Đồ án tốt nghiệp đề tài khảo sát kết quả xử lý số liệu gnss sử dụng lịch vệ tinh quảng bá và lịch vệ tinh chính xác

Đồ án tốt nghiệp: Khảo sát kết quả xử lý số liệu GNSS sử dụng lịch vệ tinh quảng bá và lịch vệ tinh chính xác. Phân tích, đánh giá độ chính xác và hiệu quả.

• Tác giả: Phạm Thanh Bình
• Trường học: Trường Đại học Mỏ - Địa chất
• Chuyên ngành: Trắc địa
• Đề tài: Khảo sát kết quả xử lý số liệu GNSS sử dụng lịch vệ tinh quảng bá và lịch vệ tinh chính xác
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Tổng quan về xử lý số liệu GNSS và vai trò lịch vệ tinh

Công nghệ Hệ thống Vệ tinh Dẫn đường Toàn cầu (GNSS) đã cách mạng hóa ngành trắc địa và bản đồ, cho phép xác định vị trí điểm trên mặt đất với độ chính xác chưa từng có. Quá trình xử lý số liệu GNSS là một chuỗi các bước phức tạp, từ thu thập dữ liệu thô tại thực địa đến tính toán và bình sai để cho ra tọa độ cuối cùng. Trái tim của quá trình này nằm ở việc sử dụng Lịch vệ tinh (Ephemeris) – một tập hợp dữ liệu mô tả vị trí và quỹ đạo của vệ tinh theo thời gian. Chất lượng của lịch vệ tinh ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác định vị. Có hai loại lịch vệ tinh chính được sử dụng: lịch vệ tinh quảng bá (file N) được phát trực tiếp từ vệ tinh và lịch vệ tinh chính xác (file SP3) do các tổ chức quốc tế như IGS (International GNSS Service) tính toán và cung cấp. Lịch quảng bá có sẵn ngay lập tức nhưng độ chính xác hạn chế, trong khi lịch chính xác có độ chính xác cao hơn hàng chục lần nhưng có độ trễ nhất định. Việc lựa chọn loại lịch vệ tinh phù hợp phụ thuộc vào yêu cầu độ chính xác của công việc, từ các ứng dụng định vị thông thường đến việc thành lập lưới khống chế tọa độ cấp quốc gia. Đồ án này tập trung vào việc khảo sát và so sánh độ chính xác khi sử dụng hai loại lịch vệ tinh này, cung cấp một cái nhìn sâu sắc về tầm quan trọng của dữ liệu quỹ đạo trong việc đạt được kết quả định vị chính xác cao.

1.1. Nguyên lý hoạt động GNSS và các hệ thống vệ tinh phổ biến

Nguyên lý hoạt động GNSS dựa trên việc máy thu trên mặt đất nhận tín hiệu từ ít nhất bốn vệ tinh để xác định vị trí ba chiều (vĩ độ, kinh độ, độ cao) và thời gian. Mỗi tín hiệu chứa thông tin về thời gian phát và vị trí của vệ tinh tại thời điểm đó. Máy thu GNSS tính toán khoảng cách đến từng vệ tinh bằng cách đo thời gian tín hiệu di chuyển. Từ các khoảng cách này, máy thu sử dụng phép giao hội không gian để xác định tọa độ của mình. Hiện nay, có nhiều hệ thống vệ tinh hoạt động song song, tăng cường độ phủ và độ tin cậy. Các hệ thống chính bao gồm GPS (Hoa Kỳ), GLONASS (Nga), Galileo (Liên minh Châu Âu) và BeiDou (Trung Quốc). Việc sử dụng đồng thời nhiều hệ thống giúp cải thiện đáng kể độ chính xác và khả năng định vị, đặc biệt ở các khu vực bị che khuất như đô thị hay hẻm núi.

1.2. Phân biệt lịch vệ tinh quảng bá và lịch vệ tinh chính xác

Sự khác biệt cốt lõi giữa hai loại lịch vệ tinh nằm ở nguồn gốc, độ chính xác và độ trễ. Lịch vệ tinh quảng bá, thường ở dạng file N, là một phần của thông điệp dẫn đường mà mỗi vệ tinh phát xuống. Nó chứa các tham số quỹ đạo được dự báo và có sẵn theo thời gian thực, nhưng sai số có thể lên đến vài mét. Ngược lại, lịch vệ tinh chính xác SP3 được tạo ra bởi các trung tâm phân tích của IGS sau khi xử lý dữ liệu từ một mạng lưới toàn cầu gồm hơn 200 trạm theo dõi. Dữ liệu này được tính toán hậu xử lý, do đó có độ trễ từ vài giờ đến vài tuần. Tuy nhiên, độ chính xác của nó vượt trội, với sai số quỹ đạo chỉ ở mức vài centimet. Trong các ứng dụng đòi hỏi định vị chính xác cao như địa động lực hay xây dựng mạng lưới trắc địa, việc sử dụng lịch SP3 là bắt buộc.

