HỆ THỐNG ĐỊNH vị TOÀN cầu GPS,ỨNG DỤNG TRONG đo vẽ TRẮC địa, địa HÌNH

HỆ THỐNG ĐỊNH vị TOÀN cầu GPS,ỨNG DỤNG TRONG đo vẽ TRẮC địa, địa HÌNH, ý nghĩa thực tiễn, sai số, 2.1 Tình hình ứng dụng GPS trong thu thập dữ liệu không gian 18 2.1.1 Tình hình ứng dụng GPS trên thế giới 18 2.1.2 Tình hình ứng dụng GPS ở Việt Nam 18 2.2 Tìm hiểu về ứng dụng GPS trong đo vẽ trắc địa, địa hình 19 2.2.1 Thành lập lưới khống chế mặt bằng 19 2.2.2 Ứng dụng công nghệ GPS thành lập bản đồ địa chính 21 a.Xây dựng cá mạng lưới địa chính 21 b.Đo vẽ chi tiết bản đồ địa chính tỷ lệ lớn và trung bình 21

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KHOA ĐỊA LÝ BÀI TIỂU LUẬN : HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU GPS,ỨNG DỤNG TRONG ĐO VẼ TRẮC ĐỊA, ĐỊA HÌNH Giáo viên hướng dẫn : TS Nguyễn Quang Tuấn Sinh viên thực : Nguyễn Thị Hồng Quyên Đà Nẵng, 2015 Mục lục PHẦN MỞ ĐẦU PHẦN NỘI DUNG CHƯƠNG : TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TOÀN CẦU GPS 1.1Các thành phần hệ thống 1.1.1 Phần không gian ( Space Segment) 1.1.2 Đoạn điều khiển (Control segement) 1.1.3 Đoạn sử dụng ( User Segment) 1.2 Các phương pháp đo GPS 1.2.1 Phương pháp đo tuyệt đối 1.2.2 Đo vi phân 1.2.3 Phương pháp đo tương đối a Nguyên lý đo GPS tương đối b Đo tĩnh c Đo động d Đo giả động 1.2.4 Ý nghĩa thực tiễn áp dụng 1.3 Các nguồn gây sai số 1.3.1Sai số vệ tinh a.Sai số quỹ đạo vệ tinh b.Sai số từ đồng hồ vệ tinh 1.3.2 Các sai số phát sinh từ môi trường lan truyền tín hiệu vô tuyến a Trễ tầng điện ly b Trễ tầng đối lưu 1.3.3 Đa đường truyền 1.3.4 Sai số mảng máy thu a Sai số trị đo đồng hồ nhiễu từ máy thu b.Sai số dịch chuyển tâm pha anten CHƯƠNG : ỨNG DỤNG TRONG ĐO VẼ TRẮC ĐỊA, ĐỊA HÌNH 2.1 Tình hình ứng dụng GPS thu thập liệu không gian 2.1.1 Tình hình ứng dụng GPS giới 2.1.2 Tình hình ứng dụng GPS Việt Nam 2.2 Tìm hiểu ứng dụng GPS đo vẽ trắc địa, địa hình 2.2.1 Thành lập lưới khống chế mặt 2.2.2 Ứng dụng công nghệ GPS thành lập đồ địa a.Xây dựng cá mạng lưới địa b.Đo vẽ chi tiết đồ địa tỷ lệ lớn trung bình PHẦN KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………………………………………… PHẦN MỞ ĐẦU Hiện nay, khoa học công nghệ nước ta nhiều nước giới có bước phát triển vượt bậc với thành tựu to lớn, ứng dụng để đáp ứng nhu cầu người Với phát triển vũ bão lĩnh vực khoa học công nghệ mũi nhọn công nghệ vũ trụ, công nghệ nano, công nghệ sinh học,…mở kỷ nguyên – kỷ nguyên người tiến tới chế ngự làm chủ thiên nhiên Những tiến khoa học công nghệ đại cho phép người biến ý tưởng sáng tạo thành thực Hình ảnh vật thể bề mặt trái đất ghi nhận từ vệ tinh cách xa hàng trăm km số hóa phục vụ công tác thành lập đồ giám sát đối tượng công tác điều tra phát triển kinh tế xã hội ngày ứng dụng rộng rãi Ở Việt Nam, thiết bị thu tín hiệu vệ tinh sử dụng ứng dụng từ lâu Hệ thống định vị toàn cầu GPS hệ thống dẫn đường định vị xác dựa vệ tinh VAVSTAR quốc phòng Mỹ thiết kế, triển khai từ năm 1973 sử dụng rộng rãi giới Ban đầu, hệ thống dùng cho mục đích quân sau thương mại hóa Ngày nay, công nghệ GPS chiếm vai trò chủ đạo ứng dụng dân thay công nghệ truyền thống việc xây dựng lưới tọa độ, đồng thời mở nhiều lĩnh vực khác đạt nhiều tính ưu việt hẳn phương pháp cũ độ xác cao, thời gian đo nhanh, tốn hầu hết thực điều kiện thời tiết Công nghệ GPS mang lại nhiều hiệu khoa học định vị với độ xác tới milimet, khoảng cách đo lên tới hàng nghìn km, định vị đối tượng chuyển động tạo sở khoa học cho xây dựng hệ quy chiếu hệ tọa độ quốc gia, quan trắc dịch chuyển lục địa, quan trắc biến động vỏ trái đất, dự báo động đất… Trong năm gần công nghệ GPS ứng dụng rộng rãi sản xuất trắc địa – địa hình, công nghệ đo đạc tiên tiến, thuận lợi công tác xây dựng mạng lưới khống chế trắc địa Với ngành trắc địa đồ cách mạng thực kỹ thuật, chất lượng hiệu kinh tế phạm vi toàn giới nói chung Việt Nam nói riêng Với mục đích tìm hiểu rõ công nghệ này, với ứng dụng ngành trắc địa, đo vẽ đồ, em tiến hành nghiên cứu đề