Loại máy Hãng, nƣớc chế tạo Tần số sử dụng Phƣơng pháp đo Độ chính xác 5700 Trimble (Mỹ) L1, L2 Tĩnh, tĩnh nhanh Đo động 5 mm + 0.5 ppm 10 mm + 1 ppm R8 Trimble L1, L2 Tĩnh, tĩnh nhanh Đo động 5 mm + 0.5 ppm 10 mm + 1 ppm 4600LS Trimble L1 Tĩnh, tĩnh nhanh Đo động 5 mm + 1 ppm 20 mm +2 ppm 4800 Trimble L1, L2 Tĩnh, tĩnh nhanh Đo động 5 mm + 1 ppm 10 mm + 2 ppm GeoTracer 2104 Geotronics Thuỵ Điển L1 Tĩnh, tĩnh nhanh Đo động 5 mm + 1-2 ppm 10 mm + 2 ppm SR-510 Leica AG Thuỵ Sỹ L1 Tĩnh, tĩnh nhanh Đo động 5-10mm + 2ppm 10-20mm+2ppm NR-101 Desault- Sercel, Pháp L1 Tĩnh, tĩnh nhanh Đo động 5 mm + 1 ppm 10 mm + 1 ppm R3 Trimble L1 Tĩnh, tĩnh nhanh Đo động 5 mm + 0.5 ppm 10 mm + 1 ppm R7 Trimble L1, L2 Tĩnh, tĩnh nhanh Đo động 5 mm + 0.5 ppm 10 mm + 1 ppm R6 Trimble L1, L2 Tĩnh, tĩnh nhanh Đo động 0.25 mm + 0.5 ppm 10 mm + 1 ppm
- Máy tính và phần mềm xử lý số liệu: Để xử lý số liệu đo động GPS cần có phần
mềm có chức năng xử lý cạnh đáy (wave processing hay baseline processing). Hầu hết các phần mềm đƣợc cung cấp theo thiết bị đo GPS đều có chức năng này, ví dụ nhƣ phần mềm GPSurvey, Trimble Geomatics Office, hay Trimble Business Center của hãng Trimble.
2.2.2.2 Chuẩn bị về tài liệu khống chế khu đo, khảo sát khu đo
Để tiến hành quy chuẩn hệ tọa độ về hệ tọa độ địa phƣơng khu đo cần có ít nhất 3 điểm khống chế hạng cao phân bố đều trong khu đo, phổ biến nhất là các điểm địa chính cơ sở. Tọa độ của các điểm này cần đƣợc thu thập, vị trí của chúng cần đƣợc xác định sơ bộ trên bản đồ tỷ lệ nhỏ hơn để thiết kế tuyến đo nối. Nếu khơng có lƣới cấp cao hơn thì tốt nhất là tiến hành lập 1 lƣới GPS đo tĩnh bao quanh khu đo để quy chuẩn tọa độ. Cũng có thể sử dụng 7 tham số tính chuyển từ hệ tọa độ WGS-84 về hệ tọa độ địa phƣơng đang sử dụng nếu có. Song thực tế ít khi sử dụng cách này mà chủ yếu dùng các điểm khống chế hạng cao để quy chuẩn hệ tọa độ. Việc khảo sát khu đo là rất quan trọng, nhằm đánh giá dự kiến về khối lƣợng có thể đo GPS động, tuyến di chuyển tối ƣu phục vụ cho việc đo đạc GPS động một cách hiệu quả.
2.2.2.3 Thiết lập trạm tĩnh
Do yêu cầu đo GPS động trạm tĩnh phải liên tục thu tín hiệu vệ tinh với số lƣợng tối đa có thể nên cần phải khảo sát khu đo để xác định vị trí có tầm quan sát bầu trời tốt nhất. Cần tránh chọn điểm trạm tĩnh gần tán cây, dƣới các vật che chắn tín hiệu nhƣ nhà, tƣờng, gạch, cột điện,...
