủy hệ và các đối tượng chiếm đất không tạo thành thửa đất có dạng hình tuyến khác thì đo vẽ chi tiết 2 bên mép đối tượng đó và tính nội suy đường địa giới hành chính

Trường hợp đường địa giới hành chính có tranh chấp thì phải đo đạc và thể hiện đường địa giới có tranh chấp theo ý kiến của các bên liên quan

Trường hợp bản đồ địa chính có cùng tỷ lệ hoặc tỷ lệ nhỏ hơn tỷ lệ bản đồ địa giới hành chính dạng số đã có thì được chuyển vẽ đường địa giới hành chính từ bản đồ địa giới hành chính, có đối chiếu với thực địa

3 Đo vẽ và thể hiện ranh giới sử dụng đất của thửa đất

3.1 Việc đo vẽ chi tiết ranh giới sử dụng đất của thửa đất được thực hiện theo hiện trạng thực tế đang sử dụng, quản lý

Đối với trường hợp ranh giới sử dụng đất trên các giấy tờ chứng nhận quyền

sử dụng đất khác với ranh giới sử dụng đất trên thực tế và các thông tin trên các giấy tờ chứng nhận quyền sử dụng đất có đủ thông tin để thể hiện trên bản đồ (có tọa độ đỉnh thửa, chiều dài các cạnh ) thì trên bản đồ địa chính phải thể hiện cả đường ranh giới sử dụng đất của thửa đất theo giấy tờ đó (bằng nét đứt) và ranh giới theo hiện trạng thực tế đang sử dụng, quản lý (bằng nét liền)

Trường hợp ranh giới sử dụng đất trên các giấy tờ chứng nhận quyền sử dụng đất khác với ranh giới sử dụng đất trên thực tế, nhưng các thông tin trên các giấy tờ chứng nhận quyền sử dụng đất không có thông tin để thể hiện trên bản đồ thì trên bản đồ địa chính thể hiện đường ranh giới sử dụng đất của thửa đất theo hiện trạng thực tế đang sử dụng, quản lý

Các thửa đất có ranh giới sử dụng đất trên các giấy tờ chứng nhận quyền sử dụng đất khác với ranh giới sử dụng đất trên thực tế phải thể hiện và giải thích rõ trong Phiếu xác nhận kết quả đo đạc hiện trạng thửa đất

Đơn vị đo đạc phải lập danh sách riêng các trường hợp trên, thông báo cho

Ủy ban nhân dân cấp xã, Phòng Tài nguyên và Môi trường và Sở Tài nguyên và Môi trường (đối với thửa đất do tổ chức sử dụng) nơi có thửa đất để xử lý theo thẩm quyền

3.2 Khi đo vẽ chi tiết bằng phương pháp toàn đạc, chiều dài cạnh được đo bằng máy đo dài có trị tuyệt đối sai số trung phương đo dài danh định (ms) không vượt quá 20 mm ± 10-6.D mm (D là chiều dài cạnh đo tính bằng km), góc cực được

đo bằng máy đo góc có trị tuyệt đối sai số trung phương đo góc danh định không quá 10 giây

Trong quá trình đo vẽ chi tiết, tại mỗi trạm máy phải bố trí các điểm chi tiết làm điểm kiểm tra với các trạm đo kề nhau Số lượng điểm kiểm tra phụ thuộc vào khu vực đo và không dưới 2 điểm với mỗi trạm đo kề nhau Trường hợp sai số vị trí điểm kiểm tra giữa hai lần đo từ hai trạm máy bằng hoặc nhỏ hơn sai số quy định thì vị trí điểm kiểm tra được xác định bằng tọa độ trung bình giữa hai lần đo Đối với khu đo cùng thời điểm đo vẽ có nhiều tỷ lệ khác nhau thì các điểm chi tiết chung của hai tỷ lệ phải được xác định theo các chỉ tiêu kỹ thuật của tỷ lệ bản đồ lớn hơn

1.2 QUY TRÌNH THÀNH LẬP BẢN ĐỒ ĐỊA CHÍNH

Tùy thuộc vào từng loại đất và mục đích sử dụng đất mà bản đồ địa chính có thể được thành lập bằng các phương pháp sau:

