Bài báo này đề xuất giải pháp đo RTK ngoài vùng biên NRTK dựa trên nguyên lý của của phương pháp VRS. Thực nghiệm được tiến hành ở một số khu vực ven biển của Việt Nam với mạng lưới trạm CORS. Kết quả cho thấy rằng phương pháp đề xuất đã khắc phục được tính không phủ trùm của mạng lưới VNGEONET tại các khu vực ven biển và biên giới mà phương pháp RTK thông thường không thể thực hiện được.
Nghiên cứu - Ứng dụng giẢi PhÁP TRạM ThAM ChiẾu ẢO Cố Định SỬ DỤng Mạng LưỚi ThAM ChiẾu hOạT ĐỘng LiÊn TỤC CORS CỦA ViỆT nAM Lại ĐứC TRường, Dương Thành TRung, PhạM Minh ĐứC, Bùi ngọC Quyền Trường Đại học Mỏ - Địa chất Hà Nội Tóm tắt: Ngày cơng nghệ định vị tồn cầu sử dụng rộng rãi công tác trắc địa đồ, từ công tác thành lập lưới khống chế đo chi tiết thành lập đồ địa hình, địa Phương pháp đo tương đối động thời gian thực áp dụng cách phổ biến việc thu thập liệu đo chi tiết Đo RTK sử dụng mạng lưới trạm tham chiếu thường trực (NRTK) áp dụng với nhiều ưu điểm đảm bảo tính liên tục, quy mơ tồn quốc độ xác ổn định cỡ cm Ưu điểm công nghệ RTK chứng minh qua nghiên cứu thử nghiệm thực tế Tuy vậy, đo RTK có vấn đề đo phạm vi mạng lưới, trường hợp biên vùng không thực Để khắc phục vấn đề này, báo đề xuất giải pháp đo RTK vùng biên NRTK dựa nguyên lý của phương pháp VRS Thực nghiệm tiến hành số khu vực ven biển Việt Nam với mạng lưới trạm CORS Kết cho thấy phương pháp đề xuất khắc phục tính khơng phủ trùm mạng lưới VNGEONET khu vực ven biển biên giới mà phương pháp RTK thông thường thực Mở đầu Ngày công nghệ định vị toàn cầu (GPS) đuộc sử dụng rộng rãi công tác trắc địa đồ, từ công tác thành lập lưới khống chế đo chi tiết thành lập đồ địa hình, địa (Đỗ Ngọc Đường Đặng Nam Chinh 2009, Seeber, 2003), phương pháp đo tương đối động thời gian thực RTK áp dụng cách phổ biến việc thu thập liệu đo chi tiết (Takasu Yasuda 2008) Tuy vậy, RTK có hạn chế định hạn chế khoảng cách truyền tín hiệu liên tục từ trạm sở (trạm Base) đến trạm đo (trạm Rover) Trong phương pháp đo động xử lý sau (PPK) khắc phục vấn đề phương pháp RTK Tuy nhiên phương pháp PPK có nhược điểm khơng kiểm sốt độ xác vị trí tạm thời điểm đo đạc độ xác suy giảm tăng dần khoảng cách từ Base đến Rover (Parkinon Spikker, 1996) Để nâng cao độ xác đo đạc phương pháp PPK, số phương pháp đề xuất sử dụng máy thu tần để hạn chế sai số tầng ion sử dụng loại ănten đặc biệt để chống nhiễu đa đường dẫn (Sunil nnk, 2004) Tuy nhiên, giải pháp làm tăng giá thành máy thu GPS Trong phương pháp này, trạm tham chiếu thường trực (CORS) kết nối với tạo thành mạng lưới, phần mềm máy chủ đồng thời thu nhận liệu từ trạm CORS thực tế để tính tốn, tạo trạm tham chiếu ảo gần với trạm đo đạc nhằm khắc phục độ suy giảm độ xác thời gian giải số nguyên đa trị ảnh hưởng khoảng cách từ trạm đến trạm đo đạc Ưu điểm VRS đuọc chứng minh qua nghiên cứu thử nghiệm thực tế Công nghệ trạm CORS (Continuosly Operation Reference Station) 2.1 Khái niệm trạm CORS Trạm CORS hệ thống trạm tham chiếu làm việc liên tục, hiểu nhiều Ngày nhận bài: 03/08/2020, ngày chuyển phản biện: 07/08/2020, ngày chấp nhận phản biện: 15/08/2020, ngày chấp nhận đăng: 18/08/2020 50 t¹p chÝ khoa học đo đạc đồ số 45-9/2020 Nghiờn cứu - Ứng dụng trạm tham chiếu GNSS (Global Navigation Satellite System) vận hành liên tục điểm cố định, ứng dụng cơng nghệ máy tính đại internet truyền liệu tạo thành mạng lưới Do có nhiều thơng tin từ nhiều trạm tham chiếu truyền tới nên trạm chủ người ta xây dựng mơ hình số cải vi phân tức thời hàm vị trí điểm trạm tham chiếu Trong mơ hình này, người ta xét tới số nguồn sai số sai số quỹ đạo vệ tinh, sai số đồng hồ vệ tinh, ảnh hưởng tầng đối lưu, tầng điện ly, … Các trạm tham chiếu hoạt động liên tục xây dựng bảo đảm cho mật độ tương đối đồng đều, khoảng cách trạm tham chiếu tham số đặc trưng cho độ xác hệ thống Vị trí trạm tham chiếu xác định xác hệ thực dụng Tại trạm tham chiếu lắp đặt máy thu GNSS đa tần số độ xác cao liên tục thu tín hiệu vệ tinh Các trạm CORS kết nối với trạm chủ (MS) thơng qua internet Trạm chủ có nhiệm vụ xử lý lưu giữ thông tin từ trạm tham chiếu gửi tới, cung cấp tảng để ánh xạ xác sở hạ tầng với định vị tiêu chuẩn hóa 2.2 Hiện trạng xây dựng trạm CORS Việt Nam Việt Nam trình xây dựng lưới GNSS/CORS Quốc gia Hệ thống Việt Nam thiết kế với mục tiêu lưới đa mục đích, đáp ứng nhiều nhiệm vụ với độ xác khác Hiện nay, Cục Đo đạc, Bản đồ Thông tin địa lý Việt Nam thực xây dựng 65 trạm GNSS CORS lãnh thổ Việt Nam với mục tiêu quan trọng cung cấp dịch vụ số liệu hiệu chỉnh độ xác cao, phục vụ cho tất ứng dụng xác định vị trí dẫn đường chế độ thời gian thực dựa tảng truyền số liệu qua Internet Trong số 65 trạm xây dựng nêu có 24 trạm Geodetic CORS, trạm cịn lại NTRK CORS 24 trạm Geodetic CORS xây dựng dựa sở nâng cấp trạm DGNSS có Bộ Tài nguyên Môi trường 18 trạm xây dựng trạm hoạt động Bộ Tài nguyên Môi trường phục vụ công tác phân giới cắm mốc biên giới phục vụ khảo sát, đo đạc biển dẫn đường cho phương tiện hoạt động biển Ngoài ra, trạm DGNSS/CORS Bộ Quốc phịng có chức phát số hiệu chỉnh phân sai vi phân phục vụ khảo sát, đo đạc biển dẫn đường cho phương tiện hoạt động biển phục vụ cho việc xây dựng hệ quy chiếu, hệ tọa độ quân sự, nghiên cứu địa động lực, đánh giá hậu thảm họa thiên tai gây nước, khu vực giới, tham gia vào việc khẳng định chủ quyền lãnh thổ lãnh hải đất nước (Dương Thành Trung, 2019) Hình 1: Sơ đồ 65 trạm CORS (Điểm chấm tròn) vùng phủ mạng lưới VNGEONET (Vùng phủ nối trạm CORS) 2.3 Vấn đề mạng lưới trạm CORS Một mục tiêu việc xây dựng mạng lưới trạm CORS quốc gia để đảm bảo tính liên tục việc cung cấp số liệu cải cho đo RTK lúc, nơi với độ xác đồng đều, ổn định Để đảm bảo mục tiêu này, đồ hình mạng lưới trạm CORS phải rải đều, phủ trùm toàn quốc với mật độ khoảng 50km có điểm trạm CORS Tuy nhiên, thực tế, hạn chế mặt kinh phí điều kiện vị trí lắp đặt, đồ hình mạng lưới trạm CORS khơng thể phủ trùm đồng phạm vi toàn quốc, hệ có khu vực ngồi biên mạng lưới khu vực ven biển dọc đường t¹p chí khoa học đo đạc đồ số 45-9/2020 51 Nghiên cứu - Ứng dụng biên giới phủ trùm (Hình 2) Các khu vực cụ thể kể đến huyện Tiền Hải, Thái Bình, Thành Phố Cẩm Phả tỉnh Quảng Ninh khu vực ven biển miền Trung Mặt khác, số khu vực mật độ trạm CORS thưa làm cho tính liên tục, ổn định trạm mạng