Đây là những sản phẩm có ứng dụng công nghệ mới nhất hiện nay, được sử dụng tại nhiều nước như: Mỹ, các nước Châu Âu, Nhật Bản và mang lại hiệu quả, chất lượng cao trong việc thiết kế, t
Trang 1ỨNG DỤNG CỦA GPS TRONG XÂY DỰNG
I TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GPS
GPS (Global Positioning System) - Hệ thống định vị toàn cầu - là hệ thống xác
định vị trí dựa trên vị trí của các vệ tinh nhân tạo Trong cùng một thời điểm, ở một vị trí trên mặt đất nếu xác định được khoảng cách đến ba vệ tinh (tối thiểu) thì sẽ tính được toạ độ của vị trí đó
GPS được thiết kế và quản lý bởi Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ, nhưng chính phủ Hoa Kỳ cho phép mọi người sử dụng nó miễn phí, bất kể quốc tịch từ năm 1980, GPS hoạt động trong mọi điều kiện thời tiết, mọi nơi trên Trái Đất, 24 giờ một ngày Không mất phí thuê bao hoặc mất tiền trả cho việc thiết lập sử dụng GPS
GPS là hệ dẫn đường dựa trên một mạng lưới 24 quả vệ tinh được đặt trên quỹ đạo không gian, hoạt động dựa trên các trạm phát tín hiệu vô tuyến điện Được biết nhiều nhất là các hệ thống có tên gọi LORAN - hoạt động ở giải tần 90-100 kHz chủ yếu dùng cho hàng hải, hay TACAN - dùng cho quân đội Mỹ và biến thể với độ chính xác thấp VOR/DME - VHF dùng cho hàng không dân dụng
Sự hoạt động của GPS:
Các vệ tinh GPS bay vòng quanh Trái Đất hai lần trong một ngày theo một quỹ đạo rất chính xác và phát tín hiệu có thông tin xuống Trái Đất Các máy thu GPS nhận thông tin này và bằng phép tính lượng giác tính được chính xác vị trí của người dùng Về bản chất máy thu GPS so sánh thời gian tín hiệu được phát đi từ vệ tinh với thời gian nhận
Trang 2được chúng Sai lệch về thời gian cho biết máy thu GPS ở cách vệ tinh bao xa Rồi với nhiều quãng cách đo được tới nhiều vệ tinh máy thu có thể tính được vị trí của người dùng và hiển thị lên bản đồ điện tử của máy
Máy thu GPS phải khoá được với tín hiệu của ít nhất ba quả vệ tinh để tính ra vị trí hai chiều (kinh độ và vĩ độ) và để theo dõi được chuyển động Với bốn hay nhiều hơn số quả vệ tinh trong tầm nhìn thì máy thu có thể tính được vị trí ba chiều (kinh độ, vĩ độ
và độ cao) Một khi vị trí người dùng đã tính được thì máy thu GPS có thể tính các thông tin khác, như tốc độ, hướng chuyển động, bám sát di chuyển, khoảng hành trình, quãng cách tới điểm đến, thời gian Mặt Trời mọc, lặn và nhiều thứ khác nữa
Độ chính xác của GPS:
Các máy thu GPS ngày nay cực kì chính xác, nhờ vào thiết kế nhiều kênh hoạt động song song của chúng Các máy thu 12 kênh song song (của Garmin) nhanh chóng khoá vào các quả vệ tinh khi mới bật lên và chúng duy trì chắc chắn liên hệ này, thậm chí trong tán lá rậm rạp hoặc thành phố với các toà nhà cao tầng Tình trạng nhất định của khí quyển và các nguồn gây sai số khác có thể ảnh hưởng tới độ chính xác của máy thu GPS Các máy thu GPS có độ chính xác trung bình trong vòng 15 mét
Các máy thu mới hơn với khả năng WAAS có thể tăng độ chính xác trung bình tới dưới 3 mét Không cần thêm thiết bị hay mất phí để có được lợi điểm của WAAS
Người dùng cũng có thể có độ chính xác tốt hơn với GPS Vi sai (Differential GPS,
DGPS) sửa lỗi các tín hiệu GPS để có độ chính xác trong khoảng 3 đến 5 mét Cục Phòng vệ Bờ biển Mỹ vận hành dịch vụ sửa lỗi này Hệ thống bao gồm một mạng các đài thu tín hiệu GPS và phát tín hiệu đã sửa lỗi bằng các máy phát hiệu Để thu được tín hiệu đã sửa lỗi, người dùng phải có máy thu tín hiệu vi sai bao gồm cả ăn-ten để dùng với máy thu GPS của họ
Trang 3II ỨNG DỤNG CỦA GPS TRONG XÂY DỰNG
A ỨNG DỤNG CỦA CÔNG NGHỆ GPS CHO MÁY CÔNG TRÌNH VÀ MÁY XÂY DỰNG.
