Thành lập lưới khống chế thi công công trình cầu Bãi Cháy bằng công nghệ GPS

MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GPS 1 1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu ứng dụng công nghệ GPS trong các lĩnh vực trên thế giới 1 1.2 Tổng quan nghiên cứu ứng dụng công nghệ GPS trong trắc địa bản đồ ở Việt Nam 3 1.3 Tình hình nghiên cứu ứng dụng GPS trong đo đạc công trình 4 CHƯƠNG 2: NGUYÊN LÝ CẤU TẠO CHUNG CỦA HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ GPS 7 2.1 Nguyên lý hoạt động của hệ thống định vị toàn cầu GPS 7 2.2 Cấu tạo chung của hệ thống định vị GPS 9 2.3 Các trị đo GPS và các nguồn sai số trong đo đạc định vị GPS 14 2.4 Các phương pháp định vị và trạng thái đo GPS 21 2.5 Giới thiệu về một số phương pháp thiết kế đồ hình lưới GPS 25 CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH THÀNH LẬP LƯỚI KHỐNG CHẾ THI CÔNG CÔNG TRÌNH 28 3.1 Đặc điểm, cấu trúc của công trình cầu 28 3.2 Yêu cầu kĩ thuật đối với mạng lưới thi công công trình cầu 28 3.2.1 Thiết kế lưới 28 3.2.2 Ước tính độ chính xác 29 3.2.3 Chọn điểm chôn mốc 29 3.2.4 Lập lịch đo, thiết kế ca đo 31 3.2.5 Đo đạc ngoài thực địa 33 3.2.6 Bình sai lưới GPS 35 3.2.7 Xác lập hệ tọa độ công trình 35 3.3 Thiết lập quy trình thành lập lưới khống chế công trình cầu bằng công nghệ GPS 36 CHƯƠNG 4: THỰC NGHIỆM THIẾT KẾ THI CÔNG LƯỚI KHỐNG CHẾ CÔNG TRÌNH CẦU BÃI CHÁY 40 4.1 Điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội khu vực công trình cầu Bãi Cháy 40 4.2 Đặc điểm công trình và các yêu cầu kĩ thuật cơ bản. 41 4.3 Thiết kế các phương án thành lập lưới trong phòng 42 4.4 Ước tính độ chính xác 44 4.5 Thi công xây dựng lưới khống chế và đo đạc thực địa 44 4.6 Xử lí số liệu đo và tính toán bình sai lưới 46 4.7 Báo cáo đánh giá quy trình thành lập lưới khống chế công trình cầu bằng công nghệ GPS 51 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO 58

LỜI CAM ĐOAN

Nhằm thực hiện đúng theo quy định chung của Khoa Trắc Địa – Bản Đồ Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội về việc thực hiện đồ án tốt

-nghiệp Em xin cam đoan đề tài “Thành lập lưới khống chế thi công công trình cầu Bãi Cháy bằng công nghệ GPS” do chính em thực hiện Những phần sử dụng

tài liệu trong đồ án là hoàn toàn trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất

kì công trình nào khác, nếu sai em xin chịu toàn bộ trách nhiệm

Hà Nội, ngày 14 tháng 6 năm 2016

Sinh viên

Nguyễn Văn Hùng

LỜI CẢM ƠN

Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới T.S Nguyễn Bá Dũng - giảng viên khoaTrắc địa bản đồ trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội người đã hướngdẫn, giúp đỡ rất tận tình trong suốt thời gian từ khi em chọn đề tài làm đồ án, làm đềcương đồ án và tới khi đồ án tốt nghiệp được hoàn thành

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa Trắc địa Bản đồ nóiriêng cũng như các thầy cô giáo trong trường Đại học Tài nguyên và Môi trường nóichung đã giảng dạy, đóng góp ý kiến, tạo điều kiện cho em học tập và hoàn thành

đồ án tốt nghiệp của mình

Em xin chân thành cảm ơn người thân trong gia đình, bạn bè trong nhóm đồ

án của giảng viên T.S Nguyễn Bá Dũng, cũng như những người bạn thân đã làmchỗ dựa tinh thần vững chắc trong suốt thời gian em làm đồ án

Sinh viên

Nguyễn Văn Hùng

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

MỤC LỤC

DANH MỤC BẢNG

DANH MỤC HÌNH

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GPS 1

1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu ứng dụng công nghệ GPS trong các lĩnh vực trên thế giới 1

1.2 Tổng quan nghiên cứu ứng dụng công nghệ GPS trong trắc địa bản đồ ở Việt Nam 3

1.3 Tình hình nghiên cứu ứng dụng GPS trong đo đạc công trình 4

CHƯƠNG 2: NGUYÊN LÝ CẤU TẠO CHUNG CỦA HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ GPS 7

2.1 Nguyên lý hoạt động của hệ thống định vị toàn cầu GPS 7

2.2 Cấu tạo chung của hệ thống định vị GPS 9

2.3 Các trị đo GPS và các nguồn sai số trong đo đạc định vị GPS 14

2.4 Các phương pháp định vị và trạng thái đo GPS 21

2.5 Giới thiệu về một số phương pháp thiết kế đồ hình lưới GPS 25

CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH THÀNH LẬP LƯỚI KHỐNG CHẾ THI CÔNG CÔNG TRÌNH 28

3.1 Đặc điểm, cấu trúc của công trình cầu 28

3.2 Yêu cầu kĩ thuật đối với mạng lưới thi công công trình cầu 28

3.2.1 Thiết kế lưới 28

3.2.2 Ước tính độ chính xác 29

3.2.3 Chọn điểm chôn mốc 29

3.2.4 Lập lịch đo, thiết kế ca đo 31

3.2.5 Đo đạc ngoài thực địa 33

3.2.6 Bình sai lưới GPS 35

3.2.7 Xác lập hệ tọa độ công trình 35

3.3 Thiết lập quy trình thành lập lưới khống chế công trình cầu bằng công nghệ GPS 36

CHƯƠNG 4: THỰC NGHIỆM THIẾT KẾ THI CÔNG LƯỚI KHỐNG CHẾ CÔNG TRÌNH CẦU BÃI CHÁY 40

4.1 Điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội khu vực công trình cầu Bãi Cháy 40

4.2 Đặc điểm công trình và các yêu cầu kĩ thuật cơ bản 41

4.3 Thiết kế các phương án thành lập lưới trong phòng 42

4.4 Ước tính độ chính xác 44

4.5 Thi công xây dựng lưới khống chế và đo đạc thực địa 44

4.6 Xử lí số liệu đo và tính toán bình sai lưới 46

4.7 Báo cáo đánh giá quy trình thành lập lưới khống chế công trình cầu bằng công nghệ GPS 51

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 57

TÀI LIỆU THAM KHẢO 58

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Sai số trung phương tương đối cạnh yếu nhất 5

