Lựa chọn máy thu GPS ứng dụng đo đạc khảo sát công trình giao thông

Từ năm 1990 đến 1992 trình nghiên cứu thử nghiệm để ứng dụng công nghệ GPS vào đo đạc đồ nước ta rút kết luận quan trọng đặc điểm chủ yếu công nghệ định vị GPS là: Tự động hóa cao trình đo đạc ngoại nghiệp xử lý tính toán kết đo; độ xác cao từ hai đến ba lần so với công nghệ truyền thống; mở rộng khả kỹ thuật: đo đạc vài nghìn km, xây dựng lưới tọa độ biển; định vị đối tượng chuyển động, đo đạc thành lập đồ, dẫn đường giao thông vận tải Nhờ việc ứng dụng công nghệ GPS mà trình đo đạc không chịu ảnh hưởng thời tiết, khí hậu; tiết kiệm thời gian đo nhiều lần so với công nghệ truyền thống, dựng cột tiêu, phát thông hướng; kinh phí xây dựng lưới giảm từ hai đến ba lần so với công nghệ truyền thống; tạo điều kiện đáp ứng nhanh, đầy đủ, xác thông tin, phục vụ kịp thời yêu cầu quản lý Nhà nước phát triển kinh tế - xã hội, quốc phòng, anh ninh Từ đến nay, việc ứng dụng công nghệ GPS có bước phát triển lớn Từ chỗ có máy thu GPS tần số hãng TRIMBLE, đến Việt Nam có nhiều máy thu GPS loại hãng khác nhau, từ máy thu đặt máy bay, máy thu tần số, máy đo động đến máy có độ xác trung bình Các lĩnh vực ứng dụng công nghệ GPS đa dạng, từ ứng dụng để xây dựng mạng lưới toạ độ nhà nước, độ xác cao, khoảng cách lớn; ứng dụng dẫn đường xác định toạ độ tim tuyến, đo vẽ mặt cắt, tính khối lượng; xây dựng mạng lưới toạ độ, độ cao đường chuyền cấp 1, 2; dẫn đường xác định toạ độ đo vẽ đồ địa hình đáy biển; đo toạ độ độ cao mốc quốc giới; xây dựng, định vị mạng lưới công trình v.v 2.1 Giới thiệu hệ thống định vị toàn cầu GPS Nguyên lý định vị GPS Định vị tuyệt đối Định vị tương đối •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 vệ tinh biết toạ độ Từ xác định toạ độ điểm quan sát hệ toạ độ WGS 84 quốc tế, thành phần toạ độ vuông góc không gian (X, Y, Z) thành phần toạ độ trắc địa (B, L, H) Đo GPS tương đối thực sở sử dụng đại lượng đo pha sóng tải Trong phương pháp 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 trắc địa (∆B, ∆L, ∆H) chúng hệ WGS 84 quốc tế Các phương pháp đo GPS Đo GPS tuyệt đối Đo GPS tương đối Là kỹ thuật xác định toạ độ điểm đặt máy thu tín hiệu vệ tinh hệ toạ độ toàn cầu WGS – 84 Kỹ thuật định vị việc tính toạ độ điểm đo nhờ việc giải toán giao hội nghịch không gian sở khoảng cách đo từ vệ tinh đến máy thu toạ độ vệ tinh thời điểm đo Do nhiều nguồn sai số nên độ xác vị trí điểm thấp, không dùng cho việc xác định xác, dùng chủ yếu cho việc dẫn đường, mục đích đo đạc có yêu cầu độ xác không cao Đối với phương pháp sử dụng máy thu tín hiệu vệ tinh Thực chất phương pháp đo xác định hiệu toạ độ không gian hai điểm đo đồng thời đặt hai đầu khoảng cách cần đo (Baseline) Độ xác phương pháp cao loại trừ nhiều nguồn sai số nên sử dụng đo đạc xây dựng lưới khống chế trắc địa công tác đo đạc đồ loại tỷ lệ Do chất phương pháp