BÀI GIẢNG ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GNSS (DÀNH CHO đh6tđ)

KHOA TRẮC ĐỊA, BẢN ĐỒ VÀ THÔNG TIN ĐỊA LÝ BỘ MƠN TRẮC ĐỊA CAO CẤP – CƠNG TRÌNH BÀI GIẢNG ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GNSS (DÀNH CHO ĐH6TĐ) Giảng viên biên soạn: Đinh Xuân vinh Ngô Thị Mến Thương Năm 2018 LỜI NĨI ĐẦU Bài giảng “Ứng dụng cơng nghệ GNSS” biên soạn theo đề cương chi tiết môn học “Ứng dụng công nghệ GNSS”, thuô ̣c chương trình đào tạo hệ Đại học chính quy, ngành Trắc địa - Bản đồ, thông tin địa lý Mục tiêu của giảng nhằm giúp sinh viên tiếp câ ̣n ứng dụng của công nghệ GNSS, sở đó có thể áp dụng để giải quyết các nhiệm vụ thực tiễn đồng thời có khả câ ̣p nhâ ̣t thêm các thông tin chuyên môn có liên quan Mục lục Chương ỨNG DỤNG GNSS TRONG TRẮC ĐỊA CÔNG TRÌNH .4 1.1 Xây dựng lưới trắc địa cơng trình .4 1.2 Đo vẽ dờ địa hình tỷ lệ lớn 20 1.3 Chuyển thiết kế thực địa .28 1.4 Ứng dụng GPS xây dựng cơng trình cao tầng 28 1.5 Quan trắc chủn dịch, biến dạng cơng trình 33 Chương 2.ỨNG DỤNG GNSS TRONG ĐO ĐẠC ĐỊA CHÍNH .35 2.1 Xây dựng lưới địa cấp .35 2.2 Đo vẽ thành lâ ̣p đờ địa 37 2.3 ĐO KIỂM KÊ ĐẤT, PHÂN LOẠIĐẤT VÀ CẬP NHẬT THƠNG TIN ĐỊA CHÍNH 42 2.4 ĐO KIỂM TRA, NGHIỆM THU BẢN ĐỒ ĐỊA CHÍNH 44 Chương ỨNG DỤNG GNSS TRONG XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU 45 3.1 Xác định vị trí các đối tượng mặt đất .45 3.2 Thu thâ ̣p thơng tin th ̣c tính gắn với vị trí không gian 49 3.3 Ứng dụng công nghệ Mobile GIS 59 3.2 Sử dụng đồ với GNSS .64 3.4 Tích hợp GIS GNSS dẫn đường tìm kiếm 69 Chương ỨNG DỤNG GNSS TRONG NGHIÊN CỨU TRÁI ĐẤT .71 4.1 Nghiên cứu địa đô ̣ng lực và địa chất .71 4.2 Nghiên cứu tầng điện ly khí quyển .72 4.3 Ứng dụng GNSS nghiên cứu biển 74 Chương ỨNG DỤNG GNSS TRONG CÁC LĨNH VỰC KHÁC 79 5.1 Ứng dụng GNSS quân sự 79 5.2 Ứng dụng GNSS giao thông vâ ̣n tải 79 5.3 Ứng dụng GNSS Tìm kiếm cứu hơ ̣ 81 5.4 Thể thao giải trí 81 5.5 Ứng dụng GNSS Nông nghiệp 81 5.6 Ứng dụng GNSS y tế .81 Chương ỨNG DỤNG GNSS TRONG TRẮC ĐỊA CÔNG TRÌNH Khi xem xét việc hoàn chỉnh hệ quy chiếu hệ toạ ̣ quốc gia, Tổng cục Địa nhâ ̣n thấy mô ̣t số yếu tố về công nghệ cần nghiên cứu thêm để sự lựa chọn phù hợp cho giai đoạn phát triển tiếp theo Các định hướng sau xác định: Công nghệ GPS xác định công nghệ định vị của tương lai và áp dụng rô ̣ng rãi hầu hết mục đích kinh tế quốc phịng, vâ ̣y hệ quy chiếu cần xác định phù hợp với việc áp dụng công nghệ GPS Có thể sử dụng cơng nghệ GPS khoảng cách dài để xây dựng lưới toạ đô ̣ sở cạnh dài có đô ̣ chính xác cao hạng I, mô ̣t mặt để kiểm tra lại ̣ xác trị đo trùn thống mặt khác nâng cao ̣ xác hệ thống điểm sở toạ ̣ Xác định xác mối liên hệ hệ quy chiếu quốc gia với hệ quy chiếu quốc tế, tạo điều kiện thuâ ̣n lợi để giải qút tốn tồn cầu, khu vực Nghiên cứu xác định mô ̣t hệ toạ đô ̣ phẳng hợp lý so với hệ thống sử dụng, phù hợp với tâ ̣p quán quốc tế 1.1 XÂY DỰNG LƯỚI TRẮC ĐỊA CƠNG TRÌNH Việc thiết kế kỹ thuâ ̣t lưới tọa đô ̣ nhằm đảm bảo các yêu cầu về kỹ thuâ ̣t và đảm bảo tính thống cho toàn bô ̣ mạng lưới tọa đô ̣ quốc gia đồng thời là sở cho việc dự toán kinh phí triển khai Lưới tọa đô ̣ thi công thiết kế kỹ thuâ ̣t - dự toán cấp có thẩm quyền phê duyệt Lưới tọa đô ̣ triển khai tuần tự theo các bước: Thiết kế sơ bô ̣, khảo sát thực địa, thiết kế chính thức a/ Thiết kế sơ bô ̣: Trên sở các tài liệu thu thâ ̣p được, tiến hành thiết kế sơ bô ̣ mạng lưới Nguyên tắc của bước này sử dụng tất các điểm tọa đô ̣ hạng cao, đô ̣ cao hạng cao có khu đo kết hợp với các tài liệu về giao thông, thủy hệ, điều kiện địa chất để tiến hành thiết kế sơ bô ̣ lưới theo các tiêu kỹ thuâ ̣t cấp hạng b/ Khảo sát thực địa: Việc khảo sát thực địa tiến hành sau bước thiết kế sơ bô ̣ Trên sở thiết kế sơ bô ̣ tiến hành khảo sát toàn bô ̣ khu vực cần thiết kế đó đặc biệt lưu ý tới các