Đánh giá độ chính xác xác định tọa độ bằng trạm tham chiếu đơn hoạt động liên tục - CORS

Công nghệ trạm CORS đã được sử dụng khá rộng rãi trên nhiều nước trên thế giới và mang lại hiệu quả khá cao trong công tác đo đạc thành lập các bản đồ phục vụ các công trình. Đối với nước ta, công nghệ này mới được đưa vào sử dụng gần đây nên các ứng dụng của nó trong công tác đo đạc bản đồ tỷ lệ lớn còn có những hạn chế nhất định.

Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất Tập 58, Kỳ (2017) 99-103 99 Đánh giá độ xác xác định tọa độ trạm tham chiếu đơn hoạt động liên tục - CORS Vũ Trung Rụy 1,*, Phạm Công Khải 1 Khoa Trắc địa - Bản đồ Quản lý đất đai, Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Việt Nam THÔNG TIN BÀI BÁO TĨM TẮT Q trình: Nhận 15/08/2017 Chấp nhận 18/10/2017 Đăng online 29/12/2017 Công nghệ trạm CORS sử dụng rộng rãi nhiều nước giới mang lại hiệu cao công tác đo đạc thành lập đồ phục vụ cơng trình Đối với nước ta, cơng nghệ đưa vào sử dụng gần nên ứng dụng cơng tác đo đạc đồ tỷ lệ lớn có hạn chế định Để mở rộng ứng dụng công nghệ cần phải phân tích đánh giá độ xác đạt sở lý thuyết, thực tế đạt đo đạc Để làm rõ khả vấn đề tiến hành phân tích sai số ảnh hưởng đến kết đo, đồng thời thành lập mạng lưới tọa độ gồm 10 điểm: KH-1, KH2, KH-3, KH-4, KH-5, KH-6, KH-7, KH-8, KH-9, KH-10, có độ xác đo đạc tương đương độ xác mạng lưới hạng IV để so sánh với kết tọa độ xác định công nghệ trạm CORS Qua kết so sánh cho thấy sai lệch tọa độ phẳng xác định phương pháp đo GPS tĩnh xác định 𝑆 𝑆 trạm CORS đơn không lớn: 𝛿𝑚𝑎𝑥 = 0,044 m, 𝛿𝑚𝑖𝑛 = 0,004 m Với kết dùng trạm CORS đơn có trường đại học Mỏ-Địa chất để thành lập đồ địa có tỷ lệ 1:500 trở xuống, với khoảng cách từ trạm CORS tới khu đo không 7,5 km Từ khóa: Độ xác Trạm CORS Xác định tọa độ Bản đồ địa © 2017 Trường Đại học Mỏ - Địa chất Tất quyền bảo đảm Đặt vấn đề Công nghệ trạm CORS sử dụng rộng rãi nhiều nước giới mang lại hiệu cao công tác đo đạc thành lập đồ phục vụ cơng trình Đối với nước ta, cơng nghệ đưa vào sử dụng khoảng vài năm gần nên nghiên cứu ứng dụng vào đo đạc đồ địa tỷ lệ lớn 1/500 bị hạn chế Chẳng hạn như: _ *Tác giả liên hệ E-mail: vutrungruy@humg.edu.vn - Công nghệ GNSS lưới khống chế tọa độ quốc gia giai đoạn - Tác giả: Bùi Thị Hồng Thắm, trường đại học Tài ngun Mơi trường Hà Nội, tạp chí số 14 - trang 53 Nội dung báo đề cập xu phát triển phương pháp đo, quan điểm lưới khống chế trắc địa quốc gia hướng tới khái niệm trắc địa không lưới - Tìm hiểu hệ thống trạm tham chiếu làm việc liên tục CORS - Tác giả: Trần Thị Hương, trường đại học TNMT Hà Nội, tạp chí khoa học đại học Tài nguyên môi trường tháng 10-2016 Bài báo giới thiệu nguyên lý hoạt động, thực trạng trạm CORS giới Việt Nam, 