Luận văn thạc sĩ ứng dụng công nghệ gps thành lập lưới không chế mặt bằng đo vẽ tại xã nhạo sơn huyện sông lô tỉnh vĩnh phúc

Khám phá ứng dụng công nghệ GPS trong thành lập lưới khống chế mặt bằng tại xã Nhạo Sơn, Sông Lô, Vĩnh Phúc, nâng cao độ chính xác và hiệu quả công tác đo đạc.

• Tác giả: Đặng Thanh Sơn
• Người hướng dẫn: ThS. Nguyễn Ngọc Anh
• Trường học: Đại học Thái Nguyên
• Chuyên ngành: Quản lý đất đai
• Đề tài: Ứng Dụng Công Nghệ GPS Thành Lập Lưới Khống Chế Mặt Bằng Tại Xã Nhạo Sơn, Sông Lô, Vĩnh Phúc
• Loại tài liệu: khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Thái Nguyên

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• DANH MỤC BẢNG
• DANH MỤC HÌNH
• DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
• 1. PHẦN 1: MỞ ĐẦU
• 1.1. Mục tiêu tổng quát
• 1.2. Mục tiêu cụ thể
• 1.3. Ý nghĩa của đề tài
• 1.4. Lịch sử ra đời và phát triển của hệ thống định vị toàn cầu GPS
• 1.4.1. Lịch sử ra đời
• 1.5. Cấu tạo của hệ thống định vị toàn cầu
• 1.6. Hệ tọa độ WGS-84 và các phương pháp đo GPS
• 1.6.1. Hệ tọa độ WGS-84
• 1.6.2. Các phương pháp đo GPS
• 1.6.2.1. Đo GPS tuyệt đối
• 1.6.2.2. Đo GPS vi phân
• 2. PHẦN 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 2.1. Lịch sử ra đời và phát triển của hệ thống định vị toàn cầu GPS
• 2.1.1. Lịch sử ra đời
• 2.2. Đặc điểm và tính năng của hệ thống định vị toàn cầu GPS
• 2.3. Cấu tạo của hệ thống định vị toàn cầu
• 2.3.1. Đoạn không gian (Space Segment)
• 2.3.2. Đoạn điều khiển (Control Segment)
• 2.3.3. Đoạn sử dụng (User Segment)
• 2.4. Hệ tọa độ WGS-84 và các phương pháp đo GPS
• 2.4.1. Hệ tọa độ WGS-84
• 2.4.2. Các phương pháp đo GPS
• 2.4.2.1. Đo GPS tuyệt đối
• 2.4.2.2. Đo GPS vi phân
• 3. PHẦN 3: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 3.1. Địa điểm và thời gian nghiên cứu
• 3.2. Nội dung nghiên cứu
• 3.3. Điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội
• 3.4. Xây dựng lưới khống chế mặt bằng đo vẽ bằng công nghệ GPS
• 3.5. Đề xuất giải pháp nhằm thực hiện tốt công tác xây dựng lưới GPS tại xã Nhạo Sơn
• 3.6. Phương pháp nghiên cứu
• 3.6.1. Phương pháp thu thập số liệu
• 3.6.2. Phương pháp đo đạc thực địa
• 3.6.3. Phương pháp xử lý số liệu
• 4. PHẦN 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
• 4.1. Điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội
• 4.1.1. Điều kiện tự nhiên
• 4.1.2. Điều kiện kinh tế - xã hội
• 4.2. Đánh giá chung
• 4.3. Xây dựng lưới khống chế mặt bằng đo vẽ bằng công nghệ GPS
• 4.4. Công tác chuẩn bị
• 4.5. Công tác ngoại nghiệp
• 4.6. Công tác nội nghiệp
• 4.7. Kiểm tra, nghiệm thu kết quả
• 4.8. Đề xuất giải pháp nhằm thực hiện tốt công tác xây dựng lưới GPS tại xã Nhạo Sơn
• 4.8.1. Giải pháp khắc phục
• 5. PHẦN 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu về công nghệ GPS

Công nghệ GPS (Global Positioning System) đã trở thành một công cụ quan trọng trong việc định vị và đo đạc. Hệ thống này được phát triển từ những năm 1980 và đã được áp dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là trong ngành trắc địa. Việc ứng dụng công nghệ GPS trong việc thành lập lưới khống chế mặt bằng tại xã Nhạo Sơn, huyện Sông Lô, tỉnh Vĩnh Phúc không chỉ giúp nâng cao độ chính xác trong công tác đo đạc mà còn tiết kiệm thời gian và chi phí. Theo nghiên cứu, GPS cho phép đo đạc trong mọi điều kiện thời tiết và thời gian, điều này mang lại lợi ích lớn cho các dự án xây dựng và quy hoạch đất đai.

1.1. Lịch sử phát triển của GPS

Hệ thống GPS được phát triển bởi Bộ Quốc phòng Mỹ và chính thức được đưa vào sử dụng cho mục đích dân sự từ năm 1980. Sự ra đời của GPS đã mở ra một kỷ nguyên mới trong công nghệ đo đạc, cho phép xác định vị trí với độ chính xác cao. Hệ thống này bao gồm 24 vệ tinh hoạt động trên quỹ đạo, cung cấp thông tin định vị cho người dùng trên toàn cầu. Việc thành lập lưới khống chế bằng GPS đã giúp cải thiện đáng kể chất lượng và hiệu quả trong công tác đo đạc địa chính.

II. Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu này sử dụng các phương pháp hiện đại để thu thập và xử lý dữ liệu. Phương pháp đo đạc thực địa được thực hiện bằng cách sử dụng máy thu GPS để xác định tọa độ các điểm trên mặt đất. Các số liệu thu thập được sẽ được xử lý bằng phần mềm chuyên dụng để tạo ra bản đồ địa chính chính xác. Việc khảo sát địa hình và đo đạc địa chính là những bước quan trọng trong quá trình thành lập lưới khống chế mặt bằng. Các phương pháp này không chỉ đảm bảo tính chính xác mà còn giúp tiết kiệm thời gian và chi phí cho dự án.

2.1. Điều kiện tự nhiên và kinh tế xã hội

Xã Nhạo Sơn có điều kiện tự nhiên đa dạng, với địa hình phức tạp và hệ thống giao thông chưa phát triển đồng bộ. Điều này đặt ra thách thức cho công tác đo đạc. Tuy nhiên, với sự hỗ trợ của công nghệ GPS, việc xác định vị trí và đo đạc trở nên dễ dàng hơn. Bên cạnh đó, điều kiện kinh tế - xã hội của xã cũng ảnh hưởng đến khả năng triển khai các dự án đo đạc. Việc quản lý đất đai hiệu quả sẽ góp phần nâng cao chất lượng cuộc sống của người dân địa phương.

III. Kết quả nghiên cứu

Kết quả nghiên cứu cho thấy việc thành lập lưới khống chế mặt bằng bằng công nghệ GPS tại xã Nhạo Sơn đã đạt được độ chính xác cao. Các số liệu thu thập được đã được xử lý và phân tích, cho thấy sự cải thiện rõ rệt trong công tác đo đạc so với các phương pháp truyền thống. Việc sử dụng GPS không chỉ giúp tiết kiệm thời gian mà còn giảm thiểu sai số trong quá trình đo đạc. Điều này khẳng định giá trị thực tiễn của công nghệ GPS trong việc quy hoạch đất đai và quản lý tài nguyên.

3.1. Đánh giá và đề xuất

Dựa trên kết quả nghiên cứu, có thể thấy rằng việc ứng dụng công nghệ GPS trong thành lập lưới khống chế mặt bằng là một bước tiến quan trọng. Để nâng cao hiệu quả của công tác đo đạc, cần tiếp tục đầu tư vào công nghệ và đào tạo nhân lực. Các giải pháp đề xuất bao gồm việc cải thiện hạ tầng kỹ thuật và tăng cường hợp tác giữa các cơ quan chức năng trong việc quản lý và sử dụng đất đai. Điều này sẽ góp phần thúc đẩy phát triển kinh tế - xã hội tại địa phương.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong công tác quản lý đất đai và đo đạc địa chính, việc thành lập mạng lưới khống chế mặt bằng đóng vai trò là cơ sở hình học then chốt để phục vụ đo vẽ, lập bản đồ địa chính và cấp giấy chứng nhận quyền sử dụng đất. Các phương pháp trắc địa truyền thống (như đo góc, đo cạnh bằng máy kinh vĩ, toàn đạc điện tử qua mạng lưới tam giác hay đường chuyền) bộc lộ nhiều hạn chế khi triển khai trên diện rộng hoặc địa hình phức tạp, đòi hỏi phải thông hướng trực tiếp giữa các điểm trạm đo, tốn nhiều nhân công và thời gian. Sự ra đời và ứng dụng của Hệ thống định vị toàn cầu GPS (Global Positioning System) trong lĩnh vực trắc địa đã tạo điều kiện xác định tọa độ trực tiếp với độ chính xác cao, không đòi hỏi tầm nhìn thông hướng giữa các mốc và giảm thiểu sự phụ thuộc vào điều kiện thời tiết.

Khóa luận tốt nghiệp "Ứng dụng công nghệ GPS thành lập lưới khống chế mặt bằng đo vẽ tại xã Nhạo Sơn, huyện Sông Lô, tỉnh Vĩnh Phúc" do sinh viên Đặng Thanh Sơn thực hiện (chuyên ngành Quản lý đất đai, Khoa Quản lý tài nguyên, Trường Đại học Nông Lâm – Đại học Thái Nguyên, năm 2016, dưới sự hướng dẫn của ThS. Nguyễn Ngọc Anh) tập trung giải quyết yêu cầu kỹ thuật thành lập mạng lưới tọa độ khống chế phục vụ đo vẽ chi tiết tại địa bàn một xã miền núi trung du.

