Ứng dụng công nghệ GPS thành lập lưới khống chế địa chính đo vẽ tại xã liên hòa huyện lập thạch tỉnh vĩnh phúc

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM

NGUYỄN ĐÌNH TUẤN
Tên đề tài:
ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GPS THÀNH LẬP LƯỚI KHỐNG CHẾ
ĐỊA CHÍNH ĐO VẼ TẠI XÃ LIÊN HÒA - HUYỆN LẬP THẠCH
TỈNH VĨNH PHÚC

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Hệ đào tạo
Chuyên ngành
Khoa
Khóa học

: Chính quy
: Địa chính Môi trường
: Quản lý Tài nguyên
: 2011 - 2015

Thái Nguyên, năm 2015


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM

NGUYỄN ĐÌNH TUẤN
Tên đề tài:
ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GPS THÀNH LẬP LƯỚI KHỐNG CHẾ
ĐỊA CHÍNH ĐO VẼ TẠI XÃ LIÊN HÒA - HUYỆN LẬP THẠCH

TỈNH VĨNH PHÚC

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Hệ đào tạo
: Chính quy
Chuyên ngành
: Địa chính Môi trường
Khoa
: Quản lý Tài nguyên
Lớp
: 43 - ĐCMT - NO1
Khóa học
: 2011 - 2015
Giảng viên hướng dẫn : TS. Vũ Thị Thanh Thủy

Thái Nguyên, năm 2015


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM

NGUYỄN ĐÌNH TUẤN
Tên đề tài:
ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GPS THÀNH LẬP LƯỚI KHỐNG CHẾ
ĐỊA CHÍNH ĐO VẼ TẠI XÃ LIÊN HÒA - HUYỆN LẬP THẠCH
TỈNH VĨNH PHÚC

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Hệ đào tạo
: Chính quy
Chuyên ngành
: Địa chính Môi trường
Khoa
: Quản lý Tài nguyên
Lớp
: 43 - ĐCMT - NO1
Khóa học
: 2011 - 2015
Giảng viên hướng dẫn : TS. Vũ Thị Thanh Thủy

Thái Nguyên, năm 2015


ii

DANH MỤC BẢNG

Bảng 4.1: Trị đo gia số tọa độ và các chỉ tiêu sai số hệ tọa độ vuông góc
không gian, ellipsoid quy chiếu WGS84......................................... 50
Bảng 4.2: Sai số khép tam giác GPS hệ tọa độ vuông góc không gian,
ellipsoid WGS84 ............................................................................. 51
Bảng 4.3: Trị bình sai, số hiệu chỉnh, sai số do gia số tọa độ không gian hệ tọa
độ vuông góc không gian, ellipsoid WGS84 .................................. 52
Bảng 4.4: Thành quả tọa độ vuông góc không gian sau bình sai hệ tọa độ
vuông góc không gian vn2000, ellipsoid WGS84 .......................... 53
Bảng 4.5: Thành quả tọa độ trắc địa sau bình sai hệ tọa độ trắc địa vn2000,
ellipsoid WGS84 ............................................................................. 54
Bảng 4.6: Thành quả tọa độ phẳng sau bình sai hệ tọa độ phẳng vn2000,

ellipsoid WGS84 kinh tuyến trục 105-00', múi chiếu 3 độ
(k=0.9999) ....................................................................................... 55
Bảng 4.7: Thành quả chiều dài cạnh, phương vị sau bình sai hệ tọa độ phẳng
vn2000, ellipsoid WGS84 ............................................................... 56


iii

DANH MỤC HÌNH
Hình 2.1. Cấu trúc của hệ thống định vị toàn cầu ............................................. 7
Hình 2.2. Vệ tinh GPS....................................................................................... 8
Hình 2.3. Vệ tinh GPS....................................................................................... 9
Hình 2.4. Đường truyền phù hợp .................................................................... 19
Hình 2.5. Đường truyền có một điểm nút ....................................................... 20
Hình 2.6. Đường truyền nhiều điểm nút ......................................................... 20
Hình 2.7. Phương pháp tam giác đo góc ......................................................... 21
Hình 2.8. Phương pháp tam giác đo toàn cạnh ............................................... 22
Hình 4.1. Sơ đồ thiết kế lưới địa chính đo vẽ ................................................. 35
Hình 4.2. Sơ đồ lập lịch, phân ca đo ............................................................... 37
Hình 4.3. Xử lý số liệu .................................................................................... 40
Hình 4.4. Xử lý số liệu .................................................................................... 41
Hình 4.5. Xử lý số liệu .................................................................................... 41
Hình 4.6. Xử lý số liệu .................................................................................... 42
Hình 4.7. Xử lý số liệu .................................................................................... 42
Hình 4.8. Xử lý số liệu .................................................................................... 43
Hình 4.9. Xử lý số liệu .................................................................................... 44
Hình 4.10. Xử lý số liệu .................................................................................. 45
Hình 4.11. Xử lý số liệu .................................................................................. 45
Hình 4.12. Xử lý số liệu .................................................................................. 46
Hình 4.13. Biên tập kết quả............................................................................. 47