thông tin về sự tồn của các điểm tọa đô ̣ hạng cao, đô ̣ cao hạng cao ở thực địa khả sử dụng các điểm này cho đo ngắm Đối với các mốc thiết kế mới, phải lưu ý khả chọn điểm ở các khu vực địa hình khó khăn, dân cư đông đúc Kết thúc quá trình khảo sát phải lâ ̣p báo cáo khảo sát phục vụ cho việc thiết kế chính thức c/ Thiết kế chính thức: Trên sở thiết kế sơ bô ̣ kết hợp với báo cáo khảo sát tiến hành thiết kế chính thức Kết thúc bước công việc này phải thể sơ đồ mạng lưới thiết kế máy vi tính kèm theo các thuô ̣c tính bản; số hiệu điểm, tọa đô ̣ gần đúng của điểm hệ tọa đô ̣ VN-2000 Trên sơ đồ thiết kế chính thức phải sử dụng các ký hiệu rõ ràng và thống để thể các điểm tọa đô ̣ hạng cao, các điểm đô ̣ cao hạng cao có sử dụng và các điểm tọa đô ̣ có đo nối đô ̣ cao 1.1.1.Thiết kế Để thiết kế lưới GPS cần có đồ địa hình với tỷ lệ thích hợp Ngoài có thể sử dụng các đồ giao thông để phục vụ cho mục đích này Vị trí của tất các điểm GPS dự kiến với các điểm gốc biết cần triển lên đồ Có thể sử dụng đồ mạng Internet Google Earth Sau vị trí các điểm của mạng lưới triển vẽ lên đồ, có thể tiến hành công tác khảo sát thực địa Mục đích của công đoạn khảo sát thực địa là nhằm xác định lại các điều kiện đo (khả thu tín hiệu) điểm và phương án di chuyển máy đo lưới Tại điểm GPS, người khảo sát cần xem cụ thể, xung quanh điểm có các vâ ̣t phản xạ gây nhiễu tín hiệu hay không, có bảo đảm yêu cầu góc ngưỡng 15º(hoặc 20º) hay không Tốt là điểm GPS phải bảo đảm mô ̣t khoảng thông thoáng lên thiên đỉnh có dạng hình nón, với góc ở đỉnh hình nón khoảng 150º (hình 1.1) Tài liệu về lưới khống chế mặt bằng và đô ̣ cao có khu đo, kèm theo báo cáo tổng kết về kỹ thuâ ̣t thành lâ ̣p lưới; Các tài liệu về địa chất công trình, địa chất thuỷ văn, giao thông, thuỷ hệ và các tài liệu liên quan đến qui hoạch phát triển của khu đo Hình 1.1 Điều kiện thơng thoáng điểm đo [4] Việc thiết kế lưới GPS phải vào yêu cầu thực tế và sở điều tra nghiên cứu kỹ các tài liệu gốc, số liệu gốc có khu vực xây dựng công trình, lưới GPS các điểm không cần nhìn thấy nhau, để có thể tăng dày lưới bằng phương pháp đo truyền thống, điểm GPS cần phải nhìn thông đến ít mô ̣t điểm khác Khi thiết kế lưới, để tâ ̣n dụng các tư liệu trắc địa, đồ có, nên sử dụng hệ tọa đô ̣ có của khu đo Các điểm khống chế có nếu phù hợp với yêu cầu của điểm lưới GPS thì tâ ̣n dụng các mốc của chúng Lưới GPS phải tạo thành nhiều vịng đo ̣c lâ ̣p, tún phù hợp Số lượng cạnh vịng đo ̣c lâ ̣p, tuyến phù hợp các cấp lưới GPS phải tuân theo quy định nêu bảng 4.1 Bảng 1.1 Số lượng cạnh các cấp lưới GPS Cấp hạng II III Số cạnh vịng đo ̣c lâ ̣p tuyến phù hợp 6 8 IV  10 Lưới GPS dùng để khống chế mặt bằng phục vụ thi công và quan trắc chuyển dịch ngang công trình cần tạo thành các vòng khép có số cạnh không lớn Để tính tọa đô ̣ các điểm GPS hệ tọa đô ̣ mặt đất cần phải có số liệu khởi tính hệ tọa đô ̣ mặt đất và đo nối với mô ̣t số điểm khống chế địa phương; Đối với các công trình lớn, số điểm đo nối cần phải lớn 3, các công trình nhỏ, số điểm đo nối từ 23 Để tính đô ̣ cao thường của các điểm GPS cần dẫn đô ̣ cao tới các điểm GPS theo quy định sau: 1/ Để đo nối đô ̣ cao cần phải dùng phương pháp thuỷ chuẩn hình học có đô ̣ chính xác từ hạng IV trở lên dùng phương pháp đo cao khác có đô ̣ chính xác tương đương; 2/ Đô ̣ cao chuẩn của các điểm GPS, sau tính toán và phân tích, nếu phù hợp với yêu cầu về đô ̣ chính xác có thể dùng để đo vẽ đồ và các dạng trắc địa công trình nói chung (yêu cầu đô ̣ chính xác không cao) Đối với lưới khống chế thi công có yêu cầu đô ̣ chính xác cao và lưới quan trắc chuyển dịch biến dạng công trình,cần phải ước tính đô ̣ chính xác của yếu tố cần xét của lưới GPS thiết kế theo phương pháp chặt chẽ sở bình sai gián tiếp và phải đảm bảo đô ̣ chính xác yêu cầu 1.1.2 Chọn điểm và xây