CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ ĐỊNH VỊ ĐỘNG THỜI GIAN THỰC TRONG THI CÔNG NHÀ CAO TẦNG 1. KHÁI QUÁT VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU, TRIỂN KHAI VÀ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GPS TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM 1. Nghiên cứu trên thế giới Năm 1983 bằng công nghệ GPS người ta xây dựng mạng lưới trắc địa ở Eifel (CHLB Đức). Tiếp theo đó nhiều mạng lưới cũng được xây dựng ở Montgomery Country, Pennsylvani (Mỹ)… Ưu điểm chủ yếu và quan trọng nhất của công nghệ GPS là có thể xác định được các véc tơ cạnh giữa các điểm trắc địa với độ chính xác cao mà không đòi hỏi sự thông hướng giữa các điểm đó.
Ngay từ những năm 90 của thế kỷ XX, khi hiểu được lợi thế của GPS người ta đã nói rằng, công nghệ GPS đã đưa các phương pháp xây dựng lưới trắc địa truyền thống thành “Những con khủng long thời tiền sử”. Để hướng dẫn thành lập lưới GPS tiểu ban lưới trắc địa (FGCS) của hiệp hội trắc địa quốc tế đã nghiên cứu và xuất bản “Tiêu chuẩn độ chính xác trắc địa hình học và hướng dẫn sử dụng kỹ thuật định vị GPS tương đối” (Geometric Geodetic Accuracy Standards and Specification for using GPS Relative Positioning Techniques) và tài liệu “Các tiêu chuẩn và hướng dẫn đối với lưới khống chế trắc địa” (Standards Standards and Specification for Geodetic Contron Networks). Cho đến nay nhiều nước trên thế giới đã coi GPS là phương pháp chủ yếu trong xây dựng các mạng lưới trắc địa. Bằng kỹ thuật đo tương đối tĩnh, người ta có thể xây dựng được các mạng lưới có cạnh dài đến hàng nghìn km.
Khung tọa độ quốc tế ITRF (International Celestial Reference Frame) thực chất là mạng lưới có cạnh dài như vậy. Bằng công nghệ GPS các nước châu Âu đã cùng nhau xây dựng khung tọa độ châu Âu gọi là EUREF (European Referance Frame). Từ khi GPS được sử dụng trong trắc địa, một số quy tắc và tiêu chuẩn phân cấp lưới tọa độ trước đây đã bị thay đổi. Từ khi có công nghệ GPS,người ta đã đưa các khái niệm mới đối với 5 lưới trắc địa đó là các mạng lưới tĩnh (Pasive control networks) và các mạng lưới động (Active control networks) Các mạng lưới tĩnh là các mạng có các mốc cố định trên mặt đất được đo với độ chính xác cao và là cơ sở trắc địa trải rộng liên tục trên 1 mục đích nhất định.
Các số liệu của các điểm trong mạng lưới được gọi là không đổi và không có sai số. Các mạng lưới này thường có độ chính xác đo chiều dài cạnh cỡ 1:250000 và đo độ cao cỡ một vài mm trên 1km. Có thể thấy rằng các mạng lưới này thuộc hệ thống lưới tọa độ và độ cao Nhà nước. Các mạng lưới động là các mạng lưới gồm một số điểm cố định có vai trò là các trạm theo dõi (Moniter Stations) làm cơ sở để xác định tọa độ cho nhiều điểm khác.
Các điểm cần xác định tọa độ cũng có thể là các điểm chuyển động cần xác định tọa độ tức thời. Với ý tưởng này từ nguyên tắc đo GPS vi phân (DGPS) người ta đã xây dựng hệ định vị vi phân diện rộng WADGPS (Wide – Area diferentital GPS). Hệ thống ACS của Canada (Canadian Active coltrol System ) là một ví dụ về loại lưới này. Mạng ACS được xây dựng bắt đầu năm 1985 , bao gồm 20 trạm theo dõi bố trí đều có Trạm chủ đặt tại Ottawa.
