Nghiên cứu phương pháp đo gps động xử lý sau bằng máy thu một tần số với nhiều trạm cố định trong đo đạc địa chính​

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Lê Văn Quang NGHIÊN CỨU PHƢƠNG PHÁP ĐO GPS ĐỘNG XỬ LÝ SAU BẰNG MÁY THU MỘT TẦN SỐ VỚI NHIỀU TRẠM CỐ ĐỊNH TRONG ĐO ĐẠC ĐỊA CHÍNH LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC HÀ NỘI - 2014 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Lê Văn Quang NGHIÊN CỨU PHƢƠNG PHÁP ĐO GPS ĐỘNG XỬ LÝ SAU BẰNG MÁY THU MỘT TẦN SỐ VỚI NHIỀU TRẠM CỐ ĐỊNH TRONG ĐO ĐẠC ĐỊA CHÍNH Chuyên ngành: Quản lý đất đai Mã số: 60850103 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS Trần Quốc Bình HÀ NỘI - 2014 LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc đến PGS.TS Trần Quốc Bình, người bảo hướng dẫn tơi tận tình trình nghiên cứu thực đề tài Trong suốt thời gian học tập tạo điều kiện, giúp đỡ tận tình thầy, cô Khoa Địa lý, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội để có kết học tập tốt có kiến thức thiết thực chuyên ngành Trong thời gian thực nghiệm đề tài, nhận giúp đỡ nhiệt tình từ đồng nghiệp công tác Viện Khoa học Đo đạc Bản đồ, bạn bè đặc biệt từ gia đình người thân tơi Với lịng biết ơn sâu sắc, xin chân thành giúp đỡ q báu Ngồi lời tri ân đây, xin cam đoan nội dung đề tài kết nghiên cứu, ý tưởng khoa học Tôi biết ơn mong nhận ý kiến đóng góp phản hồi nội dung nghiên cứu đề tài Học viên Lê Văn Quang MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ GPS 1.1 Sự hình thành hệ thống GPS 1.2 Cấu trúc hệ thống GPS 1.2.1 Đoạn không gian 1.2.2 Đoạn điều khiển 10 1.2.3 Đoạn sử dụng 11 1.3 Các phương pháp đo GPS 12 1.3.1 Đo GPS tuyệt đối 12 1.3.2 Đo GPS tương đối 13 1.4 Tình hình ứng dụng cơng nghệ GPS thu thập liệu không gian 19 1.4.1 Tình hình ứng dụng GPS giới 19 1.4.2 Tình hình ứng dụng GPS Việt Nam 20 CHƢƠNG CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA KỸ THUẬT ĐO GPS ĐỘNG XỬ LÝ SAU 24 2.1 Cơ sở khoa học phương pháp đo pha GPS 24 2.1.1 Mơ hình tốn học phương pháp đo pha GPS 24 2.1.2 Các trị đo pha phân sai 26 2.2 Kỹ thuật đo GPS động xử lý sau 28 2.2.1 Nguyên tắc đo đạc 28 2.2.2 Quy trình đo GPS động xử lý sau 29 2.2.3 Các nguồn sai số đo GPS động xử lý sau 34 2.3 Khả ứng dụng đo GPS động xử lý sau đo đạc địa .37 2.3.1 Ưu nhược điểm kỹ thuật đo GPS động xử lý sau 37 2.3.2 Đánh giá khả ứng dụng công nghệ GPS đo động xử lý sau đo đạc địa 38 2.4 Vấn đề sử dụng nhiều trạm cố định đo GPS động xử lý sau 39 2.4.1 Những lợi sử dụng nhiều trạm cố định đo GPS động xử lý sau 39 2.4.2 Các nguồn sai số giảm thiểu sử dụng nhiều trạm cố định .39 CHƢƠNG THỬ NGHIỆM ĐO ĐẠC ĐỊA CHÍNH BẰNG PHƢƠNG PHÁP GPS ĐỘNG XỬ LÝ SAU VỚI NHIỀU TRẠM CỐ ĐỊNH TRÊN ĐỊA BÀN QUẬN NAM TỪ LIÊM, THÀNH PHỐ HÀ NỘI 40 3.1 Khái quát khu vực thử nghiệm 40 3.1.1 Vị trí địa lý 40 3.1.2 Đặc điểm địa hình, địa vật 41 3.1.3 Tình hình đo đạc địa lập hồ sơ địa 41 3.2 Thử nghiệm thành lập lưới khống chế đo vẽ phương pháp đo GPS động xử lý sau với nhiều trạm cố định 42 3.2.1 Điều kiện thử nghiệm 42 3.2.2 Kết thử nghiệm 48 3.3 Thử nghiệm đo vẽ chi tiết phương pháp