ứng dụng công nghệ gps trong kiểm tra, đánh giá lưới địa chính và đề xuất giải pháp kỹ thuật xây dựng hệ thống lưới đo vẽ phục vụ thành lập bản đồ địa chính tại tỉnh vĩnh phúc

ðẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG LÂM THÁI NGUYÊN






PHAN XUÂN KHUNG







ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GPS TRONG KIỂM TRA, ðÁNH GIÁ
LƯỚI ðỊA CHÍNH VÀ ðỀ XUẤT GIẢI PHÁP KỸ THUẬT XÂY
DỰNG HỆ THỐNG LƯỚI ðO VẼ PHỤC VỤ THÀNH LẬP
BẢN ðỒ ðỊA CHÍNH TẠI TỈNH VĨNH PHÚC







LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP

Thái Nguyên - Năm 2011

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

ðẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG LÂM THÁI NGUYÊN





PHAN XUÂN KHUNG




ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GPS TRONG KIỂM TRA, ðÁNH GIÁ
LƯỚI ðỊA CHÍNH VÀ ðỀ XUẤT GIẢI PHÁP KỸ THUẬT XÂY
DỰNG HỆ THỐNG LƯỚI ðO VẼ PHỤC VỤ THÀNH LẬP
BẢN ðỒ ðỊA CHÍNH TẠI TỈNH VĨNH PHÚC

Chuyên ngành: Quản lý ñất ñai
Mã số: 60 62 16




LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
TS. TRỊNH HỮU LIÊN


Thái Nguyên - Năm 2011

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
- i -

LỜI CAM ðOAN
Tôi xin cam ñoan nội dung ñề tài là những nghiên cứu, những ý tưởng
khoa học do tôi tổng hợp từ công trình nghiên cứu, thực nghiệm và các công
trình sản xuất mà tôi trực tiếp tham gia thực hiện. Các số liệu và kết quả trong
luận văn là trung thực và chưa ñược ai công bố trong bất kỳ công trình nào
khác.

Thái Nguyên, ngày 10 tháng 9 năm 2011
Tác giả luận văn



Phan Xuân Khung

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
- ii -

MỤC LỤC

Lời cam ñoan i
Mục lục ii
MỞ ðẦU 1
1. ðặt vấn ñề 1
2. Mục tiêu nghiên cứu 1
3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 2
Chương 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC 3
1.1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GPS 3
1.1.1. Khái quát chung 3
1.1.2. Cấu trúc hệ thống GPS 4
1.1.3. Tín hiệu GPS 6
1.1.4. Các trị ño GPS. 7
1.1.5. Nguyên lý ñịnh vị GPS 8
1.1.6. Các nguồn sai số 11
1.1.7. Những kỹ thuật ño GPS 14
1.1.8. Toạ ñộ và hệ quy chiếu 16
1.2. TỔNG QUAN VỀ LƯỚI KHỐNG CHẾ Ở VIỆT NAM 18

1.2.1. Lưới toạ ñộ nhà nước 18
1.2.2. Lưới toạ ñộ ñịa chính 19
1.2.3 Các dạng lưới toạ ñộ ñịa chính cơ bản 27
Chương 2: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 31
2.1. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 31
2.1.1. Khái quát hệ thống lưới ñịa chính tỉnh Vĩnh Phúc 31
2.1.2. Kiểm tra, ñánh giá sự ổn ñịnh lưới ñịa chính 31
2.1.3. Kiểm tra ñộ chính xác lưới ño vẽ, so sánh giữa hai phương pháp lập
lưới ño vẽ
31
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
- iii -

2.2. PHẠM VI NGHIÊN CỨU 32
2.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 32
Chương 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 34
3.1. KHÁI QUÁT CÁC ðIỀU KIỆN TỰ NHIÊN, KINH TẾ - XÃ HỘI 34
3.1.1. ðiều kiện tự nhiên, tài nguyên, cảnh quan môi trường 34
3.1.2. Dân số - Dân tộc và trình ñộ học vấn 36
3.1.3. Thực trạng phát triển kinh tế xã hội 37
3.1.4. Nhận xét chung 40
3.2. KIỂM TRA, ðÁNH GIÁ SỰ ỔN ðỊNH LƯỚI ðỊA CHÍNH 42
3.2.1. Kiểm tra, ñánh giá sự ổn ñịnh lưới ñịa chính thành lập bằng phương
pháp ñường chuyền khu vực thành phố Vĩnh Yên, tỉnh Vĩnh Phúc
42
3.2.2. Kiểm tra, ñánh giá sự ổn ñịnh lưới ñịa chính thành lập bằng phương
pháp GPS khu vực huyện Vĩnh Tường, tỉnh Vĩnh Phúc
47

3.3. KIỂM TRA ðỘ CHÍNH XÁC LƯỚI ðO VẼ, SO SÁNH GIỮA HAI

PHƯƠNG PHÁP LẬP LƯỚI ðO VẼ
54
3.3.1. Kiểm tra lưới khống chế ño vẽ 54
3.3.2. So sánh giữa lập lưới ño vẽ bằng phương pháp ñường chuyền và
công nghệ GPS
65
3.4. NHỮNG KẾT QUẢ ðẠT ðƯỢC 69
3.4.1. ðánh giá sự ổn ñịnh lưới ñịa chính 69
3.4.1.1. Những kết quả ñạt ñược 69
3.4.1.2. Những khó khăn, tồn tại 69
3.4.1.3 ðề xuất quy trình và giải pháp thực hiện 69
3.4.2. So sánh ñộ chính xác, hiệu quả kinh tế việc thành lập lưới khống
chế ño vẽ bằng phương pháp GPS và ñường chuyền toàn ñạc
72
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 73
TÀI LIỆU THAM KHẢO 75
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
- iv -

PHỤ LỤC 75
Phụ lục 1: Sơ ñồ lưới ñịa chính thành phố Vĩnh Yên 76
Phụ lục 2: Sơ ñồ lưới ñịa chính huyện Vĩnh Tường 77
Phụ lục 3: Sơ ñồ lưới khống chế ño vẽ bằng phương pháp ñường chuyền
xã Nghĩa Hưng
78
Phụ lục 4: Sơ ñồ lưới khống chế ño vẽ bằng công nghệ GPS xã Nghĩa
Hưng
79

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

1 GPS Global Positoning System
2 NAVSTAR

Navigtion Satellite Timing And Ranging
3 GRS – 80 Geodetic Reference System 1980
4 WGS - 84 Hệ trắc ñịa Thế giới 1984
5 TGO Trimble Geomatic Office

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
1 Bảng 1.1.6 Bảng thống kê nguồn lỗi khi ño GPS và biện
pháp khắc phục
14
2 Bảng 1.2.2.a

Chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản khi thành lập lưới ñịa
chính
21
3 Bảng 1.2.2.b Chỉ tiêu kỹ thuật khi xây dựng lưới ñường
chuyền
24
4 Bảng 3.1.2 Diện tích, dân số và mật ñộ dân số 36
5 Bảng 3.2.1.a Tính bình sai lưới khi sử dụng lần lượt từng
ñiểm gốc trong quá trình bình bình sai lưới
TP Vĩnh Yên
44
6 Bảng 3.2.1.b Tính bình sai lưới khi sử dụng tăng dần ñiểm 45
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
- v -

gốc trong quá trình bình bình sai lưới TP

Vĩnh Yên
7 Bảng 3.2.2.a

Tính bình sai lưới khi sử dụng lần lượt từng
ñiểm gốc trong quá trình bình bình sai lưới
huyện Vĩnh Tường
50

8 Bảng 3.2.2.b

Tính bình sai lưới khi sử dụng tăng dần ñiểm
gốc trong quá trình bình bình sai lưới huyện
Vĩnh Tường
51
9 Bảng 3.3.2.1.a


ðơn giá thành lập lưới khống chế ño vẽ bằng
phương pháp ñường chuyền
66
10 Bảng 3.3.2.1.b ðơn giá thành lập lưới khống chế ño vẽ bằng
công nghệ GPS
66
11 Bảng 3.3.2.2.a

So sánh các hạng mục công việc khi lập lưới
ño vẽ bằng 2 phương pháp
67
12 Bảng 3.3.2.2.a So sánh số lượng ñiểm và thời gian thi công
khi lập lưới ño vẽ bằng 2 phương pháp

68
13 Bảng 3.3.2.2.c So sánh chi phí khi lập lưới ño vẽ bằng 2
phương pháp
69

DANH MỤC CÁC HÌNH
1 Hình 1.1.2.1. Sơ ñồ quỹ ñạo vệ tinh hệ thống GPS 4
2 Hình 1.1.2.2.a. Sơ ñồ ñoạn ñiều khiển của hệ thống GPS 5
3 Hình 1.1.2.2.b Sơ ñồ truyền tín hiệu của ðoạn ñiều khiển 5
4 Hình 1.1.4 Sơ ñồ cơ chế xác ñịnh thời gian truyền tín
hiệu GPS
8
5 Hình 1.1.5 Sơ ñồ nguyên lý ñịnh vị ñiểm ñơn 9

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


-

1

-

MỞ ðẦU
1. ðặt vấn ñề
Với sự chuyển hướng sang nền kinh tế thị trường có sự quản lý của Nhà nước,
ñặc biệt với sự ra ñời và quá trình từng bước hoàn thiện của Luật ñất ñai 1993 ñến
Luật ñất ñai 2003 ñã dẫn ñến việc xây dựng các hệ thống quản lý nguồn tư liệu quý
giá này, ñể làm ñược ñiều ñó ñòi hỏi xây dựng hệ thống bản ñồ ñịa chính phủ trùm.
Bản ñồ ñịa chính phục vụ trước hết cho nhu cầu quản lý nhà nước về ñất ñai như:

phục vụ kê khai ñăng ký cấp giấy chứng nhận quyền sử dụng ñất, thống kê ñất ñai,
lập kế hoạch sử dụng ñất, giao ñất giao rừng, giải quyết tranh chấp ñất ñai… có thể
nói nhu cầu về thành lập bản ñồ ñịa chính ñã và ñang ñược ñặt ra rất cấp thiết.
Trong quá trình thành lập bản ñồ ñịa chính tại Vĩnh Phúc ñã trải qua nhiều giai ñoạn
khác nhau, hệ thống lưới khống chế từ lưới ñịa chính ñến lưới ño vẽ ñược thành lập
với khá nhiều giải pháp. Giai ñoạn ñầu, lưới ñịa chính ñược phân cấp thành lưới ñịa
chính cơ sở và lưới ñịa chính cấp I và cấp II. Lưới ñịa chính cơ sở và ñịa chính cấp I
ñược thành lập bằng phương pháp ñịnh vị GPS, lưới ñịa chính cấp II về cơ bản
ñược thành lập bằng lưới ñường chuyền. Giai ñoạn gần ñây lưới ñịa chính cấp I và
cấp II ñược xây dựng ñồng thời không phân cấp. ñối với hệ thống lưới ño vẽ hầu
như sử dụng phương pháp ñường chuyền, gần ñây có một số ñơn vị sử dụng phương
pháp ñịnh vị GPS. Như vậy nhu cầu ñặt ra ñối với Vĩnh Phúc là cần ñánh giá một
cách có hệ thống về chất lượng, sự ổn ñịnh của hệ thông lưới ñịa chính và giải pháp
tối ưu cho quá trình thành lập lưới ño vẽ phục vụ thành lập bản ñồ ñịa chính. Với
những lý do trên qua khoá học thạc sỹ, ñược sự phân công của khoa sau ñại học-
trường ñại học nông lâm Thái Nguyên và ñược sự giúp ñỡ của TS. Trịnh Hữu Liên
tôi thực hiện ñề tài: “Ứng dụng Công nghệ GPS trong kiểm tra, ñánh giá lưới ñịa
chính và ñề xuất giải pháp kỹ thuật xây dựng hệ thống lưới ño vẽ phục vụ thành
lập bản ñồ ñịa chính tại tỉnh Vĩnh Phúc”.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu ứng dựng công nghệ GPS vào ñánh giá ñộ chính xác và tính ổn
ñịnh của hệ thống lưới ñịa chính, kiểm tra lưới ño vẽ bằng công nghệ GPS, xây
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


-

2

-

dựng hệ thống lưới khống chế ño vẽ bằng công nghệ GPS ñề xuất thay thế phương
pháp ñường chuyền phục vụ ño vẽ bản ñồ ñịa chính tại tỉnh Vĩnh Phúc.
3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
- Sử dụng công nghệ ño và bình sai GPS cho thấy rất hữu hiệu ñể phát hiện các
ñiểm gốc kém chất luợng, ñiểm gốc có ñộ ổn ñịnh kém; ñánh giá khẳng ñịnh ñược chất
lượng lưới ñịa chính ñể phục vụ phát triển lưới ño vẽ.
- Sử dụng công nghệ GPS khi thành lập lưới khống chế ño vẽ bằng công nghệ
GPS cho thấy sự ưu việt vượt trội so với phương pháp ñường chuyền toàn ñạc về cả
các phương diện hạng mục công việc, giá thành và ñộ chính xác.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


