Giáo trình Định vị vệ tinh: Phần 2 - Trường ĐH Công nghiệp Quảng Ninh

Chương 3: MỘT SỐ HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU KHÁC
3.1. Hệ thống Glonass
Glonass là hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu của Liên bang Nga, dùng cho cả
mục đích dân sự lẫn quân sự, tương tự như GPS (NAVSTAR) của Hoa Kỳ hay
Galileo của Liên minh châu Âu.
Từ năm 1976, Bộ quốc phịng Liên Xơ đã nghiên cứu thiết kế xây dựng hệ
thống định vị toàn cầu GLONASS (GLobal Navigation Satellite System). Ngày 12
tháng 10 năm 1982 vệ tinh đầu tiên của GLONASS được phóng lên quỹ đạo.
Hiện nay hệ thống GLONASS tiếp tục được duy trì và phát triển dưới sự
quản lý, bảo trì của Bộ quốc phòng Nga. Tương tự như hệ thống GPS, GLONASS
là một hệ thống định vị toàn cầu quân sự.
Hệ thống GLONASS cũng được cấu thành bởi 3 đoạn là đoạn không gian,
đoạn điều khiển và đoạn sử dụng. GLONASS sử dụng hệ thống toạ độ PZ-90 và hệ
thống giờ UTC(SU).
3.1.1. Cấu trúc của hệ thống GLONASS
3.1.1.1. Đoạn không gian
Đoạn không gian của hệ thống GLONASS bao gồm 24 vệ tinh hoạt động
trên 3 quỹ đạo gần tròn. Trên mỗi quỹ đạo có 8 vệ tinh. Góc nghiêng (i) của các mặt
phẳng quỹ đạo với mặt phẳng xích đạo là 640,8. Các mặt phẳng quỹ đạo được phân
bố đều cách nhau 1200 trên Xích đạo. Độ cao của các vệ tinh là 19100 km, do đó
chu kỳ của vệ tinh là 11h15 phút. Trọng lượng vệ tinh xấp xỉ 1400kg, 2 cánh vệ tinh
là pin mặt trời, có diện tích trên 23m2. Thời kỳ đầu, tuổi thọ của các vệ tinh được
thiết kế khoảng 3 năm. Hiện nay tuổi thọ của các vệ tinh GLONASS thế hệ mới đã
kéo dài khoảng 7-10 năm. Trên hình 2-5 là vệ tinh GLONASS-K. Dựa trên tần số
chuẩn của đồng hồ nguyên tử, các vệ tinh GLONASS phát tín hiệu L1 và L2 có tần
số khác nhau được xác định theo công thức:
f Lk1 = 1602 MHz + k .0 ,5625MHz
f Lk2 = 1246 MHz + k .0 ,4375MHz

trong đó k là số hiệu vệ tinh (k=1,2...24).

89


Hình 3.1. Quỹ đạo chuyển động của VT Glonass

Hình 3.2. Vệ tinh GLONASS-K

Tín hiệu GLONASS cũng được điều biến theo code tựa ngẫu nhiên để làm
cơ sở cho đo khoảng cách giả. Hệ thống GLONASS cũng sử dụng C/A code có tần
số 0,511 MHz, và sử dụng P-code có tần số 5,11 MHz làm code cơ sở trong đo
khoảng cách giả, do đó được gọi là code khoảng cách.
Hệ thống GLONASS sử dụng kỹ thuật phân chia đa tần số để thiết bị thu tiếp
nhận tín hiệu, ký hiệu là FDMA (Frequency Division Multiple Access), trong khi đó
hệ thống GPS sử dụng kỹ thuật phân chia đa code để thiết bị thu tiếp nhận tín hiệu CDMA (Code Division Multiple Access). Các sóng tải được điều biến bởi các code
và nhờ đó thơng tin được chuyển tới máy thu.
Từ năm 2009, các vệ tinh GLONASS-K có khả năng phát thêm tín hiệu L3.
Theo chương trình hiện đại hố hệ thống GLONASS, các vệ tinh thế hệ mới có thể
sử dụng cả kỹ thuật phân chia đa code CDMA tương tự như hệ thống GPS.
Tính đến tháng 9/2007, có 11 vệ tinh GLONASS hoạt động trên quỹ đạo,
trong đó có 7 vệ tinh GLONASS-M và 4 vệ tinh GLONASS (cũ). Theo kế hoạch,
đến năm 2010 sẽ đủ 24 vệ tinh của hệ thống GLONASS, trong đó có các vệ tinh
GLONASS-K.
3.1.1.2. Đoạn điều khiển
Đoạn điều khiển của hệ thống GLONASS gồm 5 trạm quan sát (TT&CTelemetry, Tracking and Control stations) đặt trên lãnh thổ Nga, được liên kết
chung với trạm điều khiển trung tâm (SCC- System Control Center). Từ năm 1999,
Nga đã phối hợp với một số nước khác để tăng cường thêm trạm quan sát vệ tinh
GLONASS đặt ở ngoài nước Nga.

90

Hình 3.3. Đoạn điều khiển của hệ thống GLONASS
Vai trị của đoạn điều khiển mặt đất có các nhiệm vụ sau:
- Giám sát hoạt động của các vệ tinh trên quỹ đạo
- Hiệu chỉnh liên tục các tham số quỹ đạo vệ tinh
- Tạo ra và chuyển lên vệ tinh các chương trình được gán nhãn thời gian (timetagged), các lệnh điều khiển và các thông tin chuyên dụng.
3.1.1.3. Đoạn sử dụng
Đoạn sử dụng gồm các máy thu tín hiệu vệ tinh GLONASS. Nhóm máy phục
vụ cơng tác đạo hàng sử dụng L1, C/A code và pha sóng tải. Nhóm máy phục vụ
công tác trắc địa sử dụng L1: C/A code, P-code, pha sóng tải và L2: P code và pha
sóng tải. Một số hãng chế tạo thiết bị định vị đã chế tạo máy thu GPS kết hợp
GLONASS như Ashtech Z-18 (Mỹ), GB-1000 của hãng Topcon (Nhật Bản), máy
thu OEMV-1G, OEMV-2, OEMV-3 là loại máy thu tích hợp cơng nghệ GPS và
GLONASS.

Hình 3.4. Máy thu GLONASS/GPS

91


3.1.2. Đặc điểm của hệ thống GLONASS
Định vị bằng vệ tinh GLONASS được thực hiện trong hệ PZ-90 và trong hệ
thống thời gian UTC(SU), và sử dụng giờ Mạc tư khoa (MT=UTC+3 h từ 0h ngày 1
tháng 1 năm 1983).
Hệ thống toạ độ PZ-90 có các tham số sau:
- Ellipsoid có kích thước: a=6378136m và độ dẹt cực: f=1/298,257
- Hằng số trọng trường tổng hợp: GM =398600,44.109m3/s2
- Tốc độ quay của Trái đất:  =7292115.10-6rad/s
- Hệ số hàm điều hòa bậc 2, j2=-1082,63.10-6
Hệ quy chiếu PZ-90-02 được xác định chính xác. Sai lệch gốc toạ độ giữa PZ90-02 với ITRF-2000 khoảng vài chục cm.

