Ảnh hưởng của phương pháp tính trọng số tới kết quả bình sai GPS

Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp
MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU
Như chúng ta đã biết, các ứng dụng hệ thống định vị toàn cầu GPS vào công
tác trắc địa đã được đưa vào Việt Nam từ những năm 1991. Từ đó cho đến nay, việc
ứng dụng công nghệ GPS đã có những bước phát triển rất lớn. Các lĩnh vực ứng
dụng công nghệ GPS hiện nay cũng rất đa dạng, từ ứng dụng để xây dựng mạng
lưới tọa độ nhà nước độ chính xác cao đến xây dựng các mạng lưới tọa độ độ chính
xác thấp vv…. cùng với các ứng dụng khác nhau trong cuộc sống như: dẫn đường
các phương tiện giao thông, vui chơi giải trí v.v….Các phần mềm xử lý số liệu đo
GPS cũng được phát triển đa dạng. Chỉ riêng hãng TRIMBLE là hãng chế tạo máy
Sinh viên: Vũ Đình Lê 1 Lớp: Trắc Địa B – K5
Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp
thu GPS lớn nhất của Mỹ, trong thời gian qua đã không ngừng đưa ra thị trường các
phần mềm khác nhau như: TRIMVEC, GPSURVEY 2.35, TRIMBLE TOTAL
CONTROL (TTC), TRIMBLE BUSINESS CENTER (TBC) vv…Phần mềm
GPSURVEY 2.35 là phần mềm khá quen thuộc với nhiều người làm công tác xử lý
số liệu GPS trong thực tế sản xuất ở Việt Nam. Tuy vậy, từ ngày 14 tháng 9 năm
2011, phần mềm này đã hết hạn sử dụng và phải chuyển sang sử dụng phần mềm
TTC hoặc TBC.
Trong thời gian học tập tại Khoa trắc địa, Trường Đại học Mỏ- Địa chất,
chúng em đã được học môn Định vị vệ tinh. Môn học này đã cung cấp những kiến
thức cần thiết để người học biết về công nghệ GPS nói riêng và các hệ thống định
vị vệ tinh dẫn đường GNSS nói chung. Để nâng cao kiến thức lý thuyết, kỹ năng
thực hành xử lý tính toán các mạng lưới GPS và được sự phân công của Bộ môn
Trắc địa cao cấp, Khoa Trắc địa, em đã nhận và thực hiện đồ án tốt nghiệp với đề tài
“ Nghiên cứu ảnh hưởng của phương pháp tính trọng số trị đo đến kết quả bình
sai lưới GPS ’’.
Dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo PGS.TS. Đặng Nam Chinh và
sau quá trình tìm hiểu nghiên cứu thực tế em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp mà nhà
trường giao cho. Trong quá trình thực hiện dù đã rất cố gắng nhưng đồ án cũng

không tránh khỏi những sai sót.
Kính mong hội đồng xét duyệt đồ án xem xét và đóng góp ý kiến để em hoàn
thành đồ án khi bảo vệ đồ án và hoàn thiện hơn những kiến thức tìm hiểu về đồ án.
Em xin chân thành cảm ơn !
Hà Nội, ngày tháng năm 2014
Người thực hiện đồ án
Vũ Đình Lê
CHƯƠNG 1
GIỚI THIỆU HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU GPS
1.1. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA CÔNG NGHỆ ĐỊNH VỊ VỆ TINH
Sau khi Liên Xô phóng vệ tinh nhân tạo đầu tiên của trái đất (Sputnik-1) vào
tháng 10 năm 1957, con người đã có ý tưởng sử dụng vệ tinh nhân tạo vào nhiệm vụ
định vị dẫn đường các phương tiện trên mặt đất. Hai quốc gia đi đầu trong lĩnh vực
này là Liên Xô (nay là Nga) và Mỹ. Có thể điểm qua một số giai đoạn phát triển của
Sinh viên: Vũ Đình Lê 2 Lớp: Trắc Địa B – K5
Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp
lĩnh vực định vị vệ tinh mà hai quốc gia này đã đạt được trong thời gian từ năm
1957 đến nay.
Bảng 1- Niên biểu lịch sử phát triển của định vị vê tinh
Năm Sự kiện
1957
Vệ tinh nhân tạo đầu tiên Sputnik – 1 của Nga được phóng lên vũ
trụ.
1958
- Xác định độ dẹt cực trái đất bằng số liệu vệ tinh (f = 1/298.3).
- Phóng vệ tinh nhân tạo Explorer – 1
1959
- Hàm điều hòa đới bậc 3 (Xác định trái đất có hình dạng quả
lê).
- Lý thuyết chuyển động của vệ tinh nhân tạo.

- Vệ tinh Transit đầu tiên được phóng lên vũ trụ với khởi đầu
được chế tạo để hỗ trợ cho đội tàu ngầm của Mỹ sau đó được
phát triển trở thành hệ thống định vị toàn cầu.
1960
- Phóng vệ tinh nhân tạo Transit – 1B
- Phóng vệ tinh nhân tạo Echo – 1
- Lý thuyết quỹ đạo vệ tinh (Kaula).
1962 Phóng vệ tinh nhân tạo Anna – 1B
1963
- Thực hiện nghiên cứu về hệ thống không gian làm cơ sở cho
hệ thống dẫn đường cho phương tiện chuyển động nhanh theo
3 chiều không gian. Việc nghiên cứu này trực tiếp đẫn tới
khái niệm “Hệ thống định vị toàn cầu’’.
- Nghiên cứu hệ thống
1964 Phát triển hệ thống vệ tinh Timation.
1967 Vệ tinh Timation đầu tiên được phóng lên vũ trụ vào tháng 5.
1968
- Bộ quốc phòng Mỹ thành lập Ủy ban thực hiện vệ tinh dẫn đường
(NAVSEC) để phối hợp các nhóm vệ tinh dẫn đường (Transit của
hải quân, Chương trình Timation và SECOR của quân đội).
- Nghiên cứu và làm sáng tỏ “khái niệm dẫn đường vệ tinh cơ bản’’
bao gồm các vấn đề như lựa chọn tần số sóng mang ( dải L đối lập
với dải C), thiết kế cấu trúc tín hiệu và lựa chọn định hình quỹ đạo
vệ tinh.
17/12/1973
Thực hiện hệ thống NAVSTAR GPS. Cấu hình hệ thống được thông
qua bao gồm 24 vệ tinh chuyển động trong những quỹ đạo nghiêng
chu kỳ 12 giờ đồng hồ.
14/7/1974 Vệ tinh NAVSTAR đầu tiên được phóng lên vũ trụ
Sinh viên: Vũ Đình Lê 3 Lớp: Trắc Địa B – K5

Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp
1977
- Vệ tinh NAVSTAR thứ 2 được phóng và mang theo đồng hồ
nguyên tử đầu tiên.
- Thực hiện kiểm tra trên thiết bị người sử dụng ở Yuma,
Arizona.
1978
Vệ tinh Block I đầu tiên được phóng vào vũ trụ. Toàn bộ 11 vệ tinh
Block I được phóng trong khoảng thời gian từ 1978 – 1985.
1980
Phóng vệ tinh GPS đầu tiên thực hiện những bộ cảm ứng hệ thống
phát tiếng nổ hạt nhân hoạt động tổng hợp.
1982 Liên Xô phóng vệ tinh GLONASS đầu tiên lên quỹ đạo.
1983
Phóng vệ tinh GPS đầu tiên thực hiện hệ thống dò tìm các vụ nổ hạt
nhân (NDS)
1985 GPS được sử dụng cho máy bay, tàu thủy và máy xách tay gọn nhẹ.
1987
Các nhà khảo sát bắt đầu sử dụng kỹ thuật nâng cao độ chính xác
bao gồm kỹ thuật GPS Vi phân (DGPS) có sử dụng trị đo pha sóng
mang.
14/2/1989
Vệ tinh đầu tiên của các vệ tinh Block II được phóng vào vũ trụ từ
Cape Canaveral AFT, Florida trên dàn phóng Delta II.
25/3/1990
Mỹ kích hoạt nhiễu cố ý SA (Selective Availability) làm suy giảm
độ chính xác dẫn đường GPS có chủ đích.
8/12/1993
Mỹ đã hoàn thành phóng lên quỹ đạo đủ 24 vệ tinh GPS theo thiết
kế

5/2000 Mỹ bỏ nhiễu cố ý SA
12/2011 Nga đã phóng đủ 24 vệ tinh GLONASS lên quỹ đạo
1.2. HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU GPS
Hệ thống định vị toàn cầu, viết tắt là GPS (Global Positioning System) là hệ
thống định vị dẫn đường toàn cầu sử dụng vệ tinh nhân tạo của Trái đất (Global
Navigation Satellite System (GNSS), được phát triển bởi bộ quốc phòng Hoa Kỳ.
Hệ thống GPS được bắt đầu triển khai từ năm 1978 và hoàn thành vào năm 1993.
GPS sử dụng 24 đến 32 vệ tinh bay ở quỹ đạo trung bình (Medium Earth
Orbit) quanh trái đất, phát tín hiệu sóng điện từ tới các thiết bị thu GPS nhằm xác
định chính xác vị trí máy thu GPS, thời gian và vận tốc của chúng. Hệ thống GPS
bao gồm các bộ phận ( hợp phần ) như sau:
1.2.1. Phần điều khiển (Control Sement).
Sinh viên: Vũ Đình Lê 4 Lớp: Trắc Địa B – K5
Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp
Phần điều khiển của GPS gồm 8 trạm mặt đất trong đó có 4 trạm theo dõi
(Monitor Station): Diego Garcia, Ascension, Kwajalein, Hawaii. Một trạm điều
khiển trung tâm (Master Control Station) và 3 trạm hiệu chỉnh số liệu (Upload
Station).(hình 1.1)
Hình 1.1. Vị trí các trạm trong phần điều khiển của GPS
Mục đích của phần điều khiển là hiển thị sự hoạt động của các vệ tinh, xác
định quỹ đạo của chúng, xử trí các đồng hồ nguyên tử, truyền các thông tin cần phổ
biến ( thông tin đạo hàng) lên các vệ tinh, cập nhật 3 lần/ ngày.
Lưới trắc địa kết nối các trạm này được xác định bằng phương pháp giao
thoa đường đáy dài (VLBI). Trạm trung tâm làm nhiệm vụ tính toán lại tọa độ các
vệ tinh theo số liệu của 4 trạm theo dõi thu được từ vệ tinh. Sau khi tính toán các số
liệu được gửi từ trạm trung tâm tới 3 trạm hiệu chỉnh số liệu và từ đó gửi tiếp tới
các vệ tinh. Như vậy trong vòng 1 giờ các vệ tinh đều có một số liệu đã được hiệu
chỉnh để phát tới các máy thu tín hiệu từ vệ tinh.
1.2.2. Phần không gian (Space Sement).
Phần không gian gồm 32 vệ tinh (theo thiết kế là 24 vệ tinh) phân bố trên 6

quỹ đạo gần tròn, trên mỗi quỹ đạo có 5 đến 6 vệ tinh mặt phẳng nghiêng với mặt
phẳng xích đạo một góc 55º. Bán kính quỹ đạo xấp xỉ 26560km, tức các vệ tinh có
cao độ so với mặt đất cỡ 20200km.
Chu kỳ chuyển động của vệ tinh trên quỹ đạo là 718 phút (~12 giờ). Số
lượng vệ tinh có thể quan sát được tủy thuộc vào thời gian và vị trí quan trắc trên
trái đất, nhưng có thể nói rằng ở bất kỳ thời gian và vị trí nào trên trái đất cũng có
thể quan trắc được tối thiểu 4 vệ tinh tối đa 11 vệ tinh.
Sinh viên: Vũ Đình Lê 5 Lớp: Trắc Địa B – K5
Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp
Hình 1.2. Phần không gian của GPS
Trên mỗi vệ tinh trang bị 4 đồng hồ nguyên tử cesium (là loại đồng hồ cực
kỳ chính xác 10-12).
Đồng hồ sản sinh ra dao động cơ sở có tần số fo = 10.23 MHz
Có 2 mã đo:
– Mã C /A có tần số 1,023 MHz = fo/10 và có chiều dài 1 msec
– Mã P có tần số 10,23 MHz = fo và có chiều dài 266, 4 ngày 2 mã đo
được điều biến bởi 2 sóng mang L1 = 1575.42 MHz (mã P và C/A)
và L2 = 1227.60 MHz (chỉ có mã P)
Cả 2 sóng mang L1, L2 điều biến bằng các thông tin đạo hàng bao gồm:
Ephemeride của vệ tinh thời gian, số hiệu chỉnh cho đồng hồ vệ tinh, tình trạng của
hệ thống vệ tinh vv…
Mỗi vệ tinh có trọng lượng 930 Kg và có tuổi thọ từ 7.5 đến 10 năm. Nếu vệ
tinh nào hỏng đều được thay thế ngay để bảo đảm tính chặt chẽ cấu trúc của hệ
thống . Tuy vậy, theo chương trình (kế hoạch) người ta vẫn phóng lên các quỹ đạo
các vệ tinh mới trong khi các vệ tinh cũ vãn còn sử dụng, chính vì thế số vệ tinh
GPS thực tế nhiều hơn số vệ tinh thiết kế.
Các nhiệm vụ chủ yếu của vệ tinh GPS:
- Nhận và lưu giữ lịch vệ tinh mới được gởi 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 hai đồng hồ nguyên tử
Cesium và 2 đồng hồ hồng ngọc Rubidium.
- Thay đổi quỹ đạo bay của vệ tinh theo sự điều khiển của trạm mặt đất.
Sinh viên: Vũ Đình Lê 6 Lớp: Trắc Địa B – K5
Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp
- Truyền thông tin và tín hiệu trên 2 tần số L1 và L2 rất ổn định và nhất
quán. Từ năm 2008, các vệ tinh GPS khối II-F đã phát thêm tín hiệu L5 ngoài các
tín hiệu L1, L2.
1.2.3. Phần sử dụng (User Segment).
Bộ phận người sử dụng bao gồm tất cả mọi người sử dụng quân sự và dân sự
Phần sử dụng bao gồm các máy thu tín hiệu từ vệ tinh trên đất liền, máy bay
và tàu thủy
Phân loại máy thu: có 4 nhóm máy thu GPS như sau:
– Nhóm 1: Máy thu chỉ xử lý duy nhất mã C /A trên tần số L1.
– Nhóm 2: Máy thu xử lý mã C /A và phase sóng mang L1 thường gọi
tắt là máy thu 1 tần số.
– Nhóm 3: Máy thu xử lý mã C /A và phase sóng mang L1, L2 thường
gọi tắt là máy thu 2 tần số.
– Nhóm 4: Máy thu xử lý mã Y và 2 phase sóng mang L1, L2 chỉ có
quân đội Mỹ và đồng minh mới có.
Toàn bộ phần cứng GPS hoạt động trong hệ thống tọa độ WGS – 84 với kích
thước bán trục lớn ellipsoid. a = 6378137.0, độ dẹt f = 1: 298,25722
Phần sử dụng GPS gồm 3 phần chính:
– Phần cứng
– Phần mềm
– Phần triển khai công nghệ
Phần cứng: Bao gồm máy thu mạch điện tử, các bộ dao động tần số vô tuyến
RF (Radio Friquency), các ăng ten và các thiết bị ngoại vi cần thiết để hoạt động
máy thu.
Phần mềm: Bao gồm những chương trình tính dùng để xử lý dữ liệu cụ thể,

chuyển đổi những thông báo GPS thành những thông tin định vị hoặc dẫn đường
hữu ích.
Phần triển khai công nghệ hướng tới lĩnh vực liên quan đến GPS như: Cải
tiến thiết kế máy thu, xây dựng hệ thống tăng cường như triển khai định vị GPS vi
phân, phân tích và mô hình hóa hiệu ứng của các ăng ten khác nhau, hiệu ứng
truyền sóng và sự phối hợp của chúng trong các phần mềm xử lý số liệu
1.3 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG TẠO RA TRỊ ĐO CỦA HỆ THỐNG GPS.
Trị đo GPS là những số liệu mà máy thu GPS nhận được từ tín hiệu của vệ
tinh truyền tới. Mỗi vệ tinh GPS phát 4 thông số cơ bản cho việc đo đạc và được
chia thành 2 nhóm:
– Nhóm trị code: C/A- code, p- code.
– Nhóm trị đo pha L1, L2 và tổ hợp L1/L2
Sinh viên: Vũ Đình Lê 7 Lớp: Trắc Địa B – K5
Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp
Các trị đo này có thể sử dụng riêng biệt hoặc kết hợp để xác định khoảng
cách từ vệ tinh đến máy thu. Một số máy thu GPS có thể có thêm trị đo Doppler.
1.3.1. Trị đo theo mã (code):
Trong trường hợp này, máy thu nhận được code phát đi từ vệ tinh, so sánh
với code tương tự do máy thu tự tạo ra nhằm xác định thời gian truyền tín hiệu từ vệ
tinh đến máy thu và từ đó nhận được khoảng cách giả từ máy thu đến vệ tinh được
xác định theo công thức:
S = c.t + c.δt + δ (1.3.1)
Trong đó:
c là vận tốc truyền sóng (ánh sáng) = 299792458 m/s;
t là thời gian truyền tín hiệu (sóng);
δt là số hiệu chỉnh do sự không đồng bộ đồng hồ máy thu và vệ tinh;
δ là sai số do môi trường truyền tín hiệu
Hiện nay độ chính xác định vị với trị đo code có thể đạt tới 30m. Với độ
chính xác đó, trị đo code được sử dụng trong định vị đạo hàng và trong đo đạc độ
chính xác thấp.

Hình 1.3. Nguyên lý đo khoảng cách giả theo code
1.3.2. Trị đo pha sóng tải:
Sóng tải (hay sóng mang) được phát đi từ vệ tinh có chiều dài bước sóng
không đổi. Nếu gọi λ là chiều dài bước sóng thì khoảng cách giữa vệ tinh và máy
thu GPS là:
S = N.λ + φλ (1.3.2)
Trong đó:
N là số nguyên lần bước sóng;
φ là trị đo pha của sóng tải;
Sinh viên: Vũ Đình Lê 8 Lớp: Trắc Địa B – K5
Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp
Hình 1.4. Nguyên lý đo pha sóng tải
Trị đo pha chính là phần lẻ bước sóng thể hiện qua độ di pha giữa sóng tải
thu được từ vệ tinh và sóng tải do máy thu tạo ra. Phần lẻ này có thể đo được với
độ chính xác cỡ 1% bước sóng, tức cỡ vài mm.
Trong đó:
R =
222
)()()(
PsPsPs
ZZYYXX −+−+−
= C.t + C.∆t (1.3.3)
R - là khoảng cách đúng từ vệ tinh đến máy thu;
C - là tọa độ sóng;
s
X
,
s
Y
,

s
Z
- là tọa độ không gian 3 chiều của vệ tinh;
P
X
,
P
Y
,
P
Z
- là tọa độ không gian 3 chiều của vị trí ăng ten máy thu;
c - là vận tốc truyền sóng (ánh sáng) = 299792458 m/s;
λ - là chiều dài bước sóng tải; (λ = c/f)
Từ công thức (2.2) chúng ta có:
φ = (f/c).S – N (1.3.4)
Xét công thức 2.4 chúng ta có thể viết:
φ(t) =
s
pp
s
Ntt +− )()(
φφ
(1.3.5)
)(t
s
φ
- là Pha của sóng tại thời điểm t khi vệ tinh bắt đầu bắt tín hiệu;
)(t
p

φ
- Pha của sóng tại thời điểm t khi máy thu nhận tín hiệu;
s
p
N
- Số nguyên lần bước sóng.
Từ công thức trên suy ra:
φ(t) =
s
pp
s
Ntt +− )()(
φφ
- (f/c).
s
p
S
(1.3.6)
Chúng ta có thể viết (2.6) dưới dạng như sau:
φ(t) = - (f/c).
s
p
S
-
s
p
s
p
tt
γβα

+− )()(
(1.3.7)
Sinh viên: Vũ Đình Lê 9 Lớp: Trắc Địa B – K5
Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp
Trong đó:
)(t
p
α
- Thành phần ảnh hưởng hệ thống pha (t) do máy thu gây ra (chủ yếu
là số hiệu chỉnh đồng hồ máy thu).
)(t
s
β
- Thành phần ảnh hưởng hệ thống pha (t) do vệ tinh gây ra (chủ yếu là
số hiệu chỉnh đồng hồ vệ tinh).
s
p
γ
- Thành phần ảnh hưởng hệ thống pha (t) do vệ tinh và máy thu gây ra
không phụ thuộc vào thời gian (chủ yếu là
s
pp
s
Ntt +− )()(
00
φφ
, trong đó
0
t
là thời

điểm bắt đầu đo).
Định vị với trị đo pha sóng tải có độ chính xác cao hơn định vị với trị đo
code, do đó trị đo pha sóng tải được sử dụng trong bài toán định vị tương đối. Vấn
đề chính trong trường hợp này là xác định số nguyên làn bước sóng (số nguyên đa
trị N) giữa ăng ten máy thu và vệ tinh.
1.4. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH VỊ BẰNG GPS.
1.4.1 Phép định vị tĩnh và định vị động.
Hệ thống GPS có thể được dùng để định vị các vật thể tĩnh tại hoặc các vật
thể chuyển động. Mặc dù trị quan trắc là như nhau, nhưng trên thực tế do ăngten
tĩnh hoặc động khác nhau nên dãn đến những khác nhau rất lớn.
Nếu ăngten cố định chúng ta có thể quan trắc nhiều cự li đến vệ tinh khác
nhau, việc làm này cho phép ta có những trị đo dư thừa, giải nghiệm từ nhiều trị đo
và nhận được độ chính xác cao của vị trí được xác định. Khi ăngten chuyển động
chúng ta chỉ có thể nhận được những chỉ định (Fix) tức thời, (thông thường từ 4 cự
ly được quan trắc đồng thời hoặc gần như đồng thời) không có số đo dư thừa.
Trong trường hơp định vị tĩnh, chúng ta có thể nhận được hoặc là một kết
quả theo thời gian thực, trong đó mỗi trị quan trắc mới đều được xử lý sao cho có
thể cải thiện được trị toạ độ vị trí đã được xác định trước đó, hoặc là các trị quan
trắc có thể được xử lý sau khi kết thúc công tác ngoài trời. Chúng ta gọi là nghiệm
xử lý sau (postprocessed solution).
Trong phép định vị động, thường người ta cũng tìm kiếm nghiệm theo thời
gian thực, nhưng nghiệm này chỉ bao gồm một vị trí ( Fix ) tại một thời điểm. Một
chuỗi các kết quả tại những chỉ định này (lộ trình rời rạc của phương tiện lưu thông)
có thể được xử lý bằng cách sử dụng một trong số những thủ thuật tiếp cận bằng
đường cong trơn.
Trên hình 1.5. là các phương thức định vị bằng GPS, gồm định vị tuyệt đối
(a), định vị tương đối (b), định vị tuyệt đối động (c) và định vị tương đối động (d).
Sinh viên: Vũ Đình Lê 10 Lớp: Trắc Địa B – K5
Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp
Hình 1.5. Các phương thức định vị GPS

1.4.2. Phép định vị tuyệt đối.
Định vị tuyệt đối còn gọi là định vị điểm đơn, sử dụng 1 máy thu, tức là dựa
vào trị đo khoảng cách từ vệ tinh đến máy thu GPS để xác định trực tiếp vị trí tuyệt
đối của ăng ten máy thu trong hệ tọa độ WGS – 84 (Hệ tọa độ có điểm gốc là tâm
khối lượng trái đất). Độ chính xác của định vị tuyệt đối có thể đạt được tới một vài
mét.
Sinh viên: Vũ Đình Lê 11 Lớp: Trắc Địa B – K5
Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp
Hình 1.6. Nguyên lý định vị tuyệt đối
1.4.3. Phép định vị tương đối.
Khi đòi hỏi kết quả định vị với độ chính xác cao, cần phải sử dụng phép định
vị tương đối. Trong kiểu đo này, hai ăngten cùng hai máy thu tương ứng được đặt
tại hai đầu của cạnh cần quan trắc và phải làm việc đồng thời. Sở dĩ có thể đạt được
độ chính xác cao trong kiểu đo này là vì một số sai số tích luỹ trong các cự ly quan
trắc thường đồng nhất với nhau hoặc tối thiểu cũng tương tự nhau tại hai đầu của
đường đáy. Các sai số này có thể được loại trừ hoặc ít nhất cũng giảm một cách
đáng kể khi xác định trị số định vị tương đối.
Một kiểu định vị tương đối đặc biệt hấp dẫn, lần đầu tiên được Ben Remondi
thuộc Cục Đo đạc trắc địa Mỹ đề xuất, là kiểu định vị tương đối dạng bán động
(relative semi kinematic positioning). Ý tưởng của kiểu đo này là sử dụng một máy
tĩnh và một máy di động xung quanh, gọi là định vị tương đối động. Nếu không xuất
hiện trị số trượt chu kỳ trong các máy thu thì có thể liên tục đảm bảo độ chính xác tốt
hơn 1 chu kỳ (20 cm) của tín hiệu phase phách sóng mang trong các trị số định vị
tương đối giữa máy thu tĩnh và máy thu di động. Kiến nghị này có hai ngụ ý:
- Các ứng dụng định vị động có thể lợi dụng độ chính xác cao hơn nhiều của
số đo sóng tải, thay vì bị hạn chế trong độ chính xác của số đo code
- Mở ra một phạm vi rộng hơn trong ứng dụng phép định vị GPS: lập tam
giác ảnh hàng không không dùng đến những điểm khống chế mặt đất.
Trong định vị tương đối, cả hai máy thu phải đồng thời quan sát được ít nhất
4 vệ tinh.

Sinh viên: Vũ Đình Lê 12 Lớp: Trắc Địa B – K5
Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp
Hình 1.7. Nguyên lý định vị tương đối
1.5. CÁC NGUỒN SAI SỐ VÀ ĐỘ CHÍNH XÁC TRONG KẾT QUẢ ĐO GPS.
Định vị GPS về thực chất được dựa trên cơ sở giao hội không gian, các
khoảng cách đo được từ máy thu đến các vệ tinh có tọa độ đã biết. Khoảng cách đo
được là hàm của thời gian và tốc độ lan truyền tín hiệu trong không gian giữa vệ
tinh và máy thu. Vì vậy kết quả đo chịu ảnh hưởng trực tiếp từ các nguồn sai số vệ
tinh, máy thu, môi trường làn truyền tín hiệu và các nguồn sai số khác. Các nguồn
sai số đó có tính chất hệ thống và tính chất ngẫu nhiên ảnh hưởng đến kết quả đo
GPS.
1.5.1. Sai số do đồng hồ.
Sai số đồng hồ gồm sai số đồng hồ vệ tinh, đồng hồ máy thu và sự không
đồng bộ giữa chúng. Đồng hồ vệ tinh là đồng hồ nguyên tử, độ chính xác cao nhưng
không phải hoàn toàn không có sai số. Trong đó sai số hệ thống lớn hơn sai số ngẫu
nhiên rất nhiều, nhưng có thể dùng mô hình để cải chính sai số hệ thống, do đó sai
số ngẫu nhiên trở thành chỉ tiêu quan trọng để đánh giá độ chính xác của đồng hồ.
Khi trạm đo tiến hành quan trắc đồng bộ đối với vệ tinh thì ảnh hưởng của sai số
đồng hồ vệ tinh đối với trị đo của 2 trạm là như nhau.
Đồng hồ máy thu là đồng hồ thạch anh. Cùng một máy thu, khi quan trắc đồng
thời nhiều vệ tinh thì sai số đồng bộ máy thu có ảnh hưởng như nhau đối với các trị
đo tương ứng và các sai số đồng hồ của các máy thu có thể được coi là độc lập với
nhau.
Trong đó định vị GPS tương đối, sử dụng các sai phân bậc 1, 2 , 3 có thể loại trừ
hoặc giảm thiểu ảnh hưởng sai số đồng hồ trong kết quả đo.
1.5.2. Sai số do quỹ đạo vệ tinh.
Sinh viên: Vũ Đình Lê 13 Lớp: Trắc Địa B – K5
Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp
Do sự thay đổi của trọng trường trái đất, sức hút của Mặt trăng, Mặt trời và
các thiên thể khác tác động lên vệ tinh, nên chuyển động của vệ tinh trên quỹ đạo

không hoàn toàn tuân theo định luật Kepler. Đó là nguyên nhân gây nên sai số quỹ
đạo vệ tinh hay còn gọi là sai số vị trí của vệ tinh. Trong định vị GPS cần phải sử
dụng lịch quỹ đạo vệ tinh (Ephemerit). Các trạm điều khiển quan trắc liên tục để
xác định quỹ đạo chuyển động của vệ tinh và đưa ra lịch dự báo, gọi là lịch vệ tinh
quảng bá, cung cấp đại trà cho người sử dụng bằng cách thu trực tiếp nhờ máy thu
GPS. Lịch vệ tinh quảng bá cho phép xác định vị trí tức thời của vệ tinh với độ
chính xác cỡ 20 – 100m, hiện nay không còn nhiễu SA, độ chính xác định vị tuyệt
đối tức thời được nâng lên, sai số vị trí nằm trong khoảng 10 hoặc 15m.
Ngoài lịch vệ tinh quảng bá còn có lịch vệ tinh chính xác (Precise
Ephemerit). Lịch vệ tinh này được thành lập từ kết quả hậu xử lý số liệu quan trắc ở
các thời điểm trong khoảng thời gian quan trắc, có độ chính xác tọa độ vệ tinh cỡ
0,5 m đến 0,05 m.
Sai số vị trí của vệ tinh chịu ảnh hưởng gần như trọn vẹn đến độ chính xác
tọa độ điểm định vị tuyệt đối (định vị điểm đơn), nhưng lại được loại trừ cơ bản
trong kết quả định vị tương đối.
1.5.3. Sai số do tầng điện ly và tầng đối lưu.
Tầng đối lưu được tính từ mặt đất tới độ cao 50km và tần điện ly ở độ cao từ
50km đến 1000km. Tín hiệu truyền từ vệ tinh qua tầng điện ly, tầng đối lưu đến
máy thu, bị khúc xạ và thay đổi tốc độ lan truyền.

Hình 1.8. Ảnh hưởng của tầng điện ly và tầng đối lưu
Đối với tầng điện ly, giá trị sai số tăng tỷ lệ thuận với mật độ điện tử tự do và
tỷ lệ nghịch với bình phương của tần số tín hiệu. Đối với tín hiệu GPS, số hiệu
Sinh viên: Vũ Đình Lê 14 Lớp: Trắc Địa B – K5
Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp
chỉnh khoảng cách theo hướng thiên đỉnh có thể đạt giá trị tối đa là 50m, theo
hướng có góc cao 20º có thể đạt đến 150m. Để giảm thiểu sai số do tần điện ly
thường dùng máy thu 2 tần số, dùng mô hình hiệu chỉnh hoặc dùng hiệu các trị đo
đồng bộ.
Đối với tần đối lưu, sự khúc xạ của đường chuyền tín hiệu càng phức tạp

hơn, phụ thuộc vào sự biến đổi của khí hậu mặt đất, áp lực không khí, nhiệt độ và
độ ẩm. ảnh hưởng của khúc xạ trong tầng dối lưu phụ thuộc vào góc cao của đường
chuyền tín hiệu. Giá trị ảnh hưởng sai số theo hướng thiên đỉnh có thể đạt đến 2-3m,
theo hướng góc cao 10º có thể đạt đến 20m. Để giảm thiểu sai số do tầng đối lưu có
thể dùng mô hình hiệu chỉnh đưa thêm tham số phụ ước tính ảnh hưởng của tầng
đối lưu vào quá trình xử lý số liệu để tính hoặc dùng hiệu các trị đo đồng bộ.
1.5.4. Sai số do nhiễu tín hiệu.
Tín hiệu từ vệ tinh đến máy thu GPS có thể bị nhiễu do một số nguyên nhân
như: Tín hiệu phản xạ từ các vật khác (Kim loại, bê tông, mặt nước, ) ở gần máy
thu GPS, gọi là đa đường dẫn (hình 1.9); tín hiệu bị nhiễu do ảnh hưởng của các
sóng điện từ khác (khi đặt máy thu ở gần các trạm phát sóng, gần đường dây tải
điện cao áp); tín hiệu bị gián đoạn do bị che chắn bởi cá vật cản ( nhà cửa, cây
cối, ). Các tín hiệu bị nhiễu nói trên chập với tín hiệu truyền trực tiếp từ vệ tinh
đến máy thu gây ra sai số đối với trị đo.
Để khắc phục sai dố do nhiễu tín hiệu, cần phải đặt máy thu cách xa các vật
thể dễ phản xạ tín hiệu hoặc các đối tượng gây nhiễu tín hiệu; không thu tín hiệu khi
trời đầy mưa, đang mưa, không đặt máy thu dưới các rặng cây.
Ngoài các nguồn sai số chủ yếu trên đây còn có các nguồn sai số khác như
sai số do ảnh hưởng chuyển động cực của trái đất, do triều tịch của trái đất, do hiệu
ứng của thuyết tương đối, sai số vị trí của máy thu, sai số vị trí tâm pha của ăng ten.
Trong định vị chính xác cao cần phải xem xét và tìm biện pháp giảm ảnh hưởng của
các nguồn sai số này.
Sinh viên: Vũ Đình Lê 15 Lớp: Trắc Địa B – K5
Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp
Hình 1.9. Phản xạ đa đường dẫn
1.5.5. Cấu hình hình học GPS và độ chính xác.
Độ chính xác định vị điểm bằng công nghệ GPS phụ thuộc vào hai yếu tố:
Cấu hình hình học vị trí vệ tinh và độ chính xác đo đạc. Thành phần thông thường
của độ chính xác đo đạc GPS là sai số đo dài tương đương của người sử dụng
(UERE – User Equivalent Ranger Error) thể hiện ảnh hưởng tổng hợp của tín hiệu

tin cậy của lịch thiên văn, sai số truyền sóng, sai số đồng hồ đo thời gian và nhiễu
trong máy thu. Ảnh hưởng của cấu hình hình học vệ tinh được thể hiện bằng các
suy giảm chính xác DOP (Dilution of Precision) và được tính bằng σ = DOP.σo (σ
là tỉ số giữa độ chính xác định vị và độ chính xác đo, hoặc trong đó σo là độ chính
xác của trị số đo ( độ tán xạ tiêu chuẩn) σ đó là độ chính xác định vị (độ tán xạ tiêu
chuẩn trong một trị số tọa độ).
DOP là một trị vô hướng thể hiện tác động của cấu hình hình học đối với độ
chính xác của vị trí điểm (hình 1.10). Có nhiều trị số DOP khác nhau, tùy thuộc
chúng ta quan tâm độ chính xác của một trị số tọa độ riêng biệt hay là tổng hợp của
những tọa độ.
Hình 1.10. Cấu hình vệ tinh
Sinh viên: Vũ Đình Lê 16 Lớp: Trắc Địa B – K5
Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp
Các trị số DOP thường dùng nhất lạ:
VDOP.σo là độ chính xác tiêu chuẩn trong cao độ;
HDOP.σo là độ chính xác vị trí mặt phẳng 2D;
TDOP.σo là độ chính xác tiêu chuẩn trong thời gian
THDOP.σo là độ chính xác mặt phẳng và thời gian;
GDOP.σo là độ chính xác vị trí không gian 3D và thời gian;
Khoảng tin cậy đối với vị trí điểm xác định trên mặt phẳng chính là căn bậc
hai tổng bình phương hai trục của elip sai số. Đó chính là HDOP nói chung, mỗi
DOP đều tương đương với căn bậc hai của tổng bình phương của khoảng tin cậy
trên các trục tương ứng với những tham số chúng ta quan tâm.
Độ suy giảm chính xác DOP là số đo cường độ hình học của cấu hình phân
bố vệ tinh GPS. Bởi vì cấu hình vệ tinh phụ thuộc vào vị trí, cho nên cường độ cấu
hình thay đổi theo thời gian khi các vệ tinh chuyển động trên quỹ đạo của chúng từ
vị trí này đến vị trí kia. Chúng ta mong muốn trị DOP càng nhỏ càng tốt. Giả thiết
độ chính xác trị số đo là 10m, trị DOP là 3 thì chúng ta co độ chính xác định vị là
30m. Nếu trị DOP gần bằng đơn vị (=1) thì độ chính xác định vị của chúng ta gần
bằng độ chính xác trị số đo 10m.

1.6. CÁC ỨNG DỤNG CỦA HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU GPS.
1.6.1. Các ứng dụng trong trắc địa và bản đồ mặt đất.
Độ chính xác cao của các trị số đo phase sóng mang GPS, cùng với những
thuật toán bình sai xấp xỉ, dần cung cấp một công cụ thích hợp, cho nhiều nhiệm vụ
khác nhau trong công tác trắc địa và bản đồ.
Chúng ta có thể chia các ứng dụng này làm 4 loại:
- Đo đạc địa chính
- Lập lưới khống chế trắc địa
- Theo dõi độ biến dạng cục bộ
- Theo dõi độ biến dạng vỏ trái đất
Đo đạc địa chính đòi hỏi độ chính xác vị trí tương đối khoảng 10
-4
. Người ta
có thể đạt được độ chính xác này một cách dễ dàng bằng cách quan trắc GPS.
Lưới khống chế trắc địa là những lưới trắc địa có độ chính xác cao. Độ chính
xác yêu cầu về vị trí tương đối khoảng 5.10
-6
đến 1.10
-6
ứng với các cự ly 20 - 100
km. Độ chính xác này có thể đạt được bằng cách xử lý sau các trị đo phase sóng
mang GPS bằng những phần mềm tiêu chuẩn. Các cấp hạng khống chế thấp hơn (ví
dụ lưới đo vẽ bản đồ) có thể cũng được thành lập bằng phương pháp GPS.
Sinh viên: Vũ Đình Lê 17 Lớp: Trắc Địa B – K5
Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp
Việc theo dõi độ biến dạng cục bộ (lún do khai thác mỏ, biến dạng công
trình) đòi hỏi độ chính xác 1 mm đến 1 cm trên cự ly tới một vài km. Đối với những
ứng dụng này, độ chính xác có thể đạt được nói trên bị hạn chế bởi sự thiếu chắc
chắn trong sự biến đổi của các tấm vi mạch trong ăng ten GPS và sự sai lệch về tín
hiệu do môi trường phản xạ nơi đặt ăng ten. Hơn thế nữa, khó khăn bị tăng lên do

khả năng nhìn thấy vệ tinh bị giới hạn vì hiện tượng bóng tối của tín hiệu trong môi
trường công nghiệp tiêu biểu.
Việc theo dõi độ biến dạng vỏ trái đất (hoạt động kiến tạo của địa tầng) đòi
hỏi độ chính xác khoảng 10
-7
- 10
-8
trên cự ly liên lục địa. Sự khác nhau cơ bản giữa
việc theo dõi biến dạng toàn bộ so với những ứng dụng đã nói trên là ở chỗ trong
trường hợp này cần phải có một mô hình phức tạp về các quỹ đạo vệ tinh GPS, các
trị thời trễ khi truyền tín hiệu qua tầng khí quyển và các độ lệch khác.
1.6.2. Các ứng dụng trong trắc địa và bản đồ trên biển.
Nhờ độ chính xác cao và thời gian cần thiết để đo một vị trí chỉ định (Fix)
ngắn, hệ GPS đặc biệt phù hợp với công việc định vị ven bờ và ngoài khơi. Đối với
công tác trắc địa biển, yêu cầu độ chính xác về vị trí mặt phẳng thường thay đổi
trong khoảng từ một vài đềcimét đến một vài chục mét. Để đáp ứng các yêu cầu này
cần phải sử dụng những kỹ thuật quan sát và xử lý số liệu khác nhau bằng cách sử
dụng các phép đo giả cự ly hoặc phép đo phase sóng mang. Các ứng dụng trên biển
bao gồm đo vẽ bản đồ, các chướng ngại dẫn đường tàu thuyền (đo vẽ bãi cạn, đo vẽ
phao nổi) và đo vẽ các cầu tàu và bến cảng. Các yêu cầu định vị trong thám hiểm
địa lý đáy biển (ví dụ đo địa chấn) cũng như các yêu cầu về định vị hố khoan đều có
thể được đáp ứng bằng GPS.
Trong trắc địa biển (địa hình đáy biển, trường trọng lực của trái đất ) đều có
thể dùng GPS làm công cụ định vị.
1.6.3. Các ứng dụng trong giao thông và hải dương học trên biển.
Hệ thống định vị GPS đã trở thành một công cụ dẫn đường hàng hải trên
biển lý tưởng. Yêu cầu độ chính xác dẫn hướng đi trên biển thay đổi trong khoảng
từ một vài mét (trên bãi biển, bến tàu và dẫn hướng trên sông) đến một vài trăm mét
(dẫn hướng trên đường đi). Thủ tục định vị GPS chính xác sử dụng cả phép đo giả
ngẫu nhiên và phép đo phase sóng mang có thể đưa đến việc dẫn hướng đi của tàu

thuyền trên sông và ven biển không cần đến phao nổi, công tác tìm kiếm và cứu hộ
ngoài khơi xa cũng sẽ có hiệu quả hơn nhờ được nâng cao độ chính xác việc dẫn
hướng đường đi.
Sinh viên: Vũ Đình Lê 18 Lớp: Trắc Địa B – K5
Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp
Các nhu cầu định vị đối với công tác dã ngoại trong vật lý đại dương cũng có
thể được đáp ứng nhờ hệ GPS. Phép đo phase của sóng mang cho ta xác định tốc độ
tàu thuyền chính xác, là số liệu cần thiết trong nghiên cứu các dòng chảy của đại
dương.
1.6.4. Các ứng dụng trong trắc địa và bản đồ hàng không.
Trong ứng dụng đo đạc và đo vẽ bản đồ từ ảnh máy bay, hệ định vị GPS
cung cấp kỹ thuật dẫn đường bay, xác định tâm máy chụp ảnh.
Trong đo vẽ ảnh hàng không, yêu cầu độ chính xác dẫn đường bay khoảng
một vài chục mét - có thể thực hiện được một cách dễ dàng nhờ hệ GPS. Phép xử lý
sau với độ chính xác cao bằng GPS có thể thay thế kỹ thuật tam giác ảnh không
gian và do đó có thể đóng vai trò của các điểm khống chế mặt đất. Yêu cầu về độ
chính xác của phép định vị trong lĩnh vực ứng dụng này thay đổi trong khoảng từ
0.5 m đến vài mét tuỳ theo từng loại tỉ lệ bản đồ khác nhau.
Phép lập mặt cắt địa hình bằng laze hàng không có thể được dùng để đo vẽ
trực tiếp bản đồ số của địa hình (mô hình số mặt đất) nếu vị trí của bộ cảm biến
(laze) được biết với độ chính xác khoảng 0.5 - 1 m về độ cao và một vài mét về mặt
phẳng. Người ta trông đợi hệ GPS sẽ cho độ chính xác định vị tốt hơn trong phép
xử lý sau khi đo.
Phép đo trọng lực hàng không cũng đòi hỏi một kiểu định vị tương tự như
vậy. Trong lĩnh vực ứng dụng này, các số đo GPS cho phép xác định thêm tốc độ
của bộ cảm biến cần thiết cho phép quy EOTVOS dữ liệu trọng lực.
Phép đo sâu laze hàng không và phép xạ ảnh rada đòi hỏi độ chính xác định
vị bộ cảm biến không cao có thể thực hiện một cách dễ dàng bằng các số đo GPS.
1.6.5. Ứng dụng trong giao thông hàng không.
Trong lĩnh vực hàng không dân dụng, hầu hết các hãng hàng không quốc tế

đã sử dụng hệ GPS làm hệ thống dẫn đường bay. ICAO - Tổ chức hàng không dân
dụng quốc tế đã quy định sử dụng hệ thống GPS trong dẫn đường và cất, hạ cánh. Ở
Việt nam từ 1998 hãng hàng không quốc gia sẽ chính thức sử dụng GPS.
Trong các ứng dụng hàng không khác (lâm nghiệp và gieo trồng ngũ cốc ),
những lĩnh vực không đòi hỏi tính an toàn của hàng không mà chỉ cần triển khai
việc vận chuyển hàng hóa, kỹ thuật GPS có thể đảm bảo dễ dàng những yêu cầu
chính xác và tin cậy về dẫn đường bay.
Sinh viên: Vũ Đình Lê 19 Lớp: Trắc Địa B – K5
Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp
1.6.6. Các ứng dụng trong giải trí và chất lượng cuộc sống.
Người ta trông đợi giá cả của các máy thu GPS sẽ liên tục giảm. Hiện nay ở
mức giá một vài trăm dola những người sử dụng không chuyên cũng đã có thể mua
được máy thu GPS đơn giản, có kích thước, trọng lượng rất nhỏ (như đồng hồ đeo
tay). Trong trường hợp này, các hoạt động nghỉ ngơi và điều dưỡng sẽ cung cấp một
thị trường rộng lớn cho những máy thu đeo tay, xách tay, giá rẻ dễ sử dụng.
1.6.7. Ứng dụng trong quân sự.
Hệ thống định vị toàn cầu được thiết kế chủ yếu để cho quân đội định vị
điểm theo thời gian thực. Các ứng dụng cho quân đội bao gồm dẫn hướng hàng
không, hàng hải và trên bộ. Hệ định vị GPS được coi là hệ độc lập và là một bộ
phận của những hệ thống dẫn đường tích hợp. Ngoài ra, các vệ tinh GPS còn mang
theo các bộ thu phát để khám phá và hiển thị các vụ nổ hạt nhân.
1.6.8. Các ứng dụng trong thám hiểm không gian.
Ứng dụng chủ yếu của hệ GPS trong thám hiểm không gian bao gồm việc
định vị và định hướng bay của các phương tiện không gian khác có mang theo
những máy thu phát địa lý hoặc trắc địa. Thông thường các vệ tinh này có quỹ đạo
thấp, vì vậy nguyên lý hình học của các phép đo cũng tương tự như đã ứng dụng
cho mặt đất. Những ví dụ điển hình trong lĩnh vực ứng dụng này là phép đo viễn
thám bằng vệ tinh và phép đo độ cao bằng rada (đo cao vệ tinh). Các vị trí tọa độ
của vệ tinh nhận được từ các số đo GPS có thể được dùng để cải tiến hoặc đơn giản
hóa những tính toán quỹ đạo của các phương tiện không gian này, thậm chí thay thế

phép định vị liên tục bằng phép định vị rời rạc trong định vị quỹ đạo bay.
Sinh viên: Vũ Đình Lê 20 Lớp: Trắc Địa B – K5
Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp
CHƯƠNG 2
XÂY DỰNG LƯỚI GPS
2.1. ĐỒ HÌNH LƯỚI TRẮC ĐỊA ĐO BẰNG GPS.
2.1.1. Thiết kế gốc của lưới GPS.
Kết quả nhận được khi đo GPS là vector đường đáy – số gia tọa độ không
gian 3 chiều trong hệ tọa độ WGS – 84, còn thực tế cần thiết là tọa độ trong hệ tọa
độ Nhà nước hoặc hệ tọa độ độc lập, địa phương. Do đó khi thiết kế lưới GPS cần
phải xác định rõ kết quả GPS đã dùng hệ tọa độ và số liệu gốc nào, tức phải thiết kế
gốc của lưới GPS.
Gốc của lưới GPS bao gồm vị trí gốc, phương vị gốc và kích thước (chiều
dài) gốc. Phương vị gốc thường lấy là phương vị khởi tính đã cho hoặc cũng có thể
là phương vị của vector đường đáy GPS. Kích thước gốc thường được lấy là cạnh
đo bằng máy đo khoảng cách trên mặt đất hoặc khoảng cách đã biết giữa các điểm
khởi tính hoặc có thể lấy luôn chiều dài vector đường đáy GPS. Vị trí gốc của lưới
GPS thường được xác định từ tọa độ của điểm khởi tính đã cho. Do đó thiết kế gốc
của lưới GPS chủ yếu là xác định vị trí điểm gốc của lưới GPS.
Khi thiết kế gốc của lưới GPS cần phải xem xét các vấn đề sau đây:
Để xác định tọa độ điểm gốc GPS trong hệ tọa độ mặt đất thì cần chọn số
liệu khởi tính trong hệ tọa độ mặt đất và đo nối với một số điểm khống chế mặt đất
đã có để chuyển đổi tọa độ. Khi chọn điểm đo nối cần sử dụng tư liệu cũ nhưng
không để lưới GPS mới thành lập có độ chính xác cao phải chịu ảnh hưởng của tư
liệu cũ có độ chính xác thấp. Do đó lưới GPS ở thành phố nhỏ hoặc khu vực xây
dựng công trình có thể đo nối với 2-3 điểm.
Sau khi tính toán bình sai lưới GPS, nhận được độ cao trắc địa của các điểm
GPS. Để có độ cao thủy chuẩn của các điểm GPS, có thể đo nối điểm độ cao nhà
nước. Các điểm độ cao đo nối cần được phân bố đều trong lưới. Đối với khu vực
đồi núi, điểm độ cao đo nối cần được phân bố phù hợp độ cao mặt cong địa hình.

Để đo nối phải sử dụng phương pháp thủy chuẩn có độ chính xác không thấp hơn
hạng IV.
Hệ tọa độ của lưới GPS mới thành lập cần cố gắng thống nhất với hệ tọa độ
đã được sử dụng trước đó của khu đo. Nếu đã sử dụng hệ tọa độ độc lập địa phương
hoặc của công trình thì cần tìm hiểu các tham số sau đây:
- Ellipsoid tham khảo đã sử dụng;
- Độ kinh của kinh tuyến trục của hệ tọa độ; tỷ lệ chiếu trên kinh tuyến trục m
o
.
- Hằng số cộng vào tọa độ;
- Độ cao mặt chiếu của hệ tọa độ và trị trung bình của dị thường độ cao khu đo;
- Tọa độ của điểm khởi tính;
Sinh viên: Vũ Đình Lê 21 Lớp: Trắc Địa B – K5
Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp
2.1.2. Một số khái niệm về kết cấu và điều kiện đặc trưng của lưới GPS.
a. Khái niệm về kết cấu đồ hình lưới GPS.
- Thời đoạn đo (Session): Khoảng thời gian liên tục từ khi bắt đầu thu tín
hiệu vệ tinh đến khi kết thúc đo trên một trạm máy.
- Đo đồng bộ: Dùng 2 hoặc nhiều hơn 2 máy thu, đo đồng thời cùng một nhóm
vệ tinh.
- Vòng đo đồng bộ: Vòng khép kín được tạo tành bởi các vector đường đáy
nhận được từ phép đo đồng bộ dùng 3 hoặc nhiều hơn 3 máy thu.
- Vòng đo độc lập:Vòng khép kín được tạo thành bởi các vector đường đáy được đo
độc lập
- Vòng đo không đôc lập: Vòng khép kín hình đa giác được tạo thành bởi các
vector đường đáy, trong số đó chỉ cần có vector đường đáy được đo không đồng bộ.
- Đường đáy độc lập: Vòng đo đồng bộ được tạo thành bởi N máy thu GPS
sẽ có J đường đáy đo đồng bộ, trong đó số đường đáy độc lập là N-1.
- Đường đáy không độc lập: Đường đáy khác, ngoài các đường đáy độc lập.
b. Điều kiện đặc trưng của lưới GPS

Số thời đoạn đo được tính theo công thức do R.Asany đề xuât:
C = n.m/N (2.1.1)
Trong đó:
C là số thời đoạn đo;
N là tổng số điểm trong lưới;
m là số lần đặt máy trung bình ở mỗi điểm;
N là số máy thu
Nếu tính theo (2.1.1) mà C là số lẻ thì làm tròn thành số nguyên lớn hơn.
Trong lưới GPS có:
Tổng số đường đáy: Jt = C.N(N-1)/2 (2.1.2)
Số đường đáy cần thiết: Jct = n-1 (2.1.3)
Số đường đáy độc lập: Jđl = C(N-1) (2.1.4)
Số đường đáy đầy đủ: Jđ = C.(N-1) – (n-1) (2.1.5)
Theo công thức trên đây có thể xác định đặc trưng chủ yếu của kết cấu đồ
hình lưới GPS.
Sinh viên: Vũ Đình Lê 22 Lớp: Trắc Địa B – K5
Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp
c. Lựa chọn cấu hình đồng bộ và đường đáy độc lập của lưới GPS.
Hình 2.1 – Đồ hình đo đồng bộ
Theo (2.1.2) thì số cạnh GPS trong một thời đoạn đo của đồ hình đồng bộ khi N
máy thu là:
J = N(N-1)/2 (2.1.6)
Trong khi đó chỉ có N-1 cạnh GPS độc lập, các cạnh còn lại không độc lập.
Hình 2.1 là đồ hình đo đồng bộ được tạo thành khi số máy thu N = 2 ~ 5.
Tương ứng với hình 2.1, cạnh GPS độc lập có thể được lựa chọn khác nhau như
hình 2.2.
Hình 2.2
Khi đo đồng bộ với số máy thu N ≥ 3 thì số vòng đo đồng bộ ít nhất là:
T = J – (N - 1) = (N - 1)(N - 2)/2 (2.1.7)
Về lý thuyết, tổng số gia tọa độ của các cạnh GPS trong một vòng đo đồng

bộ (sai số khép) phải bằng 0, nhưng do các máy thu GPS không thực đồng bộ nên
sai số khép của vòng đo đồng bộ không bằng 0. Có thể quy định giá trị giới hạn của
sai số khép vòng đo đồng bộ và cần tuân thủ quy định này:
Sinh viên: Vũ Đình Lê 23 Lớp: Trắc Địa B – K5
Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp
Để đảm bảo độ tin cậy của kết quả đo GPS, phát hiện được sai số thô trong
kết quả đo cần phải tạo thành vòng đo không đồng bộ từ 3 cạnh, 4 cạnh, 5 cạnh,
Khi trong lưới GPS có một số điểm khởi tính cũng có thể tạo thành tuyến phù hợp
từ một số cạnh độc lập giữa hai điểm khởi tính.
Thiết kế đồ hình lưới GPS là dựa vào yêu cầu độ chính xác của lưới và các
yêu cầu khác để thiết kế lưới nhằm tạo thành bởi các cạnh GPS độc lập.
2.1.3. Thiết kế đồ hình lưới GPS.
Trong trắc địa truyền thông, thiết kế đồ hình lưới khống chế là việc
cực kỳ quan trọng. Còn trong lưới GPS, nói chung không yêu cầu giữa xác điểm
phải nhìn thông nhau nên thiết kế đồ hình lưới GPS sẽ linh hoạt hơn. Thiết kế đồ
hình lưới GPS chủ yếu tùy thuộc yêu cầu sử dụng, kinh phí, thời gian, nhân lực, loại
hình và số lượng máy thu.
Căn cứ vào mục đích sử dụng, thường có 4 phương thức liên kết cơ bản để
thành lập lưới: Liên kết điểm, liên kết cạnh, liên kết lưới, liên kết hỗn hợp – cạnh –
điểm. Ngoài ra còn có thể liên kết hình sao, liên kết đường chuyền, liên kết chuỗi
tam giác.
a. Liên kết điểm (Hình 2.3):
Hình 2.3 – Liên kết điểm Hình 2.4 – Liên kết cạnh
Liên kết điểm là dạng liên kết các vòng đo đồng bộ kề nhau bởi một điểm
chung. Cường độ đồ hình của dạng liên kết điểm là rất yếu không có hoặc có rất ít
điều kiện khé hình không đồng bộ. Dạng liên kết điểm thường không được sử dụng
đơn độc.
b. Liên kết cạnh (Hình 2.4):
Liên kết cạnh là dạng liên kết giữa các vòng đo đồng bộ kề nhau bởi một
cạnh chung. Lưới được thành lập theo dạng này có cường độ đồ hình tương đối cao,

có nhiều cạnh đo lặp và có nhiều điều kiện khép hình không đồng bộ. Với số lượng
máy thu như nhau, số thời đoạn đo sẽ tăng hơn nhiều so với phương thức liên kết
điểm.
Sinh viên: Vũ Đình Lê 24 Lớp: Trắc Địa B – K5
Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp
c. Liên kết lưới:
Liên kết lưới là dạng liên kết giữa các đồ hình đo đồng bộ bởi 2 điểm chung
trở lên. Trong phương thức liên kết này, số lượng máy thu cần phải có từ 4 trở lên.
Lưới được thành lập theo phương thức này có cường độ đồ hình và độ tin cậy cao,
nhưng tốn kinh phí và thời gian đo nhiều hơn, thường chỉ ứng dụng để thành lập
lưới khống chế có yêu cầu độ chính xác cao.
d. Liên kết hỗn hợp cạnh – điểm:
Liên kết hỗn hợp cạnh – điểm là dạng kết hợp phương thức liên kết cạnh và
phương thức liên kết điểm. Phương thức này có thể đảm bảo cường độ đồ hình,
nâng cao độ tin cậy của lưới vừa có thể giảm khối lượng công tác ngoại nghiệp, hạ
giá thành. Đây là phương thức liên kết thích hợp thường được dùng để thành lập
lưới GPS.
Hình 2.5 dựa trên cơ sở phương thức liên kết điểm ở hình 2.3, tăng thêm 4
thời đoạn đo để được phương án thiết kế lưới có cường độ đồ hình được cải thiện
hơn, khối lượng công tác ngoại nghiệp cũng giảm so với phương thức liên kết cạnh
ở hình 2.4
Hình 2.5 Liên kết hỗn hợp cạnh – điểm
e. Liên kết chuỗi tam giác (hoặc đa giác):
Liên kết chuối tam giác là dạng liên kết tiếp bởi điểm hoặc cạnh giữa các tam
giác đo đồng bộ. Thành lập lưới GPS theo phương thức liên kết này rất thích hợp
cho khu đo hẹp, kéo dài như khi khảo sát tuyến đường săt, đường bộ, đường ống,
Hình 2.6 – Liên kết chuỗi tam giác
Sinh viên: Vũ Đình Lê 25 Lớp: Trắc Địa B – K5