Cơ cấu điều khiển truyền thống sẽ được thay bằng điều khiển thi công tự động, kết hợp công nghệ định vị GPS Đây là những sản phẩm có ứng dụng công nghệ mới nhất hiện nay, được sử dụng tại nhiều nước như: Mỹ, các nước Châu Âu, Nhật Bản và mang lại hiệu quả, chất lượng cao trong việc thiết kế, thi công xây dựng các công trình đường bộ cao tốc, sân bay, bến cảng, công trình thủy lợi, san lấp mặt bằng trong nông nghiệp,…
Công nghệ điều khiển và công nghệ định vị GPS là những công nghệ được áp dụng trong các dự án lớn và chiến lược, đặc biệt là những công trình xây dựng yêu cầu
độ chính xác và an toàn cao Hệ thống điều khiển máy (Machine Control System) cho phép người sử dụng có thể điều khiển các nhà máy xây dựng tại những công trình lớn bằng công nghệ thông tin qua việc lắp đặt các máy quét laser, thiết bị thu nhận GPS, máy toàn đạc điện tử (Total Station) và Milimeter GPS, cùng với các thiết bị cảm ứng bên cạnh hệ thống điều khiển thủy lực
Hệ thống điều khiển máy tự động có thể tối ưu hóa chất lượng và hiệu quả công việc san lấp mặt bằng thông qua dữ liệu 3D Bằng cách sử dụng dữ liệu 3D kỹ thuật
số, hệ thống điều khiển có thể kiểm soát chính xác máy móc hạng nặng, đem lại hiệu quả và chất lượng cao trong xây dựng công trình Việc sử dụng dữ liệu 3D còn giúp quản lý, kiểm tra các công đoạn đã hoàn thành mà không có sự sai sót do yếu tố con người, tăng độ chính xác và giảm thời gian tính toán cũng như kiểm tra; thi công không cần đến cột mốc và dây rọi, giảm thời gian và tăng năng suất thi công;
B XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐO ĐẠC BẢN ĐỒ HOÀN CHỈNH
Trang 4Nhờ ứng dụng công nghệ thông tin và quán triệt chủ trương cải cách thủ tục hành
chính, công tác cung cấp thông tin tư liệu ngày càng được cải tiến và đổi mới, tạo điều kiện thuận lợi cho người sử dụng tiếp cận thông tin dễ dàng Chúng ta đã thành công trong việc áp dụng tiến bộ khoa học vào công nghệ định vị toàn cầu (GPS), điều này
có vai trò quyết định trong việc xây dựng hệ qui chiếu VN-2000, thành lập các mạng lưới trắc địa cơ sở hỗ trợ công tác đo đạc chi tiết để thành lập các loại bản đồ cơ bản
và chuyên đề
Hiện nay, 5 trạm GPS tại Đồ Sơn, Vũng Tàu, Điện Biên, Cao Bằng, Hà Giang
hoạt động liên tục, cung cấp số cải chính phân sai (kỹ thuật DGPS), số liệu xử lý sau phục vụ rất hiệu quả cho công tác đo đạc địa hình đáy biển, phân giới cắm mốc và đáp ứng nhu cầu sử dụng của nhiều lĩnh vực khác Công nghệ xử lý ảnh số, ảnh viễn thám hoàn toàn đáp ứng các yêu cầu xử lý ảnh hàng không, ảnh vệ tinh đa phổ có độ phân giải cao và siêu cao Xử lý ảnh số, ảnh viễn thám kết hợp với công nghệ thông tin địa
lý hiện được áp dụng để thành lập và hiệu chỉnh bản đồ địa hình cơ bản, thành lập bản
đồ chuyên đề phục vụ công tác giám sát thay đổi trên bề mặt trái đất Nhờ áp dụng tiến bộ khoa học, công nghệ tiên tiến, chỉ trong thời gian ngắn nhiều công trình dự án quan trọng đã được triển khai, thiết lập được khối lượng lớn hệ thống
tư liệu đo đạc bản đồ cơ bản, phục vụ kịp thời các nhu cầu phát triển kinh tế Song song với những thành công trong việc áp dụng tiến bộ khoa học vào phục vụ xã hội, nhiều để tài nghiên cứu khoa học và dự án thử nghiệm cấp Nhà nước, cấp Bộ, cấp cơ
