NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG KỸ THUẬT GPS ĐO ĐỘNG THỜI GIAN THỰC TRONG THÀNH LẬP BẢN ĐỒ ĐỊA CHÍNH TRÊN ĐỊA BÀN HUYỆN TAM ĐẢO

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM






NGUYỄN KIỀU HƢNG

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG
KỸ THUẬT GPS ĐO ĐỘNG THỜI GIAN THỰC
TRONG THÀNH LẬP BẢN ĐỒ ĐỊA CHÍNH
TRÊN ĐỊA BÀN HUYỆN TAM ĐẢO


Ngành: Quản lý đất đai
Mã số : 60 85 01 03

LUẬN VĂN THẠC SĨ QUẢN LÝ ĐẤT ĐAI


Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS. Trần Viết Khanh

Thái Nguyên - 2014

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


i
LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan những nội dung được trình bày trong luận văn này là công trình
nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn này là trung thực.
Tôi xin cam đoan rằng các thông tin trích dẫn trong luận văn đều đã chỉ rõ
nguồn gốc.

Vĩnh Phúc, ngày tháng năm 2014
Tác giả luận văn



Nguyễn Kiều Hưng





Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


ii
LỜI CẢM ƠN

Tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc đến PGS.TS. Trần Viết Khanh –Phó
Giám đốc Trường Đại học Thái Nguyên người đã chỉ bảo và hướng dẫn tôi tận tình
trong suốt quá trình học tập nghiên cứu đề tài và hoàn thành luận văn này.
Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo Khoa Quản lý Tài nguyên,
Phòng Quản lý Đào tạo Sau đại học, Trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên
đã giảng dạy, đóng góp ý kiến, tạo điều kiện giúp đỡ nhiệt tình cho tôi học tập
và hoàn thành luận văn của mình.
Trong thời gian thực hiện, tôi cũng đã nhận được sự giúp đỡ, tạo điều kiện của
lãnh đạo Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Vĩnh Phúc, UBND huyện Tam Đảo,
Trung tâm Đo đạc và Bản đồ Vĩnh Phúc, các đơn vị và cá nhân có liên quan đã giúp
đỡ tôi trong quá trình thu thập số liệu và hoàn thành luận văn này.
Tôi xin chân thành cảm ơn người thân trong gia đình, bạn bè và đồng nghiệp
đã làm chỗ dựa tinh thần vững chắc cho tôi học tập và công tác.
Với lòng biết ơn sâu sắc, tôi xin chân thành cảm ơn mọi sự giúp đỡ quý báu đó!

Vĩnh Phúc, ngày tháng năm 2014

Tác giả luận văn



Nguyễn Kiều Hưng





Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

iii
MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i
LỜI CẢM ƠN ii
MỤC LỤC iii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT vi
DANH MỤC BẢNG vii
DANH MỤC CÁC HÌNH viii
MỞ ĐẦU 1
1.1. Tính cấp thiết của đề tài 1
1.2. Mục đích nghiên cứu 2
1.3. Ý nghĩa của đề tài 2
Chƣơng 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3
1.1. Cơ sở khoa học của hệ thống GPS 3
1.1.1. Sự hình thành của hệ thống GPS 3
1.1.2. Cấu trúc của hệ thống GPS 5
1.2. Các phương pháp đo GPS 11
1.2.1. Đo GPS tuyệt đối 11
1.2.2.Đo GPS tương đối 12
1.3. Kỹ thuật đo GPS đo động thời gian thực 18
1.3.1. Mô hình toán học của phương pháp đo pha GPS 18
1.3.2. Các trị đo pha phân sai 21
1.3.3. Độ chính xác của một số máy thu GPS 24
1.4. Tình hình ứng dụng GPS trong thu thập dữ liệu không gian 26
1.4.1 Tình hình ứng dụng GPS trên thế giới 26
1.4.2 Tình hình ứng dụng GPS ở Việt Nam 26
Chƣơng 2: NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 29
2.1. Đối tượng, địa điểm và thời gian nghiên cứu 29
2.2. Nội dung nghiên cứu 29

2.2.1. Khái quát địa bàn nghiên cứu 29

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


iv
2.2.2. Thử nghiệm lựa chọn tham số tối ưu trong kỹ thuật GPS đo động thời gian
thực 29
2.2.3. Ứng dụng GPS đo động thời gian thực thành lập lưới khống chế đo vẽ
và đo vẽ chi tiết bản đồ địa chính 29
2.2.4. So sánh, đánh giá độ chính xác của các điểm đo chi tiết bằng công nghệ
GPS đo động thời gian thực với phương pháp đo vẽ chi tiết bằng máy toàn đạc
điện tử 29
2.2.5. Ưu điểm, hạn chế của việc Ứng dụng GPS đo động thời gian thực và đề
xuất một số giải pháp 29
2.3. Phương pháp nghiên cứu 31
2.3.1. Phương pháp điều tra thu thập tài liệu 31
2.3.2. Phương pháp phân tích và tổng hợp tài liệu 31
2.3.3. Phương pháp so sánh 31
2.3.4. Phương pháp đo GPS đo động thời gian thực 31
2.3.5. Phương pháp chuyên gia 35
Chƣơng 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 36
3.1. Khái quát địa bàn nghiên cứu 36
3.1.1. Khái quát về điều kiện tự nhiên 36
3.1.2. Đặc điểm kinh tế - xã hội 38
3.1.3. Hiện trạng sử dụng đất 39
3.1.4. Hiện trạng hồ sơ địa chính 41
3.2. Thử nghiệm lựa chọn tham số tối ưu trong kỹ thuật GPS đo động thời gian
thực 43
3.2.1. Điều kiện thử nghiệm 43

