Đo GPS tuyệt đối
Đo GPS tuyệt đối là kỹ thuật xỏc định tọa độ của điểm đặt mỏy thu tớn hiệu vệ tinh trong hệ tọa độ toàn cầu WGS-84 sử dụng nguyờn lý định vị tuyệt đối. Trong định vị tuyệt đối, việc tớnh tọa độ của điểm đo được thực hiện thụng qua giả bài toỏn giao hội nghịch khụng gian dựa trờn cơ sở khoảng cỏch mỏy thu đến vệ tinh tại thời điểm đo. Trị đo cơ bản của kỹ thuật đo này là tri đo code. Do cú nhiều nguồn sai số nờn phương phỏp định vị này cú độ chớnh xỏc vị trớ điểm thấp và được sử dụng chủ yếu cho việc dẫn đường và cỏc mục đớch đo đạc cú yờu cầu độ chớnh xỏc khụng cao.
Đo GPS tương đối (Carrier-phase-based Relative GPS)
Thực chất của phương phỏp đo GPS tương đối là xỏc định hiệu tọa độ khụng gian của 2 điểm đo đồng thời đặt trờn 2 đầu của khoảng cỏch cần đo (Baseline) sử dụng
24
nguyờn lý định vị tương đối, trị đo cơ bản là trị đo pha. Phương phỏp đo tương đối cú độ chớnh xỏc rất cao vỡ đó loại trừ được nhiều nguồn sai số. Trong định vị tương đối cần tối thiểu 2 mỏy thu vệ tinh trong 1 thời điểm đo. Phụ thuộc vào quan hệ của cỏc trạm thu tớn hiệu trong thời gian đo mà chia thành cỏc dạng đo GPS tĩnh và đo GPS tĩnh nhanh.
a.Đo GPS tĩnh (Static)
Đo GPS tĩnh sử dụng cả hai trị đo code và pha súng tải. Hai hoặc nhiều mỏy thu đặt cố định thu tớn hiệu GPS tại cỏc điểm cần đo tọa độ trong một quóng thời gian nhất định (thụng thường từ 1 giờ trở lờn). Thời gian đo kộo dài để đạt được sự thay đổi đồ hỡnh vệ tinh, cung cấp trị đo dư và giảm được nhiều sai số khỏc nhằm mục đớch đạt độ chớnh xỏc cao nhất. Đo GPS tĩnh đạt độ chớnh xỏc cỡ cm và được dựng cho cỏc ứng dụng cú độ chớnh xỏc cao.
b.Đo GPS tĩnh nhanh (Fast Static)
Phương phỏp này về bản chất giống như đo GPS tĩnh nhưng thời gian đo ngắn hơn. Thời gian đo tĩnh nhanh thay đổi từ 8 ^ 30 phụ thuộc vào số vệ tinh và đồ hỡnh vệ tinh. Số vệ tinh nhiều hơn 4 bảo đảm trị đo dư, và với đồ hỡnh vệ tinh phõn bố đều sẽ hỗ trợ việc tỡm nhanh số đa trị nguyờn và giảm thời gian định vị.
Đo GPS động (Kinematic GPS)
Phương phỏp đo động được tiến hành với 1 mỏy đặt tại trạm cố định (base station) và một hoặc nhiều cỏc mỏy khỏc (rover station) di động đến cỏc điểm cần đo tọa độ và thu tớn hiệu vệ tinh đồng thời. Đo GPS động là giải phỏp nhằm giảm tối thiểu thời gian đo (so với phương phỏp GPS tĩnh) nhưng vẫn đạt độ chớnh xỏc đo tọa độ cỡ cm. Tựy thuộc vào thời điểm xử lý số liệu đo: xử lý nagy tại thực địa hay trong phũng sau khi đo mà chia thành 2 dạng là đo GPS động thời gian thực và đo GPS động xử lý sau.
a.Đo GPS động thời gian thực (GPS RTK - Real Time Kinematic GPS)
Trong cỏch đo này, ngoài cỏc mỏy thu vệ tinh cũn cần thờm hệ thống Radio Link truyền số liệu liờn tục từ trạm cố định đến trạm di động và thiết bị xử lý số liệu gọn nhẹ. Số nguyờn đa trị (số nguyờn lần bước súng từ vệ tinh đến mỏy thu) được xỏc định nhanh nhờ giải phỏp khởi đo và được duy trỡ bằng cỏch thu tớn hiệu liờn tục từ tối thiểu với 4 vệ tinh trong khi di chuyển mỏy thu đến điểm đo tiếp theo. Thời gian đo tại cỏc điểm này rất ớt, chỉ cần 1 epoch (1 epoch tương đương với 1 ^5 tựy theo chế độ tự
25
chọn). Nếu việc theo dừi vệ tinh bị giỏn đoạn (vớ dụ như đi qua dưới vật cản) thỡ số nguyờn đa trị sẽ bị mất, phải xỏc định lại. Do phải dựng đến Radio Link truyền số liệu nờn tầm hoạt động đo của mỏy di động bị hạn chế (khoảng 5 km). Ngoài việc đo tọa độ điểm chi tiết tại thực địa, phương phỏp này cũn cú tớnh năng chuyển tọa độ thiết kế ra thực địa và dẫn đường với độ chớnh xỏc cao.