3.2. Hệ thống Galileo
Từ những năm 80 của thế kỷ trước, Cơ quan hàng không vũ trụ Pháp
(CNES) đã đưa ra ý tưởng xây dựng hệ thống định vị riêng của Châu Âu, đồng thời
cũng là hệ thống định vị tồn cầu, nhưng cơ quan này khơng đủ khả năng để thực
hiện công việc trên, không chỉ vì thiếu nguồn tài chính mà cịn vấn đề về cơng nghệ.
u cầu này đã được đáp ứng khi có sự hợp tác của những quốc gia khác trong
Cộng đồng Châu Âu (EU).
Trong thời gian đầu, hệ thống này được thiết lập dựa trên hệ thống định vị
toàn cầu GPS của Mỹ và hệ thống GLONASS của Nga. Tuy vậy, để đảm bảo tính
độc lập của các quốc gia trên lãnh thổ EU là thiết lập một hệ thống vệ tinh dẫn
đường mang đặc thù Châu Âu có tên là Galiieo.
3.2.1. Cấu trúc của hệ thống GALILEO
Cấu trúc và chức năng của GALILEO tương tự như các hệ thống GPS và
GLONASS là dựa trên các vệ tinh chuyển động trên các quỹ đạo quanh Trái đất.
Trái tim của hệ thống là đồng hồ ngun tử có độ chính xác rất cao nằm trong các
vệ tinh.
Hệ thống GALILEO cũng gồm 3 thành phần cấu thành đó là:
3.2.1.1. Đoạn khơng gian
Gồm 30 vệ tinh phân bố trên 3 mặt phẳng quỹ đạo, sẽ có 27 vệ tinh hoạt
động cịn 3 vệ tinh sẽ được dự trữ cho trường hợp vệ tinh nào đó bị hỏng. Như vậy

92


trên mỗi quỹ đạo sẽ có 1 vệ tinh dự trữ và 9 vệ tinh hoạt động phân bố cách đều
nhau trên quỹ đạo (cách 400). Các mặt phẳng cũng được phân bố cách đều nhau
1200. Các mặt phẳng quỹ đạo có góc nghiêng là 560. Với góc nghiêng như vây, hệ
thống sẽ phục vụ tốt cho vùng có độ vĩ cao (đến 750). Tất cả các quỹ đạo vệ tinh có
dạng hình trịn. Vệ tinh chuyển động ở độ cao 23616 km so với bề mặt trái đất và
chu kỳ chuyển động 1 vòng quỹ đạo hết 14h21 phút. Các vệ tinh thử nghiệm

GIOVE-A và GIOVE-B của hệ thống GALILEO được đưa lên vào các năm 2005
và 2008. Tính đến tháng 1 năm 2011, hệ thống GALILEO đã có 14 vệ tinh và theo
kế hoạch đến tháng 2 năm 2012 có thêm 8 vệ tinh để có tổng số là 22 vệ tinh.
Các vệ tinh GALILEO có trọng lượng 650 kg và có hệ thống pin mặt trời tạo
năng lượng 1.5 KW. Mỗi vệ tinh có 2 đồng hồ nguyên tử Rubin và 2 đồng hồ
nguyên tử Hydro để tạo ra thời gian và tần số chuẩn tín hiệu cùng với gương phản
chiếu laser.

Hình 3.5a. Vệ tinh Galileo

Hình 3.5b. Quỹ đạo chuyển động của hệ thống Galileo

3.2.1.2. Đoạn mặt đất
Đoạn mặt đất bao gồm một số trạm mặt đất nằm trên lãnh thổ Châu Âu và cả
các trạm ngoài Châu Âu, có chức năng truyền thơng tin và kiểm tra. Đây là thành
phần cần thiết để gửi và nhận thông tin từ các vệ tinh GALILEO phục vụ kiểm tra
và điều khiển, bằng cách này có thể tạo ra các thơng tin dịch vụ như số liệu tích
hợp, dịch vụ cứu hộ cũng như các thông tin thương mại khác. Các trạm kiểm tra vệ
tinh bổ sung sẽ đóng vai trò như các trạm giám sát và kiểm tra đối với mỗi vệ tinh.
Đoạn mặt đất có các nhiệm vụ sau:

93


- Điều khiển và kiểm tra các tham số đạo hàng cơ bản, xác định chính xác
quỹ đạo vệ tinh và sự đồng bộ của các đồng hồ.
- Xác định và truyền phát thông qua các vệ tinh các số liệu liên quan đến
cảnh báo sự cố của hệ thống.
- Phát đi các thông tin đến những đơn vị thành viên và các trung tâm dịch vụ
làm nhiệm vụ thương mại, nhiệm vụ cứu hộ, tìm kiếm.

3.2.1.3. Đoạn sử dụng
GALILEO bao gồm nhiều nhóm sử dụng với nhiều chủng loại máy thu, mà
mỗi loại máy thu địi hỏi các thơng tin khác nhau. Để đáp ứng các yêu cầu đó,
GALILEO sẽ thỏa mãn các mức dịch vụ khác nhau ở 2 mức tiêu chuẩn:
- Mức cơ bản miễn phí: Phục vụ các công việc phổ biến tương tự như GPS
trong dịch vụ SPS.
- Mức đòi hỏi cơ chế: đối với các ứng dụng thương mại và chuyên nghiệp,
phục vụ với độ chính xác cao và cần có thêm dịch vụ cung cấp thông tin bổ sung.
Hệ thống GALILEO không chỉ cung cấp các dịch vụ về định vị mà còn xác
định thời gian chính xác.
3.2.2. Đặc điểm tín hiệu và phương pháp định vị
Khi thiết kế xây dựng hệ GALILEO, người ta quan tâm đến vấn đề phối hợp
hoạt động giữa hai hệ thống GPS-GALILEO, liên quan đến các dịch vụ sử dụng tần
số sóng tải.
Vấn đề quan trọng trong thiết kế tần số sử dụng của GALILEO là phải chú ý
tới tính an tồn, và khả năng định vị ở các thành phố lớn. Các tần số mà hệ
GALILEO sử dụng được chia ra như sau:
Bảng 3.1. Tần số sử dụng của GALILEO
TT

Kí hiệu giải tần

Tần số (MHz)

1

E5a(L5)

1176.45

2

E5b

1207.14

3

E6

1278.75

4

E2-L1-E1

1575.42

Các tần số này phục vụ cho các dịch vụ sau:

94


- Dịch vụ mở (open service): miễn phí với mọi đối tượng. Người dùng có thể
sử dụng 2 tần số L1 và E5A. Độ chính xác đối với máy thu 2 tần số là 4 m cho
phương ngang và 8 m cho chiều thẳng đứng. Đối với máy thu 1 tần số (L1), độ
chính xác là 15 m và 35 m, tương đương với GPS hiện thời.
- Dịch vụ trả tiền (commercial service): dành cho các đối tượng cần có độ
chính xác < 1 m với một khoản phí nhất định. Dịch vụ này sẽ được cung cấp thông
qua tần số thứ 3 (E6).

- Dịch vụ cứu hộ (safety of life service): dành riêng cho cứu hộ, độ bảo mật
cao, chống gây nhiễu sóng.
- Dịch vụ cơng cộng (public regulated service): dành riêng cho chính phủ và
quân đội của các nước Liên minh châu Âu. Đặc biệt bảo mật, độ tin cậy cao.
3.3. Hệ thống Compass
COMPASS hay Beidou-2 (Bắc Đẩu - 2) là hệ thống định vị toàn cầu của
Trung Quốc, được hình thành dựa trên cơ sở hệ thống định vị vệ tinh khu vực với
tên gọi là Beidou-1 (Bắc Đẩu -1). Ban đầu, chương trình Bắc Đẩu -1 là hệ thống
định vị sử dụng một số vệ tinh địa tĩnh GEO, phục vụ cho mục đích quân sự của
Trung Quốc, từ năm 2004 được mở rộng ra cho các mục đích dân sự. Đầu năm
2007, 2 vệ tinh của hệ thống được phóng thành cơng lên quỹ đạo, đã mở rộng phạm
vi ứng dụng của hệ thống này ra vùng lân cận của Trung Quốc. Từ đó, hệ thống
COMPASS bắt đầu được phát triển để trở thành một hệ thống định vị toàn cầu.
Nguyên lý hoạt động cũng giống như các hệ thống định vị khác trên thế giới thì hệ
thống định vị COMPASS hoạt động dựa trên nguyên lý tương tác, thu nhận và
chuyển đổi dữ liệu giữa các hợp phần.
Thơng qua các q trình thu nhận tín hiệu từ các thiết bị thu của vệ tinh rồi
chuyển đến các trung tâm điều khiển, tại đây tiến hành các quá trình dịch mã và
chuyển đổi dữ liệu sau đó các kết quả thu được lại được truyền đến người sử dụng
thông qua hệ thống các thiết bị thu – phát tín hiệu trên mặt đất.
Bộ phận khơng gian phát các loại sóng với các tần số khác nhau, với đặc
trưng cho từng đối tượng, vị trí ra trong không gian. Bộ phận điều khiển thu nhận và
xử lý các tín hiệu đó (thơng qua các chương trình đã được lập trình sẵn) để thu nhận