3.2.2. Thử nghiệm lựa chọn tham số tối ưu trong kỹ thuật GPS đo động thời gian
thực 51
3.3. Thử nghiệm ứng dụng GPS đo động thời gian thực trong thành lập lưới
khống chế đo vẽ và đo vẽ chi tiết bản đồ địa chính 58
3.3.1. Thử nghiệm ứng dụng GPS đo động thời gian thực trong thành lập lưới
khống chế đo vẽ (Thử nghiệm với 1 trạm Base) 58

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


v
3.3.2. Thử nghiệm ứng dụng GPS đo động thời gian thực trong đo vẽ chi tiết
bản đồ địa chính 69
3.4. So sánh, đánh giá độ chính xác của các điểm đo chi tiết bằng công
nghệ đo GPS động thời gian thực với phương pháp đo vẽ chi tiết bằng máy
toàn đạc điện tử 73
3.5. Ưu điểm, hạn chế và đề xuất một số giải pháp nâng cao hiệu quả ứng
dụng GPS đo động thời gian thực trong đo đạc địa chính 74
3.5.1. Đánh giá ưu điểm nhược điểm của kỹ thuật GPS đo động thời gian thực
74
3.5.2. Đề xuất một số một số giải pháp nâng cao hiệu quả ứng dụng GPS đo
động thời gian thực trong đo đạc địa chính 76
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 78
TÀI LIỆU THAM KHẢO 80




Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

vi
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

DGPS : Đo GPS cải chính phân sai
(DGPS- Differential GPS)
GPS : Hệ thống định vị toàn cầu
(Global Positioning System)
PDOP : Độ suy giảm độ chính xác vị trí điểm
(Posittion Dilution of Precision)
PPK : Đo động xử lý sau
(Post Processing Kinematic)
RTK : Đo động thời gian thực
(Real Time Kinematic)
UBND : Ủy ban nhân dân
WGS-84 : Hệ tọa độ
(World Geodetic System 1984)











Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

vii
DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1. Bảng tổng hợp các phương pháp đo GPS 18
Bảng 1.2. Đặc tính kỹ thuật của một số loại máy thu GPS có khả năng
đo động 24
Bảng 3.1. Hiện trạng sử dụng đất huyện Tam Đảo năm 2013 40
Bảng 3.2.Tổng hợp kết quả đo đạc lập bản đồ địa chính đến tháng
06/2013 41
Bảng 3.3. Tổng hợp hiện trạng hồ sơ địa chính huyện Tam Dảo 42
Bảng 3.4. Khái quát về các khu đo thử nghiệm 46
Bảng 3.5. Bảng tọa độ các điểm trạm Base 47
Bảng 3.6. Bảng tọa độ các điểm trạm Rover 49
Bảng 3.7. Kết quả thử nghiệm khu đo xã Đại Đình 53
Bảng 3.8. Kết quả thử nghiệm khu đo xã Hợp Châu 55
Bảng 3.9. Kết quả đo GPS RTK khu đo xã Đại Đình sử dụng 1 trạm Base
092407 58
Bảng 3.10. Kết quả đo GPS RTK khu đo xã Đại Đình sử dụng 1 trạm Base
092410 61
Bảng 3.11. Kết quả đo GPS RTK khu đo xã Hợp Châu sử dụng 1 trạm Base
092419 64
Bảng 3.12. Kết quả đo GPS RTK khu đo xã Hợp Châu sử dụng 1 trạm Base
092410 66
Bảng 3.13. Bảng số liệu đo chi tiết bằng kỹ thuật GPS RTK 72
Bảng 3.14. Bảng so sánh số liệu đo chi tiết bằng kỹ thuật GPS RTK
với số liệu đo bằng máy toàn đạc điện tử 73

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


viii
DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1. Cấu trúc của hệ thống GPS. 5
Hình 1.2. Sơ đồ quỹ đạo vệ tinh hệ thống GPS 6
Hình 1.3. Vệ tinh GPS đang bay trên quĩ đạo quanh Trái đất. 6
Hình 1.4. Cấu trúc tín hiệu GPS . 8
Hình 1.5. Mạng lưới các trạm điều khiển của hệ thống GPS từ sau năm
2005 9
Hình 1.6. Một số loại máy thu GPS của hãng Trimble và Huace 11
Hình 1.7. Máy thu GPS X91 GNSS và hệ thống Radio Link DL5 14
Hình 1.8. Độ lệch pha giữa sóng từ vệ tinh và sóng do máy thu phát ra 18
Hình 1.9. Sơ đồ tính các trị đo pha phân sai 21
Hình 3.1. Khu đo thực nghiệm tại xã Đại Đình, huyện Tam Đảo 44
Hình 3.2. Khu đo thực nghiệm tại xã Hợp Châu, huyện Tam Đảo 45
Hình 3.3. Đồ thị biểu diễn sai số của tọa độ x, y của trạm Rover đối với thời
gian đo 53
Hình 3.4. Đồ thị biểu diễn sai số của độ cao h của trạm Rover đối với
thời gian đo 53
Hình 3.5. Sự suy giảm độ chính xác theo khoảng cách khi sử dụng 1 trạm Base
092407 57
Hình 3.6. Sự suy giảm độ chính xác theo khoảng cách khi sử dụng 1 trạm
Base 092410 60
Hình 3.7. Sự suy giảm độ chính xác theo khoảng cách khi sử dụng 1 trạm
Base 092419 62
Hình 3.8. Sự suy giảm độ chính xác theo khoảng cách khi sử dụng 1 trạm Base
092410 64