Bảng 1.2 Quy định đo GPS 5

Bảng 2.1 Nguồn lỗi và biện pháp khắc phục 21

Bảng 3.1 Thời gian tối thiểu ca đo 32

Bảng 4.1 Kết quả thiết kế ca đo 44

Bảng 4.2 Tọa độ các điểm khởi tính 52

Bảng 4.3 Danh sách cạnh đo GPS - Ellipsoid WGS_84 52

Bảng 4.4 Kết quả tọa độ phẳng và độ cao bình sai 54

Bảng 4.5 Bảng trị đo, số hiệu chỉnh và trị bình sai góc phương vị 55

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 2.1 Sơ đồ hoạt động của hệ thống định vị toàn cầu GPS 10

Hình 2.2 Trạm điều khiển của hệ thống GPS 11

Hình 2.3 Phân bố vệ tinh trên 6 quỹ đạo 12

Hình 2.4 Vệ tinh GPS 12

Hình 2.5 Sai số quỹ đạo vệ tinh 16

Hình 2.6 Sai số do tầng đối lưu và điện ly 17

Hình 2.7 Sai số do hiện tượng đa đường truyền 18

Hình 2.8 Khoảng cách từ vệ tinh đến máy thu 19

Hình 2.9 Định vị tuyệt đối 21

Hình 2.10 Định vị tương đối 24

Hình 2.11 26

Hình 2.12 26

Hình 2.13 26

Hình 2.14 26

Hình 2.15 26

Hình 2.16 26

Hình 2.17 26

Hình 3.1 Sơ đồ lưới GPS 38

Hình 3.2 Chọn điểm GPS 39

Hình 4.1 Bản vẽ thiết kế cầu Bãi Cháy 42

Hình 4.2 Máy GPS tại điểm đo tĩnh 45

Hình 4.3 Phần mềm Trimble Business Centrer 46

Hình 4.4 Tạo Project mới từ cửa sổ 47

Hình 4.5 Nhập dữ liệu từ lệnh Import 48

Hình 4.6 Xem các cấu hình xử lý cạnh 49

Hình 4.7 Xem báo cáo kết quả khép hình 50

MỞ ĐẦU

Trong giai đoạn hiện nay, trước sự phát triển như vũ bão của khoa học côngnghệ, việc ứng dụng các thành tựu khoa học kỹ thuật tiên tiến vào trong tất cả cáclĩnh vực của đời sống xã hội là một tất yếu khách quan Trong trắc địa cũng vậy, côngnghệ GPS đã đánh dấu một bước ngoặt lớn trong lịch sử phát triển, đã thay thế côngnghệ truyền thống trong việc thành lập và xây dựng các mạng lưới toạ độ các cấp

Ứng dụng công nghệ GPS cho phép chúng ta thành lập các mạng lưới toạ độtrên diện rộng, không những bao phủ toàn quốc mà còn cho phép liên kết với cácmạng lưới trên thế giới Công nghệ GPS đã giúp các nhà quản lý giải quyết đượcbài toán vĩ mô mang tính toàn cầu

Khi khảo sát, thi công công trình cầu, công tác trắc địa đóng vai trò rất quantrọng , phục vụ cho công tác quy hoạch và công tác bố trí công trình Nhằm tìm hiểu

vân đề này, em nhận đề tài: “ Thành lập lưới khống chế thi công công trình cầu Bãi Cháy bằng công nghệ GPS ” làm đồ án.

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU

Ngay từ năm 1958, bằng số liệu quan sát từ vệ tinh, người ta đã xác định độdẹt cực của Trái Đất là f = 1/298,3 rất gần với kết quả từ đo đạc trên mặt đất Cũngtrong thời gian này, bằng quan sát VTNT người ta cũng đã xác định được một sốtham số vật lý của Trái Đất

Vào những năm 1960, VTNT được đưa lên quỹ đạo và đóng vai trò nhưnhững mục tiêu cao, dùng các thiết bị quang học để quan sát vệ tinh từ mặt đất phục

vụ xây dựng lưới tam giác vệ tinh (còn gọi là mạng lưới tam giác vũ trụ) cho phépchuyền tọa độ giữa các điểm cách xa nhau trên bề mặt mặt đất Phương pháp tamgiác vệ tinh chịu ảnh hưởng đáng kể của điều kiện thời tiết, máy móc, thiết bị quansát nặng nề, không thuận tiện cho công tác đo đạc ngoài thực địa Vì vậy, sau khihoàn thành nhiệm vụ lịch sử nói trên, hiện nay phương pháp này không còn áp dụngtrong thực tế

Để khắc phục nhược điểm của phương pháp tam giác vệ tinh, người ta thiết kế

hệ thống đạo hàng vệ tinh làm việc trong mọi điều kiện thời tiết và liên tục trong 24giờ trong ngày Năm 1962, Mỹ thiết kế và xây dựng hệ thống đạo hàng hải quânNNSS, được gọi là Transit Cũng trong thời gian này, Liên Xô (cũ) đã xây dựng hệthống TSICADA có tính năng tương tự như hệ thống Transit của Mỹ Cả hai hệthống trên đều được hoạt động theo nguyên lý hiệu ứng Doppler, dựa theo tín hiệu

từ vệ tinh phát xuống mặt đất Trong trường hợp này vệ tinh đóng vai trò như cácđiểm gốc (có tọa độ), là phương tiện truyền thông tin quỹ đạo vệ tinh, tạo trị đoDoppler để cung cấp cho máy thu thực hiện bài toán định vị trên biển và trên mặtđất Từ năm 1967, phương pháp Doppler vệ tinh không chỉ là đột phá cho nhiệm vụđịnh vị trên biển mà còn mở ra khả năng xây dựng lưới khống chế tọa độ cho một

số quốc gia trước thập niên 80 của thế kỷ trước Tuy vậy, hệ thống Transit cũng cónhững nhược điểm như không đáp ứng được các yêu cầu định vị tức thời cần độchính xác cao

Năm 1973, hệ thống GPS được thiết kế Từ năm 1978 đến 1985, người ta đưalên quỹ đạo 11 vệ tinh khối I (block I) mang tính chất thực nghiệm Từ năm 1989đến 1990, người ta đưa lên quỹ đạo 9 vệ tinh thuộc khối II (block II) Các vệ tinhkhối II khác vệ tinh khối I ở chỗ nó phát tín hiệu có nhiễu cố ý SA và có kỹ thuậtbảo mật AS Từ năm 1990 đến năm 1994, người ta đưa lên quỹ đạo 15 vệ tinh thế

hệ II – A có khả năng liên hệ giữa các vệ tinh

Từ sau năm 1995, hệ thống GPS vẫn tiếp tục được duy trì và bảo dưỡng cũngnhư thay thế những vệ tinh già tuổi Năm 2000, số vệ tinh trong chòm GPS đã tănglên 28 vệ tinh Những vệ tinh thế hệ GPS-IIR đã và đang được phóng lên để thaythế những vệ tinh già tuổi Vệ tinh mới nhất được phóng lên ngày 16/9/2005 mangtên GPS-IIR-M1, là vệ tinh đầu tiên thuộc thế hệ 8 chiếc vệ tinh hiện đại nhất GPS-IIR-M Theo kế hoạch, vệ tinh tiếp theo sẽ được phóng lên không gian vào thánggiêng năm nay (2006)

