Nghiên cứu xây dựng mô hình số độ cao của dữ liệu nền gis tại thời điểm hiện hành

ỦY BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH SỞ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ t—O2oOoŒ2 ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC (ád08nbƯu NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MƠ HÌNH SO DO CAO CUA DU LIEU NEN GIS TAI THOI DIEM HIEN HANH Cơ quan chủ tì: TRUNG TAM CONG NGHE THONG TIN DIA LY ( DITAGIS) Trường Đại học Bách Khoa - Đại học Quốc Gia TP.HCM 268 Lý Thường Kiệt Quận 10, TP.HCM Điện thoại: 8642768 ~ Fax: 8635719 Website: www.ditagis.org Chủ nhiệm đê lời: NGUYÊN ĐỨC BÌNH Đơn vị cơng tác: Trường Đại học Nơng Lâm Tp Hồ Chí Minh Học vị: Thạc sĩ Địa chỉ:P Linh Trung, Thủ Đức, Tp HCM Ngành chuyên môn: GIS ứng dụng ĐT: (84.8) 96 17 13 LƯU ĐÌNH HIỆP Đơn vị công tác: Trường Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh Học vị: Thạc sĩ 268 Lý Thường Kiệt, Quận 10, Tp HCM Ngành chuyên môn: GIS DT: (84.8) 64 27 68 cao học GIS Kỹ Tin học Kt su Tin hoc Cử nhân Tin học Lê Đức Tỉ | Huỳnh Thái Học KF sw Cử nhân Tin hoc Tin học Trần Văn Phúc Cử nhân 11 | Trần Văn Pháp 12 | Huỳnh Văn Hòa 13 | Trần Minh Tùng 14_| 195 È1⁄4 Res ¡ Khưu Minh Cảnh Ÿ:& | Nguyễn Văn Đoàn t ;# | Trần Vĩnh Vũ Cử nhân Kỹ sư Cử nhân Ngày thang nam 2003 CHỦ NHIỆM DE TAI Ngày thắng năm 2003 CO QUAN CHU TRI Tin học Tin học Tin học Tìn học Trung tâm DITAGIS Trung tam DITAGIS Trung tâm DITAGIS Trung tim DITAGIS Trung tam DITAGIS Trung tâm DITAGIS Trung tâm DITAGIS Trung tâm DITAGIS Trung tâm DITAGIS Ngiy thang năm 2003 CHỦ NHIỆM CHƯƠNG TRÌNH Ngày tháng năm 2003 CO QUAN QUAN LY Nghiên củu xây dựng mơ lình số độ cao liệu nén GIS thời điểm liện hành MỤC LỤC CWS MUCLUC CHUONG 1: GIỚI THIỆU ÔỎ 0mm MỤCTIÊU NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 45 a4 PHƯƠNG : , PHÁP NGHIÊN CỨU Cập nhật liệu GIS công nghệ GPS 5 J Mơ hình DEM phù hợp cho khu vực Thanh phố Hỗ Chí Minh Cập nhật dự liệu GI KẾT QUA .c erier SĨ 5.2 — DANH GIA KẾT QUẢ 6.1 6.3 -9 KÈTLUẬN CƠ SỞ LÝ THUYẾT -Ă«ee~s-eerirrrtrrititrrrrrriririiirrrrrr CHƯƠNG 3: ¡_ KHÁI NIỆM VỀ GIS il Giới thiệu Cac phan ctia GIS 12 La i Tiến trình tuần hồn liệu Cac bai todn phan tich khong gian CƠ SỞ ĐỊNH VỊ CÁC ĐỔI TƯỢNG KHONG tạ Ta Tờ tt tà t2 tờ t2 KAGE EM + ŠÖŠÖ/3 wid GIA} eee eeree wld wld Định nghĩa cúc hệ tọa độ Các phương trình chuyển đổi hệ tọa độ Hệ độ cao Pháp chiếu đồ MƠ HÌNH ĐỘ CAO SỐ af Khai niém 22 a2 34 Phân loại Cấu trúc liệu TIN Cúc phương pháp lấy mẫu 26 HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẤU 42 xẻ Khái niện Nguyên lý hoạt động Các phương pháp định vị Những ứng dụng GPS ÒÐ, 42 CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG DEM SỐ KHU VỰC THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH 37 NHẢO SÁT PHÂN BỐ ĐỘ CAO KHU VỤC THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH .iniirrtrrrrrrrierrer 37 id Giới thiệu Phương pháp khảo sát Các thông tin cần khảo sát 1a 38 Đỏ CHÍNH XÁC DEM i Khái niệm Nguồn liệu Mae tà t2 họ hà Kết khảo sát it 38 Lấy mẫu liệu Dé phân giải không gian Mơ hình bê mặt địa hình Trung tâm Công Nghệ Thông Tin Địa Lý ~ DITAGIS -„ 43 Ad Nghiên cứu xây dựng mơ hình số độ cao liệu G15 thời điểm hành 37 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 4.7 MƠ HÌNH ĐỘ CAO SỐ KHU VỨC THÀNH PHỔ HỖ CHÍ MINH Chọn lựa DEM phù hợp Nguồn liệu Phương pháp lấy mẫu Quy trình xây dựng mơ hình TÍN Lee M6 td méi quan hệ thực thể mơ hình TIN Xây dựng mơ hình DEM khu vực thành phố Hồ Chí Minh Đánh giá sai số mơ hình DEM PHÂN TÍCH THIẾT KẾ 41 42 CÁC BÀI TỐN TRÊN MƠ HÌNH ĐỘ CAO SỐ u câu Phân tích 43 44 Thiết kể Cài đặt CHƯƠNG 4: CẬP NHẬT CƠ SỞ DỮ LIỆU NỀN GIS BẰNG CÔNG NGHỆ GPS dl 12 13 CAc Y€UTO ANH HUONG DEN THU THAP DU LIEU GPS Giới thiệu chung sereees Cúc xui số từ măng-điều khiến Cúc sai số phát sinh từ mơi trường lan truyền tín hiệu vô tuyến 14 Cúc sai số từ máy thu GPS 15 Sai sở áo cấu hình vệ tỉnh CÁC GIẢI PHÁP TĂNG CƯỜNG CHẤT LƯỢNG DỮ LIỆU THỤ THẬP 24 Xúc định không gian thời gian thu thận liệu 2.2 2.3 Giải pháp phương pháp thu thập Giải pháp xử lý liệu thu thập 2.4 — “Nhận xét TINH TRANG VE TINH KHU VUC THANH PHO Hồ Cui MINH af 32 3.3 34 Giii thiệu Hiện trụng chòm Muc dich khdo sd Phương pháp khảo sát 35 3.6 Kết khảo sát phương pháp dự đốn thơng qua liệu lịch Kết khảo sát phương pháp đặt máy thu quan td 3.7 Kết luận PHUONG PHAP XU LY SO LIEU GPS 47 Gii thiệu 42 Niện trạng sử dụng hệ tọa đị 4.3 44 Nẵn chỉnh liệu Phương pháp thực 45 4.6 Kiểm tra đánh giá sai số Nhận vét, QUI TRINH CAP NHẬT DỮ LIỆU GIS CHUONG 3: KET QUA Ll 1.2 21 2.2 Mơ hình DEM phù hợp khu vực thành phố Hà Chí Minh Cập nhật liệu GIS công nghệ GPS ĐÁNH GIÁ KẾT QUÁ M6 hinh DEM phù hợp cho khu vực Thành phố Hơ Chí Minh Cập nhật liệu GIS CHƯƠNG ó: KẾT LUẬN Tài liệu tham khảo Trung tâm Công Nghệ Thơng Tín Địa Lý ~ DITAGIS Nghiên cứu xây dựng mơ hình số độ cao liệu nên GIS Chương 1: thời điểm hành GIỚI THIỆU GIỚITHIỆU Mơ hình độ cao số (DEM - Digital Elevation Model) biểu diễn phân bố không gian từ thông tin bể mặt địa hình khơng gian chiều Biểu diễn bể mặt địa hình đặc tính biểu điễn mơ hình bể mặt, giá trị độ cao z từ thơng tin bể mặt địa hình thuộc tính yếu biểu diễn bể mặt Vai trò DEM ngày thấy rõ tốn phân tích