-

3

-

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC

1.1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GPS
1.1.1. Khái quát chung
Từ những năm 60 của thế kỷ 20, cơ quan hàng không và vũ trụ (NASA) cùng
với Quân ñội Hoa Kỳ ñã tiến hành chương trình nghiên cứu, phát triển hệ thống
dẫn ñường và ñịnh vị chính xác bằng vệ tinh nhân tạo. Hệ thống ñịnh vị dẫn ñường
bằng vệ tinh thế hệ ñầu tiên là hệ thống TRANSIT. Hệ thống này có 6 vệ tinh, hoạt
ñộng theo nguyên tắc Doppler. Hệ TRANSIT ñược sử dụng trong thương mại vào
năm 1967. Một thời gian ngắn sau ñó TRANSIT bắt ñầu ứng dụng trong trắc ñịa.
Việc thiết lập mạng lưới ñiểm ñịnh vị khống chế toàn cầu là những ứng dụng sớm
nhất và giá trị nhất của hệ TRANSIT. Tuy nhiên, hệ thống này không thoả mãn
ñược các ứng dụng ño ñạc thông dụng như ño ñạc bản ñồ, các công trình dân dụng.
Tiếp sau thành công của hệ TRANSIT. Hệ thống ñịnh vị vệ tinh thế hệ thứ
hai ra ñời có tên là NAVSTAR – GPS (Navigtion Satellite Timing And Ranging –
Global Positoning System) gọi tắt là GPS. Hệ thống này bao gồm 24 vệ tinh phát
tín hiệu, bay quanh trái ñất theo những quỹ ñạo xác ñịnh. ðộ chính xác ñịnh vị
bằng hệ thống này ñược nâng cao về chất so với hệ TRANSIT. Nhược ñiểm về thời
gian quan trắc ñã ñược khắc phục.
Cùng có tính năng tương tự với hệ thống GPS ñang hoạt ñộng còn có hệ

thống GLONASS của Nga (nhưng không thương mại hoá rộng rãi) và một hệ thống
tương lai sẽ cạnh thị trường với hệ thống GPS là hệ thống GALIEO của cộng ñồng
Châu Âu.
Ở Việt Nam, phương pháp ñịnh vị vệ tinh ñã ñược ứng dụng từ những năm
ñầu thập kỷ 90. Với 5 máy thu vệ tinh loại 4000ST, 4000SST ban ñầu sau một thời
gian ngắn ñã lập xong lưới khống chế ở những vùng ñặc biệt khó khăn mà từ trước
ñến nay chưa có lưới khống chế như Tây Nguyên, thượng nguồn Sông Bé, Cà Mau.
Những năm sau ñó công nghệ GPS ñóng vai trò quyết ñịnh trong việc ño lưới cấp
“0” lập hệ quy chiếu Quốc gia mới cũng như việc lập lưới khống chế hạng III phủ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


-

4

-

trùm lãnh thổ (gần 30.000ñiểm) và nhiều lưới khống chế cho các công trình dân
dụng khác.
Những ứng dụng sớm nhất của GPS trong trắc ñịa bản ñồ là trong công tác
ño lưới khống chế. Hiện nay hệ thống GPS vẫn ñang phát triển ngày càng hoàn
thiện về phần cứng (thiết bị ño) và phần mềm (Chương trình xử lý số liệu), ñược
ứng dụng rộng rãi vào mọi dạng công tác trắc ñịa bản ñồ, trắc ñịa công trình dân
dụng và các công tác ñịnh vị khác theo chiều hướng ngày càng ñơn giản, hiệu quả.
(theo [TL-07])
1.1.2. Cấu trúc hệ thống GPS
GPS là một hệ thống kỹ thuật phức tạp, song theo sự phân bố không gian người ta
chia hệ thống GPS thành 3 phần gọi là ðoạn (Segment):
- ðoạn không gian (Space Segment),

- ðoạn ñiều khiển (Control Segment),
- ðoạn người sử dụng (User Segment).
1.1.2.1 ðoạn không gian
ðoạn không gian bao gồm các vệ tinh nhân
tạo phát tín hiệu bay trên các quỹ ñạo xác ñịnh
quanh trái ñất. Vệ tinh ñược ñưa vào bay trong 6
mặt phẳng quỹ ñạo nghiêng 55
o
so với mặt phẳng
xích ñạo trái ñất, mỗi mặt phẳng quỹ ñạo có 4 hoặc
5 vệ tinh (xem hình 1.1.2.1). Qũy ñạo vệ tinh gần
hình tròn, ở ñộ cao 12.600 dặm (20.200 km), chu
kỳ 718 phút. Mỗi vệ tinh có trang bị tên lửa ñẩy ñể
ñiều chỉnh quỹ ñạo, thời hạn sử dụng khoảng 7,5
năm.
Hình 1.1.2.1: Sơ ñồ quỹ ñạo
vệ tinh hệ thống GPS
1.1.2.2 ðoạn ñiều khiển
ðoạn ñiều khiển là 5 trạm mặt ñất phân bố ñều quanh trái trong ñó 1 trạm
chủ (Master Station) và 4 trạm theo dõi (Monitor Station). Trạm chủ ñặt tại căn cứ
không quân Falcon ở Colorado Sping, bang Colorado, USA là nơi nhận, xử lý tín
hiệu thu ñược từ các vệ tinh tại 4 trạm theo dõi.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


-

5

-

Hình 1.1.2.2.a : Sơ ñồ ñoạn ñiều khiển của hệ thống GPS
Sau khi số liệu GPS ñược thu thập, xử lý, toạ ñộ và ñộ lệch ñồng hồ của
từng vệ tinh ñược tính toán và hiệu chỉnh tại trạm chủ và truyền tới các vệ tinh
hàng ngày qua các trạm theo dõi. (xem hình 1.1.2.2.b ).

Hình 1.1.2.2.b : Sơ ñồ truyền tín hiệu của ðoạn ñiều khiển
1.1.2.3 ðoạn người sử dụng
ðoạn người sử dụng bao gồm các máy thu tín hiệu vệ tinh và phần mềm xử
lý tính toán số liệu. Máy thu tín hiệu GPS có thể ñặt cố ñịnh trên mặt ñất hay gắn
trên các phương tiện chuyển ñộng như ñi bộ, ñi xe ñạp, ô tô, máy bay, tàu biển, tên
lửa, vệ tinh nhân tạo…
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


-

6

-

Tín hiệu vệ tinh ñược thu qua anten máy thu. Cấu tạo anten ñẳng hướng của
máy thu GPS có thể bắt tín hiệu GPS ở mọi hướng. Tâm pha của anten là ñiểm thu
tín hiệu và là ñiểm xác ñịnh toạ ñộ.
Tuỳ theo mục ñích của các ứng dụng mà các máy thu GPS có thiết kế cấu
tạo khác nhau cùng với phần mềm xử lý và quy trình thao tác thu thập số liệu ở
thực ñịa. (theo [TL-07])
1.1.3. Tín hiệu GPS
Tín hiệu vệ tinh là sóng ñiện từ. Sóng ñiện từ ñược dùng cho mục ñích ño ñạc có

những thông số ñặc trưng, ñược nghiên cứu, thử nghiệm ñảm bảo các yêu cầu
nghiêm ngặt về ñộ chính xác, tính ổn ñịnh và yêu cầu kỹ thuật khác. Về mặt vật lý,
tín hiệu vệ tinh có các thông số cơ bản ñó là bước sóng, tần số và các mã ñiều biến
trên sóng tải.
1.1.3.1 Tần số cơ bản
Tần số cơ bản của sóng truyền tín hiệu vệ tinh của hệ thống GPS là f
0
=10.23 MHz.
1.1.3.2 Các thông tin ñiều biến
Việc xử dụng tín hiệu mã hoá cho phép các vệ tinh GPS cùng hoạt ñộng mà không
bị nhiễu, mỗi vệ tinh phát ñi một mã giải ngẫu nhiên riêng biệt. Máy thu GPS nhận
dạng ñược tín hiệu của từng vệ tinh trên nền nhiễu không xác ñịnh của không gian
bao quanh trạm ño, ñiều ñó cho phép tín hiệu GPS không ñòi hỏi công suất lớn và
máy thu GPS có thể sử dụng anten nhỏ hơn, kinh tế hơn. Có 3 loại mã ñiều biến
trên sóng tải ñó là: C/A.Code (Coarse Acquisition), P.Code và Y.Code.
+ C/A Code – mã sơ bộ Mã C/A là mã giải ngẫu nhiên (PRN) thứ hai, phát
ñi với tần số 1.023 MHz (f
0
/10). Mã này là chuỗi chữ số 0 và 1 sắp xếp theo quy
luật tựa ngẫu nhiên lặp lại với tần suất 1/1000 giây. Mỗi vệ tinh ñược gán 1 mã
C/A.Code riêng biệt. Mã C/A.Code chỉ ñược ñiều biến trên sóng tải L1. Phương
trình giải mã C/A không bảo mật do vậy mã C/A.Code thông dụng trong nhiều máy
thu dân sự dung ñể dẫn ñường và lập bản ñồ tỷ lệ nhỏ.
+ P.Code – mã chính xác P.Code là mã giải ngẫu nhiên (PRN) thứ hai phát
ñi với tần số cơ bản f
0
=10.23 MHz . Mã này tạo bởi nhiều chuỗi chữ số 0 và 1 sắp
xếp theo quy luật tựa ngẫu nhiên. Tín hiệu này lặp lại với tần suất 267 ngày. Chu
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

-

7

-

kỳ 267 ngày chia thành 38 ñoạn 7 ngày, trong ñó 6 ñoạn dành riêng cho mục ñích
vận hành. Mỗi một ñoạn 7 ngày còn lại ñược gán mã phân biệt cho từng vệ tinh.
P.Code cũng sử dụng cho mục ñích ứng dụng ño ñạc quân sự có ñộ chính xác cao.
+Y.Code Y.Code là mã bảo mật của P.Code. Việc giải mã Y.Code chỉ thuộc
về người sử dụng có thẩm quyền. Vì vậy khi kích hoạt Y.Code thì người dung sẽ
không có khẳ năng sử dụng cả P.Code lẫn Y.Code. Việc sử dụng Y.Code ñược coi
là mã bảo mật ( Anti-Spoofing) của người chủ hệ thống GPS.
1.1.3.3 Các loại sóng tải của hệ thống GPS
Tín hiệu phục vụ cho việc ño ñạc bằng hệ thống GPS ñược ñiều biến sóng tải có
các ñộ dài bước sóng khác nhau. ðó là các thong tin về thời gian và vị trí của vệ
tinh. Mỗi vệ tinh có mã riêng phát trên 2 tần số tải.
- Sóng tải có bước sóng L1~19cm với tần số 54*f
0
=1575,42 MHz
- Sóng tải có bước sóng L2~24,4cm với tần số 120*f
0
=1227,60 MHz
Mã C/A Code chỉ ñiều biến trên sóng tải L1,
Mã chính xác P.Code ñiều biến cả hai sóng tải L1 và L2. [TL-07]
1.1.4. Các trị ño GPS
Trị ño GPS là những số liệu mà máy thu GPS nhận ñược từ tín hiệu của vệ
tinh truyền tới. Mỗi vệ tinh GPS phát 4 thông số cơ bản dung cho việc ño ñạc chia
thành 2 nhóm bao gồm:

+ Nhóm trị ño Code:
-C/A.Code,
-P.Code.
+ Nhóm trị ño pha:
-L1-Carrier,
-L2-Carrier,
-Tổ hợp L1/L2.

Các trị ño này có thể sử dụng riêng biệt hoặc kết hợp ñể xác ñịnh khoảng
cách ñến từng vệ tinh.
Trị ño Code (C/A Code và P.Code)
Trong trường hợp này, máy thu nhận mã ñược phát ñi từ vệ tinh, so sánh với
tín hiệu tương tự mà máy thu tạo ra nhằm xác ñịnh ñược thời gian tín hiệu lan
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


-

8

-

truyền từ vệ tinh tới máy thu và từ ñó khoảng cách từ máy thu ñến các vệ tinh ñược
xác ñịnh bằng công thức:
D=c.t + cδt + δ (1.1)
Trong ñó:
-c là vận tốc lan truyền sóng (ánh sáng)= 299792458 m/s,
-t là thời gian truyền tín hiệu,
-δt là lượng hiệu chỉnh so sai số sự không ñồng bộ ñồng hồ máy thu và vệ tinh,
-δ là lượng hiệu chỉnh do môi trường.

Việc xác ñịnh theo trị ño Code có thể diễn tả như hình 1.1.4

Thời gian truyền sóng
Hình 1.1.4 : Sơ ñồ cơ chế xác ñịnh thời gian truyền tín hiệu GPS
(theo [TL-07])
1.1.5. Nguyên lý ñịnh vị GPS
ðịnh vị là việc xác ñịnh vị trí ñiểm cần ño. Tuỳ thuộc vào ñặc ñiểm cụ thể
của việc xác ñịnh tọa ñộ người ta chia thành 2 loại hình ñịnh vị cơ bản: ðịnh vị
tuyệt ñối và ñịnh vị tương ñối.
1.1.5.1 ðịnh vị tuyệt ñối (ñịnh vị ñiểm ñơn)
Khác biệt hẳn so với các phương pháp ño ñạc truyền thống, việc ñịnh vị một
ñiểm nào ñó không cần ñến các trị ño góc, cạnh thông thường mà sử dụng các trị ño
Code và trị ño pha nêu trên. Khi ñặt máy ở ñiểm bất kỳ thu tín hiệu từ các vệ tinh,
khoảng cách tương ứng từ máy thu ñến các vệ tinh ñược xác ñịnh và toạ ñộ của
ñiểm ño ñược xác ñịnh trong hệ toạ ñộ GPS.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


-

9

-

Nguyên lý ñịnh vị ñiểm ñặt anten máy thu ñược mô tả như hình 1.1.5

Hình 1.1.5: Sơ ñồ nguyên lý ñịnh vị ñiểm ñơn
ðây là bài toán giao hội nghịch không gian khi biết toạ ñộ của các vệ tinh và
khoảng cách tương ứng ñến máy thu. Về mặt hình học có thể mô tả sự ñịnh vị tại
một thời ñiểm như sau:

- Nếu có một vệ tinh thì ñiểm cần ño sẽ nằm trên mặt cầu thứ 2 có tâm là vị
trí vệ tinh, có bán kính bằng khoảng cách ño ñược từ vệ tinh ñến máy thu;
- Nếu có 2 vệ tinh thì ñiểm ño cũng nằm trên mặt cầu thứ 2 có tâm là vệ tinh
thứ 2, có bán kính là khoảng cách từ vệ tinh thứ 2 ñến máy thu. Kết hợp trị ño ñến
2 vệ tinh thì vị trí của ñiểm ño sẽ nằm trên giao của 2 mặt cầu trong không gian -
ñó là một ñường tròn;
- Khi có vệ tinh thứ 3 thì cũng như trên, vị trí của ñiểm ño sẽ là giao của mặt
cầu thứ 3 và ñường tròn nêu trên - kết quả cho ta 2 nghiệm số là 2 vị trí trong
không gian.
- Nếu có vệ tinh thứ 4 thì kết quả tổng hợp sẽ cho 1 nghiệm duy nhất ñó
chính là vị trí của ñiểm ño trong không gian.
Như vậy, ít nhất cần thu tín hiệu 4 vệ tinh ñể xác ñịnh toạ ñộ ñiểm ño trong
không gian 3 chiều. Biểu thức toán học của việc ñịnh vị như sau:

2 2 2
( ) ( ) ( ) ( ) .
s r s r s r atm
D X X Y Y Z Z c t T
δ δ σ σ
= − + − + − + − + +
(1.2)
Trong ñó:
- D là khoảng ño ñược từ vệ tinh ñến máy thu,
- (Xs ; Ys ; Zs) là toạ ñộ không gian 3 chiều của vệ tinh ñến máy thu,
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


-

10

-

- (Xr ; Yr ; Zr) là toạ ñộ không gian 3 chiều của vị trí anten máy thu,
- c là tốc ñộ truyền sóng (tốc ñộ ánh sáng),
- δ t là ñộ lệch tuyệt ñối ñồng hồ máy thu,
- δ T là ñộ lệch tuyệt ñối ñồng hồ vệ tinh,
- σ
atm
là sai số do khí quyển,
- σ là tổng hợp các sai số khác.
Với một vệ tinh có thể thành lập ñược 1 phương trình kiểu (1.2) với 3 ẩn số
Xr, Yr, Zr là tọa ñộ ñiểm cần ño và ẩn số thứ tư là ñộ lệch tương ñối ñồng hồ vệ
tinh và ñồng hồ máy thu (δ t- δ T) thì tại mỗi ñiểm ño cần thu tín hiệu ít nhất 4 vệ
tinh khoẻ thì tọa ñộ ñiểm ño mới xác ñịnh ñược khi số vệ tinh thu ñược tín hiệu lớn
hơn 4 và số lần thu tín hiệu lớn hơn 1 lần thì vị trí ñiểm ño ñược giải theo phương
pháp số bình phương nhỏ nhất.
1.1.5.2 ðịnh vị tương ñối
Như ta ñã biết, do ảnh hưởng của sai số vị trí của các vệ tinh trên quỹ ñạo, do
sai số ñồng hồ và các yếu tố môi trường truyền sóng khác dẫn ñến ñộ chính xác
ñịnh vị ñiểm ñơn ñạt từ 100m ñến 30m trong hệ toạ ñộ WGS - 84. Ngay cả khi
chính phủ Mỹ loại bỏ nhiễu SA thì việc ñịnh vị tuyệt ñối chính xác nhất cũng chỉ
ñạt tới con số vài chục mét. Với ñộ chính xác này không thể áp dụng cho công tác
trắc ñịa một phương án ñịnh vị khác cho phép sử dụng hệ thống GPS trong ño ñạc
trắc ñịa có ñộ chính xác cao ñó là ñịnh vị tương ñối. Sự khác của phương pháp ñịnh
vị này là ở chỗ phải sử dụng tối thiểu 2 máy thu tín hiệu vệ tinh ñồng thời và kết
quả của phương pháp không phải là tọa ñộ ñiểm trong hệ tọa ñộ GPS mà là véc tơ
không gian (Baseline) nối 2 ñiểm ñặt máy thu hay nói chính xác là các thành phần
số gia toạ ñộ (∆X, ∆Y, ∆Z) hoặc (∆B, ∆L, ∆H) của 2 ñiểm trong hệ toạ ñộ GPS. ðộ
chính xác tương ñối ñạt cỡ cm và chủ yếu áp dụng trong trắc ñịa.

Việc ñịnh vị tương ñối sử dụng trị ño pha sóng tải. ðể ñạt ñược ñộ chính xác
cao trong ñịnh vị tương ñối người ta tạo ra sai phân. Nguyên tắc của việc này là
dựa trên sự ñồng ảnh hưởng của các ñại lượng, nguồn sai số ñến toạ ñộ của ñiểm
cần xác ñịnh trong bài toán ñịnh vị tuyệt ñối như sai số ñồng hồ vệ tinh, máy thu,
sai số toạ ñộ vệ tinh, ảnh hưởng của môi trường… Phương pháp ở ñây là lấy hiệu
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


-

11

-

trị ño trực tiếp ñể tạo thành trị ño mới (các sai phân) ñể loại trừ hoặc giảm bớt các
sai số kể trên. (theo [TL-07])
1.1.6. Các nguồn sai số
Cũng như bất kỳ một phương pháp ño ñạc khác, việc ñịnh vị bằng hệ thống
GPS chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố khác nhau.
1.1.6.1 Sai số quỹ ñạo vệ tinh
Toạ ñộ ñiểm ño GPS ñược tính dựa vào vị trí ñã biết của vệ tinh. Người sử
dụng phải dựa vào lịch thông báo toạ ñộ vệ tinh mà theo lịch toạ ñộ vệ tinh cỏ thể
bị sai số. Do vậy nếu sử dụng quy ñạo vệ tinh chính xác có thể ñạt kết quả tốt hơn.
Có hai phương án nhằm hoàn thiện thông tin quỹ ñạo vệ tinh:
- Sử dụng những trạm mặt ñất có vị trí chính xác nhằm lầm ñiểm chuẩn ñể
tinh chỉnh quỹ ñạo vệ tinh dành cho công tác ño ñạc ñặc biệt.
- Thu nhận lịch vệ tinh chính xác (precise ephemeries) từ Dịch vụ ðịa ñộng
học GPS Quốc tế (The International GPS Service for Geodynamics-IGS)
Cơ quan IGS sử dụng một mạng lưới gồm 70 trạm theo dõi tinh chỉnh quỹ
ñạo vệ tinh. Hệ thống này cho thong tin quỹ ñạo ưu việt hơn so với lịch vệ tinh

thông báo (broadcast ephemeris) của hệ thống GPS chỉ có 5 trạm theo dõi vệ tinh.
1.1.6.2 Ảnh hưởng của tầng ION
Tín hiệu vệ tinh trước khi ñến máy thu phải xuyên qua môi trường không gian gồm
các tầng khác nhau. Tầng ion là lớp chứa các hạt tích ñiện trong bầu khí quyển ở ñộ
cao từ 50-1000 km, tầng ion có tính chất khúc xạ ñối với sóng ñiện từ, chiết suất
của tầng ion tỷ lệ với tần số sóng ñiện từ truyền qua nó. Do vậy trị ño của máy thu
2 tần số cho phép giảm ảnh hưởng tán sắc của tầng ion.
Hiệu chỉnh ảnh hưởng của tầng ion ñối với trị ño của máy thu tần số L1 phải
dựa vào các tham số mô hình phát ñi trong thông báo vệ tinh, tuy nhiên chỉ giảm
ñược khoảng 50% ảnh hưởng tầng ion.
Với máy thu 2 tần số ảnh hưởng tầng ion, trị ño giải trừ do ñó việc ñịnh vị có ñộ
chính xác cao hơn, nhất là ñối với việc ño cạnh dài.


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


-

12

-

1.1.6.3 Ảnh hưởng của tầng ñối lưu
Tầng ñối lưu có ñộ cao ñến 8 km so với mặt ñất là tầng làm khúc xạ ñối với
tín hiệu GPS do chiết suất biến ñổi. Do vậy, số cải chính mô hình khí quyển phải
ñược áp dụng ñối với trị ño của máy một tần số và cả máy 2 tần số. Chiết suất của
tầng ñối lưu sinh ra ñộ chậm pha tín hiệu, ñược chia thành 2 loại ướt và khô. Ảnh
hưởng chiết suất khô ñược tạo mô hình và loại trừ, nhưng ảnh hưởng của triết suất
ướt là nguồn sai số khó lập mô hình và loại bỏ trong trị ño GPS. Mô hình Hopfield

là mô hình tầng ñối lưu của khí quyển ñược áp dụng phổ biến nhất khi xử lý trong
ño GPS.
1.1.6.4 Tầm nhìn vệ tinh và sự trượt chu kỳ (Cycle slips)
Khi sử dụng trị ño pha cần phải ñảm bảo thu tín hiệu vệ tinh trực tiếp, lien tục
nhằm xác ñịnh số nguyên lần bước sóng khởi ñầu. Tuy nhiên, có trường hợp ngay cả
khi vệ tinh vẫn nhìn thấy nhưng máy thu vẫn bị gián ñoạn thu tín hiệu, trường hợp ñó
có một số chu kỳ không xác ñịnh ñã trôi qua mà máy thu không ñếm ñược khiến cho
số nguyên lần bước sóng thay ñổi và làm sai kết quả ñịnh vị. Do ñó, cần phải phát
hiện và xác ñịnh sự trượt chu kỳ trong tín hiệu GPS. Một số máy thu có thể nhân biết
sự trượt chu kỳ và them vào số hiệu chỉnh tương ứng khi xử lý số liệu. Mặt khác, khi
tính toán xử lý số liệu GPS có thể dung sai phân bậc ba ñể nhậ biết và xử lý trượt chu
kỳ.
1.1.6.5 Hiện tượng ña tuyến (Multipath)
ðó là những tín hiệu từ vệ tinh không ñến thẳng anten máy thu mà ñập vào bề
mặt phản xạ nào ñó xung quanh rồi mới ñến máy thu. Như vậy, kết quả ño không
ñúng. ðể tránh hiện tượng này anten phải có tầm nhìn vệ tinh thong thoáng với
ngưỡng góc cao trên 15
o
. Việc chọn ngưỡng góc cao 15
o
này nhằm giảm ảnh hưởng
bất lợi của chiết quang của khí quyển và hiện tượng ña tuyến. Khi bố trí ñiểm ño
cần cách xa các ñịa vật có khả năng phản xạ gây hiện tượng ña tuuyến như hồ
nước, nhà cao tầng, xe cộ, ñường dây ñiện, mái nhà kim loại… Hầu hết anten GPS
gắn bản (mâm anten) dạng phẳng, tròn che chắn tín hiệu phản xạ từ dưới mặt ñất
lên.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

-

13

-

1.1.6.6 Sự suy giảm ñộ chính xác (DOPs) do ñồ hình vệ tinh
Ta biết việc ñịnh vị GPS là việc giải bài toán giao hội nghịch không gian dựa
vào ñiểm gốc là các vệ tinh và các khoảng cách tương ứng ñến máy thu. Trường hợp
tối ưu khi thu tín hiệu vệ tinh GPS là vệ tinh cần phải có sự phân bố hình học cân ñối
trên bầu trời xung quanh ñiểm ño. Chỉ số mô tả ñồ hình vệ tinh gọi là hệ số phân tán
ñộ chính xác - hệ số DOP (Delution Of Precision). Chỉ số DOP là số nghịch ñảo thể
tích của khối tỷ diện tạo thành giữa các vệ tinh và máy thu. Chỉ số DOP chia ra các
loại.
- PDOP chỉ số phân tán ñộ chính xác về vị trí (Positional DOP),
- TDOP -Chỉ số phân tán ñộ chính xác về thời gian (Time DOP),
- HDOP -Chỉ số phân tán ñộ chính xác về mặt phẳng (Horizontal DOP),
- VDOp -Chỉ số phân tán ñộ chính xác về cao ñộ (Vertical DOP),
- GDOP -Chỉ số phân tán ñộ chính xác về hình học (Geometric DOP).
ðồ hình phân bố vệ tinh ñược thiết kế sao cho chỉ số PDOP ñạt xấp xỉ 2.5
với xác suất 90% thời gian. ðồ hình vệ tinh ñạt yêu cầu với chỉ số PDOP<6.
1.1.6.7 Các sai số do người ño
Khi ño GPS tâm hình học của anten máy thu cần ñặt chính xác trên tâm mốc ñiểm
ño theo ñường dây dọi. Anten phải ñặt cân bằng, chiều cao từ tâm mốc ñến tâm
hình học của anten cần ño và ghi lại chính xác. ðo chiều cao anten không ñúng
thường là lỗi hay mắc phải của người ño GPS. Ngay cả khi xác ñịnh tọa ñộ phẳng
ño chiều cao cũng quan trọng vì GPS là hệ thống ñịnh vị 3 chiều, sai số chiều cao
sẽ lan truyền sang vị trí mặt phẳng và ngược lại.
Một loại sai số ño khác nữa là nhiễu trong trị ño GPS. Nguyên nhân là do
phần mạch ñiện tử và sự suy giảm ñộ chính xác của máy thu. Các thiết bị mới hiện

ñại hơn sẽ cung cấp giữ liệu sạch hơn.
1.1.6.8 Tâm pha của anten
Tâm pha là một ñiểm nằm bên trong anten, là nơi tín hiệu GPS biến ñổi thành tín
hiệu trong mạch ñiện. Các trị ño khoảng cách ñược tính vào ñiểm này. ðiều này có
ý nghĩa quan trọng ñối với công tác trắc ñịa. Ở nhà máy chế tạo, anten ñã ñược
kiểm ñịnh sao cho tâm pha trùng với tâm hình học của nó. Tuy nhiên, tâm pha thay
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


-

14

-

ñổi vị trí phụ thuộc vào ñồ hình vệ tinh. Ảnh hưởng này có thể kiểm ñịnh trước khi
ño hoặc sử dụng mô hình tâm pha ở giai ñoạn tính xử lý. Quy ñịnh cần phải tuân
theo là khi ñặt anten cần dóng theo cùng một hướng (thường là hướng Bắc) và tốt
nhất sử dụng cùng một loại anten cho cùng một ca ño. Các nguồn lỗi và biện pháp
khắc phục ñược tổng hợp trong bảng 1.1.6.
Bảng 1.1.6: Bảng thống kê nguồn lỗi khi ño GPS và biện pháp khắc phục
Nguồn lỗi Biện pháp xử lý
1.Phụ thuộc vệ tinh
- Ephemeris Ephemeris chính xác
- ðồ hình vệ tinh Sai phân bậc một
- ðồ hình vệ tinh Chọn thời gian ño có PDOP<6
2. Phụ thuộc ñường tín hiệu
- Tầng ion Dùng máy hai tần số
- Tầng ñối lưu Lập mô hình
- Số ña trị nguyên Xác ñịnh ñơn vị, sai phân bậc 3

