Xây dựng lưới khống chế trắc địa phục vụ nâng cấp thành phố Bạc Liêu

Việt Nam là một quốc gia đang trên đường phát triển mạnh mẽ đi lên hội nhập với cộng đồng thế giới.Để xây dựng công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước thì công tác xây dựng cơ sở hạ tầng , cải tạo và nâng cấp thành phố, đặc biệt là các thành phố trực thuộc tỉnh là công tác đang được chính phủ quan tâm và đầu tư. Trong công tác thiết kế , thi công xây dựng cũng như công tác thành lập bản đồ địa hình để phục vụ cho việc xây dựng cơ sở hạ tầng thì công tác trắc địa luôn đóng vai trò quan trọng, luôn đi trước một bước. Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kĩ thuật, công nghệ mới cũng được áp dụng khá mạnh mẽ vào lĩnh vực trắc địa.Sự ra đời của hệ thống định vị toàn cầu(GPS) và các máy toàn đạc điện tử ngày càng hoàn thiện và có độ chính xác cao đã tạo ra một bước đột phá trong ngành trắc địabản đồ thế giới nói chung và ngành trắc địabản đồ nước ta nói riêng Để tìm hiểu vấn đề trên em nhận thựchiện đồ án tốt nghiệp với đề tài “Xây dựng lưới khống chế trắc địa phục vụ nâng cấp thành phố Bạc Liêu ” Nội dung đồ án gồm 3 chương : Chương 1: Các phương pháp xây dựng lưới khống chế tọa độ và độ cao Chương 2: Giới thiệu về hệ thống định vị toàn cầu GPS Chương 3: Xây dựng lưới khống chế tọa độ và độ cao phục vụ nâng cấp thành phố Bạc Liêu

LỜI NÓI ĐẦU

Việt Nam là một quốc gia đang trên đường phát triển mạnh mẽ đi lên hộinhập với cộng đồng thế giới Để xây dựng công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nướcthì công tác xây dựng cơ sở hạ tầng , cải tạo và nâng cấp thành phố, đặc biệt là cácthành phố trực thuộc tỉnh là công tác đang được chính phủ quan tâm và đầu tư Trong công tác thiết kế , thi công xây dựng cũng như công tác thành lập bản

đồ địa hình để phục vụ cho việc xây dựng cơ sở hạ tầng thì công tác trắc địa luônđóng vai trò quan trọng, luôn đi trước một bước

Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kĩ thuật, công nghệ mớicũng được áp dụng khá mạnh mẽ vào lĩnh vực trắc địa Sự ra đời của hệ thống định

vị toàn cầu(GPS) và các máy toàn đạc điện tử ngày càng hoàn thiện và có độ chínhxác cao đã tạo ra một bước đột phá trong ngành trắc địa-bản đồ thế giới nói chung

và ngành trắc địa-bản đồ nước ta nói riêng

Để tìm hiểu vấn đề trên em nhận thực hiện đồ án tốt nghiệp với đề tài “ Xây dựng lưới khống chế trắc địa phục vụ nâng cấp thành phố Bạc Liêu ”

Nội dung đồ án gồm 3 chương :

Chương 1: Các phương pháp xây dựng lưới khống chế tọa độ và độ cao

Chương 2: Giới thiệu về hệ thống định vị toàn cầu GPS

Chương 3: Xây dựng lưới khống chế tọa độ và độ cao phục vụ nâng cấp thành phố Bạc Liêu

Trong quá trình làm đồ án, với sự nỗ lực của bản thân và nhận được sự hướng dẫn chỉ bảo tận tình của thầy giáo TS Lê Minh Tá, cô giáo Th.S Kim Thị Thu Hương cùng các thầy cô trong khoa Trắc địa Bản đồ và Quản lý đất đai cùng các

bạn đồng nghiệp đến nay đồ án tốt nghiệp của em đã hoàn thành Do trình độ vàthời gian nghiên cứu còn hạn chế, kinh nghiệm thực tế còn ít nên trong quá trìnhthực hiện đề tài không tránh khỏi những thiếu sót.Em rất mong nhận được sự chỉbảo và đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo, các bạn đồng nghiệp

Xin chân thành cảm ơn !

Hà Nội, tháng 05 năm 2017

Sinh viên thực hiện Phạm Văn Điệp

CHƯƠNG 1:CÁC PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG LƯỚI KHỐNG CHẾ TỌA

ĐỘ VÀ ĐỘ CAO

1.1 Các phương pháp xây dựng lưới khống chế tọa độ

1.1.1 Phương pháp tam giác

Phương pháp tam giác là một phương pháp thông dụng để xây dựng lưới khống chế tọa độ Phương pháp này có 3 dạng cơ bản sau:

+ Phương pháp tam giác đo góc

+ Phương pháp tam giác đo cạnh

+ Phương pháp tam giác đo góc – cạnh

a Phương pháp tam giác đo góc

Để xác định vị trí mặt bằng của một số điểm trên mặt đất, ta nối các điểm thànhcác tam giác và các tam giác này liên kết với nhau tạo thành hệ thống lưới tam giác

Đồ hình của phương pháp này được xây dựng trên cơ sở chuỗi tam giác, đagiác, tứ giác trắc địa hoặc lưới tam giác dày đặc

Một số sơ đồ lưới tam giác được ứng dụng trong thực tế:

Hình 1.1 Đặt máy ở các đỉnh tam giác và đo tất cả các góc trong từng tam giác Chotrước tọa độ điểm A, cạnh gốc S0 và một phương vị gốc α0, thông qua các trị đo góc

g.Lưới tam giác dày đặc

e Đa giác trung tâm

(hoặc hướng) trong lưới ta tính chuyền được chiều dài và phương vị các cạnh khác.

Từ đó xác định được tọa độ của tất cả các điểm còn lại trong lưới

Để kiểm tra chất lượng đo người ta bố trí thêm một phương vị gốc C

α

vàcạnh gốc C

S

( Hình 1- 2)

- Ưu điểm : Phạm vi khống chế của mạng lưới lớn , có kết cấu đồ hình chặt chẽ ,

có nhiều trị đo thừa thuận lợi cho việc kiểm tra và bình sai.Độ chính xác của lưới tương đối cao và đồng đều

-Nhược điểm : Gặp khó khăn khi đo trong khu vực có địa hình phức tạp , doviệc thông hướng không thuận lợi , chịu ảnh hưởng của chiết quang và độ cong tráiđất Độ chính xác của lưới phụ thuộc vào đồ hình

Để thông hướng ở vùng đồng bằng thì tại các điểm tam giác thường phải xâycột tiêu cao Chi phí xây dựng cột tiêu chiếm khoảng 60% - 70% tổng giá trị xâydựng mới

b Phương pháp tam giác đo cạnh

Ngày nay các loại máy đo dài điện tử được ứng dụng rộng rãi , việc đo dài

các cạnh rất thuận lợi và cho độ chính xác cao Sau khi bố trí lưới tam giác dùngmáy đo dài đo tất cả các cạnh của lưới tam giác , sử dụng các số liệu gốc gồm tọa

độ và phương vị đã biết cùng các kết quả đo cạnh ta có thể tính được tọa độ cácđiểm còn lại của tam giác

Vì một tam giác đo cạnh không có trị đo thừa , do đó người ta không xâydựng lưới đo cạnh dưới dạng chuỗi tam giác mà để có trị đo thừa người ta chọn tứgiác trắc địa hoặc đa giác trung tâm làm đồ hình cơ bản Độ chính xác của lưới phụthuộc vào đồ hình

- Ưu điểm : Phạm vi khống chế rộng , trị đo ít và độ chính xác cao.

