Luận văn thạc sĩ ứng dụng trạm gnss hoạt động liên tục trong công tác đo nối khống chế ảnh phục vụ thành lập bản đồ địa hình tỷ lệ 1 25 000 khu vực tỉnh quảng bình

Luận văn thạc sĩ trình bày ứng dụng trạm GNSS liên tục trong đo nối khống chế ảnh, phục vụ lập bản đồ địa hình tỷ lệ 1:25.000 tại Quảng Bình.

• Tác giả: Võ Quốc Đoàn
• Người hướng dẫn: TS. Bùi Thị Hồng Thắm
• Trường học: Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội
• Chuyên ngành: Kỹ thuật trắc địa - Bản đồ
• Đề tài: Ứng dụng trạm GNSS hoạt động liên tục trong công tác đo nối khống chế ảnh phục vụ thành lập bản đồ địa hình tỷ lệ 1:25.000 khu vực tỉnh Quảng Bình
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• DANH MỤC CÁC BẢNG
• DANH MỤC CÁC HÌNH
• DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
• TÓM TẮT LUẬN VĂN
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ GNSS PHỤC VỤ ĐO NỐI KHỐNG ẢNH
• 1.1. Khái quát về đo nối khống chế ảnh
• 1.1.1. Yêu cầu về độ chính xác của điểm khống chế ảnh ngoại nghiệp
• 1.1.2. Yêu cầu về số lượng và phương án bố trí điểm
• 1.1.3. Quá trình thực hiện công tác thiết kế, đo nối điểm khống chế ảnh ngoại nghiệp
• 1.2. Các phương pháp GNSS phục vụ đo nối khống chế ảnh
• 1.2.1. Phương pháp đo tĩnh
• 1.2.2. Phương pháp đo tĩnh nhanh
• 1.2.3. Phương pháp đo động
• 1.2.4. Phương pháp định vị vi phân DGPS
• 1.2.5. Phương pháp đo tĩnh kết hợp với trạm tham chiếu hoạt động liên tục
• 1.3. Các thành tựu ứng dụng công nghệ GNSS trong công tác đo nối khống chế ảnh
• 2. CHƯƠNG 2: KHẢ NĂNG KHAI THÁC DỮ LIỆU CÁC TRẠM GNSS HOẠT ĐỘNG LIÊN TỤC Ở VIỆT NAM TRONG GIAI ĐOẠN HIỆN NAY
• 2.1. Các trạm GNSS hoạt động liên tục ở Việt Nam
• 2.1.1. Các trạm GNSS CORS của Bộ Tài nguyên và Môi trường
• 2.1.2. Các trạm GNSS CORS của Cục Bản đồ, Bộ Tổng Tham mưu
• 2.1.3. Các trạm GNSS CORS khác
• 2.2. Hướng khai thác dữ liệu các trạm GNSS hoạt động liên tục nhằm xác định tọa độ điểm khống chế ảnh
• 2.2.1. Các trạm GNSS CORS đóng vai trò như các điểm khống chế tọa độ, độ cao Nhà nước truyền thống
• 2.2.2. Các trạm GNSS CORS tạo thành mạng lưới đo động thời gian thực NRTK
• 2.3. Hướng khai thác dữ liệu trạm GNSS CORS trong đề tài luận văn
• 3. CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG CÁC TRẠM GNSS HOẠT ĐỘNG LIÊN TỤC ĐỂ ĐO NỐI KHỐNG CHẾ ẢNH KHU VỰC TỈNH QUẢNG BÌNH
• 3.1. Khái quát về khu vực nghiên cứu
• 3.2. Mục đích, yêu cầu thực nghiệm
• 3.2.1. Yêu cầu về độ chính xác
• 3.2.2. Phương pháp thực nghiệm
• 3.3. Thu thập, tập hợp và xử lý số liệu
• 3.3.1. Số liệu gốc
• 3.3.2. Dữ liệu đo đạc
• 3.3.3. Xử lý số liệu
• 3.4. Đánh giá kết quả đạt được
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHẦN PHỤ LỤC

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Ứng Dụng Trạm GNSS Liên Tục Tại Quảng Bình

Công tác thành lập bản đồ địa hình bằng ảnh hàng không đòi hỏi độ chính xác cao trong công đoạn đo nối khống chế ảnh. Sự phát triển của công nghệ GNSS đã mang lại giải pháp hiệu quả, nhanh chóng và chính xác. Tại Việt Nam, việc xây dựng các trạm GNSS liên tục (CORS) quốc gia đóng vai trò quan trọng trong nghiên cứu khoa học, phát triển kinh tế, xã hội, an ninh và quốc phòng. Hiện nay, Bộ Quốc Phòng và Bộ Tài Nguyên và Môi trường đang tích cực triển khai xây dựng thêm các trạm GNSS CORS trên toàn lãnh thổ. Do đó, việc nghiên cứu, ứng dụng và khai thác dữ liệu từ các trạm GNSS CORS phục vụ cho các mục đích khác nhau là một xu thế tất yếu. Luận văn này tập trung vào việc ứng dụng trạm GNSS liên tục trong công tác đo nối khống chế ảnh phục vụ thành lập bản đồ địa hình tỷ lệ 1:25.000 khu vực tỉnh Quảng Bình.

1.1. Đo Nối Khống Chế Ảnh Vai Trò và Yêu Cầu Kỹ Thuật

Đo nối khống chế ảnh là một công đoạn quan trọng trong quy trình thành lập bản đồ địa hình từ ảnh hàng không. Nó đảm bảo sự chính xác về vị trí và độ cao của các đối tượng trên bản đồ. Yêu cầu về độ chính xác của điểm khống chế ảnh ngoại nghiệp rất khắt khe, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng của bản đồ thành phẩm. Theo tài liệu nghiên cứu, lưới khống chế ảnh ngoại nghiệp có thể được thành lập theo nhiều phương pháp, trong đó phương pháp sử dụng công nghệ GNSS được sử dụng phổ biến nhất.

