Nghiên cứu xử lý số liệu đo GPS của lưới khống chế trắc địa

MỤC LỤC MỤC LỤC 1 DANH MỤC HÌNH VẼ 3 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT, KÝ HIỆU TIẾNG ANH 5 MỞ ĐẦU 1 Chương 1. CÔNG NGHỆ GPS 2 1.1.Những vấn đề cơ bản của công nghệ GPS 2 1.1.1. Các hệ thống định vị vệ tinh khu vực 2 1.1.2. Các hệ thống định vị vệ tinh toàn cầu 3 1.1.3. Hệ thống NAVSAT GPS 5 1.2. Ứng dụng của công nghệ GPS trong xây dựng lưới khống chế trắc địa 8 1.2.1.Giới thiệu về lưới khống chế trắc địa 8 1.2.2.Phương pháp thành lập lưới khống chế trắc địa truyền thống 9 1.2.3.Phương pháp thành lập lưới khống chế trắc địa bằng công nghệ GPS 12 CHƯƠNG 2: PHẦN MỀM XỬ LÝ SỐ LIỆU ĐO GPS TRIMBLE BUSINESS CENTERN (TBC) 20 2.1 Tổng quan về phần mềm 20 2.1.1 Giới thiệu về phần mềm 20 2.1.2. Lịch sử phát triển 20 2.2 Cài đặt phần mềm TBC 21 2.2.1. Cài đặt các phần mềm hỗ trợ và cài TBC 21 2.2.2. Thiết lập hệ tọa độ địa phương 25 2.2.3. Tạo mô hình Geoid 26 2.2.4. Lập hệ quy chiếu VN 2000 26 2.2.5. Thiết lập các múi tọa độ 28 2.3. Sử dụng phần mềm 33 2.3.1.Giao diện đồ họa phần mềm TBC 33 2.3.2. Quy trình xử lý số liệu GPS bằng phần mềm TBC 34 Chương 3. THỰC NGHIỆM 35 3.1.Khái quát về khu vực thực nghiệm 35 3.1.1.Vị trí địa lý 35 3.1.2.Đặc điểm địa hình địa vật: 35 3.2.Số liệu thực nghiệm 35 3.2.1.Lưới thực nghiệm 35 3.2.2.Số liệu khu đo 36 3.3. Kết quả thực nghiệm 36 3.3.1.Tạo project 36 3.3.2. Nhập số liệu 36 3.3.3. Thiết lập hệ tọa độ địa phương 38 3.3.4. Xử lý cạnh 40 3.3.5. Bình sai lưới 43 PHỤ LỤC 56 KẾT LUẬN 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO 55

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

DANH MỤC HÌNH VẼ 2

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT, KÝ HIỆU TIẾNG ANH 3

2.2.5 Thiết lập các múi tọa độ 28

53

PHỤ LỤC 56

Network Adjustment Report 56

Adjustment Settings 56

Adjustment Statistics 57

Control Coordinate Comparisons 57

Adjusted Grid Coordinates 58

Adjusted Geodetic Coordinates 58

Error Ellipse Components 58

Adjusted GPS Observations 59

DANH MỤC HÌNH VẼ

MỤC LỤC 1

DANH MỤC HÌNH VẼ 2

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT, KÝ HIỆU TIẾNG ANH 3

2.2.5 Thiết lập các múi tọa độ 28

53

PHỤ LỤC 56

Network Adjustment Report 56

Adjustment Settings 56

Adjustment Statistics 57

Control Coordinate Comparisons 57

Adjusted Grid Coordinates 58

Adjusted Geodetic Coordinates 58

Error Ellipse Components 58

Adjusted GPS Observations 59

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT, KÝ HIỆU TIẾNG ANH

GNSS (Global Navigation Satellite

System)

Hệ thống định vị vệ tinh dẫnđường toàn cầu

GPS (Global Positioning System) Hệ thống định vị của Mỹ

GLONASS Hệ thống định vị vệ tinh dẫn

đường toàn cầu của Nga

Việt NamUTM (Universal Transverse Mercator) Lưới chiếu hình trụ ngang đồng

gócWGS (World Geodetic System) Hệ trắc địa quốc tế

MỞ ĐẦU

Khoa học công nghệ luôn đi đôi cùng với sự phát triển phát triển củathế giới Quốc gia phát triển là quốc gia có nền khoa học công nghệ phát triểnvượt bậc, vì vậy các quốc gia trên thế giới đều chú trọng vào việc phát triểnkhoa học công nghệ Các ngành công nghệ mũi nhọn như khoa học vũ trụ,công nghệ thông tin, hóa sinh học,…luôn được ưu tiên phát triển hàng đầu

Một trong các thành tự đó là công nghệ GPS (Global positioningsystem) đã và đang được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như: giaothông vận tải (lập bản đồ giao thông), thủy lợi (đường ống nước, đường rácthải, kênh mương nước, ), xây dựng, điện, viễn thông (đường dây dẫn diệnthoại, …), nông nghiệp, điều tra tài nguyên, bảo vệ môi trường,… đặc biệt cáclĩnh vực đo đạc bản đồ

Với nhiệm vụ làm đồ án tốt nghiệp để hoàn thành khóa học tại Nhà

trường, em được giao làm đồ án tốt nghiệp với đề tài: “Nghiên cứu xử lý sô liệu đo GPS của lưới không chế trắc địa”

Nội dung của đề tài bao gồm 03 chương:

Chương 1 Công nghệ GPS

Chương 2 Phần mềm xử lý số liệu đo GPS Trimble Business CenterChương 3 Thực nghiệm

Sau một thời gian học hỏi, nghiên cứu và đặc biệt được sự giúp đỡ

nhiệt tình của TS.Bùi Thị Hồng Thắm cùng với các thầy giáo trong khoa Trắc

địa - Bản đồ, đến nay em đã hoàn thành nội dung của bản đồ án Mặc dù bảnthân có nhiều cố gắng nhưng do kinh nghiệm và kiến thức chuyên môn cònhạn chế nên không tránh khỏi sai sót Em rất mong được sự góp ý của cácthầy cô giáo để bản đồ án được hoàn thiện hơn

Em xin chân trọng cảm ơn!

