Nghiên cứu ứng dụng gps động trong bố trí các công trình dạng tuyến

Nội dung nghiên cứu Ngoài việc nghiên cứu về độ chính xác cần thiết bố trí các công trìnhdạng tuyến, đề tài này sẽ nghiên cứu chi tiết kỹ thuật đo GPS động tức thờibao gồm cả phương pháp

Hµ néi -2008

Lêi cam ®oan

T«i xin cam ®oan ®©y lµ c«ng tr×nh nghiªn cøu cña riªng t«i C¸c sèliÖu, kÕt qu¶ nªu trong luËn v¨n lµ trung thùc vµ ch­a tõng ®­îc ai c«ng bètrong bÊt kú c«ng tr×nh nµo kh¸c

Hµ Néi, ngµy … th¸ng … n¨m 2008

T¸c gi¶ luËn v¨n

Ph¹m V¨n Quang

MụC LụC

Trang

Chương 3 - ứng dụng kỹ thuật đo GPS động tức thời

(RTK) trong bố trí các công trình dạng tuyến

53

3.1 Nguyên lý chung về đo GPS động 53 3.2 Thiết bị đo GPS động và phần mềm xử lý số liệu 57 3.3 Qui trình đo với máy thu R7 GNSS 66 3.4 Độ chính xác đo GPS động tức thời bằng máy thu GPS R7

GNSS

71

3.5 Đo GPS động tức thời trên khu đo thử nghiệm 72

DANH mục các HìNH Vẽ Hình 1.1 Bố trí độ cao bằng máy thủy chuẩn.

Hình 1.2 Bố trí độ cao bằng máy thủy chuẩn khi chênh cao lớn.

Hình 1.3 Bố trí độ cao bằng máy toàn đạc điện tử không đo chiều cao máy Hình 1.4 Phương pháp tọa độ cực.

Hình 1.5 Phương pháp tọa độ vuông góc.

Hình 1.6 Phương pháp giao hội góc thuận.

Hình 1.7 Phương pháp giao hội khoảng cách.

Hình 2.1 Sơ đồ hoạt động của hệ thống định vị toàn cầu GPS.

Hình 2.2 Quỹ đạo vệ tinh xung quanh trái đất.

Hình 2.3 Các trạm điều khiển của hệ thốn g GPS.

Hình 2.4 Trị đo pha và số nguyên đa trị.

Hình 2.5 Định vị tuyệt đối đo khoảng cách giả.

Hình 2.6 Định vị tương đối.

Hình 2.7 Định vị tương đối sai phân bậc nhất.

Hình 2.8 Định vị tương đối sai phân bậc hai.

Hình 2.9 Định vị tương đối sai phân bậc ba.

Hình 3.1 Các phần chính trên thân máy thu R7 GNSS.

Hình 3.2 Phần mặt trước máy thu R7 GNSS.

Hình 3.3 Phần mặt sau máy thu R7 GNSS.

Hình 3.4 Phần phía trên máy thu R7 GNSS.

Hình 3.5 Phần phía dưới máy thu R7 GNSS.

Hình 3.6 Thiết bị điều khiển TCS2 vr 10.0.

Hình 3.7 Sơ đồ cấu trúc của phần mềm Trimble Survey Controller.

Hình 3.8 Kết nối trạm Base.

Hình 3.9 Kết nối trạm Rover.

Hình 3.10 Sơ đồ bố trí thực nghiệm.

Hình 3.11 Trạm Base tại thực địa.

Hình 3.12 Trạm Rover tại thực địa.

DANH mục các bảng Bảng 1.1 Các chỉ tiêu kỹ thuật khi xây dựng lưới đường chuyền 2

Bảng 2.1 Các thành phần của tín hiệu và tần số tương ứng.

Bảng 2.2 Biến đổi dạng thanh phản hồi.

Bảng 2.3 Bảng thống kê nguồn lỗi khi đo GPS và biện pháp khắc phục Bảng 2.4 Bảng tổng hợp về các phương pháp đo GPS.

Bảng 3.1 Gía trị 7 tham số tính chuyển tại Việt Nam.

Bảng 3.2 Sai số vị trí điểm mặt bằng của kỹ thuật đo GPS động tức thời phụ

thuộc khoảng cách D (km).

Bảng 3.3 Tọa độ cao độ các điểm đường chuyền cấp 2.

Bảng 3.4 Kết quả đo GPS động tức thời.

Mở đầu

1 Tính cấp thiết của đề tài

Hệ thống định vị toàn cầu GPS (Global Positioning System) là hệ thống

định vị dẫn đường sử dụng các vệ tinh nhân tạo được Bộ quốc phòng Mỹ triểnkhai từ những năm đầu thập kỷ 70 của thế kỷ XX Qua bao nhiêu năm nghiêncứu và hoàn thiện đến những năm 90 của thế kỷ trước hệ thống này đã đượcthương mại hoá cho các mục đích dân sự Đến nay công nghệ GPS đã đượcứng dụng rất rộng rãi trong các hoạt động kinh tế xã hội và nghiên cứu khoa

học trong đó phải kể đến “khoa học trắc địa” và đặc biệt đối với ngành trắc

địa công trình ở Việt Nam thì đây là một cuộc cách mạng thực sự cả về kỹthuật, chất lượng cũng như hiệu quả kinh tế

Được phát triển theo chiều hướng chính xác , thuận tiện và hiệu quả,công nghệ GPS đã luôn được cải thiện, trong đó phải kể đến là kỹ thuật đoGPS động tức thời (RTK)

Với mục tiêu nghiên cứu một nhánh phát triển mới của công nghệ GPStrong lĩnh vực trắc địa công trình tôi đã đề xuất và được phép tiến hành nghiên

cứu đề tài "Nghiên cứu ứng dụng GPS động trong bố trí các công trình dạng tuyến".

