Việc xác định tọa độ các mốc địa giới hành chính bằng công nghệ
GNSS được quy định tại Thông tư số 48/2014/TT-BTNMT ngày 22/8/2014 của Bộ Tài nguyên và Môi trường quy định kỹ thuật về xác định đường địa giới hành chính, cắm mốc địa giới và lập hồ sơ địa giới hành chính các cấp. Xác định tọa độ các mốc địa giới hành chính bằng phương pháp GNSS là một công việc đã rất quen thuộc với ngành Trắc địa - Bản đồ ở Việt Nam. Tuy nhiên hiện nay Bộ Tài nguyên và Môi trường đang triển khai Dự án: "Xây dựng mạng lưới GPS cố định (CORS) trên lãnh thổ Việt Nam với việc xây dựng 65 trạm tham chiếu hoạt động liên tục phủ trùm lãnh thổ Việt Nam; Bộ
Quốc phòng cũng triển khai xây dựng 35 trạm tham chiếu hoạt động liên tục trên phần lãnh thổ và một số đảo của Việt Nam. Khi các dự án này hoàn thành, trên lãnh thổ Việt Nam sẽ có hơn 100 trạm tham chiếu hoạt động liên tục, dữ liệu của các trạm này sẽđược khai thác sử dụng nhằm phục vụ cho các mục đích nghiên cứu khoa học cũng như phát triển kinh tế, xã hội, an ninh quốc phòng của đất nước. Chính vì lý do đó, trong khuôn khổ của một đề tài luận văn thạc sĩ, dữ liệu của các một số trạm GNSS CORS hiện có trên lãnh thổ Việt Nam sẽđược khai thác sử dụng nhằm phục vụ cho công tác xác định tọa độ mốc địa giới hành chính.
Để phục vụ cho mục đích nghiên cứu của đề tài, bên cạnh việc lưới GNSS phục vụ cho công tác xác định tọa độ mốc địa giới hành chính được thiết lập, xử lý theo các phương pháp đã được quy định tại [12] thì dữ liệu của các trạm DGNSS/CORS phục vụ cho việc xây dựng Hệ quy chiếu, hệ tọa độ
quân sự đã được khai thác, sử dụng, đó là dữ liệu của các trạm đặt tại Đà Nẵng, Nghệ An và Hà Nội. Trong điều kiện hiện nay, các điểm GNSS CORS quốc gia của Việt Nam phần lớn đang trong quá trình xây dựng, các điểm DGNSS/CORS cũng là các điểm thuộc mạng lưới GNSS/CORS quốc gia, tuy nhiên khoảng cách giữa các điểm rất lớn, thêm vào đó mạng lưới phục vụ cho việc xây dựng Hệ quy chiếu, hệ tọa độ quân sự này chưa có đầy đủ các chức năng của một hệ thống Cors. Chính vì vậy, các trạm DGNSS/CORS được sử
dụng trong luận văn đóng vai trò như các điểm khống chế tọa độ quốc gia phục vụ cho việc xác định tọa độ của các mốc địa giới hành chính. Kết quả
nghiên cứu của luận văn là minh chứng cụ thể về lợi ích sử dụng dữ liệu của các trạm tham chiếu liên tục trong các công việc thực tế chuyên ngành và góp phần vào việc nghiên cứu, khai thác dữ liệu của các trạm GNSS CORS phục vụ cho nghiên cứu khoa học và các ứng dụng thực tiễn của đời sống khi mạng lưới này được xây dựng và đưa vào khai thác sử dụng trên lãnh thổ nước ta.