sở đã được triển khai để đáp ứng nhu cầu thực tiễn sản xuất và là cơ sở cho công tác phát triển ứng dụng công nghệ và nghiên cứu khoa học sau này
Với mục tiêu "Nghiên cứu ứng dụng công nghệ tiên tiến trong đo đạc và bản đồ, tăng cường năng lực hiện đại hóa công tác đo đạc và bản đồ phục vụ cho sự nghiệp công
Trang 5nghiệp hóa, hiện đại hóa", Ngành đo đạc và bản đồ đã và đang hoàn thiện hệ thống văn bản qui phạm pháp luật, chính sách quản lý đo đạc bản đồ phù hợp với xu thế hội nhập theo hướng phát triển bền vững đồng thời từng bước hoàn thiện các mạng lưới trắc địa (bao gồm cả mạng lưới được xác định bằng công nghệ vệ tinh) và dữ liệu qui chiếu bản đồ theo hướng chuẩn hóa, cung cấp dữ liệu trên mạng, phát triển bền vững và đảm bảo sự hoạt động chung về dữ liệu, hợp tác chung giữa các cơ quan quản lý, cung cấp
dữ liệu để đảm bảo tính nhất quán dữ liệu, tránh chồng chéo, đầu tư nhiều lần Thời gian tới, ngoài việc hiện đại hóa mạng lưới trắc địa mặt đất quốc gia theo quan điểm hiện đại, nhiệm vụ quan trọng của ngành đo đạc và bản đồ giai đoạn 2006 -2020
là tạo luận cứ khoa học để từng bước hoàn thiện hệ thống hỗ trợ mặt đất phù hợp với điều kiện Việt Nam để khai thác ứng dụng có hiệu quả hệ thống vệ tinh dẫn đường toàn cầu ; xây dựng các cơ sở dữ liệu thông tin địa lý cơ bản phù hợp với chuẩn GIS ISO TC211 và nghiên cứu xây dựng cơ sở dữ liệu mô hình số độ cao (DEM), cơ sở dữ liệu trọng lực, mô hình GEOID số Việc nghiên cứu, ứng dụng công nghệ mới vẫn sẽ tập trung vào lĩnh vực kết hợp ảnh hàng không, ảnh viễn thám độ phân giải siêu cao;
sử dụng công nghệ Lidar, công nghệ GIS để thu nhận dữ liệu xây dựng cơ sở dữ liệu thông tin địa lý, thành lập bản đồ địa hình, bản đồ chuyên đề các tỷ lệ; nghiên cứu ứng dụng công nghệ đo đạc bản đồ địa hình đáy biển bằng hồi âm chùm tia; đẩy nhanh hoạt động khoa học-công nghệ từ nay đến 2020 để ứng dụng thông tin địa lý trong quản lý đô thị, thành phố lớn, xã hội hóa thông tin và tiến tới chính phủ điện tử Một số nội dung mới về khoa học-công nghệ cũng sẽ được triển khai như: nghiên cứu chung giữa các lĩnh vực GPS, ảnh radar DInSAR khảo sát thay đổi trọng lực trái đất bằng các phương pháp đo trọng lực vệ tinh và mặt đất; chính xác hóa xác định vị trí
Trang 6bằng kỹ thuật GNSS và các ứng dụng thiên văn vô tuyến, trắc địa và địa động lực bằng
kỹ thuật VLBI
Việc xác định vị trí điểm bằng công nghệ định vị vệ tinh có những ưu điểm rõ rệt
so với khi sử dụng các phép đo mặt đất truyền thống, đặc biệt là trong công tác đo đạc lưới khống chế trắc địa mặt bằng Hệ thống định vị toàn cầu cho phép xác định các yếu
tổ của lưới với độ chính xác rất cao, nhất là vị trí tương hỗ giữa các điểm mà không phụ thuộc vào khoảng cách giữa chúng Chính vì vậy việc phân cấp hạng các mạng lưới trắc địa và xây dựng chúng theo nguyên tắc từ tổng quát tới chi tiết không còn là vấn đề cần thiết và bắt buộc nữa Bên cạnh đó hệ thống không đòi hỏi sự thông hướng giữa các điểm đo, công tác đo đạc có thể tiến hành trong mọi điều kiện của thời gian
và thời tiết Thời gian đo trên mỗi điểm thường không quá 2÷3h đồng hồ, thậm chi chỉ cần 2÷3 phút, tùy thuộc vào khoảng cách đo Có thể khẳng định rằng, công nghệ định
vị vệ tinh đã tạo ra một cuộc cách mạng sâu sắc trong lĩnh vực Trắc địa - Bản đồ, và còn hàm chứa nhiều khả năng tiềm ẩn cần được khai thác