dựng mốc Ngoài mô ̣t số yêu cầu chung về vị trí chôn mốc trắc địa phải có nền đất ổn định, có điều kiện bảo quản mốc lâu dài, chọn điểm cho lưới GPS phải lưu ý thêm điều sau: - Các vâ ̣t cản xung quanh điểm đo có góc cao không quá 15º (hoặc có thể là 20º) để tránh cản tín hiệu GPS - Không quá gần các bề mặt phản xạ cấu kiện kim loại, các hàng rào, mặt nước vv vì chúng có thể gây tượng đa đường dẫn - Không quá gần các thiết bị điện (như trạm phát sóng, đường dây cao áp…) có thể gây nhiễu tín hiệu Cũng cần lưu ý bố trí điểm gần các đường giao thông để dễ lại, rút ngắn thời gian đo đạc lưới Đối với các điểm tọa đô ̣ cấp sử dụng để đo nối với ITRF, mốc phải chọn ở vị trí thuâ ̣n tiện cho việc đo thường xuyên và phải thiết kế các khuôn viên để đảm bảo việc bảo quản lâu dài, mốc thiết kế chôn sâu, vững chắc, đảm bảo tuyệt đối không bị xê dịch bị lún Các mốc cấp phục vụ công tác quan trắc chuyển dịch mảng chuyển dịch vùng và các biến dạng khác Các mốc này thiết kế tầng (Phụ lục) Thời gian chờ sau chôn mốc đến phép tiến hành đo đạc là 48 giờ (mốc cấp I là 24 giờ) Các yêu cầu kỹ thuâ ̣t khác về xây dựng mốc trắc địa gần tương tự nêu chương Trong trường hợp cần xác định đô ̣ cao thuỷ chuẩn cho các điểm lưới dựa vào mô hình Geoid, cần có thêm đô ̣ cao thuỷ chuẩn của ít mô ̣t điểm Thông thường, để bảo đảm đô ̣ tin câ ̣y, người ta cần có đủ số lượng mốc khởi tính theo quy định Quy chuẩn Quốc gia Mô ̣t lưới GPS xác định hệ toạ đô ̣ nhà nước, tốt cần kết nối ít với điểm của lưới nhà nước Các mốc khởi tính nên phân bố đều xung quanh biên của lưới Việc xê dịch vị trí điểm ở ngoài thực địa so với thiết kế phép phạm vi 500m khu vực đô thị và 1km các khu vực khác; phép thay đổi đồ hình đo nối nếu đồ hình đảm bảo chặt chẽ Có thể bố trí điểm thu GPS lệch khỏi điểm chuẩn không quá 500m, thực chất là tạo mô ̣t điểm chuẩn chuyển tiếp Điểm chuẩn chuyển tiếp này đo nối toạ đô ̣ với điểm chuẩn với đô ̣ chính xác cao bằng kỹ thuâ ̣t trắc địa truyển thống Khi chọn điểm cho lưới tọa đô ̣ hạng II, hạng III, các điểm không thiết kế đo nối đô ̣ cao, gần các vâ ̣t kiến trúc ổn định thì phép thiết kế mốc gắn vâ ̣t kiến trúc đó Vị trí đặt mốc gắn vâ ̣t kiến trúc phải đảm bảo cho việc đo đạc sau này thuâ ̣n tiện, dễ dàng; có thể tâ ̣n dụng điểm đô ̣ cao quốc gia làm điểm tọa đô ̣ Quá trình chọn điểm tọa đô ̣ mà phát điểm tọa đô ̣ cấp cao khu đo bị mất, bị phá hủy thì phải lâ ̣p biên có xác nhâ ̣n của UBND cấp xã của đơn vị có trách nhiệm quản lý mốc địa phương đó, đó phải ghi rõ các lý cụ thể như: làm đường, xây dựng, bị phá hoại…, đó phép thiết kế lại mạng lưới ở khu vực này và báo cáo cấp có thẩm quyền phê duyệt để giải quyết Không xem các mốc chưa tìm thấy là các mốc bị 1.1.3 Thiết kế ca đo 1/ Trước đo cần kiểm tra dung lượng của pin và ác quy Máy và các phụ kiện kèm phải đầy đủ Trước thu tín hiệu cần kiểm tra dung lượng bô ̣ nhớ của máy đĩa từ xem đủ chỗ dung nạp không; 2/ Khi lắp ăng ten cần đảm bảo các yêu cầu sau: - Sau đến trạm đo, phải đặt máy thu ổn định sau đó đặt ăng ten (trường hợp máy thu và ăng ten tách rời nhau); - Ăng ten lắp giá chân phải dọi tâm với sai số nỏ mm, ăng ten cần cân cho bọt thuỷ tròn vào giữa; - Khi đo mốc có định tâm bắt buô ̣c, phải tháo nắp bảo vệ tâm mốc rồi lắp ăng ten; - Vạch định hướng Ăng ten phải luôn hướng về phía Bắc với sai số  50 (loại bỏ sai số hệ thống) Những chỗ khó định hướng cần đặt trước cọc định hướng, lần đo dựa vào cọc định hướng để định hướng ăng ten 3/ Trước triển khai đo cần làm tốt công tác chuẩn bị, bao gồm chuẩn bị máy móc, thiết bị và phụ kiện kèm theo, các sổ ghi chép ngoại nghiệp, bảng điều đô ̣ng công tác 4/ Sau đến điểm đo, nếu là điểm gốc, cần mô ̣t thời gian để đào mốc (thường bị lấp bởi đất cát ), người đo đặt chân máy lên điểm đo, dọi điểm cân bằng đế máy nhờ miền Bắc Việt Nam Cao