- Phương pháp đo vẽ bằng máy toàn đạc

- Phương pháp đo vẽ bằng ảnh mặt đất

Cho dù đo vẽ bằng phương pháp nào thì quy trình cơ bản thành lập bản đồ địa chính cũng bao gồm các bước sau:

1.2.1 Lập lưới khống chế:

Lập lưới khống chế là công đoạn đầu tiên cần thực hiện đối với bất kỳ một phương pháp đo vẽ truyền thống nào Với quy định hiện hành thì trong khu đo vẽ cần ít nhất 4 điểm khống chế mặt bằng các cấp trên 1km2 ở khu vực thành phố và 1

một hệ thống lưới tuần tự hạ cấp từ cấp lưới khống chế cấp cao xuống cấp cuối cùng là cấp khống chế đo vẽ Phương pháp xây dựng lưới là lưới tam giác, lưới đường chuyền sử dụng máy đo góc độ chính xác cao , thước thép, mia bala, và gần đây là sử dụng máy toàn đạc điện tử và GPS tĩnh Hiện nay chủ yếu dùng GPS tĩnh

để đo lưới khống chế cấp cao, còn lưới khống chế đo vẽ thường được xây dựng bằng máy toàn đạc điện tử

Xây dựng hệ thống lưới khống chế là công đoạn hết sức quan trọng quyết định đến chất lượng bản đồ sẽ thành lập, nó chiếm tỉ trọng lớn về chi phí thời gian và kinh phí của công trình khi sử dụng các phương pháp đo truyền thống

1.2.2 Đo vẽ chi tiết:

Đo vẽ chi tiết là việc thu thập số liệu thực địa phục vụ cho việc vẽ nội dung bản

đồ Trong bản đồ địa chính việc đo vẽ chi tiết là xác định ranh giới các thửa đất kết hợp điều tra các thông tin quy chủ loại đất, địa chỉ …ngoài các phương pháp đo vẽ bản đồ bằng ảnh thì việc thu thập số liệu được tiến hành bằng các phương pháp đo đạc trực tiếp sau:

Các phương pháp đo đạc trực tiếp trên là công đoạn có khối lượng công việc lớn nhất, phức tạp, tốn kém thời gian nhân lực và kinh phí khi tiến hành với các thiết bị

đo đạc quang học truyền thống Những năm gần đây với sự xuất hiện của máy toàn đạc điện tử thì công việc này đã được cải thiện đáng kể về độ chính xác và năng suất lao động song về phương pháp đo đạc về cơ bản là không thay đổi

Có thể nói với các chỉ tiêu kỹ thuật theo quy phạm hiện hành về độ chính xác thì phương pháp đo GPS động có thể thay thế các thiết bị đo truyền thống sử dụng trong các công đoạn đo đạc lập lưới khống chế và đo vẽ chi tiết bản đồ địa chính Tuy nhiên việc áp dụng phương pháp đo GPS động chỉ phù hợp với những điều kiện phù hợp như khu vực đất ở nông thôn có độ che phủ thấp Với các khu vực đông dân cư ẩn khuất nhiều nhà cao tầng thì việc áp dụng GPS động kết hợp với các thiết bị truyền thống sẽ cho hiệu quả cao hơn

CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG GNSS, KHẢO SÁT PHƯƠNG PHÁP

ĐO RTK PHỤC VỤ ĐO ĐẠC ĐỊA CHÍNH

2.1 KHÁI QUÁT CHUNG VỀ CÔNG NGHỆ GPS

2.1.1 Cấu trúc và nguyên lý hoạt động của hệ thống GPS

a Đoạn không gian (Space Segment)

Đoạn không gian gồm 24 vệ tinh chuyển động trên 6 mặt phẳng quỹ đạo (mỗi mặt phẳng có 4 vệ tinh), nghiêng với mặt phẳng xích đạo Trái đất một góc khoảng 550 Vệ tinh có độ cao cỡ 20200km so với bề mặt Trái đất chuyển động trên quỹ đạo gần tròn với chu kỳ 718 phút Do sự phân bố vệ tinh như vậy mà bất kỳ thời điểm nào, ở bất cứ vị trí nào trên Trái đất cũng có thể quan trắc được ít nhất 4

vệ tinh

Chương trình đưa các vệ tinh lên quỹ đạo được chia làm các khối (Block) Các vệ tinh của khối sau có trọng lượng và tuổi thọ lớn hơn Năng lượng cung cấp cho hoạt động của các thiết bị vệ trên vệ tinh là năng lượng pin mặt trời Mỗi vệ tinh đều được trang bị đồng hồ nguyên tử độ chính xác rất cao (cỡ 10-12) Tất cả các

vệ tinh GPS đều có thiết bị tạo dao động với tần số chuẩn cơ sở là f0= 10,23 MHz Dựa trên f0 thiết bị sẽ tạo ra hai tần số sóng tải L1 và L2:

+ P - code (Precision code) là code chính xác được sử dụng cho các mục đích quân sự của Mỹ và chỉ dùng cho mục đích khác khi được phía Mỹ cho phép P - code điều biến cả hai sóng tải L1 và L2, có độ dài cỡ 1014 bite và là code tựa ngẫu nhiên Tín hiệu của P – code có tần số đúng bằng tần số chuẩn f0 (10,23 MHz), tương ứng với bước sóng 29,3m Mỗi vệ tinh chỉ được gán một đoạn code này, do vậy rất khó bị giải mã để sử dụng nếu không được phép

+ Y - code là code bí mật được phủ lên P – code nhằm chống bắt chước, gọi

là kỹ thuật AS (Anti Spoosing) Chỉ có các vệ tinh thuộc các khối từ sau năm 1989 (khối 2) mới có khả năng này

Ngoài các tần số trên, các vệ tinh GPS còn có thể trao đổi với các trạm điều khiển mặt đất qua các tần số 1783,74 MHz và 2227,5 MHz để truyền thông tin đạo hàng và lệnh điều khiển tới vệ tinh

Tất cả các code được khởi tạo lại sau mỗi tuần lễ GPS vào đúng nửa đêm thứ

7 chủ nhật, như vậy tuần lễ GPS là đơn vị thời gian lớn nhất sử dụng trong công nghệ GPS

Hình 2.2. Sơ đồ bố trí các trạm điều khiển Đoạn điều khiển được thiết lập để duy trì hoạt động của toàn bộ hệ thống định vị GPS Đoạn này gồm 1 trạm điều khiển trung tâm (MCS) được đặt tại căn cứ không quân Mỹ gần Colorado spings và 4 trạm theo dõi đặt trên mặt đất là: Hawaii (Thái Bình Dương), Assension island (Đại Tây Dương), Diego garcia (Ấn Độ Dương), Kwajalein (Thái Bình Dương)

Vai trò của đoạn điều khiển là rất quan trọng vì nó không chỉ theo dõi các vệ tinh mà còn liên tục cập nhật chính xác các thông tin đạo hàng, đảm bảo độ chính xác cho công tác định vị bằng hệ thống GPS

c Đoạn sử dụng (User Segment)

Đoạn sử dụng bao gồm tất cả máy móc, thiết bị để thu tín hiệu vệ tinh GPS phục vụ cho các mục đích và yêu cầu khác nhau của người sử dụng như dẫn đường trên biển, trên bầu trời, trên đất liền và cho công tác Trắc địa

Máy thu GPS là phần cứng quan trọng trong đoạn sử dụng Nhờ những tiến

bộ của khoa học kỹ thuật mà máy GPS ngày càng được hoàn thiện Cùng với các loại máy thu người ta còn sản xuất các phần mềm phục vụ xử lý thông tin mà máy thu nhận được từ vệ tinh

2.1.2 Các đại lượng đo GPS

Trị đo khoảng cách giả là khoảng cách giả đo được từ vệ tinh đến tâm anten của máy thu, trong đó chứa sai số đồng hồ của máy thu (đồng hồ thạch anh) và đồng

hồ vệ tinh (đồng hồ nguyên tử) cũng như sự chậm thời gian do ảnh hưởng của môi trường lan truyền tín hiệu Mỗi vệ tinh GPS luôn phát đi cùng với sóng tải một code tựa ngẫu nhiên riêng (PRN-Code) và khoảng cách giả sẽ được xác định dựa trên khoảng thời gian từ khi phát đến khi thu tín hiệu PRN-Code Để làm được điều đó máy thu GPS sẽ tạo ra code tựa ngẫu nhiên giống như code phát đi từ vệ tinh So sánh code nhận được theo thang thời gian đồng hồ vệ tinh và code máy thu tạo ra theo thang đồng hồ máy thu, ta xác định được khoảng thời gian lan truyền tín hiệu

từ vệ tinh tới máy thu Sự mô tả nguyên tắc xác định khoảng cách giả được biểu diễn như trên hình vẽ:

Khoảng cách giả nhận được:

R=ρ+c ∆δ (2.1) Trong đó:

Code truyền từ vệ tinh

Code thu được

Code do máy tạo ra

Trong kỹ thuật vô tuyến điện, người ta đã xác định được độ chính xác do khoảng cách cỡ 1% bước sóng Trong bảng 2.1 sẽ cho ta thấy sự so sánh độ chính xác đo khoảng cách giả R với việc sử dụng các sóng tải L1, L2 và các tín hiệu C/A-code, P-code

Bảng 2.1 Độ chính xác đo khoảng cách giả R

Φ = + c ∆δ +N

λ

ρλ

1 (2.2) Trong đó:

Φ: là khoảng cách hình học giữa vệ tinh và máy thu

λ: là bước sóng của sóng tải N: là số nguyên lần bước sóng λ

∆δ : là sai số không đồng bộ giữa đồng hồ của vệ tinh và của máy thu Khoảng cách cần đo và số nguyên đa trị thường không được biết trước mà cần phải xác định trong quá trình đo Trong trường hợp đo pha của sóng tải L1, có thể xác định khoảng cách giữa vệ tinh và máy thu với độ chính xác cỡ centimet Sóng tải L2 cho độ chính xác thấp hơn ít nhiều, nhưng tác dụng chủ yếu của nó là cùng với sóng tải L1 tạo ra khả năng làm giảm ảnh hưởng đáng kể của tầng điện ly, ngoài ra nó cũng làm cho việc xác định số nguyên đa trị được đơn giản hơn

2.1.3 Các phương pháp đo GPS

2.1.3.1 Đo GPS tuyệt đối

Đo GPS tuyệt đối là trường hợp sử dụng máy thu GPS để xác định ngay ra toạ độ của điểm quan sát trong hệ thống WGS-84 Đó có thể là các thành phần toạ

độ vuông góc không gian (X, Y, Z) hoặc các thành phần toạ độ mặt cầu (B, L, H)

Việc đo GPS tuyệt đối được thực hiện trên cơ sở sử dụng đại lượng đó là khoảng cách giả từ vệ tinh đến máy thu theo nguyên tắc giao hội không gian từ các điểm có toạ độ đã biết là các vệ tinh

Nếu biết chính xác khoảng thời gian lan truyền tín hiệu code tựa ngẫu nhiên

từ vệ tinh đến máy thu, ta sẽ tính được khoảng cách chính xác giữa vệ tinh và máy thu Khi đó 3 khoảng cách được xác định đồng thời từ 3 vệ tinh đến máy thu sẽ cho

ta vị trí không gian đơn trị của máy thu Song trên thực tế cả đồng hồ vệ tinh và đồng hồ máy thu đều có sai số, nên các khoảng cách đo được không phải là khoảng cách chính xác Kết quả là chúng không thể cắt nhau tại một điểm, nghĩa là không thể xác định được vị trí của máy thu Để khắc phục tình trạng này cần sử dụng thêm một đại lượng đo nữa đó là khoảng cách từ một vệ tinh thứ tư Để thấy rõ điều này

ta viết thêm một hệ gồm 4 phương trình dạng:

− +

− +

− +

− +

−

2 2

2 2

2 2

2 2

2 2

2 2

2 2

2 2

) ( ) (

) (

) (

) ( ) (

) (

) (

) ( ) (

) (

) (

) ( ) (

) (

) (

4 4

4

3 3

3

2 2

2

1 1

1

t C R Z Z Y Y X X

t C R Z Z Y Y X X

t C R Z Z Y Y X X

t C R Z Z Y Y X X

s S

S

s S

S

s S

S

s S

S

(2.3)

Tại một trạm máy, công tác quan trắc được tiến hành đồng thời nên thành phần ∆t chỉ còn là ảnh hưởng của sai số đồng hồ máy thu Do đó, bằng cách đo khoảng cách giả đồng thời tới 4 vệ tinh, ta sẽ xác định được 4 ẩn số (X, Y, Z) là các thành phần toạ độ của máy thi (điểm xét) theo toạ độ WGS-84 và sai số đồng hồ máy thu ∆t

Vậy là, bằng cách đo khoảng cách giả đồng thời từ 4 vệ tinh đến máy thu ta

có thể xác định được toạ độ tuyệt đối của máy thu, ngoài ra còn xác định thêm được

số hiệu chỉnh do đồng hồ (thạch anh) của máy thu nữa

Quan sát đồng thời 4 vệ tinh là yêu cầu tối thiểu cần thiết để xác định toạ độ không gian tuyệt đối của điểm quan sát Tuy nhiên, nếu máy thu được trạng bị đồng

hồ chính xác cao thì khi đó chỉ còn 3 ẩn số là 3 thành phần toạ độ điểm quan sát Để xác định chúng ta chỉ cần quan sát đồng thời 3 vệ tinh

b Đo vi phân

Phần lớn khách hàng sử dụng máy thu GPS thường có nhu cầu định vị với độ chính xác từ cỡ đêximet đến vài chục mét Nhưng với chế độ can thiệp SA (Selective Availabitily) thì hệ thống GPS chỉ cho độ chính xác định vị hạn chế cỡ 100m Để tháo gỡ sự hạn chế này, giới kỹ thuật và các nhà sản xuất máy thu GPS đã đưa ra một phương pháp đo được gọi là đo GPS vi phân

Theo phương pháp này chỉ cần có một máy thu GPS có khả năng phát tín hiệu vô tuyến được đặt tại điểm có toạ độ đã biết (gọi là máy cố định), đồng thời có máy khác (gọi là máy di động) đặt ở vị trí cần xác định toạ độ, đó có thể là điểm cố định hoặc điểm di động Cả máy cố định và di động cần tiến hành đồng thời thu tín hiệu từ các vệ tinh như nhau Nếu thông tin từ vệ tinh bị nhiễu, thì kết quả xác định toạ độ của cả máy cố định và máy di động cũng đều bị sai lệch Độ sai lệch này, được xác định trên cơ sở so sánh toạ độ tính ra theo tín hiệu thu được và toạ độ biết

trước của máy cố định và được xem là như nhau cho cả máy cố định và di động Nó được máy cố định phát đi qua sóng vô tuyến để máy di động thu nhận mà hiệu chỉnh cho kết quả xác định toạ độ của mình

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

Phương pháp đo GPS vi phân có thể có hai cách xử lý số hiệu chỉnh tại điểm

di động:

- Phương pháp xử lý đồng thời (Real time)

- Phương pháp hậu xử lý (Post-procesing)

Để đảm bảo độ chính xác, các máy di động không nên đặt quá xa máy cố định, để đảm bảo giá trị nhiễu là như nhau Đồng thời, số liệu cải chính vi phân cần phải xác định và chuyển phát nhanh với tần suất cao Độ chính xác của phương pháp này đạt tới mét thậm chí vài đêximet

2.1.3.2 Đo GPS tương đối

Đo GPS tương đối là trường hợp sử dụng hai máy thu GPS đặt ở hai điểm quan sát khác nhau để xác định ra hiệu toạ độ vuông góc không gian (∆X, ∆Y, ∆Z) hay hiệu toạ độ mặt cầu (∆B, ∆L, ∆H) giữa chúng trong hệ toạ độ WGS-84

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

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

Ta ký hiệu pha (chính xác hơn là hiệu pha) của sóng tải từ vệ tinh J được đo tại trạm quan sát r vào thời điểm ti, ta sẽ có sai phân bậc một được lập như sau:

∆φJ(ti)= φJ2(ti) - φJi(ti) (2.4) Trong sai phân này hầu như không còn ảnh hưởng của sai số đồng hồ trên vệ

tinh

Nếu xét 2 trạm tiến hành quan sát đồng thời hai vệ tinh J, k vào thời điểm ti,

ta sẽ có sai phân bậc 2:

∆2φJ,k(ti)= ∆φk(ti) -∆φJ(ti) (2.5) Trong sai phân này, hầu như không có ảnh hưởng của sai số đồng hồ trên vệ

tinh cũng như sai số của đồng hồ trong máy thu

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

điểm ti, ti+1, ta sẽ có sai phân bậc 3:

∆3φJ,k= ∆2φk(ti+1) -∆φJ.k(ti) (2.6) Sai phân này cho phép loại trừ các số nguyên đa trị Bằng cách tổ hợp

theo từng cặp vệ tinh (số vệ tinh thường xuất hiện nhiều hơn 4) ta sẽ có rất

nhiều trị đo Lời giải đơn trị sẽ được xử lý theo nguyên lý số bình phương nhỏ nhất

b Đo tĩnh (Static)

Phương pháp đo tĩnh được sử dụng để xác định hiệu toạ độ (vị trí tương hỗ) giữa hai điểm xét với độ chính xác cao, thường là nhằm đáp ứng các yêu cầu của công tác trắc địa - địa hình Trong trường hợp này cần có 2 máy thu, một máy đặt ở điểm đã biết toạ độ, còn máy kia đặt ở điểm cần xác định Cả hai máy phải đồng thời thu tín hiệu từ một số vệ tinh chung liên tục trong một khoảng thời gian nhất định, thường là từ một đến vài ba tiếng đồng hồ Số vệ tinh chung tối thiểu cho cả hai trạm quan sát là 3, nhưng thường được lấy là 4 để đề phòng trường hợp thu tín hiệu vệ tinh bị gián đoạn Khoảng thời gian quan sát phải kéo dài là đủ để cho đồ hình phân bố vệ tinh thay đổi mà từ đó ta có thể xác định được số nguyên đa trị của sóng tải và đồng thời là để có nhiều trị đo nhằm đạt độ chính xác cao và ổn định cho kết quả quan sát

Trong đo tĩnh, cần lưu ý đến công tác bố trí các ca đo Khoảng thời gian quan trắc của các máy thu được gọi là độ dài ca đo.Khoảng quan trắc đầu tiên trong ngày được kí hiệu là DDD0 và tiếp theo là DDD1 Số hiệu ngày DDD được ký hiệu

từ 001 đến 365 ngày (ngày Julian), và như vậy ca đo 1052 chỉ ca đo thứ 3 trong ngày thứ 105

Khi quyết định độ dài thời gian quan trắc trong các ca đo cần căn cứ vào:

- Độ dài của cạnh đo

- Số lượng vệ tinh có thể quan trắc

- Cấu hình vệ tinh

- Độ ổn định của tín hiệu vệ tinh thu được

Thông thường khi vệ tinh càng nhiều thì cấu hình càng tốt và thời gian quan trắc có thể rút ngắn hơn Thời gian quan trắc cũng có thể rút ngắn đối với cạnh đo

có chiều dài ngắn hơn Bảng 2.2 sau đây kiến nghị khoảng thời gian đo hợp lý cho trường hợp quan trắc từ 4 vệ tinh trở lên với điều kiện khí tượng bình thường

Bảng 2.2 Khoảng thời gian đo phù hợp

Chiều dài cạnh

(km)

Độ dài ca đo (phút)

Thời gian phải kéo dài tới mức nhất định để có thể xác định được số nguyên

đa trị Đối với cạnh ngắn (nhỏ hơn 1km), số nguyên đa trị có thể được giải ra trong khoảng thời gian 5 - 10 phút khi sử dụng pha của tần số L1 Bằng máy thu 2 tần số, khi sử dụng kỹ thuật cổng rộng (Wide lane), ở khoảng cách đo là 15km có thể nhận đựơc kết quả chính xác với chỉ 2 phút số liệu đo

Đây là phương pháp cho phép đạt độ chính xác cao nhất trong việc định vị tương đối bằng GPS có thể cỡ centimet, thậm chí milimet ở khoảng cách giữa hai điểm xét tới hàng chục và hàng trăm km Nhược điểm chủ yếu của phương pháp là thời gian đo phải kéo dài hàng giờ đồng hồ, do vậy năng suất đo thường không cao

c Đo động (Kinematic)

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

so với điểm đã biết, trong đó tại mỗi điểm đo chỉ cần thu tín hiệu trong một vài phút Theo phương pháp này, cần có ít nhất hai máy thu Để xác định số nguyên đa trị của tín hiệu vệ tinh, cần phải có một cạnh đáy đã biết được gối lên hai điểm đã biết toạ độ Sau khi đã xác định, số nguyên đa trị được giữ nguyên để tính khoảng cách từ vệ tinh đến máy thu cho các điểm đo tiếp trong suốt cả chu kỳ đo Nhờ vậy, thời gian thu tín hiệu thời điểm đo không phải là một tiếng đồng hồ như trong đo tĩnh nữa mà chỉ còn một vài phút trong phương pháp này

Với cạnh đáy đã biết, ta đặt một máy thu cố định ở điểm đầu cạnh đáy và cho tiến hành thu liên tục tín hiệu vệ tinh trong suốt chu kỳ đo, máy này gọi là máy

cố định ở điểm cuối cạnh đáy, một phút Việc làm này gọi là khởi đo (initialization), còm máy thứ hai được gọi là máy di động Tiếp đó cho máy di động

lần lượt chuyển đến các điểm đo cần xác định, tại mỗi điểm dừng lại để thu tín hiệu trong một phút, cuối cùng quay trở về điểm xuất phát là điểm cuối cạnh đáy để khép tuyến đo bằng lần thu tín hiệu thứ hai cũng kéo dài trong một phút tại điểm này

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

kỳ đo Vì vậy, tuyến đo phải bố trí ở khu vực thoáng đãng không để xảy ra tình trạng tín hiệu thu bị gián đoạn Nếu xảy ra trường hợp này phải tiến hành khởi đo lại cạnh đáy xuất phát hoặc sử dụng một cạnh đáy khác được thiết lập dự phòng trên tuyến đo

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

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

2.1.4 Các nguồn sai số trong đo GPS

2.1.4.1 Sai số của đồng hồ:

Đây là sai số của đồng hồ trên vệ tinh (đồng hồ nguyên tử), đồng hồ trong

máy thu (đồng hồ thạch anh) và sự không đồng bộ giữa chúng Để ảnh hưởng sai số

đồng hồ của vệ tinh và máy thu, người ta sử dụng hiệu các trị đo giữa các vệ tinh cũng như giữa các trạm quan sát

2.1.4.2 Sai số của quỹ đạo vệ tinh:

Chuyển động của vệ tinh trên quỹ đạo không tuân thủ nghiêm ngặt theo định luật Kepler do có nhiều tác động nhiễu như tính không đồng nhất của trọng trường trái đất, ảnh hưởng của sứ hút mặt trăng, mặt trời và các thiên thể khác, sức cản của khi quyển, áp lực của bức xạ mặt trời Vị trí tức thời của vệ tinh chỉ có thể được xác định theo mô hình chuyển động được xây dựng trên cơ sở các số liệu quan sát được từ các trạm đo có độ chính xác cao trên mặt đất thuộc phần điều khiển của hệ thống GPS và đương nhiên có chứa sai số

2.1.4.3 Sai số do tầng điện ly và tầng đối lưu:

Tín hiệu vệ tinh được phát đi từ vệ tinh ở độ cao 20200km xuống tới máy thu trên mặt đất, các tín hiệu vô tuyến phải xuyên qua tầng điện ly và tầng đối lưu, tốc

độ lan truyền tín hiệu tăng tỷ lệ nghịch và bình phương với tần số tín hiệu vì thế tạo

ra sai số Sai số này được loại trừ đáng kể bằng cách sử dụng hai tần số khác nhau Chính vì vậy để có được độ chính xác cao người ta sử dụng máy thu GPS có hai tần

số

Ảnh hưởng của tầng đối lưu có thể được mô hình hóa theo các yếu tố khí tượng là nhiệt độ, áp suất, độ ẩm Để giảm ảnh hưởng của tầng điện ly và tầng đối lưu, ngưới ta quy định chỉ quan sát vệ tinh ở độ cao từ 150 trở lên so với mặt phẳng chân trời

2.1.4.4 Sai số do nhiễu xạ tín hiệu vệ tinh:

Ăngten của máy thu không chỉ thu tín hiệu đi thẳng từ vệ tinh tới mà còn nhận cả tín hiệu phản xạ từ mặt đất với môi trường xung quanh Sai số do hiện tượng này gây ra được gọi là sai số nhiễu xạ của tín hiệu vệ tinh Để làm giảm sai số này bằng cách hoàn thiện cấu tạo máy thu và ăngten