luận văn thạc sĩ ứng dụng hệ thống định vị toàn cầu xây dựng lưới địa chính cụm 04 xã phía tây bắc thuộc huyện hà trung tỉnh thanh hóa

Trang 1 TỐNG ĐỨC TRÍ ỨNG DỤNG HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU XÂY DỰNG LƯỚI ĐỊA CHÍNH CỤM 04 XÃ PHÍA TÂY BẮC THUỘC HUYỆN HÀ TRUNG, TỈNH THANH HÓALUẬN VĂN THẠC SĨ QUẢN LÝ ĐẤT ĐAI Trang 2 TỐNG

TỐNG ĐỨC TRÍ

ỨNG DỤNG HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU XÂY DỰNG LƯỚI ĐỊA CHÍNH CỤM 04

XÃ PHÍA TÂY BẮC THUỘC HUYỆN HÀ

TRUNG, TỈNH THANH HÓA

LUẬN VĂN THẠC SĨ QUẢN LÝ ĐẤT ĐAI

Thái Nguyên - 2018

TỐNG ĐỨC TRÍ

ỨNG DỤNG HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU XÂY DỰNG LƯỚI ĐỊA CHÍNH CỤM 04

XÃ PHÍA TÂY BẮC THUỘC HUYỆN

HÀ TRUNG, TỈNH THANH HÓA

Ngành: Quản lý đất đai

Mã số: 8.85.01.03

LUẬN VĂN THẠC SĨ QUẢN LÝ ĐẤT ĐAI

Người hướng dẫn khoa học: PGS TS Đàm Xuân Vận

Thái Nguyên - 2018

nghiên cứu được trình bày trong luận văn là trung thực, khách quan và chưa từng dùng để bảo vệ lấy bất kỳ học vị nào

Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn đã được cám ơn, các thông tin trích dẫn trong luận văn này đều được chỉ rõ nguồn gốc

Thanh Hóa, ngày 20 tháng 9 năm 2018

Tác giả luận văn Tống Đức Trí

động viên của bạn bè, đồng nghiệp và gia đình

Nhân dịp hoàn thành luận văn, cho phép tôi được bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc PGS.TS Đàm Xuân Vận đã tận tình hướng dẫn, dành nhiều công sức, thời gian và tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình học tập

và thực hiện đề tài

Tôi cũng xin cảm ơn sự góp ý chân thành của các thầy, cô giáo khoa Quản lý Tài nguyên, Phòng Quản lý Đào tạo sau Đại học - trường Đại học Nông Lâm, Đại học Thái Nguyên đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi thực hiện

đề tài và hoàn thành luận văn

Tôi xin chân thành cảm ơn tập thể lãnh đạo, cán bộ, công chức Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Thanh Hóa đã giúp đỡ và tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài

Xin chân thành cảm ơn gia đình, người thân, bạn bè, đồng nghiệp đã tạo mọi điều kiện thuận lợi và giúp đỡ tôi về mọi mặt, động viên khuyến khích tôi hoàn thành luận văn./

Thanh Hóa, ngày 20 tháng 9 năm 2018

Tác giả luận văn Tống Đức Trí

MỤC LỤC iii

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT vi

DANH MỤC BẢNG vii

DANH MỤC HÌNH viii

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Mục tiêu nghiên cứu 2

3 Ý nghĩa của đề tài 2

Chương 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3

1.1 Khái quát hệ thống định vị toàn cầu GPS 3

1.1.1 Khái niệm về GPS 3

1.1.2 Các thành phần của GPS 3

1.1.3 Các đại lượng đo 6

1.1.4 Nguyên lý định vị GPS 9

1.1.5 Các nguồn sai số trong định vị GPS 13

1.1.6 Ưu điểm của phương pháp định vị GPS 16

1.1.7 Tọa độ và hệ quy chiếu 16

1.2 Các phương pháp xây dựng lưới cơ bản 17

1.2.1 Phương pháp đường chuyền 17

1.2.2 Phương pháp tam giác 19

1.2.2 Phương pháp lưới GPS 21

1.3 Một số ứng dụng nghệ nghệ GPS 21

1.3.1 Ứng dụng công nghệ GPS trong trắc địa trên thế giới và Việt Nam 21

1.3.2 Ứng dụng công nghệ GPS trong xây dựng 24

1.3.3 Ứng dụng công nghệ GPS trong giao thông vận tải 24

1.4.2 Cơ sở toán học của lưới địa chính 26

1.4.3 Mật độ điểm khống chế 29

1.4.4 Lưới địa chính 29

1.5 Cơ sở pháp lý của việc xây dựng lưới 30

1.6 Đánh giá nhận xét chung 31

Chương 2: ĐỐI TƯỢNG, THỜI GIAN, PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 33

2.1 Đối tượng nghiên cứu 33

2.2 Thời gian nghiên cứu 33

2.3 Phạm vi nghiên cứu 33

2.4 Nội dung nghiên cứu 33

2.5 Phương pháp nghiên cứu 33

2.5.1 Phương pháp thu thập số liệu thứ cấp 33

2.5.2 Phương pháp thiết kế lưới 34

2.5.3 Phương pháp xây dựng lưới địa chính 34

2.5.4 Phương pháp xử lý số liệu đo 34

2.5.5 Phương pháp kiểm tra lưới 34

2.5.6 Phương pháp phân tích, so sánh 35

Chương 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 36

3.1 Điều kiện tư nhiên, kinh tế - xã hội của cụm 04 xã phía Tây Bắc thuộc huyện Hà Trung, tỉnh Thanh Hóa 36

3.1.1 Đặc điểm tự nhiên 36

3.1.2 Đặc điểm kinh tế và xã hội 39

3.2 Thực trạng công tác đo đạc bản đồ địa chính trên địa bàn tỉnh Thanh Hóa 40

3.3 Xây dựng lưới địa chính cụm 04 xã phía Tây Bắc thuộc huyện Hà Trung, tỉnh Thanh Hóa 42

3.3.4 Tổ chức đo GPS 50

3.3.5 Đo đạc thực địa 54

3.3.6 Xử lý tính toán bình sai 57

3.3 Đo kiểm tra 74

3.3.1 So sánh kết quả đo kiểm tra với kết quả đã thực hiện 75

3.3.2 So sánh kết quả đo kiểm tra vị trí điểm 75

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 76

TÀI LIỆU THAM KHẢO 78

PHỤ LỤC 80

Hệ thống dẫn đường bằng vệ tinh toàn cầu

Hệ thống định vị toàn cầu

Độ mất chính xác theo phương ngang

Độ mất chính xác vị trí vệ tinh theo 3D

Reference Variance Độ chênh lệch tham khảo

Độ mất chính xác theo phương dọc

DANH MỤC BẢNG

Bảng 3 1 Tổng hợp diện tích các loại đất của khu vực nghiên cứu 37

Bảng 3 2: Bảng số lượng điểm địa chính thiết kế trong khu vực nghiên cứu 45

Bảng 3.3: Số điểm địa chính đo vẽ trong khu vực nghiên cứu 46

Bảng 3.4: Tọa độ các điểm gốc 47

Bảng 3.5: Thiết kế ca đo 54

Bảng 3.6: Chỉ tiêu kỹ thuật của máy đo GPS 55

Bảng 3.7: Số lượng điểm GPS đã đo 69

Bảng 3.8: Kết quả đánh giá độ chính xác sau bình sai 71

Bảng 3.9: So sánh kết quả đánh giá độ chính xác đạt được 72

Bảng 3.10: So sánh kết quả đo với chỉ tiêu kỹ thuật của lưới địa chính được thành lập bằng công nghệ GNSS 73

Bảng 3.11: So sánh kết quả xử lý được với kết quả đo kiểm tra 75

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1: Mô hình hình ảnh trái đất và vệ tinh GPS 3