Bằng, Quảng Ninh, Điện Biên, Sơn La, Hòa Bình, Thanh Hóa, Lai Châu, Yên Bái, Lào Cai, Hà Giang, Phú Thọ, Tuyên Quang, Lạng Sơn (hình 4.11) 4.2 NGHIÊN CỨU TẦNG ĐIỆN LY VÀ KHÍ QUYỂN Khí quyển về chia làm hai tầng: tầng đối lưu (troposphere) và tầng điện ly (ionosphere) Tầng đối lưu có đô ̣ cao tới 50 km, nơi xảy tượng khí tượng chủ yếu: gió, bão, mưa với thông số đặc trưng: nhiệt đô ̣, đô ̣ ẩm, áp suất Tầng điện ly tính từ ̣ cao 50 km trở lên, phân chia thành mơ ̣t vài lớp có giá trị mâ ̣t ̣ cực đại như: lớp D, E, F theo đô ̣ cao của Tín hiệu GNSS trùn sóng tải qua tầng khí qủn bị nhiễu gây đô ̣ trễ Với lô gic vâ ̣y, q trình xử lý, ̣ trễ khí qủn có thể xác định từ số liệu GNSS Dựa cấu trúc của tầng khí qủn, ̣ trễ khí qủn có thể phân chia thành ̣ trễ điện ly và đô ̣ trễ đối lưu Từ các đô ̣ trễ thành phần, tuỳ mục đích nghiên cứu có thể xác định thơng số đặc trưng cho tầng khí qủn, chính là mơ ̣t hướng ứng dụng khác của công nghệ GNSS Vũ trụ Mỹ (NASA) ở Hampton thuô ̣c bang Virginia, Mỹ, khoảng 60% tín hiệu GNSS phản ngược trở lại Tuy nhiên bề mặt biển không phẳng lặng mô ̣t gương Khi tín hiệu GNSS dô ̣i xuống bề mặt biển và đại dương, chúng bị phân tán theo các hướng khác ảnh hưởng của sóng biển Sóng biển càng mạnh thì sự phân tán càng lớn Do đó sở so sánh tín hiệu GNSS phát từ vệ tinh và tín hiệu phản xạ từ bề mặt biển và đại dương ta có thể xác định đô ̣ lớn của sóng biển và từ đó có thể xác định tốc đô ̣ gió và hướng gió (vì gió là nguyên nhân chính gây tượng sóng) Điều này các nhà khoa học Mỹ mô bằng hình tượng: “Khi ta thổi mơ ̣t bát súp nóng, thổi mạnh bề mặt bát súp gợn sóng mạnh hơn” Để đo tốc đô ̣ gió theo nguyên lý trên, thiết bị đo đặt máy bay ở tầm thấp Máy bay trang bị hai ăng ten, mô ̣t ăng ten phía (thu tín hiệu GNSS truyền trực tiệp từ vệ tinh xuống) và ăng ten lại đặt phía để thu tín hiệu GNSS phản xạ lên từ bề mặt biển (gọi là GNSS -R) Bơ ̣ phâ ̣n máy tính so sánh tín hiệu trực tiếp từ vệ tinh sự phản xạ tín hiệu từ mặt biển để tính tốn tốc ̣ gió Đơ ̣ chính xác của phương pháp này đạt cỡ m/s (khoảng 11 dặm mô ̣t giờ), thấp mười lần so với thiết bị tiêu chuẩn dropsonde (đô ̣ chính xác 0.5m/s) Tuy nhiên kỹ thuâ ̣t có ưu điểm là tiết kiệm kinh phí và đảm bảo tính liên tục về liệu, cung cấp mơ ̣t nhìn bao qt về tốc ̣ gió diện rô ̣ng, đặc biệt hữu dụng việc kiểm soát bão Vì thế nên Cục Quản trị Hàng không và Không gian Quốc gia của Mỹ (National Aeronautics and Space Administration NASA) có kế hoạch khởi đô ̣ng mô ̣t hệ thống vệ tinh toàn cầu nhỏ, bay ở tốc đô ̣ thấp (Cyclone Global Navigation Satellite System -CYGNSS) để theo dõi tốc đô ̣ gió bão từ không gian năm 2016 Ứng dụng GNSS nghiên cứu tham sớ khí qủn chia làm hai phần: a GNSS khí tượng (GNSS/MET) quan tâm tới mối quan hệ tín hiệu GNSS đặc điểm (nhiệt đô ̣, đô ̣ ẩm, áp suất) của tầng đối lưu - GNSS/MET có nhiệm vụ chính: +thiết lâ ̣p hệ thống thu thâ ̣p số liệu GNSS, phát triển th ̣t tốn có ̣ xác tin câ ̣y cao nhằm khôi phục và xác định tham số tầng đối lưu: áp suất, nhiệt ̣ ̣ ẩm khơng khí; + đánh giá các tác đô ̣ng ảnh hưởng của phương pháp GNSS/MET dự báo thời tiết biến đổi môi trường Áp suất, nhiệt đô ̣, đô ̣ ẩm yếu tố quan trọng dự báo thời tiết + Cơng nghệ GNSS, có thể xác định đô ̣ trễ khí tượng, từ đô ̣ trễ khí tượng xác định đô ̣ ẩm khơng khí b.GNSS tầng điện ly: + Nghiên cứu mối quan hệ tín hiệu GNSS số đặc trưng (Tồn bơ ̣ điện tử, Total Electron Content -TEC) của tầng điện ly + Để có thể nghiên cứu điện ly, cần số liệu GNSS hai tần số, từ số liệu hai tần số có thể tính đô ̣ trễ điện ly từ đó là TEC Theo cơng thức tổng qt, TEC tính: R TEC   N.dl s Với s ký hiệu vệ tinh, R: máy thu, N: mâ ̣t đô ̣ điện tử tự Giá trị TEC là đạo hàm tính theo đường tín hiệu từ vệ tinh máy thu Mối quan hệ đô ̣ trễ điện ly với TEC biểu diễn qua công thức: 40.3 