Hà Nội, tháng 9 năm 2015

Sinh viên

Đỗ Văn Thanh Chương 1 CÔNG NGHỆ GPS

1.1 Những vấn đề cơ bản của công nghệ GPS

1.1.1 Các hệ thông định vị vệ tinh khu vực

Nhằm đáp ứng các nhu cầu định vị chính xác cao cho cả một khu vựcrộng lớn nhưng ít phụ thuộc vào điều kiện thời tiết và các thời điểm trongngày, người ta đã xây dựng lên hệ thống định vị vệ tinh khu vực trong đó vệtinh được sử dụng thường là vệ tinh địa tĩnh Một số hệ thống vệ tinh đó là:

* Hệ thống STAR-FIX

Đây là hệ thống khu vực hoạt động phủ toàn nước Mỹ và các vùng baoquanh Mỹ Nguyên tắc hoạt động giống với hệ thống GPS, nó bao gồm mộttrung tâm xử lý thông tin và 10 trạm theo dõi tầm xa liên tục quan sát một số

vệ tinh bay trên quỹ đạo tĩnh nằm trong cùng một mặt phẳng với mặt phẳngxích đạo của trái đất

Do hạn chế về đồ hình phân bố vệ tinh, nên hệ thống chỉ cho phép xácđịnh vị trí của điểm quan sát trong không gian hai chiều, nguyên tắc là chỉ xácđịnh được thành tọa độ mặt bằng, độ chính xác cỡ 5m

Hiện nay hệ thống này đã kết hợp với hệ thống GPS vi phân để đáp ứng

cả yêu cầu định vị ba chiều

* Hệ thống EUTELTRACS và hệ thống OMNITRACS

Nguyên lý hoạt động của hai hệ thống này giống nhau Hệ thốngEUTELTRACS ở Châu Âu, còn OMNITRACS thì ở Mỹ Chúng sử dụng các

vệ tinh địa tĩnh Eutelsat bay ở độ cao 36.000 km Đây là hệ thống chủ động,việc tính tọa độ của điểm quan sát được bắt đầu từ trung tâm điều khiển phát

đi các dấu mốc thời gian được mã hóa với tần suất nhiều lần trong một giây.Sau khi nhận được các tín hiệu này, Khách hàng đáp lại bằng một chuỗi cáctín hiệu rất ngắn được mã hóa phát lên cho ít nhất hai vệ tinh để chuyển về

trung tâm điều khiển Các thông tin này được trng tâm điều khiển sử dụng đểtính ra tọa độ của điểm quan sát rồi phát đi cho khách hàng.

Hệ thống này chỉ cho phép định vị hai chiều Độ chính xác đạt cỡ500m Hệ thống này sử dụng chủ yếu được sử dụng với mục đích đạo hàngtrên đất liền và ngoài biển

* Hệ thống Navsat

Đây là hệ thống đạo hàng vệ tinh Châu Âu Nó sử dụng kết hợp với các

vệ tinh địa tĩnh thường dùng cho liên lạc viễn thông và các vệ tinh bay ở quỹđạo cao cỡ như vệ tinh GPS, và còn được gọi là Geo/Heo mix

Hệ thống được xây dựng để đáp ứng các nhu cầu định vị cao ở Châu

Âu thuần túy mang tính chất dân sự, và có thể trở thành hệ thống đa quốc gia,

vệ tinh bay qua đạt cỡ vài chục mét Để nâng cao độ chính xác của kết quảđịnh vị cần tăng số lần quan sát vệ tinh bay qua Đây cũng chính là nhượcđiểm của hệ thống này

* Hệ thống TSICADA

Đây là hệ thống đạo hàng vệ tinh của Liên Xô được đưa vào sử dụng từcuối những năm 1960, mục đích làm cơ sở đạo hàng cho tàu ngầm, nguyên lýhoạt động của hệ thống này cũng giống với hệ thống Transit

* Hệ thống GALILEO

Nhằm đối trọng với hệ thống định vị GPS của Mỹ Châu Âu đã pháttriển cho mình một hệ thống định vị vệ tinh riêng là Galileo, Nó khác với hệthống định vị GPS của Mỹ và GLOLASS của Liên Xô ở chỗ nó được điềuhành và quản lý bởi các tổ chức dân sự, phi quân sự Hệ thống dự kiến hoànthành vào năm 2020 với chùm quỹ đạo gồm 27 vệ tinh

Việc nghiên cứu dự án hệ thống GALILEO được bắt đầu triển khaithực hiện từ năm 1999 do 4 quốc gia Châu Âu là Pháp, Đức, Italia và AnhQuốc Giai đoạn đầu triển khai chương trình GALILEO bắt đầu năm 2003 vàtheo dự kiến sẽ hoàn thành và đưa vào sử dụng trong năm 2010 (chậm hơn sovới thời gian dự dịnh ban đầu 2 năm) GALILEO được thiết kế gồm 30 vệtinh chuyển động trong 3 mặt phẳng quỹ đạo (nghiêng 56 độ so với mặtphẳng xích đạo) xung quanh trái đất với bán kính 29.980 km

Cấu trúc và chức năng của GALILEO tương tự như các hệ thống GPSvà GLONASS là dựa trên các vệ tinh chuyển động trên các quỹ đạo quanhTrái Đất Hệ thống cũng bao gồm 3 thành phần cấu thành đó là đoạn khônggian, đoạn điều khiển và đoạn sử dụng

* Hệ thống COMPASS

Nhằm đáp ứng cho nhu quản lý lãnh thổ rộng lớn cũng như các nhu cầu

về quan sự, kinh tế, giao thông Trung quốc đã xây dựng cho mình một hệthống định vị riêng COMPASS, tháng 4/2007 Trung Quốc đã phóng thànhcông vệ tinh COMPASS-M1 MEO đầu tiên vào quỹ đạo đánh dấu một bướcphát triển vượt bậc trong công tác định vị của Trung Quốc

Sau khi khi được hoàn thành hệ thống COMPASS bao gồm 27 vệ tinhMEO, 3 vệ tinh GSO và 5 vệ tinh GEO Vệ tinh truyền 4 tần số sóng mangnhư nhau để dẫn đường Tín hiệu được điều biến với dòng bit xác định trước,bao gồm dữ liệu quĩ đạo, thời gian và có băng tần phù hợp để dẫn đường

chính xác Ba vệ tinh GEO được đưa lên quĩ đạo giữa các năm 2000 và 2003.