Ngoài hệ thống GPS của Mỹ, năm 1980, Liên Xô (cũ) cũng đã triển khai xâydựng hệ thống định vị toàn cầu quân sự có tên gọi là GLONASS Nguyên lý hoạtđộng của hệ thống này tương tự như hệ thống GPS

Để tăng cường độ chính xác định vị GPS và GLONASS, từ cuối năm 2002,dịch vụ dẫn đường sử dụng vệ tinh phủ trùm Châu Âu EGNOS đã cung cấp khảnăng định vị chính xác trên toàn bộ Châu Âu và các vùng lân cận Để tăng cường độchính xác cho hệ thống GPS, Mỹ đã xây dựng hệ thống định vị tăng cường diệnrộng WAAS, và Nhật Bản đã xây dựng hệ thống MSAS cũng có tính năng tương tự

như WAAS và EGNOS Các hệ thống này cung cấp khả năng định vị tức thời trêntoàn bộ vùng phủ sóng với sai số không lớn hơn 3m.

Từ tháng 3 năm 2002, Liên minh Châu Âu bắt đầu đưa lên quỹ đạo các vệtinh đầu tiên của hệ thống định vị toàn cầu GALILEO Hệ thống GALILEO đượcđưa vào hoạt động thử nghiệm từ năm 2008 và dự kiến hoàn thành vào năm 2013hoặc 2015 Năm 2007, Trung Quốc phát triển hệ thống định vị khu vực Bắc Đẩu – 1thành hệ thống định vị toàn cầu với tên gọi là COMPASS hay Bắc Đẩu – 2

Các hệ thống định vị vệ tinh GPS, GALILEO, GLONASS, COMPASS đượcgọi chung là hệ thống định vị dẫn đường toàn cầu GPS Để phục vụ cho công tácđịnh vị trong những điều kiện hạn chế không thể thu liên tục tín hiệu từ vệ tinh,người ta đã chế tạo thiết bị định vị tích hợp công nghệ định vị với hệ thống định vịquán tính INS Từ năm 2000 trở lại đây, người ta đã đưa các vệ tinh CHAMP,GRACE, và GOCE lên quỹ đạo phục vụ quan trắc gradien trọng lực trái đất với độphân giải cao

1.2 Tổng quan nghiên cứu ứng dụng công nghệ GPS trong trắc địa bản đồ ở Việt Nam

- Công nghệ ứng dụng hệ thống định vị toàn cầu GPS đã được đưa vào sảnxuất ở Việt Nam từ năm 1991 Trên cơ sở sử dụng 3 máy thu GPS của hãngTRIMBLE loại 1 tần số 4000-ST, Liên hiệp KHSX Trắc địa bản đồ thuộc Cục Đođạc và bản đồ Nhà nước lúc đó đã gấp rút thử nghiệm để đưa vào sản xuất, nhằmđáp ứng yêu cầu xây dựng các mạng lưới toạ độ nhà nước ở những khu vực khókhăn nhất của đất nước, mà bằng công nghệ truyền thống (phương pháp tam giác,đường chuyền) không có khả năng thực hiện, hoặc phải chi phí rất lớn và trong thờigian dài mới thực hiện được Trong những năm 1991 đến 1994, theo kế hoạchnhiệm vụ do Cục Đo đạc và bản đồ Nhà nước giao, Liên hiệp KHSX Trắc địa bản

đồ đã xây dựng thành công các mạng lưới toạ độ nhà nước hạng II ở khu vực MinhHải, Sông Bé và Tây Nguyên, đồng thời đã xây dựng thành công mạng lưới trắc địabiển nối các đảo và quần đảo xa ( kể cả Trường Sa ) với mạng lưới toạ độ nhà nướctrên đất liền Từ đó đến nay, việc ứng dụng công nghệ GPS đã có những bước pháttriển rất lớn Từ chỗ chỉ có 3 máy thu GPS 1 tần số của hãng TRIMBLE, đến nay ở

Việt Nam đã có trên 82 máy thu GPS các loại của các hãng khác nhau, từ máy thuđặt trên máy bay, máy thu 2 tần số, máy đo động đến máy có độ chính xác trungbình ( GEO EXPLORER ) để đo khống chế ảnh Các lĩnh vực ứng dụng công nghệGPS hiện nay cũng rất đa dạng, từ ứng dụng để xây dựng các mạng lưới toạ độ nhànước, độ chính xác cao, khoảng cách lớn; ứng dụng trong dẫn đường và xác địnhtoạ độ tâm chính ảnh khi bay chụp ảnh bằng máy bay; xây dựng các mạng lưới toạ

độ, độ cao địa chính cấp 1; dẫn đường và xác định toạ độ đo vẽ bản đồ địa hình đáybiển; đo toạ độ, độ cao các điểm khống chế ảnh ngoại nghiệp; đo toạ độ độ cao cácmốc quốc giới; xây dựng các mạng lưới công trình v.v Các phần mềm để xử lýtính toán bình sai các trị đo GPS cũng đa dạng, chủ yếu là các phần mềm kèm theomáy thu, như TRIMVEC, TRIMVEC PLUS, TRIMNET, TRIMNET PLUS,GPSURVEY, PHASE PROCESSOR, GEOMATIC OFFICE (hãng TRIMBLE);GPPS (ASHTECH), v.v và 1 phần mềm bình sai lưới GPS do Liên hiệp KHSXTrắc địa bản đồ xây dựng

1.3 Tình hình nghiên cứu ứng dụng GPS trong đo đạc công trình

* Xây dựng lưới khống chế mặt bằng

Có thể nói, những ứng dụng đầu tiên của công nghệ GPS trong trắc địa là đođạc các mạng lưới trắc địa mặt bằng Chúng ta biết rằng đo tương đối tĩnh cho độchính xác cao nhất, vì thế phương pháp này được sử dụng để đo các mạng lưới trắcđịa Khi xây dựng các công trình có chiều cao lớn như nhà cao tầng, silo, ống khóicao thể sử dụng GPS để lập lưới chuyển trục công trình lên cao.Với độ chính xáccao trong đo GPS cạnh ngắn có thể chuyển trục theo phường pháp tọa độ hoànnguyên

