Công tác chọn điểm và đo nối khống chế ảnh bằng công nghệ GPS

Trường ĐH Mỏ Địa Chất                       Đồ án tốt nghiệp MỤC LỤC     Lời mở đầu .2 Chương I: Những vấn đề  cơ  bản về  điểm khống chế  ngoại nghiệp và  công nghệ dùng để đo nối .3 I.1. Quy trình thành lập bản đồ bằng phương pháp đo ảnh .3 I.2. Vị trí và nhiệm vụ của công tác đo nối khống chế ảnh đối với công tác đo   ảnh .4 I.3. Các yêu cầu cơ bản đối với điểm khống chế ảnh .5 I.4. Các phương pháp đo nối khống chế ảnh 12 Chương II: Công nghệ  GPS trong công tác đo nối khống chế  ảnh ngoại   nghiệp .14 II.1. Giới thiệu công nghệ GPS 14 II.2. Ứng dụng công nghệ GPS trong đo nối khống chế ảnh 30 Chương III: Công tác chọn điểm và đo nối khống chế ảnh bằng công  nghệ GPS khu vực thành phố Hải Phòng phục vụ thành lập bản đồ nền  địa lý .44 III.1 Khái quát chung về khu vực thực nghiệm .44 III.2 Hiện trạng thông tin tư liệu  47 III.3 Đánh giá độ chính xác và kết quả 56 Kết luận 58 Tài liệu tham khảo 59 Lê Quốc Sáng ­ 1 ­        Trắc đại C­K50 Trường ĐH Mỏ Địa Chất                       Đồ án tốt nghiệp Phụ lục .60 LỜI MỞ ĐẦU Với sự  phát triển không ngừng của khoa học kỹ  thuật ngày nay ,con  người có thêm nhiều  ứng dụng để  giải phóng sức lao động của mình trông   công việc. Một trong những  ứng dụng đó là đưa hệ  thống định vị  toàn cầu  GPS vào  ứng dụng trong nhiều ngành như: Hàng hải, hàng không, an ninh  quốc phòng và nhất là trong công tác trắc địa và bản đồ Hệ thống định vị toàn cầu GPS (Global Positioning System) là hệ thống  định vị, dẫn đường sử dụng các vệ tinh nhân tạo do Bộ Quốc Phòng Mỹ triển   khai từ    năm 1970. Ban đầu hệ  thống này được sử  dụng chủ  yếu cho mục  đích quân sự, nhưng do tính ưu việt của hệ thống này mà nó đã và đang được  ứng dụng rộng rãi trong nhiều hoạt động kinh tế, xã hội. Trắc địa và bản đồ  cũng là một trong những ngành  ứng dụng công nghệ  này có hiệu quả  những  tính năng ưu việt đó   Ở  nước ta kỹ  thật định vị  toàn cầu GPS  vào sử  dụng trong công tác   trắc địa và bản đồ  từ  đầu những năm 1990. Thực tế  cho thấy ngành trắc địa   nước ta đã làm chủ  công nghệ  này và đã giải quyết được nhiều nhiệm vụ  quan trọng trong công tác trắc địa. Để tìm hiểu và chứng minh tính ứng dụng  thực tiễn cao của công nghệ  GPS trong lĩnh vực trắc địa ­ bản đồ  nói chung  và trong ngành trắc địa  ảnh nói riêng em đã chọn đề  tài: “ Công tác chọn  điểm và đo nối khống chế  ảnh bằng công nghệ  GPS”  Nhằm nêu rõ khả  năng  ứng dụng công nghệ  GPS trong việc xác định toạ  độ  điểm khống chế  ảnh ngoại nghiệp phục vụ công tác tăng dày khống chế ảnh Nội dung đồ án gồm: Chương I  : Những vấn đề cơ bản về điểm khống chế ngoại nghiệp và  công nghệ dùng để đo nối khống chế ngoại nghiệp Chương II : Công nghệ  GPS trong công tác đo nối điểm khống chế  ngoại  nghiệp Lê Quốc Sáng ­ 2 ­        Trắc đại C­K50 Trường ĐH Mỏ Địa Chất                       Đồ án tốt nghiệp Chương III: Công tác chọn điểm và đo nối khống chế   ảnh bằng công   nghệ GPS khu vực thành phố Hải Phòng phục vụ thành lập bản đồ nền  địa lý Kết luận Tài liệu tham khảo Phụ lục CHƯƠNG I NHỮNG VẤN ĐỀ CƠ BẢN VỀ ĐIỂM KHỐNG CHẾ ẢNH NGOẠI NGHIỆP VÀ CÔNG NGHỆ ĐO NỐI KHỐNG CHẾ  NGOẠI NGHIỆP I.1. QUY TRÌNH THÀNH LẬP BẢN ĐỒ BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐO ẢNH Trong trắc địa phương pháp đo  ảnh hay còn gọi là phương pháp trắc địa  ảnh, là một phương pháp cơ  bản trong đo vẽ  bản đồ  địa hình, địa chính  các  loại. Trong đó, phương pháp trắc địa ảnh hàng không là phương pháp chủ yếu   trong công tác đo vẽ bản đồ các loại tỷ lệ khác nhau đặc biệt bản đồ địa hình   trung bình và nhỏ. Đo ảnh có 2 quá trình cơ bản là: - Quá trình thu nhận hình ảnh thông tin ban đầu của đối tượng đo - Quá trình dựng lại và đo đạc trên mô hình của đối tượng đo từ hình  ảnh chụp hoặc các thông tin thu được Ngày nay với những thành tựu phát triển hiện đại về khoa học kỹ thuật và   công nghệ, phương pháp đo  ảnh có khả  năng đáp  ứng được các yêu cầu đa   dạng về thành lập bản đồ địa hình, địa chính  Để  thành lập bản