Hai vệ tinh GEO được đưa lên năm 2007 với dự định phủ sóng toàn bộ TrungQuốc và một phần diện tích các nước lân cận, sau đó sẽ phát triển thành hệthống dẫn đường toàn cầu Hệ thống được triển khai trong hai giai đoạn Giaiđoạn đầu thiết kế, xây dựng hệ thống vệ tinh thử nghiệm dẫn đường BeiDou-

1 Trên cơ sở BeiDou-1, Trung Quốc tiến hành xây dựng hệ thống vệ tinh dẫn

đường toàn cầu (CNSS) gọi là COMPASS Hệ thống đầy đủ bao gồm 5 vệtinh địa tĩnh và 30 vệ tinh hoạt động ở quĩ đạo trung bình (MEO)

Compass cung cấp hai dịch vụ: Dịch vụ miễn phí cho dân sự có độchính xác vị trí trong vòng 10 m, vận tốc 0,2 m/s, thời gian trong khoảng 50

ns và dịch vụ thuê bao; dịch vụ cho quân đội có độ chính xác cao hơn Banđầu, hệ thống chỉ cung cấp dịch vụ cho Trung Quốc và các nước lân cậnnhưng đích cuối cùng sẽ là hệ thống dẫn đường toàn cầu, hoạt động giống nhưGPS và GLONASS Cuối năm 2011 vệ tinh thứ 10 đã được đưa lên quĩ đạovà năm 2012 dự kiến sẽ có thêm 6 vệ tinh Theo kế hoạch, COMPASS sẽ hoạtđộng đầy đủ vào năm 2020 với 30 vệ tinh

1.1.3 Hệ thông NAVSAT GPS

Nhằm đáp ứng yêu cầu một hệ thống định vị với độ chính xác cao, vàokhoảng những năm 1960 bộ quốc phòng Mỹ khuyến khích xây dựng một hệthống đạo hàng vệ tinh hoàn hảo hơn so với hệ thống vệ tinh TRANSIT Ýtưởng do hải quan Mỹ đề xuất là sử dụng khoảng cách đo từ các điểm trênmặt đất đến vệ tinh trên cở sở biết chính xác tốc độ và thời gian nan truyền tínhiệu vô tuyến, đề án có tên là Timation

Hình 1.1 Phân bố vệ tinh trên quỹ đạo

Các công trình nghiên cứu tương tự cũng được không quân Mỹ tiếnhành trong khuôn khổ chương trình mang số 621B Đến năm 1973 bộ quốcphòng Mỹ quyết định đình chỉ cả hai chương trình này để triển khai phối hợpnghiên cứu xây dựng hệ thống đạo hàng vô tuyến vệ tinh trên cơ sở các kếtquả của chương trình TRANSIT và hai chương trình trên Hệ thống này cótên gọi đúng là NAVSTAR GPS (Navigation Satellite Providing Timing andRanging Global Positionin System ) Nhiệm vụ chủ yếu của hệ thống là xácđịnh tọa độ không gian và tốc độ chuyển động của điểm xét trên tàu vũ trụ,máy bay, tàu thủy, và trên đất liền phục vụ cho bộ quốc phòng Mỹ và các cơquan dân sự Hệ thống có 24 vệ tinh, trong đó có 21 vệ tinh hoạt động và 3 vệtinh dự phòng Các vệ tinh quay trên 6 quỹ đạo ở độ cao cỡ 20.000 km vớichu kỳ xấp xỉ 12 giờ Với cách bố trí này thì tại bất kỳ thời điểm nào trên tráiđất cũng quan sất được ít nhất 4 vệ tinh Các vệ tinh đầu tiên được phóng vàoquỹ đạo vào tháng 2 năm 1978 Toàn bộ 24 vệ tinh được đưa và hoạt độngvào tháng 5 năm 1994 Tính đến năm 2000 đã được bổ sung thành 28 vệ tinh

Hình 1.2 Vệ tinh GPS

Các vệ tinh GPS bay vòng quanh Trái Đất hai lần trong một ngày theomột quỹ đạo rất chính xác và phát tín hiệu có thông tin xuống Trái Đất Vềbản chất máy thu GPS so sánh thời gian tín hiệu được phát đi từ vệ tinh vớithời gian nhận được 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 máy thu phải nhận được tín hiệu của

ít nhất ba vệ tinh để tính ra vị trí hai chiều (kinh độ và vĩ độ) và để theo dõiđược chuyển động Khi nhận được tín hiệu của ít nhất 4 vệ tinh thì máy thu cóthể tính được vị trí ba chiều (kinh độ, vĩ độ và độ cao) Một khi vị trí ngườidùng 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 tớiđiểm đến, thời gian Mặt trời mọc, lặn và nhiều thứ khác nữa

Vệ tinh GPS phát hai tín hiệu vô tuyến công suất thấp dải L1 và L2.(dairL là phần sóng cực ngắn phổ điện từ trải rộng từ 0,39 tới 1,55 GHz) GPSdân sự dùng tần số L1 1575.42 MHz trong dải UHF Tín hiệu truyền trực thị,

có nghĩa là chúng sẽ xuyên qua mây, thủy tinh và nhựa nhưng không quaphần lớn các đối tượng cứng như núi và nhà