- Nhược điểm : Cũng giống như phương pháp đo góc là việc bố trí điểm , chọn

đồ hình thông hướng cho mạng lưới khó khăn , trị đo thừa ít , không có điều kiệnkiểm tra kết quả đo ngoài thực địa

c Phương pháp tam giác đo góc – cạnh

Lưới tam giác đo toàn góc hoặc toàn cạnh đều có những ưu điểm và nhược

điểm riêng Để phát huy các ưu điểm của lưới tam giác đo góc và lưới tam giác đocạnh , và để nâng cao độ chính xác của mạng lưới tọa độ người ta xây dựng lướitam giác đo góc – cạnh kết hợp Trị đo trong lưới có thể là tất cả các góc, tất cả cáccạnh hoặc chỉ đo một số cạnh hoặc góc có chọn lọc

- Ưu điểm : Độ chính xác cao, phạm vi khống chế rộng Độ chính xác phân bốđồng đều Có nhiều phương án để lựa chọn khi tổ chức đo ngoại nghiệp

- Nhược điểm : Khối lượng đo đạc ngoài thực địa rất lớn, việc xây dựng lướikhó khăn và tốn kém Công tác xử lý nội nghiệp phức tạp do có hai loại trị đo khácnhau về đơn vị và khác nhau về độ chính xác

1.1.2 Phương pháp đa giác

Đây là một dạng cơ bản của lưới khống chế tọa độ Ngoài tên gọi trên thìtrong trắc địa người ta còn gọi là phương pháp đường chuyền

Bản chất của phương pháp này là người ta tiến hành xây dựng hệ thống cácđiểm trắc địa tạo thành các tuyến đa giác riêng biệt , hoặc hệ thống các tuyến cónhiều điểm nút Sau đó tiến hành đo tất cả các cạnh và góc ngoặt của đường chuyền

Từ tọa độ và phương vị khởi đầu sẽ xác định được tọa độ của tất cả các điểm tronglưới theo công thức :

X i + 1 = X i + S i, i +1 cos α i, i +1

Y i +1 = Y i +S i, i +1 sin α i, i +1

Hình 1.3

Ví dụ : Như hình 1.3 ta tiến hành đo tất cả các góc ngoặt β1 ,β2 … βn + 1 và tất

cả các cạnh S 1 , S2 , … Sn sau đó dựa vào tọa độ điểm A và phương vị khởi đầu α d ta

sẽ tính được tọa độ các điểm 1,2,…n theo công thức (1.1)

Tùy theo tình hình cụ thể của khu vực cần khống chế mà ta có thể chọn đồ hìnhcủa lưới cho phù hợp.Sau đây là một số đồ hình cơ bản của lưới đường chuyền:

αc

β1

αd

Sd

a Lưới đường chuyền phù hợp

b Lưới đường chuyền duỗi thẳng

c Lưới đường chuyền có điểm nút

- Ưu điểm : Rất linh hoạt khi thiết kế , thuận lợi cho việc chọn điểm và thông hướng , dễ đo , số lượng phương trình điều kiện ít

- Nhược điểm : Trị đo thừa ít nên độ chính xác không cao , không có điều kiện kiểm tra ngoài thực địa , kết cấu hình học không chặt chẽ

Tuy vậy , ngày nay có việc hỗ trợ của các công nghệ hiện đại như máy đo dài ,

máy kinh vĩ điện tử có độ chính xác đo cạnh rất cao , nên đã khắc phục khá nhiều

các nhược điểm đã nêu ở trên Do đó phương pháp này được sử dụng phổ biến trong

thực tế Các chỉ tiêu kĩ thuật của lưới đường chuyền

Theo quy phạm đo vẽ bản đồ địa hình tỉ lệ 1 : 500 , 1: 1000 , 1: 2000 , 1 :

5000 của Cục đo đạc và Bản đồ Nhà nước năm 1990 quy định các chỉ tiêu kỹ thuậtcủa lưới đường chuyền như sau :

Bảng 1.1: Các chỉ tiêu kĩ thuật lưới đường chuyền

Chỉ tiêu kĩ thuật Đường chuyền(km)

Hạng 4 Cấp 1 Cấp 2Chiều dài đường chuyền dài nhất (km)

- Đường đơn

- Giữa điểm khởi tính và điểm nút

- Giữa các điểm nút

1075

532

321.5Chiều dài cạnh (km)

- Dài nhất

- Ngắn nhất

50.25

0.80.12

0.40.08Chu vi vòng khép lớn nhất (km)

Số lượng cạnh nhiều nhất trong đường chuyền

Sai số khép tương đối giới hạn không được lớn hơn

Sai số trung phương đo góc

Sai số khép góc của đường chuyền không lớn hơn

30151:250002”

5”

15151:100005”

10”

1015

1 : 500010”20”

1.1.3 Phương pháp trắc địa vệ tinh

Lưới GPS là lưới trắc địa không gian trong hệ tọa độ WGS – 84 Lưới nóichung không khác nhiều so với mạng lưới trắc địa truyền thống Lưới gồm cácđiểm được chôn trên mặt đất nơi ổn định hoặc bố trí trên các công trình vữngchắc.Các điểm của lưới GPS được liên kết với nhau bởi các cạnh đo độc lập Nhờcác cạnh đo này, tọa độ , độ cao của các điểm GPS sẽ được tính Các cạnh được đotrong các đoạn đo với thời gian thu tín hiệu quy định đủ để đảm bảo độ chính xáccạnh đo theo yêu cầu độ chính xác của lưới GPS

Độ chính xác của lưới GPS không phụ thuộc vào đồ hình của lưới , do vậyviệc chọn điểm GPS đơn giản hơn lưới trắc địa truyền thống Tuy nhiên do đặcđiểm đo GPS nên khi bố trí điểm đặt máy GPS có một số yêu cầu khác so vớiphương pháp truyền thống Cụ thể là :

- Vị trí điểm được chọn phải cách xa các khu vực phát sóng như trạm phátthanh , truyền hình để giảm các nguồn gây nhiễu tín hiệu

