MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Đất đai là nguồn tài nguyên thiên nhiên, tài sản quốc gia quý báu, là địa bàn để phân bố dân cư và các hoạt động kinh tế, xã hội quốc phòng, an ninh; là nguồn vốn, nguồn nội lực để xây dựng và phát triển bền vững quốc gia. Yêu cầu đặt ra đối với hệ thống quản lý đất đai là sử dụng tài nguyên đất một cách hợp lý và hiệu quả nhất, nhằm đảm bảo thực hiện tốt các mục tiêu phát triển kinh tế và công bằng xã hội, tài nguyên đất được bảo vệ tốt vì vậy xây dựng một hệ thống quản lý đất đai hiện đại là một nhiệm vụ cần thiết nhằm mang lại lợi ích thiết yếu cho phát triển kinh tế, tạo công bằng xã hội và bảo vệ môi trường. Một hệ thống quản lý đất đai hiện đại sẽ đảm bảo quyền lợi hợp lý của Nhà nước, nhà đầu tư và người sử dụng đất cũng như mọi thành phần có liên quan.
Hệ thống hồ sơ địa chính gồm bản đồ địa chính và hệ thống sổ sách đi kèm phải được thiết lập rõ ràng cho từng thửa đất, người sử dụng đất có giấy chứng nhận quyền sử dụng đất là điều kiện tối thiểu để đưa pháp luật đất đai vào cuộc sống, khắc phục tình trạng vi phạm pháp luật về đất đai, sử dụng đất không hiệu quả, lãng phí của cả người sử dụng đất cũng như người quản lý. Hiện nay, công tác thành lập bản đồ địa chính và bản đồ địa hình tỷ lệ lớn chủ yếu được thực hiện bằng phương pháp toàn đạc điện tử. Đây là phương pháp có độ chính xác tốt, cho phép đo vẽ ở mức độ chi tiết cao nhất, tuy nhiên có yếu điểm là phải dựa trên mạng lưới đo vẽ dày đặc và phải đảm bảo thông hướng giữa các trạm đo dẫn đến năng suất lao động rất hạn chế trong những khu vực có địa hình dày đặc. Những năm gần đây hệ thống định vị toàn cầu GPS (Global Positioning System) ngày càng phát triển hoàn thiện và sử dụng rộng rãi, hiệu quả với độ chính xác cao đã được ứng dụng rộng rãi trong đo đạc bản đồ bởi các tính ưu việt như: có thể xác định tọa độ của các điểm từ các điểm gốc mà không cần thông hướng, việc đo đạc nhanh, đạt độ chính xác cao, ít phụ thuộc vào điều kiện thời tiết, kết quả đo đạc có thể tính trong hệ tọa độ toàn cầu hoặc hệ tọa độ địa phương và được ghi dưới Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.vn/ 2 dạng file số nên dễ dàng nhập vào các phần mềm đo vẽ bản đồ hoặc các hệ thống cơ sở dữ liệu.
Tuy nhiên, ứng dụng chính của GPS trong đo đạc địa chính vẫn là phương pháp đo tĩnh dùng để thành lập lưới khống chế tọa độ. Vì vậy, việc nghiên cứu các kỹ thuật đo GPS động (có năng suất lao động cao hơn nhiều so với đo tĩnh) trong đo đạc địa chính là rất cần thiết để có cơ sở khoa học triển khai ứng dụng phổ biến ở nước ta. Xuất phát từ lý do này, tôi đã tiến hành nghiên cứu và thực hiện đề tài: “Nghiên cứu khả năng ứng dụng kỹ thuật GPS đo động thời gian thực trong thành lập bản đồ địa chính trên địa bàn huyện Tam Đảo”. Mục tiêu nghiên cứu Ứng dụng kỹ thuật GPS đo động thời gian thực trong công tác thành lập bản đồ địa chính, từ đó đề xuất một số giải pháp nâng cao hiệu quả của kỹ thuật đo GPS động thời gian thực bằng các máy thu 2 tần số trong đo đạc địa chính trên cơ sở kết quả đo thử nghiệm tại một số khu vực của huyện Tam Đảo.
Ý nghĩa của đề tài - Ý nghĩa khoa học: Làm rõ được ảnh hưởng của tham số đo tới kết quả đo GPS động thời gian thực, và khả năng ứng dụng phương pháp đo GPS động thời gian thực trong đo đạc địa chính. Từ đó đề xuất một số giải pháp nâng cao hiệu quả ứng dụng kỹ thuật đo GPS động thời gian thực trong đo đạc địa chính. - Ý nghĩa thực tiễn: Các kết quả của đề tài tạo ra cơ sở khoa học giúp cho các đơn vị sản xuất đưa phương pháp đo GPS động thời gian thực vào công tác phát triển lưới khống chế đo vẽ, đo vẽ bản đồ địa chính tỷ lệ lớn. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.vn/ 3 Chƣơng 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.
Cơ sở khoa học của hệ thống GPS 1. Sự hình thành của hệ thống GPS Từ những năm 60 của thế kỷ XX, 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 thống TRANSIT được sử dụng trong thương mại vào 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 của hệ TRANSIT. Định vị bằng hệ thống TRANSIT cần thời gian quan trắc rất lâu mà độ chính xác chỉ đạt cỡ 1m.
