Kiểu dữ liệu RTCM Mô tả
Kiểu dữ liệu RTCM Mơ tả
2 Cải chính số gia DGPS
3 Tham số tham chiếu tra ̣m GPS
4 Dƣ̃ kiê ̣n tra ̣m tham chiếu
5 Độ ổn định của hệ thống GPS
6 Tên không có giá tri ̣ của GPS
7 Lịch Beacon của DGPS
8 Lịch Pseudolite
9 Đặt cải chính cho từng phần của GPS
10 Cải chính sự sai khác của P-Code
11 Cải chính số gia của sóng C/A Code, L1, L2
12 Tham số tra ̣m Pseudolite
13 Tham số chuyển đổi bề mă ̣t
14 Giờ GPS trong tuần
15 Thông báo đô ̣ trễ do tầng Ion
- NMEA (The National Marine Electronics Association) là một chuẩn dữ liệu của Hiệp hội Điện tử đƣợc thơng qua vào năm 1983 đó là một giao diện chuẩn và một giao thức nhằm liên kết dữ liệu cho các thông tin đo đạc biển. Trong định dạng gói dữ liệu của NMEA bao gồm nhiều chuẩn để phục vụ cho các mục đích khác nhau. Định dạng NMEA là một dịng ký tự trong đó những ký tự đầu là tiêu đề của chuẩn dữ liệu và các ký tự còn lại là các trƣờng nội của dữ liệu, các trƣờng dữ liệu này đƣợc cách nhau bằng dấu “,”.
Ví dụ: Gói dữ liệu NMEA-GST hỗ trợ nhận dữ liệu cải chính sẽ có dạng [20]: 1 2 3 4 5 6 7 8
| | | | | | | | $GPGST,220320.0,1.3,0.8,0.5,166.1,0.8,0.5,1.6,*4F
1. Thời gian UTC của giá trị GGA FIX 2. RMS
4. Sai số độ lệch chuẩn bán trục nhỏ, tính bằng mét
5. Sai số về hƣớng chuẩn bán trục lớn, tính theo hƣớng bắc 6. Sai số về vĩ độ, tính bằng mét
7. Sai số về kinh độ, tính bằng mét 8. Sai số về độ cao, tính bằng mét
Kỹ thuật RTK cho độ chính xác đạt đến mm về mặt bằng và đến vài chục cm về độ cao [1].
2.1.6. Những vấn đề cần khắc phục trong đo đạc địa chính bằng phương pháp đo GPS động thời gian thực
Nhƣ đã trình bày ở trên, kỹ thuật đo RTK là kỹ thuật đo pha của các sóng tải (L1 và L2) để tìm số nguyên đa trị và truyền giá trị đó đến trạm Rover bằng sóng radio, ở đây sóng radio đƣợc sử dụng là sóng ngắn có tần số từ 450MHz đến 470MHz. Do cấu trú c của hê ̣ thống lê ̣ thuô ̣c vào các yếu tố trên nên phƣơng pháp đo RTK có nhƣ̃ng ha ̣n chế sau:
- Sóng radio sử dụng là sóng ngắn , khơng xuyên qua các vật rắn nên không dùng cho các cơng trình ngầm , khu vực có độ che phủ cao . Hơn nƣ̃a, khoảng cách phát sóng khơng lớn và để truyền tải sóng radio đƣợc xa hơn thì chúng ta cần thêm thiết bị có khả năng chuyển tiếp sóng , các loại thiết bị này thƣờng cồng kềnh , phải đặt vị trí cao đẫn đến khó khăn trong q trình vận chuyển, cài đặt.
- Sóng radio có xu hƣớng lan truyền mạnh nhất theo chiều ngang. Vì vậy, nếu máy Base và máy Rover nằm ở các vị trí có độ cao chênh lệch nhau q lớn sẽ khó hoặc khơng thể trao đổi dữ liệu trong quá trình đo đạc.
- Sƣ̉ du ̣ng kỹ thuâ ̣t đo pha , trong kỹ thuâ ̣t này bi ̣ ảnh hƣởng rất nhiều bởi yếu tố môi trƣờng nhƣ áp suất , đô ̣ ẩm, nhiê ̣t đô ̣, tầng điê ̣n ly … Do đó, trong điều kiê ̣n thời tiết không tốt thì quá trình thƣ̣c hiê ̣n lời giải để tìm số nguyên đa tri ̣ có thể rất lâu hoă ̣c không thƣ̣c hiê ̣n đƣợc . Đôi khi tầng điê ̣n ly không ổn đi ̣nh thì khoảng cách đƣờng đáy sẽ phải giảm xuống có khi chỉ dƣới 10km làm giảm tiến đô ̣ công viê ̣c . Hơn nƣ̃a , kỹ thuật đo pha còn phải chịu ảnh hƣởng của hiện tƣợng đa tuyến (multipath), nên antenna củ a hê ̣ thống này phải đƣợc thiết kế và lắp đă ̣t thích hợp
nhằm giảm thiểu tối đa hiê ̣n tƣợng này.
2.1.7. Tiềm năng sử dụng mạng viễn thông di động trong đo GPS động thời gian thực
2.1.7.1. Ý tưởng sử dụng hạ tầng mạng viễn thông di động trong đo đạc bằng GPS
Nhƣ đã trình bày ở trên, hiện nay các thiết bị sử dụng cơng nghệ này có giá thành rất cao và phải sử dụng đồng bộ từ máy đặt làm Base, máy Rover, bộ phát sóng radio và nhiều khi các thiết bị không cùng model, cấu trúc phần cứng hoặc khơng cùng các nhà sản xuất sẽ có thể khơng tƣơng thích để kết nối đƣợc với nhau vì chúng đƣợc sản xuất để truyền dẫn với nhau theo chuẩn của nhà chế tạo, trong q trình sử dụng hệ thống nếu có một thiết bị xảy ra sự cố sẽ làm cả hệ thống tê liệt dẫn đến lãng phí thiết bị và ảnh hƣởng đến tiến độ cơng việc của một cơng trình đo đạc. Cịn với hệ thống sử dụng mạng viễn thông các thiết bị trong hệ thống đƣợc kết nối với nhau theo một chuẩn chung nên chúng vẫn hoạt động. Ví dụ, thiết bị RTK của hãng Trimble các thiết bị phần cứng đã đƣợc sản xuất làm Base và Rover. Với một cơng trình đo đạc trong hệ thống đo động thời gian thực có sử dụng một Base và hai Rover, khi máy Base hỏng thì hệ thống sẽ dừng hoạt động, trong khi đó nếu dùng phƣơng pháp đo này kết hợp với hạ tầng mạng viễn thông di động chúng ta có thể đặt một thiết bị Rover làm Base để hệ thống hoạt động. Hơn nữa, phạm vi phủ sóng trong một khu vực cụ thể thì mạng viễn thơng sẽ có ƣu thế hơn, đặc biệt với các khu vực có nhiều địa vật che khuất.
Để giải quyết những vấn đề nêu trên, có thể xem xét khả năng sử dụng mạng viễn thông di động làm hạ tầng để trao đổi thông tin giữa máy Base và máy Rover. Giải pháp sử dụng mạng viễn thơng cịn có một ƣu điểm nữa là thơng tin thuộc tính về thửa đất có thể truyền tải trực tiếp về máy chủ, góp phần làm đơn giản hóa cơng việc thu thập dữ liệu thuộc tính. Tuy nhiên, việc sử dụng mạng viễn thơng di động cũng có thể làm phát sinh một số vấn đề nhƣ độ trễ của tín hiệu trong q trình truyền từ trạm Base đến trạm Rover, hay độ ổn định của mạng hoặc những vấn đề của phần cứng và phần mềm kết nối mạng có thể ảnh hƣởng đến kết quả đo đạc.
2.1.7.2. Khái niệm chung về viễn thông
Viễn thông: bao gồm những vấn đề liên quan đến việc truyền thông tin (trao đổi hay quảng bá thông tin) giữa các đối tƣợng qua một khoảng cách, nghĩa là bao gồm bất kỳ hoạt động liên quan tới việc phát/nhận tin tức (âm thanh, hình ảnh, chữ viết, dữ liệu, ...) qua các phƣơng tiện truyền thông (hữu tuyến nhƣ đƣờng dây kim loại, cáp quang hoặc vô tuyến hoặc các hệ thống điện từ khác) [5].
Viễn thông chiếm phần chủ đạo trong truyền thông. Truyền thông là việc truyền thông tin từ một điểm tới một điểm khác, gồm có truyền thơng cơ học (bƣu chính) và truyền thơng điện (viễn thơng) bởi vì nó phát triển từ dạng cơ học (máy móc) sang dạng điện/quang và ngày càng sử dụng những hệ thông điện/quang phức tạp hơn [5].
Thuật ngữ viễn thông đƣợc dùng để chỉ tập hợp các thiết bị, các giao thức để truyền thông tin từ nơi này đến nơi khác. Các thành phần cơ bản của một hệ thống viễn thông bao gồm:
- Một máy phát (transmitter) ở nguồn (source). Máy phát sẽ lấy thông tin (information) và chuyển đổi nó thành tín hiệu (signal) để có thể truyền đƣợc.
- Tín hiệu sẽ đƣợc truyền trên một kênh truyền (channel/medium).
- Một máy thu (receiver) sẽ đƣợc đặt ở đích đến (sink) để thu nhận tín hiệu truyền từ nguồn và chuyển đổi tín hiệu ngƣợc lại thành thơng tin [5].
Nhiệm vụ của viễn thông là làm thế nào để truyền thơng tin nhanh, chính xác, chất lƣợng cao, bảo mật tốt, và dĩ nhiên là đáp ứng nhu cầu truyền thông của con ngƣời. Do đó có thể nói ngành viễn thơng bao gồm tất cả các lĩnh vực nhằm góp phần vào việc thực hiện và cải tiến q trình truyền thơng.
2.1.7.3. Hệ thống hạ tầng mạng viễn thông di động ở Việt Nam hiện nay
Các công nghệ truyền dẫn thông tin không dây đƣợc kết hợp lại vói nhau thành một mạng lƣới tạo thành hạ tầng mạng viễn thông di động. Hiện nay hạ tầng mạng viễn thông di động tại Việt Nam bao gồm các nhà cung cung cấp mạng viễn thông mặt đất nhƣ Viettel, Vinaphone… Hệ thống mạng viễn thông qua vệ tinh (Hệ thống Vinasat).
Là một trong những nƣớc có mức độ số hố mạng lƣới cao nhất Đơng Nam Á. Vào ngày 1/12/1997 VNPT, NetNam, và 3 công ty khác trở thành những nhà cung cấp dịch vụ Internet (ISP) đầu tiên tại Việt Nam sử dụng đƣờng Dial up với tốc độ 28.8/ 33.6/ 56 Kbps. Chỉ 6 năm sau, năm 2003, dịch vụ Internet băng rộng ADSL đã đƣợc VNPT cung cấp rộng rãi trên toàn quốc với thƣơng hiệu MegaVNN, tốc độ truyền dữ liệu download/upload có thể lên đến 8Mbps/640Kbps [8].
Tuy nhiên, để ứng dụng hạ tầng mạng viễn thơng di động trong đo đạc GPS có hiệu quả kinh kế thì chúng ta chỉ sử dụng đƣờng truyền dữ liệu của hệ thống viễn thông di động mặt đất. Hiện nay các hạ tầng mạng viễn thông di động mặt đất truyền dữ liệu gồm có:
Dịch vụ vơ tuyến gói tổng hợp (General Packet Radio Service) (GPRS) là một dịch vụ dữ liệu di động dạng gói dành cho những ngƣời dùng. Nó cung cấp dữ liệu ở tốc độ từ 56 đến 114 kbps.
Mạng 3G (Third-generation technology) là thế hệ thứ ba của chuẩn công nghệ điện thoại di động, cho phép truyền cả dữ liệu thoại và dữ liệu ngoài thoại, 3G cung cấp cả hai hệ thống là chuyển mạch gói và chuyển mạch kênh.