Hình 1.2: Cấu trúc tín hiệu GPS 5

Hình 1.3: Các trạm điều khiển GPS 6

Hình 1.4: Các thành phần chính của GPS 6

Hình 1.5: Xác định hiệu số giữa các thời điểm 7

Hình 1.6: Kỹ thuật giải đa trị tại các máy thu 9

Hình 1.7: Kỹ thuật định vị tuyệt đối 10

Hình 1.8: Kỹ thuật định vị tương đối 12

Hình 1.9: Đường truyền phù hợp 17

Hình 1.10: Đường chuyền dỗi thẳng 17

Hình 1.11: Đường truyền có một điểm nút 18

Hình 1.12: Đường truyền nhiều điểm nút 18

Hình 1.13: Phương pháp tam giác đo góc 19

Hình 1.14: Phương pháp tam giác đo toàn cạnh 20

Hình 3.1: Sơ đồ vị trí khu vực nghiên cứu 36

Hình 3.2: Sơ đồ quy trình xây dựng lưới địa chính 42

Hình 3.3: Mặt mốc điểm tọa độ địa chính 46

Hình 3.4: Quy cách mốc địa chính 48

Hình 3.5: Sơ đồ chọn điểm, chôn mốc 49

Hình 3.6: Cửa sổ chương trình Trimble Geomatics office 50

Hình 3.7: Cửa sổ Planning 51

Hình 3.8: Cửa sổ Planning (Lists Intervals) 52

Hình 3.9: Cửa sổ Planning (Lists Elevation/Azimuth) 52

Hình 3.10: Cửa sổ Planning (Lists of DOP values) 53

Hình 3.11: Máy GPS 1 tần Trimble 4600LS 55

Hình 3.12: Cửa sổ Coordinate System Manager 58

Hình 3.13: Cửa sổ Datum Transformation Properties 58

Hình 3.14: Chọn hệ tọa độ Vuông góc UTM 59

Hình 3.15: Chọn phép chiếu hình trụ ngang giữ góc 60

Hình 3.16: Tạo New Project 61

Hình 3.17: Nhập dữ liệu đo 61

Hình 3.18: Hộp thoại Receiver Raw Data Check in 62

Hình 3.19: Hộp thoại Project Setting 64

Hình 3.20: Hộp thoại Select Coordinate System 64

Hình 3.21: Hộp thoại Select Coordinate System Type 65

Hình 3.22: Hộp thoại Select Coordinate System Zone 65

Hình 3.23: Hộp thoại Select Geoid Model 66

Hình 3.24: Hộp thoại Processing Baselines 66

Hình 3.25: Nhập tọa độ điểm gốc 67

Hình 3.26: Hộp thoại Adjust Network 68

Hình 3.27: Hộp thoại Adjust Network 68

Hình 3.28: Sơ đồ đo lưới địa chính 70

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Trong số 15 nội dung quản lý nhà nước về đất đai được quy định tại Điều 22 Luật đất đai 2013, nhiệm vụ: “Khảo sát, đo đạc, lập bản đồ địa chính, bản đồ hiện trạng sử dụng đất và bản đồ quy hoạch sử dụng đất; điều tra, đánh giá tài nguyên đất; điều tra xây dựng giá đất” được đặt ở vị trí thứ 3

Hệ thống định vị toàn cầu GPS là hệ thống định vị, dẫn đường sử dụng các vệ tinh nhân tạo được Bộ Quốc phòng Mỹ triển khai từ những năm đầu thập kỷ 70 Ban đầu, hệ thống này được dùng cho mục đích quân sự nhưng sau đó đã được thương mại hóa, từ năm 1980 hệ thống định vị toàn cầu GPS

đã được sử dụng vào mục đích dân sự Ngày nay, trong nhiều lĩnh vực của đời sống kinh tế, xã hội đã và đang áp dụng công nghệ GPS

Trong ngành trắc địa, công nghệ GPS đã mở ra thời kỳ mới, thay thế công nghệ truyền thống trong việc thành lập và xây dựng dựng mạng lưới tọa

độ các cấp Đối với ngành trắc địa bản đồ thì đây là cuộc cách mạng thực sự

cả về kỹ thuật, chất lượng cũng như hiệu quả kinh tế trên phạm vi toàn thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng Hệ thống định vị toàn cầu GPS đã được công nhận và sử dụng rộng rãi như một công nghệ tin cậy, hiệu quả trong trắc địa bản đồ bởi tính ưu việt như: có thể xác định tọa độ của các điểm

từ điểm gốc khác mà không cần thông hướng; tính tự động hóa trong đo đạc

và xử lý kết quả đo; độ chính xác đo đạc ít phụ thuộc vào điều kiện thời tiết (có thể đo trong mọi điều kiện thời tiết); việc xác định tọa độ các điểm nhanh chóng, chính xác cao, ở bất kỳ vị trí nào trên trái đất; có thể thực hiện trong mọi điều kiện địa hình mà không cần thông hướng giữa các điểm đo; tiết kiệm thời gian, chi phí thấp; đáp ứng yêu cầu thay thế một số dạng công việc mà phương pháp trắc địa truyền thống không thực hiện được như: đo hải đảo; đo địa hình đáy biển; đo mặt cắt các sông lớn; đặc biệt là đo khoảng cách dài

Công tác đo đạc bản đồ, đăng ký, câp giấy chứng nhận quyền sử dụng đất, lập hồ sơ địa chính, xây dựng cơ sở dữ liệu địa chính là một nội dung quan trọng trong công tác quản lý nhà nước về đất đai, phục vụ cho việc xây dựng quy hoạch, kế hoạch sử dụng đất phát triển kinh tế - xã hội, an ninh, quốc phòng của địa phương Tuy nhiên, trên địa bàn huyện Hà Trung hệ thống bản đồ giải thửa, bản đồ địa chính trước đây vừa thiếu, lại đo đạc đã lâu, công nghệ cũ, không đồng bộ và chưa được chỉnh lý biến động nên thiếu

độ chính xác Vì vậy, để quản lý đất đai một cách có hiệu quản, khoa học thì cần thiết phải thành lập được hệ thống BĐĐC có độ chính xác cao, muốn có được điều đó cần phải xây dựng lưới địa chính

Để mở rộng khả năng sử dụng công nghệ GPS, góp phần đưa công nghệ vào sản xuất, nâng cao hiệu quả kinh tế trong đo đạc, tôi tiến hành nghiên cứu

đề tài: “Ứng dụng Hệ thống định vị toàn cầu xây dựng lưới địa chính cụm

04 xã phía Tây Bắc thuộc huyện Hà Trung, tỉnh Thanh Hóa”

2 Mục tiêu nghiên cứu

Ứng dụng hệ thống định vị toàn cầu để xây dựng lưới địa chính phục vụ công tác đo vẽ, thành lập bản đồ địa chính

3 Ý nghĩa của đề tài

Dựa trên công nghệ GNSS để xây dựng lưới địa chính cụm 04 xã phía Tây Bắc thuộc huyện Hà Trung thay thế cho phương pháp xây dựng lưới truyền thống, góp phần đưa công nghệ mới vào sản xuất nhằm nâng cao độ chính xác, mang lại hiệu quả kinh tế - kỹ thuật trong thực tế sản xuất khi xây dựng lưới khống chế đo vẽ và là tiền đề xây dựng lưới không chế đo vẽ toàn huyện

Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 Khái quát hệ thống định vị toàn cầu GPS 1.1.1 Khái niệm về GPS

Tên tiếng Anh đầy đủ của GPS là Navigation Satellite Timing and Ranging Global Positioning System Đây là một hệ thống radio hàng hải dựa vào các vệ tinh để cung cấp thông tin vị trí 3 chiều và thời gian chính xác Hệ thống luôn sẵn sàng trên phạm vi toàn cầu và hoạt động trong mọi điều kiện thời tiết

Hình 1.1: Mô hình hình ảnh trái đất và vệ tinh GPS

Nguồn: Ahmed El-Rabbany (2007), Introduction to GPS [15]

