Luận văn thạc sĩ nghiên cứu một số giải pháp truyền số cải chính trong đo đạc địa chính sử dụng công nghệ đo động thời gian thực tại khu vực thành phố hồ chí minh và tỉnh lâm đồng

Nghiên cứu giải pháp truyền số cải chính trong đo đạc địa chính tại TP Hồ Chí Minh và Lâm Đồng, ứng dụng công nghệ đo động thời gian thực.

• Tác giả: Hoàng Anh Tuấn
• Người hướng dẫn: PGS. Trần Quốc Bình
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Quản lý đất đai
• Đề tài: Giải Pháp Truyền Số Cải Chính Trong Đo Đạc Địa Chính
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• DANH MỤC HÌNH
• DANH MỤC BẢNG
• DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ ĐO GPS ĐỘNG THỜI GIAN THỰC TRONG ĐO ĐẠC ĐỊA CHÍNH
• 1.1. Khái quát về hệ thống định vị vệ tinh toàn cầu GPS
• 1.1.1. Lịch sử phát triển
• 1.1.2. Cấu trúc hệ thống GPS
• 1.1.3. Nguyên lý hoạt động của hệ thống GPS
• 1.1.4. Các nguồn sai số trong đo GPS
• 1.1.5. Các kỹ thuật đo pha GPS
• 1.2. Công nghệ đo động thời gian thực
• 1.2.1. Cài đặt trạm base
• 1.2.2. Cài đặt máy rover
• 1.2.3. Truyền tín hiệu giữa máy base và rover
• 1.2.4. Độ chính xác đo đạc RTK
• 1.3. Tình hình ứng dụng RTK trong đo đạc địa chính
• 1.4. Một số vấn đề cần khắc phục trong đo đạc địa chính bằng RTK
• 2. CHƯƠNG 2: ĐỀ XUẤT MỘT SỐ GIẢI PHÁP TRUYỀN SỐ CẢI CHÍNH TRONG ĐO ĐẠC ĐỊA CHÍNH BẰNG CÔNG NGHỆ RTK
• 2.1. Giải pháp sử dụng thiết bị lặp sóng radio
• 2.1.1. Ý tưởng công nghệ
• 2.1.2. Sơ đồ và qui trình triển khai
• 2.2. Giải pháp sử dụng Điện thoại di động
• 2.2.1. Ý tưởng công nghệ
• 2.2.2. Sơ đồ và qui trình triển khai
• 2.3. Giải pháp sử dụng Internet
• 2.3.1. Ý tưởng công nghệ
• 2.3.2. Sơ đồ và qui trình triển khai
• 3. CHƯƠNG 3: THỬ NGHIỆM THỰC TẾ VÀ ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA CÁC GIẢI PHÁP TRUYỀN SỐ CẢI CHÍNH
• 3.1. Khái quát về các khu vực thử nghiệm
• 3.1.1. Khu thử nghiệm tại kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè, Thành phố Hồ Chí Minh
• 3.1.2. Khu thử nghiệm tạ xã Ninh Gia, huyện Đức Trọng, tỉnh Lâm Đồng
• 3.2. Kết quả thử nghiệm
• 3.2.1. Kết quả thử nghiệm tại kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè
• 3.2.2. Kết quả thử nghiệm tại khu đo xã Ninh Gia
• 3.3. Phân tích kết quả thử nghiệm và đánh giá khả năng ứng dụng
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về giải pháp truyền số cải chính trong đo đạc địa chính

Giải pháp truyền số cải chính trong đo đạc địa chính là một yếu tố quan trọng giúp nâng cao độ chính xác và hiệu quả trong công tác đo đạc. Việc áp dụng công nghệ hiện đại như RTK (Real Time Kinematic) đã mở ra nhiều cơ hội mới cho ngành địa chính. Công nghệ này cho phép truyền tải dữ liệu cải chính từ trạm cố định đến các thiết bị di động, từ đó cải thiện độ chính xác của các phép đo. Trong bối cảnh hiện nay, việc nghiên cứu và phát triển các giải pháp truyền số cải chính là rất cần thiết để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao trong lĩnh vực đo đạc địa chính.

1.1. Khái niệm về truyền số cải chính trong đo đạc địa chính

Truyền số cải chính là quá trình gửi thông tin về các sai số trong phép đo từ một trạm cố định đến các thiết bị di động. Điều này giúp cải thiện độ chính xác của các phép đo RTK, từ đó nâng cao chất lượng bản đồ địa chính.

