Nghiên cứu ứng dụng công nghệ GPS trong thành lập lưới khống chế thi công công trình thuỷ điện

Trêng ®¹i häc Má ®Þa chÊt Khoa : Tr¾c ®Þa
MỤC LỤC

Chương 1 Yêu cầu, đặc điểm đối với lưới khống chế thi công 2
1.1 Một số khái niệm về bố trí công trình 2
1.2 Một số yêu cầu chung đối với mạng lưới thi công thủy điện 3
1.3 Phân tích các phương pháp thành lập lưới 8
1.4 Lựa chọn hệ quy chiếu đối với các mạng lưới thi công 9
Chương 2 Tổng quan về công nghệ định vị GPS 11
2.1 Cấu trúc chung của hệ thống định vị toàn cầu GPS 11
2.2 Phướng pháp định vị GPS 13
2.3 Phương pháp liên kết lươi GPS 15
2.4 Ứng dụng GPS trong lưới trắc địa công trình Thủy điện 17
Chương 3 Thiết kế phương án Xử lý số liệu 28
3.1 Xử lý số liệu GPS bằng phần mềm GPSURVEY 2.35 28
3.2 Tính chuyển tọa độ đo GPS về hệ tọa độ công trình 42
3.3 Thực nghiệm
Kết luận
Tài liệu tham khảo
Nghiªn cøu khoa häc sinh viªn Líp : Tr¾c ®Þa B - 52
1
Trêng ®¹i häc Má ®Þa chÊt Khoa : Tr¾c ®Þa
LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay vấn đề ứng dụng công nghệ GPS vào lĩnh vực trắc địa nói chung
và trắc địa công trình nói riêng đã trở nên phổ biến. Với các trị đo cạnh ngắn và liên
kết trong một mạng lưới chặt chẽ, công nghệ GPS có tiềm năng đạt được độ chính
xác cao về vị trí tương hỗ giữa các điểm trong lưới đáp ứng được nhiều tiêu chuẩn
chặt chẽ của các mạng lưới chuyên dùng trong TĐCT. Đối với các công trình thuỷ
điện có địa hình phức tạp, độ dốc lớn, quy mô công trình lớn, kéo dài theo dọc sông
thì việc ứng dụng công nghệ GPS trong xây dựng thành lập các loại lưới khống chế
là hoàn toàn hợp lý và đạt hiệu quả cao hơn so với các phương pháp truyền thống

trước đây. Với mục đích nghiên cứu việc ứng dụng công nghệ GPS vào thực tiễn
xây dựng các công trình thuỷ điện tôi đã chọn đề tài:
Nghiên cứu ứng dụng công nghệ GPS trong thành lập lưới khống chế
thi công công trình thuỷ điện.
Bố cục của đề tài gồm 3 phần:
Chương 1: Yêu cầu, đặc điểm đối với lưới khống chế thi công công trình thủy
điện.
Chương 2: Ứng dụng công nghệ GPS vào thành lập lưới khống chế thi công
công trình thủy điện
Chương 3: Thực nghiệm xử lý số liệu của lưới.
Trong thời gian thực hiện đề tài này được sự nhiệt tình giúp đỡ của PGS.TS Trần
Khánh cùng các thầy cô trong khoa, sự đóng góp ý kiến của các bạn đặc biệt là
sự nỗ lực hết mình của các thành viên trong nhóm. Chúng em đã hoàn thành đề
tài nghiên cứu khoa học này.
Mặc dù đã rất cố gắng nhưng do kiến thức còn hạn hẹp, kinh nghiệm thực
tế chưa nhiều, thời gian nghiên cứu ít nên không tránh khỏi những thiếu sót.
Chúng em mong được sự đóng góp ý kiến của quý Thầy cô và các bạn để nghiên
cứu khoa học này được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội tháng 3 năm 2011