- Trượt chu kỳ Tránh vật cản, sai phân bậc 3
- ða tuyến Tránh phản xạ, ngưỡng góc cao
3.Phụ thuộc máy thu
- Chiều cao anten ðo 2 lần khi ño ñộ cao anten
- Cấu hình máy thu Chú ý khi lắp ñặt
- Tâm pha anten Anten chuẩn, ñặt quay về một hướng
- Nhiễu ñiện tử Tránh bức xạ ñiện từ (sóng cao tần)
- Toạ ñộ quy chiếu Khống chế chính xác, tin cậy
- Chiều dài cạnh Bố trí cạnh ngắn
(theo [TL-07])
1.1.7. Những kỹ thuật ño GPS
1.1.7.1 ðo GPS tuyệt ñối
Là kỹ thuật xác ñịnh toạ ñộ của ñiểm ñặt máy thu tín hiệu vệ tinh trong hệ toạ
ñộ toàn cầu WGS -84. Kỹ thuật ñịnh vị này là việc tính toạ ñộ của ñiểm ño nhờ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


-

15

-

việc giải bài toán giao hội nghịch không gian dựa trên cơ sở khoảng cách ño ñược
từ các vệ tinh ñến máy thu và toạ ñộ của các vệ tinh tại thời ñiểm ño. Do nhiều
nguồn sai số nên ñộ chính xác vị trí ñiểm thấp, không dùng ñược cho việc ño ñạc
chính xác, dùng chủ yếu cho việc dẫn ñường và các mục ñích ñạc có yêu cầu ñộ
chính xác không cao. ðối với phương pháp này chỉ sử dụng một máy thu tín hiệu
vệ tinh.
1.1.7.2 ðo GPS tương ñối

Thực chất của phương pháp ño là xác ñịnh hiệu tọa ñộ không gian của 2 ñiểm
ño ñồng thời ñặt trên hai ñầu của khoảng cách cần ño (Baseline). ðộ chính xác của
phương pháp rất cao do loại trừ ñược nhiều nguồn sai số nên ñược sử dụng trong
ño ñạc xây dựng lưới khống chế trắc ñịa và các công tác ño ñạc bản ñồ các tỷ lệ.
Do bản chất của phương pháp nêu cần tối thiểu hai máy thu vệ tinh trong 1 thời
ñiểm ño. Phụ thuộc vào quan hệ của các trạm ño trong thời gian ño mà người ta
chia thành các dạng ño tương ñối sau:
1.1.7.2.1 ðo GPS tĩnh (Static).
ðây là phương pháp chính xác nhất vì nó sử dụng cả 2 trị ño Code và Phase
sóng tải. Hai hoặc nhiều máy thu ñặt cố ñịnh thu tín hiệu GPS tại các ñiểm cần ño
tọa ñộ trong khoảng thời gian thong thường từ 1 giờ trở lên.
Thời gian ño kéo dài ñể ñạt ñược sự thay ñổi ñồ hình vệ tinh, cung cấp trị ño
dư và giảm ñược nhiều sai số khác nhằm mục ñích ñạt ñộ chính xác cao nhất. ðo
GPS tĩnh tương ñối ñạt ñộ chính xác cỡ 1 cm dùng cho các ứng dụng có ñộ chính
xác cao nhất, như thành lập lưới khống chế trắc ñịa.
1.1.7.2.2 ðo GPS tĩnh nhanh (Fast Static)
Phương pháp này về bản chất giống như ño GPS tĩnh nhưng thời gian ño
ngắn hơn. Gọi là ño nhanh - tăng tốc ñộ ño là do giải nhanh ñược số ña trị nguyên.
Phương pháp ñòi hỏi dữ liệu trị ño pha sóng tải và trị ño Code. Phương pháp ño
tĩnh nhanh với máy thu GPS 2 tần số chỉ có hiệu quả trên cạnh ngắn. Thời gian ño
tĩnh nhanh thay ñổi từ 8
’
- 30
’
phụ thuộc vào số vệ tinh và ñồ hình vệ tinh phân bố
ñều sẽ hỗ trợ việc tìm nhanh số ña trị nguyên và giảm thời gian ñịnh vị.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


-

16

-

Hiện nay các hãng sản xuất ñã có loại máy thu ño tĩnh nhanh với tần số L1 –
C/A Code. Hãng Trimble ñã phát triển kỹ thuật ño tĩnh nhanh với máy thu 4600 LS
(tần số L1), và 4800 (tần số L1, L2)… (theo [TL-07])
1.1.8. Toạ ñộ và hệ quy chiếu
Hình dạng trái ñất theo quan ñiểm của thuyết ñẳng tĩnh thì trái ñất là một
khối vật chất lỏng, do vậy dạng tự nhiên của trái ñất quay sẽ có dạng ellipsoid và
thế trọng trường trên mặt ellipsoid trái ñất sẽ bằng nhau. ðiều này thể hiện sự cân
bằng giữa lực trọng trường của khối vật chất lỏng của trái ñất và lực ly tâm do
chuyển ñộng quay của nó. Một ellipsoid có hình dạng phù hợp với geoid trái ñất
phải là ellipsoid phù hợp theo nghĩa trên phạm vi toàn cầu. Elipsoid ñược chọn làm
hệ toạ ñộ ñịnh vị toàn cầu là GRS – 80 (Geodetic Reference System 1980), mặt quy
chiếu này ñược hệ ñịnh vị GPS sử dụng gọi là hệ Trắc ñịa Thế giới 1984 (WGS -
84). Hệ tọa ñộ này dung ellipsoid ñịa tâm xác ñịnh bởi bán trục lớn a=6378137.0 m
và nghịch ñảo ñộ dẹt 1/f= 298.257223563.
Elipsoid trái ñất biểu thị một mô hình toán học mô tả bề mặt tự nhiên của
trái ñất nhưng không chỉ rõ cách nhận biết một vị trí cụ thể trên trái ñất. Mỗi hệ tọa
ñộ ñịa phương ñều chỉ rõ mặt quy chiếu và phép chiếu bản ñồ tức là xác ñịnh một
phương thức biểu thị một ñiểm trên mặt ñất tự nhiên so với mặt quy chiếu ñó.
Hệ ñịnh vị GPS cho tọa ñộ vuông góc không gian 3 chiều X, Y, Z hoặc các
thành phần toạ ñộ mặt cầu B, L, H hoặc các số gia tọa ñộ trên trong hệ toạ ñộ toàn
cầu WGS 84.
Do ñó cần phải áp dụng phép tính chuyển toạ ñộ ñể chuyển toạ ñộ từ hệ toạ
ñộ GPS (WGS 84) về hệ tọa ñộ quy chiếu ñịa phương.
Toạ ñộ không gian ñịa phương (3 chiều) còn ở dạng ñược gọi là hệ thống
“2+1”. Nghĩa là tọa ñộ trắc ñịa B và L xác ñịnh ñộc lập với ñộ cao H.