đo GPS động xử lý sau với nhiều trạm cố định 53 3.3.1 Điều kiện thử nghiệm 53 3.3.2 Kết thử nghiệm 55 3.4 Đề xuất số giải pháp để nâng cao hiệu phương pháp đo GPS động xử lý sau với nhiều trạm cố định đo đạc địa 65 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO 69 PHỤ LỤC 70 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Cấu trúc hệ thống GPS [1] Hình 1.2 Sơ đồ quỹ đạo vệ tinh hệ thống GPS Hình 1.3 Vệ tinh GPS bay quĩ đạo quanh Trái đất Hình 1.4 Cấu trúc tín hiệu GPS [1] Hình 1.5 Mạng lưới trạm điều khiển hệ thống GPS từ sau năm 2005 11 Hình 1.6 Một số loại máy thu GPS hãng Trimble 12 Hình 1.7 Sơ đồ kỹ thuật đo tĩnh 13 Hình 1.8 Sơ đồ kỹ thuật đo GPS động (Kinematic GPS) 16 Hình 2.1 Độ lệch pha sóng từ vệ tinh sóng máy thu phát 24 Hình 2.2 Sơ đồ tính tốn trị đo pha phân sai 27 Hình 3.1 Vị trí quận Nam Từ Liêm 40 Hình 3.2 Khu vực đo thử nghiệm 44 Hình 3.3 Sơ đồ lưới đo tĩnh 45 Hình 3.4 Đồ thị sai số vị trí điểm theo số lượng trạm Base 51 Hình 3.5 Đồ thị sai số độ cao theo số lượng trạm Base 52 Hình 3.6 Sơ đồ phân bố điểm đo khu đo 55 Hình 3.7 Đồ thị sai số vị trí điểm theo số lượng trạm Base với thời gian đo epoch 58 Hình 3.8 Đồ thị sai số vị trí điểm theo số lượng trạm Base với thời gian đo epoch 59 Hình 3.9 Đồ thị sai số vị trí điểm theo số lượng trạm Base với thời gian đo epoch 60 Hình 3.10 Đồ thị sai số độ cao theo số lượng trạm Base với thời gian đo epoch 60 Hình 3.11 Đồ thị sai số độ cao theo số lượng trạm Base với thời gian đo epoch 61 Hình 3.12 Đồ thị sai số độ cao theo số lượng trạm Base với thời gian đo epoch 62 DANH MỤC BẢNG Bảng 3.1 Yêu cầu sai số vị trí điểm khống chế đo vẽ [2] 42 Bảng 3.2 Khái quát khu đo thử nghiệm 44 Bảng 3.3 Bảng tọa độ sai số trung phương vị trí điểm sau bình sai 46 đo phương pháp đo tĩnh 46 Bảng 3.4 Bảng tọa độ điểm trạm Base trạm Rover 46 Bảng 3.5 Bảng tổng hợp kết đo PPK sử dụng 1, 2, trạm Base đặt TN01, TN06, TN07 50 Bảng 3.6 Bảng sai số tọa độ phẳng trung bình đo PPK sử dụng số lượng trạm Base khác 51 Bảng 3.7 Bảng sai số độ cao trung bình đo PPK sử dụng số lượng trạm Base khác 52 Bảng 3.8 Bảng tổng hợp kết đo PPK sử dụng số lượng trạm Base TN02, TN04, TN05 với thời gian khác 57 Bảng 3.9 Bảng sai số tọa độ phẳng trung bình đo PPK sử dụng số lượng trạm Base khác với thời gian đo epoch 58 Bảng 3.10 Bảng sai số tọa độ phẳng trung bình đo PPK sử dụng số lượng trạm Base khác với thời gian đo epoch 58 Bảng 3.11 Bảng sai số tọa độ phẳng trung bình đo PPK sử dụng số lượng trạm Base khác với thời gian đo epoch 63 Bảng 3.12 Bảng sai số độ cao trung bình đo PPK sử dụng số lượng trạm Base khác với thời gian đo epoch 60 Bảng 3.13 Bảng sai số độ cao trung bình đo PPK sử dụng số lượng trạm Base khác với thời gian đo epoch 61 Bảng 3.14 Bảng sai số độ cao trung bình đo PPK sử dụng số lượng trạm Base khác với thời gian đo epoch 61 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT GPS : Hệ thống định vị toàn cầu (Global Positioning System) PDOP : Sự suy giảm độ xác vị trí điểm (Posittion Dilution of Precision) RTK : Đo động thời gian thực (Real Time Kinematic) PPK : Đo động xử lý sau (Post Processing Kinematic) STAT : Đo tĩnh (Static) DOP : Chỉ số DOP (Dilution of Precision) MỞ ĐẦU Đất đai nguồn tài nguyên vô quý giá quốc gia, nơi mà người sinh sống, tồn phát triển Do vậy, việc quản lý Nhà nước đất đai nhiệm vụ cần thiết quản lý Nhà nước Một cơng cụ phục vụ nhiệm vụ hệ thống hồ sơ địa chính, có đồ địa Hiện nay, việc đo đạc thành lập đồ địa thực chủ yếu phương pháp toàn đạc điện tử Đây phương pháp đo đạc cho độ chi tiết cao, độ xác tốt lại phải thành lập mạng lưới khống chế tọa độ dày đặc, trạm đo đảm bảo thông hướng Để đảm bảo công việc phải tốn nhiều công lao động, hiệu công việc chưa cao Trong năm gần đây, hệ thống định vị toàn cầu GPS (Global Poisitioning System) ngày hoàn thiện phát triển, ứng dụng rộng rãi mang độ xác cao Vì việc ứng dụng công nghệ GPS vào đo đạc đồ sử dụng phổ biến đem lại lợi xác định tọa độ điểm đạt độ xác cao, không cần thông hướng trạm đo, phụ thuộc vào điều kiện thời tiết, cho suất lao động cao Tuy nhiên, ứng dụng công nghệ GPS đo đạc địa chủ yếu dùng phương pháp đo tĩnh để thành lập lưới khống chế tọa độ, mà khả ứng dụng bị hạn chế Vì việc nghiên cứu phương pháp đo GPS động (cho suất cao phương pháp đo tĩnh, độ xác giới hạn cho phép) đo đạc địa điều cần thiết để có sở khoa học triển khai ứng dụng phổ biến nước ta Trong thực tế, triển khai đo động GPS, người ta thường sử dụng hay nhiều trạm động (trạm Rover) với trạm cố định (trạm Base) nhằm giảm số lượng yêu cầu máy thu Ngày nay, máy thu GPS có giá thành rẻ nhiều so với trước đây, nảy sinh vấn đề sử dụng nhiều trạm Base để làm tăng độ tin cậy làm tăng độ xác kết đo Vấn đề đặt sử dụng nhiều trạm Base, độ xác kết đo có cải thiện đáng kể hay khơng có đồ hính bố trí trạm Base Rover tốt nhất? Xuất phát từ lý này, tiến hành nghiên cứu thực đề tài: “Nghiên cứu phương pháp đo GPS động xử lý sau máy thu tần số với nhiều trạm cố định đo đạc địa chính” 2 Mục tiêu nghiên cứu Đánh giá khả hiệu sử dụng phương pháp đo GPS động xử lý sau máy thu tần số sử dụng nhiều trạm cố định dựa kết thử nghiệm khu vực đo Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu tổng quan công nghệ GPS kỹ thuật đo GPS động xử lý sau - Đánh giá độ xác đo GPS động xử lý sau máy thu tần số sử dụng trạm cố định sử dụng nhiều trạm cố định đo đạc địa Từ đề xuất phương án bố trí trạm đo hợp lý khu vực đo Phƣơng pháp nghiên cứu - Phương pháp phân tích tổng hợp tài liệu: tìm hiểu công nghệ GPS ứng dụng đo đạc lập đồ địa - Phương pháp so sánh: so sánh kết đo GPS động xử lý sau máy thu tần số sử dụng trạm cố định nhiều trạm cố định đo đạc địa - Phương pháp thống kê: phân tích kết để tìm quy luật tượng Kết đạt đƣợc - Đánh giá khả áp dụng công nghệ đo GPS động xử lý sau đo đạc địa - Đề xuất số giải pháp việc sử dụng nhiều trạm cố định để nâng cao hiệu ứng dụng công nghệ đo GPS động xử lý sau đo đạc địa Ý nghĩa đề tài a) Ý nghĩa khoa học Đề xuất số định hướng sử dụng nhiều trạm cố định đo GPS động xử lý sau b) Ý nghĩa thực tiễn Kết đề tài làm sở để đơn vị sản xuất ứng dụng đo GPS động xử lý sau máy thu tần số với nhiều trạm cố định để đo