Chương 1
Nghiªn cøu khoa häc sinh viªn Líp : Tr¾c ®Þa B - 52
2
Trờng đại học Mỏ địa chất Khoa : Trắc địa
GII THIU CHUNG V LI KHNG CH THI CễNG
CễNG TRèNH THY IN
1.1. MT S KHI NIM V B TR CễNG TRèNH
1.1.1. Khỏi nim chung
B trớ cụng trỡnh l cụng tỏc trc a c tin hnh ngoi thc a

xỏc nh v trớ mt bng v cao ca cỏc im, cao thng ng ca cỏc kt
cu, cỏc mt phng c trng ca cụng trỡnh xõy dng theo ỳng thit k.
Li khng ch thi cụng thng c thnh lp di dng li t do vỡ :
- chớnh xỏc yờu cu trong giai on b trớ thi cụng cụng trỡnh cao hn
chớnh xỏc ca li c s c thnh lp trong giai on kho sỏt thit k.
- H ta trong giai on kho sỏt l h ta nh nc cũn trong giai
on b trớ cụng trỡnh thng s dng h ta quy c riờng.
- Li khng ch thi cụng thng c quy chiu lờn mt phng cú cao
trung bỡnh ca khu vc thi cụng
- Cụng trỡnh thy in thng tri di trờn 1 khu vc rng ln, mt b
trớ ti mi v trớ l khỏc nhau.Thng ti khu vc nh mỏy cú khi lng cụng
tỏc b trớ nhiu hn khu vc xõy dng p
C s hỡnh hc chuyn bn thit k ra ngoi thc a l cỏc trc b trớ,
v trớ ca chỳng ch rừ trờn bn thit k, ngi ta phõn bit mt s trc b trớ nh
trc chớnh, trc c bn, trc chi tit
- Trc chớnh l cỏc trc i xng ca cụng trỡnh, i vi cụng trỡnh dng
tuyn ú l trc dc ca cụng trỡnh.
- Trc c bn l trc to nờn hỡnh dng v kớch thc theo chu vi cụng
trỡnh.
- Trc chi tit, trc trung gian l nhng trc b trớ cỏc phn chi tit ca
cụng trỡnh.
tin hnh b trớ cụng trỡnh, cn xõy dng trờn thc a mt h thng
cỏc im mt bng v cao gi l li khng ch thi cụng, ta v cao ca
chỳng c xỏc nh vi chớnh xỏc cn thit. Sau ú tin hnh tớnh toỏn v
lp cỏc bn v b trớ da trờn ta v cao cỏc im trong li v cỏc s liu
thit k.
Nghiên cứu khoa học sinh viên Lớp : Trắc địa B - 52
3
Trêng ®¹i häc Má ®Þa chÊt Khoa : Tr¾c ®Þa
1.1.2. Trình tự thực hiện công tác bố trí công trình

Công tác bố trí công trình được tiến hành theo ba giai đoạn:
- Bố trí cơ bản: từ điểm khống chế trắc địa bố trí trục chính của công trình.
Từ trục chính bố trí trục cơ bản.
- Bố trí chi tiết: từ trục chính và trục cơ bản bố trí các trục dọc trục ngang
của các bộ phận công trình, đồng thời bố trí các điểm và mặt phẳng theo độ cao
thiết kế.
- Bố trí công nghệ: công tác trong giai đoạn này nhằm đảm bảo lắp đặt và
điều chỉnh các kết cấu xây dựng và thiết bị kỹ thuật.
1.2. MỘT SỐ YÊU CẦU CHUNG ĐỐI VỚI MẠNG LƯỚI THI CÔNG
TRONG XÂY DỰNG THỦY ĐIỆN.
1.2.1. Đặc điểm cấu trúc chung của công trình thủy điện.
Các công trình thuỷ lợi được xây dựng để sử dụng các tài nguyên thuỷ
năng và nguồn dự trữ nước vào việc giải quyết một số vấn đề của nền kinh tế
quốc dân. Một số vấn đề quan trọng đó là:
- Sử dụng năng lượng dòng chảy ở các trạm thuỷ điện.
- Giải quyết vấn đề giao thông bằng cách xây dựng hệ thống các kênh dẫn
và âu thuyền.
- Tưới và tiêu nước cho các vùng đất canh tác.
- Cấp nước cho các thành phố và các Sở giao thông, Công Nông nghiệp.
Tập hợp các công trình thuỷ lợi để giải quyết đồng thời các vấn đề trên
được gọi là đầu mối thuỷ lợi. Một đầu mối thuỷ lợi lớn có thể bao gồm những
công trình sau:
- Đập chắn bằng bê tông cốt sắt có sân tràn hoặc đập đất không sân tràn.
- Các công trình để thông thương dòng chảy (như các âu thuyền hoặc kênh
nổi và ngầm).
- Các công trình để cá qua lại giữa thượng và hạ lưu.
- Hồ chứa nước cùng với công trình thoát nước và các kênh dẫn để cấp
thoát nước cho đồng ruộng.
Các công trình thủy điện được phân loại như sau:
- Nhà máy sau đập: các nhà máy kiểu này thì có đập được xây dựng ở gần

