Đồ án đánh giá độ chính xác đo GPS động (PPK) trong công tác thành lập bản đồ địa hình

CHƯƠNG I BẢN ĐỒ VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP THÀNH LẬP BẢN ĐỒ1.1.Khái niệm chung Trên bản đồ phụ thuộc vào tỷ lệ, các đối tượng có trên bề mặt đất được chọn lọc biểu diễn, các đối tượng này chứa đ

CHƯƠNG I BẢN ĐỒ VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP THÀNH LẬP BẢN ĐỒ

1.1.Khái niệm chung

Trên bản đồ phụ thuộc vào tỷ lệ, các đối tượng có trên bề mặt đất được chọn lọc biểu diễn, các đối tượng này chứa đựng lượng thông tin và nó phụ thuộc vào không gian, thời gian và mục đích sử dụng:

-Tính không gian xác định khu vực được tiến hành đo vẽ thành lập bản đồ

-Tính thời gian ghi nhận trên bản đồ hiện trạng của bề mặt trái đất ở thời điểm tiến hành đo vẽ

-Mục đích sử dụng chi phối nội dung và độ chính xác thành lập bản đồ

* Mục đích sử dụng của BĐĐH

Bản đồ địa hình có vai trò rất quan trọng trong khoa học và trong thực tiễn bao gồm :trong xây dựng công nghiệp, dân dụng, năng lượng, giao thông và trong các công trình khác.Bản đồ có nhiều tỷ lệ, ứng với mỗi loại tỷ

-Bản đồ tỷ lệ lớn : thường được sử dụng để thiết kế mặt bằng xây dựng các công trình xây dựng, các thành phố, các điểm dân cư, để lập thiết

kế kỹ thuật các xí nghiệp công nghiệp và các trạm phát điện, dùng để tiến hành thăm dò và tìm kiếm, thăm dò và tính toán trữ lượng các khoáng sản, dùng trong công tác quy hoạch và cải tạo đồng ruộng

-Bản đồ tỷ lệ trung bình : dùng trong công tác quy hoạch ruộng đất và làm cơ sở để đo vẽ thổ nhưỡng, thực vật, thiết kế các công trình thủy nông, dùng để chọn tuyến đường giao thông, để khảo sát các phương án xây dựng thành phố

-Bản đồ tỷ lệ nhỏ : dùng trong quy hoạch và tổ chức các vùng kinh tế,

để chọn các tuyến đường sắt, đường ôtô và kênh đào giao thông…

1.1.2.Cơ sở toán học của BĐĐH

Cơ sở toán học của BĐĐH nhằm đảm bảo độ chính xác của bản đồ,

đáp ứng yêu cầu sử dụng, đồng thời có thể ghép nhiều mảnh bản đồ lại với nhau mà vẫn giữ được tính nhất quán

- Elipxoid quy chiếu quốc gia là Elipxoid WGS-84

- Vị trí Elipxoid quy chiếu quốc gia là Elipxoid-84 toàn cầu được xác định phù hợp với lãnh thổ Việt Nam trên cơ sở sử dụng các điểm GPS cạnh dài có độ cao thủy chuẩn phân bố trên toàn lãnh thổ

- Điểm gốc tọa độ quốc gia : Điểm N00 đặt tại khuôn viên viện nghiên cứu địa chính.Điểm gốc độ cao được lấy tại Hòn Dấu Hải Phòng

* Hệ thống mạng lưới trắc địa :

Hệ thống mạng lưới khống chế trắc địa : Là hệ thống các điểm được chọn và đánh dấu mốc vững chắc trên mặt đất, chúng liên kết với nhau tạo thành các mạng lưới.Mạng lưới khống chế trắc địa được xây dựng theo nguyên tắc từ tổng thể đến cục bộ, từ độ chính xác cao đến độ chính xác thấp.

Mạng lưới khống chế trắc địa nhà nước của Việt Nam cả về mặt

phẳng và độ cao được xây dựng theo 4 hạng tuần tự là hạng I, hạng II, hạng III, và hạng IV.Lưới hạng I trùm phủ quốc gia, lưới hạng II được chêm vào lưới hạng I, sau đó được chêm dày thêm bằng lưới hạng III và hạng IV

Tùy vào yêu cầu của công việc mà lập thêm các lưới khống chế cấp thấp hơn như : lưới giải tích, lưới đường chuyền hoặc lưới khống chế đo vẽ Nhưng các lưới này phải đo nối với lưới khống chế nhà nước

Các quy định khác về cơ sở toán học phải tuân thủ theo các quy định của quy phạm hiện hành

2.Phép chiếu bản đồ

Bề mặt hình cầu của trái đất chỉ có thể được biểu thị đồng dạng trên quả địa cầu, để nghiên cứu bề mặt trái đất một cách chi tiết chúng ta bắt buộc phải sử dụng bản đồ, vấn đề cần thiết là phải biểu thị bề mặt hình cầu của trái đất lên mặt phẳng.Việc chuyển từ mặt Elipxoid lên mặt phẳng là nhờ phép chiếu bản đồ

Phép chiếu bản đồ thể hiện quan hệ tọa độ các điểm trên mặt đất và tọa độ các điểm trên mặt phẳng bằng phương pháp toán học

Tùy thuộc vào tính chất biểu diễn hoặc mặt phẳng phụ trợ ta có các phép chiếu khác nhau như: phép chiếu đồng góc, đồng diện tích, phép chiếu

tự do, phép chiếu giữ độ dài theo một hướng nhất định, chiếu hình nón,

500 km

Hình 1.1 Phép chiếu Gauss-kruger

* Phép chiếu Gauss-kruger : Là phép chiếu hình trụ ngang đồng góc dùng để tính tọa độ của mạng lưới trắc địa cũng như tính toán lưới tọa độ bản đồ dùng cho bản đồ địa hình tỷ lệ lớn

Phép chiếu chia bề mặt trái đất thành 60 múi mỗi múi 6 0 và đánh số thứ tự từ tây sang đông tính từ kinh tuyến gốc đi qua đài thiên văn

Grennwich.Mỗi múi được chia thành hai phần đối xứng nhau qua kinh tuyến trục

Diện tích của múi chiếu lớn hơn trên mặt cầu.Hệ số biến dạng trên kinh tuyến giữa bằng 1 và tăng từ kinh tuyến giữa về hai kinh tuyến biên giảm từ xích đạo về hai cực

* Hệ tọa độ vuông góc phẳng Gauss-kruger ; Hệ tọa độ này được

xây dựng trên mặt phẳng múi 6 0của phép chiếu Gauss-kruger Trong đó

nhận hình chiếu của kinh tuyến gốc làm trục X còn nhận Xích Đạo làm trục Y

Như vậy ; nếu tính từ điểm gốc về phía bắc X mang dấu dương, về phía nam mang dấu âm, còn Y về phía đông mang dấu dương về phía tây mang dấu âm