thiết kế chun ngành, quốc gia phát triển thông tin địa lý xem DEM thành phần hạ tầng liệu không gian (SDI — Spatial Data Infrastructure) Có nhiều loại DEM tạo theo nhiều phương pháp khác từ nhiều nguồn di liệu khác nhau: đồ địa hình, ảnh viễn thám, Đữ liệu GIS nhiều quan xây dựng quan quần lý cấp thành phố tiến hành chọn lọc đưa vào sử dụng Nguồn liệu chủ yếu liệu xây dựng từ nguồn đổ giấy, nên việc nghiên cứu công nghệ cập nhật nhu edu cấp thiết Một cơng nghệ cập nhập liệu có độ xác cao cơng nghệ định vị quy trình xây dựng khai ứng dụng công trọng ảnh hưởng đến GIS hién GPS Nghiên cứu công nghệ GPS để cung cấp phương pháp cập nhật đữ liệu điểm độ cao địa hình nhằm tiếp cận triển nghệ đại Cập nhật liệu nội dụng quan định xác hệ thống hỗ trợ định Cap nhật hiệu GIS đến thời điểm hành nhằm nâng cao chất lượng liệu, cung cấp nguồn liệu xác theo thời gian Với nguồn đữ liệu xây dựng mơ hình DEM thích hợp phục vụ giải tốn phân tích thiết kế chun ngành đạt độ xác cao Đó tiền để tài nghiên cứu khoa học “Nghiên cứu xây dựns mơ hình số độ cao liệu nên GIS thời điểm hành' Nét để tài nghiên cứu mơ hình số độ cao phù hợp để áp dụng cho khu vực thành phố Hồ Chí Minh giải pháp nhằm nâng cao độ xác liệu GPS q trình thu thập xử lý để cập nhật liệu DEM rat can thiết cho nhiều tốn phân tích chun ngành ngành thủy lợi: tính tốn dịng chảy, khảo sát tình hình ngập úng, phát triển sở hạ tầng: tính dụng DEM có u cầu độ t toán độ đốc, quy hoạch đường giao thơng, _ Mỗi ứng xác khác nhau, việc nghiên cứu độ xác DEAI q trình phân tích xác định độ xác cho ứng dụng cụ thể cần thiết Bên cạnh đó, việc nghiên cứu mơ hình số độ cao phù hợp cho thành phố Hồ Chí Minh cung cấp nhiều khả quản lý khai thác thông tin chuyển ngành không gian chiều tạo thuận lợi cho công tác quản lý Trung tâm Công Nghệ Thông Tin Địa Lý — DITAGIS Nghiên củu xây dựng mơ hình số độ cao liệu nên GIS thời điểm hành 2_ MỤC TIỂU Để tài nghiên cứu xây dựng mơ hình số độ cao liệu nên GIS thời điểm hành để hai mục tiêu chính: Nghiên cứu mơ hình số độ cao (DEM) phù hợp với điều kiện địa hình khu Nghiên cứu số giải pháp nâng cao độ xác liệu GPS nhằm cung vực thành phố Hỗ Chí Minh cấp liệu xác cao cho DEM hệ thống thông tin địa lý cập nhật đữ liệu địa hình cho sở liệu NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Với mục tiêu nghiên cứu để tài xác định trên, nội dung thực nghiên cứu bao gỗm: Xác định khu vực thí điểm DEM cho thành phố Hồ Chí Minh Khảo sát phân bố độ cao hữu khu vực thí điểm Nghiên cứu phương pháp lấy mẫu điểm độ cao cho khu vực thí điểm Xác-định yêu cầu độ xác DEM Nghién cứu mơ thành phố Hồ Chí Minh hình số độ cao (DEM) phù hợp với khu vực thí điểm Khảo sát điểu kiện thời tiết, khí hậu tinh trạng hoạt động vệ tỉnh GPS khu vực thành phế Hồ Chí Minh Xác định yếu tố ảnh hưởng đến trình thu thập liệu độ cao công nghệ GPS Nghiên cứu số giải pháp nhằm tăng cường chất lượng liệu thu thập từ vệ tỉnh điều kiện không gian khu vực thành phố Hê Chí Minh Nghiên cứu phương pháp xử lý số liệu GPS tham số kỹ thuật xử lý nhằm đạt độ xác cao 10 Thiết kế sở liệu để lưu trữ lớp liệu địa hình DEM 11 Chuyển đổi liệu GPS sang đữ liệu GIS dạng cấu trúc vector 12 Xây dựng quy trình thành lập DEM từ lớp đữ liệu địa hình 13 Xây dựng chương trình hiển thị liệu DEM khơng gian chiều 14 Xây dựng chương trình cập nhật liéu DEM 15 Thực khảo sát, thu thập đữ liệu địa hình có khu vực thí điểm 16 Thực thu thập liệu GPS điểm cho điểm lấy mẫu độ cao khu vực thí Trung tâm Cơng Nghệ Thơng Tìn Địa Lý - DITAGIS Nghiên cứu xây dựng mơ hình số độ cao liệu nên GIS thời điểm hành PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 4_ Đề tài xác định mục tiêu nghiên cứu xây dựng mơ hình độ cao số giải pháp dif xử lý số iệu GPS nhằm nâng cao độ xác liệu thu thập, cập nhật vào sở liệu GIS Phương pháp nghiên cứu tiếp cận thành khoa học công nghệ khoa học công nghệ thông tin, khoa học công nghệ thông tin địa lý cơng nghệ định vị vệ tính: 1) Cơng nghệ thơng tin Máy tính điện tử hỗ trợ nhiều cho việc nghiên cứu, phân tích xử lý thơng tin bắn đổ Với tốc độ tính tốn cực nhanh máy tính cho phép thực tốn mơ hình hóa khơng gian nghiên cứu điều kiện tự nhiên, môi trường đẩy kinh tế xã hội liên quan đến lĩnh vực địa lý Máy tính góp phần thúc chuyển hướng nghiên cứu lĩnh vực địa lý từ phương pháp mô tả sang phương pháp định lượng có hỗ trợ nhiều tốn học cơng nghệ thơng tin 2) Hệ thống thông tin địa lý Hệ thống thông tin địa lý (GIS- Geographic Information System) co vai tro quan trong phân tích, xử lý hiển thị đối tượng khơng gian máy tính Nghiên lý cứu ứng dụng hệ thống thông tin địa lý, đặc biệt phương pháp xử để không gian biểu diễn đối tượng không gian phương pháp tiếp cận hiệu xây dựng thuật toán 3) Hệ thống định vị toàn cầu Hệ thống định vị toàn cầu (GPS- Global Posiioning System) hệ thống đo đạc sử dụng dẫn đường vệ tỉnh xác định xác vị trí thời gian thơng qua việc tín hiệu vơ tuyến từ vệ tỉnh Hiện lĩnh vực dân dụng, GPS sử dụng thiết yếu việc xác định tọa độ đặc tính địa lý quan trọng, đầu vào cho théng GIS KETQUA Kết nghiên cứu để tài tập trung chủ yếu theo hai mục tiêu để bao gồm hai phần chính: 1) Mơ hình độ cao số phù hợp cho khu vực thành phố Hồ Chí Minh Quy trình cập nhật đữ liệu