- Cần lưu ý đến điều kiện thông thoáng thuận tiện cho việc thu tín hiệu vệtinh Không đặt máy thu GPS dưới các rặng cây , các tán cây , dưới chân các tòanhà cao tầng tránh tình trạng tín hiệu vệ tinh bị gián đoạn ảnh hưởng đến kết quả đoGPS Tốt nhất nên bố trí điểm đo sao cho góc mở lên trời khoảng 150o

- Vị trí đặt máy GPS cũng không quá gần các bề mặt phản xạ như các kết cấukim loại , các hàng rào , mặt nước để tránh hiện tượng đa đường dẫn

Nếu đảm bảo các yêu cầu trên thì ngoài các nguồn sai số cơ bản ảnh hưởngđến chất lượng đo GPS sẽ được giảm tối thiểu

Các điểm GPS không cần thông hướng với nhau nhưng để phát triển cáccấp lưới thấp hơn thì thông thường người ta bố trí một số cặp điểm thông hướngtrong lưới GPS.Các cặp điểm thông hướng này được sử dụng để đo nối các phương

vị và kiểm tra sai số hệ thống của các trị đo góc ở cấp lưới thấp hơn

- Ưu điểm : Không phải xây dựng cột tiêu , công tác ngoại nghiệp ít phụ ítphụ thuộc vào điều kiện thời tiết , các công tác đo ngắm và tính toán tự động hóa,thời gian thi công nhanh và lưới đạt độ chính xác cao, đồng đều

- Nhược điểm : Thiết bị thu tín hiệu vệ tinh GPS khá đắt tiền nên hiệu quảkinh tế mang lại chưa cao Đòi hỏi cán bộ tham gia xây dựng và đo lưới GPS phải

có kinh nghiệm và trình độ kĩ thuật cao

1.2 Các ph ươ ng pháp xây d ng l ự ướ i kh ng ch đ cao ố ế ộ

1.2.1 Đo cao hình học

1 Nguyên lý của đo cao hình học

Nguyên lý của nó là dựa vào tia ngắm nằm ngang, nghĩa là trong phạm vi hẹp coi tia ngắm của máy thủy chuẩn song song với mặt thủy chuẩn đi qua hai chânmia và vuông góc vói phương dây dọi Dụng cụ đo là máy và mia thủy chuẩn

Để xác định chênh cao giữa các điểm người ta đưa trục ngắm của ống kính máy thủy chuẩn về vị trí nằm ngang và đọc số trên các mia dựng ở các điểm đo Có hai cách để đo chênh cao giữa hai điểm mia là: đo thủy chuẩn từ giữa và đo thủy chuẩn phía trước.

a Đo thủy chuẩn từ giữa

Để đơn giản ta xét tại 1 trạm máy trong phạm vi hẹp, nghĩa là coi thủy chuẩn

là mặt phẳng nằm ngang

a - - - - - - - - - b

ba

- - - 2- - Hướng đo

1

-Mặt thủy chuẩn

-Hình 1.4 Phương pháp đo thủy chuẩn từ giữa

Tia ngắm truyền thẳng và song song với mặt thủy chuẩn đã qua hai chân mia,trục đứng của máy và các mia theo phương dây dọi vuông góc với mặt thủy chuẩn, chênh cao giữa hai điểm 1, 2 ký hiệu là được tính theo công thức:

= - (1.2)

Theo hướng đo từ 1 đến 2 ( chiều của mũi tên), mia đặt tại điểm 1 gọi là

“mia sau”, mia đặt tại điểm 2 gọi là “mia trước” Số đọc mia sau ký hiệu là a, mia trước là b, ta có:

= (1.6)

= ( + ) – b (1.7)

1.2.2 Đo cao lượng giác

Nguyên lí của phương pháp này là dựa vào mối tương quan của hàm lượnggiác tạo bởi tia ngắm nghiêng , khoảng cách giữa hai điểm và phương dây dọi điqua các điểm cần xác định độ cao Dụng cụ đo là máy kinh vĩ , máy toàn đạc

Giả sử cần xác định chênh cao giữa hai điểm A và B, ta đặt máy kinh vĩ cóbàn độ đứng ở A, mia (hoặc tiêu) ở B Sau đó ta ngắm ống kính hướng về B’ trênmia

Hình 1.6 Đo cao lượng giác

Khi đó chênh cao giữa hai điểm A và B là:

∆hAB = h + iA – lB + f (1.8)

Trong đó:

- iA là chiều cao máy

- lB là chiều cao tiêu ngắm (hoặc số đọc trên mia) tại điểm B

- f là ảnh hưởng của độ cong quả đất và chiết quang tia ngắm

- Nếu đo được góc đứng V thì : h = StgV (1.9)

- Nếu đo khoảng thiên đỉnh Z thì : h = ScotgZ (1.10)

- Nếu S < 300m có thể bỏ qua sai số cải chính f

Phương pháp đo cao lượng giác thường được áp dụng chủ yếu để xác định độ caocác điểm độc lập và xác định độ cao các điểm chi tiết

v

Như vậy các đại lượng H và ∆H có thể xác định chính xác từ kết quả đo GPS

Độ cao ( hay hiệu độ cao) nhận được từ đo GPS là độ cao trắc địa liên quan tớicác tham số Ellipsoid và tọa độ, độ cao điểm khởi tính Nhưng trong thực tế, khi sửdụng độ cao người ta không quan tâm đến H (hoặc ∆H) mà cần đến hγ ( hoặc hg)

∆N được xác định thông qua các số liệu trọng lực , còn việc xác định ∆ζthường được tiến hành bằng phương pháp nội suy tuyến tính.

Do giá trị ∆H có thể nhận được với độ chính xác cao ( cỡ dm hay cỡ mm ) nên

độ chính xác của ∆hg , ∆hγ phụ thuộc chủ yếu vào kết quả xác định các đại lượng

∆N và ∆ζ

CHƯƠNG 2: KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN

CẦU GPS2.1 CẤU TRÚC CỦA HỆ THỐNG GPS

Hình 2.1 Hệ thống vệ tinh GPS

Hệ thống định vị toàn cầu GPS (Global Positioning System) được Bộ quốc phòng Mỹ nghiên cức thiết lập từ những năm 1970 nhằm phục vụ cho mục đích quân sự Sau đó, vào những năm đầu của thập kỷ 80 thế kỷ XX hệ thống này bắt đầu được phép khai thác sử dụng trong dân sự Từ đó hệ thống định vị GPS đã đượccác nhà trắc địa ở nhiều nước trên thế giới ( 1982) và ở Việt Nam (1991) nghiên cứcứng dụng để giải quyết có hiệu quả nhiều nhiệm vụ của công tác trắc địa như xây dựng các mạng lưới trắc địa các cấp, xác định vị trí tâm chụp ảnh hàng không, trắc địa biển, đo đạc địa chính và bản đồ,…

Hệ thống GPS được chia làm 3 đoạn:

• Đoạn không gian: bao gồm các vệ tinh, chúng truyền những tín hiệu cần thiếtcho hệ thống hoạt động

• Đoạn điều khiển: bao gồm các tiện ích trên mặt đất thực hiện nhiệm vụ theo dõi vệ tinh, tính toán quỹ đạo cần thiết cho sự quản lý mảng không gian.

