Nghiên cứu sử dụng hạ tầng mạng viễn thông di động trong đo đạc địa chính bằng phương pháp đo GPS động thời gian thực

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN PHẠM THÀNH VIỆT NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG HẠ TẦNG MẠNG VIỄN THÔNG DI ĐỘNG TRONG ĐO ĐẠC ĐỊA CHÍNH BẰNG PHƢƠNG PHÁP ĐO GPS ĐỘNG THỜI GIAN THỰC LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÀ NỘI - 2015 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN PHẠM THÀNH VIỆT NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG HẠ TẦNG MẠNG VIỄN THÔNG DI ĐỘNG TRONG ĐO ĐẠC ĐỊA CHÍNH BẰNG PHƢƠNG PHÁP ĐO GPS ĐỘNG THỜI GIAN THỰC Ngành: Quản lý đất đai Mã số: 60850103 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS TRẦN QUỐC BÌNH HÀ NỘI - 2015 LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc đến PGS.TS Trần Quốc Bình ngƣời bảo hƣớng dẫn tơi tận tình suốt q trình nghiên cứu đề tài hồn thành luận văn Trong suốt trình học tập, nghiên cứu hồn thành luận văn, tơi nhận đƣợc tạo điều kiện, giúp đỡ nhiệt tình thầy giáo Khoa Địa lý, Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội Trong thời gian thực nghiệm, nhận đƣợc giúp đỡ, tạo điều kiện anh Trƣơng An Phong cán Viện Khoa học Đo đạc Bản đồ giúp đỡ tơi q trình thực luận văn Ngồi tri ân đây, tơi xin cam đoan nội dung đƣợc trình bày luận văn cơng trình nghiên cứu riêng Tôi biết ơn mong nhận đƣợc ý kiến đóng góp phản hồi nội dung nghiên cứu cơng trình Ngày 15 tháng 12 năm 2015 PHẠM THÀNH VIỆT MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ ỨNG DỤNG GPS TRONG ĐO ĐẠC ĐỊA CHÍNH 1.1 Vai trò, nội dung u cầu cơng tác đo đạc địa hệ thống quản lý đất đai 1.1.1 Vai trị đo đạc địa 1.1.2 Nội dung cơng tác đo đạc địa 1.1.3 Yêu cầu kỹ thuật cơng tác đo đạc địa 1.2 Các phƣơng pháp đo đạc địa 10 1.2.1 Đo đạc phƣơng pháp toàn đạc điện tử 10 1.2.2 Đo đạc công nghệ ảnh số 11 1.2.3 Đo đạc công nghệ GPS 12 1.2.4 Khái quát hệ thống GPS 13 1.3 Tình hình ứng dụng GPS đo đạc địa 17 1.4 Tình hình nghiên cứu ngồi nƣớc sử dụng mạng viến thông đo đạc GPS 18 CHƢƠNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐO ĐẠC ĐỊA CHÍNH BẰNG PHƢƠNG PHÁP ĐO GPS ĐỘNG THỜI GIAN THỰC SỬ DỤNG HẠ TẦNG MẠNG VIỄN THÔNG DI ĐỘNG 21 2.1 Cơ sở khoa học phƣơng pháp đo GPS động thời gian thực .21 2.1.1 Phƣơng pháp đo tĩnh (static) 22 2.1.2 Phƣơng pháp đo tĩnh nhanh (fast static) 22 2.1.3 Phƣơng pháp đo động (Kinematic) 23 2.1.4 Phƣơng pháp đo giả động 25 2.1.5 Nguyên lý phƣơng pháp đo GPS động thời gian thực .27 2.1.6 Những vấn đề cần khắc phục đo đạc địa phƣơng pháp đo GPS động thời gian thực 31 2.1.7 Tiềm sử dụng mạng viễn thông di động đo GPS động thời gian thực 32 2.2 Thiết kế hệ thống đo GPS động thời gian thực sử dụng hạ tầng mạng viễn thông di động 34 2.2.1 Các thiết bị phần cứng sơ đồ kết nối 35 2.2.2 Phần mềm chƣơng trình điều khiển 36 2.3 Quy trình đo đạc 37 CHƢƠNG THỬ NGHIỆM ĐO ĐẠC ĐỊA CHÍNH BẰNG PHƢƠNG PHÁP ĐO GPS ĐỘNG THỜI GIAN THỰC TẠI HUYỆN LƢƠNG TÀI, TỈNH BẮC NINH 42 3.1 Khái quát khu vực thử nghiệm 42 3.1.1 Vị trí địa lý 42 3.1.2 Đặc điểm địa hình, địa vật 42 3.1.3 Đặc điểm kinh tế, xã hội 43 3.2 Điều kiện phƣơng pháp thử nghiệm 44 