vẽ chi tiết thành lập lưới khống chế đo đạc địa Bảng Kết đo PPK sử dụng hai trạm Base đặt TN01, TN06 Tên điểm TN02 PPK STAT PPK TN03 STAT PPK TN04 STAT PPK TN05 STAT PPK 116437 STAT PPK 104556 STAT 73 Bảng Kết đo PPK sử dụng hai trạm Base đặt TN01, TN07 Tên điểm TN02 PPK STAT PPK TN03 STAT PPK TN04 STAT PPK TN05 STAT PPK 116437 STAT PPK 104556 STAT 74 Bảng Kết đo PPK sử dụng hai trạm Base đặt TN06, TN07 Tên điểm TN02 PPK STAT PPK TN03 STAT PPK TN04 STAT PPK TN05 STAT PPK 116437 STAT PPK 104556 STAT 75 Bảng Kết đo PPK sử dụng ba trạm Base đặt TN01, TN06, TN07 Tên điểm TN02 PPK STAT PPK TN03 STAT PPK TN04 STAT PPK TN05 STAT PPK 116437 STAT PPK 104556 STAT 76 Bảng Bảng tổng hợp kết đo PPK sử dụng số lượng trạm Base TN03, TN04, TN07 trị đo khác Đo PPK sử dụng trạm Số Base TN03 m epoch DX DY Dh DS DX 0.083 0.068 0.174 0.107 0.081 0.039 0.042 0.111 0.057 0.036 0.033 0.047 0.113 0.057 0.035 0.088 0.069 0.161 0.112 0.085 0.042 0.033 0.133 0.053 0.039 0.046 0.031 0.126 0.055 0.043 0.062 0.081 0.159 0.100 0.073 0.041 0.038 0.124 0.056 0.047 0.041 0.039 0.121 0.057 0.046 0.046 0.031 0.165 0.055 0.055 0.037 0.042 0.123 0.056 0.037 0.039 0.038 0.119 0.054 0.012 77 Bảng Bảng sai số tọa độ phẳng trung bình đo PPK sử dụng số lượng trạm Base khác với thời gian đo epoch Số lƣợng trạm 01 trạm 02 trạm 03 trạm Hình Đồ thị sai số vị trí điểm theo số lượng trạm Base với thời gian đo epoch Bảng 10 Bảng sai số tọa độ phẳng trung bình đo PPK sử dụng số lượng trạm Base khác với thời gian đo epoch Số lƣợng trạm 01 trạm 02 trạm 03 trạm 78 Hình Đồ thị sai số vị trí điểm theo số lượng trạm Base với thời gian đo epoch Bảng 11 Bảng sai số tọa độ phẳng trung bình đo PPK sử dụng số lượng trạm Base khác với thời gian đo epoch Số lƣợng trạm 01 trạm 02 trạm 03 trạm 79 Hình Đồ thị sai số vị trí điểm theo số lượng trạm Base với thời gian đo epoch Bảng 12 Bảng sai số độ cao trung bình đo PPK sử dụng số lượng trạm Base khác với thời gian đo epoch Số lƣợng trạm 01 trạm 02 trạm 03 trạm Hình Đồ thị sai số độ cao theo số lượng trạm Base với thời gian đo epoch 80 Bảng 13 Bảng sai số độ cao trung bình đo PPK sử dụng số lượng trạm Base khác với thời gian đo epoch Số lƣợng trạm 01 trạm 02 trạm 03 trạm Hình Đồ thị sai số độ cao theo số lượng trạm Base với thời gian đo epoch Bảng 14 Bảng sai số độ cao trung bình đo PPK sử dụng số lượng trạm Base khác với thời gian đo epoch Số lƣợng trạm 01 trạm 02 trạm 03 trạm 81 Hình Đồ thị sai số độ cao theo số lượng trạm Base với thời gian đo epoch 82 ... nghệ GPS kỹ thu? ??t đo GPS động xử lý sau - Đánh giá độ xác đo GPS động xử lý sau máy thu tần số sử dụng trạm cố định sử dụng nhiều trạm cố định đo đạc địa Từ đề xuất phương án bố trí trạm đo hợp lý. .. công nghệ GPS đo động xử lý sau đo đạc địa 38 2.4 Vấn đề sử dụng nhiều trạm cố định đo GPS động xử lý sau 39 2.4.1 Những lợi sử dụng nhiều trạm cố định đo GPS động xử lý sau ... đo đạc khu vực có địa hình, địa vật khơng đồng 38 2.4 Vấn đề sử dụng nhiều trạm cố định đo GPS động xử lý sau 2.4.1 Những lợi sử dụng nhiều trạm cố định đo GPS động xử lý sau Nếu đo GPS động xử