Hình 3.9. Sự suy giảm độ chính xác theo khoảng cách khi sử dụng một
trạm Base(tổng hợp 40 điểm đo) 64
Hình 3.10. Đo thử nghiệm tại tiểu khu 1 66
Hình 3.11. Đo thử nghiệm tại tiểu khu 2 67

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


1
MỞ ĐẦU

1.1. Tính cấp thiết của đề tài
Đất đai là nguồn tài nguyên thiên nhiên, tài sản quốc gia quý báu, là địa bàn để
phân bố dân cư và các hoạt động kinh tế, xã hội quốc phòng, an ninh; là nguồn vốn,
nguồn nội lực để xây dựng và phát triển bền vững quốc gia. Yêu cầu đặt ra đối với
hệ thống quản lý đất đai là sử dụng tài nguyên đất một cách hợp lý và hiệu quả nhất,
nhằm đảm bảo thực hiện tốt các mục tiêu phát triển kinh tế và công bằng xã hội, tài
nguyên đất được bảo vệ tốt vì vậy xây dựng một hệ thống quản lý đất đai hiện đại là
một nhiệm vụ cần thiết nhằm mang lại lợi ích thiết yếu cho phát triển kinh tế, tạo
công bằng xã hội và bảo vệ môi trường. Một hệ thống quản lý đất đai hiện đại sẽ
đảm bảo quyền lợi hợp lý của Nhà nước, nhà đầu tư và người sử dụng đất cũng như
mọi thành phần có liên quan. Hệ thống hồ sơ địa chính gồm bản đồ địa chính và hệ
thống sổ sách đi kèm phải được thiết lập rõ ràng cho từng thửa đất, người sử dụng
đất có giấy chứng nhận quyền sử dụng đất là điều kiện tối thiểu để đưa pháp luật đất
đai vào cuộc sống, khắc phục tình trạng vi phạm pháp luật về đất đai, sử dụng đất
không hiệu quả, lãng phí của cả người sử dụng đất cũng như người quản lý.
Hiện nay, công tác thành lập bản đồ địa chính và bản đồ địa hình tỷ lệ lớn chủ
yếu được thực hiện bằng phương pháp toàn đạc điện tử. Đây là phương pháp có độ
chính xác tốt, cho phép đo vẽ ở mức độ chi tiết cao nhất, tuy nhiên có yếu điểm là
phải dựa trên mạng lưới đo vẽ dày đặc và phải đảm bảo thông hướng giữa các trạm

đo dẫn đến năng suất lao động rất hạn chế trong những khu vực có địa hình dày đặc.
Những năm gần đây hệ thống định vị toàn cầu GPS (Global Positioning
System) ngày càng phát triển hoàn thiện và sử dụng rộng rãi, hiệu quả với độ chính
xác cao đã được ứng dụng rộng rãi trong đo đạc bản đồ bởi các tính ưu việt như: có
thể xác định tọa độ của các điểm từ các điểm gốc mà không cần thông hướng, việc
đo đạc nhanh, đạt độ chính xác cao, ít phụ thuộc vào điều kiện thời tiết, kết quả đo
đạc có thể tính trong hệ tọa độ toàn cầu hoặc hệ tọa độ địa phương và được ghi dưới

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


2
dạng file số nên dễ dàng nhập vào các phần mềm đo vẽ bản đồ hoặc các hệ thống cơ
sở dữ liệu.
Tuy nhiên, ứng dụng chính của GPS trong đo đạc địa chính vẫn là phương
pháp đo tĩnh dùng để thành lập lưới khống chế tọa độ. Vì vậy, việc nghiên cứu các
kỹ thuật đo GPS động (có năng suất lao động cao hơn nhiều so với đo tĩnh) trong đo
đạc địa chính là rất cần thiết để có cơ sở khoa học triển khai ứng dụng phổ biến ở
nước ta.
Xuất phát từ lý do này, tôi đã tiến hành nghiên cứu và thực hiện đề tài:
“Nghiên cứu khả năng ứng dụng kỹ thuật GPS đo động thời gian thực trong
thành lập bản đồ địa chính trên địa bàn huyện Tam Đảo”.
1.2. Mục tiêu nghiên cứu
Ứng dụng kỹ thuật GPS đo động thời gian thực trong công tác thành lập bản
đồ địa chính, từ đó đề xuất một số giải pháp nâng cao hiệu quả của kỹ thuật đo GPS
động thời gian thực bằng các máy thu 2 tần số trong đo đạc địa chính trên cơ sở kết
quả đo thử nghiệm tại một số khu vực của huyện Tam Đảo.
1.3. Ý nghĩa của đề tài
- Ý nghĩa khoa học: Làm rõ được ảnh hưởng của tham số đo tới kết quả đo
GPS động thời gian thực, và khả năng ứng dụng phương pháp đo GPS động thời

gian thực trong đo đạc địa chính. Từ đó đề xuất một số giải pháp nâng cao hiệu quả
ứng dụng kỹ thuật đo GPS động thời gian thực trong đo đạc địa chính.
- Ý nghĩa thực tiễn: Các kết quả của đề tài tạo ra cơ sở khoa học giúp cho các
đơn vị sản xuất đưa phương pháp đo GPS động thời gian thực vào công tác phát
triển lưới khống chế đo vẽ, đo vẽ bản đồ địa chính tỷ lệ lớn.



Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


3
Chƣơng 1
TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1. Cơ sở khoa học của hệ thống GPS
1.1.1. Sự hình thành của hệ thống GPS
Từ những năm 60 của thế kỷ XX, Cơ quan Hàng không và Vũ trụ (NASA)
cùng với Quân đội Hoa Kỳ đã tiến hành chương trình nghiên cứu, phát triển hệ
thống dẫn đường và định vị chính xác bằng vệ tinh nhân tạo. Hệ thống định vị dẫn
đường bằng vệ tinh thế hệ đầu tiên là hệ thống TRANSIT. Hệ thống này có 6 vệ
tinh, hoạt động theo nguyên lý Doppler. Hệ thống TRANSIT được sử dụng trong
thương mại vào năm 1967. Một thời gian ngắn sau đó TRANSIT bắt đầu ứng dụng
trong trắc địa. Việc thiết lập mạng lưới điểm định vị khống chế toàn cầu là những
ứng dụng sớm nhất của hệ TRANSIT.
Định vị bằng hệ thống TRANSIT cần thời gian quan trắc rất lâu mà độ
chính xác chỉ đạt cỡ 1m. Do vậy, trong công tác trắc địa - bản đồ hệ thống
TRANSIT chỉ phù hợp với công tác xây dựng các mạng lưới khống chế cạnh dài.
Nó không thỏa mãn được các ứng dụng đo đạc thông dụng như đo đạc bản đồ, các
công trình dân dụng.

Tiếp sau thành công bước đầu của hệ thống TRANSIT, hệ thống định vị vệ
tinh thế hệ thứ hai ra đời có tên là NAVSTAR-GPS (Navigtion Satellite Timing
And Ranging – Global Positioning System) gọi tắt là GPS. Hệ thống này bao gồm
24 vệ tinh phát tín hiệu, bay quanh Trái đất theo những quỹ đạo xác định. Độ chính
xác định vị bằng hệ thống này được nâng cao một cách đáng kể so với TRANSIT và
nhược điểm về thời gian quan trắc đã được khắc phục.
Một năm sau khi phóng vệ tinh thử nghiệm NTS-2 (Navigation Technology
Sattellite 2), giai đoạn thử nghiệm vận hành hệ thống GPS bắt đầu với việc
phóng vệ tinh GPS khối I. Từ năm 1978 dến 1985 có 11 vệ tinh khối I đã được

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


4
phóng vệ tinh thế hệ thứ II(Khối II) bắt đầu từ năm 1989. Hiện thời có 24 vệ tinh
đã được triển khai quĩ đạo quanh trái với chu kỳ 12 giờ ở độ cao xấp xỉ 20.200
km. Loại vệ tinh bổ sung thế hệ III (khối IIR, IIR-M và II-F) được thiết kế thay
cho những vệ tinh khối II, cho đến nay đã có 32 vệ tinh của hệ thống GPS hoạt
động trên quỹ đạo [5].
Gần như đồng thời với hệ thống GPS của Mỹ, Nga cũng phát triển một hệ
thống tương tự với tên gọi GLONASS (nhưng không thương mại hóa rộng rãi).
Hiện nay Liên minh Châu Âu đang phát triển hệ dẫn đường vệ tinh của mình mang
tên GALILEO, hiện đã có một số vệ tinh đã được đưa lên quỹ đạo và hệ thống dự
kiến được đưa vào sử dụng năm 2014. Trung Quốc thì phát triển hệ thống định vị
toàn cầu của mình mang tên BEIDOU (Bắc Đẩu) bao gồm 35 vệ tinh. Ngoài ra còn
một số hệ thống định vị vệ tinh khác được sử dụng ở một số nơi trên thế giới.
Những ứng dụng sớm nhất của công nghệ GPS trong trắc địa là đo đạc các
mạng lưới trắc địa mặt bằng, năm 1983 người ta đã xây dựng mạng lưới trắc địa ở
Elfel (CHLB Đức), tiếp theo đó nhiều mạng lưới khác cũng được xây dựng ở
Montgomery County, Pennsylvania (Mỹ), Ở Việt Nam, ngay từ những năm 1991-

1992 chúng ta cũng đã sử dụng công nghệ GPS để xây dựng một số mạng lưới tọa
độ nhà nước hạng II ở những vùng khó khăn chưa có lưới khống chế (Minh Hải,
Tây Nguyên, ). Sử dụng GPS để xây dựng lưới trắc địa biển, kết nối đất liền với
các hải đảo trong một hệ thống tọa độ chung. Trong những năm 1995-1997 chúng ta
đã xây dựng mạng lưới GPS cấp “0”, trên cơ sở đó thành lập hệ quy chiếu Quốc gia
mới (VN-2000) cũng như việc lập lưới khống chế hạng III phủ trùm lãnh thổ (gần
30.000 điểm) .
Hiện nay, hệ thống GPS vẫn đang phát triển và ngày càng hoàn thiện về phần
cứng (thiết bị đo) và phần mềm (chương trình xử lý số liệu), đươc ứng dụng rộng
rãi vào mọi dạng công tác trắc địa bản đồ, trắc địa công trình dân dụng và các công
tác định vị khác theo chiều hướng ngày càng đơn giản, hiệu quả [6].

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


5
1.1.2. Cấu trúc của 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 (còn gọi là đoạn – segment):
- Đoạn không gian (Space Segment);
- Đoạn điều khiển (Control Segment);
- Đoạn sử dụng (User Segment).