100 Vũ Trung Rụy Phạm Cơng Khải/Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 58(6), 99-103 phạm vi hoạt động trạm CORS đơn (10 đến 20 km), phạm vi hoạt động CORS net (20 đến 100 km) đạt độ xác cỡ cm - Nghiên cứu xây dựng giải pháp đo GPS theo công nghệ trạm tham chiếu ảo (VRS) Việt Nam phục vụ việc đa dạng hóa ứng dụng trạm CORS - Tác giả: Lưu Hải Âu, Viện khoa học Đo đạc Bản đồ - Bộ Tài nguyên môi trường; đề tài hoàn thành năm 2014 Nội dung đề tài nghiên cứu khả ứng dụng CORS net đo đạc đồ khả độ xác đạt cơng tác - Nghiên cứu khả ứng dụng công nghệ CORS đo đạc địa phương pháp đo GPS động thời gian thực khu vực đồng sông Cửu Long (thực nghiệm tỉnh Bạc Liêu năm 2015) - Luận văn thạc sỹ Mai Quý Dân, trường đại học Khoa học Tự nhiên PGS TS Trần Quốc Bình hướng dẫn năm 2015 Nội dung luận văn khảo sát khả đo đạc công nghệ trạm CORS (với số trạm tham chiếu từ hai trạm trở lên) vùng dân cư có độ phức tạp địa hình mức độ ảnh hưởng việc phủ sóng 3G Qua việc khảo sát tác giả đưa nhận xét: + Đối với vùng dân cư dày đặc có nhiều cơng trình cao tầng khơng thể dùng cơng nghệ để đo đạc thành lập đồ + Đối với vùng dân cư thưa thớt, sóng 3G tốt, cối khơng cao cơng trình thấp tấng áp dụng cơng nghệ với giúp đỡ dụng cụ chuyên dùng + Đối với vùng đồng lúa vùng ni trồng thủy sản, sóng 3G tốt hồn tồn áp dụng cơng nghệ để thành lập đồ có tỷ lệ 1/1000 trở xuống Tóm lại nghiên cứu đo đạc thành lập đồ tỷ lệ lớn 1/500 trạm CORS đơn trạm N001 trường đại học Mỏ-Địa chất chưa có Việt Nam Đây mục tiêu việc khảo sát đánh giá độ xác xác định tọa độ phẳng (x,y) để mở rộng thêm ứng dụng công nghệ công tác đo đạc thành lập đồ địa tỷ lệ lớn Phương pháp kiểm nghiệm quy trình tính tốn 2.1 Phương pháp trạm CORS 2.1.1 Hệ thống trạm CORS thiết bị Hình Khóa quyền Hình Ăng ten thu trạm CORS Hình Hệ thống máy chủ Hình Bộ thu nhận tín hiệu Trạm CORS đặt trường đại học Mỏ - Địa chất thành lập hoàn thành vào cuối năm 2013, Tập đoàn Trắc địa Nam Phương đầu tư Hiện trạm có máy chủ giới thiệu Hình 1, Hình 2, Hình Hình máy di động (rover) giới thiệu Hình chưa có nên khả khai thác sử dụng đối trạm Để có số liệu đo đạc cho viết này, mượn máy GPS tần số S82-RTK quan để đo Vũ Trung Rụy Phạm Cơng Khải/Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 58(6), 99-103 Hình Máy di động Máy có khả định vị với sai số vị trí điểm Mp = ±(10 mm+1 ppm), Mh = ±(20 mm+1 ppm) 2.1.2 Các ảnh hưởng sai số đến độ xác định vị điểm di động Theo lý thuyết sai số ảnh hưởng sai số định vị điểm di động gồm yếu tố sau: - Ảnh hưởng sai số vị trí điểm trạm CORS Sai số vị trí điểm trạm CORS xác định bình sai mạng lưới GNSS kết nối điểm trạm CORS với mạng lưới quốc gia Theo kết bình sai mạng lưới xác định sai số vị trí điểm trạm