Ngày nay, GPS được ứng dụng rất rộng rãi trong nghiên cứu khoa họccũng như trong thực tiễn đời sống như: nghiên cứu chuyển dịch hiện đại của

vỏ Trái đất, mực nước biển dâng, hình dạng Trái đất, nghiên cứu triều, nghiêncứu khí tượng, xây dựng hệ quy chiếu hệ tọa độ quốc gia, quản lý điều hành

xe, quản lý con người,…

1.2 Ứng dụng của công nghệ GPS trong xây dựng lưới không chế trắc địa

1.2.1 Giới thiệu về lưới không chế trắc địa

Mỗi quốc gia đều sử dụng một mạng lưới trắc địa cơ bản thống nhấttrong một hệ quy chiếu với một gốc tọa độ và độ cao Lưới trắc địa Việt Namđược sử dụng từ trước cho tới năm 2000 đã dùng Elipxoid Kraxovski theo gốctọa độ Hà Nội và dùng phép chiếu tọa độ phẳng Gauss Theo quyết định số83/2000/QĐ-TTG ngày 12/7/2000 của thủ tướng chính phủ thì từ tháng 8 năm

2000 nước ta sử dụng hệ quy chiếu tọa độ mới VN-2000 Trong đó dùng hệquy chiếu quốc tế WGS-84, điểm gốc tọa độ đặt tại khuôn viên của ViệnNghiên cứu Địa chính (cũ), nay là Viện Khoa học Đo đạc và Bản đồ đườngHoàng Quốc Việt, Hà Nội mang tên là N00 Và dùng lưới chiếu tọa độ phẳngUTM

Khi tiến hành công tác trắc địa trên một vùng lãnh thổ như thành phố,khu công nghiệp,… ta cần xây dựng lưới khống chế trắc địa Thông thườngthì mạng lưới này được tính toán trong hệ tọa độ của Nhà nước, tuy nhiên ởnhững vùng khó khăn có thể dùng hệ tọa độ giả định

Theo qui mô và độ chính xác thì có thể chia chúng ra làm các loại sau:

- Lưới khống chế trắc địa mặt bằng Nhà nước

- Lưới khống chế trắc địa mặt bằng khu vực

- Lưới khống chế đo vẽ

Lưới khống chế trắc địa mặt bằng Nhà nước Việt Nam được xây dựngtheo 4 hạng tuần tự là hạng I, hạng II, hạng III, hạng IV Lưới hạng I đượcphủ trùm toàn quốc, lưới hang II được chêm dày cho lưới hạng I, sau đó đượctiếp tục chêm dày bằng mạng lưới hạng III và hạng IV

Lưới tọa độ khu vực được xây dựng là cấp 1 và cấp 2 Lưới khống chếtọa độ khu vực thường là lưới tăng dày vào các điểm tọa độ nhà nước Mật độ

các điểm từ cấp 2 trở lên thường là 4 điểm/1km2 đối với khu vực xây dựng và

1 điểm/1 km2 đối với khu vực chưa xây dựng Sai số trung phương vị trí điểmkhống chế khu vực so với điểm khống chế nhà nước phải đảm bảo khôngvượt quá 0.1 mm tính theo tỷ lệ bản đồ cần thành lập

Lưới khống chế đo vẽ là lưới trắc địa chêm dày vào mạng lưới trắc địanhà nước và mạng lưới trắc địa khu vực để đảm bảo đủ mật độ điểm đo vẽ địahình Tỷ lệ bản đồ đo vẽ càng lớn thì mật độ điểm khống chế càng phải cao

Lưới khống chế mặt bằng phục vụ cho công tác đo vẽ địa chính vàcông trình xây dựng là lưới với các điểm tọa độ được chêm dày từ các điểmcủa lưới khống chế nhà nước, với những qui định về độ chính xác cũng nhưmật độ điểm được qui định riêng dành cho công tác địa chính cũng như xâydựng công trình

Lưới khống chế mặt bằng phục vụ cho đo vẽ bản đồ địa hình tỷ lệ lớnkhu vực xây dựng công trình được thiết kế theo hướng:

- Tối ưu hoá về độ chính xác: Lưới có độ chính xác cao nhất với chi phílao động và thời gian cho trước

- Tối ưu hoá về giá thành: Lưới có độ chính xác cho trước với giá thànhnhỏ nhất

1.2.2 Phương pháp thành lập lưới không chế trắc địa truyền thông

* Phương pháp lưới tam giác

Khái niệm: Lưới tam giác là dạng cơ bản nhất của lưới trắc địa Cácđiểm cơ sở trắc địa được chọn trên mặt đất, liên kết với nhau tạo thành mộtmạng lưới tam giác

Trong một tam giác có 6 yếu tố là 3 góc và 3 cạnh, các góc quyết địnhhình dạng của nó, còn các cạnh quyết định độ lớn của nó, việc lựa chọn cácđại lượng đo sẽ cho ta các mạng lưới tam gì

-Hình 1.3a: Là dạng chuỗi tam giác, trong đó có 2 điểm cấp cao A và Bđã biết tọa độ, đo 18 góc trong lưới tam giác và một cạnh gốc nối hai điểm IVvà V

A

V

IV

IIB

- Hình 1.3b: Là dạng lưới tứ giác trắc địa, biết tọa độ hai điểm A và B,

đo 8 góc để tính ra tọa độ 2 điểm I và II

-Hình 1.3c: Là dạng lưới đa giác trung tâm, biết tọa độ hai điểm A và

B, đo 18 góc trong 6 tam giác và tính ra tọa độ 5 điểm

- Hình 1.3d: Là dạng lưới tam giác có hình rẻ quạt biết tọa độ 3 điểm

A, B, C, đo 9 góc tính tọa độ 2 điểm I và II

Hình 1.3e: Là dạng chuỗi tam giác hình tuyến nối 2 điểm cấp cao là Avà B, để xác định tọa độ của 6 điểm cần đo 18 góc trong của 6 tam giác