Để tính toán tránh trị số Y âm người ta quy ước điểm gốc có tọa độ

0

X =0 và Y0=500km

500 km

O X

Y

Hình 1.2 Hệ tọa độ vuông góc phẳng Gauss-kruger

Để tính trị số kinh độ của kinh tuyến giữa múi thứ n nào đó ta sử dụng công thức sau :

0

6 −

= n n

λ (1.1)

b.Phép chiếu UTM và hệ tạo độ phẳng UTM

Hình 1.3 Phép chiếu UTM

*Phép chiếu UTM : Là phép chiếu hình trụ ngang đồng góc thỏa mãn điều kiện kinh tuyến giữa là đường thẳng và trục đối xứng độ biến dạng về chiều dài và diện tích lớn nhất ở vùng giao nhau giữa xích đạo với kinh tuyến giữa và tại hai kinh tuyến biên

Tỷ lệ độ dài m0 trên kinh tuyến trục là m0=0, 9996 với múi 6 0 và m0

=0, 9999 với múi 3 0

Trong phép chiếu UTM có hai đường chuẩn có giá trị m0=1 Hai

đường này đối xứng nhau qua kinh tuyến trục và cắt xích đạo tại những điểm cách kinh tuyến giữa một khoảng µ.Do đó trị số biến dạng trong phép chiếu

UTM nhỏ hơn trong phép chiếu Gauss-kruger

*Hệ tọa độ vuông góc phẳng UTM (N, E):

Trong phép chiếu UTM hình chiếu của kinh tuyến giữa và xích đạo là hai đường thẳng vuông góc với nhau và được chọn làm hệ trục tọa độ.Đặc điểm của hệ tọa độ này được mô tả trong (hình I-4), trong đó M là điểm cần xác định tọa độ O là giao điểm của hình chiếu kinh tuyến giữa O’Z và xích

đạo O’E.

xích dao

E M

N

L

E '

N M

Hình 1.4 Hệ tọa độ vuông góc UTM.

Trong cùng một hệ quy chiếu tọa độ phẳng của lưới chiếu UTM được

tính thông qua tọa độ phẳng của lưới chiếu Gauss-kruger theo công thức

sau :

G UTM K X

000 500 ) 000 500 (

Trong đó :

(X UTM , Y UTM) là tọa độ phẳng của lưới chiếu UTM.

(X , G Y ) là tọa độ phẳng của lưới chiếu G Gauss-kruger.

- Tỷ lệ số : thể hiện bằng một phân số mà tử là 1 còn mẫu số thay cho mức độ thu nhỏ của mặt đất.Tỷ lệ này được viết dưới dạng 1:10 000 hoặc 1/10 000

- Tỷ lệ chữ : nêu rõ một đơn vị trên bản đồ tương ứng với độ dài là bao nhiêu đó ngoài thực địa

- Thước tỷ lệ : là hình vẽ có thể dùng nó để đo trên bản đồ.Thước tỷ

lệ là thẳng hay xiên cho phép đo độ chính xác cao hơn

Về hệ thống tỷ lệ bản đồ ở nước ta bao gồm các tỷ lệ sau :

Là toàn bộ những ghi chú quy ước dùng trên bản đồ một tỷ lệ nhất định của ý nghĩa nội dung và đặc tính sử dụng, hệ thống ký hiệu quy ước phải tuân theo quy phạm của nhà nước.

Ký hiệu bản đồ là những hình vẽ được quy ước chung để biểu diễn cho những địa vật về mặt chất lượng cũng như số lượng

Trên bản đồ địa hình, khu vực được biểu diễn bằng một hệ thống ký hiệu quy ước cùng với chữ ghi các địa danh và các giải thích ngắn gọn.Ký hiệu cho biết hình dạng, vị trí không gian và những đặc tính của địa vật.Chúng rất dễ nhận thấy và dễ nhớ Các địa vật cùng loại thường được biểu diễn bằng những ký hiệu có những nét giống nhau.Màu sắc, kích thước và đặc điểm trình bày ký hiệu cũng có một ý nghĩa nhất định

Trong bản đồ học, người ta phân ký hiệu ra làm ba loại là ký hiệu theo

tỷ lệ, ký hiệu phi tỷ lệ và ký hiệu nửa tỷ lệ

-Ký hiệu theo tỷ lệ là những ký hiệu được sử dụng để biểu diễn những đối tượng có kích thước lớn

- Ký hiệu phi tỷ lệ là những ký hiệu được sử dụng để biểu diễn những địa vật có kích thước quá bé, không thể biểu diễn các đường nét của chúng theo tỷ lệ bản đồ Đó là những biểu tượng hình học nhỏ hay những hình vẽ đơn giản của những đối tượng mà chúng tượng trưng Một điểm nào đó trên hình vẽ sẽ được gắn tọa độ để chỉ đúng vị trí thực địa của địa vật ấy ngoài thực địa

- Ký hiệu nửa tỷ lệ dùng để biểu thị những đối tượng chạy dài như sông, suối, đường, ranh giới Ký hiệu nửa tỷ lệ là loại ký hiệu chỉ giữ được

tỷ lệ theo chiều dài đối tượng Chiều rộng của nó thường được biểu diễn tăng lên so với thực tế

rừng các chữ ghi này được trình bày bằng các màu sắc khác nhau, cỡ chữ to nhỏ khác nhau Toàn bộ chữ ghi trên bản đồ giúp việc chuyền đạt thông tin

về nội dung bản đồ nên cũng được coi là một ký hiệu Để có những trữ lượng thông tin lớn, chữ ghi trên bản đồ được trình bày theo khuôn mẫu nhất định về cỡ chữ, kiểu chữ, độ nghiêng và màu sắc của chữ

Nguyên tắc ghi chú trên bản đồ phải tuân theo nguyên tắc đầu chữ quay lên, ngoài ra ghi chú đường phố sẽ ghi theo hướng đường phố

6.Phân mảnh đánh số

Phụ thuộc vào bản đồ và lãnh thổ cần thành lập mỗi mảnh bản đồ của bản đồ nhiều mảnh được ký hiệu theo hệ thống nhất định dưới dạng tên ghi chú bổ sung cho tên chung của mảnh

Từ mảnh bản đồ 1:1 000 000 chia thành 144 bản đồ 1:100 000 có kích thước ∆ ω=20’ và ∆ λ=30’ được đánh số hiệu bằng chữ Ả Rập từ 1, 2, 3…, 144

dụng có thể tìm ra quy luật của sự phân bố các đối tượng và hiện tượng trên

Các điểm thuộc lưới khống chế cơ sở được biểu thị với mức độ chi tiết và độ chính xác phụ thuộc vào tỷ lệ cũng như mức độ sử dụng của bản đồ

Bản đồ địa hình tỷ lệ 1/10 000 và lớn hơn các điểm khống chế trắc địa

có chôn mốc cố định phải được biểu thị lên bản đồ

Bản đồ địa hình tỷ lệ 1/25 000 đến 1/100 000 biểu thị các điểm của mạng lưới trắc địa nhà nước hạng I, II, III và IV, các điểm đường chuyền và các điểm thủy chuẩn

2 Các điểm dân cư và các đối tượng kinh tế, văn hóa xã hội

điểm dân cư được đặc trưng bởi kiểu cư chú, số người và ý nghĩa hành chính – chính trị của nó Khi thể hiện các điểm dân cư trên bản đồ phải giữ được đặc trưng về quy hoạch, cấu trúc.

