SỬ DỤNG MÁY GPS TOPCON VÀ MÁY TOÀN ĐẠC ĐIỆN TỬ XÂY DỰNG BẢN ĐỒ TỶ LỆ 1:1000 KHU KHOA SƯ PHẠM ĐẠI HỌC CẦN THƠ

SỬ DỤNG MÁY GPS TOPCON VÀ MÁY TOÀN ĐẠC ĐIỆN TỬ XÂY DỰNG
BẢN ĐỒ TỶ LỆ 1:1000 - KHU KHOA SƯ PHẠM - ĐẠI HỌC CẦN THƠ

1. Mở đầu
Trong thời đại cơng nghiệp hố – hiện đại hố đất nước, đi cùng với sự
phát triển của các ngành khoa học khác như ngành cơng nghệ thơng tin thì các
thiết bị máy vi tính ngày càng có những tính năng cao hơn, trong nơng nghiệp
thì cơ giới hố nhiều hơn thì ngành trắc địa cũng có những sự phát triển đáng
kể. Trước đây, trong cơng tác quản lý cịn gặp rất nhiều khó khăn vì trong q
trình đo vẽ chỉ dùng thước dây và các máy đo thơ sơ có độ chính xác thấp.
Nhưng đến ngày nay khi khoa học đã tiến lên một tầm cao mới thì việc quản lý
đất đai cũng có được nhiều thuận lợi hơn khi máy toàn đạc điện tử và thiết bị
định vị toàn cầu GPS (Global Positioning System) ra đời.
Ban đầu hệ thống định vị tồn cầu GPS chỉ được dùng cho mục đích
qn sự nhưng sau đó được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực khác và đối
với ngành trắc địa bản đồ thì đây là một bước tiến mới về cả kỹ thuật, chất
lượng và hiệu quả.
Cùng với thời gian, công nghệ GPS ngày càng phát triển hoàn thiện theo
chiều hướng chính xác, hiệu quả và thuận tiện hơn. Với những tính năng cao
hơn chiếm vị trí quan trọng trong cơng tác lập lưới khống chế trắc địa.
Bên cạnh đó, máy tồn đạc cũng phát triển những tính năng ưu việt hơn
với khả năng đo và đọc số liệu chính xác hơn bộ nhớ máy lưu trữ số liệu tốt
hơn giúp cho việc đo vẽ thành lập bản đồ đạt độ chính xác cao với các sai số
trong khả năng cho phép.
Những năm gần đây, do tiến bộ nhanh về kỹ thuật xử lý số liệu, công
nghệ chế tạo thiết bị ngày càng hoàn thiện nên kỹ thuật đo GPS và toàn đạc
điện tử đã và đang được ứng dụng rộng rãi trên tồn thế giới.
Để tìm hiểu rõ hơn về cách thức hoạt động, cách đo vẽ thành lập bản đồ
và độ chính xác của máy tồn đạc điện tử cũng như máy GPS, nhóm nghiên
cứu đã thực hiện chuyên đề: Sử dụng máy GPS Topcon và máy toàn đạc điện tử
xây dựng bản đồ tỷ lệ 1:1000 - Khu Khoa Sư phạm, Đại học Cần Thơ.

2. Tổng quan tài liệu nghiên cứu
2.1 Khái niệm GPS
1


Theo Nguyễn Đức Hùng (2006), hệ thống định vị toàn cầu GPS là hệ
thống xác định vị trí dựa trên vị trí của các vệ tinh nhân tạo. Trong cùng một
thời điểm, ở một vị trí trên mặt đất nếu xác định được khoảng cách đến ba vệ
tinh (tối thiểu) thì sẽ tính được tọa độ của vị trí đó.
GPS được thiết kế và quản lý bởi Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ nhưng chính
phủ Hoa Kỳ cho phép mọi người sử dụng nó miễn phí từ năm 1980. GPS hoạt
động trong mọi điều kiện thời tiết, mọi nơi trên trái đất, 24 giờ một ngày, khơng
mất phí th bao hoặc mất tiền trả cho việc thiết lập sử dụng GPS.
GPS là hệ dẫn đường dựa trên một mạng lưới 24 quả vệ tinh được đặt
trên quỹ đạo không gian, hoạt động dựa trên các trạm phát tín hiệu vơ tuyến
điện. Được biết nhiều nhất là các hệ thống có tên gọi LORAN - hoạt động ở
giải tần 90 – 100 kHz chủ yếu dùng cho hàng hải hay TACAN, dùng cho quân
đội Mỹ và biến thể với độ chính xác thấp VOR/DME – VHF, dùng cho hàng
không dân dụng.
2.2 Hệ thống vệ tinh GPS
24 quả vệ tinh làm nên vùng khơng gian GPS trên quỹ đạo 12 nghìn dặm
cách mặt đất. Chúng chuyển động ổn định, hai vòng quỹ đạo trong khoảng thời
gian gần 24 giờ. Các vệ tinh này chuyển động với vận tốc 7 nghìn dặm một giờ.
Các vệ tinh được nuôi bằng năng lượng mặt trời. Chúng có các nguồn pin dự
phịng để duy trì hoạt động khi chạy khuất vào vùng khơng có ánh sáng mặt
trời. Các tên lửa nhỏ gắn ở mỗi quả vệ tinh giữ chúng bay đúng quỹ đạo đã
định.

Hình 1: Sơ đồ quỹ đạo vệ tinh hệ thống GPS

2


2.3 Các thành phần của GPS
Theo Nguyễn Đức Hùng (2006), hệ thống định vị toàn cầu được cấu tạo
thành ba phần: không gian, điều khiển và người sử dụng.
- Phần không gian: bao gồm các vệ tinh, chúng truyền những tín hiệu cần
thiết cho hệ thống hoạt động.
- Phần điều khiển: Các tiện ích trên mặt đất thực hiện nhiệm vụ theo dõi
vệ tinh, tính tốn quỹ đạo cần thiết cho sự quản lý mảng không gian.
- Phần người sử dụng: Toàn thể các thiết bị thu và kỹ thuật tính tốn để
cung cấp cho người sử dụng thơng tin về vị trí.

Hình 2: Sơ đồ liên quan giữa ba phần của hệ thống định vị toàn cầu

2.4 Hệ tọa độ WGS84 (World Geodetic Systems 1984)
Hệ tọa độ WGS84 là một hệ quy chiếu thế giới được công bố bởi cơ
quan bản đồ của Bộ quốc phòng Mỹ vào năm 1984. Nó là một hệ quy chiếu
được sử dụng ở Mỹ và ở một số nước khác, hiện nay hệ WGS84 là một hệ quy
chiếu được sử dụng cho toàn thế giới. Nó là một hệ tham chiếu tồn cầu và có
gốc lệch giữa gốc tọa độ với địa tâm trái đất vào khoảng 1m. Hệ tọa độ này
được thành lập như sau:
- Trục Z trùng với trục cực của trái đất hay trục quay của trái đất.
- Trục X là trục nằm trên mặt phẳng xích đạo, giao tuyến giữa mặt phẳng
kinh tuyến gốc và mặt phẳng xích đạo.
- Trục Y là trục hợp với trục X, Z thành một hệ thống tam diện trái.
3


Các số liệu đo đạc tính tốn được thực hiện bằng GPS:

Hệ WGS84 được định nghĩa bao gồm hệ cao độ và hệ tọa độ. Hệ cao độ
là mặt nước biển trung bình được định nghĩa gốc cao độ bằng 0.00m. Hệ quy
chiếu tọa độ trắc địa WGS84 là mặt Ellipsoid, có các tham số sau:
- Bán trục lớn: a = 6378137.0 m
- Độ lệch tâm thứ nhất: e = 0.00669437999013
- Vận tốc của trái đất ω = 7292115.10-11 rad/s
- Hằng số trọng trường (GM): Gm = 3986005.10-8 m3/s2
Tọa độ vệ tinh được tính tốn từ bản lịch phát tín nằm trong hệ này.
2.5 Hệ tọa độ Quốc gia Việt Nam VN-2000
Theo Chính phủ (2000), Hệ tọa độ VN-2000 là hệ tọa độ Trắc địa - Bản
đồ quốc gia Việt Nam và có hiệu lực từ ngày 12/8/2000. Hệ tọa độ này có các
đặc điểm:
- Sử dụng Elipsoid WGS84 làm Elip thực dụng, Elip này có bán trục lớn
a = 6378137, độ dẹt α = 1: 298,2.
- Sử dụng phép chiếu và hệ tọa độ vng góc phẳng UTM.
- Gốc tọa độ trong khn viên Viện Cơng nghệ Địa chính.
3. Mơ tả tình huống khu đo – Khu Khoa Sư phạm
Trên cơ sở đã có các mốc lưới khống chế ta tiến hành đo đạc lưới khống
chế cho khu đo:
- Sử dụng máy GPS tiến hành đo dẫn tọa độ từ 2 mốc tọa độ nhà nước
hạng II CTII_648 và CTII_649 về Khoa Sư phạm hình thành 2 mốc tọa độ
GPS là KV1 và KV2
- Trên nền của 2 điểm cứng (KV1 và KV2), ta dùng máy toàn điện tử để
tiến hành đo chi tiết Khu Khoa Sư phạm gồm Khoa Sư phạm (cả nhà xe), Trung
tâm Ứng dụng khoa học – công nghệ, Trung tâm… và Trạm xá Thú y.
4. Phương tiện và phương pháp thực hiện
4.1 Phương tiện
- Cơng cụ: Máy GPS độ chính xác cao (Topcon Hiper), máy tồn đạc
điện tử, máy tính xách tay.
- Viết, thước dây, tập để ghi chép.

4


- Phần mềm sử dụng: Notepad, BLTRANS, TRANS, Topcon Tools v.7.2,
Topcon Link v.7.2.3 và PCCDU, Microstation.
- Địa điểm đo: Khoa Sư phạm, Trung tâm Ứng dụng Khoa học – Công
nghệ, Trung tâm…, Bệnh xá Thú ý.
4.2 Phương pháp
4.2.1 Bố trí điểm khảo sát
- Chọn 4 điểm và chia thành 2 cặp điểm, mỗi cặp điểm là một trạm các
điểm này được đánh dấu bằng đinh thép và nằm ở những vị trí đặc trưng của
khu đo như góc đường, mép đường.
- Điểm được chọn là những điểm vị trí có thơng thống khơng bị che
khuất bởi tầm nhìn vệ tinh, tín hiệu thu sóng vệ tinh tại các điểm này đầy đủ.
4.2.2 Các bước thực hiện đo GPS
a) Cân máy và kiểm tra máy trước khi đo:
- Đặt chân máy cho đúng vị trí sao cho dây dọi trùng với tâm điểm cần
đặt máy và khóa chân để lại với độ cao vừa tầm ngắm của người đo.
- Đặt máy lên chân và điều chỉnh để tâm máy trùng với tâm điểm đặt
máy bằng cách nhín vào ống kính dọi tâm quang học để định vị, sau đó nhẹ
nhàng vặn chặt ốc hãm máy.
- Xoay ốc cân A và B để dịch chuyển bọt khí trong ống thủy trịn. Bọt khí
hiện đang ở trên đường vng góc với đường thẳng chạy qua tâm của hai ốc
cân đang được điều chỉnh.
- Xoay ốc cân C để đưa bọt khí vào tâm của bọt ống thủy tròn.
Tiếp theo ta kiểm tra lại tâm máy xem có cịn ở tâm điểm khơng? Nếu
khơng thì chỉnh lại tâm máy cho vào đúng vị trí.
b) Kiểm tra máy và khởi động máy:
- Kiểm tra mức pin của máy khi đèn Batt: đèn nháy màu vàng là máy còn
pin, đèn nháy màu đỏ là báo hiệu pin yếu (cần phải xạc pin trước khi đo).

- Nếu máy đã đủ pin, khởi động máy bằng cách nhấn vào phím bên phải
nút STAT và giữ vài giây khi đèn STAT nháy màu xanh là máy đã nhận được
đầy đủ tín hiệu vệ tinh, có thể bắt đầu đo.
c) Tiến hành đo:

5


Sau khi khởi động nếu máy hoạt động bình thường và bắt được tín hiệu
vệ tinh thì bấm vào nút FN để máy thu tín hiệu và khoảng 1 giờ sau, bấm nút
FN để save tín hiệu vệ tinh.
Dựa vào điều kiện thực tế khu đo và các điểm khống chế cấp cao, nhóm
tiến hành 4 ca đo.
- Ca 1: Sử
lại đặt tại KV1
- Ca 2: Sử
lại đặt tại KV1
- Ca 3: Sử
lại đặt tại KV2
- Ca 2: Sử
lại đặt tại KV2

dụng 1 máy GPS đặt tại 1 mốc tọa độ gốc CT_648, máy còn
dụng 1 máy GPS đặt tại 1 mốc tọa độ gốc CT_649, máy còn
dụng 1 máy GPS đặt tại 1 mốc tọa độ gốc CT_649, máy còn
dụng 1 máy GPS đặt tại 1 mốc tọa độ gốc CT_648, máy còn

d) Xử lý dữ liệu:
- Dữ liệu sau khi thu được tín hiệu từ vệ tinh sẽ được lưu vào máy BASE
và máy ROVER. Sau đó, ta trút dữ liệu từ hai máy trên vào máy vi tính để xử

lý bằng phần mềm Topcon tool và PCCDU, dữ liệu sau khi xử lý có dạng độ,
phút, giây. Vì vậy, dữ liệu cần chuyển sang mét để tính giá trị trung bình, sai số
trung bình và sai số trung phương.
- Tiếp theo xử lý kết quả đo theo từng ca đo bằng phần mềm Topcon
Tool:
+ Khởi động phần mềm, tạo job làm việc mới, chọn nút Edit
configuration  chọn cài đặt các thông số về hệ tọa độ, hệ quy chiếu và các
thông số cần thiết khác...
Sau khi cài đặt xong các thông số, từ giao diện phần mềm Topcon Tool,
chọn menu Job  Import lần lượt các số liệu theo từng ca đo để xử lý tính tốn
bình sai.

6


Hình Giao diện phần mềm Topcon Tool khi xử lý số liệu
4.2.3 Các bước thực hiện đo máy toàn đạc
5. Kết quả đo GPS và xử lý dữ liệu GPS
5.1. Thiết lập trạm đo tĩnh
Với yêu cầu là xây dựng trạm đo được thiết lập từ hai mốc địa chính cấp II
là CTII-648 và CTII-649 (trạm Base) và từ hai mốc này dẫn về điểm KV1 và
KV2 (trạm Rover).
* Điểm KV1
- Trạm thu CTII-648 và KV1 bắt đầu đo vào ngày 25 tháng 1 năm 2013
- Trạm thu CTII-649 và KV1 bắt đầu đo vào ngày 25 tháng 1 năm 2013
Số liệu sau khi đo được chuyển vào phần mềm Topcon Tool bình sai tọa
độ
Bảng …: Số liệu trạm đo tĩnh CTII-648 và CTII-649 (trạm Base) và điểm KV1
(trạm Rover)

Trạm

Tọa độ trước bình sai
x
y

Base_648_KV1 1109028.976

583979.48
6
584131.48
2

Base_649_KV1 1109281.374
Rover_KV1
1108861.354 583975.93
5
Rover_KV1
1108861.92
583974.65
7

7

Tọa độ sau khi bình sai
x
y
1109032.134

583980.88

9

1109285.310

584131.76
0

1108864.795 583975.78
4
1108864.795 583975.78
4


Trước bình sai

Sau bình sai

Hình : Trạm đo tĩnh CTII-648 và CTII-649 (trạm Base) và điểm KV1 (trạm
Rover)
Sai số sau khi bình sai các điểm mốc từ CTII_648-KV1, CTII_649-KV1 nằm
trong sai số cho phép.
Bảng …: Sai số vị trí các mốc đo
Sai số vị
trí(m)
x
y

Trạm

Base_648_KV1 0.002

0.00
3

Base_649_KV1 0.003

0.00
5

Kết quả bình sai cho thấy sai số sau khi bình sai các điểm mốc từ CTII_648KV1, CTII_649-KV1 nằm trong sai số cho phép.(Bộ Xây dựng ,2006)
* Điểm KV2
- Trạm thu CTII-648 và KV2 đầu đo vào ngày 25 tháng 1 năm 2013.
- Trạm thu CTII-649 và KV2 bắt đầu đo vào ngày 25 tháng 1 năm 2013.
Số liệu đo trạm được bình sai bằng phần mềm TopconTool
Bảng : Số liệu trạm đo tĩnh từ CTII-648 và CTII-649 (trạm Base) và điểm KV1
(trạm Rover)

8


Trạm

Tọa độ trước bình sai
x
y
1109029.38

583981.94
2

Base_649_KV2 1109282.053

584131.99
7

Base_648_KV2

Tọa độ sau khi bình sai
x
y
1109032.134

583980.88
9

1109285.310

584131.76
0

Rover_KV2

584057.07
1108828.453 4

584056.82
1108829.318 6

Rover_KV2

584057.38
1108826.611 3

584056.82
1108829.318 6

Kết quả bình sai cho thấy sai số sau khi bình sai các điểm mốc từ CTII_648KV2, CTII_649-KV2 nằm trong sai số cho phép.(Bộ Xây dựng ,2006).

Bảng : Sai số trạm đo tĩnh CTII-648 và CTII-649 (trạm Base) và điểm
KV2(trạm Rover)
Sai số vị
trí(m)
Trạm
x
y
Base_648_KV2 0.002 0.00
4
Base_649_KV2 0.003

9

0.00
5


?Sau xử lý

?Trước xử lý

Hình…. : Trạm đo tĩnh CTII-648 và CTII-649 (trạm Base) và điểm KV2 (trạm

Rover)

6. Kết quả đo máy toàn đạc và xuất bản đồ (Phục bổ sung)
* So sánh và đánh giá khảo sát điểm đo bằng GPS và bằng máy tồn
đac. Ví dụ : KV1 đo bằng GPS tại DC_648 và KV1 bằng máy toàn đạc cũng tại
DC_648
7. Kết luận (tham khảo), Hồ bổ sung
Khi sử dụng máy toàn đạc điện tử hay GPS cũng phải tuân theo một quy
trình cụ thể từ việc xác định lưới đường chuyền đến đo chi tiết hiện trạng và
đều có những cơ sở lý thuyết riêng cho việc đo vẽ, trong đó bước khảo sát hiện
trạng, thu thập tài liệu có liên quan đến khu vực nghiên cứu là rất cần thiết làm
tiền đề cho các bước kế tiếp. Các kết quả đo đều được xử lý cẩn thận và kết quả
hoàn chỉnh của việc đo vẽ này là bản đồ lưới đường chuyền và bản đồ hiện
trạng Khoa Sư Phạm. Bản đồ hiện trạng Khoa Sư Phạm là tồn phần diện tích
Khoa và tất cả các chi tiết của Khoa được xây dựng trên cơ sở kế thừa từ kết
quả đo lưới đường chuyền.
Qua kết quả trên cho thấy, khi sử dụng máy toàn đạc điện tử hoặc GPS
để đo vẽ thành lập bản đồ đều cho ta kết quả có khả năng chấp nhận cao.
Nhưng mỗi phương pháp đều có những thế mạnh riêng. Đối với máy GPS, sử
dụng cho việc thành lập lưới đường chuyền thì thích hợp vì kết quả khá chuẩn
10


xác. Đồng thời, khi đo vẽ chi tiết thành lập bản đồ hiện trạng thì máy tồn đạc
điện tử có ưu thế hơn vì thuận tiện trong sử dụng mà kết quả thu được vẫn có
độ tin cậy khá cao. Do đó, tùy vào mục đích, điều kiện áp dụng mà sử dụng
máy toàn đạc điện tử hoặc GPS để cho việc đo đạc được thuận tiện và kết quả
có độ tin cậy cao hơn.

Tài liệu tham khảo

Bộ Xây dựng (2006). Tiêu chuẩn kỹ thuật đo và xử lý số liệu GPS trong Trắc
địa cơng trình (TCXDVN 364: 2006).

11