1.1.2 Các thành phần của GPS

GPS gồm 3 đoạn: đoạn không gian, đoạn điều khiển và đoạn người sử dụng

1.1.2.1 Đoạn không gian (Space Segment)

đã có 31 vệ tinh bay xung quanh Trái đất trên 6 quỹ đạo gần tròn cách đều

đạo của trái đất Chu kỳ quay của vệ tinh là 718 phút [15]

+ Nhận và lưu trữ dữ liệu được gửi lên từ các trạm điều khiển

+ Duy trì thời gian chính xác bởi đồng hồ nguyên tử gắn trên vệ tinh

- Mỗi vệ tinh được trang bị máy phát tần số chuẩn nguyên tử chính xác

ảnh hưởng của tầng điện ly người ta sử dụng hai tần số

- Để phục vụ cho các mục đích và đối tượng khác nhau, các tín hiệu phát đi được điều biến mang theo các code riêng biệt đó là: C/A- Code, P- Code và Y- Code

+ C/A-Code (Coarse/Acquisition Code) là code thô được sử dụng rộng rãi C/A Code có tính chất code tựa ngẫu nhiên Tín hiệu mang code này có

+ P-Code (Precision Code) là code chính xác được sử dụng cho các mục đích quân sự của Mỹ và chỉ dùng cho các mục đích khác khi được phía Mỹ

+ Y-Code là Code bí mật được phủ lên P-Code nhằm chống bắt chiếc, gọi là kỹ thuật AS (Anti Spoosing), chỉ có vệ tinh thuộc các khối từ sau năm

1989 mới có khả năng này

Hình 1.2: Cấu trúc tín hiệu GPS

Nguồn: Ahmed El-Rabbany (2007), Introduction to GPS [15]

1.1.2.2 Đoạn điều khiển (Control Segment)

Có 5 trạm điều khiển trên mặt đất: Hawaii (Thái Bình Dương), Colorado Springs (Căn cứ không quân Mỹ), Ascension Island (Đại Tây Dương), Diego Garcia (Ấn Độ Dương) và Kwajalein (Thái Bình Dương), trong đó có 1 trạm trung tâm đặt tại Colorado Springs

Nhiệm vụ của đoạn điều khiển là điều khiển toàn bộ hoạt động và chức năng của các vệ tinh trên cơ sở theo dõi chuyển động quỹ đạo của các vệ tinh

và hoạt động của đồng hồ trên đó Tất cả các số liệu đo khoảng cách, sự thay đổi khoảng cách, các số liệu đo khí tượng ở mỗi trạm đều được truyền về trạm trung tâm Trạm trung tâm xử lý các số liệu được truyền từ các trạm theo dõi

và số liệu đo của chính nó để cho ra các ephemerit chính xác hoá của vệ tinh

và số hiệu chỉnh cho các đồng hồ vệ tinh Các số liệu này được truyền trở lại cho các trạm theo dõi và từ đó truyền tiếp lên cho các vệ tinh cùng các lệnh điều khiển khác [15]

Hình 1.3: Các trạm điều khiển GPS

Nguồn: Ahmed El-Rabbany (2007), Introduction to GPS [15]

1.1.2.3 Đoạn sử dụng (User Segment)

Gồm các máy thu đặt trên mặt đất, bao gồm phần cứng và phần mềm

sử dụng cho các mục đích, yêu cầu khác nhau của khách hàng

Hình 1.4: Các thành phần chính của GPS

Nguồn: Ahmed El-Rabbany (2007), Introduction to GPS [15]

1.1.3 Các đại lượng đo

Việc định vị bằng GPS thực hiện trên cơ sở sử dụng hai dạng đại lượng

đo cơ bản, đó là đo khoảng cách giả theo các code tựa ngẫu nhiên (C/A-code

1.1.3.1 Đo khoảng cách giả theo C/A-code và P-code

Code tựa ngẫu nhiên được phát đi từ vệ tinh cùng với sóng tải Máy thu GPS cũng tạo ra code tựa ngẫu nhiên đúng như vậy Bằng cách so sánh code thu từ vệ tinh và code của chính máy thu tạo ra có thể xác định được khoảng thời gian lan truyền của tín hiệu code, từ đó xác định được khoảng cách từ vệ tinh đến máy thu (đến tâm ăng ten của máy thu) Do có sự không đồng bộ giữa đồng hồ của vệ tinh và máy thu, do ảnh hưởng của môi trường lan truyền tín hiệu nên khoảng cách tính theo khoảng thời gian đo được không phải là khoảng cách thực giữa vệ tinh và máy thu, đó là khoảng cách giả [16]

Hình 1.5: Xác định hiệu số giữa các thời điểm

Nguồn: Alfred Leick (1995), GPS Satellite Surveying) [16]

là x,y,z; thời gian lan truyền tín hiệu từ vệ tinh đến điểm xét là t, sai số không

được là R, ta có phương trình:

Trong đó, c là tốc độ lan truyền tín hiệu

Trong trường hợp sử dụng C/A-code, theo dự tính của các nhà thiết kế

hệ thống GPS, kỹ thuật đo khoảng thời gian lan truyền tín hiệu chỉ có thể đảm bảo độ chính xác đo khoảng cách tương ứng khoảng 30m Nếu tính đến ảnh hưởng của điều kiện lan truyền tín hiệu, sai số đo khoảng cách theo C/A code

t c z z y

y x

x t

t c

sẽ ở mức 100 m là mức có thể chấp nhận được để cho khách hàng dân sự được khai thác Song kỹ thuật xử lý tín hiệu code này đã được phát triển đến mức có thể đảm bảo độ chính xác đo khoảng cách khoảng 3m, tức là hầu như không thua kém so với trường hợp sử dụng P-code vốn không dành cho khách hàng đại trà Chính vì lý do này mà trước đây Chính phủ Mỹ đã đưa ra giải pháp SA để hạn chế khả năng thực tế của C/A code Nhưng ngày nay do kỹ thuật đo GPS có thể khắc phục được nhiễu SA, Chính phủ Mỹ đã tuyên bố bỏ nhiễu SA trong trị đo GPS từ tháng 5 năm 2000 [9]

1.1.3.2 Đo pha sóng tải

Với mục đích này người ta tiến hành đo hiệu số giữa pha của sóng tải do máy thu nhận được từ vệ tinh và pha của tín hiệu do chính máy thu tạo ra Hiệu số

Khi đó ta có thể viết:

Trong đó:

nguyên đa trị, thường không biết trước mà cần phải xác định trong thời gian đo;

giữa vệ tinh và máy thu với độ chính xác cỡ cm, thậm chí nhỏ hơn Sóng tải

khả năng làm giảm đáng kể tầng điện ly và việc xác định số nguyên đa trị được đơn giản hơn [16]

) (

2

t c N

Hình 1.6: Kỹ thuật giải đa trị tại các máy thu

Nguồn: Alfred Leick (1995), GPS Satellite Surveying) [16]

1.1.4 Nguyên lý định vị GPS

1.1.4.1 Định vị tuyệt đối (point positioning)

Đây là trường hợp sử dụng máy thu GPS để xác định ngay tọa độ của điểm quan sát trong hệ tọa độ WGS-84 Đó có thể là các thành phần tọa độ vuông góc không gian (X,Y,Z) hoặc các thành phần tọa độ trắc địa mặt cầu (B,L,H) Hệ thống tọa độ WGS-84 là hệ thống tọa độ cơ sở của GPS, tọa độ của vệ tinh và điểm quan sát đều lấy theo hệ thống tọa độ này

Việc đo GPS tuyệt đối được thực hiện trên cơ sở sử dụng đại lượng đo là khoảng cách giả từ vệ tinh đến máy thu theo nguyên tắc giao hội cạnh không gian từ các điểm đã biết tọa độ là các vệ tinh