95


các mảng thông tin khác nhau rồi trả lại các vệ tinh tín hiệu đã được giải mã để
truyền tới bộ phận sử dung.
Từ năm 2000, Trung Quốc đã đưa 4 vệ tinh Compass thử nghiệm vào vũ trụ

để hình thành nên một hệ thống định vị kiểm tra. Hệ thống này có khả năng cung
cấp thời gian và thơng tin về hệ thống định vị toàn cầu (GPS) cho Trung Quốc cùng
một số nước láng giềng. Nó đã được sử dụng rộng rãi và đóng một vai trị to lớn
trong các lĩnh vực giao thông, đánh bắt hải sản trên biển, dự báo thời tiết, giám sát
các cơng trình thủy điện, giảm nhẹ thiên tai.
Tương tự như hệ thống định vị tồn cầu khác, hệ thống COMPASS có cấu
trúc gồm 3 bộ phận: Đoạn không gian, đoạn mặt đất, đoạn sử dụng
3.3.1. Đoạn không gian
Theo thiết kế, đoạn không gian của COMPASS bao gồm 27 vệ tinh ở quỹ
đạo trung bình MEO, 3 vệ tinh quỹ đạo nghiêng đồng bộ Trái đất IGSO và 5 vệ tinh
địa tĩnh GEO.
Các vệ tinh GEO của hệ thống COMPASS gồm 3 vệ tinh địa tĩnh được đưa
lên quỹ đạo vào những năm 2000 và 2003, có vị trí quỹ đạo như sau:
Bảng 3.2. Các vệ tinh GEO của hệ thống COMPASS/Beidou-1
Vệ tinh GEO

Ngày phóng

Vị trí quỹ đạo

Beidou-1A

30-10-2000

1400B

Beidou-1B

21-12-2003

800E

Beidou-1C

25-05-2003

110,50E

Từ năm 2007, chương trình xây dựng hệ thống định vị toàn cầu
COMPASS/Beidou-2 được triển khai. Các vệ tinh địa tĩnh GEo của hệ thống tiếp
tục được đưa lên quỹ đạo Beidou-ID (2007) có vị trí quỹ đạo là 58.750E và vệ tinh
Beidou-1E, có vị trí quỹ đạo là 1600E. Ba vệ tinh IGSO có đặc điểm như sau:
- Bán kính quỹ đạo: 42164 km
- Tâm sai ellip quỹ đạo= 0
- Góc nghiêng mặt phẳng quỹ đạo: 550
- Độ kinh nút mọc của ba quỹ đạo: 00, 1200 và 2400.
Vệ tinh quỹ đạo trung bình MEO đầu tiên được đưa lên quỹ đạo vào ngày 13
tháng 4 năm 2007. Vệ tinh MEO có độ cao 21550 km, với ba mặt phẳng quỹ đạo,

96


góc nghiêng mặt phẳng quỹ đạo là 550. Chu kỳ quỹ đạo vệ tinh MEO là 12h50m.
Các vệ tinh MEO phát đi tín hiệu ở 4 sóng tải:
- B1-2: 1589,74 MHz (E1)
- B-1: 1561,1 MHz (E2)
- B-2: 1207,14 MHz (E5b)
- B3: 1268,52 (E6)
Với quỹ đạo của hệ thống COMPASS, số lượng vệ tinh có thể quan sát đồng
thời tại một điểm trên bề mặt trái đất sẽ nhiều hơn các hệ thống định vị khác. Người

ta đã tính rằng, tại Bắc Kinh, số vệ tinh GPS quan trắc đồng thời trung bình là 8,75
vệ tinh, nhưng với hệ thống COMPASS, số vệ tinh quan trắc được trung bình là
14,87 vệ tinh.

Hình 3.7. Vệ tinh Beidou thứ 6

Hình 3.6. Quỹ đạo VT của COMPASS
3.3.2. Đoạn mặt đất
Đoạn mặt đất bao gồm 1 trạm chủ, 2 trạm điều khiển cập nhật và 30 trạm
theo dõi. Công nghệ đo khoảng cách laser đến vệ tinh MEO được áp dụng để chính
xác hóa quỹ đạo vệ tinh. Hiện nay có một số trạm mặt đất được trang bị thiết bị đo
laser đến vệ tinh (SRL).

97


3.3.3. Đoạn sử dụng
Đoạn sử dụng bao gồm các máy thu Compass và các máy thu khác có sử
dụng chung tín hiệu vệ tinh Compass với vệ tinh Glonass khác. Một số hãng chế tạo
máy thu của Trung Quốc đã chế tạo máy thu tín hiệu từ các vệ tinh Bắc Đẩu-1 và
các vệ tinh COMPASS.
Theo dự kiến thì COMPASS sẽ hoàn thành giai đoạn hai vào 2012 phục vụ
cho châu Á-Thái Bình Dương, năm 2020 sẽ hồn thành giai đoạn ba và sẽ trở thành
một hệ thế định vị toàn cầu hoàn chỉnh. Như vậy nếu COMPASS hoàn tất thì trên
tồn cầu sẽ có tất cả 112 vệ tinh của hệ thống GNSS.
Hiện nay, cuối giai đoạn hai, theo dịch vụ mở thì độ chính xác định vị là ± 10
m, sai số thời gian là ± 20 ns và sai số xác định vận tốc là ±0,2 m/s. Nhờ sự phân bố
các vệ tinh GEO và IGSO trên quỹ đạo, hệ thống COMPASS phục vụ cho vùng
châu Á tốt hơn các vùng khác.
Câu hỏi ôn tập chương 3

1. Cấu trúc và đặc điểm của hệ thống Glonass?
2. Cấu trúc và đặc điểm của hệ thống Galileo
3. Cấu trúc và đặc điểm của hệ thống Compass

98


Chương 4. ỨNG DỤNG CỦA GPS TRONG TRẮC ĐỊA
4.1. Ứng dụng GPS trong xây dựng các mạng lưới trắc địa
Những ứng dụng đầu tiên của cơng nghệ GPS hay nói rộng hơn là công nghệ
GNSS trong trắc địa-bản đồ là đo đạc các mạng lưới trắc địa mặt bằng. Năm 1983
bằng công nghệ GPS người ta đã xây dựng mạng lưới trắc địa ở Eifel (Đức) và sau
đó cũng có nhiều mạng lưới khác cũng được xây dựng như Montgomery Country,
Pennsylvania (Mỹ)….Ưu điểm chủ yếu và quan trọng nhất của cơng nghệ GPS là có
xác định được các vector cạnh giữa các điểm trắc địa với độ chính xác cao mà
khơng địi hỏi tầm thơng hướng giữa các điểm đó.
Từ khi công nghệ GPS hay GNSS được sử dụng trong trắc địa, một số quy
tắc và quy chuẩn phân cấp lưới tọa độ trước đây bị thay đổi, xuất hiện thêm các lưới
cạnh dài. Người ta đã đưa ra các khái niệm mới đối với lưới trắc địa đó là các mạng
lưới thụ động và các mạng lưới tích cực.
- Các mạng lưới thụ động (Passive Control Networks) còn gọi là mạng lưới
tĩnh mạng lưới đo tĩnh, đó là các mạng lưới có các mốc cố định trên mặt đất được
đo với độ chính xác cao và là lưới cơ sở trắc địa trải rộng liên tục trên một diện tích
nhất định. Các số liệu của các điểm trong lưới được coi là khơng đổi và khơng có
sai số. Các mạng lưới này thường có sai số tương đối đo chiều dài cỡ 1:250000 và
độ cao cỡ một vài mm trên 1 km rộng liên tục trên một diện tích nhất định. Các số
liệu của các điểm trong lưới được coi là khơng đổi và khơng có sai số. Các mạng
lưới này thường có sai số tương đối đo chiều dài cỡ 1:250000 và độ cao cỡ 1 vài
mm trên 1 km.
- Các mạng lưới tích cực (Active Control Networks) cịn gọi là mạng lưới