b. Đo GPS động xử lý sau (Post Processing Kinematic GPS)
Đõy là phương phỏp đo sử dụng mỏy đo giống như phương phỏp GPS RTK để đo một loạt điểm định vị so với trạm gốc bằng cỏch di chuyển mỏy thu đến cỏc điểm cần xỏc định tọa độ. Tọa độ của cỏc điểm đo cú được sau khi xử lý số liệu trong phũng, do vậy khụng sử dụng thiết bị truyền số liệu Radio Link. Trong phương phỏp đo GPS động xử lý sau cần phải tiến hành việc khởi đo xỏc định số nguyờn đa trị bằng cỏch đo tĩnh trờn 1 đoạn thẳng sau đú mới đến đo tại cỏc điểm cần xỏc định tọa độ với thời gian ngắn - tối thiểu đo 2 trị đo (2epoch). Trong quỏ trỡnh di chuyển đến điểm cần đo mỏy đo di động cần phải thu tớn hiệu liờn tục đến tối thiểu 4 vệ tinh. Nếu trong quỏ trỡnh di chuyển đến điểm cần đo mà tớn hiệu của một trong 4 vệ tinh bị mất thỡ phải khởi đo lại bằng cỏch đưa mỏy thu quay lại điểm đo trước đú hoặc đo tĩnh trờn một cạnh mới. Kỹ thuật đo động xử lý sau cú năng suất lao động cao, rất phự hợp cho việc phỏt triển lưới khống chế dạng đường chuyền, cỏc điểm khống chế ảnh, đo chi tiết bản đồ địa hỡnh.
Đo cải chớnh phõn sai DGPS (Code-based Differential GPS)
Đo cải chớnh phõn sai DGPS là phương phỏp đo GPS sử dụng nguyờn lý định vị tuyệt đối sử dụng trị đo code cú độ chớnh xỏc đo tọa độ cỡ 0,5m ^3m. Nội dung phương phỏp đo là dựng 2 trạm đo, trong đú 1 trạm gốc (Base Station) cú tọa độ biết trước và một trạm đo tại cỏc điểm cần đo tạo độ (Rover station). Trờn cơ sở độ lệch về tọa độ đo so với tọa độ thực của trạm gốc để hiệu chỉnh vào kết quả đo tại cỏc trạm động theo nguyờn tắc đồng ảnh hưởng. Yờu cầu quan trọng khi đo phõn sai là trạm gốc và trạm di động phải thu số liệu đồng thời, cựng số vệ tinh. Cú hai phương phỏp cải chớnh phõn sai, là cải chớnh vào cạnh và cải chớnh vào tọa độ.
Cải chớnh vào cạnh: sử dụng cạnh tớnh theo trị đo Code của trạm gốc với từng vệ
tinh và tỡm độ lệch so với khoảng cỏch thực của nú trờn cơ sở tọa độ điểm gốc. Cỏc độ lệch này được dựng để cải chớnh cho chiều dài cạnh từ điểm cần định vị đến cỏc vệ tinh tương ứng trước khi đưa cạnh và tớnh tọa độ cho trạm động.
26
sẽ xỏc định được độ lệch về tọa độ giữa tọa độ tớnh được của trạm gốc và tọa độ thực của nú do ảnh hưởng của cỏc nguồn sai số. Cỏc độ lệch đú được cải chớnh tương ứng vào tọa độ của trạm động.
Dựa vào thời điểm cải chớnh mà chia thành cỏc phương phỏp đo cải chớnh phõn sai là: đo DGPS thời gian thực và đo DGPS cải chớnh sau.
Đo DGPS thời gian thực (Real Time DGPS)
Với phương phỏp này, số cải chớnh được truyền từ trạm gốc tới trạm di động ngay trờn thực địa để cải chớnh cho tọa độ trạm di động và hiển thị kết quả tại thực địa ngay trong khi đo. Để thực hiện được như vậy, thiết bị đo cần cú thờm mỏy phỏt và thu tớn hiệu Radio Link để truyền tớn hiệu cải chớnh. Mỏy phỏt Radio Link cú thể đặt trờn mặt đất hoặc phỏt qua vệ tinh địa tĩnh.
