Đặt vấn đề Trong giai đoạn hiện nay, Việt Nam cùng với sự phát triển của nền công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước và hội nhập quốc tế. Song song với quá trình này là sự cải tiến thay đổi về mặt công nghệ, các tiến bộ khoa học kỹ thuật tiên tiến hiện đại, các dự án nghiên cứu ứng dụng của công nghệ mới được đẩy mạnh chính vì vậy. Sự ra đời của hệ thống định vị toàn cầu GPS (Global Positioning System) đã mang lại một diện mạo mới cho các lĩnh vực ứng dụng công nghệ GPS nói chung và ngành trắc địa nói riêng. Từ những năm 80, khi mà hệ thống định vị toàn cầu GPS được phía Mỹ cho phép khai thác trong lĩnh vực dân sự thì các ứng dụng của nó trong trắc địa có những ưu điểm hơn hẳn với công nghệ đo đạc truyền thống.
Đó là khả năng đo nhanh, độ chính xác cao và đo trong mọi điều kiện thời tiết, bất kỳ thời điểm trên phạm vi toàn cầu. Sau Mỹ, Nga cũng xây dựng hệ thống định vị toàn cầu Glonass (Global Navigation satellite system) với nguyên lý hoạt động tương tự hệ thống GPS. GPS được đưa vào nước ta sử dụng từ năm 1990 và chủ yếu phục vụ xây dựng các mạng lưới quốc gia và các lưới cạnh dài phục vụ đo vẽ bản đồ, hoặc đo nối toạ độ từ đất liền đến các đảo xa. Cùng với sự phát triển của hệ thống GPS thì máy thu GPS là phần cứng quan trọng trong đoạn sử dụng.
Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, các hãng sản xuất máy thu GPS cũng cho ra đời các máy thu thế hệ mới ngày càng gọn nhẹ, hoàn thiện hơn về tính năng sử dụng. với khả năng này máy sẽ cho kết quả đo nhanh, độ chính xác cao đối với cạnh đáy dài. Nó có thể phục vụ cho rất nhiều mục đích khác nhau, cho nhiều ngành như: trắc địa, thuỷ văn, xây dựng, quốc phòng n 2 Hiện nay ở nước ta việc đo đạc theo các phương pháp truyền thống chi phí rất tốn kém và rất khó thực hiện. Do đó công nghệ GPS đóng vai trò rất quan trọng trong việc xây dựng lưới khống chế cũng như các dạng lưới khác phục vụ từ khảo sát thiết kế đến thi công các công trình.
Xuất phát từ yêu cầu thực tế và khả năng ứng dụng của các máy thu GPS nói trên, được sự đồng ý của khoa Quản lý Tài nguyên, trường Đại Học Nông Lâm Thái Nguyên, em đã nghiên cứu đề tài tốt nghiệp “Ứng dụng công nghệ GPS thành lập lưới không chế địa chính đo vẽ tại xã Liên Hòa - huyện Lập Thạch - tỉnh Vĩnh Phúc”. Mục tiêu tổng quát Ứng dụng công nghệ GPS thành lập lưới không chế trắc địa phục vụ công tác đo vẽ và thành lập bản đồ 1. Mục tiêu cụ thể Biết cách sử dụng máy đo GPS, phần mềm bình sai Thành lập được lưới không chế trắc địa đạt yêu cầu kỹ thuật bằng công nghệ GPS trên địa bàn xã Liên Hòa - Huyện Lập Thạch - Tỉnh Vĩnh Phúc. Ý nghĩa của đề tài Nhận biết các phương pháp thành lập lưới, phần mềm bình sai.những ưu nhược điểm của từng loại Thấy được vai trò quan trọng của công nghệ GPS trong công tác đo đạc nói chung và công tác thành lập lưới không chế trắc địa nói riêng.
Công nghệ GPS là công nghệ mới,khác biệt, làm thay đổi hẳn quan niệm về đo đạc trong công tác trắc địa bản đồ. Ứng dụng GPS là bước phát triển mới cho phép thành lập lưới không chế trắc địa có độ chính xác đạt yêu cầu kỹ thuật đô vẽ bản đồ. Có những tính năng ưu việt so với phương pháp truyền thống. n 3 GPS là phương pháp đo đạc khoa học, đáp ứng yêu cầu của công tác tự động hóa đo vẽ bản đồ, phù hợp với việc tổ chức, quản lý số liệu trong các hệ thống quản trị dữ liệu trong máy tính.
Với những tính năng ưu việt, kỹ thuật đo GPS là phương pháp mới áp dụng không chỉ tốt trong ngành địa chính mà còn ứng dụng trong nhiều ngành như: Giao thông, Thủy lợi, Xây dựng, Nông nghiệp… n 4 Phần 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2. Lịch sử ra đời và phát triển của hệ thống định vị toàn cầu GPS 2. Lịch sử ra đời Hệ thống định vị toàn cầu là hệ thống dùng để định vị và đạo hàng, hệ thống này ra đời nhằm đáp ứng ý tưởng sử dụng vệ tinh nhân tạo của trái đất vào mục đích định vị và dẫn đường trên mặt đất, ít phụ thuộc vào thời tiết và thời điểm trong ngày. Nó đã được các nhà khoa học Liên xô và Mỹ đề cập đến từ những năm của thập niên 50 - 60, khi Liên Xô phóng thành công vệ tinh nhân tạo đầu tiên của trái đất (vệ tinh Sputnhic-1) vào năm 1957, từ đó các nhà khoa học quân sự của hai nước và các nhà khoa học trên thế giới đã tiếp tục nghiên cứu và đã đạt được những thành công trong việc sử dụng các vệ tinh của mình.
Để xác định vị trí điểm trên mặt đất hoặc trên đại dương phục vụ cho việc dẫn đường tàu, thuyền, máy bay và các phương tiện quân sự khác. Bước đầu các hệ thống định vị vệ tinh khu vực được xây dựng nhằm đáp ứng nhu cầu định vị chính xác cao cho cả một vùng rộng lớn mà ít phụ thuộc vào các điều kiện không gian và thời gian. Người ta đã xây dựng các hệ thống định vị vệ tinh khu vực trong đó vệ tinh thường được sử dụng là vệ tinh địa tĩnh. Một số hệ thống định vị vệ tinh được xây dựng thuộc loại này như: - Hệ thống STAR- FIX.
- Hệ thống EUTELTRACS và hệ thống OMNITRACS. - Hệ thống NAVSTAR Vào đầu những năm của thập niên 60 thì hệ thống định vị toàn cầu được ra đời như: - Hệ thống TRANSIT của Mỹ. - Hệ thống TSICADA của Liên xô. n 5 Vào khoảng giữa những năm 60 Bộ quốc phòng Mỹ khuyến khích xây dựng một hệ thống đạo hàng vệ tinh hoàn hảo hơn so với hệ thống TRANSIT.
ý tưởng chính của đề án do Hải quân Mỹ đề xuất là sử dụng khoảng cách đo từ các điểm trên mặt đất đến vệ tinh trên cơ sở biết chính xác tốc độ và thời gian lan truyền tín hiệu vô tuyến, đề án có tên là TIMATION. Các công trình nghiên cứu tương tự cũng được không quân Mỹ tiến hành trong khuôn khổ chương trình mang mã số 621B. Song từ năm 1973 Bộ quốc phòng Mỹ quyết định đình chỉ cả hai chương trình này để triển khai phối hợp nghiên cứu xây dựng hệ thống đạo hàng vô tuyến vệ tinh trên cơ sở các kết quả của chương trình TRANSIT và hai chương trình vừa nói tới. Hệ thống này có tên gọi đúng là NAVSTAR GPS (Navigation Satellite Providing Timing and Ranging Global Postioning System).
Nhiệm vụ chủ yếu của hệ thống là xác định toạ độ không gian và tốc độ chuyển động của điểm xét trên tàu vũ trụ, máy bay, tàu thuỷ và trên đất liền phục vụ cho Bộ quốc phòng Mỹ và các cơ quan dân sự. Khi được hoàn tất, hệ thống sẽ gồm có 21 vệ tinh hoạt động và 3 vệ tinh dự trữ, các vệ tinh quay trên 6 quỹ đạo hầu như tròn, ở độ cao cỡ 20000km với chu kỳ sấp xỉ 12 giờ. Với cách bố trí này thì trong suốt 24 giờ tại bất kỳ điểm nào trên trái đất cũng sẽ quan sát được ít nhất 4 vệ tinh. Các vệ tinh đầu tiên của hệ thống được phóng lên quỹ đạo vào tháng 2 năm 1978, toàn bộ hệ thống được đưa vào hoạt động hoàn chỉnh từ tháng 5 năm 1994.
Song hành với hệ thống NAVSTAR GPS, một hệ thống định vị toàn cầu tương tự mang tên GLONASS (Global Navigation Satellite System) do Liên Xô chế tạo cũng đã được đưa và sử dụng năm 1982. Hệ thống cũng gồm 24 vệ tinh nhưng quay trong 3 mặt phẳng quỹ đạo từ 18840km đến 19940km, trên mỗi quỹ đạo các vệ tinh có độ giãn cách là 450, chu kỳ quay cỡ 676 phút. Với đúng nghĩa là hệ thống định vị toàn cầu GPS, cả NAVSTAR và GLONASS cùng cho phép thực hiện định vị cho bất kỳ điểm xét nào, vào bất n 6 kỳ thời điểm nào trong ngày và với bất kỳ điều kiện thời tiết nào. Đã có những dự án phối hợp khai thác hệ thống này để nâng cao hiệu quả trên phạm vi toàn cầu.
* Đặc điểm và tính năng của hệ thống định vị toàn cầu GPS Khi mới ra đời hệ thống GPS chỉ có quân sự Mỹ được độc quyền khai thác, sử dụng vào mục đích quân sự. Từ năm 1980 chính phủ Mỹ cho phép chính thức hệ thống GPS được sử dụng cho mục đích dân sự, từ đó các nhà khoa học của nhiều nước đã ra sức nghiên cứu phát triển công nghệ GPS để đạt được những thành quả cao nhất trong việc phát huy nguồn tiềm năng to lớn này. Hướng nghiên cứu chủ yếu đi vào các lĩnh vực: - Chế tạo máy thu tín hiệu. - Xây dựng phần mềm xử lý tín hiệu, đáp ứng cho nhiều mục đích.
- Thiết lập và phát triển công nghệ ứng dụng trong chuyên ngành. Công nghệ GPS có đặc điểm ưu việt hơn hẳn các công nghệ truyền thống ở các mặt: - Xác định trực tiếp các thành phần toạ độ không gian với độ chính xác cao (cả toạ độ mặt bằng, độ cao). - Rất linh hoạt trong bố trí điểm đo, có thể đo trong hầu hết các thời điểm và thời tiết. - Khả năng tự động hoá rất cao, cả trong đo ngoại nghiệp và xử lý số liệu nội nghiệp.
Chính vì tính ưu việt này mà công nghệ GPS được ứng dụng ở nhiều ngành với nhiều chức năng khác nhau, nhất là trong lĩnh vực trắc địa. Cấu tạo của hệ thống định vị toàn cầu Hệ thống định vị toàn cầu GPS bao gồm ba bộ phận cấu thành, đó là đoạn không gian (Space Segment), đoạn điều khiển (Control Segment) và n 7 đoạn sử dụng (User Segment). Chúng tôi xin trình bày cụ thể về từng bộ phận cấu thành của hệ thống như sau: Hình 2. Cấu trúc của hệ thống định vị toàn cầu a) Đoạn không gian (Space Segment) Đoạn này gồm 24 vệ tinh, trong đó có 3 vệ tinh dự trữ, quay trên 6 mặt phẳng quỹ đạo cách đều nhau và có góc nghiêng 550 so với mặt phẳng xích đạo của trái đất.
Quỹ đạo của vệ tinh hầu như tròn, vệ tinh bay ở độ cao xấp xỉ 20000km so với mặt đất, chu kỳ quay của vệ tinh là 718m (xấp xỉ 12 giờ).