1.2. Tầm quan trọng của truyền số cải chính trong đo đạc địa chính

Việc truyền số cải chính đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo độ chính xác của các phép đo. Nó giúp giảm thiểu sai số do các yếu tố như thời tiết, địa hình và các yếu tố khác ảnh hưởng đến quá trình đo đạc.

II. Vấn đề và thách thức trong truyền số cải chính địa chính

Mặc dù có nhiều lợi ích, nhưng việc truyền số cải chính trong đo đạc địa chính cũng gặp phải nhiều thách thức. Các vấn đề như độ ổn định của tín hiệu, phạm vi hoạt động và chi phí đầu tư là những yếu tố cần được xem xét. Đặc biệt, việc sử dụng công nghệ truyền sóng radio có thể gặp khó khăn trong các khu vực có địa hình phức tạp.

2.1. Độ ổn định của tín hiệu truyền

Độ ổn định của tín hiệu truyền là một trong những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng đo đạc. Tín hiệu yếu hoặc bị nhiễu có thể dẫn đến sai số lớn trong kết quả đo.

2.2. Phạm vi hoạt động của các giải pháp truyền số cải chính

Phạm vi hoạt động của các giải pháp truyền số cải chính thường bị giới hạn bởi địa hình và các yếu tố môi trường. Điều này có thể làm giảm hiệu quả của các phép đo trong những khu vực khó khăn.

III. Giải pháp sử dụng công nghệ truyền sóng radio trong đo đạc địa chính

Giải pháp sử dụng công nghệ truyền sóng radio là một trong những phương pháp phổ biến nhất hiện nay. Công nghệ này cho phép truyền tải dữ liệu cải chính một cách nhanh chóng và hiệu quả. Tuy nhiên, nó cũng có những hạn chế nhất định về phạm vi hoạt động và độ ổn định của tín hiệu.

3.1. Nguyên lý hoạt động của công nghệ truyền sóng radio

Công nghệ truyền sóng radio hoạt động dựa trên việc phát tín hiệu từ trạm cố định đến các thiết bị di động. Tín hiệu này chứa thông tin về các sai số trong phép đo, giúp cải thiện độ chính xác của các phép đo RTK.

3.2. Ưu điểm và nhược điểm của công nghệ truyền sóng radio

Ưu điểm của công nghệ này là chi phí thấp và dễ dàng triển khai. Tuy nhiên, nhược điểm lớn nhất là phạm vi hoạt động hạn chế, đặc biệt trong các khu vực có địa hình phức tạp.

IV. Giải pháp sử dụng điện thoại di động trong truyền số cải chính

Sử dụng điện thoại di động để truyền số cải chính là một giải pháp mới, mang lại nhiều lợi ích cho ngành đo đạc địa chính. Giải pháp này cho phép truyền tải dữ liệu qua mạng di động, giúp mở rộng phạm vi hoạt động và cải thiện độ ổn định của tín hiệu.

4.1. Nguyên lý hoạt động của giải pháp điện thoại di động

Giải pháp này hoạt động bằng cách sử dụng mạng di động để truyền tải dữ liệu cải chính từ trạm cố định đến các thiết bị di động. Điều này giúp cải thiện độ chính xác của các phép đo RTK.

4.2. Lợi ích của việc sử dụng điện thoại di động trong đo đạc

Việc sử dụng điện thoại di động giúp mở rộng phạm vi hoạt động và giảm thiểu chi phí đầu tư. Ngoài ra, nó cũng giúp cải thiện độ ổn định của tín hiệu truyền.

V. Giải pháp sử dụng Internet trong truyền số cải chính

Giải pháp sử dụng Internet để truyền số cải chính là một trong những phương pháp hiện đại nhất hiện nay. Giải pháp này cho phép truyền tải dữ liệu một cách nhanh chóng và hiệu quả, đồng thời mở rộng phạm vi hoạt động của các phép đo.

5.1. Nguyên lý hoạt động của giải pháp Internet

Giải pháp này hoạt động bằng cách sử dụng mạng Internet để truyền tải dữ liệu cải chính từ trạm cố định đến các thiết bị di động. Điều này giúp cải thiện độ chính xác của các phép đo RTK.

5.2. Ưu điểm và nhược điểm của giải pháp Internet

Ưu điểm của giải pháp này là tốc độ truyền tải nhanh và phạm vi hoạt động rộng. Tuy nhiên, nhược điểm là phụ thuộc vào kết nối Internet, có thể gặp khó khăn trong các khu vực không có mạng.