Tốc độ 3G là tốc độ truyền và tải dữ liệu (tin nhắn, cuộc gọi, hình ảnh, video…). Tốc độ càng cao nghĩa là thời gian truyền tải dữ liệu càng nhanh, dung lƣợng dữ liệu càng lớn.
Tốc độ 3G chuẩn của một số mạng di động tại Việt Nam là 21Mbps và đang đƣợc cải tiến, nâng cao lên 42 Mbps. Trong đó:
- HSDPA (High-Speed Downlink Packet Access): gói đƣờng truyền tải xuống tốc độ cao, cho phép tốc độ tải dữ liệu về máy tối đa đạt đến 42 Mbps, tƣơng đƣơng với tốc độ đƣờng truyền ADSL (1 giây có thể tải xong 1 file dung lƣợng 5MB).
HSUPA (High-Speed Uplink Packet Access): gói đƣờng truyền tải lên tốc độ cao, cho phép tốc độ tối đa đạt 5,76 Mbps.
2.2. Thiết kế hệ thống đo GPS động thời gian thực sử dụng hạ tầng mạng viễn thông di động thông di động
2.2.1. Các thiết bị phần cứng và sơ đồ kết nối
Sơ đồ kết nối đƣợc thể hiện trên hình 2.3, trong đó các thiết bị phần cứng có 3 phần chính:
- Hệ thống Base bao gồm:
Một thiết bị có khả năng thu tín hiệu GPS đƣợc đặt làm Base thiết bị này sẽ đƣợc cấu hình lại để có thể xuất ra gói dữ liệu định dạng CMR, CMR+, RTCM, đây là dạng dữ liệu theo chuẩn quốc tế, các gói dữ liệu này sẽ chứa các thơng số cải chính để gửi đến máy Rover để máy Rover dựa vào đó tính ra số nguyên chu kỳ. Máy Base sẽ đƣợc kết nối với máy tính thơng qua cáp hoặc giao tiếp bluetooth.
Một máy tính có khả năng kết nối internet bằng mạng viễn thông, WIFI, ADSL… Máy tính sẽ sử dụng phần mềm chuyên dụng để chuyển dữ liệu lấy đƣợc từ máy Base lên Server.
- Hệ thống máy Server: Là một hệ thống trung chuyển dữ liệu từ khối hệ
thống máy Base và chuyển qua hệ thống Rover. Đồng thời hệ thống Server cịn có thể thực hiện chức năng lƣu trữ, xử lý dữ liệu đo đạc.
- Hệ thống máy Rover: Bao gồm hai phần chính là thiết bi ̣ đi ̣nh vi ̣ vê ̣ tinh (Rover) và thiết bị điều khiển (Control).
Thiết bi ̣ điều khiển trong hê ̣ thống này là một thiết bị viễn thông đầu cuối sử dụng hệ điều hành Windows Mobile. Thiết bị này phải có khả năng kết nối bluetooth và thể kết nối với mạng internet thông qua một hạ tầng mạng viễn thông di động. Thiết bị này sẽ đƣợc cài một phần mềm chuyên dụng có chức năng thu nhận gói dữ liệu từ Server chuyển xuống sau đó thơng qua kết nối bluetooth chuyển qua máy Rover để tính. Và nhận các gói dữ liệu kết quả từ máy Rover thông qua phần mềm sẽ hiển thị kết quả đo đạc và lƣu kết quả đó để sử dụng . Bên cạnh đó , phần mềm còn có các chƣ́c năng để cấu hình các tham số hê ̣ quy chiếu đi ̣a phƣơ ng theo hê ̣ VN-2000.