lưới bị ảnh hưởng đo RTK khu vực khu vực phía Tây Bắc Bộ, khu vực miền Trung-Nam Bộ Hình mơ tả khu vực mạng lưới VNGEONET vừa bị thưa vừa có khu vực ngồi vùng phủ Tại khu vực biên khu vực thưa trạm việc đo RTK bị hạn chế nhiều nhận số liệu cải nhận độ xác khơng ổn định Khắc phục vấn đề mục tiêu báo Hình 2a: Khu vực biên mạng lưới theo baselines trạm tham chiếu sở giải trị nguyên đa trị theo phương trình hiệu kép trị đo pha Kết xác định số hiệu chỉnh khí bao gồm tổng số hiệu chỉnh ảnh hưởng tầng điện ly số hiệu chỉnh ảnh hưởng tầng đối lưu Các số hiệu chỉnh khí quyền mơ hình hố mơ hình nội suy tuyến tính với việc xác định hệ số mơ hình nhờ số hiệu chỉnh khí xác định n trạm tham chiếu Trạm Rover gửi toạ độ gần Trạm xử lý trung tâm nhờ dịch vụ GSM, GPRS, 3G, … Trạm xử lý trung tâm thiết lập trạm VRS gần khu vực trạm Rover dựa liệu vệ tinh n trạm tham chiếu gửi liệu tính tốn trạm VRS đến trạm Rover định dạng chuẩn RTCM Dựa liệu nhận được, trạm Rover giải đa trị xác định vector baseline trạm VRS trạm Rover Từ xác định vị trí trạm Rover Hệ thống trạm VRS hoạt động dựa nguyên tắc sau: - Mạng lưới phải có trạm tham chiếu cố định CORS Các trạm kết nối đến mạng chủ thông qua liên kết truyền thông (LAN, Internet Radio Modem), Hình Hình 2b: Khu vực mạng lưới bị thưa có khu vực ngồi biên Cơ sở tốn học phương pháp đo RTK ngồi khu vực mạng lưới VngEOnET 3.1 Nguyên lý hoạt động mạng lưới trạm VRS Giả thiết mạng lưới công nghệ VRS bao gồm n trạm quy chiếu liên tục thu tín hiệu từ vệ tinh Các liệu vệ tinh thu từ trạm tham chiếu truyền Trạm xử lý trung tâm nhờ mạng LAN, Internet Modem Trạm xử lý trung tâm tiến hành xử lý liệu vệ tinh 52 Hình 3: Trạm tham chiếu ảo - Một hay nhiều Rover hoạt động vùng bao phủ mạng lưới trạm CORS Các Rover gửi vị trí tương đối trung tâm xử lý số liệu Các số liệu vị trí tương đối Rover gửi giao thức truyền t¹p chÝ khoa học đo đạc đồ số 45-9/2020 Nghiờn cu - Ứng dụng liệu điện thoại di động GSM GPRS Định dạng chuẩn liệu gửi từ Rover thường NMEA (Natinonal Marine Electronics Association) Loại định dạng có sẵn hầu hết máy thu GPS - Trung tâm xử lý phải trang bị phần mềm có khả phân tích, tổng hợp liệu thu từ trạm CORS Rover phần mềm GPSNet, GPServer CRNet Sau nhận thông điệp thông qua chuẩn NMEA từ Rover, máy chủ trung tâm gửi lại tín hiệu RTCM từ trung tâm xử lý liệu để cập nhật lại vị trí tiếp tục gửi vị trí trung tâm xử lý liệu Lúc máy chủ trung tâm tính tốn cho tín hiệu hiệu chỉnh tham chiếu ảo sát với Rover Mạng lưới trạm tham chiếu tạo trạm tham chiếu sát với Rover, trạm tham chiếu hồn tồn khơng có thực nên trạm gọi trạm tham chiếu ảo thức 1) Sau có khoảng cách giả ngẫu nhiên ảo vị trí vệ tinh trạm quy chiếu ảo tính Hiệu hình học sau tính lại sở vị trí vệ tinh cập nhật trị đo chuyển dịch trạm quy chiếu ảo Các biểu thức 4, cung cấp thông tin đo pha sóng mang khoảng cách giả ngẫu nhiên ảo tần số L1 (4) (5) (6) Trong trị đo tương ứng trạm S Có thể áp dụng phương trình tương tự để tạo trị đo L2 Tất thuật tốn nội suy áp dụng để nội suy hiệu chỉnh VRS phần lớn phần mềm mạng RTK thương mại sử dụng nội suy tuyến tính VRS yêu cầu truyền liệu hai chiều