VI. Kết luận và triển vọng tương lai của truyền số cải chính trong đo đạc địa chính

Truyền số cải chính trong đo đạc địa chính là một lĩnh vực đang phát triển mạnh mẽ. Các giải pháp như sử dụng sóng radio, điện thoại di động và Internet đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng. Việc nghiên cứu và phát triển các giải pháp này sẽ giúp nâng cao hiệu quả đo đạc và đáp ứng nhu cầu ngày càng cao trong ngành địa chính.

6.1. Tương lai của công nghệ truyền số cải chính

Công nghệ truyền số cải chính sẽ tiếp tục phát triển với sự xuất hiện của các giải pháp mới, giúp nâng cao độ chính xác và hiệu quả trong đo đạc địa chính.

6.2. Khuyến nghị cho các nghiên cứu tiếp theo

Cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển các giải pháp truyền số cải chính, đặc biệt là trong các khu vực có địa hình phức tạp, để nâng cao hiệu quả đo đạc địa chính.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển mạnh mẽ của công nghệ định vị vệ tinh toàn cầu (GNSS), công nghệ đo động thời gian thực RTK (Real Time Kinematic) đã trở thành giải pháp ưu việt trong đo đạc địa chính với độ chính xác cao, nhanh chóng và hiệu quả. Theo ước tính, độ chính xác của đo RTK có thể đạt tới vài centimet, giúp nâng cao chất lượng bản đồ địa chính tỷ lệ lớn. Tuy nhiên, việc truyền số cải chính RTK từ trạm base đến các máy rover vẫn còn nhiều hạn chế, đặc biệt là khi sử dụng bộ phát sóng radio truyền thống với phạm vi hoạt động chỉ khoảng 2-3 km, gây khó khăn trong các khu vực có địa hình phức tạp như Thành phố Hồ Chí Minh và tỉnh Lâm Đồng.

Luận văn tập trung nghiên cứu và đề xuất một số giải pháp truyền số cải chính nhằm nâng cao hiệu quả đo RTK, đồng thời đánh giá khả năng ứng dụng thực tế tại hai khu vực trên. Phạm vi nghiên cứu bao gồm khảo sát, thử nghiệm và phân tích các giải pháp truyền số cải chính qua mạng lưới lặp sóng radio, điện thoại di động và internet trong giai đoạn 2013-2014. Mục tiêu chính là mở rộng phạm vi phủ sóng, tăng độ ổn định và giảm chi phí vận hành, góp phần hoàn thiện công tác đo đạc địa chính bằng công nghệ RTK tại Việt Nam.

Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc hỗ trợ các đơn vị đo đạc lựa chọn giải pháp truyền số cải chính phù hợp, nâng cao năng suất lao động và độ chính xác đo đạc, đồng thời thúc đẩy ứng dụng công nghệ RTK trong quản lý đất đai và phát triển hạ tầng kỹ thuật.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu sau:

• Hệ thống định vị vệ tinh toàn cầu GPS và GNSS: Bao gồm cấu trúc hệ thống GPS với 24 vệ tinh hoạt động trên 6 quỹ đạo, nguyên lý hoạt động dựa trên đo khoảng cách từ máy thu đến vệ tinh qua tín hiệu sóng mang L1 (1575,42 MHz) và L2 (1227,60 MHz). Các khái niệm chính gồm trị đo code, trị đo pha sóng tải, sai phân bậc một, hai và ba nhằm loại bỏ sai số đồng hồ và khí quyển.

• Công nghệ đo động thời gian thực RTK: Sử dụng trạm base cố định và một hoặc nhiều máy rover di động thu tín hiệu vệ tinh đồng thời, truyền số cải chính RTK để đạt độ chính xác cỡ centimet. Các khái niệm quan trọng gồm khởi đo OTF (On The Fly), lời giải FIXED và FLOAT, chỉ số PDOP (Positional Dilution of Precision), góc ngưỡng vệ tinh, và các sai số ảnh hưởng như đa đường truyền, sai số quỹ đạo vệ tinh, sai số khí quyển.

• Mô hình truyền số cải chính RTK: Bao gồm các giải pháp truyền số cải chính qua sóng radio, điện thoại di động (GSM/GPRS) và internet. Mỗi giải pháp có ưu nhược điểm riêng về phạm vi phủ sóng, độ trễ, chi phí và độ ổn định.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Số liệu thu thập từ các thử nghiệm thực tế tại khu vực kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè, Thành phố Hồ Chí Minh và xã Ninh Gia, huyện Đức Trọng, tỉnh Lâm Đồng. Dữ liệu bao gồm tọa độ điểm đo RTK, chất lượng tín hiệu, thời gian khởi đo, và phạm vi phủ sóng của các giải pháp truyền số cải chính.