nhà máy, như nhà máy thủy điện Hòa Bình,Sơn La, thủy điện Thác Bà…
Nghiªn cøu khoa häc sinh viªn Líp : Tr¾c ®Þa B - 52
4
Trêng ®¹i häc Má ®Þa chÊt Khoa : Tr¾c ®Þa
- Nhà máy đường dẫn: thủy điện được xây dựng theo phương pháp này thì
đập được bố trí xây dựng cách xa nhà máy, nước được dẫn qua ống dẫn vào nhà
máy, như thủy điện A Lưới.
Các tuyến đập thì được phân loại theo hình dạng: có đập cong ( hình
1.1a), đập thẳng ( hình 1.1b).
(Hình 1.1a) ( Hình 1.1b)
Hình 1.1: Đập nhà máy thủy điện Hòa Bình và Sơn La
Các đường hầm thì có: dạng kênh, đường hầm ( hình 1.2a), đường ống
dẫn nước ( hình 1.2b).
1.2a: Nhà máy thuỷ điện 1.2b:Đường ống áp lực
Hình 1.2: Nhà máy thuỷ điện và đường ống áp lực
1.2.2. Lưới tam giác thủy công
Nghiªn cøu khoa häc sinh viªn Líp : Tr¾c ®Þa B - 52
5
Trêng ®¹i häc Má ®Þa chÊt Khoa : Tr¾c ®Þa
Do các mạng lưới trắc địa được xây dựng trước đây trong thời kì khảo sát
không đáp ứng được yêu cầu về độ chính xác cũng như mật độ điểm. Bởi vậy,
trên khu vực xây dựng công trình đầu mối người ta thành lập các mạng lưới trắc
địa chuyên dùng mà độ chính xác của chúng phụ thuộc chủ yếu vào hạng mục
của các công trình đầu mối, lưới này có tên gọi là lưới tam giác thủy công.
Lưới tam giác thủy công và thủy chuẩn thủy công được thiết kế và xây
dựng làm cơ sở cho công tác:
- Đưa tim mốc thiết kế công trình ra thực địa
- Là hệ tọa độ, độ cao cơ sở để đo vẽ các loại bản đồ, mặt cắt trong quá
trình thành lập bản vẽ thi công, thi công công trình
- Kiểm tra độ chính xác quá trình thi công, xây lắp và hoàn công các hạng

mục công trình
- Là cơ sở để xây dựng mạng lưới biến dạng trắc địa công trình bằng
phương pháp trắc địa.
Lưới tam giác thủy công được chia làm 3 cấp hạng: I, II, III. Các thông số
kĩ thuật và độ chính xác của các cấp lưới tam giác thủy công được nêu trong
bảng 1.1.
Bảng 1.1: Độ chính xác của các cấp lưới tam giác thủy công
Cấp
thiết kế
của công
trình
Công
suất
nhà
máy
điện
(kW)
Cấp
hạng
lưới
tam
giác
thủy
công
Chiều dài
cạnh
(km)
S.S.T.P
đo góc (“)
Sai số