đồ  bằng phương pháp  ảnh thì việc lựa chọn quy trình  công nghệ đo vẽ cũng tuỳ thuộc vào đặc điểm địa hình, quy mô khu đo và các   Lê Quốc Sáng ­ 3 ­        Trắc đại C­K50 Trường ĐH Mỏ Địa Chất                       Đồ án tốt nghiệp điều kiện kỹ  thuật cụ  thể. Ta có thể  tổng quát quy trình công nghệ  của  phương pháp ảnh như sau Đối tượng đo vẽ Công tác đo nối KC Công tác bay chụp ảnh Công tác điều vẽ Công tác tăng dày  khống chế ảnh Các quá trình xử lý và đo vẽ ảnh trong phòng Phương pháp đo ảnh đơn          Phương pháp đo ảnh lập  thể Đo vẽ ảnh quang cơ Lê Quốc Sáng Đo vẽ ảnh  giải tích ­ 4 ­ Đo vẽ ảnh số        Trắc đại C­K50 Trường ĐH Mỏ Địa Chất                       Đồ án tốt nghiệp Các kết quả đo vẽ Hình 1.1. Sơ đồ quy trình công nghệ tổng quát của phương pháp đo ảnh I.2. VỊ  TRÍ VÀ NHIỆM VỤ  CỦA CÔNG TÁC ĐO NỐI KHỐNG CHẾ   ẢNH  ĐỐI VỚI CÔNG TÁC ĐO ẢNH: Trong công tác đo vẽ   ảnh hàng không các điểm khống chế  là cơ  sở  cho   việc xác định vị trí không gian trong hệ toạ độ trắc địa của chùm tia hoặc các  mô hình lập thể  được xác định từ  các  ảnh bay chụp, vì các nguyên tố  định  hướng       ảnh  hàng   không  thường   không     xác   định   bằng  các  phương pháp vật lý trong khi bay chụp với độ  chính xác yêu cầu. Các điểm  khống chế ảnh nói trên là những điểm địa vật được xác đánh dấu trên các ảnh  đo và đồng thời được xác định toạ độ của chúng trong hệ toạ độ trắc địa  Toạ độ của các điểm khống chế ảnh có thể xác định bằng phương pháp   đo đạc ngoài thực địa gọi là điểm khống chế   ảnh ngoại nghiệp hoặc bằng   phương pháp trong phòng gọi là điểm khống chế tăng dày Những điểm khống chế  được bố  trí trên thực địa và toạ  độ  của chúng  được xác định bằng phương   pháp đo đạc ngoài trời, đồng thời vị  trí của  chúng được đánh dấu trên  ảnh đo và có mặt trong lưới khống chế  tăng dày   được gọi là những điểm đo nối khống chế   ảnh ngoại nghiệp. Toàn bộ  công  tác bố trí điểm, đo đạc và đánh dâú vị  trí điểm trên  ảnh đo được gọi là công  tác đo nối khống chế ảnh Tuy nhiên, nếu tất cả các điểm khống chế ảnh đều phải tiến hành đo đạc   xác định ngoài thực địa thì khối lượng công tác sẽ  tăng lên rất lớn. Vì vậy   trong phương pháp đo  ảnh, người ta dựa trên các tính chất hình học cơ  bản   của  ảnh đo và nguyên lý để  xây dựng các phương pháp đo đạc trong phòng  nhằm xác định toạ  độ  trắc địa của các điểm khống chế  thay cho phần lớn   công tác đo đạc ngoài trời. Công tác này gọi là công tác tăng dày khống chế  ảnh  Lê Quốc Sáng ­ 5 ­        Trắc đại C­K50 Trường ĐH Mỏ Địa Chất                       Đồ án tốt nghiệp Qua đây ta có thể  thấy công tác đo nối khống chế   ảnh được thực hiện   theo yêu cầu của công tác tăng dày khống chế   ảnh và nó có vị  trí then chốt   trong quá trình đo vẽ   ảnh như  được biểu thị    sơ  đồ  quy trình công nghệ  phần I.1 . Từ  quy trình công nghệ trên ta có thể thấy : Công tác đo nối khống   chế ảnh là một khâu quan trọng trong toàn bộ quy trình công nghệ đo vẽ Nhiệm vụ của công tác đo nối khống chế ảnh là xác định toạ độ  trắc địa   của các điểm khống chế  đo vẽ   ảnh được chọn và đánh dấu   những vị  trí   thích hợp trên các ảnh đo nhằm làm cơ sở cho việc liên kết các đối tượng đo  vẽ  trong phòng với miền thực địa. Ngoài ra công tác đo nối khống chế   ảnh   còn có nhiệm vụ nữa là tính toán các yếu tố định hướng ngoài của ảnh I.3. CÁC YÊU CẦU CƠ BẢN ĐỐI VỚI ĐIỂM KHỐNG CHẾ ẢNH  I.3.1. Độ chính xác của điểm khống chế ảnh : I.3.1.1. Sai số trung phương vị trí mặt phẳng của điểm khống chế ảnh ngoại  nghiệp, điểm khống chế  đo vẽ  ngoại nghiệp so với vị  trí điểm tọa độ  quốc  gia gần nhất sau bình sai tính theo tỷ lệ bản đồ thành lập không vượt quá 0,1   mm ở vùng quang đãng và 0,15 mm ở vùng ẩn khuất I.3.1.2. Sai số  trung phương độ  cao của điểm khống chế   ảnh ngoại nghiệp,  điểm khống chế  đo vẽ  sau bình sai so với điểm độ  cao quốc gia gần nhất   không vượt quá 1/10 khoảng cao đều đường bình độ  cơ  bản   vùng quang   đãng và 1/5 khoảng cao đều đường bình độ cơ bản ở vùng ẩn khuất I.3.2.  Sai số  giới hạn của vị  trí địa vật; của độ  cao đường bình độ, độ  cao  điểm đặc trưng địa hình, độ cao điểm ghi chú độ cao; của vị trí mặt phẳng và   độ  cao điểm khống chế   ảnh ngoại nghiệp, điểm khống chế  đo vẽ  không  được vượt quá 2 lần các sai số  quy định tại Mục I.3.1. Khi kiểm tra, sai số  lớn nhất không được vượt quá sai số  giới hạn. Số  lượng các trường hợp có  sai số  vượt hạn sai nhưng nhỏ  hơn sai số  giới hạn phải bảo  đảm về  mặt   phẳng không vượt quá 5% tổng số các trường hợp kiểm tra, về độ cao không  vượt quá 5% tổng số các trường hợp kiểm tra ở vùng quang đãng và 10% tổng  Lê Quốc Sáng ­ 6 ­        Trắc đại C­K50 Trường ĐH Mỏ Địa Chất                       Đồ án tốt nghiệp số  các trường hợp  kiểm tra   vùng khó khăn,  ẩn khuất. Trong mọi trường   hợp các sai số đều không được mang tính hệ thống I.3.3. Thiết kế, đo nối điểm khống chế ảnh ngoại nghiệp: I.3.2.1. Nguyên tắc thiết kế điểm khống chế ảnh ngoại nghiệp: a) Các điểm khống chế   ảnh ngoại nghiệp phải khống chế  được toàn    diện tích đo vẽ. Điểm khống chế   ảnh ngoại nghiệp là điểm rõ nét có cả  trên ảnh và ngoài thực địa, phải bố trí vào các vị trí ít nhất có độ phủ 3 với các   điểm nằm trên một tuyến bay; độ  phủ  4,6 với các điểm nằm trên hai tuyến  bay và cách mép ảnh không nhỏ hơn 1cm.  Khi sử dụng công nghệ GPS để đo nối các điểm khống chế ảnh, thì các   điểm khống chế   ảnh ngoại nghiệp phải được thiết kế  nằm   vị  trí thoáng,  thu sóng vệ  tinh tốt, cách xa các nguồn phát sóng có thể  gây ra sóng nhiễu   ( như trạm truyền phát tín hiệu vô tuyền, đài phát thanh, trạm điện…) khi đo  GPS làm  ảnh hưởng nghiêm trọng đến kết quả  đo. Khoảng cách giữa các  điểm KCNN phải thỏa mãn yêu cầu về  khoảng cách giữa các điểm trong đo  lưới sử dụng công nghệ GPS, cũng như cấp hạng lưới tương đương b) Mật độ  và vị  trí của các điểm khống chế   ảnh ngoại nghiệp phụ  thuộc vào chương trình tăng dày nội nghiệp được sử dụng và phải được tính  toán trên cơ  sở  đảm bảo độ  chính xác về  tọa độ  mặt phẳng và độ  cao của  điểm   chi   tiết       đồ   Đồ   hình   thiết   kế   điểm   khống   chế   ảnh   ngoại  nghiệp trong khối tăng dày theo sơ đồ.  Lê Quốc Sáng ­ 7 ­        Trắc đại C­K50 Trường ĐH Mỏ Địa Chất                       Đồ án tốt nghiệp   +  +  +  +  +  +  +  +  +  +  +  +  +  +  +  +  +  +  +  +  +  +  +  +  +  +  +  +  +  +  +  +  +  +  +  +  +  +  +  +  +  +  +  +  +  +  +  +  + + + +  +  +  +  +  +  +  +  +  + + + + + + +        + +  +  + +   +   + +   +   + +   +   +   +   +   + +   + +   +   + + + + + Trong sơ đồ trên:             là điểm khống chế tổng hợp (X, Y, H);                                     là điểm khống chế độ cao; +       là tâm chính ảnh Công thức tính toán số lượng mô hình giữa các điểm khống chế ảnh: a) Khi tăng dày mặt phẳng: ms =0.25mxy n3 b) Khi tăng dày độ cao:  mh = số H m p ,q 12.5b n +19n +48 Trong đó: ­ ms     là sai số trung phương về mặt phẳng ­ mh     là sai số trung phương về độ cao ­ mp, q   là sai số  trung phương đo thị  sai đo tọa độ  trên trạm xử lý  ảnh   ­ mxy    là sai số trung phương đo tọa độ độ ảnh ­ n       là số đường đáy ­ H  là chiều cao bay chụp Lê Quốc Sáng ­ 8 ­        Trắc đại C­K50 Trường ĐH Mỏ Địa Chất                       Đồ án tốt nghiệp ­ b  là cạnh đáy ảnh  Điểm khống chế ảnh ngoại nghiệp có ba loại sau đây: ­ Điểm khống chế tổng hợp : xác định cả toạ độ mặt phẳng và độ cao ­ Điểm khống chế mặt phẳng ­ Điểm khống chế độ cao   Những   điểm   khống   chế   ảnh   ngoại   nghiệp   dù     xác   định   bằng  phương pháp gì cũng đều phải thoả  mãn các yêu cầu về  độ  chính xác, về  khối lượng và vị trí điểm quy định sau đây: Số lượng điểm và phương án bố trí điểm khống chế ngoại nghiệp phụ  thuộc vào độ chính xác cần đạt của điểm khống chế tăng dày để phục vụ cho   nhiệm vụ đo vẽ cụ thể. Ngày nay, với những phát triển mới của các phương   pháp tam giác  ảnh cho phép nâng cao độ  chính xác và hiệu quả  của công tác  tăng dày, nên số lượng điểm khống chế ngoại nghiệp được giảm tới mức tối   thiểu và phương án bố trí điểm cũng