CORS Mptr = 0,008 m - Ảnh hưởng sai số máy Theo tính kỹ thuật máy cho thấy định vị điểm đơn với độ xác: Mpm = ±(a +b ×10-6×D) mm (1) Trong đó: a sai số cố định máy có đơn vị mm; b sai số biến đổi theo khoảng cách D môi trường lý tưởng; D khoảng cách từ trạm COSR đến máy di động (Rover), có đơn vị km Theo thiết kế sản xuất máy GPS tần số S82T có: a = 10 mm, b = ppm Vậy theo công thức (1) với khoảng cách từ trạm COSR đến máy di động 1km ảnh hưởng sai số máy đến vị trí điểm là: Mpm = 0,011 m - Ảnh hưởng sai số cân máy Các máy di động (Rover) thường lắp đầu sào gương m có gắn ống thủy tròn Nếu chiều cao sào l = m, khoảng chia ống thủy  = 10 phút, cân chỉnh sào gương với sai số ul = /5 tính ảnh hưởng sai sốcân sào gương là: Mpc = l××ul/ Mpc = 0,001 m (2) - Ảnh hưởng sai số định tâm sào 101 Hình Sổ ghi điện tử Đường kính sào gương (ds) để đo GPS thường 0,030 mm Nếu đặt tâm sào vào tâm mốc với sai lệch 1/10 đường kính sào gương, tính sai số định tâm sào là: Mps = 0,003 m - Ảnh hưởng sai số độ trễ truyền tín hiệu sóng 3G (Mp3G) Khi định vị điểm theo trạm CORS đơn máy trạm trạm CORS máy di động thu tín hiệu vệ tính GNSS, tự tính tọa độ chúng Khi máy di động tính xong gửi tọa độ máy trạm CORS sóng 3G Máy trạm CORS tính số chênh tọa độ tính trạm tọa độ gốc máy, truyền cho máy di động hiệu chỉnh lại tọa độ Do việc truyền qua lại sinh sai số trễ tín hiệu Hiện chưa tính xác giá trị sai số độ trễ khơng xác định xác ảnh hưởng mơi trường khu đo, ảnh hưởng băng thơng truyền sóng 3G đến kết đo Như ảnh hưởng sai số đến độ xác định vị điểm di động là: 𝑀𝑝𝐿𝑇 = (3) √(𝑀𝑝𝑡𝑟 )2 +(𝑀𝑝𝑚 )2 + (𝑀𝑝𝑐 )2 + (𝑀𝑝𝑠 )2 + (𝑀𝑝3𝐺 )2 2.1.3 Công tác đo đạc Để xác định lại ảnh hưởng sai số nêu theo thực tế đo đạc, tiến hành thành lập mạng lưới GPS gồm 10 điểm KH-1, KH-2, KH-3, KH-4, KH-5, KH-6, KH-7, KH-8, KH-9, KH-10 sử dụng điểm gốc hạng III nhà nước: 104548, điểm 116437 Các điểm liên kết với Hình cách xa dần trạm CORS-001 Sau bố trí, xây dựng xong mốc mạng lưới tiến hành đo đạc mạng lưới theo phương pháp khác nhau: định vị GPS tĩnh 102 Vũ Trung Rụy Phạm Cơng Khải/Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 58(6), 99-103 trạm CORS, so sánh kết với - Kết tọa độ điểm xác định theo phương pháp đo GPS tĩnh Sau chôn mốc xong, dùng 04 máy GPS Trimble R3 đo tĩnh với thời gian thu tính hiệu đồng thời máy > 60 phút, tiến hành xử lý số liệu phần mềm Trimble Business Center 2.4 có khóa quyền hãng Trimble, kết Bảng - Kết tọa độ điểm xác định theo phương pháp đo trạm CORS Đối với phương pháp đo trạm CORS, sử dụng máy GPS S82-RTK đo lại diểm nói kết thống kê Bảng 2.2 Tính tốn so sánh 2.2.1 Cơng thức tính toán Sau xác định tọa độ điểm mạng lưới hai phương pháp, đem so sánh hai kết với nhau: Gọi tọa độ phẳng