Đo GPS sử lý sau:
Cũng tương tự như phương phỏp đo DGPS thời gian thực nhưng số liệu cải chớnh khụng thực hiện trong quỏ trỡnh đo mà nhận được sau khi xử lý số liệu trong phũng. Do độ chớnh xỏc khụng cao nờn phương phỏp DGPS chỉ được sử dụng.
Bảng tổng hợp về cỏc phương phỏp đo GPS STT Kiểu đo Số vệ tinh tối thiểu Thời gian đo tối thiểu Độ chớnh xỏc đạt được Cỏc đặc trưng khỏc 1 Đo tĩnh ( Static) 4 1 giờ Mỏy 1 tần: 5mm+1ppm Mỏy 1 tần số: 5mm+0,5ppm Mỏy 1 tần số cho độ chớnh xỏc tốt nhất ở khoảng cỏch < 10km. Khụng hạn chế khoảng cỏch với mỏy 2 tần số. 2 Đo tĩnh nhanh (Fast Static) 4 8’ ữ 30’ (5ữ10)mm+1ppm (phụ thuộc thời gian đo) Cỏc thủ tục đo như với đo tĩnh. 3 Đo động xử lý sau 4 2 trị đo 1cm ữ 1ppm
-Khoảng cỏch tối đa 50km.
27
(GPS-PPK) Cần khởi đo bằng đo
tĩnh nhanh trờn cạnh khởi đo. 4 Đo động thời gian thực (GPS – RTK) 4 1 trị đo 1cm ữ 1ppm Khoảng cỏch đo phụ thuộc vào RadioLink, <10km. Cần khởi đo trờn điểm biết tọa độ hoặc đo tĩnh nhanh.
5
Đo DGPS xử lý sau (PPK-PS)
4 2 trị đo
0,5 với mỏy thu Everest, Maxwel, với 5 vệ tinh PDOP < 4 (1ữ3)m với mỏy thu khỏc cựng ĐK. Khụng cần thu liờn tục vệ tinh, khụng cần Radio truyền súng. 6 Đo DGPS thời gian thực (RTK- DGPS) 4 1 trị đo
0,2 với mỏy thu Everest, Maxwel, với 5 vệ tinh PDOP < 4 (1ữ3)m với mỏy thu khỏc. Cần Radio truyền súng, khụng cần thu vệ tinh liờn tục. *Ứng dụng cụng nghệ GPS trong trắc địa cụng trỡnh
Việc xỏc định vị trớ điểm bằng cụng nghệ định vị vệ tinh cú những ưu điểm rừ rệt so với khi sử dụng cỏc phộp đo mặt đất truyền thống, đặc biệt là trong cụng tỏc đo đạc lưới khống chế trắc địa mặt bằng. Hệ thống định vị toàn cầu cho phộp xỏc định cỏc yếu tố của lưới với độ chớnh xỏc rất cao, nhất là vị trớ tương hỗ giữa cỏc điểm mà khụng phụ thuộc vào khoảng cỏch giữa chỳng. Chớnh vỡ vậy việc phõn cấp hạng cỏc mạng lưới trắc địa và xõy dựng chỳng theo nguyờn tắc từ tổng quỏt tới chi tiết khụng cũn là vấn đề cần thiết và bắt buộc nữa. Bờn cạnh đú hệ thống khụng đũi hỏi sự thụng hướng giữa cỏc điểm đo, cụng tỏc đo đạc cú thể tiến hành trong mọi điều kiện của thời gian và thời tiết. Thời gian đo trờn mỗi điểm thường khụng quỏ 2-3h đồng hồ, thậm chớ chỉ cần 2-3 phỳt, tựy thuộc vào khoảng cỏch đo. Cú thể khẳng định rằng, cụng nghệ định vị vệ tinh đó tạo ra một cuộc cỏch mạng sõu sắc trong lĩnh vực Trắc địa.
28
Bản đồ và cũn hàm chứa nhiều khả năng tiềm ẩn cần được khai thỏc. +Xõy dựng cỏc mạng lưới khống chế mặt bằng
+Ứng dụng GPS trong nghiờn cứu địa động +Ứng dụng GPS trong trắc địa cụng trỡnh +Ứng dụng GPS trong thành lập bản đồ
29
CHƯƠNG 2
KHẢO SÁT ĐỘ CHÍNH XÁC ĐO DÀI CỦA MÁY TOÀN ĐẠC ĐIỆN TỬ