tài “Hệ thống định vị toàn cầu GPS” Tuy nhiên trình độ thời gian có hạn, tiểu luận chắn không tránh sai sót, kính mong thầy đóng góp ý kiến chỉnh sửa định hướng phát triển PHẦN NỘI DUNG CHƯƠNG : TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TOÀN CẦU GPS 1.1 Các thành phần hệ thống 1.1.1 Phần không gian ( Space Segment) Đoạn gồm 24 vệ tinh phân bố quỹ đạo gần tròn, quỹ đạo có vệ tinh, mặt phẳng quỹ đạo nghiêng với mặt phẳng xích đạo góc 55 Bán kính quỹ đạo vệ tinh xấp xỉ 26560 km, tức vệ tinh có độ cao so với mặt đất cỡ 20200 km Chu kỳ chuyển động quỹ đạo 718 phút Số lượng vệ tinh quan sát tùy thuộc vào thời gian vị trí quan trắc trái đất, nói thời gian vị trí mặt đất quan sát tối thiểu vệ tinh, tối đa 11 vệ tinh 1.1.2 Đoạn điều khiển (Control segement) Đoạn điều khiển gồm trạm quan sát mặt đẩt tai Hawaii ( Thái Bình Dương ), Assension Island ( Đại Tây Dương), Diego Garcia (Ấn Độ Dương), Kwajalein ( tây Thái Bình Dương) trạm điều khiển trung tâm đặt không quân Mỹ gần Colorado Spring trạm Các trạm con, vận hành tự động, nhận thông tin từ vệ tinh, gửi tới cho trạm chủ Sau trạm gửi thông tin hiệu chỉnh trở lại, để vệ tinh biết vị trí chúng quỹ đạo thời gian truyền tín hiệu Nhờ vậy, vệ tinh đảm bảo cung cấp thông tin xác tuyệt đối vào thời điểm Đoạn điều khiển có nhiệm vụ điều khiển toàn hoạt động vệ tinh sở theo dõi quỹ đạo chuyển động vệ tinh hoạt động đồng hồ vệ tinh Tất trạm điều khiển có máy thu GPS theo dõi liên tục vệ tinh, đồng thời đo số liệu khí tượng Trạm trung tâm xử lý số liệu truyền từ trạm với số liệu đo Kết xử lý cho ephemerit xác hóa vệ tinh số hiệu chỉnh cho đồng hồ vệ tinh Các số liệu truyền từ trạm điều khiển trung tâm tới trạm quan sát, từ truyền tiếp lên vệ tinh với lệnh điều khiển khác Việc xác hóa thông tin tiến hành lần ngày Ngoài ra, trạm trung tâm điều khiển hiệu chỉnh quỹ đạo, khởi động vệ tinh dự phòng cần thiết thay vệ tinh ngừng hoạt động 1.1.3 Đoạn sử dụng ( User Segment) Đoạn bao gồm tất máy móc, thiết bị thu nhận thông tin từ vệ tinh để khai thác sử dụng cho mục đích yêu cầu khác Đó máy thu riêng biệt, hoạt động độc lập (trường hợp định vị tuyệt đối) hay nhóm từ hai máy thu trở lên hoạt động đồng thời theo lịch trình định (trường hợp định vị tương đối) hoạt động theo chế độ máy thu đóng vai trò máy chủ phát tín hiệu vô tuyến hiệu chỉnh cho máy thu khác (định vị vi phân) 1.2 Các phương pháp đo GPS 1.2.1 Phương pháp đo tuyệt đối Đo GPS tuyệt đối trường hợp sử dụng máy thu GPS để xác định tọa độ điểm quan sát hệ thống tọa độ WGS-84 Đó thành phần vuông góc không gian (X, Y, Z) thành phần tọa độ mặt cầu (B, L, H) Hệ thống tọa độ WGS-84 hệ thống tọa độ sở hệ thống GPS; tọa độ vệ tinh điểm quan sát lấy theo hệ thống tọa độ Việc đo GPS tuyệt đối thực sở sử dụng đại lượng đo khoảng cách giả từ vệ tinh đến máy thu theo nguyên tắc giao hội không gian từ điểm có tọa độ biết vệ tinh Nếu biết xác khoảng thời gian lan truyền tín hiệu code tựa ngẫu nhiên từ vệ tinh đến máy thu Ta tính khoảng cách xác vệ tinh máy thu Khi khoảng cách xác định đồng thời từ vệ tinh đến máy thu cho ta vị trí không gian đơn vị máy thu Song thực tế đồng hồ máy thu đồng hồ vệ tinh có sai số, nên khoảng cách đo khoảng cách xác Kết chúng khắc phục tình trạng này, cần sử dụng thêm đại lượng đo nữa, khoảng cách từ vệ tinh thứ tư Bằng cách đo khoảng cách giả đồng thời từ vệ tinh đến máy thu ta xác định tọa độ tuyệt đối máy thu, xác định thêm số hiệu chỉnh cho đồng hồ máy thu Quan sát đồng thời vệ tinh yêu cầu tối thiểu cần thiết để xác định tọa độ không gian tuyệt đối điểm quan sát Tuy vậy, máy thu trang bị đồng hồ xác cao ẩn số thành phần tọa độ điểm quan sát Để quan sát cần quan sát đồng thời vệ tinh Hình : Nguyên lý đo tuyệt đối 1.2.2 Đo vi phân Theo phương pháp cần có máy thu GPS có khả phát tín hiệu vô tuyến đặt điểm có tọa độ biết (nó thường gọi máy cố định), đồng thời có máy khác (được gọi máy di động) đặt vị trí cần tọa độ, điểm cố định điểm