GIS công nghệ GPS với phương pháp thu thập xử lý liệu nhằm đạt độ xác định vị cao 2) MIơ hình DEM 5.1 5.1.1 phù hợp khu vực thành phố Hồ Chí Minh Tập báo cáo xây dựng mơ hình DEM Nội dung tập báo cáo gồm nội dung sau: đặc » Hiện trạng phân bố độ cao khu vực thành phố Hê Chí Minh, xác định đề địa hình trưng chủ yếu khu vực nghiên cứu Qua kết khảo sắt từ nguồn Trung tâm Công Nghệ Thông Tin Địa Lý ~ DITAGIS Nghiên cứu xây dựng mô hình số độ cao liệu GIS thời điểm hành thực địa số khu vực, bể mặt địa hình thành phố Hồ Chí Minh có hai hai đặc trưng bản: thứ có nhiều biến động, độ đốc khu vực lớn với mức chênh lệch mặt độ cao lớn thứ hai có địa hình tương đối phẳng, trũng, thường xuyên bị ngập nước mùa mưa Đặc trưng thể rõ bể mặt địa hình Quận Thủ Đức Quận e _ Độ xác DEM yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến để án thành lập mơ hình độ cao số Với kết nghiên cứu thực nghiệm DEM, nhà khoa học xác định yếu tố ảnh hưởng đến độ xác DEM bao gồm: nguồn liệu, độ dốc địa hình, phương pháp lấy mẫu phương pháp mơ hình hóa bể mặt e Mơ hình hóa bể mặt địa hình xác sử dụng phương pháp mạng tam giác khơng TIN có nhiều ưu điểm phương pháp lưới Độ phân giải bể mặt mô hình TIN tiết khu vực có bể mặt phức tạp tiết khu vực có bể mặt đơn giản đễ dàng kết hợp với dạng nguồn liệu biểu điễn bể mặt địa hình khác đường gãy địa hình, đường hình thức, điểm gián đoạn dạng đữ liệu ¢ Chi phi thực DEM yêu cầu quan trọng cần xem xét thành lập DEM Tận dụng nguồn tài nguyên sẵn, nguồn đữ liệu xây đựng từ để địa hình, cập nhật đữ liệu bổ sung thông tin bể mặt địa hình có ưu phương án thành lập DEM nguồn đữ liệu với phương pháp đo đạc mặt đất hay từ ảnh vệ tỉnh .® - Với phương án sử dụng nguồn đề địa hình làm nguễn liệu để thành lập DEM, phương pháp lấy mẫu liệu thực cách vector hóa nguồn đổ địa hình đo đạc thực địa để cập nhật điểm mẫu lớp độ cao Công nghệ GPS phương tiện hữu ích để cập nhật liệu GIS ¢ Thanh lap DEM từ nguồn đữ liệu GIS bao gồm liệu nhóm lớp địa hình: lớp bình độ, lớp độ cao, lớp dáng đất Các nhóm lớp khác bổ sung thơng tin bể mặt địa hình bao gồm lớp đữ liệu thuộc nhóm lớp thủy hệ sông suối, sông hồ, dim lớp thuộc nhóm lớp giao thơng, số lớp lại sử dụng để hiển thị DEM 5.12 Phân tích, thiết kế cài đặt tốn mơ hình DEM Các chức xây dựng gồm có: se - Xây đựng hiển thị mơ hình DEM khơng gian chiêu: xây dựng mơ hình độ cao số từ nguồn liệu địa điểm độ cao, đường bình độ, dáng đất, nguồn liệu khác địa giới hành chính, thủy hệ, nhằm đạt độ xác cao Hiển thị khơng gian chiều dạng mơ hình độ cao số khởi tạo, hỗ trợ cho công tác quần lý, quy hoạch thiết kế chuyên ngành e Các toán phân tích mơ hình: thực tốn phân tích mơ hình độ cao số như: tạo đường mức, xác định độ dốc bể mặt, xác định vector hướng chảy, ước tính độ che khuất, tính tốn thể tích diện tích bể mặt địa hình, Trung tâm Công Nghệ Thông Tin Địa Lý - DITAGIS i i ii }i Ị Ị | } Nghiên cứu xây dựng mơ hình số độ cao đữ liệu nén GIS tai thời điểm hành © Các module chuyển đổi, cập nhật liệu từ GPS vào hệ thống GIS: stt dung thiết bị định vị GPS thu thập liệu địa hình từ nguồn liệu chuyển đổi thành liệu GIS, ứng dụng xây dựng mơ hình DEM cập nhật lớp liệu địa hình sở liệu GI5 Một số kết khu vực thí điểm 5.1.3 Kết xây dựng mơ hình DEM khu vực thí điểm « Phường Linh Trung Quận Thủ Đức © Phường Quận Cập nhật liệu GIS công nghệ GPS 5.2 5.2.1 Tập báo cáo quy trình cập nhật liệu GIS va giải pháp thu thập xử lý số liệu GPS Cập nhật liệu G1§ nội dung quan trọng giai đoạn nay, đa số nguồn liệu xây dựng từ nguồn ban để giấy Cập nhật liệu làm nâng cao chất lượng liệu GIS, đảm bảo độ xác nguồn liệu đầu vào cho tốn phân tích GIS Cơng nghệ GPS công nghệ thu thập liệu khơng gian có độ xác cao Kết nghiên cứu nội dung quy trình cập nhật liệu GIŠ công nghệ GPS với giải phấp thu thập xử lý liệu nhằm nâng cao độ xác định vị góp phần tích cực công tác triển khai ứng dụng công nghệ GPS nước ta Kết nghiên cứu xây dựng quy trình thu thập liệu công nghệ GPS giải pháp thu thập xử lý liệu sử dụng công nghệ bao gồm nội dung sau: ¢ Tinh trang vé tinh GPS khu vực thành phố Hé Chi Minh đảm bảo chất lượng tín hiệu tốt khoảng thời gian từ 8h đến L6h ngày, giá trị PDOP = + vé tinh dim bảo khoảng thời gian đài từ đến vệ tỉnh số lượng « Các yếu tế ảnh hưởng đến thu thập dif ligu GPS bao gồm: sai số từ mảng điểu khiển (quỹ đạo vệ tinh sai số lịch đồng hồ vệ tinh), sai số phát sinh từ mơi trường lan truyền tín hiệu (trễ tâng điện ly, rễ tầng đối lưu, đa đường truyền hiệu ứng vật cản), sai số từ máy thu GPS (đồng hồ máy thu, nhiễu nhiệt máy thu) sai số cấu hình vệ tỉnh «+ Các giải pháp tăng cường chất lượng liệu thu thập bao gôm: xác định không gian thời gian thu thập liệu, phương pháp thu thập thu thập liệu (định vị tương đối định vị vi sai) giải pháp xử lý tín hiệu thu thập (loại bỏ tín hiệu nhiễu, chọn lựa chịm vệ tỉnh chọn lựa sử dụng lịch, xác định tiêu giám sát chất lượng xử lý) e Phương pháp xử lý số liệu GPS: Phương pháp xử lý số liệu GPS (dữ liệu thô gồm khoảng cách giả, pha sóng mang nhiều thơng số định vị khác) quan trắc từ thực địa kết xử lý tọa độ điểm thu thập từ thực địa hệ tọa độ quốc tế WGS-84 Để sử dụng kết đo cần thiết phải xử lý số liệu này, Trung tầm Công Nghệ Thơng Tín Địa