• Phương pháp phân tích: Sử dụng phương pháp thống kê để đánh giá độ chính xác và phạm vi hoạt động của từng giải pháp. So sánh kết quả đo RTK với các phương pháp truyền số cải chính khác nhau dựa trên các chỉ số như sai số trung phương, thời gian khởi đo, tỷ lệ lời giải FIXED.

• Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trong năm 2013-2014, bao gồm giai đoạn khảo sát, thiết lập thiết bị, thử nghiệm thực địa, thu thập và xử lý số liệu, phân tích kết quả và đề xuất giải pháp.

• Cỡ mẫu và chọn mẫu: Lưới thử nghiệm gồm hàng chục điểm đo RTK tại hai khu vực khảo sát, được lựa chọn đại diện cho các điều kiện địa hình và môi trường khác nhau nhằm đảm bảo tính khách quan và khả năng áp dụng rộng rãi của kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Giải pháp lặp sóng radio: Mạng lưới trạm lặp radio mở rộng phạm vi phủ sóng từ 2-3 km lên khoảng 10 km, giúp duy trì tín hiệu số cải chính ổn định trong khu vực có địa hình phức tạp. Thời gian khởi đo trung bình đạt 30 giây, tỷ lệ lời giải FIXED trên 90%. Tuy nhiên, chi phí đầu tư và bảo trì hệ thống lặp radio tương đối cao.

2. Giải pháp sử dụng điện thoại di động (GSM/GPRS): Phạm vi phủ sóng rộng, gần như toàn bộ khu vực thử nghiệm, thời gian khởi đo trung bình khoảng 45 giây, tỷ lệ lời giải FIXED đạt 85%. Độ trễ truyền số cải chính thấp, phù hợp với các khu vực đô thị và vùng có hạ tầng viễn thông phát triển. Chi phí vận hành thấp hơn so với hệ thống lặp radio.

3. Giải pháp sử dụng internet: Cho phép truyền số cải chính qua mạng internet với độ ổn định cao, thời gian khởi đo trung bình 40 giây, tỷ lệ lời giải FIXED đạt 88%. Phù hợp với các khu vực có hạ tầng mạng ổn định, hỗ trợ đa điểm rover cùng lúc. Tuy nhiên, độ trễ có thể tăng khi mạng bị nghẽn hoặc mất kết nối.

4. So sánh tổng thể: Giải pháp lặp sóng radio có độ ổn định cao nhất nhưng phạm vi hạn chế và chi phí cao. Giải pháp điện thoại di động và internet mở rộng phạm vi phủ sóng, giảm chi phí nhưng phụ thuộc vào hạ tầng viễn thông và mạng. Các biểu đồ so sánh sai số trung phương và tỷ lệ lời giải FIXED minh họa rõ sự khác biệt giữa các giải pháp.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của sự khác biệt về hiệu quả các giải pháp truyền số cải chính là do đặc điểm vật lý của sóng radio và hạ tầng viễn thông. Sóng radio truyền thẳng, bị hạn chế bởi địa hình và vật cản, trong khi mạng điện thoại di động và internet có thể tận dụng hạ tầng hiện có để mở rộng phạm vi. Kết quả phù hợp với các nghiên cứu trong ngành trắc địa vệ tinh, đồng thời phản ánh thực tế ứng dụng tại Việt Nam.

Ý nghĩa của nghiên cứu là cung cấp cơ sở khoa học để các đơn vị đo đạc lựa chọn giải pháp truyền số cải chính phù hợp với điều kiện địa hình và hạ tầng, từ đó nâng cao hiệu quả và độ chính xác đo RTK. Việc áp dụng linh hoạt các giải pháp này sẽ góp phần giảm chi phí, tăng năng suất lao động và mở rộng phạm vi ứng dụng công nghệ RTK trong quản lý đất đai.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai hệ thống lặp sóng radio tại các khu vực địa hình phức tạp: Động viên các đơn vị đầu tư xây dựng mạng lưới trạm lặp radio để mở rộng phạm vi phủ sóng RTK lên đến 10 km, đặc biệt tại các vùng đồi núi, rừng cây dày. Thời gian thực hiện trong 1-2 năm, chủ thể là các cơ quan quản lý địa chính và doanh nghiệp đo đạc.

2. Ứng dụng truyền số cải chính qua mạng điện thoại di động: Khuyến khích sử dụng công nghệ GSM/GPRS trong các khu vực đô thị và vùng có hạ tầng viễn thông phát triển nhằm giảm chi phí vận hành và tăng tính linh hoạt. Thời gian triển khai nhanh, trong vòng 6-12 tháng, chủ thể là các đơn vị đo đạc và nhà mạng viễn thông.

3. Phát triển giải pháp truyền số cải chính qua internet: Đẩy mạnh ứng dụng công nghệ truyền số cải chính qua mạng internet tại các khu vực có hạ tầng mạng ổn định, hỗ trợ đa điểm rover cùng lúc, nâng cao năng suất lao động. Chủ thể là các đơn vị đo đạc, nhà cung cấp dịch vụ mạng, thời gian triển khai 1 năm.

4. Đào tạo và nâng cao năng lực kỹ thuật cho cán bộ đo đạc: Tổ chức các khóa đào tạo về công nghệ RTK, kỹ thuật truyền số cải chính và xử lý số liệu nhằm đảm bảo vận hành hiệu quả các giải pháp mới. Chủ thể là các trường đại học, viện nghiên cứu và các đơn vị đo đạc, thời gian liên tục.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các đơn vị đo đạc và bản đồ địa chính: Giúp lựa chọn giải pháp truyền số cải chính phù hợp với điều kiện thực tế, nâng cao độ chính xác và hiệu quả công việc.

2. Cơ quan quản lý đất đai và quy hoạch đô thị: Cung cấp cơ sở khoa học để xây dựng chính sách, quy định về ứng dụng công nghệ RTK trong quản lý đất đai và phát triển hạ tầng.

3. Các nhà cung cấp thiết bị và dịch vụ viễn thông: Hiểu rõ yêu cầu kỹ thuật và nhu cầu thực tế của ngành đo đạc để phát triển sản phẩm, dịch vụ phù hợp.

4. Các nhà nghiên cứu và sinh viên chuyên ngành trắc địa, địa chính: Là tài liệu tham khảo quý giá về công nghệ RTK, các giải pháp truyền số cải chính và ứng dụng thực tế tại Việt Nam.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao phải truyền số cải chính trong đo RTK?
   Truyền số cải chính giúp loại bỏ sai số do đồng hồ vệ tinh, khí quyển và quỹ đạo vệ tinh, nâng cao độ chính xác đo RTK từ mét xuống centimet. Ví dụ, không truyền số cải chính, sai số có thể lên đến vài mét, không đáp ứng yêu cầu đo địa chính.

2. Giải pháp truyền số cải chính nào phù hợp với khu vực đô thị?
   Giải pháp sử dụng điện thoại di động hoặc internet phù hợp do hạ tầng viễn thông phát triển, phạm vi phủ sóng rộng và chi phí thấp. Thực tế tại Thành phố Hồ Chí Minh, giải pháp này cho tỷ lệ lời giải FIXED trên 85%.

3. Phạm vi hoạt động của bộ phát sóng radio truyền số cải chính là bao nhiêu?
   Phạm vi truyền sóng radio thường chỉ đạt 2-3 km trong điều kiện địa hình bằng phẳng, có thể mở rộng lên khoảng 10 km khi sử dụng mạng lưới trạm lặp radio. Tuy nhiên, địa hình phức tạp làm giảm phạm vi này.

4. Thời gian khởi đo OTF ảnh hưởng thế nào đến hiệu quả đo RTK?
   Thời gian khởi đo OTF càng ngắn càng giúp tăng năng suất lao động. Thông thường, thời gian khởi đo dao động từ vài giây đến vài phút, phụ thuộc vào số lượng vệ tinh và điều kiện môi trường.

5. Làm thế nào để giảm ảnh hưởng của hiện tượng đa đường truyền trong đo RTK?
   Có thể tăng góc ngưỡng vệ tinh trên 15 độ, chọn điểm đo tránh các vật phản xạ như nhà cao tầng, hồ nước, và sử dụng anten có thiết kế chống đa đường truyền. Điều này giúp giảm sai số và tăng độ chính xác.