- Ưu điểm chủ yếu và quan trọng nhất của công nghệ GPS là có thể xác địnhđược các vector cạnh giữa các điểm trắc địa với độ cao chính xác cao mà không đòihỏi tầm thông hướng giữa các điểm đó Ngay từ những năm 1990, khi hiểu biết hếtlợi thế của GPS, người ta đã nói rằng, GPS đã đưa các phương pháp xây dựng lướitrắc địa truyền thống thành “những con khủng long thời tiền sử” Cho đến nay nhiềunước đã coi đo GPS là phương pháp chủ yếu trong xây dựng các mạng lưới trắc địa

Bằng kỹ thuật đo tương đối tĩnh, người ta có thể xây dựng các mạng lưới cócạnh dài đến hàng trăm km Khung tọa độ trái đất quốc tế ITRE thực chất là mạnglưới có cạnh dài như vậy

Trong quy định đo GPS đã đưa ra một số tiêu chuẩn kỹ thuật lưới GPS nhưsau:

Bảng 1.1 Sai số trung phương tương đối cạnh yếu nhất

Hạng III

Từ khi có công nghệ GPS, người ta đã đưa ra các khái niệm mới đối với lướitrắc địa, đó là mạng lưới tĩnh, các mạng lưới động

Các mạng lưới tĩnh là các mạng lưới có các mốc cố định trên mặt đất được đovới độ chính xác cao và là cơ sở trắc địa trải rộng liên tục trên một diện tích nhất

định Các số liệu của các điểm trong mạng lưới được coi là không đổi và không cósai số

Các mạng lưới này thường có độ chính xác đo chiều dài cỡ 1:250.000 và đocao cỡ một vài mm trên km Có thể thấy rằng các mạng lưới này thuộc hệ thốnglưới khống chế tọa độ, lưới độ cao nhà nước

Các mạng lưới động là các mạng lưới gồm một số điểm cố định có vai trò làcác trạm theo dõi làm cơ sở để xác định nhiều điểm khác Các điểm cần xác địnhcũng có thể là các điểm chuyển động cần xác định tọa độ tức thời

* Đo các mạng lưới quan trắc biến dạng và chuyển dịch công trình

Trong các dạng đo đạc, thì đo biến dạng công trình đòi hỏi yêu cầu độ chínhxác cao nhất Thí dụ: để phát hiện giá trị biến dạng hoặc chuyển dịch khá nhỏ cỡmột vài mm thì cần phải thực hiện các phép đo có sai số không lớn hơn ± 1 mm.Mức độ tin cậy của số liệu đo biến dạng, chuyển dịch phụ thuộc độ chính xác đo vàphương pháp xử lý số liệu đo

Người ta đã sử dụng phương pháp đo GPS động liên tục với tần suất ghi tínhiệu cỡ 0,5s ÷ 1s hoặc nhỏ hơn để quan trắc dao động của cầu dây văng do tác độngcủa ngoại lực hoặc quan trắc do động của nhà cao tầng do áp lực của gió

Có thể sử dụng GPS và quan trắc chuyển vị ngang các công trình Vấn đềquan trắc chuyển dịch thẳng đứng còn bị hạn chế do độ chính xác về độ cao Trongtrương hợp sử dụng lịch vệ tinh quảng bá vẫn có thể đo các cạnh ngắn bằng GPSđạt độ chĩnh xác cỡ 2÷3 mm nếu loại bỏ được sai số định tâm anten máy thu.Trên cơ sở này GPS vẫn có thể giúp chúng ta theo dõi phát hiện chuyển dịch vàbiến dạng công trình với giá trị lớn cỡ hai lần sai số đo tức là có giá trị chuyển dịch,biến dạng cỡ 4 hoặc 6 mm

CHƯƠNG 2: NGUYÊN LÝ CẤU TẠO CHUNG CỦA

HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ GPS

2.1 Nguyên lý hoạt động của hệ thống định vị toàn cầu GPS

* Nguyên lý hoạt động của hệ thống GPS

Như chúng ta đã biết về nguyên lý hoạt động của hệ thống DOPPLER, đó lànguyên lý của sự thay đổi tần số tín hiệu khi nơi phát tín hiệu chuyển động Hệthống GPS hoạt động trên một nguyên lý hoàn toàn khác Để xác định tọa độ tuyệtđối của một điểm mặt đất chúng ta sử dụng kỹ thuật "tựa khoảng cách" Kỹ thuậtnày được mô tả bằng công thức:

. . ( )2 ( )2 ( p)2

s p

s p

x t C t

C         (2.1)

ở đây: s = [xs ys zs] - Tọa độ vệ tinh;

p= [xp yp zp] - Tọa độ điểm mặt đất;

c - Tọa độ sóng;

t - Thời gian sóng đi từ vệ tinh tới máy thu

t - Số hiệu chỉnh thời gian

Tập hợp các phương trình đo dạng (1) ta có hệ thống phương trình sai số có 4

ẩn số là t, xp yp zp trong đó xs ys zs biết được từ mã lịch vệ tinh (tần số 50Hz), tđược xác định theo đồng hồ vệ tinh và máy thu theo mã C/A, c là hằng số tốc độtruyền sóng điện từ Theo kỹ thuật này chúng ta có thể xác định tọa độ với độ chínhxác 10 m Nếu kết quả trên được gửi tới trạm điều khiển trung tâm, chúng ta cóđược tọa độ tuyệt đối mặt đất với độ chính xác 1 m Sở dĩ độ chính xác được tănglên đáng kể vì máy thu chỉ thu được lịch vệ tinh dự báo, còn ở trạm điều khiển trungtâm có lịch vệ tinh chính xác Qua đây chúng ta thấy tọa độ tuyệt đối các điểm mặtđất được xác định có độ chính xác kém phương pháp DOPPLER Sở dĩ như vậy vì

vệ tinh của hệ thống GPS có độ cao gấp đôi hệ thống DOPPLER Tọa độ tuyệt đốivới độ chính xác 10 m của hệ thống GPS chỉ dùng để đáp ứng 2 mục đích:

- Đạo hàng ( định vị cho các đối tượng chuyển động như tàu biển, máy bay )

Ngược lại với độ chính xác của tọa độ tuyệt đối, công nghệ GPS đã đạt đượcthành tựu đáng kể trong việc xác định tọa độ tương đối Nguyên lý đo tọa độ tươngđối là xác định pha của sóng mang L1 (với máy thu 1 tần số) hay L1 và L2 (với máythu 2 tần số).