1.3. Vai trò của định dạng dữ liệu RINEX trong xử lý GNSS

RINEX (Receiver Independent Exchange Format) là một định dạng dữ liệu tiêu chuẩn cho phép trao đổi dữ liệu GNSS thô một cách độc lập với nhà sản xuất máy thu. Trước khi có RINEX, mỗi hãng sản xuất (như Trimble, Leica) có định dạng dữ liệu độc quyền, gây khó khăn cho việc sử dụng các phần mềm xử lý GNSS khác nhau. Định dạng RINEX giải quyết vấn đề này bằng cách cung cấp một cấu trúc chung cho các tệp quan sát (chứa trị đo pha và mã giả), tệp dẫn đường (chứa lịch vệ tinh quảng bá) và các tệp dữ liệu khác. Điều này cho phép người dùng xử lý dữ liệu từ nhiều loại máy thu khác nhau trên một phần mềm duy nhất như Trimble Business Center (TBC), Bernese, hay RTKLIB, đảm bảo tính nhất quán và linh hoạt trong công tác xử lý số liệu.

II. Các sai số chính ảnh hưởng độ chính xác xử lý số liệu GNSS

Việc đạt được định vị chính xác cao trong xử lý số liệu GNSS đòi hỏi phải hiểu và mô hình hóa chính xác các nguồn sai số. Các sai số này có thể được phân loại thành ba nhóm chính: sai số liên quan đến vệ tinh, sai số do môi trường truyền tín hiệu, và sai số tại máy thu. Sai số vệ tinh bao gồm sai số đồng hồ vệ tinh và sai số quỹ đạo. Sai số quỹ đạo, tức là sự khác biệt giữa vị trí thực và vị trí được báo cáo trong lịch vệ tinh, là một trong những yếu tố hạn chế độ chính xác lớn nhất, đặc biệt trên các cạnh đo dài. Môi trường truyền tín hiệu cũng gây ra các sai số đáng kể. Khi tín hiệu đi qua khí quyển, nó bị khúc xạ và trễ lại. Sai số tầng điện ly và sai số tầng đối lưu là hai nguồn sai số khí quyển chính, có thể gây ra sai lệch vị trí từ vài mét đến hàng chục mét nếu không được hiệu chỉnh. Tại máy thu, các sai số bao gồm nhiễu đa đường (multipath), sai số đồng hồ máy thu và sai số tâm pha ăng-ten. Việc lựa chọn phương pháp xử lý và loại lịch vệ tinh phù hợp giúp giảm thiểu tác động của những sai số này, từ đó cải thiện đáng kể độ chính xác định vị.

2.1. Phân tích sai số quỹ đạo và sai số đồng hồ vệ tinh

Sai số vị trí vệ tinh trong lịch quảng bá là nguồn sai số lớn, ảnh hưởng trực tiếp đến kết quả tính toán tọa độ. Theo công thức gần đúng, sai số tương đối của cạnh đo tỷ lệ với sai số tương đối của quỹ đạo. Ví dụ, với khoảng cách đến vệ tinh khoảng 20.000 km, một sai số quỹ đạo 2.5 mét có thể gây ra sai số cạnh đo 100 mm trên một cạnh dài 1000 km. Sai số đồng hồ vệ tinh cũng là một yếu tố quan trọng, vì phép đo khoảng cách giả dựa trên chênh lệch thời gian. Mặc dù các vệ tinh được trang bị đồng hồ nguyên tử cực kỳ chính xác, chúng vẫn có độ trôi. Lịch vệ tinh cung cấp các tham số hiệu chỉnh đồng hồ, nhưng độ chính xác của các tham số này trong lịch quảng bá thấp hơn nhiều so với lịch chính xác, gây ảnh hưởng đến các phương pháp định vị tuyệt đối như định vị điểm chính xác (PPP).

