Đề tài “ Đo nối khống chế ảnh ngoại nghiệp bằng công nghệ GPS” pptx

Đồ án tốt nghiệp







Đề tài



Đo nối khống chế ảnh ngoại
nghiệp bằng công nghệ GPS
Trờng ĐH Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp
Đỗ Mạnh Hà - 1 - Trắc địa B -K48
Mục lục
Lời mở đầu 2
Chơng I: Đo nối điểm khống chế ảnh ngoại nghiệp 3
I.1. Quy trình thành lập bản đồ bằng phơng pháp đo ảnh 3
I.2. Vị trí và nhiệm vụ của công tác đo nối khống chế ảnh đối với công tác đo
ảnh 4
I.3 Các yêu cầu cơ bản đối với điểm khống chế ảnh 5
I.4 Các phơng pháp đo nối khống chế ảnh 6
Chơng II: Công nghệ GPS trong công tác đo nối khống chế ảnh ngoại
nghiệp 15

II.1. Giới thiệu công nghệ GPS 15
II.2. ứng dụng công nghệ GPS trong đo nối khống chế ảnh 31
Chơng III: Thực nghiệm đo nối khống chế ảnh khu đo Bến Tre 46
III.1 Khái quát về khu vực thực nghiệm 46
III.2 Các bớc xử lý số liệu 51
III.3 Đánh giá độ chính xác và kết quả 61
Kết luận 62
Tài liệu tham khảo 63
Trờng ĐH Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp
Đỗ Mạnh Hà - 2 - Trắc địa B -K48
LờI Mở ĐầU
Ngày nay khoa học kỹ thuật đã đem lại nhiều bớc tiến nhảy vọt trong sự
phát triển kinh tế. Con ngời đã từng bớc đa những thiết bị kỹ thuật hiện đại
vào ứng dụng trong cuộc sống để giải phóng dần sức lao động của mình. Một
trong những ứng dụng của con ngời là đa hệ thống định vị toàn cầu GPS vào
ứng dụng trong nhiều ngành nh: Hàng hải, hàng không, an ninh quốc phòng và
nhất là trong công tác trắc địa và bản đồ
Hệ thống định vị toàn cầu GPS (Global Positioning System) là hệ thống
định vị, dẫn đờng sử dụng các vệ tinh nhân tạo do Bộ Quốc Phòng Mỹ triển
khai từ năm 1970. Ban đầu hệ thống này đợc sử dụng chủ yếu cho mục đích
quân sự, nhng do tính u việt của hệ thống này mà nó đã và đang đợc ứng
dụng rộng rãi trong nhiều hoạt động kinh tế, xã hội. Trắc địa và bản đồ cũng là
một trong những ngành ứng dụng công nghệ này có hiệu quả những tính năng u
việt đó.
ở nớc ta đã đa kỹ thật định vị toàn cầu GPS vào sử dụng một cách có
hiệu quả trong công tác trắc địa và bản đồ từ đầu những năm 1990. Thực tế cho
thấy ngành trắc địa nớc ta đã làm chủ công nghệ này và đã giải quyết đợc
nhiều nhiệm vụ quan trọng trong công tác trắc địa. Vì thế để tìm hiểu và chứng
minh tính ứng dụng thực tiễn cao của công nghệ GPS trong lĩnh vực trắc địa và
bản đồ nói chung và trong ngành trắc địa ảnh nói riêng em đã chọn đề tài:

Đo nối khống chế ảnh ngoại nghiệp bằng công nghệ GPS. Nhằm mục đích
nêu rõ những khả năng ứng dụng công nghệ GPS trong việc xác định toạ độ
điểm khống chế ảnh ngoại nghiệp phục vụ công tác tăng dày khống chế ảnh.
Nội dung đồ án gồm:
Chơng I : Những vấn đề cơ bản về điểm khống chế ngoại nghiệp và
công nghệ dùng để đo nối
Chơng II : Công nghệ GPS trong công tác đo nối điểm khống chế ngoại
nghiệp
Chơng III: Thực nghiệm đo nối khống chế ảnh khu đo Bến Tre
Kết luận
Tài liệu tham khảo
Trờng ĐH Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp
Đỗ Mạnh Hà - 3 - Trắc địa B -K48
Chơng I
đo nối điểm khống chế ảnh ngoại nghiệp
i.1. quy trình thành lập bản đồ bằng phơng pháp đo ảnh
Trong trắc địa phơng pháp đo ảnh hay còn gọi là phơng pháp trắc địa ảnh,
là một phơng pháp cơ bản trong đo vẽ bản đồ địa hình, địa chính các loại.
Trong đó, phơng pháp trắc địa ảnh hàng không là phơng pháp chủ yếu trong
công tác đo vẽ bản đồ các loại tỷ lệ khác nhau đặc biệt bản đồ địa hình trung
bình và nhỏ. Đo ảnh có 2 quá trình cơ bản là:
- Quá trình thu nhận hình ảnh thông tin ban đầu của đối tợng đo
- Quá trình dựng lại và đo đạc trên mô hình của đối tợng đo từ hình ảnh
chụp hoặc các thông tin thu đợc
Ngày nay với những thành tựu phát triển hiện đại về khoa học kỹ thuật và
công nghệ, phơng pháp đo ảnh có khả năng đáp ứng đợc các yêu cầu đa dạng
về thành lập bản đồ địa hình, địa chính .
Để thành lập bản đồ bằng phơng pháp ảnh thì việc lựa chọn quy trình công
nghệ đo vẽ cũng tuỳ thuộc vào đặc điểm địa hình, quy mô khu đo và các điều
kiện kỹ thuật cụ thể. Ta có thể tổng quát quy trình công nghệ của phơng pháp

