Nghiên cứu việc khai thác trạm tham chiếu gnss cors vào công tác xây dựng lưới khống chế đo vẽ mặt bằng tại thành phố đông hà, tỉnh quảng trị

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT CORS Continuously Operating Reference EGNOS European Geostationary Navigation Overlay Service Dịch vụ cung cấp số liệu cải chính phân sai bằng vệ tinh địa tĩnh

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM

Chuyên ngành: Quản lý đất đai

HUẾ - 2019

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM

Chuyên ngành: Quản lý đất đai

Mã số: 8850103

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS HUỲNH VĂN CHƯƠNG

HUẾ - 2019

LỜI CAM ĐOAN

Được sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS Huỳnh Văn Chương, đến nay tôi đã hoàn thành luận văn "Nghiên cứu việc khai thác trạm tham chiếu GNSS CORS vào công tác xây dựng lưới khống chế đo vẽ mặt bằng tại thành phố Đông Hà, tỉnh Quảng Trị" Tôi xin cam đoan luận văn này là công trình nghiên cứu của riêng tôi, được thực hiện trong suốt thời gian thực tập

Các số liệu, kết quả nghiên cứu trong luận văn là trung thực và chưa từng sử dụng để bảo vệ hoặc chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tôi xin cam đoan các thông tin trích dẫn trong luận văn đều đã được chỉ rõ nguồn gốc./

Huế, ngày tháng năm 2019

Tác giả luận văn

Trần Công Hùng

LỜI CẢM ƠN

Sau thời gian nghiên cứu, đến nay tôi đã hoàn thành luận văn "Nghiên cứu việc khai thác trạm tham chiếu GNSS CORS vào công tác xây dựng lưới khống chế đo vẽ

mặt bằng tại thành phố Đông Hà, tỉnh Quảng Trị" Để hoàn thành Luận văn này, tôi

xin chân thành cảm ơn Trường Đại học Nông Lâm Huế, Khoa Tài nguyên đất và Môi trường nông nghiệp, Phòng Đào tạo và các khoa, phòng, đơn vị có liên quan thuộc Trường Đại học Nông Lâm Huế đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu tại trường Xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến quý thầy giáo, cô giáo đã trực tiếp giảng dạy và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu Luận văn tốt nghiệp

Đặc biệt, xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến thầy giáo, PGS.TS Huỳnh Văn Chương người trực tiếp hướng dẫn khoa học đã nhiệt tình hướng dẫn, giúp đỡ để tôi hoàn thành Luận văn này

Xin trân trọng cảm ơn lãnh đạo Trung tâm Kỹ thuật Tài nguyên và Môi trường Quảng Trị, Công ty Cổ phần công nghệ Nguyễn Kim, các đơn vị liên quan và các bạn

bè đồng nghiệp đã tạo điều kiện, giúp đỡ tôi trong quá trình nghiên cứu và hoàn thiện Luận văn./

Huế, ngày 10 tháng 03 năm 2019

Tác giả luận văn

Trần Công Hùng

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Tên đề tài: Nghiên cứu việc khai thác trạm tham chiếu GNSS CORS vào công tác xây dựng lưới khống chế đo vẽ mặt bằng tại thành phố Đông Hà, tỉnh Quảng Trị Thời gian thực hiện: Từ tháng 8 năm 2018 đến tháng 2 năm 2019

Địa điểm nghiên cứu: Thành phố Đông Hà, tỉnh Quảng Trị

Luận văn gồm các nội dung chính:

1 MỞ ĐẦU

2 Chương 1: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊM CỨU

3 Chương 2: ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

4 Chương 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN

5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT

Mục tiêu nghiên cứu:

Nghiên cứu việc khai thác trạm GNSS CORS tại Đông Hà và đánh giá khả năng

ứng dụng trạm GNSS CORS vào công tác xây dựng lưới khống chế đo vẽ mặt bằng trên địa bàn thành phố Đông Hà bằng phương pháp đo động thời gian thực (RTK) với các mục tiêu cụ thể như sau

- Xác định được độ chính xác của phương pháp đo động thời gian thực RTK bằng việc sử dụng trạm tham chiếu GNSS CORS tại thành phố Đông Hà

- Đánh giá được khả năng ứng dụng trạm tham chiếu GNSS CORS để xây dựng lưới khống chế đo vẽ mặt bằng

- Đề xuất được các giải pháp nhằm khai thác các trạm tham chiếu GNSS CORS trên địa bàn tỉnh Quảng Trị vào công tác xây dựng lưới khống chế đo vẽ mặt bằng

Nội dung nghiên cứu:

- Nghiên cứu độ chính xác của kỹ thuật đo động thời gian thực bằng trạm tham chiếu GNSS CORS tại thành phố Đông Hà, tỉnh Quảng Trị theo số lượng trị đo

- Nghiên cứu độ chính xác của kỹ thuật đo động thời gian thực bằng trạm tham chiếu GNSS CORS để xây dựng lưới khống chế đo vẽ mặt bằng, bằng trạm tham chiếu GNSS CORS tại thành phố Đông Hà, tỉnh Quảng Trị

- Nghiên cứu các giải pháp ứng dụng trạm tham chiếu GNSS CORS để xây dựng lưới khống chế đo vẽ trên địa bàn thành phố Đông Hà, tỉnh Quảng Trị

Những kết quả chủ yếu đã thực hiện được gồm:

- Luận văn đã đưa ra được cơ sở khoa học về lý thuyết và thực tiển liên quan đến vấn đề nghiên cứu

- Xác định được số lượng trị đo cần thiết khi sử dụng phương pháp đo động thời gian thực (RTK) bằng lưới trạm CORS để xây dựng lưới khống chế đo vẽ

- Xác định được sai số vị trí điểm và khoảng cách cạnh của phương pháp đo động thời gian thực (RTK) bằng lưới trạm CORS

- Đánh giá được khả năng ứng dụng trạm tham chiếu GNSS CORS để xây dựng

lưới khống chế đo vẽ

- Đề xuất các giải pháp ứng dụng trạm tham chiếu GNSS CORS để xây dựng lưới khống chế đo vẽ

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

TÓM TẮT LUẬN VĂN iii

MỤC LỤC v

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT viii

DANH MỤC BẢNG x

DANH MỤC HÌNH xi

MỞ ĐẦU 1

1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 1

2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 2

2.1 MỤC TIÊU CHUNG 2

2.2 MỤC TIÊU CỤ THỂ 2

3 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ Ý NGHĨA THỰC TIỂN 2

3.1 Ý NGHĨA KHOA HỌC 2

3.2 Ý NGHĨA THỰC TIỂN: 2

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 3

1.1 CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 3

1.1.1 Tổng quan về hệ thống định vị vệ tinh GNSS 3

1.1.2 Nguyên lý định vị GNSS 6

1.1.3 Các nguồn sai số trong định vị GNSS 8

1.1.4 Một số kỹ thuật đo GNSS 12

1.1.5 Nguyên lý đo GNSS động 14

1.1.6 Khái quát về công nghệ CORS 15

1.2 CƠ SỞ THỰC TIỂN CỦA VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 20

1.2.1 Vai trò của hệ thống trạm CORS 20

1.2.2 Một số mô hình trạm CORS trên thế giới 21

1.2.3 Mạng lưới trạm CORS ở Việt Nam 24

1.2.4 Mạng lưới trạm CORS ở tỉnh Quảng Trị 27

1.2.5 Thực trạng ứng dụng phương pháp đo động thời gian thực RTK bằng lưới trạm

CORS ở nước ta và tỉnh Quảng Trị 28

1.2.6 Hệ thống lưới khống chế tọa độ hiện nay 29

1.3 NHỮNG CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU CÓ LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI 31

1.3.1 Công trình nghiên cứu "Sự cần thiết của việc hiện đại hóa mạng mưới khống chế trắc địa ở Việt Nam và những ưu thế cơ bản của trạm tham chiếu quan trắc liên tục CORS" của tác giả Bùi Thị Hồng Thắm (2010) 31

1.3.2 Công trình nghiên cứu “Công nghệ GNSS và hệ thống lưới tọa độ quốc gia trong giao đoạn hiện nay” của tác giả Bùi Thị Hồng Thắm (2014) 32

1.3.3 Công trình nghiên cứu "Trạm tham chiếu hoạt động liên tục CORS" của tác giả Trần Thị Hương (Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội) 32

1.3.4 Dự án đầu tư xây dựng mạng lưới trạm định vị toàn cầu bằng vệ tinh trên lãnh thổ Việt Nam của Bộ Tài nguyên và Môi trường (năm 2015) 33

CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 34

2.1 ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI NGHIÊN CỨU 34

2.1.1 Đối tượng nghiên cứu 34

2.1.2 Phạm vi nghiên cứu 34

2.2 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 34

2.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 34

2.3.1 Phương pháp thu thập số liệu, tài liệu: 34

2.3.2 Phương pháp thực nghiệm 35

2.3.3 Phương pháp so sánh, đánh giá 35

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 37

3.1 KHÁI QUÁT ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN, KINH TẾ - XÃ HỘI TRÊN ĐỊA BÀN NGHIÊN CỨU 37

3.2 XÁC ĐỊNH ĐỘ CHÍNH XÁC CỦA PHƯƠNG PHÁP ĐO ĐỘNG THỜI GIAN THỰC RTK BẰNG TRẠM THAM CHIẾU CORS 40

3.2.1 Thực nghiệm đánh giá sai số theo số lượng trị đo 41

3.2.2 Thực nghiệm đánh giá sai số vị trí điểm và khoảng cách cạnh tại thành phố Đông Hà 47

3.3 KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG TRẠM THAM CHIẾU CORS ĐỂ XÂY DỰNG LƯỚI

KHỐNG CHẾ ĐO VẼ MẶT BẰNG PHƯỜNG 1, THÀNH PHỐ ĐÔNG HÀ 59

3.3.1 Về độ chính xác của phương pháp đo 59

3.3.2 Phương pháp tiến hành xây dựng lưới khống chế đo vẽ cấp 1 của Phường 1, thành phố Đông Hà 59

3.3.3 Đánh giá độ chính xác của lưới khống chế đo vẽ của Phường 1 67

3.3.4 Ưu điểm và nhược điểm của phương pháp đo động thời gian thực (RTK) bằng lưới trạm CORS 68

3.4 MỘT SỐ GIẢI PHÁP KHAI THÁC CÁC TRẠM THAM CHIẾU CORS TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH QUẢNG TRỊ PHỤC VỤ CHO CÔNG TÁC XÂY DỰNG LƯỚI KHỐNG CHẾ ĐO VẼ 69