2.2. Ảnh hưởng của tầng điện ly và tầng đối lưu đến tín hiệu

Tầng điện ly, lớp khí quyển bị ion hóa ở độ cao từ 60 đến 1000 km, là nguồn sai số lớn nhất đối với máy thu một tần số. Sai số tầng điện ly phụ thuộc vào tần số tín hiệu; do đó, máy thu hai tần số có thể loại bỏ gần như hoàn toàn ảnh hưởng này bằng cách kết hợp các trị đo trên hai tần số L1 và L2. Tầng đối lưu, lớp khí quyển thấp hơn (dưới 50 km), cũng làm trễ tín hiệu vệ tinh. Sai số tầng đối lưu không phụ thuộc vào tần số và phải được mô hình hóa. Các phần mềm chuyên dụng như Trimble Business Center (TBC) sử dụng các mô hình tiêu chuẩn (như Saastamoinen hoặc Hopfield) kết hợp với dữ liệu khí tượng để ước tính và hiệu chỉnh sai số này, đảm bảo độ chính xác cho thành phần độ cao.

2.3. Hiện tượng trượt chu kỳ Cycle Slip và nhiễu đa đường

Trượt chu kỳ là hiện tượng mất liên tục số nguyên đa trị trong trị đo pha sóng tải, thường xảy ra do tín hiệu bị che khuất tạm thời. Nếu không được phát hiện và sửa chữa, nó sẽ gây ra sai số lớn trong kết quả xử lý cạnh. Các phần mềm xử lý GNSS hiện đại có các thuật toán mạnh mẽ để tự động phát hiện và hiệu chỉnh trượt chu kỳ. Nhiễu đa đường (multipath) xảy ra khi tín hiệu vệ tinh phản xạ từ các bề mặt gần máy thu (như tòa nhà, mặt nước) trước khi đến ăng-ten. Tín hiệu phản xạ đi một quãng đường dài hơn, gây ra sai số trong cả phép đo pha và mã giả. Để giảm thiểu nhiễu đa đường, cần lựa chọn vị trí đặt máy thông thoáng và sử dụng các loại ăng-ten có thiết kế chống nhiễu.

III. Hướng dẫn xử lý số liệu GNSS sử dụng lịch vệ tinh quảng bá

Quy trình xử lý số liệu GNSS sử dụng lịch vệ tinh quảng bá (file N) là phương pháp cơ bản, thường được áp dụng cho các công việc không yêu cầu độ chính xác cao nhất hoặc khi cần kết quả nhanh chóng. Quá trình bắt đầu bằng việc trút số liệu thô từ máy thu GNSS vào máy tính. Dữ liệu này sau đó được chuyển đổi sang định dạng RINEX để tương thích với nhiều phần mềm. Lịch vệ tinh quảng bá thường được chứa trong tệp điều hướng (navigation file) có đuôi *.nav hoặc *.N. Bước tiếp theo là tạo một dự án mới trong phần mềm như Trimble Business Center (TBC), thiết lập hệ tọa độ VN-2000 hoặc WGS-84 và nhập các tệp quan sát và tệp điều hướng. Phần mềm sẽ tự động xử lý các cạnh đo (baselines) dựa trên thời gian và vệ tinh chung. Kết quả xử lý ban đầu cần được kiểm tra kỹ lưỡng về chất lượng, bao gồm các chỉ số như tỷ số Ratio và dạng lời giải (Fixed/Float). Cuối cùng, sau khi tất cả các cạnh đều đạt yêu cầu, tiến hành bình sai lưới để tính toán tọa độ cuối cùng của các điểm. Mặc dù tiện lợi, phương pháp này có những hạn chế về độ chính xác do sai số vốn có của lịch quảng bá.

3.1. Quy trình trút và kiểm tra dữ liệu thô định dạng RINEX

Bước đầu tiên trong xử lý hậu kỳ là trút dữ liệu từ bộ nhớ của máy thu GNSS vào máy tính. Hầu hết các nhà sản xuất đều cung cấp phần mềm chuyên dụng để thực hiện việc này. Sau khi trút, dữ liệu ở định dạng gốc cần được chuyển đổi sang RINEX. Trong quá trình này, cần kiểm tra và chỉnh sửa các thông tin quan trọng trong phần header của tệp, bao gồm tên điểm, loại ăng-ten, và đặc biệt là chiều cao ăng-ten. Nhập sai chiều cao ăng-ten là một trong những lỗi phổ biến nhất, có thể gây ra sai số hệ thống hàng centimet trong kết quả cuối cùng. Việc kiểm tra sổ đo thực địa cẩn thận là vô cùng cần thiết để đảm bảo tính chính xác của các thông tin đầu vào.