r  TEC f f là tần số sóng điện từ 4.3 ỨNG DỤNG GNSS TRONG NGHIÊN CỨU BIỂN 4.3.1 Ứng dụng GNSS nghiên cứu biển • Định vị biển • Xác định đô ̣ sâu • Dịng chảy Thủy triều • Thành lâ ̣p đồ biển Ứng dụng GNSS Định vị biển Trong định vị mặt bằng công nghê ̣ GNSS gồm phương pháp chính: Phương pháp định vị tương đối: Về nguyên lý của phương pháp, thực chất giải tốn giao hơ ̣i nghịch không gian, sở các điểm biết vệ tinh có tọa ̣ xác định và điều hành bởi trạm kiểm soát đất, nằm mô ̣t khung tham chiếu xác định (WGS 84 hệ thống GPS) Phương pháp định vị tuyệt đối:Nguyên lý định vị tương đối (Relative positioning) thực chất là so sánh hai điểm định vị tuyệt đối thời điểm quan sát số vệ tinh quan sát Đương nhiên, hai điểm đem so sánh đó phải nằm mô ̣t khung quy chiếu xác định Phương pháp định vị vi phân:Nguyên lý định vị vi phân thực chất bổ sung số hiệu chỉnh về pha sóng tải, số hiệu chỉnh về tọa đô ̣, số hiệu chỉnh về đoạn khơng gian cho điểm thu tín hiệu vệ tinh theo nguyên lý định vị tuyệt đối Trong định vị độ cao - Đo vẽ đồ địa hình đáy biển hải đồ phải tổ chức quan trắc biến đô ̣ng mực nước biển dựa vào trạm nghiệm triều - Nếu khoảng cách trạm nghiệm triều và khu đo quá xa có thể gây nên sai số thủy triều hay gọi sai số xác định mực nước Trường hợp có thể sử dụng công nghệ GNSS để xác định đô ̣ cao mực nước, dựa vào kỹ thuâ ̣t đo DGPS/RTK hoàn toàn đáp ứng tiêu chuẩn đo sâu + Kỹ thuâ ̣t đo DGPS áp dụng đo đô ̣ cao anten cho cơng tác thành lâ ̣p đờ địa hình đáy biển, thành lâ ̣p hải đồ + Kỹ thuâ ̣t đo RTK/CORS áp dụng nô ̣i thủy, các vùng nước nông thành lâ ̣p đồ tỷ lệ lớn GPS anten Mặt biển đáy biển - H là đô ̣ cao trắc địa anten máy thu GNSS, - D là đô ̣ sâu đo từ đầu dò tới đáy biển, - K chênh cao anten máy thu tới đầu dị, - S là ̣ cao của đáy biển hệ đô ̣ cao quy chiếu quốc gia (Hòn Dấu), - N số hiệu chỉnh đô ̣ cao quốc gia về đô ̣ cao trắc địa, - T mực nước biển trung bình so với ̣ cao quốc gia (Hịn Dấu), - Tx là đô ̣ sâu ngâ ̣p nước của đầu dị Đơ ̣ cao mực nước biển xác định theo công thức sau: S = D + Tx – T S = K + D – H – N Thiết bị GNSS sử dụng định vị biển Máy thu mơ ̣t tần số thường có trị đo: CA code, pha sóng tải L1 trị đo Doppler Máy thu hai tần số thường có trị đo: CA code, P code, pha sóng tải L1 L2, trị đo Doppler Các máy thu GPS ngày thường tích hợp antenna máy thu vào chung mô ̣t thiết bị Năng lượng cho máy thu thường sử dụng pin Li-ion có thể sạc nhiều lần Nếu ca đo kéo dài thì phải sử dụng ng̀n lượng phụ ở bên ngồi phải chuẩn bị trước đo Hoạt đô ̣ng của máy thu GNSS phụ thuô ̣c vào mô ̣t hệ thống, ví dụ hệ thống GPS của Hoa kỳ Hệ thống bao gồm ba thành phần: Đoạn kiểm soát, đoạn không gian và đoạn sử dụng Đây là mô ̣t hệ thống phức tạp với kỹ thuâ ̣t cao Ứng dụng GNSS xác định độ sâu Cảm biến quán tính tích hợp GPS (INS/GPS) Để xác định độ sâu đo bằng hồi âm, người ta phải định vị tàu hiệu chỉnh trạng thái của tàu sóng biển Trạng thái của tàu bao gồm lắc lư theo chiều thẳng đứng, theo chiều ngang theo chiều tiến lên phía trước (roll, pitch, and heading) Để xác định trạng thái của tàu, người ta cần mô ̣t cảm biến quay hồi chủn, mơ ̣t cảm biến qn tính tích hợp định vị GPS Hệ thống GPS cung cấp vị trí tàu thông qua hai antenna GPS ở đầu và đuôi tàu, tạo thành mô ̣t đường đáy theo thân tàu Vâ ̣n tốc vị trí của tàu xác định theo phương pháp đo đô ̣ng (RTK), kết hợp với cảm biến đo góc và gia tốc kế tàu Nhờ đó, vị trí của tàu tính toán cho đạt ̣ xác cao, sau hiệu chỉnh tượng nghiêng lắc, nhồi, xoay của thân tàu Sử dụng viễn thám để ước lượng độ sâu Phần trình bày việc ước lượng đô ̣ cao và đô ̣ sâu từ ảnh vệ tinh, là mô ̣t phương pháp bổ sung cho phương pháp hồi âm Phương pháp viễn thám cung cấp mơ ̣t vùng phủ sóng rơ ̣ng nhiều các phương pháp đề câ ̣p trước Ảnh vệ tinh dải phổ thấy có thể sử dụng mô ̣t ảnh