rất linh hoạt   +  +  +  +  +  +  +  +  +  +  +  +  +  +  +  +  +  +  +  +  +  +  +  +  +  +  +  +  +  +  +  +  +  +  +  +  +  +  +  +  + + + +  +  +  +  +  +  +  +  + + + + + +   +  +   + +   + +   + + + Lê Quốc Sáng + + + +  +  +  +  +  +  +  +  +  +  +  +  +  + +  +  +  +  + + +   +   + + +     + + +  +  +  Hình 1.2.1 + + + + + + + +  + + + + +  +  +  +  +  +  + +   +   +   +   +    +    +    +  +      +   +    +   +  +  +  + +  +    +  +  +  +  +  +  +  +  +  +  +  +  +  +  +  +  + + ắc đ +  ại C­K50 + ­ 9 ­ + + + + + +       Tr                     + + + + + + + + + + + + Trường ĐH Mỏ Địa Chất                       Đồ án tốt nghiệp Hình 1.2.2 Hình 1.2 Các phương án bố trí điểm khống chế ngoại nghiệp Hình 1.2.1. Phương pháp bố trí điểm khống chế  ảnh ngoại nghiệp cho  lưới có tuyến bay chặn Hình 1.2.2. Phương pháp bố trí điểm khống chế  ảnh ngoại nghiệp cho  lưới không có tuyến bay chặn Ký hiệu:              là điểm khống chế tổng hợp (X, Y, H)                                   là điểm khống chế độ cao +     là tâm chính ảnh Hình 1.2 mô tả  một vài ví dụ  về  phương án bố  trí điểm khống chế  ngoại nghiệp cho công tác tăng dày theo các phương pháp khác nhau c) Điểm kiểm tra ngoại nghiệp được xác định với độ  chính xác tương   đương điểm khống chế   ảnh ngoại nghiệp. Điểm kiểm tra phải bố  trí vào vị  trí yếu  nhất và rải đều trong khối tăng dày, mỗi khối phải có ít nhất một  điểm; với những khối lớn bảo đảm từ 40 đến 60 mô hình có 1 điểm I.3.4. Chọn, chích, tu chỉnh điểm khống chế ảnh : a) Điểm khống chế   ảnh ngoại nghiệp được chọn phải tồn tại   thực  địa và có hình  ảnh rõ nét trên  ảnh, đảm bảo nhận biết và chích trên ảnh với  độ chính xác 0,1 mm. Nếu điểm chọn vào vị trí giao nhau của các địa vật hình tuyến  thì góc giao nhau phải nằm trong khoảng từ 300 đến 1500,  nếu điểm chọn vào địa vật  hình tròn thì đường kính phải nhỏ hơn 0,3 mm trên ảnh. Ngoài các yêu cầu trên, cần   chọn điểm khống chế ảnh ngoại nghiệp vào vị trí thuận tiện cho đo nối Lê Quốc Sáng ­ 10 ­        Trắc đại C­K50 Trường ĐH Mỏ Địa Chất                       Đồ án tốt nghiệp b) Điểm khống chế ảnh ngoại nghiệp phải đóng cọc gỗ hoặc dùng sơn   đánh dấu vị trí ở thực địa, đảm bảo tồn tại ổn định trong thời gian thi công và  kiểm tra, nghiệm thu c) Các điểm khống chế ảnh ngoại nghiệp, điểm kiểm tra, điểm tọa độ  và độ cao quốc gia được sử  dụng làm cơ sở để đo nối khống chế ảnh ngoại   nghiệp nếu đủ  điều kiện về  vị  trí địa vật để  chích đều phải chích lên  ảnh  khống chế  tại thực địa, đường kính lỗ  chích không vượt quá 0,15 mm trên  ảnh.  d) Tất cả  các điểm được chích lên  ảnh khống chế  đều phải được tu   chỉnh lên mặt phải và mặt trái của  ảnh. Trên mặt phải  ảnh, các điểm được  khoanh vị trí, ghi tên điểm; trên mặt trái vẽ sơ đồ ghi chú điểm gồm sơ đồ tổng quan  và sơ đồ mô tả chi tiết vị trí điểm. Cách thức tu chỉnh như ( Hình 1.3 và Hình 1.4).  Các điểm tọa độ  và độ  cao quốc gia được sử  dụng làm cơ  sở  để  đo nối   khống chế   ảnh ngoại nghiệp nhưng không đủ  điều kiện để  chích lên  ảnh  phải tu chỉnh lên mặt phải của ảnh Hình1.3. Tu chỉnh mặt phải ảnh khống chế F­48­68­ (256­k) N1002 H309 11514 11521 I(HN-HP)7LD N1003 Lê Quốc Sáng ­ 11 ­        Trắc đại C­K50 Trường ĐH Mỏ Địa Chất                       Đồ án tốt nghiệp N1002 ­  Điểm  khống chế   ảnh mặt phẳng (vòng tròn màu  đỏ  đường kính 1 cm và số hiệu điểm màu đỏ) H309  ­   Điểm   khống   chế   ảnh   độ   cao   (vòng   tròn   màu   xanh   đường kính 1 cm, số hiệu điểm màu xanh).  N1003 ­ Điểm khống chế   ảnh mặt phẳng và độ  cao (vòng tròn  ngoài màu đỏ đường kính 1cm, vòng tròn trong màu xanh   đường kính 0,6cm và số hiệu điểm màu đỏ) 11514 ­ Điểm toạ  độ  quốc gia (tam giác màu đỏ  cạnh 1 cm, số  hiệu điểm màu đỏ) 11521 ­ Điểm toạ  độ  quốc gia chích không chính xác (tam giác   cạnh 1 cm màu đỏ; số hiệu điểm màu đỏ) I(HN­HP)7LD ­ Điểm độ cao quốc gia (vòng tròn màu xanh lá cây  đường kính 1 cm, số hiệu điểm màu xanh lá cây) Hình 1.4.  Tu chỉnh mặt trái ảnh khống chế N1002 Người chích:  Lê Quốc Sáng Ngày chích: 12/6/2010 Chích ở giữa ngã 3 bờ ruộng H309 0,6 8,35 Người chích: Lê Quốc  Sáng Ngày chích: 12/6/2008 Chích ở góc bờ ruộng N1002 ­ Điểm khống chế mặt phẳng H309  ­  Điểm khống chế độ cao 8,35 ­   Độ cao của điểm ;                     0,6 ­   Tỷ cao hoặc tỷ sâu của điểm Lê Quốc Sáng ­ 12 ­        Trắc đại C­K50 Trường ĐH Mỏ Địa Chất                       Đồ án tốt nghiệp (Đường kính các vòng tròn đều bằng 3 mm, kích thước ô vuông 4 cm x 4 cm;   nội dung tu chỉnh vẽ và ghi chú bằng chì đen) I.3.5. Đo nối điểm khống chế ảnh ngoại nghiệp: a) Điểm khống chế   ảnh ngoại nghiệp phải được đo nối với ít nhất 2   điểm có tọa độ và độ cao quốc gia.  b) Đo vẽ bản đồ bằng phương pháp đo vẽ phối hợp thì tất cả các điểm  khống chế   ảnh đều phải xác định độ  cao với độ  chính xác theo quy định tại  Mục  I.3.1 c) Việc đo nối điểm khống chế ảnh ngoại nghiệp bằng máy GPS, máy    toàn đạc điện tử, máy kinh vĩ phải tuân theo quy định kỹ  thuật áp dụng đối  với từng loại thiết bị d) Điểm khống chế   ảnh ngoại nghiệp phải được tính toán và bình sai  trong hệ toạ độ quốc gia VN­2000, hệ độ cao quốc gia I.4. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO NỐI KHỐNG CHẾ ẢNH            Đo nối khống chế ảnh xác định toạ độ  điểm khống chế phục vụ cho  tăng dày tam giác  ảnh hoặc khống chế  cho từng mô hình đơn. Có thể  dùng  phương pháp đo đạc như đo nối bằng máy toàn đạc, bằng công nghệ GPS I.4.1. Đo nối khống chế ảnh bằng máy toàn đạc: Hiện nay có rất nhiều máy toàn đạc có độ  chính xác cao có thể  dùng để:  Lập lưới lưới cơ sở, lưới đo vẽ cho đến quá trình đo vẽ cho độ chính xác cao   và nhanh chóng. Khi đo nối khống chế  ảnh ngoại nghiệp ta có thể  dùng máy  toàn đạc, ta tiến hành đo góc và đo cạnh từ  các điểm Nhà nước đến điểm  khống chế   ảnh đã được bố  trí ngoài thực địa. Sau đó tiến hành bình sai và   đánh giá độ chính xác Một số tham số kỹ thuật của các máy toàn đạc điện tử TT Tên máy SET 3000 Lê Quốc Sáng Hãng sản  Độ chính xác  xuất đo góc ( ” ) SOKKIA ­ 13 ­ Độ chính xác Khoảng cách đo cạnh đo 1 gương (mm) 2 + 2ppm (m) 2200        Trắc đại C­K50 Trường ĐH Mỏ Địa Chất SET 2B,C TC 2003                       Đồ án tốt nghiệp SOKKIA Leica 0.5 3 + 2ppm 1 + 1ppm 2900 2000 Hình 1.5.  Một số loại máy toàn đạc Nhưng đo bằng phương pháp nay thì có nhược điểm là chịu  ảnh hưởng   của điều kiện thời tiết, các điểm phải thông hướng với nhau, cạnh bố  trí  ngắn trong khi điểm KCANN lại chiếm trên diện tích rất rộng, do đó  ảnh  hưởng đến tính chặt chẽ của mô hình phân bố điểm và năng suất công việc I.4.2. Đo nối khống chế ảnh bằng công nghệ GPS: Hiện nay công nghệ  GPS được  ứng dụng rộng rãi, có thể  dùng máy thu  GPS đặt tại các điểm Nhà nước đo nối để  xác định toạ  độ  điểm khống chế  ảnh ngoại nghiệp. Nếu sử  dụng phương pháp này sẽ  giảm đáng kể  mật độ  điểm khống chế toạ độ  địa chính các cấp cũng như đảm bảo được tính chặt  chẽ của các mô hình phân bố điểm.Trong đo nối khống chế ảnh ngoại nghiệp  bằng GPS cần xác định các session đo thông qua đồ  hình lưới. Việc bình sai   GPS có sử  dụng mô hình Geoid bình sai sẽ  dùng được độ  cao để  làm khống  chế ảnh Ví dụ: Đồ hình secsion đo bằng 3 máy thu GPS 117401 117403 N004 N002 N003 N001 N005 117402 Lê Quốc Sáng ­ 14 ­        Trắc đại C­K50 Trường ĐH Mỏ Địa Chất                       Đồ án tốt nghiệp      Các vòng khép cùng session                                Các vòng khép khác session.                       