Trên các bản đồ tỷ lệ lớn thì sự biểu thị các điểm dân cư càng tỉ mỉ, phạm vi dân cư phải biểu thị khép kín bằng các ký hiệu tương ứng, nhà trong vùng dân cư phải biểu thị tính chất (chịu lửa, kém chịu lửa), quy mô (lớn, nhỏ, số tầng)

Các công trình công cộng phải biểu thị tính chất kinh tế, xã hội, văn hóa của chúng như nhà máy, trụ sở ủy ban, bưu điện…

3 Thủy hệ và các công trình liên quan

Các yếu tố thủy hệ được biểu thị tỉ mỉ, trên bản đồ địa hình biểu thị các đường bờ biển, bờ hồ, song, ngòi, mương, kênh, rạch,…Các đường bờ nước được thể hiện trên bản đồ theo đúng đặc điểm của từng kiểu bờ Đồng thời còn phải thể hiện các thiết bị phụ thuộc thủy hệ như các bến cảng, trạm thủy điện, đập…

Sự biểu thị các yếu tố thủy hệ còn được bổ sung bằng các đặc trưng chất lượng như độ mặn của nước, độ sâu và rộng của sông, tốc độ dòng chảy…

4 Mạng lưới đường giao thông

Trên các bản đồ địa hình mạng lưới đường được thể hiện tỉ mỉ về khả năng giao thông và trạng thái của đường Mạng lưới đường được thể hiện chi tiết và khái lược tùy thuộc vào tỷ lệ của bản đồ, cần phải phản ánh đúng mật độ của lưới đường, hướng và vị trí của các con đường, chất lượng của chúng Khi lựa chọn phải xét đến ý nghĩa của đường Phải biểu thị những con đường đảm bảo mối liên hệ giữa các điểm dân cư với nhau, các ga xe lửa, các bến tàu, sân bay…

Trên các bản đồ tỷ lệ lớn phải biểu thị tất cả các con đường như : đường sắt, đường ôtô, đường nhựa, đường đất lớn – nhỏ, đường mòn, chú ý biểu thị vị trí hạ hoặc nâng cấp đường, cầu cống, cột cây số…

5 Lớp phủ thực vật – thổ nhưỡng

Trên các bản đồ địa hình biểu thị các loại rừng, vườn cây, đồn điền, ruộng, đồng cỏ, tài nguyên, cát, đất mặn, đầm lầy…Ranh giới các khu thực phủ và các loại đất được biểu thị bằng các đường nét đứt hoặc dãy các dấu chấm, ở diện tích bên trong đường viền thì vẽ các ký hiệu quy ước đặc trưng cho từng loại thực vật hoặc đất Ranh giới của các loại thực vật và đất cần được thể hiện chính xác về phương diện đồ họa, thể hiện rõ ràng những chỗ ngoặt có ý nghĩa định hướng

6 Ranh giới

Bản đồ địa hình khi thể hiện ranh giới, địa giới hành chính thì ngoài biên giới quốc gia còn thể hiện đầy đủ địa giới hành chính của các cấp Các đường ranh giới phân chia hành chính cần phải thể hiện rõ ràng chính xác theo địa giới hành chính, theo các tài liệu của Nhà Nước Các mốc địa giới khi đo vẽ phải xác định chính xác và vẽ đúng vị trí Đường ranh giới hành chính cấp cao được thay thế cho đường ranh giới hành chính cấp thấp và được khép kín

Ranh giới thực vật và các địa vật khác được phân ra làm hai loại, loại chính xác và loại không chính xác thể hiện bằng ký hiệu tương ứng

Các đường ranh giới phân chia hành chính – chính trị đòi hỏi phải thể hiện rõ ràng, chính xác và theo đúng quy định trong quy phạm

7 Dáng đất

Dáng đất trên bản đồ địa hình được biểu thị bằng các đường bình độ

và các điểm độ cao Ngoài đường bình độ và độ cao ra còn sử dụng rất nhiều các ký hiệu khác bổ trợ để mô tả rõ hơn đặc điểm của các phần tử và dạng tiểu địa hình như đèo hố, gò, vách sụt, vách đá, bãi đá, ngọn đá Như vậy bằng việc sử dụng các ký hiệu mô tả được các kiểu địa hình khác nhau như : Địa hình đồi núi, địa hình bằng phẳng, địa hình cát, địa hình đầm lầy…

Quy định chung trên một tờ bản đồ chỉ có một khoảng cao đều, trong trường hợp địa hình có đột biến như núi và đồng bằng kề nhau, chen nhau thì cho phép trên một mảnh bản đồ có hai loại khoảng cao đều.

1.1.5 Độ chính xác của nội dung bản đồ địa hình

- Sai số trung phương của điểm khống chế mặt phẳng ảnh so với điểm khống chế nhà nước gần nhất không vượt quá 0,2 mm theo tỷ lệ bản đồ ở vùng quang đãng, và 0,3 mm trên bản đồ ở vùng ẩn khuất

- Sai số giới hạn của điểm khống chế độ cao đo vẽ sau bình sai so với

độ cao của mốc độ cao gần nhất không vượt quá 1/5 khoảng cao đều cơ bản

ở vùng đồng bằng và 1/3 khoảng cao đều ở vùng rừng núi

- Sai số trung bình vị trí mặt phẳng các địa vật cố định, chủ yếu so với điểm khống chế đo vẽ gần nhất 0,5 mm trên bản đồ, đối với địa vật thứ yếu không quá 0,7 mm

- Trong thành phố và khu công nghiệp sai số tương hỗ giữa các địa vật

cố định, quan trọng không được lớn hơn 0,4 mm

- Sai số trung bình đo vẽ dáng đất so với điểm khống chế độ cao gần nhất, tính theo khoảng cao đều cơ bản không vượt quá 1/4 khoảng cao đều đối với vùng bằng phẳng và 1/3 khoảng cao đều so với vùng rừng núi

1.2 Các phương pháp thành lập bản đồ địa hình

Từ tính chất đa dạng của các thể loại bản đồ mà việc phân loại các phương pháp thành lập bản đồ phải mang tính tổng quát cao Dưới đây là mô hình các phương pháp thành lập bản đồ thông dụng nhất

