Nghiên cứu khả năng ứng dụng công nghệ CORS trong đo đạc địa chính bằng phương pháp đo GPS động thời gian thực ở khu vực đồng bằng sông cửu long (thử nghiệm trên địa bàn tỉnh bạc liêu)

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
------------***------------

MAI QUÝ DÂN

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ CORS
TRONG ĐO ĐẠC ĐỊA CHÍNH BẰNG PHƯƠNG PHÁP
ĐO GPS ĐỘNG THỜI GIAN THỰC Ở KHU VỰC
ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG
(THỬ NGHIỆM TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH BẠC LIÊU)

Chuyên ngành: Quản lý đất đai
Mã số: 60850103

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. TRẦN QUỐC BÌNH

Hà Nội – 2015


LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công
bố trong bất kỳ công trình nào khác.

Hà Nội, ngày 12 tháng 10 năm 2015
MAI QUÝ DÂN

LỜI CẢM ƠN

Trong thời gian học tập, nghiên cứu và thực hiện luận văn, tôi đã nhận được sự
giúp đỡ vô cùng to lớn của quý thầy cô, gia đình, bạn bè và đồng nghiệp. Tôi xin tỏ
lòng biết ơn sâu sắc đến:
- Quý Thầy cô Khoa Địa lý, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc
gia Hà Nội đã tận tình giảng dạy và giúp đỡ tôi trong thời gian học tập và thực hiện đề
tài.
- PGS.TS. Trần Quốc Bình đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong quá trình
nghiên cứu và thực hiện đề tài.
- Phòng Sau Đại học đã tạo điều kiện tốt cho tôi trong suốt khóa học và thời
gian thực hiện đề tài.
- Đặc biệt gia đình, bạn bè và các đồng nghiệp đã góp ý, khuyến khích động viên,
tạo điều kiện thuận lợi cho tôi nghiên cứu và thực hiện đề tài này.
Xin chân thành cảm ơn!

MAI QUÝ DÂN


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 8
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ỨNG DỤNG CỦA GPS TRONG ĐO ĐẠC ĐỊA
CHÍNH ................................................................................................................. 11
1.1. Khái quát về công nghệ GPS .......................................................................... 11
1.1.1. Sự ra đời của GPS............................................................................... 11
1.2. Các phương pháp đo đạc bằng GPS ............................................................... 17
1.2.1. Phương pháp định vị độc lập............................................................... 17
1.2.2. Phương pháp đo GPS phân sai (Differential GPS) .............................. 18
1.2.3. Phương pháp đo pha GPS ................................................................... 19

1.2.4. Phương pháp đo động thời gian thực (RTK) ....................................... 19
1.3. Các ứng dụng GPS trong đo đạc địa chính ..................................................... 21
1.3.1. Ứng dụng trong thành lập lưới khống chế tọa độ ................................ 21
1.3.2. Ứng dụng trong đo vẽ chi tiết ............................................................. 22
1.3.3. Kết hợp GPS với các phương pháp khác trong đo đạc địa chính ......... 23
1.4. Các vấn đề cần giải quyết trong đo đạc địa chính bằng phương pháp RTK ở khu
vực Đồng bằng sông Cửu Long............................................................................. 23
1.4.1. Phân tích kết quả đạt được của một số dự án đo đạc địa chính bằng
phương pháp RTK ................................................................................................ 23
1.4.2. Nhận dạng vấn đề và định hướng khắc phục ....................................... 26
CHƯƠNG 2: GIẢI PHÁP SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ CORS TRONG ĐO ĐẠC
ĐỊA CHÍNH BẰNG PHƯƠNG PHÁP RTK ........................................................ 27
2.1. Khái quát về công nghệ CORS ....................................................................... 27
2.1.1. Khái niệm về công nghệ CORS .......................................................... 27
2.1.2. Cấu trúc trạm CORS ........................................................................... 27
2.1.3. Các kỹ thuật trạm CORS hiện có ........................................................ 30

1


2.1.4. Tình hình ứng dụng công nghệ CORS trong đo đạc bản đồ ................. 35
2.2. Các phương án triển khai đo đạc địa chính bằng công nghệ CORS ................ 40
2.2.1. Đối với các khu vực đo đạc tập trung .................................................. 40
2.2.2. Đối với khu vực đo đạc phân tán......................................................... 40
2.3. Quy trình đo đạc sử dụng công nghệ CORS trong đo đạc địa chính................ 41
2.3.1 Sơ đồ thực hiện .................................................................................... 41
2.3.2 Thiết lập trạm CORS ........................................................................... 42
2.3.3. Đo vẽ chi tiết ...................................................................................... 46
2.3.4. Đo vẽ cập nhật biến động.................................................................... 49
CHƯƠNG 3: THỬ NGHIỆM ĐO ĐẠC ĐỊA CHÍNH SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ

CORS TẠI TỈNH BẠC LIÊU ............................................................................... 50
3.1. Khái quát về khu vực thử nghiệm ................................................................... 50
3.1.1. Vị trí địa lý ......................................................................................... 50
3.1.2. Điều kiện địa hình, địa vật .................................................................. 51
3.1.3. Điều kiện trang thiết bị, công nghệ thông tin phục vụ xây dựng trạm
CORS ................................................................................................................... 51
3.2. Giải pháp triển khai ........................................................................................ 53
3.2.1. Chuyển đổi tọa độ cục bộ cho các khu vực ......................................... 53
3.2.2. Tăng cường các trạm CORS để nâng cao độ chính xác ....................... 67
3.3. Phân tích và đánh giá kết quả thử nghiệm ...................................................... 69
3.3.1. Đánh giá về khả năng đo vẽ ................................................................ 69
3.3.2. Đánh giá về độ chính xác .................................................................... 73
3.3.3. Đánh giá về hiệu quả kinh tế và kỹ thuật............................................. 73
3.4. Đề xuất một số giải pháp nâng cao hiệu quả ứng dụng CORS trong đo đạc địa
chính ..................................................................................................................... 74
3.4.1. Giải pháp về công nghệ ...................................................................... 74

2


3.4.2. Giải pháp về nhân lực ......................................................................... 76
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................... 77
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 79
PHẦN PHỤ LỤC ................................................................................................. 80
PHỤ LỤC 1: SƠ ĐỒ VỊ TRÍ CÁC ĐIỂM ĐỊA CHÍNH KHU VỰC THÀNH PHỐ
BẠC LIÊU SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN ...................................................... 81
PHỤ LỤC 1: SƠ ĐỒ VỊ TRÍ CÁC ĐIỂM ĐỊA CHÍNH KHU VỰC HUYỆN VĨNH
LỢI SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN ................................................................... 1

3

DANH MỤC HÌNH
Hình 1.

Sơ đồ phân bố các vệ tinh GPS .............................................................. 12

Hình 2.

Sơ đồ 3 thành phần chính của hệ thống GPS.......................................... 13

Hình 3.

Sơ đồ cấu trúc tín hiệu GPS ................................................................... 15

Hình 4.

Các trạm điều khiển mặt đất .................................................................. 16

Hình 5.

Sơ đồ giao hội không gian từ 03 vệ tinh ................................................ 17

Hình 6.

Sơ đồ phương pháp đo RTK .................................................................. 20

Hình 7.

Sơ đồ cấu trúc trạm CORS .................................................................... 28

Hình 8.

Trạm tham chiếu trên mặt đất ................................................................ 29

Hình 9.

Trạm tham chiếu đặt trên nhà cao tầng .................................................. 29

Hình 10.

Sơ đồ trạm xử lý trung tâm ................................................................ 30

Hình 11.

Trạm tham chiếu ảo trong công nghệ CORS ...................................... 31

Hình 12.

Thông số hiệu chỉnh khu vực ............................................................. 32

Hình 13.

Kỹ thuật phối hợp trạm phụ trợ và trạm chính ................................... 33

Hình 14.

Nâng cao kỹ thuật trạm tham chiếu ảo ............................................... 34

Hình 15.

Kỹ thuật DEEP – NRS....................................................................... 34

Hình 16.

Sơ đồ phân bố trạm bố trạm CORS tại Mỹ ........................................ 35

Hình 17.

Sơ đồ phân bố các trạm CORS tại Trung Quốc .................................. 36

Hình 18.

Sơ đồ phân bố trạm CORS tại Australia............................................. 36

Hình 19.

Sơ đồ phân bố trạm CORS tại Thái Lan............................................. 37

Hình 20.

Sơ đồ phân bố một số trạm CORS tại Việt Nam ................................ 38

Hình 21.

Trạm CORS của Trường Đại học Mỏ - Địa chất ................................ 39

Hình 22.

Sơ đồ các trạm CORS do Công ty TNHH MTV Tài nguyên và Môi

trường Miền Nam lập .................................................................................... 39
Hình 23.

Sơ đồ quy trình đo đạc sử dụng công nghệ CORS ............................. 42

Hình 24.

Sơ đồ tính toán vị trí trạm CORS với mạng lưới các điểm IGS lân cận ..
.......................................................................................................... 43

Hình 25.

Sơ đồ lắp đặt trạm CORS .................................................................. 44

Hình 26.

Sơ đồ quy trình đo vẽ chi tiết bằng công nghệ CORS ........................ 46

4


Hình 27.

Sơ đồ vị trí các khu vực thực nghiệm................................................. 50

Hình 28.