điểm xác định phương pháp đo GPS tĩnh ( 𝑋𝑖𝑡 , 𝑌𝑖𝑡 ), (i = 104548, KH-1, …, KH-10), tọa độ phẳng điểm xác định phương pháp đo trạm CORS (𝑋𝑖𝐶 , 𝑌𝑖𝐶 ), ta có cơng thức so sánh sau: 𝛿𝑖𝑥 = 𝑋𝑖𝐶 - 𝑋𝑖𝑡 (4) 𝑦 𝛿𝑖 = 𝑌𝑖𝐶 - 𝑌𝑖𝑡 𝑦 𝛿𝑖𝑆 =√(𝛿𝑖𝑥 )2 + (𝛿𝑖 )2 Hình Sơ đồ mạnh lưới GPS tính sai lệch vị trí điểm lớn theo 𝑆 𝑆 công thức (5) 𝛿𝑚𝑎𝑥 = 0,044 m, 𝛿𝑚𝑖𝑛 = 0,004 m Các kết tính tốn chi tiết thống kê Bảng Nếu coi giá trị đo GPS tĩnh khơng có sai số tính sai số trung phương m theo công thức Gauss: [∆∆] m = ±√ (5) Trong đó: 𝛿𝑖𝑥 sai lệch tọa độ theo trục X phương pháp đo GPS tĩnh phương pháp 𝑦 trạm CORS của điểm thứ i; 𝛿𝑖 sai lệch tọa độ theo trục Y phương pháp đo GPS tĩnh phương pháp trạm CORS của điểm thứ i; 𝛿𝑖𝑆 sai lệch vị trí điểm phương pháp đo GPS tĩnh phương pháp trạm CORS của điểm thứ i Ở tọa độ điểm mạng lưới xác định phương pháp đo GPS tĩnh coi số liệu gốc có độ xác cao (Mpmax = 0,007 m), đồng thời nhiều đề tài khẳng định độ xác phương pháp 2.2.2 Kết tính tốn Từ số liệu Bảng theo cơng thức (4) tính sai lệch tọa độ lớn theo trục tọa 𝑥 độ X 𝛿𝑚𝑎𝑥 = -0,038 m; sai lệch tọa độ lớn 𝑦 theo trục tọa độ Y 𝛿𝑚𝑎𝑥 = 0,028 m Đồng thời đo 𝑛 (6) Trong đó: ∆ độ lệch vị trí tọa độ; n số điểm Theo cơng thức (6) tính sai số trung phương độ lệch vị trí điểm đo là: ms= ±0,025m Theo u cầu đo đạc đồ địa sai số vị trí điểm chi tiết cho phép mP ≤ 0,2 mm nhân với mấu số tỷ lệ đồ Nếu đo vẽ đồ tỷ lệ 1/500 sai số vị trí điểm cho phép 0,100 m, phương pháp đo trạm CORS nêu hồn tồn dùng để đo đạc thành lập đồ địa tỷ lệ 1/500 Kết luận Qua việc khảo sát so sánh tọa độ điểm xác định phương pháp đo GPS tĩnh phương pháp trạm CORS đơn cho thấy sai khác không 𝑆 𝑆 lớn: 𝛿𝑚𝑎𝑥 = 0,044 m, 𝛿𝑚𝑖𝑛 = 0,004 m, sai số trung phương độ lệch vị trí điểm đo là: ms=±0,025m Vũ Trung Rụy Phạm Cơng Khải/Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 58(6), 99-103 103 Bảng Kết tính sai lệch vị trí điểm điểm mạng lưới T điểm 104548 KH-1 KH-2 KH-3 KH-4 KH-5 KH-6 KH-7 KH-8 KH-9 KH-10 GPS Tĩnh X(m) 2332590,893 2331078,161 2333147,615 2330112,400 2328976,440 2327466,300 2326970,116 2326251,236 2324291,465 2323643,828 2323870,602 Y(m) 581018,697 580952,520 582109,681 581855,510 580430,385 582693,099 580887,986 582094,451 581377,192 581962,164 579504,400 CORS X(m) Y(m) 2332590,900 581018,688 2331078,157 580952,516 2333147,623 582109,684 2330112,398 581855,524 2328976,438 580430,382 2327466,290 582693,116 2326970,102 580887,993 2326251,219 582094,479 2324291,433 581377,215 2323643,790 581962,187 2323870,574 579504,418 Với kết so sánh cho thấy hồn tồn dùng phương pháp trạm CORS đơn để đo đạc thành lập đồ địa tỷ lệ 1/500 theo quy phạm hành, với khoảng cách từ máy đo động đến trạm CORS không 7,5 km Tài liệu tham khảo Bùi Thị Hồng Thắm, 