Do vậy, trong công tác trắc địa - bản đồ hệ thống TRANSIT chỉ phù hợp với công tác xây dựng các mạng lưới khống chế cạnh dài. Nó không thỏa mãn được các ứng dụng đo đạc thông dụng như đo đạc bản đồ, các công trình dân dụng. Tiếp sau thành công bước đầu của hệ thống TRANSIT, hệ thống định vị vệ tinh thế hệ thứ hai ra đời có tên là NAVSTAR-GPS (Navigtion Satellite Timing And Ranging – Global Positioning System) gọi tắt là GPS. Hệ thống này bao gồm 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 một cách đáng kể so với TRANSIT và nhược điểm về thời gian quan trắc đã được khắc phục. Một năm sau khi phóng vệ tinh thử nghiệm NTS-2 (Navigation Technology Sattellite 2), giai đoạn thử nghiệm vận hành hệ thống GPS bắt đầu với việc phóng vệ tinh GPS khối I. Từ năm 1978 dến 1985 có 11 vệ tinh khối I đã được Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.vn/ 4 phóng vệ tinh thế hệ thứ II(Khối II) bắt đầu từ năm 1989. Hiện thời có 24 vệ tinh đã được triển khai quĩ đạo quanh trái với chu kỳ 12 giờ ở độ cao xấp xỉ 20.
Loại vệ tinh bổ sung thế hệ III (khối IIR, IIR-M và II-F) được thiết kế thay cho những vệ tinh khối II, cho đến nay đã có 32 vệ tinh của hệ thống GPS hoạt động trên quỹ đạo [5]. Gần như đồng thời với hệ thống GPS của Mỹ, Nga cũng phát triển một hệ thống tương tự với tên gọi GLONASS (nhưng không thương mại hóa rộng rãi). Hiện nay Liên minh Châu Âu đang phát triển hệ dẫn đường vệ tinh của mình mang tên GALILEO, hiện đã có một số vệ tinh đã được đưa lên quỹ đạo và hệ thống dự kiến được đưa vào sử dụng năm 2014. Trung Quốc thì phát triển hệ thống định vị toàn cầu của mình mang tên BEIDOU (Bắc Đẩu) bao gồm 35 vệ tinh.
Ngoài ra còn một số hệ thống định vị vệ tinh khác được sử dụng ở một số nơi trên thế giới. Những ứng dụng sớm nhất của công nghệ GPS trong trắc địa là đo đạc các mạng lưới trắc địa mặt bằng, năm 1983 người ta đã xây dựng mạng lưới trắc địa ở Elfel (CHLB Đức), tiếp theo đó nhiều mạng lưới khác cũng được xây dựng ở Montgomery County, Pennsylvania (Mỹ),. Ở Việt Nam, ngay từ những năm 1991- 1992 chúng ta cũng đã sử dụng công nghệ GPS để xây dựng một số mạng lưới tọa độ nhà nước hạng II ở những vùng khó khăn chưa có lưới khống chế (Minh Hải, Tây Nguyên,. Sử dụng GPS để xây dựng lưới trắc địa biển, kết nối đất liền với các hải đảo trong một hệ thống tọa độ chung.
Trong những năm 1995-1997 chúng ta đã xây dựng mạng lưới GPS cấp “0”, trên cơ sở đó thành lập hệ quy chiếu Quốc gia mới (VN-2000) cũng như việc lập lưới khống chế hạng III phủ trùm lãnh thổ (gần 30. Hiện nay, hệ thống GPS vẫn đang phát triển và ngày càng hoàn thiện về phần cứng (thiết bị đo) và phần mềm (chương trình xử lý số liệu), đươc ứng dụng rộng rãi vào mọi dạng công tác trắc địa bản đồ, trắc địa công trình dân dụng và các công tác định vị khác theo chiều hướng ngày càng đơn giản, hiệu quả [6]. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www. Cấu trúc của 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 thành 3 phần (còn gọi là đoạn – segment): - Đoạn không gian (Space Segment); - Đoạn điều khiển (Control Segment); - Đoạn sử dụng (User Segment).
Cấu trúc của hệ thống GPS. Đoạn không gian Đoạn không gian gồm tối thiểu 24 vệ tinh bay trên 6 mặt phẳng quỹ đạo cách đều nhau và có góc nghiêng 55o so với mặt phẳng xích đạo của Trái đất. Quỹ đạo của vệ tinh gần như hình tròn, vệ tinh bay ở độ cao xấp xỉ 20200 km so với mặt đất, bán kính quỹ đạo 26. Vệ tinh GPS chuyển động trên quỹ đạo với chu kỳ là 718 phút, mỗi một quỹ đạo có ít nhất 4 vệ tinh.
Do đó, ở bất kỳ thời gian nào và ở bất kỳ vị trí quan trắc nào trên Trái đất trong điều kiện địa hình thông thoáng cũng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.vn/ 6 có thể quan trắc được ít nhất 4 vệ tinh GPS - điều kiện tối thiểu để có thể định vị được trong không gian 3 chiều. Sơ đồ quỹ đạo vệ tinh hệ thống GPS Hình 1. Vệ tinh GPS đang bay trên quĩ đạo quanh Trái đất. Một thành phần quan trọng của đoạn không gian là tín hiệu phát từ vệ tinh đến các máy thu.
Việc phát và thu tín hiệu vệ tinh là cơ sở để đo đạc với hệ thống GPS. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.vn/ 7 Tín hiệu phát ra từ vệ tinh bao gồm 3 thành phần cơ bản sau: - 2 sóng tải (hay sóng mang - carrier wave) trong dải tần số L (L band) là L1 và L2; - Mã giả ngẫu nhiên sử dụng để đo khoảng cách, bao gồm C/A-code và P-code (hay Y-code); - Thông báo định vị (navigation message). Mỗi vệ tinh GPS có 1 đồng hồ nguyên tử rất chính xác. Các đồng hồ này xung nhịp với tần số f 0 10.