Mục tiêu nghiên cứu được tác giả xác định cụ thể như sau:

1. Mục tiêu tổng quát: Ứng dụng công nghệ GPS để thành lập mạng lưới khống chế mặt bằng đo vẽ đạt độ chính xác kỹ thuật, phục vụ công tác đo vẽ và thành lập bản đồ địa chính.
2. Mục tiêu cụ thể:
   • Tìm hiểu, tổng hợp và đánh giá các điều kiện tự nhiên, kinh tế – xã hội của xã Nhạo Sơn liên quan đến công tác đo đạc địa chính.
   • Thiết kế, thi công đo đạc thực địa và tính toán bình sai thành lập lưới khống chế mặt bằng đo vẽ bằng công nghệ GPS trên địa bàn xã Nhạo Sơn đạt các chỉ tiêu kỹ thuật quy định.
   • Đề xuất các giải pháp kỹ thuật và tổ chức nhằm nâng cao hiệu quả công tác xây dựng mạng lưới GPS tại địa phương.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

• Đối tượng nghiên cứu: Mạng lưới khống chế mặt bằng đo vẽ thành lập bằng công nghệ GPS.
• Phạm vi không gian: Địa bàn toàn xã Nhạo Sơn, huyện Sông Lô, tỉnh Vĩnh Phúc. Tổng diện tích tự nhiên của xã theo số liệu kiểm kê đất đai năm 2010 là 366,99 ha; tiếp giáp thị trấn Tam Sơn ở phía Tây, xã Tân Lập ở phía Đông và phía Nam, xã Đồng Quế ở phía Bắc.
• Phạm vi thời gian: Quá trình thực hiện đề tài từ ngày 10 tháng 08 năm 2015 đến ngày 30 tháng 11 năm 2015 (trong đó công tác đo đạc thực địa tập trung từ ngày 20 đến hết tháng 10 năm 2015).

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khóa luận xây dựng hệ thống cơ sở lý thuyết trắc địa vệ tinh và các quy chuẩn kỹ thuật chuyên ngành địa chính làm nền tảng cho việc thiết kế và xử lý dữ liệu:

Khung lý thuyết và tiêu chuẩn áp dụng

• Hệ thống GPS và nguyên lý định vị vệ tinh: Cấu trúc 3 phân đoạn của hệ thống NAVSTAR GPS gồm đoạn không gian (24 vệ tinh, 6 mặt phẳng quỹ đạo nghiêng $55^\circ$, độ cao khoảng 20.000 km, chu kỳ xấp xỉ 12 giờ), đoạn điều khiển (trạm trung tâm Colorado Springs và 4 trạm theo dõi tại Hawaii, Ascension Island, Diego Garcia, Kwajalein) và đoạn sử dụng. Sóng tải L1 (1575,42 MHz / trong tài liệu ghi $1227,60\text{ MHz}$) và L2 mang mã C/A-code (1,023 MHz) và P-code (10,23 MHz).
• Hệ quy chiếu và hệ tọa độ:
  • Hệ quy chiếu WGS-84 (World Geodetic System 1984) sử dụng Ellipsoid GRS-80 với bán trục lớn $a = 6.378.137\text{ m}$, độ dẹt $\alpha = 1/298,257223563$, độ lệch tâm $e = 0,08181990843$.
  • Hệ tọa độ quốc gia VN-2000, kinh tuyến trục trung ương $105^\circ 00'$, múi chiếu $3^\circ$, hệ độ cao Nhà nước.
• Nguyên lý đo GPS tương đối tĩnh: Dựa trên phương pháp đo pha sóng tải và các mô hình sai phân (sai phân bậc 1 loại trừ sai số đồng hồ vệ tinh; sai phân bậc 2 loại trừ sai số đồng hồ vệ tinh và đồng hồ máy thu; sai phân bậc 3 loại trừ số nguyên đa trị chu kỳ) kết hợp thuật toán bình sai bình phương nhỏ nhất.
• Quy chuẩn kỹ thuật: Thông tư số 25/2014/TT-BTNMT ngày 19/05/2014 của Bộ Tài nguyên và Môi trường quy định về bản đồ địa chính, làm căn cứ đối soát chỉ tiêu sai số vị trí điểm, sai số chiều dài cạnh và sai số khép tương đối.

Chỉ tiêu kỹ thuật theo TT 25/2014/TT-BTNMT	Lưới khống chế đo vẽ cấp 1	Lưới khống chế đo vẽ cấp 2
Sai số trung phương vị trí điểm sau bình sai so với điểm gốc	$\le 5\text{ cm}$	$\le 7\text{ cm}$
Sai số trung phương tương đối cạnh sau bình sai	$\le 1/25.000$	$\le 1/10.000$
Sai số khép tương đối giới hạn	$\le 1/10.000$	$\le 1/5.000$