Điểm đƣợc chọn làm trạm tĩnh nên là điểm khống chế trong mạng lƣới toạ độ Nhà nƣớc (I, II, III) hoặc lƣới chêm dày (cấp 1, cấp 2). Tại điểm trạm tĩnh cần đảm bảo thơng thống tốt để thuận lợi cho việc thu tín hiệu từ 4 vệ tinh trong suốt thời gian đo động. Điểm trạm tĩnh không nên chọn quá xa khu đo, tốt nhất cách khu đo khơng q 10 km, vị trí điểm trạm tĩnh phải đảm bảo tầm khống chế khu đo hợp lý nhất, có khả năng thu tín hiệu vệ tinh tốt nhất, tiếp cạnh đƣợc diện tích rộng nhất. Tọa độ của điểm trạm tĩnh này cũng có thể đƣợc tính sau khi tiến hành thủ tục quy chuẩn (Calibration) nếu trạm tĩnh không đặt trên điểm đã biết toạ độ. Một điểm trạm tĩnh có thể dùng chung cho nhiều trạm động.
Thông thƣờng khi đo vẽ bản đồ tỷ lệ lớn thì tầm đo 5km là khá đủ cho việc chỉ sử dụng duy nhất một trạm tĩnh có thể đo hết khu đo. Vì vậy cần chú ý sao cho việc chọn trạm tĩnh có hiệu quả đo cao nhất.
Trạm tĩnh sẽ đƣợc khởi động trƣớc khi thực hiện thủ tục khởi đo. Khi thực hiện khởi động trạm tĩnh cần có bộ điều khiển đo nối với máy thu bằng cáp chuyên dụng. Cần xác định trƣớc tần suất thu tín hiệu (epoch), nơi ghi số liệu, góc ngƣỡng chọn vệ tinh,
nhập tọa độ điểm khống chế, chọn kiểu đo,... Các tham số này sẽ đƣợc cài đặt trƣớc trong bộ điều khiển đo (Survey Controler).
Thực hiện các thao tác khởi động trạm tĩnh bằng lệnh “Start base receiver”. Sau đó nhập vào số hiệu và tọa độ điểm khống chế chọn làm base, nhập chiều cao máy. Khi nào trên màn hình bộ điều khiển đo động thơng báo: “Base started” tức là trạm tĩnh đã đƣợc khởi động xong. Có thể tháo bộ điều khiển đo ra khỏi máy tĩnh nếu chọn ghi số liệu vào bộ nhớ của máy.
2.2.2.4 Khởi động trạm động và khởi đo
Nếu tiến hành đo động phục vụ cho đo vẽ chi tiết địa hình, hoặc địa chính máy động thƣờng gắn trên sào đo. Anten máy thu trạm động đƣợc nối với bộ điều khiển đo bằng cáp chuyên dụng. Việc khởi động trạm động cũng đƣợc tiến hành tƣơng tự nhƣ đối với trạm tĩnh. Sau đó, ta cần thực hiện thủ tục khởi đo (initialization) để xác định số nguyên chu kỳ trƣớc khi đo điểm đầu tiên.
Với máy thu 1 tần số Trimble 4600LS hay R3, có thể thực hiện thủ tục khởi đo theo hai phƣơng án sau:
- Đặt máy động tại điểm đã biết (Known point). - Đặt máy động tại điểm chƣa biết (New point).
Nếu khởi đo tại điểm đã biết, cần biết trƣớc vectơ khởi đầu từ trạm tĩnh đến trạm khởi đo, gồm các thành phần gia số toạ độ ΔX, ΔY, ΔZ trong hệ toạ độ WGS-84.
Trong trƣờng hợp này thời gian khởi đo ngắn thƣờng chỉ vài chục giây.
Nếu khởi đo tại điểm chƣa biết toạ độ, cần phải chờ một thời gian dài hơn, thƣờng là vài chục phút phụ thuộc vào số lƣợng vệ tinh tại thời điểm khởi đo cho đến khi thủ tục khởi đo đã hoàn thành. Thực chất thời gian này tƣơng đƣơng với đo tĩnh nhanh để xác định vectơ khởi đầu [7].
Sau khi khởi đo, máy động sẽ chuyển từ chế độ Float sang chế độ Fixed, có nghĩa là xác định đƣợc số nguyên chu kỳ, và ta có thể tiến hành đo các điểm cần xác định. Trong quá trình đo đạc, phải đảm bảo sao cho máy động và máy cố định cùng liên tục thu tín hiệu tới đồng thời 4 hoặc nhiều hơn vệ tinh. Nếu điều kiện này khơng thỏa mãn thì máy sẽ bị trƣợt chu kỳ (mất số nguyên chu kỳ) và khi đó cần phải tiến hành lại thủ tục khởi đo.