Kết luận

• Đã đề xuất và thử nghiệm thành công ba giải pháp truyền số cải chính RTK: lặp sóng radio, điện thoại di động và internet, phù hợp với các điều kiện địa hình và hạ tầng khác nhau tại Thành phố Hồ Chí Minh và tỉnh Lâm Đồng.
• Giải pháp lặp sóng radio có độ ổn định cao, phạm vi phủ sóng mở rộng đến 10 km nhưng chi phí đầu tư lớn.
• Giải pháp truyền số cải chính qua điện thoại di động và internet mở rộng phạm vi phủ sóng, giảm chi phí vận hành, phù hợp với khu vực đô thị và vùng có hạ tầng viễn thông phát triển.
• Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học cho các đơn vị đo đạc lựa chọn giải pháp phù hợp, nâng cao hiệu quả và độ chính xác đo RTK.
• Đề xuất các bước tiếp theo gồm triển khai thực tế các giải pháp, đào tạo kỹ thuật viên và phát triển hạ tầng truyền số cải chính đồng bộ.

Call-to-action: Các đơn vị đo đạc và quản lý đất đai nên áp dụng các giải pháp truyền số cải chính phù hợp để nâng cao chất lượng đo đạc, đồng thời phối hợp với các nhà cung cấp viễn thông để phát triển hạ tầng hỗ trợ công nghệ RTK.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ ĐO GPS ĐỘNG THỜI GIAN THỰC TRONG ĐO ĐẠC ĐỊA CHÍNH 1.1 Khái quát về hệ thống định vị vệ tinh toàn cầu GPS 1.1 Lịch sử phát triển Từ những năm 60 của thế kỷ 20, Cơ quan Hàng không và Vũ trụ (NASA) cùng với quân đội Hoa Kỳ đã tiến hành chương trình nghiên cứu, phát triển hệ thống dẫn đường và định vị chính xác bằng vệ tinh nhân tạo. Hệ thống định vị dẫn đường bằng vệ tinh thế hệ đầu tiên là hệ thống TRANSIT. Hệ thống này có 6 vệ tinh, hoạt động theo nguyên lý Doppler. Hệ TRANSIT được sử dụng trong thương mại từ năm 1967.

Một thời gian ngắn sau đó, TRANSIT bắt đầu ứng dụng trong trắc địa. Việc thiết lập mạng lưới điểm định vị khống chế toàn cầu là những ứng dụng sớm nhất và giá trị nhất của hệ TRANSIT. Định vị bằng TRANSIT cần thời gian quan trắc rất lâu mà độ chính xác chỉ đạt cỡ 1m. Do vậy, trong trắc địa TRANSIT chỉ phù hợp với công tác xây dựng các mạng lưới khống chế cạnh dài.

Nó không thoả mãn được các ứng dụng đo đạc thông dụng như đo đạc bản đồ, các công trình dân dụng. Tiếp sau thành công của hệ TRANSIT, hệ thống định vị vệ tinh thế hệ thứ hai ra đời có tên là NAVSTAR - GPS gọi tắt là GPS. Hệ thống này bao gồm khoảng 24 vệ tinh phát tín hiệu, bay quanh Trái đất theo những quỹ đạo xác định. Độ chính xác định vị bằng hệ thống này được nâng cao về chất rõ rệt so với hệ TRANSIT.

Nhược điểm về thời gian quan trắc đã được khắc phục. Một năm sau khi phóng vệ tinh thử nghiệm NTS - 2, giai đoạn thử nghiệm vận hành hệ thống GPS bắt đầu với việc phóng vệ tinh GPS mẫu "Block I". Từ năm 1978 ÷ 1985 có 11 vệ tinh Block I đã được phóng lên quỹ đạo. Hiện nay hầu hết số vệ tinh thuộc Block I đã hết thời hạn sử dụng.

Việc phóng vệ tinh thế hệ thứ II 4 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] (Block II) bắt đầu vào năm 1989. Sau giai đoạn này, 24 vệ tinh này đã được triển khai trên 6 quĩ đạo nghiêng 550 so với mặt phẳng xích đạo Trái đất với chu kỳ quỹ đạo 11h58' (tức là một nữa ngày đêm sao) ở độ cao xấp xỉ 20. Loại vệ tinh bổ sung thế hệ III (Block IIR) được thiết kế thay thế những vệ tinh Block II bắt đầu được phóng vào năm 1995. Cho đến nay, đang có 32 vệ tinh của hệ thống GPS hoạt động trên quỹ đạo [2].

Cùng có tính năng tương tự với hệ thống GPS đang hoạt động còn có hệ thống GLONASS của Nga, hệ thống GALILEO của Liên minh Châu Âu, hệ thống COMPASS (Beidou) của Trung Quốc, và hệ thống IRNSS của Ấn Độ. Hiện nay, người ta thường gọi các hệ thống trên là hệ thống định vị vệ tinh toàn cầu GNSS. Ở Việt Nam, phương pháp định vị vệ tinh đã được ứng dụng từ những năm đầu thập kỷ 90. Với 5 máy thu vệ tinh loại 4000ST, 4000SST ban đầu, sau một thời gian ngắn đã lập xong lưới khống chế ở những vùng đặc biệt khó khăn mà từ trước đến nay chưa có như Tây Nguyên, thượng nguồn Sông Bé, Cà Mau.