Nếu biết chính xác khoảng thời gian lan truyền tín hiệu code tựa ngẫu nhiên từ vệ tinh đến máy thu, ta sẽ tính được khoảng cách chính xác giữa vệ tinh và máy thu Khi đó 3 khoảng cách được xác định đồng thời từ 3 vệ tinh đến máy thu sẽ cho ta vị trí không gian đơn trị của máy thu Song trên thực tế

cả đồng hồ trên vệ tinh và đồng hồ trong máy thu đều có sai số, nên khoảng cách đo được không phải là khoảng cách chính xác Kết quả là chúng không thể cắt nhau tại một điểm, nghĩa là không thể xác định được vị trí của máy thu Để khắc phục tình trạng này cần sử dụng thêm một đại lượng đo nữa, đó

là khoảng cách từ vệ tinh thứ 4, ta có hệ phương trình:

(X S1 - X) 2 +(Y S1 - Y) 2 +(Z S1 - Z) 2 = (R1-c ∆ t) 2

Với khoảng cách giả đo đồng thời từ 4 vệ tinh đến máy thu chúng ta sẽ lập

trên chúng ta tìm được tọa độ tuyệt đối của máy thu và số hiệu chỉnh đồng hồ của máy thu [16]

Trên thực tế với hệ thống vệ tinh hoạt động đầy đủ như hiện nay, số lượng vệ tinh mà các máy thu quan sát được thường từ 6-8 vệ tinh, khi đó số lượng phương trình sẽ lớn 4 và nghiệm của phương trình sẽ tìm theo nguyên

lý số bình phương nhỏ nhất

Hình 1.7: Kỹ thuật định vị tuyệt đối

Nguồn: Alfred Leick (1995), GPS Satellite Surveying) [16] 1.1.4.2 Định vị tương đối (Relative Positioning)

Đo GPS tương đối là trường hợp sử dụng hai máy thu GPS đặt ở hai điểm quan sát khác nhau để xác định ra hiệu tọa độ vuông góc không gian

hệ tọa độ WGS-84

(1.3)

Nguyên tắc đo GPS tương đối được thực hiện trên cơ sở sử dụng đại lượng đo là pha của sóng tải Để đạt được độ chính xác cao và rất cao cho kết quả xác định hiệu tọa độ giữa hai điểm xét, người ta đã tạo ra và sử dụng các sai phân khác nhau cho pha sóng tải nhằm làm giảm ảnh hưởng đến các nguồn sai số khác nhau như: Sai số của đồng hồ vệ tinh cũng như của máy thu, sai số tọa độ vệ tinh, sai số số nguyên đa trị,

Trong sai phân này hầu như không còn ảnh hưởng của sai số đồng hồ vệ tinh

Nếu hai trạm cùng tiến hành quan sát đồng thời hai vệ tinh j và k vào

Qua công thức này ta thấy không còn ảnh hưởng của sai số đồng hồ vệ tinh và máy thu

Nếu xét hai trạm cùng tiến hành quan sát đồng thời hai vệ tinh j và k vào

Sai phân này cho phép loại trừ sai số số nguyên đa trị

Hiện nay hệ thống GPS có khoảng 32 vệ tinh hoạt động Do vậy, tại mỗi thời điểm ta có thể quan sát được số vệ tinh nhiều hơn 4 Bằng cách tổng hợp theo từng cặp vệ tinh sẽ có rất nhiều trị đo, mặt khác thời gian thu tín hiệu trong đo tương đối thường khá dài vì vậy số lượng trị đo để xác định ra hiệu tọa độ giữa hai điểm là rất lớn, khi đó bài toán sẽ giải theo phương pháp số bình phương nhỏ nhất [16]

Hình 1.8: Kỹ thuật định vị tương đối

Nguồn: Alfred Leick (1995), GPS Satellite Surveying) [16] Định vị tương đối có các phương pháp đo cơ bản sau đây:

a Phương pháp đo tĩnh

Phương pháp đo tĩnh được sử dụng để xác định hiệu tọa độ (hay vị trí tương hỗ) giữa hai điểm xét với độ chính xác cao, nhằm đáp ứng yêu cầu của công tác trắc địa Trong trường hợp này cần có ít nhất hai máy thu, một máy đặt ở điểm đã biết tọa độ còn máy kia đặt tại điểm cần xác định Cả hai máy thu đồng thời thu tín hiệu từ một số vệ tinh chung trong một khoảng thời gian nhất định, thường từ một đến hai ba giờ đồng hồ Số vệ tinh tối thiểu cho hai trạm quan sát là 5 Khoảng thời gian quan sát kéo dài là để cho đồ hình phân

bố vệ tinh thay đổi từ đó ta có thể xác định được số nguyên đa trị của sóng tải

và đồng thời là để có nhiều trị đo nhằm đạt độ chính xác cao và ổn định kết quả quan sát

Đây là phương pháp đạt được độ chính xác cao nhất trong việc định vị tương đối bằng GPS, có thể cỡ centimet, thậm chí là milimet ở khoảng cách giữa hai điểm xét tới hàng chục và hàng trăm kilomet Nhược điểm của phương pháp là thời gian đo phải kéo dài hàng giờ, do vậy năng xuất đo thường không cao

b Phương pháp đo động

Phương pháp đo động cho phép xác định vị trí tương đối của hàng loạt điểm so với điểm đã biết Phương pháp này cần có ít nhất hai máy thu để xác định số nguyên đa trị của tín hiệu vệ tinh, cần phải có một cạnh đáy đã biết được gối lên điểm đã có tọa độ Sau khi đã xác định số nguyên đa trị được giữ nguyên để tính khoảng cách từ vệ tinh đến máy thu cho các điểm đi tiếp sau trong suốt cả chu kỳ đo Nhờ vậy, thời gian thu tín hiệu tại điểm đo không phải là một giờ đồng hồ như trong phương pháp đo tĩnh nữa mà chỉ còn một phút trong phương pháp này

1.1.4.3 Định vị vi phân (Differential GPS)

Phương pháp này dùng một máy thu đặt cố định tại điểm đã biết tọa độ

và máy thu này có khả năng phát ra tín hiệu vô tuyến, đồng thời có máy di động khác đặt ở vị trí cần xác định tọa độ Cả máy cố định và máy di động cần đồng thời tiến hành thu tín hiệu từ các vệ tinh như nhau Nếu thông tin từ

vệ tinh bị nhiễu thì kết quả xác định tọa độ của cả máy cố định và máy di động cũng đều bị sai lệch, độ sai lệch này được xác định trên cơ sở so sánh tọa độ tính ra theo tín hiệu thu được từ vệ tinh và tọa độ đã biết trước của máy

cố định và có thể xem là như nhau cho cả máy cố định và máy di động Nó được máy cố định phát đi qua sóng vô tuyến để máy di động thu nhận mà hiệu chỉnh cho kết quả xác định tọa độ của mình [16]

1.1.5 Các nguồn sai số trong định vị GPS

1.1.5.1 Sai số của đồng hồ

Sai số đồng hồ gồm đồng hồ trên vệ tinh, đồng hồ trong máy thu và sự không đồng bộ giữa chúng gây ra sai số của đồng hồ trong kết quả đo GPS Đặc biệt là trong định vị tuyệt đối sai số này có giá trị tương đối lớn

Các vệ tinh được trang bị đồng hồ nguyên tử có độ chính xác cao, tính đồng bộ về thời gian giữa các đồng hồ vệ tinh được giữ trong khoảng 20 nano giây Còn các máy thu GPS được trang bị đồng hồ thạch anh chất lượng cao

Chúng ta biết rằng vận tốc truyền tín hiệu khoảng 3x10 8 m/s, nếu sai số

Với ảnh hưởng như trên, người ta đã sử dụng nguyên tắc định vị tương đối để loại trừ ảnh hưởng của sai số đồng hồ [3]