3.4.1 Giải pháp về cơ sở pháp lý 69

3.4.2 Giải pháp về hạ tầng kỹ thuật 69

3.4.3 Giải pháp về chuyển giao công nghệ 70

3.4.4 Giải pháp về tài chính 70

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 71

1 KẾT LUẬN 71

2 KIẾN NGHỊ 71

TÀI LIỆU THAM KHẢO 73

PHỤ LỤC 75

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

CORS Continuously Operating Reference

EGNOS European Geostationary

Navigation Overlay Service

Dịch vụ cung cấp số liệu cải chính phân sai bằng vệ tinh địa tĩnh của Châu Âu

của Cộng đồng Châu Âu

GLONASS Global Navigation Satellite

GPRS General Packet Radio Service

Gói dịch vụ vô tuyến phục vụ kết nối và truyền số liệu trong mạng

di động

GPS Gloabal Positioning System Hệ thống định vị toàn cầu

của Mỹ IGS International GPS Service Tổ chức GPS quốc tế

IRNSS Indian Regional Navigation

ITRF International Terrestrial Reference

LODG Locally Optimized

Differential GPS

Định vị chính xác theo thời gian thực sử dụng các trạm DGPS khu vực

Viết tắt Viết đầy đủ Giải nghĩa

MSAS Multi Functional Satellite

Augmentation System

Hệ thống tăng cường vệ tinh đa chức năng

NRTK Network Real Time Kinematic Lưới đo động thời gian thực

NTRIP Network Transport of RTCM via

Internet Protocol

Chuẩn truyền số liệu cải chính RTCM thông qua giao thức Internet

PPK Postprocessing Kinematic Đo động xử lý sau

QZSS Quasi-Zenith Satellite System Hệ thống vệ tinh dẫn đường

RTK Real Time Kinematic Đo động thời gian thực

SBAS Satellite Based Augmentation

VRS Virtural Reference Station (Công nghệ) Trạm tham

chiếu ảo WAAS Wide Area Augmentation System Hệ thống tăng cường diện rộng WGS World Geodetic System Hệ thống trắc địa toàn cầu

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản chung của lưới khống chế đo theo Thông tư

25/2014/TT-BTNMT 31

Bảng 3.1 Tọa độ các điểm lưới địa chính cơ sở sử dụng làm điểm chuẩn 43

Bảng 3.2 Kết quả đo thực nghiệm dưới dạng rút gọn 45

Bảng 3.3 So sánh tọa độ đo bằng RTK và tọa độ chuẩn 46

Bảng 3.4 Kết quả tọa độ phẳng sau bình sai và sai số vị trí điểm 50

Bảng 3.5 Đánh giá các chỉ tiêu sai số của lưới theo phương pháp đo tĩnh 51

Bảng 3.6 Kết quả đo thực nghiệm dưới dạng rút gọn trên lưới địa chính ĐH 52

Bảng 3.7 So sánh sai số của hai phương pháp đo 53

Bảng 3.8 So sánh chênh lệch khoảng cách cạnh và sai số trung phương 58

Bảng 3.9 Các điểm lưới địa chính sử dụng đo kiểm tra 61

Bảng 3.10 Kết quả đo lưới khống chế đo vẽ Phường 1 dưới dạng rút gọn 66

Bảng 3.11 Sai số vị trí điểm của các điểm đo kiểm tra 67

Bảng 3.12 Sai số khoảng cách cạnh của lưới khống chế đo vẽ so với cạnh gốc 67

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1: Mô hình vệ tinh (nguồn sv.wikipedia.org) 3

Hình 1.2 Mô hình minh họa cấu trúc hệ thống GNSS 4

Hình 1.3: Sơ đồ nguyên lý định vị điểm đơn 7

Hình 1.4: Sơ đồ nguyên định vị tương đối 8

Hình 1.5 Ảnh minh họa ảnh hưởng đa tuyến 10

Hình 1.6 Sơ đồ minh họa giải pháp LODG 17

Hình 1.7 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của mạng tham chiếu ảo VRS 18

Hình 1.8 Nguyên lý định vị bằng trạm tham chiếu ảo 18

Hình 1.9 Sơ đồ phân bố các trạm CORS trên lãnh thổ Việt Nam 26

Hình 1.10 Hệ thống trạm cors của công ty Nguyễn Kim 27

Hình 1.11: Hệ thống trạm cors của công ty Nguyễn Kim tại Quảng Trị 28

Hình 3.1 Sơ đồ vị trí của thành phố Đông Hà 37

Hình 3.2 Hệ thống trạm CORS GNSS Kolida+S8 41

Hình 3.3 Trạm CORS tại thành phố Đông Hà, tỉnh Quảng Trị 42

Hình 3.4 Máy thu GNSS Comnav T300 42

Hình 3.5 Sơ đồ bố trí các điểm đo thực nghiệm 44

Hình 3.6 Máy định vị GPS 1 tần HUACE-X20 48

Hình 3.7 Sơ đồ bố trí mạng lưới thực nghiệm tại thành phố Đông Hà 49

Hình 3.8 Sơ đồ bố trí mạng lưới KCĐV Phường 1 60

Hình 3.9a Tạo project 61

Hình 3.9b Đăt tên project cho mạng lưới theo khu đo 62

Hình 3.10a Chọn Ellipsoid cho project (WGS84) 62

Hình 3.10b Thiết lập các thông số cho project 63

Hình 3.10c Thiết lập 7 tham số cho project 63

Hình 3.11a Chọn máy rover cần kết nối với trạm CORS 64

Hình 3.11b Lựa chọn trạm CORS cần sử dụng 64

Hình 3.11c Cài đặt các thông số và thời gian đo 65

MỞ ĐẦU

1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Hệ thống định vị toàn cầu là hệ thống định vị dẫn đường sử dụng các vệ tinh nhân tạo, hệ thống đầu tiên là hệ thống GPS (Global Positioning Symtem) của Mỹ được bộ Quốc phòng Mỹ triển khai vào những năm đầu của thập niên 70 của thế trước Ban đầu hệ thống chỉ phục vụ cho mục đích quân sự sau đó được thương mại hóa và ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực kinh tế - xã hội trong có lĩnh vực đo đạc và bản

đồ trên phạm vi toàn cầu

Để đáp ứng nhu cầu ngày càng lớn của đối với hệ thống định vị dẫn đường toàn cầu một số nước trên thế giới đã phát triển thêm một số hệ thống định vị dẫn đường toàn cầu riêng của mình như hệ thống GLONASS của Nga, hệ thống GALLILEO của Châu Âu, Bắc Đẩu (BeiDou) của Trung Quốc, QZSS của Nhật Bản tất cả các hệ thống trên được gọi chung là Hệ thống định vị vệ tin dẫn đường toàn cầu GNSS

Trước đây, tất cả các quốc gia trên thế giới cũng như ở Việt Nam thực hiện việc xây dựng hệ thống lưới khống chế tọa độ quốc gia cả về lưới mặt bằng lẫn lưới độ cao theo phương pháp đo góc, đo khoảng cách… lưới khống chế được xây dựng nhiều cấp hạng khác nhau để đảm bảo mật độ cần thiết phục vụ cho công tác đo vẽ chi tiết và được xác định trên thực tế bằng các điểm mốc Ngày nay, hệ thống vệ tinh dẫn đường toàn cầu (Global Navigation Satellite System - GNSS) được ứng dụng rộng rãi trong trắc địa và trở thành công nghệ chủ yếu dần thay thế các công nghệ truyền thống trong

đo đạc bản đồ cũng như trong xây dựng lưới khống trắc địa

Cấu trúc của hệ thống GNSS hiện nay ngoài cấu trúc cơ bản của hệ thống GNSS (đoạn không gian, đoạn điều khiển và đoạn người dùng) còn có sự tham gia của các hệ thống tăng cường khác Hệ thống tăng cường kết hợp với cấu trúc cũ (đoạn không gian, đoạn điều khiển và đoạn người dùng) đã đưa hệ thống GNSS trở thành một hệ thống hoàn hảo Hệ thống tăng cường đã mở rộng khả năng ứng dụng của GNSS trên các lĩnh vực nhờ vào khả năng tăng cường độ chính xác và độ tin cậy định

vị Sự thay đổi lớn của hệ thống GNSS như tính đa hệ, mức độ phát triển của hệ thống

hỗ trợ đã làm thay đổi các phương pháp đo trong lĩnh vực trắc địa và bản đồ theo hướng tích cực, hiệu quả hơn [15], vì vậy nó đã thúc đẩy việc thiết lập mạng lưới trạm tham chiếu CORS hướng đến thay thế mạng lưới trắc địa truyền thống

Trạm CORS (Continuously Operating Reference Station) là trạm tham chiếu hoạt động liên tục là công nghệ được sử dụng phổ biến trong phương pháp đo mới của ứng dụng hệ thống tăng cường là sự kết hợp của công nghệ định vị vệ tinh, công nghệ tin học, công nghệ mạng Các trạm CORS giống như một trạm Base cố định tại mốc

đã biết cao độ, tọa độ phát tín hiệu cải chính đến các Rovers máy thu vệ tinh thông qua

mạng hạ tầng 3G/4G và cho kết qủa tức thời với độ chính xác cỡ cm Với mục tiêu ứng dụng công nghệ GNSS CORS vào thực tiển xây dựng lưới khống chế đo vẽ, tôi

lựa chọn đề tài "Nghiên cứu việc khai thác trạm tham chiếu GNSS CORS vào

công tác xây dựng lưới khống chế đo vẽ mặt bằng tại thành phố Đông Hà, tỉnh Quảng Trị" làm luận văn tốt nghiệp của mình

2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

2.1 MỤC TIÊU CHUNG

Nghiên cứu việc khai thác trạm GNSS CORS tại Đông Hà và đánh giá khả năng

ứng dụng trạm GNSS CORS vào công tác xây dựng lưới khống chế đo vẽ mặt bằng trên địa bàn thành phố Đông Hà bằng phương pháp đo động thời gian thực (RTK)

3.2 Ý NGHĨA THỰC TIỂN:

Cung cấp cho địa phương những luận cứ khoa học và thực tiển để ứng dụng phương pháp đo động thời gian thực GNSS RTK bằng trạm CORS vào công tác đo đạc trên địa bàn thành phố Đông Hà nói riêng và tỉnh Quảng Trị nói chung

Đề xuất được một số giải pháp ứng dụng phương pháp đo động thời gian thực RTK bằng trạm tham chiếu GNSS CORS để nâng cao hiệu quả và chất lượng sản phẩm đo đạc trên địa bàn tỉnh Quảng Trị

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

24 giờ một ngày

Hình 1.1: Mô hình vệ tinh (nguồn sv.wikipedia.org)

Mỹ là nước đầu tiên trên thế giới sử dụng hệ vệ tinh dẫn đường và gọi hệ thống này là hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu GPS (Global Positioning System) Hệ thống GPS được cơ quan Hàng không Vũ trụ Hoa Kỳ xây dựng và phát triển từ năm 1973 với mục tiêu phục vụ dẫn đường trong quân sự, về sau mở rộng ra sử dụng cho mục đích dân sự trên phạm vi toàn cầu, phục vụ cho nhiều lĩnh vực kinh tế - xã hội [11] Trước những lợi ích thiết thực của hệ thống định vị toàn cầu GPS của Mỹ, nhiều hệ thống định vị của các quốc gia khác lần lượt ra đời như: Hệ thống GLONASS (GLobal

Orbiting Navigation Satellite System) của Nga; hệ thống GALILEO của Liên minh châu Âu; Nguyên lý hoạt động chung của ba hệ thống GPS, GLONASS và GALILEO

cơ bản là giống nhau Ngoài ra một số nước khác cũng phát triển hệ thống GNSS riêng của mình như hệ thống Bắc Đẩu (BeiDou) của Trung Quốc; hệ thống QZSS của Nhật Bản, hệ thống IRNSS của Ấn độ

1.1.1.1 Cấu trúc chung của hệ thống GNSS

Hệ thống GNSS bao gồm ba phần: Phần không gian, phần điều khiển và phần người dùng [1]

Hình 1.2 Mô hình minh họa cấu trúc hệ thống GNSS

(nguồn: climatechangegis.blogspot.com)

Phần không gian: Gồm các vệ tinh nhân tạo hoạt động bằng năng lượng mặt trời, bay trên quỹ đạo xác định quanh trái đất Các vệ tinh được đưa vào bay trong các mặt phẳng quỹ đạo nhất định Quỹ đạo vệ tinh gần như hình tròn

Phần điều khiển: Mục đích trong phần này là kiểm soát vệ tinh đi đúng hướng theo quỹ đạo và thông tin thời gian chính xác, để duy trì hoạt động của toàn bộ hệ thống GPS cũng như hiệu chỉnh tín hiệu thông tin của vệ tinh, hệ thống này bao gồm các trạm quan sát trên mặt đất, chia thành trạm trung tâm và trạm con Các trạm con vận hành tự động, nhận thông tin từ vệ tinh, gửi tới cho trạm chủ Thông tin được xữ

lý tọa độ và độ lệch đồng hồ của từng vệ tinh được tính toán và hiệu chỉnh tại trạm chủ

và truyền tới các vệ tinh hàng ngày thông qua các trạm con, Nhờ vậy, các vệ tinh mới

có thể đảm bảo cung cấp thông tin chính xác tuyệt đối vào bất kỳ thời điểm nào

Phần người sử dụng: Bao gồm các thiết bị thu vệ tinh và phần mềm xử lý tính toán số liệu Máy thu tín hiệu vệ tinh có thể được đặt cố định trên mặt đất hoặc gắn trên các phương tiện chuyển động Tính hiệu vệ tinh được thu qua anten máy thu Cấu tạo của anten đẳng hướng của máy thu GPS có thể bắt tính hiệu vệ tinh từ mọi hướng Tâm pha của anten là điểm thu tín hiệu và là điểm xác định tọa độ Tùy theo mục đích của các ứng dụng mà các máy thu tính hiệu GPS có thiết kế, cấu tạo khác nhau cùng với phần mền xử lý và quy trình thao tác thu thập số liệu ở thực địa

1.1.1.2 Hệ thống vệ tinh dẫn đường

a) Hệ thống GPS (Mỹ)

Hệ thống GPS (Global Positioning System) được cơ quan Hàng không Vũ trụ Hoa Kỳ xây dựng và phát triển từ năm 1973 với mục tiêu phục vụ dẫn đường trong quân sự là hệ thống định vị toàn cầu dựa trên cơ sở đo khoảng cách và đo thời gian, được viết tắt là NAVSTAR (Navigation Satellite Timing) [2] Đây là hệ thống vệ tinh dùng để cung cấp thông tin vị trí, tốc độ và thời gian cho các máy thu GPS trên toàn cầu, trong mọi thời điểm và trong mọi điều kiện thời tiết Hệ thống GPS được thiết kế gồm 27 vệ tinh (24 vệ tinh đang hoạt động và 3 vệ tinh dự phòng) Các vệ tinh chuyển động trên 6 mặt phẳng quỹ đạo gần tròn với chu kỳ 718 phút, ở độ cao cách mặt đất khoảng 20.200km Các mặt phẳng quỹ đạo nghiêng với mặt phẳng xích đạo của Trái đất một góc 550 [1]

b) Hệ thống GLONASS (Nga)

Hệ thống GLONASS là hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu do Cơ quan Phát triển Không gian của Liên Xô trước đây (nay là Liên bang Nga) triển khai xây dựng Cấu trúc hệ thống GLONASS cũng có 3 thành phần cơ bản: Hệ thống vệ tinh, Hệ thống điểu khiển, kiểm tra mặt đất và Hệ thống người sử dụng [2]

Các vệ tinh GLONASS bay trên 3 mặt phẳng quỹ đạo tròn, nghiêng với nhau

1200 và nghiêng với mặt xích đạo là 64,80

Mỗi vệ tinh GLONASS có tần số riêng phát trên cả hai tín hiệu G1 từ 1602.5625 MHz tới 1615.5 MHz, và G2 từ 1240 MHz đến 1260 MHz

Tần số phát tương đương L5 của GPS, theo kế hoạch sẽ được phát trong thời gian tới Hiện nay, GLONASS có 24 vệ tinh hoạt động, phủ trùm trên toàn bộ lãnh thổ rộng lớn của các nước SNG và trên toàn thế giới

c) Hệ thống GALLILEO (Châu Âu)

Cấu trúc và chức năng của hệ thống GALILEO cũng tương tự như hệ thống GPS của Mỹ Hệ thống dựa trên sự chuyển động trên 3 mặt phẳng quỹ đạo quanh Trái đất Hệ thống GALILEO bao gồm 30 vệ tinh, trong đó có 27 vệ tinh đang hoạt động và

3 vệ tinh dự phòng Như vậy, mỗi quỹ đạo sẽ có 1 vệ tinh dự trữ và 9 vệ tinh hoạt động phân bố đều trên quỹ đạo Các mặt phẳng quỹ đạo cũng được phân bố đều nhau 1200 Các mặt phẳng quỹ đạo có góc nghiêng với mặt phẳng xích đạo là 560 Tất cả các quỹ đạo vệ tinh có dạng hình tròn Vệ tinh chuyển động với độ cao 23.222 km Hệ thống này do các tổ chức dân dụng, phi quân sự điều hành quản lý Các dịch vụ cơ bản của

hệ thống Galileo bao gồm [2]

- Dịch vụ mở: Miễn phí với mọi đối tượng Người dùng có thể sử dụng tần số: E1 1575.42Mhz (tương đương L1 GPS), tần số E5A: 1176.45MHz (tương đương L5 GPS) Độ chính xác đối với máy thu một tần số là 15m về mặt phẳng và 35m về độ cao

- Dịch vụ trả tiền: Dành cho các đối tượng có yêu cầu độ chính xác <1m Người

sử dụng trả phí sử dụng tín hiệu và số liệu cải chính đi kèm qua tần số E6: 1278.75MHz

- Dịch vụ cứu hộ: Dịch vụ trả tiền dành cho các ứng dụng vận tải với độ an toàn cao Độ chính xác xác định vị trí là 46m về mặt phẳng và độ cao

- Dịch vụ công cộng: Các đối tượng sử dụng là chính phủ và quân đội các nước Liên minh Châu Âu Ngoài ra còn có các khách hàng như công an phòng cháy, chữa cháy, các cơ quan biên phòng, tuần tra biên giới Tín hiệu có khả năng chống nhiễu cao và luôn sẵn sàng trong mọi điều kiện

d) Hệ thống Bắc Đẩu (Trung Quốc)

Đây là hệ thống định vị của Trung Quốc bao gồm hai chòm sao vệ tinh riêng biệt, hoạt động từ năm 2000 Các hệ thống Bắc Đẩu-1 và Bắc Đẩu-2 đang dần được phát triển, trong đó hệ thống Bắc Đẩu-2 được cho là có nhiều ưu thế hơn hệ thống trước Đây là hệ thống định vị vệ tinh toàn cầu bao gồm 35 vệ tinh [1] Một trong những mảng dịch vụ hiệu chỉnh tăng cường độ chính xác mà khu vực Châu Á - Thái Bình Dương còn đang khuyết là dịch vụ hiệu chỉnh phát phủ trùm từ vệ tinh SBAS hoàn toàn miễn phí giống như WAAS của khu vực Bắc Mỹ hay EGNOS của khu vực Châu Âu [2]

được chuyển động Với bốn hay nhiều hơn số vệ tinh trong tầm nhìn thì máy thu có thể tính được vị trí ba chiều kinh độ, vĩ độ và độ cao [9]

Định vị là việc xác định vị trí điểm cần đo, tuỳ thuộc vào đặc điểm cụ thể của việc xác định toạ độ người ta chia thành 2 loại hình định vị cơ bản: định vị tuyệt đối và định vị tương đối [11]

1.1.2.1 Định vị tuyệt đối (định vị điểm đơn)

Khi đặt máy ở điểm bất kỳ thu tín hiệu từ các vệ tinh, khoảng cách tương ứng

từ máy thu đến các vệ tinh được xác định và toạ độ của điểm đo được xác định trong

hệ toạ độ GPS Nguyên lý định vị điểm đặt anten máy thu được mô tả như hình 1.3

Hình 1.3: Sơ đồ nguyên lý định vị điểm đơn

Đây là bài toán giao hội nghịch không gian khi biết toạ độ của các vệ tinh và khoảng cách tương ứng đến máy thu Về mặt hình học có thể mô tả sự định vị tại một thời điểm như sau:

- Nếu có 1 vệ tinh thì điểm cần đo sẽ nằm trên mặt cầu có tâm là vị trí vệ tinh,

có bán kính bằng khoảng cách đo được từ vệ tinh đến máy thu;

- Nếu có 2 vệ tinh thì điểm đo cũng nằm trên mặt cầu thứ 2 có tâm là vệ tinh thứ

2, có bán kính là khoảng cách từ vệ tinh thứ 2 đến máy thu Kết hợp trị đo đến 2 vệ tinh thì vị trí của điểm đo sẽ nằm trên giao của của 2 mặt cầu trong không gian - đó là

1 đường tròn;

- Khi có vệ tinh thứ 3 thì cũng như trên, vị trí của điểm đo sẽ là giao của mặt cầu thứ 3 và đường tròn nêu trên - kết quả cho ta 2 nghiệm số là 2 vị trí trong không gian

- Nếu có vệ tinh thứ 4 thì kết quả tổng hợp sẽ cho 1 nghiệm duy nhất đó chính

là vị trí của điểm đo trong không gian

Như vậy ít nhất cần thu tín hiệu 4 vệ tinh để xác định toạ độ điểm đo trong không gian 3 chiều [11]

X, Y, Z (hoặc B, L, H) của 2 điểm trong hệ toạ độ GPS Độ chính xác tương đối đạt cỡ cm và chủ yếu áp dụng trong trắc địa [11]

Hình 1.4: Sơ đồ nguyên định vị tương đối

Việc định vị tương đối sử dụng trị đo pha sóng tải Để đạt được độ chính xác cao trong định vị tương đối nguời ta tạo ra sai phân Nguyên tắc của việc này là dựa trên sự đồng ảnh hưởng của các đại lượng, nguồn sai số đến toạ độ của điểm cần xác định trong bài toán định vị tuyệt đối như sai số đồng hồ vệ tinh, máy thu, sai số toạ độ

vệ tinh, ảnh hưởng của môi trường Phương pháp ở đây là lấy hiệu trị đo trực tiếp để tạo thành trị đo mới (các sai phân) để loại trừ hoặc giảm bớt các sai số kể trên

1.1.3 Các nguồn sai số trong định vị GNSS

Theo Vũ Tiến Quang và CS (2004), Nghiên cứu ứng dụng công nghệ DGPS trong đo vẽ hiện chỉnh bản đồ địa chính, bản đồ chuyên ngành địa chính thì trong định

vị GPS có các nguồn sai số sau:

1.1.3.1 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 tọa độ vệ tinh có thể bị sai số vài chục mét Vì vậy, thông tin quỹ đạo vệ tinh càng chính xác thì kết quả định

sẻ tốt hơn Để có được thông tin chính xác quỹ đạo của vệ tinh người ta sử dụng các trạm mặt đất có vị trí chính xác làm điểm chuẩn để tinh chỉnh quỹ đạo vệ tinh [12]

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 tinh chỉnh quỹ đạo vệ tinh dành cho công tác đo đạc đặc biệt

- Thu nhận lịch vệ tinh chính xác (precise ephemeris) 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 tinh chỉnh quỹ đạo

vệ tinh Hệ thống này cho thông tin quỹ đạo ưu việt hơn so với lịch vệ tinh thông báo ( broadcast ephemeris ) của hệ thống GPS chỉ có 5 trạm theo dõi vệ tinh

1.1.3.2 Ảnh hưởng của tầng ion

Tín hiệu vệ tinh trước khi đến máy thu phải xuyên qua môi trường không gian gồm các tầng khác nhau Tầng ion là lớp chứa các hạt tích điện trong bầu khí quyển ở

độ cao từ 50 - 1000 km, tầng ion có tính chất khúc xạ đối với sóng điện từ, chiết suất của tầng ion tỷ lệ với tần số sóng điện từ truyền qua nó Do vậy, trị đo của máy thu 2 tần số cho phép giảm ảnh hưởng tán sắc của tầng ion [12]

Hiệu chỉnh ảnh hưởng của tầng ion đối với trị đo của máy thu tần số L1 phải dựa vào các tham số mô hình phát đi trong thông báo vệ tinh, tuy nhiên chỉ giảm được khoảng 50% ảnh hưởng tầng ion [12]

Với máy thu 2 tần số ảnh hưởng của tầng ion, trị đo giải trừ do đó việc định vị

có độ chính xác cao hơn, nhất là đối với cạnh dài

1.1.3.3 Ảnh hưởng của tầng đối lưu

Tầng đối lưu có độ cao đến 8 km 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 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 độ chậm pha tín hiệu, được chia thành hai loại 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 trong trị đo GPS Mô hình Hopfield là mô hình tầng đối lưu của khí quyển được áp dụng phổ biến nhất khi xử lý trong đo GPS [12]

1.1.3.4 Tầm nhìn vệ tinh và sự trượt chu kỳ

Điểm quan trọng nhất khi đo GPS là phải thu được tín hiệu ít nhất 4 vệ tinh tức

là phải 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, song không thể truyền qua được tán cây hoặc các vật che chắn Do vậy, tầm nhìn vệ tinh thông thoáng có tầm quan trọng đặc biệt đối với công tác đo GPS xây dựng các mạng lưới khống chế tọa độ

Khi sử dụng trị đo pha cần phải bảo đảm thu tín hiệu vệ tinh trực tiếp, liên tục nhằm xác định số nguyên lần bước sóng khởi đầu Tuy nhiên có trường hợp ngay cả khi 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 không đếm được khiến cho

số nguyên lần bước sóng thay đổi và làm sai kết quả định vị Do đó, cần phải phát hiện

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 khi tính toán xử

lý số liệu GPS có thể dùng sai phân bậc ba để nhận biết và xử lý trượt chu kỳ [12]

1.1.3.5 Hiện tượng đa tuyến

Đó là những tín hiệu từ vệ tinh không đến thẳng anten máy thu mà đập vào bề mặt phản xạ nào đó xung quanh rồi mới đến máy thu Như vậy, thời gian truyền sóng dài hơn và do đó khoảng cách thu được cũng dài hơn thực tế

Hình 1.5 Ảnh minh họa ảnh hưởng đa tuyến [17]

Để tránh hiện tượng này anten phải có tầm nhìn vệ tinh thông thoáng với ngưỡng góc cao trên 150 Việc chọn ngưỡng góc cao 150 này nhằm giảm ảnh hưởng bất lợi của chiết quang của 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 đa tuyến như hồ nước, nhà cao tầng, , Hầu hết anten GPS gắn bản (mâm anten) dạng phẳng, tròn che chắn tín hiệu phản xạ từ dưới mặt đất lên [12]

1.1.3.6 Sự suy giảm độ chính xác (DOPs) đo đồ hình vệ tinh

Ta biết việc định vị GPS là việc giải bài toán giao hội nghịch không gian dựa vào điểm gốc là các vệ tinh và các khoảng cách tương ứng đến máy thu 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 vệ tinh và máy thu Chỉ số DOP chia ra các loại:

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

- TDOP - chỉ số phân tán độ chính xác về thời gian (Time DOP);

- HDOP - chỉ số phân tán độ chính xác về mặt phẳng (Horizontal DOP);

- VDOP - chỉ số phân tán độ chính xác về cao độ (Vertical DOP);

- GDOP - 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 với xác xuất 90% thời gian Đồ hình vệ tinh đạt yêu cầu với chỉ số PDOP < 6 [11]

1.1.3.7 Sai số do người đo

Khi đo GPS, tâm hình học của anten máy thu cần đặt chính xác trên tâm mốc điểm đo theo đường dây dọi Anten phải đặt cân bằng, chiều cao từ tâm mốc đến tâm hình học của anten cần đo và ghi lại chính xác Đo chiều cao anten không đúng thường

là lỗi hay mắc phải của người đo GPS Ngay cả khi 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 ngược lại [9]

Ngoài ra có 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 bị mới hiện đại hơn sẽ cung cấp dữ liệu sạch hơn [11]

1.1.3.8 Tâm pha của anten

Tâm pha là một điểm nằm bên trong anten, là nơi tín hiệu GPS biến đổi thành tín hiệu trong mạch điện Các trị đo khoảng cách được tính vào điểm này Điều này có

ý nghĩa quan trọng đối với công tác trắc địa Ở các nhà máy chế tạo, anten đó 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 hưởng này có thể kiểm định trước khi đo hoặc sử dụng mô hình tâm pha ở giai đoạn tính xử lý Quy định cần phải tuân theo là khi đặt anten cần dóng theo cùng một hướng (thường là hướng Bắc) và tốt nhất sử dụng cùng một loại anten cho cùng một ca đo [11]

1.1.3.9 Ảnh hưởng do nhiểu tính hiệu

Xung quanh khu vực đặt máy nếu có các nguồn phát sóng khác nhau như trạm phát sóng truyền hình, tram cao thế, … thì sóng phát ra từ các nguồn này sẽ gây nhiễu tín hiệu vệ tinh Do vậy, khi chọn điểm đặt máy cần chọn vị trí cách xa các trạm phát sóng nêu trên, ngoài ra cần chọn các anten có độ nhạy cao hơn, có khả năng chóng nhiễu [17]

1.1.4 Một số kỹ thuật đo GNSS

1.1.4.1 Đo GNSS 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 khoảng cách đo được từ các vệ tinh đến máy thu và tọa độ của các vệ tinh tại thời điểm đo Do nhiều nguồn sai số nên

độ chính xác vị trí điểm thấp, không dùng được cho việc đo đạc chính xác, dùng chủ yếu cho việc dẫn đường và các mục đích đo đạc có yêu cầu độ chính xác không cao Đối với phương pháp này chỉ sử dụng 1 máy thu tín hiệu vệ tinh [12]

1.1.4.2 Đo GNSS tương đối

Thực chất của phương pháp đo là xác định hiệu tọa độ không gian của 2 điểm

đo đồng thời đặt trên 2 đầu của khoảng cách cần đo (Baseline) Độ chính xác của phương pháp rất cao do loại trừ được nhiều nguồn sai số nên được sử dụng trong đo đạc xây dựng lưới khống chế trắc địa và các công tác đo đạc bản đồ các tỷ lệ Do bản chất của phương pháp nên cần tối thiểu 2 máy thu vệ tinh trong 1 thời điểm đo [12] Phụ thuộc vào quan hệ của các trạm đo trong thời gian đo mà người ta chia thành các dạng đo tương đối sau:

a) Đo GNSS tĩnh (Static)

Đây là phương pháp chính xác nhất vì nó sử dụng cả hai trị đo code và phase sóng tải Hai hoặc nhiều máy thu đặt cố định thu tín hiệu GPS tại các điểm cần đo tọa