Trạm tham chiếu CORS tại khu vực thực nghiệm .............................. 52

Hình 29.

Trạm xử lý trung tâm tại TP Hồ Chí Minh ......................................... 52

Hình 30.

Sơ đồ đo nối các điểm phục vụ tính chuyển tọa độ ............................ 54

Hình 31.

Sơ đồ khu vực thử nghiệm tại thành phố Bạc Liêu ............................. 63

Hình 32.

Sơ đồ vị trí các trạm tham chiếu ........................................................ 67

Hình 33.

Khu vực khu dân cư trung tâm........................................................... 70

Hình 34.

Khu vực dân cư còn lại ...................................................................... 71

Hình 35.

Khu vực canh tác lúa hoặc nuôi trồng thủy sản .................................. 72

5

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1. Số liệu tính toán tọa độ điểm từ .......................... 43
Bảng 2. Các chỉ tiêu tính cạnh lưới tính chuyển .................................................. 54
Bảng 3. Sai số khép hình lưới tính chuyển .......................................................... 55
Bảng 4. Giá trị sai số các điểm trong mạng lưới xác định tọa độ WGS-84 điểm
BL01 ............................................................................................................. 56
Bảng 5. Kết quả chỉ số Ambiguity Resolution mạng lưới xác định tọa độ điểm
tham chiếu BL01 ........................................................................................... 57
Bảng 6. Kết quả tọa độ các điểm ĐCCS trên hệ WGS-84 ................................... 58
Bảng 7. So sánh tọa độ khu đo tập trung ............................................................. 60
Bảng 8. So sánh chiều dài cạnh khu đo tập trung ................................................ 61
Bảng 9. Bảng tọa độ WGS-84 các điểm tính chuyển khu đo phân tán ................. 63
Bảng 10.

So sánh tọa độ khu đo phân tán.......................................................... 65

Bảng 11.

So sánh chiều dài cạnh khu đo phân tán ............................................. 66

Bảng 12.

So sánh tọa độ khi sử dụng 02 trạm tham chiếu ................................. 68

Bảng 13.

So sánh chiều dài cạnh khi sử dụng 02 trạm tham chiếu .................... 68

6


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
A/S:

Anti Spoofing

C/A:

Coarse/Acquisition

CORS:

Continuosly Operating Reference Stations

DGPS:

Differential Global Positioning System

ĐCCS:

Địa chính cơ sở

FKP:

Flächen Korrektur Parameter

GDOP:

Geometry Dilution of Precision

GLONASS

Global Orbiting Navigation Satellite System

GNSS:

Global Navigation Satellite System

GPRS:

General Packet Radio Service

GPS:

Global Positioning System

GIS:

Geomatic Information System

HDOP:

Horizotal Dilution of Precision

IGS:

International GNSS Service

IP:

Internet Protocol

IRNSS:

Indian Regional Navigation Satellite System

MAC:

Master Auxiliary Corrections

OTF:

On the fly

P code:

Precision code

PDOP:

Position Dilution of Precision

PPK

Post-processed Kinematic

RTK

Real Time Kinematic

SA

Selective Availability

TBC

Trimble Bussiness Center

TDOP

Time Dilution of Precision

VDOP

Vertical Dilution of Precision

VLAP

Vietnam Land Administration Project

VRS

Virtual Reference Station

WAN

Wide area network

WGS-84

World Geodetic System 1984

7


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu
Hiện nay, công nghệ đo GPS động thời gian thực đã được ứng dụng rộng rãi
trong công tác đo đạc do độ chính xác cao, dễ sử dụng, linh hoạt trong quá trình đo
đạc, tiết kiệm nhân lực.
Công nghệ CORS là một trong những phương pháp đo RTK động đã thể hiện
tính ưu việt so với phương pháp đo RTK sử dụng sóng radio truyền thống do khắc
phục được hạn chế về khoảng cách đo và khả năng truyền dữ liệu cải chính. Nhiều
nước, trong đó có Việt Nam đã từng bước ứng dụng và phổ biến công nghệ này
trong công tác đo đạc ngoại nghiệp bằng GPS.
Tại khu vực đồng bằng sông Cửu Long, do điều kiện địa hình, địa vật và hạ
tầng kỹ thuật tương đối phù hợp cho việc ứng dụng công nghệ CORS để phục vụ đo
đạc địa chính. Vì vậy, cần thiết phải có sự nghiên cứu, đánh giá khả năng ứng dụng
của phương pháp đo này trong quá trình đo đạc, thành lập bản đồ địa chính tại khu
vực.
2. Mục tiêu của đề tài
Nghiên cứu, đánh giá khả năng ứng dụng công nghệ CORS trong đo đạc địa
chính khu vực Đồng bằng sông Cửu Long bằng phương pháp đo GPS động thời
gian thực (RTK).
3. Nội dung nghiên cứu
- Nghiên cứu tổng quan về ứng dụng GPS trong đo đạc bản đồ địa chính.
- Nghiên cứu cơ sở khoa học và kỹ thuật của công nghệ CORS.
- Thử nghiệm triển khai đo đạc địa chính bằng công nghệ CORS tại một số

khu đo tại tỉnh Bạc Liêu.