Hệ thống định vị GPS đã được công nhận và sử dụng rộng rãi trongkhoa học trắc địa bởi nó có những tính năng ưu việt sau:

1 Độ chính xác đo đạc không phụ thuộc vào điều kiện thời tiết, có thể

đo cả ngày lẫn đêm

2 Xác định tọa độ các điểm nhanh hơn và ở vị trí bất kỳ trên trái đất

3 Có thể xác định tọa độ của các điểm từ một điểm gốc khác có khoảngcách rất xa (đến 1000 km) mà không cần thông hướng

4 Kết quả đo có thể tính trong hệ tọa độ toàn cầu hoặc hệ tọa độ địaphương bất kỳ

Với những tính năng ưu việt đó không chỉ trong khoa học trắc địa nóichung mà đối với trắc địa công trình nói riêng công nghệ GPS đã mang lạihiệu quả kinh tế rất lớn trong công tác thành lập mạng lưới khống chế (đo GPStĩnh) thay thế cho các công nghệ truyền thống Do tiến bộ nhanh về kỹ thuật

xử lý số liệu, công nghệ chế tạo thiết bị trong những năm gần đây kỹ thuật đoGPS động tức thời (RTK) đã ra đời Rút ngắn thời gian định vị, có thể xác

định tọa độ một điểm qua một trạm GPS gốc trung gian trong vòng 2  5giây, các thiết bị này hiện nay đã được nhập và thử nghiệm ở một số cơ quannghiên cứu Để có những kết luận khoa học về ứng dụng kỹ thuật đo GPS

động tức thời trong bố trí các công trình dạng tuyến thì việc nghiên cứu ứngdụng, đề xuất quy trình công nghệ là việc cần thiết phải tiến hành để có cơ sởtriển khai ứng dụng một cách phổ biến trong bố trí thi công các công trình ởViệt Nam

2 Mục đích nghiên cứu của đề tài

Nghiên cứu kỹ thuật đo GPS động tức thời (RTK) và ứng dụng trong bốtrí thi công các công trình dạng tuyến

Khảo sát độ chính xác và hiệu quả của ứng dụng GPS động trong bố tríthi công các công trình dạng tuyến

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu ứng dụng GPS động trong bố trí thi công các công trìn hdạng tuyến

4 Nội dung nghiên cứu

Ngoài việc nghiên cứu về độ chính xác cần thiết bố trí các công trìnhdạng tuyến, đề tài này sẽ nghiên cứu chi tiết kỹ thuật đo GPS động tức thờibao gồm cả phương pháp đo, xử lý số liệu, độ chính xác đạt được Từ đó sosánh với các công nghệ truyền thống để rút ra những kết luận khoa học , đềxuất quy trình kỹ thuật đo GPS động tức thời (RTK) trong việc bố trí các côngtrình dạng tuyến cho các đơn vị khảo sát thiết kế thi công

5 Phương pháp nghiên cứu

Đề tài sẽ nghiên cứu trên cơ sở phân tích lý thuyết và các kết quả đo đạcthực nghiệm Từ đó đưa ra kết luận và kiến nghị cho việc ứng dụng GPS độngtrong bố trí thi công các công trình dạng tuyến

6 ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Thông qua việc nghiên cứu lý thuyết, các k ết quả đo đạc thực nghiệmcủa đề tài này, tác giả mong muốn thể hiện các vấn đề sau:

1 Kỹ thuật đo GPS động tức thời là công nghệ mới khác biệt, làm thay

đổi hẳn quan niệm về đo đạc trong bố trí các công trình dạng tuyến

2 Việc ứng dụng kỹ thuật đo GPS động tức thời trong bố trí các côngtrình dạng tuyến đã bỏ qua công đoạn th ành lập mạng lưới khống chế cơ sởcấp thấp ( lưới giải tích cấp 1, cấp 2 và đường chuyền kỹ thuật) mà vẫn đạt

được độ chính xác theo yêu cầu tiêu chuẩn ngành Do đó kỹ thuật đo GPS

động tức thời có những tính năng ưu việt so với phương pháp bố trí truyềnthống

3 Kỹ thuật đo GPS động tức thời đã rút ngắn được thời gian, nhân lựcthậm chí mang lại hiệu quả kinh tế cao trong công tác bố trí công trình

4 Với tính năng ưu việt và độ chính xác đạt được, kỹ thuật đo GPS

động tức thời (RTK) là phương pháp mới áp dụng không chỉ tốt cho việc bố trícông trình mà còn có thể ứng dụng tốt cho việc đo đạc khảo sát , đo vẽ bình

đồ, đo vẽ trắc dọc, trắc ngang

Bản luận văn này được hoàn thành dưới sự hướng dẫn tận tình củaPGS.TS Phan Văn Hiến bộ môn trắc địa công trình - Trường Đại học Mỏ -

Địa chất Cùng với sự nỗ lực của bản thân niềm say mê nghiên cứu khoa học,

đề tài đã góp phần không nhỏ trong lĩnh vực khảo sát thiết kế các công trìnhdạng tuyến, có những kết luận quý báu cho khoa học, tuy nhiên với điều kiện

và thời gian có hạn tôi rất mong nhận được nh ững ý kiến đóng góp về đề tài đểtôi hoàn thiện thêm và tiếp tục nghiên cứu.

Xin chân thành cảm ơn PGS.TS Phan Văn Hiến, TS Trần Viết Tuấn

bộ môn trắc địa công trình, bộ môn trắc địa phổ thông Trường Đại học Mỏ

-Địa chất Hà Nội, công ty cổ phần tư vấn dịch vụ công nghệ tài nguyên – môitrường (TECOS), cùng các đồng nghiệp đã giúp tôi hoàn thành bản luận vănnày

Chương 1 công tác trắc địa trong bố trí các công

trình dạng tuyến1.1 Khái niệm các công trình dạng tuyến

Công trình dạng tuyến như đường ô tô, đường sắt, tuyến dẫn điện, tuyếnkênh dẫn, tuyến cáp quang, đường ống dẫn dầu, khí đốt là một đường congkhông gian bất kỳ và rất phức tạp Trong mặt phẳng nó bao gồm các đoạnthẳng có hướng khác nhau và chêm giữa chúng là những đường cong phẳng cóbán kích cong cố định hoặc biến đổi Tuỳ thuộ c vào điều kiện cụ thể, dạngcông trình mà bán kính cong có thể biến đổi từ 10m đến 100 0m hoặc lớn hơn

Các yếu tố đặc trưng cơ bản của tuyến bao gồm: Cơ tuyến, trắc dọctuyến, trắc ngang tuyến

Cơ tuyến bao gồm các đỉnh góc ngoặt, các yếu tố cong (các điểm nối

đầu, nối cuối, tiếp đầu, tiếp cuối và điểm phân giác ) bán kính cong ( bao gồmcong đứng, cong nằm), đoạn thẳng chêm giữa các đỉnh và tập hợp các điểmtim tuyến ta được một cơ tuyến hoàn chỉnh

Trắc dọc tuyến biểu diễn độ dốc của địa hình nơi các điểm tim tuyến điqua

Trắc ngang tuyến có hướng vuông góc với đường tim tuyến, đặc trưngcho bề mặt thực trạng của các công trình dạng tuyến

Đặc điểm chung nhất của các công trình dạng tuyến là phát triển theodài hẹp và kéo dài do vậy công tác trắc địa công trình cần phải chọn phương

án hợp lý để đáp ứng được các yêu cầu về kinh tế , kỹ thuật

1.2.Yêu cầu độ chính xác bố trí các công trình dạng tuyến

Yếu tố đặc trưng về độ chính xác khi bố trí các công trình dạng tuyến làhạn sai Hạn sai là độ lệch giới hạn về vị trí thực tế của công trình so với vị tríthiết kế

Tuỳ thuộc vào từng giai đoạn mà yêu cầu về độ chính xác bố trí cũng cóthể khác nhau Thông thường trong giai đoạn khảo sát thiết kế việc bố trí các

điểm tim tuyến công trình có độ chính xác thấp hơn so với giai đoạn thi công

Do vậy yêu cầu đặt ra đối với trắc địa là cần tính toán ph ương án kỹthuật để việc bố trí đảm bảo hạn sai và có kinh phí nhỏ nhất

Mỗi công trình khác nhau có yêu cầu về độ chính xác bố trí riêng

+ Đường ô tô, đường sắt thì yêu cầu cả về bố trí mặt bằng và độ cao.+ Với tuyến dẫn điện, kênh dẫn thì yêu cầu về độ cao thường cao hơn

về mặt bằng

1.2.1 Phân phối độ chính xác khi bố trí

Đối với nhiều công trình, trong quy phạm không quy định cụ thể độchính xác của trắc địa Lúc đó cần phân phối sai số cho trắc đ ịa và thi công đểtính ra độ chính xác cần thiết củ a trắc địa

Giả thiết sai số tổng hợp cho phép thiết kế là , sai số cho phép của trắc

địa là 1, sai số cho phép của thi công là 2 Nếu giả thiết các sai số độc lậpvới nhau ta có:

2 2 2 1

2    

Trong (1.1) chỉ có  là đã biết còn 1 và 2 cần phải xác định Trongphân phối độ chính xác, thường dùng "nguyên tắc ảnh hưởng bằng nhau " hoặc

"nguyên tắc bỏ qua không tính", đối chiếu kết quả tính được với điều kiện thực

tế hoặc dựa vào kinh nghiệm để hiệu chỉnh (tức "nguyên tắc ảnh hưởng không bằng nhau") sau đó tính toán lại Lặp lại như vậy cho đến khi sai số được phân

phối tương đối hợp lý thì dừng

Theo nguyên tắc ảnh hưởng bằng nhau , tức giả thiết 1=2thì:

2

2 1

Từ đó tính được 1 là sai số giới hạn cho phép được phân phối cho trắc

địa, dựa vào đó để xử lý và chọn phương pháp đo

Theo nguyên tắc ảnh hưởng bằng nhau, sai số cho phép được phân phốicho các nguồn sai là như nhau Sự phân phối bằng nhau này, trong thực tế cókhi tỏ ra bất hợp lý, đối với nguồn sai số nào đó thì lỏng quá, đối với nguồnsai số khác thì chặt quá.

Do đó cần phải căn cứ điều kiện thực tế hoặc dựa vào kinh nghiệm mà

điều chỉnh để có được sự phân phối hợp lý, chỉ cần cuối cùng ảnh hưởng tổnghợp của các nguồn sai số không vượt quá hạn sai

Theo "nguyên tắc bỏ qua không tính" giả thiết2 ảnh hưởng rất nhỏ

đến hạn sai , khi 2 nhỏ đến một mức độ nhất định thì có thể bỏ qua khôngtính, tức xem =1

Giả thiết

K

1 2

1.2.2 Hạn sai bố trí các điểm công trình dạng tuyến

Tuỳ thuộc dạng công trình, mục đích sử dụng mà hạn sai bố trí có độchính xác khác nhau

Theo các tiêu chuẩn ngành: Tiêu chuẩn xây dựng của Bộ xây dựng(TCN 309-2004); tiêu chuẩn của Bộ nông nghiệp và phát triển nông thôn(14TCN 22-2002) và tiêu chuẩn khảo sát đường ô tô (22TCN 263 - 2000)5

thì cấp hạng lưới thường dùng trong bố trí thi công là lưới đường chuyền 2 đốivới mặt bằng và thuỷ chuẩn hạng IV hoặc thuỷ chuẩn kỹ thuật đối với lưới độcao

Theo các tiêu chuẩn này ta có đối với đường chuyền 2 các chỉ tiêu kỹthuật được ghi trong bảng 1.1

Bảng 1.1 Các chỉ tiêu kỹ thuật khi xây dựng lưới đường chuyền 2

TT Các thông số cơ bản của lưới Tiêu chuẩn kỹ thuật

- Lớn nhất: 350m

và cứ cách 34 km thì có 24 điểm GPS được coi như điểm tọa độ cấp cao phục

vụ tính toán bình sai

Theo đó sai số bố trí điểm công trình chịu tác động của 3 nguồn sai số:+ Sai số vị trí điểm lưới GPS ký hiệu m1,

+ Sai số vị trí điểm đường chuyền cấp 2 ký hiệu m2,+ Sai số đo để bố trí điểm ký hiệu m3

Từ đó tính được sai số tổng hợp m của vị trí điểm cần bố trí sẽ là:

1 2 3

Để làm giảm biến dạng lưới do ảnh hưởng của sai số số liệu gốc, theo

1 độ chính xác của lưới cấp cao phải cao hơn K lần lưới cấp thấp liền kề,nghĩa là m1= m2/K; m3= m2.K thay vào công thức (1.4) ta có:

2 4 2 2 2

( 1)

Theo1, công thức để ước tính sai số trung phương vị trí điểm yếu nhấtcủa lưới đường chuyền:

Trong đó M là sai số trung phươ ng vị trí điểm cuối so với điểm đầu

đường chuyền sau bình sai sơ bộ về góc M được tính theo công thức:

Trong đó: mSlà sai số trung phương đo cạnh trong tuyến đường chuyền,

m là sai số trung phương đo góc trong tuyến đường chuyền,

Do.ilà khoảng cách từ điểm i đến trọng tâm của tuyến,

Theo5ta ước tính sai số điểm yếu nhất của đường chuyền với:

+ Chiều dài đường chuyền 3km,+ Chiều dài cạnh trung bình 200m,+ Sai số đo góc m= 10”,

+ Sai số đo cạnh mS= 0,040m

Thay vào công thức (1.7) và công thức (1.6) ta tính được sai số trungphương vị trí điểm yếu nhất của đường chuyền cấp 2 là mynh = 0,025m, từ đóthay vào công thức (1.5) chọn K=2 ta tính được sai số tổng hợp m của vị trí

Một số phương pháp bố trí thi công t hường dùng:

1.3.1 Bố trí độ cao

1.3.1.1 Phương pháp bố trí bằng máy thuỷ chuẩn

Giả thiết điểm A trên mặt đất đã biết độ cao là HA, độ cao thiết kế của

điểm B là HB, yêu cầu xác định trên thực địa một vạch ng ang hoặc mặt đỉnhmột chiếc cọc có độ cao đúng bằng độ cao thiết kế, thường dùng máy thuỷchuẩn để bố trí độ cao