Chương 2
CÔNG NGHỆ TRẠM THAM CHIẾU HOẠT ĐỘNG LIÊN TỤC VÀ CÁC GIẢI PHÁP ỨNG DỤNG TRONG CÔNG TÁC XÁC ĐỊNH
MỐC ĐỊA GIỚI HÀNH CHÍNH 2.1. Công nghệ trạm tham chiếu hoạt động liên tục
2.1.1. Tính năng kỹ thuật của các trạm tham chiếu hoạt động liên tục
Dữ liệu các trạm tham chiếu hoạt động liên tục đóng vai trò quan trọng trong việc thiết lập và duy trì Khung quy chiếu quốc gia, làm cơ sở để duy trì các mạng lưới quốc gia (các mạng lưới GNSS và các mạng lưới thiên văn trắc
địa) và thống nhất về cơ sở toán học cho quốc gia, khu vực và toàn cầu; xác
định tham số chuyển đổi giữa các hệ tọa độ, cung cấp cơ sở kỹ thuật quan trắc phục vụ cho việc dự báo, cảnh báo làm giảm nhẹ thiệt hại do thiên tai liên quan đến các hoạt động tân kiến tạo của các mảng địa chất vỏ Trái Đất cung cấp dịch vụ định vị GNSS cần độ chính xác cao trong các hoạt động đo đạc bản đồ, dẫn đường cho người, phương tiện và các loại vũ khí hiện đại, cung cấp số các số cải chính trong các ứng dụng đo đạc biển và dẫn đường trên biển, cung cấp số liệu phục vụ việc xử lý sau cho các tổ chức có yêu cầu, cung cấp tín hiệu RTK, DGPS phục vụ cho công tác đo đạc địa chính, công trình, dẫn đường hiện đại; cung cấp số liệu phục vụ các ngành Khí tượng thủy văn, Vật lý khí quyển và các ngành kinh tế quốc dân khác, vì vậy, các trạm tham chiếu họat động liên tục phải hội tụđầy đủ các tính năng kỹ thuật sau:
1. Về kỹ thuật
Thu, lưu trữ và truyền trực tiếp về trung tâm xử lý dữ liệu tín hiệu của tất cả các hệ thống định vị vệ tinh (GPS, GLONASS, GALILEO, BẮC
Tín hiệu thu được phải ổn định, liên tục trong suốt quá trình hoạt động. Tín hiệu lưu trữ tại mỗi trạm tham chiếu hoạt động liên tục với tần suất trong thời gian tối thiểu là 30 ngày.
Tựđộng thu thập các số liệu bổ trợ như nhiệt độ, độẩm, áp suất, hướng và tốc độ gió,…
2. Về trang thiết bị
Máy thu tín hiệu vệ tinh đa tần số và anten độ nhạy cao, để thu tín hiệu
ổn định, bảo đảm chất lượng cao ở mọi tần số.
Ăng-ten có khả năng thu được tín hiệu từ tất cả các hệ thống vệ tinh
định vị như GPS: L1, L2, L2C và L5; GLONASS: L1, L2 và L3; Galileo: Ll, E5a, E5b và E6; Compass: Bl, B2 và B3; các tín hiệu kênh L.
Máy tính và phần mềm cần thiết để thu và lưu trữ dữ liệu, tính và phát số cải chính, truyền trực tiếp số liệu về Trung tâm xử lý dữ liệu.
Có nguồn điện và đường truyền internet ổn định.
3. Về kiến trúc
Đối với các trạm GNSS CORS phục vụ các mục đích có độ chính xác rất cao như kết nối hệ quy chiếu trắc địa quốc gia với quốc tế, nghiên cứu địa
động lực, nghiên cứu mực nước biển dâng,… các trạm này phải đảm bảo:
Được xây dựng trên nền địa chất ổn định, vững chắc, lâu dài, được bảo vệ tốt trong mọi tình huống, không chịu tác động của chuyển động cục bộ, độ thông thoáng để thu tín hiệu vệ tinh là 50 so với đường chân trời tại điểm đặt anten; Vị trí trạm thu phải thu được tín hiệu phát trên tất cả các tần số của các hệ
thống vệ tinh định vị. Tín hiệu không chịu ảnh hưởng của địa hình (che khuất) hoặc các nguồn nhiễu khác.
Đối với các trạm có chức năng DGPS: Vị trí đặt trạm phải được xây dựng trong khu vực có nền đất ổn định, vững chắc, lâu dài; được bảo vệ tốt trong mọi tình huống; Vị trí trạm thu phải thu được tất cả tín hiệu GNSS. Tín hiệu không chịu ảnh hưởng của địa hình (che khuất) hoặc các nguồn nhiễu khác. Vị trí xây lắp trạm thu GNSS và anten phát tín hiệu cải chính phân sai phải được bố trí cách xa nhau khoảng 100 m và 2 anten phải cách nhau khoảng 100 mét; Tín hiệu vệ tinh được thu, phát liên tục 24/24 giờ trong ngày với tần suất 1epoch/1giây nên phải có đủ số lượng nhân viên làm việc với toàn bộ hệ thống, nơi ăn nghỉ phải được bố bí gần kề để đảm bảo thời gian làm việc (24 giờ/ngày),... (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Đối với các trạm GNSS CORS thuộc mạng lưới GNSS CORS quốc gia và các trạm GNSS CORS khác: Vị trí đặt trạm phải được xây dựng có nền đất vững chắc ổn định, có thể sử dụng tầng thượng của các loại nhà cao tầng, có trần bê tông phẳng, không nghiêng; Độ thoáng để nhận tín hiệu vệ tinh là 50 so với đường chân trời tại điểm đặt trạm; Có nguồn điện và nguồn internet ổn
định; Vị trí đặt trạm an toàn, cố định, ít thay đổi sở hữu hay thay đổi kết cấu cơ sở hạ tầng.