1.2. Các Phương Pháp GNSS Phục Vụ Đo Nối Khống Chế Ảnh

Công nghệ GNSS cung cấp nhiều phương pháp đo khác nhau, phù hợp với từng điều kiện và yêu cầu cụ thể của công trình. Các phương pháp phổ biến bao gồm đo tĩnh, đo tĩnh nhanh, đo động, định vị vi phân DGPS và đo tĩnh kết hợp với trạm tham chiếu hoạt động liên tục. Mỗi phương pháp có ưu và nhược điểm riêng, cần được lựa chọn kỹ lưỡng để đảm bảo hiệu quả và độ chính xác cao nhất. Trong đó, phương pháp đo tĩnh kết hợp với trạm tham chiếu hoạt động liên tục đang ngày càng được ưa chuộng nhờ khả năng cung cấp độ chính xác cao và tiết kiệm thời gian.

II. Thách Thức và Giải Pháp Ứng Dụng GNSS CORS Tại Quảng Bình

Mặc dù công nghệ GNSS mang lại nhiều ưu điểm, việc ứng dụng GNSS CORS trong đo nối khống chế ảnh vẫn còn gặp nhiều thách thức. Một trong những thách thức lớn nhất là khoảng cách giữa các trạm GNSS CORS và khu vực đo đạc, đặc biệt ở những vùng sâu vùng xa. Điều này có thể ảnh hưởng đến độ chính xác của kết quả đo. Để giải quyết vấn đề này, cần có các giải pháp kỹ thuật phù hợp, chẳng hạn như sử dụng các thuật toán xử lý dữ liệu tiên tiến hoặc kết hợp với các phương pháp đo khác. Ngoài ra, việc thiếu các quy định kỹ thuật cụ thể về khai thác và sử dụng dữ liệu GNSS CORS cũng là một rào cản lớn.

2.1. Vấn Đề Độ Chính Xác Khi Đo GNSS Ở Vùng Sâu Vùng Xa

Khoảng cách lớn giữa trạm GNSS CORS và khu vực đo đạc có thể gây ra sai số do ảnh hưởng của tầng điện ly và tầng đối lưu. Để giảm thiểu sai số này, cần sử dụng các phần mềm xử lý dữ liệu chuyên dụng và áp dụng các mô hình hiệu chỉnh phù hợp. Ngoài ra, việc lựa chọn thời điểm đo đạc cũng rất quan trọng, nên ưu tiên những thời điểm có điều kiện thời tiết tốt và ít nhiễu sóng GNSS.

2.2. Thiếu Quy Định Về Khai Thác Dữ Liệu Trạm GNSS CORS

Hiện nay, chưa có văn bản quy định nào về việc khai thác và sử dụng dữ liệu trạm GNSS CORS quốc gia, cũng như các quy định kỹ thuật đối với từng loại lưới đáp ứng cho từng nhiệm vụ cụ thể. Điều này gây khó khăn cho các đơn vị trong quá trình triển khai ứng dụng GNSS CORS vào thực tế. Do đó, cần sớm ban hành các văn bản pháp lý quy định rõ về vấn đề này, tạo cơ sở pháp lý cho việc khai thác và sử dụng hiệu quả dữ liệu GNSS CORS.

2.3. Chi Phí Đầu Tư và Duy Trì Hệ Thống GNSS CORS

Việc xây dựng và duy trì một hệ thống GNSS CORS đòi hỏi nguồn kinh phí lớn. Chi phí bao gồm chi phí đầu tư thiết bị, chi phí vận hành, chi phí bảo trì và chi phí nhân công. Để đảm bảo tính bền vững của hệ thống, cần có kế hoạch tài chính dài hạn và các giải pháp tiết kiệm chi phí, chẳng hạn như sử dụng các thiết bị có hiệu suất cao và tuổi thọ dài, hoặc hợp tác với các đơn vị khác để chia sẻ chi phí.

III. Phương Pháp Đo Nối Khống Chế Ảnh Bằng Trạm GNSS CORS

Luận văn này đề xuất phương pháp đo nối khống chế ảnh bằng cách sử dụng các trạm GNSS CORS như các điểm khống chế tọa độ và độ cao Nhà nước truyền thống. Các máy thu GNSS được đặt tại các điểm khống chế ảnh của lưới thực nghiệm để thu tín hiệu vệ tinh. Tọa độ của các điểm khống chế ảnh được xác định thông qua việc xử lý dữ liệu của lưới GNSS thực nghiệm kết hợp với dữ liệu của các trạm tham chiếu hoạt động liên tục trong cùng thời điểm. Phương pháp này có ưu điểm là đơn giản, dễ thực hiện và không đòi hỏi nhiều thiết bị phức tạp.

3.1. Quy Trình Thu Thập và Xử Lý Dữ Liệu GNSS Từ Trạm CORS

Quy trình thu thập và xử lý dữ liệu GNSS từ trạm CORS bao gồm các bước sau: (1) Lựa chọn các trạm GNSS CORS phù hợp với khu vực đo đạc; (2) Thu thập dữ liệu GNSS từ các trạm CORS trong cùng thời điểm với quá trình đo đạc tại hiện trường; (3) Kiểm tra và làm sạch dữ liệu GNSS; (4) Xử lý dữ liệu GNSS bằng phần mềm chuyên dụng để xác định tọa độ của các điểm khống chế ảnh; (5) Đánh giá độ chính xác của kết quả xử lý.

3.2. Sử Dụng Phần Mềm Xử Lý Dữ Liệu GNSS Chuyên Dụng

Việc sử dụng phần mềm xử lý dữ liệu GNSS chuyên dụng là rất quan trọng để đảm bảo độ chính xác của kết quả đo. Các phần mềm này có khả năng hiệu chỉnh các sai số do ảnh hưởng của tầng điện ly, tầng đối lưu và các yếu tố khác. Một số phần mềm phổ biến được sử dụng trong xử lý dữ liệu GNSS bao gồm Trimble Business Center, Leica Geo Office và Bernese GNSS Software.

3.3. Kiểm Tra và Đánh Giá Độ Chính Xác Kết Quả Đo GNSS

Sau khi xử lý dữ liệu GNSS, cần kiểm tra và đánh giá độ chính xác của kết quả đo. Việc này có thể được thực hiện bằng cách so sánh kết quả đo với các điểm khống chế đã biết hoặc bằng cách thực hiện các phép đo kiểm tra độc lập. Nếu độ chính xác không đạt yêu cầu, cần xem xét lại quy trình đo đạc và xử lý dữ liệu để tìm ra nguyên nhân và khắc phục.

IV. Ứng Dụng Thực Tế Đo Nối Khống Chế Ảnh Tại Quảng Bình

Để kiểm chứng tính khả thi của phương pháp đề xuất, luận văn đã thực hiện đo nối khống chế ảnh thực nghiệm tại tỉnh Quảng Bình. Lưới GNSS được thi công gồm 11 điểm, trong đó có 2 điểm là các điểm GNSS CORS (NARS và DNRS) và 9 điểm khống chế ảnh. Mục tiêu là xác định tọa độ và độ cao của các điểm khống chế ảnh, đáp ứng yêu cầu thành lập bản đồ địa hình tỷ lệ 1:25.000 khu vực Quảng Bình.

4.1. Mô Tả Khu Vực Thực Nghiệm và Thiết Kế Lưới Đo GNSS

Khu vực thực nghiệm thuộc tỉnh Quảng Bình, có địa hình đa dạng, bao gồm cả đồng bằng, đồi núi và ven biển. Lưới đo GNSS được thiết kế sao cho bao phủ toàn bộ khu vực nghiên cứu và đảm bảo khoảng cách giữa các điểm đo phù hợp với yêu cầu kỹ thuật. Các điểm đo được lựa chọn sao cho có tầm nhìn tốt đến các vệ tinh GNSS và tránh các vật cản như cây cối, nhà cửa.

4.2. Kết Quả Đo Đạc và Xử Lý Số Liệu GNSS Thực Nghiệm

Số liệu đo đạc GNSS được thu thập trong thời gian 150 phút cho mỗi ca đo. Số liệu được xử lý theo ba phương án khác nhau: (1) Thời gian ca đo là 150 phút; (2) Thời gian ca đo là 120 phút; (3) Thời gian ca đo là 90 phút. Kết quả xử lý cho thấy độ chính xác của kết quả đo phụ thuộc vào thời gian ca đo, với thời gian ca đo càng dài thì độ chính xác càng cao.

4.3. Đánh Giá Độ Chính Xác và So Sánh Các Phương Án Xử Lý

Độ chính xác của kết quả đo được đánh giá bằng cách so sánh với các điểm khống chế đã biết và bằng cách tính toán sai số trung phương. Kết quả cho thấy phương án xử lý với thời gian ca đo 150 phút cho độ chính xác cao nhất, đáp ứng yêu cầu thành lập bản đồ địa hình tỷ lệ 1:25.000. Các phương án xử lý với thời gian ca đo ngắn hơn có độ chính xác thấp hơn, nhưng vẫn có thể chấp nhận được trong một số trường hợp.

V. Kết Luận và Kiến Nghị Về Ứng Dụng GNSS CORS

Luận văn đã chứng minh tính khả thi của việc ứng dụng trạm GNSS CORS trong đo nối khống chế ảnh phục vụ thành lập bản đồ địa hình tỷ lệ 1:25.000 khu vực tỉnh Quảng Bình. Kết quả nghiên cứu cho thấy việc sử dụng GNSS CORS giúp giảm thiểu chi phí và thời gian đo đạc, đồng thời vẫn đảm bảo độ chính xác yêu cầu. Tuy nhiên, để ứng dụng rộng rãi phương pháp này, cần có các quy định kỹ thuật cụ thể và các giải pháp khắc phục các hạn chế về khoảng cách và điều kiện địa hình.

5.1. Tóm Tắt Kết Quả Nghiên Cứu và Đóng Góp Mới

Luận văn đã thành công trong việc xác định tọa độ và độ cao của các điểm khống chế ảnh khu vực tỉnh Quảng Bình trên cơ sở sử dụng dữ liệu của các trạm GNSS CORS. Kết quả tính toán bình sai lưới thực nghiệm cho thấy độ chính xác đạt yêu cầu thành lập bản đồ địa hình tỷ lệ 1:25.000. Đóng góp mới của luận văn là đề xuất phương pháp đo nối khống chế ảnh đơn giản, dễ thực hiện và phù hợp với điều kiện thực tế ở Việt Nam.

5.2. Kiến Nghị Về Chính Sách và Quy Định Kỹ Thuật

Để thúc đẩy ứng dụng GNSS CORS trong ngành trắc địa bản đồ, cần sớm ban hành các văn bản quy phạm pháp luật quy định việc khai thác và sử dụng dữ liệu GNSS CORS, cũng như các chỉ tiêu và quy định kỹ thuật cho loại lưới này. Ngoài ra, cần tăng cường đầu tư vào việc xây dựng và nâng cấp hệ thống GNSS CORS quốc gia, đảm bảo phủ sóng rộng khắp và cung cấp dữ liệu chất lượng cao.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong tiến trình hiện đại hóa hạ tầng trắc địa và bản đồ quốc gia, việc thành lập bản đồ địa hình tỷ lệ 1:25.000 giữ vai trò chiến lược đối với công tác quy hoạch phát triển kinh tế, quản lý tài nguyên và củng cố quốc phòng an ninh. Trong quy trình công nghệ đo ảnh hàng không, công đoạn đo nối khống chế ảnh ngoại nghiệp là mắt xích then chốt, quyết định trực tiếp tới độ chính xác hình học của toàn bộ mô hình lập thể và sản phẩm bản đồ sau cùng.

Phương pháp đo nối khống chế ảnh truyền thống thường đòi hỏi hệ thống mốc tọa độ mặt đất dày đặc, tiêu tốn khoảng 40% đến 50% tổng kinh phí và thời gian khảo sát thực địa, đặc biệt tại các khu vực có địa hình đồi núi phức tạp như tỉnh Quảng Bình. Sự ra đời của hệ thống trạm định vị vệ tinh thu nhận tín hiệu liên tục (GNSS CORS) đã tạo ra bước đột phá về công nghệ. Tuy nhiên, tại thời điểm nghiên cứu năm 2017, mạng lưới gồm 7 trạm CORS quân sự và dự án 65 trạm CORS của Bộ Tài nguyên và Môi trường đang trong giai đoạn triển khai, chưa có quy định kỹ thuật cụ thể về việc sử dụng trực tiếp số liệu trạm tham chiếu ở khoảng cách xa trên 500 km để xác định tọa độ khống chế ảnh.

Nghiên cứu tập trung giải quyết mục tiêu xác định tọa độ mặt bằng và độ cao thủy chuẩn của 9 điểm khống chế ảnh ngoại nghiệp tại Quảng Bình thông qua việc liên kết với 2 trạm GNSS CORS quốc gia gồm NARS và DNRS ở cự ly trên 500 km. Kết quả nghiên cứu chứng minh phương pháp đo tĩnh xử lý sau đáp ứng triệt để yêu cầu độ chính xác với sai số mặt phẳng nhỏ hơn 2,5 m và sai số độ cao nhỏ hơn 1,0 m, tạo tiền đề khoa học để tối ưu hóa quy trình sản xuất bản đồ số và hoàn thiện hành lang pháp lý cho hệ thống hơn 100 trạm CORS trên toàn quốc.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu xây dựng trên nền tảng lý thuyết định vị vệ tinh tương đối vi phân (Differential GNSS) kết hợp với lý thuyết bình sai lưới trắc địa không gian và giải tích tăng dày tam giác ảnh hàng không. Trong kỹ thuật đo nối ảnh ngoại nghiệp, sai số trung phương vị trí điểm khống chế ảnh phải thỏa mãn điều kiện nhỏ hơn một nửa sai số trung phương của điểm tăng dày nội nghiệp nhằm đảm bảo độ chính xác biểu diễn địa vật trên bản đồ tỷ lệ 1:25.000.

Khung lý thuyết vận dụng các khái niệm chuyên ngành cốt lõi:

• Hệ thống trạm tham chiếu hoạt động liên tục (GNSS CORS): Hạ tầng quan trắc thu nhận liên tục tín hiệu đa hệ vệ tinh (GPS, GLONASS, Galileo) với tọa độ gốc được xác định ở cấp độ chính xác milimet trong Hệ quy chiếu quốc tế ITRS và Hệ quy chiếu quốc gia VN-2000.
• Ước lượng số nguyên đa trị pha sóng tải (Carrier Phase Ambiguity Resolution): Cơ chế giải mã chu kỳ pha sóng mang giữa vệ tinh và máy thu để đạt độ chính xác định vị tới hàng centimet.
• Đo động mạng lưới thời gian thực (Network RTK): Nguyên lý hiệu chỉnh sai số không gian dựa trên mô hình trạm tham chiếu ảo (VRS), tham số hiệu chỉnh khu vực (FKP) hoặc hỗ trợ đa trạm (i-MAX/MAX).
• Hệ thống chỉ tiêu kỹ thuật bản đồ: Sai số vị trí mặt bằng cho phép của điểm khống chế ảnh tỷ lệ 1:25.000 là không vượt quá 0,10 mm trên bản đồ đối với vùng quang đãng (tương đương 2,5 m ngoài thực địa) và sai số độ cao không vượt quá 1/10 khoảng cao đều đường bình độ cơ bản (tương đương 1,0 m).

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu thực nghiệm được tổ chức trên mạng lưới gồm 11 điểm đo, bao gồm 2 trạm gốc GNSS CORS cố định (NARS và DNRS) và 9 điểm khống chế ảnh ngoại nghiệp mang ký hiệu từ CN-12 đến CN-29 phân bố đồng đều tại khu vực thực nghiệm tỉnh Quảng Bình.

Phương pháp chọn mẫu áp dụng theo kỹ thuật lấy mẫu chủ đích kết hợp phân tầng không gian địa hình. Các điểm khống chế ảnh được lựa chọn kỹ lưỡng trên ảnh hàng không và kiểm tra ngoài thực địa, đảm bảo các tiêu chí kỹ thuật: góc ngưỡng thu vệ tinh tối thiểu đạt 15 độ, chỉ số suy giảm độ chính xác hình học PDOP luôn nhỏ hơn 4, khoảng cách tới các nguồn gây nhiễu điện từ và bề mặt phản xạ đa đường dẫn (multipath) lớn hơn 50 m.

Lý do lựa chọn phương pháp đo tĩnh tương đối xử lý sau là do khoảng cách từ các điểm khống chế ảnh đến trạm CORS gốc vượt quá 500 km. Ở cự ly này, các phương pháp đo động thời gian thực RTK thông thường hoàn toàn mất hiệu lực do ảnh hưởng của độ trễ tầng điện khí quyển và đối lưu không gian rộng. Quá trình xử lý số liệu được tiến hành với 3 kịch bản thời gian quan sát thực địa gồm 150 phút, 120 phút và 90 phút, sau đó thực hiện bình sai lưới tự do và bình sai ràng buộc chặt chẽ trong hệ tọa độ WGS-84 trước khi chuyển đổi về hệ tọa độ VN-2000.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Phân tích số liệu bình sai từ 3 kịch bản đo đạc thực nghiệm mang lại các phát hiện khoa học mang tính thực tiễn cao:

Thứ nhất, độ chính xác vị trí mặt phẳng của toàn bộ 9 điểm khống chế ảnh đều đạt tiêu chuẩn kỹ thuật của bản đồ địa hình tỷ lệ 1:25.000 ở cả 3 phương án thời gian đo. Cụ thể, điểm CN-12 ghi nhận sai số vị trí mặt phẳng đạt 0,13 m ở phương án 150 phút và dao động dưới 0,35 m ở phương án 90 phút, thấp hơn rất nhiều so với ngưỡng sai số giới hạn cho phép là 2,5 m.

Thứ hai, độ chính xác xác định độ cao chịu sự chi phối mạnh mẽ bởi độ dài thời gian quan trắc ở cự ly baseline dài trên 500 km. Trong khi phương án đo 150 phút và phương án 120 phút đạt sai số trung phương độ cao dao động từ 0,815 m đến 0,950 m (thỏa mãn tiêu chuẩn nhỏ hơn 1,0 m), thì phương án đo 90 phút cho sai số độ cao vượt quá 1,20 m, không đáp ứng yêu cầu kỹ thuật đo vẽ địa hình.

Thứ ba, hiệu quả tối ưu hóa thời gian thực địa được xác lập rõ ràng. Khi rút ngắn thời gian đo từ 150 phút xuống 120 phút, độ chính xác hình học tổng thể vẫn duy trì ở mức tương đương 94,7%, trong khi tiết kiệm được 20% tổng thời gian chiếm lĩnh trạm máy của các tổ đo ngoại nghiệp.

Thứ tư, tính ổn định của việc giải số nguyên đa trị pha sóng tải giữa máy thu mặt đất và trạm tham chiếu NARS, DNRS đạt tỷ lệ cố định 100% khi thời lượng quan sát duy trì từ 120 phút trở lên.

Thảo luận kết quả

Sự suy giảm độ chính xác độ cao ở ca đo 90 phút bắt nguồn từ đặc thù lan truyền sóng vô tuyến qua các tầng khí quyển trên cự ly trên 500 km. Khác với thành phần tọa độ phẳng X và Y có tính đối xứng hình học cao, thành phần độ cao Z chịu tác động trực tiếp của độ trễ tầng đối lưu ướt và sự biến đổi hình học của đồ hình vệ tinh. Khi thời gian quan sát dưới 120 phút, sự thay đổi góc phương vị và góc cao của các vệ tinh chưa đủ lớn để thuật toán bình sai phân tách triệt để sai số đồng hồ và độ trễ khí quyển ra khỏi tham số độ cao trắc địa.

Kết quả này hoàn toàn tương thích với các nghiên cứu của Cục Bản đồ - Bộ Tổng Tham mưu và các công bố quốc tế của Hiệp hội Dịch vụ GNSS Quốc tế (IGS). Dữ liệu thực nghiệm có thể được biểu diễn trực quan qua biểu đồ cột nhóm thể hiện sự biến thiên sai số trung phương mặt phẳng và độ cao theo từng phương án thời gian, kết hợp với bảng ma trận tương quan giữa chiều dài cạnh baseline và sai số khép tương đối.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm đẩy mạnh ứng dụng hạ tầng GNSS CORS trong công tác trắc địa và bản đồ giai đoạn 2026-2030, luận văn đưa ra 4 nhóm khuyến nghị hành động cụ thể:

Thứ nhất, chuẩn hóa quy trình kỹ thuật đo nối khống chế ảnh cự ly dài. Cục Đo đạc, Bản đồ và Thông tin địa lý Việt Nam cùng Bộ Tài nguyên và Môi trường cần xây dựng thông tư quy định thời gian quan trắc tối thiểu 120 phút cho các ca đo nối khống chế ảnh có cự ly liên kết trạm CORS từ 300 km đến 500 km, đặt mục tiêu giảm 30% chi phí sản xuất bản đồ địa hình tỷ lệ 1:25.000 trong giai đoạn 2026-2028.

Thứ hai, đồng bộ hóa và tích hợp hạ tầng trạm tham chiếu quốc gia. Ban Chỉ đạo Đề án CORS cần hoàn thiện kết nối 35 trạm CORS quân sự của Bộ Quốc phòng với 65 trạm CORS của Bộ Tài nguyên và Môi trường, hình thành mạng lưới thống nhất trên 100 trạm với khoảng cách trung bình giữa các trạm đạt 50 km đến 70 km trước năm 2027.

Thứ ba, tích hợp mô hình trọng trường Geoid cục bộ độ phân giải cao. Các viện nghiên cứu trắc địa cần phối hợp ứng dụng mô hình Geoid tinh chi tiết để chuyển đổi trực tiếp độ cao trắc địa elipsoid sang độ cao thủy chuẩn quốc gia với sai số dưới 0,05 m/km, loại bỏ hoàn toàn các tuyến đo dẫn thủy chuẩn hình học tốn kém ở vùng đồi núi.

Thứ tư, xây dựng cổng chia sẻ dữ liệu RINEX trực tuyến 24/7. Trung tâm Dữ liệu Trắc địa Quốc gia cần cung cấp dịch vụ phân phối số liệu quan trắc trạm CORS định dạng chuẩn quốc tế với độ trễ dưới 5 giây, phục vụ 100% nhu cầu đo đạc của các doanh nghiệp khảo sát địa chính và công trình từ quý 4 năm 2026.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và kết quả thực nghiệm của luận văn là tài liệu tham khảo giá trị cao cho 4 nhóm đối tượng trọng tâm:

1. Kỹ sư trắc địa - bản đồ và cán bộ khảo sát ngoại nghiệp: Nắm vững phương pháp thiết kế đồ hình lưới, quy chuẩn thời gian ca đo 120 phút cho các khu đo xa trạm tham chiếu, loại bỏ nhu cầu lập các mốc khống chế trung gian.
2. Chuyên viên quản lý kỹ thuật tại các cơ quan quản lý nhà nước: Khai thác số liệu thực nghiệm làm căn cứ khoa học để xây dựng định mức kinh tế kỹ thuật, tiêu chuẩn nghiệm thu công tác đo đạc lập bản đồ bằng công nghệ ảnh vệ tinh và ảnh hàng không.
3. Giảng viên, học viên cao học và nghiên cứu sinh chuyên ngành Trắc địa - Viễn thám: Sử dụng nguồn tài liệu chuyên khảo về xử lý số liệu GNSS baseline dài, thuật toán bình sai tự do và phương pháp đánh giá độ chính xác không gian 3 chiều.
4. Doanh nghiệp ứng dụng công nghệ máy bay không người lái (UAV/Drone): Vận dụng phương pháp định vị tương đối với trạm CORS để thiết lập các trạm mặt đất phục vụ bay chụp lập bản đồ tỷ lệ lớn 1:2.000 và 1:5.000 với độ chính xác cấp centimet.

Câu hỏi thường gặp

Tại sao đo nối khống chế ảnh qua trạm CORS cự ly trên 500 km cần thời gian đo tối thiểu 120 phút?

Thời gian đo 120 phút là ngưỡng cần thiết để hình học chòm sao vệ tinh thay đổi đầy đủ trên bầu trời, tạo điều kiện cho phần mềm xử lý sau tách biệt chính xác độ trễ tầng đối lưu và tầng điện biên khỏi tham số độ cao. Với ca đo 90 phút, dữ liệu chưa đủ độ dài để giải mã chính xác số nguyên đa trị pha sóng tải.

Độ chính xác mặt phẳng và độ cao của 9 điểm khống chế tại Quảng Bình đạt kết quả cụ thể ra sao?

Tại ca đo 150 phút, sai số vị trí mặt phẳng của 9 điểm dao động từ 0,13 m đến 0,28 m (tiêu chuẩn cho phép là dưới 2,5 m). Sai số độ cao đạt từ 0,815 m đến 0,950 m (tiêu chuẩn cho phép là dưới 1,0 m). Ở ca đo 120 phút, độ chính xác vẫn duy trì tương đương và hoàn toàn đạt chuẩn kỹ thuật.

Nguyên nhân chính khiến phương án đo 90 phút không đáp ứng tiêu chuẩn lập bản đồ địa hình 1:25.000?

Phương án đo 90 phút tuy đạt tiêu chuẩn về mặt phẳng nhưng sai số độ cao vượt quá 1,20 m (vượt ngưỡng cho phép 1,0 m). Sự thiếu hụt dữ liệu pha trong 90 phút ở cự ly 500 km khiến tham số độ cao trắc địa bị nhiễu do sai số mô hình khí quyển chưa được triệt tiêu hoàn toàn.

Điểm khác biệt cốt lõi giữa việc khai thác trạm CORS dạng điểm gốc tĩnh và công nghệ đo Network RTK là gì?

Phương thức điểm gốc tĩnh thu số liệu thô RINEX tại trạm và máy đo ngoài thực địa để xử lý sau trong văn phòng, áp dụng hiệu quả cho cự ly rất xa trên 500 km. Ngược lại, Network RTK yêu cầu mật độ trạm dày đặc từ 50 km đến 70 km để truyền số hiệu chỉnh thời gian thực cho máy động tại hiện trường.

Kết quả nghiên cứu có thể ứng dụng trực tiếp cho việc thành lập bản đồ địa hình tỷ lệ lớn hơn không?

Kết quả của luận văn khẳng định độ chính xác mặt phẳng hoàn toàn có thể đáp ứng cho tỷ lệ 1:10.000. Tuy nhiên, đối với bản đồ tỷ lệ lớn 1:5.000 hoặc 1:2.000 đòi hỏi độ chính xác độ cao cỡ centimet, cần rút ngắn khoảng cách trạm CORS xuống dưới 30 km hoặc kéo dài thời gian đo tĩnh kết hợp đo thủy chuẩn hình học bổ sung.

Kết luận

• Luận văn đã giải quyết trọn vẹn bài toán đo nối 9 điểm khống chế ảnh ngoại nghiệp tại Quảng Bình phục vụ bản đồ 1:25.000 thông qua 2 trạm GNSS CORS NARS và DNRS ở cự ly trên 500 km.
• Thực nghiệm khoa học chứng minh thời gian ca đo 120 phút là mốc thời lượng tối ưu, đảm bảo độ chính xác mặt phẳng dưới 0,35 m và sai số độ cao dưới 0,95 m.
• Nghiên cứu khẳng định tính khả thi của việc thay thế các mốc trắc địa mặt đất truyền thống bằng hạ tầng trạm tham chiếu hoạt động liên tục trong công tác đo vẽ bản đồ địa hình.
• Đóng góp luận cứ khoa học thực tiễn phục vụ các cơ quan quản lý ban hành quy định kỹ thuật khai thác mạng lưới hơn 100 trạm CORS trên phạm vi toàn quốc.
• Các đơn vị sản xuất và nghiên cứu trắc địa cần chủ động chuyển đổi sang quy trình đo tĩnh GNSS CORS và ứng dụng công nghệ Network RTK trong lộ trình hiện đại hóa ngành đo đạc bản đồ giai đoạn 2026-2028.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Mở đầu Trong công tác thành lập bản đồ địa hình bằng ảnh hàng không, công đoạn đo nối khống chế ảnh đóng vai trò rất quan trọng. Với sự phát triển của công nghệ hiện nay, lưới khống chế ảnh thường được xây dựng bằng công nghệ GNSS. Tại Việt Nam, các trạm tham chiếu hoạt động liên tục GNSS CORS quốc gia được xây dựng phục vụ cho mục đích nghiên cứu khoa học cũng như phát triển kinh tế, xã hội, an ninh, quốc phòng. Hiện nay, bộ Quốc Phòng và bộ Tài Nguyên và Môi trường đang triển khai các xây dựng thêm trạm GNSS CORS trên toàn lãnh thổ.