Hiện nay một số nước đã phát triển kỹ thuật định vị động với các trạm tham chiếu vào VRS (Virtual Reference Station). Nghiên cứu trong nước Năm 1990, cục đo đạc và bản đồ Nhà nước đã quyết định ứng dụng công nghệ GPS để đổi mới công nghệ xây dựng lưới tọa độ. Sau khi thử nghiệm thành công, công nghệ GPS được áp dụng ngay vào sản xuất để thi công lưới tọa độ cạnh ngắn Minh Hải, Sông Bé và Tây Nguyên gồm 117 điểm. Đây là những địa bàn còn lại chưa có lưới tọa độ vì không đủ điều kiện để thi công theo công nghệ đo đạc truyền thống.
Năm 1991, công nghệ GPS khoảng cách dài được thử nghiệm thành công, từ năm 1991 – 1992 chúng ta đã sử dụng công nghệ GPS để xây dựng một số mạng lưới hạng II ở những vùng khó khăn (Minh Hải, Tây Nguyên. Sử dụng GPS để xây dựng lưới trắc địa biển gồm 36 điểm đo nối 6 tất cả các đảo, quần đảo lớn với đất liền trong đó có 23 điểm trên quần đảo Trường Sa, kết nối đất liền với hải đảo xa trong một hệ thống tọa độ chung. Năm 1995, tổng cục địa chính đã quyết định xây dựng lưới tọa độ cấp “0” bằng công nghệ GPS cạnh dài (bằng máy 2 tần) với chiều dài cạnh trung bình khoảng 120 km gồm 71 điểm trong đó có 56 điểm trùng các điểm tọa độ hạng I, hạng II đã đo; Trong số các điểm mới đo có một điểm gốc mới ở Hà Nội. Lưới tọa độ cấp “0” đóng vai trò kiểm tra chất lượng các lưới tọa độ hạng I, hạng II đã xây dựng, kết nối thống nhất và tăng cường độ chính xác cao, làm cơ sở đo lưới tọa độ với các lưới quốc tế.
Hệ quy chiếu và hệ tọa độ Quốc Gia là cơ sở toán học của công tác trắc địa mà bản đồ mà mỗi quốc gia nhất thiết phải xác lập để thể hiện độ chính xác và thống nhất các dữ liệu đo đạc và bản đồ. Hệ quy chiếu và hệ tọa độ Quốc gia HN-72 đến giai đoạn này không còn đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật mà thực tế đòi hỏi. Do đó việc lựa chọn một hệ quy chiếu Quốc Gia mới phù hợp và chính xác là nhiệm vụ bức xúc được Tổng cục địa chính đặc biệt quan tâm. Công nghệ GPS đã đóng góp đáng kể trong việc thực hiện nhiệm vụ trên.
Công trình tính toán xác định hệ quy chiếu hợp lý cho Việt Nam, bình sai hệ thống lưới tọa độ Nhà Nước để thống nhất hệ tọa độ Quốc Gia được bắt đầu từ năm 1992. Năm 1998, Tổng cục địa chính đo đạc bổ sung, tích hợp lưới tọa độ cấp “0” , định vị hệ quy chiếu bằng trị đo GPS –thủy chuẩn, xây dựng mô hình Geoid, kết nối với các lưới quốc tế, bình sai hỗn hợp lưới vệ tinh - mặt đất để xác định Hệ quy chiếu và Hệ tọa độ Quốc Gia. Từ năm 1995, để phục vụ cho công tác đo đạc lập bản đồ địa chính ở địa phương, Tổng cục địa chính bắt đầu triển khai xây dựng lưới địa chính cơ sở (tương đương lưới tọa độ Quốc Gia hạng III), việc tính toán bình sai tổng thể mạng lưới đã hoàn thành vào năm 2004. Bộ Tài Nguyên và Môi trường đã kết thúc công tác xây dựng mạng lưới địa chính cơ sở và chính thức công bố hoàn thành (gồm 13.
Toàn bộ lưới tọa độ này được đo đac bằng công nghệ GPS. 7 Hiện nay cục đo đạc và Bản đồ Việt Nam đã được đầu tư xây dựng 6 trạm GPS cố định: Đồ Sơn, Vũng Tàu, Lai Châu, Hà Giang, Cao Bằng, Quảng Nam cung cấp số liệu cải chỉnh phân sai cho đo tọa độ bằng công nghệ GPS trong đo vẽ bản đồ, điều tra Tài nguyên, phân giới cắm mốc và phục vụ an ninh quốc phòng. Ở nước ta công nghệ GPS đã và đang được ứng dụng rộng rãi trong công tác xây dựng lưới địa chính và lưới khống chế đo vẽ để thành lập bản đồ địa chính các tỷ lệ tại một số địa phương. Qua thực tế thấy rằng công nghệ này có chiều hướng phát triển tốt, khẳ năng ứng dụng cao, đem lại hiệu quả về cả kỹ thuật và kinh tế.
Các chỉ tiêu thành lập lưới địa chính bằng công nghệ GPS đã được quy định tại Quyết định số 08/2008/QĐ-BTNMT ngày 10 tháng 11 năm 2008 của Bộ Tài Nguyên Môi Trường. TỔNG QUAN VỀ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GNSS TRONG THI CÔNG CÔNG TRÌNH NHÀ CAO TẦNG Các ứng dụng của công nghệ GNSS trong kỹ thuật Trắc địa – Bản đồ có rất nhiều. Trước tiên phải kể đến các ứng dụng trong xây dựng lưới khống chế trắc địa. Nơi áp dụng đầu tiên công nghệ GNSS vào xây dựng mạng lưới khống chế trắc địa phải kể đến tỉnh Eiffel thuộc một bang miền tây Cộng hòa Liên bang Đức vào năm 1983.
Tiếp theo là các ứng dụng trắc thành lập bản đồ và mặt cắt địa hình. Trong trắc địa công trình, GNSS được ứng dụng khi chuyển thiết kế thi công ra thực địa, hay còn gọi là Stake out hoặc Setting out. Trong truyền độ cao thi công, tương đương thủy chuẩn kỹ thuật hoặc thủy chuẩn hạng IV, công nghệ GNSS cũng được sử dụng rất nhiều vì sự tiện lợi và nhanh chóng. Các phương pháp đo chủ yếu a/ Đo tĩnh (Static).
Đây là phương pháp phổ biến để thành lập lưới khống chế trắc địa. Điều kiện thông thường là có vài máy thu GNSS cùng thu tín hiệu trong một khoảng thời gian. Tọa độ điểm khống chế trong lưới được tính từ tọa độ điểm 8 gốc. Phương pháp này cho độ chính xác vị trí điểm cao nhất trong các phương pháp thu GNSS, cỡ 1 mm.
Đối với xây dựng lưới khống chế trắc địa cấp thấp, độ chính xác yêu cầu cỡ cm so với điểm gốc, có thể áp dụng phương pháp này vì sự tiện lợi của nó. Thời gian thu tín hiệu rút ngắn còn dưới 10 phút. Khoảng cách giữa điểm khống chế gốc với điểm phát triển thêm có thể 15 đến 20 km. Phương pháp này hiệu dụng khi tăng dày và phát triển mạng lưới trắc địa.
Số liệu đo được xử lý hậu kỳ. Phương pháp phổ biến đo chi tiết thành lập bản đồ thường là Động Dừng Tiến (Stop and Go) hoặc Động Liên tục (Continuous). Yêu cầu số lượng vệ tinh phải lớn hơn 4 đối với mỗi máy tham gia. Cũng có trường hợp 2 máy chủ nhằm nâng cao độ chính xác điểm trạm động.
Mỗi phương pháp đo cụ thể phải được thiết kế và lên kế hoạch đo từ trước, tránh hiện tượng mất tín hiệu trên đường đo. Phương pháp động liên tục phù hợp điểm đo có dạng tuyến liên tục, có thể tuyến thẳng hoặc cong. Phương pháp động dừng tiến phù hợp điểm đo có dạng điểm đặc trưng địa hình địa vật. Khoảng cách từ điểm trạm chủ đến các điểm động có thể tới 5 km.
Độ chính xác đạt được cỡ cm. d/ Đo RTK GNSS Đo bằng RTK GNSS là sử dụng kỹ thuật định vị tương đối dựa trên pha sóng tải từ máy thu. Người đo cần nhiều hơn hai máy thu tín hiệu vệ tinh, trong đó một máy được cố định tại điểm đã biết tọa độ, nhằm trao đổi thông tin tức thời tới máy thu di động, với khoảng cách tới 15 km.