3.2. Xử lý cạnh và kiểm tra chất lượng bằng phần mềm TBC

Sau khi nhập dữ liệu vào Trimble Business Center (TBC), chức năng 'Process Baselines' được sử dụng để tính toán các vector cạnh. Phần mềm sử dụng lịch vệ tinh quảng bá để xác định vị trí vệ tinh. Kết quả xử lý mỗi cạnh được đánh giá dựa trên các thông số thống kê. Lời giải 'Fixed' cho thấy số nguyên đa trị đã được giải quyết thành công, đây là kết quả mong muốn với độ chính xác cao. Lời giải 'Float' có độ chính xác thấp hơn đáng kể. Tỷ số 'Ratio' là một chỉ số quan trọng về độ tin cậy của lời giải Fixed, giá trị này càng lớn càng tốt (thường yêu cầu > 2 hoặc 3). Đối với những cạnh không đạt chất lượng, người xử lý có thể can thiệp bằng cách loại bỏ vệ tinh có tín hiệu xấu, thay đổi góc ngưỡng, hoặc cắt bỏ khoảng thời gian đo bị nhiễu.

3.3. Bình sai lưới và phân tích kết quả trong hệ tọa độ VN 2000

Sau khi tất cả các cạnh đã được xử lý và đạt yêu cầu chất lượng, bước cuối cùng là bình sai lưới. Đây là một quá trình điều chỉnh đồng thời tất cả các trị đo trong mạng lưới theo nguyên lý số bình phương nhỏ nhất để có được một bộ tọa độ thống nhất và chính xác nhất. Trước khi bình sai, cần khai báo các điểm gốc (control points) với tọa độ đã biết trong hệ tọa độ VN-2000. Phần mềm TBC sẽ thực hiện bình sai và cung cấp một báo cáo chi tiết. Báo cáo này bao gồm các ước tính sai số sau bình sai (sai số trung phương vị trí điểm, elip sai số), các trị dư của cạnh đo và kết quả kiểm định thống kê (như kiểm định Chi-bình phương). Phân tích kết quả đo từ báo cáo này giúp đánh giá độ chính xác tổng thể của mạng lưới và phát hiện các sai số thô còn sót lại.

IV. Phương pháp tối ưu độ chính xác GNSS với lịch vệ tinh SP3

Để đạt được định vị chính xác cao trong các ứng dụng trắc địa và địa động học, việc sử dụng lịch vệ tinh chính xác (file SP3) là yêu cầu bắt buộc. Phương pháp này thay thế lịch vệ tinh quảng bá bằng dữ liệu quỹ đạo và đồng hồ vệ tinh có độ chính xác vượt trội do IGS (International GNSS Service) cung cấp. Quy trình xử lý số liệu GNSS về cơ bản tương tự như khi dùng lịch quảng bá, nhưng có một bước quan trọng là tải và nhập các tệp lịch chính xác (thường có đuôi *.sp3 hoặc *.clk) tương ứng với ngày đo. Các tệp này chứa tọa độ vệ tinh trong hệ tọa độ WGS-84 (hoặc các hệ quy chiếu quốc tế tương đương như ITRF) với sai số chỉ vài centimet. Việc sử dụng lịch SP3 giúp loại bỏ gần như hoàn toàn sai số quỹ đạo, một trong những nguồn sai số hệ thống lớn nhất. Kết quả là độ chính xác định vị trên các cạnh dài được cải thiện đáng kể, cho phép thành lập lưới khống chế tọa độ với độ tin cậy cao, đáp ứng các tiêu chuẩn kỹ thuật khắt khe nhất. Các phần mềm như Bernese, Leica Geo Office (LGO), và Trimble Business Center (TBC) đều hỗ trợ đầy đủ việc sử dụng lịch vệ tinh chính xác.

4.1. Giới thiệu về IGS và các sản phẩm lịch vệ tinh chính xác

IGS (International GNSS Service) là một tổ chức hợp tác quốc tế, có nhiệm vụ thu thập, lưu trữ và phân phối dữ liệu GNSS chất lượng cao. Sản phẩm quan trọng nhất của IGS là các loại lịch vệ tinh chính xác, bao gồm: Lịch Ultra-rapid (dự báo và quan측), Rapid (độ trễ ~17 giờ), và Final (độ trễ ~13 ngày). Lịch Final có độ chính xác cao nhất, thường được sử dụng cho các nghiên cứu khoa học và các công tác trắc địa yêu cầu độ chính xác tối đa. Các sản phẩm này được cung cấp miễn phí trên các máy chủ của IGS, cho phép cộng đồng người dùng toàn cầu tiếp cận nguồn dữ liệu quỹ đạo tin cậy để cải thiện kết quả xử lý số liệu GNSS.