• Đoạn người sử dụng: bao gồm toàn thể các thiết bị thu và kỹ thuật tính toán

để cung cấp cho người sử dụng thông tin về vị trí

Hình 2.2 Các thành phần cơ bản của hệ thống GPS

2.1.1 Đoạn không gian (Space Segment)

Đoạn không gian theo thiết kế bao gồm 24 vệ tinh chuyển động trên 6 mặt

phẳng quỹ đạo với độ cao khoảng 20.200 km, nghiêng với mặt phẳng xích đạo của trái đấtmột góc 550 Vệ tinh GPS chuyển động trên quỹ đạo gần như tròn đều với chu kì 718 phút.Với sự phân bố vệ tinh trên quỹ đạo như vậy trong bất kì thời gian nào và ở bất kì vị tríquan sát nào trên trái đất cũng có thể quan sát được tối thiểu 4 vệ tinh

Các vệ tinh GPS có trọng lượng khoảng 1600kg khi phóng và khoảng 800kgtrên quỹ đạo Theo thiết kế tuổi thọ của vệ tinh khoảng 7,5 năm Năng lượng cungcấp cho hoạt động của các thiết bị trên vệ tinh là năng lượng pin mặt trời.

Mỗi vệ tinh được trang bị 4 đồng hồ nguyên tử gồm 2 đồng hồ thuộc loạicensium và 2 đồng hồ thuộc loại rubidium có độ chính xác

12

10−

s Với 4 đồng hồnày không chỉ có mục đích dự phòng mà còn tạo ra cơ sở giám sát thời gian và cungcấp giờ chính xác nhất Thêm vào đó mỗi vệ tinh còn được trang bị bộ tạo dao độngthạch anh rất chính xác

Tất cả các đồng hồ của hệ thống GPS hoạt động ở tần số chuẩn cơ sở f 0 =10.23MHz Tần số này là tần số chuẩn của đồng hồ nguyên tử, với độ chính xác cỡ

10-12

Các vệ tinh GPS đều có thiết bị tạo dao động với tần số cơ sở chuẩn f 0 Từtần số cơ sở thiết bị sẽ tạo ra 2 tần số sóng tải L1, L2

Sóng tải L1 có tần số f1 = 154f0 = 1575,42 MHz, có bước sóng l1 = 19,032 cmSóng tải L2 có tần số f2 = 120f0 = 1227,60 MHz, có bước sóng l2 = 24,420 cmCác sóng tải L1, L 2 thuộc dải sóng cực ngắn như vậy các tín hiệu vệ tinh sẽ ít

bị ảnh hưởng của tầng điện li và tầng đối lưu vì mức độ làm chậm tín hiệu do tầngđiện li tỷ lệ nghịch với bình phương của tần số

Để phục vụ cho các mục đích và đối tượng khác nhau, các tín hiệu phát điđược điều biến mang theo các code riêng biệt đó là C/A code, P- code và Y – code

- C/A code là code thô cho phép dùng rộng rãi

- P – code được dùng cho mục đích quân sự (của Mỹ) và chỉ được dùng chomục đích khác khi Mỹ cho phép

Y – code là code bí mật được phủ lên P code gọi là kỹ thuật AS (Antin Spoofing)

-Người ta ước lượng độ chính xác định vị cỡ 1% bước sóng của tín hiệu Nhưvậy ngay khi sử dụng code thô C/A để định vị thì có thể đạt tới độ chính xác cỡ 3m.Chính vì thế phía Mỹ chủ động làm nhiễu tín hiệu để hạ thấp độ chính xác định vịtuyệt đối Kỹ thuật làm nhiễu này gọi là SA (Selective Availability) Do nhiễu SA

khách hàng chỉ có thể định vị tuyệt đối với độ chính xác cỡ 50 ÷ 100m Từ ngày 20tháng 5 năm 2000 Mỹ đã bỏ chế độ nhiễu SA.

Hình 2.3: Cấu trúc tín hiệu GPS (Nguồn: merl.com)

2.1.2 Đoạn điều khiển ( Control Segment)

Mục đích trong phần này là kiểm soát vệ tinh đi đúng hướng theo quỹ đạo vàthông tin thời gian chính xác

Có 5 trạm điều khiển đặt trên mặt đất gồm: ở Hawai (Thái Bình Dương),Assension Island (Đại Tây Dương), Diego Garcia (Ấn Độ Dương) và Kwajalein(Tây Thái Bình Dương), MCS (Master Control Station) gần Colorado Spring.

Trạm điều khiển trung tâm MCS (Master Control Station) đặt tại căn cứkhông quân Mỹ gần Colorado Spring

Các trạm theo dõi đặt tại Hawai (Thái Bình Dương), Assension Island (ĐạiTây Dương), Diego Garcia (Ấn Độ Dương) và Kwajalein (Tây Thái Bình Dương)

có nhiệm vụ theo dõi liên tục tất cả các vệ tinh có thể quan sát được Số liệu quansát được ở các trạm này được chuyển về trạm điều khiển ở trung tâm, tại đây việc

tính toán số liệu được thực hiện và cuối cùng các thông tin đạo hàng cập nhật được

chuyển lên các vệ tinh để sau đó từ vệ tinh chuyển đến các máy thu của người sửdụng Như vậy vai trò của đoạn điều khiển là rất quan trọng vì nó không chỉ theodõi các vệ tinh mà còn liên tục cập nhật để chính xác hoá các thông tin đạo hàngđảm bảo độ chính xác cho công tác định vị bằng hệ thống GPS

Hình 2.4: Các trạm điều khiển GPS (Nguồn: atheenah.com)

2.1.3 Đoạn sử dụng (Use Segment)

- Đoạn sử dụng bao gồm các máy móc, thiết bị nhận thông tin từ vệ tinh để khai thác

sử dụng cho các mục đích và yêu cầu khác nhau của người sử dụng như: Dẫn đườngtrên biển, trên không, trên đất liền và phục vụ cho công tác đo đạc ở nhiều nơi trênthế giới

- Đoạn sử dụng GPS có 3 bộ phận chính:

Phần cứng bao gồm: Máy thu, các bộ phận dao động tần số vô tuyến RF (Radio Friquency), các anten và các thiết bị ngoại vi cần thiết để hoạt động máy thu.