Phương pháp đo GPS động

Phương pháp đo ảnh đơn

Phương pháp đo ảnh lập thể

Phương pháp phối hợp trên nền ảnh nắn quang cơ

Phương pháp phối hợp ảnh nắn

và kỹ thuật số hóa

Phương pháp đo ảnh tương tự

Phương pháp đo ảnh giải tích

Phương pháp đo ảnh số

1.2.1 Phương pháp đo vẽ trực tiếp

1 Phương pháp bàn đạc

Đo vẽ bản đồ bằng phương pháp bàn đạc là sử dụng bàn đạc vừa tiến hành đo và vẽ bản đồ trực tiếp ngoài thực địa, khi đo xong ngoài thực địa thì bản vẽ cũng hoàn thành cơ bản, công tác trong phòng chỉ còn tiến hành tu sửa chỉnh lí và can vẽ Do đo vẽ ngay ngoài thực địa nên bản vẽ mô tả được đầy đủ dáng địa hình, địa vật của khu vực Nhưng phương pháp bàn đạc cho năng suất lao động thấp, chính vì vậy phương pháp này hiện không còn được

sử dụng trong sản xuất

2 Phương pháp toàn đạc

Hình 1.6 MáyTC -305 và máy Nikon-DTM330

Thiết bị dùng để đo vẽ là các loại máy kinh vĩ quang cơ hoặc là máy toàn đạc điện tử Công tác đo vẽ chi tiết được tiến hành từ các trạm đo, các trị số đo được ghi vào sổ đo hoặc được lưu trong bộ nhớ của máy như máy Set 2a,2b,2c,Nikon,TC,TCR hay Topcon… và vẽ sơ họa hình học của các điểm chi tiết Việc tính toán và biên tập bản đồ thông qua các phần mềm xử

lý số liệu, đo vẽ chuyên dụng

Đây là phương pháp truyền thống và được sử dụng rộng rãi nhất đảm

tại những nhược điểm nhất định như : thời gian làm việc ngoài trời kéo dài, chịu ảnh hưởng lớn của thời tiết, hạn chế tầm thông hướng, năng suất lao động không cao, và đặc biệt là hạn chế khả năng ứng dụng các thành tựu của khoa học kỹ thuật.

3 Phương pháp đo GPS động.

Với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật phương pháp đo GSP động đã được áp dụng vào công tác thành lập bản đồ địa hình trực tiếp bằng phương pháp ngoài trời Phương pháp này cho phép xác định vị trí tương đối của hàng loạt điểm với các điểm đã biết, trong đó tại mỗi điểm đo chỉ cần thu tín hiệu trong 1 phút Theo phương pháp này thì phải cần ít nhất là hai máy thu ( một máy đặt cố định gọi là trạm Base còn một máy di động lần lượt đến các điểm đo cần xác định) và một cạnh đã biết tọa độ(tại đó đặt trạm Base) Việc

xử lý số liệu được thực hiện hoàn toàn trong phòng với sự hỗ trợ của máy tính và các phần mềm chuyên dụng như GPSurvey, TGO…

-Đo ảnh lập thể có khả năng khái quát địa hình tốt nhất so với các phương pháp khác Ngày nay nhờ các thiết bị hiện đại như đo vẽ ảnh toàn năng giải tích và trạm đo ảnh số mà phương pháp lập thể thỏa mãn tất cả các loại bản đồ có tỷ lệ 1:1000 trở xuống Do đo vẽ trên mô hình nên phương pháp lập thể hầu như hạn chế đến mức tối đa ảnh hưởng của thời tiết và địa hình Có thể nói phương pháp này luôn được áp dụng các thành tựu khoa

học mới vào sản xuất để giải phóng con người khỏi lao động vất vả, tăng năng suất lao động giảm giá thành phẩm.

Chương II GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ GPS 2.1 KHÁI QUÁT VỀ CÔNG NGHỆ GPS

2.1.1 LỊCH SỬ PHÁP TRIỂN CỦA HỆ THỐNG GPS

Từ những năm 1960 cùng với sự tiến bộ của kỹ thuật điện tử, chế tạo tên lửa và lý thuyết định vị vệ tinh, người ta đã xây dựng được các hệ thống định vị vệ tinh đầu tiên Trước khi có hệ thống định vị toàn cầu Mỹ đã dùng

hệ thống định vị vệ tinh khu vực (thuộc lãnh thổ Mỹ) như hệ thống FIX OMINITRACS, Ở châu Âu có hệ thống định vị vệ tinh Euteltracs gồm các vệ tinh địa tĩnh

STAR-Trước năm 1960, Bộ quốc phòng Mỹ và cơ quan hàng không NASA

đã triển khai hệ thống đạo hàng mang tên TRANSIT Hệ thống này đã sớm đạt được các ưu điểm của một hệ thống đạo hàng hoàn chỉnh và chính thức trở thành dịch vụ dẫn đường từ năm 1976, Hệ thống TRANSIT hoạt động trên nguyên lý Dopler Các vệ tinh của hệ thống này phân bố trên 6 quỹ đạo

có mặt phẳng quỹ đạo vuông góc với mặt phẳng xích đạo có độ cao 1100km

Ở độ cao này sự chuyển động của các vệ tinh khá nhanh và chịu ảnh hưởng khá lớn của lực hút trái đất Các vệ tinh TRANSIT phát hai tín hiệu ở hai tần

số là150MHz và 400MHz Ở những tần số này các tín hiệu truyền từ vệ tinh

dễ bị tầng điện ly làm chậm và dễ bị nhiễu Để phục vụ cho nhiều công tác khác nhau cần phải xây dựng một hệ thống định vị toàn cầu với các yêu cầu mới như : Có thể định vị 24/24 giờ trong một ngày ở mọi nơi trên Trái Đất

và trên không gian, thời gian định vị nhanh và có độ chính xác cao

Đứng trước yêu cầu cấp thiết đó, Bộ quốc phòng Mỹ đã giao cho Không Quân kết hợp cùng Hải Quân nghiên cứu thiết lập một hệ thống định

vị hiện đại, có khả năng khắc phục những nhược điểm về thời gian và độ chính xác của hệ thống TRANSIT Đến năm 1973 sáu vệ tinh NAVASATS

đầu tiên đã được sản xuất phóng lên quỹ đạo từ bang Kasas để phục vụ cho chương trình thử nghiệm Sau kết quả thử nghiệm tốt đẹp, hệ thống này tiếp tục được xây dựng và hoàn thành vào năm 1986.

