Tổng quan về hệ thống định vị toàn cầu GPS và ứng dụng trong quan trắc mái dốc, đập

Bài viết Tổng quan về hệ thống định vị toàn cầu GPS và ứng dụng trong quan trắc mái dốc, đập trình bày tổng quan về hệ thống định vị toàn cầu GPS, các nguồn sai số trong kết quả đo và ứng dụng trong quan trắc chuyển vị mái dốc, đập.

Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020 ISBN: 978-604-82-3869-8 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU GPS VÀ ỨNG DỤNG TRONG QUAN TRẮC MÁI DỐC, ĐẬP Nguyễn Trung Kiên Bộ môn Địa kỹ thuật, Khoa Cơng trình, Trường Đại học Thủy lợi Email: kiennt@tlu.edu.vn GIỚI THIỆU CHUNG Quan trắc đóng vai trị quan trọng đánh giá ổn định, kiểm tra phương án thiết kế trình xây dựng vận hành cơng trình Cơng tác quan trắc nên thực tự động, liên tục với độ xác cao Hơn nữa, giá thành phải thấp dễ dàng thực Hệ thống định vị toàn cầu (Global Positioning System - GPS) ứng dụng rộng rãi quan trắc chuyển vị cơng trình Nghiên cứu trình bày tổng quan hệ thống định vị toàn cầu GPS, nguồn sai số kết đo ứng dụng quan trắc chuyển vị mái dốc, đập từ trái đất Máy thu tín hiệu tính tốn vị trí tương đối vệ tinh hình GPS ứng dụng rộng rãi hệ thống định vị hàng không, giao thông, đường thủy Định vị GPS chia làm loại hình định vị tuyệt đối định vị tương đối Định vị tuyệt đối dùng máy thu GPS nhận tín hiệu lúc từ tối thiểu vệ tinh để xác định tọa độ hình 2a Do sai số đồng hồ yếu tố môi trường truyền sóng khác nên độ xác định vị tuyệt đối đạt từ 30 - 100m HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TỒN CẦU Hệ thống định vị tồn cầu (GPS) phát triển Hoa Kỳ Hệ thống thiết lập phương pháp đường khảo sát khu vực rộng lớn (a) Định vị tuyệt đối Hình Tính tốn khoảng cách vệ tinh GPS máy thu Ban đầu, hệ thống có 24 vệ tinh quay quanh quỹ đạo khoảng cách 20.000 km 204 (b) Định vị tương đối Hình Phương pháp định vị GPS Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020 ISBN: 978-604-82-3869-8 Định vị tương đối dùng máy thu GPS nhận tín hiệu lúc từ vệ tinh hình 2b Một máy thu đặt điểm biết tọa độ, máy lại đặt điểm cần xác định tọa độ Định vị tương đối cho phép xác định chuyển vị với độ xác cao ứng dụng rộng rãi quan trắc cơng trình như: mái dốc, đập, cầu, khu mỏ sở hạ tầng khác Hiện nay, thiết bị thu nhận tín hiệu GPS phát triển nhanh chóng với tần số tăng đến 50-100 Hz với kỹ thuật đo đạc, quan trắc có độ xác đến vài millimet (Roberts nnk, 2004; Shimizu nnk, 2014) Tuy nhiên, giá thành thiết bị phần mềm số trường hợp tương đối lớn, làm hạn chế việc ứng dụng rộng rãi phương pháp quan trắc Do đó, thiết bị GPS giá rẻ nhiều nhà nghiên cứu thử nghiệm (Nguyễn Trung Kiên, 2019) Technologies, Inc Đây hệ thống trạm GPS quan trắc theo thời gian thực 3D Tracker cung cấp kết quan trắc liên tục tự động đưa cảnh báo chuyển vị vượt ngưỡng cảnh báo (wwww.condorearth.com) CODMS: Hệ thống phát triển Đại học kỹ thuật Graz, Áo Hệ thống cung cấp kết quan trắc gần thời gian thực ứng dụng quan trắc nhiều khối trượt Áo (Hartinger Brunner, 2000) GeoMoS: Leica GeoMoS hệ thống quan trắc chuyển vị dựa GPS Hệ thống ứng dụng cho quan trắc kết cấu, mái dốc, núi lửa, sụt lún (www.leica-geosystems.com) Shamen-net: Hệ thống phát triển hợp tác Đại học Yamaguchi Tập đoàn Kokusai Kogyo, Nhật Bản Hệ thống cung cấp kết quan trắc theo thời gian thực qua website CÁC NGUỒN SAI SỐ TRONG KẾT QUẢ ĐO GPS Việc định vị hệ thống GPS chịu ảnh hưởng nhiều yếu tố sai số khác nhau: - Sai số đồng hồ; - Sai