độ trong khoảng thời gian thông thường từ 1 giờ trở lên

Thời gian đo kéo dài để đạt được sự thay đổi đồ hình vệ tinh, cung cấp trị đo dư

và giảm được nhiều sai số khác nhằm mục đích đạt độ chính xác cao nhất Đo GPS tĩnh tương đối đạt độ chính xác cỡ 1cm dùng cho các ứng dụng có độ chính xác cao nhất, như thành lập lưới khống chế trắc địa [12]

b) Đo GNSS tĩnh nhanh

Phương pháp này về bản chất giống như đo GPS tĩnh nhưng thời gian đo ngắn hơn Gọi là đo nhanh, tăng tốc độ đo là do giải nhanh được số đa trị nguyên Phương pháp đòi hỏi dữ liệu trị đo pha sóng tải và trị đo code Phương pháp đo tĩnh nhanh với

máy thu GPS 2 tần số chỉ có hiệu quả trên cạnh ngắn Thời gian đo tĩnh nhanh thay đổi

từ 8' ÷30' phụ thuộc vào số vệ tinh và đồ hình vệ tinh Số vệ tinh nhiều hơn 4 bảo đảm trị đo dư với đồ hình vệ tinh phân bố đều sẽ hỗ trợ việc tìm nhanh số đa trị nguyên và giảm thời gian định vị [12]

c) Đo GNSS động (Kinematic)

Theo Vũ Tiến Quang (2001), Đo GPS động - phương pháp mới trong đo vẽ bản

đồ tỷ lệ lớn, Phương pháp được tiến hành với 1 máy đặt tại trạm cố định (base station)

và một hoặc nhiều các máy khác (rover stations) di động đến các điểm cần đo tọa độ thu tín hiệu vệ tinh đồng thời Đo GPS động là giải pháp nhằm giảm tối thiểu thời gian

đo so với phương pháp GPS tĩnh nhưng vẫn đạt độ chính xác đo tọa độ cỡ cm [12] Tuỳ thuộc vào thời điểm xử lý số liệu đo xử lý ngay tại thực địa hay trong phòng sau khi đo, người ta chia thành 2 dạng, đo động thời gian thực RTK và đo động

xữ lý sau PPK

1.1.4.3 Đo GPS cải chính phân sai (DGPS - Differential GPS)

Là phương pháp đo GPS sử dụng kỹ thuật định vị tuyệt đối sử dụng trị đo code

có độ chính xác đo tọa độ 0,5m - 3m Nội dung của phương pháp đo là dùng 2 trạm đo trong đó 1 trạm gốc (Base station) có tọa độ biết trước và 1 trạm đo tại các điểm cần

đo tọa độ (Rover station) Trên cơ sở độ lệch về tọa độ đo so với tọa độ thực tại trạm gốc để hiệu chỉnh vào kết quả đo tại các trạm động theo nguyên tắc đồng ảnh hưởng Yêu cầu quan trọng khi đo phân sai là trạm tĩnh và trạm di động phải thu số liệu đồng thời, cùng số vệ tinh Có hai phương pháp cải chính phân sai [11]

- Cải chính vào cạnh

Sử dụng cạnh tính theo trị đo Code của trạm tĩnh tới từng vệ tinh và tìm độ lệch

so với khoảng cách thực của nó trên cơ sở tọa độ điểm gốc Các độ lệch này được dùng để cải chính cho chiều dài cạnh từ điểm cần định vị đến các vệ tinh tương ứng trước khi đưa cạnh vào tính tọa độ cho trạm động

-Cải chính vào tọa độ

Cũng tương tự với việc cải chính vào cạnh như trên, ở đây sẽ xác định được độ lệch về tọa độ giữa tọa độ tính được của trạm tĩnh và tọa độ thực của nó do ảnh hưởng của các nguồn sai số Các độ lệch đó được cải chính tương ứng vào tọa độ của trạm động Phụ thuộc vào thời điểm cải chính mà người ta chia thành các phương pháp đo cải chính phân sai sau

* Đo DGPS thời gian thực (Real Time DGPS)

Với phương pháp này, số cải chính được truyền từ trạm tĩnh tới trạm di động ngay trên thực địa để cải chỉnh cho tọa độ trạm di động và hiển thị kết quả tại thực địa

ngay trong khi đo Để thực hiện được như vậy, thiết bị đo cần có thêm máy phát và thu tín hiệu Radio Link để truyền tín hiệu cải chính

Là việc xác định nhanh số nguyên lần bước sóng từ vệ tinh đến anten máy thu

dựa vào việc thu tín hiệu vệ tinh (trị đo C/A.Code và trị đo Phase) tại 2 máy (trạm tĩnh

và trạm động) đồng thời trên 1 đường đáy (Baseline) Khi đã có được số nguyên đa trị thì việc giải tọa độ các điểm đo tiếp theo chỉ cần với số lượng ít trị đo (1-2 trị đo) [11] Đường đáy đã biết ở đây có thể chọn là 2 điểm đã biết tọa độ, có thể là 1 đoạn thẳng có độ dài xác định được định hướng theo hướng Bắc hoặc cũng có thể là 1 đoạn thẳng được đo theo phương pháp tĩnh Sau khi giải được số nguyên đa trị qua phép khởi đo, việc đo đạc các điểm khác được tiến hành chỉ cần thời gian đo ngắn (chỉ cần thu 1-2 trị đo) nếu cả trạm cố định (Base) và trạm động (Rover) đều duy trì được việc thu liên tục tín hiệu của ít nhất 4 vệ tinh Tọa độ của các điểm đo được tính với số liệu

đo ít do vậy số liệu đo được kiểm tra tại thực địa nếu số liệu thu được trong điều kiện không đảm bảo độ chính xác (PDOP lớn), thiết bị đo sẽ không cho phép đo Khi mất tín hiệu thu vệ tinh hoặc số lượng vệ tinh ít hơn 4 thì thông tin về số nguyên đa trị bị mất Việc khởi đo phải được tiến hành lại [11]

- Thủ tục quy chuẩn hệ tọa độ (Site Calibration)

Đo GPS động là một dạng đo GPS tương đối tức là chỉ xác định được số gia tọa

độ trong hệ WGS84 của điểm trạm động so với trạm tĩnh Để sử dụng được kết quả này về hệ tọa độ địa phương cần phải có thông số chuyển đổi Việc chuyển đổi đó gọi

là thủ tục quy chuẩn hệ tọa độ (Site Calibration)

Việc quy chuẩn hệ tọa độ có thể sử dụng cách sau:

Sử dụng 7 tham số tính chuyển

Để chuyển đổi từ hệ tọa độ GPS (WGS84) về hệ tọa độ địa phương cần có tham

số tính chuyển chính xác giữa 2 hệ thống tọa độ Các tham số đó là:

- 3 giá trị về đô lệch gốc tọa độ X, Y, Z.,

- 3 tham số về góc xoay của 3 trục tọa độ,

- 1 tham số là hệ số tỷ lệ

1.1.5.2 Các phương pháp đo GNSS động

a) Đo GNSS động thời gian thực (RTK - Real Time Kinematic)

Cách đo này ngoài các máy thu vệ tinh còn cần thêm hệ thống Radio Link truyền số liệu liên tục từ trạm cố định đến trạm di động và thiết bị xử lý số liệu gọn nhẹ Số nguyên đa trị (số nguyên lần bước sóng từ vệ tinh đến máy thu) được xác định nhanh nhờ giải pháp khởi đo (Initialization) và được duy trì bằng cách thu tín hiệu liên tục từ tối thiểu với 4 vệ tinh trong khi di chuyển máy thu đến điểm đo tiếp theo Phương pháp này cho phép giải được tọa độ điểm đặt máy trạm động ngay tại thực địa nhờ việc xử lý tức thời số liệu thu vệ tinh tại trạm cố định và trạm di động trên bộ xử

lý số liệu chuyên dụng đi kèm với trạm động tại thực địa, thời gian đo tại các điểm này rất ít chỉ cần 1 trị đo (1 epoch tuỳ theo chế độ lựa chọn) [11]

Nếu khu đo có các điểm có tọa độ trong hệ tọa độ địa phương bất kỳ có thể thực hiện việc đo đạc trong hệ tọa độ địa phương thông qua việc đo quy chuẩn hệ thống tọa

độ (Calibration)

b) Đo GNSS động xữ lý sau (PPK- Postprocessing Kinematic)

Đây là phương pháp đo sử dụng máy đo giống như phương pháp RTK để đo một loạt điểm định vị so với trạm tĩnh bằng cách di chuyển máy thu đến các điểm cần xác định tọa độ Tọa độ của các điểm đo có được sau khi xử lý số liệu trong phòng do vậy không sử dụng thiết bị truyền số liệu Radio Link Để có thể đo theo phương pháp này cần phải tiến hành việc khởi đo xác định số nguyên đa trị bằng cách đo tĩnh trên 1 đoạn thẳng sau đó mới đến đo tại các điểm cần xác định tọa độ với thời gian ngắn - tối thiểu đo 2 trị đo (2 epoch) Trong quá trình di chuyển đến điểm cần đo máy đo di động cần phải thu tín hiệu liên tục đến tối thiểu 4 vệ tinh [11]

Nếu trong quá trình di chuyển đến điểm cần đo tín hiệu của một trong 4 vệ tinh bị mất có nghĩa là số nguyên đa trị giải được qua phép khởi đo bị mất, do đó phải khởi đo lại bằng cách đưa máy thu quay lại điểm đo trước đó hoặc đo tĩnh trên một cạnh mới

Phương pháp này cho phép thu nhận tọa độ điểm đo có độ chính xác cỡ cm trên

cơ sở xử lý số liệu thu vệ tinh tại trạm cố định và trạm di động trên phần mềm xử lý số liệu chuyên dụng sau khi đo thực địa

1.1.6 Khái quát về công nghệ CORS

1.1.6.1 Khái niệm về CORS

Theo Phạm Công Khải, Trường Đại học Mỏ - Địa chất Hà Nội, CORS là tên viết tắt của cụm từ (Continuosly Operating Reference Station) Hệ thống trạm tham chiếu vận hành liên tục - CORS được định nghĩa là một hoặc nhiều trạm tham chiếu

GNSS vận hành liên tục, cố định, kết hợp máy tính chủ (Server) và hệ thống mạng internet truyền dữ liệu tạo thành một mạng lưới Thông qua những công tác đo đạc của khách hàng ở những khoảng thời gian, địa hình, điều kiện và mức độ khác nhau đã được trực tiếp truyền những trị đo của máy pha sóng tải, (khoảng cách giả), tham số thay đổi, tình trạng thông tin và những thông số khác có liên quan đến hệ thống phục

vụ của GNSS [8]