(t) = s(ts ) - p(t) + Nsp (2.4)

s(ts ) - Pha của sóng tại thời điểm ts khi vệ tinh bắt đầu phát tín hiệu;

p(t) - Pha của sóng tại thời điểm t khi máy thu nhận được tín hiệu;

Nsp - Số nguyên lần bước sóng

Từ các công thức trên ta suy ra:

(t) = s(t) - (f/c).Ssp - p(t) + Nsp (2.5)Kết hợp các thành phần của vế phải của công thức (5) chúng ta biểu diễn dướidạng:

(t) = - (f/c).Ssp - p(t) + s(t) + sp (2.6)Trong đó:

p(t) - Thành phần ảnh hưởng hệ thống pha (t) do máy thu gây ra (chủ yếu là

số hiệu chỉnh đồng hồ máy thu)

s(t) - Thành phần ảnh hưởng hệ thống pha (t) do vệ tinh gây ra (chủ yếu là

số hiệu chỉnh đồng hồ vệ tinh)

sp(t) - Thành phần ảnh hưởng hệ thống pha (t) do cả vệ tinh và máy thu gây

ra không phụ thuộc thời gian (chủ yếu là s(to) - p(to) + Nsp , trong đó to là thờiđiểm bắt đầu đo)

Công thức (6) chính là công thức cơ bản để lập phương trình đo trong kỹ thuật

đo tọa độ tương đối GPS Điều quan trọng nhất là chúng ta phải tổ hợp các trị đosao cho khử được các thành phần hệ thống p(t), s(t) và p

2.2 Cấu tạo chung của hệ thống định vị GPS

a Cấu trúc hệ thống GPS

Toàn bộ phần cứng của hệ thống GPS có tên đầy đủ là NAVSTAR GPSSYSTEM NAVSTAR viết tắt chữ NAVIGATION SYSTEM WITH TIME ANDRANGING

Phần cứng này gồm 3 phần: phần điều khiển (Control Segment), phần khônggian (Space Segment) và phần sử dụng (User Segment)

Hình 2.1 Sơ đồ hoạt động của hệ thống định vị toàn cầu GPS

b Phần điều khiển (Control Segment)

Hình 2.2 Trạm điều khiển của hệ thống GPS

Phần điều khiển gồm 8 trạm mặt đất trong đó có 4 trạm theo dõi (MonitorStation): Diego Garcia, Ascension, Kwajalein và Hawai; một trạm điều khiển trungtâm (Master Control Station) và 3 trạm hiệu chỉnh số liệu (Upload Station) Lướitrắc địa đặt trên 4 trạm này được xác định bằng phương pháp giao thoa đường đáydài (VLBI) Trạm trung tâm làm nhiệm vụ tính toán lại tọa độ của các vệ tinh theo

số liệu của 4 trạm theo dõi thu được từ vệ tinh Sau khi tính toán, các số liệu đượcgửi từ trạm trung tâm tới 3 trạm hiệu chỉnh số liệu và từ đó gửi tiếp tới các vệ tinh

Như vậy, trong vòng 1 giờ các vệ tinh đều có một số liệu đã được hiệu chỉnh đểphát cho các máy thu.

c Phần không gian (Space Segment)

Hình 2.3 Phân bố vệ tinh trên 6 quỹ đạo

Hình 2.4 Vệ tinh GPS

* Chòm vệ tinh GPS

Bao gồm 24 vệ tinh bay trên quỹ đạo có độ cao đồng nhất 20 đến 200 km, chu

kỳ 12 giờ, phân phối đều trên 6 mặt phẳng quỹ đạo nghiêng với xích đạo một góc

550 Việc bố trí này nhằm mục đích để tại mỗi thời điểm và mỗi vị trí trên trái đấtđều có thể quan sát được 4 vệ tinh

Mỗi vệ tinh phát 2 tần số sóng mang với tần số cao L1=1575.42 MHz vàL2=1227.60 MHz Loại sóng này phát trên cơ sở dãy số tựa ngẫu nhiên bao gồmcác số 0 và 1 Mã này được gọi tên là mã P (Precise) Bên cạnh mã P, sóng cònmang đi mã C/A (Clear/Acquisition) trong sóng L1 Mã C/A được phát với 2 tần số10.23 MHz và 1.023 MHz Ngoài 2 mã trên vệ tinh còn phát mã phụ có tần số 50

Hz chứa các thông tin về lịch vệ tinh Các vệ tinh đều được trang bị đồng hồ nguyên

tử với độ chính xác cao

Các vệ tinh NAVSTAR có 2 trạng thái: "hoạt động khỏe" (Healthy) và "hoạtđộng không khoẻ (Unhealthy) Hai trạng thái của vệ tinh này được quyết định do 4trạm điều khiển mặt đất Chúng ta có thể sử dụng tín hiệu của các vệ tinh ở cả haitrạng thái "hoạt động khỏe" và "hoạt động không khỏe"

d Phần sử dụng (User Segment)

Phần sử dụng bao gồm các máy thu tín hiệu từ vệ tinh trên đất liền, máy bay

và tàu thủy Các máy thu này phân làm 2 loại: máy thu 1 tần số và máy thu 2 tần số.Máy thu 1 tần số chỉ nhận được các mã phát đi với sóng mang L1 Các máy thu 2tần số nhận được cả 2 sóng mang L1 và L2 Các máy thu 1 tần số phát huy tác dụngtrong đó tọa độ tuyệt đối với độ chính xác 10 m và tọa độ tương đối với độ chínhxác từ 1 đến 5 cm trong khoảng cách nhỏ hơn 50 km Với khoảng cách lớn hơn 50

km độ chính xác sẽ giảm đi đáng kể (độ chính xác cỡ dm) Để đo được trên nhữngkhoảng cách dài đến vài nghìn km chúng ta phải sử dụng máy 2 tần số để khử điảnh hưởng của tầng ion trong khí quyển trái đất Toàn bộ phần cứng GPS hoạt độngtrong hệ thống tọa độ WGS-84 với kích thước elipsoid a = 6378137.0 m và

=1:298,5722

2.3 Các trị đo GPS và các nguồn sai số trong đo đạc định vị GPS

* Các trị đo GPS

Trị đo GPS là những số liệu máy thu GPS nhận được từ tín hiệu của vệ tinhtruyền tới Mỗi vệ tinh GPS phát 4 thông số cơ bản cho việc đo đạc và chỉ chiathành hai nhóm:

- Nhóm trị đo code: C/A – code, P – code;

- Nhóm trị đo pha: L1, L2 và tổ hợp L1/L2

Các trị đo này có thể sử dụng riêng biệt hoặc kết hợp để xác định khoảng cách

từ vệ tinh đến máy thu

a Trị đo code

Trong trường hợp này, máy thu nhận được code phát đi từ vệ tinh, so sánh vớicode tự do máy thu tạo ra nhằm xác định thời gian truyền tín hiệu từ vệ tinh đếnmáy thu và từ đó khoảng cách từ máy thu tới vệ tinh được xác định theo công thức:

D = c.t + c.δt + δ

(2.7)Trong đó:

c : là vận tốc truyền sóng (ánh sáng) = 299792458 m/s

t : là thời gian truyền tín hiệu (sóng)

δt : là số hiệu chỉnh do sự không đồng bộ đồng hồ máy thu và vệ tinh

δ : là số hiệu chỉnh do môi trường

Hiện nay, độ chính xác định vị với trị đo code có thể đất tới 30m Với độchính xác đó, trị đo code được sử dụng trong định vị đạo hàng và trong đo đạc độchính xác thấp

b Trị đo pha sóng tải

Sóng tải được phát đi từ vệ tinh có chiều dài bước sóng không đổi Nếu gọi λ

là chiều dài bước sóng thì khoảng cách giữa vệ tinh và máy thu GPS là:

D = N.λ + δλ (2.8)Trong đó:

N : là số nguyên lần bước sóng

δλ : là phần lẻ bước sóng

Trị đo pha chính là phần lẻ bước sóng thể hiện qua độ di pha giữa sóng tải thuđược từ vệ tinh và sóng tải do máy thu tạo ra Phần lẻ này có thể đo được với độchính xác cỡ 1% bước sóng, tức khoảng vài mm

* Các nguồn sai số trong đo đạc định vị GPS

Định vị GPS về thực chất được xây dựng trên cơ sở giao hội không gian cáckhoảng cách đo được từ máy thu đến các vệ tinh có toạ độ đã biết Khoảng cách đođược là hàm của thời gian và tốc độ lan truyền tín hiệu trong không gian giữa vệtinh và máy thu Vì vậy, kết quả đo chịu ảnh hưởng trực tiếp của các sai số của vệtinh, của máy thu, của môi trường lan truyền tín hiệu và các nguồn sai số khác.Các nguồn sai số đó có tính chất hệ thống và tính chất ngẫu nhiên ảnh hưởngđến kết quả đo GPS

a Sai số đồng hồ đo

Sai số đồng hồ gồm sai số đồng hồ vệ tinh, đồng hồ máy thu và sựkhông đồng bộ giữa chúng Đồng hồ vệ tinh là đồng hồ nguyên tử, độ chính xáccao nhưng không phải hoàn toàn không có sai số Trong đó, sai số hệ thốnglớn hơn sai số ngẫu nhiên rất nhiều, nhưng có thể dùng mô hình để cải chính sai số

hệ thống, do đó sai số ngẫu nhiên trở thành chỉ tiêu quan trọng để đánh giá độ chínhxác của đồng hồ Khi hai trạm đo tiến hành quan trắc đồng bộ đối với vệ tinh thì ảnhhưởng của sai số đồng hồ vệ tinh đối với trị đo của hai trạm là như nhau

Đồng hồ máy thu là đồng hồ thạch anh Cùng một máy thu, khi quan trắcđồng thời nhiều vệ tinh thì sai số đồng hồ máy thu có ảnh hưởng như nhauđối với các trị đo tương ứng và các sai số đồng hồ của các máy thu có thể được coi

là độc lập với nhau

Như đã biết, vận tốc truyền tín hiệu xấp xỉ 3.108 m/s, do đó nếu đồng hồthạch anh có sai số 10-4 giây thì sai số tương ứng của khoảng cách 30.000 m; nếuđồng hồ nguyên tử có sai số 10-7 giây thì sai số tương ứng khoảng cách là 30 m.Trong định vị GPS tương đối, sử dụng các sai phân bậc 1, 2, 3, có thể loại trừ

hoặc giảm thiểu ảnh hưởng sai số đồng hồ trong kết quả đo.

b Sai số quỹ đạo vệ tinh

Do sự thay đổi của trọng trường trái đất, sức hút mặt trăng, mặt trời và cácthiên thể khác, áp lực bức xạ mặt trời… tác động lên vệ tinh, nên chuyển động của

vệ tinh trên quỹ đạo không hoàn toàn tuân theo định luật Kepler Đó là nguyên nhângây nên sai số quỹ đạo vệ tinh hay còn gọi là sai số vị trí của vệ tinh

Hình 2.5 Sai số quỹ đạo vệ tinh

Trong định vị GPS cần phải sử dụng lịch quỹ đạo vệ tinh (Ephemerit) Cáctrạm điều khiển quan trắc liên tục để xác định quỹ đạo chuyển động của vệ tinh vàđưa ra lịch dự báo, gọi là lịch vệ tinh quảng bá, cung cấp đại trà cho người sử dụngbằng cách thu trực tiếp nhờ máy thu GPS Lịch vệ tinh quảng bá cho phép xác định

vị trí tức thời của vệ tinh với độ chính xác cỡ 20 ÷ 100 m

Ngoài lịch vệ tinh quảng bá còn có lịch vệ tinh chính xác (PreciseEphemerit) Lịch vệ tinh này được thành lập từ kết quả hậu xử lý số liệu quan trắc ởcác thời điểm trong khoảng thời gian quan trắc, có độ chính xác toạ độ vệ tinh cỡ 10

÷ 50 m

Sai số vị trí điểm của vệ tinh chịu ảnh hưởng gần như trọn vẹn đến độ chính

bản trong kết quả định vị tương đối.

c Sai số do tầng điện ly và tầng đối lưu

Tầng đối lưu được tính từ mặt đất tới độ cao 50km và tầng điện ly ở độ cao từ50km đến 1000km Tín hiệu từ vệ tinh qua tầng điện ly, tầng đối lưu đến máy thu bịkhúc xạ và thay đổi tốc độ lan truyền

Đối với tầng điện ly, giá trị sai số tăng tỷ lệ thuận với mật độ điện tử tự do và

tỷ lệ nghịch với bình phương của tần số tín hiệu Đối với tín hiệu GPS, số hiệuchỉnh khoảng cách theo hướng thiên đỉnh có thể đạt giá trị tối đa là 50m, theohướng có góc cao 200, có thể đạt đến 150 m Để giảm thiểu sai số do tầng điện lythường dùng máy thu 2 tần số, dùng mô hình hiệu chỉnh hoặc dùng hiệu các trị đođồng bộ

Đối với tầng đối lưu, sự khúc xạ của đường chuyền tín hiệu càng phức tạphơn, phụ thuộc vào sự biến đổi của khí hậu mặt đất, áp lực không khí,nhiệt độ và độ ẩm Ảnh hưởng của khúc xạ trong tầng đối lưu phụ thuộc vào góccao của đường chuyền tín hiệu Giá trị ảnh hưởng sai số theo hướng thiên đỉnh cóthể đạt đến 2 ÷ 3 m, theo hướng có góc cao 100 có thể đạt đến 20 m