Do ñó bài toán tính chuyển toạ ñộ GPS B, L, H về toạ ñộ ñịa phương yêu
cầu một dạng tính chuyển tọa ñộ trong khi ñó ñộ cao lại ñòi hỏi dạng tính chuyển
hoàn toàn khác. ∆X, ∆Y, ∆Z
Việc biến ñổi tọa ñộ WGS 84 về toạ ñộ ñịa phương thực hiện qua 3 giai
ñoạn.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


-

17

-

1. Toạ ñộ vuông góc không gian X, Y, Z hoặc (∆X, ∆Y, ∆Z) thuộc hệ WGS
84 ñổi thành toạ ñộ B, L, H hoặc (∆B, ∆L, ∆H) thuộc hệ WGS 84 sau ñó áp dụng 7
tham số tính chuyển về tọa ñộ không gian ñịa phương.
2. Tọa ñộ không gian ñịa phương tính ñổi thành tọa ñộ trắc ñịa.
3. Tọa ñộ trắc ñịa sau tính chuyển ñổi thành tọa ñộ phẳng qua phép chiếu bản
ñồ.
Phép tính chuyển ñộ cao có sự khác biệt do ñộ cao xác ñịnh trên Elipsoid
WGS -84 là bề mặt có phương trình toán học còn ñộ cao sử dụng thực tế lại là ñộ
cao thuỷ chuẩn so với bề mặt Geoid - bề kéo dài từ mặt nước biển trung bình - một
bề mặt không mô tả ñược bằng phương trình toán học.
ðẳng thức sau là biểu thức biến ñổi ñơn giản ñộ cao ellipsoid WGS-84 về ñộ
cao ñịa phương bằng cộng thêm ñộ chênh Geoid – Elipsoid tại ñiểm ñó:
H = h + N (1.3)
Trong công thức (1.3), H là ñộ cao tính ñến mặt Elipsoid – là ñộ cao có thể
ño chính xác ñược bằng công nghệ GPS; h là ñộ cao thuỷ chuẩn, ñược sử dụng thực
tế, N là ñộ chênh lệch 2 bề mặt Geoid và Elipsoid tại ñiểm ñó. Dựa vào số liệu ño

trọng lực toàn thế giới người ta ñã lập ra mô hình Geoid toàn cầu dung cho việc nội
suy giá trị chênh Geoid – Elipsoid phục vụ cho việc tính ñộ cao bằng công nghệ
GPS. Song do bề mặt Geoid biến ñổi phức tạp, số liệu ño trọng lực thưa nên thực tế
phương pháp xác ñịnh ñộ cao trong ño GPS còn ñang ñược hoàn thiện thêm ñể kết
quả ñạt yêu cầu sử dụng.
Nếu có các ñiểm ñộ cao thuỷ chuẩn bao quanh khu ño, có thể áp dụng phép
nội suy ñộ chênh Geoid – Elipsoid. ðể thực hiện ñiều này tại các ñiểm mốc ñộ cao
cũng tiến hành thu dữ liệu GPS, ñộ chênh giữa trị số ñộ cao thuỷ chuẩn và ñộ cao
Elip WGS-84 cho quy luật về ñộ chênh Geoid – Elipsoid khu ño và ñược dùng ñể
thay thế hoặc kết hợp với mô hình Geoid chung ñể nội suy, tính ñộ cao thuỷ chuẩn
từ số liệu GPS. (theo [TL-07])



Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


-

18

-

1.2. TỔNG QUAN VỀ LƯỚI KHỐNG CHẾ Ở VIỆT NAM
1.2.1. Lưới toạ ñộ nhà nước
Do ñiều kiện lịch sử ñể lại lưới tọa ñộ nhà nước của chúng ta không liên tục
và các loại dữ liệu không ñồng nhất trên toàn quốc.
Từ trước năm 1975 phía bắc vĩ tuyến 17 ta xây dựng lưới tam giác ño góc
hạng I và sau ñó chêm dày các ñiểm hạng II. Mật ñộ ñiểm trung bình khu vực này
là 120 km

2
có một ñiểm hạng I và II, trong lưới các cạnh ñược ño bằng thước
Invar, máy ño xa ñiện quang NASM -2A, 28 ñiểm thiên văn, 13 ñiểm Laplace.
Từ năm 1977 - 1983 xây dựng lưới tam giác hạng I gồm 25 ñiểm khu vực
Bình - Trị - Thiên, có 3 ñiểm trùng với lưới miền Bắc.
Từ năm 1983 – 1989, xây dựng lưới tam giác ño góc hạng II dạng dày ñặc
gồm 422 ñiểm từ Thừa Thiên ñến Thành phố Hồ Chí Minh.
Từ 1988 ñến 1990 xây dựng mạng lưới ñường chuyền hạng II phủ trùm
ñồng bằng Nam bộ gồm 174 ñiểm.
Từ 1991 ñến 1992 xây dựng mạng lưới phủ trùm bằng công nghệ GPS tại ba
khu vực là Tây Nguyên, Sông Bé và Minh Hải.
Lưới toạ ñộ nhà nước Việt Nam ñược xây dựng trước năm 1992 ñều ñược
xử lý trên bề mặt toán học Ellipxoid thực dụng Kraxovsky hệ HN -72. Toạ ñộ
vuông góc phẳng ñược tính trên múi chiếu Gauss – Kruger. Tuy nhiên, mạng lưới
này không ñược xử lý chung mà bình sai ñộc lập từng khu vực theo kết quả ño
trong từng thời kỳ, toạ ñộ khởi tính của các khối sau là toạ ñộ của ñiểm ngoài rìa
các khối do liền kề trước ñó.
Từ tháng 7 năm 2001, hệ quy chiếu và hệ tọa ñộ VN-2000 chính thức ñược
ñưa vào sử dụng với Ellipxoid W84, phép chiếu UTM, các ñiểm khống chế nhà
nước ñược tính chuyển sang hệ VN-2000. ðến nay lưới tọa ñộ nhà nước ñã phủ
trùm toàn bộ lãnh thổ Việt Nam gồm 1763 ñiểm, trong ñó 71 ñiểm cấp “0” ño ñạc
bằng công nghệ GPS, 339 ñiểm tam giác hạng I, 1116 ñiểm tam giác hạng II, 174
ñiểm ñường chuyền hạng II và 122 ñiểm GPS cạnh ngắn… Hệ thống lưới tọa ñộ
hạng III và IV ñã ñược xây dựng phủ trùm ñạt ñộ chính xác ñể xây dựng bản ñồ ñịa
hình tỷ lệ 1:1000 thậm chí 1:500. Tuy nhiên các mạng lưới này không còn ñủ mật
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên