1.2.2.3 Cài đặt số vệ tinh tối thiểu
Bằng thực tế chỉ ra rằng số vệ tinh càng nhiều thì thời gian đo tại một điểm càng giảm. Khi máy thu GPS thu được cả hai tín hiệu vệ tinh GPS và GLONASS thì số vệ tinh sẽ tăng lên, độ chính xác đo RTK sẽ chính xác hơn [4]. 5 vệ tinh là yêu cầu tối thiểu cho đo RTK nếu chỉ thu tín hiệu GPS, 6 vệ tinh khi thu đồng thời cả hai tín hiệu GPS và GLONASS. Việc cài đặt số vệ tinh tối thiểu lớn sẽ giúp việc xác định số nguyên lần bước sóng giữa anten máy thu và vệ tinh (số nguyên đa trị N) nhanh chóng hơn, đáng tin cậy hơn. Điều này đồng nghĩa với việc đo đạc sẽ đạt chất lượng tốt hơn.
1.2.2.4 Kiểu lời giải RTK
Một yếu tố khác phải cài đặt trong máy rover là lời giải RTK. Lời giải FIXED được khuyến cáo dùng khi đo RTK vì số nguyên đa trị N đã được xác định làm cho kết quả đo chính xác, tin cậy. Lời giải FLOAT khơng nên dùng trong đo RTK bởi vì số nguyên đa trị N chưa được xác định, tức là kết quả đo thiếu tin cậy. 1.2.2.5 Cài đặt giá trị QC
Nhiều loại máy GPS cho phép người sử dụng đặt giá trị QC tọa độ và độ cao. Những giá trị này được máy rover tính tốn và đưa ra những chỉ số về độ chính xác
của phép đo. Thông thường người ta đặt QC tọa độ và độ cao là 1 cm đối với điểm khống chế, và 2 - 3 cm đối với điểm đo chi tiết [10].
1.2.3 Khởi đo RTK
Là công việc bắt buộc phải làm khi sử dụng các phương pháp đo động. Đặc điểm chính để việc đo RTK đạt được độ chính xác cỡ cm chính là việc thu được tín hiệu sóng mang. Mặc dù tín hiệu sóng mang có độ chính xác cao nhưng nó lại có nhiều thông tin chưa xác định được, chúng được gọi là nhiễu số nguyên đa trị hoặc nhiễu pha. Máy rover cần phải giải quyết vấn đề này bằng việc khởi đo mỗi khi bật máy và tại các thời điểm tín hiệu vệ tinh bị ngắt quãng. Kết quả của khởi đo là xác định được số nguyên chu kỳ trong phương trình trị đo pha sai phân bậc hai (các trị đo pha sai phân bậc hai hay được sử dụng nhất trong tính tốn các cạnh baseline). Các phương pháp khởi đo phổ biến hiện nay gồm:
1.2.3.1 Khởi đo OTF
Máy thu có thể tự động khởi đo nếu như cả máy cố định và máy di động đều thu được tín hiệu từ ít nhất là 5 vệ tinh, quá trình tự động khởi đo này được gọi bằng thuật ngữ OTF. Thời gian khởi đo kéo dài từ vài giây cho đến một vài phút. Trong khi máy đang tiến hành khởi đo thì số liệu thu được ở dạng FLOAT, độ chính xác chỉ đạt ở mức khoảng dm, khi việc khởi đo hồn thành thì số liệu đo thu được ở dạng FIXED, độ chính xác đạt mức cm. Nếu như sau khi khởi đo máy thu liên tục bắt được ít nhất 4 vệ tinh thì sẽ duy trì được chế độ FIXED.
Thời gian khởi đo phụ thuộc vào chiều dài cạnh đo, nhiễu đa đường truyền và các sai số gây ra bởi khí quyển. Nên tránh đặt anten gần những vật phản xạ ánh sáng, giữ khoảng cách và độ cao giữa máy base và máy rover càng nhỏ càng tốt [8]. 1.2.3.2 Khởi đo trên một cạnh baseline đã biết
Máy base đặt ở điểm đã biết tọa độ (và sẽ tiếp tục đặt ở đo cho đến khi ca đo kết thúc). Máy rover đặt tại một điểm đã biết hoặc sẽ biết tọa độ. Từ tọa độ đã biết của 2 máy thu và số liệu đo đạc trong quá trình khởi đo, phần mềm xử lý số liệu tính được số nguyên chu kỳ của trị đo sai phân bậc hai.
Thời gian khởi đo kéo dài khoảng từ 30s trở lên, và có thể thực hiện theo 1 trong 3 cách sau [1]:
- Known point. - New point. - Reoccupation.
Known point: Khởi đo trên 2 điểm hoặc là đã biết tọa độ hoặc là sẽ được cung cấp tọa độ trước khi tính tốn xử lý số liệu.
New point: Khởi đo trên 1 điểm đã biết tọa độ (máy base) và 1 điểm không biết tọa độ (máy rover). Đầu tiên đo tọa độ của máy động bằng phương pháp đo tĩnh nhanh, sau đó mới thật sự khởi đo → cần thời gian khá lâu, ~20 - 30 phút.
Reoccupation: Nếu trong quá trình đo động bị trượt chu kỳ thì quay lại một điểm đo trước đó để khởi đo lại theo cách thức giống như Know point. Baseline từ trạm cố định tới điểm quay lại để khởi đo phải có lời giải FIXED, nếu khơng thì khởi đo sẽ khơng có kết quả.
1.2.4 Truyền tín hiệu giữa máy base và rover
Yếu tố quan trọng đảm bảo thành cơng của đo RTK là truyền số cải chính RTK từ máy base đến các máy rover. Yêu cầu đặt ra là việc truyền số cải chính phải kịp thời, ổn định, nếu khơng độ chính xác của tọa độ máy rover sẽ bị ảnh hưởng.
Các yếu tố cần cân nhắc khi lựa chọn thiết bị truyền số liệu [8]: - Tốc độ thu, phát.
- Khoảng cách thu, phát sóng. - Cơng suất.
- Kiểm tra lỗi và sửa lỗi. - Mức tiêu thụ điện năng. - Các định dạng tín hiệu chuẩn. - Đồng bộ RTK.
Các định dạng tín hiệu chuẩn:
Cùng với việc lựa chọn thiết bị truyền số hiệu chỉnh, người đo cần quyết định dạng tín hiệu nào sẽ được truyền qua các thiết bị này. Các máy thu GPS ngày nay thường hỗ trợ cho 2 dạng số hiệu chỉnh chuẩn CMR và chuẩn RTCM/RTK:
- Chuẩn CMR được thiết kế bởi Trimble. Chuẩn CMR địi hỏi thiết bị thu, phát có tốc độ ít nhất là 2400 baud.
- Chuẩn RTCM được thiết kế bởi tổ chức radio. Chuẩn này đòi hỏi thiết bị thu phát có tốc độ ít nhất là 4800 baud.
Đồng bộ RTK:
Đồng bộ RTK là kỹ thuật được sử dụng rộng rãi nhất để đạt được độ chính xác cm về cạnh giữa máy thu cố định và máy di động. Thông thường tốc độ cập nhật đồng bộ RTK là 1 lần/1 giây (1Hz). Với kỹ thuật đồng bộ RTK, máy rover cần phải chờ cho tới khi nhận được số liệu đo từ máy base trước khi tính tốn vector cạnh. Độ trễ thời gian của kỹ thuật đồng bộ RTK bị ảnh hưởng bởi độ trễ của thiết bị thu phát số liệu. Với thiết bị thu phát số liệu có tốc độ là 4800 baud thì độ trễ thời gian đồng bộ RTK là 0,5 giây. Nó có thể được giảm xuống nếu sử dụng thiết bị có tốc độ là 9600 baud hoặc các thiết bị có dải tần cao hơn [8].
Kỹ thuật đồng bộ RTK mang lại kết quả cao nhất và phù hợp với các ứng dụng có tốc độ di chuyển thấp như khi đo chi tiết, tuy nhiên nó khơng phù hợp với các ứng dụng có tốc độ di chuyển cao như quan trắc, định chuẩn hệ thống hạ cánh máy bay, những ứng dụng đòi hỏi tốc độ cập nhật trên 1Hz. Số liệu xử lý sau có thể được sử dụng để đưa ra được kết quả chính xác, nhưng q trình xử lý sau có thể gây ra các vấn đề về quản lý số liệu, đặc biệt là những mảng số liệu lớn được ghi với tần số 5 hoặc 10Hz.
Thơng thường sau khi hồn thành việc kết nối, người ta thường kiểm tra chất lượng kết nối bằng việc đo đạc kiểm tra các điểm tọa độ đã biết trước.
1.2.5. Các chế độ đo RTK
Đây là chế độ hoạt động mặc định trong phương pháp đo động. Việc đo đạc đ- ược tiến hành như sau: máy rover dừng lại tại một điểm, ghi 2 hoặc 3 lần số liệu (có thể nhiều hơn nếu cần thiết), sau đó di chuyển tới điểm tiếp theo. Số liệu sẽ được ghi vào bộ nhớ của máy thu hoặc bộ điều khiển (controller), sau đó được trút vào máy tính để xử lý. Kiểu đo này thường được sử dụng để đo đạc chi tiết trong các khu đo có bán kính trong khoảng 10km và đo lưới khống chế đo vẽ.