Trước năm 1980, hệ thống GPS chỉ được dùng cho mục đích quân sự

do bộ quốc phòng Mỹ quản lý từ những năm đầu thập kỷ 80, quân đội Mỹ cho phép sử dụng hệ thống GPS cho dân sự Các vệ tinh đầu tiên của hệ thống được phóng lên quỹ đạo vào tháng 2 năm 1978 Toàn bộ hệ thống được đưa vào hoạt động hoàn chỉnh vào tháng 5 năm 1994 Chi phí cho việc thiết lập hệ thống này cỡ 12 tỷ USD Ngày nay, GPS được ứng dụng vào nhiều lĩnh vực khác nhau trên hầu hết các quốc gia trên thế giới

2.1.2 Cấu trúc và nguyên lý hoạt động của hệ thống GPS

1 Đoạn không gian

Đoạn này gồm 24 vệ tinh, trong đó có 3 vệ tinh dự trữ, chuyển động trên 6 mặt phẳng quỹ đạo cách đều nhau và có góc nghiêng 55o so với mặt phẳng xích đạo của trái đất Quỹ đạo của vệ tinh gần như tròn, vệ tinh bay ở

độ cao xấp xỉ 20.200 km so với bề mặt Trái đất chuyển động trên quỹ đạo gần tròn với chu kỳ 718 phút Do sự phân bố vệ tinh như vậy mà bất kỳ thời điểm nào, ở bất cứ vị trí nào trên Trái đất cũng có thể quan trắc được ít nhất

4 vệ tinh

Hình 2.1 Chuyển động của vệ tinh trên quỹ đạo

Chương trình đưa các vệ tinh lên quỹ đạo được chia làm các khối (Block) Các vệ tinh của khối sau có trọng lượng và tuổi thọ lớn hơn Năng lượng cung cấp cho hoạt động của các thiết bị trên vệ tinh là năng lượng pin mặt trời

Mỗi vệ tinh được trang bị máy phát tần số nguyên tử chính xác cao cỡ

10-12 Tất cả các vệ tinh GPS đều có thiết bị tạo dao động với tần số chuẩn cơ

sở là f0=10,23 MHz Dựa trên f0 thiết bị sẽ tạo ra hai tần số sóng tải L1và

Các sóng tải được điều biến bởi 3 loại code khác nhau:

C/A-code , P-code và Y-code

+ C/A code là code thô / thâu tóm (Coarse / Acquisition) Nó được sử dụng cho các mục đích dân sự và chỉ điều biến sóng tải L1 Code này được tạo bởi một chuỗi các số 0 và 1 được sắp xếp theo quy luật tựa ngẫu nhiên với tần số 1,023 MHz tức chỉ bằng 1/10 tần số cơ sở, và được lặp lại sau mỗi miligiây Mỗi vệ tinh được gắn một C/A – code riêng biệt.

+ P-code là code chính xác (Precise) Nó được sử dụng cho các mục đích quân sự, tức là để đáp ứng yêu cầu độ chính xác cao, và điều biến cả 2 sóng tải L1 và L2 Code này được tạo bởi nhiều chữ số 0 và 1 được sắp xếp theo qui luật tựa ngẫu nhiên với tần số 10,23 MHz; độ dài toàn phần của code là 267 ngày, nghĩa là chỉ sau 267 ngày P-code mới lặp lại Tuy vậy người ta chia code này thành các đoạn có độ dài 7 ngày và gán cho mỗi vệ tinh một trong các đoạn code như thế, cứ sau một tuần lại thay đổi Bằng cách này P-code rất khó bị giải mã để sử dụng nếu không được phép

+ Y-code là code bí mật được phủ lên P-code nhằm chống bắt trước, gọi là kỹ thuật AS (Anti Spoosing) Chỉ có các vệ tinh thuộc các khối từ sau năm 1989 (khối 2) mới có khả năng này

Ngoài các tần số trên , các vệ tinh GPS còn có thể trao đổi với các trạm điều khiển mặt đất qua các tần số 1783,74 MHz và 2227,5 MHz để truyền thông tin đạo hàng và lệnh điều khiển tới vệ tinh

Tất cả các vệ code được khởi tạo lại sau mỗi tuần lễ GPS vào đúng nửa đêm thứ 7 chủ nhật, như vậy tuần lễ GPS là đơn vị thời gian lớn nhất sử dụng trong công nghệ GPS

2 Đoạn điều khiển(control Segment)

Hình 2.2 Vị trí đặt trạm điều khiển GPS trên mặt đất

Đoạn này gồm 4 trạm quan sát trên mặt đất trong đó có một trạm điều khiển trung tâm đặt tại Colorado Spring và 4 trạm theo dõi đặt tại Hawai ( Thái Bình Dương) , Ascensin Island (Đại Tây Dương) Diego Garcia (Ấn

Độ Dương) và Kwajalein (Tây Thái Bình Dương) Các trạm này tạo thành một vành đai bao quanh trái đất

Nhiệm vụ của đoạn điều khiển là điều khiển toàn bộ hoạt động và chức năng của vệ tinh trên cơ sở theo dõi chuyển động quỹ đạo của vệ tinh cũng như hoạt động của đồng hồ trên đó.Tất cả các trạm đều có máy thu GPS, và chúng tiến hành đo khoảng cách và sự thay đổi khoảng cách tới tất

cả các vệ tinh có thể quan sát được, đồng thời đo các số liệu khí tượng Tất

cả các số liệu đo nhận được 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 về cùng với các số liệu đo của chính nó Kết quả xử lý cho ra các ephemerit chính xác hóa của vệ tinh và số hiệu chỉnh cho các đồng hồ trên vệ tinh Từ trạm trung tâm các số liệu này được truyền trở lại cho các trạm theo dõi để từ đó truyền tiếp lên cho các vệ tinh cùng các lệnh điều khiển khác Như vậy là các thông tin đạo hàng và thông tin thời gian trên vệ tinh được thường xuyên chính xác hóa và chúng sẽ được cung cấp cho người sử dụng thông qua các sóng tải L1 và L2 Việc chính xác hóa các thông tin như thế được thực hiện

3 lần trong một ngày Các thông tin cung cấp đại trà cho khách hàng chỉ đảm bảo độ chính xác định vị 10m, còn thông tin đảm bảo độ chính xác định vị đến 1m chỉ có được khi có sự thỏa thuận với nhà cung cấp.