1.1.6.2 Công nghệ CORS

Theo dự án Xây dựng mạng lưới trạm định vị toàn cầu bằng vệ tinh trên lãnh thổ Việt Nam (Bộ Tài nguyên và Môi trường), Công nghệ CORS là công nghệ đo GNSS động độ chính xác cao với các trạm NRTK CORS với 3 giải pháp công nghệ sau:

a) Giải pháp LODG (Locally Optimized Differential GPS)

Giải pháp LODG (sở hữu độc quyền của ALSE) là hệ thống định vị chính xác theo thời gian thực sử dụng các trạm DGPS cố định để cung cấp tín hiệu cải chính cho các máy đo qua hệ thống GPRS và qua vệ tinh địa tĩnh

Từ các trạm tham chiếu GNSS cố định hoạt động liên tục, tín hiệu GNSS được truyền về Trung tâm xử lý số liệu qua đường Internet để phần mềm xử lý tự động tính toán các sai số và cung cấp số liệu cải chính tầng điện ly, tầng đối lưu, quỹ đạo chính xác của từng vệ tinh Số liệu cải chính được liên tục phát lên các trạm điện thoại di động BTS (Base Transmission Station) Tại hiện trường, các máy đo thu nhận tín hiệu GNSS trực tiếp từ vệ tinh, đồng thời nhận số liệu cải chính từ GPRS, hoặc từ vệ tinh địa tĩnh để xác định vị trí đo với độ chính xác đạt mức cm

Giải pháp LODG đã được thử nghiệm tại Việt Nam và trong vòng 10 đến 20 giây, máy đo thu được vị trí với độ chính xác từ 1-2cm mà không bị lệ thuộc vào tầm nhìn và khoảng cách của sóng radio Hạn chế lớn nhất của giải pháp này là khoảng cách giữa các trạm CORS rất ngắn, theo đó nếu triển khai trên diện rộng sẽ phải lắp đặt rất nhiều trạm ngoài ra khả năng xử lý của phần mềm cũng Tuy nhiên, với sự phát triển nhanh của khoa học công nghệ vấn để khoảng cách giữa các trạm CORS sẻ được giải quyết [2]

Hình 1.6 Sơ đồ minh họa giải pháp LODG

b) Mạng trạm tham chiếu ảo VRS và giải pháp của Trimble

Ý tưởng mạng trạm tham chiếu ảo (VRS) dựa trên cơ sở mạng lưới các trạm CORS kết nối liên tục với trung tâm xử lý Máy tính tại trung tâm xử lý thu nhận thông tin từ tất cả các máy thu trạm CORS và thiết lập cơ sở dữ liệu trực tuyến cải chính khu vực Số liệu cải chính này được sử dụng để tạo trạm tham chiếu ảo, không quá xa máy trạm di động Máy di động nhận và sử dụng số liệu từ trạm tham chiếu ảo cần ít nhất

ba trạm CORS được liên kết tới máy chủ bằng đường truyền Internet

Trước tiên, máy trạm di động xác định vị trí gần đúng và truyền các số liệu này tới trung tâm xử lý theo chuẩn NMEA-GGA Sau khi nhận được vị trí trạm di động, máy chủ Trung tâm sẽ kiểm tra, tính và truyền số liệu cải chính RTCM đến máy trạm

di động Ngay khi nhận được số liệu cải chính RTCM, máy trạm di động tính lời giải hiệu chỉnh, cập nhật và truyền số liệu vị trí mới tới trung tâm xử lý

Dựa vào vị trí mới, Trung tâm xác định chính xác vị trí trạm CORS ảo và cải chính RTCM của trạm ảo, sau đó gửi giá trị đo ảo và số liệu cải chính cho trạm di động bằng các giải pháp truyền thông hiện đại (ví dụ: mạng di động công nghệ GPRS) như hình a, b, c

Hình 1.7 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của mạng tham chiếu ảo VRS

Tùy theo khuôn dạng số liệu nhận được, máy trạm di động có thể xử lý theo kỹ thuật trị đo Code hay đo Phase để xác định các cạnh đo cơ sở theo giải pháp truyền thống Khi xử lý trị đo Phase, độ chính xác xác định vị trí tương đương như giải pháp RTK truyền thống với điều kiện khoảng cách giữa các trạm CORS trong mạng không vượt quá giới hạn (Khoảng cách lớn nhất 80km) [2]

Hình 1.8 Nguyên lý định vị bằng trạm tham chiếu ảo

c) Mạng Chính - Phụ (Master-Auxiliary)

Ý tưởng cơ bản của mạng chính - phụ (MAX) là truyền toàn bộ số liệu cải chính và thông tin về tọa độ của trạm CORS chính đến trạm di động theo chuẩn thông báo RTCM phiên bản 3.0 kiểu 104 (RTCM, 2004) Đối với các trạm khác trong mạng (gọi là trạm phụ, sub-network) thì chỉ truyền các tín hiệu cải chính và tọa

độ Các số liệu này được tính giữa trạm chính và từng trạm phụ sau đó được nén và truyền đến máy thu trạm di động với độ tin cậy cao Như vậy, lượng thông tin truyền thông sẽ giảm và số lượng thông báo cũng ít hơn Trạm di động sử dụng các số liệu nhận được để nội suy sai số hay khôi phục lại toàn bộ số liệu cải chính từ các trạm CORS trong mạng, để tính các đường cơ sở theo phương pháp truyền thống [2]

1.1.6.3 Cấu trúc trạm CORS

Cấu trúc trạm CORS bao gồm hai bộ phận chính:

- Bộ phận trạm chuẩn NRS

Trạm thu được đặt ở nơi an toàn, thông thoáng, ít bị ảnh hưởng của hiệu ứng

đa đường dẫn, lưới điện ổn định Hệ thống máy thu là loại NRS NET S8, sử dụng bo mạch chủ của Trimble BD970, 220 kênh, hỗ trợ thu tín hiệu vệ tinh GPS, Glonass, Compass; hỗ trợ GIOVE - A; GIOVE - B, tần suất thu thập có thể đạt 50 Hertz Hệ thống có cổng kết nối đa năng, có khả năng phục hồi sau khi mất điện và tự động hoạt động liên tục như cài đặt ban đầu; trường hợp sau khi bị ngắt mạng internet vẫn bảo lưu số liệu và sau khi kết nối được với mạng thì số liệu tiếp tục tự động trút vào máy

- Trung tâm điều khiển của hệ thống NRS

Trung tâm xử lý số liệu, thông qua máy tính chủ (Server) được kết nối với một được truyền Internet riêng và được đăng ký một IP tĩnh, có thể phân cấp quản lý, tùy theo từng đối tượng người sử dụng bằng hai phần mềm đi kèm: NRS-Center (phục vụ tính toán số liệu, phân bổ số liệu trạm thu tĩnh) và NRS-Server cung cấp thông tin sai phân cho điểm đo di động Tiến hành xử lý số liệu của mạng lưới đo động RTK, đồng thời hiệu chỉnh các số nguyên đa trị của toàn mạng, thiết lập mô hình cải chính (gồm cải chính sai số tầng đối lưu, tầng điện ly, quỹ đạo vệ tinh)

1.1.6.4 Xử lý dữ liệu mang trạm CORS

Trung tâm xử lý thu nhận, phân tích, mô hình hóa các yếu tố ảnh hưởng đến các trị đo, cung cấp dữ liệu cho người sử dụng để xác định vị trí thời gian thực có độ chính xác cao

Quy trình xử lý dữ liệu của hệ thống mạng các trạm CORS được tóm tắt qua 3 giai đoạn như sau:

Giai đoạn 1: Tiền xử lý dữ liệu các trạm CORS thời gian thực

Tiền xử lý thực chất là giải quyết số nguyên đa trị dựa trên các hiệu kép giữa các cặp trạm thu và cặp vệ tinh;

Giai đoạn 2: Tính các tham số mô hình số hiệu chỉnh

Tính các tham số của mô hình số hiệu chỉnh được gọi là nội suy và mục tiêu là ước lượng các nguồn sai số GNSS trong vùng phủ sóng của mạng các trạm CORS

Giai đoạn 3: Xác định dữ liệu quy chiếu và các tham số mô hình hiệu chỉnh

của trạm CORS quy chiếu truyền cho người sử dụng thông qua hệ thống internet

1.1.6.5 Nguyên lý hoạt động của trạm CORS

Theo Lương Xuân Vinh và Lương Thanh Thạch, Giáo trình Định vị vệ tinh và xây dựng lưới Để CORS có thể hoạt động được thì trạm tham chiếu hoạt động liên tục phải được kết nối với người sử dụng [19] Công tác đó được tiến hành với hai giải pháp kết nối cơ bản sau:

Giải pháp 1: Tại trạm xử lý trung tâm, mô hình cải chính được tính toán từ các

số liệu quan trắc của cả hệ thống trạm Cors và được phát đi rộng rãi trên thông qua hệ thống truyền phát tin Máy thu của người sử dụng (rover) trong vùng phủ sóng của trạm Cors sẽ nhận được thông tin cải chính từ mô hình này, tiến hành hiệu chỉnh số cải chính vào kết quả định vị tuyệt đối Giải pháp này, trạm Cors đóng vai trò như trạm DGPS Ưu điểm của phương pháp là không bị hạn chế về số lượng người sử dụng nhưng cho độ chính xác thấp hơn giải pháp sử dụng trạm tham chiếu ảo VRS

Giải pháp 2: Sử dụng trạm tham chiếu ảo (VRS) Trạm sử dụng (rover) gửi tọa

độ gần nhất đến trung tâm xử lý, trung tâm xử lý tạo ra trạm tham chiếu ảo (gần khu vực đo) với tọa độ tương ứng Trạm sử dụng tính toán vị trí tương đối giữa trạm sử dụng và trạm tham chiếu, trên cơ sở đó sẽ xác định được tọa độ chính xác hơn cho điểm đặt máy Ưu điểm của giải pháp này là cho độ chính xác cao hơn giải pháp 1 Nhược điểm là số người dùng bị hạn chế

