Chuyên đề Ứng dụng của hệ thống GPS trong xây dựng công trình

Chuyên đề: Ứng dụng của hệ thống GPS
trong xây dựng công trình
I.Giới thiệu về GPS
Hệ thống định vị Toàn cầu GPS (Global Positioning System) là hệ thống xác định vị trí
dựa trên vị trí của các vệ tinh nhân tạo. Trong cùng một thời điểm, ở một vị trí trên mặt
đất nếu thiết bị GPS xác định được khoảng cách đến ba vệ tinh (tối thiểu) thì sẽ tính được
vị trí tọa độ của thiết bị GPS đó.
Cấu trúc của hệ thống GPS
Các vệ tinh GPS bay vòng quanh Trái Đất hai lần trong một ngày theo một quỹ
đạo rất chính xác và phát tín hiệu có thông tin xuống Trái Đất. Các máy thu GPS nhận
thông tin này và bằng phép tính lượng giác tính được chính xác vị trí của người dùng.
Về bản chất máy thu GPS so sánh thời gian tín hiệu được phát đi từ vệ tinh với
thời gian nhận được chúng. Sai lệch về thời gian cho biết máy thu GPS ở cách vệ tinh bao
xa. Rồi với nhiều quãng cách đo được tới nhiều vệ tinh máy thu có thể tính được vị trí
của người dùng và hiển thị lên bản đồ điện tử của máy.
Máy thu phải nhận được tín hiệu của ít nhất ba vệ tinh để tính ra vị trí hai chiều
(kinh độ và vĩ độ) và để theo dõi được chuyển động. Khi nhận được tín hiệu của ít nhất 4
vệ tinh thì máy thu có thể tính được vị trí ba chiều (kinh độ, vĩ độ và độ cao).
Một khi vị trí người dùng đã tính được thì máy thu GPS có thể tính các thông tin
khác, như tốc độ, hướng chuyển động, bám sát di chuyển, khoảng hành trình, quãng cách
tới điểm đến, thời gian Mặt Trời mọc, lặn và nhiều thứ khác nữa.
Tại Việt Nam, công nghệ GPS đã có mặt từ những năm 90 của thế kỉ trước, chủ
yếu phục vụ xây dựng các mạng lưới quốc gia và các lưới cạnh dài phục vụ đo vẽ bản đồ,
hoặc đo nối toạ độ từ đất liền đến các đảo xa, lưới địa chính cơ sở. Trong những năm gần
đây, công nghệ GPS bắt đầu được nghiên cứu ứng dụng trong lĩnh vực xây dựng công
trình ngày càng rộng rãi.
II. Ứng dụng của hệ thống GPS trong xây dựng công trình
1.Ứng dụng công nghệ điều khiển GPS cho ngành xây dựng
Công nghệ điều khiển và công nghệ định vị GPS là những công nghệ được áp
dụng trong các dự án lớn và chiến lược, đặc biệt là những công trình xây dựng yêu cầu độ
chính xác và an toàn cao. Hệ thống điều khiển máy (Machine Control System) cho phép

người sử dụng có thể điều khiển các nhà máy xây dựng tại những công trình lớn bằng
công nghệ thông tin qua việc lắp đặt các máy quét laser, thiết bị thu nhận GPS, máy toàn
đạc điện tử (Total Station) và Milimeter GPS, cùng với các thiết bị cảm ứng bên cạnh hệ
thống điều khiển thủy lực.
Hệ thống điều khiển máy tự động có thể tối ưu hóa chất lượng và hiệu quả công
việc san lấp mặt bằng thông qua dữ liệu 3D. Bằng cách sử dụng dữ liệu 3D kỹ thuật số,
hệ thống điều khiển có thể kiểm soát chính xác máy móc hạng nặng, đem lại hiệu quả và
chất lượng cao trong xây dựng công trình.
Việc sử dụng dữ liệu 3D còn giúp quản lý, kiểm tra các công đoạn đã hoàn thành
mà không có sự sai sót do yếu tố con người, tăng độ chính xác và giảm thời gian tính
toán cũng như kiểm tra; thi công không cần đến cột mốc và dây rọi, giảm thời gian và
tăng năng suất thi công;…
GPS không chỉ sử dụng cho các hoạt động điều khiển, xác định lộ trình của máy
bay, tàu hỏa, ô tô mà còn được các kỹ sư địa chất, xây dựng sử dụng trong công tác đo
đạc bản đồ, cho máy công trình và máy xây dựng.
Dựa vào công nghệ GPS, máy sẽ tự động làm việc và hoàn thành công việc theo
một quy trình đã được các kỹ sư lập trình sẵn.
Ứng dụng công nghệ điều khiển và công nghệ định vị toàn cầu (GPS) cho máy
công trình và máy xây dựng để san lấp mặt bằng, làm đường cao tốc, trải nhựa đường tại
nhiều nơi ở trên thế giới như Nhật Bản, Singapore, Mỹ… cho kết quả rất khả quan. Dưới
đây là những ưu điểm nổi bật của việc ứng dụng công nghệ GPS trong xây dựng công
trình:
+ Giảm thời gian thi công đến 40%,
+ giảm chi phí nguyên vật liệu
+ Thực hiện được ở các địa hình phức tạp với sai số không đáng kể, nền đường
phẳng hơn rất nhiều so với việc sử dụng bằng các máy công trình thông thường.
+ Giảm sức lao động cho người lái máy, an toàn hơn cho người lao động.
+ Công nghệ này có thể phù hợp với hầu hết các loại máy xây dựng, máy công
trình đang được vận hành và sử dụng
2.Các ứng dụng của GPS trong trắc địa

- Đo lưới và bố trí công trình
Có thể nói ứng dụng đầu tiên của công nghệ GPS trong trắc địa là đo đạc
các mạng lưới mặt bằng. Chúng ta biết rằng đo tương đối tĩnh cho độ chính xác
cao nhất, vì thế phương pháp này được sử dụng để thành lập các mạng lưới trắc
địa. Bằng kỹ thuật đo tương đối tĩnh người ta có thể xây dựng được các mạng lưới
có cạnh dài hàng ngàn km mà không cần điều kiện thông hướng, độ chính xác đo
đạc ít phụ thuộc vào điều kiện thời tiết (có thể đo trong mọi điều kiện thời tiết);
việc đo đạc tọa độ các điểm rất nhanh chóng, tính chính xác cao, ở vị trí bất kỳ
trên trái đất; kết quả đo đạc có thể tính trong hệ tọa độ toàn cầu hoặc hệ tọa độ địa
phương bất kỳ.
Thường áp dụng phương pháp định vị tương đối tĩnh. Việc sử dụng công
nghệ GPS để xây dựng lưới tọa độ thay thế cho các phương pháp truyền thống, đạt
được độ chính xác cao, nhằm đẩy nhanh tiến độ thi công cũng như phục vụ tốt cho
việc thành lập bản đồ địa chính đáp ứng cho việc quản lý đất được hiệu quả hơn.
Sau khi đo người ta tiến hành xử lý kết quả đo bằng một phần mềm khác
nhau với sơ đồ như sau:

Tại Việt Nam, thiết bị GPS độ chính xác cao (độ chính xác đến cm) đã
được sử dụng nhiều trong các đoàn đo đạc để phục vụ cho công tác lập lưới khống
chế trắc địa cấp cao, làm cơ sở cho việc tiến hành đo đạc vị trí các điểm chi tiết –
dùng các thiết bị đo mặt đất như máy toàn đạc điện tử.
Việc xuất hiện của máy đo GPS cầm tay đã mở ra triển vọng mới trong
công tác thu thập dữ liệu vị trí không đòi hỏi đạt độ chính xác cao (thí dụ chỉ cần
đo độ chính xác đên mét) do một số lý do sau: phương pháp đo GPS đơn giản, linh
động và giá thành rẻ của thiết bị Để khuyến khích người sử dụng trong nước sử
dụng thiết bị đo GPS cầm tay trong thu thập dữ liệu vị trí về hạ tầng cơ sở đô thị,
đòi hỏi phải thực hiện nghiên cứu đánh giá độ chính xác vị trí điểm thu được bằng
thiết bị GPS cầm tay, cũng như nghiên cứu đánh giá khả năng sử dụng GIS để
quản lý và khai thác các dữ liệu đo GPS này.
Kết quả đạt được cho thấy nếu phương pháp xử lý dữ liệu đo GPS là xử lý

trị tuyệt đối trị đo GPS, độ chính xác xác định vị trí điểm có thể đạt được đối với
thiết bị đo GPS một cách thích hợp, độ chính xác vị trí mặt bằng có thể đạt đến là
5m. Độ chính xác vị trí đạt được ở mức 5m này rõ ràng sẽ có ích rất nhiều trong
việc xác định vị trí các công trình hạ tầng cơ sở không đòi hỏi độ chính xác cao,
giúp cập nhật thông tin về vị trí các con đường mới mở lên trên bản đồ, ghi nhận
vị trí nơi điều kiện mặt đường bị hư hỏng.
- Quan trắc định kỳ và quan trắc trực quan công trình
Với phương pháp RTK - GPS kết quả đo không lấy giá trị trung bình theo thời
gian, và với tôc độ lấy mẫu cao (khoảng 20Hz) có thể quan trắc biến dạng nhanh
của các cấu trúc mềm dẻo (cầu dây, tháp cầu hoặc các tòa nhà cao tầng) nơi mà
ảnh hưởng của phương tiện giao thông hoặc gió là nguyên nhân gây ra các chuyển
vị có thể nhận biết được (>1cm) và tần số xuất hiện < 10Hz [Robert et al.,2000].
Với việc xuất hiện công nghệ đo đạc chính xác cao GPS, đã cung cấp cho ta một
quy trình quan trắc chuyển dịch ngang một cách nhanh chóng, chính xác so với
các thiết bị và phương pháp truyền thống.
Ứng dụng thiết bị GPS trong khảo sát và thiết kế xây dựng các dự
án

2013-09-23 10:03:26
Hệ thống Định vị Toàn cầu (tiếng Anh: Global Positioning System - GPS) là hệ
thống xác định vị trí dựa trên vị trí của các vệ tinh nhân tạo, do Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ thiết kế,
xây dựng, vận hành và quản lý. Trong cùng một thời điểm, tọa độ của một
điểm trên mặt đất sẽ được xác định nếu xác định được khoảng cách từ điểm
đó đến ít nhất ba vệ tinh. Thiết bị GPS sử dụng hệ thống định vị toàn cầu với
các chức năng cơ bản như sau:
- Chức năng định vị: Cho phép xác định chính xác vị trí hiện tại, phương
hướng cũng như tốc độ di chuyển của phương tiện; Chức năng duyệt bản đồ:
cho phép người dùng tương tác với bản đồ bằng cách xem, phóng to hay thu
nhỏ theo ý muốn.
- Chức năng dẫn đường: Tính toán khoảng cách, hướng di chuyển đến

một hoặc nhiều mục tiêu. Tính toán và tìm kiếm đường đi ngắn nhất, vạch ra
lộ trình rõ ràng và có các chỉ dẫn cụ thể. Đồng thời ước lượng thời gian di
chuyển đến các điểm đó.
- Chức năng lưu trữ, bổ sung: Cho phép người dùng lưu trữ thông tin
một địa điểm cụ thể vào bộ nhớ, đánh dấu các địa điểm quan trọng và lưu giữ
những lộ trình cần thiết. Sau đó cho phép đọc các thông tin này ra từ bộ nhớ,
sửa đổi, thêm, xóa các địa điểm cũng như thay đổi các thông tin hữu ích trên
bản đồ;
- Chức năng bản đồ 2.5D: Bản đồ tạo cảm giác cho người sử dụng thấy
chiều sâu của bản đồ, tạo cảm giác thích thú hơn khi sử dụng bản đồ…
Với các tính năng trên, thiết bị GPS ngày càng được sử dụng trong công tác
khảo sát và thiết kế xây dựng các dự án về Điện, hạ tầng công nghệ thông tin
và viễn thông, thu thập thông tin các đường dây điện và trạm biến áp dùng
cho xây dựng phần mềm bản đồ quản lý hệ thống lưới điện ….
Dữ liệu khảo sát của một tuyến cáp thông tin

Các dữ liệu khảo sát được lưu trữ trong thiết bị GPS được chọn
lọc, chuyển đổi bằng phần mềm chuyên dụng trên máy tính để sử
dụng trên bản đồ số Google map.

Chuyển đổi dữ liệu khảo sát đưa lên bản đồ số Google map