3 Đoạn sử dụng(User Segment)

Hình 2.3 Phần thiết bị sử dụng dẫn đường GPS

Đoạn sử dụng bao gồm tất cả các máy móc, thiết bị thu nhận thông tin

từ vệ tinh để khai thác sử dụng cho các mục đích và yêu cầu khác nhau của khách hàng kể cả trên trời, trên biển và trên đất liền Đó có thể là một máy thu riêng biệt hoạt động độc lập (trường hợp định vị tuyệt đối) hay một nhóm gồm từ 2 máy thu trở lên hoạt động đồng thời theo một lịch trình thời gian nhất định ( trường hợp định vị tương đối) hoặc hoạt động theo chế độ một máy thu đóng vai trò máy chủ phát tín hiệu vô tuyến hiệu chỉnh cho các máy thu khác ( trường hợp định vị vi phân) Đó còn là cả một hệ thống dịch

vụ đạo hàng GPS đa năng trên phạm vi toàn cầu hoặc ở từng khu vực đang đuợc thiết lập ở một số nước phát triển

2.1.3 CÁC NGUYÊN LÝ ĐỊNH VỊ BẰNG GPS

Định vị tuyệt đối là sử dụng một máy thu GPS, thu tín hiệu vệ tinh để xác định tọa độ tuyệt đối của điểm đặt máy trong hệ tọa độ WGS-84 Định

vị tuyệt đối có thể sử dụng các trị đo khoảng cách giả theo code, trị đo

khoảng cách giả theo pha sóng tải hoặc theo tần số Doppler

1.1.Định vị tuyệt đối bằng khoảng cách giả theo code

Khoảng cách giả theo code tại thời điểm t được biểu diễn bởi biểu thức sau:

) ( ) ( )

i

j i

)]

( ) ( [ )

(t X t X t Y t Y t Z j t Z i t

i

j i

j j

Trong đó : X j (t),Y j (t),Z j (t) là các thành phần của vector vị trí địa tâm của

vệ tinh j tại thời điểm t X i (t),Y i (t),Z i (t) là tọa độ cần xác định của điểm cần quan sát trong hệ tọa độ trái đất Sai số đồng hồ j (t)

i

δ

∆ sẽ được phân tích rõ

hơn những yếu tố cấu thành nó Thông tin về các đồng hồ vệ tinh luôn biết

và được phát đi rộng rãi theo thông tin đạo hàng dưới dạng các hệ số của đa thức a0 ,a1 ,a2 tại thời điểm t ta tính toán theo công thức :

2 0 2 0 1

) (t a a t t a t t

Tuy công thức (1.3) đã cho phép tính toán hiệu chỉnh được phần lớn sai số đồng hồ vệ tinh xong vẫn còn lại một phần sai số nhỏ.

) ( ) ( )

i

j i

j

Nếu xét tại một thời điểm t nhất định, thì trong các phương trình trị đo chỉ có

4 ẩn số là tọa độ X i,Y i,Z i của các điểm quan sát và sai lệch đồng hồ máy thu

)

(t

i

δ Bốn ẩn số này hoàn toàn có thể giải ngay nếu như đồng thời có thể

quan sát được 4 vệ tinh

Hình 2.3 Định vị tuyệt đối đo khoảng cách giả

Định vị tuyệt đối có thể thực hiện theo khoảng cách giả theo C/A code

như trọn vẹn đến kết quả định vị Do nhiều nguồn sai số ảnh hưởng đến kết quả định vị tuyệt đối theo code, do đó độ chính xác định vị tuyệt đối theo code thấp, thường chỉ thỏa mãn cho các yêu cầu đạo hàng, và các công tác khác không cần độ chính xác cao.

Độ chính xác định vị tuyệt đối theo code thường đạt cỡ 3m đến 20m,

do nhiều cố ý SA chỉ có thể đạt cỡ 100m Nói chung định vị tuyệt đối ít được sử dụng trong công tác trắc địa

1.2.Định vị tuyệt đối bằng pha sóng tải

Khoảng cách giả có thể nhận được từ các trị đo pha sóng tải Mô hình toán học của các trị đo này như sau :

) ( )

(

1 )

i j j i

j i

jk AB

mô hình khoảng cách code khi số lượng vệ tinh quan sát lớn hơn 4 Ý nghĩa

cơ bản của mô hình khoảng cách giả theo pha là ứng dụng trong đo GPS động, khi đó số nguyên đa trị sẽ được giải ra trong thủ tục khởi đo

2 Định vị tương đối và các sai phân của pha

2.1 Nguyên lý cơ bản của định vị tương đối

Thực chất của định vị tương đối là xác định điểm chưa biết so với điểm đã biết khác, thường là điểm cố định Có thể nói cách khác, định vị tương đối là xác định định vetor giữa hai điểm, thường gọi là “ baseline “ Trên hình (1.4) , A ký hiệu là điểm đã biết ( điểm tham chiếu), B là điểm chưa biết và b AB là điểm vetor baseline Các vetor vị trí X A và Y có mối quan A

hệ như sau :

AB A

A B

A B AB

Z Z

Y Y

X X

Z Y

X

(1.8)Hiệu tọa độ trong (2.18) được xác định trong hệ WGS-84

Khi hai trạm máy A, B quan sát đồng thời vệ tinh j vào thời điểm t.

Hình 2.5 Định vị tương đối sai phân bậc nhất

Ta có dạng cuối cùng của phương trình sai phân bậc nhất

) ( )

(

1 ) (t t N j f j AB t

AB

j AB

Trong sai phân này hầu như đã loại bỏ được sai số đồng hồ vệ tinh

2.3 Sai phân bậc hai (Double differences)

Xét máy thu đặt tại 2 điểm A,B đồng thời quan sát vệ tinh j và k

Hình 2.6 Định vị tương đối sai phân bậc hai

Trong trường hợp này chúng ta có hai phương trình sai phân bậc nhất xác định theo (1.9) như sau :

) ( )

(

1 ) (t t N j f j AB t

AB

j AB

j

= Φ

) ( )

(

1 ) (t t N k f k AB t

AB

k AB

Từ các sai phân bậc nhất sẽ thiết lập sai phân bậc hai Nếu coi tần số phát từ

vệ tinh j và vệ tinh k bằng nhau tức là f j = f k, ta sẽ có được biểu thức :

AB

k AB

j AB

k AB

j AB

jk AB

2.4 Sai phân bậc ba (Triple differences)

Chúng ta xét các sai phân bậc nhất và sai phân bậc hai tại mọi thời điểm t

Để loại bỏ các số nguyên đa trị độc lập thời gian Remondi (1984) đã kiến nghị sử dụng hiệu số của sai phân bậc hai giữa hai thời điểm Ký hiệu hai thời điểm quan sát là t1,t2 (hình 1.7) cùng quan sát các vệ tinh j và k

Hình 2.7 Định vị tương đối sai phân bậc ba

Tương ứng với hai thời điểm t1, t2 ta có các sai phân bậc hai tương ứng

jk AB

jk AB

jk AB

jk AB

1 ) (t12 jk t12

Có thể thấy rằng nhờ các phương trình sai phân người ta đã loại bỏ được khá nhiều nguồn sai số ảnh hưởng đến kết quả định vị tương đối Vì vậy độ chính xác của định vị tương đối cao hơn nhiều so với định vị tuyệt đối.