4.2. Cấu hình xử lý trong phần mềm TBC với dữ liệu SP3

Khi sử dụng Trimble Business Center (TBC), để áp dụng lịch vệ tinh chính xác SP3, người dùng cần vào phần cài đặt của dự án (Project Settings) và chỉ định đường dẫn đến các tệp .sp3 đã tải về. Phần mềm sẽ tự động ưu tiên sử dụng lịch chính xác thay vì lịch quảng bá có trong tệp RINEX. Việc này đảm bảo rằng trong quá trình xử lý cạnh, các tính toán vị trí vệ tinh sẽ dựa trên nguồn dữ liệu có độ chính xác cao hơn. Điều này đặc biệt quan trọng đối với các phương pháp định vị tĩnh (static positioning) trên các cạnh dài và phương pháp định vị điểm chính xác (PPP), nơi mà chất lượng của lịch vệ tinh là yếu tố quyết định đến độ chính xác cuối cùng.

4.3. Lợi ích khi áp dụng lịch chính xác cho lưới khống chế

Việc áp dụng lịch SP3 mang lại lợi ích to lớn cho công tác thành lập lưới khống chế tọa độ. Nó giúp giảm thiểu đáng kể sai số tích lũy trong mạng lưới, đặc biệt là các lưới có quy mô lớn. Kết quả bình sai lưới trở nên chặt chẽ hơn, các chỉ số đánh giá độ chính xác như sai số trung phương trọng số đơn vị và elip sai số của các điểm được cải thiện rõ rệt. Sử dụng lịch chính xác giúp đảm bảo tính nhất quán và đồng bộ của mạng lưới với các hệ quy chiếu quốc gia và quốc tế, một yêu cầu cơ bản trong các báo cáo thực tập trắc địa hay luận văn thạc sĩ trắc địa chuyên sâu.

V. So sánh kết quả xử lý số liệu GNSS Quảng bá vs Chính xác

Việc so sánh độ chính xác giữa hai phương pháp xử lý là nội dung cốt lõi của đề tài nghiên cứu. Một mạng lưới thực nghiệm được đo đạc và xử lý hai lần: lần đầu sử dụng lịch vệ tinh quảng bá và lần thứ hai sử dụng lịch vệ tinh chính xác SP3. Tất cả các tham số khác trong quá trình xử lý như góc ngưỡng, mô hình tầng đối lưu, và các điểm gốc đều được giữ nguyên để đảm bảo tính khách quan. Kết quả tọa độ của các điểm trong mạng lưới từ hai lần xử lý được so sánh với nhau và so với tọa độ gốc (nếu có). Phân tích kết quả đo cho thấy sự khác biệt rõ rệt. Sai số vị trí khi sử dụng lịch quảng bá thường lớn hơn đáng kể, đặc biệt là ở thành phần độ cao và trên các cạnh dài. Ngược lại, việc sử dụng lịch chính xác giúp giảm sai số vị trí xuống mức milimet, các kết quả sau bình sai chặt chẽ và đáng tin cậy hơn. Kết quả thực nghiệm này khẳng định vai trò không thể thiếu của lịch vệ tinh chính xác trong các ứng dụng định vị chính xác cao, từ việc thành lập mạng lưới trắc địa đến giám sát biến dạng công trình và nghiên cứu vỏ Trái Đất.

5.1. Phân tích so sánh sai số khép và sai số vị trí điểm

Một trong những chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất lượng mạng lưới là sai số khép vòng. Kết quả khảo sát cho thấy các sai số khép vòng khi xử lý bằng lịch vệ tinh chính xác SP3 nhỏ hơn nhiều so với khi dùng lịch quảng bá. Sai số khép tương đối của các vòng khép có thể cải thiện từ 1/300,000 lên đến 1/1,000,000 hoặc cao hơn. Về sai số vị trí của từng điểm sau bình sai, sự chênh lệch tọa độ giữa hai phương pháp có thể lên tới vài centimet, đặc biệt là ở các điểm xa điểm gốc. Sự chênh lệch này chứng tỏ tác động hệ thống của sai số quỹ đạo trong lịch quảng bá đã được loại bỏ hiệu quả khi sử dụng lịch chính xác.