Lý — DĨ TAGIS Nghiên cứu xây dựng mơ hình số độ cao liệu nén GIS thời điểm hành bước xử lý bao gồm: chuyển đổi hệ tọa độ (chuyển bẩy tham số) thực phép chiếu đồ, nắn chỉnh liệu (nắn chỉnh phương ngang, nắn chỉnh độ cao) © Quy trình cập nhật liệu GIS cơng nghệ GPS: qua kết nghiên cứu yếu tế ảnh hưởng đến sai số công nghệ định vị GPS giải pháp thu thập xử lý số liệu GPS, quy trình cập nhật đữ liệu cao độ công nghệ GPS bao gôm bước sau: Bước !: Xác định vị trí điểm mẫu theo yêu cầu sử dụng phương pháp lấy mẫu Bước 2: Khảo sát thực địa Buóc 3: Lập kế hoạch xác định phương pháp định vị Bước 4:Ðo đạc thực địa Bước 5: Xử lý kết qu ảo sau phiên thực địa Bước 6: Chuyển đổi nắn chỉnh hệ quy chiếu địa phương Buớc 7: Cập nhật kết ảo vào lúp liệu độ cao địa hình khu vực 5.2.2 Tập liệu độ cao cập nhật Ấp dụng kết nghiên cứu, triển khai thu thập tập điểm mẫu bổ sung thông tin bể mặt địa hình khu vực thí điểm Quận Thủ Đức Quận GPS Trimble Total Stations 4800 ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 6.1 Mơ hình DEM phù hợp cho khu vực Thành phố Hồ Chí Minh Việc xác định mơ hình kết nghiên cứu đầy đủ địa hình, phương pháp phương pháp biểu diễn mơ DEM phù hợp cho khu vực thành cổ lý thuyết tốn học mơ hình hố bể mặt, cấu trúc hình, Do vậy, kết nghiên phố nội lưu cứu Hồ suy, ưữ đạt Chí Minh lý thuyết sở đữ đầy dựa lấy mẫu liệu đủ sở cứu khoa học lập luận hợp lý, xác thực Ngoài nghiên cứu lý thuyết, nhóm nghiên dựa kết khảo sát bề mặt địa hình cách tiết lựa chọn khu vực đặc trưng làm khu vực thí điểm để triển khai nghiên cứu Kết thực tế cho phép khẳng định kết nghiên cứu lý thuyết xây dựng mơ hình DEM cho khu vực Thành phố Hỗ Chí Minh phù hợp theo u cầu đặt Ngồi việc lựa chọn mơ hình phù hợp, khả thi nhiều mặt, bảo đảm độ xác, để tài cịn nghiên cứu xác định phương pháp biểu diễn mơ hình hợp lý xác định nguồn liệu hỗ trợ q trình xây dựng mơ hình nhằm tăng cường độ xác Trên sở nghiên cứu ứng dụng mơ hình DEM, để đài cịn sâu vào nghiên cứu thuật giải toán ứng dụng mơ hình DEM tốn xác định hướng dịng chảy, độ dốc, Đây cơng cụ quan trọng có ý nghĩa thiết thực trình khai thác ứng dụng DEM Trung tâm Cơng Nghệ Thơng Tìn Địa Lý ~ DITAGIS Nghiên cứu xây dựng mơ hình số độ cao liệu GIS thời điểm hành X =a(~e”)(A,.B~ As.sin 3B + A;.sin 4B — ) A, =14+30? + Bes 64 Az -3 ; set A; = 256 3.1 32 + + MÔ HÌNH ĐỘ CAO SỐ Khái nệm Mơ hình độ cao số (DEM - Digital Elevauion Model) biểu diễn phân bố khơng gian từ thơng tin bể mặt địa hình không gian chiều Biểu diễn bể mặt địa hình đặc tính biểu diễn mơ hình bể mặt, giá trị độ cao z thơng tin bể mặt địa hình thuộc tính yếu biểu diễn bể mặt Một số hình bề mặt khác biểu diễn yếu tế khí tượng, mật độ dân cư, tốn mơ DEM sử dụng để thể tính chất khơng gian thực địa hình khơng gian 3D Biểu diễn trực quan DEM hàm phân bố bể mặt z = ƒfx,y) toa độ OXYZ Hàm phân bố : xây dựng từ tập điểm mẫu, tập điểm rời rạc rên khu vực khảo sát Tập điểm mẫu (x, y, z) sở quan trọng để tiến hành mơ hình hóa bể mặt địa hình Từ mơ hình độ cao số, xác định giá trị độ cao vị trí Hình 2.5: Biểu diễn mơ hình độ cao số DEM DEM cần thiết cho nhiều toán phân tích chun ngành ngành thủy lợi: tính tốn địng chảy, khảo sát tình hình ngập úng, phát triển sở hạ tầng: tính tốn độ đốc, quy hoạch đường giao thông, Mỗi ứng dụng DEM có u cầu độ xác khác nhau, việc nghiên cứu độ xác DEM q trình phân tích, xác định độ xác cho ứng dụng cụ thể cần thiết Một yếu tố ảnh hưởng đến độ xác DEM độ phân giải theo khơng gian tập điểm mẫu Vai trò DEM ngày thấy rõ tốn phân tích thiết kế chuyên ngành, quốc gia phát triển thông tin địa lý xem DEM thành phần Trung tâm Công Nghệ Thông Tin Địa Lý - DITAGIS 22 Nghiên cửu xây dựng mơ bình số độ cao đữ liệu nén GIS thời điểm hành hạ tầng liệu khơng gian (SDD Có nhiều loại DEM tạo theo nhiều phương pháp khác từ nhiều nguồn liệu khác nhau: đồ địa hình, ảnh viễn thám, 3.2 Phânloại 3.2.1 DEM dạng điểm khơng gian Bề mặt địa hình biểu diễn tập đối tượng điểm không gian không Mỗi điểm xác định tọa độ không gian ba chiều (x, y, z), z thành phần cao độ thuộc tính cao độ điểm Minh hoạ sau biểu diễn bể mặt điển hình điểm khơng gian khơng thông tin bể mặt + ° gy 67 ® 56 38 «2 ° »° 37 PY 87 Š 59 Hình 2.6: biểu diễn DEM dạng điểm khơng gian 3.2.2 DEM dang lưới dầu tập Bẻ mặt địa hình biểu diễn cấu trúc đữ liệu lưu trữ thông tin bẻ mặt bể hợp điểm đữ liệu không gian tạo thành lưới Việc xử lý hiệu thơng tin mặt địi hỏi phải chuyển đổi bể mặt sang bể mặt khẩm vùng nhỏ hình gọi tessellation Tessellaion tạo nhiều cách khác nhau: lục vẽ đưới minh hoạ3 trường hợp phổ biến tessellation dựa sở giác hình vng, tam giác Với loại tessellation hình đa giác sở có điện tích a) ludi tam giác b) lưới lục giác €) lưới hình vng Hình 2.7: dạng điển hình bê mặt tessellation tổ ong Một đặc Trong đó, tessellation lục giác cấu trúc đạng tự nhiên giác kế cận Do điểm quan trọng cấu trúc hình lục giác cách lục canh thẳng theo lục giác quấn vào nên trọng tâm chúng tessellaion chiều nhất, theo chiều đứng chiều ngang Nhược điểm xây dựng thành lục giác hệ thống tessellation không giống để tạo nên lục giác hệ thống tessellation lục giác Việc kết hợp nhiều lục giác Trung tâm Công Nghệ Thông Tin Địa Lý = DITAGIS 23 Nghiên cứu xây dựng mơ hình