Trong quá trình đo động xử lý sau, do máy động và máy cố định không ở gần nhau trong q trình đo đạc và chúng cũng khơng liên kết tín hiệu với nhau nhƣ trong đo động
thời gian thực nên đơi khi ngồi thực địa khơng thể xác định đƣợc có xảy ra hiện tƣợng trƣợt chu kỳ hay không. Đây là một trong những nhƣợc điểm lớn của phƣơng pháp đo động xử lý sau và để khắc phục một phần vấn đề này, chúng ta cần thực hiện thủ tục khởi đo thêm một lần nữa ở cuối ca đo.
2.2.2.5 Đo điểm ngoài thực địa
Sau khi máy đo đƣợc khởi đo (máy động ở chế độ Fixed) công việc đo đạc các điểm cần xác định ngoài thực địa bắt đầu. Có các loại đo cơ bản nhƣ sau:
+ Đo quy chuẩn hệ tọa độ
Đo GPS động là một dạng đo GPS tƣơng đối, tức là chỉ xác định đƣợc số gia tọa độ trong hệ WGS-84 của điểm trạm động so với trạm tĩnh. Để sử dụng kết quả này ở hệ tọa độ địa phƣơng, cần phải có hoặc tính tốn các tham số chuyển đổi. Việc xác định các tham số chuyển đổi đó gọi là thủ tục quy chuẩn hệ tọa độ cho khu đo (Site Calibration).
Việc quy chuẩn hệ tọa độ có thể sử dụng một trong các cách sau:
- Sử dụng 7 tham số tính chuyển đổi tọa độ: Để chuyển đổi từ hệ tọa độ GPS toàn
cầu (WGS-84) về hệ tọa độ địa phƣơng cần có tham số tính chuyển chính xác giữa 2 hệ thống tọa độ. Các tham số đó là:
+ 3 tham số dịch chuyển gốc tọa độ ΔX, ΔY, ΔZ. + 3 tham số về góc xoay của 3 trục tọa độ Rx, Ry, Rz. + 1 hệ số tỷ lệ chiều dài k.
Nếu hệ tọa độ địa phƣơng là VN-2000 thì các tham số chuyển đổi đã đƣợc cơng bố trong Công văn số 1123/ĐĐBĐ-CNTĐ ngày 26/10/2007 của Bộ Tài nguyên và Môi trƣờng. Cụ thể nhƣ sau:
+ x = 191,90441429; y = 39,30318279; z = 111,45032835. + Rx = 0,00928836”; Ry = -0,01975479”; Rz = 0,00427372”. + k = 0,999999747093722 (hay -0,252906278 ppm)
- Sử dụng tập hợp điểm trùng
Chọn ít nhất 3 điểm trong khu đo có tọa độ trong hệ tọa độ địa phƣơng để đo trong hệ tọa độ GPS. Trên cơ sở 2 tọa độ trong 2 hệ thống của các điểm trùng sẽ tính đƣợc các thơng số quan hệ cục bộ giữa 2 hệ thống trong khu đo và từ đó tọa độ của các điểm đo khác sẽ đƣợc tính theo các thơng số này.
- Lần lƣợt đo tọa độ các điểm khống chế theo chế độ đo “Control point” trong điều kiện “Fixed”.
- Chuyển về mục “GPS site calibration” nhấn Enter, màn hình sẽ hiện ra “No point”. Nhấn phím mềm tƣơng ứng với “Add” để đƣa từng điểm khống chế tham gia vào thủ tục quy chuẩn. Trên màn hình cần phải trả lời tại các ô:
- Grid point – nhập số thứ tự điểm khống chế thứ nhất đã nhập từ bàn phím. - GPS point – nhập số thứ tự điểm khống chế thứ nhất đã đo từ thực địa.
- Use – lựa chọn điểm này cho phép khống chế tham gia quy chuẩn về mặt bằng (H) hoặc độ cao (V) hoặc cả mặt bằng và độ cao (H,V).
