CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ỨNG DỤNG CỦA GPS TRONG ĐO ĐẠC ĐỊA CHÍNH
1.2. Các phương pháp đo đạc bằng GPS
Tùy theo nhu cầu sử dụng và độ chính xác cần đạt được, có thể lựa chọn các phương pháp đo đạc GPS khác nhau. Cụ thể là [3]:
- Định vị độc lập (Autonomous Navigation): thường sử dụng trong du lịch, hàng không, hàng hải do độ chính xác không cao (15-20m) nhưng tiện lợi, đơn giản;
- Đo GPS phân sai DGPS (Differential Global Positioning System): sử dụng trạm cố định để xác định số hiệu chỉnh cho máy thu di động. Độ chính xác đạt 0,5-5,0m. Thường được sử dụng trong hàng hải ven bờ và đo đạc độ chính xác thấp;
- Đo pha (Phase Measurement): Sử dụng đo pha sóng tải L1, L2. Độ chính xác đạt tới 1-20mm nên thích hợp với đo đạc địa chính.
1.2.1. Phương pháp định vị độc lập
Định vị độc lập được xác định trên cơ sở đo mã C/A-code hoặc P-code.
Nguyên lý của phương pháp dựa trên cơ sở phương pháp giao hội thuận trong không gian: có thể xác định vị trí của điểm đo nếu biết trước khoảng cách từ điểm đo tới ít nhất 3 vệ tinh [3].
Hình 5. Sơ đồ giao hội không gian từ 03 vệ tinh
Do có sai lệch giữa đồng hồ vệ tinh và đồng hồ máy thu nên ngoài việc xác định các thông số tọa độ X,Y,Z cần xác định bổ sung giá trị sai lệch này. Vì vậy, cần tối thiểu 04 vệ tinh để xác định vị trí của điểm đo trong định vị độc lập.
1.2.2. Phương pháp đo GPS phân sai (Differential GPS)
Nếu có từ 2 máy thu C/A code hoặc P code có thể áp dụng phương pháp đo phân sai. Một máy thu đặt tại điểm cố định có chức năng tính toán vị trí theo tín hiệu thu được. Giá trị tọa độ tính toán theo tín hiệu thu được và tọa độ biết trước của điểm cố định dùng để xác định số hiệu chỉnh. Số hiệu chỉnh này được chuyển đến máy thu di động để giúp tăng độ chính xác xác định vị trí so với phương pháp định vị độc lập [5].
Tùy theo phương pháp đo mà số hiệu chỉnh có thể được xác định dưới dạng [5]:
- Số hiệu chỉnh vị trí: máy thu cố định thu tín hiệu, xác định tọa độ và tính ra các số cải chỉnh tọa độ ∆X, ∆Y, ∆Z. Các số cải chính này được chuyển tới máy thu di động để hiệu chỉnh tọa độ của chúng. Phương pháp này chỉ áp dụng khi máy thu cố định và máy thu di động tương đối gần nhau để đảm bảo 2 máy có thể thu được tín hiệu của ít nhất 04 vệ tinh chung. Nếu ở xa quá, giá trị hiệu chỉnh không những không hiệu quả mà còn làm biến dạng kết quả đo.
- Số hiệu chỉnh trị đo: Từ số liệu khoảng cách thực ρ và giá trị đo giả cự ly P xác định được số hiệu chỉnh r =ρ-P. Số hiệu chỉnh này chuyển tới các máy thu di động để hiệu chỉnh các trị đo giả cự ly thành các khoảng cách thực.
Để chuyển thông tin số hiệu chỉnh tới máy trạm, có 02 chế độ:
- Chuyển số cải chính thời gian thực bằng sóng radio.
- Chuyển số cải chính trong chế độ xử lý sau.
Thông tin chi tiết có thể tham khảo trong tài liệu [3].
1.2.3. Phương pháp đo pha GPS 1.2.3.1. Nguyên tắc
Phương pháp đo pha sử dụng sóng tải L1, L2 để xác định độ lệch pha giữa sóng tải máy thu tạo ra và sóng tải máy thu thu được. Từ giá trị lệch pha này sẽ xác định được giá trị đo pha sóng tải.