* Phương pháp lưới đường chuyền

Là dạng lưới thông dụng trong trắc địa Các điểm cơ sở trắc địaliên kết với nhau góc ngoặt của đường chuyền sẽ tính chuyền được tọa độ từ

Hình 1.4 Các dạng đặc trưng của lưới đường chuyền

- Đường chuyền hình 1.4a là dạng đường chuyền đơn nối 2 điểm caocấp A và B, còn gọi là đường chuyền phù hợp

- Đường chuyền có dạng 1.4a bỏ đi 2 điểm cấp cao C và D khi đó gọilà đường chuyền nhánh hay đường chuyền treo Nó xuất phát từ một điểm caocấp biết tọa độ, không nối về điểm cấp cao khác

- Đường chuyền hình 1.4b gọi là đường chuyền khép kín, đo tất cả cácgóc trong của tam giác, đo góc nối γ và tất cả các cạnh.

S6

23

45

10

9

8β

3

5γ

- Đường chuyền hình 1.4c gồm nhiều tuyến đường chuyền tạo thànhvòng khép kín, điểm P gọi là điểm nút Các điểm cần xác định của lưới đườngchuyền rải trên toàn bộ khu đo tạo thành các đường gãy khúc gọi là đườngchuyền

1.2.3 Phương pháp thành lập lưới không chế trắc địa bằng công nghệ GPS

1 Thiết kế lưới GPS, chọn hệ tọa độ

Việc thiết kế lưới GPS phải căn cứ vào yêu cầu thực tế và trên cơ sởđiều tra nghiên cứu kỹ các tài liệu gốc, số liệu gốc hiện có tại khu vực xâydựng công trình Trong lưới GPS giữa các điểm không cần nhìn thấy nhau,nhưng để có thể tăng dày lưới bằng phương pháp đo truyền thống, mỗi điểmGPS cần phải nhìn thông đến ít nhất một điểm khác

Khi thiết kế lưới, để tận dụng các tư liệu trắc địa, bản đồ đã có, nên sửdụng hệ tọa độ đã có của khu đo Các điểm khống chế đã có nếu phù hợp vớiyêu cầu của điểm lưới GPS thì tận dụng các mốc của chúng

Lưới GPS phải được tạo thành 1 hoặc nhiều vòng đo độc lập, tuyến phùhợp Số lượng cạnh trong vòng đo độc lập, tuyến phù hợp trong các cấp lướiGPS phải tuân theo qui định nêu trong bảng Khi đo GPS ta sử dụng hệ thốngtọa độ trắc địa quốc tế WGS -84 Nếu yêu cầu sử dụng hệ tọa độ HN-72 hoặc

hệ tọa độ nào khác thì phải tính chuyển tọa độ Các tham số hình học cơ bảncủa Elipxoid toàn cầu và Elipxoid tham khảo của các hệ tọa độ phải phù hợpvới quy định ở bảng 2.1 Hệ tọa độ VN-2000 có các tham số hình học cơ bảncủa Elipxoid hoàn toàn giống với hệ tọa độ trắc địa Quốc tế WGS - 84

Khi đo GPS có yêu cầu sử dụng hệ tọa độ địa phương hoặc hệ tọa độđộc lập thì phải tính chuyển đổi tọa độ và cần phải có các tham số kỹ thuậtsau:

- Tham số hình học của Elipxoid tham khảo

- Độ kinh của kinh tuyến giữa múi chiếu

- Hằng số cộng vào tung độ, hoành độ

- Độ cao thường của mặt chiếu

- Tọa độ điểm khởi tính và phương vị khởi tính

Khi tính chuyển từ hệ tọa độ trắc địa Quốc tế của lưới GPS sang hệ tọa

độ khu vực, cần phải đảm bảo yêu cầu : Bình sai lưới GPS trong hệ tọa độvuông góc phẳng theo phép chiếu Gauss (Ko = 1),có kinh tuyến trục Lo cáchkhu đo không quá 20 km Nếu sử dụng phép chiếu UTM 6 độ (Ko = 0.9996)thì kinh tuyến trục cách khu đo trong giới hạn 160km đến 200km Nếu sửdụng phép chiếu UTM 3 độ (Ko = 0.9999) thì kinh tuyến trục cách khu đotrong giới hạn 70km đến 110km Khi chọn phép chiếu Gauss phải sử dụngEllipxoid Krasovxky, còn nếu dùng phép chiếu UTM thì sử dụng EllipxoidWGS - 84

2 Chọn điểm

Người chọn điểm phải tìm hiểu yêu cầu, mục đích nhiệm vụ, điều kiện

tự nhiên và xã hội của khu đo, dựa vào thiết kế kỹ thuật đã được phê duyệt đểtiến hành khảo sát, chọn điểm lưới GPS ngoài hiện trường

Vị trí các điểm GPS được chọn phải thoả mãn các yêu cầu sau:

- Vị trí điểm được chọn phải phù hợp với yêu cầu của thiết kế kỹ thuật,thuận lợi cho việc đo nối và cho các công tác đo đạc tiếp theo

- Điểm chọn phải được đặt ở nơi có nền đất, đá ổn định, sử dụng đượclâu dài và an toàn khi đo đạc

- Vị trí điểm chọn phải thuận tiện cho việc lắp đặt máy thu và thao táckhi đo, có khoảng không rộng và góc cao của vệ tinh phải lớn hơn 150

- Vị trí điểm chọn phải thuận tiện cho việc thu tín hiệu vệ tinh, tránhhiện tượng nhiễu tín hiệu do quá gần các trạm phát sóng và sai số đa đường

dẫn (Multipath) do phản xạ tín hiệu từ các địa vật xung quanh điểm đo Vị tríđiểm chọn phải cách xa nguồn phát sóng vô tuyến công suất lớn (như tháptruyền hình, trạm vi ba) lớn hơn 200m và cách xa cáp điện cao thế lớn hơn50m.