nên cần tối thiểu máy thu vệ tinh thời điểm đo Phụ thuộc vào quan hệ trạm đo thời gian đo mà người ta chia thành loại đo tương đối sau: - Đo GPS tĩnh (Static) Đo GPS tương đối Đây phương pháp xác sử dụng hai trị đo code phase sóng tải Hai nhiều máy thu đặt cố định thu tín hiệu GPS điểm cần đo toạ độ khoảng thời gian thông thường từ trở lên Thời gian kéo dài để đạt thay đổi đồ hình vệ tinh, cung cấp trị đo dư giảm nhiều sai số khác nhằm mục đích đạt độ xác cao Đo GPS tĩnh tương đối đạt độ xác cỡ centimet dùng cho ứng dụng có độ xác cao nhất, thành lập lưới khống chế trắc địa, quan trắc biến dạng công trình - Đo GPS tĩnh nhanh (Fast static) Phương pháp chất giống đo GPS tĩnh thời gian đo ngắn Gọi đo nhanh – tăng tốc độ giải nhanh số nguyên đa trị Phương pháp đòi hỏi liệu trị đo pha sóng tải trị đo code Phương pháp đo tĩnh nhanh với máy thu GPS tần số có hiệu cạnh ngắn Thời gian đo tĩnh nhanh thay đổi từ 8’÷ 30’ phụ thuộc vào số vệ tinh đồ hình vệ tinh Số nhiều đảm bảo trị đo dư với đồ hình vệ tinh phân bố hỗ trợ việc tìm nhanh số nguyên đa trị giảm thời gian định vị Hiện hãng sản xuất có loại máy thu đo tĩnh nhanh với tần số L1 – C/A Code Hãng Trimble phát triển kỹ thuật đo tĩnh nhanh với máy thu 4600 LS (tần số L1) 4800 (tần số L1, L2) đặc biệt với máy thu GPSR7 GNSS thu tần số L1, L2, L2C Đo GPS động tức thời (Kinematic) Đo GPS tương đối Phương pháp tiến hành với máy đặt trạm cố định (Base station) nhiều máy khác (Rover stations) di động đến điểm cần đo toạ độ thu tín hiệu vệ tinh đồng thời Đo GPS động tức thời giải pháp nhằm giảm tối thiểu thời gian đo so với phương pháp GPS tĩnh đạt độ xác cỡ cm Tuỳ thuộc vào thời điểm xử lý số liệu đo – xử lý thực địa hay phòng sau đo, người ta chia thành dạng đo GPS động: - Đo GPS động thời gian thực (GPS RTK – Real Time Kinematic GPS) - Đo GPS động xử lý sau (GPS PPK – Post Processing Kinematic GPS) Phương pháp đo GPS giả động Phương pháp đo giả động cho phép xác định vị trí tương đối 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 làm thủ tục khởi đo tức không cần sử dụng cạnh đáy biết Máy cố định phải tiến hành thu tín hiệu vệ tinh liên tục suốt chu kỳ đo, điểm thu tín hiệu – 10 phút Sau đo hết lượt máy di động quay trở điểm xuất phát (điểm đo đầu tiên) đo lặp lại tất điểm theo trình tự trước đó, phải đảm bảo cho khoảng thời gian dãn cách hai lần đo điểm từ đồng hồ trở lên Điều đáng ý máy di động không thiết phải thu tín hiệu từ vệ tinh liên tục suốt chu kỳ đo mà cần thu vòng – 10 phút điểm đo, nghĩa tắt máy lúc vận chuyển từ điểm sang điểm Điều cho phép áp dụng phương pháp khu vực có nhiều vật che khuất Cấu hình GPS Độ xác Ảnh hưởng hình cấu hình học hình học vệ tinhvà thể suy giảm xác DOP (Dilution of Precision) tính tỉ số độ xác định vị độ xác đo, hoặc: σ = DOP σo Trong σo độ xác trị số đo (độ tán xạ tiêu chuẩn) σ độ xác định vị (độ tán xạ tiêu chuẩn trị số tọa độ) Các trị số DOP thường dùng là: VDOP σo độ xác tiêu chuẩn cao độ HDOP σo độ xác vị trí mặt phẳng 2D PDOP σo độ xác vị trí không gian 3D TDOP σo độ xác tiêu chuẩn thời gian THDOP σo độ xác mặt phẳng thời gian GDOP σo độ xác vị trí không gian 3D thời gian Các loại sai số đo GPS  Sai số vệ tinh  Sai số môi trường  Sai số máy thu  Sai số đồng hồ  Sai số quĩ đạo vệ tinh  Sai số tầng điện ly tầng đối lưu  Sai số nhiễu tín hiệu  Sai số người đo 2.2 Giới thiệu máy thu GPS  Hiện thị trường Việt Nam có nhiều loại máy thu GPS như: Trimble(Mỹ); Leica(Thụy Sĩ); Topcon(Nhật); South(Trung Quốc)… Các hãng máy có loại máy đo tần, tần… Nhưng thông dụng phổ biến, phần mềm dễ sử dụng, quen thuộc với người làm trắc địa Việt Nam hãng Trimble(Mỹ) Đây loại máy ứng dụng Việt Nam để thành lập mạng lưới tọa độ cấp hạng cao nhà nước với độ xác cao  Các loại máy thu GPS Trimble phục vụ công tác trắc địa có bán thị trường Việt Nam như: Trimble R3 System; Trimble R4 System; Trimble R5 System; Trimble R6 System; Trimble R7 System; Trimble R8 System (có catalog báo giá kèm theo) 2.3 Yêu cầu kỹ thuật khảo sát công trình giao thông  Lưới đường chuyền cấp (ĐC2) với tiêu kỹ thuật ghi đo đạc máy toàn đạc điện tử (Total Station) gương phản chiếu có chân cố định - độ xác đo góc : ± 5" - độ xác đo dài : ± ( 5mm+3ppm x D) - chiều dài cạnh lưới không nhỏ 80 m không lớn 350 m Tốt từ 150m đến 250m - độ xác đo góc : m ≤ ± 10" - độ xác đo cạnh : ms/s ≤ ± 1: 5000 - sai số khép tương đối đường chuyền: fx : sai số khép gia số toạ độ theo trục x fy : sai số khép gia số toạ độ theo trục y S : chiều dài điểm GPS hạng IV - sai số khép góc : ≤ 20" (n số góc đo) - sai số vị trí điểm: ≤ 50mm : [ S] ≤ 1: 5000 2.3 Yêu cầu kỹ thuật khảo sát công trình giao thông Theo quy trình TCN-263-2000 khảo sát đường ô tô công tác đo đạc cần thực hiện: Đối với đường làm có cấp kỹ thuật 60 - 80 đồng thời thuộc cấp quản lý I - II - III; cấp đường cao tốc theo TCVN 5729-1997 Đối với đường hữu Cấp định đầu tư định có không khảo sát theo toạ độ Đường cấp chủ yếu trục lộ quan trọng quốc gia, công trình đường có liên quan đến quy hoạch xây dựng công trình dân dụng hữu nhiều ngành khác thuỷ điện, thuỷ lợi v.v bình đồ cao độ tuyến đường phải gắn vào hệ toạ độ X,Y, độ cao quốc gia Để đạt yêu cầu cần xây dựng hệ thống lưới khống chế mặt toàn tuyến gồm: - Lưới khống chế mặt hạng IV - Lưới đường chuyền cấp - Lưới độ cao hạng IV - Lưới độ cao cấp kỹ thuật Lưới khống chế mặt hạng IV thực công nghệ GPS công nghệ đo đạc thông thường với tiêu độ xác hệ quy chiếu Gauss quy định Quy phạm tạm thời Tổng cục Địa ban hành năm 1996 2.3 Yêu cầu kỹ thuật khảo sát công trình giao thông  Lưới khống chế độ cao hạng IV xây dựng theo tiêu chuẩn cấp nhà nước Các mốc cao độ xây dựng độc lập sử dụng chung với mốc lưới khống chế mặt hạng IV Điều 7-32 Các mốc độ cao hạng