Hình 13. Độ lệch pha giữa sóng từ vệ tinh và sóng từ máy thu phát ra 1.2.3.2. Các kỹ thuật đo pha GPS
Các kỹ thuật đo sóng pha đều yêu cầu ít nhất 02 máy thu. Các kỹ thuật đo pha phổ biến gồm [2]:
- Đo tĩnh (Static GPS surveying): thường được sử dụng trong xây dựng lưới khống chế trắc địa;
- Đo tĩnh nhanh (Fast Static hay Rapid Static): thường áp dụng trong xây dựng lưới trắc địa cấp thấp, lưới đo vẽ và đo vẽ chi tiết;
- Đo động xử lý sau (Post-processed Kinematic): thường áp dụng trong đo vẽ chi tiết;
- Đo động thời gian thực (Real Time Kinematic): thường áp dụng trong đo vẽ chi tiết;
1.2.4. Phương pháp đo động thời gian thực (RTK)
RTK là phương pháp định vị tương đối đo pha sóng tải. Trạm Base đặt tại điểm cố định có chức năng thu tín hiệu vệ tinh và xác định các thông số hiệu chỉnh trên cơ sở số liệu đã biết (tọa độ, chiều dài cạnh đáy,…). Số liệu hiệu chỉnh được truyền tới các trạm Rover theo thời gian thực bằng sóng radio. Các trạm Rover thu tín hiệu vệ tinh và số hiệu chỉnh để tính toán ra tọa độ tức thời tại thời điểm đo.
Hình 6. Sơ đồ phương pháp đo RTK Có 02 chế độ đo động RTK. Bao gồm:
- Continous: Máy đo Rover luôn di động mà không dừng lại tại các điểm đo.
Phần mềm sẽ tự nội suy theo khoảng cách và thời gian để xác định tọa độ điểm đo trên tuyến.
- Stop and Go: Máy đo Rover di chuyển tới các điểm cần đo và dừng lại tại điểm đo trong thời gian nhất định để máy đo thu tín hiệu, tính toán xác định tọa độ.
Trong phương pháp RTK, việc khởi đo là bắt buộc để đảm bảo tính toán, xác định được số nguyên đa trị. Việc khởi đo được thực hiện khi:
- Trước khi bắt đầu ca đo;
- Trong quá trình đo khi bị mất tín hiệu vệ tinh hoặc radio;
- Cuối ca đo.
Có một số chế phương pháp khởi đo sau:
- Khởi đo trên một cạnh đáy đã biết: Bao gồm 3 cách sau:
+ Know point: khởi đo trên 02 điểm đã biết tọa độ;
+ New point: khởi đo trên 02 điểm trong đó điểm trạm Base biết trước tọa độ, điểm Rover chưa biết tọa độ.
+ Reoccupation: khởi đo lại khi xảy ra hiện tượng trượt chu kỳ. Khởi đo lại theo cách thức giống Know point bằng cách quay lại điểm đo trước để khởi đo.
Cũng có thể khởi đo tại điểm mới theo chế độ new point.
- Khởi đo bằng phương pháp đảo ăng ten: Máy cố định đặt tại trạm đã biết tọa độ, máy động đặt tại điểm không cần biết tọa độ ở gần máy cố định (khoảng một vài m). Cả 2 máy cùng tiến hành đo trong một thời gian sau đó đảo ăng ten của 02 máy cho nhau rồi đo tiếp khoảng một thời gian nữa. Sau đó, chuyển ăng ten 02 máy về vị trí ban đầu trước khi đo chi tiết.
- Khởi đo OTF (On the fly): Chỉ áp dụng với các máy thu 02 tần số. Đây là phương pháp khởi đo ngay cả khi máy đo đang di chuyển. Nguyên lý của phương pháp này là tính toán sơ bộ số liệu khởi đo bằng phương pháp số bình phương nhỏ nhất hay bằng bộ lọc Kalman. Kết quả là ước lượng được dạng thập phân của số nguyên chu kỳ và ma trận hiệp phương sai của ước lượng này, từ đó giới hạn được miền tìm kiếm số nguyên đa trị giúp máy đo có thể khởi đo trong quá trình di chuyển.
Thông tin chi tiết về các kỹ thuật khởi đo có thể tham khảo trong tài liệu [3].