Thiết bị thu tín hiê ̣u vệ tinh Rover có khả năng thu tín hiệu GPS , với kỹ thuâ ̣t đo RTK truyền thống thiết bi ̣ đi ̣nh vi ̣ này sẽ nhâ ̣n các giá tri ̣ cải chính tƣ̀ máy Base
thông qua mô ̣t module radio tích hợp bên trong . Tuy nhiên, với kỹ thuâ ̣t đo RTK sƣ̉ dụng hạ tầng mạng viễn thơng , các giá trị cải chính sẽ đƣợc truyền qua internet tới thiết bi ̣ điều khiển và tiếp tu ̣c chuyển qua Rover thông qua kết nối bluetooth (nhƣ vâ ̣y, thiết bi ̣ điều khiển ở đây cịn có chức năng đóng vai trị nhƣ module radio trong kỹ thuật RTK truyền thống ). Rover nhận giá trị cải chính từ thiết bị mobile tiến hành tính tốn rồi đƣa ra các gói dữ liệu tọa độ chính xác chuyển qua thiết bị mobile thơng qua bluetooth để hiển thị. Các gói dữ liệu đầu ra có thể ở định dạng NMEA- GGA, NMEA-GST, NMEA-GGK.
Hình 2.3: Sơ đồ kết nối trong hệ thống đo GPS động thời gian thực Sử dụng hạ tầng mạng viễn thông di động Sử dụng hạ tầng mạng viễn thông di động
2.2.2. Phần mềm và các chương trình điều khiển
Để hệ thống hoạt động thì với ba khối phần cứng ở trên cần có phần mềm điều khiển và các chƣơng trình máy tính dùng để cấu hình thiết bị nhƣ sau:
- Hệ thống chƣơng trình máy tính dùng để cấu hình cho các thiết bị GPS đă ̣t làm Base có thể xuất dữ liệu theo các định dạng chuẩn CRM , RTCM, và các thiết bi ̣ GPS đă ̣t làm Rover có thể xuất c ác gói dữ liệu NMEA . Với hãng Trimble có các phần mềm để cấu hình tồn bộ các thiết bị của hãng sản xuất là Trimble
Dữ liệu ra CMR, CMR+, RTCM, RTCM2, RTCM3 Máy tính có kết nối hạ tầng mạng viễn thông BASE Chuyển qua mạng hạ tầng mạng viễn thơng SERVER Dữ liệu cải chính chuyển đến Rover Điện thoại có kết nối hạ tầng mạng viễn thơng và có cài phần mềm chun dụng Chuyển qua mạng hạ tầng mạng viễn thông ROVER Dữ liệu ra NMEA với các định dạng
GGA, GST, GGK Toạ độ điểm đo, sai
Configuration Toolbox và Trimble GPS Configurator.
- Phần mềm chuyển dƣ̃ liê ̣u tƣ̀ Base về Server : Máy Base sau khi đƣợc cấu hình lại, sẽ đƣợc định tâm vào điểm đã biết tọa độ và cài đặt các tham số nhƣ cổng ra dƣ̃ liê ̣u , tọa độ , đô ̣ cao điểm gốc… Tiến hành kết nối máy tính với máy Base thông qua các cởng COM. Mở phần mềm (có giao diện nhƣ hình 2.4). Tiến hành cài đă ̣t các thông số kết nối rồi thƣ̣c hiê ̣n viê ̣c chuyển dƣ̃ liê ̣u lên Server .
Hình 2.4: Giao diện phần mềm cài đặt kết nối Server
- Phần mềm điều khiển đo đạc. Đây là phần mềm đƣợc viết ra chạy trên hệ điều hành Windows Mobile giao diện đƣợc thể hiện trong hình 2.5 trong phần mềm đƣợc tích hợp các module để chuyển đổi về các hệ tọa độ địa phƣơng, module nhận các gói dữ liệu NMEA đƣợc chuyển từ thiết bị Rover qua Bluetooth sang điện thoại từ đó phần mềm sẽ lọc ra các giá trị kết quả để hiện thị và đồng thời sẽ lƣu kết quả vào bộ nhớ.
Hình 2.5: Giao diện phần mềm cài đặt và điều khiển đo đạc
Đầu tiên đơn vi ̣ thi công phải đi thực tế tại khu vực đo xác định mức độ khó khăn, thu thập các số liệu, bản đồ hiện có cịn dùng đƣợc. Lên phƣơng án và kế hoạch đo đạc : với khu đo đó đơn vị thi cơng cần chuẩn bị bao nhiêu ngƣời , bao