1.1.5.2 Sai số quỹ đạo vệ tinh

Chúng ta đã biết vệ tinh chuyển động trên quỹ đạo xung quanh trái đất chịu nhiều sự tác động như ảnh hưởng của sự thay đổi trọng trường trái đất, ảnh hưởng của sức hút mặt Trăng, mặt Trời, Các ảnh hưởng trên sẽ tác động tới quỹ đạo của vệ tinh, khi đó vệ tinh sẽ không chuyển động hoàn toàn tuân theo đúng 3 định luật Kepler Sai số quỹ đạo vệ tinh ảnh hưởng gần như trọn vẹn đến kết quả định vị tuyệt đối, song được khắc phục về cơ bản trong định

vị tương đối hoặc vi phân

Để biết được vị trí của vệ tinh trên quỹ đạo thì người sử dụng có thể căn

cứ vào lịch vệ tinh Tùy thuộc vào mức độ chính xác của thông tin, lịch vệ tinh được chia làm 3 loại là:

cảnh nhìn thấy của vệ tinh tại thời điểm quan sát, lịch vệ tinh này có sai số khoảng vài km

trạm quan sát thuộc đoạn điều khiển của hệ thống GPS, hiện nay khi chế độ nhiễu SA đã được bỏ thì lịch vệ tinh quảng bá có sai số khoảng từ 2-5 m

trong mạng lưới giám sát và được tính toán nhờ một số tổ chức khoa học, loại lịch này cho sai số nhỏ hơn 0.5m [3]

1.1.5.3 Sai số ảnh hưởng của điều kiện khí tượng

Tín hiệu vệ tinh đến máy thu đi qua một quãng đường lớn hơn 20.000

km, trong đó có tầng điện ly từ độ cao 50 km tới độ cao 500 km và tầng đối

lưu từ độ cao 50km đến mặt đất Khi tín hiệu đi qua các tầng này có thể bị thay đổi (tán xạ) phụ thuộc vào mật độ điện tử tự do trong tầng điện ly và tình trạng hơi nước, nhiệt độ và các bụi khí quyển trong tầng đối lưu

Người ta ước tính rằng, do ảnh hưởng của tầng điện ly, khi định vị tuyệt đối có thể bị sai số khoảng 12 m, còn ảnh hưởng của tầng đối lưu có thể gây sai số khoảng 3m

Các vệ tinh GPS phát tín hiệu ở tần số cao (sóng cực ngắn) do đó ảnh hưởng của tầng điện ly đã được giảm nhiều, tuy vậy cần lưu ý tới đặc tính của sóng cực ngắn là truyền thẳng và dễ bị che chắn

Ảnh hưởng của tầng điện ly tỷ lệ với bình phương tần số, vì thế khi sử dụng máy thu 2 tần sẽ khắc phục được ảnh hưởng này

Tuy vậy, ở khoảng cách ngắn (<10 km) tín hiệu tới 2 máy coi như đi trong cùng môi trường, sai số sẽ được loại trừ trong các công thức tính hiệu tọa độ, do vậy ta nên sử dụng máy một tần, trong khi đó nếu sử dụng máy hai tần có thể bị nhiễu, làm kết quả kém chính xác

Để khắc phục ảnh hưởng của tầng đối lưu, người ta quy định chỉ sử dụng

1.1.5.4 Sai số do nhiễu tín hiệu

Ăng ten của máy thu không chỉ thu tín hiệu đi thẳng từ vệ tinh tới mà còn nhận cả các tín hiệu phản xạ từ mặt đất và môi trường xung quanh Sai số này gọi là sai số do nhiễu tín hiệu Tín hiệu vệ tinh tới máy thu có thể bị nhiễu

do một số nguyên nhân sau:

Để khắc phục sai số nhiễu tín hiệu, khi thiết kế điểm đo cần bố trí xa các trạm phát sóng, các đường dây cao thế, không bố trí máy thu dưới các rặng cây [3]

1.1.5.5 Sai số do người đo

Người đo có thể phạm các sai lầm như: đo chiều cao ăng ten, dọi điểm định tâm không tốt, đôi khi ghi nhầm chế độ đo cao ăng ten Để tránh các sai

số này thì người đo GPS cần thận trọng trong định tâm và đo chiều cao ăng ten Cần chú ý là sai số do đo chiều cao ăng ten không những ảnh hưởng tới

độ cao của điểm đo mà còn ảnh hưởng tới vị trí mặt bằng

Trong khi thu tín hiệu không nên đứng vây quanh máy thu, không che ô cho máy thu [3]

1.1.6 Ưu điểm của phương pháp định vị GPS

1.1.6.1 Ưu điểm

quốc gia hay châu lục, trong khi phương pháp định vị truyền thống chỉ khống chế ở một khu vực nhỏ hẹp

biển và trong không gian cho đối tượng đứng yên hay di động

công, đem lại hiệu quả kinh tế cao

lưới nên thuận lợi cho công tác thiết kế lưới

sẵn nên kết quả có độ tin cậy cao

1.1.6.2 Nhược điểm

- Máy móc thiết bị đắt tiền, cán bộ thi công phải có trình độ và kinh nghiệm

- Công tác chọn điểm theo nguyên tắc khá nghiêm ngặt Do đó hệ thống này sẽ bị hạn chế khi thi công ở khu vực rừng núi, thành phố, khu dân cư

1.1.7 Tọa độ và hệ quy chiếu

Hệ định vị GPS cho tọa độ vuông góc không gian 3 chiều X, Y, Z hoặc các thành phần tọa độ trắc địa mặt cầu B, L, H hoặc các gia số tọa độ trên trong hệ tọa độ toàn cầu WGS-84

1.2 Các phương pháp xây dựng lưới cơ bản

1.2.1 Phương pháp đường chuyền

Đường chuyền là một dạng cơ bản của lưới khống chế mặt bằng Nội của phương pháp đường chuyền là bố trí các điểm nối với nhau tạo thành một hoặc nhiều đường gãy khúc Khi đo chiều dài của tất cả các cạnh và tất cả các góc ngoặt, chúng ta sẽ xác định được vị trí tương hỗ giữa các điểm Nếu biết toạ độ một điểm và góc phương vị của một cạnh ta dễ dàng tính ra phương vị

và toạ độ các điểm khác trên đường gãy khúc đó

Xây dựng lưới khống chế bằng phương pháp đường chuyền ta có thể dùng một số dạng cơ bản sau:

1.2.1.1 Đường chuyền phù hợp

Được sử dụng khi khu vực kéo dài Hai đầu có hai điểm cấp cao, có đo

gần tạo thành đường thẳng ta gọi là "đường chuyền duỗi thẳng"

Hình 1.9: Đường truyền phù hợp

Hình 1.10: Đường chuyền dỗi thẳng

1.2.1.2 Lưới đường chuyền

Khi đo ở khu vực rộng lớn, người ta có thể bố trí kết hợp nhiều đường truyền khép kín và nhiều đường chuyền phù hợp tạo thành lưới đường chuyền

- Đường chuyền có một điểm nút:

Hình 1.11: Đường truyền có một điểm nút

- Đường chuyền nhiều điểm nút:

Hình 1.12: Đường truyền nhiều điểm nút

* Ưu điểm của phương pháp lưới đường chuyền:

- Ở vùng địa hình khó khăn địa vật bị che khuất đặc biệt là thành phố, lưới đường chuyền rất dễ chọn điểm, dễ thông hướng đo vì tại một điểm chỉ cần thấy hai điểm khác

- Sự thay đổi góc ngoặt cũng không bị hạn chế, dễ phân bố điểm theo yêu cầu công việc

- Việc đo góc ngang cũng rất đơn giản vì tại mỗi điểm thường đo hai hướng Tại điểm nút số lượng đo sẽ nhiều hơn

- Các cạnh được đo trực tiếp nên độ chính xác các cạnh tương đối đều nhau

* Nhược điểm của phương pháp lưới đường chuyền:

- Trong một số trường hợp về phương tiện máy móc kỹ thuật bị hạn chế thì khối lượng đo cạnh sẽ nhiều hơn

