1.1.5.6 Sự suy giảm độ chính xác do đồ hình các vệ tinh (DOPs)
Vấn đề được đặt ra giống như khi thực hiện phép giao hội truyền thống. Cạnh từ ít nhất 4 vệ tinh đến điểm đặt máy phải giao nhau sao cho điểm này có thể được xác định một cách đáng tin cậy nhất. Đó là khi các vệ tinh được bố trí đều trên bầu
trời xung quanh điểm cần xác định. Vệ tinh tập trung ở vùng thiên đỉnh của máy thu hoặc phân tán gần đường chân trời có thể dẫn đến khả năng điểm giao hội nhập nhằng trên một đoạn thẳng. Đại lượng đặc trưng cho sự phân bố này được gọi là độ suy giảm của độ chính xác DOP. DOP có giá trị từ 1 trở lên, cũng có thể gọi là cường độ phân bố vệ tinh. Trị DOP càng cao, độ suy giảm càng lớn, độ chính xác càng thấp. Ảnh hưởng của DOP đến độ chính xác định vị được biễu diễn trong mối quan hệ dưới đây:
� = �0 x DOP (1.11)
Trong đó:
��� là sai số định vị. � �0 là sai số của trị đo.
Sự phân bố vệ tinh ảnh hưởng khác nhau đến độ chính xác mặt phẳng, độ cao và thời gian, bởi vậy có các loại DOP khác nhau cho vị trí khơng gian PDOP, cho vị trí mặt phẳng HDOP, cho độ cao VDOP và cho thời gian TDOP. Giá trị DOP sẽ được máy thu tính cụ thể cho từng điểm đo hoặc ước lượng trước bằng các phần mềm chuyên dụng.
Số lượng vệ tinh có ảnh hưởng lớn tới chỉ số DOP. Ngày nay, với việc đo kết hợp cả 2 hệ thống GPS và GLONASS, số lượng vệ tinh đã đủ lớn để đảm bảo tại bất cứ nơi đâu trên Trái đất đều có chỉ số DOP nhỏ hơn 2 [9].
1.1.5.7 Các sai số do người đo
Khi đo GPS, tâm hình học của anten máy thu cần đặt chính xác trên tâm mốc điểm đo theo đường dây dọi. Anten phải đặt cân bằng, chiều cao từ tâm mốc đến tâm hình học của anten cần đo và ghi lại chính xác. Đo chiều cao anten khơng đúng thường là lỗi hay mắc phải của người đo GPS. Ngay cả khi xác định toạ độ phẳng, đo chiều cao cũng quan trọng vì GPS là hệ thống định vị 3 chiều, sai số về độ cao sẽ lan truyền sang vị trí mặt phẳng và ngược lại.
1.1.6 Các kỹ thuật đo pha GPS
1.1.6.1 Đo GPS tĩnh (Static)
Đây là phương pháp chính xác nhất vì nó sử dụng cả hai trị đo code và phase sóng tải. Hai hoặc nhiều máy thu đặt cố định thu tín hiệu GPS tại các điểm cần đo toạ độ trong khoảng thời gian thông thường từ 1 giờ trở lên.
Thời gian đo kéo dài để đạt được sự thay đổi đồ hình vệ tinh, cung cấp trị đo dư và giảm được nhiều sai số khác nhằm mục đích đạt độ chính xác cao nhất. Đo GPS tĩnh tương đối đạt độ chính xác cỡ 1cm, dùng cho các ứng dụng có độ chính xác cao nhất, như thành lập lưới khống chế trắc địa.
1.1.6.2 Đo GPS tĩnh nhanh (Fast Static)
Phương pháp này về bản chất giống như đo GPS tĩnh nhưng thời gian đo ngắn hơn. Gọi là đo nhanh - tăng tốc độ đo là do giải nhanh được số nguyên đa trị. Phương pháp này yêu cầu đo pha của sóng tải và đo code. Phương pháp đo tĩnh nhanh với máy thu GPS 2 tần số chỉ có hiệu quả trên cạnh ngắn. Thời gian đo tĩnh nhanh, thay đổi từ 8' ÷ 30' phụ thuộc vào số lượng vệ tinh, đồ hình vệ tinh, cũng như loại máy thu. Số vệ tinh nhiều hơn 4 bảo đảm trị đo dư với đồ hình vệ tinh phân bố đều sẽ hỗ trợ việc tìm nhanh số nguyên đa trị và giảm thời gian định vị.
Hiện nay, các hãng sản xuất đã có loại máy thu đo tĩnh nhanh với tần số L1 - C/A Code. Ví dụ như hãng Trimble đã phát triển kỹ thuật đo tĩnh nhanh với máy thu 4600LS (tần số L1), và 4800 (tần số L1, L2),...
1.1.6.3 Đo GPS động (Kinematic)
Phương pháp được tiến hành với một máy GPS đặt cố định tại điểm đã biết trước tọa độ (trạm base) và một hoặc nhiều máy di động khác đặt tại các điểm cần đo toạ độ (máy rover) thu tín hiệu vệ tinh đồng thời. Đo GPS động là giải pháp nhằm giảm tối thiểu thời gian đo so với phương pháp GPS tĩnh nhưng vẫn đạt độ chính xác đo toạ độ cỡ cm.
Tuỳ thuộc vào thời điểm xử lý số liệu đo - xử lý ngay tại thực địa hay trong phòng sau khi đo, người ta chia thành 2 dạng:
- Đo GPS động thời gian thực (RTK)
Cách đo này ngoài các máy thu vệ tinh còn cần thêm hệ thống radio truyền số cải chính RTK liên tục từ trạm base đến các trạm rover. Do phải dùng đến sóng radio truyền số cải chính nên phạm vi hoạt động của máy di động thường bị hạn chế. Ngoài việc đo toạ độ điểm khống chế hay đo chi tiết, phương pháp này cịn có tính năng hỗ trợ cắm điểm có toạ độ thiết kế trước ra thực địa và dẫn đường có độ chính xác cao.
- Đo GPS động xử lý sau (PPK)
Đây là phương pháp đo sử dụng máy đo giống như phương pháp RTK nhưng khơng sử dụng radio để truyền số cải chính. Toạ độ của các điểm đo chỉ có được sau khi xử lý số liệu trong phịng. Để có thể đo theo phương pháp này cần phải tiến hành việc khởi đo xác định số nguyên đa trị bằng cách đo tĩnh trên 1 đoạn thẳng, sau đó mới đến đo tại các điểm cần xác định toạ độ với thời gian ngắn, tối thiểu đo 2 trị đo (2 epoch). Trong quá trình di chuyển đến điểm cần đo, máy rover cần phải thu tín hiệu liên tục đến tối thiểu 4 vệ tinh.
Nếu trong quá trình di chuyển đến điểm cần đo, tín hiệu của một trong 4 vệ tinh bị mất có nghĩa là số nguyên đa trị giải được qua phép khởi đo bị mất. Do đó, phải khởi đo lại bằng cách: máy rover quay lại điểm đo trước đó hoặc đo tĩnh trên một cạnh mới.
Với kỹ thuật này, máy rover có năng suất lao động cao hơn nhiều so với đo tĩnh, rất phù hợp cho việc phát triển lưới khống chế cấp thấp, các điểm khống chế ảnh, đo chi tiết bản đồ địa hình.
1.1.6.4 Đo GPS cải chính phân sai (DGPS)
Là phương pháp đo GPS sử dụng kỹ thuật định vị tuyệt đối sử dụng trị đo code có độ chính xác đo toạ độ 0,5 - 3m. Nội dung của phương pháp đo là dùng 2 trạm đo, trong đó 1 trạm base và 1 trạm rover. Trên cơ sở độ lệch về toạ độ (tọa độ thu được và tọa độ biết trước) tại trạm base để hiệu chỉnh vào kết quả đo tại các rover theo nguyên tắc đồng ảnh hưởng. Yêu cầu quan trọng khi đo phân sai là trạm
base và trạm rover phải thu số liệu đồng thời, cùng số vệ tinh. Có hai phương pháp cải chính phân sai [2]:
- Cải chính vào cạnh: sử dụng cạnh tính theo trị đo code của trạm base tới từng vệ tinh và tìm độ lệch so với khoảng cách thực của nó trên cơ sở toạ độ gốc. Các độ lệch này được dùng để cải chính cho chiều dài cạnh từ điểm cần định vị đến các vệ tinh tương ứng trước khi đưa cạnh vào tính toạ độ cho trạm rover.
- Cải chính vào toạ độ: cũng tương tự với việc cải chính vào cạnh như trên, ở đây sẽ xác định được độ lệch về toạ độ giữa toạ độ tính được của trạm base và toạ độ thực của nó do ảnh hưởng của các nguồn sai số. Các độ lệch đó được cải chính tương ứng vào toạ độ của trạm rover.
1.2 Công nghệ đo động thời gian thực
Đo động thời gian thực RTK là một trong các ứng dụng của hệ thống định vị vệ tinh GPS. RTK là phương pháp định vị tương đối sử dụng trị đo pha song tải. Phương pháp định vị này sử dụng một trạm base và một hay nhiều trạm rover thu tín hiệu vệ tinh đồng thời. Trạm base thu tín hiệu từ các vệ tinh, tính tốn, so sánh với số liệu đã biết và đưa ra các số cải chính RTK (∆X, ∆Y, ∆Z), sau đó truyền chúng tới các trạm rover. Trạm rover cũng thu tín hiệu từ các vệ tinh và số cải chính RTK từ trạm base để tính tốn ra vị trí của nó.
Máy thu phục vụ cho đo RTK là máy GPS hai tần số, được thiết kế gọn nhẹ, thuận tiện cho việc di chuyển đo đạc tại thực địa. Ngoài chức năng như một máy thu thơng thường, máy thu loại này cịn có các cổng kết nối với thiết bị ngoại vi như thiết bị điều khiển (Survey Controller), hệ thống radio truyền số hiệu chỉnh. Hiện nay, trên thị trường có các loại máy thu phù hợp cho đo RTK như:
- Leica GS08 plus, GS10, GS14 (máy thu vệ tinh 2 tần số L1/L2); - Trimble 5700, 5800, R4, R6, R10 (máy thu vệ tinh 2 tần số L1/L2); - Hi-Tagert V30 (máy thu vệ tinh 2 tần số L1/L2).