Hình 2.6 Sai số do tầng đối lưu và điện ly

Để giảm thiểu sai số do tầng đối lưu có thể dùng mô hình tín hiệu chỉnh đưathêm tham số phụ ước tính ảnh hưởng của tầng đối lưu vào quá trình xử lý số liệu

để tính hoặc dùng hiệu các trị đo đồng bộ

d Sự trượt đa tuyến

Hình 2.7 Sai số do hiện tượng đa đường truyền

Tín hiệu từ vệ tinh đến máy thu GPS có thể bị nhiễu do một số nguyên nhânnhư: tín hiệu phản xạ từ các vật khác (kim loại, bê tông, mặt nước…) ở gần máy thuGPS; tín hiệu bị nhiễu do ảnh hưởng của các sóng điện từ khác (khi đặt máy thu ởgần các trạm phát sóng, gần đường dây điện cao áp); tín hiệu bị gián đoạn do bị chechắn bởi các vật cản (nhà cửa, cây cối…) Các tín hiệu bị nhiễu nói trên chập với tínhiệu truyền trực tiếp từ vệ tinh đến máy thu gây ra sai số đối với trị đo

Để khắc phục sai số do nhiễu tín hiệu, cần phải đặt máy thu cách xa các vật dễphản xạ tín hiệu hoặc các đối tượng gây nhiễu tín hiệu; không thu tín hiệu khi trờiđầy mây, mưa, không đặt máy ở dưới các rặng cây

e Tầm nhìn vệ tinh và sự trượt chu kỳ

Điều quan trọng nhất khi đo GPS là phải thu được tín hiệu ít nhất 4 vệ tinh tức

là phải có tầm nhìn thông tới các vệ tinh đó

Tín hiệu GPS là sóng cực ngắn trong phổ điện từ, nó có thể xuyên qua mây

mù, song không thể truyền qua được tán cây hoặc các vật che chắn Do vậy, tầmnhìn vệ tinh thông thoáng có tầm quan trọng đặc biệt đối với công tác đo GPS.Khi sử dụng trị đo pha cần phải đảm bảo thu tín hiệu vệ tinh trực tiếp, liên tụcnhằm xác định số nguyên lần bước sóng khởi đầu Tuy nhiên, có trường hợp ngay

cả khi vệ tinh được nhìn thấy nhưng máy thu vẫn bị gián đoạn thu tín hiệu, trườnghợp đó có một số chu kỳ không xác định đã trôi qua mà máy thu không đếm đượckhiến cho số nguyên lần bước sóng thay đổi và làm sai kết quả định vị Do đó cầnphải phát hiện và xác định sự trượt chu kỳ trong tín hiệu GPS Một số máy thu cóthể nhận biết được sự trượt chu kỳ và thêm vào số hiệu chỉnh tương ứng khi xử lý

số liệu Mặt khác khi tính toán bình sai xử lý số liệu GPS có thể dùng sai phân bậc

ba để nhận biết và xử lý sự trượt chu kỳ

f Sự suy giảm độ chính xác (DOPs) do đồ hình các vệ tinh

Hình 2.8 Khoảng cách từ vệ tinh đến máy thu

Ta biết việc định vị GPS là việc giải bài toán giao hội nghịch không gian dựavào điểm gốc là các vệ tinh và các khoảng cách tương ứng đến máy thu Trườnghợp tối ưu khi thu tín hiệu vệ tinh GPS là vệ tinh cần phải có sự phân bố hình học

phân tán độ chính xác – hệ số DOP là số nghịch đảo thể tích của khối tỷ diện tạothành giữa các vệ tinh và máy thu Chỉ số DOP chia ra làm các loại:

- PDOP chỉ số phân tán độ chính xác về vị trí (Positional DOP),

- TDOP chỉ số phân tán độ chính xác về thời gian (Time DOP),

- HDOP chỉ số phân tán độ chính xác về mặt phẳng (Horizontal DOP),

- VDOP chỉ số phân tán độ chính xác về độ cao (Verical DOP),

- GDOP chỉ số phân tán độ chính xác về hình học (Geometric DOP),

Đồ hình phân bố vệ tinh được thiết kế sao cho chỉ số PDOP đạt xấp xỉ 2.5 vớixác xuất 90% về thời gian Đồ hình vệ tinh đạt yêu cầu với chỉ số PDOP < 6

g Các sai số do người đo

Khi đo GPS, tâm hình học của anten máy thu cần đặt chính xác trên tâm mốcđiểm đo theo đường dây dọi Anten phải đặt cân bằng, chiều cao từ tâm mốc đếntâm hình học của anten cần phải đo và ghi lại chính xác Đo chiều cao Anten khôngđúng thường là lỗi hay mắc phải của người đo GPS Ngay cả khi xác định tọa độphẳng đo chiều cao cũng quan trọng vì GPS là hệ thống định vị 3 chiều, sai số chiềucao sẽ lan truyền sang vị trí mặt phẳng và ngược lại

Một số loại sai số khác nữa là nhiễu trong trị đo GPS Nguyên nhân là domạch điện tử và sự suy giảm độ chính xác của máy thu Các thiết bị mới hiện đạihơn sẽ cung cấp dữ liệu sạch hơn

h Tâm pha của Anten

Tâm pha là một điểm nằm trong Anten, là nơi tín hiệu GPS biến đổi thành tínhiệu trong mạch điện Các trị đo khoảng cách được tính vào điểm này Điều này có

ý nghĩa quan trọng đối với công tác trắc địa Ở nhà máy chế tạo, Anten được kiểmđịnh sao cho tâm pha trùng với tâm hình học của nó Tuy nhiên tâm pha thay đổi vịtrí phụ thuộc vào đồ hình vệ tinh Ảnh hưởng này có thể kiểm định trước khi đohoặc sử dụng mô hình tâm pha ở giai đoạn tính xử lý Quy định cần phải tuân theocùng một hướng (thường là hướng Bắc) và tốt nhất sử dụng cùng một loại Antencho cùng một ca đo, các nguồn lỗi và biện pháp khắc phục được tổng hợp trongbảng:

Bảng 2.1 Nguồn lỗi và biện pháp khắc phục

1 Phụ thuộc vệ tinh

- Đồng hồ vệ tinh Sai phân bậc một

- Đồ hình vệ tinh Chọn thời gian có PDOP<6

2 Phụ thuộc đường tín hiệu

- Chiều cao anten Đo hai lần khi đo chiều cao anten

- Cấu hình máy thu Chú ý khi lắp đặt

- Tâm pha anten Anten chuẩn, đặt quay về một hướng

- Nhiễu điện tử Tránh bức xạ điện từ

i Sai số khác

Ngoài các nguồn sai số chủ yếu trên đây còn có các nguồn sai số khác như sai

số do ảnh hưởng xoay của trái đất, do triều tịch của trái đất, do hiệu ứng của thuyếttương đối Trong định vị chính xác cao cần phải xem xét và tìm biện pháp giảm ảnhhưởng của các nguồn sai số