5.2. Đánh giá ảnh hưởng đến các thành phần tọa độ X Y Z

Khi phân tích chi tiết, ảnh hưởng của loại lịch vệ tinh không đồng đều trên ba thành phần tọa độ. Thành phần độ cao (Z hoặc H) thường nhạy cảm nhất với các nguồn sai số, bao gồm cả sai số quỹ đạo. Kết quả so sánh cho thấy sự cải thiện lớn nhất nằm ở thành phần độ cao khi chuyển từ lịch quảng bá sang lịch chính xác. Các thành phần tọa độ mặt phẳng (X, Y) cũng được cải thiện nhưng ở mức độ thấp hơn. Điều này có ý nghĩa thực tiễn quan trọng, vì độ chính xác độ cao là yêu cầu cốt lõi trong nhiều bài toán kỹ thuật như san lấp, thiết kế công trình hay tính toán thủy văn. Việc sử dụng lịch chính xác là cần thiết để đảm bảo chất lượng của thành phần này.

5.3. Ứng dụng thực tiễn trong thành lập lưới trắc địa cấp cao

Trong thực tế, việc thành lập các mạng lưới trắc địa hạng cao, lưới địa chính, hay lưới khống chế thi công các công trình quan trọng đều yêu cầu sử dụng lịch vệ tinh chính xác. Quy phạm kỹ thuật của nhiều quốc gia, bao gồm cả Việt Nam, đều quy định bắt buộc sử dụng sản phẩm của IGS cho các công tác này. Kết quả thực nghiệm của đồ án đã minh chứng một cách khoa học cho các yêu cầu quy phạm đó. Nó cho thấy rằng, để đảm bảo mạng lưới đạt được các chỉ tiêu kỹ thuật về độ chính xác và độ tin cậy, việc đầu tư thời gian để tải và sử dụng lịch chính xác là hoàn toàn xứng đáng và cần thiết, giúp tránh được các sai số hệ thống có thể gây ra những thiệt hại lớn về sau.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 QUY TRÌNH XỬ LÝ SỐ LIỆU LƯỚI GNSS 1. Quy trình xử lý số liệu lưới GNSS 1. Sơ đồ quy trình đo đạc thành lập lưới bằng công nghệ GNSS Thiết kế lưới, chọn điểm, chôn mốc Lập lịch đo Thiết kế ca đo Đo đạc ngoài thực Định tâm cân bằng địa máy Bật máy thu Ngày đo Đo cao ăngten Người đo Số máy Tên điểm Cao máy Ghi sổ đo Thời gian bật máy Thời gian tắt máy Đợi máy thu tín hiệu trong khoảng thời gian đã xác định Chuyển ca đo Di chuyển máy thu Cố định một vài máy tại trạm gốc Hình 1. Sơ đồ quy trình đo đạc ngoài thực địa bằng công nghệ GNSS DO.

Quy trình sử lý lưới bằng công nghệ GNSS Cài đặt phần mềm sử lý số liệu GNSS Trút số liệu đo đạc ngoài thực địa vào máy tính Nhập dữ liệu thô vào phần mến sử lý số liệu GNSS Lựa chọn phép chiếu và hệ tọa độ cho phù hợp với vực sử lý Sử lý cạnh Không đạt Phân tích dữ Sử lý lại liệu Đạt Không đạt Tiến hành bình sai lưới Kiểm tra Đo bổ xung Đạt Kiểm tra kết Không đạt quả tính toán bình sai Đạt Lập báo cáo kỹ thuật Xuất dữ liệu sang các dạng định dạng khác Hình 1. Sơ đồ quy trình sử lý số liệu lưới GNSS DO. Cài đặt phần mềm sử lý số liệu GNSS Tùy theo nhu cầu của từng người sử lý số liệu mà ta lựa chọn phần mềm xử lý cho phù hợp với mục đích sản phẩm đáp ứng nhu cầu công việc. Hiện nay trên thị trường có rất nhiều phần mềm sử lý số liệu đo GNSS trong đó phải kể đến các phần mềm khá thông dụng của hãng Trimble (Mỹ).

- Trimble Business Center - Trimble Total Control - Trimble Geomatic Office 1. Trút số liệu đo Các máy thu GPS loại mới nhất hiện đại nhất hiện nay đều chứa số liệu quan trắc vào bộ nhớ trong, trong khi các máy thu cũ hơn lại ghi số liệu vào đĩa mềm hoặc bằng từ. Bước đầu tiên trong công tác xử lý số liệu đo chính là công tác trút số liệu từ các máy thu vào ổ đĩa cứng của máy tính. Việc trút số liệu được thực hiện nhờ phần mềm của hãng chế tạo máy thu cung cấp ví dụ như modul độc lập dùng trút số liệu GPload của hãng Trimble hoặc Trimbl Geomatic Office, sử dụng modul trút số liệu Data Transfer cho máy thu R-3.