liên tục, từ máy di động tới trung tâm ngược lại Trong mạng lưới trạm RTK từ 70 - 80 (km) đảm bảo điều kiện xác định vị trí xác Thuật toán baseline trạm đơn áp dụng để xác định vị trí máy di động, khơng cần nâng cấp hay cài đặt phần mềm bổ sung Trong đó, di chuyển xa (một vài km) so với vị trí ban đầu phải đăng ký lại với trung tâm Nếu không xuất sai số vị trí khơng bỏ qua Để khắc phục hạn chế này, phần mềm “đẩy” toạ độ trạm quy chiếu ảo khoảng - (km) so với vị trí gần ban đầu máy gửi đến (3) Đo kiểm tra độ xác VRS mốc chuẩn khoảng cách hình học gần vị trí vệ tinh trạm quy chiếu ảo chưa xác định Khoảng cách giả ngẫu nhiên ảo xác định khoảng cách giả ngẫu nhiên chuyển dịch trạm RTK gần coi hiệu khoảng cách hình học trạm RTK gần vị trí gần người sử dụng (biểu Công tác thực nghiệm tiến hành điểm toạ độ nhà nước, khu vực quận Bắc Từ Liêm Thành phố Hà Nội khu vực Tiền Hải, tỉnh Thái Bình Việc thực nghiệm tiến hành hạng mục đo kiểm tra độ xác VRS mốc chuẩn Trong thực nghiệm này, chúng tơi sử dụng phương pháp tính trung bình kết 3.2 Thuật tốn tạo trạm VRS Giả sử trạm RTK gần máy di động đuọc chọn trạm A, dựa vào vecto địa tâm khoảng cách hình học với vệ tinh i tính sau: (1) Sau nhận tọa độ gần từ máy di động (U), trung tâm tính khoảng cách hình học tới vệ tinh nhìn thấy theo biểu thức sau: (2) Và xác định chuyển dịch cặp khoảng cách hình học: t¹p chí khoa học đo đạc đồ số 45-9/2020 53 Nghiên cứu - Ứng dụng đo đạc Thiết bị đo đạc để thử nghiệm bao gồm máy thu GPS: Aitogy – Ainav-C290, Aitogy Ainav dòng máy thu GPS phát triển công ty Aitogy., JSC (Trung tâm nghiên cứu trắc địa cơng trình kiểm định) dựa Chipset hãng U-blox, Thuỵ Sỹ (Hình 5) chức đo đạc Hình 4: Máy thu GNSS Ainav-C290 Ứng dụng di động Ainav Để tiến hành thực nghiệm, đánh giá độ xác phương pháp đo VRS ngoại biên, tiến hành đo thực nghiệm Hà Nội vùng ven biển tỉnh Thái Bình Hình Tiến hành đo RTK với công nghệ trạm ảo máy Ainav C290 vào điểm mốc tọa độ Quốc gia Kết đo sau so sánh toạ độ biết điểm Độ lệch tọa độ gốc tọa độ đo phản ánh độ xác công nghệ đo RTK với giải pháp VRS (Xem hình 5, bảng 1, 2, 3, 4, 5) chuẩn nằm khoảng 2-5cm mặt bằng, khoảng cm độ cao Khi điểm đo xa trạm tham chiếu ảo sai số lớn Kết luận Từ kết nghiên cứu, rút kết luận sau: Phương pháp đo RTK sử dụng hệ thống VNCORS áp dụng tốt việc thu thập liệu đo chi tiết thành lập đồ tỷ lệ lớn Tuy nhiên phương pháp có hạn chế định khu vực mạng lưới thưa vùng phủ mạng lưới Với giải pháp trạm ảo cố định cho phép đo RTK vùng phủ của mạng lưới VNCORS với khoảng cách lên tới 20km Mặc dù đo ngồi vùng phủ mạng lưới VNCORS, độ xác lời giải RTK bị suy giảm khoảng cách từ máy đo đến trạm ảo cố định xa.m Tài liệu tham khảo [1] Dương Thành Trung, Hoàng Thị Thủy, Võ Minh Tuấn Giải pháp định vị GPS tương đối động xử lý sau với nhiều trạm sở công tác thành lập đồ tỷ lệ lớn [2] Đặng Nam Chinh, Đỗ Ngọc Đường, 2012 Định vị vệ tinh Nhà xuất khao học kỹ thuật [3] Tăng Quốc Cương “Nghiên cứu thử nghiệm thành lập mô hinh số độ cao độ xác cao cơng nghệ GPS – RTK kết hợp đo thủy chuẩn phục vụ gis phịng chống lũ lụt đồng sơng Cửu Long” Báo cáo tổng kết khoa học