2.4 Các phương pháp định vị và trạng thái đo GPS

T

Định vị tuyệt đối còn được chia thành định vị tuyệt đối tĩnh và định vị tuyệt đốiđộng “Tĩnh” hay “động” là nói trạng thái của (anten) máy thu trong quá trình địnhvị

Độ chính xác của định vị tuyệt đối tĩnh ước tính đạt tới cỡ mét, còn độ chínhxác định vị tuyệt đối động khoảng 10 – 40 m

Trong định vị tuyệt đối tĩnh có thể quan trắc liên tục các vệ tinh khác nhau ởcác thời điểm khác nhau để đo khoảng cách từ vệ tinh đến điểm trạm đo và có nhiềutrị đo thừa, qua xử lý số liệu sẽ được toạ độ tuyệt đối của điểm trạm đo

Trong trường hợp định vị tuyệt đối theo phương pháp đo khoảng cách giả thì

ở một thời điểm ti, từ một trạm đo, quan trắc đồng bộ 4 vệ tinh, j = 1, 2,3, 4 ta cómột hệ phương trình được viết dưới dạng ma trận:

Ai.X + Li = 0 (2.9)Khi quan trắc đồng bộ với số lượng vệ tinh nhiều hơn 4 thì cần nghiệm theophương pháp số bình phương nhỏ nhất Lúc đó (2.5) được viết dưới dạng hệ phươngtrình sai số:

Vi = Ai.X + Li (2.10)Nếu số lượng thời điểm quan trắc là n và bỏ qua sự thay đổi của đồng hồ máythu theo thời gian thì từ (2.10) ta có hệ phương trình sai số tương ứng là:

V = A.X +L (2.11)Trong đó:

Sai số trung phương của ẩn số được tính theo công thức:

M X =  0 QiiTrong đó:

 0: là sai số của trị đo khoảng cách giả (SSTP trọng số đơn vị)

Qii : là phần tử tương ứng trên đường chéo chính của ma trận hệ số

Qx = (AT.A)-1

Định vị tuyệt đối theo pha sóng tải có độ chính xác cao hơn so vớiphương pháp đo khoảng cách giả Trong định vị tuyệt đối đo pha sóng tải cần chú ýhiệu chỉnh sai số do tầng điện ly và tầng đối lưu, khôi phục pha sóng tải, xác định sốnguyên lần bước sóng Kết quả định vị tuyệt đối theo phương pháp pha sóng tải cóthể được dùng làm trạm tham khảo hoặc trạm gốc (có toạ độ tương đối chính xác)cho định vị tương đối

b Định vị tương đối

Định vị tương đối là trường hợp dùng hai máy thu GPS đặt ở 2 điểm khácnhau (2 điểm mút của một đường đáy) quan trắc đồng bộ cùng các vệ tinh đểxác định vị trí tương đối (ΔX, ΔY, ΔZ hoặc ΔB, ΔL, ΔH) giữa hai điểm mútcủa đường đáy hoặc vector đường đáy trong hệ toạ độ WGS – 84 Tương tự, nhiềumáy thu được đặt ở các điểm mút của một số đường đáy, quan trắc đồng bộ cùngcác vệ tinh GPS thì có thể xác định được một số vector đường đáy đó Nếu

đã biết toạ độ của một điểm thì có thể dùng vecor đường đáy để tính toạ độ củađiểm kia

Hình 2.10 Định vị tương đối

Định vị tương đối cũng được phân chia thành định vị tương đối tĩnh và định

vị tương đối động Trong định vị tương đối trị đo thường được sử dụng là pha sóngtải

Trong trường hợp số lượng trạm đo nhiều hơn 2, quan trắc đồng bộcùng một số vệ tinh thì ảnh hưởng sai số của quỹ đạo vệ tinh, sai số đồng hồ máythu, sai số do tầng điện ly, sai số do khúc xạ của tầng đối lưu đối với trị đo để tiếnhành định vị tương đối thì có thể loại trừ hoặc giảm thiểu ảnh hưởng của sai sốtương quan, nâng cao độ chính xác định vị tương đối

Định vị GPS sai phân có thể chia thành sai phân trạm gốc đơn, sai phân khuvực cục bộ (nhiều trạm gốc) và sai phân khu vực rộng lớn.

(1) GPS sai phân trạm gốc đơn (SRDGPS)

(2) GPS sai phân khu vực cục bộ (LADGPS)

(3) GPS sai phân khu vực rộng lớn (WADGPS)

2.5 Giới thiệu về một số phương pháp thiết kế đồ hình lưới GPS

Khi xây dựng lưới trắc địa, công nghệ GPS được ứng dụng như một phươngpháp đo có ưu thế hơn hẳn các phương pháp truyền thống Tuy nhiên đồ hình lướitrắc địa về cơ bản vẫn áp dụng các đồ hình truyền thống Do những ưu việt củaphương pháp công nghệ GPS một số tiêu chuẩn của đồ hình lưới có thể đơn giảnhơn Dưới đây là các dạng đồ hình thông dụng:

a Đồ hình lưới tam giác dày đặc

- Đồ hình lưới tam giác dày đặc đo nối tất cả các cạnh có thể (hình2.11)

- Đồ hình lưới tam giác dày đặc chỉ đo nối các cạnh tam giác (hình2.12)

b Đồ hình lưới tứ giác (hình 2.13)

c Đồ hình lưới đường chuyền

- Đồ hình lưới đường chuyền dạng chuỗi tam giác đo nối tất cả cáccạnh có thể (hình 2.14)

- Đồ hình lưới đường chuyền dạng tam giác nối nhau tại 1 đỉnh (hình2.15)

- Đồ hình lưới đường chuyền dạng chuỗi tứ giác (hình 2.16)

- Đồ hình lưới đường chuyền dạng cạnh đơn (hình 2.17)

Hình 2.11 Hình 2.12 Hình 2.13

Qua thực tế áp dụng các dạng đồ hình trên có thể nhận xét như sau

1 Lưới trắc địa đo bằng công nghệ GPS có thể thiết kế dưới dạng lưới tamgiác, tứ giác hoặc đường chuyền

2 Đồ hình lưới tốt nhất là đồ hình tam giác và đường chuyền chuỗi tam giác

đo tất cả các cạnh

3 Thứ tự các loại đồ hình theo mức độ giảm dần độ chính xác như sau:

- Đồ hình lưới tam giác dày đặc đo nối tất cả các cạnh có thể;

- Đồ hình lưới đường chuyền dạng chuỗi tam giác đo nối tất cả các cạnh có thể;

- Đồ hình lưới tam giác dày đặc chỉ đo nối các cạnh tam giác;

- Đồ hình lưới tứ giác;