Hình 4.14. Biên tập kết quả............................................................................. 48
Hình 4.15. Biên tập kết quả............................................................................. 48
Hình 4.16. Biên tập kết quả............................................................................. 49
Hình 4.17. Kết quả biên tập ............................................................................ 49


iv

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

Các từ viết tắt

Giải thích

GPS (Gobal positioning System)

: Hệ thống định vị toàn cầu

LTH

: Điểm địa chính gốc Lập Thạch

KV

: Kinh vĩ

VN-2000

: Hệ tọa độ quốc gia Việt Nam

HN-72

: Hệ tọa độ quốc gia Việt Nam

WGS-84(World Goedetic System 1984) : Hệ tọa độ trắc địa
TT-BTNMT

: Thông tư-Bộ Tài nguyên và Môi
trường

HD-STNMT

: Hướng dẫn-Sở Tài nguyên và Môi
trường


v

MỤC LỤC
Trang
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................... 1
DANH MỤC BẢNG ......................................................................................... ii
DANH MỤC HÌNH ......................................................................................... iii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ................................................................. iv
MỤC LỤC ......................................................................................................... v
Phần 1: MỞ ĐẦU ............................................................................................ 1
1.1. Đặt vấn đề................................................................................................... 1
1.2. Mục tiêu...................................................................................................... 2
1.2.1. Mục tiêu tổng quát .................................................................................. 2
1.2.2. Mục tiêu cụ thể ........................................................................................ 2

1.3. Ý nghĩa của đề tài ....................................................................................... 2
Phần 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU ................................................................. 4
2.1. Lịch sử ra đời và phát triển của hệ thống định vị toàn cầu GPS................ 4
2.1.1. Lịch sử ra đời .......................................................................................... 4
2.1.2. Cấu tạo của hệ thống định vị toàn cầu .................................................... 6
2.2. Hệ tọa độ WGS - 84 và các phương pháp đo GPS .................................. 10
2.2.1. Hệ toạ độ WGS - 84 .............................................................................. 10
2.2.2. Các phương pháp đo GPS ..................................................................... 11
2.3. Các nguồn sai số chủ yếu trong kết quả đo GPS ..................................... 16
2.3.1. Sai số của đồng hồ................................................................................. 16
2.3.2.Sai số của quỹ đạo vệ tinh ...................................................................... 16
2.3.3. sai số do khúc xạ tầng điện ly ............................................................... 17
2.3.4. Sai số do khúc xạ tầng đối lưu .............................................................. 17
2.3.5. Sai số do nhiễu của tín hiệu vệ tinh ...................................................... 17
2.4. Các phương pháp xây dựng lưới cơ bản .................................................. 18
2.4.1. Phương pháp đường chuyền.................................................................. 18


vi

2.4.2. Phương pháp tam giác ........................................................................... 21
2.4.3. Phương pháp lưới GPS.......................................................................... 23
2.5. Các ứng dụng của GPS trong trắc địa ...................................................... 23
2.5.1. Xây dựng lưới khống chế mặt bằng ...................................................... 23
2.5.2. GPS phục vụ đo vẽ địa chính ................................................................ 24
2.5.3. GPS phục vụ trắc địa công trình ........................................................... 25
Phần 3: ĐỐI TƯỢNG NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU ............................................................................................... 28
3.1. Đối tượng ................................................................................................. 28
3.2. Địa điểm nghiên cứu ................................................................................ 28

3.3. Nội dung nghiên cứu ................................................................................ 28
3.3.1. Điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội của xã Liên Hòa - huyện lập Thạch tỉnh Vĩnh Phúc................................................................................................. 28
3.3.2. Xây dựng lưới khống chế địa chính đo vẽ bằng công nghệ GPS ......... 28
3.3.3. Thuận lợi và khó khăn khi xây dựng lưới GPS tại xã Liên Hòa........... 29
3.4. Phương pháp nghiên cứu.......................................................................... 29
3.4.1. Phương pháp thu thập số liệu thứ cấp ................................................... 29
3.4.2. Phương pháp thu thập số liệu sơ cấp..................................................... 29
Phần 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ............................................................. 31
4.1. Vị trí địa lý, điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội ........................................ 31
4.1.1. Vị trí địa lý ............................................................................................ 31
4.1.2. Điều kiện tự nhiên kinh tế xã hội của xã Liên Hòa - huyện Lập Thạch tỉnh Vĩnh Phúc................................................................................................. 31
4.2. Xây dựng lưới khống chế địa chính đo vẽ bằng công nghệ GPS ............ 32
4.2.1. Công tác chuẩn bị .................................................................................. 32
4.2.2. Chôn mốc .............................................................................................. 36
4.2.3. Ngoại nghiệp ......................................................................................... 36
4.2.4. Nội nghiệp ............................................................................................. 39


vii

4.2.5. Thành quả tính toán bình sai lưới khống chế đo vẽ xã Liên Hòa - huyện
Lập Thạch - tỉnh Vĩnh Phúc ............................................................................ 50
4.2.6. Kiểm tra, nghiệm thu kết quả ................................................................ 57
4.3. Thuận lợi và khó khăn khi xây dựng lưới GPS tại xã Liên Hòa.............. 58
4.3.1. Thuận lợi ............................................................................................... 58
4.3.2. Khó khăn ............................................................................................... 59
4.3.3. Giải pháp khắc phục .............................................................................. 59
Phần 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................ 60
5.1. Kết luận .................................................................................................... 60
5.2. Kiến nghị .................................................................................................. 60

TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................


i

LỜI CẢM ƠN
Thực tập tốt nghiệp là một giai đoạn cần thiết và hết sức quan trọng của
mỗi sinh viên, đó là thời gian để sinh viên tiếp cận với thực tế, nhằm củng
cố và vận dụng những kiến thức mà mình đã học trong nhà trường. Qua đó
sinh viên ra trường sẽ hoàn thiện hơn về kiến thức lý luận, phương pháp
làm việc, năng lực công tác nhằm đáp ứng nhu cầu thực tiễn của công việc
sau này.
Được sự giúp đỡ của Ban giám hiệu trường Đại Học Nông Lâm và Ban
chủ nhiệm khoa Quản Lý Tài Nguyên, em đã nghiên cứu đề tài: “Ứng dụng
công nghệ GPS thành lập lưới khống chế địa chính đo vẽ tại xã Liên Hòa huyện Lập Thạch - tỉnh Vĩnh Phúc ”.
Thời gian thực tập tuy không dài nhưng đem lại cho em những kiến thức
bổ ích và kinh nghiệm quý báu.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trường Đại Học Nông Lâm
Thái Nguyên, các thầy cô trong khoa Quản lý Tài nguyên đã dạy dỗ, dìu dắt em
trong thời gian học tại trường.
Em xin gửi lời cảm ơn tới các bác, cô chú và anh chị đang công tác tại
Trung tâm Công Nghệ Thông Tin Sở Tài Nguyên và Môi trường tỉnh Vĩnh
Phúc đã nhiệt tình giúp đỡ chỉ bảo em trong quá trình thực tập và hoàn thành
khóa luận tại cơ quan.
Đặc biệt em xin bày tỏ lời biết ơn sâu sắc tới giáo viên trực tiếp hướng
dẫn TS. Vũ Thị Thanh Thủy đã ân cần chỉ bảo, tận tình giúp đỡ em hoàn
thành khóa luận tốt nghiệp này.
Do thời gian và khả năng có hạn nên khóa luận tốt nghiệp của em không
tránh khỏi thiếu sót. Em rất mong nhận được sự đóng góp của thầy, cô giáo
cùng toàn thể các bạn sinh viên để khóa luận của em được hoàn thiện hơn.

Em xin chân thành cảm ơn!
Thái Nguyên, ngày 20 tháng 5 năm 2015
Sinh viên
Nguyễn Đình Tuấn


2

Hiện nay ở nước ta việc đo đạc theo các phương pháp truyền thống chi
phí rất tốn kém và rất khó thực hiện. Do đó công nghệ GPS đóng vai trò rất
quan trọng trong việc xây dựng lưới khống chế cũng như các dạng lưới khác
phục vụ từ khảo sát thiết kế đến thi công các công trình.
Xuất phát từ yêu cầu thực tế và khả năng ứng dụng của các máy thu GPS
nói trên, được sự đồng ý của khoa Quản lý Tài nguyên, trường Đại Học Nông
Lâm Thái Nguyên, em đã nghiên cứu đề tài tốt nghiệp “Ứng dụng công nghệ
GPS thành lập lưới không chế địa chính đo vẽ tại xã Liên Hòa - huyện Lập
Thạch - tỉnh Vĩnh Phúc”.
1.2. Mục tiêu
1.2.1. Mục tiêu tổng quát
Ứng dụng công nghệ GPS thành lập lưới không chế trắc địa phục vụ
công tác đo vẽ và thành lập bản đồ
1.2.2. Mục tiêu cụ thể
Biết cách sử dụng máy đo GPS, phần mềm bình sai
Thành lập được lưới không chế trắc địa đạt yêu cầu kỹ thuật bằng công nghệ
GPS trên địa bàn xã Liên Hòa - Huyện Lập Thạch - Tỉnh Vĩnh Phúc.
1.3. Ý nghĩa của đề tài
Nhận biết các phương pháp thành lập lưới, phần mềm bình sai.những
ưu nhược điểm của từng loại
Thấy được vai trò quan trọng của công nghệ GPS trong công tác đo đạc
nói chung và công tác thành lập lưới không chế trắc địa nói riêng.

Công nghệ GPS là công nghệ mới,khác biệt, làm thay đổi hẳn quan niệm về
đo đạc trong công tác trắc địa bản đồ.
Ứng dụng GPS là bước phát triển mới cho phép thành lập lưới không
chế trắc địa có độ chính xác đạt yêu cầu kỹ thuật đô vẽ bản đồ. Có những tính
năng ưu việt so với phương pháp truyền thống.


3

GPS là phương pháp đo đạc khoa học, đáp ứng yêu cầu của công tác tự động
hóa đo vẽ bản đồ, phù hợp với việc tổ chức, quản lý số liệu trong các hệ thống
quản trị dữ liệu trong máy tính.
Với những tính năng ưu việt, kỹ thuật đo GPS là phương pháp mới áp
dụng không chỉ tốt trong ngành địa chính mà còn ứng dụng trong nhiều ngành
như: Giao thông, Thủy lợi, Xây dựng, Nông nghiệp…


4

Phần 2
TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1. Lịch sử ra đời và phát triển của hệ thống định vị toàn cầu GPS
2.1.1. Lịch sử ra đời
Hệ thống định vị toàn cầu là hệ thống dùng để định vị và đạo hàng, hệ
thống này ra đời nhằm đáp ứng ý tưởng sử dụng vệ tinh nhân tạo của trái đất
vào mục đích định vị và dẫn đường trên mặt đất, ít phụ thuộc vào thời tiết và
thời điểm trong ngày. Nó đã được các nhà khoa học Liên xô và Mỹ đề cập
đến từ những năm của thập niên 50 - 60, khi Liên Xô phóng thành công vệ
tinh nhân tạo đầu tiên của trái đất (vệ tinh Sputnhic-1) vào năm 1957, từ đó

các nhà khoa học quân sự của hai nước và các nhà khoa học trên thế giới đã
tiếp tục nghiên cứu và đã đạt được những thành công trong việc sử dụng các
vệ tinh của mình. Để xác định vị trí điểm trên mặt đất hoặc trên đại dương
phục vụ cho việc dẫn đường tàu, thuyền, máy bay và các phương tiện quân sự
khác. Bước đầu các hệ thống định vị vệ tinh khu vực được xây dựng nhằm
đáp ứng nhu cầu định vị chính xác cao cho cả một vùng rộng lớn mà ít phụ
thuộc vào các điều kiện không gian và thời gian. Người ta đã xây dựng các hệ
thống định vị vệ tinh khu vực trong đó vệ tinh thường được sử dụng là vệ tinh
địa tĩnh. Một số hệ thống định vị vệ tinh được xây dựng thuộc loại này như:
- Hệ thống STAR- FIX.
- Hệ thống EUTELTRACS và hệ thống OMNITRACS.
- Hệ thống NAVSTAR
Vào đầu những năm của thập niên 60 thì hệ thống định vị toàn cầu
được ra đời như:
- Hệ thống TRANSIT của Mỹ.
- Hệ thống TSICADA của Liên xô.


5

Vào khoảng giữa những năm 60 Bộ quốc phòng Mỹ khuyến khích xây
dựng một hệ thống đạo hàng vệ tinh hoàn hảo hơn so với hệ thống TRANSIT.
ý tưởng chính của đề án do Hải quân Mỹ đề xuất là sử dụng khoảng cách đo
từ các điểm trên mặt đất đến vệ tinh trên cơ sở biết chính xác tốc độ và thời
gian lan truyền tín hiệu vô tuyến, đề án có tên là TIMATION. Các công trình
nghiên cứu tương tự cũng được không quân Mỹ tiến hành trong khuôn khổ
chương trình mang mã số 621B. Song từ năm 1973 Bộ quốc phòng Mỹ quyết
định đình chỉ cả hai chương trình này để triển khai phối hợp nghiên cứu xây
dựng hệ thống đạo hàng vô tuyến vệ tinh trên cơ sở các kết quả của chương
trình TRANSIT và hai chương trình vừa nói tới. Hệ thống này có tên gọi

đúng là NAVSTAR GPS (Navigation Satellite Providing Timing and Ranging
Global Postioning System). Nhiệm vụ chủ yếu của hệ thống là xác định toạ
độ không gian và tốc độ chuyển động của điểm xét trên tàu vũ trụ, máy bay,
tàu thuỷ và trên đất liền phục vụ cho Bộ quốc phòng Mỹ và các cơ quan dân
sự. Khi được hoàn tất, hệ thống sẽ gồm có 21 vệ tinh hoạt động và 3 vệ tinh
dự trữ, các vệ tinh quay trên 6 quỹ đạo hầu như tròn, ở độ cao cỡ 20000km
với chu kỳ sấp xỉ 12 giờ. Với cách bố trí này thì trong suốt 24 giờ tại bất kỳ
điểm nào trên trái đất cũng sẽ quan sát được ít nhất 4 vệ tinh. Các vệ tinh đầu
tiên của hệ thống được phóng lên quỹ đạo vào tháng 2 năm 1978, toàn bộ hệ
thống được đưa vào hoạt động hoàn chỉnh từ tháng 5 năm 1994.
Song hành với hệ thống NAVSTAR GPS, một hệ thống định vị toàn
cầu tương tự mang tên GLONASS (Global Navigation Satellite System) do
Liên Xô chế tạo cũng đã được đưa và sử dụng năm 1982. Hệ thống cũng gồm
24 vệ tinh nhưng quay trong 3 mặt phẳng quỹ đạo từ 18840km đến 19940km,
trên mỗi quỹ đạo các vệ tinh có độ giãn cách là 450, chu kỳ quay cỡ 676 phút.
Với đúng nghĩa là hệ thống định vị toàn cầu GPS, cả NAVSTAR và
GLONASS cùng cho phép thực hiện định vị cho bất kỳ điểm xét nào, vào bất


6

kỳ thời điểm nào trong ngày và với bất kỳ điều kiện thời tiết nào. Đã có
những dự án phối hợp khai thác hệ thống này để nâng cao hiệu quả trên phạm
vi toàn cầu.
* Đặc điểm và tính năng của hệ thống định vị toàn cầu GPS
Khi mới ra đời hệ thống GPS chỉ có quân sự Mỹ được độc quyền
khai thác, sử dụng vào mục đích quân sự. Từ năm 1980 chính phủ Mỹ cho
phép chính thức hệ thống GPS được sử dụng cho mục đích dân sự, từ đó
các nhà khoa học của nhiều nước đã ra sức nghiên cứu phát triển công
nghệ GPS để đạt được những thành quả cao nhất trong việc phát huy

nguồn tiềm năng to lớn này.
Hướng nghiên cứu chủ yếu đi vào các lĩnh vực:
- Chế tạo máy thu tín hiệu.
- Xây dựng phần mềm xử lý tín hiệu, đáp ứng cho nhiều mục đích.
- Thiết lập và phát triển công nghệ ứng dụng trong chuyên ngành.
Công nghệ GPS có đặc điểm ưu việt hơn hẳn các công nghệ truyền
thống ở các mặt:
- Xác định trực tiếp các thành phần toạ độ không gian với độ chính xác
cao (cả toạ độ mặt bằng, độ cao).
- Rất linh hoạt trong bố trí điểm đo, có thể đo trong hầu hết các thời
điểm và thời tiết.
- Khả năng tự động hoá rất cao, cả trong đo ngoại nghiệp và xử lý số
liệu nội nghiệp.
Chính vì tính ưu việt này mà công nghệ GPS được ứng dụng ở nhiều
ngành với nhiều chức năng khác nhau, nhất là trong lĩnh vực trắc địa.
2.1.2. Cấu tạo của hệ thống định vị toàn cầu
Hệ thống định vị toàn cầu GPS bao gồm ba bộ phận cấu thành, đó là
đoạn không gian (Space Segment), đoạn điều khiển (Control Segment) và


7

đoạn sử dụng (User Segment). Chúng tôi xin trình bày cụ thể về từng bộ phận
cấu thành của hệ thống như sau:

Hình 2.1. Cấu trúc của hệ thống định vị toàn cầu
a) Đoạn không gian (Space Segment)
Đoạn này gồm 24 vệ tinh, trong đó có 3 vệ tinh dự trữ, quay trên 6 mặt
phẳng quỹ đạo cách đều nhau và có góc nghiêng 550 so với mặt phẳng xích
đạo của trái đất. Quỹ đạo của vệ tinh hầu như tròn, vệ tinh bay ở độ cao xấp

xỉ 20000km so với mặt đất, chu kỳ quay của vệ tinh là 718m (xấp xỉ 12 giờ).
Do vậy sẽ bay qua đúng điểm cho trước trên mặt đất mỗi ngày một lần, với
cách phân bố như vậy thì tại bất kỳ thời điểm nào, ở bất kỳ vị trí nào trên trái
đất cũng đều nhìn thấy 4 vệ tinh.
Mỗi vệ tinh được trang bị máy phát tần số chuẩn nguyên tử chính xác
cao cỡ 10-12. Máy phát này tạo ra các tín hiệu tần số cơ sở 10.23 MHz, từ đây
tạo ra các sóng tải tần số L1= 1227.60 MHz, các sóng tải được điều biến bởi
hai loại Code khác nhau: C/A - Code và P - Code.


8

+ C/A - Code (Coarse/ Acquisition) là Code thô / thâu tóm, nó được sử
dụng cho các mục đích dân sự và chỉ điều biến sóng tải L1, C/A-Code có tần
số 1,023MHz. Mỗi vệ tinh được gán một C/A - Code riêng biệt.
+ P - Code (Precise) là Code chính xác, nó được sử dụng cho mục đích
quân sự và điều biến cả hai sóng tải L1, L2. Code này có tần số 10,23MHz,
độ dài toàn phần là 267 ngày, nghĩa là chỉ sau 267 ngày P - Code mới lặp lại.
Tuy vậy, người ta chia Code này thành các đoạn có độ dài 7 ngày, và gán cho
mỗi vệ tinh một trong các đoạn Code như thế, cứ sau một tuần lại thay đổi
nên P - Code rất khó bị giải mã để sử dụng nếu không được cho phép.

Hình 2.2. Vệ tinh GPS
Cả hai sóng tải L1và L2 còn được điều biến bởi các thông tin đạo hàng
bao gồm: Ephemerit của vệ tinh, thời gian của hệ thống, số hiệu chỉnh cho
đồng hồ của vệ tinh, quang cảnh phân bố vệ tinh trên bầu trời và tình trạng
của hệ thống.
b) Đoạn điều khiển (Control segment).
Đoạn này gồm 4 trạm quan sát trên mặt đất trong đó có 1 trạm điều
khiển trung tâm đặt tại Colorado Springs và 4 trạm theo dõi đặt tai Hawaii

(Thái Bình Dương), Ascension Island (Đại Tây Dương), Diego Garcia (ấn Độ
Dương) và Kwajalein (Tây Thái Bình Dương). các trạm này tạo thành một
vành đai bao quanh trái đất.


9

+ C/A - Code (Coarse/ Acquisition) là Code thô / thâu tóm, nó được sử
dụng cho các mục đích dân sự và chỉ điều biến sóng tải L1, C/A-Code có tần
số 1,023MHz. Mỗi vệ tinh được gán một C/A - Code riêng biệt.
+ P - Code (Precise) là Code chính xác, nó được sử dụng cho mục đích
quân sự và điều biến cả hai sóng tải L1, L2. Code này có tần số 10,23MHz,
độ dài toàn phần là 267 ngày, nghĩa là chỉ sau 267 ngày P - Code mới lặp lại.
Tuy vậy, người ta chia Code này thành các đoạn có độ dài 7 ngày, và gán cho
mỗi vệ tinh một trong các đoạn Code như thế, cứ sau một tuần lại thay đổi
nên P - Code rất khó bị giải mã để sử dụng nếu không được cho phép.

Hình 2.3. Vệ tinh GPS
Cả hai sóng tải L1và L2 còn được điều biến bởi các thông tin đạo hàng
bao gồm: Ephemerit của vệ tinh, thời gian của hệ thống, số hiệu chỉnh cho
đồng hồ của vệ tinh, quang cảnh phân bố vệ tinh trên bầu trời và tình trạng
của hệ thống.
c) Đoạn sử dụng (User Segment)
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 trên trời, trên biển và trên đất liền. Đó có thể là một máy thu
riêng biệt hoạt động độc lập (định vị tuyệt đối) hay một nhóm gồm từ 20 máy
thu trở lên hoạt động đồng thời theo một lịch trình thời gian nhất định (định vị

10

tương đối) hoặc hoạt động theo chế độ một máy thu đóng vai trò máy chủ
phát tín hiệu vô tuyến hiệu chỉnh cho các máy thu khác (định vị vi phân).
2.2. Hệ tọa độ WGS-84 và các phương pháp đo GPS
2.2.1. Hệ toạ độ WGS- 84
Do mục đích ứng dụng toàn cầu của hệ thống GPS, kết quả định vị phải
được quy chiếu lên một hệ thống định vị toàn cầu, hệ thống được chọn là
WGS-84 (World Goedetic System 1984). Hệ toạ độ WGS-84 do Bộ quốc
phòng Mỹ xây dựng năm 1984 và đưa vào sử dụng năm 1987.
Ellipxoid được chọn sử dụng cho hệ thống WGS-84 là Ellipxoid GRS80 (Geodetic Reference System 1980) được hiệp hội trắc địa và địa vật lý
chấp nhận năm 1979 và được đánh giá tiếp cận tốt nhất đối với mặt Geoid
toàn cầu. Ellipxoid này có những thông số:
- Bán trục lớn a=6378137 m
- Độ dẹt 1/α = 1/ 298,257223563
- Độ lệch tâm e=0,08181990843
Z

O
Y
X

- Tâm O của hệ trùng với tâm của trái đất
- Trục OZ của hệ trùng với trục quay của trái đất
- Trục OX trùng với kinh tuyến gốc và thuộc mặt phẳng xích đạo (là
giao tuyến của mặt phẳng kinh tuyến gốc và mặt phẳng xích đạo).
- Trục OY trùng với mặt phẳng xích đạo và vuông góc với OX, OZ.
- Ba trục OX, OY, OZ tạo thành một tam diện thuận.

ii

DANH MỤC BẢNG

Bảng 4.1: Trị đo gia số tọa độ và các chỉ tiêu sai số hệ tọa độ vuông góc
không gian, ellipsoid quy chiếu WGS84......................................... 50
Bảng 4.2: Sai số khép tam giác GPS hệ tọa độ vuông góc không gian,
ellipsoid WGS84 ............................................................................. 51
Bảng 4.3: Trị bình sai, số hiệu chỉnh, sai số do gia số tọa độ không gian hệ tọa
độ vuông góc không gian, ellipsoid WGS84 .................................. 52
Bảng 4.4: Thành quả tọa độ vuông góc không gian sau bình sai hệ tọa độ
vuông góc không gian vn2000, ellipsoid WGS84 .......................... 53
Bảng 4.5: Thành quả tọa độ trắc địa sau bình sai hệ tọa độ trắc địa vn2000,
ellipsoid WGS84 ............................................................................. 54
Bảng 4.6: Thành quả tọa độ phẳng sau bình sai hệ tọa độ phẳng vn2000,
ellipsoid WGS84 kinh tuyến trục 105-00', múi chiếu 3 độ
(k=0.9999) ....................................................................................... 55
Bảng 4.7: Thành quả chiều dài cạnh, phương vị sau bình sai hệ tọa độ phẳng
vn2000, ellipsoid WGS84 ............................................................... 56


12

2. Đo GPS vi phân
Phần lớn khách hàng sử dụng máy thu GPS thường có nhu cầu định vị
với độ chính xác từ cỡ deximet đến một vài chục mét. Nhưng với chế độ can
thiệp SA thì hệ thống GPS chỉ cho độ chính xác định vị hạn chế cỡ 100 mét.
Để tháo gỡ sự khống chế này, giới kỹ thuật và các nhà sản xuất máy thu GPS
đã đưa ra một phương pháp đo được gọi là đo GPS vi phân.
Phương pháp này cần có một máy thu GPS có khả năng phát tín hiệu

vô tuyến được đặt tại điểm có toạ độ đã biết (gọi là máy cố định), đồng thời
có máy khác (máy di động) đặt ở vị trí cần xác định toạ độ. Cả máy cố định
và máy di động cần tiến hành đồng thời thu tín hiệu từ các vệ tinh như nhau.
Nếu thông tin từ vệ tinh bị nhiễu thì kết quả xác định toạ độ của cả máy cố
định và máy di động cũng đều bị sai lệch. Độ sai lệch này được xác định trên
cơ sở so sánh toạ độ tính ra theo tín hiệu thu được và toạ độ đã biết trước của
máy cố định, và nó được máy cố định phát đi qua sóng vô tuyến để máy di
động thu nhận mà hiệu chỉnh cho kết quả xác định toạ độ của mình.
Ngoài cách hiệu chỉnh toạ độ, người ta còn tiến hành hiệu chỉnh cho
khoảng cách từ vệ tinh đến máy thu. Với cách hiệu chỉnh thứ hai đòi hỏi máy
cố định có cấu tạo phức tạp và tốn kém, nhưng lại cho phép người sử dụng xử
lý chủ động, linh hoạt hơn.
Thực chất của đo GPS vi phân là xác định tọa độ theo nguyên tắc đo
tuyệt đối vì tín hiệu thu được từ máy cố định và máy di động không được xử
lý kết hợp, mà máy di động chỉ hiệu chỉnh vào kết quả theo gia số tương ứng
ở tại máy cố định.
B- Đo GPS tương đối
1. Nguyên lý đo GPS tương đối
Đo GPS tương đối là trường hợp sử dụng 2 máy thu GPS đặt ở 2
điểm quan sát khác nhau để xác định ra hiệu toạ độ vuông góc không gian


13

(∆X, ∆Y, ∆Z) hay hiệu tọa độ mặt cầu (∆B, ∆L, ∆H) giữa chúng trong hệ
toạ độ WGS-84.
Nguyên tắc đo GPS tương đối được thực hiện trên cơ sở sử dụng đại
lượng đo là pha của sóng tải. Để đạt độ chính xác cao và rất cao cho kết quả
đo, người ta đã tạo ra và sử dụng các sai phân khác nhau cho pha sóng tải
nhằm làm giảm các nguồn sai số khác nhau như: Sai số đồng hồ trên vệ tinh

cũng như trong máy thu, sai số tọa độ vệ tinh, sai số số nguyên đa trị...
Ta ký hiệu: pha của sóng tải từ vệ tinh j được đo tại trạm quan sát R vào thời
điểm ti là Φjr (ti).
Giả sử ta quan sát đồng thời hai điểm 1 và 2 lên vệ tinh j vào thời điểm
ti. Khi đó ta sẽ có đại lượng pha đo được là:
∆Φj(ti) = ∆Φj2(ti)- ∆Φj1(ti)

(II.2)

Biểu thức (II.2) là sai phân bậc 1. Trong sai phân này hầu như không
còn ảnh hưởng của sai số đồng hồ trên vệ tinh.
Nếu ta xét hai trạm tiến hành quan sát đồng thời hai vệ tinh j, k vào thời
điểm ti, ta sẽ có sai phân bậc 2:
∆2Φj,k(ti) = ∆Φk(ti)- ∆Φj(ti)

(II.3)

Trong sai phân này hầu như không còn ảnh hưởng của sai số đồng hồ
trên vệ tinh cũng như sai số của đồng hồ trong máy thu.
Nếu ta xét hai trạm tiến hành quan sát đồng thời hai vệ tinh j, k vào các
thời điểm ti và ti+1, ta sẽ có sai phân bậc 3:
∆3Φj,k(ti) = ∆2Φj,k(ti+1)- ∆2Φj,k(ti)

(II.4)

Sai phân này cho phép loại trừ các số nguyên đa trị.
Trên thực tế, số vệ tinh GPS xuất hiện trên bầu trời thường nhiều hơn 4.
Bằng cách tổ hợp theo từng cặp vệ tinh ta sẽ có rất nhiều trị đo để xác định ra
hiệu toạ độ giữa hai điểm quan sát, khi đó số liệu đo sẽ được xử lý theo
nguyên tắc số bình phương nhỏ nhất.

14

2. Phương pháp đo tĩnh
Phương pháp đo tĩnh được sử dụng để xác định ra hiệu toạ độ (hay vị
trí tương hỗ) giữa hai điểm xét với độ chính xác cao, thường là nhằm đáp ứng
các yêu cầu của công tác trắc địa - địa hình. Trong trường hợp này cần có ít
nhất hai máy thu GPS, một máy đặt tại điểm đã biết toạ độ, máy kia đặt ở
điểm cần xác định tọa độ. Cả hai máy phải đồng thời thu tín hiệu từ một số vệ
tinh chung liên tục trong một khoảng thời gian nhất định, thường là một đến
ba tiếng đồng hồ. Khoảng thời gian quan sát phải kéo dài là để đủ cho đồ hình
phân bố vệ tinh thay đổi mà từ đó ta có thể xác định được số nguyên đa trị
của sóng tải và để có nhiều trị đo nhằm đạt được độ chính xác cao và ổn định
trong kết quả quan sát.
Đây là phương pháp cho phép đạt được độ chính xác cao nhất trong
việc định vị tương đối bằng GPS, có thể cỡ xentimet, thậm chí milimet ở
khoảng cách giữa hai điểm xét tới hàng chục và hàng trăm kilomet. Nhược
điểm chủ yếu của phương pháp là thời gian đo phải kéo dài hàng giờ, do vậy
năng suất đo thường không cao.
3. Phương pháp đo động
Phương pháp đo động 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 một phút. Theo phương pháp này cần có ít nhất hai máy thu. Để xác
định số nguyên đa trị của tín hiệu vệ tinh, cần có một cạnh đáy đã biết được
gối lên điểm đã biết toạ độ. Sau khi đã xác định, số nguyên đa trị được giữ
nguyên để tính khoảng cách từ vệ tinh đến máy thu cho các điểm đo tiếp theo
trong suốt chu kỳ đo. Nhờ vậy thời gian thu tín hiệu tại điểm đo không phải là
một tiếng như trong phương pháp đo tĩnh, mà chỉ còn là một phút.
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


15

được gọi là máy cố định. ở điểm cuối cạnh đáy ta đặt máy thu thứ hai. Hai
máy thu tiến hành thu tín hiệu đồng thời trong khoảng thời gian một phút.
Việc này được gọi là khởi đo (Initialization), máy thu thứ hai được gọi là máy
di động. Tiếp đó cho máy di động lần lượt chuyển đến các điểm đo cần xác
định, tại các điểm dừng lại để thu tín hiệu trong vòng một phút và cuối cùng
trở lại điểm xuất phát là điểm cuối cạnh đáy để khép tuyến đo bằng lần thu tín
hiệu thứ hai cũng kéo dài trong vòng một phút.
Yêu cầu nhất thiết của phương pháp đo này 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 chu kỳ đo. Vì vậy tuyến đo phải bố trí ở các khu vực thoáng đãng để
không xảy ra tình trạng tín hiệu thu bị gián đoạn (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 2km đến 5km và so độ chính xác cỡ cm là đủ.
Phương pháp đo động cho phép đạt độ chính xác định vị tương đối
không thua kém so với phương pháp đo tĩnh. Song nó lại đòi hỏi khá ngặt
nghèo về thiết bị và tổ chức đo để đảm bảo yêu cầu về đồ hình phân bố cũng
như tín hiệu của vệ tinh.
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 di chuyển đến từng điểm đo, tại mỗi

điểm thu tín hiệu từ 5 đến 10 phút.


16

Sau khi đo hết lượt, máy di động quay trở về điểm xuất phát (điểm đo đầu
tiên) và đo lặp lại tất cả các điểm theo đúng trình tự trước đó, nhưng phải đảm bảo
sao cho khoảng thời gian giãn 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 được số nguyên đa trị, còn hai lần đo, mỗi lần kéo dài từ 5 đến 10
phút và giãn cách nhau một tiếng. Yêu cầu nhất thiết trong phương pháp này là
phải có được ít nhất 3 vệ tinh chung cho cả hai lần đo tại mỗi điểm quan sát.
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 đến 10 phút tại
mỗi điểm đo. Điều này cho phép áp dụng phương pháp cả ở khu vực có nhiều
vật che chắn. 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 trước
một tiếng đồng hồ và đảm bảo số lượng vệ tinh chung cho cả hai lần đo.
2.3. Các nguồn sai số chủ yếu trong kết quả đo GPS
2.3.1. Sai số của đồng hồ
Đây là sai số của đồng hồ vệ tinh, đồng hồ trong máy thu và sự không
đồng bộ giữa chúng.
Đồng hồ trên vệ tinh được trạm điều khiển trên mặt đất theo dõi và
được hiệu chỉnh 3 lần trong một ngày.
Để làm giảm sai số của đồng hồ vệ tinh và máy thu, người ta sử dụng
hiệu các trị đo giữa các vệ tinh cũng như các trạm quan sát.
2.3.2.Sai số của quỹ đạo vệ tinh
Như đã biết, chuyển động của vệ tinh quanh trái đất không tuân thủ nghiêm
ngặt theo định luật Kepler do có nhiều tác động nhiễu như: Tính không đồng nhất
của trọng trường trái đất, ảnh hưởng của sức hút mặt trăng, mặt trời và các thiên

thể khác, sức cản của khí quyển, áp lực của bức xạ mặt trời...Như vậy, chúng ta
cần xác định và sử dụng vị trí tức thời của vệ tinh được xác định ra trên cơ sở sử