CHƯƠNG II  CÔNG NGHỆ GPS TRONG CÔNG TÁC ĐO NỐI  KHỐNG CHẾ ẢNH NGOẠI NGHIỆP II.1. GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ GPS: II.1.1. Lịch sử ra đời và phát triển của hệ thống định vị toàn cầu GPS Hệ  thống định vị  toàn cầu  GPS  (  Global  Positioning  System ) là hệ  thống định vị  và đạo hàng, hệ  thống này ra đời nhằm đáp  ứng ý tưởng sử  dụng vệ tinh nhân tạo của trái đất vào mục đích định vị dẫn đường trên mặt   đất, ít phụ  thuộc vào thời tiết và thời điểm trong ngày. Nó đã được các nhà  khoa học Liên Xô và Mỹ đề cập đến từ những năm của thập niên 50­60 (thế  kỷ  XX), khi Liên Xô phóng thành công vệ  tinh nhân tạo đầu tiên của trái   đất( vệ  tinh Sputnhich­1) vào năm 1957, từ đó các nhà khoa học quân sự  của  hai nước và các nhà khoa học trên thế giới đã tiếp tục nghiên cứu và đạt được   những thành công trong việc sử dụng vệ tinh của mình. Để xác định vị trí của  các điểm trên mặt đất hoặc trên đại dương phục vụ cho việc dẫn đường tàu,  thuyền, máy bay và các phương tiện quân sự  khác. Bước đầu các hệ  thống   định vị vệ tinh khu vực được xây dựng nhằm đáp ứng nhu cầu  định vị  chính   xác cao cho cả  một vùng rộng lớn mà ít phụ  thuộc vào các điều kiện không   gian và thời gian. Người ta xây dựng các hệ  thống định vị  vệ  tinh khu vực   trong đó vệ  tinh  thường được sử  dụng là vệ  tinh địa tĩnh. Một số  hệ  thống  định vị vệ tinh được xây dựng thuộc loại này như: ­ Hệ thống STAR ­ FIX Lê Quốc Sáng ­ 15 ­        Trắc đại C­K50 Trường ĐH Mỏ Địa Chất                       Đồ án tốt nghiệp ­ Hệ thống EUTELTRACS và hệ thống OMNITRACS ­ Hệ thống NAVSTAR Vào những năm đầu của thập niên 60 ( thế kỷ XX) thì hệ thống định vị  toàn cầu được ra đời như: ­ Hệ thống TRANSIT của Mỹ ­ Hệ thống TSICADA của Liên Xô Vào   khoảng       năm   60   (thế   kỷ   XX)   Bộ   quốc   phòng   Mỹ  khuyến khích xây dựng một hệ  thống đạo hàng vệ  tinh hoàn hảo so với hệ  thống TRANSIT. Ý tưởng chính của đề  án do Hải quân Mỹ  đề  xuất là sử  dụng khoảng cách đo từ  các điểm trên mặt đất đến vệ  tinh trên cơ  sở  biết  chính xác tốc độ  và thời gian lan truyền tín hiệu vô tuyến, đề  án có tên là  TIMATION. Các công trình nghiên cứu tương tự  cũng được không quân Mỹ  tiến hành trong khuôn khổ chương trình mang mã số 612B. Song từ năm 1973  Bộ quốc phòng Mỹ quyết định đình chỉ cả hai chương trình này để  triển khai   phối hợp nghiên cứu xây dựng hệ thống đạo hàng vô tuyến vệ tinh trên cơ sở  kết quả  của chương  trình TRANSIT và hai chương  trình vừa nói tới. Hệ  thống này có tên gọi đúng là NAVSTAR GPS (Navigation Satellite Providing  Timing and Ranging Global  Poisitioning Sytem). Nhiệm vụ  chủ  yếu của hệ  thống là xác định 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 cơ  quan dân sự. Khi được hoàn tất, hệ  thống sẽ  gồm 21 vệ tinh hoạt   động và 3 vệ  tinh dự trữ, các vệ  tinh bay trên 6 quỹ  đạo gần như  tròn, ở  độ  cao cỡ 20200 km với chu kỳ xấp xỉ 12 giờ. Với cách bố trí này thì trong suốt   24 giờ  tại bất kỳ  điểm nào trên trái đất cũng sẽ  quan sát được ít nhất 4 vệ  tinh. Các vệ tinh đầu tiên của hệ thống được phóng lên quy đạo vào ngày 22  tháng 2 năm  1978. Từ ngày 8 tháng 12 năm 1993, trên 6 quỹ đạo của hệ thống   GPS đã đủ  24 vệ  tinh, toàn bộ  hệ thống 24 vệ  tinh được đưa vào hoạt động   hoàn chỉnh từ tháng 5 năm 1994.  Lê Quốc Sáng ­ 16 ­        Trắc đại C­K50 Trường ĐH Mỏ Địa Chất                       Đồ án tốt nghiệp II.1.2. Cấu trúc chung của hệ thống định vị toàn cầu GPS Hệ  thống định vị  toàn cầu GPS bao gồm ba bộ  phận cấu thành ( hình  2.1), đó là:      ­ Đoạn không gian (Space Segment) ­ Đoạn điều khiển (Control Segment) ­ Đoạn sử dụng (User Serment) Hình 2.1 Các phần của hệ thống định vị toàn cầu     Đoạn không gian (Space Segment) Đoạn này gồm 24 vệ  tinh, trong đó có 3 vệ  tinh dự  trữ, chuyển động  trên 6 mặt phẳng quỹ  đạo cách đều nhau và có góc nghiêng 55o  so với mặt  phẳng xích đạo của trái đất. Quỹ đạo của vệ tinh gần như tròn, vệ tinh bay ở  độ  cao xấp xỉ 20200 km so với mặt đất, chu kỳ  quay của vệ tinh là 718 phút  Lê Quốc Sáng ­ 17 ­        Trắc đại C­K50 Trường ĐH Mỏ Địa Chất                       Đồ án tốt nghiệp (xấp xỉ 12h). Với cách phân bố như vậy thì tại bất kỳ thời điểm nào, ở bất kỳ  vị trí nào trên trái đất cũng nhìn thấy ít nhất 4 vệ tinh Hình 2.2. Hệ thống định vị toàn cầu GPS Hình 2.3. Vệ tinh GPS Mỗi vệ  tinh được trang bị  máy phát tần số  chuẩn nguyên tử  chính xác   cao cỡ 10­12 giây. Máy phát này tạo ra các tín hiệu tần số cơ sở 10,23 MHz, từ  đây tạo ra các sóng tải tần số  L1= 1575,42 MHz và L2= 1227,60 MHz, các  sóng tải được điều biến bởi hai loại Code khác nhau: C/A – Code và P –  Code + C/A ­ Code(Coarse/  Acquistion) là Code thô/thâu tóm, nó được  sử  dụng cho các mục đích dân sự  và chỉ  điều biến sóng tải L1, C/A­ có tần số  1,023 MHz. Mỗi vệ tinh được gán một C/A – Code riêng biệt + P ­ Code (Precise) là Code chính xác, nó được sử dụng cho mục đích   quân sự  và điều biến cả  hai sóng L1,L2. Code này có tần số  10,23 MHz, độ  dài toàn phần là 267 ngày, nghĩa là chỉ sau 267 ngày P­ Code mới lặp lại. Tuy   vậy, người ta chia Code này thành các đoạn có độ dài 7 ngày, và gán cho mỗi  Lê Quốc Sáng ­ 18 ­        Trắc đại C­K50 Trường ĐH Mỏ Địa Chất                       Đồ án tốt nghiệp vệ tinh một trong các đoạn Code như thế, cứ sau một tuần lại thay đổi nên P­   Code rất khó bị giải mã để sử dụng nếu không được cho phép Cả hai sóng tải L1 và L2 còn được điều biến bởi các thông tin đạo hàng  bao gồm: Ephemerit của vệ  tinh, thời gian của hệ  thống, số hiệu chỉnh cho   đồng hồ của vệ tinh, đồ  hình phân bố vệ  tinh trên bầu trời và tình trạng của   hệ  thống. Các máy móc thiết bị  hoạt động nhờ  năng lượng pin mặt trời với  sải cánh rộng. Tuổi thọ của vệ tinh theo thiết kế là 7,5 năm, tuy nhiên vệ tinh   hỏng sớm hơn so với dự kiến và đã lần lượt bị thay thế Các nhiệm vụ chủ yếu của vệ tinh GPS: ­ Nhận và lưu giữ lịch vệ tinh mới được gửi lên từ trạm điều khiển ­ Thực hiện các phép xử lý có chọn lọc trên vệ  tinh bằng các bộ  vi xử  lý đặt trên vệ tinh ­ Duy trì khả năng chính xác cao của thời gian bằng 2 đồng hồ  nguyên  tử Censium và 2 đồng hồ hồng ngọc Rubidium ­ Thay đổi quỹ đạo bay của vệ tinh theo sự điều khiển của mặt đất ­ Truyền thông tin và tín hiệu trên hai tần số  L1 và L2  ổn định ,nhất  quán     Đoạn điều khiển (Control Segment) Đoạn này gồm 4 trạm quán sát trên mặt đất trong đó có một trạm điều  khiển   trung   tâm   đặt     Colorado   Springs;     trạm   theo   dõi   đặt     Hawai  ,Kwajalein, Ascension Island ,Diego Garcia :tạo thành một vành đai bao quanh  trái đất.  Lê Quốc Sáng ­ 19 ­        Trắc đại C­K50 Trường ĐH Mỏ Địa Chất                       Đồ án tốt nghiệp Hình 2.4 Các trạm điều khiển mặt đất của hệ thống GPS Nhiệm vụ  của đoạn điều khiển là điều khiển toàn bộ  hoạt động và  chức năng của các vệ  tinh trên cơ  sở  theo dõi chuyển động quỹ  đạo vệ  tinh   cũng như  hoạt động của đồng hồ  trên đó. Tất cả  các trạm đều có máy thu   GPS, và chúng tiến hành đo khoảng cách và thay đổi khoảng cách tới tất cả  các vệ tinh có thể quan sát được, đồng thời đo các số liệu khí tượng. Tất cả  các số  liệu đo nhận được   mỗi trạm đều được truyền về  trạm trung tâm,   trạm trung tâm xử lý các số  liệu truyền từ trạm theo dõi về  cùng với các số  liệu đo của chính nó. Kết quả  xử  lý cho ra các Ephemerit chính xác hóa của   vệ tinh và số hiệu chỉnh cho các đồng hồ trên vệ tinh. Từ trảm trung tâm các  số liệu được lan truyền trở lại cho các trạm theo dõi để từ đó truyền tiếp lên  cho các vệ  tinh cùng các lệnh điều khiển khác. Các thông tin đạo hàng và  thông tin thời gian trên vệ tinh thường xuyên được chính xác hóa và chung sẽ  được cấp cho người sử dụng thông qua các sóng tải L1 và L2. Việc chính xác   hóa thông tin như thế được tiến hành ít nhất 3 lần trong một ngày     Đoạn sử dụng (User Segment) Đoạn sử dụng bao gồm tất cả các máy móc, thiết bị thu nhận thông tin  từ vệ tinh để khai thác và sử dụng cho các mục đích và yêu cầu khác nhau của   khách hàng cả trên trời, trên biển và trên đất liền. Đó có thể là máy thu riêng  biệt hoạt động độc lập (định vị  tuyệt đối) hay nhóm gồm từ  hai máy thu trở  Lê Quốc Sáng ­ 20 ­        Trắc đại C­K50 [...]... ảnh ngoại nghiệp phải được tính toán và bình sai  trong hệ toạ độ quốc gia VN­2000, hệ độ cao quốc gia I.4. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO NỐI KHỐNG CHẾ ẢNH            Đo nối khống chế ảnh xác định toạ độ điểm khống chế phục vụ cho  tăng dày tam giác  ảnh hoặc khống chế  cho từng mô hình đơn. Có thể  dùng  phương pháp đo đạc như đo nối bằng máy toàn đạc, bằng công nghệ GPS I.4.1. Đo nối khống chế ảnh bằng máy toàn đạc: Hiện nay có rất nhiều máy toàn đạc có độ... ngắn trong khi điểm KCANN lại chiếm trên diện tích rất rộng, do đó  ảnh hưởng đến tính chặt chẽ của mô hình phân bố điểm và năng suất công việc I.4.2. Đo nối khống chế ảnh bằng công nghệ GPS: Hiện nay công nghệ GPS được  ứng dụng rộng rãi, có thể  dùng máy thu  GPS đặt tại các điểm Nhà nước đo nối để  xác định toạ  độ điểm khống chế ảnh ngoại nghiệp. Nếu sử  dụng phương pháp này sẽ  giảm đáng kể  mật độ  điểm khống chế toạ độ... b) Điểm khống chế ảnh ngoại nghiệp phải đóng cọc gỗ hoặc dùng sơn   đánh dấu vị trí ở thực địa, đảm bảo tồn tại ổn định trong thời gian thi công và kiểm tra, nghiệm thu c) Các điểm khống chế ảnh ngoại nghiệp, điểm kiểm tra, điểm tọa độ  và độ cao quốc gia được sử  dụng làm cơ sở để đo nối khống chế ảnh ngoại   nghiệp nếu đủ  điều kiện về  vị  trí địa vật để  chích đều phải chích lên  ảnh khống chế. .. ảnh ngoại nghiệp phải được đo nối với ít nhất 2   điểm có tọa độ và độ cao quốc gia.  b) Đo vẽ bản đồ bằng phương pháp đo vẽ phối hợp thì tất cả các điểm khống chế   ảnh đều phải xác định độ  cao với độ  chính xác theo quy định tại  Mục  I.3.1 c) Việc đo nối điểm khống chế ảnh ngoại nghiệp bằng máy GPS,  máy    toàn đạc điện tử, máy kinh vĩ phải tuân theo quy định kỹ  thuật áp dụng đối  với từng loại thiết bị d) Điểm khống chế   ảnh ngoại nghiệp phải được tính toán và bình sai ... ảnh.   d) Tất cả  các điểm được chích lên  ảnh khống chế  đều phải được tu   chỉnh lên mặt phải và mặt trái của  ảnh.  Trên mặt phải  ảnh,  các điểm được  khoanh vị trí, ghi tên điểm;  trên mặt trái vẽ sơ đồ ghi chú điểm gồm sơ đồ tổng quan  và sơ đồ mô tả chi tiết vị trí điểm.  Cách thức tu chỉnh như ( Hình 1.3 và Hình 1.4).  Các điểm tọa độ và độ  cao quốc gia được sử  dụng làm cơ  sở  để đo nối   khống chế. ..  giảm đáng kể  mật độ  điểm khống chế toạ độ  địa chính các cấp cũng như đảm bảo được tính chặt  chẽ của các mô hình phân bố điểm. Trong đo nối khống chế ảnh ngoại nghiệp  bằng GPS cần xác định các session đo thông qua đồ  hình lưới. Việc bình sai   GPS có sử  dụng mô hình Geoid bình sai sẽ  dùng được độ  cao để  làm khống chế ảnh Ví dụ: Đồ hình secsion đo bằng 3 máy thu GPS 117401 117403 N004 N002...      Các vòng khép khác session.                       CHƯƠNG II  CÔNG NGHỆ GPS TRONG CÔNG TÁC ĐO NỐI  KHỐNG CHẾ ẢNH NGOẠI NGHIỆP II.1. GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ GPS: II.1.1. Lịch sử ra đời và phát triển của hệ thống định vị toàn cầu GPS Hệ  thống định vị  toàn cầu GPS  (  Global  Positioning  System ) là hệ  thống định vị và đạo hàng, hệ  thống này ra đời nhằm đáp  ứng ý tưởng sử  dụng vệ tinh nhân tạo của trái đất vào mục đích định vị dẫn đường trên mặt... Hiện nay có rất nhiều máy toàn đạc có độ  chính xác cao có thể  dùng để:  Lập lưới lưới cơ sở, lưới đo vẽ cho đến quá trình đo vẽ cho độ chính xác cao   và nhanh chóng. Khi đo nối khống chế ảnh ngoại nghiệp ta có thể  dùng máy  toàn đạc, ta tiến hành đo góc và đo cạnh từ  các điểm Nhà nước đến điểm khống chế   ảnh đã được bố  trí ngoài thực địa. Sau đó tiến hành bình sai và   đánh giá độ chính xác Một số tham số kỹ thuật của các máy toàn đạc điện tử... 8,35 ­   Độ cao của điểm ;                     0,6 ­   Tỷ cao hoặc tỷ sâu của điểm Lê Quốc Sáng ­ 12 ­        Trắc đại C­K50 Trường ĐH Mỏ Địa Chất                       Đồ án tốt nghiệp (Đường kính các vòng tròn đều bằng 3 mm, kích thước ô vuông 4 cm x 4 cm;   nội dung tu chỉnh vẽ và ghi chú bằng chì đen) I.3.5. Đo nối điểm khống chế ảnh ngoại nghiệp: a) Điểm khống chế   ảnh ngoại nghiệp phải được đo nối với ít nhất 2... đường kính 1 cm và số hiệu điểm màu đỏ) H309  ­   Điểm   khống   chế   ảnh   độ   cao   (vòng   tròn   màu   xanh   đường kính 1 cm, số hiệu điểm màu xanh).  N1003 ­ Điểm khống chế   ảnh mặt phẳng và độ  cao (vòng tròn  ngoài màu đỏ đường kính 1cm, vòng tròn trong màu xanh   đường kính 0,6cm và số hiệu điểm màu đỏ) 11514 ­ Điểm toạ  độ  quốc gia (tam giác màu đỏ  cạnh 1 cm, số  hiệu điểm màu đỏ) 11521 ­ Điểm toạ  độ  quốc gia chích không chính xác (tam giác