Trong định vị tương đối người ta đưa chỉ số RDOP (Relative Dilution

of Precision) Chỉ số RDOP được tính :

RDOP=[ ]2

1 1

) (A PA −

Trong đó : P là ma trận trọng số của các phương trình sai phân bậc hai A là

ma trận với các phần tử có xuất xứ từ các thành phần của vector cạnh Đơn

vị của RDOP là chu kỳ trên mét

3 Định vị tương đối trạng thái tĩnh

Định vị tương đối trạng thái tĩnh còn gọi là định vị tương đối tĩnh (Static Relative Positioning) Để xác định một cạnh GPS (baseline) đơn lẻ giữa hai điểm A,B, cả hai máy thu GPS phải được đặt cố định trong suốt thời gian của thời đoạn đo (Session)

Sau đó các sai phân bậc nhất, sai phân bậc hai và sai phân bậc ba được tính toán để có được một số phương trình trị đo và ẩn số Như vậy, tại cả hai điểm A, B đã quan trắc được một số vệ tinh như nhau và cùng các thời điểm

Ở đây ta không xét đến tình trạng che khuất các vệ tinh ở các điểm đo

Chúng ta ký hiệu số thời điểm quan sát là n t và hệ số vệ tinh quan trắc là n j

Có thể thiết lập sai phân bậc nhất cho mỗi vệ tinh và mỗi thời điểm

Số trị đo trong trường hợp này sẽ là n j và n t Số lượng ẩn số sẽ được viết tương ứng phía dưới phương trình sai phân bậc nhất :

) ( )

(

1 ) (t j t N j f j t

Φ

Nhờ biểu thức trên có thể phân tích mối quan hệ giữa số vệ tinh quan trắc và

số thời điểm quan trắc Nếu với 2 vệ tinh thì số thời điểm quan trắc phải

Đối với sai phân bậc hai, mối quan hệ giữa số trị đo và ẩn số sẽ được đảm bảo tính logic Như đã biết, để có một sai phân bậc hai cần có hai vệ tinh Như vậy nếu có n j vệ tinh và quan trắc trong một thời điểm thì sẽ lập được n j − 1 sai phân bậc hai Tổng số sai phân bậc hai sẽ là (n j − 1 )n t Quan

hệ giữa số phương trình và số lượng ẩn số được viết ở vế phải phía dưới phương trình sai phân bậc hai như sau :

jk AB

jk AB

n

Từ đây cho thấy khi số vệ tinh tối thiểu n j=2 thì n t ≥ 4 Trong trường hợp có

4 vệ tinh thì số thời điểm quan trắc ít nhất là 2 Để tránh các phương trình phụ thuộc tuyến tính khi hình thành sai phân bậc hai, cần phải chọn một vệ tinh tham khảo (Reference satellite) và thiết lập các sai phân bậc hai với các

vệ tinh khác

Mô hình sai phân bậc ba thì chứa 3 ẩn số tọa độ điểm Đối với một sai phân bậc ba cần phải có 2 thời điểm quan sát Bởi vậy, trong trường hợp có

t

n thời điểm, sẽ có n t − 1 tổ hợp thời điểm độc lập tuyến tính Tức là :

) (

1 ) (t12 jk t12

3 ) 1 )(

n

Từ biểu thức trên ta rút ra : trong trường hợp số lượng vệ tinh tối thiểu quan trắc là 2 vệ tinh thì số thời điểm quan sát n t ≥ 4 Trong thời điểm quan sát 4

vệ tinh thì cần quan sát ít nhất 2 thời điểm

Tất cả các vấn đề trình bày trên là về định vị tương đối tĩnh Các mô hình toán học như sai phân bậc nhất, sai phân bậc hai, sai phân bậc ba đã được sử dụng để giải quyết bài toán định vị và loại bỏ các nguồn sai số trong kết quả định vị

Định vị tương đối tĩnh cho độ chính xác rất cao, thông thường có thể đạt độ chính xác 1ppm tức là 1mm trên 1km Thời gian thu tín hiệu trong mỗi session thường từ 10 phút đến 120 phút tùy thuộc vào khoảng cách đo,

số lượng vệ tinh quan sát được, vào cấu trúc hình học và phương pháp sử dụng Hiện nay, định vị tương đối tĩnh được sử dụng vào các mục đích sau :

đo đạc trên phạm vi quốc gia, đo phạm vi trong nước, đo các lưới khống chế khu vực, đo khống chế ảnh, đo địa chính và đo biến dạng…

4 Định vị tương đối trạng thái động

Định vị tương đối trạng thái động, gọi tắt là định vị tương đối động

thứ hai được di chuyển vị trí của nó được xác định trong mọi thời điểm bất

kỳ Phương pháp này cho phép xác định vị trí cho một số lớn điểm trong một thời gian ngắn

Các mô hình sai phân bậc nhất, sai phân bậc hai, sai phân bậc ba đều chứa thông tin của sự chuyển động trong khoảng cách hình học

Xét điểm B và vệ tinh j, khoảng cách hình học trong trường hợp tĩnh được thể hiện bởi :

[ ] [2 ] [2 ]2

) ( )

( )

( )

B

j B

j j

( ) ( )

( ) ( )

(t X t X t Y t Y t Z j t Z B t

B

j B

j j

Trong đó vị trí điểm B phụ thuộc vào thời gian t Trong mô hình toán học này, tại mỗi thời điểm luôn có 3 tần số là tọa độ điểm đo Như vậy tổng số

ẩn số là 3 n t đối với n t thời điểm Mối quan hệ giữa số lượng trị quan trắc và

số lượng ẩn số đối với trường hợp định vị động theo mô hình sai phân bậc nhất, sai phân bậc hai, sai phân bậc ba như sau :

-Sai phân bậc nhất : n j.n t ≥ 3 n t +n j +n t

-Sai phân bậc hai : (n j − 1 ).n t ≥ 3 n t + (n j − 1 ) (3.5)

-Sai phân bậc ba : (n j − 1 ).(n t − 1 ) ≥ 3 n t

Việc di chuyển liên tục máy thu động hạn chế khả năng xác định tọa độ của

nó trong một thời điểm Số lượng ẩn số được giảm bớt nhờ loại bỏ các ẩn số

là số nguyên đa trị Việc loại bỏ các ẩn số này trong sai phân bậc nhất, sai phân bậc hai đòi hỏi số vệ tinh theo dõi trong mọi thời điểm là :

-Sai phân bậc nhất : n j ≥ 4 (3.6)

-Sai phân bậc hai : n j ≥ 4

Các sai phân bậc ba có thể được sử dụng nếu các tọa độ của máy động là đã biết tại một thời điểm quy chiếu nào đó Trong trường hợp này, hợp lý nhất

là :

) 1 (

3 ) 1 ).(

1 (n j − n t − ≥ n t − (3.7)

1 )

(t N j t f j AB t

AB

j AB

1 )

AB

j AB

Như vậy tất cả các phương trình có thể được giải nếu một vị trí của máy động đã biết, hợp lý nhất là điểm khởi đầu của máy động Cạnh đáy liên quan đến điểm khởi đầu được gọi là vector khởi đầu Với vector khởi đầu, số nguyên đa trị được xác định và được coi là đã biết đối với tất cả các phương trình tiếp theo của máy thu di động trong suốt thời gian không mất khóa tín hiệu và quan sát ít nhất được 4 vệ tinh

Nếu có 2 máy thu GPS (hoặc nhiều hơn) có thể áp dụng kỹ thuật đo DGPS (Differentical –GPS), trong đó một máy thu đặt ở điểm đã biết tọa độ còn máy thu khác di chuyển và được xác định tọa độ với điều kiện tại cả hai trạm vệ tinh chung quan sát không ít hơn 4.