Những năm sau đó, công nghệ GPS đã đóng vai trò quyết định trong việc đo lưới cấp "0", thành lập hệ quy chiếu Quốc gia VN-2000 cũng như việc lập lưới khống chế hạng III phủ trùm lãnh thổ (gần 30.000 điểm) và nhiều lưới khống chế cho các công trình dân dụng khác [3].1: Sơ đồ phân bố vệ tinh trong không gian. 5 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.2 Cấu trúc hệ thống GPS GPS là một hệ thống kỹ thuật phức tạp, song theo sự phân bố không gian người ta chia hệ thống GPS làm 3 phần: - Phần điều khiển. - Phần không gian. - Phần người sử dụng.2: Sơ đồ hoạt động, điều khiển của hệ thống GPS.1 Phần điều khiển).

Phần điều khiển bao gồm các thiết bị điều khiển vệ tinh, theo dõi trạng thái (sức khỏe) vệ tinh, theo dõi quỹ đạo vệ tinh, tính toán lịch vệ tinh, tải dữ liệu này lên vệ tinh. Phần điều khiển gồm 4 trạm mặt đất nằm ở: Diego Garcia, Ascension, Kwajalein và Hawaii. Cả 4 trạm đều là các trạm theo dõi có nhiệm vụ theo dõi trạng thái hoạt động và quỹ đạo vệ tinh, chuyển các thông tin thu thập được về trạm điều khiển chính nằm ở Colorado Spring [1]. Trạm điều khiển chính có nhiệm vụ xử lý số liệu thu được từ các trạm khác để tính toán lịch vệ tinh và các số hiệu chỉnh đồng hồ vệ tinh.

Đây cũng là trạm ra lệnh điều khiển toàn hệ thống. 6 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.3: Các trạm điều khiển. Từ tháng 8 năm 2005, 6 trạm điều khiển của cơ quan tình báo địa không gian Mỹ đã được thêm vào phần điều khiển của GPS nâng tổng số trạm điều khiển lên thành 11. Với 11 trạm điều khiển, mỗi một vệ tinh luôn luôn có thể được nhìn thấy từ ít nhất là 2 trạm điều khiển → kết quả xác định vị trí của vệ tinh sẽ được chính xác hơn.

Trong thời gian tới, sẽ có thêm 5 trạm điều khiển nữa của cơ quan này được bổ sung và khi đó mỗi vệ tinh luôn luôn có thể được nhìn thấy từ tối thiểu 3 trạm điều khiển [1].2 Phần không gian a. Chòm vệ tinh GPS: Bao gồm 24 vệ tinh bay trên quỹ đạo có độ cao đồng nhất 20.200km, chu kỳ 12 giờ, phân phối đều trên 6 mặt phẳng quỹ đạo nghiêng với xích đạo một góc 55o. Việc bố trí này nhằm mục đích để tại mỗi thời điểm và mỗi vị trí trên Trái đất đều có thể quan sát được ít nhất 4 vệ tinh. Mỗi vệ tinh phát 2 tần số sóng mang với tần số cao L1 = 1575,42MHz và L2 = 1227,60MHz.

Loại sóng này phát trên cơ sở điều biến bởi dãy số tựa ngẫu nhiên bao gồm các số 0 và 1. Mã này được gọi tên là mã P (Precise). Bên cạnh mã P, sóng còn mang đi mã C/A (Clear/Acquisition) trong sóng L1. Mã P và C/A được phát với tần số tương ứng 10,23MHz và 1,023MHz.

Ngoài 2 mã trên, vệ tinh còn phát mã phụ có tần số 50Hz chứa các thông tin về lịch vệ tinh. Các vệ tinh đều được trang bị đồng hồ nguyên tử với độ chính xác cao. 7 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Các vệ tinh NAVSTAR có 2 trạng thái: "hoạt động khỏe" và "hoạt động không khoẻ". Hai trạng thái của vệ tinh này được xác định bởi các trạm điều khiển mặt đất.

Chúng ta có thể sử dụng tín hiệu của các vệ tinh ở cả hai trạng thái "hoạt động khỏe" và "hoạt động không khỏe". Cấu trúc tín hiệu GPS: Mỗi vệ tinh đều truyền hai tần số dùng cho công việc định vị là tần số 1575,42MHz và tần số 1227,60MHz. Hai sóng mang này gọi là L1 và L2, được điều chế bởi những tín hiệu khác nhau. Mã nhiễu giả ngẫu nhiên (PRN) thứ nhất được biết dưới cái tên là mã C/A (Coarse/Acquisite-code), bao gồm một chuỗi các số cộng một và trừ một, được phát đi ở tần số fo/10 = 1,023MHz.

Chuỗi này được lặp lại sau mỗi mini giây đồng hồ. Mã nhiễu giải ngẫu nhiên (PRN) thứ hai, được biết dưới tên là mã P (Precise-code), bao gồm một chuỗi các số cộng một và trừ một khác, được phát đi ở tần số fo = 10,23MHz. Chuỗi này chỉ lặp lại sau 267 ngày. Thời gian 267 ngày này được cắt ra làm 38 đoạn 7 ngày.

Trong 38 đoạn này có một đoạn không dùng đến, 5 đoạn dùng cho các trạm mặt đất, theo dõi các tàu thuyền sử dụng, gọi là trạm giả vệ tinh (Pseudolite), còn lại 32 đoạn 7 ngày dành cho những vệ tinh khác nhau. Mã Y (Y-code) là mã PRN tương tự như mã P, có thể dùng thay cho mã P. Tuy nhiên, phương trình tạo ra mã P thì được công bố rộng rãi và không giữ bí mật, trong khi phương trình tạo ra mã Y thì giữ bí mật. Vì vậy, nếu mã Y được sử dụng thì những người sử dụng GPS không có giấy phép (nói chung là những người không thuộc quân đội Mỹ và đồng minh của họ) sẽ không thu được mã P (hoặc mã Y).

Sóng mang L1 được điều chế bằng cả 2 mã (mã C/A và mã P hoặc mã Y), trong khi sóng mang L2 chỉ bao gồm một mã P hoặc mã Y. Cả hai sóng mang đều mang thông báo vệ tinh (Satellite message) cần phát dưới dạng một dòng dữ liệu được thiết kế ở tần số thấp (50Hz) để thông báo tới người sử dụng tình trạng và vị trí của vệ tinh. Các dữ liệu này sẽ được các máy thu giải mã và dùng vào việc xác định vị trí của máy theo thời gian thực [5].3 Phần người sử dụng 8 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Đoạn người sử dụng bao gồm các máy thu tín hiệu vệ tinh và phần mềm xử lý tính toán số liệu. Máy thu tín hiệu GPS có thể đặt cố định trên mặt đất hay gắn trên các phương tiện chuyển động như: xe đạp, ô tô, máy bay, tàu biển, tên lửa, vệ tinh nhân tạo,.

Tín hiệu vệ tinh được thu qua anten máy thu. Cấu tạo anten đẳng hướng của máy thu GPS có thể bắt tín hiệu GPS ở mọi hướng. Tâm pha của anten là điểm thu tín hiệu và là điểm xác định toạ độ. Tuỳ theo mục đích của các ứng dụng mà các máy thu GPS có thiết kế cấu tạo khác nhau cùng với phần mềm xử lý, và quy trình thao tác thu thập số liệu ở thực địa.

Hiện nay, trên thị trường có rất nhiều loại máy thu khác nhau về chủng loại, độ chính xác và giá tiền. Theo cấu tạo có thể chia thành hai loại: - Máy thu một tần số: là loại máy thu chỉ thu được tín hiệu trên tần số L1. - Máy thu hai tần số: là loại máy có thể thu tín hiệu trên hai tần số L1, L2. Theo độ chính xác, có thể chia làm ba loại: - Độ chính xác cao: đây là loại máy thu hai tần số đắt tiền nhất hiện nay được dùng trong trắc địa.

Thiết bị phần cứng phức tạp nên việc sử dụng khó khăn. Ví dụ như: Trimble 4800, 5700, 5800, R4, R5, R10, Topcon Legacy, Topcon Hiper Series, Topcon GB-500, Topcon GB-1000, Leica system GS08, 10, 14,… - Độ chính xác trung bình: đây là loại máy thu một tần số, có cấu tạo đơn giản dễ mang vác và dễ sử dụng, dùng cho thu thập dữ liệu phục vụ xây dựng bản đồ tỷ lệ trung bình và dữ liệu cho các hệ thống GIS. Ví dụ như: Trimble Geo- Explorer XT, Ashtech Reliance.