MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật hiện đại, công nghệ định vị GNSS được ứng dụng rất nhiều trong công tác trắc địa đặc biệt là trong việc xây dựng lưới khống chế, không chỉ góp phần làm thay đổi quan trọng trong công nghệ đo đạc mà còn dẫn đến sự thay đôi trong phương pháp xử lý kết quả đo. Việc ứng dụng công nghệ GNSS vào sản xuất không những cho phép nâng cao độ chính xác mà còn giảm giá thành và rút ngắn thời gian xây dựng lưới trắc địa so với các phương pháp truyền thống. Tuy nhiên, khi sử dụng công nghệ GNSS để thành lập lưới khống chế trắc địa, trong một số trường hợp do điều kiện thu tín hiệu GNSS bị hạn chế cho nên một số điểm không thể kết nối đầy đủ bằng trị đo GNSS mà phải kết nối bằng các trị đo bằng máy toàn đạc điện tử như trị đo góc hoặc trị đo cạnh.
Cũng có những trường hợp cần kết nối giữa hai mạng lưới mặt đất mà không thể đo đạc được góc cạnh thì việc sử dụng công nghệ GNSS là khả thị nhất. Một số trường hợp, chúng ta cũng có thê kết hợp các trị đo GNSS với các trị đo bằng máy toàn đạc điện tử trên các cạnh thông hướng. Do đó, việc kết hợp cả hai loại trị đo (GNSS và trị đo mặt đất) để thành lập lưới sẽ cho phép nâng cao độ chính xác, rút ngắn thời gian xây dựng lưới, phát huy được những ưu điểm và khắc phục được mặt hạn chế của mỗi công nghệ đo. HV: TRAN VAN HUAN Trang 1 LUẬN VĂN TÓT NGHIỆP THẠC SĨ GVHD: PGS.
ĐÀO XUÂN LỘC Hinh 1.1: Tri do GNSS liên kết 2 mảng lưới mặt bằng Hình 1.2: Lưới đường chuyền kêt hợp trị đo GNSS một số cạnh Hình 1.3: Lưới đa giác kết hợp trị đo GNSS Ghi chú Hướng các trị đo mặt đất — — — Hướng các trị đo GNSS Như vậy, vấn đề bình sai kết hợp các trị đo GNSS với trị đo toàn đạc điện tử được thực tiễn đặt ra và cần giải quyết theo hướng bình sai chặt chẽ, bình sai lưới khống chế trắc địa là công việc khá phức tạp và có khối lượng tính toán lớn. Với mong muốn góp phần nhỏ của tri thức bản thân để tìm hiểu và phân tích, tổng hợp lý thuyết để tính toán thực nghiệm nhằm hoàn thiện cơ sở lý thuyết của bình sai kết hợp. Được sự hướng dẫn tâm huyết của thầy giáo PGS.Đào Xuân Lộc, tác giả đã chọn đề tài “Nghiên cứu các phương pháp bình sai lưới trắc địa với tri do hon hop”. HV: TRAN VAN HUAN Trang 2 LUẬN VĂN TÓT NGHIỆP THẠC SĨ GVHD: PGS.
ĐÀO XUÂN LỘC 1. Tổng quan về tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước. Tình hình nghiên cứu của thế giới. ; Bình sai lưới không chê trắc địa là công việc khá phức tạp và có khôi lượng tính toán lớn, Theo phương pháp số bình phương nhỏ nhất, để bình sai chặt chẽ các mạng lưới trắc địa chúng ta có thê áp dụng phương pháp bình sai điều kiện và cũng có thê áp dụng phương pháp bình sai gián tiếp, tuy nhiên, với phương tiện tính toán là máy tính điện tử, nên người ta thường sử dụng phương pháp bình sai gián tiếp vì khả năng tự động cao của thuật toán này.
Trong những năm trước đây khi chưa có các trị đo của công nghệ GNSS, với các trị đo truyền thống, lưới mặt bằng 2D và lưới độ cao 1D được bình sai độc lập. Để bình sai 3D trong không gian hệ tọa độ B, L, H được sử dụng. Trong hệ tọa độ này, người ta có thể đưa góc thiên đỉnh Z hoặc góc đứng V vào bình sai cùng với các trị đo phương vị, trị đo hướng, trị đo chiều dài. Khi bình sai trong hệ tọa độ trắc địa, mỗi điểm cần xác định sẽ có 3 ẩn số là B¡,Li,HI.
Trong các tài liệu [30], [31], đã đề cập đến một số vấn đề quan trọng trong bình sai lưới trắc địa trong không gian 3D, như các phương trình vi giữa các hệ tọa độ. Khi bình sai kết hợp các trị đo truyền thống trong không gian 3D, chúng ta phải xét đến ảnh hưởng của chiết quang đứng đến các trị đo góc thiên đỉnh, vẫn đề này đã được nghiên cứu và hoàn chỉnh trong tải liệu. Lý thuyết bình sai 3D kết hợp các loại trị đo mặt đất trong hệ tọa độ trắc địa B,L,H da duoc giới thiệu trong một số tài liệu [30],[31]. Nhưng vấn đề thực tế cần giải quyết ở đây là các góc đứng hay góc thiên đỉnh luôn chịu ảnh hưởng khá lớn của chiết quang đứng, do đó dé nâng cao độ chính xác kết quả bình sai cần phải giải quyết khắc phục ảnh hưởng của chiết quang đứng đến các trị đo nói trên.
Bải toán bình sai 3D nêu trên là chặt chẽ về mặt lý luận và cơ sở toán học, nhưng khó khăn thực tế của bài toán đó chính là vấn đề xác định độ cao trắc địa H cho các điểm khởi tính của mạng lưới. Khi chưa có công nghệ GNSS vấn đề xác định độ cao trắc địa H cho một điểm trên mặt đất là việc không đơn giản, mặc dù độ cao thủy chuẩn của điểm đó đã biết, vấn đề ở đây là việc xác định dị thường độ cao. HV: TRÀN VĂN HUÂN Trang 3 LUẬN VĂN TÓT NGHIỆP THẠC SĨ GVHD: PGS. ĐÀO XUÂN LỘC Từ khi công nghệ GNSS được sử dụng trong trắc địa, ngoài các trị đo mặt đất truyền thống, người ta đã có thể nhận được các trị đo là gia số tọa độ không gian địa tâm AX, AY, AZ trong hệ WGS-84 giữa các điểm trên mặt đất với độ chính xác rất cao.
Tọa độ tuyệt đối X, Y, Z các điểm trên mặt đất cũng có thể được xác định với độ chính xác cao. Như vậy, ngoài thuật toán bình sai lưới trong hệ tọa độ trắc địa B, L, H còn có thể bình sai lưới trong hệ tọa độ vuông góc không gian địa tâm X, Y, Z. Theo thuat toan nay, cac ấn số là trị đo X, Y, Z của các điểm cần xác định đối với các trị đo GNSS tương đối, két qua đo là các véc tơ cạnh (baseline) g6m cac gia số tọa độ không gian dia tim AX, AY, AZ, ap dụng thuật toán trên khi bình sai lưới sẽ khá đơn giản về phương pháp tính. Vấn đề bình sai kết hợp các trị đo GNSS với trị đo mặt đất truyền thống trong hệ tọa độ địa diện đã được Slawomir Cellmer va Zofia Rzepecka đề cập trong tai ligu ‘‘Common adjustment of GPS baselines with classical measurements” [33].
Bài báo đã xây dựng các bước cơ bản về bình sai hỗn hợp giữa các tri do GPS va tri đo mặt đất. Áp dụng các thuật toán để chuyên đổi vector không gian GPS để có thé bình sai hỗn hợp trong một hệ tọa độ địa phương. Phương pháp đã được áp dụng để xây dựng mạng lưới trắc địa phục vụ cho xây dựng cầu. Tuy vậy, các trị đo mặt đất được đề cập trong công trình này chỉ thuần túy là chiều đài các cạnh đo bằng máy đo xa điện từ, chưa có đề cập đến trị đo góc ngang.
Tình hình nghiên cứu trong nước. „ Với sự phát triên của công nghệ GNSS, việc ứng dụng công nghệ GNSS kêt hợp với trị đo mặt đất vào công tác trắc địa rất nhiều. Do đó, có rất nhiều tác giả đã giành sự quan tâm đến vấn đề xử lý trị đo hỗn hợp này. Năm 1996, tác giả Nguyễn Thế Thận đã công bó đề tài: “Nghiên cứu và xây dựng các thuật toán giải hệ phương trình lớn trong bình sai mạng lưới mặt đất có sử dụng số liệu GPS” [27].
Đề tài đã nêu ra và phân tích đặc điểm, độ chính xác và xử lý toán học mạng lưới tọa độ Việt Nam; Đã xây dựng mô hình bài toán theo phương pháp bình sai gián tiếp bằng kỹ thuật ma trận thưa kết hợp công thức truy hồi, bình sai chia khối bằng các mặt cắt song song, tính chuyên toa d6 WGS-84 về HV: TRAN VAN HUAN Trang 4 LUẬN VĂN TÓT NGHIỆP THẠC SĨ GVHD: PGS. ĐÀO XUÂN LỘC hệ tọa độ HN-72; Đã xây dựng được các công thức đánh giá ảnh hưởng các tham sỐ tính chuyên giữa các hệ tọa độ đến góc phương vị, chiều dài và chênh cao xác định bằng GPS. Trong tài liệu [18] “Nghiên cứu phương pháp bình sai kết nỗi lưới mặt đất và lưới GPS trong trắc địa công trình” tác giả đã nghiên cứu phương pháp tính toán xử lý kết nối các trị đo mặt đất và trị đo GPS trong mạng lưới khống chế trắc địa công trình hỗn hợp. Đã đề xuất thuật toán xử lý số liệu đối với dạng lưới nêu trên theo phương pháp bình sai truy hồi.
Quy trình tính toán đưa ra trong bài báo có tính chặt chẽ và thuận tiện cho việc lập trình trên máy tính. Từ đó tác giả đã đi đến một số kết luận sau: - Phương pháp bình sai kết nối lưới mặt đất và lưới GPS do chúng tôi đề xuất trong bài báo này là chặt chẽ, phù hợp và có thể áp đụng được với các mạng lưới khống chế có kích thước nhỏ như lưới trắc địa công trình. - Trong bài báo đã chọn thuật toán truy hồi để tính toán bình sai lưới, quy trình và hệ thông công thức tính toán được nêu ra trong bai bao là rõ ràng, dé triển khai trên máy tính. Tác giả Trần Khánh đã có một số nghiên cứu về bình sai kết hợp giữa các trị đo GPS và các trị đo mặt đất đó là: “Nghiên cứu phương pháp thành lập và xử lý sô liệu mạng lưới hỗn hop GPS-mat dat trong trac dia công írình”, [19].
Nội dung nghiên cứu là đề xuất thuật toán cũng như quy trình tính toán bình sai trị đo hỗn hợp GPS và mặt đất trên hệ địa diện dựa trên cơ sở phương pháp bình sai truy hồi. Vấn đề xác định ma trận tương quan đã được đề cập trong bài báo “Phương pháp xác định ma trận tương quan của vector tọa độ lưới GPS trong trắc địa công trình” Bài báo đã nghiên cứu phương pháp tính ma trận tương quan cua vector toa độ lưới GPS, đã đề xuất phương pháp và quy trình tính ma trận trên cho lưới GPS trong trắc địa công trình. Từ đó tác giả đã đi đến một số kết luận: - Ma trận tương quan của vector tọa độ lưới GPS cần thiết cho mục đích xác định các yếu tố sai số của lưới và nhất là để xử lý bình sai kết hợp lưới GPS và lưới mặt đất. HV: TRÀN VĂN HUÂN Trang 5 LUẬN VĂN TÓT NGHIỆP THẠC SĨ GVHD: PGS.