- Trị đo thừa ít, không có điều kiện kiểm tra góc ngoài thực địa (trừ trường hợp lưới khép kín) chỉ khi tính toán chúng ta mới biết được

1.2.2 Phương pháp tam giác

1.2.2.1 Phương pháp tam giác đo góc

Các mốc trắc địa được chọn và chôn tại các vị trí thích hợp, chúng tạo thành các đỉnh của tam giác và liên kết với nhau thành các tam giác, tuỳ theo cấp hạng lưới, địa hình của khu vực phải khống chế, mà đồ hình của phương pháp này được xây dựng dưới dạng lưới hình tuyến (chuỗi tam giác chạy dài), lưới tứ giác trắc địa, lưới đa giác trung tâm hay lưới tam giác dày đặc Lưới này được đo tất cả các góc của tam giác trong lưới Lưới phải có ít nhất một cạnh đáy và góc phương vị của nó Chiều dài cạnh và phương vị này được đo trực tiếp hoặc tính từ toạ độ điểm gốc ra Từ chiều dài gốc và phương vị gốc

Hình 1.13: Phương pháp tam giác đo góc

* Ưu điểm: khống chế được khu vực rộng lớn và độ chính xác của lưới tương đối cao và đồng đều Mạng lưới dễ đo, dễ tính toán Lưới có nhiều trị

đo thừa nên có nhiều thông số để kiểm tra, tăng độ tin cậy kết quả đo

* Nhược điểm: Bố trí lưới khó khăn do địa hình phức tạp, tầm thông hướng hạn chế

(1.7)

1.2.2.2 Phương pháp tam giác đo toàn cạnh

Ngày nay có các máy đo xa điện tử rất phát triển, việc đo cạnh tương đối thuận tiện và có độ chính xác cao Đồ hình của phương pháp này cũng giống như đồ hình của phương pháp đo góc Nhưng ở đây sau khi bố trí xong mạng

hàm Cos trong hình tam giác để tính tất cả các góc theo công thức:

Hình 1.14: Phương pháp tam giác đo toàn cạnh

* Ưu điểm của phương pháp: Trị đo ít, khống chế được khu vực rộng lớn

* Nhược điểm của phương pháp: Trị đo thừa ít, độ chính xác tính chuyển phương vị cũng kém hơn đo góc nên lưới đo cạnh không có độ tin cây cao Trong cùng điều kiện thì lưới đo góc vẫn ưu việt hơn Việc bố trí điểm, chọn

đồ hình thông hướng cho mạng lưới khó khăn

Để có thêm trị đo thừa, nâng cao độ chính xác của lưới, khi xây dựng lưới tam giác đo cạnh người ta thường chọn lưới có hình dạng là lưới đa giác trung tâm, lưới tứ giác trắc địa hay lưới tam giác dày đặc

1.2.2.3 Phương pháp tam giác đo góc cạnh kết hợp

Thực chất của phương pháp này là tiến hành đo tất cả các góc, các cạnh trong mạng lưới tam giác

* Ưu điểm của phương pháp: cho độ chính xác cao, phạm vi khống chế rộng lớn

* Nhược điểm của phương pháp: Khối lượng đo đạc lớn, việc xây dựng mạng lưới phức tạp và tốn kém

(1.9) (1.10)

1.2.2 Phương pháp lưới GPS

Lưới GPS được thiết kế dưới dạng lưới tam giác hoặc lưới đường

chuyền Lưới GPS dễ chọn điểm, không cần thông hướng các điểm chỉ cần

một cặp cạnh thông hướng là được, không phụ thuộc vào thời tiết, công tác đo ngắm hoàn toàn tự động, cho độ chính xác cao, xác định vị trí tương hỗ giữa hai điểm cỡ vài milimet đến vài chục milimet Nhưng công nghệ GPS cũng có những hạn chế nhất định, phương tiện máy móc có hạn, không phải đơn vị nào cũng có, giá thành cao, chi phí tốn kém

Công nghệ GPS đã được ứng dụng vào xây dựng lưới trắc địa cơ sở xác định hình dạng, kích thước của elipxoid trái đất và trường trọng lực trái đất

Ở nước ta đã sử dụng công nghệ GPS để thành lập hệ thống điểm toạ độ

cơ sở nhà nước, phủ trùm toàn bộ đất nước bao gồm cả lãnh hải và cả một số vùng lãnh thổ trước đây bỏ trống Công nghệ mới này cũng đã được áp dụng

để thành lập lưới địa chính cơ sở, phục vụ công tác đo vẽ bản đồ địa chính, bản đồ địa hình trong cả nước

- Chêm dày lưới truyền thống đã xây dựng

- Bổ sung các số liệu GPS nhằm nâng cao độ chính xác của mạng lưới trắc địa hiện có

- Xây dựng hệ quy chiếu động để nghiên cứu khoa học (địa động, sóng thần) Dưới đây sẽ giới thiệu một số thành quả của việc ứng dụng công nghệ GPS của một số nước trong khu vực châu Á-Thái Bình Dương, cụ thể gồm:

1.3.1.2 Indônêxia

Công nghệ GPS đã được ứng dụng trong các lĩnh vực thành lập lưới khống chế mặt bằng quốc gia, đo đạc thành lập bản đồ địa chính, đo đạc biển,

nghiên cứu địa động học, quản lý đất đai, trắc địa ảnh hàng không, đạo hàng, giao thông, nghiên cứu tầng điện ly, xác định độ cao chính và trọng lực hàng không Inđônêxia đã xây dựng trong các năm 1992- 1993 một mạng lưới cấp “0” (Zero order GPS Control network) gồm 60 điểm rải đều trên các đảo lớn của đất nước Lưới cấp “0” này được bình sai trong hệ quy chiếu mặt đất quốc tế 91(ITRF) và chuyển về hệ WGS-84 Độ chính xác đạt từ 0.01÷0.1 ppm Lưới cấp “0” là cơ sở để phát triển lưới hạng I cũng được thành lập bằng công nghệ GPS CÁc điểm hạng I được đặt trên từng huyện, đến nay đã xây dựng xong 252 điểm trên các đảo lớn như: Sumatra- 40 điểm, Sulaweisi- 36 điểm, Kalimantan-

26 điểm và 150 điểm ở các đảo Java, Timor, Nusa, Tengara Độ chính xác cạnh hạng I đạt từ 0.1÷ 2 phần triệu (ppm) [6]

1.3.1.3 Singapore

Từ năm 1992 Singapore đã có chương trình ứng dụng công nghệ GPS để hiện đại hoá và tăng dày mạng lưới trắc địa của mình Chương trình này nhằm thành lập mạng lưới đo đạc tích hợp (ISN) gồm các điểm hạng C cấp I và Cấp

II Mạng lưới cấp I gồm 38 điểm và cấp II gồm khoảng 10000 điểm (khoảng cách giữa các điểm khoảng 300 m) [6]

1.3.1.4 Australia

Công nghệ GPS đã được ứng dụng để thành lập 9 điểm phủ trùm lãnh thổ, các điểm này tạo thành lưới gọi là lưới chuẩn của Australia Lưới chuẩn này đã được tăng dày bởi 60 điểm GPS tạo thành lưới quốc gia Australia Mạng lưới GPS đã được sử dụng để kiểm tra, nâng cao độ chính xác các mạng lưới toạ độ hạng I, II, III của Australia và bình sai chung mạng lưới GPS và mạng lưới mặt đất đã thiết lập hệ toạ độ mới của Australia…[6]

1.3.1.5 Việt Nam

Ở Việt Nam việc ứng dụng công nghệ GPS phục vụ lĩnh vực trắc địa gồm: Xây dựng lưới toạ độ Nhà nước bằng GPS; Ứng dụng công nghệ GPS trong các lĩnh vực giao thông, thủy lợi, thủy điện (quan trắc biến dạng công

trình); Ứng dụng công nghệ GPS trong xây dựng lưới địa chính cơ sở, lưới khống chế đo vẽ…

Các kết quả đã triển khai thực tiễn ở Việt Nam gồm:

- Từ tháng 12/1991 đến tháng 4/1993 đã hoàn thành việc xây dựng lưới toạ độ Nhà nước bằng GPS tại khu vực Minh Hải, Sông Bé và Tây Nguyên với tổng số 117 điểm và 91 điểm phương vị, các điểm GPS ở các khu vực trên tạo thành lưới tam giác dày đặc Xây dựng lưới trắc địa biển vào năm 1992 gồm 36 điểm trong đó có 18 điểm nằm trên quần đảo Trường Sa

- Kết hợp loại máy GPS 2 tần số và 1 tần số đã xây dựng mạng lưới tọa

độ trên quần đảo Trường Sa, đo nối mạng lưới này và phần lớn đảo chính với mạng lưới đất liền Các điểm GPS này tạo thành mạng lưới toạ độ biển Việt Nam gồm 36 điểm

- Mạng lưới cạnh dài phủ trùm phần đất liền của lãnh thổ Việt Nam đã hoàn thành đầu năm 1994 gồm 23 điểm GPS Lưới này đã liên kết các lưới GPS, lưới tam giác và đường chuyền Nhà nước

- Công nghệ GPS với máy thu 2 tần số đã được ứng dụng trong việc xây dựng mạng lưới toạ độ cấp “0” với 71 điểm phủ trùm cả nước

- Công nghệ GPS đã được ứng dụng để đo các mạng lưới toạ độ quốc gia hạng III (địa chính cơ sở) phủ trùm cả nước với 12.631 điểm

- Công nghệ GPS đã được ứng dụng để đo các mạng lưới trắc địa nhỏ các mạng lưới khu vực

- Thiết lập các hệ thống trạm DGPS phục vu đo biển và biên giới gồm:

03 trạm tại: Điện Biên, Cao Bằng, Hà Giang phục vụ đo biên giới Việt - Trung; 03 điểm tại: Đồ Sơn, Vũng Tàu, Quảng Nam phục vụ công tác đo biển

- Hiện nay, Cục Đo đạc Bản đồ - Bộ Quốc phòng đang củng cố và xây dựng 06 trạm (gồm 4 trạm tại: Phú Quốc, Đà Nẵng, Móng Cái, đảo Trường Sa lớn đã đi vào hoàn động; riêng trạm tại Cửa Lò và Cam Ranh đang xây dựng)

- Triển khai công nghệ GPS trong xây dựng lưới địa chính trên phạm vi toàn quốc [10]

1.3.2 Ứng dụng công nghệ GPS trong xây dựng

GPS không chỉ sử dụng cho các hoạt động điều khiển, xác định lộ trình của máy bay, tàu hỏa, ô tô mà còn được các kỹ sư địa chất, xây dựng sử dụng trong công tác đo đạc bản đồ, cho máy công trình và máy xây dựng Dựa vào công nghệ GPS, máy sẽ tự động làm việc và hoàn thành công việc theo một quy trình đã được các kỹ sư lập trình sẵn

Ứng dụng công nghệ điều khiển và công nghệ định vị toàn cầu (Global Positioning System-GPS) cho máy công trình và máy xây dựng để san lấp mặt bằng, làm đường cao tốc, trải nhựa đường tại nhiều nơi ở Nhật Bản, Singapore, Mỹ cho kết quả rất khả quan: Giảm thời gian thi công đến 40%, giảm chi phí nguyên vật liệu, thực hiện được ở các địa hình phức tạp với sai

số không đáng kể, nền đường phẳng hơn rất nhiều so với việc sử dụng bằng các máy công trình thông thường, giảm sức lao động cho người lái máy, an toàn hơn cho người lao động Đặc biệt, công nghệ này có thể phù hợp với hầu hết các loại máy xây dựng, máy công trình đang được vận hành và sử dụng tại Việt Nam [5]

1.3.3 Ứng dụng công nghệ GPS trong giao thông vận tải

Từ khi xuất hiện, công nghệ định vị GPS đã tạo ra bước ngoặt trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là giám sát hành trình trong giao thông

Với ứng dụng quản lý xe máy, người sử dụng có thể biết vị trí, hành trình xe ở mọi thời điểm; hỗ trợ người quản lý điều hành xe trong các dịch vụ

sử dụng xe máy Trong quản lý xe taxi, ứng dụng này là công cụ để quản lý quá trình sử dụng xe, kiểm soát quá trình vận hành, bảo dưỡng; dễ dàng điều khiển, bố trí xe đón khách tại vị trí gần nhất

Với xe buýt, xe du lịch, xe khách, thiết bị GPS được trang bị một số tính năng có thể định vị vị trí xe, lộ trình xe, các điểm dừng đỗ quy định, trên bản đồ số Khi được trang bị hệ thống này, xe khách sẽ tự động bật lời chào khi có khách lên xuống xe

Nhờ được kết nối với bảng điện tử trên xe, giải pháp này sẽ tự động thông báo các điểm dừng, địa danh sắp tới, thuyết minh về điểm đến, thông tin quảng cáo Với xe tải, thiết bị được kết nối với xe để ghi nhận các tín hiệu

về tình trạng của xe như quá trình bật tắt máy, thời gian di chuyển, số lần nâng hạ ben, mức tiêu thụ xăng dầu…

Thiết bị cũng có thể xác định được vận tốc (sai số khoảng 5km/giờ) và thời gian xe dừng hay đang chạy, biết được lộ trình hiện tại xe đang đi theo thời gian thực; đưa ra cảnh báo khi xe vượt quá tốc độ, vượt ra khỏi vùng giới hạn Người quản lý có thể theo dõi một hay nhiều xe tại mỗi thời điểm, ghi nhận được báo cáo cước phí và tổng quãng đường di chuyển của từng xe trong khoảng thời gian nhất định.[8]

1.4 Thiết kế lưới địa chính bằng công nghệ GNSS (Global Navigation Satellite System)

1.4.1 Nguyên tắc thiết kế lưới

- Lưới thiết kế phải đi từ tổng quát đến chi tiết, từ độ chính xác cao đến

độ chính xác thấp

trạm thu phát sóng tối thiểu 500m; xa các trạm biến thế, đường dây điện cao thế, trạm điện cao áp tối thiểu 50m

- Hệ thống lưới tọa độ cơ sở phải được xây dựng trên cơ sở các điểm tọa

độ Nhà nước cấp cao hơn

- Lưới tọa độ cơ sở phải được nối vào ít nhất hai điểm cấp cao hơn gần khu đo nhất

- Sai số số liệu gốc của lưới cấp trên ảnh hưởng đến cấp dưới kế cận không được vượt quá 12%

- Lưới thiết kể phải đảm bảo đủ mật độ điểm, phủ trùm khu đo, phục vụ cho các tác đo vẽ bản đồ địa chính theo từng giai đoạn

- Thường xuyên cập nhật, tiến hành nâng cao độ chính xác bằng công nghệ và kỹ thuật đo tiên tiến

- Trong quá trình thiết kế cố gắng chọn phương án tối ưu, giá thành thấp,

dễ thi công, đồng thời đảm bảo độ chính xác trong công tác đo vẽ theo từng cấp hạng

- Lưới GPS gồm các điểm được chôn ở các vị trí có nền đất vững chắc,

ổn định, quang đãng, nằm ngoài chỉ giới quy hoạch công trình; đảm bảo khả năng tồn tại lâu dài trên thực địa; thuận lợi cho việc đo ngắm và phát triển lưới cấp thấp Các điểm được liên kết với nhau bởi các cạnh đo, nhờ các cạnh

đo chúng ta sẽ tính toán chính xác tọa độ, độ cao của các điểm trong một hệ thống tọa độ thống nhất [14]

1.4.2 Cơ sở toán học của lưới địa chính

1.4.2.1 Lựa chọn mặt chiếu

Việc thể hiện bề mặt trái đất lên mặt phẳng cần phải có một cơ sở toán học nhằm thể hiện chính xác và ít bị biến dạng khi khai triển

Mặt Geoid trái đất có kích thước và hình dạng phức tạp không thể hiện

nó bằng một mặt toán học được nên ta phải có một bề mặt chuẩn nào đó để so sánh mà cơ sở đặt ra là phải có tính ổn định Trái đất chia làm hai phần: lục địa và đại dương Trong đó phần lục địa chiếm 1/3 diện tích trái đất, là nơi con người sinh sống; là phần có địa hình, địa vật và cấu tạo vật chất phức tạp cho nên không thể làm cơ sở để so sánh Vì thế có nhiều ý tưởng chọn mặt đại dương là mặt cơ sở để so sánh, vì bề mặt đại dương trơn láng, chiếm đại đa số diện tích Trái đất Tuy nhiên, mặt nước biển không ổn định mà có biến động rất nhiều Nhằm khắc phục tính không ổn định của mực nước biển người ta xây dựng các trạm nghiệm triều để đo mực nước biển, rồi lấy giá trị trung bình từng ngày so sánh người ta thấy giá trị sai lệch cao, sau đó lấy giá trị trung bình theo tháng nhưng vẫn chưa đạt yêu cầu, người ta tiếp tục so sánh giá trị trung bình theo từng năm Người ta nhận thấy nếu lấy theo chu kì 17,67 năm thì chỉ số sai lệch chỉ từ vài mm đến vài cm, thoả mãn được yêu cầu đặt ra

Khác mặt Geoid, một bề mặt khác đơn giản thể hiện được dưới dạng phương trình toán học để thể hiện một cách gần đúng bề mặt trái đất dùng làm

cơ sở so sánh mặt bằng đó là mặt Ellipsoid

Ellipsoid tròn xoay có phương trình toán học:

1 2

2 2

2 2

2

= + +

b

Z a

Y a X

Ellipsoid toàn cầu là một Ellipsoid toán học tròn xoay xấp xỉ tốt nhất đối với phạm vi toàn thế giới Ellipsoid toàn cầu có trục quay trùng với trục quay Trái đất, trọng tâm trùng với trọng tâm trái đất Tuy nhiên đưa trọng tâm Ellipsoid trùng với trọng tâm của trái đất là không thể vì vậy đưa vào hai bề mặt xấp xỉ càng tốt

Ellipsoid toàn cầu chỉ tốt trên phạm vi toàn cầu, vì vậy mỗi quốc gia đều tìm một mặt Ellipsoid phù hợp với quốc gia đó gọi là Ellipsoid cục bộ Kích thước Ellipsoid có nhiều giá trị khác nhau

+ Xây dựng Ellipsoid mới phù hợp với lãnh thổ của mỗi quốc gia, tuy độ phù hợp cao nhưng chi phí quá cao

+ Sử dụng Ellipsoid có sẵn và định vị lại cho phù hợp với lãnh thổ của quốc gia mình, độ phù hợp ở mức độ tương đối nhưng chi phí thấp

Để khai triển chính xác mặt Ellipsoid lên mặt phẳng thì cần một mặt trung gian để biểu diễn thành mặt phẳng Yêu cầu về mặt trung gian này càng gần với mặt Ellipsoid càng tốt để giảm sai số biến dạng và mặt cong này được gọi là mặt chiếu Có 3 mặt chiếu (hình trụ, hình phẳng, hình nón) và mỗi mặt chiếu sử dụng 3 phép chiếu (đứng, ngang, nghiêng) Không có phép chiếu nào tốt nhất, phép chiếu chỉ tốt với một khu vực cụ thể Mặt chiếu được sử dụng hiện nay là mặt trụ, phép chiếu được sử dụng là phép chiếu hình trụ ngang đồng góc đối xứng [2]

1.4.2.2 Cơ sở toán học

Theo Thông tư số 973/2001/TT-TCĐC ngày 20 tháng 06 năm 2001 của Tổng cục Địa chính (nay là Bộ Tài nguyên và Môi trường) về việc hướng dẫn

(1.11)

áp dụng hệ quy chiếu và hệ tọa độ Quốc gia VN-2000 (sau đây gọi tắt là hệ VN-2000) Hệ VN-2000 được áp dụng thống nhất để xây dựng hệ thống tọa

độ các cấp hạng, hệ thống bản đồ địa chính, hệ thống bản đồ hành chính quốc gia và các loại bản đồ chuyên đề khác Hệ VN-2000 có các tham số chính sau đây: Ellipsoid quy chiếu quốc gia là Ellipsoid WGS-84 toàn cầu với kích thước:

đường Hoàng Quốc Việt, Hà Nội (nay là Viện khoa học Đo đạc và Bản đồ -

Bộ Tài nguyên và Môi trường)

Hệ thống tọa độ phẳng: hệ tọa độ phẳng UTM Quốc tế, được thiết lập trên cơ sở lưới chiếu hình trụ ngang đồng góc [13]

1.4.2.3 Lưới chiếu bản đồ

để thể hiện các bản đồ địa hình cơ bản, bản đồ nền, bản đồ hành chính quốc gia ở tỷ lệ 1:1.000.000 và nhỏ hơn cho toàn lãnh thổ Việt Nam

hình cơ bản, bản đồ nền, bản đồ hành chính quốc gia tỷ lệ từ 1:500.000 đến 1:25.000

hình cơ bản, bản đồ nền, bản đồ hành chính tỷ lệ từ 1:10.000 đến 1:2.000

- Sử dụng lưới chiếu hình trụ ngang đồng góc với múi chiếu 3 0 có hệ số

địa chính cơ sở và bản đồ địa chính các loại tỷ lệ; kinh tuyến trục được quy

1.4.3 Mật độ điểm khống chế

Theo quy định tại Khoản 8, Điều 5, Chương II, Thông tư số BTNMT ngày 19 tháng 5 năm 2014 của Bộ Tài nguyên và Môi trường, mật

25/2014/TT-độ điểm khống chế tọa 25/2014/TT-độ như sau:

- Để đo vẽ lập bản đồ địa chính bằng phương pháp đo vẽ trực tiếp thực địa thì mật độ điểm khống chế tọa độ quy định như sau:

+ Bản đồ tỷ lệ 1:5000, 1:10000: Trung bình 500 ha có một điểm khống chế tọa độ có độ chính xác tương đương điểm địa chính trở lên;

+ Bản đồ tỷ lệ 1:500, 1:1000, 1:2000: Trung bình từ 100 ha đến 150 ha có một điểm khống chế tọa độ có độ chính xác tương đương điểm địa chính trở lên; + Bản đồ tỷ lệ 1:200: Trung bình 30 ha có một điểm khống chế tọa độ có

độ chính xác tương đương điểm địa chính trở lên;

+ Trường hợp khu vực đo vẽ có địa hình dạng tuyến thì bình quân 1,5

km chiều dài được bố trí 01 điểm tọa độ có độ chính xác tương đương điểm địa chính trở lên;

Trường hợp đặc biệt, khi đo vẽ lập bản đồ địa chính mà diện tích khu đo nhỏ hơn 30 ha thì điểm tọa độ có độ chính xác tương đương điểm địa chính trở lên mật độ không quá 2 điểm

- Để đo vẽ thành lập bản đồ địa chính tỷ lệ 1:2000, 1:5000, 1:10000 bằng phương pháp ảnh hàng không kết hợp với đo vẽ trực tiếp thực địa thì trung bình 2500 ha có một điểm khống chế tọa độ có độ chính xác tương đương điểm địa chính trở lên [11]

1.4.4 Lưới địa chính

Lưới địa chính được quy định tại Điều 9, Chương II, Thông tư số 25/2014/TT-BTNMT ngày 19 tháng 5 năm 2014 của Bộ Tài nguyên và Môi trường, như sau: