Nghiên cứu phương pháp đo GPS động xử lý sau bằng máy thu một tần số với nhiều trạm cố định

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu hus nghiên cứu phương pháp đo gps động xử lý sau bằng máy thu một tần số với nhiều trạm cố định, khảo sát thực trạng, phân tích nguyên nhân, đề xuất

• Tác giả: Lê Văn Quang
• Người hướng dẫn: PGS. Trần Quốc Bình
• Trường học: Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên
• Chuyên ngành: Quản lý đất đai
• Đề tài: Nghiên Cứu Phương Pháp Đo Gps Động Xử Lý Sau Bằng Máy Thu Một Tần Số Với Nhiều Trạm Cố Định Trong Đo Đạc Địa Chính
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sỹ khoa học
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ GPS
• 1.1. Sự hình thành của hệ thống GPS
• 1.2. Cấu trúc của hệ thống GPS
• 1.2.1. Đoạn không gian
• 1.2.2. Đoạn điều khiển
• 1.2.3. Đoạn sử dụng
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA KỸ THUẬT ĐO GPS ĐỘNG XỬ LÝ SAU
• 3. CHƯƠNG 3: THỬ NGHIỆM ĐO ĐẠC ĐỊA CHÍNH BẰNG PHƢƠNG PHÁP GPS ĐỘNG XỬ LÝ SAU BẰNG MÁY THU MỘT TẦN SỐ VỚI NHIỀU TRẠM CỐ ĐỊNH TRÊN ĐỊA BÀN QUẬN NAM TỪ LIÊM, THÀNH PHỐ HÀ NỘI
• 3.1. Khái quát về khu vực thử nghiệm
• 3.2. Vị trí địa lý
• 3.3. Đặc điểm về địa hình, địa vật
• 3.4. Tình hình đo đạc địa chính và lập hồ sơ địa chính
• 3.5. Thử nghiệm thành lập lưới khống chế đo vẽ bằng phương pháp đo GPS động xử lý sau với nhiều trạm cố định
• 3.5.1. Điều kiện thử nghiệm
• 3.5.2. Kết quả thử nghiệm
• 3.6. Thử nghiệm đo vẽ chi tiết bằng phương pháp đo GPS động xử lý sau với nhiều trạm cố định
• 3.6.1. Điều kiện thử nghiệm
• 3.6.2. Kết quả thử nghiệm
• 3.7. Đề xuất một số giải pháp để nâng cao hiệu quả của phương pháp đo GPS động xử lý sau với nhiều trạm cố định trong đo đạc địa chính
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu phương pháp đo GPS động trong địa chính

Nghiên cứu phương pháp đo GPS động với nhiều trạm cố định trong địa chính là một lĩnh vực quan trọng trong quản lý đất đai. Hệ thống GPS đã trở thành công cụ không thể thiếu trong việc xác định tọa độ chính xác. Việc áp dụng công nghệ này giúp nâng cao hiệu quả trong công tác đo đạc địa chính, đồng thời giảm thiểu thời gian và chi phí. Nghiên cứu này sẽ tập trung vào việc phân tích các phương pháp đo GPS động và ứng dụng của chúng trong thực tiễn.

1.1. Ứng dụng công nghệ GPS trong đo đạc địa chính

Công nghệ GPS đã được ứng dụng rộng rãi trong đo đạc địa chính, giúp xác định tọa độ điểm với độ chính xác cao. Việc sử dụng GPS trong đo đạc không chỉ tiết kiệm thời gian mà còn giảm thiểu sai số do điều kiện thời tiết và địa hình.

1.2. Lợi ích của phương pháp đo GPS động

Phương pháp đo GPS động mang lại nhiều lợi ích như tăng năng suất lao động, giảm thiểu sự phụ thuộc vào các trạm cố định và cải thiện độ chính xác của kết quả đo. Điều này đặc biệt quan trọng trong việc lập bản đồ địa chính.

II. Vấn đề và thách thức trong nghiên cứu phương pháp đo GPS động

Mặc dù công nghệ GPS mang lại nhiều lợi ích, nhưng vẫn tồn tại một số thách thức trong việc áp dụng phương pháp đo GPS động. Các vấn đề như sai số do điều kiện môi trường, sự phụ thuộc vào số lượng trạm cố định và khả năng xử lý dữ liệu là những yếu tố cần được xem xét kỹ lưỡng.

2.1. Sai số trong đo GPS động

Sai số trong đo GPS động có thể phát sinh từ nhiều nguồn khác nhau, bao gồm sai số khí quyển, sai số đồng hồ và sai số do địa hình. Việc hiểu rõ các nguồn sai số này là cần thiết để cải thiện độ chính xác của kết quả đo.

2.2. Khó khăn trong việc bố trí trạm cố định

Bố trí các trạm cố định là một yếu tố quan trọng trong việc đảm bảo độ chính xác của phương pháp đo GPS động. Việc lựa chọn vị trí trạm không phù hợp có thể dẫn đến sai số lớn trong kết quả đo.

III. Phương pháp đo GPS động xử lý sau với nhiều trạm cố định

Phương pháp đo GPS động xử lý sau là một kỹ thuật tiên tiến giúp cải thiện độ chính xác trong đo đạc địa chính. Việc sử dụng nhiều trạm cố định cho phép giảm thiểu sai số và nâng cao độ tin cậy của kết quả đo.

3.1. Nguyên tắc hoạt động của phương pháp đo GPS động

Phương pháp đo GPS động hoạt động dựa trên nguyên tắc thu thập dữ liệu từ nhiều vệ tinh và xử lý chúng để xác định tọa độ chính xác. Việc sử dụng nhiều trạm cố định giúp cải thiện độ chính xác của kết quả đo.

3.2. Quy trình thực hiện đo GPS động

Quy trình thực hiện đo GPS động bao gồm các bước như thiết lập trạm cố định, thu thập dữ liệu từ vệ tinh và xử lý dữ liệu để xác định tọa độ. Mỗi bước đều cần được thực hiện cẩn thận để đảm bảo độ chính xác cao.

IV. Ứng dụng thực tiễn của phương pháp đo GPS động trong địa chính

Phương pháp đo GPS động đã được áp dụng thành công trong nhiều dự án đo đạc địa chính. Kết quả nghiên cứu cho thấy việc sử dụng nhiều trạm cố định không chỉ cải thiện độ chính xác mà còn tăng hiệu quả công việc.

4.1. Kết quả nghiên cứu tại quận Nam Từ Liêm

Kết quả thử nghiệm tại quận Nam Từ Liêm cho thấy việc sử dụng nhiều trạm cố định đã giúp giảm thiểu sai số và nâng cao độ chính xác trong đo đạc địa chính. Các số liệu thu thập được đã chứng minh tính khả thi của phương pháp này.

4.2. Đề xuất giải pháp nâng cao hiệu quả đo GPS động

Để nâng cao hiệu quả của phương pháp đo GPS động, cần có các giải pháp như cải thiện công nghệ thiết bị, tối ưu hóa quy trình đo và đào tạo nhân lực. Những giải pháp này sẽ giúp tăng cường độ chính xác và hiệu quả trong công tác đo đạc địa chính.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của phương pháp đo GPS động

Phương pháp đo GPS động với nhiều trạm cố định đã chứng minh được tính hiệu quả và độ chính xác trong đo đạc địa chính. Tương lai, công nghệ này sẽ tiếp tục phát triển và được ứng dụng rộng rãi hơn nữa trong lĩnh vực quản lý đất đai.

5.1. Tương lai của công nghệ GPS trong đo đạc

Công nghệ GPS sẽ tiếp tục phát triển với nhiều cải tiến về thiết bị và phần mềm. Điều này sẽ mở ra nhiều cơ hội mới cho việc ứng dụng trong đo đạc địa chính và các lĩnh vực khác.

5.2. Khuyến nghị cho nghiên cứu tiếp theo

Cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển các phương pháp đo GPS động để cải thiện độ chính xác và hiệu quả. Các nghiên cứu này sẽ đóng góp vào việc nâng cao chất lượng công tác đo đạc địa chính trong tương lai.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Công tác đo đạc và thành lập bản đồ địa chính đóng vai trò xương sống trong hệ thống quản lý đất đai quốc gia. Đến năm 2013, mạng lưới tọa độ địa chính hạng III tại Việt Nam đã được phủ trùm trên 63 tỉnh, thành phố với tổng số 12.631 điểm. Tuy nhiên, việc đo vẽ chi tiết và phát triển lưới khống chế đo vẽ bằng các phương pháp truyền thống như toàn đạc điện tử bộc lộ nhiều hạn chế về năng suất, đòi hỏi phải thông hướng liên tục giữa các trạm đo và tốn nhiều nhân lực. Phương pháp định vị toàn cầu GPS đo tĩnh tuy cho độ chính xác cao khoảng 5 mm + 1 ppm nhưng lại yêu cầu thời gian quan trắc kéo dài từ 30 đến 60 phút mỗi điểm. Ngược lại, kỹ thuật đo động thời gian thực (RTK) đòi hỏi máy thu hai tần số và hệ thống Radio Link đắt đỏ với bán kính phủ sóng giới hạn dưới 5 km đến 10 km.

Mục tiêu trọng tâm của nghiên cứu là đánh giá khả năng ứng dụng, phân tích độ chính xác và xác định hiệu quả thực tế của phương pháp đo GPS động xử lý sau (Post-Processing Kinematic - PPK) sử dụng máy thu một tần số (L1) kết hợp mô hình nhiều trạm cố định (Multi-Base). Nghiên cứu được triển khai thực nghiệm trên khu vực bãi quy hoạch có quy mô 30 ha tại quận Nam Từ Liêm, thành phố Hà Nội (địa bàn có diện tích tự nhiên 32,27 km2 và quy mô dân số 232.894 người).

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài thể hiện ở việc chứng minh khả năng thay thế thiết bị hai tần số đắt tiền bằng máy thu một tần số gọn nhẹ, giúp tiết kiệm từ 40% đến 50% chi phí đầu tư thiết bị ban đầu. Đồng thời, giải pháp đa trạm Base đảm bảo độ chính xác mặt bằng đạt ngưỡng sai số dưới 0,050 m cho bản đồ tỷ lệ 1:500 và dưới 0,100 m cho bản đồ tỷ lệ 1:1000, đáp ứng nghiêm ngặt các quy chuẩn kỹ thuật địa chính hiện hành.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng lý thuyết định vị vệ tinh tương đối sử dụng trị đo pha sóng tải (Carrier Phase Measurements) ở dải tần L1 (tần số 1575,42 MHz, bước sóng tương ứng khoảng 19 cm). Mô hình toán học khử sai số dựa trên các phép tổ hợp phân sai pha:

• Trị đo phân sai đơn (Single Difference): Khử triệt để sai số đồng hồ vệ tinh giữa hai máy thu cùng quan sát một vệ tinh.
• Trị đo phân sai đúp (Double Difference): Triệt tiêu đồng thời sai số đồng hồ vệ tinh và sai số đồng hồ máy thu, xác định vector cạnh đáy (Baseline) với độ chính xác cao.
• Trị đo phân sai ba (Triple Difference): Khử số nguyên chu kỳ ẩn nhằm ước tính sơ bộ tọa độ trạm đo và hỗ trợ phát hiện hiện tượng trượt chu kỳ.

Các khái niệm then chốt chi phối kỹ thuật đo bao gồm: giải số nguyên đa trị hay trị nguyên nhập nhằng (Integer Ambiguity Resolution - N), trạng thái lời giải cố định (Fixed Solution) so với lời giải trôi nổi (Float Solution), chỉ số suy giảm độ chính xác hình học không gian (PDOP yêu cầu nhỏ hơn 4 đến 6), và hiện tượng trượt chu kỳ (Cycle Slip) làm gián đoạn việc bám tín hiệu pha.

       [Vệ tinh GPS k]                 [Vệ tinh GPS s]
             /   \                           /   \
            /     \                         /     \
           /       \                       /       \
          v         v                     v         v
   [Trạm Base 1]  [Trạm Base 2]  ...  [Trạm Base n]   [Trạm Rover]
         \             |                   /               |
          \            |                  /                |
           +-----------+-----------------+                 |
                               |                           |
                  (Mô hình phân sai đúp Multi-Base)         |
                               |                           |
                               +==== Vector Baseline =====>+
                                     (Lời giải Fixed)

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu thực nghiệm được thu thập từ mạng lưới điểm đo gồm 7 điểm khống chế chuyên dùng (ký hiệu từ TN01 đến TN07) kết hợp liên kết với 2 điểm tọa độ Địa chính cơ sở hạng cao (điểm 104556 và điểm 116437) trên khu đất thử nghiệm 30 ha tại quận Nam Từ Liêm. Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm hàng trăm trị đo độc lập được thiết lập theo các kịch bản: 1 trạm Base, 2 trạm Base và 3 trạm Base.

Phương pháp chọn mẫu thực hiện theo nguyên tắc bố trí không gian: các trạm Base được đặt tại các điểm khống chế đã xác định tọa độ chính xác bằng phương pháp đo tĩnh (Static), tạo thành đồ hình tam giác đều bao quanh khu đo; các điểm Rover được bố trí linh hoạt tại cả khu vực quang đãng lẫn khu vực sát địa vật phức tạp nhằm kiểm chứng hiện tượng đa tuyến (Multipath).

Phương pháp phân tích số liệu áp dụng kỹ thuật bình sai lưới tự do và bình sai ràng buộc trên phần mềm Trimble Business Center và GPSurvey, so sánh đối chuẩn tọa độ đo PPK với tọa độ đo tĩnh chuẩn qua các khoảng thời gian thu tín hiệu: 2 epoch, 3 epoch, 5 epoch cho đến 36 epoch (khoảng 3 phút). Timeline nghiên cứu và xử lý thực nghiệm được hoàn thiện đồng bộ trong giai đoạn 2013 - 2014.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình phân tích thực nghiệm mang lại 4 phát hiện kỹ thuật mang tính đột phá:

• Nâng cao độ chính xác vị trí phẳng: Khi sử dụng mô hình 1 trạm Base đơn lẻ, sai số trung phương vị trí điểm phẳng dao động từ 0,028 m đến 0,045 m. Khi tăng số lượng lên 2 trạm Base, sai số vị trí điểm giảm khoảng 25% đến 30%. Khi áp dụng cấu hình 3 trạm Base (TN01, TN06, TN07), sai số trung phương vị trí mặt bằng co lại chỉ còn 0,012 m đến 0,022 m.
• Tối ưu hóa thời gian quan trắc trạm Rover: Tại mỗi điểm đo chi tiết, thời gian quan trắc chỉ cần từ 2 epoch đến 3 epoch (tương đương 2 đến 15 giây ghi nhận dữ liệu) đã đạt tỷ lệ cố định số nguyên chu kỳ (Fixed Solution) trên 95% ở điều kiện thông thoáng. Khi kéo dài thời gian đo lên 5 epoch, độ tin cậy đạt mức tuyệt đối 100%.
• Cải thiện độ chính xác độ cao: Sai số trung phương độ cao (Mh) giảm từ mức 0,058 m (khi dùng 1 Base) xuống còn 0,024 m đến 0,035 m (khi dùng 3 Base kết hợp 5 epoch), đáp ứng tiêu chuẩn sai số độ cao nhỏ hơn 1/10 khoảng cao đều đường bình độ.
• Kiểm soát rủi ro trượt chu kỳ và trị đo thô: Nhờ có các điều kiện đo dư tạo bởi các tam giác khép kín giữa các trạm Base và trạm Rover, hệ thống tự động loại bỏ các cạnh bị Float mà không cần phải thực hiện đo lặp lại ngoài thực địa.

Cấu hình trạm đo	Thời gian quan trắc (Epoch)	Sai số vị trí phẳng Mp (m)	Sai số độ cao Mh (m)	Tỷ lệ lời giải Fixed (%)
1 Trạm Base đơn	2 Epoch	0,042	0,058	91,2%
1 Trạm Base đơn	5 Epoch	0,031	0,046	94,8%
2 Trạm Base	3 Epoch	0,024	0,038	98,5%
3 Trạm Base đa giác	2 Epoch	0,019	0,032	99,1%
3 Trạm Base đa giác	5 Epoch	0,014	0,025	100,0%

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân cốt lõi giúp mô hình đa trạm Base đạt độ chính xác vượt trội nằm ở việc gia tăng số lượng phương trình trị đo phân sai đúp độc lập. Khi một trạm Rover liên kết đồng thời với 3 trạm Base, các ảnh hưởng trễ pha do tầng đối lưu và tầng điện ly cục bộ trong phạm vi dưới 10 km được tự động triệt tiêu theo cơ chế không gian đa hướng. Đồ hình bố trí trạm Base dạng tam giác bao trùm khu đo tạo ra sự đồng đều về góc hình học, giúp chỉ số PDOP luôn duy trì ổn định dưới ngưỡng 2,5.

So sánh với phương pháp đo toàn đạc điện tử truyền thống, phương pháp GPS PPK đa Base cho năng suất lao động cao gấp 4 đến 5 lần tại các khu vực đất nông nghiệp, đất quy hoạch mở rộng, đồng thời loại bỏ hoàn toàn yêu cầu thông hướng quang học giữa các mốc. So với phương pháp GPS RTK hai tần số, phương pháp PPK một tần số giảm thiểu 100% sự cố mất kết nối tín hiệu truyền số liệu không dây ngoài hiện trường, cho phép xử lý hậu kỳ chính xác với chi phí phần cứng thấp hơn 50%.

Đề xuất và khuyến nghị

Để ứng dụng hiệu quả phương pháp đo GPS động xử lý sau bằng máy thu một tần số với nhiều trạm cố định trong đo đạc địa chính, 4 nhóm giải pháp kỹ thuật cụ thể được đề xuất:

• Chuẩn hóa quy hoạch đồ hình trạm Base: Bố trí tối thiểu từ 2 đến 3 trạm Base tạo thành khung đa giác hoặc tam giác đều bao quanh toàn bộ khu đo. Khoảng cách từ trạm Base đến các điểm Rover xa nhất không vượt quá 5 km đối với máy thu một tần số. Chủ thể thực hiện: Đơn vị tư vấn khảo sát địa chính; Chỉ số mục tiêu: Đạt 100% lời giải Fixed; Thời gian áp dụng: Giai đoạn lập phương án thi công kỹ thuật.
• Đồng bộ hóa tham số cấu hình máy thu: Thiết lập góc ngưỡng thu nhận vệ tinh đồng bộ ở mức từ 15 độ trở lên tại tất cả các trạm Base và Rover nhằm loại bỏ tín hiệu vệ tinh góc thấp bị nhiễu tầng khí quyển. Giữ thời gian đo chi tiết từ 3 đến 5 epoch cho mỗi điểm ranh thửa. Chủ thể thực hiện: Kỹ thuật viên đo đạc ngoại nghiệp; Chỉ số mục tiêu: Giảm 80% hiện tượng đa tuyến; Thời gian áp dụng: Trong suốt quá trình quan trắc hiện trường.
• Áp dụng quy trình khởi đo kép (Double Initialization): Tiến hành thủ tục khởi đo trên điểm đã biết tọa độ (Known Point) ở đầu ca đo và thực hiện đo kiểm tra lại một điểm khống chế đã biết ở cuối ca đo. Kỹ thuật này giúp phát hiện và cô lập hiện tượng trượt chu kỳ ẩn phát sinh trong quá trình di chuyển máy. Chủ thể thực hiện: Tổ trưởng tổ đo đạc; Chỉ số mục tiêu: Loại bỏ 100% sai số thô do mất khóa chu kỳ pha.
• Tích hợp xử lý bình sai tự động trên hệ quy chiếu VN-2000: Sử dụng các phần mềm xử lý dữ liệu chuyên nghiệp (như Trimble Business Center) để bình sai đồng thời toàn bộ mạng lưới baseline, kết hợp áp dụng 7 tham số tính chuyển tọa độ theo quy định của Thông tư 973/2001/TT-TCĐC và Thông tư 55/2013/TT-BTNMT. Chủ thể thực hiện: Phòng kỹ thuật xử lý số liệu nội nghiệp; Chỉ số mục tiêu: Sai số vị trí điểm sau bình sai dưới 0,050 m.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và kết quả nghiên cứu của luận văn mang lại giá trị thực tiễn cho 4 nhóm đối tượng chính:

• Cơ quan quản lý nhà nước về đất đai: Cán bộ thuộc Sở Tài nguyên và Môi trường, Văn phòng Đăng ký đất đai có cơ sở khoa học để xây dựng, bổ sung định mức kinh tế - kỹ thuật và quy chuẩn đo vẽ bản đồ địa chính bằng công nghệ định vị vệ tinh chi phí thấp.
• Doanh nghiệp đo đạc và khảo sát công trình: Các kỹ sư trắc địa tại các công ty đo đạc bản đồ có thể áp dụng ngay quy trình công nghệ PPK nhiều Base để tối ưu hóa trang thiết bị máy thu một tần số sẵn có, nâng cao năng suất đo vẽ lên 300% và tiết kiệm chi phí mua sắm thiết bị hai tần số đắt đỏ.
• Giảng viên, nghiên cứu sinh và sinh viên chuyên ngành: Nguồn tài liệu học thuật giá trị cho các trường đại học đào tạo ngành Quản lý đất đai, Kỹ thuật Trắc địa - Bản đồ, Địa tin học nhằm giảng dạy sâu về mô hình toán đo pha phân sai và xử lý số liệu GPS động.
• Kỹ sư trắc địa công trình hạ tầng đô thị: Áp dụng phương pháp định vị đa Base để thành lập lưới khống chế thi công nhanh, đo vẽ hoàn công các khu đô thị mới, khu công nghiệp có diện tích từ 20 ha đến 100 ha.

Câu hỏi thường gặp

Đo GPS PPK một tần số khác biệt cơ bản như thế nào so với đo GPS RTK hai tần số?

Đo GPS RTK xử lý số liệu ngay tại thực địa qua sóng Radio Link trong phạm vi dưới 5 km và yêu cầu máy hai tần số đắt tiền. Ngược lại, đo GPS PPK một tần số ghi dữ liệu thô và xử lý hậu kỳ trong phòng, bán kính hoạt động lên tới 10 km đến 15 km, không lo mất sóng truyền dẫn và chi phí thiết bị rẻ hơn khoảng 50%.

Tại sao việc sử dụng từ 2 đến 3 trạm Base lại nâng cao độ chính xác đo PPK?

Khi sử dụng từ 2 đến 3 trạm Base, mỗi điểm Rover được xác định qua nhiều vector cạnh đáy độc lập tạo thành các vòng tam giác khép kín. Điều này tạo ra các điều kiện đo dư giúp bình sai lưới, loại bỏ ảnh hưởng trễ tầng khí quyển và giảm sai số vị trí điểm từ 0,042 m xuống dưới 0,015 m.

Phương pháp đo PPK nhiều trạm Base có đáp ứng độ chính xác lập bản đồ địa chính tỷ lệ 1:500 không?

Có. Theo Quy phạm đo vẽ bản đồ địa chính năm 2008, sai số vị trí điểm khống chế đo vẽ vùng đồng bằng cho tỷ lệ 1:500 không được vượt quá 0,050 m (và 0,060 m ở khu vực đô thị). Kết quả thực nghiệm 3 trạm Base đạt sai số 0,014 m đến 0,019 m, hoàn toàn đáp ứng vượt chuẩn.

Cần xử lý như thế nào khi máy thu Rover bị trượt chu kỳ (Cycle Slip) ngoài thực địa?

Khi gặp vật cản che khuất làm mất tín hiệu bám vệ tinh (số vệ tinh khỏe dưới 4), kỹ thuật viên cần di chuyển máy ra vị trí thông thoáng và thực hiện lại thủ tục khởi đo (Initialization) từ 1 đến 2 phút để máy thu xác định lại số nguyên chu kỳ ẩn trước khi tiếp tục đo chi tiết.

Quy trình quy chuẩn tọa độ từ hệ WGS-84 sang hệ tọa độ VN-2000 được thực hiện ra sao?

Dữ liệu đo GPS nguyên bản nằm trong hệ tọa độ không gian WGS-84. Để chuyển về hệ tọa độ phẳng VN-2000 kinh tuyến trục địa phương, kỹ thuật viên sử dụng tối thiểu 3 điểm khống chế tọa độ Nhà nước hạng cao phân bố đều trong khu đo để tính toán bộ 7 tham số chuyển đổi (hoặc 3 tham số dịch chuyển gốc) theo Thông tư số 973/2001/TT-TCĐC.

Kết luận

• Luận văn đã chứng minh tính khả thi, độ tin cậy và hiệu quả kinh tế vượt trội của phương pháp đo GPS động xử lý sau (PPK) bằng máy thu một tần số kết hợp nhiều trạm cố định trong đo đạc địa chính.
• Kết quả thực nghiệm khẳng định việc sử dụng cấu hình 3 trạm Base giúp sai số vị trí mặt bằng đạt độ chính xác cao từ 0,012 m đến 0,022 m và sai số độ cao dưới 0,035 m.
• Thời gian quan trắc tại mỗi điểm đo chi tiết chỉ cần từ 2 đến 5 epoch, giúp nâng cao năng suất đo vẽ hiện trường gấp 4 đến 5 lần so với các phương pháp trắc địa truyền thống.
• Đồ hình bố trí trạm Base dạng đa giác đối xứng kết hợp góc ngưỡng vệ tinh 15 độ triệt tiêu tối đa ảnh hưởng của tầng khí quyển và kiểm soát 100% rủi ro trượt chu kỳ.
• Đóng góp của đề tài mở ra giải pháp công nghệ kinh tế, hiệu quả cho các đơn vị đo đạc trong công tác đo vẽ bản đồ địa chính tỷ lệ lớn (1:500, 1:1000) và thành lập lưới khống chế đo vẽ. Các đơn vị tư vấn và cơ quan quản lý đất đai nên sớm đưa quy trình công nghệ này vào áp dụng thực tế tại các dự án đo đạc cấp cơ sở.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1. Tổng quan về công nghệ GPS Chương 2. Cơ sở khoa học của kỹ thuật đo GPS động xử lý sau Chương 3. Thử nghiệm đo đạc địa chính bằng phương pháp GPS động xử lý sau bằng máy thu một tần số với nhiều trạm cố định trên địa bàn quận Nam Từ Liêm, thành phố Hà Nội.

4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ 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 thì 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 thống 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 trắc địa thì hệ thống TRANSIT chỉ phù hợp với công tác xây dựng các mạng lưới khống chế cạnh dài. Nó không thoả mãn được các ứng dụng trong đo đạc thông dụng như đo đạc bản đồ, các công trình dân dụng [6]. Tiếp theo thành công của hệ thống TRANSIT, hệ thống định vị vệ tinh thế hệ thứ hai ra đời có tên là NAVSTAR-GPS (Navigation Satellite Timing And Ranging – Global Poisitioning 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 về chất so với hệ thống TRANSIT. 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 mẫu "Block I" [4].

Từ năm 1978 đến 1985 có 11 vệ tinh Block I đã được phóng lên quỹ đạo. Hiện nay một số vệ tinh thuộc khối I đã hết thời hạn sử dụng. Việc phóng vệ tinh thế hệ thứ II (Block II) bắt đầu vào năm 1989. Sau giai đoạn này, 24 vệ tinh đã triển khai trên 6 quĩ đạo nghiêng 550 so với mặt phẳng xích đạo Trái đất với chu kỳ gần 12 giờ ở độ cao xấp xỉ 20.

Loại vệ tinh bổ sung thế hệ III (Block III) được thiết kế thay thế những vệ tinh Block II đầu tiên bắt đầu phóng vào năm 1955. Vào tháng 4 năm 2007, có tổng số 30 vệ tinh của hệ thống GPS đang được hoạt động trên quỹ đạo [1]. Cùng có tính năng tương tự với hệ thống GPS đang hoạt động còn có hệ thống GLONASS của CHLB Nga nhưng không được thương mại hoá rộng rãi và một hệ 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] thống tương lai sẽ cạnh tranh thị trường với hệ thống GPS là hệ thống GALIEO của Cộng đồng Châu Âu. Những ứng dụng sớm nhất của GPS trong trắc địa bản đồ là trong công tác đo lưới khống chế.

Ở Việt Nam, phương pháp định vị vệ tinh đã được ứng dụng từ những năm đầu thập kỷ 1990. 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 lưới khống chế như Tây Nguyên, thượng nguồn sông Bé, Cà Mau [6]. Những năm sau đó công nghệ GPS đóng vai trò quyết định trong việc đo lưới cấp "0" lập hệ qui chiếu Quốc gia cũng như việc lập lưới khống chế hạng III phủ trùm lãnh thổ (gần 30000 điểm) [16] và nhiều lưới khống chế cho các công trình dân dụng khác. Hiện nay hệ thống GPS vẫn đang phát triển ngày càng hoàn thiện về phần cứng (thiết bị đo) và phần mềm (chương trình xử lý số liệu), được 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 và hiệu quả.

Cấu trúc của hệ thống GPS GPS là một hệ thống kỹ thuật phức tạp và theo chức năng được chia 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 [1] 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Đoạn không gian Đoạn không gian gồm tối thiểu 24 vệ tinh nhân tạo bay trên 6 mặt phẳng quỹ đạo cách đều nhau và nghiêng 550 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 20.200 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 bất kỳ vị trí nào trên Trái đất trong điều kiện địa hình thông thoáng cũng có thể quan trắc được ít nhất 4 vệ tinh GPS – điều kiện tối thiểu để có thể định vị được 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. 7 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Tín hiệu phát ra từ vệ tinh bao gồm 3 thành phần cơ bản sau [1]: - Hai 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 f0 = 10.23MHz là tần số cơ bản để tạo ra tín hiệu phát đi từ vệ tinh.

Các sóng tải có nhiệm vụ chuyển tải mã đo khoảng cách và các thông báo định vị. Vệ tinh GPS phát ra sóng tải ở 2 tần số ký hiệu là L1 và L2, các tần số này được tính từ tần số cơ bản như sau: fL1 = 154  f0 = 1575.60Mhz; Từ các tần số trên, có thể tính được bước sóng của L1 và L2 như sau: c c  L1 =  19 cm L2 =  24 cm f L1 f L2 Các mã giả ngẫu nhiên được sử dụng để đo khoảng cách từ vệ tinh tới máy thu. Các mã này được gọi là giả ngẫu nhiên vì chúng có tính chất gần giống như một mã ngẫu nhiên, nhưng trong thực tế được phát sinh ra theo một thuật toán phức tạp mà ta có thể biểu diễn một cách đơn giản dưới dạng hàm số G = G(PRN) với PRN là số nguyên có giá trị từ 1 đến 36. Với mỗi một giá trị của PRN sẽ có một giả ngẫu nhiên.

Mỗi vệ tinh GPS được gán một giá trị PRN riêng và do đó nó có mã giả ngẫu nhiên riêng [1]. Có hai loại mã giả ngẫu nhiên là: - C/A-code (viết tắt của từ “clear/access code” hay “coare/acquisition code”), được phát đi ở tần số 1.023Mhz và có chu kỳ lặp lại là 1ms (cứ 1ms thì mã C/A-code lại lặp lại). Chỉ có sóng tải L1 là được điều biến bởi C/A-code, tức là mã này chỉ có trong sóng L1. - P-code (viết tắt của từ “private code” hay “precide code”), được phát đi ở tần số 10.23Mhz và có chu kỳ lặp lại là 266.4 ngày này được chia thành các khoảng 7 ngày (1 tuần) và mỗi khoảng được gán với 1 vệ tinh.

Như vậy, P-code của mỗi vệ tinh sẽ lặp lại sau 1 tuần. P-code được truyền bởi cả 2 sóng tải L1 và L2. 8 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Khi chế độ A/S (Anti Spoofing) được bật thì P-code mã hoá thành Y-code và người dùng dân sự không sử dụng được. - Các thông báo định vị (Navigation message) chứa các thông tin dự báo về: + Lịch vệ tinh; + Các hệ số của mô hình dùng để hiệu chỉnh sai số đồng hồ của vệ tinh; + Trạng thái của vệ tinh (đang hoạt động, ngừng hoạt động, sửa chữa,…); + Các thông số của mô hình mô tả ảnh hưởng của tầng điện ly.

Các thông tin dự báo trên được các trạm điều khiển cung cấp lên vệ tinh rồi truyền xuống các máy thu của người sử dụng trong các thông báo định vị. Các thông báo định vị được phát đi từng bít một (0 hay 1) cứ sau 20 chu kỳ lặp lại của mã C/A- code. Toàn bộ một thông báo định vị dài 1500bit và để truyền tải một thông báo như vậy cần 30s [10]. Cấu trúc tín hiệu GPS [1] 9 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.

Đoạn điều khiển Đoạn điều khiển bao gồm các thiết bị để điều khiển vệ tinh, theo dõi trạng thái (sức khoẻ) của vệ tinh, theo dõi quỹ đạo, tính toán lịch vệ tinh, tải các dữ liệu lên vệ tinh. Đoạn điều khiển gồm 5 trạm mặt đất nằm ở Hawaii, Colorado Springs, đảo Ascension, Diego Garcia và Kwajalein. Các trạm này có chức năng như sau [1]: - Cả 5 trạm đều là các trạm theo dõi (monitoring station) có nhiệm vụ theo dõi trạng thái hoạt động và quỹ đạo của vệ tinh, chuyển các thông tin thu thập được về trạm điều khiển chính (master control station). - Trạm điều khiển chính đặt ở căn cứ không quân Schriever AFB (Air Force Base) ở Colorado Springs, có nhiệm vụ xử lý dữ liệu thu nhận 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 các lệnh điều khiển hệ thống như thay đổi đường bay của vệ tinh, tắt / bật các chế độ mã hoá,… - Ba trạm ở đảo Ascension, Diego Garcia và Kwajalein có chức năng tải dữ liệu lên các vệ tinh (bao gồm lịch vệ tinh, số liệu hiệu chỉnh đồng hồ để đưa vào thông báo định vị Navigation message và các lệnh từ trạm điều khiển chính). Mỗi trạm tải dữ liệu có thể quan sát được mọi vệ tinh ít nhất một lần trong ngày.