di động tàu thủy, máy bay, ôtô Cả máy cố định máy di động cần tiến hành đồng thời thu tín hiệu từ vệ tinh Nếu thông tin từ vệ tinh bị nhiễu kết xác định tọa độ máy cố định máy di động bị sai lệch Độ sai lệch xác định sở so sánh tọa độ tính theo tín hiệu thu tọa độ biết trước máy cố định xem cho máy cố định máy di động Nó máy cố định phát qua sóng vô tuyến để máy di động thu nhận mà hiệu chỉnh kết xác định tọa độ Để đảm bảo độ xác cần thiết, số hiệu chỉnh cần xác định chuyển nhanh với tần suất cao Cũng với lý phạm vi hoạt động có hiệu máy thu cố định tùy ý, mà hạn chế bán kính từ vài trăm đến năm bảy trăm kilomet Người ta xây dựng hệ thống GPS vi phân diện rộng mạng lưới GPS vi phân gồm số hệ thống gồm số trạm cố định để phục vụ nhu cầu định vị cho lục địa hay đại dương với độ xác cỡ 10m Phương pháp định vị GPS vi phân đảm bảo độ xác phổ biến cỡ vài mét, tới decimet Hình : Định vị GPS vi phân 1.2.3 Phương pháp đo tương đối a Nguyên lý đo GPS tương đối Đo GPS tương đối trường hợp sử dụng hai máy thu GPS đặt hai điểm quan sát khác để xác định hiệu tọa độ vuông góc không gian ( ∆X, ∆Y, ∆Z ) hay hiệu tọa độ mặt cầu ( ∆B, ∆L, ∆H ) chúng hệ tọa độ WGS – 84 Nguyên lý đo GPS tương đối thực sở sử dụng đại lượng đo pha sóng tải Để đạt độ xác cao cao cho kết xác định hiệu tọa độ (hay vị trí tương hỗ) hai điểm xét người ta tạo sử dụng sai phân khác cho pha tải nhằm làm giảm ảnh hưởng nguồn sai số khác : sai số đồng hồ vệ tinh máy thu, sai số tọa độ vệ tinh, sai số nguyên đa trị… Số vệ tinh GPS xuất bầu trời thường nhiều 4, có lên tới 10 vệ tinh Bằng cách tổ hợp theo cặp vệ tinh ta có nhiều trị đo Không đo tương đối vệ tinh lại quan sát khoảng thời gian tương đối dài, thường từ nửa đến vài ba Do thực tế số lượng trị đo để xác định hiệu tọa độ hai điểm quan sát lớn số liệu đo xử lý theo nguyên tắc bình phương nhỏ Hình : Nguyên lý định vị tương đối b Đo tĩnh Phương pháp đo tĩnh sử dụng để xác định hiệu tọa độ (hay vị trí tương hỗ) hai điểm xét với độ xác cao, thường nhằm đáp ứng yêu cầu công tác trắc địa – địa hình Trong trường hợp cần hai máy thu, máy đặt điểm biết tọa độ, máy đặt điểm cần xác định Cả hai máy phải đồng thời thu tín hiệu từ số vệ tinh chung liên tục khoảng thời gian định, thường đến hai ba tiếng đồng hồ Số vệ tinh chung tối thiểu cho hai trạm quan sát ba, thường lấy để đề phòng trường hợp thu tín hiệu gián đoạn Khoảng thời gian quan sát phải kéo dài đủ cho đồ hình phân bố vệ tinh thay đổi mà từ ta xác định số nguyên đa trị sóng tải đồng thời có nhiều trị đo nhằm đạt độ xác cao ổn định cho kết quan sát Đây phương pháp cho phép đạt độ xác cao việc định vị tương đối GPS, cỡ centimet, chí milimet khoảng cách hai điểm xét tới hàng chục hàng tram kilomet Nhược điểm chủ yếu phương pháp thời gian đo kéo dài hàng giờ, suất thấp Thường sử dụng để thành lập lưới khống chế trắc địa, quan trắc biến dạng công trình Hình : Đo GPS tĩnh c Đo động Phương pháp đo động cho phép xác định vị trí tương đối hàng loạt điểm so với điểm biết điểm đo cần thu tín hiệu vòng phút Theo phương pháp cần có hai máy thu Để xác định số nguyên đa trị tín hiệu vệ tinh, cần phải có cạnh đáy biết gối lên điểm có tọa độ Sau xác định, số nguyên đa trị giữ nguyên để tính khoảng cách từ vệ tinh đến máy thu cho điểm đo tiếp sau suốt chu kỳ đo Nhờ vậy, thời gian thu tín hiệu điểm đo tiếng đồng hồ phương pháp đo tĩnh mà phút Với cạnh đáy biết, ta đặt máy thu cố định điểm đầu cạnh đáy cho tiến hành thu liên tục tín hiệu vệ tinh suốt chu kỳ đo Máy gọi máy cố định Ở điểm cuối cạnh đáy ta đặt máy thứ 2, cho thu tín hiệu vệ tinh đồng thời với máy cố định vòng phút Việc làm gọi khởi đo (initiazation ), máy thứ gọi máy di động Tiếp đến cho máy di động chuyển đến điểm đo cần xác định, điểm dừng lại để thu tín hiệu phút, cuối quay trở điểm xuất phát điểm cuối cạnh đáy để khép tuyến đo thu tín hiệu thứ hai kéo dài phút điểm Yêu cầu thiết phương pháp máy cố định máy di động phải đồng thời thu tín hiệu liên tục từ vệ tinh chung suốt chu kỳ đo Vì tuyến đo phải bố trí khu vực thoáng đãng tín hiệu thu không bị gián đoạn (cycle slip) Nếu xảy trường hợp phải tiến hành khởi đo lại cạnh đáy xuất phát sử dụng cạnh đáy khác thiết lập dự phòng tuyến đo Cạnh đáy dài từ 2m đến 5km Hình 7: Đo GPS dừng động d Đo giả động Phương pháp đo giả động cho phép xác định vị trí hàng loạt điểm so với điểm biết khoảng thời gian đo nhanh, độ xác định vị không cao phương pháp đo động Trong phương pháp không cần thủ tục khởi đo, tức không cần sử dụng cạnh đáy biết Máy cố định phải thu tín hiệu liên tục suốt chu kỳ đo, máy di động chuyển đến điểm đo, điểm thu tín hiệu – 10 phút Sau đo hết lượt máy di động quay điểm xuất phát (điểm đo đầu tiên) lặp lại tất điểm theo trình tự phải đảm bảo cho khoảng thời gian dãn cách hai lần đo điểm không tiếng đồng hồ Chính khoảng thời gian đồ hình phân bố vệ tinh thay đổi đủ để xác định số nguyên đa trị, hai lần đo, lần đo kéo dài – 10 phút giãn cách dài tiếng Yêu cầu thiết phương pháp phải có vệ tinh chung cho hai lần đo điểm quan sát Điều đáng ý máy di động không thiết phải thu tín hiệu vệ tinh liên tục suốt chu kỳ đo mà cần thu vòng – 10 phút điểm đo, nghĩa tắt máy trình vận chuyển từ điểm đến điểm Điều cho phép áp dụng phương pháp khu vực có nhiều vật che nhỏ với số lượng điểm vừa phải để kịp đo lặp điểm sau tiếng đồng hồ đảm bảo số lượng vệ tinh chung cho hai lần đo 1.2.4 Ý nghĩa thực tiễn áp dụng Hiện nay, nước ta giới áp dụng công nghệ GPS nhiều ngành, nhiều lĩnh vực Sau vài ứng dụng phương pháp đo GPS lĩnh vực : Ứng dụng hệ thống định vị toàn cầu GPS với hệ thống thông tin địa lí GIS việc theo dõi biến động, chỉnh lí thông tin xây dựng sở liệu đất Lâm nghiệp dùng phương pháp đo GPS động nhằm thu thập số liệu tọa độ vị trí khu vực quy hoạch, khu đất biến động mục đích, ranh giới… phục vụ cho nghiên cứu - Sử dụng phương pháp đo động đo tĩnh để xác định độ cao Sử dụng phương pháp đo tĩnh để thành lập lưới trắc địa, phương pháp cho độ xác GPS cao - Sử dụng lỹ thuật GPS đo động xử lý sau đo đạc địa Các ứng dụng tàu thuyền dẫn đường mặt nước yêu cầu độ xác thấp thường sử dụng phương pháp định vị tuyệt đối Các ứng dụng khảo sát thủy văn yêu cầu độ xác trung bình thường dùng phương pháp đo pha tương đối theo thời gian thực Sử dụng hệ thống LADS (The Laser Ảiborne Depth Sounder) kết hợp với máy thu GPS định vị động gắn máy bay để thành lập đồ hải dương học 1.3 Các nguồn gây sai số Hình : minh họa nguồn gây sai số 1.3.1 a Sai số vệ tinh Sai số quỹ đạo vệ tinh Chuyển động vệ tinh xung quanh trái đất tuân theo định luật học cổ điển định luật vạn vật hấp dẫn Newton Chuyển động mô tả định luật chuyển động Kepler xác định 16 thông số quỹ đạo Ngoài chịu lực hấp dẫn trường trọng lực trái đất vệ tinh GPS chịu tác động xạ mặt trời, lực hấp dẫn mặt trời, mặt trăng, thiên thể khác Như vậy, cần xác định sử dụng vị trí tức thời vệ tinh xác định sở sử dụng đoạn không gian đương nhiên tọa độ vệ tinh có chứa sai số Bản tọa độ vệ tinh ứng với thời điểm cụ thể gọi Ephemeris (lịch vệ tinh), có hai loại Ephemeris Ephemeris xác Ephemeris đại trà Ephemeris xác cung cấp phủ Mỹ cho phép đảm bảo định vị tuyệt đối tốt 1m Ephemeris đại trà cung cấp cho khách hàng qua tín hiệu vệ tinh phát Ephemeris loại cho phép định vị tuyệt đối cỡ 30m, bị nhiễu cố ý độ xác định vị tuyệt đối thực tế cỡ 100m Sai số vị trí vệ tinh ảnh hưởng trọn vẹn đến sai số xác định tọa độ điểm quan sát đơn riêng biệt Để khắc phục sai số nhà nghiên cứu đưa phương án định vị tương đối dùng phương án sai số quỹ đạo vệ tinh loại trừ b Sai số từ đồng hồ vệ tinh Các số đo GPS liên quan mật thiết với phép đo thời gian xác Các vệ tinh GPS truyền thời gian bắt đầu phát thông điệp mã hóa riêng chúng Máy thu đo thời gian xác thu tín hiệu, người ta tính số đo cự ly hướng tới vệ tinh nhờ thời gian trôi qua kể từ lúc phát sóng đến lúc thu sóng vệ tinh Nhưng điều thực theo giả thiết hai đồng hồ vệ tinh