Vị trí xây dựng trạm CORS không làm ảnh hưởng đến quy hoạch tổng thể, mỹ quan cũng như các công trình khác trong khu vực. Các hoạt động của trạm CORS không ảnh hưởng đến các hoạt động chung trong khu vực.
2.1.2. Cấu trúc của trạm tham chiếu hoạt động liên tục
Cấu hình cơ bản cho một trạm GNSS CORS về cơ bản bao gồm các phần chính như sau [3]:
- Anten GNSS: Thế hệ mới nhất có khả năng thu nhận tín hiệu từ các hệ
- Máy thu GNSS CORS là máy thu tín hiệu đa tần có khả năng thu nhận tín hiệu từ các hệ thống vệ tinh định vị.
- Có thiết bị kết nối máy thu với hệ thống mạng, chuyển đổi các giao thức truyền số liệu sang giao thức TCP/IP.
- Thiết bị thu phát tín hiệu cải chính qua GPRS.
- Có nguồn điện ổn định, liên tục. Tại các trạm GNSS CORS phải có các nguồn điện dự phòng. - Có các thiết bị kết nối internet. Ngoài ra còn có các hệ thống khác như cáp nối anten, hệ thống chống sét, cứu hỏa, hệ thống tiếp đất và một số phụ kiện khác,... 2.1.3. Cấu trúc của Trung tâm xử lý dữ liệu Trung tâm xử lý dữ liệu phải có phần mềm và phần cứng ổn định, có chức năng thu nhận tín hiệu từ các trạm tham chiếu hoạt động liên tục gửi về
qua đường truyền internet để thực hiện các nhiệm vụ:
- Xử lý các trịđo để xác định ra tọa độ của tất cả các điểm trong lưới; - Tính toán và xuất ra tín hiệu cải chính để có thể cung cấp trên WEB, SMS, GPRS hoặc qua vệ tinh,…
- Nếu trạm tham chiếu tham gia vào mạng lưới IGS thì Trị đo tại các trạm quan trắc này được chuyển cho Tổ chức IGS thông qua internet để xử lý tức thời, kết quả sau xử lý sẽđược chuyển lại cho Trung tâm xử lý dữ liệu.
- Lưu trữ dữ liệu phục vụ cho các nhu cầu xử lý sau.
- Phân tích các kết quả sau xử lý, kết hợp với kết quả xử lý từ các phương pháp quan trắc khác (nhưđịa vật lý chẳng hạn) để tổng hợp cho ra kết
quả cuối cùng phục vụ cho việc phân tích, đánh giá và dự báo các hiện tượng
động đất, sóng thần.
- Giám sát và quản lý hoạt động của tất cả các trạm tham chiếu hoạt
động liên tục trong toàn bộ hệ thống.
2.1.4. Nguyên lý hoạt động của hệ thống lưới trạm tham chiếu hoạt động liên tục liên tục
Các trạm tham chiếu hoạt động liên tục thu tín hiệu của các hệ thống vệ
tinh định vị và truyền trực tiếp về Trung tâm xử lý dữ liệu. Trung tâm xử lý dữ liệu có nhiệm vụ xử lý và lưu trữ thông tin từ các trạm tham chiếu gửi tới.
Do có nhiều thông tin từ nhiều trạm tham chiếu chuyển tới nên các phần mềm được trang bị tại trạm chủ của Trung tâm xử lý dữ liệu có thể xây dựng
được mô hình số cải chính tức thời như là hàm của vị trí điểm các trạm tham chiếu. Trong mô hình này có thể xét tới một số nguồn sai số như sai số quỹ đạo vệ tinh (lịch vệ tinh), sai số đồng hồ vệ tinh, sai số do tầng điện ly, tầng
đối lưu,... [13].
Độ chính xác của các sản phẩm thiết lập từ hệ thống trạm tham chiếu hoạt động liên tục phụ thuộc vào mật độ, tình hình phân bố trạm CORS trên lãnh thổ quốc gia, độ chính xác vị trí các trạm CORS, mô hình sai số thiết lập dựa trên các số liệu về khí quyển và các thuật toán áp dụng trong xử lý số liệu của hệ thống,... Số liệu đo của hệ thống các trạm GNSS CORS có thểđược sử
dụng cho các nhu cầu tức thời hoặc cho nhu cầu xử lý sau.
2.2. Một số giải pháp công nghệ nhằm ứng dụng dữ liệu của các trạm tham chiếu hoạt động liên tục
Để sử dụng hiệu quả dữ liệu của các trạm tham chiếu hoạt động liên tục trên thế giới đã có rất nhiều giải pháp công nghệ. Mục đích của các giải pháp
này là từ nguồn dữ liệu thu được của các trạm tham chiếu hoạt động liên tục, bổ sung thêm các công đoạn trung gian (như truyền phát dữ liệu hay thành phẩm của các trạm tham chiếu hoạt động liên tục đến máy đo đạc tại hiện trường trong thời gian thực, hiện đại hóa tính năng kỹ thuật của các loại máy GNSS, can thiệp xử lý bằng các phương pháp tính toán mới,...) để tăng độ (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
chính xác, giảm thời gian đo đạc cho công tác ngoại nghiệp và đặc biệt là nhận được tọa độ vị trí chính xác thời gian thực. Sau đây sẽ nghiên cứu một số giải pháp công nghệ nhằm ứng dụng dữ liệu của các trạm tham chiếu hoạt
động liên tục đã và đang được ứng dụng hiệu quả sẽđược trình bày.
2.2.1. Công nghệ hiệu chỉnh thời gian thực
Với công nghệ hiệu chỉnh thời gian thực, dựa trên các phương pháp định vị máy đo sử dụng phương pháp tuyệt đối để xác định tọa và nhận số cải chính truyền tới để chính xác hóa tọa độ nhận được. Số cải chính được phát rất đa dạng, bao gồm: số cải chính vị trí, số cải chính khoảng cách (trị đo), mô hình cải chính (các sai số quỹ đạo vệ tinh, tầng khí quyển),... Phương tiện truyền tín hiệu cải chính cũng sử dụng rất nhiều dạng: modem radio, GSM hoặc internet hay từ vệ tinh,... Ngoài ra, phương tiện truyền phát số cải chính cũng được hiện đại hoá đáng kể bao gồm hệ thống tăng cường mặt đất (GBAS), hệ thống tăng cường vệ tinh (SBAS). Sau đây là một số phương pháp đo động thời gian thực tiêu biểu.
1. Công nghệ DGPS (Differential GPS)
Đây là công nghệ đo GPS động với khả năng cải thiện đáng kể độ chính xác bằng cách xử lý kết hợp với số cải chính phân sai từ trạm cốđịnh (referent station). Máy thu GPS đặt tại một trạm cố định đã biết tọa độ có thể xác định
được các sai số của tín hiệu vệ tinh tại thời điểm nhận tín hiệu bằng việc so sánh với khoảng cách thực được tính từ vệ tinh đến anten của máy thu. Sự
nói trên được mã hóa thành các thông điệp và truyền tới máy thu của người dùng. Các số hiệu chỉnh đó được máy thu của người dùng sử dụng để tính toán ra tọa độ chính xác tại từng thời điểm thu tín hiệu, bởi vậy loại bỏđược hầu hết các sai số do tín hiệu vệ tinh và cải thiện độ chính xác vị trí điểm (hình 2.1).
Hình 2.1. Trạm thu phát tín hiệu DGPS
Để có thể thực hành đo GPS phân sai, máy thu ở trạm cốđịnh cũng nhưở
trạm di chuyển phải có mô đun DGPS, có thiết bị phát và thu tín hiệu. Tín hiệu này được điều biến theo chuẩn quốc tế RTCM (Radio Technique Committee for Marine) hoạt động trong giải tần từ 283,5 KHz đến 325 KHz.
Độ chính xác nhận được phụ thuộc vào chất lượng máy thu và khả năng phát tín hiệu số cải chính ở trạm cốđịnh.
2. Lưới đo động thời gian thực NRTK
Do phương pháp RTK chỉ sử dụng một trạm quy chiếu nên để giảm thiểu các sai số phụ thuộc vào khoảng cách như sai số của tầng điện ly, tầng
Vệtinh GNSS Trạm lưu động Máy thu GNSS tại trạm CORS Ăngten phát tín hiệu DGPS Điều biến và khuyết đại tín hiệu
đối lưu và sai số quỹ đạo vệ tinh đến kết quả định vị, khoảng cách giữa trạm
đo và trạm phát chỉ được giới hạn trong khoảng 20km tính từ trạm phát. Sự
hạn chế về khoảng cách từ trạm quy chiếu đến trạm di động trong định vị động thời gian thực có thể được khắc phục bằng việc sử dụng phương pháp
được gọi là lưới đo động thời gian thực (NRTK). Lưới các trạm tham chiếu hoạt động liên tục tập hợp các giá trị quan sát từ vệ tinh và gửi chúng đến trung tâm xử lý dữ liệu. Tại đây các trị đo được xử lý trong quá trình bình sai