Bằng cách tƣơng tự đƣa các điểm khác tham gia vào quy chuẩn hệ tọa độ. Khi số điểm tham gia vào quy chuẩn là 3 sẽ xuất hiện sai số về mặt bằng còn lại tại mỗi điểm. Khi số điểm tham gia quy chuẩn là 4 thì sai số cịn lại về độ cao sẽ xuất hiện thêm với mỗi điểm. nếu sai số còn lại tại các điểm quy chuẩn nhỏ hơn giá trị cho phép – nhấn phím “Apply” để áp dụng cho tồn bộ Job. Nếu sai số cịn lại tại một điểm nào đó lớn, cần xem lại số hiệu điểm các điểm trùng hoặc kiểm tra lại tọa độ các điểm khống chế khi nhập vào R3. Nếu không phát hiện lỗi nên loại bỏ điểm này.
Tuy nhiên, nếu khơng cần thiết tính tọa độ trong hệ địa phƣơng ngay tại thực địa thì việc quy chuẩn có thể tiến hành trong phòng sau thực địa.
+ Đo chi tiết các điểm và các vấn đề mã hóa điểm đo
Trong khi máy thu GPS thơng báo ở chế độ “Fixed” thì đƣợc phép đo chi tiết ở bất kỳ vị trí nào. Với phƣơng pháp đo GPS PPK chỉ cần đo tối thiểu 2 trị đo tại mỗi điểm đo. Lúc này, năng suất đo chi tiết phụ thuộc chủ yếu vào sự di chuyển của ngƣời đo đến tiếp cận điểm đo. Ngƣời đo sẽ dễ dàng thao tác đo toàn bộ những điểm cần đo trên khu đo nhƣ khi đo bằng các phƣơng pháp truyền thống. Điều này khơng có gì đặc biệt phải đề cập đến, nhƣng ở đây số liệu đo sẽ đƣợc xử lý trên các phần mềm vẽ bản đồ tự động thì vấn đề cần đề cập đến là mã hóa điểm đo phục vụ cho việc vẽ bản đồ tự động. Việc mã hóa điểm đo đƣợc tiến hành thuận lợi với bàn phím của máy thu GPS R3 có đầy đủ chữ cái, số và các ký tự đăc biệt. Một thuận lợi lớn của việc mã hóa điểm đo khi đo GPS động là máy và ngƣời đo tiếp cận trực tiếp điểm đo. Tất nhiên cụ thể cách mã hóa điểm đo sẽ phụ thuộc vào phần mềm vẽ bản đồ tự động khi xử lý số liệu. Dù với cách mã hóa điểm đo của phần mềm nào thì việc mã hóa cũng đạt mức độ chuẩn cao do vậy hiệu quả về tự động vẽ các yếu tố nội dung trên phần mềm sẽ cao hơn nhiều. khi mất tín hiệu vệ tinh,
máy thu trở về trạng thái “RTK=Float”, lúc này phải dừng việc đo để khởi đo lại. Việc khởi đo lúc này có thể tiến hành theo lựa chọn “Known point” – tức là dùng 1 điểm đo trƣớc đó ghi trong R3 nhƣng cịn tồn tại chính xác trên thực địa để khởi đo (phƣơng pháp sử dụng là Reoccupation đã mô tả ở phần trên). Với cách này thời gian khởi đo rất nhanh, chế độ “Fixed” đạt đƣợc chỉ sau vài giây. Với bộ nhớ trong của máy thu R3 có thể chứa hàng nghìn đo GPS PPK.
2.2.2.6 Xử lý số liệu đo đạc nội nghiệp + Trút số liệu đo
Số liệu GPS đo động có thể đƣợc ghi trong sổ đo điện tử R3 hoặc trong máy thu GPS tùy theo ngƣời đo quy định. Sau khi kết thúc thực địa, số liệu đo cần đƣợc trút sang máy vi tính để chuẩn bị xử lý trong phần mềm đo vẽ bản đồ. Để trút số liệu đo có thể tiến hành theo 2 cách:
- Sử dụng phần mềm chuyên trút số liệu GPSload và lƣu giữ tại địa chỉ nào đó trong máy vi tính sau đó mới gọi vào phần mềm đồ họa.
- Trút trực tiếp vào phần mềm đồ họa TSOffice (Trimble survey office) hoặc TGO (Trimble Geomatic Office), TTC (Trimble Total Control), TBC (Trimble Busyness Centre).
Giao diện của 2 cách trút số liệu này là nhƣ nhau, trong đó tùy theo nơi ghi số liệu là TSC1 hoặc máy thu 4800, 4600LS để lựa chọn trong “Source Device” là “Survey Controller” hoặc “Receiver”.
Sau khi trút số liệu đo GPS PPK có các file là: - xxxxxxxx.job,
- xxxxxxxx.dc, - xxxxxxxx.dat,
Trong đó file đƣa vào xử lý trong phần mềm là file xxxxxxxx.dat hoặc file xxxxxxxx.dc với đo GPS PPK.
+ Xử lý số liệu đo GPS PPK
Khác với đo GPS RTK, số liệu đo GPS PPK là dạng số liệu thô (Raw data) chƣa xử lý. Công việc trƣớc tiên là phải xử lý các trị đo GPS tại các điểm. Về hình thức xử lý số liệu đo GPS PPK giống nhƣ xử lý dữ liệu đo GPS tĩnh song không xử lý riêng biệt từng cạnh đáy (baseline) mà xử lý cả cụm cạnh đáy. Các kết quả đo động thƣờng là các điểm đo chi tiết nên khơng cần bình sai.
2.2.3 Các nguồn sai số trong GPS đo động xử lý sau
2.2.3.1. Ảnh hưởng của tầng điện ly
Khi tín hiệu vệ tinh đi qua tầng điện ly và các lớp khí quyển của tầng đối lƣu thì chúng bị giảm tốc độ và chuyển hƣớng. Ảnh hƣởng của tầng điện ly luôn thay đổi theo thời gian và phụ thuộc vào các yếu tố chính sau:
- Độ cao của vệ tinh (từ vị trí của máy thu): khi vệ tinh càng thấp thì quãng đƣờng tín hiệu đi qua tầng điện ly càng dài và ảnh hƣởng của nó càng lớn.
- Ảnh hƣởng của tầng điện ly phụ thuộc vào bức xạ mặt trời: vào ban đêm ảnh hƣởng rất nhỏ, còn ban ngày sẽ tăng lên nhiều lần.
Ảnh hƣởng của tầng điện ly có thể đƣợc biểu diễn bởi cơng thức do Klobuchar đề xuất nhƣ sau [1]:
TEC cf
tion 40.23 (2.15)
Trong đó: tion -là độ trễ của tín hiệu (ms),
C - là tốc độ ánh sáng trong chân khơng, f - là tần số của sóng tải (L1 và L2),
TEC- là tổng lƣợng điện tử (Total Electron Content), tức là số lƣợng điện tử
tự do có trong một cột tầng điện ly với diện tích đáy của cột là 1m2.
Khi khoảng cách giữa hai máy thu (trạm đo) i và j tƣơng đối ngắn (< 10km) thì ảnh hƣởng của tầng điện ly ở máy cố định và máy động sẽ gần bằng nhau, do đó chúng sẽ bị triệt tiêu trong các trị đo phân sai đơn và phân sai đúp. Nhƣ vậy, đối với kỹ thuật đo động xử lý sau các cạnh đáy thƣờng ngắn và do đó chúng ta khơng cần quan tâm nhiều tới ảnh hƣởng của tầng điện ly. Trong trƣờng hợp phải đo cạnh đáy dài hơn (> 10km) thì ảnh hƣởng của tầng điện ly không tự triệt tiêu và chúng ta phải sử dụng máy thu GPS 2 tần số (L1 và L2) để giảm thiểu ảnh hƣởng của nó.
Tƣơng tự nhƣ tầng điện ly, tầng đối lƣu cũng làm chậm tín hiệu vệ tinh và ảnh hƣởng của nó phụ thuộc vào độ cao của vệ tinh: vệ tinh càng thấp thì ảnh hƣởng của tầng đối lƣu càng lớn. Trong phƣơng pháp đo pha, một phần ảnh hƣởng của tầng điện ly sẽ tự