Đối với các máy thu của hãng TOPCON sử dụng modul TOPCON LINK để trút số liệu. Cần lưu ý tới cổng trút số liệu và cáp trút số liệu. Các máy thu GNSS thế hệ mới có cổng giao tiếp với máy tính qua cổng USB (hình 1. Kết nối máy thu GPS với máy tính Một số máy GPS cũ như Trimble 4600LS có cáp trút số liệu giao tiếp với máy tính qua cổng COM, hiện nay nhiều máy tính thế hệ mới không có cổng COM, chủ yếu là cổng USB.

Cần có bộ chuyển đổi COM-USB khi trút số liệu cho loại máy thu này. Số liệu trút từ máy thu vào máy tính gồm các trị đo pha L1 hoặc L1 và L2, các trị đo khoảng cách giả C1 hoặc C1, P1, P2. Với một số máy thu còn kèm theo trị đo Doppler D1 D2. Trong tệp số liệu đo còn có toạ độ gần đúng (X,Y,Z) của điểm đặt máy cùng với số hiệu điểm, độ cao anten đã nhập từ khi khởi động máy (nếu có).

Ngoài số liệu đo, số liệu được trút vào còn có tệp lịch vệ tinh quảng bá phục vụ cho các tính toán tiếp theo. Có một số máy thu không có thao tác vào tên điểm và độ cao anten ở thực địa (như máy Trimble 4600LS) thì trong giai đoạn trút số liệu sẽ phải làm thủ tục này. Đối với các máy thu đã nhập tên điểm trạm máy, độ cao anten ngay tại thực địa, thì cần kiểm tra lại các dữ liệu đã vào. Nếu phát hiện thấy sai cần chỉnh sửa ngay.

Độ cao anten có thể nhập là độ cao đúng (True Vertical) và cũng có thể nhập vào độ cao đo (Uncorrected Vertical) phù hợp với chủng loại anten và cách đo đã quy định. Khi đo cao anten chúng ta cần đo chính xác đến 1mm nhưng nếu nhập sai chủng loại anten hoặc sai kiểu đo cao anten thì sẽ gây ra sai số cỡ vài cm hoặc lớn hơn trong kết quả cuối cùng. Trong khi trút số liệu cần có sổ đo hoặc bảng tổng hợp ghi chép tại các trạm máy. Việc trút số liệu có thể căn cứ vào thời gian bắt đầu, thời gian kết thúc và căn cứ toạ độ địa lý của điểm đo để phát hiện những nhầm lẫn về tên điểm.

Nói chung các tệp số liệu đo thu được cần lưu ngay vào thiết bị trung gian như USB, CD,. Tốt nhất nên có bộ nhớ trung gian có dung lượng lớn để ghi các số liệu đo ngay sau khi trút nhằm bảo đảm an toàn dữ liệu đo. Xử lý véc tơ cạnh Tùy thuộc vào phương pháp đo, đo tĩnh, tĩnh nhanh hay đo động, việc xử lý để tính cạnh sẽ được thực hiện dựa trên cơ sở thời gian chung và vệ tinh chung đối với hai máy thu. Khoảng thời gian chung khi đo tĩnh được thể hiện trên hình sau: DO.

Nguyên tắc tính thời gian chung T4 T2 Máy thu 1 T1 T3 Máy thu 2 Trên hình 1.4 thể hiện khoảng thời gian thu tín hiệu của máy thu 1 và máy thu 2 là Δt 1 và Δt 2 , trong đó: Δt 1 =T 4−T 2 Δt 2 =T 3−T 1 (1.1) ; trong đó: T1 và T3 là các thời điểm bật và tắt máy thu 2, T2 và T4 là các thời điểm bật và tắt máy thu 1. Thời gian chung được sử dụng để tính cạnh là: Δt (1−2)=T 3−T 2 (1.2) Thời gian chung sẽ tính từ thời điểm của máy thu bật lên đến thời điểm máy thu tắt của hai máy trong cùng ca đo. Như vậy trong khi thu tín hiệu nên đồng thời bật máy và đồng thời tắt máy trong ca đo đó. Khi tính cạnh, chỉ có những vệ tinh có số liệu ghi trong hai tệp của hai máy cùng ca đo mới có giá trị tham gia tính cạnh.

Số vệ tinh chung được mô tả trên hình 1. Trong trường hợp này, tại máy thu 1 nhận được tín hiệu của 8 vệ tinh (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8), còn máy thu 2 nhận được tín hiệu của 7 vệ tinh (3, 4, 5, 6, 7, 8, 9). Số lượng vệ tinh chung tham gia tính cạnh sẽ là 6 gồm các vệ tinh sau 3, 4, 5, 6, 7, 8. Như vậy, cần phải bảo đảm sao cho các máy thu trong một ca đo, có số vệ tinh được quan sát đồng thời càng nhiều càng tốt.