1.2 CƠ SỞ THỰC TIỂN CỦA VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.2.1 Vai trò của hệ thống trạm CORS

Theo Tuyển tập báo cáo Hội nghị khoa học, công nghệ toàn quốc ngành đo đạc

và bản đồ xuất bản tháng 10 năm 2018, thì các ứng dụng công nghệ GNSS đã được áp dụng rộng trong lĩnh vực đo đạc và bản đồ và bước đầu được triển khai trong các lĩnh khác của xã hội Tuy nhiên do hệ thống hỗ trợ mặt đất và các dịch vụ cung cấp tính hiệu cải chính, các mô hình cải chính còn hạn chế về phương thức cung cấp và độ chính xác, độ tin cậy… nên để việc khai thác ứng dụng công nghệ GNSS trong phát triển kinh tế xã hội được tiến hành một cách sâu rộng hơn nữa, cần phải đầu tư một cơ

sở hạ tầng công nghệ GNSS đầy đủ - Hệ thống trạm CORS [13]

Thực tế đang được đặt ra yêu cầu phát triển cơ sở hạ tầng đo đạc một cách hoàn chỉnh, trong đó hệ thống trạm CORS là một cơ sở hạ tầng đa dụng không thể thiếu, đã được phát triển ở nhiều quốc gia trên thế giới và Việt Nam cũng không phải là ngoại

lệ Việc nghiên cứu địa động lực học quốc gia và xuyên quốc gia, các nhiệm vụ đo đạc khoa học có độ chính xác cao và cả đo đạc chi tiết đều gắn liền với hệ thống trạm CORS trong đó bao gồm các trạm tại Việt Nam và các quốc gia lân cận

Một phần mạng trạm lưới CORS Việt Nam trong tương lai sẽ tham gia hòa mạng với mạng lưới của tổ chức dịch vụ GNSS quốc tế (IGS), để thường xuyên nhận được tọa độ có độ chính xác cao trong khung quy chiếu Trái đất quốc tế (ITRF) Đây

là cơ sở để phát triển các mạng lưới GNSS độ chính xác cao tại Việt Nam, phục vụ xây dựng hệ tọa độ động, xác định mặt geoid độ chính xác cao và nghiên cứu dịch chuyển vỏ trái đất trên lãnh thổ Việt Nam theo chiến lược phát triển ngành Đo đạc và bản đồ Việt Nam đến năm 2020 [13]

Trên thực tế, các quốc gia trên thế giới và lân cận Việt Nam đã và đang cung cấp độ chính xác thỏa mãn các yêu cầu của ngành đo đạc và bản đồ, cũng như đáp ứng nhu cầu của tất cả các ngành ứng dụng khác

1.2.2 Một số mô hình trạm CORS trên thế giới

1.2.2.1 Hệ thống trạm CORS của Mỹ

Lương Xuân Vinh và Lương Thanh Thạch, Giáo trình Định vị vệ tinh và xây dựng lưới thì Hệ thống định vị toàn cầu GPS được sinh ra từ Mỹ, và với công nghệ CORS, một lần nữa Mỹ lại khẳng định được vị trí siêu cường của mình trong lĩnh vực công nghệ định vị vệ tinh, công nghệ tin học và công nghệ mạng [17] Lý thuyết về công nghệ CORS được các nhà khoa học Mỹ đưa ra đầu tiên và cũng chính Mỹ là nước tiên phong xây dựng hệ thống trạm CORS trên lãnh thổ của mình Cho đến nay, đây là quốc gia có mạng lưới của hệ thống trạm CORS mạnh nhất về số lượng và chất lượng Tại thời điểm năm 2008, các trạm thu tín hiệu vệ tinh cố định của hệ thống CORS thuộc tầm kiểm soát của quốc gia Mỹ vào khoảng 1350 trạm Vị trí các trạm CORS được xác định trong hệ quy chiếu thực dụng NAD83 với độ chính xác cỡ 1-2

cm và cũng được xác định trong khung quy chiếu quốc tế ITRF mới nhất Ở Bắc Mỹ còn có hệ thống điểm khống chế “tích cực” của Canada, có tác dụng tương tác hệ thống trạm CORS của Mỹ.Từ đó đến nay, số lượng trạm không ngừng được tăng lên với tốc độ khoảng 15 trạm/tháng Chính vì thế, Mỹ đã khai thác được rất nhiều tính năng ưu việt của hệ thống để ứng dụng vào công tác nghiên cứu khoa học cũng như các hoạt động thực tiễn, mang lại lợi ích khổng lồ về mặt kinh tế

1.2.2.2 Hệ thống trạm CORS ở Hungary

Mạng các trạm CORS của Hungary được xây dựng theo các chuẩn EUPOS Các

tổ chức quản lý và vận hành liên quan đến hạ tầng mặt đất GNSS của Hungary

Mạng các trạm CORS của Hungary bắt đầu được thiết kế và phát triển từ cuối những năm 2005 Sau khi thử nghiệm hoạt động hai năm, năm 2008, Trung tâm dịch

vụ GNSS bắt đầu cung cấp hiệu chỉnh mạng DPGS/RTK cho hệ thống người sử dụng rộng rãi Mạng cung cấp dữ liệu hiệu chỉnh thời gian thực DGPS/RTK của Hungary hiện nay có 35 trạm CORS

Trạm CORS chủ yếu được lắp đặt tại các sở quản lý đất đai để đảm bảo nguồn điện 24/24 cho mạng máy tính Các sở quản lý đất đai cũng có đường thuê bao riêng đến tới các máy chủ Trung tâm Phần lớn các trạm CORS thuộc nhà nước nhưng trong

đó cũng có các trạm thuộc sở hữu tư nhân nhưng được quản lý chung về kỹ thuật của trung tâm dịch vụ

Ngoài chức năng dịch vụ của RTK, một số mạng CORS còn liên kết trực tiếp tới các trung tâm dịch vụ GNSS khu vực (Châu Âu) và quốc tế (IGS) để tham gia vào việc bảo trì các khung quy chiếu trắc địa (hệ tọa độ) khu vực, toàn cầu và các chương trình nghiên cứu khoa học Các trạm CORS có các chức năng này được thiết kế và xây dựng theo các tiêu chuẩn kỹ thuật chặt chẽ hơn các trạm chỉ có chức năng dịch vụ mạng RTK Trung tâm dịch vụ GNSS của Hungary có thể cung cấp các dịch vụ dữ liệu như: dịch vụ dữ liệu xử lý sau, dịch vụ GNSS thụ động, dịch vụ dữ liệu thời gian thực, dịch vụ dữ liệu hiệu chỉnh phân sai DGPS

Dịch vụ dữ liệu xử lý sau: cung cấp dữ liệu RINEX từ các trạm CORS và dữ liệu RINEX ảo Trung tâm sẽ chỉ cung cấp dữ liệu RINEX ảo theo tọa độ gần đúng do người sử dụng cung cấp nếu trong phạm vi 10km không có trạm CORS nào, dữ liệu này chỉ được áp dụng ở những khu vực có khả năng xử lý dữ liệu mạng thời gian thực Dịch vụ GNSS tự động: dịch vụ này xử lý dữ liệu do người cung cấp Các dữ liệu mạng lưu trữ đảm bảo xử lý tự động các dữ liệu do người sử dụng cung cấp cho

30 ngày trở về trước Người sử dụng có thể họn một trong hai dịch vụ xử lý là: xử lý

dữ liệu đo tĩnh và xử lý dữ liệu đo động

Dịch vụ dữ liệu thời gian thực: dịch vụ cung cấp các dữ liệu hiệu chỉnh DGPS thời gian thực độ chính xác dm và các dữ liệu hiệu chỉnh RTK thời gian thực và dữ liệu hiệu chỉnh mạng RTK có độ chính xác đến cm

Dữ liệu hiệu chỉnh phân sai DGPS chủ yếu sử dụng cho những máy thu một tần

số yêu cầu dữ liệu độ chính xác dm trong lĩnh vực thông tin địa lý, dẫn đường…[10] Với các ứng dụng trong trắc địa, người sử dụng có thể yêu cầu dữ liệu hiệu chỉnh đo động thời gian thực RTK và dữ liệu hiệu chỉnh mạng RTK với độ chính xác cm

1.2.2.3 Hệ thống GNSS CORS – Malaysia

Năm 1997, Jupem (Cục đo đạc và bản đồ Malaysia) đã phát triển hệ thống dữ liệu thời gian thực với mạng lưới trạm GPS tích cực MASS MASS là mạng lưới quốc gia cấp 0 gồm 18 trạm theo dõi vệ tinh GPS liên tục Các trạm này bắt đầu thu thập dữ liệu từ năm 1998, MASS cung cấp dữ liệu quan trắc sử dụng trong khảo sát, địa động lực, nghiên cứu khoa học - kỹ thuật….Hệ thống các trạm MASS này được thay thế bằng hệ thống mạng lưới MyRTKNet( Malaysia Real-Time Kinematic GNSS Network) từ tháng 6 năm 2007 MyRTKNet với 27 trạm RTK bao phủ toàn bộ bán đảo Malaysia và thành phố lớn ở Sabah và Sarawak.Tính đến tháng 4 năm 2010, mạng lưới MyRTKNet có khoảng 78 trạm với khoảng cách mỗi trạm từ 30 đến 120km, sử dụng

kĩ thuật trạm tham chiếu ảo VRS cung cấp dữ liệu thời gian thực tế với độ trễ dưới 1 giây.Trong giới hạn của MyRTKNet cung cấp dữ liệu xữ lí GNSS VRS với độ chính xác từ 1-3cm về mặt bằng và từ 3- 6cm về độ cao.Khi trạm rover quá xa các trạm quy chiếu, MyRTKNet cung cấp dữ liệu xử lí sau dạng trạm đơn(base) cho các ứng dụng

đo tĩnh, cho phép định vị với độ chính xác 1cm thậm chí đến minimet Dữ liệu cung cấp xử lí sau ở dạng tiêu chuẩn RINEX( Receiver Independent Exchange fomat) Một số ứng dụng của MyRTKNet có thể kể đến như:

- Trong khảo sát đo đạc bản đồ: xây dựng thành lập bản đồ, đo đạc đia chính, hệ thống GIS kết hợp…

- Trong giao thông vận tải, điều hướng: định vị thời gian thực, hệ thống giao thông thông minh, lộ trình tuyến xe…

- Môi trường: giám sát đo dòng thủy triều, ngăn chặn và theo dõi vụ tràn dầu… Địa động lực: giám sát biến dạng mặt đất, xoay vòng và biến đổi giám sát khí quyển, ứng dụng địa động lực…[10]