động đó là các mạng lưới gồm một số điểm cố định có vai trị là các trạm theo dõi
(Monitor 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.
Chính cơng nghệ GNSS là cơ sở để hình thành các mạng lưới động.
Ở Việt Nam sau một thời gian ngắn thử nghiệm đo và xử lý số liệu từ những
năm 1991-1992 chúng ta đã sử dụng công nghệ GNSS để xây dựng một số mạng
lưới hạng II ở những vùng khó khăn như Minh Hải, Tây Nguyên…Ưu điểm nổi bật
của công nghệ GNSS so với công nghệ truyền thống trong đo đạc các mạng lưới tọa

99


độ nhà nước là không cần thông hướng giữa các điểm, do đó đã giảm được chi phí
dựng cột tiêu và phát tuyến thông hướng và rút ngắn thời gian thi công mạng lưới.
Với những ưu điểm nêu trên công nghệ GNSS đã nhanh chóng chiếm vai trị
quan trọng trong xây dựng các mạng lưới tọa độ nhà nước. Bằng công nghệ GNSS,
trong các năm 1994-2003 chúng ta đã xây dựng mạng lưới địa chính cơ sở tương
đương với lưới hạng III quốc gia cho các địa phương trong cả nước. Không những
vậy hiện nay các thiết bị GNSS ngày càng phổ cập rộng rãi ở các đơn vị đo đạc,
nhiều mạng lưới cấp thấp cũng đã được đo bằng công nghệ GNSS thay thế cho các
mạng lưới tương đương GT-1, GT-2 hoặc các đường chuyền cùng cấp. Nhiều mạng
lưới trắc địa cơng trình phục vụ xây dựng nhà máy, khu cơng nghiệp, cơng trình đầu
mối thủy điện, cầu vượt sông, hầm xuyên núi đã được đo bằng công nghệ GNSS.
Khi sử dụng công nghệ GPS thành lập các mạng lưới thì ta cần chú ý một số
đặc điểm sau:
+ Tín hiệu GPS thuộc dải sóng radio cực ngắn là dạng sóng truyền thẳng, do
vậy tại điểm GPS cần bảo đảm sự thơng thống giữa các máy thu và vệ tinh. Đây là
một đặc điểm cần lưu ý trong giai đoạn chọn điểm GPS.
+ Mật độ điểm không nhất thiết phải đồng đều như lưới đo góc, đo cạnh,
khơng nhất thiết phải bố trí lưới GPS có kết cấu dạng lưới tam giác (gần đều) đối

với vùng phát triển thì cần bố trí mật độ điểm dày hơn những vùng ít phát triển.
+ Đối với lưới GPS, yêu cầu thông hướng giữa một số cặp điểm là cần thiết
khi có yêu cầu phát triển lưới cấp tiếp theo bằng phương pháp truyền thống.
+ Để thiết kế lưới GPS cần có bản đồ tỷ lệ thích hợp. Ngồi ra cũng có thể sử
dụng bản đồ giao thông để phục vụ cho mục đích này.Vị trí của tất cả các điểm GPS
dự kiến cùng với các điểm gốc đã biết cần được vẽ lên bản đồ. Sau khi đã vẽ các
điểm của mạng lưới lên bản đồ, có thể tiến hành cơng tác khảo sát thực địa. Mục
đích của việc khảo sát thực địa này là để xác định điều kiện đo của từng điểm có
thỏa mãn điều kiện đo hay khơng và phương án di chuyển khi đo lưới.
+ Ngoài một số u cầu chung về vị trí chơn mốc trắc địa như phải có nền
đất ổn định, có điều kiện bảo quản mốc lâu dài, khi chọn điểm GPS còn phải lưu ý
ba điều cơ bản sau:

100


- Các vật cản xung quanh điểm đo có độ cao khơng q 150 để tránh cản tín
hiệu.
- Khơng q gần các bề mặt phản xạ như cấu kiện kim loại, các hàng rào,
mặt nước… vì chúng có thể gây ra hiện tượng đa đường dẫn.
- Không quá gần các thiết bị điện như trạm phát sóng, đường dây cao áp…có
thể gây ra sự nhiễu tín hiệu.
4.1.1. Khái niệm lưới GPS
Lưới khống chế trắc địa được xây dựng bằng công nghệ GPS được gọi là
lưới GPS.
Trị đo trong lưới GPS là Baseline, mỗi trị đo này lại gồm 3 trị đo thành phần
là X, Y, Z và chúng không độc lập mà tương quan với nhau. Vì Baseline là
cạnh khơng gian nên lưới GPS là lưới không gian, nghĩa là sau khi xây dựng lưới
GPS ta có cả tọa độ mặt bằng và độ cao của các điểm lưới.
Trên thế giới, những lưới GPS đầu tiên được xây dựng năm 1983, ở Đức và

ở Mỹ. Hiện nay nhiều quốc gia trên thế giới đã ứng dụng công nghệ GPS để xây
dựng các lưới khống chế quốc gia của mình.
Tại Việt Nam, công nghệ GPS được đưa vào năm 1990, sau một thời gian
thử nghiệm đã được sử dụng rộng rãi. Một số mạng lưới GPS đã được xây dựng
như sau:
- Năm 1991 đến 1993, xây dựng lưới GPS cạnh ngắn khu vực Sông Bé Minh Hải - Tây Nguyên gồm 117 điểm.
- Năm 1992 xây dựng lưới GPS cạnh dài gồm 36 điểm trên biển và trên đất
liền.
- Năm 1995, xây dựng lưới GPS cấp "0" gồm 71 điểm phủ trùm toàn bộ lãnh
thổ Việt Nam.
- Tháng 12/2004, xây dựng xong lưới Địa chính cơ sở hạng 3 gồm hơn
12000 điểm phủ trùm tồn lãnh thổ (trung bình mỗi xã có một điểm quốc gia).
- Gần đây, cơng nghệ GPS còn được ứng dụng để xây dựng các lưới quan
trắc địa động như lưới địa động Lai Châu - Điện Biên, lưới địa động Sơn La.