khép tam
giác
Sai số
chiều dài
cạnh yếu
nhất
I ≥ 300 I 0.5 – 1.5 ±1.0 ±3.5 ” 1: 200000
II 50- 300 II 0.3 – 1.0 ±1.5 ± 5.0 ” 1: 150000
III-IV- V < 50 III 0.2 – 0.8 ± 2.0 ±7.5 ” 1: 70000
Nghiªn cøu khoa häc sinh viªn Líp : Tr¾c ®Þa B - 52
6
Trờng đại học Mỏ địa chất Khoa : Trắc địa
Ngoi ra phi xột n tớnh phc tp ca cụng trỡnh, cỏc hng mc ca cụng
trỡnh phõn tỏn hay tp chung, mc khú khn ca iu kin a hỡnh m tng
hoc chia cp hng li tam giỏc thy cụng m bo chớnh xỏc cn thit
cho cụng trỡnh.
Cn c vo mt bng cụng trỡnh v iu kin a hỡnh m cú th xõy dng
1 hoc 2 bc li tam giỏc thy cụng. Nu xõy dng 2 bc li tam giỏc thy
cụng thỡ li bc 1 l li tam giỏc c s cho ton b cụng trỡnh. Li bc 2 l
li tam giỏc cho hng mc cụng trỡnh cc b.
H quy chiu ca li tam giỏc thy cụng phi c la chn phự hp
m bo li cú bin dng nh nht so vi thc a v cỏc sai s do phộp
chiu gõy lờn khụng nh hng n chớnh xỏc ca cỏc cp li ó chn.
Li c xõy dng phi phự hp vi kớch thc, hỡnh dng mt bng
cụng trỡnh m bo li cú bin dng ớt nht. H ta ca li phi phự hp
(gn ỳng nht) vi h ta ó dựng trong giai on kho sỏt, thit k cụng
trỡnh.
S lng, mt im li tam giỏc thy cụng cho tng cụng trỡnh cn
c tớnh toỏn, b trớ sao cho mi im tim tuyn cú th c xỏc nh c lp
t ớt nht 2 im tam giỏc. Mc li tam giỏc thy cụng c thit k xõy dng

l loi mc hỡnh tr bn vng, mt mc dng nh tõm bt buc. Xung quanh
mc cú tng võy bo v.
Mỏy trc a s dng o li tam giỏc thy cụng phi cú chớnh xỏc
cao v n nh. Cú th s dng cỏc mỏy ton c in t v mỏy thu v tinh
GPS. Trc v sau khi o phi thc hin cụng tỏc kim nghim, hiu chnh mỏy
theo ỳng quy nh ca quy phm nh nc.
Cụng tỏc o ngoi nghip phi chn thi gian thớch hp gim ti thiu
nh hng do thi tit n sai s o c v tuõn th nghiờm ngt quy trỡnh o
c li trc a vi yờu cu chớnh xỏc cao.
Tớnh toỏn x lý s liu ca li phi c thc hin theo nguyờn tc sau:
- Luụn bo ton cu trỳc ni ti li loi tr nh hng ca sai s s liu
gc i vi kt qu bỡnh sai.
- Tt c cỏc bc li phi c tớnh toỏn trong h ta phự hp vi h ó
c s dng trong giai on kho sỏt cụng trỡnh.
Nghiên cứu khoa học sinh viên Lớp : Trắc địa B - 52
7
Trêng ®¹i häc Má ®Þa chÊt Khoa : Tr¾c ®Þa
1.2.3. Yêu cầu độ chính xác bố trí tim tuyến công trình thủy điện
Công tác đưa tim các trục chính (tim tuyến) công trình từ bản vẽ thiết kế
ra thực địa là nhiệm vụ của tổ chức thiết kế.
Các điểm tim tuyến công trình chỉ được đo đạc định vị thực địa khi có cơ
sở gốc là các điểm lưới tam giác thủy công.
Số lượng các điểm tim tuyến do chủ nhiệm đề án yêu cầu, có tham khảo ý
kiến của kĩ sư chính và chủ nhiệm địa hình công trình. Yêu cầu độ chính xác
xem bảng 1.2.
Bảng 1.2: Độ chính xác công tác đưa tim tuyến
Hạng mục công trình
Sai số tuyến (cm)
Ghi chú
Chiều dọc Chiều ngang

I. Công trình cấp I, II
Độ chính xác tương
đường chuyền hạng 4
nhà nước
1. Đập dâng, tràn 1 -2 1 -2 “
2. Tuyến năng lượng 2 -5 2 -5 “
3. Trục các tổ máy 1 -5 1 -5 “
II. Công trình cấp III, IV,
V
Độ chính xác tương
đương đường chuyền
cấp 1 Nhà nước
1. Đập, tràn 5 5 “
2. Kênh, tuyến năng
lượng
7 7 “
3. Nhà máy 1 -5 1 -5 “
Các tim tuyến công trình sau khi đưa ra thực địa cần xây dựng mốc tương
đương các mốc khống chế: đường chuyền hạng IV và đường chuyền cấp 1 theo
độ chính xác tương ứng với từng tim tuyến.
Nghiªn cøu khoa häc sinh viªn Líp : Tr¾c ®Þa B - 52
8
Trêng ®¹i häc Má ®Þa chÊt Khoa : Tr¾c ®Þa
1.3. PHÂN TÍCH CÁC PHƯƠNG PHÁP THÀNH LẬP LƯỚI
Lưới tam giác thủy công được thành lập theo một trong những phương
pháp sau: Phương pháp lưới tam giác đo góc cạnh kết hợp; Phương pháp lưới
GPS; Phương pháp kết hợp lưới GPS và tam giác đo góc cạnh.
1.3.1. Phương pháp lưới tam giác đo góc cạnh kết hợp
Trong lưới đo góc cạnh kết hợp có thể đo tất cả hoặc một phần các góc và
cạnh của lưới. So với các lưới tam giác đo góc và đo cạnh, lưới tam giác đo góc