- Đi lại thuận tiện cho đo ngắm

- Cần tận dụng các mốc khống chế đã có nếu chúng đảm bảo các yêucầu nêu trên

- Nếu bắt buộc phải chọn điểm ở nơi bị che khuất thì phải mô tả sự chekhuất đó trong hệ tọa độ địa diện chân trời, để lập lịch đo và điều kiện quansát tốt nhất

Công tác chọn điểm phải tuân theo các qui định sau:

- Vẽ sơ đồ ghi chú điểm ngay ở ngoài thực địa (kể cả các điểm đã cómốc cũ)

- Tên điểm GPS có thể đặt theo tên làng, tên núi, địa danh, tên đơn vị,công trình Khi tận dụng điểm cũ không đổi tên điểm Số hiệu điểm cần đượcbiên tập tiện lợi cho máy tính

- Khi điểm chọn cần đo nối thuỷ chuẩn, người chọn điểm phải khảo sáttuyến đo thuỷ chuẩn ngoài thực địa và đề xuất kiến nghị

Khi tận dụng điểm cũ phải kiểm tra tính ổn định, sự hoàn hảo, tính antoàn và phù hợp với các yêu cầu của điểm đo GPS

2 Chôn mốc

Quy cách của dấu mốc và mốc điểm GPS các cấp phải phù hợp với yêucầu quy phạm hiện hành của Nhà nước

Điểm GPS các cấp đều chôn mốc vĩnh cửu, khi chôn mốc đáy hố phải

đổ gạch, sỏi hoặc đổ một lớp bê tông lót

Mốc có thể đúc sẵn bằng bê tông cốt thép theo quy cách trong Quyphạm hiện hành của Nhà nước rồi đem chôn, hoặc có thể đúc ở hiện trường,

hoặc có thể lợi dụng nền đá, nền bê tông khoan gắn thêm dấu mốc ở hiệntrường.

Đất dùng để chôn mốc GPS phải được sự đồng ý của cơ quan quản lý,người đang sử dụng đất cần làm thủ tục chuyển quyền sử dụng đất và làm cácthủ tục uỷ quyền bảo quản mốc

4 Thiết kế lịch đo

Điều kiện tối thiểu của đo GPS là máy thu phải quan sát được ít nhất là

4 vệ tinh, trong trắc địa đòi hỏi cần phải có trị đo thừa Tùy vào cấp hạng củalưới mà người ta yêu cầu số vệ tinh tối thiểu mà máy thu phải quan sát đượcthường là nhiều hơn 4) Ví dụ: Lưới địa chính cơ sở hạng 3 phải có số vệ tinhtối thiểu quan sát được là 6 vệ tinh Mặt khác đồ hình vệ tinh cũng ảnh hưởngđến độ chính xác của định vị, đặc trưng bởi đại lượng PDOP, PDOP càng lớnthì định vị càng kém và ngược lại Mỗi cấp lưới người ta cũng qui định PDOPtối đa Ví dụ: Lưới địa chính cơ sở hạng 3 có PDOP tối đa là 3 Không phảilúc nào trong ngày cũng có được điều kiện như trên Chính vì vậy mà cầnphải lập lịch đo Lập lịch đo là chọn trong ngày những khoảng thời gian nào

có những điều kiện của lưới yêu cầu Ta chỉ tiến hành đo đạc ở những khoảngthời gian đó

Để lập lịch đo cần có những yêu cầu sau:

- Có tọa độ gần đúng của khu đo

- Có tệp lịch vệ tinh dự báo (không cũ quá 1 tháng)

- Có phần mềm chuyên dụng để tính toán lập lịch

- Đối với những điểm bị che chắn thì phải có thông tin mô tả sự chechắn đó

Kết quả lập lịch sẽ cho ta những khoảng thời gian mà có thể đo đượctrong một ngày

Có các trường hợp lập lịch sau:

- Lập lịch trong điều kiện thông thường, khu đo nhỏ, các điểm không bịche khuất Trong trường hợp này ta chỉ cần nhập tọa độ trung bình của cả khu

đo và nhận được kết quả lịch đo của cả khu đo

- Lập lịch trong điều kiện các điểm đo cách xa nhau Lúc này tọa độtrung bình của khu đo không đặc trưng cho khu đo nữa, ta phải lập lịch chotừng ca đo một

- Lập lịch trong điều kiện các điểm đo bị che chắn Lúc này ta cũngphải lập lịch cho từng ca đo và phải mô tả sự che chắn của điểm đo

Trước khi tiến hành đo cần sử dụng phần mềm PLAN hoặc QUICKPLAN để lập lịch đo và cần lập bảng dự báo các vệ tinh có thể quan sát được.Trong bảng có: số hiệu vệ tinh, độ cao vệ tinh và góc phương vị, thời gianquan sát tốt nhất để quan sát nhóm vệ tinh tốt nhất, hệ số suy giảm độ chínhxác vị trí không gian 3 chiều Khi xung quanh điểm đo có nhiều địa vật chechắn phải lập lịch đo theo điều kiện che chắn thực tế tại điểm đo

Tọa độ dùng để lập bảng dự báo cho các vệ tinh là kinh độ, vĩ độ trungbình của khu đo Thời gian dự báo nên dùng thời gian trung bình khi đongắm Lịch vệ tinh quảng bá không nên quá 20 ngày tuổi

Độ dài ca đo không ít hơn 30 phút, với điều kiện vệ tinh không ít hơn 6và PDOP không lớn hơn 5 Thời gian đo có thể kéo dài thêm đối với các cạnhlưới dài có điều kiện thu tín hiệu tại điểm đo không tốt Thời gian đo tối thiểucủa ca đo ứng với từng cấp hạng lưới được quy định và tính toán chi tiết tạibảng (1.2) dưới đây