ảnh nh sau.
Trờng ĐH Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp
Đỗ Mạnh Hà - 4 - Trắc địa B -K48
Hình 1.1. Sơ đồ quy trình công nghệ tổng quát của phơng pháp đo ảnh.
I.2. Vị trí và nhiệm vụ của công tác đo nối khống chế ảnh
đối với công tác đo ảnh
Trong công tác đo vẽ ảnh hàng không các điểm khống chế là cơ sở cho việc
xác định vị trí không gian trong hệ toạ độ trắc địa của chùm tia hoặc các mô
hình lập thể đợc xác định từ các ảnh bay chụp, vì các nguyên tố định hớng
ngoài của ảnh hàng không thờng không đợc xác định bằng các phơng pháp
vật lý trong khi bay chụp với độ chính xác yêu cầu. Các điểm khống chế ảnh nói
trên là những điểm địa vật đợc xác đánh dấu trên các ảnh đo và đồng thời đợc
xác định toạ độ của chúng trong hệ toạ độ trắc địa.
Đo vẽ ảnh
quang cơ
Đo vẽ ảnh
giải tích
Đo vẽ
ảnh số
Đối tợng đo vẽ
Công tác thiết kế
và đo nối KCANN
Công tác bay chụp ảnh
Công tác điều vẽ
Các quá trình xử lý và đo vẽ ảnh trong phòng
Phơng pháp đo ảnh đơn Phơng pháp đo ảnh lập thể
Công tác tăng dày
khống chế ảnh
Trờng ĐH Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp
Đỗ Mạnh Hà - 5 - Trắc địa B -K48

Tuy nhiên, nếu tất cả các điểm khống chế ảnh đều phải tiến hành đo đạc xác
định ngoài thực địa thì khối lợng công tác sẽ tăng lên rất lớn. Vì vậy trong
phơng pháp đo ảnh, ngời ta dựa trên các tính chất hình học cơ bản của ảnh đo
và nguyên lý để xây dựng các phơng pháp đo đạc trong phòng nhằm xác định
toạ độ trắc địa của các điểm khống chế thay cho phần lớn công tác đo đạc ngoài
trời. Công tác này gọi là công tác tăng dày khống chế ảnh trong trắc địa ảnh.
Qua đây ta có thể thấy công tác đo nối khống chế ảnh đợc thực hiện theo
yêu cầu của công tác tăng dày khống chế ảnh và nó có vị trí then chốt trong quá
trình đo vẽ ảnh nh đợc biểu thị ở sơ đồ quy trình công nghệ phần I.1 . Từ quy
trình công nghệ trên ta có thể thấy : Công tác đo nối khống chế ảnh là một khâu
quan trọng trong toàn bộ quy trình công nghệ đo vẽ.
Nhiệm vụ của công tác đo nối khống chế ảnh là xác định toạ độ trắc địa của
các điểm khống chế đo vẽ ảnh đợc chọn và đánh dấu ở những vị trí thích hợp
trên các ảnh đo nhằm làm cơ sở cho việc liên kết các đối tợng đo vẽ trong
phòng với miền thực địa. Ngoài ra công tác đo nối khống chế ảnh còn có nhiệm
vụ nữa là tính toán các yếu tố định hớng ngoài của ảnh.
I.3. các yêu cầu cơ bản đối với điểm khống chế ảnh
I.3.1. Độ chính xác của bản đồ đợc quy định nh sau
I.3.1.1. Sai số trung phơng vị trí địa vật biểu thị trên bản đồ gốc so với vị trí của
điểm khống chế đo vẽ gần nhất tính theo tỷ lệ bản đồ thành lập không đợc vợt
quá các giá trị sau đây:
a) 0,5 mm khi thành lập bản đồ ở vùng đồng bằng và vùng đồi;
b) 0,7 mm khi thành lập bản đồ ở vùng núi.
I.3.1.2. Sai số trung phơng độ cao của đờng bình độ, điểm đặc trng địa hình,
điểm ghi chú độ cao biểu thị trên bản đồ gốc so với độ cao điểm khống chế độ
cao ngoại nghiệp gần nhất tính theo khoảng cao đều đờng bình độ cơ bản
không vợt quá các giá trị sau:
Trờng ĐH Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp
Đỗ Mạnh Hà - 6 - Trắc địa B -K48
Khoảng cao đều

đờng bình độ cơ
bản
Sai số trung phơng về độ cao (tính theo khoảng
cao đều cơ bản)
1: 2000
1: 5000
0,5 m và 1,0 m
1/4
1/4
2,5 m
1/3
1/3
5,0 m
1/3
1/3
Đối với khu vực ẩn khuất và đặc biệt khó khăn các sai số trên đợc phép
tăng lên 1,5 lần.
I.3.1.3. Sai số trung phơng vị trí mặt phẳng của điểm khống chế ảnh ngoại
nghiệp, điểm khống chế đo vẽ ngoại nghiệp so với vị trí điểm tọa độ quốc gia
gần nhất sau bình sai tính theo tỷ lệ bản đồ thành lập không vợt quá 0,1 mm ở
vùng quang đãng và 0,15 mm ở vùng ẩn khuất.
I.3.1.4. Sai số trung phơng độ cao của điểm khống chế ảnh ngoại nghiệp, điểm
khống chế đo vẽ sau bình sai so với điểm độ cao quốc gia gần nhất không vợt
quá 1/10 khoảng cao đều đờng bình độ cơ bản ở vùng quang đãng và 1/5
khoảng cao đều đờng bình độ cơ bản ở vùng ẩn khuất.
I.3.2. Sai số giới hạn của vị trí địa vật; của độ cao đờng bình độ, độ cao điểm
đặc trng địa hình, độ cao điểm ghi chú độ cao; của vị trí mặt phẳng và độ cao
điểm khống chế ảnh ngoại nghiệp, điểm khống chế đo vẽ không đợc vợt quá 2
lần các sai số quy định tại Mục I.3.1. Khi kiểm tra, sai số lớn nhất không đợc
vợt quá sai số giới hạn. Số lợng các trờng hợp có sai số vợt hạn sai nhng

nhỏ hơn sai số giới hạn phải bảo đảm về mặt phẳng không vợt quá 5% tổng số
các trờng hợp kiểm tra, về độ cao không vợt quá 5% tổng số các trờng hợp
kiểm tra ở vùng quang đãng và 10% tổng số các trờng hợp kiểm tra ở vùng khó
khăn, ẩn khuất. Trong mọi trờng hợp các sai số đều không đợc mang tính hệ
thống.
Trờng ĐH Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp
Đỗ Mạnh Hà - 7 - Trắc địa B -K48
I.3.3. Thiết kế, đo nối điểm khống chế ảnh ngoại nghiệp
I.3.2.1. Nguyên tắc thiết kế điểm khống chế ảnh ngoại nghiệp
a) Các điểm khống chế ảnh ngoại nghiệp phải khống chế đợc toàn bộ
diện tích đo vẽ. Điểm khống chế ảnh ngoại nghiệp phải bố trí vào các vị trí ít
nhất có độ phủ 3 với các điểm nằm trên một tuyến bay; độ phủ 4,6 với các điểm
nằm trên hai tuyến bay và cách mép ảnh không nhỏ hơn 1cm.
b) Mật độ và vị trí của các điểm khống chế ảnh ngoại nghiệp phụ thuộc
vào chơng trình tăng dày nội nghiệp đợc sử dụng và phải đợc tính toán trên
cơ sở đảm bảo độ chính xác về tọa độ mặt phẳng và độ cao của điểm chi tiết trên
bản đồ. Đồ hình thiết kế điểm khống chế ảnh ngoại nghiệp trong khối tăng dày
theo sơ đồ.
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+

+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+

+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+

+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
Trong sơ đồ trên: là điểm khống chế tổng hợp (X, Y, H);
là điểm khống chế độ cao;
+ là tâm chính ảnh.
Công thức tính toán số lợng mô hình giữa các điểm khống chế ảnh:
a) Khi tăng dày mặt phẳng:
Trờng ĐH Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp
Đỗ Mạnh Hà - 8 - Trắc địa B -K48
b) Khi tăng dày độ cao:
Trong đó:
- m

s
là sai số trung phơng về mặt phẳng.
- m
h
là sai số trung phơng về độ cao.
- m
p, q
là sai số trung phơng đo thị sai đo tọa độ trên trạm xử lý ảnh số.
- m
xy
là sai số trung phơng đo tọa độ độ ảnh.
- n là số đờng đáy.
- H là chiều cao bay chụp.
- b là cạnh đáy ảnh.
Để phục vụ cho công tác tăng dày điểm khống chế ảnh trong phòng điểm
khống chế ảnh ngoại nghiệp có ba loại sau đây:
- Điểm khống chế tổng hợp tức là các điểm khống chế ảnh đợc xác định
cả toạ độ mặt phẳng và độ cao;
- Điểm khống chế mặt phẳng;
- Điểm khống chế độ cao;
Những điểm khống chế ảnh ngoại nghiệp dù đợc xác định bằng phơng
pháp gì cũng đều phải thoả mãn các yêu cầu về độ chính xác, về khối lợng và vị
trí điểm quy định sau đây:
Số lợng điểm và phơng án bố trí điểm khống chế ngoại nghiệp phụ
thuộc vào độ chính xác cần đạt của điểm khống chế tăng dày để phục vụ cho
nhiệm vụ đo vẽ cụ thể. Ngày nay, với những phát triển mới của các phơng pháp
tam giác ảnh cho phép nâng cao độ chính xác và hiệu quả của công tác tăng dày,
nên số lợng điểm khống chế ngoại nghiệp đợc giảm tới mức tối thiểu và
phơng án bố trí điểm cũng rất linh hoạt.
m

S
= 0,25m
xy
n
3
m
h
= m
p,q
n
3
+ 19n +48
H
12,5b
Trờng ĐH Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp
Đỗ Mạnh Hà - 9 - Trắc địa B -K48
Hình 1.2.1
Hình 1.2.2
Hình 1.2 Các phơng án bố trí điểm khống chế ngoại nghiệp
Hình 1.2.1. Phơng pháp bố trí điểm khống chế ảnh ngoại nghiệp cho lới
có tuyến bay chặn.
Hình 1.2.2. Phơng pháp bố trí điểm khống chế ảnh ngoại nghiệp cho lới
không có tuyến bay chặn.
Ký hiệu: là điểm khống chế tổng hợp (X, Y, H);
là điểm khống chế độ cao;
Hình 1.2 mô tả một vài ví dụ về phơng án bố trí điểm khống chế ngoại
nghiệp cho công tác tăng dày theo các phơng pháp khác nhau.
+
+
+

+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+

+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+

+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+

+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+

+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+

+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
Trờng ĐH Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp
Đỗ Mạnh Hà - 10 - Trắc địa B -K48
c) Điểm kiểm tra ngoại nghiệp đợc xác định với độ chính xác tơng
đơng điểm khống chế ảnh ngoại nghiệp. Điểm kiểm tra phải bố trí vào vị trí yếu
nhất và rải đều trong khối tăng dày, mỗi khối phải có ít nhất một điểm; với
những khối lớn bảo đảm từ 40 đến 60 mô hình có 1 điểm.
I.3.4. Chọn, chích, tu chỉnh điểm khống chế ảnh
a) Điểm khống chế ảnh ngoại nghiệp đợc chọn phải tồn tại ở thực địa và
có hình ảnh rõ nét trên ảnh, đảm bảo nhận biết và chích trên ảnh với độ chính

xác 0,1 mm. Nếu điểm chọn vào vị trí giao nhau của các địa vật hình tuyến thì góc giao
nhau phải nằm trong khoảng từ 30
0
đến 150
0
, nếu điểm chọn vào địa vật hình tròn thì đờng
kính phải nhỏ hơn 0,3 mm trên ảnh. Ngoài các yêu cầu trên, cần chọn điểm khống chế
ảnh ngoại nghiệp vào vị trí thuận tiện cho đo nối.
b) Điểm khống chế ảnh ngoại nghiệp phải đóng cọc gỗ hoặc dùng sơn
đánh dấu vị trí ở thực địa, đảm bảo tồn tại ổn định trong thời gian thi công và
kiểm tra, nghiệm thu.
c) Các điểm khống chế ảnh ngoại nghiệp, điểm kiểm tra, điểm tọa độ và
độ cao quốc gia đợc sử dụng làm cơ sở để đo nối khống chế ảnh ngoại nghiệp
nếu đủ điều kiện về vị trí địa vật để chích đều phải chích lên ảnh khống chế tại
thực địa, đờng kính lỗ chích không vợt quá 0,15 mm trên ảnh.
d) Tất cả các điểm đợc chích lên ảnh khống chế đều phải đợc tu chỉnh
lên mặt phải và mặt trái của ảnh. Trên mặt phải ảnh, các điểm đợc khoanh vị trí,
ghi tên điểm; trên mặt trái vẽ sơ đồ ghi chú điểm gồm sơ đồ tổng quan và sơ đồ mô tả chi
tiết vị trí điểm. Cách thức tu chỉnh nh ( Hình 1.3 và Hình 1.4). Các điểm tọa độ và
độ cao quốc gia đợc sử dụng làm cơ sở để đo nối khống chế ảnh ngoại nghiệp
nhng không đủ điều kiện để chích lên ảnh phải tu chỉnh lên mặt phải của ảnh.
Trờng ĐH Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp
Đỗ Mạnh Hà - 11 - Trắc địa B -K48
Hình1.3. Tu chỉnh mặt phải ảnh khống chế
N1002 - Điểm khống chế ảnh mặt phẳng (vòng tròn màu đỏ đờng
kính 1 cm và số hiệu điểm màu đỏ).
H309 - Điểm khống chế ảnh độ cao (vòng tròn màu xanh đờng
kính 1 cm, số hiệu điểm màu xanh).
N1003 - Điểm khống chế ảnh mặt phẳng và độ cao (vòng tròn ngoài
màu đỏ đờng kính 1cm, vòng tròn trong màu xanh đờng

kính 0,6cm và số hiệu điểm màu đỏ).
11514 - Điểm toạ độ quốc gia (tam giác màu đỏ cạnh 1 cm, số hiệu
điểm màu đỏ).
11521 - Điểm toạ độ quốc gia chích không chính xác (tam giác
cạnh 1 cm màu đỏ; số hiệu điểm màu đỏ).
I(HN-HP)7LD - Điểm độ cao quốc gia (vòng tròn màu xanh lá cây
đờng kính 1 cm, số hiệu điểm màu xanh lá cây).
F-48-68-
(256-k)
N1002
H309
11514
11521
N1003
I(HN-HP)7LD
Trờng ĐH Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp
Đỗ Mạnh Hà - 12 - Trắc địa B -K48
Hình 1.4. Tu chỉnh mặt trái ảnh khống chế
N1002 - Điểm khống chế mặt phẳng.
H309 - Điểm khống chế độ cao.
8,35 - Độ cao của điểm.
0,6 - Tỷ cao hoặc tỷ sâu của điểm.
(Đờng kính các vòng tròn đều bằng 3 mm, kích thớc ô vuông 4 cm x 4 cm; nội
dung tu chỉnh vẽ và ghi chú bằng chì đen).
I.3.5. Đo nối điểm khống chế ảnh ngoại nghiệp
a) Điểm khống chế ảnh ngoại nghiệp phải đợc đo nối với ít nhất 2 điểm
có tọa độ và độ cao quốc gia.
b) Khi đo vẽ bản đồ bằng phơng pháp đo vẽ phối hợp thì tất cả các điểm
khống chế ảnh đều phải xác định độ cao với độ chính xác theo quy định tại Mục
I.3.1.

Ngời chích: Lê Bốn
Ngày chích: 12/6/2008
Chích ở giữa ngã 3 bờ ruộng
N1002
H309
8,35
Ngời chích: Lê Bốn
Ngày chích: 12/6/2008
Chích ở góc bờ ruộng
0,6
Trờng ĐH Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp
Đỗ Mạnh Hà - 13 - Trắc địa B -K48
c) Việc đo nối điểm khống chế ảnh ngoại nghiệp bằng máy GPS, máy toàn
đạc điện tử, máy kinh vĩ phải tuân theo quy định kỹ thuật áp dụng đối với từng
loại thiết bị.
d) Điểm khống chế ảnh ngoại nghiệp phải đợc tính toán và bình sai trong
hệ toạ độ quốc gia VN-2000, hệ độ cao quốc gia.
I.4. Các phơng pháp đo nối khống chế ảnh
Đo nối khống chế ảnh xác định toạ độ điểm khống chế phục vụ cho tăng
dày tam giác ảnh hoặc khống chế cho từng mô hình đơn. Có thể dùng phơng
pháp đo đạc nh đo nối bằng máy toàn đạc, bằng công nghệ GPS.
I.4.1. Đo nối khống chế ảnh bằng máy toàn đạc
Hiện nay có rất nhiều máy toàn đạc có độ chính xác cao có thể dùng để: Lập
lới lới cơ sở, lới đo vẽ cho đến quá trình đo vẽ cho độ chính xác cao và nhanh
chóng.
Khi đo nối khống chế ảnh ngoại nghiệp ta có thể dùng máy toàn đạc, ta tiến
hành đo góc và đo cạnh từ các điểm Nhà nớc đến điểm khống chế ảnh đã đợc
bố trí ngoài thực địa. Sau đó tiến hành bình sai và đánh giá độ chính xác.
Một số tham số kỹ thuật của các máy toàn đạc điện tử
TT

Tên máy
Hãng sản
xuất
Độ chính xác
đo góc ( )
Độ chính xác
đo cạnh
(mm)
Khoảng cách
đo1gơng
(m)
1
SET2000
SOKKIA
2
2 + 2ppm
2400
2
SET 3000
SOKKIA
3
2 + 2ppm
2200
3
SET 2B,C
SOKKIA
2
3 + 2ppm
2900
4

GTS 701
Topcon
2
2 + 2ppm
2400
5
TC 1610
Leica
1.5
2 + 2ppm
2500
6
TC 1700
Leica
1.5
2 + 2ppm
2500
7
TC 2002
Leica
0.5
1 + 1ppm
2000
8
TC 2003
Leica
0.5
1 + 1ppm
2000
9

TCR 705
Leica
5
5 + 2ppm
3000
Trờng ĐH Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp
Đỗ Mạnh Hà - 14 - Trắc địa B -K48
Hình 1.5. Một số loại máy toàn đạc
Nhng đo bằng phơng pháp nay thì có nhợc điểm là chịu ảnh hởng của
điều kiện thời tiết, các điểm phải thông hớng với nhau, cạnh bố trí ngắn trong
khi điểm KCANN lại chiếm trên diện tích rất rộng, do đó ảnh hởng đến tính
chặt chẽ của mô hình phân bố điểm và năng suất công việc.
I.4.1. Đo nối khống chế ảnh bằng công nghệ GPS
Hiện nay công nghệ GPS đợc ứng dụng rộng rãi, có thể dùng máy thu GPS
đặt tại các điểm Nhà nớc đo nối để xác định toạ độ điểm khống chế ảnh ngoại
nghiệp. Nếu sử dụng phơng pháp này sẽ giảm đáng kể mật độ điểm khống chế
toạ độ địa chính các cấp cũng nh đảm bảo đợc tính chặt chẽ của các mô hình
phân bố điểm.
Trong đo nối khống chế ảnh ngoại nghiệp bằng GPS cần xác định các session
đo thông qua đồ hình lới. Việc bình sai GPS có sử dụng mô hình Geoid bình sai
sẽ dùng đợc độ cao để làm khống chế ảnh.
Ví dụ: Đồ hình secsion đo bằng 3 máy thu GPS.
117403
117401
117402
N002
N001
N003
N005
N004

Các vòng khép cùng session.
Các vòng khép khác session.
Trờng ĐH Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp
Đỗ Mạnh Hà - 15 - Trắc địa B -K48
Chơng II
Công nghệ GPS trong công tác đo nối
khống chế ảnh ngoại nghiệp
II.1. Giới thiệu công nghệ GPS
II.1.1. Lịch sử ra đời và phát triển của hệ thống định vị toàn cầu GPS
Hệ thống định vị toàn cầu GPS ( Global Positioning System ) là hệ thống
định vị và đạo hàng, hệ thống này ra đời nhằm đáp ứng ý tởng sử dụng vệ tinh
nhân tạo của trái đất vào mục đích định vị dẫn đờng trên mặt đất, ít phụ thuộc
vào thời tiết và thời điểm trong ngày. Nó đã đợc các nhà khoa học Liên Xô và
Mỹ đề cập đến từ những năm của thập niên 50-60 (thế kỷ XX), khi Liên Xô
phóng thành công vệ tinh nhân tạo đầu tiên của trái đất( vệ tinh Sputnhich-1) vào
năm 1957, từ đó các nhà khoa học quân sự của hai nớc và các nhà khoa học
trên thế giới đã tiếp tục nghiên cứu và đạt đợc những thành công trong việc sử
dụng vệ tinh của mình. Để xác định vị trí của các điểm trên mặt đất hoặc trên đại
dơng phục vụ cho việc dẫn đờng tàu, thuyền, máy bay và các phơng tiện
quân sự khác. Bớc đầu các hệ thống định vị vệ tinh khu vực đợc 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. Ngời ta xây dựng các hệ
thống định vị vệ tinh khu vực trong đó vệ tinh thờng đợc sử dụng là vệ tinh
địa tĩnh. Một số hệ thống định vị vệ tinh đợc xây dựng thuộc loại này nh:
- Hệ thống STAR - FIX.
- Hệ thống EUTELTRACS và hệ thống OMNITRACS.
- Hệ thống NAVSTAR.
Vào những năm đầu của thập niên 60 ( thế kỷ XX) thì hệ thống định vị
toàn cầu đợc ra đời nh:
- Hệ thống TRANSIT của Mỹ.

- Hệ thống TSICADA của Liên Xô.
Vào khoảng giữa những năm 60 (thế kỷ XX) Bộ quốc phòng Mỹ khuyến
khích xây dựng một hệ thống đạo hàng vệ tinh hoàn hảo so với hệ thống
TRANSIT. ý tởng chính của đề án do Hải quân Mỹ đề xuất là sử dụng khoảng
Trờng ĐH Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp
Đỗ Mạnh Hà - 16 - Trắc địa B -K48
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 tơng tự cũng đợc không quân Mỹ tiến hành trong khuôn khổ
chơng trình mang mã số 612B. Song từ năm 1973 Bộ quốc phòng Mỹ quyết
định đình chỉ cả hai chơng trình này để triển khai phối hợp nghiên cứu xây
dựng hệ thống đạo hàng vô tuyến vệ tinh trên cơ sở kết quả của chơng trình
TRANSIT và hai chơng trình vừa nói tới. Hệ thống này có tên gọi đúng là
NAVSTAR GPS (Navigation Satellite Providing Timing and Ranging Global
Poisitioning Sytem). Nhiệm vụ chủ yếu của hệ thống là xác định tọa độ không
gian và tốc độ chuyển động của điểm xét trên tàu vũ trụ, máy bay, tàu thủy và
trên đất liền phục vụ cho Bộ quốc phòng Mỹ và các cơ quan dân sự. Khi đợc
hoàn tất, hệ thống sẽ gồm 21 vệ tinh hoạt động và 3 vệ tinh dự trữ, các vệ tinh
bay trên 6 quỹ đạo gần nh tròn, ở độ cao cỡ 20200 km với chu kỳ xấp 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 đợc ít nhất 4 vệ tinh. Các vệ tinh đầu tiên của hệ thống đợc phóng lên
quy đạo vào ngày 22 tháng 2 năm 1978. Từ ngày 8 tháng 12 năm 1993, trên 6
quỹ đạo của hệ thống GPS đã đủ 24 vệ tinh, toàn bộ hệ thống 24 vệ tinh đợc
đa vào hoạt động hoàn chỉnh từ tháng 5 năm 1994.
II.1.2. Cấu trúc chung của hệ thống định vị toàn cầu GPS
Hệ thống định vị toàn cầu GPS bao gồm ba bộ phận cấu thành ( hình 2.1),
đó là:
- Đoạn không gian (Space Segment)
- Đoạn điều khiển (Control Segment)
- Đoạn sử dụng (User Serment)

Trờng ĐH Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp
Đỗ Mạnh Hà - 17 - Trắc địa B -K48
Hình 2.1 Các phần của hệ thống định vị toàn cầu
Đoạn không gian (Space Segment)
Đoạn này gồm 24 vệ tinh, trong đó có 3 vệ tinh dự trữ, chuyển động trên 6
mặt phẳng quỹ đạo cách đều nhau và có góc nghiêng 55
o
so với mặt phẳng xích
đạo của trái đất. Quỹ đạo của vệ tinh gần nh tròn, vệ tinh bay ở độ cao xấp xỉ
20200 km so với mặt đất, chu kỳ quay của vệ tinh là 718 phút (xấp xỉ 12h). Do
vậy sẽ bay qua đúng thời điểm cho trớc trên mặt đất mỗi ngày một lần, với cách
phân bố nh vậy thì tại bất kỳ thời điểm nào, ở bất kỳ vị trí nào trên trái đất cũng
nhìn thấy ít nhất 4 vệ tinh.
Trờng ĐH Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp
Đỗ Mạnh Hà - 18 - Trắc địa B -K48
Hình 2.2. Hệ thống định vị toàn cầu GPS
Hình 2.3. Vệ tinh GPS
Mỗi vệ tinh đợc trang bị máy phát tần số chuẩn nguyên tử chính xác cao
cỡ 10
-12
giây. Máy phát này tạo ra các tín hiệu tần số cơ sở 10,23 MHz, từ đây
tạo ra các sóng tải tần số L1= 1575,42 MHz và L2= 1227,60 MHz, các sóng tải
đợc điều biến bởi hai loại Code khác nhau: C/A Code và P Code.
+ C/A - Code(Coarse/ Acquistion) là Code thô/thâu tóm, nó đợc sử dụng
cho các mục đích dân sự và chỉ điều biến sóng tải L1, C/A- có tần số 1,023
MHz. Mỗi vệ tinh đợc gán một C/A Code riêng biệt.
+ P - Code (Precise) là Code chính xác, nó đợc sử dụng cho mục đích
quân sự và điều biến cả hai sóng L1,L2. Code này có tần số 10,23 MHz, độ dài
toàn phần là 267 ngày, nghĩa là chỉ sau 267 ngày P- Code mới lặp lại. Tuy vậy,
ngời ta chia Code này thành các đoạn có độ dài 7 ngày, và gán cho mỗi vệ tinh

một trong các đoạn Code nh thế, cứ sau một tuần lại thay đổi nên P- Code rất
khó bị giải mã để sử dụng nếu không đợc cho phép.
Trờng ĐH Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp
Đỗ Mạnh Hà - 19 - Trắc địa B -K48
Cả hai sóng tải L1 và L2 còn đợc điều biến bởi các thông tin đạo hàng
bao gồm: Ephemerit của vệ tinh, thời gian của hệ thống, số hiệu chỉnh cho đồng
hồ của vệ tinh, đồ hình phân bố vệ tinh trên bầu trời và tình trạng của hệ thống.
Mỗi vệ tinh GPS có khối lợng 1830 kg khi phóng và 930 kg khi bay trên quỹ
đạo. Các máy móc thiết bị hoạt động nhờ năng lợng pin mặt trời với sải cánh
rộng. Tuổi thọ của vệ tinh theo thiết kế là 7,5 năm, tuy nhiên vệ tinh hỏng sớm
hơn so với dự kiến và đã lần lợt bị thay thế.
Các nhiệm vụ chủ yếu của vệ tinh GPS:
- Nhận và lu giữ lịch vệ tinh mới đợc gửi lên từ trạm điều khiển.
- Thực hiện các phép xử lý có chọn lọc trên vệ tinh bằng các bộ vi xử lý
đặt trên vệ tinh.
- Duy trì khả năng chính xác cao của thời gian bằng 2 đồng hồ nguyên tử
Censium và 2 đồng hồ hồng ngọc Rubidium.
- Thay đổi quỹ đạo bay của vệ tinh theo sự điều khiển của mặt đất.
- Truyền thông tin và tín hiệu trên hai tần số L1 và L2 rất ổn định và nhất
quán.
Đoạn điều khiển (Control Segment)
Đoạn này gồm 4 trạm quán sát trên mặt đất trong đó có một trạm điều
khiển trung tâm đặt tại Colorado Springs; 4 trạm theo dõi đặt tại Hawai (Thái
Bình Dơng), Ascension Island (Đại Tây Dơng), Diego Garcia (ấn Độ Dơng),
các trạm này tạo thành một vành đai bao quanh trái đất.
Trờng ĐH Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp
Đỗ Mạnh Hà - 20 - Trắc địa B -K48
Hình 2.4 Các trạm điều khiển mặt đất của hệ thống GPS
Nhiệm vụ của đoạn điều khiển là điều khiển toàn bộ hoạt động và chức
năng của các vệ tinh trên cơ sở theo dõi chuyển động quỹ đạo vệ tinh cũng nh

hoạt động của đồng hồ trên đó. Tất cả các trạm đều có máy thu GPS, và chúng
tiến hành đo khoảng cách và thay đổi khoảng cách tới tất cả các vệ tinh có thể
quan sát đợc, đồng thời đo các số liệu khí tợng. Tất cả các số liệu đo nhận
đợc ở mỗi trạm đều đợc truyền về trạm trung tâm, trạm trung tâm xử lý các số
liệu truyền từ trạm theo dõi về cùng với các số liệu đo của chính nó. Kết quả xử
lý cho ra các Ephemerit chính xác hóa của vệ tinh và số hiệu chỉnh cho các đồng
hồ trên vệ tinh. Từ trảm trung tâm các số liệu đợc lan truyền trở lại cho các
trạm theo dõi để từ đó truyền tiếp lên cho các vệ tinh cùng các lệnh điều khiển
khác. Các thông tin đạo hàng và thông tin thời gian trên vệ tinh thờng xuyên
đợc chính xác hóa và chung sẽ đợc cấp cho ngời sử dụng thông qua các sóng
tải L1 và L2. Việc chính xác hóa thông tin nh thế đợc tiến hành 3 lần trong
một ngày.
Đoạn sử dụng (User Segment)
Đoạn sử dụng bao gồm tất cả các máy móc, thiết bị thu nhận thông tin từ
vệ tinh để khai thác và sử dụng cho các mục đích và yêu cầu khác nhau của
khách hàng cả trên trời, trên biển và trên đất liền. Đó có thể là máy thu riêng biệt
hoạt động độc lập (định vị tuyệt đối) hay nhóm gồm từ hai máy thu trở nên hoạt
Trờng ĐH Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp
Đỗ Mạnh Hà - 21 - Trắc địa B -K48
động đồng thời theo một lịch trình thời gian nhất định (định vị tơng đối) hoặc
hoạt động theo chế độ một máy thu đóng vai trò máy chủ phát tín hiệu vô tuyến
hiệu chỉnh cho các máy thu khác (định vị vi phân).
Bộ phận ngời sử dụng bao gồm tất cả mọi ngời sử dụng quân sự và dân sự.
Phân loại máy thu: Có 4 loại máy thu GPS nh sau:
Nhóm 1: Máy thu chỉ xử lý duy nhất mã C/A trên tần số L
1
Nhóm 2: Máy thu xử lý mã C/A và pha sóng mang L
1
thờng gọi tắt là máy
thu một tần số.

Nhóm 3: Máy thu xử lý mã C/A và pha sóng mang L
1
, L
2
thờng gọi tắt là
máy thu hai tần.
Nhóm 4: Máy thu xử lý mã Y và pha sóng mang L
1
, L
2
chỉ có quân đội Mỹ
và đồng minh mới có.
Hình 2.5. Một số loại máy thu GPS
II.1.3. Các nguyên lý định vị bằng GPS
Trong kỹ thuật GPS có nhiều phơng pháp định vị khác nhau có thể đáp
ứng yêu cầu đa dạng của ngời sử dụng. Có thể có nhiều cách phân loại các
phơng pháp định vị GPS. Dới đây là cách phân loại thành ba phơng pháp là
định vị GPS tuyệt đối, định vị GPS tơng đối và định vị GPS vi phân.
II.1.3.1. Định vị GPS tuyệt đối
1. Định vị tuyệt đối bằng khoảng cách giả
Đo GPS tuyệt đối là trờng hợp sử dụng máy thu GPS để xác định ngay
tọa độ các điểm trong hệ tọa độ WGS - 84 (là hệ tọa độ cơ sở của hệ thống GPS).
Tọa độ đó có thể là hệ tọa độ vuông góc không gian (X, Y, Z) hoặc tọa độ mặt
cầu (B, L, H). Việc đo GPS tuyệt đối đợc thực hiện trên cơ sở sử dụng đại lợng
Trờng ĐH Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp
Đỗ Mạnh Hà - 22 - Trắc địa B -K48
đo là khoảng cách giả từ vệ tinh đến máy thu theo nguyên tắc giao hội không
gian từ các điểm có tọa độ đã biết là các vệ tinh để tính ra tọa độ cần xác định
theo công thức:
R =

222
)()()(
PSPSPS
ZZYYXX
+ c.t (2.1)
Trong đó:
X
S
, Y
S
, Z
S
là tọa độ địa tâm của vệ tinh trong hệ WGS 84.
X
P
, Y
P
, Z
P
là tọa độ địa tâm của điểm đặt máy trong hệ WGS 84.
R là khoảng cách từ vệ tinh đến máy thu.
c là vận tốc truyền tín hiệu.
t là sai số không đồng bộ giữa đồng hồ máy thu và đồng hồ vệ tinh.
Nh vậy, để xác định cả ba thành phần tọa độ tuyệt đối của điểm đăt máy
và đại lợng t thì cần phải đo khoảng cách giả đồng thời từ ít nhất là 4 vệ tinh.
Trên thực tế, với hệ thống vệ tinh hoạt động đầy đủ nh hiện nay, số lợng vệ
tinh quan sát đồng thời thờng

4. Khi đó lời giải đơn trị đợc rút ra nhờ
phơng pháp xử lý số liệu đo theo nguyên tắc số bình phơng nhỏ nhất.

2. Định vị tuyệt đối bằng pha sóng tải
Khoảng cách giả có thể nhận đợc từ các trị đo pha sóng tải. Mô hình toán
học của các trị đo này nh sau:

j
i
(t)=

1

j
i
(t) + N
j
i
+ f
j
.
j
i
(t) (2.2)
Trong đó:

j
i
(t) là pha sóng tải đợc đo.

là bớc sóng.

j

i
(t) là khoảng cách hình học từ điểm quan sát đến vệ tinh.
N
j
i
là số nguyên đa trị.
f
j
là tần số của tín hiệu vệ tinh.

j
i
(t) là tổng hợp sai số đồng hồ vệ tinh và đồng hồ máy thu.
3. Định vị tuyệt đối bằng tần số DOPPLER
Mô hình toán học của số liệu Doppler đợc thể hiện ở công thức sau:
Trờng ĐH Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp
Đỗ Mạnh Hà - 23 - Trắc địa B -K48
D
j
i
(t) =
j
i
(t) + c.
j
i
(t) (2.3)
Trong đó các giá trị xem xét là đạo hàm theo thời gian của khoảng cách
giả code hoặc pha.
Trong phơng trình trên:

D
j
i
(t) là hiệu ứng Doppler quan sát đợc, còn gọi là tốc độ khoảng cách .

j
i
(t) là tốc độ tức thời bán kính vectơ giữa vệ tinh và máy thu.
.
j
i
(t) là đạo hàm theo thời gian của độ sai đồng hồ phối hợp.
II.1.3.2. Định vị GPS tơng đối
Định vị GPS tơng đối là trờng hợp sử dụng ít nhất hai máy thu GPS đặt
ở những điểm quan sát khác nhau để xác định hiệu tọa độ vuông góc không
gian( X, Y, Z) hay hiệu tọa độ mặt cầu (B, L, H) giữa chúng trong hệ
tọa độ WGS - 84, tức là xác định tọa độ tơng đối (vị trí tơng hỗ) của chúng.
Kết quả định vị tơng đối thờng là cạnh (khoảng cách) giữa các điểm đặt máy,
những cạnh này đợc đa vào bình sai trong mạng lới đo cạnh rồi dựa vào tọa
độ đã biết của một số điểm cứng để tính ra tọa độ của các điểm lới còn lại.
Phép định vị GPS tơng đối thờng đợc thực hiện trên cơ sở sử dụng đại lợng
đo pha của sóng tải. Để đạt đợc độ chính cao, giữa hai điểm xét và đối với hai
vệ tinh, ngời ta tạo ra và sử dụng ba bậc sai phân khác nhau (bậc 1, bậc 2, bậc
3) cho pha sóng tải nhằm làm giảm hoặc triệt tiêu ảnh hởng của các sai số liên
quan đến vệ tinh và máy thu cũng nh sai số liên quan đến trị đa trị N. Có ba
phơng pháp định vị GPS tơng đối là định vị tĩnh, định vị động và định vị giả
động.
1. Định vị tĩnh
Là trờng hợp sử dụng hai máy thu GPS, một máy đặt ở điểm đã biết tọa
độ, còn máy kia đặt ở điểm cần xác định. Cả hai máy phải đồng thời thu tín hiệu

từ ít nhất từ 4 vệ tinh chung liên tục trong khoảng thời gian ít nhất là một giờ
đồng hồ. Khoảng thời gian thu đo phải kéo dài là để đủ cho đồ hình phân bố vệ
tin thay đổi, từ đó có thể xác định đợc trị đa trị N. Phơng pháp này cho độ
chính xác cao nhất trong pháp định vị GPS tơng đối, có thể đạt cỡ cm, thậm chí
mm ở khoảng cách giữa hai điểm xét tới hàng chục và hàng trăm km. Tuy nhiên
Trờng ĐH Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp
Đỗ Mạnh Hà - 24 - Trắc địa B -K48
nó cũng có nhợc điểm là năng suất không cao do thời gian đo kéo dài. Hiện nay
đã có phơng pháp định vị tĩnh nhanh (FastStatic) cho phép giảm thời gian đo (
theo chế độ đo tĩnh) xuống còn từ 5 đến 20 phút (tùy theo điều kiện khí quyển và
số lợng vệ tinh thu tín hiệu), độ chính xác đạt tới hàng mm ở khoảng cách hàng
chục km, nhng phải sử dụng máy hai tần và phần mềm chuyên dụng , dẫn đến
giá thành cao.
2. Định vị động
Là phơng pháp sử dụng một máy thu đặt cố định tại một điểm đã biết tọa
độ suốt quá trình đo, trong khi một ( hoặc nhiều) máy di dộng chuyển đến các
điểm cần xác định với thời gian đo tại mỗi điểm là một phút. Theo phơng pháp
này, cần phải có một cạnh đáy đã biết trớc để tính đa trị N khởi đầu ( trị đa trị
này sau đó đợc giữ nguyên để khoảng cách vệ tinh - máy thu cho các điểm đo
tiếp theo trong suốt chu kì đo). Máy cố định thu tín hiệu liên tục tại một đầu
cạnh đáy này, còn máy di động xuất phát từ đầu cạnh còn lại, sau đó lần lợt đo
các điểm cần xác định, cuối cùng lại khép về đo lại điểm ban đầu để kiểm tra trị
đa trị N. Yêu cầu nhất thiết của phơng pháp này là cả máy cố định và máy di
động đồng thời phải thu tín hiệu liên tục từ ít nhất là 4 vệ tinh chung trong suốt
quá trình đo. Đòi hỏi khá ngặt nghèo đó cũng chính là nhợc điểm của phơng
pháp này, tuy nhiên nó cũng cho phép đạt độ chính xác định vị giống nh
phơng pháp định vị tĩnh.
3. Định vị giả động
Thực chất là kết hợp giữa định vị tĩnh và định vị động, cụ thể là tổ chức
thực hiện ở thực địa theo định vị động nhng xử lý kết quả theo định vị tĩnh.

Trong phơng pháp này không cần làm thủ tục khởi đo, tức là không cần sử dụng
cạnh đã biết. Theo đó, máy cố định đặt tại một điểm đã biết tọa độ và thu tín
hiệu trong suốt quá trình đo, còn máy di động lần lợt đo các điểm cần xác định
, mỗi điểm thu tín hiệu từ 5 đến 10 phút (có thể tắt máy trong quá trình di
chuyển giữa các điểm). Sau khi đo hết lợt, máy di động quay về điểm xuất phát
để lặp lại quá trình đo lại tất cả các điểm theo đúng trình tự nh lần đo thứ nhất
nhng phải bảo đảm cho khoảng thời gian giãn cách giữa hai lần đo tại một điểm
không ít hơn một giờ đồng hồ (tức là khoảng thời gian đủ để đồ hình phân bố vệ