cạnh ít phụ thuộc hơn vào kết cấu hình học của lưới, giảm đáng kể giữa dịch vị
dọc và dịch vị ngang, đảm bảo kiểm tra chặt chẽ trị đo góc và cạnh. Lưới đo góc
cạnh cho phép tính tọa độ các điểm chính xác hơn ( khoảng 1.5 lần) so với lưới
tam giác đo góc hoặc đo cạnh. Khi bình sai lưới đo góc cạnh nảy sinh vấn đề lựa
chọn quan hệ giữa sai số đo góc và đo cạnh. Quan hệ này được coi là hợp lý khi
đảm bảo điều kiện:


Trong thực tế nên đảm bảo quan hệ này trong phạm vi:

Lưới tam giác đo góc cạnh ít phụ thuộc hơn vào kết cấu hình học của lưới,
giảm đáng kể sự phụ thuộc giữa dịch vị dọc và dịch vị ngang, đảm bảo kiểm tra
chặt chẽ các trị đo góc và cạnh. Lưới đo góc cạnh cho phép tính tọa độ các điểm
chính xác hơn khoảng 1,5 lần so với lưới tam giác đo góc hoặc đo cạnh.
1.3.2. Phương pháp lưới GPS
Hiện nay công nghệ GPS được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực trắc địa,
trong đó có ngành trắc địa công trình, bởi vì công nghệ này có nhiều ưu điểm nổi
bật và đạt hiệu quả công tác cao. Theo các tiêu chuẩn máy thu hiện có, có thể
ứng dụng GPS để thành lập các mạng lưới khống chế thi công công trình.
Nghiªn cøu khoa häc sinh viªn Líp : Tr¾c ®Þa B - 52
9
( )
1.1
m
m
S
S
β
ρ
=

( )
1.2
1
. 3
3
m
S
m
S
β
ρ
〈 〈
Trờng đại học Mỏ địa chất Khoa : Trắc địa
Khi thit k li, ngoi vic m bo cỏc iu kin cn thit i vi li
GPS, cn lu ý cỏc im c chn phi m bo s dng cú hiu qu trong
thi cụng cụng trỡnh. Mun vy li cn c thit k trờn tng bỡnh cụng
trỡnh.Vỡ li khng ch thi cụng c thnh lp trờn khu vc xõy dng vi cỏc
i tng cn tr tm ngm trờn bu tri, to s phỏt x nhit v sang in t, do
vy cn lu ý chn v trớ cỏc im GPS chu nh hng ớt nht ca tỏc ng trờn.
Cỏc vt cn xung quanh im o cú gúc cao khụng quỏ 15
0
(hoc cú th l 20
0
)
trỏnh cn tr tớn hiu GPS.
1.4. LA CHN H QUY CHIU I VI CC MNG LI THI CễNG
Li khng ch thi cụng cú mt vai trũ rt quan trng trong quỏ trỡnh xõy
dng cụng trỡnh. Cht lng ca li khng ch thi cụng s m bo tớnh chớnh
xỏc ca cụng trỡnh trong thi gian xõy dng. Vỡ vy m bo chớnh xỏc b
trớ cụng trỡnh, li khng ch thi cụng c thnh lp phi m bo yờu cu: s

ng nht gia ta thit k v h ta thi cụng cụng trỡnh. Do ú nht thit
chỳng ta phi la chn h quy chiu sao cho hp lý.
1.4.1. Chn mt chiu
S hiu chnh do chiu cnh AB xung mt chiu AB (hỡnh 1.4):
S = A
0
B
0
- AB c tớnh theo cụng thc:


(1.3)
Trong ú : S l chiu
di cnh o c;
H
m
l cao trung bỡnh ca cnh v H
A
l cao ca mt chiu;
R
m
l bỏn kớnh trung bỡnh ca Ellipxoid
(R= 6370 km)
T cụng thc trờn, ta cú:

Hỡnh 1.4: S hiu chnh chiu di
Nghiên cứu khoa học sinh viên Lớp : Trắc địa B - 52
10
S
2

S
1
mặt chiếu công
trình
B
1
Elipxoid
H
m
A
1
B
2
S
B
B'
A
O
A
2
m
Amh
R
HH
S
S

=

(

)
S H H
m
A
S
R
m

=
Trêng ®¹i häc Má ®Þa chÊt Khoa : Tr¾c ®Þa
Số hiệu chỉnh này ảnh hưởng không đáng kể đến tỷ lệ lưới, nếu Am
HH −

càng nhỏ. Để Am
HH −
nhỏ thì ta phải chọn sao cho độ cao mặt chiếu đi qua độ
cao trung bình của khu vực xây dựng.
1.4.2. Chọn múi chiếu
Số hiệu chỉnh chiều dài cạnh sẽ có dấu dương và tăng từ trục đến mép của
múi chiếu. Khoảng cách S
mp
giữa hai điểm trên mặt phẳng được tính theo công
thức:
Trong đó: S- chiều dài cạnh trên Ellipxoid;R
m
- bán kính trung bình của
Ellipxoid;

là trị trung bình hoành độ điểm đầu và cuối của S.Để chọn hệ tọa độ cho lưới
trắc địa công trình ta đặt điều kiện: S

mp
= 0
Từ công thức (1.4) sẽ tính được :
Hệ số k được chọn tùy theo phép chiếu. Với k = 1 ứng với phép chiếu
Gauss (hệ tọa độ HN-72); k = 0.9996 ứng với phép chiếu UTM, múi chiếu 6
0
; k
= 0.9999 ứng với phép chiếu UTM, múi chiếu 3
0
. Như vậy, khi dùng phép chiếu
Gauus ( k=1) thì kinh tuyến trục sẽ cách khu đo không quá 20km. Nếu sử dụng
phép chiếu UTM 6
0
( k= 0.9996) thì kinh tuyến trục cách khu đo trong giới hạn
160 km đến 200 km, còn phép chiếu UTM 3
0
( k= 09999) thì kinh tuyến trục
cách khu đo trong giới hạn 70km đến 110km.
Nghiªn cøu khoa häc sinh viªn Líp : Tr¾c ®Þa B - 52
11
2
y y
c
d
y
m
+
=
2
2

1
2
m
mp
m
y
S k S
R
 
= − +
 ÷
 
( )
0
1 .2
m m
y R k
= −
Trờng đại học Mỏ địa chất Khoa : Trắc địa
Chng 2
TNG QUAN V CễNG NGH NH V GPS
2.1. CU TRC CHUNG CA H THNG NH V TON CU (GPS)
Vi mc ớch o hng v dn ng trờn bin phc v cho mc ớch
quõn s, vo khong nhng nm 60 cỏc nh khoa hc M v Liờn Xụ ó chy
ua nghiờn cu v v tinh nhõn to v ó t c nhng thnh tu to ln trong
vic s dng v tinh ca mỡnh xỏc nh v trớ im trờn b mt trỏi t hoc
trờn i dng phc v cho vic dn ng cho tu, thuyn v nhiu lnh vc
khỏc.
Trong nhng nm ú, cỏc nh khoa hc ca Liờn Xụ ó phúng thnh cụng
h thng nh v ton cu mang tờn Glonass (Global - Navigation - Satellite -

System). Cựng vi thi gian ny, b quc phũng M cng ó xõy dng c mt
h thng o hng vụ tuyn v tinh mang tờn: NAVSTAR GPS (Navigation
Satellite Providing Timing and Ranging Global Positioning System). Hai h
thng nh v v ton cu ca M v Liờn Xụ u cú cu trỳc v nguyờn lý hot
ng ging nhau bao gm ba b phn cu thnh l: on khụng gian, on iu
khin, on s dng.
2.1.1. on khụng gian
on khụng gian bao gm cỏc v tinh chuyn ng trờn 6 mt phng qu
o cao khong 20.200km. Mt phng qu o nghiờng vi mt phng xớch
o trỏi t mt gúc 55
0
. V tinh GPS chuyn ng trờn mt phng qu o gn
nh l trũn vi chu kỡ 718 phỳt. H thng gm 24 v tinh ( Hỡnh 2.1 ), mi qu
o cú 4 v tinh.
Nghiên cứu khoa học sinh viên Lớp : Trắc địa B - 52
12
Trêng ®¹i häc Má ®Þa chÊt Khoa : Tr¾c ®Þa
Hình 2.1.Vệ tinh và phân bố vệ tinh trên quỹ đạo
Với sự phân bố vệ tinh trên quỹ đạo vệ tinh như vậy, ở bất kì vị trí quan
trắc nào trên trái đất và trong bất kì thời gian nào cũng có thể quan trắc được ít
nhất 4 vệ tinh GPS. Tất cả các vệ tinh đều có thiết bị dao động với tần số chuẩn
cơ sở là f
0
=10.23 MHz. Tần số này còn gọi là tần số chuẩn của đồng hồ nguyên
tử, với độ chính xác cỡ 10
-12
. Từ tần số cơ sở f
0
thiết bị sẽ tạo ra 2 tần sóng tải L1
và L2.

Bảng 2.1: Các thành phần tín hiệu vệ tinh
Sóng tải Tần số (MHz) Bước sóng (cm)
L1 154f
0
= 1575.42 19.023
L2 120f
0
= 1227.60 24.42
L3 120f
0
= 1227.60 24.42
- Các sóng tải L1, L2 thuộc dải sóng cực ngắn và được điều biến bởi hai
loại code khác nhau là: C\A – code và P – code.
2.1.2. Đoạn điều khiển ( Control Segment )
Hình 2.2: Các trạm điều khiển của hệ thống GPS
Đoạn điều khiển được thiết lập để duy trì hoạt động của toàn bộ hệ thống
định vị toàn cầu này. Một trạm điều khiển trung tâm có nhiệm vụ chủ yếu trong
giai đoạn điều khiển, cập nhật thông tin đạo hàng truyền từ vệ tinh, cùng phối
hợp với trạm điều khiển trung tâm là hệ thống hoạt động kiểm tra bao gồm 4
trạm theo dõi phân bố quanh trái đất.
Nghiªn cøu khoa häc sinh viªn Líp : Tr¾c ®Þa B - 52
13
Trêng ®¹i häc Má ®Þa chÊt Khoa : Tr¾c ®Þa
2.1.3. Đoạn sử dụng ( User Segment)
Phần sử dụng bao gồm các máy thu tín hiệu từ vệ tinh trên đất liền, máy
bay hoặc tàu thủy. Các máy thu này phân ra làm 2 loại: máy thu 1 tần số và máy
thu 2 tần số.
Hình 2.3: Máy Trimble 4600 LS
2.2. PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH VỊ GPS
2.2.1. Nguyên lí định vị GPS

Công tác định vị GPS được chia theo 2 nguyên tắc cơ bản là định vị tuyệt
đối và định vị tương đối.
Định vị tuyệt đối là sử dụng một máy thu để xác định tọa độ điểm đặt máy
trong hệ tọa độ WGS-84. Kỹ thuật “tựa khoảng cách”- định vị tuyệt đối:
C.t + C.∆t =
232323
)()()(
PPP
zzyyxx −+−+−
(2.1)
Trong đó: s = [x
s
y
s
z
s
]- tọa độ vệ tinh; p=[x
p
y
p
z
p
]- tọa độ diểm mặt đất; C- vận
tốc sóng; t- thời gian sóng đi từ vệ tinh tới máy thu; ∆t- số hiệu chỉnh thời gian.
Định vị tương đối là sử dụng ít nhất 2 máy thu để xác định vị trí tương đối
giữa các điểm đồng thời đặt máy thu. Định vị tương đối: xác định pha sóng mang
L1, L2:
S = Nλ + ϕλ (2.2)
Trong đó: λ - bước sóng (λ=c/f); f - tần số sóng; N - số nguyên lần bước sóng;
ϕ - Pha của sóng; S – Khoảng cách vệ tinh máy thu.

2.2.2. Các phương pháp đo GPS
Nghiªn cøu khoa häc sinh viªn Líp : Tr¾c ®Þa B - 52
14