1.2.5.2. Đo liên tục (Continuous)
Kiểu đo này cung cấp các khả năng đo đạc phục vụ cho thành lập bản đồ (đo mặt cắt, đo đường bình độ), hoặc để kết hợp với các máy chụp ảnh hàng không để xác định toạ độ tâm ảnh .
Trong chế độ này, máy rover sẽ đo liên tục sau một khoảng thời gian nhất định ngay trong quá trình di chuyển. Chế độ này có năng suất lao động cao hơn nhưng độ chính xác thấp hơn chế độ Stop and Go.
1.2.6. Độ chính xác đo đạc RTK
Độ chính xác đo đạc RTK tỷ lệ nghịch với chiều dài cạnh baseline, tức là cạnh đo càng xa thì độ chính xác càng giảm. Thơng thường, sai số trung phương đo RTK đạt khoảng 10mm + 1ppm. Theo các nghiên cứu thì chiều dài cạnh baseline ảnh hưởng đến kết quả đo RTK như sau [6]:
- Cạnh baseline dài 1km: 10mm +1mm = 11mm. - Cạnh baseline dài 10km: 10mm +10mm = 20mm. - Cạnh baseline dài 30km: 10mm + 30mm = 40mm.
1.3 Tình hình ứng dụng RTK trong đo đạc địa chính
Việc xuất hiện thêm các hệ thống vệ tinh GLONASS, Galileo, Compass,… bên cạnh hệ thống vệ tinh GPS, và các thế hệ máy thu tín hiệu vệ tinh đời mới, hiện đại là một thay đổi lớn trong các ngành khoa học kỹ thuật khác nói chung và đo đạc bản đồ nói riêng. Có thể nói cơng nghệ GPS đã trở thành một trong những cơng nghệ chính trong lĩnh vực đo đạc bản đồ và thu thập số liệu GIS.
Những ứng dụng sớm nhất của GPS trong trắc địa bản đồ là trong công tác đo lưới khống chế. Hiện nay hệ thống GPS vẫn đang phát triển, ngày càng hoàn thiện về phần cứng (thiết bị đo) và phần mềm (chương trình xử lý số liệu), được ứng dụng rộng rãi vào mọi dạng hoạt động của công tác đo đạc bản đồ, trắc địa cơng trình dân dụng và các cơng tác định vị khác theo chiều hướng ngày càng đơn giản, hiệu quả. Một yếu tố quan trọng nữa là giá thành thiết bị ngày càng rẻ hơn nên có nhiều đơn vị đo đạc đầu tư, trang bị thiết bị nhằm nâng cao năng lực sản xuất. Từ chỗ chỉ có một vài đơn vị lớn của Nhà nước được trang bị công nghệ GPS vào những năm 1990, đến nay hầu hết các đơn vị đo đạc khảo sát của các ngành, các tỉnh được trang bị công nghệ GPS, đặc biệt là nhiều đơn vị đã được trang bị máy thu 2 tần số (thiết bị cần để thực hiện đo RTK).
Phương pháp thành lập bản đồ điạ chính tỷ lệ lớn bằng RTK đã và đang trở lên phổ biến bởi các tính ưu việt như: có thể xác định tọa độ của các điểm từ các điểm gốc mà không cần thông hướng, việc đo đạc nhanh, đạt độ chính xác cao, ít phụ thuộc vào điều kiện thời tiết, kết quả đo đạc có thể tính trong hệ tọa độ toàn cầu hoặc hệ tọa độ địa phương và được ghi dưới dạng file số nên dễ dàng nhập vào các phần mềm đo vẽ bản đồ hoặc các hệ thống cơ sở dữ liệu.
Trong đo đạc điạ chính, cơng nghệ RTK thường được sử dụng để làm các công việc sau:
- Lập lưới khống chế đo vẽ.