kỹ thuật Viện nghiên cứu địa - Bộ tài ngun mơi trường 2005 Hình 5: Khu vực đo kiểm nghiệm Thái Bình Hà Nội [4] Groves, P D., 2008 Principles of GNSS, Intertial, ang multi – sensor intergrated navigation systems Kết tọa độ mốc chuyển hệ toạ độ VN2000 Kinh tuyến trục 105030’ với khu vực Thái Bình 105000’ với khu vực Hà Nội, múi chiếu 30 so sánh với tọa độ điểm mốc chuẩn, kết nêu Từ kết cho sai số trung phương đo VRS với mốc [5] Muhammad Isma’il, Iyortim Opeluwa Saanyol “Application of Remote Sensing (RS) and Geographic Information Systems (GIS) in flood vulnerability mapping: Case study of River Kaduna” INTERNATIONAL JOURNAL OF GEOMATICS Volume 3, No 3, 2013.m 54 t¹p chÝ khoa học đo đạc đồ số 45-9/2020 Nghiờn cu - Ứng dụng Bảng 1: Tọa độ gốc khu vực Hà Nội Thái Bình Bảng 2: Tọa độ độ xác đo VRS khu vực Hà Nội với khoảng cách 10km Bảng 3: Tọa độ độ xác đo VRS khu vực Thái Bình với khoảng cách 10km tạp chí khoa học đo đạc đồ sè 45-9/2020 55 Nghiên cứu - Ứng dụng Bảng 4: Tọa độ độ xác đo VRS khu vực Hà Nội với khoảng cách 20km Bảng 5: Tọa độ độ xác đo VRS khu vực Thái Bình với khoảng cách 20km Summary Solutions of fixed virtual reference stations using network of continuously operating reference stations of Vietnam Lai Duc Truong, Duong Thanh Trung, Pham Minh Duc, Bui Ngoc Quyen Hanoi University of Mining and Geology Today, Global Navigation Statellite System(GNSS) technology is widely used in surveying, from the establishment of control network to collecting measurements of topographic and cadastral maps Real-time kinematic positioning (RTK) technology is commonly used for collecting geographical data RTK technology using a network of permanent reference stations (NRTK) is being applied with many advantages such as ensuring continuity, on a national scale and stable accuracy of centimeter The advantages of RTK technology have been proven through research and practical tests However, such technology also has the problem that it can only be measured within the network's range, out of the region will not be possible To overcome this problem, this paper proposes solutions for RTK measurement outside the NRTK boundary area based on the principle of fixed Virtual Reference Station Experiments were conducted in some coastal areas of Vietnam with the network of CORS The results show that the proposed method overcomes the lack of coverage of the VNGEONET network in coastal and border areas that conventional RTK method cannot implement.m 56 t¹p chí khoa học đo đạc đồ số 45-9/2020 ... chế định khu vực mạng lưới thưa vùng phủ mạng lưới Với giải pháp trạm ảo cố định cho phép đo RTK vùng phủ của mạng lưới VNCORS với khoảng cách lên tới 20km Mặc dù đo ngồi vùng phủ mạng lưới VNCORS,... 65 trạm CORS (Điểm chấm tròn) vùng phủ mạng lưới VNGEONET (Vùng phủ nối trạm CORS) 2.3 Vấn đề mạng lưới trạm CORS Một mục tiêu việc xây dựng mạng lưới trạm CORS quốc gia để đảm bảo tính liên tục. .. ly, … Các trạm tham chiếu hoạt động liên tục xây dựng bảo đảm cho mật độ tương đối đồng đều, khoảng cách trạm tham chiếu tham số đặc trưng cho độ xác hệ thống Vị trí trạm tham chiếu xác định xác