101


Ngày nay, cơng nghệ GPS cịn được ứng dụng để xây dựng hầu hết các lưới
khống chế trắc địa như: Lưới địa chính 1, địa chính 2, các lưới đường chuyền, các
lưới phục vụ cho trắc địa cơng trình trong mọi giai đoạn.
Lưới GPS có ưu điểm là độ chính xác cao, giữa các điểm không cần thông
hướng, chiều dài cạnh lưới có thể thay đổi từ vài chục mét đến hàng trăm mét mà
khơng ảnh hưởng đến độ chính xác của lưới. Nhưng lưới GPS cũng có nhược điểm
là các điểm lưới phải thông hướng lên bầu trời nên sẽ gặp khó khăn khi áp dụng ở
những nơi bị che khuất như rừng nguyên sinh, khu đô thị, các cơng trình bị che
khuất,...
Có thể thấy rằng độ chính xác của lưới GPS ít phụ thuộc vào hình dạng, kết
cấu lưới. Độ chính xác lưới GPS phụ thuộc vào chất lượng đo các cạnh, tức là phụ
thuộc vào đồ hình vệ tinh khi đo, phụ thuộc vào điều kiện đo (thời tiết, nhiễu, tình

trạng che chắn tín hiệu vv...) và phụ thuộc vào độ dài ca đo.
4.1.2. Phân cấp lưới GPS
Dựa vào chiều dài trung bình giữa hai điểm lân cận và độ chính xác của nó,
lưới GPS được chia thành các hạng I, II, III, IV các cấp 1, 2. Khi thành lập lưới có
thể thực hiện theo phương án tuần từ bao gồm tất cả các cấp, hạng hoặc lưới vượt
cấp.
Các yêu cầu kỹ thuật chủ yếu của các cấp lưới GPS được nêu trong bảng 4.1.
Bảng 4.1. Yêu cầu kỹ thuật chủ yếu của lưới GPS
được thành lập để đo vẽ bản đồ
Cấp hạng

Chiều dài cạnh
trung bình (km)

a(mm)

b (1 x 10-6)

Sai số trung phương
tương đối cạnh yếu nhất

II

9

10

2

1/120 000

III

5

10

5

1/80 000

IV

2

10

10

1/45 000

1

1

10

10

1/20 000

2

<1

15

20

1/10 000

Độ chính xác chiều dài giữa hai điểm lân cận của các cấp lưới GPS được tính
theo cơng thức:

102


 = a 2 + (b.10 −6.D) 2
trong đó:

a - sai số cố định (mm);

(4.1)

b - hệ số sai số tỷ lệ;

D - chiều dài cạnh đo (km)
4.1.3. Phân loại lưới GPS
Từ khi có cơng nghệ GPS, người ta đã đưa ra các khái niệm mới đối với lưới
trắc địa đó là các mạng lưới tĩnh và các mạng lưới động.

4.1.3.1. Các mạng lưới tĩnh
Là các mạng lưới 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 một diện tích nhất định. Các số liệu
của các điểm trong mạng lưới được coi là không đổi và khơng có sai số.
Các mạng lưới này thường có độ chính xác đo chiều dài cạnh cỡ 1:250 000
và đo độ cao cỡ 1 vài mm trên 1 km. Có thể thấy rằng các mạng lưới này thuộc hệ
thống lưới khống chế toạ độ, độ cao nhà nước.
Tùy từng cấp hạng, độ chính xác và đặc điểm ứng dụng của các lưới GPS có
thể có những quy định riêng, nhưng các mạng lưới tĩnh đều có quy trình thành lập
chung.
4.1.3.2. Các mạng lưới động
Các mạng lưới động là các mạng lưới gồm một số điểm cố định có vai trò là
các trạm theo dõi (Monitor Stations) làm cơ sở để xác định toạ độ cho nhiều điểm
khác. Các điểm cần xác định toạ độ cũng có thể là các điểm chuyển động cần xác
định toạ 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 differential
GPS). Hệ thống ACS của Canada (Canadian Active Control System) là một thí dụ
về loại lưới này. Mạng ACS được bắt đầu xây dựng năm 1985, bao gồm 20 trạm
theo dõi bố trí đều có trạm chủ được đặt ở Ottawa.
4.2. Đo GPS động và các ứng dụng trong trắc địa bản đồ
4.2.1. Khái quát về đo động
4.2.1.1. Nguyên tắc đo GPS động
Đo GPS động là kỹ thuật đo thực hiện theo nguyên lý định vị tương đối, sử
dụng ít nhất 2 máy thu, một máy đặt cố định tại điểm đã biết tọa độ gọi là trạm Base
(trạm tĩnh), một máy vừa di chuyển vừa đo gọi là trạm Rover (trạm động), kết quả

103


xác định ra tọa độ tương đối giữa điểm trạm Base và hàng loạt các điểm trạm

Rover.
Trong suốt quá trình đo máy ở trạm Base và trạm Rover phải liên tục thu tín
hiệu của ít nhất 4 vệ tinh chung, nếu điều này khơng được đảm bảo thì q trình đo
bị gián đoạn và phải khởi đo lại.
Khoảng cách từ trạm Base đến trạm Rover có thể cách nhau đến 10km. Độ
chính xác của đo động thường kém hơn đo tĩnh 2 lần.
4.2.1.2. Khởi đo trong đo động
Trong bài toán định vị tương đối bằng pha sóng tải, ta phải xác định số
nguyên đa trị N. Theo kỹ thuật đo tĩnh, thời gian đo tại các điểm là dài nên số đo đủ
lớn để xác định số nguyên đa trị N. Trong đo động, máy tại trạm Rover vừa di
chuyển vừa đo nên thời gian đo tại một điểm là rất ngắn, không đủ để xác định số
nguyên đa trị N. Để khắc phục điều này người ta phải tiến hành khởi đo khi đo
động. Thực chất của khởi đo là đi xác định số nguyên đa trị tại điểm đầu tiên, sau
đó dựa vào số nguyên đa trị này mà xác định số nguyên đa trị cho các điểm tiếp
theo.
Có các phương pháp khởi đo sau:
- Khởi đo tại các điểm đã biết: Nếu trên khu đo có một điểm đã biết tọa độ
thì có thể dựa vào điểm này để khởi đo, thời gian khởi đo theo phương pháp này
khoảng vài phút.
- Khởi đo trên điểm chưa biết: Thực chất là xác định số nguyên đa trị của
điểm đầu tiên bằng phương pháp đo tĩnh nhanh, thời gian khởi đo trên điểm chưa
biết khoảng 20 phút.
4.2.1.3. Các kỹ thuật đo GPS động
1. Đo động dừng và đi (Stop and go)
Là kỹ thuật mà máy thu tại trạm Rover dừng lại tại các điểm cần xác định để
thu tín hiệu khoảng vài giây đến vài phút sau đó lại di chuyển đến các điểm khác.
Kỹ thuật này được ứng dụng chủ yếu để đo vẽ thành lập bản đồ, đo vẽ mặt cắt, đo
các điểm lưới khống chế có độ chính xác thấp.
2. Đo động liên tục

104


Là kỹ thuật đo mà máy thu tại trạm Rover vừa di chuyển vừa đo, không dừng
lại tại điểm nào cụ thể, kết quả sẽ xác định được các điểm trên đường di chuyển sau
những khoảng thời gian nhất định nào đó. Kỹ thuật này thường được ứng dụng để
xác định tọa độ của các vật di chuyển như tàu, thuyền, ơ tơ hoặc đo xác định bề mặt
địa hình
3. Đo động đánh dấu sự kiện
Là kỹ thuật đo mà máy tại trạm động xác định tọa độ điểm đồng thời cùng
với một sự kiện nào đấy. Ví dụ máy động xác định tọa độ tâm chụp của máy chụp
ảnh hàng không đồng thời với việc cửa chớp nhanh của máy chụp ảnh mở.
* Các kỹ thuật đo trên lại được thực hiện theo hai nguyên tắc xử lý số liệu
sau:
- Đo động xử lý sau: Là kỹ thuật đo mà việc đo đạc được thực hiện ngoài
thực địa, sau đó đưa số liệu trút vào máy tính, dùng các phần mềm chun dụng để
tính tốn ra các baseline và tọa độ các điểm.
- Đo động xử lý tức thời hay còn gọi là đo động thời gian thực (RTK): Là kỹ
thuật đo mà việc đo đạc và xử lý số liệu diễn ra tức thời. Theo kỹ thuật đo này, giữa
trạm Base và trạm Rover được trang bị thêm một thiết bị phát và thu tín hiệu Radio
(gọi là Radio link). Trạm Base phát đi tọa độ của mình và tín hiệu vệ tinh mà nó thu
được truyền đến trạm Rover. Trạm Rover thu tín hiệu này, kết hợp với tín hiệu vệ
tinh mà nó thu được để tính ngay ra tọa độ của các điểm. Để có tọa độ trong hệ địa
phương thì cài đặt thêm các tham số chuyển đổi từ hệ tọa độ WGS-84 sang hệ tọa
độ địa phương.
4.2.1.4. Thiết bị đo GPS động
Khi đo động xử lý sau cần có các thiết bị:
a. Tại trạm tĩnh
- 01 máy thu
- Chân máy, đế máy có quả dọi

- Nguồn điện (pin hoặc ắcquy)
b. Tại trạm động
- 01 máy thu GPS có khả năng đo động
- 01 bộ điều khiển đo (FC)

105


- 01 sào đo có gắn bọt thủy trịn
- Cáp nối bộ điều khiển đo và máy thu
- Nguồn điện (pin hoặc ắcquy)
Khi đo động tức thời (RTK) cần có các thiết bị:
a. Tại trạm tĩnh
- 01 máy thu
- Chân máy, đế máy có quả dọi
- Nguồn điện (pin hoặc ắc quy)
- Máy phát
b. Tại trạm động
- 01 máy thu GPS có khả năng đo động
- 01 bộ điều khiển đo (FC)
- 01 sào đo có gắn bọt thủy trịn
- Cáp nối bộ điều khiển đo và máy thu
- Nguồn điện (pin hoặc ắcquy)
- Thiết bị Radio Link
4.2.2. Công tác đo ngoại nghiệp
4.2.2.1. Những vấn đề chung
1. Chuẩn bị trạm tĩnh
Trạm tĩnh được đặt tại các điểm khống chế trong mạng lưới tọa độ Nhà nước
(hạng I, II, III, IV) hoặc lưới chêm dày (cấp 1, cấp 2). Tại các điểm này cần bảo
đảm thơng thống, thuận lợi cho việc thu tín hiệu từ ít nhất 4 vệ tinh trong suốt quá

trình đo động.
Nếu là đo động xử lý sau thì chưa cần biết tọa độ và độ cao của điểm trạm
tĩnh. Nếu là đô động tức thời cần phải biết trước tọa độ, độ cao điểm trạm tĩnh và
một số điểm khác phân bố quanh khu đo để làm thủ tục định chuẩn.
Trong quá trình đo động, người đo tại trạm tĩnh thực chất chỉ làm nhiệm vụ
trông máy, do đó khơng cần bố trí nhiều nhân lực.
2. Khảo sát khu đo

106


Do yêu cầu đo GPS động là phải liên tục theo dõi ít nhất 4 vệ tinh, do đó cần
phải khảo sát khu đo có đảm bảo điều kiện đo hay không. Cần tránh đường đo dưới
các tán cây, gần các trạm phát sóng, dưới các vật che chắn tín hiệu v.v...
3. Tốc độ ghi dữ liệu đo và thời gian dừng đo
Đo động khác với đo tĩnh là số trị đo ít. Trong đo tĩnh, số trị đo có đến hàng
trăm, hàng ngàn giá trị, nhưng trong đo động số trị đo thường chỉ vài ba giá trị. Để
có kết quả đo tốt, người ta khuyến cáo nên đặt tần suất đo trong khoảng từ 1s đến 5s
và bố trí thời gian dừng đo tại mỗi điểm sao cho tại điểm đo thu nhận được trong
khoảng từ 5 đến 10 trị đo. Trong đo động có thể sử dụng máy đo 1 tần, nhưng nên
sử dụng máy 2 tần để nhận được kết quả tốt hơn.
Trong kỹ thuật đo động dừng và đi, trong khi di chuyển máy vẫn tiếp tục
theo dõi và ghi tín hiệu với tần suất đã cài đặt. Chính vì thế bộ nhớ của máy thu hay
bộ nhớ của bộ điều khiển sẽ chỉ chứa được một lượng tín hiệu trong khoảng thời
gian hạn chế. Nếu ta cài đặt tần suất ghi ngắn bộ nhớ sẽ chóng đầy, khi đó thời gian
dừng đo bị rút ngắn. Ngược lại, nếu ta đặt tần suất ghi dài, thì bộ nhớ cho phép kéo
dài thời gian đo, song tại điểm đo phải dừng lâu hơn. Đây chính là vấn đề cần cân
nhắc khi cài đặt tần suất đo. Thông thường, nếu khoảng cách giữa các điểm đo dài
và khó đi lại thì người ta kéo dài tần suất ghi dữ liệu.
4.2.2.2. Các thao tác đo GPS động

Khi đã chuẩn bị đủ các thiết bị cần thiết, có thể tổ chức đo động để xác định
tọa độ, độ cao của các vị trí máy động trên cơ sở tọa độ, độ cao đã biết của trạm
tĩnh. Sau đây giới thiệu các thao tác đo động xử lý sau theo phương pháp dừng và
đi.
1. Khởi động trạm cơ sở
Trạm tĩnh sẽ được khởi động trước khi thực hiện thủ tục khởi đo trạm động.
Máy thu ở trạm tĩnh cần cài đặt trước tần suất đo, thiết bị ghi tín hiệu, góc ngưỡng
chọn vệ tinh v.v....Định tâm, cân bằng máy tại điểm khống chế như đo tĩnh. Bật
máy thu tại trạm tĩnh để máy thu khởi động. Trong quá trình khởi động máy thu thu
tín hiệu các vệ tinh, đến khi đủ tín hiệu vệ tinh tức là máy thu đã được khởi động.
2. Khởi đo trạm động

107


Tại trạm động máy thu được cố định trên sào đo có gắn bọt thủy trịn. Gắn
bộ điều khiển đo vào sào đo và kết nối nó với máy thu bằng cáp chuyên dụng. Bộ
điều khiển phải được cài đặt cho phù hợp với khu vực đo.
Trước khi thực hiện đo hàng loạt điểm phải thực hiện khởi đo tại điểm đầu
tiên. Phương pháp khởi đo được thực hiện như đã nêu ở trên.
Nếu thực hiện khởi đo động tức thời thì cơng việc khởi đo phức tạp hơn vì
phải kết nối Radio Link và thực hiện thủ tục định chuẩn.
3. Thực hiện đo động
Sau khi máy thu tại trạm động đã được khởi đo, tiến hành đo động. Máy thu
di động gắn trên sào đo với chiều cao ănten cố định (khoảng 2m) so cho máy thu
luôn cao hơn đầu người đo. Tại mỗi điểm đo, dừng lại thu tín hiệu vệ tinh trong
khoảng thời gian ít nhất là gấp 2 lần tần suất thu tín hiệu. Trong quá trình đo liên tục
chú ý màn hình của bộ điều khiển để biết được trạng thái của máy thu và tình trạng
cảu vệ tinh.
Nếu đo động tức thời, tín hiệu ở trạm tĩnh được bộ phát radio chuyển đến

máy động để xác định ngay ra véctơ cạnh, từ đó tính ra tọa độ điểm động ở thực địa.
Lần lượt di chuyển máy động đến các điểm cần đo.
4. Kết thúc đo động
Sau khi thực hiện thu tín hiệu tại tất cả các điểm đo, người đo kết thúc đo.
Toàn bộ số liệu đo được lưu trong bộ nhớ của máy hoặc bộ nhớ của thiết bị điều
khiển. Số liệu đo sẽ được xử lý tiếp theo trong phòng.
5. Thủ tục định chuẩn
Trong đo động tức thời RTK cần thực hiện thủ tục định chuẩn. Thủ tục định
chuẩn thực chất là công việc chuẩn bị trước để chuyển đổi tọa độ xác định trong hệ
WGS-84 về hệ tọa độ thực dụng (HN-72 hoặc VN-2000) ngay tại thực địa.
Để định chuẩn, người ta người ta thường sử dụng 4 điểm (tối đa là 20 điểm)
bố trí xung quanh khu đo, tại các điểm này đồng thời xác định tọa độ, độ cao trong
hệ tọa độ thực dụng, đồng thời xác định tọa độ, độ cao trong hệ WGS-84.
Dựa vào các điểm định chuẩn có thể tính được các tham số chuyển đổi tọa độ
giữa hệ WGS-84 và hệ tọa độ thực dụng. Các tham số này sẽ được sử dụng đối với

108


các điểm đo động để tính chuyển tọa độ điểm đo sang hệ tọa độ thực dụng ngay tại
thực địa.
4.2.3. Xử lý số liệu đo động
Các bước cơ bản trong xử lý kết quả đo động tương tự như đối với đo tĩnh.
Các tệp số liệu được nhập từ máy thu vào máy tính cần được kiểm tra tên tệp và độ
cao anten. Trong tính tốn cụ thể có những điểm khác tuỳ thuộc vào phần mềm sử
dụng, thí dụ như phần mềm mới hơn thực hiện tính tự động cịn phần mềm khác thì
thao tác bằng tay trong các lần tính lặp. Việc kiểm tra chủ yếu đối với các vectơ
động là tính tốn các vị trí của máy động và kiểm tra sự phù hợp của kết quả nhận
được từ một vài lần đo riêng rẽ tại cùng một điểm. Trong trường hợp này nên có
một vài điểm đã biết toạ độ dùng để so sánh với kết quả đo động là phương pháp

kiểm tra tốt nhất.
4.2.4. Ứng dụng của GPS trong trắc địa bản đồ
4.2.4.1. Xây dựng các mạng lưới địa chính
Cơng nghệ GPS được ứng dụng rộng rãi trong cơng tác đo đạc địa chính.
Trước hết là xây dựng các mạng lưới khống chế địa chính các cấp. Ở nước ta, theo
quy định của Tổng cục địa chính (1999), lưới khống chế địa chính các cấp được
phát triển từ lưới Khống chế toạ độ Nhà nước hạng I, II. Trước hết là lưới địa chính
cơ sở (ĐCCS) có độ chính xác tương đương lưới hạng III Nhà nước, nhưng ở những
vùng đồng bằng và đô thị, lưới hạng III có mật độ tương đương với lưới hạng IV
Nhà nước trước đây. Lưới địa chính cơ sở là cơ sở để phát triển tiếp các mạng lưới
cấp thấp hơn (lưới địa chính cấp 1, địa chính cấp 2) phục vụ cho cơng tác đo vẽ địa
chính, kiểm kê đất đai .vv
4.2.4.2. Đo vẽ chi tiết bản đồ địa hình, bản đồ địa chính tỷ lệ lớn và trung bình
Để thành lập bản đồ địa hình, bản đồ địa chính tỷ lệ 1:200 đến 1:2000, thơng
thường chúng ta thường đo trực tiếp theo phương pháp toàn đạc, trong đó sử dụng
máy kinh vĩ hoặc tồn đạc điện tử để đo các điểm chi tiết.
Với kỹ thuật đo động Stop-and-Go (dừng và đi), người ta có thể thực hiện đo
chi tiết để thành lập bản đồ, với độ chính xác và tốc độ đo không thua kém các
phương pháp cũ sử dụng toàn đạc điện tử. Tuy nhiên cần bảo đảm một điều kiện bắt
buộc là trong quá trình đo chi tiết bằng GPS phải liên tục theo dõi tín hiệu của ít

109


nhất 4 vệ tinh. Như vậy để bảo đảm điều này, khu đo cần thơng thống lên bầu trời,
khơng bị cây to che phủ hoặc nhà cửa cao tầng che chắn tín hiệu vệ tinh. Để có thể
tiến hành cơng tác đo động thuận lợi, nên tiến hành khảo sát thực địa khu đo trước
khi đo.
Để đo chi tiết bằng GPS động, ta có thể sử dụng ngay các điểm tam giác
hạng IV thậm chí hạng III hoặc điểm ĐCCS để làm điểm trạm tĩnh trong đo chi tiết

bằng GPS động. Rõ ràng là ta sẽ tiết kiệm được khá nhiều kinh phí xây dựng lưới
chêm dầy và tiết kiện được thời gian thực hiện cơng việc lập lưới. Có thể kết hợp
một trạm tĩnh với nhiều máy động để tăng nhanh tốc độ đo chi tiết.
Qua một số kết quả thực nghiệm, cho thấy khi trạm base cách khu đo khơng
q 10 km, độ chính xác đo động có sai số trung phương vị trí mặt bằng cỡ 3- 5cm,
sai số độ cao từ 5 đến 7cm.
Độ chính xác này đủ để đo vẽ bản đồ tỷ lệ trung bình và tỷ lệ lớn lớn. Ở
những vùng chưa có đủ bản đồ địa chính, có thể sử dụng kỹ thuật đo GPS động để
nhanh chóng lập các hồ sơ thửa đất, phục vụ cấp đất hoặc giải quyết những vấn đề
trong công tác quản lý đất đai.
Đo chi tiết bằng GPS động, cho phép ta hoàn toàn tự động hố q trình đo,
tính, và vẽ bản đồ. Hiện nay đã có các phần mềm phục vụ vẽ bản đồ từ số liệu đo
GPS động (như TRIMMAP ...).
4.2.4.3. Đo GPS động
+ Đo bán động: Đo bán động hay còn gọi là đo động “dừng và đi”. Trong
phương pháp này, tại điểm cần xác định tọa độ ta phải dừng máy thu trong một thời
gian nhất định và di chuyển máy thu (trong trạng thái bật máy) đến điểm đo tiếp
theo. Trước khi đo bán động, cần thực hiện thủ tục khởi đo trạm tĩnh, như khởi đo
trên điểm đã biết tọa độ, khởi đo trên điểm chưa biết tọa độ hoặc khởi đo theo
phương pháp trao đổi anten. Yêu cầu chung của định vị tương đối động là khi di
chuyển máy phải liên tục thu tín hiệu ít nhất từ cùng bốn vệ tinh. Nếu không đảm
bảo yêu cầu này thì sẽ xảy ra hiện tượng mất khóa tín hiệu, khi đó phải tiến hành
khởi đo lại.
Nếu các trạm tĩnh được bố trí hợp lý, phương pháp đo động “dừng và đi” cho
độ chính xác mặt bằng cỡ 2÷4 cm, về độ cao khoảng 4÷8 cm. Phương pháp này có

110


thể sử dụng để đo chi tiết thành lập bản đồ địa hình, bản đồ địa chính tỷ lệ lớn, đo

vẽ mặt cắt địa hình, đo bao các khu vực để kiểm kê diện tích sử dụng đất ở những
vùng thuận lợi cho việc thu tín hiệu vệ tinh.
+ Đo động thuần túy: Đo động thuần túy hay còn gọi là đo động liên tục.
Phương pháp này được sử dụng để xác định một cách liên tục tọa độ của vật chuyển
động liên tục như tàu biển, máy bay và các đối tượng chuyển động khác. Khi đo
động liên tục, cần phải có giải pháp xác định số nguyên đa trị trong lúc máy thu
chuyển động. Phương pháp này đòi hỏi số vệ tinh quan sát được phải nhiều. Tốt
nhất là số vệ tinh quan sát khơng ít hơn sáu.
Trong trắc địa bản đồ, kỹ thuật đo động thường sử dụng để xác định tâm
chụp ảnh hàng không, trong đo đạc địa hình đáy biển sử dụng tàu đo cùng máy đo
sâu hồi âm hoặc hệ thống đo sâu bằng laser gắn trên máy bay.

4.2.4.4. Đo chi tiết thành lập bản đồ
Với kỹ thuật đo động “dừng và đi” thời gian dừng đo tại mỗi điểm chỉ
khoảng từ 4s đến 10s (phụ thuộc vào tần suất thu tín hiệu), chúng ta hồn tồn có
thể ứng dụng để đo vẽ bản đồ địa hình, bản đồ tỷ lệ lớn (từ tỷ lệ 1:500 trở xuống).
Nếu so với đo chi tiết bằng tồn đạc điện tử, phương pháp đo GPS động có
ưu điểm là khoảng cách giữa các trạm tĩnh và trạm động có thể đến 10 km, trong
khi đo bằng tồn đạc điện tử thì khoảng cách từ máy đến gương chỉ cỡ vài trăm mét.
Và ưu điểm cơ bản của phương pháp đo động là không cần lập lưới khống chế đo
vẽ. Tuy nhiên, nhược điểm của GPS động là khơng đo được ở vùng chật hẹp, bị che
chắn tín hiệu, hoặc vùng có nhiễu của các trạm phát sóng trong khi đó tồn đạc điện
tử vẫn có thể tiến hành được.
Để nâng cao năng suất đo chi tiết bằng GPS động có thể bố trí một trạm tĩnh
cho nhiều trạm động. Trong trường hợp cần độ chính xác cao, có thể bố trí hai trạm
cơ sở, trong trường hợp này tọa độ điểm đo sẽ được xác định từ hai trạm tĩnh do đó
độ chính xác vị trí điểm sẽ được nâng cao.
4.3. Ứng dụng GPS trong trắc địa cơng trình
4.3.1. Lập các mạng lưới Trắc địa cơng trình
4.3.1.1. Xây dựng lưới cơ sở trắc địa cơng trình (CSTĐCT)

111


Đây là dạng lưới được lập trên các mặt bằng cơng nghiệp có diện tích lớn,
có nhiều hạng mục cơng trình liên kết với nhau theo dây chuyền chặt chẽ. Mạng
lưới này là cơ sở để liên kết các cụm cơng trình trong một hệ toạ độ thống nhất.
Để đo nối lưới cơ sở trắc địa cơng trình với hệ toạ độ nhà nước, phải đo nối ít
nhất đến 1 điểm trong hệ toạ độ nhà nước.
Độ chính xác của mạng lưới cơ sở trắc địa cơng trình phụ thuộc vào tính
chất, đặc điểm, và yêu cầu riêng của khu cơng nghiệp. Có loại cơng trình cần độ
chính xác rất cao (như nhà máy gia tốc hạt), có loại cần độ chính xác trung bình
(như các khu cơng nghiệp cơ khí, chế tạo máy…) và có loại cần độ chính xác thấp
(các khu công nghiệp khái thác, chế biến thực phẩm .vv).
Tuỳ thuộc vào diện tích khu vực cần lập lưới mà ta quyết định hình dạng và
kết cấu lưới.
Các điểm của lưới cần bố trí ở những nơi thơng thống, khơng bị cản trở cho
việc thu tín hiệu từ vệ tinh. Khi đo nối đến điểm nhà nước, nếu tại điểm nhà nước
không thể đặt máy thu GPS được ta có thể sử dụng cách đo lệch tâm. Lưới cơ sở
trắc địa cơng trình phải được đo nối độ cao với hệ thống độ cao nhà nước bằng thuỷ
chuẩn hình học.
Chiều dài cạnh lưới cơ sở trắc địa cơng trình từ 1 km đến 5 km, trong trường
hợp đo nối có thể cho phép chiều dài đến 10 km. Với chiều dài ngắn như vậy có thể
sử dụng máy thu 1 tần số để đo cạnh. Nên chọn thời điểm có số vệ tinh khơng ít hơn
6 và PDOP < 4 hoặc 5.
Sai số khép các vòng khép khác session mang ý nghĩa rất quan trọng trong
kiểm tra chất lượng đo trong lưới GPS.
4.3.1.2. Xây dựng lưới thi công cơng trình
Lưới thi cơng cơng trình cơng nghiệp trước đây thường được lập dưới dạng
lưới ô vuông xây dựng với các góc đúng bằng 900 và các cạnh đúng theo các chuẩn

mực cho trước. Nhờ sự phát triển của kỹ thuật tính tốn xử lý số liệu và kỹ thuật đo
dài điện tử, hình thức lưới ơ vng ít được sử dụng. Thay vào đó người ta có thể
xây dựng các mạng lưới thi cơng đo góc - cạnh có hình dạng phù hợp với mặt bằng
khu cơng nghiệp. Mạng lưới này phục vụ cho việc cắm các hạng mục cơng trình,
phục vụ lắp đặt các thiết bị lớn như đường ống, cắm tim trục các cụm công

112


trình..v.v. Các mạng lưới này thường có độ chính xác cao, sai số vị trí điểm yếu
nhất trong mạng lưới không vượt quá 5 mm, sai số tương hỗ giữa các cặp điểm
cũng nằm trong phạm vi như vậy.
Theo kết quả nghiên cứu và thực nghiệm cho thấy có thể sử dụng GPS để đo
các mạng lưới thi công với chiều dài các cạnh từ 100m đến 1000m. Khi đo cạnh với
khoảng cách ngắn như vậy phải hết sức lưu ý đến sai số định tâm và đo cao anten
máy thu GPS. Sử dụng GPS để lập các mạng lưới thi cơng cơng trình thì khơng cần
thiết phải lập lưới trắc địa cơ sở nếu như gần khu công nghiệp đã có ít nhất một
điểm toạ độ nhà nước. Thực tế lưới CSTĐCT chỉ cần thiết cho các khu công nghiệp
lớn, và mạng lưới cấp tiếp theo (lưới thi công) được xây dựng bằng cơng nghệ đo
góc-cạnh. Lưới thi cơng có thể đo nối trực tiếp với điểm nhà nước ở gần (khơng q
10 km) bởi ít nhất 2 cạnh đo. Lưới phải được đo nối với hệ thống độ cao nhà nước
bằng thuỷ chuẩn hình học hạng IV nếu như không thể đặt máy thu tại điểm thuỷ
chuẩn nhà nước.
Lưới thi cơng có thể xây dựng ở dạng lưới tam giác và cũng cho phép xây
dựng ở dạng lưới đa giác. Cho phép sử dụng máy thu 1 tần số để đo. Thời gian đo
trong các ca đo chỉ cần kéo dài đến 30 phút, nếu điều kiện thu tín hiệu tốt.
4.3.2. Đo các mạng lưới quan trắc biến dạng và chuyển dịch cơng trình
Trong các dạng đo đạc, thì đo biến dạng cơng trình địi hỏi u cầu độ chính
xác cao nhất. Thí dụ: để phát hiện giá trị biến dạng hoặc chuyển dịch khá nhỏ cỡ
một vài mm thì cần phải thực hiện các phép đo có sai số không lớn hơn  1mm.

Mức độ tin cậy của số liệu đo biến dạng, chuyển dịch phụ thuộc vào độ chính xác
đo và phương pháp xử lý số liệu đo.
Các cơng trình cơng nghiệp và nhà cao tầng trong quá trình xây dựng và cả
trong thời gian sử dụng có thể bị biến dạng hoặc chuyển vị (theo phương nằm
ngang hoặc phương thẳng đứng) do một số tác động ngoại cảnh hoặc do chính tải
trọng của cơng trình trên nền đất yếu. Tuỳ thuộc vào kết cấu công trình, điều kiện
địa chất nền móng, các cơng trình có thể biến dạng, chuyển dịch nhiều hoặc ít. Song
trên thực tế người ta chỉ cần quan tâm đến các hiện tượng biến dạng và chuyển dịch
đạt tới một giá trị nguy hiểm, đe doạ đến độ bền và giá trị sử dụng của cơng trình.
Thí dụ, với các cơng trình xây dựng người ta quy định giá trị lún cho phép, chỉ khi

113