Hình 1.1. Cấu trúc của hệ thống GPS.
1.1.2.1. Đoạn không gian
Đoạn không gian gồm tối thiểu 24 vệ tinh bay 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 như hình tròn, vệ tinh bay ở độ cao xấp xỉ 20200 km so với mặt đất,

bán kính quỹ đạo 26.600 km. Vệ tinh GPS chuyển động trên quỹ đạo với chu kỳ là
718 phút, mỗi một quỹ đạo có ít nhất 4 vệ tinh. Do đó, ở bất kỳ thời gian nào và ở
bất kỳ vị trí quan trắc nào trên Trái đất trong điều kiện địa hình thông thoáng cũng

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


6
có thể quan trắc được ít nhất 4 vệ tinh GPS - điều kiện tối thiểu để có thể định vị
được trong không gian 3 chiều.

Hình 1.2. Sơ đồ quỹ đạo vệ tinh hệ thống GPS


Hình 1.3. Vệ tinh GPS đang bay trên quĩ đạo quanh Trái đất.
Một thành phần quan trọng của đoạn không gian là tín hiệu phát từ vệ tinh đến
các máy thu. Việc phát và thu tín hiệu vệ tinh là cơ sở để đo đạc với hệ thống GPS.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


7
Tín hiệu phát ra từ vệ tinh bao gồm 3 thành phần cơ bản sau:
- 2 sóng tải (hay sóng mang - carrier wave) trong dải tần số L (L band) là L1
và L2;
- Mã giả ngẫu nhiên sử dụng để đo khoảng cách, bao gồm C/A-code và P-code
(hay Y-code);
- Thông báo định vị (navigation message).
Mỗi vệ tinh GPS có 1 đồng hồ nguyên tử rất chính xác. Các đồng hồ này xung
nhịp với tần số

MHz23.10
0
f
là tần số cơ bản để tạo ra tín hiệu phát đi từ vệ tinh.
Các sóng tải có nhiệm vụ chuyển tải mã đo khoảng cách và các thông báo định
vị. Vệ tinh GPS phát ra sóng tải ở 2 tần số ký hiệu là L1 và L2, các tần số này được
tính từ tần số cơ bản như sau:
Mhz42.1575154
01
ff
L
;
Mhz60.1227120
02
ff
L
;
Từ các tần số trên, có thể tính được bước sóng của L1 và L2 như sau:
cm19
1
1
L
L
f
c

cm24
2
2
L

L
f
c

Các mã giả ngẫu nhiên được sử dụng để đo khoảng cách từ vệ tinh tới máy
thu. Các mã này được gọi là giả ngẫu nhiên vì chúng có tính chất gần giống như
một mã ngẫu nhiên, nhưng trong thực tế được phát sinh ra theo một thuật toán phức
tạp mà ta có thể biểu diễn một cách đơn giản dưới dạng hàm số G = G(PRN) với
PRN là số nguyên có giá trị từ 1 đến 36. Với mỗi một giá trị của PRN sẽ có một mã
giả ngẫu nhiên. Mỗi vệ tinh GPS được gán một giá trị PRN riêng và do đó nó có mã
giả ngẫu nhiên riêng. Có 2 loại mã giả ngẫu nhiên là:
- C/A-code (viết tắt của từ "clear/access code" hay "coarse/acquisition code"),
được phát đi ở tần số 1.023MHz và có chu kỳ lặp lại là 1ms (cứ 1ms thì mã C/A-
code lại lặp lại). Chỉ có sóng tải L1 là được điều biến bởi C/A-code, tức là mã này
chỉ có trong sóng L1.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


8
- P-code (viết tắt của từ "private code" hay "precise code"), được phát đi ở tần
số 10.23MHz và có chu kỳ lặp lại là 266.4 ngày. Số 266.4 ngày này được chia thành
các khoảng 7 ngày (1 tuần) và mỗi khoảng được gán với 1 vệ tinh. Như vậy, P-code
của mỗi vệ tinh sẽ lặp lại sau 1 tuần. P-code được truyền bởi cả 2 sóng tải là L1 và
L2. Khi chế độ A/S (Anti Spoofing) được bật thì P-code được mã hóa thành Y-code
và người dùng dân sự không sử dụng được.
- Các thông báo định vị (Navigation message) chứa các thông tin dự báo về:
+ Lịch vệ tinh;
+ Các hệ số của mô hình dùng để hiệu chỉnh sai lệch đồng hồ của vệ tinh;
+ Trạng thái (hay sức khỏe) của vệ tinh (đang hoạt động, ngừng hoạt động,

sửa chữa, );
+ Các thông số của mô hình mô tả ảnh hưởng của tầng điện ly.
Các thông tin dự báo trên được các trạm điều khiển cung cấp lên vệ tinh rồi
truyền xuống các máy thu của người sử dụng trong các thông báo định vị. Các
thông báo định vị được phát đi từng bít một (0 hay 1) cứ sau 20 chu kỳ lặp lại của
mã C/A-code. Toàn bộ một thông báo định vị dài 1500bit và để truyền tải một thông
báo như vậy cần 30s [1].