số quỹ đạo vệ tinh; - Sai số ảnh hưởng tầng Ion; - Sai số ảnh hưởng tầng đối lưu; - Sai số tầm nhìn vệ tinh trượt chu kỳ; - Sai số tượng đa tuyến; - Sai số suy giảm độ xác (DOPs) đồ hình vệ tính; - Tâm pha Anten Do sai số ảnh hưởng đến độ xác phép đo, phương pháp hiệu chỉnh sai số cần áp dụng để giảm thiểu sai số (Shimizu nnk, 2014) Hình Hệ thống Shamen-net quan trắc chuyển vị dùng GPS (Shimizu nnk, 2014) ỨNG DỤNG GPS TRONG QUAN TRẮC MÁI DỐC, ĐẬP 5.1 Mái dốc MỘT SỐ HỆ THỐNG QUAN TRẮC CHUYỂN VỊ DÙNG GPS Nhiều hệ thống quan trắc cơng trình dùng GPS phát triển nhà sản xuất, trường Đại học nhóm nghiên cứu giới 3D TRACKER: Hệ thống sản phẩm hợp tác Trimble Condor Earth 205 Hình Ứng dụng GPS quan trắc chuyển vị mái dốc Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020 ISBN: 978-604-82-3869-8 (Hình 4) ứng dụng GPS quan trắc chuyển vị mái dốc Quan trắc chuyển vị liên tục thực từ 11/3/2013 dùng hệ thống Shamen-net Việc thu nhận liệu, phân tích kết quả, hiệu chỉnh sai số cung cấp kết chuyển vị thực tự động Hệ thống cho phép quan trắc liên tục chuyển vị theo phương với độ xác cao Hệ thống ghi nhận kết chuyển vị từ vài mm/tháng mùa khô từ tháng - 6/2013 đến vài chục mm/tháng (44 mm/tháng) mùa mưa từ tháng 69/2013 (Nguyễn Trung Kiên, 2019) (hình 5) Hệ thống GPS ứng dụng để quan trắc chuyển vị đập Ishibuchi, Nhật Bản Chuyển vị liên tục quan trắc hệ thống ghi nhận chuyển vị động đất mạnh xảy Kết chấn động gây chuyển vị khoảng 10 mm theo hướng hạ lưu, mm theo hướng vai phải 10 mm độ lún G-9 Dư chấn lớn gây chuyển vị khoảng mm phía hạ lưu khoảng mm độ lún (Kobori nnk, 2014) KẾT LUẬN Hệ thống định vị toàn cầu GPS ứng dụng rộng rãi quan trắc cơng trình Độ xác phép đo chịu ảnh hưởng nhiều yếu tố, độ xác cao đến millimet thu áp dụng phép hiệu chỉnh sai số Nghiên cứu trình bày ví dụ ứng dụng hệ thống quan trắc chuyển vị dùng GPS mái dốc đập đá đổ Kết hệ thống cho phép ghi nhận chuyển vị từ vài mm/tháng đến vài chục mm/tháng Hơn nữa, hệ thống ghi nhận chuyển vị ảnh hưởng động đất mạnh gây TÀI LIỆU THAM KHẢO Hình Kết chuyển vị theo phương (Nguyễn Trung Kiên, 2019) 5.2 Đập đá đổ Hình Kết chuyển vị điểm G-4, G-9 G-14 (Kobori nnk, 2014) [1] Hartiger, H Brunner, F.K 2000 Phát triển hệ thống quan trắc trượt lở dùng GPS Kỷ yếu Hội nghị lần thứ quan trắc biến dạng, FIG, 29-38 [2] Kobori, T., Yamaguchi, Y., Nakashima, S., Shimizu, N 2014 Quan trắc chuyển vị đập đá đổ trước, sau động đất mạnh Nhật Bản dùng GPS Kỷ yếu Hội nghị Hội Cơ học đá giới 2014 – Hội nghị Cơ học đá châu Á lần thứ (ARMS8), 930-938 [3] Nguyễn Trung Kiên 2019 Quan trắc chuyển vị liên tục dùng GPS ứng dụng cho mái dốc lớn Luận án tiến sĩ Đại học Yamaguchi, Nhật Bản [4] Roberts, G W., Meng, X., Dodson, A H 2004 Tích hợp hệ thống định vị toàn cầu máy đo gia tốc để quan trắc độ võng cầu Tạp chí Kỹ thuật khảo sát, 130(2), 65-72 206 ... dụng để giảm thiểu sai số (Shimizu nnk, 2014) Hình Hệ thống Shamen-net quan trắc chuyển vị dùng GPS (Shimizu nnk, 2014) ỨNG DỤNG GPS TRONG QUAN TRẮC MÁI DỐC, ĐẬP 5.1 Mái dốc MỘT SỐ HỆ THỐNG QUAN. .. thời gian thực ứng dụng quan trắc nhiều khối trượt Áo (Hartinger Brunner, 2000) GeoMoS: Leica GeoMoS hệ thống quan trắc chuyển vị dựa GPS Hệ thống ứng dụng cho quan trắc kết cấu, mái dốc, núi lửa,... Hình Ứng dụng GPS quan trắc chuyển vị mái dốc Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020 ISBN: 978-604-82-3869-8 (Hình 4) ứng dụng GPS quan trắc chuyển vị mái dốc Quan trắc chuyển vị liên