máy thu chạy theo thời gian Bất kỳ trị chênh lệch thời gian trở thành sai số cự ly tương đương máy thu sau nhận với vận tốc ánh sáng Có thể thấy micro giây thiếu đồng đồng hồ vệ tinh máy thu gây nên độ lệch cự ly vào khoảng 300m Đôi tình đột xuất, thay đổi nhiệt độ, đồng hồ vệ tinh thể độ lệch bậc cao, đoạn thời gian ngắn thi xem TÍnh đồng đồng hồ vệ tinh giữ khoảng 20 nano giây cách hiệu chỉnh thời gian phát sóng, thời gian GPS đồng với thời gian UTC khoảng nano giây Độ trôi đồng hồ nguyên tử vệ tinh gây độ lệch thời gian mà đồng hồ gởi cho máy thu làm cho chu kỳ dao động nội vệ tinh thay đổi Các thông số hiệu chỉnh độ trôi đồng hồ vệ tinh trạm giám sát chủ dự đoán phát kèm với thông số quỹ đạo vệ tinh Sai số độ trôi đồng hồ vệ tinh hiệu chỉnh theo phương pháp sau: - Trường hợp định vị điểm, sai số loại bỏ cách sử dụng thông số hiệu chỉnh đồng hồ GÍ lịch quản bá (xử lý thời gian thực) - Trường hợp định vị tương đối, phương trình hiệu đơn trị đo khoảng cách giả pha sóng mang đủ loại bỏ toàn nguồn sai số độ trôi đồng hồ vệ tinh gây 1.3.2 Các sai số phát sinh từ môi trường lan truyền tín hiệu vô tuyến a Trễ tầng điện ly Tín hiệu sóng điện từ qua tầng điện ly tốc độ truyền bị thay đổi gây sai số hệ thống với kết đo gọi tượng tán xạ tầng điện ly Độ lớn tán xạ phụ thuộc vào điều kiện bên tầng số tín hiệu Tầng điện ly vào độ cao khoảng 60 km đến 4000 km, Đặc điểm tầng tác động xạ mặt trời tia cực tím, xạ, X, tia vũ trụ mà cá phân tử không khí bị phân hủy thành ion electron tự Tính chất tầng thay đổi nhiều theo thời gian ngày theo mùa Cũng giống tín hiệu điện từ truyền qua môi trường ion hóa, tín hiệu GPS chịu ảnh hưởng tính chất khuếch tán phi tuyến môi trường Tín hiệu vệ tinh lan truyền tầng điện ly làm dao động electron tự do, dao động sinh trường điện từ biến thiên electron đến lượt tương tác trở lại với tín hiệu vệ tinh Các electron qua trình dao động va chạm với phân tử không khí ion làm suy giảm lượng tín hiệu vệ tinh Trong phạm vi tần số GPS, ảnh hưởng tầng điện ly cự ly thay đổi từ khoảng lớn 150m (khi vệ tinh gần chân trời, giữ trưa, thời kì vệt đen mặt trời cực đại) tới khoảng nhỏ 5m (khi vệ tinh gần thiên đỉnh, ban đêm, thời kì vệt đen mặt trời cực tiểu) Hiệu chỉnh ảnh hưởng tầng ion trị đo máy thu tần số L1 phải dựa vào tham số mô hình phát thông báo vệ tinh, nhiên giảm khoảng 50% ảnh hưởng tầng ion b Trễ tầng đối lưu Tầng đối lưu gồm thành phần 78% Nitơ 21% Oxi nước vào độ cao từ đến 70km Khúc xạ tầng khí trung tính hoàn toàn độc lập với tầng số thuộc phổ sóng vô tuyến Không giống tầng điện ly, tầng khí không khuếch tán tần số thấp 30GHz, trị thời trễ nhóm hay pha Để thuận tiện, người ta phân tích khúc xạ tầng khí trung tính làm phần : khô ướt Ba nhân tố tầng đối lưu ảnh hưởng tới tín hiệu vệ tinh : mật độ không khí, nhiệt độ, độ ẩm Nguyên nhân đặc tính môi trường tầng đối lưu : Tính chất hấp thụ lượng sóng điện từ làm cho tín hiệu đến máy thu GPS bị suy giảm Hơi nước sương mù hai tác nhân gây nên hấp thụ lượng sóng điện từ Tính chất không đồng môi trường khí làm cho tín hiệu phát từ vệ tinh lan truyền với vận tốc khác bị uốn cong trước tơi máy thu GPS Sự thay đổi tính chất thành phần lớp không khí làm cho số điện môi thay đổi kết tín hiệu bị khúc xạ liên tục nhiều lần làm cho đường bị uốn cong trược đến máy thu GPS Tổng quát hóa phân tích trên, nhà khoa học kết luận độ trễ tầng đối lưu phụ thuộc vào góc cao độ vệ tinh, cao độ máy thu số khúc xạ 1.3.3 Đa đường truyền Đa đường truyền tượng tín hiệu vệ tinh đến vị trí máy thu GPS qua hai hay nhiều đường khác Kết máy thu GPS tín hiệu thu bị nhiễu loạn có hai tín hiệu từ vệ tinh đến, dẫn đến việc Máy thu GPS tách liệu tách liệu độ lệch Hay nói cách khác hiệu ứng đa đường truyền gây sai số tín hiệu đến máy thu theo nhiều đường truyền khác với khoảng thời gian trễ khác Hình : Ảnh hưởng hiệu ứng đa đường truyền 1.3.4 Sai số mảng máy thu a Sai số trị đo đồng hồ nhiễu từ máy thu Đây sai số trị