số độ cao liệu GIS tai thời điểm: hành lớn không thể, khuyết điểm làm giảm khả ứng dụng loại hình cho việc xử lý liệu bể mặt Trong tessellation tam giác, vị trí trọng tâm đơn vị kế cạnh gióng thẳng hàng theo phương đứng mà không theo phương ngang Một đặc điểm quan trọng tam giác đơn vị hình dạng chúng chia Với tessellation hình vng trọng tâm phận đơn vị nằm thẳng hàng theo phương ngang phương đứng Hệ thống hình vng xác định lưới ứng dụng rộng rãi hai đặc tính quan trọng: trước tất hình vng nằm thẳng hàng, chúng tham khảo cách hệ thống theo hàng cột; thứ hai nhóm hình vng đơn vị tạo thành hình vng đơn vị lớn hơn, hệ thống với hình vng đơn vị lớn lưu giữ cấu trúc liệu tương tự hệ thống với hình vng đơn vị bé Với hệ thống hình vng, hình vng đơn vị có hình vng đơn vị láng giềểng nằm trực giao nằm đường chéo Khoảng cách đến hình vng đơn vị so với hai loại hình vng khơng giống Do đó, việc mã hố quan hệ khơng gian hình vng đơn vị kế phức tạp so với hình lục giác tam giác cần phải phân biệt khác hai loại láng giếng Trong trường hợp điểm hình n ngựa, trọng tâm có hai khả tính tốn dựa giá trị góc Hình 2.8: mơ hình DEM dạng luới trường hợp lưới hình Mục đích tốn chuyển vùng Các hệ gian phân bố việc sử dụng tessellation nhằm biểu diễn đối tượng vùng phân tích bể mặt Với khả tessellation đữ liệu điểm đổi sang dạng vùng thông tin bể mặt tổ chức thành đối tượng thống tessellation mô tả giới hạn với điểm liệu không Bể mặt tessellation cho phép lưu giữ giá trị độ cao z cách có hệ thống, điểm liệu có phân bố dễ dàng tham chiếu đến Chẳng đỉnh hạn dạng tam giác sử dụng liệu độ cao lưu giữ cho hình chữ nhật tam giác Trong đạng tessellation thường sử dụng dạng vị trí hình vng sử dụng phổ biến hình dạng đễ xây dựng chữ nhật phương chúng tham chiếu cách rõ ràng Dạng hình vng dé biến z pháp đơn giản phổ biến bể mat tessellation ma xếp thành lưới 3.2.3 Mơ hình mạng tam giác khơng TÌN Thơng tin bể mặt cịn tổ chức thành mạng lưới tam giác không mạng tam TIN Gid trị độ cao z tổ chức lưu trữ đỉnh tam giác Trung tâm Công Nghệ Thông Tin Địa Lý = DITAG1IS 24 Nghiên cứu xây dựng mơ hình số độ cao liệu nên GIS thời điểm hành giác không Các mặt tam giác dạng hình học phổ biến nhất, tam giác chia nhỏ không tạo điểm đỉnh thêm vào Với cấu trúc TIN mật độ điểm khơng gian phụ thuộc vào bể mặt Với vùng có địa hình biến đổi lớn yêu cầu mật độ điểm liệu phải lớn hơn, ngược lại vùng có địa hình đơn giản cần mật độ điểm liệu mà biểu điễn cách có hiệu Nhược điểm mơ hình TIN gồm cấu trúc yêu cầu nhiều phần tit di liệu trở nên khơng kinh tế cho vùng nhỏ TIN tạo để bao phủ khu vực đường bao bên các điểm mẫu di liệu hầu hết ứng đụng đường bao cần mở rộng để đầm bảo bao phủ hoàn toàn khu vực nghiên cứu Mơ hình TIN thường áp dụng cho điểm mẫu lấy ngẫu nhiên Mơ hình Peuker (USA) xây dựng năm 1978, tạo thành sở mạng lưới tam giác liên thông với khơng cắt nhau, khơng chứa nhau, có đỉnh vị trí quan trắc Mơ hình TIN tránh việc lưu trữ thơng tin dư thừa đồng thời đảm bảo tất phép tính tốn địa hình có mơ hình DEM dạng lưới Hơn nữa, TIN có lưu trữ thơng tin biến đổi phức tạp địa vách đốc, địa hình gỗ ghẻ lổm chởm TIN mơ hình vector địa hình có cấu trúc tương tự cấu trúc topo mạng đa giác Zz A WSS ‘Laya me | OT SN S2 wz Oy Hình 2.9: mơ hình DEM dạng tam giác khơng 3.2.4 DEM dạng đường binh dé (contour) Bẻ mặt địa hình cịn biểu diễn tập đường bình độ đối tượng đường Để tổ chức thuộc tính ba chiều, đữ liệu độ cao z chuyển sang đối tượng đường, đường tập điểm có giá trị độ cao z Bề mặt địa hình biểu diễn tập hợp đường bình độ với giá trị z khác nhau, đường có giá trị sai lệch khoảng khơng đổi cịn gọi khoảng cao rung tâm Công Nghệ Thông Tin Địa Lý - DITAGIS 25 Nghiên cứu xây dựng mơ hình số độ cao đữ liệu nén GIS tai thoi điểm hành Hình 2.10: mơ hình DEM dạng đường bình độ 3.3 Cấu trúc liệu TIN Trong mơ hình TIN, tam giác, cạnh hay điểm xác định thông qua mã nhận dạng, ID xác định: ID tam giác, ID cạnh hay 1D điểm Các thành phần mơ hình TIN có mối liên hệ với nhau, ví dụ với tam giác mơ hình lưu trữ thơng số bao gồm ID tam giác, ID điểm ID cạnh Trên sở có cấu trúc lưu đữ liệu cho mơ hình DEM: cấu trúc liệu lấy tam giác làm phần tử sở, cấu trúc đữ liệu lấy cạnh làm phần tử sở, cấu trúc liệu lấy đỉnh làm phần tử sở C3 +: CJ) : IDtamgiae IDđiểm : IDeanh Hình 2.11: cấu trúc liệu mô hinh TIN 3.3.1 Cấu trúc liệu lấy tam giác làm phần tit co sé Cấu trúc có hiệu cho giác bao gồm trường sau: phân tích độ dốc địa hình tam - IDxác định tam giác - Ba IDs xdc định đỉnh tam giác tọa độ chúng -_ Những tam giác láng giểng tam giác Trung tâm Cơng Nghệ Thơng Tìn Địa Lý - DITAGIS 26 Nghiên cứu xây dựng mô hình số độ cao liệu nễn GIŠ_tại thời điểm hành Bảng: Phần tử sở tam giác ID tam giác | Toạ độ đỉnh C) (Xi; Yu› Z1); (X2 ; Y2; 22), (Xa, Y3, Z3) G) (4) , (2) (2) (Xi; YU Z1); X3 › Y Z3), (Xe Y4 24) , €) (Gs) () \ h h 3.3.2 ID tam giác lang giéng ON oN h Ầ Cấu trúc liệu lấy điểm làm phần tử sở Cấu trúc có hiệu cho tốn phân tính, tính tốn đường bình độ đường nằm ngang khác Một điểm bao gồm trường sau: - IDđiểm - _ Toạ độ điểm - _ Các điểm láng giềng Bảng: Phần tử sở điểm 3.3.3 ID Toạ độ Các vị trí láng giểng (Xi Yu Z0) 2, 3, 4, 5, 6, (X3, Y2; 722) 1,7,8,3 N N N Cấu trúc đữ liệu lấy cạnh làm phần tử sở Cấu trúc lưu trữ sau: - File vi trí bao gồm ID toạ độ vị trí -_ File tam giác bao gồm ID 3Ids đỉnh tam giác - _ File cạnh bao gồm ID cạnh đó, Ids điểm tao thành cạnh tam giác láng giểng với cạnh bên trái phải Bảng: Phần tử sở cạnh File diém: ID, (x y, z) Fiel tam giác: ID, (P1, P2, P3) 1D cạnh (P1, P2) N N a> œ3 Trung tâm Cơng Nghệ Thơng Tìn Địa Lý ~ DITAGIS Ter TịÌ, Q O Ầ Q © N 27 thời điểm hành Nghiên cứu xây dựng mơ hình số độ cao liệu nên GIS Các phương pháp lấy mẫu 3.4 Lấy mẫu theo lưới 3.4.1 trúc lưới, lưới có Các vị trí lấy mẫu nằm vị trí thuộc mắt lưới cấu kích thước bé thể hình vng hình chữ nhật Nếu lưới Tuy nhiên, có mật độ điểm mẫu tăng lên độ xác mơ hình cao phí kinh tế mơ thể tăng mật độ điểm mẫu đến giới hạn xác định xét đến xác tính hợp lý hình Mật độ điểm mẫu ràng buộc chặt chẽ với yêu cầu độ mặt kinh tế Hình 2.12: Các điểm mẫu lấy theo lưới 3.42 Lấy mẫu ngẫu nhiên bể mặt tiến hành xây dựng Các điểm mẫu xác định cách ngẫu nhiên nhu cầu đặt ra, ví dụ mơ hình Ngun tắc tiến hành lấy mẫu phải đảm bảo theo biến đổi lớn độ đốc thay phải tăng mật độ điểm mẫu nơi có địa hình Z lại giảm mật độ điểm lấy đổi nhanh so với vùng có địa hình phẳng, ngược mẫu địa hình phẳng ® ® e ° e ° ° e * ° e ® ° e e e ° ° eo * s ° e e @ ee *  lv sa @ , â ° e* ee ® e ° * ° * rˆ Hình 2.13: Lấy mẫu theo phương pháp ngẫu nhiên Trung tâm Công Nghệ Thông Tin Địa Lý ~ DITAGIS 28 Nghiên cửu xây dựng mơ hình số độ cao đữ liệu nên GIS thời điểm hành 3.4.3 Lấy mẫu theo đường bình độ Các vị trí lấy mẫu xác định theo đường bình độ, có giá trị độ cao VỊ trí điểm mẫu xác định ngẫu nhiên dọc theo đường bình độ, khu vực địa hình thay đổi mạnh cần phải tăng mật độ điểm mẫu Phương pháp có By thể áp dụng gần trường hợp thu thập cơng nghệ GPS thực tế khó xác định vị trí đường bình độ Hình 2.14: Lấy mẫu theo đường Contour 3.4.4 Các điểm mẫu phân bố theo mặt nghiêng Các mặt nghiêng quan sắt vng góc với đường thẳng đường cong tuyến đường quốc lộ Trên đường mặt nghiêng tiến hành xác định vị trí lấy mẫu Tương tự phương pháp lấy mẫu ngẫu nhiên, khu vực có địa hình biến đổi mạnh cần phải tăng mật độ lấy mẫu Hình 2.15: Lấy mẫu theo mặt nghiêng Trung tâm Cơng Nghệ Thơng Tìn Địa Lý = DITAGIS 29 Nghiên cứu xây dựng mơ hình số độ cao đữ liệu GIS thời điểm hành 4.1 HỆ THỐNG ĐỊNH VỊTOÀN CẤU Khái nệm Hệ thống định vị toàn câu (GPS - Global Positioning System) hệ thống đo đạc dẫn đường vệ tinh - xác định xác vị trí thời gian thơng qua việc sử dụng tín hiệu vơ tuyến từ vé tinh, theo thời gian thực (RTK - Real Time Kinematic) theo kiểu xử lý sau (PP - Post Processing) Trong số nhiều ứng dụng hệ thống GPS, đóng góp vào sở đữ liệu hệ thống công nghệ thông tin dia Iv (GIS Geographical Information System) đáng kể GPS sử dụng khắp giới cho việc xác định tọa độ đặc tính địa lý quan trọng đầu vào thiết yếu cho hệ thống GIS, bên cạnh cịn ứng dụng đo đạc địa chính xác, dẫn đường cho phương tiện giao thông thành phố đường cao tốc cách sử dụng hệ thống tích hợp GPS-GIS, GPS cla NAVSTAR (Navigation Satellite Timing and Ranging Global Positioning System) Bộ quốc phòng Hoa Kỳ (DoD - U.S Department of Defense) triển khai nhằm thay hệ thống vệ tỉnh dẫn đường Hải quân TRANSIT (NNSS - Navy Navigation Satellite System) vào năm 90 GPS hệ thống định vị dẫn đường với độ xác cao điều kiện thời tiết Nó cách mạng hóa lĩnh vực đo đạc đại, dẫn đường vẽ đổ Vì việc đo đạc diễn thường xuyên, GPS trở thành kỹ thuật có tính cạnh tranh cao phương pháp sử dụng máy kinh vĩ, thiết bị điện đo khoảng cách để đo đạc mặt đất Trong lĩnh vực đo đạc nào, GPS có khả thay hầu hết kỹ thuật sử dụng cho việc xác định vị trí điểm nằm ngang xác cách xa nhiều vài chục kilomet, tạo nên cách mạng khái niệm đo đạc địa hình GPS hệ thống gồm 24 vệ tính quỹ đạo gần tròn độ cao danh nghĩa 20183 km Hiện nay, cung cấp đầy đủ trung bình tối thiểu vệ tinh nơi toàn câu Bằng cách nhận tín hiệu lúc từ tối thiểu vệ tinh, người giám sát xác định vị trí địa lý (kinh độ, vĩ độ độ cao) thời gian (UTC - Coordinated Universal Time) va vectd van tốc với độ xác cao Sử dụng GPS có tính kinh tế cần thời gian so với kỹ thuật khác sử dụng Cơ bản, GPS hệ thống dẫn đường - định vị thời gian thực Tuy nhiên, với chuyển đổi từ kết đo đạc mặt đất - mặt đất đến kết đo đạc mặt đất -khơng gian có khả thực GPS (và kỹ thuật đo đạc không gian khác), kỹ thuật khắc phục giới hạn lớn phương pháp đo đạc mặt đất địi hỏi phải nhìn thấy trạm đo đạc, phụ thuộc vào thời tiết, khó khăn quan sát ban đêm, Những lợi điểm kỹ thuật thơng thường, tính kinh tế vận hành làm cho GPS trở thành kỹ thuật đo đạc hứa hẹn GPS đạt độ xác cao định vị điểm, với điểm cách vài trăm met đến vài trăm kilomet Kỹ thuật đo đạc tìm ứng dụng quan trọng nhiều lĩnh vực khác Trung têm Cơng Nghệ Thơng Tìn Địa Lý ~ DITAGIS 30 Nghiên cứu xây dựng mô hình số độ cao liệu nên GIS thời điểm hành 4.1.1 Sơ lược lịch sử phát triển GPS TRANSIT (NNSS - Navy Navigation Satellite System), hệ thống dẫn đường vệ tinh hoạt động trước hệ thống GPS, Hải quân Hoa Kỳ phóng từ năm 1958 Nó bắt đầu hoạt động vào năm 1964 đưa vào ứng dụng hoạt động dân dụng năm 1967 Hệ thống gồm có vệ tỉnh độ cao 1075 km, hủy bỏ bước Hệ thống thay hệ thống NAVSTAR GPS, phóng vào năm 