Phần mềm bao gồm: Các chương trình tính dùng để xử lí dữ liệu cụ thể, chuyển đổi những thông báo GPS thành những thông tin định vị hoặc dẫn đường đi hữu ích Trong phần mềm còn bao gồm các chương trình phát triển tính độc lập của máy thu GPS, có thể đánh giá được các nhân tố như tính sẵn sang của vệ tinh và mức độ tin cậy của độ chính xác

Phần mềm khai triển công nghệ: Hướng tới mọi lĩnh vực có liên quan đến GPS như: Cải tiến thiết bị máy thu, phân tích và mô hình hóa hiệu ứng của anten khác nhau, hiệu ứng truyền sóng và sự phối hợp của chúng trong phần mềm xử lý

số liệu, phát triển của hệ thống liên kết truyền thông một cách tin cậy cho các hoạt động định vị GPS cự li dài, ngắn khác nhau và theo dõi các xu thế phát triển trong lĩnh vực giá cả và hiệu suất thiết bị

Hình 2.5 Các máy thu GPS

2.2 Các đại lượng đo GPS

Việc định vị bằng GPS được thực hiện trên cơ sở sử dụng hai đại lượng đo

cơ bản, đó là đo khoảng cách giả theo code tựa ngẫu nhiên và đo pha sóng tải

1 Đo khoảng cách giả theo code

Code tựa ngẫu nhiên được phát từ vệ tinh cùng với sóng tải Máy thu GPS cũng có code tựa ngẫu nhiên đúng như vậy Bằng cách so sánh code thu được từ

vệ tinh và code từ chính máy thu tạo ra có thể xác định được khoảng thời gian lan truyền của tín hiệu code, từ đó dễ dàng xác định được khoảng cách từ vệ tinhđến máy thu (đến tâm anten của máy thu) Do có sự không đồng bộ giữa đồng

hồ vệ tinh và máy thu, và có ảnh hưởng của môi trường lan truyền tín hiệu nên khoảng cách tính theo khoảng thời gian đo được không phải là khoảng cách thựcgiữa vệ tinh và máy thu, đó là khoảng cách giả

Nếu ký hiệu tọa độ của vệ tinh là , tọa độ của điểm xét (máy thu) là ; thời gian lan truyền tín hiệu từ vệ tinh đến máy thu là t, sai số không đồng bộ giữa đồng hồ trên vệ tinh và trong máy thu là , khoảng cách giả đo được là R, ta có phương trình:

2 Đo pha sóng tải

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

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

D = N + (2.2)

Trong đó:

- N là số nguyên lần bước sóng

- là phần lẻ bước sóng

Trị đo pha chính là phần lẻ bước sóng thể hiện qua độ dị pha giữa sóng tải thu được từ vệ tinh và sóng tải do máy thu tạo ra Phần lẻ này có thể đo được với

R là khoảng cách đúng từ vệ tinh đến máy thu;

là các thành phần tọa độ của vệ tinh s;

là các thành phần tọa độ của điểm quan sát trong hệ tọa độ WGS-84;

c là vận tốc truyền sóng ánh sáng;

là sai số đồng hồ máy thu;

là sai số đồng hồ vệ tinh;

là bước sóng của sóng tải;

N là số nguyên lần bước sóng từ vệ tinh đến anten máy thu;

là sai số do khí quyển;

là tổng hợp các sai số khác

Định vị với trị đo pha sóng tải có độ chính xác cao hơn định vị với trị đo code Vấn đề chính trong trường hợp này là xác định số nguyên lần bước sóng (số nguyên đa trị N) giữa anten máy thu và vệ tinh

Có nhiều phương pháp xác định số nguyên đa trị:

a Phương pháp hình học dựa vào sự thay đổi hình học vệ tinh khi đo để giải số nguyên đa trị đồng thời với tọa độ anten

b So sánh (kết hợp) trị đo pha và trị đo code

c Trị đo trải rộng (hiệu quả tần số L1 và L2) cho bước sóng 86,2cm để xác định số nguyên đa trị, nhưng kém chính xác hơn

d Sử dụng sai phân bậc 3

e Phương pháp hàm số ambiguity và kỹ thuật OTF (On The Fly) xác định nhanh số nguyên đa trị trong khi anten di động, phương pháp này được áp dụng với máy thu

2 tần số

2.3 Các phương pháp định vị GPS

2.3 1 Phương pháp định vị GPS tuyệt đối

Hình 2.6 Nguyên tắc định vị tuyệt đối đo khoảng cách giả

Đo GPS tuyệt đối là trường hợp sử dụng một máy thu GPS để xác định ngay ratọa độ của điểm quan sát trong hệ tọa độ WGS-84 Đó có thể là các thành phần tọa

độ vuông góc không gian (X, Y, Z) hoặc các thành phần tọa độ trắc địa mặt cầu (B,

L, H) Hệ thống tọa độ WGS-84 là hệ thống tọa độ cơ sở của hệ thống GPS, tọa độ của vệ tinh cũng như điểm quan sát đều được lấy theo hệ thống tọa độ này Nó đượcthiết lập gắn với Elippsoid có kích thước như sau:

Bán trục lớn: a = 6378137m

Độ dẹt: 1/ = 298,2572

Việc đo GPS tuyệt đối được thực hiện trên cơ sở sử dụng đại lượng đo là khoảng cách giả từ vệ tinh đến máy thu theo nguyên tắc giao hội không gian từ các điểm tọa độ đã biết là các vệ tinh

Nếu biết chính xác khoảng cách lan truyền tín hiệu code tựa ngẫu nhiên từ vệ tinh đến máy thu, ta sẽ tính được chính xác khoảng cách từ vệ tinh đến máy thu Khi

đó 3 khoảng cách được xác định đồng thời từ 3 vệ tinh máy thu sẽ cho ta vị trí không gian đơn trị của máy thu Song trên thực tế đồng hồ trên vệ tinh và đồng hồ trên máy thu đều có sai số, nên các khoảng cách đo được đều không phải là khoảngcách chính xác Kết quả là chúng không thể cắt nhau tại một điểm, nghĩa là không

thể xác định được vị trí của máy thu Để khắc phục được tình trạng này, cần sử dụngthêm một đại lượng đo nữa, đó là khoảng cách từ vệ tinh thứ 4 Để hiểu rõ điều này,

ta viết một hệ phương trình cho 4 vệ tinh:

Độ chính xác của định vị tuyệt đối phụ thuộc vào các nguồn sai số, nhất là sai

số do quỹ đạo vệ tinh, do đó độ chính xác của phương pháp này thấp, thường đạt từ 3m đến 20m Nói chung, định vị tuyệt đối ít được sử dụng trong công tác trắc địa

*Đo GPS vi phân (DGPS)

Phần lớn khách hàng sử dụng máy thu GPS thường có nhu cầu định vị với độchính xác từ cỡ đềximét đến vài chục mét Để nâng cao độ chính xác định vị tuyệtđối các nhà khoa học đã đưa ra phương pháp đo GPS vi phân

Theo phương pháp này chỉ cần có một máy thu GPS có khả năng phát tín hiệu

vô tuyến được đặt tại điểm có tọa độ đã biết (gọi là điểm cố định), đồng thời có máykhác (gọi là máy di động) đặt ở vị trí cần xác định tọa độ, đó có thể là điểm cố địnhhoặc điểm di động Cả máy cố định và máy di động cần tiến hành đồng thời thu tínhiệu từ các vệ tinh như nhau Nếu thông tin từ vệ tinh bị nhiễu, thì kết quả xác địnhtọa độ của cả máy cố định và máy di động cũng đều bị sai lệch Độ sai lệch nàyđược xác định trên cơ sở so sánh tọa độ tính ra theo tín hiệu thu được và tọa độ biếttrước của máy cố định và được xem là như nhau cho cả máy cố định và máy diđộng Nó được máy cố định phát đi qua sóng vô tuyến để máy di động thu nhận vàhiệu chỉnh cho kết quả xác định tọa độ của mình

Ngoài cách hiệu chỉnh cho tọa độ, người ta còn tiến hành hiệu chỉnh cho khoảngcách từ vệ tinh đến máy thu Cách hiệu chỉnh thứ hai này đòi hỏi máy thu cố định

(2.4)

có cấu tạo phức tạp và tốn kém hơn, nhưng lại cho phép người sử dụng xử lý chủđộng linh hoạt hơn.

Phương pháp đo GPS vi phân có thể có hai cách xử lý số hiệu chỉnh tại điểm diđộng:

- Phương pháp xử lý đồng thời

- Phương pháp hậu xử lý

Để đảm bảo độ chính xác, các máy di động không nên đặt quá xa máy cố định,

để đảm bảo giá trị nhiễu là như nhau Đồng thời, số liệu cải chính vi phân cần phảixác định và chuyển phát nhanh với tần số cao Độ chính xác của phương pháp nàyđạt tới mét, thậm chí vài đềximét.

2 Phương pháp định vị GPS tương đối

Định vị GPS tương đối là trường hợp sử dụng hai máy thu GPS đặt ở hai điểmquan sát khác nhau để xác định ra hiệu tọa độ vuông góc không gian (∆X, ∆Y, ∆Z) hay hiệu tọa độ trắc địa mặt cầu (∆B, ∆L, ∆H) giữa chúng trong hệ tọa độ WGS-84 Nguyên tắc đo GPS tương đối được thực hiện trên cơ sở sử dụng đại lượng đo

là pha của sóng tải Để đạt được độ chính xác cao và rất cao cho kết quả xác định hiệu tọa độ (hay vị trí tương hỗ) giữa hai điểm xét người ta đã tạo ra và sử dụng các sai phân khác nhau cho pha sóng tải nhằm làm giảm ảnh hưởng của các nguồn sai

số khác nhau như: sai số của đồng hồ trên vệ tinh cũng như trên máy thu, sai số của tọa độ vệ tinh, số nguyên đa trị,…

Ký hiệu pha (hiệu pha) của sóng tải từ vệ tinh j được đo tại trạm quan sát r vào thời điểm t là () Khi đó, nếu xét hai trạm 1 và 2 tiến hành quan sát đồng thời vệ tinh

j vào thời điểm , ta sẽ có sai phân bậc một được lập như sau:

() = () - () (2.5)

Trong sai phân này không có ảnh hưởng của sai số đồng hồ vệ tinh

Nếu xét hai trạm tiến hành quan sát đồng thời vệ tinh j, k vào thời điểm , ta sẽ

có sai phân bậc hai:

() = () - () (2.6)

Trong sai phân này không có ảnh hưởng của sai số đồng hồ trên vệ tinh cũng như sai số đồng hồ trong máy thu.

Nếu hai trạm tiến hành quan sát đồng thời hai vệ tinh j, k vào các thời điểm

và , ta sẽ có sai phân bậc ba:

= () - () (2.7)

Sai phân này cho phép loại trừ các số nguyên đa trị

Hiện nay, số vệ tinh GPS xuất hiện trên bầu trời thường nhiều hơn 4, có khi lêntới 10 vệ tinh Bằng cách tổ hợp theo từng cặp vệ tinh ta sẽ có rất nhiều trị đo Không những thế khi đo tương đối các vệ tinh lại được quan sát trong cả một

khoảng thời gian tương đối dài, thường từ nửa giờ đến vài ba giờ Do vậy, trên thực

tế số lượng trị đo để xác định ra hiệu tọa độ giữa hai điểm quan sát sẽ rất lớn và khi

đó số liệu đo được sử lý theo nguyên tắc số bình phương nhỏ nhất

1.Đo tĩnh

Phương pháp đo tĩnh được sử dụng để xác định hiệu tọa độ (vị trí tương hỗ)giữa hai điểm xét với độ chính xác cao, thường là nhằm đáp ứng các yêu cầu củacông tác trắc địa – địa hình Trong trường hợp này cần có hai máy thu, một máy đặttại điểm đã biết tọa độ, còn máy kia đặt tại điểm cần xác định tọa độ Cả hai máycần phải đồng thời thu tín hiệu từ một số vệ tinh chung liên tục trong một khoảngthời gian nhất định, thường từ 60 phút đến vài ba tiếng đồng hồ Số vệ tinh chungtối thiểu cho cả hai trạm quan sát là 4 vệ tinh Khoảng thời gian quan sát phải kéodài đủ để cho đồ hình phân bố vệ tinh thay đổi mà từ đó ta có thể xác định được sốnguyên đa trị của sóng tải và đồng thời là để có nhiều trị đo nhằm đạt độ chính xáccao và ổn định cho kết quả giám sát

Trong đo tĩnh cần chú ý đến công tác bố trí các ca đo Khoảng thời gian quantrắc của các máy thu được gọi là độ dài ca đo

Khi quyết định độ dài thời gian quan trắc trong các ca đo cần căn cứ vào:

- Độ chính xác của lưới cần thành lập

- Độ dài cạnh đo

- Số lượng vệ tinh có thể quan trắc

- Cấu hình vệ tinh

- Độ ổn định của tín hiệu vệ tinh đo được

Thông thường khi vệ tinh càng nhiều thì cấu hình càng tốt và thời gian quantrắc có thể rút ngắn hơn Thời gian quan trắc cũng có thể rút ngắn đối với cạnh cóchiều dài ngắn hơn

Bảng quy định của thời gian ca đoChiều dài cạnh (km) Độ dài ca đo (phút)

Thời gian phải kéo dài tới mức nhất định để có thể xác định được số nguyên

đa trị Đối với cạnh ngắn (nhỏ hơn 1 km), số nguyên đa trị có thể được giải ra trongkhoảng thời gian 5-10 phút khi sử dụng pha của tần số L1 Bằng máy thu 2 tần số,khi sử dụng kỹ thuật cổng rộng, ở khoảng cách đo là 15 km có thể nhận được kếtquả chính xác với chỉ 2 phút số liệu đo

Đây là phương pháp cho phép đạt độ chính xác cao nhất trong việc định vịtương đối bằng GPS có thể cỡ cm, thậm chí mm ở khoảng cách giữa hai điểm xéttới hàng chục và hàng trăm km Nhược điểm chủ yếu của phương pháp là thời gian

đo phải kéo dài hàng giờ đồng hồ, do vậy năng suất thường không cao

2.Đo tĩnh nhanh

Phương pháp này về bản chất giống như đo GPS tĩnh nhưng thời gian đongắn hơn, gọi là đo tĩnh nhanh, đó là giải nhanh được số nguyên đa trị Phươngpháp đòi hỏi dữ liệu trị đo pha sóng tải và trị đo code Thời gian đo tĩnh nhanh thayđổi từ 8 phút đến 30 phút phụ thuộc vào số vệ tinh và đồ hình vệ tinh Số vệ tinhnhiều hơn 4 đảm bảo trị đo dư với đồ hình vệ tinh phân bố đều hỗ trợ việc tìmnhanh số nguyên đa trị và giảm thời gian định vị

3 Đo động

Phương pháp đo động cho phép xác định vị trí tương đối của hàng loạt điểm

so với điểm đã biết trong đó tại điểm đo chỉ cần thu tín hiệu trong khoảng thời gianchưa đến một phút Theo phương pháp này cần có ít nhất hai máy thu Để xác định

số nguyên đa trị của tín hiệu vệ tinh, phải có một cạnh đáy đã biết gối lên điểm đã

có tọa độ Một máy thu cố định đặt tại một điểm gốc đã có tọa độ ( trạm Base) trong

suốt quá trình đo và một máy thu di động đặt tại điểm gốc còn lại trong khoảng thờigian là 2 đến 5 phút Công tác này gọi là công tác khởi đo Sau khi đã xác định, sốnguyên đa trị được giữ nguyên để tính khoảng cách từ vệ tinh đến máy thu cho cácđiểm đo tiếp theo trong suốt cả quá trình đo Nhờ vậy, thời gian thu tín hiệu tại điểm

đo không phải là một tiếng đồng hồ như trong phương pháp đo tĩnh mà chỉ kéo dàivài chục giây đến vài phút

Yêu cầu nhất thiết của phương pháp đo động là cả máy thu cố định và máy diđộng phải đồng thời thu tín hiệu liên tục từ ít nhất 4 vệ tinh chung trong suốt chu kỳ

đo Vì vậy, tuyến đo phải thiết kế ở khu vực thoáng đãng để không xảy ra tình trạngtín hiệu thu bị gián đoạn (cicle slip) Nếu xảy ra trường hợp đó thì phải tiến hànhkhởi đo lại ở cạnh đáy xuất phát hoặc sử dụng một cạnh đáy khác được thiết lập dựphòng trên tuyến đo Cạnh đáy có thể dài đến 5km và cho độ chính xác cỡ centimet

di động được chuyển đến từng điểm đo, tại mỗi điểm thu tín hiệu trong 5-10 phút

Sau khi đo hết lần lượt máy di động trở về điểm xuất phát (điểm đầu tiên) và

đo lặp lại tất cả các điểm theo đúng trình tự đo trước đó, nhưng phải đảm bảo saocho khoảng thời gian giãn cách giữa hai lần đo tại mỗi điểm không ít hơn một tiếngđồng hồ Chính trong khoảng thời gian này đồ hình phân bố vệ tinh thay đổi đủ đểxác định được số nguyên đa trị, còn hai lần đo, mỗi lần kéo dài từ 5-10 phút và giãncách nhau một tiếng Yêu cầu nhất thiết trong phương pháp này là phải có được ítnhất 3 vệ tinh chung cho cả hai lần đo tại mỗi điểm quan sát Ưu điểm của phương

pháp này là trong quá trình di chuyển không nhất thiết phải bật máy thu, tức là cóthể mất tín hiệu vệ tinh khi di chuyển.

2.4 Các nguồn sai số trong đo GPS

Định vị GPS về thực chất được xây dựng trên cơ sở giao hội không gian các

khoảng cách đo được từ máy thu đến các vệ tinh có tọa 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 từ vệtinh , của máy thu, của môi trường lan truyền tín hiệu và các nguồn sai số khác Cácnguồn sai số đó có tính chất ngẫu nhiên ảnh hưởng đến kết quả đo GPS

1 Sai số đồng hồ

Sai số đồng hồ gồm sai số đồng hồ vệ tinh, đồng hồ máy thu và sự không đồng

bộ giữa chúng Đồng hồ vệ tinh là đồng hồ nguyên tử, độ chính xác cao nhưngkhông phải hoàn toàn không có sai số Trong đó sai số hệ thống lớn hơn sai số ngẫunhiên 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 chính xác của đồng hồ.Khi hai trạm đo tiến hành quan trắc đồng bộ đối với vệ tinh thì ảnh hưởng của sai sốđồng 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 trắc đồngthời nhiều vệ tinh thì sai số đồng hồ máy thu có ảnh hưởng như nhau đối với các trị

đo tương ứng và các sai số đồng hồ của các máy thu có thể coi là độc lập nhau Trong định vị GPS tương đối, sử dụng các sai phân bậc 1, 2 có thể loại trừhoặc giảm thiểu ảnh hưởng sai số đồng hồ trong kết quả đo

2 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 củacác vệ tinh trên quỹ đạo không hoàn toàn tuân theo định luật Kepler Đó là nguyênnhân gây lên sai số quỹ đạo vệ tinh hay còn gọi là sai số vị trí của vệ tinh

Trong định vị GPS cần phải sử dụng lịch quỹ đạo vệ tinh(Ephemeris) Cáctrạm điều khiển quan trắc liên tục để xác định quỹ đạo chuyển động của vệ tinh vàđưa ra lịch vệ tinh quảng bá, cung cấp đại trà cho người sử dụng bằng 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 20100m

Ngoài lịch vệ tinh quảng bá còn có lịch vệ tinh chính xác (Pricise Ephemeris).Lịch vệ tinh này được thành lập từ kết quả xử lý số liệu quan trắc ở các thời điểmtrong khoảng thời gian quan trắc, có độ chính xác tọa độ vệ tinh cỡ 1050cm

Sai số vị trí của vệ tinh ảnh hưởng gần như trọn vẹn đến độ chính xác tọa độđiểm trong định vị tuyệt đối (định vị điểm đơn), nhưng lại được loại trừ về cơ bảntrong kết quả định vị tương đối

3 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 từ

50km đến 1000km Tín hiệu truyền từ vệ tinh qua tầng điện ly, tầng đối lưu đếnmáy thu bị khúc 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 thu GPS, số hiệuchỉnh khoảng cách theo hướng thiên đỉnh có thể đạt giá trị tối đa là 50m, theohướng có góc cao 20 có thể đạt tới 150m 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 truyền tín hiệu càng phức tạp hơnphụ 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 góc cao của đường truyềntín hiệu Giá trị ảnh hưởng sai số theo hướng thiên đỉnh có thể đạt tới 23m, theohướng có góc cao 10 có thể đạt tới 20m

Để giảm thiểu sai số của tầng đối lưu có thể dùng mô hình hiệu chỉnh đưa themtham số phụ ước tính ảnh hưởng của tầng đối lưu vào quá trình xử lý số liệu để tínhhoặc dùng hiệu các trị đo đồng bộ Trong GPS người ta quy định góc ngưỡng là 15