C XÂY DỰNG CÁC MẠNG LƯỚI KHỐNG CHẾ MẶT BẰNG
Ưu điểm chủ yếu và quan trọng nhất của công nghệ GPS là khả năng xác định các vector cạnh giữa các điểm quan sát với độ chính xác cao mà không cần tầm thông hướng mặt đất Công nghệ GPS đã được kết hợp với các phương pháp đo cạnh dài khác để xây dựng khung tọa độ Trái Đất quốc tế (ITRF), khung tọa độ châu Âu (EUREF)
Ở Việt Nam, việc khai thác sử dụng GPS mới chỉ triển khai từ đầu những năm 90 của thế kỷ trước Từ tháng 12-1991 đến tháng 4-1993, Cục đo đạc bản đồ Nhà nước -
Bộ Tài nguyên & Môi trường đã xây đựng mạng lưới tọa độ nhà nước khu vực Minh
Trang 7Hải, Sông Bé và Tây Nguyên bẳng công nghệ GPS với 117 điểm phủ đều khắp khu vực Xây dựng mạng lưới tọa độ trên quần đảo Trường Sa, đồng thời đo nối lưới này với các đảo khác và mạng lưới trên đất liền tạo thành mạng lưới trắc địa biển Việt Nam, góp phần xây dựng cơ sở dữ liệu hình thành hệ quy chiếu VN2000
D ỨNG DỤNG GPS TRONG NGHIÊN CỨU ĐỊA ĐỘNG
Hiện nay công nghệ định vị vệ tinh đã được ứng dụng trong nghiên cứu dịch chuyên vỏ Trái Đất trên phạm vi rộng lớn với khoảng cách từ vài chục tới hàng trăm
km Bằng phương pháp đo tương đối xác định gia số tọa độ không gian trong hệ thống tọa độ địa tâm, người ta có thể xác định vị trí tương hỗ giữa các điểm với độ chính xác vài ba cm ừên khoảng cách hàng trăm km
Ở Việt Nam công nghệ GPS cũng đã được ứng dụng đo đạc các mạng lưới nghiên cứu địa động và tham gia với các nước trong khu vực đo đạc và nghiên cứu chuyển dịch vỏ Trái Đất khu vực Đông Nam Á
E ỨNG DỤNG GPS TRONG TRẮC ĐỊA CÔNG TRÌNH.
Công nghệ GPS đã được ứng dụng rộng rãi trong việc lập lưới khống chế mặt bằng cơ sở, lưới thi công công trình, lưới quan trắc chuyển dịch ngang công trình, đo
vẽ thành lập mặt cắt, chuyển trục công trình lên cao Các dạng công tác trắc địa công trình thường có khoảng cách đo không quá dài, chiều dài thường chỉ vài ba trăm mét, hoặc dưới 1 km, nhưng yêu cầu đo với độ chính xác cao Trong phép đo tương đối khá nhiều loại sai số được giảm thiểu, do vậy độ chính xác đo cạnh đạt rất cao Với chiều dài cạnh dưới 1 km, hầu như đã loại bỏ được ảnh hưởng sai số của tầng điện ly và tầng đối lưu của khí quyển Công nghệ GPS được ứng dụng trong ngành trắc địa công trinh
ờ các lĩnh vực sau:
Trang 8- Trong giai đoạn khảo, sát thiết kể: Thành lập lưới khổng chế đo vẽ, đo vẽ bình
đồ, mặt cắt
- Trong giai đoạn thi công: Thành lập lưới không chế thi công, bố trí các điềm chi tiết ra thực địa, chuyển trục công trình trong xây dựng nhà cao tầng
- Trong giai đoạn vận hành: Quan trắc chuyển dịch, biến dạng công trình
F ỨNG DỤNG GPS TRONG THÀNH LẬP BẢN ĐỒ.
GPS cũng được ứng dụng rộng rãi trong công tác đo vẽ chi tiết như thành lập lưới khống chế cơ sở, lưới khống chế đo vẽ và đo vẽ chi tiết địa hình Với các chế độ đo động, công nghệ định vị được sử dụng như là các trạm đo vẽ chi tiết bằng các máy toàn đạc điện tử Ưu điểm nổi trội nhất của phương pháp là không cần thông hướng ngắm Ngoài ra các máy thu GPS có thể được sử dụng để xác định tọa độ, độ cao của điểm địa hình để thành lập mô hình số địa hình (DEM)
Đặc biệt trong công tác hiệu chỉnh bản đồ, công nghệ GPS được sử dụng rất thuận lợi để hiệu chỉnh nội dung của bản đồ nhu bổ sung các địa vật, địa hình