Hình 1.2 Bố trí độ cao bằng máy thuỷ chuẩn

Như hình 1.2: a là số đọc trên mia dựng ở điểm đã biết độ cao A, số đọccần thiết b trên mia dựng ở điểm B được tính theo công thức:

Khi chênh cao giữa điểm thuỷ chuẩn và điểm cần bố trí rấ t lớn thì cóthể dùng thước thép treo thay cho mia để bố trí độ cao thiết kế Khi treo thướcthép, đầu khắc vạch "không" của thước ch o xuống dưới và treo dưới thước quảnặng có trọng lượng bằng lực kéo đã dùng khi kiểm định thước; trên và dưới

đều đặt máy thuỷ chuẩn

Hình 1.3 Bố trí độ cao bằng máy thuỷ chuẩn khi chênh cao lớn

Mặt đấtMặt đất

Trong hình 1.3: Giả thiết máy đặt trên mặt đất cao, số đọc trên miadựng ở điểm A là a1, đọc trên thước thép là b1; máy đặt ở điểm thấp đọc số đọctrên thước thép là a2thì số đọc cần thiết trên mia dựng ở B là b2.

điện tử không đo chiều cao máy để bố trí

Như hình 1.4, để bố trí độ cao điểm B, trên cao, đặt máy toàn đạc tại

điểm O, ngắm gương đặt tại điểm A (giả thiết chiều cao gương là l) đo khoảngcách OA là S1 và góc đứng 1, từ đó tính được độ cao của tâm điểm máy toàn

So sánh HB tính được với giá trị thiết kế điều khiển nâng cao hay hạthấp gương ở điểm B (chiều cao gương tại điểm B là l không đổi) để bố trí

điểm B có độ cao đúng như thiết kế Từ (1.12) có thể thấy, phương pháp nàycũng đạt độ chính xác cao

Cần lưu ý khi khoảng cách giữa trạm máy và mục tiêu vượt quá 150m,chênh cao đo được cần phải xét đến ảnh hưởng của chiết quang không khí và

độ cong trái đất tức là:

Các phương pháp thường dùng để bố trí điểm gồm có: phương pháp tọa

độ cực, phương pháp tọa độ vuông góc, phương pháp giao hội, phương pháptọa độ máy toàn đạc Dùng máy kinh vĩ, thước thép, máy toàn đạc để tiếnhành bố trí

1.3.2.1 Phương pháp toạ độ cực

1.3.2.1.1 Phương pháp bố trí

pHình 1.5 Phương pháp tọa độ cực



P S

A

B



Trong hình 1.5 đã biết tọa độ điểm A, B từ lưới khống chế cơ sở, P là

điểm cần bố trí đã biết tọa độ thiết kế Đặt máy tại A, bố trí góc , trên hướng

đã bố trí đánh dấu điểm p, xuất phát từ điểm A, theo hướng A p bố trí khảngcách S, đó chính là điểm P cần bố trí

Hai yếu tố bố trí và S được tính từ toạ độ các điểm A, B, P:

A B A

P

A P AB

Ap

X X

Y Y arctg X

X

Y Y arctg







2 2

) (

) (X P X A Y P Y A

1.3.2.1.2 Sai số bố trí

Nếu không kể đến ảnh hưởng của sai số định tâm máy, định tâm tiêu,sai số số liệu gốc và sai số đánh dấu điểm, thì sai số bố trí điểm theo phươngpháp tọa độ cực được tính như sau:

XP = XA +XAP

YP= YA+YAP

XAP= SAPcos (AB+)

YAp= SApsin (AB+)Chuyển thành sai số trung phương:

2 2

2 2

2 2

2

) (

sin )

2 2

2 2

2

) (

cos )

2

YAP XAP m m

m p    

2 2

2 2

1.3.2.2 Phương pháp toạ độ vuông góc

1.3.2.2.1 Phương pháp bố trí

Như hình 1.6 các điểm A,B đã biết tọa độ từ lưới ô vuông xây dựng, P

là điểm cần bố trí, đã biết tọa độ thiết kế

Hình 1.6 Phương pháp tọa độ vuông góc

Tính các số gia tọa độX,Y Trên cạnh của lưới ô vuông xây dựng bốtrí đoạn X trên trục X (hoặc OY trên trục Y), được điểm C Đặt máy kinh vĩtại điểm C bố trí góc vuông , trên hướng của góc vuông bố trí đoạn Y(hoặc X ) sẽ được điểm P cần bố trí



 m m m

Nếu bố trí tuần tự theo X,,Y thì sai số bố trí sẽ là:

2

2 2 2 2





m m m

Từ (1.16) và (1.17) ta thấy sai số bố trí theo phương pháp tọa độ vuônggóc phụ thuộc vào tuần tự bố trí , rõ ràng là khoảng cách lớn bố trí trước,khoảng cách nhỏ bố trí sau sẽ có lợi hơn

1.3.2.3 Phương pháp giao hội góc thuận

Hình 1.7 Phương pháp giao hội góc thuận

1.3.2.3.1 Phương pháp bố trí

Như hình 1-7 các yếu tố bố trí là hai góc 1,2 được tính từ tọa độ các

điểm đã biết A, B và tọa độ thiết kế của điểm cần bố trí P

Tại hiện trường đặt máy kinh vĩ tại điểm A và B phân biệt bố trí các góc

1, 2, giao điểm của hai tia ngắm của máy kinh vĩ đặt tại A và B chính là vịtrí mặt bằng của điểm P cần bố trí

2 2 2 1 2 2

sin

) (S S m

2 2 2

sin

sin sin

1.3.2.4 Phương pháp giao hội khoảng cách

Hình 1.8 Phương pháp giao hội khoảng cách1.3.2.4.1 Phương pháp bố trí

Như hình 1.8, điểm bố trí là P là giao điểm của hai khoảng cách S1 và

S2, xuất phát từ hai điểm A, B đã biết tọa độ Nói chính xác hơn, điểm bố trí P

là giao điểm của hai vòng tròn có tâm tại A, B và bán kính tương ứng S1,S2

Đầu tiên cần dựa vào tọa độ đã biết của A,B và tọa độ thiết kế của điểm

P, để tính các yếu tố bố trí S1 và S2 Sau đó tại hiện trường, lấy A và B làmtâm, dùng hai thước thép để đo và vạch hai cung tròn có bán kính S1 và S2,giao điểm của hai cung tròn là điểm P cần bố trí Khi dùng thước thép để bốtrí thì khoảng cách không vượt quá chiều dài c ủa thước thép

1.3.2.4.2 Sai số bố trí

Để tính sai số bố trí theo phương pháp giao hội khoảng cách, ta có thểdùng công thức tính sai số bố trí theo phương pháp giao hội góc thuận

2 4

2 2 2 2 4

1 2 2

sin

sin sin

m p

Và chuyển đổi:

b

S b

2 1

1 2 2 1

;

S

m m S

1.3.2.5 Phương pháp toạ độ máy toàn đạc

Bố trí điểm theo các phương pháp đã nêu trên cần phải dựa vào tọa độcác điểm đã biết và điểm thiết kế để tính các yếu tố bố trí Như vậy , khi tínhcác yếu tố bố trí lại phải căn cứ vào vị trí điểm đặt máy, có khi vị trí điểm đặtmáy trên hiện trường phải thay đổi, nên phải tính lại các yếu tố bố trí

Theo phương pháp bố trí tọa độ máy toàn đạc (TĐĐT) thì không cầntính trước các yếu tố bố trí mà chỉ cần cung cấp tọa độ là được, thao tác lại rấttiện lợi

1.3.2.5.1 Phương pháp bố trí

Đặt máy toàn đạc tại điểm đã biết A, nhập tọa độ điểm trạm đo A,

điểm định hướng B và điểm cần bố trí P vào máy, ngắm điểm định hướng B,

ấn phím tính góc phương vị thì máy sẽ tự động tính và gán góc phương vị tính

được cho hướng ấy Sau đó vào chương trình cắm điểm (SETOUT) của máyTĐĐT gọi điểm cần bố trí P ra máy sẽ tự động hiển thị trên màn hình mũi tênchỉ sang trái hoặc sang phải, theo đó cần quay máy sa ng trái hoặc sang phảinhư vậy, có thể làm cho tia ngắm của má y đạt đến hướng thiết kế Tiếp theo,thông qua việc đo khoảng cách, máy tự động hiển thị để điều k hiển chuyểndịch gương về phía trước hoặc phía sau cho đến khi bố trí được khoảng cáchthiết kế và hoàn thành tiện lợi việc bố trí điểm

Phương pháp này còn có ưu điểm là có thể kiểm tra nhanh tại hi ệntrường các điểm cơ sở hay tọa độ các điểm cần bố trí

1.3.2.5.2 Sai số bố trí

Bố trí điểm theo phương pháp tọa độ máy toàn đạc có thể nhập trướcvào máy các yếu tố khí tượng như nhiệt độ áp suất tại hiện trườn g máy sẽ tự

động tiến hành cải chính khí tượng Cách tính sai số bố trí cũng như phươngpháp tọa độ cực, trong đó sai số bố trí góc m và sai số bố trí khoảng cách mStuỳ thuộc vào loại máy toàn đạc được sử dụng.

Do đó, dùng máy toàn đạc để bố trí điểm vừa đảm bảo độ chính xác vừathao tác tiện lợi, không cần sự tính toán thủ công nào

đích quân sự, sau được thương mại hoá và sử d ụng rộng rãi cho các mục đíchdân sự.

Theo sự phân bố không gian người ta chia hệ thống GP S thành 3 phầngọi là đoạn (Segment)

- Đoạn không gian (Space Segment)

- Đoạn điều khiển (Control Segment)

- Đoạn người sử dụng (User Segment)

Hình 2.1 Sơ đồ hoạt động của hệ thống định vị toà n cầu GPS

2.1.1 Đoạn không gian (Space Segment)

Đoạn không gian bao gồm 24 vệ tinh chuyển động trên 6 mặt phẳngquỹ đạo ở độ cao khoảng 20200km Mặt phẳng quỹ đạo nghiêng với mặtphẳng xích đạo trái đất một góc 55o

Hình 2.2 Quỹ đạo vệ tinh xung quanh trái đất

Vệ tinh GPS chuyển động trên quỹ đạo gần như tròn với chu kỳ là 718phút Với việc thiết kế quỹ đạo và vận tốc chuyển động của các vệ tinh trongbất kỳ thời gian nào và ở bất kỳ vị trí quan trắc nào trên trái đất cũng có thểquan trắc được ít nhất 4 vệ tinh GPS

2.1.2 Đoạn điều khiển (Control Segment)

Đoạn điều khiển gồm 5 trạm mặt đ ất phân bố đều quanh trái đất, chúng

được thiết lập để duy trì hoạt động của toàn bộ hệ thống Trạm điều khiểntrung tâm (Master Control Station - viết tắt là MCS) được đặt tại căn cứ khôngquân Falcon ở Colorado Springs, bang colorado USA Trạm điều khiển trungtâm có nhiệm vụ chủ yếu trong đoạn điều kh iển cập nhật thông tin đạo hàngtruyền đi từ vệ tinh Cùng phối hợp hoạt động với trạm điều khiển trung tâm là

hệ thống hoạt động kiểm tra (Operational Control System - Viết tắt là OCS)bao gồm các trạm theo dõi (Monitoring Stations) được đặt tại Hawaii,Assension, Island, Diego Garcia, Kwajalein

Hình 2.3 Các trạm điều khiển của hệ thống GPS.

Các trạm này theo dõi liên tục tất cả các vệ tinh có thể quan sát được.Các dữ liệu quan sát được ở các trạm này được chuyển về trạm điều khiểntrung tâm MCS, tại đây việc tính toán số liệu chung được thực hiện và cuốicùng các thông tin đạo hàng (Ephemeris) của người sử dụng cập nhật chuyểnlên các vệ tinh, để sau đó từ vệ tinh đến các máy thu

2.1.3 Đoạn người sử dụng (User Segmen t)

Đoạn người sử dụng bao gồm các máy thu tín hiệu vệ tinh và phần mềm

xử lý tính toán số liệu, máy thu tín hiệu GPS, có thể đặt cố định trên mặt đấthay gắn trên các phương tiện chuyển động như ô tô, máy bay, tàu biển, tênlửa, vệ tinh nhân tạo tuỳ theo mục đích của các ứng dụng mà các máy thuGPS có thiết kế cấu tạo khác nhau cùng với phần mềm xử lý và quy trình thaotác thu thập số liệu ở thực địa

2.2 Cấu trúc tín hiệu GPS

Một thành phần quan trọng của hệ thống GPS là tín hiệu phát từ vệ tinh

đến các máy thu Việc phát và thu tín hiệu là cơ sở cho việc đo đạc với hệ

thống GPS Tín hiệu vệ tinh là sóng điện từ, trắc địa vệ tinh thực hiện dựa trêncơ sở số liệu được lan truyền từ vệ tinh theo nguyên tắc của sóng điện từ Vềmặt vật lý tín hiệu vệ tinh có các thông số cơ bản đó là: tần số, bước sóng,pha, chu kỳ, tốc độ ánh sáng và các mã đ iều biến trên sóng tải.

Bộ dao động trên vệ tinh liên tục tạo ra tần số chuẩn f0 với độ ổn định

cỡ 10-12trong một ngày (đối với các vệ tinh khối II) Hai tần số sóng tải L1 và

L2được tạo ra bằng bội số nguyên tần số chuẩn f0 Các sóng tải này được điềubiến bởi các code (mã) để cung cấp giờ đồng hồ vệ tinh cho các máy thu vàchuyển các thông tin như các tham số quỹ đạo vệ tinh v.v…Các code này baogồm các giá trị nhị phân, tức là gồm các số 0 và 1 Kỹ thuật điều biến này gọi

là kỹ thuật điều biên lưỡng pha bằng cách thay đổi 1080 trong pha sóng tải khicode tác động vào

2.2.2 Code tựa ngẫu nhiên

Việc tạo code tựa ngẫu nhiên được thực hiện nhờ phần cứng gọi là

"thiết bị đăng ký biến đổi dạng thanh phản hồi" (Tapped feedback shiftrigisters) Nội dung được mô tả trong bảng 2 2

Bảng 2.2 Biến đổi dạng thanh phản hồi

P-code thực chất không phải là code bí mật, khởi đầu nó được tạo ra bởi

tổ hợp của 2bit liên tiếp, mà mỗi bit được tạo ra bởi hai bộ đăng ký Tổ hợpcủa hai bit liên tiếp có độ dài ước khoảng 2.35 47.1014bit, tương ứng với 266,4ngày Toàn bộ code được chia thành 38 đoạn (đơn vị) theo tuần lễ và mỗi đoạn

được gán cho mỗi vệ tinh với số hiệu PRN riêng biệt Độ đài chip của P -codetương ứng khoảng 30m

Kỹ thuật xử lý  được thực hiện bởi sai số biến đổi tác động tới tần sốchuẩn của đồng hồ vệ tinh Giá trị s ai lệch đồng hồ vệ tinh tác động trực tiếpkhoảng cách giả khi thực hiện so sánh đồng hồ vệ tinh với đồng hồ máy thu

Kỹ thuật xử lý  là sự thay đổi thông tin quỹ đạo trong thông tin đạohàng được truyền đi không thể tính toán chính xác tọa độ của vệ tinh Sai số vịtrí của vệ tinh sẽ gây ra sai số tương tự đối với vị trí máy thu

Chống đánh lừa (SA): SA được hình thành từ hai modul ghép lại từ P code và code bảo mật W-code Kết quả là tạo ra một code mới gọi là Y-code.Như vậy khi SA hoạt động, P -code của sóng tải L1 và L2 được thay thế bởicode không biết là Y-code SA có thể ở 2 trạng thái hoạt động (on) hoặc

-không hoạt động (off), ảnh hưởng biến đổi của SA (trong trường hợp có SA)

có thể xảy ra

2.2.3.Thông tin đạo hàng

Thông tin đạo hàng (Navigation Message) về thực chất chứa các thôngtin chung về đồng hồ vệ tinh, quỹ đạo vệ tinh, tình trạng sức khoẻ của vệ tinh

và số liệu hiệu chỉnh khác nhau

Cấu trúc của thông tin đạo hàng chia thành 5 đoạn (Subframe)

- Đoạn đầu tiên chứa số liệu tuần lẻ GP S, dự báo độ chính xác khoảngcách sử dụng URA (User Range Accuracy) chỉ số về tình trạng sức kh oẻ vệtinh và tuổi của số liệu, ước lượng về độ chậm nhóm tín hiệu và 3 tham số của

đa thức bậc hai dùng để hiệu chỉnh đồng hồ vệ tinh

- Đoạn thứ hai và đoạn thứ ba được sử dụng để truyền lịch quảng bá của

vệ tinh

- Đoạn thứ tư phục vụ cho mục đích quân sự

- Đoạn thứ năm là các thông tin về tầng ion, về giờ UTC, các ký hiệukhác và số hiệu almanac của tất cả các vệ tinh có thể sử dụng, các trang của

đoạn này chứa các đặc điểm chính của số liệu almanac và tình trạng sức khoẻcủa 24 vệ tinh đầu tiên trên quỹ đạo

2.3 Các trị đo GPS

Trị đo GPS là những số liệu mà máy thu GPS nhận được từ tín hiệu của

vệ tinh truyền tới Mỗi vệ tinh GPS phát 4 thông tin cơ bản dùng cho việc đo

đạc và được chia thành hai nhóm:

+ Nhóm trị đo code: C/A code và P.code

+ Nhóm trị đo pha: Đo pha sóng tải L1, L2 và tổ hợp L1/ L2

2.3.1 Đo khoảng cách giả theo tín hiệu code

Vào thời điểm tSvệ tinh GPS phát đi tín hiệu code tựa ngẫu nhiên (DRNcode) và máy thu GPS nhận được tín hiệu vào thời điểm tR trong hệ thống giờ

GPS Nếu gọi Svà R là sai số đồng hồ vệ tinh và máy thu, ta có sai lệch thờigiant tính theo công thức:

: là độ lệch sai số đồng hồ máy phát và máy thu ,Gọi c là vận tốc lan truyền sóng (ánh sáng) = 299792458m/s ta tính

được khoảng cách giả R:

R=c.t = c.t(GPS) + c.=+c. (2.2)

Độ chính xác của khoảng cách giả theo code phụ thuộc và o các trị đocode và thông thường là khoảng 1% độ dài chip (khoảng 3m) Nếu đo khoảngcách giả liên tiếp theo C/A code và P.code đạt cỡ 0,3m

Các trị đo khoảng cách giả (Ps eudosange) theo code chủ yếu được sửdụng trong định vị tuyệt đối, chịu ảnh hưởng khá lớn của tác động nhiễu SA(Seletive Availability) khi phía Mỹ thực thi chính sách gây nhiễu

2.3.2 Đo khoảng cách giả theo pha sóng tải

Sóng tải được phát đi từ vệ tinh có chiều dài bước s óng không đổi Nếugọi  là chiều dài bước sóng thì khoảng cách giữa vệ tinh và máy thu GPS sẽlà:

Trong đó: N - là số nguyên lần bước sóng,

- là phần lẻ bước sóng,Trị đo pha chính là phần lẻ của bước sóng bằng cách đo độ d i pha giữasóng tải thu được và sóng tải do máy thu tạo ra Phần lẻ này có thể đo đượcvới độ chính xác khoảng cỡ 1% vòng pha tương đương vài mili mét hình 2.4

Hình 2.4 Trị đo pha và số nguyên đa trịBiểu thức xác định độ di pha:

. R c( t T) N atm

Trong đó:

2 2

2

) (

) (

) (X S X r Y S Y r Z S Z r

R: là khoảng cách đáy từ vệ tinh đến máy thu ,

XS, YS, ZS: là toạ độ không gian 3 chiều của vệ tinh ,

Xr, Yr, Zr: là toạ độ không gian 3 chiều của vị trí anten máy thu,c: là tốc độ truyền sóng (tốc độ ánh sáng) ,

t: là độ lệch đồng hồ máy thu,

T: là độ lệch đồng hồ vệ tinh,

: là bước sóng của sóng tảiN: là số nguyên lần bước sóng từ vệ tinh đến anten của máy thu ,

atm: là sai số do khí quyển,

: là tổ hợp các sai số khác

Giải pháp này cho kết quả định vị chích xác hơn giải pháp chỉ dùng trị

đo code Khó khăn chính là xác định số nguyên lần bước sóng giữa anten máythu và vệ tinh (số nguyên đa trị N) Một khi máy thu bắt được tín hiệu của một

vệ tinh nào đó nó sẽ đếm số bước sóng trôi qua sau thời điểm đó Do vậy điềukiện cần thiết duy nhất là tính được số đa trị nguyên ban đầu.

Tuy nhiên nếu việc thu tín hiệu vệ tinh bị gián đoạn - sự cố trượt chu kỳ(Cycle slip) xẩy ra, số nguyên đa trị bị thay đổi, cần phải xác định lại Sự trượtchu kỳ phát sinh do vật cản, do tín hiệu yếu, anten di động nhanh hoặc tác

động của tầng ion

Để xác định số nguyên lần bước sóng có nhiều phương pháp :

+ Phương pháp hình học dựa trên sự thay đổi hình học vệ tinh t rong khi

đo để giải nguyên lần bước sóng đồng thời với tọa độ anten

+ So sánh (kết hợp) trị đo pha và trị đo code

+ Trị đo dải rộng (hiệu tần số L1 và L2) cho bước sóng 86,2 cm để xác

định số nguyên đa trị nhưng kém chính xác hơn

+ Sử dụng sai phân bậc 3

+ Phương pháp hàm số Ambiguity và kỹ thuật OTF ( on The Fly) xác

định nhanh số đa trị trong khi anten di động ngay sau khi bị mất tín hiệu vệtinh Phương pháp này được áp dụng với máy hai tần số

2.4 Các nguồn sai số trong đo GPS

Cũng như bất kỳ phương pháp đo đạc nào khác, việc định vị vị trí điểmbằng hệ thống GPS cũng chịu ảnh hưởng của nhiều nguồn sai số khác nhau,trong đó phải kể đến là:

2.4.1 Sai số quỹ đạo vệ tinh

Tọa độ điểm đo GPS được tính dựa vào vị trí đã biết của vệ tinh Người

sử dụng phải dựa vào lịch thông báo tọa độ vệ tinh, mà theo lịch này có thể bịsai số vài chục mét Do vậy nếu sử dụng quỹ đạo vệ tinh chính xác có thể đạtkết qủa định vị tốt hơn Có hai phương pháp nhằm hoàn thiện thông tin quỹ

đạo vệ tinh

+ Sử dụng những trạm mặt đất có vị trí chính xác làm những điểmchuẩn để tính chỉnh quỹ đạo vệ tinh dành cho công tác đo đạc đặc biệt

+ Thu nhận lịch vệ tinh chính xác (Precise eph emeris) từ dịch vụ địa

động học GPS Quốc tế (The International GPS Service for Geodynamics IGS)

-Cơ quan IGS sử dụng một mạng lưới gồm 70 trạm theo dõi tính chỉnhquỹ đạo vệ tinh Hệ thống này cho thông tin quỹ đạo ưu việt hơn so với lịch vệtinh thông báo (broadcast epheme ris) của hệ thống GPS chỉ có 5 trạm theo dõi

vệ tinh

2.4.2 ảnh hưởng của tầng Ion

Do tín hiệu vệ tinh trước khi đến máy thu phải xuyên qua môi trườngkhông gian gồm các tầng khác nhau Tầng Ion là lớp chứa các hạt tích điệntrong bầu khí quyển ở độ cao từ 50 -1000Km, tầng Ion có tính chất khúc xạ

đối với sóng điện từ, chiết suất củ a tầng Ion tỷ lệ với tần số sóng điện từtruyền qua nó Do vậy trị đo của máy thu 2 tần số cho phép giảm ảnh hưởngtán sắc của tầng Ion

Hiệu chỉnh ảnh hưởng của tầng Ion đối với trị đo của máy thu tần số L1phải dựa vào các tham số mô hình phát đi trong t hông báo vệ tinh, tuy nhiênchỉ giảm được khoảng 50% ảnh hưởng tầng Ion

Trị đo giải trừ ảnh hưởng tầng Ion của máy thu 2 tần số có độ chính xáccao hơn, nhất là đối với cạnh dài

2.4.3 ảnh hưởng của tầng đối lưu

Tầng đối lưu có độ cao đến 8Km so với mặt đất là tầng làm khúc xạ đốivới tín hiệu GPS do chiết suất biến đổi Do vậy số cải chính mô hình khíquyển phải được 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 sự chậm phát tín hiệu, được chia làm ha iloại ướt và khô ảnh hưởng chiết suất khô được tạo mô hình và loại trừ, nhưng

ảnh hưởng của chiết suất ướt là nguồn sai số khó lập mô hình và loại bỏ trongtrị đo GPS Mô hình Hopfield là mô hình tầng đối lưu của khí quyển được ápdụng phổ biến nhất khi xử lý trong đo GPS

2.4.4 Tầm nhìn vệ tinh và sự trượt chu kỳ (Cy cle slips)

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

Tín hiệu GPS là sóng cực ngắn trong p hổ điện từ, nó có thể xuyên quamây mù, song không thể truyền qua được tán cây hoặc các vật che chắn Dovậy 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 bảo đảm thu tín hiệu vệ tinh trực tiếpliên tục nhằm xác định số nguyên lần bước sóng khởi đầu Tuy nhiên cótrường hợp ngay cả khi vệ tinh vẫn nhìn thấy nhưng máy thu vẫn bị gián đoạnthu tín hiệu, trường hợp đó có một số chu kỳ không xác định đã trôi qua màmáy thu không đếm được khiến cho số nguyê n lần bước sóng thay đổi và làmsai kết quả định vị Do đó cần phải phát hiện và xác định sự trượt chu kỳ trongtín hiệu GPS Một số máy thu có thể nhận biết sự trượt chu kỳ và thêm vào sốhiệu chỉnh tương ứng khi xử lý số liệu Mặt khác khi tính toán xử l ý số liệuGPS có thể dùng sai phân bậc ba để nhận biết và xử lý trượt chu kỳ

2.4.5 Hiện tượng đa tuyến (Multipath)

Đó là những tín hiệu từ vệ tinh không đến thẳng anten máy thu mà đậpvào bề mặt phản xạ nào đó xung quanh rồi mới đến máy thu Như vậ y kết quả

đo không đúng Để tránh hiện tượng này anten phải có tầm nhìn vệ tinh thôngthoáng với ngưỡng góc cao trên 150 Việc chọn ngưỡng góc cao 150 này nhằmgiảm ảnh hưởng bất lợi của chiết quang khí quyển và hiện tượng đa tuyến Khi

bố trí điểm đo cần cách xa các địa vật có khả năng phản xạ gây hiện tượng đatuyến như hồ nước, nhà cao tầng, x e cộ, đường dây điện, mái nhà kimloại…Hầu hết Angten GPS gắn bản (mâm anten) dạng phẳng, tròn che chắntín hiệu phản xạ từ mặt đất lên

2.4.6 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 dựavào điểm gốc là vệ tinh và các khoảng cách tương ứng đến máy thu GPS.Trường hợp tối ưu khi thu tín hiệu vệ tinh GPS là vệ tinh cần phải có sự phân

bố hình 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 số nghịch đảo thể tích của khối tỷ diện tạo thành giữa các vệtinh và máy thu Chỉ số này chia 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 (Ti me 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 xỉ2.5 Với xác xuất 90% thời gian Đồ hình v ệ tinh đạt yêu cầu với chỉ số P DOP

< 6

2.4.7 Các sai số do người đo

Khi đo GPS, tâm hình học của an gten máy thu cần đặt chính xác trêntâm mốc điểm đo theo đường dây dọi An gten phải đặt cân bằng, chiều cao từtâm mốc đến tâm hình học của an gten cần đo và ghi lại chính xác Đo chiềucao angten không đúng thường là lỗi hay mắc phải của người đo GPS Ngay cảkhi xác định tọa độ phẳng đo chiều cao cũng quan trọng vì GPS là hệ thống

định vị 3 chiều, sai số chiều cao sẽ lan truyền sang vị trí mặt phẳng và ngượclại

Một loại sai số đo khác nữa là nhiễu trong trị đo GPS Nguyên nhân là

do phần mạch điện tử và sự suy giảm độ chính xác của máy thu Các thiết bịmới hiện đại hơn sẽ cung cấp dữ liệu sạch hơn

2.4.8 Tâm pha của angten

Tâm pha là một điểm nằm bên trong an gten, là nơi tín hiệu GPS biến đổithành tín hiệu trong mạch điện Các trị đo khoảng cách được tính vào điểmnày Điều này có ý nghĩa quan trọng đối với công tác trắc địa ở nhà máy chếtạo, angten đã được kiểm định sao cho tâm pha trùng với tâm hình học của nó.Tuy nhiên tâm pha thay đổi vị trí phụ thuộc vào đồ hình vệ tinh ảnh hưởngnày có thể kiểm định trước khi đo hoặc sử dụng mô hình tâm pha ở giai đoạntính xử lý Quy định cần phải tuân theo là khi đặt angten cần dóng theo cùngmột hướng (thường là hướng Bắc) và tốt nhất sử dụng cùng một l oại angtencho cùng một ca đo, các nguồn lỗi và biện pháp khắc phục được tổng hợptrong bảng 2.3

Bảng 2.3 Bảng thống kê nguồn lỗi khi đo GPS và biện pháp khắc phục

1 Phụ thuộc vệ tinh

- Đồng hồ vệ tinh Sai phân bậc một

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

2 Phụ thuộc đường tín hiệu

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

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

- Đa tuyến Tránh phản xạ, ngưỡng góc cao

3 Phụ thuộc máy thu

- Chiều cao angten Đo 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

- Nhiễu điện tử Tránh bức xạ điện từ (sóng cao tần)

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

- Chiều dài cạnh Bố trí cạnh ngắn

2.5 Những kỹ thuật đo GPS

2.5.1 Đo GPS tuyệt đối

Là kỹ thuật xác định tọa độ của điểm đặt máy thu tín hiệu vệ tinh trong

hệ tọa độ toàn cầu WGS-84 Kỹ thuật định vị này là việc tính tọa độ của điểm

đo nhờ việc giải bài toán giao hội nghịch không gian dựa trên cơ sở khoảngcách đo được từ các vệ tinh tại thời điểm đo Do nhiều nguồn sai số nên độchính xác vị trí điểm thấp, không dùng được cho việc đo đạc chí nh xác, dùngchủ yếu cho việc dẫn đường, và các mục đích đo đạc có yêu cầu độ chính xáckhông cao Đối với phương pháp này chỉ sử dụng 1 máy thu tín hiệu vệ tinh

Định vị tuyệt đối có thể sử dụng các trị đo khoảng cách giả theo code, trị

đo khoảng cách giả theo pha sóng tải hoặc theo tần số Doppler

2.5.1.1 Định vị tuyệt đối bằng khoảng cách giả theo code

Khoảng cách giả code tại thời điểm t được biểu diễn bởi biểu thức sau:

) ( ) ( )

Trong biểu thức (2.6) ta có thể biểu diễn khoảng cách hình học qua tọa

độ của vệ tinh và máy thu tại thời điểm (t)

  2  2 2

) ( )

( )

( )

j

i t  X t X  Y t Y  Z t Z

Trong đó: Xj(t), Yj(t), Zj(t) là các thành phần của vectơ vị trí địa tâm của

vệ tinh j tại thời điểm t Xi, Yi, Zi, là tọa độ cần xác định của điểm quan sáttrong hệ tọa độ trái đất Sai số đồng hồ  i j (t) sẽ được phân tích rõ hơn nhữngyếu tố cấu thành nó Thông tin về các đồng hồ vệ tinh luôn biết và đượ c phát

đi rộng rãi theo thông tin đạo hàng dưới dạng các hệ số của đa thức a0, a1, a2tại thời điểm t0 Để xác định sai lệch đồng hồ vệ tinh tại thời điểm t ta tínhtoán theo công thức:

2 2

Tuy công thức (2.8) đã cho phép tính toán hiệu chỉnh được phần lớn sai

số đồng hồ vệ tinh song vẫn còn lại một phần sai số nhỏ

Sai số đồng hồ  i j (t) có thể được chia làm hai phần như nhau:

) ( ) ( ) (t j t i t

) ( ) ( ) ( )

Nếu xét tại một thời điểm t nhất định, thì trong các phương trình trị đochỉ có 4 ẩn số đó là tọa độ Xi, Yi, Zi, của điểm quan sát và sai lệch đồng hồmáy thu  i(t) Bốn ẩn số này hoàn toàn có thể giải ngay nếu như đồng thờiquan sát được 4 vệ tinh hình 2.5