đo mà máy thu quan trắc độ trội đồng hồ máy thu, nhiễu nhiệt độ xác phần mềm xử lý máy gây nên Đây sai số hệ thống không loại bỏ kỹ thuật xử lý vi sai Đối với thiết bị độ xác thấp, người ta giả thuyết độ lệch không đáng kể bỏ qua tất độ lệch Nói cách khác, cung cấp đầy đủ vệ tinh, người ta lựa chọn để với việc giải tọa độ người ta giải tham số độ lệch đồng hồ đặt máy thu cách đơn giản Đây phương pháp thông dụng dùng hàng hải GPS; độ lệch giả thuyết độc lập thời điểm đo Phương pháp có số lượng giả thuyết tình trạng đồng hồ Một mô hình đa thức đồng hồ tương tự đồng hồ vệ tinh sử dụng, hệ số đa thức xác định phần trình ước lượng tham số Điều có liên quan đến giả thuyết tình trạng đồng hồ b Sai số dịch chuyển tâm pha anten Tâm pha điểm nằm bên anten, nơi tín hiệu GPS biến đổi thành tín hiệu mạch điện tử, trị đo khoảng cách tính vào điểm Điều có ý nghĩa quan trọng, nhà máy chế tạo anten kiểm định cho tâm pha trùng với tâm hình học nó, nhiên tâm pha thay đổi vị trí phụ thuộc vào đồ hình vệ tinh, ảnh hưởng kiểm định trược đo sử dụng mô hình tâm pha giai đoạn tính xử lý Quy định cần phải tuân theo đặt anten cần dóng theo hướng tốt sử dụng loại anten cho ca đo Hình 10 : Sai số tâm pha dịch chuyển Ngoài nguồn sai số chủ yếu có nguồn sai số khác sai số ảnh hưởng xoay Trái đất, hiệu ứng thuyết tương đối, triều tịch trái đất, sai số vị trí máy thu, sai số người đo…Trong định vị xác cao cần phải xem xét tìm biện pháp giảm ảnh hưởng nguồn sai số Bảng : Thống kê nguồn lỗi đo GPS biện pháp khắc phục Nguồn lỗi Phụ thuộc vệ tinh - Ephemeris - Đồng hồ vệ tinh - Đồ hình vệ tinh Phụ thuộc đường tín hiệu - Tầng ion - Tầng đối lưu - Số đa trị nguyên - Trượt chu kì - Đa tuyến Phụ thuộc máy thu - Chiều cao Anten - Cấu hình máy thu - Tâm pha Anten - Nhiễu điện từ - Tọa độ quy chiếu Biện pháp xử lý Ephemeris xác Sai phân bậc Chọn thời gian đo có POP < Dùng máy hai tần số Lập mô hình Xác điịnh đơn trị, sai phân bậc ba Tránh vật cản, sai phân bậc ba Tránh phản xạ, ngưỡng góc cao Do lần đo độ cao Antten Chú ý lắp đặt Anten chuẩn đặt quay hướng Tránh xạ điện từ Khống chế xác, tin cậy - Chiều dài cạnh Bố trí cạnh ngắn CHƯƠNG : ỨNG DỤNG TRONG ĐO VẼ TRẮC ĐỊA, ĐỊA HÌNH 2.1 Tình hình ứng dụng GPS thu thập liệu không gian 2.1.1 Tình hình ứng dụng GPS giới Xây dựng mạng lưới khống chế mặt Ngay từ năm 1980, công nghệ GPS mạng lưới trắc địa xây dựng Eifel (Đức), Pensylvania (Mỹ) nhiều nước khác giới Trong nghiên cứu địa động lực: đo tham số chuyển dịch có tính toàn cầu đo lưới khống chế trắc địa liên lục địa, thiết lập trạm quan trắc dịch chuyển lục địa, quan trắc trạng thái vận động khối lục địa, thu nhận thông số thông tin địa chấn Trong trắc địa ảnh: ứng dụng công nghệ GPS vào công tác đo nối khống chế ảnh, dẫn đường bay công tác bay chụp ảnh, xác định toạ độ tâm ảnh trình bay chụp áp dụng có hiệu công tác tăng dày khống chế ảnh Trong trắc địa biển: đo điểm khống chế trắc địa đặt đáy biển, đo nối toạ độ tàu thuyền với sở trắc địa đất liền, đo vẽ địa hình đáy biển Trong công tác thành lập đồ: công nghệ GPS ứng dụng rộng rãi công tác đo vẽ chi tiết thành lập lưới khống chế sở, lưới khống chế đo vẽ đo vẽ chi tiết địa hình Trong trắc địa công trình: tiến hành thiết kế, thi công, nghiệm thu theo dõi công trình kiến trúc sử dụng công nghệ định vị toàn cầu Các quan trắc thí nghiệm Châu Âu, vùng Viễn Đông, Châu Úc, vùng Nam Mỹ, toàn khu vực Bắc Mỹ chứng tỏ kỹ thuật định vị GPS trắc địa công trình có khả ứng dụng lớn 2.1.2 Tình hình ứng dụng GPS Việt Nam Ở Việt Nam, phương pháp định vị vệ tinh ứng dụng từ năm đầu thập kỷ 90 Với máy thu vệ tinh loại 4000ST, 4000SST ban đầu sau thời gian ngắn lập xong lưới khống chế vùng đặc biệt khó khăn mà từ trước đến chưa có lưới khống chế Tây Nguyên, thượng nguồn Sông Bé, Cà Mau Những năm sau công nghệ GPS đóng vai trò định việc đo lưới cấp "0" lập hệ quy chiếu Quốc gia việc lập lưới khống chế cấp hạng lãnh thổ phục vụ ngành Trắc địa đồ nhiều lưới khống chế cho công trình dân dụng khác, cụ thể sau: - Lưới cấp “0” 71 điểm phủ trùm lãnh thổ - Lưới khống chế biển: 32 điểm - Lưới Hạng I, II 1665 điểm phủ trùm lãnh thổ - Lưới Địa sở: Hạng III) phủ trùm lãnh thổ: 12568 điểm - Lưới GPS – thuỷ chuẩn lập mô hình Geoid: 1009 điểm - Hàng chục nghìn điểm toạ độ hạng IV phục vụ cho đo đạc khảo sát công trình giao thông, thuỷ lợi, xây dụng, quy hoạch Những ứng dụng sớm GPS trắc địa đồ công tác đo lưới khống chế Hiện hệ thống GPS phát triển ngày hoàn thiện phần cứng (thiết bị đo) phần mềm (chương trình xử lý số liệu), ứng dụng rộng rãi vào dạng công tác trắc địa đồ, trắc địa công trình dân dụng công tác định vị khác theo chiều hướng ngày đơn giản, hiệu 2.2 Tìm hiểu ứng dụng GPS đo vẽ trắc địa, địa hình 2.2.1 Thành lập lưới khống chế mặt Có thể nói, ứng dụng công nghệ GPS trắc địa đo đạc mạng lưới địa mặt Chúng ta biết đo tương đối tĩnh cho độ xác cao nhất, phương pháp sử dụng để đo mạng lưới trắc địa Phương pháp GPS phép định vị không gian sử dụng vệ tinh NAVSTAR hệ thống định vị toàn cầu Độ xác trị số pha sóng mang với kĩ thuật bình sai thỏa đáng, thích hợp cho nhiều mục đích khác công tác trắc địa – đồ Phương pháp ứng dụng GPS để thành lập lưới khống chế trắc địa chủ yếu dùng phương pháp định vị tương đối Số lượng máy thu tối thiểu phương pháp Khi sử dụng máy thu để xây dựng lưới, công việc tổ chức đo đạc dễ dàng, song tiến độ thi công lại chậm chạp ảnh hưởng sai số định tâm đến độ xác lưới ta phải định tâm nhiều lần điểm Số lượng máy thu khuyến cáo nên dùng -6 Lúc công việc tổ chức thi công không phức tạp, tăng tiến độ thi công độ xác so với việc sử dụng số lượng máy thu tối thiểu Ưu điểm chủ yếu quan trọng công nghệ GPS xác định vector cạnh điểm trắc địa với độ xác cao mà không đòi hỏi tầm thông hướng điểm Ngay từ năm 1990, hiểu biết hết lợi GPS, người ta nói rằng, GPS đưa phương pháp xây dựng lưới trắc địa truyền thống thành “những khủng long thời tiền sử” Cho đến nhiều nước coi đo GPS phương pháp chủ yếu xây dựng mạng lưới trắc địa Quy trình đo đạc lưới khống chế thường tiến hành theo bước sau : Công tác lập lịch đo dựa kinh vĩ độ khu vực đo tiêu chuẩn đo người lựa chọn, gồm : + Số vệ tinh tối thiểu thời gian quan sát + Thời gian tối thiểu thu tín hiệu cho ca đo + Cường độ đồ hình vệ tinh PDOP ( hệ số suy giảm độ xác mặt ) Thông thường chọn số vệ tinh tối thiểu với số vệ tinh điều kiện gần lúc thỏa mãn - Thời gian đo theo lý lịch máy từ 45’ đến 1h theo chế độ Static phù hợp với cạnh đo có chiều dài nhỏ 10km Song điều kiện tiêu chuẩn điểm đo không bị che khuất, tín hiệu nhiễu không ảnh hưởng đến tín hiệu đo Trên thực tế, khó chọn điểm thu tín hiệu Do thực tế ta cần chọn thời gian thu tín hiệu tối thiểu sau : 30-45’ cho lưới tương đương đường truyền cấp 1, cấp 2, từ 1h đến 1h30 cho lưới có độ xác cao lưới tam giác hạng IV, từ 2h30 cho lưới thi công quan trắc biến dạng - Cường độ đồ hình vệ tinh PDOP : giá trị PDOP nhỏ độ xác định vị cao khoảng thời gian thỏa mãn ngày nhỏ Đây thông số ảnh hưởng đến chất lượng thu tín hiệu tiến độ thi công Thông thường chọn PODP nhỏ 4, với tình hình vệ tinh lựa chọn không làm ảnh hưởng đến tiến độ tổ chức đo đạc xác Song tiến hành đo lưới có độ xác cao lưới thi công hay lưới quan trắc biến dạng, kiến nghị lựa chọn giá trị PDOP giới hạn - Bảng : Sai số trung phương tương đối cạnh yếu Cấp hạng Hạng II Hạng III Hạng IV Cấp Cấp Chiều dài cạnh trung bình (km) [...]... sở trắc địa trên đất liền, đo vẽ địa hình đáy biển Trong công tác thành lập bản đồ: công nghệ 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 Trong trắc địa công trình: tiến hành thiết kế, thi công, nghiệm thu và theo dõi các công trình kiến trúc sử dụng công nghệ định vị toàn cầu Các cuộc quan trắc thí... rộng rãi vào mọi dạng công tác trắc địa bản đồ, trắc địa công trình dân dụng và các công tác định vị khác theo chiều hướng ngày càng đơn giản, hiệu quả 2.2 Tìm hiểu về ứng dụng GPS trong đo vẽ trắc địa, địa hình 2.2.1 Thành lập lưới khống chế mặt bằng Có thể nói, những ứng dụng đầu tiên của công nghệ GPS trong trắc địa là đo đạc các mạng lưới địa mặt bằng Chúng ta biết rằng đo tương đối tĩnh cho độ chính... lục địa, thu nhận các thông số thông tin địa chấn Trong trắc địa ảnh: ứng dụng công nghệ GPS vào công tác đo nối khống chế ảnh, dẫn đường bay trong công tác bay chụp ảnh, xác định toạ độ tâm ảnh trong quá trình bay chụp đang được áp dụng có hiệu quả trong công tác tăng dày khống chế ảnh Trong trắc địa biển: đo các điểm khống chế trắc địa được đặt dưới đáy biển, đo nối toạ độ tàu thuyền với các cơ sở trắc. .. hồ và đảm bảo số lượng vệ tinh chung cho cả hai lần đo 1.2.4 Ý nghĩa trong thực tiễn áp dụng Hiện nay, ở nước ta cũng như trên thế giới đã áp dụng công nghệ GPS trong nhiều ngành, nhiều lĩnh vực Sau đây là một vài ứng dụng của các phương pháp đo GPS trong các lĩnh vực : Ứng dụng hệ thống định vị toàn cầu GPS cùng với hệ thống thông tin địa lí GIS trong việc theo dõi biến động, chỉnh lí thông tin và... pháp này được sử dụng để đo các mạng lưới trắc địa Phương pháp GPS là phép định vị không gian sử dụng vệ tinh NAVSTAR của hệ thống định vị toàn cầu Độ chính xác của các trị số pha sóng mang cùng với kĩ thuật bình sai thỏa đáng, thích hợp cho nhiều mục đích khác nhau của công tác trắc địa – bản đồ Phương pháp ứng dụng GPS để thành lập lưới khống chế trắc địa chủ yếu dùng phương pháp định vị tương đối Số... Tình hình ứng dụng GPS trên thế giới Xây dựng mạng lưới khống chế mặt bằng Ngay từ những năm 1980, bằng công nghệ GPS mạng lưới trắc địa đã được xây dựng ở Eifel (Đức), ở Pensylvania (Mỹ) và ở rất nhiều nước khác trên thế giới Trong nghiên cứu địa động lực: đo các tham số chuyển dịch có tính toàn cầu và đo lưới khống chế trắc địa liên lục địa, thiết lập các trạm quan trắc dịch chuyển lục địa, quan trắc. ..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 Hình 5 : Khởi đo bằng hoán đổi vị trí Hình 6 : Đo GPS theo thời gian thực Hình 7: Đo GPS dừng động và đi d Đo giả động Phương pháp đo giả động cũng cho phép xác định vị trí... phương pháp đo GPS động nhằm thu thập số liệu về tọa độ vị trí các khu vực quy hoạch, khu đất biến động về mục đích, ranh giới… phục vụ cho nghiên cứu - Sử dụng phương pháp đo động hoặc đo tĩnh để xác định độ cao Sử dụng phương pháp đo tĩnh để thành lập các lưới trắc địa, phương pháp cho ra độ chính xác GPS hiện nay rất cao - Sử dụng lỹ thuật GPS đo động xử lý sau trong đo đạc địa chính Các ứng dụng trên... điều vẽ các yếu tố địa danh và thuộc tính của thửa đất trên nền ảnh Trong đo đạc chi tiết, đặc biệt trong đo đạc bổ sung điểm đo, đo điều vẽ, tang dày, khống chế ảnh… công nghệ đo GPS động đang được nghiên cứu hoàn thiện và áp dụng thành công Giải pháp công nghệ này cho phép rút ngắn thời gian đo, độ chính xác cao, phạm vi sử dụng rộng rãi cho nhiều đối tượng đo đạc Các giải pháp đề xuất là : - - Sử dụng. .. công nghệ DGPS động cải chính phân sai trị đo code : Đây là công nghệ khá mới đang được áp dụng trong sản xuất đo đạc bản đồ Nguyên lý cơ bản của GPS động sử dụng trị đo phase là xử lý chính xác các baseline giữa trạm cố định cơ sở Base và trạm di động Rower Sử dụng công nghệ GPS động sử dụng tram tham chiếu ảo VRT: công nghệ này cho phép áp dụng trên phạm vi rộng lớn, cung cấp một hệ thống dữ liệu thống ... liền, đo vẽ địa hình đáy biển Trong công tác thành lập đồ: công nghệ GPS ứng dụng rộng rãi công tác đo vẽ chi tiết thành lập lưới khống chế sở, lưới khống chế đo vẽ đo vẽ chi tiết địa hình Trong trắc. .. liệu), ứng dụng rộng rãi vào dạng công tác trắc địa đồ, trắc địa công trình dân dụng công tác định vị khác theo chiều hướng ngày đơn giản, hiệu 2.2 Tìm hiểu ứng dụng GPS đo vẽ trắc địa, địa hình 2.2.1... Tình hình ứng dụng GPS Việt Nam 2.2 Tìm hiểu ứng dụng GPS đo vẽ trắc địa, địa hình 2.2.1 Thành lập lưới khống chế mặt 2.2.2 Ứng dụng công nghệ GPS thành lập đồ địa a.Xây dựng cá mạng lưới địa b.Đo