đo sâu Tuy nhiên, vệ tinh phải trang bị thêm hệ thống xác định đô ̣ sâu dựa vào đô ̣ phân giải cao của ảnh, từ đó có thể lâ ̣p đồ đại dương sau thông qua các bước xử lý liệu thích hợp Ứng dụng GNSS nghiên cứu Dòng chảy Thủy triều Ứng dụng GNSS nghiên cứu Dòng chảy Thủy triều Hầu hết mốc xác định vị trí dựa vào hệ thống GPS u cầu sự thơng thống phía bầu trời để đảm bảo đo GPS đạt hiệu Quan trắc GPS theo phương pháp tĩnh tiến hành mốc chuẩn hệ thống mốc chuẩn trạm quan trắc mực nước Nên quan trắc GPS hai điểm hệ thống mốc chuẩn Tính tốn xử lý tọa ̣ điểm phải theo tiêu chuẩn quan trắc GPS hành của Việt Nam Nếu có điều kiện, nên chuyển đô ̣ cao GPS về đô ̣ cao thường hay đô ̣ cao thủy chuẩn Xây dựng lưới trắc địa phục vụ quan trắc thủy văn Hệ thống khống chế trắc địa mốc thủy triều phải xây dựng trước tiến hành hoạt đô ̣ng khảo sát thủy văn Việc xây dựng lưới khống chế trắc địa chủ yếu dựa vào công nghệ GPS Ứng dụng GNSS Thành lập đồ biển Bản đồ địa hình biển sự kéo dài tự nhiên của đờ địa hình lục địa, vâ ̣y có nô ̣i dung và cách trình bày tương tự Bản đờ địa hình cần thể đầy đủ yếu tố địa hình và địa vâ ̣t đáy biển, tính chất đặc trưng đáy biển phân loại đáy biển Các yếu tố đó phải trình bày thống mô ̣t hệ tọa đô ̣ và đô ̣ cao với đồ địa hình đất liền của quốc gia Chương ỨNG DỤNG GNSS TRONG CÁC LĨNH VỰC KHÁC 5.1 ỨNG DỤNG GNSS TRONG QUÂN SỰ Hệ thống định vị toàn cầu thiết kế chủ yếu để cho quân đô ̣i định vị điểm theo thời gian thực Các ứng dụng cho quân đô ̣i bao gồm dẫn hướng hàng không, hàng hải bô ̣ GNSS hỗ trợ tốt cho quân sự bởi yếu tố “định vị” đóng vai trọng tác chiến Từ dẫn đường cho máy bay, tàu chiến, nhảy dù, điểu khiển tên lửa và ngắm bắn mục tiêu cho đến các thiết bị thăm dò theo dõi thiết bị cơng có khả di chuyển không người lái đều dựa phụ thuô ̣c vào thông tin định vị này Giả thiết, cần tiến hành công mục tiêu mặt đất bằng phương án tác chiến thả bom từ máy bay Khi đó công nghệ GPS ứng dụng để giải quyết các việc sau: - Xác định toạ đô ̣ mục tiêu - Xác định toạ đô ̣ máy bay (máy thu đặt máy bay), sắp thả bom, máy tính của máy bay cung cấp ho máy tính của bom tọa đô ̣ của máy bay tọa đô ̣ của mục tiêu - Xác định toạ đô ̣ của bom (máy thu đặt bom) Khi đó hệ điều khiển đặt ở phần đuôi của bom đưa bom đến mục tiêu (trên sở so sánh toạ đô ̣ bom và toạ đô ̣ mục tiêu) Ngoài ra, các vệ tinh GPS mang theo các bô ̣ thu phát để khám phá và hiển thị các vụ nổ hạt nhân 5.2 ỨNG DỤNG GNSS TRONG GIAO THƠNG VẬN TẢI Cơng nghệ GNSS chiếm vai trị quan trọng ngành giao thơng vâ ̣n tải, đặc biệt hàng không hàng hải Máy thu GNSS đặt các phương tiện giao thông để định vị tức thời, sở đó xác định lô ̣ trình thực tế của phương tiện Người điều khiển phương tiện điều chỉnh hướng di chuyển để lô ̣ trình thực tế bám sát với lô ̣ trình thiết kế Trong ngành hàng không, việc điều khiển máy bay hạ cánh, cất cánh dẫn đường không gian ba chiều yêu cầu khả định vị xác tới vài m Tất các máy bay đều phải có máy thu GNSS và các thiết bị tích hợp, thu thông tin của các hệ thống tăng cường Trong ngành hàng hải, hầu hết tàu thuyền thương mại đều có gắn máy thu anten thu tín hiệu định vị, cho ̣ xác tới vài m Đối với tàu thuyền câ ̣p cảng, qua các kênh rạch nhỏ, khả định vị với đô ̣ chính xác m , cần thiết phải sử dụng đến các hệ thống tăng cường DGPS Hình 5.1 GNSS quản lý, giám sát giao thông vận tải Đối với hệ thống tàu điện, thống xe buýt thành phố: Các máy thu GNSS đặt các phương tiện kết nối với mô ̣t hệ thống máy tính dùng liên lạc vơ tún hai chiều Dữ liệu được đưa về và phân tích trạm điều khiển trung tâm nhằm đưa vị trí xác của tàu, xe Thông tin giúp trạm điều khiển trung tâm có thể quản lý, giám sát tình hình hoạt đô ̣ng của mạng lưới hệ thống đồng thời câ ̣p nhâ ̣t kịp thời cho các bảng thông báo điện tử các nhà ga dịch vụ trả lời