1.2.2.4 Hệ thống CORS của Nhật Bản

Nhật Bản là quốc gia hải đảo, hình vòng cung có diện tích tổng cộng là 379.954 km2 Thủ đô của Nhật Bản là Tokyo, dân số của Nhật Bản tính đến năm 2012 là 127.6 triệu người Nhật Bản nằm trên đường ranh giới giữa bốn mảng kiến tạo địa chất của Trái Đất, bởi vậy chịu ảnh hưởng của sự dịch chuyển của mảng Thái Bình Dương tiến

về phía mảng Âu – Á Chính nằm trên vị trí vậy mà mỗi năm Nhật Bản đều chịu sự di chuyển của mảng Thái Bình Dương, tạo nên sự chuyển động dưới lòng đại dương và gây nên sự phun trào từ các ngọn núi lửa Vị trí địa lý của Nhật Bản khiến nước này chịu nhiều ảnh hưởng thiên tai nhất trên thế giới [1]

Việc xây dựng mạng lưới GNSS CORS hoạt động liên tục, giúp cho việc theo dõi sự chuyển động các mảng kiến tạo hay sự di chuyển của các dòng hải lưu, hạn chế được những ảnh hưởng mà thiên tai mang lại

Tính đến năm 2014, đất nước Nhật Bản đã có trên 1.550 trạm CORS hoạt động liên tục và trung bình khoảng cách các trạm là 20km, qua đó cho thấy mạng lưới GNSS CORS của Nhật Bản hết sức dày đặc

Ứng dụng quan trọng nhất của trạm GNSS CORS tại Nhật Bản là theo dõi sự chuyển động kiến tạo của vỏ Trái đất và cục bộ [1]

1.2.3 Mạng lưới trạm CORS ở Việt Nam

1.2.3.1 Hệ thống trạm quan trắc cố định GNSS tại Việt Nam

Theo Dự án đầu tư xây dựng mạng lưới trạm định vị toàn cầu bằng vệ tinh trên lãnh thổ Việt Nam (2015) thì hiện tại Việt Nam có 12 trạm DGPS Bộ Tài nguyên và Môi trường đang quản lý 06 trạm DGPS Đây là các trạm ngoài việc phục vụ cho việc

đo tĩnh còn có khả năng cung cấp tín hiệu cải chính phân sai với độ chính xác tương đối cao để phục vụ cho nhiều mục đích khác nhau Trong số 06 trạm này có 04 trạm thuộc hệ thống trạm quốc gia là Đồ Sơn, Điện Biên, Vũng Tàu và Quảng Nam, 02 trạm còn lại là Hà Giang và Cao Bằng được xây dựng để phục vụ công tác phân giới cắm mốc trên đất liền Việt Nam - Trung Quốc

Bộ Quốc phòng sử dụng 6 trạm MSK Beacon bao gồm: Móng Cái, Đà Nẵng, Phú Quốc, Trường Sa, Cửa Lò (Nghệ An) và Cam Ranh (Khánh Hòa), đây là các trạm thuộc

Dự án Xây dựng Hệ quy chiếu và Hệ tọa độ quân sự Các trạm DGPS MSK Beacon của

Bộ Quốc Phòng được triển khai dựa hoàn toàn trên thiết kế kỹ thuật mới [2]

1.2.3.2 Hệ thống trạm CORS ở Việt Nam

Xây dựng mạng lưới trạm định vị toàn cầu bằng vệ tinh trên lãnh thổ Việt Nam” là một trong những dự án trọng điểm của Cục Đo đạc và Bản đồ Việt Nam, được Bộ Tài nguyên và Môi trường giao triển khai Với việc triển khai Dự án này, công nghệ và hạ tầng kỹ thuật của ngành đo đạc, bản đồ Việt Nam sẽ có bước ngoặt lớn góp phần thúc đẩy ứng dụng công nghệ mới, tăng năng suất lao động trong lĩnh vực đo đạc, bản đồ; phục vụ tích cực cho công tác xây dựng hệ thống quy chiếu động, tham gia vào hệ thống lưới địa động lực quốc tế Đồng thời hiện đại hóa cơ sở

hạ tầng đo đạc và bản đồ [20]

Hiện tại Việt Nam đang triển khai xây dựng 65 trạm định vị vệ tinh trên toàn quốc trong đó có 24 trạm Geodetic CORS, 41 trạm NRTK CORS (Network Real Time Kinematic CORS) Cụ thể như sau: Đối với 24 trạm Geodetic CORS sẽ được xây dựng phân bố đều trên phạm vi toàn quốc với khoảng cách các trạm từ 150 km - 200 km Số lượng mốc cần chôn mốc là 20 mốc, 04 mốc còn lại được tận dụng từ các trạm DGPS hiện có do Bộ Tài nguyên và Môi trường quản lý, sử dụng Trong số 24 trạm Geodetic

có 18 trạm được lắp đặt vào vị trí các trạm DGPS hiện có do Bộ Tài nguyên và Môi trường đang khai thác và quản lý, 02 trạm được lắp đặt vào vị trí các trạm GPS cố định

hiện có thuộc dự án phân giới cắm mốc biên giới Việt Nam - Trung Quốc; Đối với 41 trạm NRTK CORS được phân bố thành 3 khu vực trọng điểm với khoảng cách giữa các mốc từ 50 km - 80 km Khu vực phía Bắc bố trí đặt 14 trạm NRTK (trong đó có 01 trạm xử lý trung tâm đặt tại Hà Nội), khu vực miền Trung bố trí đặt 07 trạm NRTK, một phần khu vực Tây Nguyên và khu vực trạm Nam Bộ được bố trí đặt 20 trạm NRTK Về cơ bản các mốc NRTK đều được bố trí trong các trạm quan trắc khí tượng thủy văn Có 02 trạm không đặt lồng ghép với trạm khí tượng thủy văn đó là: trạm xử

lý trung tâm có tích hợp trạm NRTK được đặt tại trụ sở Cục Đo đạc và Bản đồ Việt Nam và trạm NRTK tại huyện Phú Giáo, tỉnh Bình Dương được đặt tại Phòng Tài nguyên và Môi trường huyện Phú Giáo, tính Bình Dương [2]

Việc hình thành lưới CORS (Continously operating Reference Station) GNSS thống nhất, tích hợp hạ tầng GPS (Global positioning system) rời rạc hiện có tạo ra lưới CORS GNSS thống nhất dựa trên giao thức kết nối TCP/IP; cung cấp số liệu đo tự động thời gian thực theo phương thức NTRIP (Network Transport of RTCM via Internet Protocol) đảm bảo cung cấp số liệu GNSS độ chính xác nằm trong khoảng 3-5 dm; đảm bảo cung cấp dịch vụ RTK (Real Time Kinematic) độ chính xác 2-4 cm; đảm bảo cung cấp số liệu xử lý sau GNSS độ chính xác cỡ mm,… là những mục tiêu rất cụ thể, có tính định lượng được đặt ra [2]

Hệ thống trạm CORS này sẽ cung cấp rộng rãi số liệu hiệu chỉnh GNSS độ chính xác cao thời gian thực và xử lý sau phục vụ các nhu cầu của xã hội, theo dõi biến đổi khí hậu, giám sát tài nguyên môi trường, đảm bảo an ninh quốc phòng và các nhu cầu của xã hội; hiện đại hóa cơ sở hạ tầng đo đạc và bản đồ thúc đẩy ứng dụng công nghệ mới, góp phần tăng năng suất lao động trong lĩnh vực đo đạc và bản đồ, phục vụ cho công tác xây dựng hệ quy chiếu động, tham gia vào hệ thống lưới địa động lực quốc tế [2]

Hiện nay, Cục Đo đac bản đồ và Thông tin địa lý Việt Nam đã hoàn thành 17 trạm cho khu vực phía Bắc

Hình 1.9 Sơ đồ phân bố các trạm CORS trên lãnh thổ Việt Nam

Một số hệ thống trạm CORS khác ở Việt Nam

Ở Việt Nam hiện nay, hệ thống trạm CORS của các công ty tư nhân phát triển khá mạnh mẽ nhằm mục đích kinh doanh tính hiệu hiệu chỉnh và cung cấp các thiết bị định vị bằng công nghệ đo động thời gian thực

- Hệ thống trạm CORS của công ty TAST JSC phát triển và khai thác các trạm CORS cho mục đích thương mại, Hiện nay, công ty TAST JSC đang tập trung phát triển và khai thác các trạm CORS cho mục đích định vị tọa độ, độ cao trong hệ tọa độ Quốc gia VN2000 hoặc hệ tọa độ, độ cao độc lập công trình phục vụ cho công tác đo đạc bản đồ, khảo sát địa hình, các thiết bị hệ thống các trạm CORS của công ty TAST JSC được sản xuất bởi hãng Trimble - Mỹ và Leica - Thụy Sỹ, tầm hoạt động hiệu quả

của trạm Cors trong bán kính từ 00–>40km; các công tác đo đạc định vị không cần độ chính xác cao (> 3cm) thì tầm hoạt động của trạm Cors có thể lên đến 70km, hiện công

ty đã xây dựng được hơn 30 trạm CORS trên toàn quốc [21]

- Hệ thống trạm CORS của công ty công nghệ Nguyễn Kim được xây dựng trên toàn quốc, các thiết bị hệ thống các trạm CORS của công ty công nghệ Nguyễn Kim được sản xuất bởi hãng South theo công nghệ của Trimble và Leica, với điều kiện cơ

sở hạ tầng kỹ thuật tại Quảng Trị trong bán kính ≤20 km tính từ trạm CORS độ chính xác đạt < 3cm, các công tác đo đạc định vị không cần độ chính xác cao (> 3cm) thì tầm hoạt động của trạm Cors có thể lên đến 50km Quá trình truyền tính hiệu được thực hiện thông qua dịch vụ 3G, 4G [22]

Hình 1.10 Hệ thống trạm cors của công ty Nguyễn Kim

1.2.4 Mạng lưới trạm CORS ở tỉnh Quảng Trị

Mạng lưới trạm CORS ở Quảng Trị do công ty công nghệ Nguyễn Kim bắt đầu xây dựng năm 2017, hiện nay tại tỉnh Quảng Trị có 3 trạm đang hoạt động bao gồm: Trạm Đông Hà (QTĐH) đặt tại Trung tâm Kỹ thuật Tài nguyên và Môi trường; Trạm Hải Lăng (QTHL) đặt tại xã Hải Vĩnh, huyên Hải Lăng; Trạm Vĩnh Linh (QTVL) đặt tại thị trấn Hồ Xá và Trạm Khe Sanh (QTKX) đặt tại thị trấn Khe Sanh Huyện Hướng