Để bảo đảm điều kiện trên cần lưu ý tới tình trạng che chắn tín hiệu tại các trạm máy. Khi chiều dài cạnh càng lớn (cỡ hàng trăm, hàng ngàn km) thì số vệ tinh chung càng ít.xac 11 Vệ tinh được Vệ tinh được quan trắc tại quan trắc tại máy 1 máy 2 3 9 4 5 8 6 7 2 Hình 1. Số vệ tinh tham gia tính cạnh 1. Xử lý số liệu Trong mọi trường hợp đo lưới việc xử lý số liệu đo và kiểm tra chất lượng đo phải thực hiện thường xuyên, ít nhất là 1 lần trong ngày.

Không nên để dồn số liệu của nhiều ngày đo rồi mới xử lý. Trong đo GPS thường xảy ra hiện tượng trượt chu kỳ (Cycle Slip) của tín hiệu. Việc kiểm tra số liệu giúp phát hiện hiện tượng trượt chu kỳ và hiệu chỉnh ngay. Việc hiệu chỉnh này không thể thực hiện khi máy thu thực hiện mà chỉ có thể thực hiện trong quá trình trút và kiểm tra số liệu.

Việc kiểm tra chất lượng số liệu là bước khởi đầu trong sử lý vectơ cạnh trong điều kiện dã ngoại trước khi kết thúc công việc ngoài thực địa. Xử lý vector cạnh ở ngoài thực địa cho phép ta kết luận về chất lượng đo trước khi kết thúc công việc. Xử lý đo tĩnh: Các phần mềm hiện nay cho phép xử lý nhiều tệp số liệu đo đồng thời để tính cạnh. Thường thường số liệu đo của 1 ngày được quy vào trong 1 thư mục ở ổ đĩa cứng còn phần mềm xử lý lại để trong thư mục khác và có đường dẫn để trương trình nhận và xử lý.

Có 2 dạng phần mềm sử lý đó là: 1- từng vectơ, 2- các lời giải cho từng điểm. Phần mềm xử lý từng vectơ cạnh trước đây được sử dụng rộng rãi xong hiện nay người ta thường xử dụng phần mềm xử lý nhiều điểm. có một số trường hợp một trong các điểm trong ca đo khi quan trắc bị hỏng số liệu và tất cả các điểm được xử lý đồng thời, các sai số của điểm hỏng sẽ nằm trong tất cả các vectơ và sai số sẽ được giữ lại. Phần mềm xử lý vectơ đơn lẻ cho phép kiểm tra tốt hơn những cạnh sai hay điểm sai.

Điểm sai dễ dàng phát hiện nhờ số liệu DO.xac 12 thống kê như: Sai số trung phương trọng số đơn vị, sai số tiêu chuẩn (bằng cách đối chiếu tham số của các cạnh được coi là chuẩn với các cạnh khác). Thêm vào đó, có thể lấy tổng gia số tọa độ theo một tuyến của ca đo nếu như tổng giá trị số gia tọa độ theo vòng khép không nhỏ thì chứng tỏ một trong các điểm của ca đo có điều kiện đo kém. Việc xử lý bằng phần mềm cho từng vectơ được thực hiện theo trình tự sau: 1. Tạo các tệp quỹ đạo.

Tính giá trị tốt nhất vị trí điểm theo phương pháp giả khoảng cách. Đọc pha sóng tải để tạo số liệu pha (không hiệu số) và số liệu quỹ đạo vệ tinh. Tạo hiệu pha và tính các hiệu chỉnh khác 5. Tính giá trị ước lượng véctơ sử dụng sai phân bậc 3.

Phương pháp này cho phép phát hiện và bù lại hiện tượng trượt chu kỳ để nhận được kết quả tốt nhất. Tính toán lời giải sai phân bậc 2 xác định vectơ và giá trị (thực) của pha. Ước lượng số nguyên đa trị của pha đã tính được từ bước trước, có thể tiếp tục tính tiếp số nguyên đa trị chính xác. Tính toán sai số lời giải dựa vào số nguyên đa trị chính xác nhất đã được tính ở bước trước.

Tính toán tiếp một số kết quả khác, sử dụng số nguyên đa trị khác đi một chút (khác đi 1) từ các giá trị đã chọn. Tính tỷ số Ratio là mối quan hệ giữa phương sai của lời giải tốt nhất với kề nó (chỉ áp dụng cho lời giải fixed).