Bảng 1.1 Yêu cầu kỹ thuật cơ bản khi đo GPS các cấp hạng

PP đo

Hạng I

Hạng II

Hạng III

Cấp 1

Cấp 2

Góc cao của vệ

tinh (0)

đo tĩnhtĩnh nhanh

(phút)

đo tĩnhtĩnh nhanh

hiệu (s)

đo tĩnhtĩnh nhanh

Bảng 1.2 Thời gian ca đo tối thiểu

Độ dài cạnh đo [km] Độ dài thời gian ca đo (‘)

kế ca đo phụ thuộc vào các yếu tố sau:

- Quy định của quy phạm

- Đồ hình của lưới

- Số lượng máy sử dụng

- Khả năng di chuyển của các điểm trong lưới

- Kết quả lập lịch đo

Thời gian trong một ca đo phụ thuộc vào các yếu tố sau:

- Độ chính xác yêu cầu khi xác định Baseline, đo càng lâu thì càngchính xác và ngược lại

- Số vệ tinh quan sát được, số vệ tinh càng ít thì càng đo lâu và ngượclại

- Chiều dài của Baseline, Baseline càng dài thì càng phải đo lâu vàngược lại

Mỗi ca đo có thể có N máy tham gia, cứ N máy thu thì sẽ có N(N-1)/2Baseline được xác định, nhưng chỉ có N-1 Baseline là độc lập, trong thực tếthì vẫn sử dụng tất cả các Baseline thu được

6 Đo đạc ngoài thực địa

Sau khi chuẩn bị xong các công việc cần thiết thì ta tiến hành đo GPS.Tùy thuộc vào yêu cầu độ chính xác mà ta chọn loại mấy thu GPS sao chophù hợp Có hai loại máy thu GPS, đó là mấy thu một tần và máy thu 2 tần

Về cơ bản hai loại này giống nhau chỉ khác nhau ở chỗ máy thu hai tần là khảnăng khử đi ảnh hưởng của tầng điện ly bằng cách kết hợp các trị đo pha trênhai tần số L1 và L2 để tạo thành trị đo L3 không chứa độ trễ điện ly

Các máy thu sẽ được đặt vào mốc GPS đã được lập lịch đo từ trước.Trước khi tiến hành đo thì việc đầu tiên là tiến hành định tâm cân bằng máy,sao cho tâm máy trùng với tâm mốc GPS và bọt thủy ở vị trí cân bằng

Việc xác định ca đo phải được thực hiện vào trước khi đo đạc và phảixác định được máy thu nào đặt tại điểm nào, thời gian bật máy, tắt máy, thiết

kế ca đo phụ thuộc vào các yếu tố sau:

- Qui định của qui phạm

- Đồ hình của lưới

- Số lượng máy sử dụng

- Khả năng di chuyển của các điểm trong lưới

- Kết quả lập lịch đo

Thời gian trong một ca đo phụ thuộc vào các yếu tố sau:

- Độ chính xác yêu cầu khi xác định Baseline, đo càng lâu thì càngchính xác và ngược lại

- Số vệ tinh quan sát được, số vệ tinh càng ít thì càng đo lâu và ngược lại

- Chiều dài của Baseline, Baseline càng dài thì càng phải đo lâu vàngược lại

Mỗi ca đo có thể có N máy tham gia, cứ N máy thu thì sẽ có N(N-1)/2Baseline được xác định, nhưng chỉ có N-1 Baseline là độc lập, trong thực tếthì vẫn sử dụng tất cả các Baseline thu được

7 Xử lý số liệu

Sau khi thu tiến hiêu vệ tinh xong thì việc tiếp theo là ta tiến hành trút

số liệu và xử lý số liệu, tùy từng loại máy mà ta sử dụng phần mềm trút và xửlý số liệu sao cho thích hợ nhất Thông thường loại máy nào thì trút và xử lý

số liệu bằng phần mềm tương ứng đi theo máy

CHƯƠNG 2: PHẦN MỀM XỬ LÝ SỐ LIỆU ĐO GPS TRIMBLE

Phần mềm Trimble Business Center có hai phiên bản: Survey Standard(chuẩn) và Survey Advanced (nâng cao)

Mô-đun Survey Advanced xử lý các cạnh L1 GPS, L2 GPS vàGLONASS và bình sai các véc-tơ L1, L2 và GLONASS Nó cho phép xử lýcạnh và bình sai lưới nâng cao

Mô-đun Survey Standard chỉ xử lý cạnh L1 GPS và bình sai các véc-tơL1 Nó cung cấp công cụ xử lý cạnh và bình sai lưới cơ bản

2.1.2 Lịch sử phát triển

Từ ngày 14 tháng 9 năm 2011, tín hiệu vệ tinh thu được từ các máy thuGPS/GNSS ở Việt Nam không sử dụng được các phần mềm GPSurvey, TGO(Trimble Geomatic Office) do hãng TRIMBLE (Mỹ) phát hành để tính toán,xử lý trị đo GPS/GNSS Đây là một sự kiện đã được báo trước, không phảihãng TRIMBLE không hỗ trợ phát triển phần mềm bình sai GPS nữa, mà là

sự thay thế phát triển phần mềm cao hơn Và phần mềm thế hệ tiếp theo củahãng là phần mềm TBC (Trimble Business Center) Phần mềm này rất thânthiện với người dùng, dễ dàng tính toán, xử lý hơn rất nhiều so với các phầnmềm cũ Cùng với xu thế phát triển của thời đại công nghệ, phần mềm TBC

không ngừng được phát triển và cập nhập, hiện nay đã được phát triển lênphiên bản 2.20 thông minh hơn và dễ sử dụng hơn.