8


- Đánh giá khả năng và đề xuất một số giải pháp triển khai ứng dụng và nâng
cao độ chính xác trạm CORS trong đo đạc địa chính tại khu vực Đồng bằng sông
Cửu Long.
4. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp phân tích và tổng hợp tài liệu: Phân tích và tổng hợp tình hình
nghiên cứu liên quan đến nội dung của đề tài. Phân tích các quy định kỹ thuật và
các tư liệu hiện có để phát hiện vấn đề và định hướng giải quyết.
- Phương pháp trắc địa vệ tinh: sử dụng để xây dựng mạng lưới đo GPS tĩnh
để xác định thông số chuyển đổi tọa độ tại khu vực thực nghiệm.
- Phương pháp so sánh: so sánh kết quả đo đạc bằng các phương pháp khác
nhau để đánh giá điểm mạnh, điểm yếu của từng phương pháp.
- Phương pháp chuyên gia: Tham khảo kinh nghiệm thực tiễn của các chuyên
gia hoạt động trong lĩnh vực đo đạc, xử lý số liệu GPS.
- Phương pháp thử nghiệm thực tế: triển khai kiểm tra các giả thuyết, các ý
tưởng trong điều kiện thực tế.
5. Kết quả đạt được
- Đưa ra được đánh giá tính khả thi của việc áp dụng công nghệ CORS trong
đo đạc địa chính bằng GPS ở một số điều kiện đặc trưng của khu vực Đồng bằng
sông Cửu Long.
- Một số giải pháp nâng cao hiệu quả áp dụng công nghệ CORS trong đo đạc
địa chính ở khu vực Đồng bằng sông Cửu Long.
6. Ý nghĩa của đề tài
Luận văn đã khẳng định được tính khả thi và đưa ra một số khuyến cáo về việc
áp dụng công nghệ CORS trong đo đạc địa chính bằng phương pháp đo GPS động
thời gian thực nhằm nâng cao hiệu quả của công tác này.

7. Bố cục của luận văn
Ngoài phần mở đầu và kết luận, luận văn được cấu trúc thành 03 chương:
Chương 1: Tổng quan về ứng dụng của GPS trong đo đạc địa chính.

9


Chương 2: Giải pháp sử dụng công nghệ CORS trong đo đạc địa chính bằng
phương pháp RTK.
Chương 3: Thử nghiệm đo đạc địa chính sử dụng công nghệ CORS tại tỉnh
Bạc Liêu.

10


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ỨNG DỤNG
CỦA GPS TRONG ĐO ĐẠC ĐỊA CHÍNH

1.1. Khái quát về công nghệ GPS
1.1.1. Sự ra đời của GPS
GPS là hệ thống định vị toàn cầu do chính phủ Mỹ thiết lập và giao cho Bộ
Quốc phòng Mỹ quản lý, sử dụng và khai thác. Mục đích ban đầu của việc thành lập
hệ thống là để áp dụng định vị trong các hoạt động của quân đội Mỹ nhưng sau đó
được mở rộng sang các ứng dụng dân sự.
Hệ thống được khởi động từ đầu những năm 1970 trên cơ sở thống nhất 02 dự
án định vị vệ tinh của lực lượng không quân Mỹ (dự án 621B) và lực lượng hải
quân Mỹ (TIMATION). Những vệ tinh đầu tiên của hệ thống đã được đưa lên quỹ
đạo vào năm 1978. Đến năm 1993, 24 vệ tinh đã được phóng lên trên 6 quỹ đạo
quanh Trái đất để đảm bảo có thể định vị bất kỳ vị trí nào trên mặt đất tại các thời
điểm trong ngày. Đến năm 1995, hệ thống được hoàn thành cả về điều khiển, khai

thác và sử dụng [5].
Từ năm 1995 đến nay, hệ thống tiếp tục được phát triển bằng cách thay thế các
vệ tinh đã hết hạn sử dụng, bổ sung thêm các vệ tinh để nâng cao độ chính xác và
tính dự phòng của hệ thống.
Ngoài hệ thống GPS của Mỹ, còn có hệ thống GLONASS của Nga, hệ thống
GALILEO của Liên minh Châu Âu, hệ thống COMPASS (Beidou) của Trung
Quốc, và hệ thống IRNSS của Ấn Độ [5].
Tại Việt Nam, từ những năm 1990, Cục Đo đạc và Bản đồ đã bắt đầu ứng
dụng GPS trong lĩnh vực xây dựng hệ thống lưới tọa độ Quốc gia, đặc biệt là xây
dựng mạng lưới cấp 0 phủ trùm toàn quốc làm cơ sở cho việc xây dựng hệ tọa độ
Nhà nước VN-2000 và phát triển các mạng lưới cấp thấp. Đến năm 2004, nước ta
đã xây dựng hoàn thiện mạng lưới địa chính cơ sở phủ trùm toàn quốc bằng công
nghệ GPS làm cơ sở cho việc đo đạc, lập bản đồ địa chính theo hệ tọa độ thống nhất
VN-2000.

11


Những năm gần đây, trong lĩnh vực đo đạc bản đồ GPS ngày càng được ứng
dụng rộng rãi và phổ biến hơn. Ngoài việc ứng dụng để đo đạc các mạng lưới khống
chế, GPS còn được ứng dụng trong việc đo vẽ chi tiết, thành lập các bản đồ chuyên
đề. Trong lĩnh vực đo đạc bản đồ địa chính, việc ứng dụng công nghệ GPS đã góp
phần đẩy nhanh tiến độ đo đạc bản đồ địa chính trên toàn quốc.

Hình 1. Sơ đồ phân bố các vệ tinh GPS

1.1.2. Các thành phần của GPS
GPS là hệ thống tổng hợp của 3 thành phần chính:
- Phần không gian;
- Phần điều khiển;

- Phần sử dụng.

12


Hình 2. Sơ đồ 3 thành phần chính của hệ thống GPS

1.1.2.1. Phần không gian
1. Các vệ tinh:
Phần không gian bao gồm các vệ tinh bay trên 6 mặt phẳng quỹ đạo ở độ cao
20.200 km. Mặt phẳng quỹ đạo có độ nghiêng so với mặt phẳng xích đạo 550. Theo
thiết kế, hệ thống luôn duy trì hoạt động tối thiểu 24 vệ tinh, mỗi quỹ đạo có 4 vệ
tinh. Sự phân bố này đảm bảo tại bất kỳ vị trí quan trắc nào trên Trái đất đều có thể
quan sát được 4 vệ tinh [3].
Các chức năng chính của hệ thống bao gồm :
- Nhận và lưu trữ dữ liệu được phát từ phần điều khiển;
- Cung cấp thời gian chính xác thông qua các đồng hồ nguyên tử;
- Phát tín hiệu cho phần sử dụng theo tần số L1, L2.
2. Tín hiệu từ vệ tinh GPS
Tín hiệu vệ tinh phát ra từ vệ tinh gồm 03 thành phần:
- Sóng tải;

13


- Mã giả ngẫu nhiên;
- Thông báo định vị.
* Các sóng tải:
Nhiệm vụ của sóng tải là dùng để chuyển tải mã đo khoảng cách và các thông
báo định vị, gồm 02 sóng trong dải tần L là L1 (tần số 1575,42 Mhz) và L2 (tần số

1227,60 Mhz);
Ngoài sóng L1, L2, các vệ tinh khối IIF và khối III còn phát sóng L5 (tần số
1176 Mhz).
* Mã giả ngẫu nhiên:
Mã giả ngẫu nhiên được sử dụng để đo khoảng cách từ vệ tinh tới máy thu,
gồm mã C/A code và P code (hoặc Y code).
Mã C/A code được phát ở tần số 1023 Mhz, dùng để điều biến tần số L1 theo
chu kỳ lặp lại 1ms.
Mã P-code được phát ở tần số 10,23 Mhz, có chu kỳ lặp lại 266,4 ngày (tương
ứng lặp lại với mỗi vệ tinh 01 tuần). P-code điều biến cả 02 sóng L1, L2. Khi chế độ
A/S được bật lên thì P-code chuyển sang Y-code và người dùng dân sự không dùng
được.

14


Hình 3. Sơ đồ cấu trúc tín hiệu GPS

1.1.2.2. Phần điều khiển
Phần điều khiển bao gồm mạng lưới các trạm điều khiển mặt đất có chức năng
điều khiển vệ tinh, theo dõi tình trạng hoạt động của vệ tinh, theo dõi quỹ đạo, tính
toán lịch vệ tinh.
Hiện tại, phần điều khiển bao gồm:
- 01 trạm điều khiển chính (Master Control Station) đặt tại Colorado (Mỹ) có
chức năng thu nhận các thông tin đạo hàng từ các trạm điều khiển khác, tổng hợp,
tính toán xác định vị trí chính xác các vệ tinh trong không gian và gửi dữ liệu này
tới các vệ tinh. Đây cũng là trạm ra lệnh điều khiển hệ thống như đường bay vệ tinh,
thay thế vệ tinh, bật/tắt chế độ mã hóa…
- 01 trạm điều khiển dự phòng cho trạm chính (Alternate Master Control
Station) đặt tại California (Mỹ) có chức dự phòng cho trạm điều khiển chính.

15


- 16 trạm điều khiển (Monitor station): có 10 trạm của Cơ quan tình báo địa
không gian Mỹ (NGA- National Geospatial-Intellegence Agency) và 06 của Không
lực Mỹ (Air Force). Chức năng của các trạm điều khiển là theo dõi các vệ tinh trong
tầm quan sát, thu thập và chuyển các thông tin từ vệ tinh vệ trạm chính.
- 04 trạm ăng ten mặt đất (Ground antenna) dùng để tải dữ liệu lên các vệ tinh
(lịch vệ tinh, số hiệu chỉnh đồng hồ và các lệnh điều khiển từ trạm chính).

Hình 4. Các trạác trr).ng ten mặt đ

(Nguồn />1.1.2.3. Phần sử dụng
Phần sử dụng bao gồm:
- Phần cứng: các thiết bị thu tín hiệu vệ tinh phục vụ các mục đích khác nhau
như đo đạc, dẫn đường…;
- Phần mềm: phục vụ người sử dụng xác định các thông tin định vị cần thiết;
- Các thao tác, thủ tục thực hiện.
Các thiết bị phần sử dụng rất đa dạng do phục vụ nhiều mục đích sử dụng khác
nhau của GPS. Các thiết bị thường được phân loại theo loại trị đo mà chúng có thể
thực hiện được:
- Các máy thu GPS để định vị trong dân sự, sử dụng phương pháp đo mã
C/A-code ở tần số L1;

16


- Các máy đo GPS để định vị trong quân sự, sử dụng phương pháp đo mã
C/A-code và P-code ở cả 02 tần số L1 và L2;

- Các máy đo pha một tần (L1);
- Các máy đo pha 2 tần số L1 và L2.
1.2. Các phương pháp đo đạc bằng GPS
Tùy theo nhu cầu sử dụng và độ chính xác cần đạt được, có thể lựa chọn các
phương pháp đo đạc GPS khác nhau. Cụ thể là [3]:
- Định vị độc lập (Autonomous Navigation): thường sử dụng trong du lịch,
hàng không, hàng hải do độ chính xác không cao (15-20m) nhưng tiện lợi, đơn giản;
- Đo GPS phân sai DGPS (Differential Global Positioning System): sử dụng
trạm cố định để xác định số hiệu chỉnh cho máy thu di động. Độ chính xác đạt
0,5-5,0m. Thường được sử dụng trong hàng hải ven bờ và đo đạc độ chính xác thấp;
- Đo pha (Phase Measurement): Sử dụng đo pha sóng tải L1, L2. Độ chính xác
đạt tới 1-20mm nên thích hợp với đo đạc địa chính.
1.2.1. Phương pháp định vị độc lập
Định vị độc lập được xác định trên cơ sở đo mã C/A-code hoặc P-code.
Nguyên lý của phương pháp dựa trên cơ sở phương pháp giao hội thuận trong
không gian: có thể xác định vị trí của điểm đo nếu biết trước khoảng cách từ điểm
đo tới ít nhất 3 vệ tinh [3].

Hình 5. Sơ đồ giao hội không gian từ 03 vệ tinh

17


Do có sai lệch giữa đồng hồ vệ tinh và đồng hồ máy thu nên ngoài việc xác
định các thông số tọa độ X,Y,Z cần xác định bổ sung giá trị sai lệch này. Vì vậy,
cần tối thiểu 04 vệ tinh để xác định vị trí của điểm đo trong định vị độc lập.
1.2.2. Phương pháp đo GPS phân sai (Differential GPS)
Nếu có từ 2 máy thu C/A code hoặc P code có thể áp dụng phương pháp đo
phân sai. Một máy thu đặt tại điểm cố định có chức năng tính toán vị trí theo tín
hiệu thu được. Giá trị tọa độ tính toán theo tín hiệu thu được và tọa độ biết trước

của điểm cố định dùng để xác định số hiệu chỉnh. Số hiệu chỉnh này được chuyển
đến máy thu di động để giúp tăng độ chính xác xác định vị trí so với phương pháp
định vị độc lập [5].
Tùy theo phương pháp đo mà số hiệu chỉnh có thể được xác định dưới
dạng [5]:
- Số hiệu chỉnh vị trí: máy thu cố định thu tín hiệu, xác định tọa độ và tính ra
các số cải chỉnh tọa độ ∆X, ∆Y, ∆Z. Các số cải chính này được chuyển tới máy thu
di động để hiệu chỉnh tọa độ của chúng. Phương pháp này chỉ áp dụng khi máy thu
cố định và máy thu di động tương đối gần nhau để đảm bảo 2 máy có thể thu được
tín hiệu của ít nhất 04 vệ tinh chung. Nếu ở xa quá, giá trị hiệu chỉnh không những
không hiệu quả mà còn làm biến dạng kết quả đo.
- Số hiệu chỉnh trị đo: Từ số liệu khoảng cách thực ρ và giá trị đo giả cự ly P
xác định được số hiệu chỉnh r =ρ-P. Số hiệu chỉnh này chuyển tới các máy thu di
động để hiệu chỉnh các trị đo giả cự ly thành các khoảng cách thực.
Để chuyển thông tin số hiệu chỉnh tới máy trạm, có 02 chế độ:
- Chuyển số cải chính thời gian thực bằng sóng radio.
- Chuyển số cải chính trong chế độ xử lý sau.
Thông tin chi tiết có thể tham khảo trong tài liệu [3].

18


1.2.3. Phương pháp đo pha GPS
1.2.3.1. Nguyên tắc
Phương pháp đo pha sử dụng sóng tải L1, L2 để xác định độ lệch pha giữa
sóng tải máy thu tạo ra và sóng tải máy thu thu được. Từ giá trị lệch pha này sẽ xác
định được giá trị đo pha sóng tải.

Hình 13. Độ lệch pha giữa sóng từ vệ tinh và sóng từ máy thu phát ra

1.2.3.2. Các kỹ thuật đo pha GPS
Các kỹ thuật đo sóng pha đều yêu cầu ít nhất 02 máy thu. Các kỹ thuật đo pha
phổ biến gồm [2]:
- Đo tĩnh (Static GPS surveying): thường được sử dụng trong xây dựng lưới
khống chế trắc địa;
- Đo tĩnh nhanh (Fast Static hay Rapid Static): thường áp dụng trong xây dựng
lưới trắc địa cấp thấp, lưới đo vẽ và đo vẽ chi tiết;
- Đo động xử lý sau (Post-processed Kinematic): thường áp dụng trong đo vẽ
chi tiết;
- Đo động thời gian thực (Real Time Kinematic): thường áp dụng trong đo vẽ
chi tiết;
1.2.4. Phương pháp đo động thời gian thực (RTK)
RTK là phương pháp định vị tương đối đo pha sóng tải. Trạm Base đặt tại
điểm cố định có chức năng thu tín hiệu vệ tinh và xác định các thông số hiệu chỉnh
trên cơ sở số liệu đã biết (tọa độ, chiều dài cạnh đáy,…). Số liệu hiệu chỉnh được
truyền tới các trạm Rover theo thời gian thực bằng sóng radio. Các trạm Rover thu
tín hiệu vệ tinh và số hiệu chỉnh để tính toán ra tọa độ tức thời tại thời điểm đo.

19


Hình 6. Sơ đồ phương pháp đo RTK

Có 02 chế độ đo động RTK. Bao gồm:
- Continous: Máy đo Rover luôn di động mà không dừng lại tại các điểm đo.
Phần mềm sẽ tự nội suy theo khoảng cách và thời gian để xác định tọa độ điểm đo
trên tuyến.
- Stop and Go: Máy đo Rover di chuyển tới các điểm cần đo và dừng lại tại
điểm đo trong thời gian nhất định để máy đo thu tín hiệu, tính toán xác định tọa độ.
Trong phương pháp RTK, việc khởi đo là bắt buộc để đảm bảo tính toán, xác

định được số nguyên đa trị. Việc khởi đo được thực hiện khi:
- Trước khi bắt đầu ca đo;
- Trong quá trình đo khi bị mất tín hiệu vệ tinh hoặc radio;
- Cuối ca đo.
Có một số chế phương pháp khởi đo sau:
- Khởi đo trên một cạnh đáy đã biết: Bao gồm 3 cách sau:
+ Know point: khởi đo trên 02 điểm đã biết tọa độ;
+ New point: khởi đo trên 02 điểm trong đó điểm trạm Base biết trước tọa độ,
điểm Rover chưa biết tọa độ.

20


+ Reoccupation: khởi đo lại khi xảy ra hiện tượng trượt chu kỳ. Khởi đo lại
theo cách thức giống Know point bằng cách quay lại điểm đo trước để khởi đo.
Cũng có thể khởi đo tại điểm mới theo chế độ new point.
- Khởi đo bằng phương pháp đảo ăng ten: Máy cố định đặt tại trạm đã biết tọa
độ, máy động đặt tại điểm không cần biết tọa độ ở gần máy cố định (khoảng một vài
m). Cả 2 máy cùng tiến hành đo trong một thời gian sau đó đảo ăng ten của 02 máy
cho nhau rồi đo tiếp khoảng một thời gian nữa. Sau đó, chuyển ăng ten 02 máy về vị
trí ban đầu trước khi đo chi tiết.
- Khởi đo OTF (On the fly): Chỉ áp dụng với các máy thu 02 tần số. Đây là
phương pháp khởi đo ngay cả khi máy đo đang di chuyển. Nguyên lý của phương
pháp này là tính toán sơ bộ số liệu khởi đo bằng phương pháp số bình phương nhỏ
nhất hay bằng bộ lọc Kalman. Kết quả là ước lượng được dạng thập phân của số
nguyên chu kỳ và ma trận hiệp phương sai của ước lượng này, từ đó giới hạn được
miền tìm kiếm số nguyên đa trị giúp máy đo có thể khởi đo trong quá trình di chuyển.
Thông tin chi tiết về các kỹ thuật khởi đo có thể tham khảo trong tài liệu [3].
1.3. Các ứng dụng GPS trong đo đạc địa chính
1.3.1. Ứng dụng trong thành lập lưới khống chế tọa độ

1.3.1.1. Thành lập lưới địa chính
Lưới địa chính được thành lập trên cơ sở các điểm tọa độ địa chính cơ sở hoặc
lưới khống chế nhà nước cấp cao hơn, giúp tăng dày mạng lưới khống chế và làm
cơ sở phát triển mạng lưới khống chế đo vẽ.
Với độ chính xác quy định đối với lưới địa chính tại quy định thành lập bản đồ
địa chính của Bộ Tài nguyên và Môi trường [1] thì có thể áp dụng phương pháp đo
tĩnh hoặc tĩnh nhanh để đo đạc mạng lưới.
Do các máy đo GPS được sản xuất có độ chính cao, giá thành ngày càng rẻ,
đồng thời tốn ít thời gian, nhân lực hơn so với phương pháp toàn đạc nên hầu hết
mạng lưới địa chính hiện nay đều được thành lập bằng công nghệ GPS.

21


1.3.1.2. Thành lập lưới khống chế đo vẽ
Lưới khống chế đo vẽ được lập nhằm tăng dày thêm các điểm tọa độ để đảm
bảo cho việc lập bản đồ địa chính bằng phương pháp đo vẽ trực tiếp tại thực địa
hoặc tăng dày điểm khống chế ảnh để đo vẽ bổ sung ngoài thực địa khi lập bản đồ
địa chính bằng phương pháp ảnh hàng không kết hợp đo vẽ trực tiếp ngoài thực địa.
Do việc thành lập lưới khống chế đo vẽ bằng phương pháp đường chuyền toàn
đạc tốn thời gian, nhân lực và không hiệu quả do phải thiết kế thêm nhiều điểm
trung gian nên nếu điều kiện đo cho phép thì sử dụng phương pháp đo GPS sẽ đảm
bảo tính hiệu quả hơn.
Sử dụng phương pháp đo GPS tĩnh, đo tĩnh nhanh hoặc đo động tùy theo yêu
cầu độ chính xác khi thành lập bản đồ địa chính và điều kiện trang thiết bị.
1.3.2. Ứng dụng trong đo vẽ chi tiết
Trong đo đạc chi tiết thành lập bản đồ địa chính, thường người ta ứng dụng
công nghệ GPS động. Cụ thể:
1. Công nghệ đo GPS phân sai (DGPS):
Thường ứng dụng để thành lập bản đồ địa chính tỷ lệ 1:5000 - 1:10.000 tại các

khu vực:
- Các khu vực đất lâm nghiệp yêu cầu độ chính xác đo vẽ bản đồ địa chính thấp;
- Các khu vực đất ven biển, các đảo;
- Các khu vực cần đo vẽ bổ sung khi thành lập bản đồ bằng ảnh hàng không
hoặc ảnh viễn thám;
2. Công nghệ đo động PPK:
Thường ứng dụng để đo vẽ bản đồ địa chính tỷ lệ lớn 1/2000÷1/5000 tại các
khu vực đảm bảo yêu cầu đo GPS như:
- Khu vực đồng ruộng trồng cây ngắn ngày;
- Khu vực dân cư có độ thực phủ thấp hoặc trồng các cây có độ cao thấp.
Phương pháp này không phụ thuộc vào tín hiệu radio nên tiết kiệm được chi
phí, loại bỏ được sai số do độ trễ của tín hiệu hiệu chỉnh và sai số do trạm đo cố
định.

22