Phương pháp nghiên cứu thực tế

1. Phương pháp thu thập và kế thừa số liệu:
   • Thu thập tài liệu điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội, địa hình, giao thông từ UBND xã Nhạo Sơn.
   • Thu thập tọa độ, độ cao của 03 điểm GPS quốc gia do Tổng cục Địa chính lập (gồm các điểm số hiệu: 91478, 91516, 91517) và 04 điểm địa chính gốc huyện Sông Lô do Công ty Đo đạc và Khoáng sản thành lập tháng 12/2013 (gồm các điểm: SL35, SL36, SL37, SL41).
   • Sử dụng bản đồ địa hình tỷ lệ 1/2.000 và bản đồ địa giới hành chính theo Chỉ thị 364 để thiết kế mạng lưới.
2. Phương pháp đo đạc thực địa (Ngoại nghiệp):
   • Sử dụng máy thu định vị vệ tinh 1 tần số/2 tần số chuyên dụng GPS Huace X20 (dữ liệu thô định dạng file .HCN).
   • Phương pháp đo: Đo tĩnh đồng thời theo từng ca đo, thời gian thu tín hiệu trùng giữa các máy trong một ca không dưới 40 phút (duy trì từ 40 đến 60 phút/ca).
   • Quy trình đo: Bật máy trước giờ đo 5 phút để đồng bộ đồng hồ máy thu và vệ tinh; đo chiều cao ăng-ten 2 lần (lúc bắt đầu và kết thúc ca) lấy giá trị trung bình chính xác đến milimet; đo bổ sung các yếu tố khí tượng (nhiệt độ đọc đến $0,1^\circ\text{C}$, áp suất đọc đến $0,1\text{ mbar}$).
3. Phương pháp xử lý số liệu (Nội nghiệp):
   • Xử lý cạnh và bình sai lưới bằng phần mềm chuyên dụng Compass. Quy trình gồm: tạo dự án $\rightarrow$ thiết lập tham số hệ tọa độ VN-2000 $\rightarrow$ nạp số liệu đo thô $\rightarrow$ nhập chiều cao máy $\rightarrow$ xử lý véctơ cạnh (Baseline Process) $\rightarrow$ lọc bỏ vệ tinh chất lượng kém/nhiễu $\rightarrow$ chạy thuật toán bình sai tự do và bình sai ràng buộc $\rightarrow$ xuất báo cáo kết quả.
   • Biên tập xuất 7 bảng biểu kết quả bình sai GPS bằng phần mềm DPsurvey 2.8 theo chuẩn quy định của Bộ Tài nguyên và Môi trường.

---

Nội dung chính theo từng chương

Bố cục khóa luận được trình bày gồm 5 phần chính:

Phần 1: Mở đầu

Trình bày tính cấp thiết của việc áp dụng tiến bộ khoa học kỹ thuật trong công tác đo đạc địa chính; so sánh hiệu quả giữa công nghệ GPS và các phương pháp đo đạc truyền thống; xác định mục tiêu tổng quát, mục tiêu cụ thể và ý nghĩa khoa học - thực tiễn của đề tài trong việc tự động hóa, nâng cao độ chính xác xây dựng lưới khống chế trắc địa phục vụ thành lập bản đồ địa chính.

Phần 2: Tổng quan tài liệu

Hệ thống hóa toàn diện cơ sở lý thuyết về công nghệ định vị vệ tinh:

• Lịch sử hình thành hệ thống NAVSTAR GPS (Mỹ) và GLONASS (Liên Xô/Nga); cấu tạo 3 phân đoạn không gian, điều khiển và người dùng.
• Đặc trưng cấu trúc tín hiệu vệ tinh, mã C/A-code, P-code, các thông tin lịch vệ tinh (Ephemeris chính xác và đại trà).
• Tham số hình học hệ tọa độ toàn cầu WGS-84 (Ellipsoid GRS-80).
• Các phương pháp định vị GPS: Đo tuyệt đối, đo vi phân (DGPS), đo tương đối (đo tĩnh, đo động, đo giả động).
• Phân tích các nguồn sai số trong đo GPS: Sai số đồng hồ, sai số quỹ đạo vệ tinh, sai số khúc xạ tầng điện ly (50–1.000 km), sai số tầng đối lưu (<50 km, giải pháp góc ngắm $\ge 15^\circ$), sai số đa đường dẫn/nhiễu tín hiệu địa vật và hệ số phân tản độ chính xác (GDOP, PDOP, HDOP, VDOP, TDOP).
• Tổng quan các phương pháp thành lập lưới mặt bằng: Lưới đường chuyền (phù hợp, khép kín, 1 nút, nhiều nút), lưới tam giác (đo góc, đo toàn cạnh, kết hợp góc - cạnh) và lưới GPS.

Phần 3: Nội dung và phương pháp nghiên cứu

Xác định cụ thể đối tượng, phạm vi không gian (xã Nhạo Sơn), phạm vi thời gian (tháng 8 đến tháng 11/2015); vạch rõ các nội dung công việc (khảo sát điều kiện tự nhiên - kinh tế xã hội, quy trình kỹ thuật 4 bước thành lập lưới GPS, giải pháp hoàn thiện); mô tả chi tiết phương pháp thu thập số liệu mốc gốc, phương pháp bố trí đo tĩnh thực địa bằng máy GPS Huace X20 và quy trình tính toán bình sai trên phần mềm Compass và DPsurvey.

Phần 4: Kết quả nghiên cứu

Đây là nội dung thực nghiệm trọng tâm của khóa luận, phản ánh toàn bộ kết quả triển khai:

• Đặc điểm địa bàn nghiên cứu: Xã Nhạo Sơn có diện tích 366,99 ha, dân số khoảng 5.250 người (1.051 hộ) phân bố trên 07 thôn. Địa hình phức tạp, gồm đồi thấp xen kẽ ruộng trũng và khu dân cư; ranh giới đất ở và đất canh tác manh mún, đất đồi rừng ranh giới chưa rõ ràng; mạng lưới giao thông có trục Tỉnh lộ 307B.
• Công tác chuẩn bị và thiết kế lưới: Lưới mặt bằng đo vẽ được thiết kế dạng mạng tam giác dày đặc dựa trên 07 điểm mốc gốc sẵn có (03 điểm GPS: 91478, 91516, 91517 và 04 điểm địa chính gốc: SL35, SL36, SL37, SL41). Tổng số điểm mới thiết kế và chôn mốc là 62 điểm (được đánh số thứ tự liên tục từ KV-01 đến KV-62).
• Chôn mốc và quy cách mốc: Vị trí mốc được chọn tại các điểm cao thoáng, nền đất ổn định. Vật liệu mốc sử dụng cọc gỗ hình ống (đường kính 5 cm, chiều dài 20 cm, một đầu nhọn, đầu bằng đóng đinh sắt định tâm quang học), kết hợp tre và đinh sắt.
• Thi công đo ngoại nghiệp: Phân chia thành 53 ca đo; mỗi ca bố trí đồng thời các máy GPS Huace X20 tại các trạm đo, thời gian thu tín hiệu liên tục 40–60 phút/ca.
• Xử lý nội nghiệp và bình sai: Thực hiện trên phần mềm Compass, chuyển đổi hệ tọa độ VN-2000 (kinh tuyến trục $105^\circ 00'$, múi $3^\circ$). Thực hiện thao tác cắt lọc những vệ tinh tín hiệu yếu do ảnh hưởng của địa hình đồi núi và đường điện cao thế, giữ lại tối thiểu 4 vệ tinh có đồ hình tốt nhất cho từng cạnh đo; chạy bình sai mạng lưới và liên kết sang DPsurvey 2.8 xuất lập 7 bảng biểu kết quả theo chuẩn của Bộ Tài nguyên và Môi trường.
• Kiểm tra, nghiệm thu và đánh giá độ chính xác: Thực hiện đối chiếu toàn bộ các chỉ tiêu sai số thực tế với tiêu chuẩn kỹ thuật quy định tại Thông tư 25/2014/TT-BTNMT.

Phần 5: Kết luận và kiến nghị

Tổng kết toàn diện kết quả xây dựng lưới khống chế mặt bằng đo vẽ tại xã Nhạo Sơn; khẳng định tính khả thi, độ tin cậy và ưu thế vượt trội của công nghệ GPS đo tĩnh; đưa ra các kiến nghị về công tác bảo quản mốc trắc địa, nâng cấp trang thiết bị và đào tạo chuyên môn cho cán bộ địa chính cơ sở.

---

Kết quả và đóng góp

Kết quả kỹ thuật cụ thể từ thực nghiệm

Quá trình xử lý cạnh và bình sai mạng lưới khống chế mặt bằng đo vẽ gồm 62 điểm mới (KV-01 đến KV-62) và 07 điểm gốc trên phần mềm Compass và DPsurvey 2.8 ghi nhận các thông số kỹ thuật thực tế:

Đại lượng kỹ thuật đánh giá	Giá trị thực nghiệm	Vị trí / Cạnh ghi nhận
Điểm có sai số trung phương vị trí điểm lớn nhất	Cực đại ghi nhận tại trạm	Điểm KV31 (trong kiểm tra đo nối: điểm KV57)
Sai số trung phương tương đối chiều dài cạnh lớn nhất	$m_S/S = 1/27.834$	Cạnh KV31 – KV62
Sai số trung phương tương đối chiều dài cạnh nhỏ nhất	Giá trị đạt độ chính xác cao nhất	Cạnh 91517 – KV12
Sai số tương đối cạnh lớn nhất khi kiểm tra đo nối	$m_S/S = 1/28.245$	Cạnh KV55 – KV57
Chiều dài cạnh lớn nhất trong mạng lưới	Cạnh dài nhất nối điểm gốc	Cạnh 91517 – KV12
Chiều dài cạnh trung bình toàn mạng lưới	$S_{tb} = 342,45\text{ m}$	Toàn bộ mạng lưới đo vẽ
Sai số trung phương phương vị cạnh lớn nhất	Giá trị góc phương vị lớn nhất	Cạnh KV16 – KV17 (khi kiểm tra: KV55 – KV57 đạt $15''$)
Sai số trung phương chênh cao lớn nhất	Chênh cao lớn nhất	Đoạn KV10 – KV11
Sai số khép tam giác lớn nhất	$f_s = 1/18.255$	Tam giác KV27 – KV30 – KV62

Tất cả các sai số vị trí điểm, sai số tương đối cạnh ($1/27.834$ và $1/28.245$, đều tốt hơn ngưỡng quy định $1/25.000$ của lưới đo vẽ cấp 1 và $1/10.000$ của lưới đo vẽ cấp 2), cùng sai số khép tam giác ($1/18.255 \le 1/10.000$) đều nằm trong giới hạn hạn sai cho phép của Thông tư số 25/2014/TT-BTNMT.

Các giải pháp kỹ thuật do tác giả đề xuất

Nhằm khắc phục khó khăn về địa hình đồi núi che khuất và đường điện cao thế tại xã Nhạo Sơn, tác giả đề xuất các nhóm giải pháp:

• Lập kế hoạch quan sát vệ tinh: Trước khi đo ngoại nghiệp, phải lập lịch vệ tinh trên phần mềm để chọn các khung giờ có hệ số phân tản hình học (GDOP/PDOP) tối ưu, đảm bảo thu đồng thời tối thiểu từ 4 vệ tinh trở lên có góc cao trên $15^\circ$.
• Xử lý tín hiệu nội nghiệp: Đối với các trạm đo đặt gần đường dây điện cao thế hoặc chân đồi có hiện tượng giao thoa/nhiễu sóng, bắt buộc phải sử dụng công cụ kiểm tra dữ liệu quan trắc (Obs.data) trong phần mềm Compass để lọc bỏ các đoạn sóng bị gián đoạn (cycle slip) hoặc vệ tinh có tín hiệu yếu, chỉ giữ lại các tín hiệu sạch trước khi chạy bình sai mạng lưới.
• Bảo toàn mốc thực địa: Do đặc thù mốc đo vẽ làm bằng cọc gỗ đóng đinh, cần bàn giao sơ đồ vị trí, ghi chú điểm cho cán bộ địa chính xã và phổ biến người dân hạn chế làm xê dịch mốc trong quá trình canh tác hoặc thi công giao thông.

Đóng góp thực tiễn của đề tài

• Xây dựng hoàn chỉnh mạng lưới tọa độ gồm 62 điểm khống chế mặt bằng đo vẽ đạt chuẩn kỹ thuật trên địa bàn xã Nhạo Sơn trong hệ tọa độ quốc gia VN-2000 (kinh tuyến trục $105^\circ 00'$).
• Cung cấp cơ sở dữ liệu tọa độ gốc đáng tin cậy, liên kết trực tiếp với 07 điểm mốc Nhà nước cấp cao, phục vụ trực tiếp cho công tác đo vẽ chi tiết thành lập bản đồ địa chính và đăng ký đất đai tại địa phương.
• Chuẩn hóa quy trình công nghệ kết hợp giữa thiết bị thu GPS Huace X20, phần mềm bình sai Compass và phần mềm biên tập DPsurvey 2.8 theo đúng quy định hiện hành của ngành Quản lý đất đai.

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Khóa luận phản ánh một số hạn chế gắn liền với điều kiện thực tế của đợt thực tập và đề xuất hướng mở rộng:

• Vật liệu chôn mốc: Mốc khống chế đo vẽ chủ yếu sử dụng cọc gỗ hình ống đóng đinh sắt, độ bền vững theo thời gian không cao, dễ bị ảnh hưởng bởi thời tiết ẩm ướt hoặc hoạt động canh tác, san lấp mặt bằng của người dân.
• Điều kiện tín hiệu vệ tinh: Một số khu vực đồi núi cao hoặc gần hành lang lưới điện cao thế tại xã Nhạo Sơn gây nhiễu tín hiệu và che khuất vệ tinh, đòi hỏi phải can thiệp cắt lọc dữ liệu thủ công nhiều lần trong khâu nội nghiệp.
• Giới hạn thiết bị: Đề tài sử dụng máy GPS một tần số/hai tần số đo tĩnh theo ca đo (40–60 phút), chưa áp dụng công nghệ đo động thời gian thực (RTK) hay mạng lưới trạm định vị vệ tinh liên tục (CORS) do hạn chế về điều kiện trang thiết bị sẵn có tại thời điểm thực hiện (năm 2015–2016).
• Hướng phát triển tiếp theo: Ứng dụng công nghệ đo GPS-RTK kết hợp trạm CORS để tăng tốc độ đo vẽ chi tiết ranh giới thửa đất; nghiên cứu xây dựng mốc bê tông kiên cố cho các vị trí nút khống chế trọng điểm nhằm phục vụ quản lý mốc lâu dài.

---

Giá trị tham khảo

Tài liệu khóa luận có giá trị tham khảo thiết thực đối với:

• Sinh viên và học viên chuyên ngành Quản lý đất đai, Kỹ thuật trắc địa – Bản đồ, Địa chính: Tham khảo tài liệu như một báo cáo thực tế hoàn chỉnh về quy trình xây dựng lưới khống chế trắc địa mặt bằng từ khâu lập đề cương, khảo sát thực địa, thiết kế đồ hình mạng tam giác dày đặc, đến lập lịch phân ca đo ngoại nghiệp.
• Kỹ thuật viên đo đạc địa chính cơ sở: Tham khảo chi tiết các bước vận hành phần mềm bình sai Compass (nhập thông số tọa độ VN-2000, xử lý véc-tơ cạnh baseline, lọc vệ tinh yếu) và quy trình xuất 7 bảng biểu kết quả bình sai qua phần mềm DPsurvey 2.8 đáp ứng yêu cầu kiểm tra, nghiệm thu theo Thông tư 25/2014/TT-BTNMT.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Khu vực đo vẽ xã Nhạo Sơn sử dụng bao nhiêu điểm mốc tọa độ gốc sẵn có và bao nhiêu điểm mới thiết kế?

Mạng lưới khống chế mặt bằng đo vẽ tại xã Nhạo Sơn kế thừa 07 điểm mốc gốc sẵn có trong hệ thống (gồm 03 điểm GPS cấp Nhà nước: 91478, 91516, 91517 do Tổng cục Địa chính lập; và 04 điểm địa chính gốc huyện Sông Lô: SL35, SL36, SL37, SL41 do Công ty Đo đạc và Khoáng sản lập tháng 12/2013). Tổng số điểm lưới khống chế đo vẽ được thiết kế mới là 62 điểm, ký hiệu liên tục từ KV-01 đến KV-62.

2. Thiết bị đo ngoại nghiệp và các tham số kỹ thuật ca đo được quy định như thế nào trong khóa luận?

Tác giả sử dụng máy định vị vệ tinh GPS Huace X20 (tạo file dữ liệu định dạng .HCN). Quá trình đo ngoại nghiệp được tổ chức thành 53 ca đo, thời gian thu tín hiệu liên tục đồng thời giữa các máy trong một ca từ 40 đến 60 phút. Chiều cao ăng-ten được đo 2 lần vào đầu và cuối ca đo để lấy giá trị trung bình chính xác đến milimet; máy được bật trước giờ đo 5 phút để đồng bộ đồng hồ với vệ tinh; các yếu tố khí tượng (nhiệt độ đọc đến $0,1^\circ\text{C}$, áp suất đọc đến $0,1\text{ mbar}$) được ghi chép đầy đủ.

3. Quy trình tính toán nội nghiệp và bình sai số liệu đo GPS được thực hiện qua các phần mềm nào?

Số liệu đo thô từ máy thu GPS Huace X20 được trút vào máy tính và xử lý qua 2 phần mềm:

1. Compass: Thiết lập hệ quy chiếu VN-2000 (kinh tuyến trục trung ương $105^\circ 00'$, múi chiếu $3^\circ$), nhập chiều cao máy, xử lý véctơ cạnh (Baseline), kiểm tra và cắt lọc các vệ tinh yếu/nhiễu (giữ lại tối thiểu 4 vệ tinh chất lượng tốt), sau đó thực hiện thuật toán bình sai mạng lưới.
2. DPsurvey 2.8: Đọc tệp báo cáo kết quả bình sai (.isb / Report) từ Compass để tự động biên tập và xuất lập 07 bảng biểu kết quả bình sai chuẩn hóa theo quy định của Bộ Tài nguyên và Môi trường.

4. Kết quả đánh giá độ chính xác sau bình sai có đáp ứng tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành không?

Kết quả bình sai mạng lưới khống chế xã Nhạo Sơn hoàn toàn đáp ứng yêu cầu kỹ thuật của Thông tư 25/2014/TT-BTNMT đối với lưới khống chế đo vẽ. Cụ thể: chiều dài cạnh trung bình đạt $S_{tb} = 342,45\text{ m}$; sai số tương đối chiều dài cạnh lớn nhất sau bình sai đạt $1/27.834$ (cạnh KV31–KV62) và khi kiểm tra đo nối đạt $1/28.245$ (cạnh KV55–KV57), đều vượt yêu cầu giới hạn $\le 1/25.000$ (cấp 1) và $\le 1/10.000$ (cấp 2); sai số khép tam giác lớn nhất là $1/18.255$ (tam giác KV27–KV30–KV62), nhỏ hơn hạn sai cho phép $\le 1/10.000$.

5. Quy cách mốc đo vẽ được chôn ngoài thực địa tại xã Nhạo Sơn như thế nào?

Mốc đo vẽ thực địa được làm bằng vật liệu cọc gỗ hình ống có đường kính $5\text{ cm}$, chiều dài $20\text{ cm}$, một đầu vót nhọn để đóng xuống đất, đầu bằng có đóng đinh sắt định tâm nhằm phục vụ định tâm quang học chính xác cho máy đo. Điểm chôn mốc được lựa chọn tại các vị trí thoáng đãng, tầm nhìn bao quát tốt, nền đất ổn định không bị sạt lở hoặc xói mòn.

---

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Đặng Thanh Sơn đã giải quyết thành công bài toán ứng dụng công nghệ định vị vệ tinh GPS để thành lập mạng lưới khống chế mặt bằng đo vẽ gồm 62 điểm mới và 07 điểm mốc gốc tại xã Nhạo Sơn, huyện Sông Lô, tỉnh Vĩnh Phúc. Quy trình thực nghiệm được tiến hành chặt chẽ từ khâu khảo sát, phân chia 53 ca đo tĩnh bằng máy GPS Huace X20 đến tính toán bình sai và xuất 7 bảng biểu bằng phần mềm Compass và DPsurvey 2.8 trong hệ tọa độ VN-2000 (kinh tuyến trục $105^\circ 00'$). Các chỉ tiêu sai số thực nghiệm sau bình sai đều thỏa mãn đầy đủ các quy định kỹ thuật của Thông tư số 25/2014/TT-BTNMT, tạo lập cơ sở tọa độ chuẩn xác phục vụ trực tiếp cho công tác thành lập bản đồ địa chính và quản lý đất đai tại địa phương.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt vấn đề Trong giai đoạn hiện nay, Việt Nam cùng với sự phát triển của nền công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nƣớc 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 đƣợc 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 đƣợc phía Mỹ cho phép khai thác trong lĩnh vực dân sự thì các ứng dụng của nó trong trắc địa có những ƣu 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 tƣơng tự hệ thống GPS. GPS đƣợc đƣa vào nƣớc ta sử dụng từ năm 1990 và chủ yếu phục vụ xây dựng các mạng lƣới quốc gia và các lƣới 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 nhƣ: trắc địa, thuỷ văn, xây dựng, quốc phò n 2 Hiện nay ở nƣớc ta việc đo đạc theo các phƣơng 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 lƣới khống chế cũng nhƣ các dạng lƣới 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, đƣợc sự đồng ý của khoa Quản lý Tài nguyên, trƣờng Đại Học Nông Lâm Thái Nguyên, em đã nghiên cứu đề tài tốt nghiệp “Ứng dụng công nghệ GPS thành lập lưới không chế mặt bằng đo vẽ tại xã Nhạo Sơn - huyện Sông Lô - tỉnh Vĩnh Phúc”. Mục tiêu tổng quát Ứng dụng công nghệ GPS thành lập lƣới khống chế mặt bằng đo vẽ phục vụ công tác đo vẽ và thành lập bản đồ địa chính. Mục tiêu cụ thể Tìm hiểu và nghiên cứu các vấn đề về điều kiện tự nhiên kinh tế xã hội xã Nhọa Sơn đầy đủ và chính xác. Thành lập đƣợc lƣới khống chế mặt bằng đo vẽ đạt yêu cầu kỹ thuật bằng công nghệ GPS trên địa bàn xã Nhạo Sơn - Huyện Sông Lô - Tỉnh Vĩnh Phúc.

Đề xuất đƣợc các giải pháp nhằm thực hiện tốt công tác xây dựng lƣới GPS tại xã Nhạo Sơn. Ý nghĩa của đề tài Nhận biết các phƣơng pháp thành lập lƣới, phần mềm bình sai,những ƣu nhƣợc điểm của từng loại. Thấy đƣợc vai trò quan trọng của công nghệ GPS trong công tác đo đạc nói chung và công tác thành lập lƣới không chế trắc địa nói riêng. n 3 Công nghệ GPS là công nghệ mới, làm thay đổi hẳn quan niệm về đo đạc trong công tác trắc địa bản đồ.

Ứng dụng GPS là bƣớc phát triển mới cho phép thành lập lƣới không chế trắc địa có độ chính xác đạt yêu cầu kỹ thuật đô vẽ bản đồ. Có những tính năng ƣu việt so với phƣơng pháp truyền thống. GPS là phƣơng 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 ƣu việt, kỹ thuật đo GPS là phƣơng pháp mới áp dụng không chỉ tốt trong ngành địa chính mà còn ứng dụng trong nhiều ngành nhƣ: 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 tƣởng sử dụng vệ tinh nhân tạo của trái đất vào mục đích định vị và dẫn đƣờng trên mặt đất, ít phụ thuộc vào thời tiết và thời điểm trong ngày. Nó đã đƣợc 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 nƣớc và các nhà khoa học trên thế giới đã tiếp tục nghiên cứu và đã đạt đƣợc những thành công trong việc sử dụng các vệ tinh của mình. Để xác định vị trí điểm trên mặt đất hoặc trên đại dƣơng phục vụ cho việc dẫn đƣờng tàu, thuyền, máy bay và các phƣơng tiện quân sự khác.

Bƣớc đầu các hệ thống định vị vệ tinh khu vực đƣợc 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. Ngƣời ta đã xây dựng các hệ thống định vị vệ tinh khu vực trong đó vệ tinh thƣờng đƣợc sử dụng là vệ tinh địa tĩnh. Một số hệ thống định vị vệ tinh đƣợc xây dựng thuộc loại này nhƣ: - 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 đƣợc ra đời nhƣ: - Hệ thống TRANSIT của Mỹ. - Hệ thống TSICADA của Liên xô. n 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 tƣởng 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 tƣơng tự cũng đƣợc không quân Mỹ tiến hành trong khuôn khổ chƣơng trình mang mã số 621B. Song từ năm 1973 Bộ quốc phòng Mỹ quyết định đình chỉ cả hai chƣơng 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 chƣơng trình TRANSIT và hai chƣơng 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 đƣợc 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 nhƣ 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 đƣợc ít nhất 4 vệ tinh. Các vệ tinh đầu tiên của hệ thống đƣợc phóng lên quỹ đạo vào tháng 2 năm 1978, toàn bộ hệ thống đƣợc đƣa vào hoạt động hoàn chỉnh từ tháng 5 năm 1994. Song hành với hệ thống NAVSTAR GPS, một hệ thống định vị toàn cầu tƣơng tự mang tên GLONASS (Global Navigation Satellite System) do Liên Xô chế tạo cũng đã đƣợc đƣa và sử dụng năm 1982.

Hệ thống cũng gồm 24 vệ tinh nhƣng 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 LONASS cùng cho phép thực hiện định vị cho bất kỳ điểm xét nào, vào bất 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. n * 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 đƣợc độc quyền khai thác, sử dụng vào mục đích quân sự.

Từ năm 1980 chính phủ Mỹ cho phép chính thức hệ thống GPS đƣợc sử dụng cho mục đích dân sự, từ đó các nhà khoa học của nhiều nƣớc đã ra sức nghiên cứu phát triển công nghệ GPS để đạt đƣợc những thành quả cao nhất trong việc phát huy nguồn tiềm năng to lớn này. Hƣớng 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 ƣu 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 ƣu việt này mà công nghệ GPS đƣợc 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) đoạn sử dụng (User Segment). Chúng tôi xin trình bày cụ thể về từng bộ phận cấu thành của hệ thống nhƣ sau: n 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.