3.3 Phƣơng pháp thử nghiệm 46 3.4 Trình tự bƣớc tiến hành đo đạc thử nghiệm 50 3.4.1 Quá trình đo tĩnh để xác định tọa độ điểm khống chế đo vẽ .50 3.4.2 Quá trình đo động thời gian thực sử dụng sóng radio .50 3.4.3 Quá trình đo động thời gian thực sử dụng hạ tầng mạng viễn thông di động 51 3.5 Kết thử nghiệm 52 3.5.1 Thử nghiệm so sánh phƣơng pháp đo động thời gian thực công nghệ sử dụng hạ tầng mạng viễn thơng di động sử dụng sóng radio 52 3.5.2 Thử nghiệm sử dụng phƣơng pháp đo động thời gian thực sử dụng hạ tầng mạng viễn thông di động với vị trí đặt Base khơng đƣợc thuận tiện 55 3.5.3 Thử nghiệm đánh giá ảnh hƣởng chất lƣợng đƣờng truyền mạng đo động thời gian thực sử dụng hạ tầng mạng viễn thông di động 56 3.5.4 Thử nghiệm đánh giá ảnh hƣởng khoảng cách từ trạm Base đến Rover phƣơng pháp đo động thời gian thực sử dụng hạ tầng mạng viễn thông di động 57 3.5.5 Thử nghiệm sử dụng phƣơng pháp đo động thời gian thực sử dụng hạ tầng mạng viễn thông di động để đo đạc điểm chi tiết 61 3.6 Đề xuất số giải pháp nâng cao hiệu sử dụng mạng viễn thông di động đo đạc địa phƣơng pháp đo GPS động thời gian thực .63 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO 67 PHỤ LỤC 69 Phụ lục 1: Kết đo điểm chi tiết phƣơng pháp toàn đạc 69 Phụ lục 2: Kết so sánh điểm chi tiết với kết đo máy toàn đạc 71 Phụ lục 3: Các kết so sánh thời gian khởi đo suy giảm độ xác điểm khống chế 73 Phụ lục : Ví dụ số liệu đầu thiết bị 77 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Cấu trúc hệ thống GPS 14 Hình 1.2: Chuyển động vệ tinh Quỹ đạo 15 Hình 1.3: Mạng lƣới trạm điều khiển hệ thống GPS từ sau năm 2005 .16 Hình 2.1: Sơ đồ kỹ thuật đo tĩnh 22 Hình 2.2: Sơ đồ kỹ thuật đo GPS động (Kinematic GPS) .24 Hình 2.3: Sơ đồ kết nối hệ thống đo GPS động thời gian thực .36 Sử dụng hạ tầng mạng viễn thông di động 36 Hình 2.4: Giao diện phần mềm cài đặt kết nối Server 37 Hình 2.5: Giao diện phần mềm cài đặt điều khiển đo đạc 37 Hình 2.6: Giao diện phần mềm cấu hinh̀ máy Base 38 Hình 2.7: Giao diện phần mềm cấu hinh̀ máy Rover 39 Hình 2.8: Giao diện phần mềm cấu hinh̀ liệu đầu máy Rover 39 Hình 2.9: Quy trình đo đạc địa RTK 41 Hình 3.1: Sơ đồ vị trí huyện Lƣơng Tài ảnh Google Earth .42 Hình 3.2: Sơ đồ phân bố điểm địa sở đặt máy Base 48 Hình 3.3: Sơ đồ phân bố điểm khống chế khu đo thông thống .49 Hình 3.4: Sơ đồ phân bố điểm khống chế khu đo bị che khuất phần 49 Hình 3.5: Sơ đồ phân bố điểm khống chế khu đo bị che khuất phần nhà cửa 50 Hình 3.6: So sánh độ xác phƣơng pháp đo động thời gian thực sử dụng hạ tầng mạng viễn thông di động sử dụng sóng radio điểm thử nghiệm 54 Hình 3.7: Đồ thị so sánh thời gian khởi đo phƣơng pháp đo động thời gian thực sử dụng hạ tầng mạng viễn thông di động sử dụng sóng radio 54 Hình 3.8: Đồ thị so sánh độ xác đo động thời gian thực sử dụng hạ tầng mạng viễn thông sử dụng vị trí đặt Base khác 55 Hình 3.9: Đồ thị so sánh thời gian khởi đo đo động thời gian thực sử dụng hạ tầng mạng viễn thông di động sử dụng vị trí đặt Base khác 56 Hình 3.10: Đồ thị so sánh độ xác đo động thời gian thực sử dụng hạ tầng mạng viễn thông di động với tốc độ đƣờng truyền khác 57 Hình 3.11: Đồ thị so sánh thời gian khởi đo đo động thời gian thực sử dụng hạ tầng mạng viễn thông di động sử dụng tốc độ đƣờng truyền khác 57 Hình 3.12: Sơ đồ bố trí điểm đặt làm Base để xác định suy giảm độ xác tăng dần khoảng cách từ Base đến Rover 58 Hình 3.13: Độ xác đo động thời gian thực sử dụng hạ tầng mạng viễn thông di động tăng dần khoảng cách từ Base đến Rover 60 Hình 3.14: Đồ thị so sánh thời gian khởi đo tăng dần khoảng cách từ Base đến Rover 61 Hình 3.15: Đồ thị so sánh độ xác điểm chi tiết đo động thời gian thực sử dụng hạ tầng mạng viễn thông (do đồ thị dài nên đƣợc tách thành phần) 63 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Chỉ tiêu kỹ thuật chung lƣới địa Bảng 1.2: Chỉ tiêu kỹ thuật lƣới địa lập công nghệ GPS Bảng 1.3: Chỉ tiêu kỹ thuật chung lƣới khống chế đo vẽ 10 Bảng 1.4: Bảng tần số sóng L1, L2 15 Bảng 2.1: Bảng tổng hợp phƣơng pháp đo GPS 26 Bảng 2.2: Định nghĩa chuẩn gói liệu CMR 28 Bảng 2.3: Định nghĩa chuẩn kiểu liệu RTCM 29 Bảng 3.1: Một số thông số sai số hãng sản xuất đƣa 45 Bảng 3.2: Kết đo điểm khống chế đo vẽ phƣơng pháp đo tĩnh 46 Bảng 3.3: Kết điểm địa sở lấy làm điểm đặt Base 47 Bảng 3.4: So sánh kết suy giảm độ xác đo động thời gian thực công nghệ sử dụng hạ tầng mạng viễn thông di động sử dụng sóng radio 53 Bảng 3.5: Tọa độ điểm địa sở sử dụng làm trạm Base để đánh giá độ xác tăng khoảng cách Base Rover 58 Bảng 3.6 Độ xác đo động thời gian thực sử dụng hạ tầng mạng viễn thông di động so với kết đo tĩnh khoảng cách từ Base đến Rover km, 16 km, 18 km.59 Bảng 3.7 Yêu cầu sai số vị trí điểm khống chế đo vẽ 59 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT GPS: Hệ thống định vị toàn cầu (Global Positioning System) PDOP: Độ suy giảm độ xác vị trí điểm (Posittional Dilution of Precision) RDOP: Độ suy giảm độ xác tƣơng đối (Relative Dilution of Precision) RTK: Đo động thời gian thực (Real Time Kinematic) PPK: Đo động xử lý sau (Post Processing Kinematic) VRS: Trạm tham chiếu ảo (Virtual Reference Stations) 3G: Công nghệ truyền thông hệ thứ ba (Third-generation technology) RTK Positioning with a Multiple Reference Station Network Journal of Global Positiong System, Vol 1, N02: 113-120 12 Jan Van Sickle GPS for Land Surveyor Ann Arbor Press Inc., 2001 13 Leick A GPS Satellite Surveying John Wiley, 1995 14 Trimble Ltd Mapping System General Reference 1994 15 Trimble Ltd Trimble Geomatics Office: Network Adjustment User Guide Sunnyvale, CA, 2001 16 T.S Yan “Benefits of Telecommunications Technology to GPS Users”, “Conference Paper”, GNSS 2004 in Sydney, Dec 2004 17 Xiaolin Meng (2013) Network RTK GNSS Positioning Technology The University of Nottingham United Kingdom - China - Malaysia 53 p Các trang Web: 18 http://igs.ifag.de/index ntrip.htm 19 http://www.trimble.com/ 20 www.chcnav.com/index.php/Home/article/detailPage/parentID/1462/cat_id/1 463/artID/876 21 www.ngs.noaa.gov/corbin/class_description/TrimbleR7-R8_UserGuide.pdf 22 www.topcon.co.jp/en/positioning/sokkia/products/pdf/GRX2_E.pdf 68 PHỤ LỤC Phụ lục 1: Kết đo điểm chi tiết phƣơng pháp toàn đạc STT Tên điểm 1R 2R 3R 4R 5R 6R 7R 8D 9D 10D 11D 12D 13D 14D 15D 16R 17R 18R 19R 20R 21R 22R 23R 24R 25R 26R 27D 28D 29D 30D 31D 32D 33D 34D 35D 36D 69 STT Tên điểm 37CP 38CP 39CP 40CP 41CP 42N 43N 44N 45N 46N 47N 48N 49N 50N 51N 52N 53N 54R 55N 56N 57N 58N 59R 60CP 70 Phụ lục 2: Kết so sánh điểm chi tiết với kết đo máy toàn đạc STT Tên điểm CP CP CP CP CP CP CP CP CP 10 CP 11 CP 12 CP 13 D 14 D 15 D 16 D 17 D 18 D 19 D 20 D 21 D 22 D 23 D 24 D 25 D 26 D 27 D 28 D 29 D 30 D 31 D 32 D 33 D 34 D 35 D 36 D 37 D 38 D 71 STT Tên điểm 39 D 40 D 41 D 42 D 43 D 44 D 45 D 46 D 47 D 48 D 49 N 50 N 51 N 52 N 53 N 54 N 55 N 56 N 57 N 58 N 59 N 60 N 72 Phụ lục 3: Các kết so sánh thời gian khởi đo suy giảm độ xác điểm khống chế Kết so sánh thời gian khởi đo phương pháp đo động thời gian thực sử dụng hạ tầng mạng viễn thông di động sử dụng sóng radio So sánh kết suy giảm độ xác đo động thời gian thực sử dụng hạ tầng mạng viễn thông di động sử dụng các vị trí đặt Base khác Tên điểm BD-A01 BD-A02 BD-A03 BD-A04 BD-A05 BD-A06 BD-A07 BD-A08 BD-A09 BD-A10 BD-A11 Tên điểm BD-A12 BD-A13 BD-A14 BD-A15 So sánh thời gian khởi đo đo động thời gian thực sử dụng hạ tầng mạng viễn thông di động sử dụng các vị trí đặt Base khác Tên điểm BD-A01 BD-A02 BD-A03 BD-A04 BD-A05 BD-A06 BD-A07 BD-A08 BD-A09 BD-A10 BD-A11 BD-A12 BD-A13 BD-A14 BD-A15 So sánh độ xác đo động thời gian thực sử dụng hạ tầng mạng viễn thông di động với các tốc độ đường truyền khác Tên điểm BD-A01 BD-A02 BD-A03 BD-A04 Đo Tên điểm BD-A05 BD-A06 BD-A07 BD-A08 BD-A09 BD-A10 BD-A11 BD-A12 BD-A13 BD-A14 BD-A15 Bảng thời gian khởi đo đo động thời gian thực sử dụng hạ tầng mạng viễn thông di động sử dụng các tốc độ đường truyền khác Tên điểm BD-A01 BD-A02 BD-A03 BD-A04 BD-A05 BD-A06 BD-A07 BD-A08 BD-A09 BD-A10 BD-A11 BD-A12 BD-A13 BD-A14 BD-A15 75 Thời gian khởi đo tăng dần khoảng cách từ Base đến Rover Tên điểm BD-A01 BD-A02 BD-A03 BD-A04 BD-A05 BD-A06 BD-A07 BD-A08 BD-A09 BD-A10 BD-A11 BD-A12 BD-A13 BD-A14 BD-A15 76 Phụ lục : Ví dụ số liệu đầu thiết bị Point PointID Local Time GPS Tim Code AT-A1 2014/05/20 07:11:36 00:14:50 AT-A10 2014/05/20 07:12:30 00:15:43 AT-A11 2014/05/20 07:14:01 00:17:14 AT-A12 2014/05/20 07:14:50 00:18:04 AT-A13 2014/05/20 07:16:14 00:19:28 AT-A14 2014/05/20 07:19:38 00:22:52 AT-A15 2014/05/20 07:20:38 00:23:52 AT-A16 2014/05/20 07:23:55 00:27:09 AT-A2 2014/05/20 07:29:57 00:33:11 10 AT-A3 2014/05/20 07:30:56 00:34:10 11 AT-A4 2014/05/20 07:31:40 00:34:54 12 AT-A5 2014/05/20 07:33:26 00:36:40 13 AT-A6 2014/05/20 07:35:06 00:38:20 14 AT-A7 2014/05/20 07:35:33 00:38:47 15 AT-A8 2014/05/20 07:37:55 77 00:41:09 ... THỐNG ĐO ĐẠC ĐỊA CHÍNH BẰNG PHƢƠNG PHÁP ĐO GPS ĐỘNG THỜI GIAN THỰC SỬ DỤNG HẠ TẦNG MẠNG VIỄN THÔNG DI ĐỘNG 2.1 Cơ sở khoa học phƣơng pháp đo GPS động thời gian thực Trong đo đạc công nghệ GPS có... đo đo động thời gian thực sử dụng hạ tầng mạng viễn thông di động sử dụng vị trí đặt Base khác 56 Hình 3.10: Đồ thị so sánh độ xác đo động thời gian thực sử dụng hạ tầng mạng viễn thông di động. .. sử dụng hạ tầng mạng viễn thông di động sử dụng sóng radio điểm thử nghiệm 54 Hình 3.7: Đồ thị so sánh thời gian khởi đo phƣơng pháp đo động thời gian thực sử dụng hạ tầng mạng viễn thông di động