1972 Đó chương trình phục vụ kết hợp khơng qn, hải quân, hàng hải quan đổ quốc phòng Hoa Kỳ Hệ thống GPS bắt đầu hoạt động ứng dụng cách hoàn thiện cho người sử dựng dân dụng vào trước năm 1990 Trong giai đoạn thử nghiệm, có 11 vé tinh "Block I" da dugc phóng lên từ năm [978 đến năm 1985 có 10 vệ tinh phóng thành cơng Các vệ tinh phóng lên hai quỹ đạo nghiêng 55° so với mặt phẳng xích đạo, cắt góc 60° Trong số 10 vệ tỉnh đó, cịn vệ tỉnh hoạt động tốt Giai đoạn triển khai, có 14 vệ tỉnh thuộc thé vé tinh "Block II" va “Block II- R” phóng từ tháng / 1989 đến tháng / 1992 Các vệ tỉnh phóng lên hợp với vệ tỉnh "Block I" tạo thành chòm 2! vệ tỉnh Trong có I8 vệ tỉnh hoạt động vệ tỉnh dự phòng, phân bố ố quỹ đạo nghiêng 55° so với mặt phẳng xích đạo cắt góc 60° so vdi mat phẳng kế cận Các vệ tỉnh thuộc hệ "Block III" dang nghiên cứu để bổ sung thêm vào chòm vệ tính thay dần cho vệ tỉnh trước Hiện chòm vệ tỉnh sử dụng cho hệ thống định vị din dung gồm 24 vệ tỉnh phân bố quỹ đạo nghiêng 33? so với mặt phẳng xích đạo cắt góc 60° so với mặt phẳng kế cận 41.2 Các thành phần hệ thống GPS Hệ thống định vị toàn cầu cách điều khiển phần người sử dụng gồm phẩn: phần không gian phần 1) Phần khơng gian Phần khơng gian gồm 24 vệ tính quỹ đạo gần trịn có chu kỳ 12 giờ, độ cao danh nghĩa 20183 km, mặt phẳng quỹ đạo nghiêng góc 55° so với mặt phẳng xích đạo cất góc 60” so với mặt phẳng kế cận Chòm vệ tỉnh bảo đảm có + vệ tỉnh tầm nhìn từ điểm trái đất thời gian cho việc định vị 3-D dẫn đường khắp giới Những vệ tỉnh hướng vào trái đất, diéu khiển trục liên tục phát liệu dẫn đường liệu hệ thống gồm lịch thiên văn vệ tỉnh dự đoán, độ lệch đồng hồ, băng tần viba kép LI L2 2) Phần điều khiển Có trạm điều khiển chinh (MCS - Master Control Station), vai tram giám sát (MSs - Monitor Stations) va trạm cài liệu (ULS - Úp Load Station) Tram gidm sat MISs trạm có khả vận chuyển với máy thu máy tính; tất Trung tâm Cơng Nghé Théng Tin Dia Ly - DITAGIS 31 Nghiên cứu xây dựng mơ hình số độ cao đữ liệu nên GIS thời điểm hành đặt Hoa Kỳ, theo dõi vệ tỉnh cách thụ động, tích lũy liệu khoảng cách từ tín hiệu dẫn đường Dữ liệu chuyển tới cho trạm điều khiển MCS để xử lý máy tính, cung cấp ước lượng tốt cho vị trí vệ tinh tốc độ độ lệch đồng hồ tương thời gian hệ thống Do đữ liệu xử lý tạo thông tin định rõ trường trọng lực bao gồm chuyển vệ tỉnh, đặc tính áp suất thái dương hệ, độ lệch đồng hổ, vị trí, đặc tính trễ điện trạm mặt đất tính chất không rõ ràng khác khả quan sát hệ thống Những mẩu tin dẫn đường tương lai tích hợp từ trường trọng lực cài đặt vào nhớ vệ tỉnh ngày lần trạm cài liệu ULS - có anten parabol, phát sóng vơ tuyến máy tính Vì vậy, vai trị phần điều khiển là: e Ước lượng lịch thiên văn e Dự đoán vị trí vệ tỉnh độ lệch đồng hồ œ_ Cài đặt liệu cho vệ tỉnh động đồng hồ nguyên tử vệ tỉnh (SV - Space Vehicle) cách thức hoạt Space segment 3D position (Air) / User segment 2D position (Land) Hình 2.16: thành phần hệ thống GPS 3) Phân người sử dụng Thiết bị người sử dụng gồm có anten, thu sóng vơ tuyến, xử lý đữ liệu với phân mềm đơn vị điểu khiển / hiển thị Máy thu đo cự ly giả, pha va div liệu khác qua việc sử đụng tín hiệu dẫn đường từ tối thiểu vệ tỉnh tính tốn vị trí 3Trung tâm Cơng Nghệ Thơng Tìn Địa Lý - DITAGIS 32 Nghiên cứu xây dựng mơ hình số độ cao đữ liệu nén GIS tai thời điển hành D tốc độ thời gian hệ thống Vị trí nằm hệ tọa độ địa lý thuộc hệ thống tọa độ tham chiếu bản: hệ thống lưới tọa độ WGS§4 (World Geodetic System 1984), biến đổi trình bày lưới địa lý, ƯTM hệ trục tọa độ khác Những hiệu chỉnh trễ khúc xạ tầng ion thiết bị người sit dung tinh toán cung cấp 4.22 Nguyên lý hoạt động Mỗi vệ tinh GPS mang đồng hồ nguyên tử với độ ổn định tốt 10”, sử dụng để tạo tín hiệu dẫn đường băng tân L trải phổ PRN tần số kép Những mẩu tin vệ tính phát liên tục mã P mã C/A điều chế tẩn số sóng mang L1, chứa đựng thông tin lịch thiên văn vệ tỉnh độ lệch đồng vệ tỉnh Các trạm giám sát MSs đặt Hoa Kỳ nhận mẩu tin chuyển đến trạm điều khiển MSC tính tốn thơng tín tương lai cài đặt lưu trữ nhớ vệ tỉnh để phát rộng rãi Mục đích mã để nhận dạng riêng rễ vệ tỉnh, cho phép đo thời gian truyền tín hiệu từ chối sử dụng người khơng phép sử dụng pị= vs) +(ys vDP +fs+ g}” PRN PRN 12 | PRN3 User GPS | GY, 2) Hình 2.17: nguyên lý dinh vi toa dé may thu GPS Thiết bị người sử dựng nhận mẩu tin din đường từ vệ tỉnh có khả nãng sử dụng đường chân trời nơi thời điểm Hiệu chỉnh mã thu với mã tương ứng tạo từ máy thu cho phép người quan sắt mặt đất đo thời gian truyền tín hiệu từ vệ tỉnh đến máy thu, từ cự ly từ máy thu đến vệ tỉnh tính tốn Nhận lúc tín hiệu dẫn đường từ +4 vệ tính, chứa thơng tin thời gian tuyển mã có độ xác 10' giây vị trí vệ tỉnh dựa vào lịch thiên văn phát rộng rãi cho phép người quan sát định phương trình cự ly giả (cự ly thực độ lệch đồng hỗ người sử dụng) mà giải để có tham số vị trí z2 Trung tâm Công Nghệ Thông Tin Địa Lý — DITAGIS G3 người quan sát không gian chiều (3-D! nghĩa X Y, Z hệ tọa độ địa tâm Nghiên cứu xây dựng mơ hình số độ cao liệu nên GIS thời điểm hành - gốc tọa độ tâm trái đất tương đương với kinh độ, vĩ độ cao độ bể mặt ellipsoid, va thdi gian UTC 4.3 Các phương pháp định vị Trong vài năm hoạt động, GPS thực cách mạng hóa lĩnh vực đo đạc, với tiểm thay nhiều kỹ thuật đo đạc có từ trước sử dụng Những phương pháp định vị khác GPS bao gồm định vị tuyệt đối định vị tương đối, định vị tương đối sử dụng kỹ thuật GPS vi sai, kỹ thuật đo đạc GPS động 43.1 Định vị tuyệt đối Trong kiểu định vị tuyệt đối, hệ trục tọa độ tuyệt đối vị trí anten (được định tâm phía trạm khảo sát) - sử dụng máy thu GPS đơn, xác định phương pháp tương tự phương pháp loại trừ Những cự ly giả (khoảng cách từ vệ tinh đến anten, bị độ lệch đồng hồ máy thu làm sai) từ tối thiểu vệ tỉnh khảo sát, mà từ xác định tham số chưa biết - vị trí 3-D anten (x, y, z) độ lệch đồng hỗ máy thu Độ xác đạt từ phương pháp phụ thuộc vào độ xác mẩu ũn vị trí thời gian thu từ vệ tính Với lựa chọn có giá trị vệ tỉnh (SA) hoạt động độ xác định vị tuyệt đối thời gian thực bị giới hạn khoảng 100 m, ma cé thể cải thiện đến mức vài cm cách sử dụng hậu xử lý thơng tin quỹ đạo vệ tỉnh Độ xác định vị tuyệt đối bing GPS bị giới hạn chủ yếu quỹ đạo vệ tĩnh cao 4.3.2 Định vị tương đối Trong phương pháp định vị tương đối, với hai hay nhiều máy thu GPS lúc khảo sát vệ tính nhau, nhiều độ lệch chung gồm ảnh hưởng lớn SA đài loại trừ, phương pháp định vị tương đối cho độ xác cao Chiểu đạt thé cé tram hai đường đáy hai trạm khảo sắt, vị trí tuyệt đối độ xác mức cm, vị trí trạm cịn lại biết xác, sử dụng phương khác pháp đo pha sóng mang Trong kiểu khảo sát vi sai, sử dụng sai biệt đơn (sự kép (giữa biệt giá trị pha sóng mang từ hai máy thu đến vệ tinh), sai biệt sai giá trị pha sóng mang từ hai máy thu đến hai vệ tỉnh) sai biệt ba (sự lệch độ biệt sai biệt kép hai thời điểm đo) ảnh hưởng nhiều độ lệch trị đồng máy thu độ lệch đồng hồ vệ tỉnh, giảm tối thiểu Sử dụng tín ion lên đo tân số kép (cả hai tần số L1 L2) loại trừ “phan lớn ảnh hưởng tầng xác sử tỉnh vệ đạo hiệu, cải thiện độ xác định vị Với quỹ dụng qui trình tỉnh vi, độ xác mức cm có khả đạc đo đạc tỉ lệ vùng hay toàn câu 43.3 GPS vi sai hai máy Phát triển phương pháp định vị tương đối kỹ thuật GPS vi sai, máy thu khảo sát lúc trang bị phát sóng vơ tuyến thu khác thu mẩu tin phát từ máy phát Trạm thu vệ tỉnh, đặt cố định thu tính vị trí có tọa độ biết trước, phát tín hiệu vơ tuyến Dựa vị trí này, trạm Trung tâm Công Aighệ Thông Tin Dia Lf - DITAGIS 34 Nghiên cứu xây dựng mơ hình số độ cao liệu nén GIS tai thời điểm hành toán giá trị hiệu chỉnh giá trị đo pha / cự ly từ mét vé tinh GPS, truyén chúng đến máy thu khác mà ứng dụng giá trị hiệu chỉnh để cải tiến độ xác Một hệ thống thích hợp với ứng dụng hệ thống dẫn đường phương tiện giao thơng, xác định vị trí thuyền câu vùng biển, Cự ly giới hạn phát sóng vơ tuyến hạn chế ứng dụng hệ thống vài km 4.3.4 GPS động Trong kỹ thuật GPS động, máy thu chuyển động tương máy thu lại, sử dụng phương tiện giao thông đường đường biển hay hàng khơng Cùng với khó khăn thu nhận vị trí thay đổi liên tục máy thu chuyển động, phương pháp đưa số ưu điểm tương tự phương pháp đo nh loại trừ ràng buộc trị nhập nhằng (số lượng bước sóng giá trị đo pha khơng xác định được) Kỹ thuật có số ứng dụng quan trọng, hệ thống dẫn đường tàu thuyển máy bay, hệ thống điều khiển đo đạc chụp ảnh từ không gian, 4.4 Những ứng dụng cua GPS Do độ xác cao, đa dụng, hoạt động không ràng buộc kinh tế hoạt động điều kiện thời tiết, GPS ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực, từ đo đạc xác cao mức milimét đến định vị dẫn đường mức vài mét Một số ứng dụng la: - _ Thiết lập độ xác cao mức zero cho mạng điều khiển khảo sát đo đạc quốc gia tram CPS - Củng cố tăng cường hiệu chỉnh mạng điều khiển sở sử dụng trạm GPS - _ Kết nối đảo xa với mạng điều khiển đo đạc lục địa - Xác định geoid xác sử dụng liệu GPS - Nghiên cứu xoay trái đất dịch chuyển địa cực từ liệu GPS Loại trừ dị thường trọng trường sử dụng GPS -_ Đo đạc hàng hải: định vị trạm đại dương, tàu thuyền - Giám sát động đất: dịch chuyển vỏ trái đất vài centiméttứ năm giám sát GPS, GPS phù hợp với việc giám sát trôi lục địa di chuyển địa chấn, - Mạng điều khiển thiên đỉnh: độ xác độ cao đạt vài milimét GPS với thời gian giá thành thấp nhiều, GPS phù hợp để thiết lập mạng điều khiển thiên đỉnh độ xác thấp - - Dinh vj dia ly tim khoáng sản khai thác khoáng sản Điều khiển đo đạc phục vụ khảo sát đồ địa hình địa Kiểm tra trạm mặt đất phục vụ đo đạc kiểm tra địa hình đề - Dinh vị khơi: tàu thuyền tàu đánh cá, - _ Thời gian truyền tức khoảng cách xuyên lục địa với độ xác vài nanosecond - Theo đối tàu vũ trụ: vecto phan cách vệ tỉnh GPS vệ tỉnh khác giám sát GPS nghĩa định vị vị trí LANDSAT xác Trung tâm Cong Nghé Théng Tin Dia Lý~ DITAGIS 35 Nghiên cứu xây dựng mơ hình số độ cao đữ liệu nén GIS tai thoi điểm hành - Dẫn đường máy bay tìm đường bay phù hợp, dẫn đường / định vị khu vực xa hoang mạc, rừng nhiệt đới rậm, khu vực sóng vơ tuyến bị che tối, dẫn đường biển xác, dẫn đường vào / cảng an toàn, Năm 1990, hầu hết lĩnh vực dân dụng trang bị GPS - Quân đội, vũ khí cải tiến với độ xác cao, khoa nghiên cứu pháo, dẫn đường phục vụ cho Quân đội, Hải quân, Không quân Hoa Kỳ - tiết kiệm hàng năm lên tới hàng tỉ USD - _ Ứng dụng vào khoa học, nghiên cứu liên quan tầng ion tầng đối lưu, nghiên cứu băng, Trung tâm Công Nghệ Thông Tin Địa Lý = DITAGIS 36