4 Sai số do nhiễu xạ tín hiệu vệ tinh

Tín hiệu từ vệ tinh đến máy thu GPS có thể bị nhiễu do một số nguyên nhân

như: tín hiệu phản xạ từ các vật khác (kim loại, bê tông, mặt nước,…) ở gần máythu GPS (hiệu ứng đa đường dẫn), tín hiệu bị nhiễu do ảnh hưởng của các sóng điện

từ khác (khi đặt máy thu ở gần các trạm phát sóng, gần đường dây tải điện cao áp).Các tín hiệu bị nhiễu nói trên chập với tín hiệu truyền trực tiếp từ vệ tinh đến máythu 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 vậtphản xạ tín hiệu hoặc các đối tượng gây nhiễu tín hiệu; không thu tín hiệu khi trờiđầy mây, đang mưa, không đặt máy thu dưới các rặng cây

5 Các 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, sai số vị trí của máy thu, sai số vị trí tâm pha anten, sai số của người đo.Trong định vị chính xác cao cần phải xem xét và tìm biện pháp giảm ảnh hưởng củacác sai số này

* Tổng hợp ảnh hưởng của các nguồn sai số chủ yếu nêu trên cùng với nguồnsai số phụ khác, khoảng cách từ vệ tinh đến các điểm quan sát phụ khác sẽ có sai số13m với xác suất 95% Song các giá trị này mới chỉ là sai số của khoảng cách từmỗi vệ tinh đến điểm quan sát, chứ không phải sai số của bản thân vị trí điểm quansát Do vị trí điểm quan sát được xác định bởi phép giao hội khoảng cách từ các vệtinh nên độ chính xác của nó phụ thuộc vào các góc giao hội, tức là phụ thuộc vào

đồ hình phân bố vệ tinh so với điểm quan sát Để có được sai số vị trí điểm quan sát

ta phải đem sai số khoảng cách giao hội nhân với một hệ số lớn hơn 1 Hệ số nàyđặc trưng cho đồ hình giao hội và được gọi là hệ số phân tản độ chính xác (Dilution

of Precision – DOP) Và DOP càng nhỏ thì vị trí điểm quan sát được xác định càngchính xác

Ảnh hưởng của cấu hình hình học vệ tinh được thể hiện bằng hệ số phân tản

độ chính xác DOP và được tính bằng tỉ số giữa độ chính xác định vị và độ chính xácđo

DOP là một trị số vô hướng thể hiện tác động của cấu hình hình học đối với độchính xác của vị trí điểm Có nhiều trị số DOP khác nhau Các trị số DOP thườnggặp nhất là:

VDOP là hệ số phân tản độ chính xác cho độ cao

HDOP là hệ số phân tản độ chính xác mặt phẳng

PDOP là hệ số phân tản độ chính xác vị trí điểm

TDOP là hệ số phân tản độ chính xác thời gian

GDOP là hệ số phân tản độ chính xác hình học

Khoảng tin cậy đối với vị trí điểm xác định trên mặt phẳng chính là căn bậchai tổng bình phương hai trục của elip sai số Đó chính là HDOP Nói chung mỗiDOP đều tương đương với một căn bậc hai của tổng các bình phương của khoảngtin cậy trên các trục tương ứng với những tham số chúng ta quan tâm

2.5 Ứng dụng của GPS trong việc xây dựng lưới khống chế tọa độ

2.5.1 Các phương thức liên kết khi tổ chức đo GPS

a.Phương pháp liên kết điểm

Liên kết điểm là dạng liên kết mà các vòng đo đồng bộ kề nhau bởi 1 điểm chung Cường độ hình dạng liên kết điểm là rất yếu, không có hoặc rất ít điều kiện khép hình không đồng bộ Dạng liên kết điểm thường không được sử dụng đơn độc.Cần phải nâng cao chỉ tiêu về độ tin cậy của lưới

b.Phương pháp liên kết cạnh

Liên kết cạnh là dạng liên kết giữa các vòng đo đồng bộ kề nhau bởi 1 cạnh chung Lưới được thành lập theo dạng này có cường độ đồ hình tương đối cao, có nhiều cạnh đo lặp và có nhiều điều kiện khép hình không đồng bộ Với số lượng máy thu như nhau thì số ca đo sẽ tăng nhiều hơn so với phương pháp liên kết điểm, thời gian cũng như chi phí đo lưới sẽ cao hơn Như vậy lưới thành lập bằng phương pháp liên kết cạnh có đồ hình tin cậy hơn so với phương pháp liên kết điểm

c.Phương pháp liên kết hỗn hợp cạnh – điểm

Liên kết hỗn hợp cạnh – điểm là dạng kết hợp giữa phương pháp liên kết cạnh

và phương pháp liên kết điểm để thiết kế ca đo lưới GPS Phương pháp này đảm bảo cường độ đồ hình, độ tin cậy của lưới và có thể giảm khối lượng công tác ngoại nghiệp, hạ thấp giá thành Đây là phương pháp tương đối lí tưởng để áp dụng cho lưới GPS

2.5.2 Ứng dụng công nghệ GPS trong xây dựng lưới khống chế tọa độ

Có thể nói ứng dụng đầu tiên của công nghệ GPS trong trắc địa là đo đạc cácmạng lưới trắc địa mặt bằng Chúng ta biết rằng đo tương đối tĩnh cho độ chính xác cao nhất, vì thế phương pháp này được sử dụng để đo các mạng lưới trắc địa.

Ở Việt Nam hiện nay công nghệ GPS đã được sử dụng rộng rãi trong công tác thiết kế lưới, do đó cần có quy phạm, quy định thống nhất

Dưới đây là quy trình kĩ thuật đo GPS trong trắc địa công trình trích từ

TCXDVN 364:2006

Cấp hạng

Chiều dài cạnhtrung bình(km)

a(mm)

b(1x10-6)

Sai số trung phương tương đối

+ Các mạng lưới tĩnh : là các mạng lưới có mốc cố định trên mặt đất được

đo với độ chính xác cao và là cơ sở trắc địa trải rộng liên tục trên một diện tích nhất định Các mạng lưới này thường có độ chính xác đo chiều dài cỡ 1:250000 và độ cao cỡ một vài mm trên 1km Có thể thấy rằng các mạng lưới này thuộc hệ thống lưới tọa độ quốc gia

+ Các mạng lưới động : là các mạng lưới gồm một số điểm cố định có vai

trò trạm theo dõi, làm cơ sở để xác định tọa độ nhiều điểm khác Các điểm cần xác định tọa độ cũng có thể là các điểm chuyển động cần xác định tọa độ tức thời Với ýtưởng này từ nguyên tắc đo GPS vi phân (DGPS) người ta đã xây dựng hệ định vị

vi phân diện rộng WADGPS (Wide – Area DGPS)