Ta chưa thể cài đặt Trimble Business Center ngay, do chưa cài đặt các

chương trình cần thiết, chọn Tools, giao diện trình cài đặt như sau:

Hình 2.3 Giao diện cài đặt phần mềm hỗ trợ

Lần lượt cài đặt:

- Microsoft ActiveSync v4.5.

- Microsoft DirectX v9.0c.

- Grid Factory (không bắt buộc, để làm việc với mô hình geoid *.ggf).

- Cài đặt Trimble Business Center

Sau khi cài đặt xong chúng ta cài đặt khóa như sau:

- Chạy file TBC2.2 trong thư mục

KEY TBC2.2

- Nhập mật khẩu (có trong file

Pass.txt) vào cửa sổ dưới đây.

- Trong thẻ Driver nhấn nút Install Driver.

Hình 2.4 Crack phần mềm

- Chuyển sang thẻ Emulator và nhấn nút Start Service.

- Chuyển sang thẻ Dongles nhấn nút Load Dump.

Trong cửa sổ Open chọn mở file TBC2_L1_L2_.dng.

- Thoát khỏi trình cài đặt khóa và khởi động lại chương trình Trong thẻ

Driver, chọn Automatic Start và nhấn nút Save State.

Hình 2.5 Lưu Crack phần mềm

- Kết thúc các bước cài đặt

Để kiểm tra cài đặt, vào thẻ Emulator Nếu có thông báo như hình bên,

quá trình cài đặt đã thành công

- Thoát khỏi chương trình cài đặt khóa

Phiên bản phần mềm Trimble Business Center được cài đặt ở trên là

2.0 Nếu muốn nâng cấp thành phiên bản 2.20, ta cần chạy file Trimble

Business Center 2.msi trong thư mục TBC_v2.20_Web_Installation Giao

diện trình cài đặt có dạng sau Làm theo các hướng dẫn trên màn hình để kếtthúc cài đặt nâng cấp phiên bản phần mềm

Hình 2.6 Cài TBC 2.20 Khởi động phần mềm bằng cách nhấn đúp vào biểu tượng Trimble Business Center trên màn hình

Để kiểm tra phiên bản của phần mềm, từ thực đơn chính chọn

Help/About Trimble Business Center.

Hình 2.7 Kiểm tra crack

Trên hộp thoại hiển thị thông tin về phiên bản phần mềm Nút

Products kích hoạt cho biết phần mềm đã được cài đặt khóa.

2.2.2 Thiết lập hệ tọa độ địa phương

Trên thế giới sử dụng hệ tọa độ chung WGS- 84, song mỗi quốc gia lạisử dụng một hệ tọa độ riêng Hiện nay chúng ta đã sử dụng hệ tọa độ VN-

2000 thay thế hệ tọa độ cũ HN- 72, và đã được thủ tướng chính phủ ký quyếtđịnh theo đề nghị của tổng cục trưởng tổng cục địa chính được áp dụng từngày 12 tháng 7 năm 2000

Hệ tọa độ VN- 2000 gồm các tham số sau:

- Elipsoid quy chiếu: Hệ quychiếu quốc tế WGS84 toàn cầu có kíchthước: bán trục lớn: a =6.378.137,000m, độ dẹt: f = 1/298,257223563

- Điểm gốc tọa độ quốc gia: điểm N00 đặt trong khuôn viên ViệnNghiên cứu Địa chính, đường Hoàng Quốc Việt,Hà Nội;

- Lưưới chiếu tọa độ phẳng cơ bản: lưới chiếu hình trụ ngang đồng gócUTM quốc tế;

- Chia múi và phân mảnh hệ thống bản đồ cơ bản: theo hệ thống lướichiếu hình trụ ngang đồng góc UTM quốc tế, danh pháp tờ bản đồ theo hệthống hiện hành có chú thích danh pháp UTM quốc tế.

Từ màn hình máy tính chọn Start/All Programs/Trimble Office/Utilities/Coordinate System Manager Cửa sổ mô-đun Coordinate SystemManager xuất hiện và hiển thị tất cả các hệ toạ độ có trong file Current

2.2.3 Tạo mô hình Geoid

Đầu tiên ta Copy file mô hình geoid (EGM2008.ggf) mà mình muốn sửdụng vào thư mục: C:\Documents and Settings\All Users\ApplicationData\Trimble\GeoData Trong hộp thoại Coordinate System Manager chọnmục Geoid Models sau đó bấm chuột phải và chọn Add New Model Hộpthoại Geoid Properties xuất hiện Đặt tên cho mô hình geoid cần nhập trongtrường Name và chọn file *.ggf tương ứng từ danh sách File Name

Lưu ý: Nếu bạn không tìm thấy đường dẫn, cần tiến hành tìm thư mụcGeo Data chứa các file *.ggf với tùy chọn Search hiden files and folders

Nhấn OK để hoàn thành khai báo mô hình geoid

2.2.4 Lập hệ quy chiếu VN- 2000

Ta chọn Datum Transformations, bấm chuột phải vào vùng trống bên trái và chọn Add New Datum Transformation/Seven Parameter…

Hình 2.8 Cửa sổ Datum Transformations Trong cửa sổ Datum Transformation Properties nhập VN2000 vào trường Name Nhấn vào nút mũi tên và chọn Elipsoid: World Geodetic

System 1984

Hình 2.9 Chọn Elipsoid

Chọn To WGS-84 và nhập các thông số như trên hình dưới đây, sau đó

nhấn OK:

Hình 2.10 Nhập các thông số

Kết quả như sau:

Hình 2.11 Kết nhập hệ tọa độ địa phương

2.2.5 Thiết lập các múi tọa độ

Chọn bảng Coordinate Systems, bấm chuột phải vào vùng trống bên trái và chọn Add New Coordinate Systems Group…từ thực đơn.

Hình 2.12 Cửa sổ Coordinate Systems Nhập tên cho nhóm hệ toạ độ (VietNam) trong cửa sổ

Coordinate System Group Parameters và nhấn OK.