điện thoại tự đô ̣ng cho khách hàng Tương tự, hệ thống taxi, hệ thống xe chuyển tiền cho ngân hàng, hệ thống xe vâ ̣n tải các mỏ, hệ thống xe khách và xe tải của các doanh nghiệp quản lý tốt về hành trình trạm điều khiển trung tâm nếu ứng dụng công nghệ GNSS Đặc biệt, với việc lắp đặt máy thu GNSS để lưu lại hành trình của các phương tiện hỗ trợ tốt công tác an ninh và quốc phòng 5.3 ỨNG DỤNG GNSS TRONG TÌM KIẾM VÀ CỨU HỘ Trong công tác tìm kiếm và cứu hô ̣, nếu xác định toạ đô ̣ của điểm gặp nạn thì hiệu tăng lên nhiều, bởi sự nhanh hay châ ̣m liên quan đến tính mạng của người gặp nạn Do đó, với chức xác định tức thời vị trí, công nghệ GNSS đóng vai trị quan trọng cơng tác này 5.4 THỂ THAO VÀ GIẢI TRÍ Mô ̣t số hoạt ̣ng giải trí tâ ̣p luyện thể thao trở nên thú vị nếu người chơi có thể xác định vị trí và theo dõi sự chủn ̣ng Khi chơi kinh khí cầu, thông tin về đô ̣ cao tốc đô ̣ của kinh khí cầu có thể giúp cho người điều khiển có thể điều chỉnh mơ ̣t cách hợp lý Trong môn thể thao thuyền buồm, máy thu GNSS lắp đặt thuyền cho phép người điều khiển thuyền có thể theo dõi vị trí, đường và tốc ̣ của Ngồi ra, thơng tin truyền về máy trung tâm của ban giám khảo, khán giả có thể theo dõi, chấm điểm cho thí sinh Trong mơn thể thao leo núi và bô ̣ đường dài , nhờ vào máy thu GNSS, vâ ̣n đô ̣ng viên kiểm soát hành trình trải qua, giúp cho họ yên tâm lúc bị lạc gặp nạn Ngoài ra, giai đoạn tâ ̣p luyện, thơng tin về vâ ̣n tốc hành trình tâ ̣p luyện tương ứng có nhờ công nghệ GNSS giúp cho việc điều chỉnh phương pháp và chế ̣ tâ ̣p luyện thích hợp 5.5 ỨNG DỤNG GNSS TRONG NÔNG NGHIỆP Tại các nước tiên tiến với trang trại nông nghiệp rông lớn, công nghệ GNSS áp dụng dùng máy bay phun rải phân bón thuốc trừ sâu, trình reo hạt trờng Ngoài ra, cơng nghệ GNSS giúp cung cấp thông tin về vùng diện tích cho suất cao hay thấp Người sản xuất kết hợp các thông tin này với mô ̣t số thông tin cần thiết khác để nghiên cứu tìm phương pháp tăng suất thích hợp 5.6 Ứng dụng GNSS y tế Quản lý sức khỏe cô ̣ng đồng cần nhiều thông tin nhiều lĩnh vực khác các dịch bệnh thường gặp, sở vâ ̣t chất có để không đưa quyết định việc tạo hạ tầng sở hay đưa hành đô ̣ng tức thì nhằm xử lý các tình … Những quyết định này cần đưa dựa việc quan sát liệu có các liệu liên quan đến y tế toàn quốc và toàn bô ̣ liệu dân số, và đó cực kỳ khó khăn để hiểu ý nghĩa thực sự của nó Các liệu này cần thể theo mô ̣t cách thức định thông tin không gian và thời gian Sự thay đổi không gian liệu y tế biết đến và nghiên cứu là mô ̣t lĩnh vực của quá trình nghiên cứu bệnh dịch Hầu hết các liệu về bệnh dịch đều thể thời gian và địa điểm cụ thể Các phân tích không gian tiên tiến gồm việc kết hợp các lớp liệu khác Ví dụ: cán bô ̣ y tế muốn quan tâm đến việc đánh giá số lượng trẻ nhỏ mơ ̣t nhóm tuổi đinh có thể bị bệnh sốt rét Dữ liệu khí hâ ̣u và địa hình có thể sử dụng nhằm xác định khu vực muỗi gây bệnh sốt rét Khu vực này có thể không theo các ranh giới hành chính Tóm lại, với các số liệu thống kê và hệ thống thông tin địa lý (GIS) cho phép người sử dụng phân tích hiệu thông tin về y tế mà không quá tốn hay không thể thực trước Hệ thống thông tin địa lý (GIS) là công nghệ giúp tạo liệu cho việc phân tích ở không gian và thời gian Mô ̣t vài câu hỏi điển hình có thể giải đáp thông qua GIS sau:  Chúng ta có thể xác định vị trí mô ̣t loại bệnh dịch thường gặp không?  Chúng ta có thể đưa bằng chứng về các nhân tố gây dịch bệnh không?  Nơi cung cấp các thông tin cho nhân viên và sở hạ tầng ở đâu?  Địa của Trung tâm chăm sóc sức khỏe ban đầu ở đâu?  Nguồn nước ở đâu liên quan đến bệnh dịch thường gặp?  Ở đâu có tỷ lệ trẻ tử vong cao?  Ở đâu có tỉ lệ sinh cao? Tài liêụ tham khảo [1] Phạm Thị Hoa, Vy Quốc Hải, Trần Duy Kiều Định vị vệ tinh Thư viện Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nô ̣i,2013.-142tr.;29cm [2] Bùi Thị Hồng Thắm (chủ biên), Ứng dụng công nghệ GNSS thành lâ ̣p, chỉnh sử dụng đồ, Thư viện Trường ĐH Tài nguyên và Môi trường HN [3] Thông tư 25/2014/TT-BTNMT ngày 19/5/2014 Quy định về đờ địa [4] Vy Quốc Hải (chủ biên), Các phương pháp trắc địa nghiên cứu địa đô ̣ng, Thư viện Trường ĐH Tài nguyên và Môi trường HN [5] Cục Đo đạc Bản đồ Việt Nam, 2009 Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia xây dựng lưới tọa độ QCVN 04:2009/BTNMT [6] Cục Đo đạc Bản đồ Việt Nam, 2008 Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia Xây dựng lưới độ cao QCVN 11:2008/BTNMT [7] Cục Đo đạc Bản đồ Việt Nam, 2009 Thông tin liệu đo đạc Bản đồ [8] Đặng Nam Chinh, Đỗ Ngọc Đường, 2012 Định vị vệ tinh Nhà xuất Khoa học Kỹ thuâ ̣t [9] Đặng Nam Chinh, 2014 Bài giảng Trắc địa mặt cầu Trường đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nô ̣i [10] Dương Vân Phong, Nguyễn Gia Trọng, 2013, Giáo trình Xây dựng lưới trắc địa Nhà xuất Khoa học kỹ thuâ ̣t [11] Hà Minh Hòa, 2014, Phương pháp xử lý toán học mạng lưới trắc địa quốc gia Nhà xuất Khoa học kỹ thuâ ̣t ISBN 978-604-67-0247-4 [12] Ngô Phúc Hưng, Đặng Hùng Võ, 1978 Lý thuyết bình sai lưới tam giác Nhà xuất Đại học Trung học chuyên nghiệp [13] Phạm Hoàng Lân và nnk, 2012, Trắc địa cao cấp đại cương Nhà xuất Khoa học kỹ thuâ ̣t [14] Bomford, 1971 Gedesy, Third Edition Oxford at the Clarendon Press [15] Dang Hung Vo, Tran Bach Giang, 1999 The Status of Vietnam Geodetic Network and a Proposal for Indochina Region Second Workshop on Regional Geodetic Network Ho Chi Minh City, 12th -13th July 1999 [16] Federal Geodetic Control Committee, US, 1984 Standards and Specifications for Geodetic Control Networks Library of Congress Cataloging in Publication Data [17] Ekrem Tusat, 2010 The importance and development of national geodetic networks in map production: A Turkish case study International Journal of the Physical Sciences Vol 5(15), pp 2310-2316, 18 November, 2010 [18] E.h Günter Schmitt, 2013 ZOD - Zero Order Design of Geodetic Networks free networks, G-inverses, S-transformation Universität des Landes BadenWürttemberg und nationales Großforschungszentrum in der Helmholtz-Gemeinschaft [19] Joseph Schroedel, 2002 Structural Deformation Surveying Engineer Manual, US Army Corps of Engineers [20] G Blewitt 1998 ITRF Densification and Continuous Realization by the IGS IAG Symposia Volume 118, pp 8-17 [21] Mustafa Berber, 2006 Robustness Analysis of Geodetic Networks Technical Report No 242, University of New Brunswick, Fredericton, New Brunswick, Canada, 121 pp [22] Michael Pearlman et al, The Global Geodetic Observing System: Space Geodesy Networks for the Future Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, USA [23] Michael.J.Walsh, 2003 NAVSTAR Global Positioning System Surveying Engineer Manual, US Army Corps of Engineers [24] Volker SCHWIEGER et al, 2009 GNSS CORS - Reference Frames and Services International Federation of Surveyors, Article of the Month (December 2009) [25] Plag et al 2009 Global Geodetic Observing System Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2009 DOI 10.1007/978-3-642-02687-42 [26] Richard Stanaway, 2012 The Future of Geodetic Datums SSSILand Surveying Commission –National Conference, 18-21 April 2012 ... 4.3 Ứng dụng GNSS nghiên cứu biển 74 Chương ỨNG DỤNG GNSS TRONG CÁC LĨNH VỰC KHÁC 79 5.1 Ứng dụng GNSS quân sự 79 5.2 Ứng dụng GNSS giao thông vâ ̣n tải 79 5.3 Ứng. .. Ứng dụng GNSS Tìm kiếm cứu hơ ̣ 81 5.4 Thể thao giải trí 81 5.5 Ứng dụng GNSS Nông nghiệp 81 5.6 Ứng dụng GNSS y tế .81 Chương ỨNG DỤNG GNSS TRONG TRẮC ĐỊA CÔNG...LỜI NĨI ĐẦU Bài giảng ? ?Ứng dụng cơng nghệ GNSS? ?? biên soạn theo đề cương chi tiết môn học ? ?Ứng dụng công nghệ GNSS? ??, thuô ̣c chương trình đào tạo hệ Đại học