Vị trí đã biết của điểm đặt máy thu cố định sẽ được sử dụng để tính các số hiệu chỉnh GPS dưới dạng hiệu chỉnh vị trí điểm (gọi là phương pháp

vị trí –Position methode) hoặc hiệu chỉnh các khoảng cách code đã được quan trắc (gọi là phương pháp trị đo- Measurement Methode) Các số hiệu chỉnh này sẽ được chuyển đi bằng sóng vô tuyến (Radio Link) đến máy động

và lập tức tính vị trí điểm để đạt được độ chính xác cao hơn so với trường hợp định vị tuyệt đối

Đối với DGPS thời gian thực có hai phương pháp hiệu chỉnh được áp dụng : Phương pháp thứ nhất là : máy thu tham chiếu được đặt tại điểm đã biết và sử dụng các vệ tinh cùng quan sát với máy thu di động để tính ra vị trí của nó Sự khác nhau giữa vị trí đã biết và vị trí tính được sẽ là các số hiệu chỉnh vị trí Các giá trị hiệu chỉnh này sẽ được dùng cho máy thu di động để nhận được vị trí chính xác hơn Phương pháp này thực hiện nhanh hơn, dễ áp dụng song đòi hỏi việc lựa chọn vệ tinh phức tạp hơn vì cả trạm

cố định và trạm động phải quan sát những vệ tinh như nhau

Phương pháp thứ hai : dựa trên các số hiệu chỉnh khoảng cách giả nhận được từ hiệu số giữa khoảng cách tính và khoảng cách giả code quan trắc được tại điểm cố định Khi sử dụng phương pháp này, các khoảng cách quan trắc tại điểm động được hiệu chỉnh theo giá trị hiệu chỉnh tại điểm cố định Phương pháp này dễ thích ứng hơn và cho độ chính xác cao hơn

Độ chính xác yêu cầu đối với những người sử dụng GPS rất khác nhau và thay đổi trong khoảng từ vài trăm mét đến cỡ centimet Song nhóm khá lớn cần sử dụng GPS ở chế độ thời gian thực với độ chính xác cỡ từ 1m

đến 10m Độ chính xác này không thể áp dụng bằng phương pháp định vị tuyệt đối điểm Bởi vậy cần áp dụng kỹ thuật DGPS Khả năng này dựa trên

cơ sở là các nguồn sai số GPS có thể coi như tương tự nhau trên một vùng

cỡ 500km và do đó kỹ thuật vi phân có thể loại trừ phần lớn các sai số lớn trong định vị tuyệt đối

Trong đó DGPS không chỉ khắc phục được nhiễu cố ý mà còn giảm thiểu được nhiều nguồn sai số liên quan đến vệ tinh như sai số đồng hồ vệ tinh, sai số quỹ đạo, sai số do tầng ion, sai số do tầng đối lưu, nhiễu máy thu

và đa đường dẫn…

2.2 CÁCPHƯƠNG PHÁP ĐO GPS

2.2.1 Phương pháp đo tĩnh (Static)

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, thường là nhằm đápứng yêu cầu công tác trắc địa - địa hình Trong trường hợp này cần hai máy thu,một máy đặt ở điểm đã biết tọa độ, còn máy kia đặt ở điểm cần xác định

Cả hai máy phải đồng thời thu tín hiệu từ một số vệ tinh chung liên tục trong một khoảng thời gian nhất định, thường là một đến hai ba tiếng đồng hồ Số

vệ tinh chung tối thiểu cho cả hai trạm quan sát là ba, nhưng thường được lấy là 4 để đề phòng trường hợp thu tín hiệu gián đoạn Khoảng thời gian quan sát phải kéo dài là đủ cho đồ hình phân bố vệ tinh thay đổi mà từ đó ta

có thể xác định được số nguyên đa trị cúa sóng tải và đồng thời có nhiều trị

đo nhằm đạt được độ chính xác cao và ổn định cho kết quả quan sát.Đây là phương pháp cho phép đạt được độ chính xác cao nhất trong việc định vị tương đối bằng GPS, có thể cỡ xentimet, thậm chí milimet ở khoảng cách giữa hai điểm xét tới hàng chục và hàng trăm kilomet Nhược điểm chủ yếu

Phương pháp đo động cho phép xác định vị trí tương đối của hàng loạt điểm so với điểm đã biết trong đó tại mỗi điểm đo chỉ cần thu tín hiệu trong vòng một phút Theo 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 đo tiếp sau trong suốt cả chu kỳ đo Nhờ vậy, thởi gian thu tín hiệu tại điểm đo không phải là một tiếng đồng hồ như trong phương pháp đo tĩnh nữa mà chỉ còn là một phút.Với cạnh đáy đã biết, ta đặt một máy thu cố định ở điểm đầu cạnh đáy và cho tiến hành thu liên tục tín hiệu vệ tinh trong suốt chu kỳ đo Máy này được gọi là máy cố định Ở điểm cuối cạnh đáy ta đặt máy thứ 2, cho nó thu tín hiệu vệ tinh đồng thời với máy cố định trong vòng một phút Việc làm này gọi là khởi đo ( initiazation ), còn máy thứ 2 này được gọi là máy di động Tiếp đến cho máy di động lần lượt chuyển đến các điểm đo cần xác định, tại mỗi điểm dừng lại để thu tín hiệu trong một phút, và cuối cùng quay trở về điểm xuất phát là điểm cuối cạnh đáy để khép tuyến đo bằng thu tín hiệu thứ hai cũng kéo dài trong một phút tại điểm này.Yêu cầu nhất thiết của phương pháp là cả máy cố định và máy di động phải đồng thời thu tín hiệu liên tục từ ít nhất là 4 vệ tinh chung trong suốt chu kỳ đo Vì vậy tuyến đo phải bố trí ở khu vực thoáng đãng tín hiệ thu không bị gián đoạn (cycle slip) Nếu xảy ra trường hợp này thì phải tiến hành khởi đo lại tại cạnh đáy xuất phát hoặc sử dụng một cạnh đáy khác được thiết lập dự phòng trên tuyến đo Cạnh đáy có thể dài từ 2m đến 5km.Phương pháp đo động cho phép đạt độ chính xác định vị tương đối không thua kém so với phương pháp đo tĩnh Song nó lại đòi hỏi khá ngặt nghèo về thiết bị và tổ chức đo để đảm bảo yêu cầu về đồ hình phân bố cũng như tín hiệu của vệ tinh.

2.2.3 Phương pháp đo giả động