IV tiến hành đo theo phương pháp đo cao hình học Sai số khép cao độ phải thoả mãn yêu cầu : f h ≤ ± 20 (mm) ( L chiều dài đường đo tính km)  Lưới độ cao cấp kỹ thuật sử dụng hệ mốc ĐC2 đo theo phương pháp đo cao hình học Sai số khép cao độ phải thoả mãn yêu cầu: * Đối với đồng bằng: * Đối với miền núi: fh ≤ ± 30 fh ≤ ± 50 (mm) (mm) ( L chiều dài đường đo tính km) Trong trường hợp địa hình dốc (1km phải đặt >25 trạm máy ) thì: sai số khép cao độ không vượt f hcp ≤ ± 10 (trong n số trạm máy đường đo)   Với tính máy thu GPS Trimble R3; R4; R5; R6; R7; R8 đề cập catalog thực nghiệm ta nhận thấy hoàn toàn đáp ứng yêu cầu kỹ thuật công tác khảo sát công trình giao thông Độ xác cao, giảm chi phí thực địa, rút ngắn thời gian thi công, đem lại hiệu kinh tế cao Trong số máy thu GPS R3 phù hợp cho công tác khảo sát công trình giao thông R3 có tính ứng dụng như: - Đo đạc thành lập lưới khống chế tọa tọa từ hạng III trở xuống - Đo đạc xác định độ cao với độ xác tương đương thủy chuẩn kỹ thuật (có thể đạt thủy chuẩn hạng III, IV sử dụng thuật toán phù hợp) - Đo đạc chi tiết thành lập đồ địa hình tỉ lệ lớn, khu vực bị che khuất công trình xây dựng tán - Đo đạc xác định mặt cắt địa hình, tính toán khối lượng đào đắp…   Khi kết hợp máy thu GPS R3 với máy toàn đạc điện tử kết hợp hoàn thiện để ứng dụng vào đo đạc khảo sát công trình giao thông Chi phí để mua máy R3 rẻ nhiều so với R4; R5; R6; R7; R8 Ví dụ máy thu GPS R3 rẻ máy thu GPS R4: 8,35 lần rẻ máy thu GPS R5: 10,97 lần [...]... xác định mặt cắt địa hình, tính toán khối lượng đào đắp…   Khi kết hợp máy thu GPS R3 với máy toàn đạc điện tử là sự kết hợp hoàn thiện để ứng dụng vào đo đạc khảo sát công trình giao thông Chi phí để mua máy R3 rẻ hơn rất nhiều so với R4; R5; R6; R7; R8 Ví dụ như máy thu GPS R3 rẻ hơn máy thu GPS R4: 8,35 lần và rẻ hơn máy thu GPS R5: 10,97 lần ... các máy thu GPS Trimble như R3; R4; R5; R6; R7; R8 đã được đề cập trong catalog cũng như các thực nghiệm ta nhận thấy hoàn toàn đáp ứng được các yêu cầu kỹ thu t của công tác khảo sát công trình giao thông Độ chính xác cao, giảm chi phí thực địa, rút ngắn thời gian thi công, đem lại hiệu quả kinh tế rất cao Trong số các máy thu GPS trên thì R3 rất phù hợp cho công tác khảo sát công trình giao thông. .. xác đo cạnh : ms/s ≤ ± 1: 5000 - sai số khép tương đối đường chuyền: fx : sai số khép gia số toạ độ theo trục x fy : sai số khép gia số toạ độ theo trục y S : chiều dài giữa 2 điểm GPS hạng IV - sai số khép góc : ≤ 20" (n là số góc đo) - sai số vị trí điểm: ≤ 50mm : [ S] ≤ 1: 5000 2.3 Yêu cầu kỹ thu t khảo sát công trình giao thông Theo quy trình TCN-263-2000 khảo sát đường ô tô thì công tác đo đạc. .. vì R3 có được những tính năng ứng dụng như: - Đo đạc thành lập lưới khống chế tọa tọa từ hạng III trở xuống - Đo đạc xác định độ cao với độ chính xác tương đương thủy chuẩn kỹ thu t (có thể đạt thủy chuẩn hạng III, IV nếu sử dụng thu t toán phù hợp) - Đo đạc chi tiết thành lập bản đồ địa hình tỉ lệ lớn, khu vực ít bị che khuất bởi các công trình xây dựng và tán cây - Đo đạc xác định mặt cắt địa hình,... Yêu cầu kỹ thu t khảo sát công trình giao thông  Lưới đường chuyền cấp 2 (ĐC2) với các chỉ tiêu kỹ thu t ghi trong được đo đạc bằng máy toàn đạc điện tử (Total Station) và gương phản chiếu có chân cố định - độ chính xác đo góc : ± 5" - độ chính xác đo dài : ± ( 5mm+3ppm x D) - chiều dài cạnh của lưới không nhỏ hơn 80 m và không lớn hơn 350 m Tốt nhất là từ 150m đến 250m - độ chính xác đo góc : m ≤... cầu kỹ thu t khảo sát công trình giao thông  Lưới khống chế độ cao hạng IV được xây dựng theo tiêu chuẩn cấp nhà nước Các mốc cao độ này hoặc xây dựng độc lập hoặc sử dụng chung với các mốc của lưới khống chế mặt bằng hạng IV ở Điều 7-32 Các mốc độ cao hạng IV được tiến hành đo theo phương pháp đo cao hình học Sai số khép cao độ phải thoả mãn yêu cầu : f h ≤ ± 20 (mm) ( L là chiều dài đường đo tính... kỹ thu t 60 - 80 và đồng thời thu c cấp quản lý I - II - III; cũng như các cấp của đường cao tốc theo TCVN 5729-1997 Đối với đường hiện hữu do Cấp quyết định đầu tư quyết định có hoặc không khảo sát theo toạ độ Đường các cấp này chủ yếu là các trục lộ quan trọng của quốc gia, công trình đường có liên quan đến quy hoạch xây dựng cũng như các công trình dân dụng hiện hữu của nhiều ngành khác như thu ... cao cấp kỹ thu t sử dụng hệ mốc ĐC2 và đo theo phương pháp đo cao hình học Sai số khép cao độ phải thoả mãn yêu cầu: * Đối với đồng bằng: * Đối với miền núi: fh ≤ ± 30 fh ≤ ± 50 (mm) (mm) ( L là chiều dài đường đo tính bằng km) Trong trường hợp địa hình quá dốc (1km phải đặt >25 trạm máy ) thì: sai số khép cao độ cũng không được vượt quá f hcp ≤ ± 10 (trong đó n là số trạm máy trong đường đo)   Với... thu điện, thu lợi v.v do vậy bình đồ cao độ tuyến đường phải gắn vào hệ toạ độ X,Y, và độ cao quốc gia Để đạt được yêu cầu này cần xây dựng hệ thống lưới khống chế mặt bằng trên toàn tuyến gồm: - Lưới khống chế mặt bằng hạng IV - Lưới đường chuyền cấp 2 - Lưới độ cao hạng IV - Lưới độ cao cấp kỹ thu t Lưới khống chế mặt bằng hạng IV được thực hiện bằng công nghệ GPS hoặc công nghệ đo đạc thông thường ... hợp máy thu GPS R3 với máy toàn đạc điện tử kết hợp hoàn thiện để ứng dụng vào đo đạc khảo sát công trình giao thông Chi phí để mua máy R3 rẻ nhiều so với R4; R5; R6; R7; R8 Ví dụ máy thu GPS. .. việc ứng dụng công nghệ GPS có bước phát triển lớn Từ chỗ có máy thu GPS tần số hãng TRIMBLE, đến Việt Nam có nhiều máy thu GPS loại hãng khác nhau, từ máy thu đặt máy bay, máy thu tần số, máy đo. .. đáp ứng yêu cầu kỹ thu t công tác khảo sát công trình giao thông Độ xác cao, giảm chi phí thực địa, rút ngắn thời gian thi công, đem lại hiệu kinh tế cao Trong số máy thu GPS R3 phù hợp cho công