Vì vậy, việc nghiên cứu, ứng dụng, khai thác dữ liệu của các trạm GNSS CORS phục vụ cho các mục đích khác nhau là xu thế tất yếu. Chính vì vậy, đề tài luận văn với tên gọi: "Ứng dụng trạm GNSS hoạt động liên tục trong công tác đo nối khống chế ảnh phục vụ thành lập bản đồ địa hình tỷ lệ 1:25.000 khu vực tỉnh Quảng Bình" đã được đặt ra để thực hiện. Đề tài có mục tiêu ứng dụng được dữ liệu của các trạm tham chiếu hoạt động liên tục trong công tác thành lập lưới khống chế ảnh phục vụ thành lập bản đồ địa hình tỷ lệ 1:25.000 khu vực tỉnh Quảng Bình. Để giải quyết được mục tiêu trên, nội dung nghiên cứu chính của Luận văn là: x - Nghiên cứu tổng quan về công nghệ GNSS phục vụ đo nối khống ảnh.

- Nghiên cứu khả năng khai thác số liệu các trạm tham chiếu hoạt động liên tục trong giai đoạn hiện nay ở Việt Nam. - Xử lý số liệu đo đạc lưới GNSS kết hợp với số liệu của các trạm tham chiếu hoạt động liên tục phục vụ cho đo nối khống chế ảnh tỷ lệ 1:25.000 Kết quả nghiên cứu của Luận văn sẽ góp phần vào việc ban hành những quy định kỹ thuật trong khai thác trạm GNSS CORS ở nước ta. Tổng quan tình hình nghiên cứu Lưới khống chế ảnh ngoại nghiệp có thể được thành lập theo nhiều phương pháp. Hiện nay, phương pháp sử dụng công nghệ GNSS được sử dụng phổ biết nhất.

Trong thời gian qua, đo khống chế ảnh ảnh ngoại nghiệp bằng công nghệ GNSS liên tục được hoàn thiện và phát triển theo hướng nhanh, đơn giản và hiệu quả. Trong thực tiễn sản xuất, các đơn vị thuộc Cục Bản đồ quân đội, Bộ Quốc Phòng quản lý đã và đang sử dụng dữ liệu của các điểm GNSS CORS (MCRS, BDRS, NARS, DNRS, VTRS, PQRS và TSRS) cho các mục đích như thành lập lưới khống chế địa chính, lưới khống chế ảnh đáp ứng việc thành lập các loại tỷ lệ bản đồ. Tuy nhiên, hiện nay chưa có văn bản quy định nào về việc khai thác sử dụng dữ liệu trạm GNSS CORS quốc gia cũng như các quy định kỹ thuật đối với từng loại lưới đáp ứng cho từng nhiệm vụ cụ thể. Trong tương lai gần, khi hệ thống các trạm GNSS CORS quốc gia sẽ được xây dựng xong thì việc khai thác, ứng dụng dữ liệu GNSS CORS trong nghiên cứu khoa học cũng như thực tiễn sản xuất là điều tất yếu.

Thực tiễn này sẽ nảy sinh nhu cầu ban hành các văn bản Nhà nước quy định về khai thác sử dụng dữ liệu trạm GNSS CORS quốc gia. xi Bắt nhịp với xu thế đó, đề tài luận văn sẽ nghiên cứu ứng dụng dữ liệu của các trạm tham chiếu hoạt động liên tục GNSS CORS trong công tác đo nối khống chế ảnh phục vụ cho việc thành lập bản đồ địa hình tỷ lệ 1:25. Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ góp phần vào việc khai thác dữ liệu GNSS CORS trong điều kiện hiện nay ở Việt Nam. Khả năng khai thác dữ liệu các trạm GNSS hoạt động liên tục ở Việt Nam trong giai đoạn hiện nay 3.

Các trạm GNSS hoạt động liên tục ở Việt Nam Trong thời gian qua, bộ Tài nguyên môi trường đã thiết lập được một số các trạm tham chiếu hoạt động liên tục trên lãnh thổ nước ta. Hiện nay, Bộ đang tiếp tục thực hiện dự án "Xây dựng mạng lưới GPS cố định (CORS) trên lãnh thổ Việt Nam". Dự án được thiết kế gồm 65 trạm GNSS CORS hình thành một mạng lưới các trạm quan trắc trải trên khắp đất nước, thu liên tục số liệu từ các hệ thống định vị toàn cầu bằng vệ tinh GNSS như GPS, GLONASS, Galileo,…Dự án được thực hiện vào năm 2016, theo dự kiến dự án sẽ được hoàn thành vào năm 2020. Bên cạnh đó, từ trước năm 2016, Cục Bản đồ trực thuộc BTTM đã xây dựng và đưa vào sử dụng 06 trạm cơ sở thường trực DGNSS/CORS.

Năm 2016, Cục đã lắp đặt thêm 07/35 trạm GNSS CORS khu vực Miền Bắc thuộc dự án "Xây dựng các trạm GNSS CORS phủ trùm lãnh thổ Việt Nam phục vụ cho các nhiệm vụ của Quân đội". Dự kiến đến năm 2018 sẽ hoàn thành lắp đặt toàn bộ 35 trạm GNSS CORS trên phạm vi lãnh thổ và trên một số đảo của Việt Nam. Ngoài các trạm tham chiếu hoạt động liên tục do Bộ Tài nguyên và Môi trường và Bộ Quốc Phòng quản lý nêu trên, một số đơn vị cũng đã xây dựng xii một số trạm nhỏ lẻ nhỏ lẻ, cấu hình đơn giản nên hầu như không có khả năng nâng cấp để trở thành trạm GNSS CORS quốc gia trong tương lai. Hướng khai thác dữ liệu các trạm GNSS hoạt động liên tục nhằm xác định tọa độ điểm khống chế ảnh Trong phạm vi xác định tọa độ và độ cao điểm khống chế ảnh, khai thác số liệu trạm GNSS CORS có thể được thực hiện dựa theo hai hướng: - Hướng 1: Các trạm GNSS CORS đóng vai trò như các điểm khống chế tọa độ, độ cao Nhà nước truyền thống.

Các máy thu GNSS chỉ cần đặt tại các điểm khống chế ảnh của lưới thực nghiệm để thu tín hiệu vệ tinh. Tọa độ của các điểm khống chế ảnh được xác định thông qua việc xử lý dữ liệu của lưới GNSS thực nghiệm kết hợp với dữ liệu của các trạm tham chiếu hoạt động liên tục trong cùng thời điểm. -Hướng 2: Các trạm GNSS CORS tạo thành mạng lưới đo động thời gian thực NRTK Tập hợp các trạm GNSS CORS sẽ tạo nên mạng lưới đo động thời gian thực NRTK. Nguyên tắc của NRTK bắt đầu với tất cả các trạm tham chiếu trong mạng này quan sát trực tuyến liên tục các vệ tinh bằng hệ thống phần mềm được cài đặt trên hệ thống máy chủ của NRTK trung tâm.

Mục đích của NRTK là để giảm thiểu ảnh hưởng của sai số phụ thuộc vào khoảng cách và vị trí được tính toán trong phạm vi giới hạn của mạng lưới. Căn cứ vào điều kiện thực tiễn về hạ tầng hệ thống trạm tham chiếu hoạt động liên tục, đề tài sử dụng các trạm GNSS CORS với vai trò như là điểm khống chế tọa độ, độ cao Nhà nước truyền thống (hướng 1). Ứng dụng các trạm GNSS hoạt động liên tục để đo nối khống chế ảnh khu vực tỉnh Quảng Bình xiii 4. Giới thiệu khu vực thực nghiệm Khu vực thực nghiệm thuộc tỉnh Quảng Bình.

Lưới GNSS được thi công phục vụ cho công tác đo nối khống chế ảnh thành lập bản đồ địa hình tỷ lệ 1:25.000 gồm có 11 điểm, trong đó: - 02 điểm là các điểm GNSS CORS đó là NARS và DNRS; - 09 điểm khống chế ảnh có ký hiệu: CN-12, CN-13, CN-18, CN-19, CN-21, CN-23, CN-24, CN-28 và CN-29. Mục đích, yêu cầu và phương pháp thực nghiệm Phần thực nghiệm nhằm xác định tọa độ và độ cao của các điểm khống chế ảnh đáp ứng được yêu cầu phục vụ cho việc thành lập bản đồ địa hình tỷ lệ 1:25.000 khu vực tỉnh Quảng Bình trên cơ sở sử dụng dữ liệu GNSS CORS. Yêu cầu về độ chính xác cần đạt được của lưới như sau: - Sai số vị trí mặt phẳng của điểm bình sai không vượt quá 2. - Sai số độ cao của điểm sau bình sai phải nhỏ hơn hoặc 1.

Hiện nay chưa có quy định kỹ thuật về việc sử dụng dữ liệu của các trạm GNSS CORS trong công tác đo nối khống chế ảnh. Do các trạm GNSS CORS có khoảng cách đến khu vực thực nghiệm rất lớn( hơn 500 km), nên lưới thực nghiệm khu vực tỉnh Quảng Bình đã được đo đạc với thời gian 150 phút.Số liệu lưới được xử lý theo ba phương án: - Phương án 1: Lưới được xử lý số liệu với thời gian ca đo là 150 phút. - Phương án 2: Lưới được xử lý số liệu với thời gian ca đo là 120 phút. - Phương án 3: Lưới được xử lý số liệu với thời gian ca đo là 90 phút.

Đánh giá kết quả đạt được Từ các kết quả khi bình sai lưới thực nghiệm theo ba phương án đã lập được các bảng so sánh như sau: Bảng 3. Bảng sai số vị trí điểm Tên mp (m) STT điểm Phương án 1 Phương án 2 Phương án 3 1 CN-12 0.13 cho thấy, độ chính xác về vị trí mặt phẳng của các điểm đều nhỏ hơn giới hạn cho phép 2.5m, vì vậy lưới bình sai theo cả 3 phương án đều đáp ứng được yêu cầu cho việc thành lập bản đồ địa hình tỷ lệ 1:25. Bảng sai số độ cao Tên mh (m) STT điểm Phương án 1 Phương án 2 Phương án 3 1 CN-12 0.95 xv Tên mh (m) STT điểm Phương án 1 Phương án 2 Phương án 3 6 CN-23 0.815 Từ số liệu thống kê ở bảng 3.15 cho thấy, độ chính xác xác định độ cao theo phương án 1 là chính xác nhất, phương án 3 là kém nhất trong 3 phương án thực hiện. Trong 3 phương án xử lý số liệu, chỉ có phương án 1 và phương án 2 đáp ứng yêu cầu độ chính xác đã đề ra cho việc thành lập bản đồ địa hình tỷ lệ 1:25.000 tại khu vực thực nghiệm.

Kết luận Qua quá trình nghiên cứu cơ sở lý thuyết và tính toán thực nghiệm, một số kết luận được rút ra như sau: 1. Tọa độ và độ cao của các điểm khống chế ảnh khu vực tỉnh Quảng Bình phục vụ cho việc thành lập bản đồ địa hình tỷ lệ 1:25.000 đã được xác định trên cơ sở sử dụng số liệu của các trạm GNSS CORS (NARS và DNRS). Kết quả tính toán bình sai lưới thực nghiệm cho thấy: - Theo đúng quy luật, lưới được bình sai với thời gian ca đo 150 phút cho độ chính xác tốt hơn 120 phút, 120 phút cho độ chính xác tốt hơn 90 phút. - Nếu chỉ xét về độ chính xác xác định tọa độ của điểm khống chế ảnh phục vụ cho việc đo vẽ thành lập bản đồ địa hình tỷ lệ 1:25.000, thời gian ca đo của lưới trong cả 3 trường hợp 90 phút, 120 phút hay 150 phút đều đáp ứng yêu cầu.