2014 Công nghệ GNSS lưới khống chế tọa độ quốc gia giai đoạn nay, Tạp chí Khoa học Tài ngun Mơi trường 14 Trần Thị Hương, 2016 Tìm hiểu hệ thống trạm tham chiếu làm việc liên tục CORS, Tạp chí Khoa học Tài nguyên Môi trường dx(m) 0,007 -0,004 0,008 -0,002 -0,002 -0,010 -0,014 -0,017 -0,032 -0,038 -0,028 Độ lệch dy(m) -0,009 -0,004 0,003 0,014 -0,003 0,017 0,007 0,028 0,023 0,023 0,018 dS(m) 0,011 0,006 0,009 0,014 0,004 0,020 0,016 0,033 0,039 0,044 0,033 Lưu Hải Âu, 2014 Nghiên cứu xây dựng giải pháp đo GPS theo công nghệ trạm tham chiếu ảo (VRS) Việt Nam phục vụ việc đa dạng hóa ứng dụng trạm CORS Đề tài Khoa học công nghệ cấp Bộ, Viện khoa học Đo đạc Bản đồ Bộ Tài nguyên Môi trường Mai Quý Dân, 2015 Nghiên cứu khả ứng dụng công nghệ CORS đo đạc địa phương pháp đo GPS động thời gian thực khu vực đồng sông Cửu Long (thực nghiệm tỉnh Bạc Liêu năm 2015), Luận văn thạc sỹ, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên ABSTRACT Establishment of testing network to assess the accuracy of continuously operating reference station (CORS) Ruy Trung Vu 1, Khai Cong Pham 1 Faculty of Geomatics and Land Administration, Hanoi University of Mining and Geology, Vietnam Continuously Operating Reference Station CORS has been popularly used in many countries, and provedits strong efficiency in mapping However, as that this method is newly introduced in Vietnam, there still exit many restrictions in applying CORS in large-scaled mapping To extend the application, we established a coordinate network with 10 points: KH-1, KH-2, KH-3, KH-4, KH-5, KH-6, KH-7, KH-8, KH-9, KH-10, with the same accuracy as of level IV national network to compare with the results obtained by CORS method The results show that the errors between the plane coordinates measured by static GPS 𝑆 𝑆 and CORS station methods are insignificant: 𝛿𝑚𝑎𝑥 = 0,044 m, 𝛿𝑚𝑖𝑛 = 0,004 m This confirms that single CORS stations set up in Hanoi University of Mining and Geology could be practically employed for cadastral mapping at scales larger than 1/500 with the distances between CORS stations and measured points of less than 7,5 km  ... Mỏ - Địa chất 58(6), 9 9-1 03 phạm vi hoạt động trạm CORS đơn (10 đến 20 km), phạm vi hoạt động CORS net (20 đến 100 km) đạt độ xác cỡ cm - Nghiên cứu xây dựng giải pháp đo GPS theo công nghệ trạm. .. 0,003 m - Ảnh hưởng sai số độ trễ truyền tín hiệu sóng 3G (Mp3G) Khi định vị điểm theo trạm CORS đơn máy trạm trạm CORS máy di động thu tín hiệu vệ tính GNSS, tự tính tọa độ chúng Khi máy di động. .. Khi máy di động tính xong gửi tọa độ máy trạm CORS sóng 3G Máy trạm CORS tính số chênh tọa độ tính trạm tọa độ gốc máy, truyền cho máy di động hiệu chỉnh lại tọa độ Do việc truyền qua lại sinh