- Đo đạc địa chính (đo chi tiết) các tỷ lệ 1:1000, 1:2000, 1: 5000,…
Cụ thể như dự án VLAP (dự án được thực hiện bởi Chính phủ Việt Nam thơng qua Bộ Tài nguyên và Mơi trường nhằm hiện đại hóa hệ thống quản lý đất đai với sự hỗ trợ của Ngân hàng Thế giới) tại các tỉnh miền Tây (gồm: Bến Tre, Vĩnh Long, Tiền Giang) đã và đang sử dụng công nghệ RTK để xây dựng lưới đo vẽ cho khu đo tỷ lệ 1/2000 có tầm thơng thống tốt, ít che khuất và sử dụng công nghệ RTK đo vẽ bản đồ địa chính tỷ lệ 1/2000 đối với khu vực ruộng lúa, đất trồng cây hàng năm (Ban quản lý dự án chưa cho phép áp dụng công nghệ này cho việc xây
dựng lưới đo vẽ đối với khu đo tỷ lệ 1/1000 và khu vực che khuất của khu đo tỷ lệ 1/2000). Tại dự án này, các đơn vị thi công đã và đang sử dụng các máy thu GPS 2 tần số có một bộ phát sóng radio để truyền số cải chính. Thành quả đo RTK tại đây đạt được là rất tích cực, được các chuyên gia trong nghành đánh giá cao: độ chính xác tương đương với phương pháp đo toàn đạc truyền thống, đạt được các yêu cầu về độ chính xác như trong các quy định của Bộ Tài nguyên và Môi trường về đo đạc bản đồ địa chính tỷ lệ lớn. Ngoài ra, với 1 máy đo người đo có thể đo được đến 1.000 điểm đo trong 1 ngày lao động nên đã giảm được tối đa thời gian, cũng như chi phí lao động, sản xuất.
Tuy vậy, do mật độ thực phủ ở đây tương đối dày đặc, có nhiều các vườn cây ăn trái đặc trưng của vùng Đồng bằng Nam Bộ, nhiều sơng ngịi, kênh rạch nên công tác đo đạc bằng RTK cũng gặp nhiều khó khăn. Cụ thể, bộ phát sóng radio mặc dù đã phát tối đa công suất (35W) nhưng do sự suy giảm cường độ tín hiệu bởi cây cối xung quanh nên khoảng cách phát sóng chỉ cịn khoảng 2 - 3km. Do đó, chỉ có thể đo RTK được trong phạm vi bán kính chỉ 2 - 3km xung quanh một trạm base. Đây là phạm vi nhỏ, để đo hết khu đo người ta phải di chuyển thường xuyên hoặc tăng thêm trạm base, đồng thời phải lập thêm lưới khống chế cơ sở. Điều này đã làm giảm hiệu quả của cơng tác đo RTK, tăng thêm chi phí sản xuất, kéo dài thời gian thi cơng.
Ngồi dự án VLAP, cơng nghệ RTK cịn được dùng để lập lưới khống chế đo vẽ và đo đạc địa chính (đo chi tiết) tỷ lệ 1/2000 tại một số dự án nhỏ (quy mô một xã hoặc một vài xã) trên phạm vi cả nước. Có thể kể ra như tại: Xã Thạnh Lợi, Thạnh Hịa, Lương Bình, huyện Bến Lức, tỉnh Long An; xã Tân Hưng, Tân Phú, Thạnh Đông, Tân Đông, Suối Dây, huyện Tân Châu, tỉnh Tây Ninh; xã Tân Định huyện Bến Cát, tỉnh Bình Dương,…
Hiện nay, phương pháp thành lập bản đồ điạ chính tỷ lệ lớn bằng RTK đã và đang được các chuyên gia nghiên cứu, thử nghiệm nhằm nâng cao độ chính xác cũng như mở rộng phạm vi ứng dụng trong đo đạc.
1.4. Một số vấn đề cần khắc phục trong đo đạc địa chính bằng RTK
Độ chính xác định vị GPS nói chung và RTK nói riêng bị ảnh hưởng của những yếu tố như: sai số do quỹ đạo vệ tinh, sai số do độ trễ chuyền sóng trong khí quyển (ảnh hưởng của khí quyển), ảnh hưởng của tầm nhìn vệ tinh, sai số do hiện tượng đa đường truyền, đồ hình vệ tinh, sai số do con người,... Những yếu tố này đã được phân tích và hướng giải quyết, khắc phục đã được mơ tả ở mục 1.1.4.
Ngồi các yếu tố kể trên, lựa chọn giải pháp phù hợp để truyền số cải chính từ máy base đến các máy rover hiện vẫn đang là một khó khăn về kỹ thuật cũng như tài chính cho các đơn vị đo đạc trong thực tế sản xuất. Hiện nay, đa số các đơn vị đo đạc sử dụng bộ phát sóng radio để truyền số cải chính. Đây là giải pháp truyền thống, có tính ổn định cao, chi phí thấp nhưng hạn chế lớn nhất của nó là phạm vi hoạt động hạn chế chỉ từ 1 - 3km tùy thuộc vào địa hình khu đo. Bộ phát sóng radio hoạt động tốt ở những khu vực có địa hình tương đối bằng phẳng, độ dốc nhỏ. Do tính chất vật lý sóng radio là sóng ngang và bằng thực tế đo đạc chỉ ra rằng khi đặt bộ phát radio và máy rover chênh cao quá 30m thì máy rover khơng thể thu được số cải chính. Ngồi ra, có có thể nêu ra một số nguyên nhân nữa làm phạm vi hoạt