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


9

Hình 1.4. Cấu trúc tín hiệu GPS [1].
1.1.2.2. Đoạn điều khiển (Control segment)
Đoạn này gồm 5 trạm quan sát trên mặt đất, trong đó có một trạm điều khiển
trung tâm đặt tại Colorado Springs (Mỹ) và 4 trạm theo dõi đặt tại Hawaii (Thái
Bình Dương), Ascension Island (Đại Tây Dương), Diego Garcia (Ấn Độ Dương) và
Kwajalein (Đông Thái Bình Dương). Các trạm này tạo thành một vành đai bao
quanh Trái đất.
Các trạm điều khiển theo dõi liên tục tất cả các vệ tinh có thể quan sát được.
Các số liệu quan sát được ở các trạm này được chuyển về trạm điều khiển trung tâm
(MCS – master control station), tại đây việc tính toán số liệu chung được thực hiện
và cuối cùng các thông tin đạo hàng cập nhật được chuyển lên các vệ tinh, để sau đó
từ vệ tinh chuyển đến các máy thu của người sử dụng.
Như vậy, vai trò của đoạn điều khiển rất quan trọng vì nó không chỉ theo dõi
các vệ tinh mà còn liên tục cập nhật để chính xác hoá các thông tin đạo hàng, bảo
đảm độ chính xác cho công tác định vị bằng hệ thống GPS.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


10

Hình 1.5. Mạng lưới các trạm điều khiển của hệ thống GPS từ sau năm 2005
Từ tháng 8 năm 2005, 6 trạm điều khiển của cơ quan tình báo địa không gian
Mỹ (NGA: National Geospatial-Intelligence Agency) đã được thêm vào phần điều
khiển của GPS, nâng tổng số trạm điều khiển lên thành 11 (hình 1.5). Với số lượng
trạm điều khiển như vậy, mỗi vệ tinh luôn luôn có thể nhìn được thấy ít nhất từ 2
trạm điều khiển và kết quả xác định vị trí của vệ tinh sẽ được chính xác hơn. Trong
thời gian tới, sẽ có thêm 5 trạm điều khiển nữa của NGA được bổ sung và khi đó
mỗi vệ tinh luôn luôn có thể nhìn được tối thiểu 3 trạm điều khiển [1].
1.1.2.3.Đoạn sử dụng
Đoạn sử dụng bao gồm tất cả các máy móc, thiết bị thu nhận thông tin từ vệ
tinh để khai thác sử dụng cho các mục đích và yêu cầu khác nhau của khách hàng,
kể cả ở trên không, trên biển và trên đất liền.
Đoạn sử dụng bao gồm các thành phần sau:
- Phần cứng: thu tín hiệu và thực hiện đo đạc;
- Phần mềm: các thuật toán định vị, giao diện người sử dụng,
T
T
T
r
r
r
ạ
ạ
ạ

m
m
m



đ
đ
đ
i
i
i
ề
ề
ề
u
u
u



k
k
k
h
h
h
i
i
i

ể
ể
ể
n
n
n



c
c
c
ũ
ũ
ũ



T
T
T
r
r
r
ạ
ạ
ạ
m
m
m

đ
đ
đ
i
i
i
ề
ề
ề
u
u
u



k
k
k
h
h
h
i
i
i
ể
ể
ể

n
n
n



m
m
m
ớ
ớ
ớ
i
i
i




Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


11
- Các thao tác, thủ tục.
Các thiết bị của phần sử dụng rất đa dạng bởi chúng phục vụ cho rất nhiều ứng
dụng khác nhau của GPS. Các thiết bị này thường được phân loại theo loại trị đo mà
chúng có thể thực hiện được, đó là:
+ Các máy thu GPS để định vị trong các mục đích dân sự, chúng sử dụng
phương pháp đo mã C/A-code ở tần số L1.
+ Các máy thu GPS để định vị trong các mục đích quân sự, chúng sử dụng

phương pháp đo mã C/A-code và P-code ở cả 2 tần số L1 và L2.
+ Các máy đo pha một tần số (L1);
+ Các máy đo pha 2 tần số L1 và L2.
Trong số 4 loại máy trên thì 2 loại sau được sử dụng trong đo đạc địa chính vì
chúng cho độ chính xác rất cao, tới vài millimét [1].



Hình 1.6. Một số loại máy thu GPS của hãng Trimble và Huace
1.2. Các phƣơng pháp đo GPS
1.2.1. Đo GPS tuyệt đối

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


12
Là phương pháp xác định tọa độ của các điểm đặt máy thu tín hiệu vệ tinh
trong hệ tọa độ toàn cầu WGS-84. Phương pháp định vị này là việc tính tọa độ của
các điểm nhờ việc giải bài toán giao hội cạnh trong không gian dựa trên cơ sở
khoảng cách đo được từ các vệ tinh đến máy thu và tọa độ của các vệ tinh tại thời
điểm đo. Do nhiều nguồn sai số nên độ chính xác định vị thấp (sai số khoảng 5-
15m), không dùng được cho việc đo đạc chính xác, dùng chủ yếu cho việc dẫn
đường và mục đích đo đạc có độ chính xác không cao. Phương pháp này chỉ sử
dụng 1 máy thu tín hiệu vệ tinh [7].
1.2.2.Đo GPS tương đối
Thực chất của phương pháp đo này là xác định hiệu tọa độ không gian của 2
điểm đo đồng thời đặt trên 2 đầu của cạnh đáy (Baseline) cần đo. Loại trị đo được
sử dụng là pha của sóng tải. Độ chính xác của phương pháp rất cao do loại trừ được
nhiều nguồn sai số nên được sử dụng trong đo đạc xây dựng lưới khống chế trắc địa
và thành lập bản đồ các tỷ lệ . Do bản chất của phương pháp nên cần tối thiểu 2 máy

thu vệ tinh trong 1 thời điểm đo. Tùy thuộc vào quan hệ của các trạm đo trong thời
gian đo mà người ta chia thành 4 dạng đo tương đối, đó là: đo tĩnh (Static), đo tĩnh
nhanh (Fast- Static), đo động (Kinematic) và đo giả động (Pseudo Kinematic). Tùy
từng mạng lưới mà sử dụng phương pháp đo thích hợp [7].
1.2.2.1. Phương pháp đo GPS tĩnh (Static)
Đây là phương pháp chính xác nhất vì nó sử dụng cả hai trị đo code và phase
sóng mang (carrier phase). Hai hoặc nhiều máy thu đặt cố định thu dữ liệu GPS tại
các điểm cần đo toạ độ trong khoảng thời gian thông thường từ 1 giờ trở lên.
Thời gian đo kéo đài để đạt được sự thay đổi đồ hình vệ tinh: Cung cấp trị đo dư
(nhiều hơn 4 vệ tinh), và giảm bớt nhiều sai số khác nhằm mục đích đạt độ chính
xác cao nhất.
Dữ liệu đo tĩnh xử lý sau và cho kết quả định vị tốt hơn qua việc tinh chỉnh mô
hình được sử dụng.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


13
Đo GPS tĩnh tương đối đạt độ chính xác cỡ 1cm dùng cho các ứng dụng có độ
chính xác cao nhất, như thành lập lưới khống chế trắc địa ( 1cm + 1ppm) [5].
1.2.2.2. Phương pháp đo GPS tĩnh nhanh (Fast Static)
Phương pháp đo tĩnh nhanh tương tự như phương pháp đo tĩnh, nhưng thời
gian đo ngắn hơn (khoảng 5 đến 10 phút). Thời gian đo được giảm đáng kể so với
đo tĩnh là do giải nhanh được số nguyên chu kỳ.
Thời gian đo được giảm xuống nhờ vào việc sử dụng C/A-code (và / hay P-
code) và kỹ thuật Wide-laning để ước tính khoảng cách gần đúng và giảm thiểu
miền tìm kiếm số nguyên chu kỳ. Cùng với đó, phần mềm xử lý số liệu cũng sử
dụng những thuật toán nâng cao để giảm thiểu yêu cầu đối với khoảng thời gian thu
tín hiệu.
Trước đây, chỉ có máy thu 2 tần số mới có thể đo tĩnh nhanh. Gần đây, nhiều

máy thu 1 tần số (ví dụ như Trimble 4600LS, R3) đã bắt đầu có khả năng sử dụng
kỹ thuật này. Tuy nhiên, việc sử dụng máy thu 2 tần số vẫn có ưu thế bởi thời gian
đo ngắn hơn và độ chính xác cao hơn. Kỹ thuật đo tĩnh nhanh thích hợp cho các
cạnh đáy ngắn (<15-20km).
1.2.2.3. Phương pháp đo GPS động (Kinematic)
Phương pháp này cho phép xác định vị trí tương đối của hàng loạt điểm so
với điểm đã biết trong đó tại mỗi điểm đo chỉ cần thu tín hiệu trong vòng 5 đến 15
giây tùy thuộc vào tần suất ghi tín hiệu. Theo phương pháp này cần có ít nhất hai
máy thu. Để xác định số nguyên chu kỳ của tín hiệu vệ tinh cần phải có một cạnh
đáy đã biết, tức là nối với 2 điểm đã biết tọa độ. Sau khi đã xác định được số
nguyên chu kỳ thì nó được giữ nguyên để tính khoảng cách từ vệ tinh đến máy thu
cho các điểm đo tiếp sau trong suốt ca đo. Nhờ vậy, thời gian thu tín hiệu tại điểm
đo chỉ khoảng vài chục giây, không phải là một tiếng đồng hồ như trong phương
pháp đo tĩnh.
Với cạnh đáy đã biết, ta đặt một máy thu cố định ở điểm đầu cạnh đáy và cho
tiến hành thu liên tục tín hiệu vệ tinh trong suốt chu kỳ đo. Máy này được gọi là

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


14
máy cố định (base station). Ở điểm cuối cạnh đáy ta đặt máy thu thứ hai, cho nó thu
tín hiệu vệ tinh đồng thời với máy cố định trong 20-60 giây. Việc làm này gọi là
khởi đo (initialization). Tiếp đó cho máy di động lần lượt chuyển đến các điểm đo
cần xác định, tại mỗi điểm dừng lại để thu tín hiệu trong một vài phút, và cuối cùng
quay trở về điểm xuất phát là điểm cuối cạnh đáy để khép tuyến đo bằng lần thu tín
hiệu thứ hai cũng kéo dài trong một phút tại điểm này.
Yêu cầu nhất thiết của phương pháp đo động là cả máy cố định và máy di
động phải đồng thời thu tín hiệu liên tục từ ít nhất là 4 vệ tinh chung trong suốt ca
đo. Vì vậy, tuyến đo phải bố trí ở khu vực thoáng đãng để không xảy ra tình trạng

tín hiệu thu bị gián đoạn (gọi là trượt chu kỳ - cycle slip). Nếu xảy ra trường hợp
này thì phải tiến hành khởi đo lại tại cạnh đáy xuất phát hoặc sử dụng một cạnh đáy
khác được thiết lập dự phòng trên tuyến đo. Cạnh đáy có thể dài từ 2m đến 5km và
có độ chính xác cỡ centimét là đủ. Trong phương pháp đo động, có thể dùng các kỹ
thuật đo khác nhau như: đo liên tục (continuous), hoặc “dừng và đi” (Stop and Go)
hoặc đo kiểu đánh dấu sự kiện (Events Markers) Trong đó kỹ thuật đo “dừng và
đi” (Stop and Go) được dùng nhiều trong đo chi tiết để thành lập bản đồ địa hình,
bản đồ địa chính, đo vẽ mặt cắt địa hình, đo bao các khu vực để kiểm kê diện tích
đất sử dụng.
Tùy thuộc vào thời điểm xử lý số đo (xử lý ngay tại thực địa hay trong phòng
sau khi đo) mà người ta chia thành 2 dạng:
1. Đo GPS động thời gian thực (GPS RTK – Real Time Kinematic GPS)
Cách đo này ngoài các máy thu vệ tinh còn cần thêm hệ thống Radio Link
truyền số liệu liên tục từ trạm cố định đến trạm di động và thiết bị xử lý số liệu gọn
nhẹ. Hệ thống Radio Link bao gồm:
+ Radio phát số liệu: Là thiết bị phát truyền số liệu được nối với máy thu vệ
tinh trạm tĩnh bằng cáp mềm truyền số liệu và phát số liệu thu vệ tinh tại trạm tĩnh
đến thiết bị thu số liệu tại trạm động.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


15
+ Radio thu số liệu: có nhiệm vụ nhập số liệu truyền từ trạm phát và truyền
vào thiết bị xử lý số liệu tại trạm động tại thực địa.

Hình 1.7. Máy thu GPS X91 GNSS và hệ thống Radio Link DL5
Thiết bị đồng bộ của bộ đo GPS RTK gồm các máy thu phát Radio Link, ví dụ
như Trimtalk 450, Trimtalk 450S, Trimtalk 900 của hãng Trimble, Radio Link DL5
của hãng Huace.

Với phương pháp GPS RTK thì tầm hoạt động của máy di động bị hạn chế
(chỉ khoảng 10km). Nếu thiết lập thêm 1 trạm thu phát trung gian thì tầm hoạt động
của máy đo có thể nâng cao hơn.
Ngoài việc đo tọa độ điểm khống chế, đo chi tiết thực địa, phương pháp GPS
RTK còn có tính năng cắm điểm có tọa độ thiết kế trước ra thực địa và dẫn đường
có độ chính xác cao.
2. Đo GPS động xử lý sau (Post Processing Kinematic GPS)
Phương pháp này tọa độ của các điểm đo có được sau khi xử lý số liệu trong
phòng, do vậy không sử dụng thiết bị truyền số liệu Radio Link. Tầm hoạt động của
máy di động có thể đạt đến 50km.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


16
Với phương pháp này máy thu di động có năng suất lao động cao, rất phù hợp
cho việc phát triển lưới khống chế cấp đường chuyền, các điểm khống chế ảnh, đo
vẽ chi tiết bản đồ địa hình và bản đồ địa chính [2].
1.2.2.4. Phương pháp đo giả động
Phương pháp đo giả động cũng cho phép xác định vị trí tương đối của hàng
loạt điểm so với điểm đã biết trong khoảng thời gian đo khá nhanh, nhưng độ chính
xác định vị không cao bằng phương pháp đo động. Trong phương pháp này không
cần làm thủ tục khởi đo, tức là không cần sử dụng cạnh đáy đã biết. Máy cố định
cũng phải tiến hành thu tín hiệu vệ tinh liên tục trong suốt chu kỳ đo, còn máy di
động được chuyển đến từng điểm đo, tại mỗi điểm thu tín hiệu trong 5-10 phút.
Sau khi đo hết lượt, máy đo động quay trở về điểm xuất phát (điểm đo đầu
tiên) và đo lặp lại tại tất cả các điểm theo đúng trình tự trước đó, nhưng phải bảo
đảm sao cho khoảng thời gian dãn cách giữa hai lần đo tại mỗi điểm không ít hơn
một tiếng đồng hồ. Chính trong khoảng thời gian này đồ hình phân bố vệ tinh thay
đổi đủ để xác định số nguyên đa trị, còn hai lần đo, mỗi lần kéo dài 5-10 phút và

giãn cách nhau một tiếng đồng hồ có tác dụng tương đương như phép đo tĩnh kéo
dài trong một tiếng. Yêu cầu nhất thiết trong phương pháp này là phải có được ít
nhất 4 vệ tinh chung cho cả hai lần đo tại mỗi điểm quan sát [4].
Điều đáng chú ý là máy di động không nhất thiết phải thu tín hiệu vệ tinh liên
tục trong suốt chu kỳ đo mà chỉ cần thu trong vòng 5-10 phút tại mỗi điểm đo,
nghĩa là có thể tắt máy trong lúc di chuyển từ điểm nọ sang điểm kia. Điều này cho
phép áp dụng phương pháp cả ở khu vực có nhiều vật che khuất. Về mặt thiết kế, tổ
chức đo thì chỉ nên bố trí khu vực đo tương đối nhỏ với số lượng điểm vừa phải để
có thể kịp đo lặp tại mỗi điểm sau một tiếng đồng hồ và bảo đảm số lượng vệ tinh
chung cho cả hai lần đo phải có được ít nhất 4 vệ tinh.
1.2.2.5. Đo GPS cải chính phân sai (DGPS- Differential GPS)
Là phương pháp đo GPS sử dụng trị đo code có độ chính xác cỡ nửa mét. Nội
dung của phương pháp đo là dùng 2 trạm đo trong đó 1 trạm gốc (trạm tĩnh) có toạ
độ biết trước và 1 trạm đo tại các điểm cần đo toạ độ (trạm động); trên cơ sở độ lệch