ỨNG DỤNG GNSS TRONG TRẮC ĐỊA

Đồ án tốt nghiệp
MỤC LỤC

Hồ Viết Tuấn

1


Đồ án tốt nghiệp
DANH MỤC HÌNH VẼ

Hồ Viết Tuấn

2


Đồ án tốt nghiệp
DANH MỤC BẢNG BIỂU

Hồ Viết Tuấn

3


Đồ án tốt nghiệp
DANH MỤC NHỮNG TỪ VIẾT TẮT
GNSS - Global Navigation Satellite System
CORS - Continuously Operating Reference Station
RTK – Real Time Kinematic
GPS - Global Positioning System
IGS - International GNSS Service

ITRF - International Terrestrial Reference Frame
WGS - Wold Geodetic System
IAG - International Association of Geodesy

Hồ Viết Tuấn

4


Đồ án tốt nghiệp
LỜI MỞ ĐẦU
Từ khi ra đời, hệ thống vệ tinh dẫn đường toàn cầu đã mở ra kỷ nguyên
mới cho khoa học, công nghệ nói chung cũng như ngành trắc địa - bản đồ nói
riêng. Với ưu thế về công nghệ như đã nói trên, GNSS đã làm thay đổi một cách
căn bản về quan niệm cũng như phương thức giải quyết các bài toán xác định
tọa độ vị trí các điểm trên mặt đất.
Ở Việt Nam trong thời gian qua, công nghệ GNSS đã giúp cho việc nâng
cấp độ chính xác, hoàn thiện, hiện đại hóa lưới tọa độ đã được thiết lập theo
quan niệm truyền thống thành Hệ quy chiếu và hệ lưới điểm tọa độ quốc gia VN
- 2000. Đây là thành tựu đã được công nhận, đánh dấu một giai đoạn của khoa
học trắc địa và bản đồ nước ta. Trước thành tựu phát triển vượt trội của công
nghệ GNSS trên thế giới, việc tiếp tục xây dựng lưới tọa độ trắc địa thuần túy
bằng công nghệ GNSS thay thế lưới trắc địa truyền thống nhằm thỏa mãn mọi
nhu cầu hiện đại về tọa độ cần được đặt ra. Ứng dụng công nghệ GNSS mang
tính toàn cầu, là thành phần cơ bản nhất của hạ tầng thông tin địa lý như một xu
hướng đã được hình thành trên thế giới.Trên thực tế đặt ra xu hướng cho tương
lai gần để xây dựng lưới tọa độ trắc địa hiện đại,nhằm đảm bảo mọi nhu cầu đặt
ra hiện nay,phù hợp với sự phát triển thông tin địa lý trên thế giới.Với đề tài
“NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GNSS/CORS/RTK TRONG
CÔNG TÁC THÀNH LẬP LƯỚI KHỐNG CHẾ CƠ SỞ MẶT BẰNG’’ và

thực ngiệm tại khu vực chèm.
Bản đồ án tốt nghiệp gồm bốn chương:
Chương 1: Lý thuyết chung về hệ thống vệ tinh dẫn đường toàn cầu
GNSS
Chương 2: Các phương pháp thành lập lưới khống chế trong trắc địa
Chương 3: Giới thiệu trạm CORS theo kỹ thuật NRS của SOUTH lắp
đặt ở trường Đại Học Mỏ Địa Chất
Chương 4: Ứng dụng công nghệ GNSS/CORS/RTK trong việc thành lập
lưới khống chế mặt bằng ở Việt Nam

Hồ Viết Tuấn

5


Đồ án tốt nghiệp
Bằng sự cố gắng nỗ lực của bản thân và đặc biệt là sự giúp đỡ tận tình,
chu đáo của thầy giáo PGS.TS Phạm Công Khải, em đã hoàn thành đồ án đúng
thời hạn. Do thời gian làm đồ án có hạn và trình độ còn nhiều hạn chế nên
không thể tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận được sự đóng góp ý
kiến của các thầy cô cũng như là của các bạn sinh viên để bài đồ án này hoàn
thiện hơn nữa. Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo PGS.TS Phạm Công Khải,
các thầy cô giáo trong bộ môn Trắc Địa Mỏ Công Trình đã tạo điều kiện giúp
đỡ em trong thời gian qua.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà nội, ngày 18 tháng 6 năm 2015
Sinh viên thực hiện
Hồ Viết Tuấn

Hồ Viết Tuấn

6


Đồ án tốt nghiệp
CHƯƠNG 1:
LÝ THUYẾT CHUNG VỀ HỆ THỐNG VỆ TINH DẪN ĐƯỜNG TOÀN
CẦU GNSS
1.1 Giới thiệu chung
Hiện nay trên thế giới, lưới cơ sở tọa độ quốc gia thường được xây dựng
dưới dạng lưới các trạm GNSS quan trắc liên tục (trạm GNSS/RTK), có mật
độ phù hợp, đảm bảo độ chính xác, tin cậy, an toàn và phục vụ đa mục đích,
người ta thường gọi dạng lưới này là lưới GNSS. Tên gọi này chỉ mang tính mô
tả công nghệ "quan trắc liên tục để kết nối các điểm của lưới trong một hệ thống
mạng trực tuyến.
Trên cơ sở sẵn có,chúng tôi sẽ đưa ra một quan niệm mới hơn trong việc xây
dựng lưới tọa độ trắc địa bằng các công nghệ mới đó là GNSS/CORS/RTK.
1.2 Công nghệ GNSS
GNSS được cấu thành như một chòm sao (một nhóm hay một hệ thống) của quỹ
đạo vệ tinh kết hợp với thiết bị ở mặt đất. Trong cùng một thời điểm, ở một vị trí
trên mặt đất nếu xác định được khoảng cách đến ba vệ tinh (tối thiểu) thì sẽ tính
được tọa độ của vị trí đó. GNSS hoạt động trong mọi điều kiện thời tiết, mọi nơi
trên trái đất và 24 giờ một ngày. Mỹ là nước đầu tiên phóng lên và đưa vào sử
dụng hệ vệ tinh dẫn đường này. Mỹ đặt tên cho hệ thống này là hệ thống vệ tinh
định vị toàn cầu GPS (Global Positioning System), ban đầu là để dùng riêng cho
quân sự, về sau mở rộng ra sử dụng cho dân sự trên phạm vi toàn cầu, bất kể
quốc tịch và miễn phí.
Hiện nay, GNSS là tên gọi chung cho 3 hệ thống định vị dẫn dường sử dụng vệ
tinh là GPS (Global Positioning System) do Mỹ chế tạo và hoạt động từ năm
1994, GLONASS (GLobal Orbiting Navigation Satellite System) do Nga chế

tạo và hoạt động từ năm 1995, và hệ thống GALILEO mang tên nhà thiên văn
học GALILEO do Liên minh châu Âu (EU) chế tạo và dự kiến được đưa vào sử
dụng trong năm 2010. Nguyên lý hoạt động chung của ba hệ thống GPS,
GLONASS và GALILEO cơ bản là giống nhau. Trung Quốc cho biết cũng đang
thực hiện để có hệ GNSS của Trung Quốc. Ấn Độ cũng công bố xây dựng hệ
GNSS của mình có tên là IRNSS và sẽ đi vào hoạt động năm 2012.

Hồ Viết Tuấn

7


Đồ án tốt nghiệp
- Cơ cấu của một hệ thống GNSS
Hệ thống GNSS được cấu tạo thành ba phần: phần không gian, phần điều khiển
và phần người sử dụng. Cụ thể, mô tả hệ thống GPS của Mỹ như sau:
Phần không gian: gồm các vệ tinh hoạt động bằng năng lượng mặt trời, bay trên
quỹ đạo. Quãng thời gian tồn tại của chúng vào khoảng 10 năm và chi phí cho
mỗi lần thay thế lên đến hàng tỷ USD. Phần điều khiển: để duy trì hoạt động của
toàn bộ hệ thống GPS cũng như hiệu chỉnh tín hiệu thông tin của vệ tinh. Có các
trạm quan sát trên mặt đất, chia thành trạm trung tâm và trạm con. Các trạm con,
vận hành tự động, nhận thông tin từ vệ tinh, gửi tới cho trạm chủ. Sau đó các
trạm con gửi thông tin đã được hiệu chỉnh trở lại, để các vệ tinh biết được vị trí
của chúng trên quỹ đạo và thời gian truyền tín hiệu. Nhờ vậy, các vệ tinh mới có
thể đảm bảo cung cấp thông tin chính xác tuyệt đối vào bất kỳ thời điểm
nào.Phần người sử dụng và thiết bị thu vệ tinh: là khu vực có phủ sóng mà người
sử dụng cần có ăng ten và máy thu thu tín hiệu từ vệ tinh và có được thông tin vị
trí, thời gian và vận tốc di chuyển. Để có thể thu được vị trí, ở phần người sử
dụng cần có ăng ten và máy thu GNSS.
- Hệ thống GNSS hoạt động như thế nào?

Các vệ tinh của GNSS 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
GNSS nhận thông tin này và bằng các phép tính lượng giác, máy thu có thể tính
được vị trí của người dùng và hiển thị lên bản đồ điện tử của máy tính. Máy thu
GNSS phải bắt được với 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. Với bốn hay nhiều hơn số
vệ tinh trong tầm nhìn 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, mặt trời lặn và
nhiều thứ khác nữa.
- Một số ứng dụng của GNSS
GNSS được sử dụng cho vô số các ứng dụng khác nhau. Ngày nay rất dễ
dàng nhận thấy sự hiện diện của GNSS trong mọi mặt của đời sống. Kết hợp
giữa công nghệ thông tin, hệ thống bản đồ số và thiết bị định vị vệ tinh đã tạo
thành một hệ thống dẫn đường lý tưởng. Trong lĩnh vực hàng không, 100% các
Hồ Viết Tuấn

8


Đồ án tốt nghiệp
máy bay thương mại và quân sự sử dụng hệ thống dẫn đường tự động bằng
GNSS.
Trong giao thông, hệ thống giám sát dẫn đường và điều khiển giao thông
cũng đã khai thác tuyệt đối thế mạnh của GNSS đã trở thành một hợp phần
không thể thiếu trong công nghiệp ô tô, chẳng hạn như hệ thống định vị dẫn
đường trong các thương hiệu xe hơi nổi tiếng như Mercedes, BMW, Porsche,
Maybach, Cadillac, Audi, Roll Royce…
Trong ngành đo đạc bản đồ, sự xuất hiện của GNSS đã thay đổi hoàn toàn

phương pháp đo đạc truyền thống, không phụ thuộc vào thời tiết, không bị giới
hạn bởi khoảng cách, giảm tối đa yêu cầu về nhân lực lao động.Với công nghệ
GNSS, người sử dụng có được thông tin vị trí hiện tại, hướng di chuyển, độ cao
hiện thời. Cá nhân cũng dễ dàng mang theo loại máy thu GNSS nhỏ cũng có thể
lắp ghép cùng điện thoại di động để biết được vị trí mình đang đứng hay có thể
theo dõi cả độ cao khi leo núi. Các ứng dụng trên biển bao gồm đo vẽ bản đồ,
công cụ dẫn đường hàng hải trên biển lý tưởng và công tác tìm kiếm, cứu hộ
ngoài khơi xa cũng sẽ có hiệu quả hơn nhờ được nâng cao độ chính xác việc dẫn
hướng đường đi.Ứng dụng chủ yếu của GNSS trong thám hiểm không gian bao
gồm việc định vị và định hướng bay của các phương tiện không gian khác có
mang theo những máy thu phát địa lý hoặc trắc địa.
1.3 Công nghệ CORS/RTK
- CORS là hệ thống trạm tham chiếu vận hành liên tục có thể được định nghĩa
là một hoặc nhiều trạm tham chiếu GPS vận hành liên tục cố định, ứng dụng
công nghệ máy tính hiện đại và hệ thống mạng internet truyền dữ liệu tạo thành
một mạng lưới,thông qua những kiểm nghiệm của khách hàng ở những khoảng
thời gian, địa hình khác nhau , những điều kiện khác nhau và những mức độ
khác nhau đã được trực tiếp truyền những trị đo của máy pha sóng tài, khoảng
cách giả),tham số thay đổi,tình trạng thông tin,và những điểm khác có liên quan
đến hệ thống phục vụ của GPS.
Công nghệ RTK của mạng lưới trạm CORS,công nghệ bộ mạch chủ GPS,
Công nghệ thông tin , công nghệ truyền dữ liệu phát triển là sự phát triển tổng
hợp hợp nhất của công nghệ đo lường bằng GPS, sự xuất hiện của trạm CORS
đã hoàn thiện những máy RTK truyền thống còn thiếu sót , thúc đẩy sự ứng
dụng của GPS ở công nghệ đo lường và những lĩnh vực khác.
Hồ Viết Tuấn

9

Đồ án tốt nghiệp
- RTK là tên viết tắt của cụm từ Real-Time Kinematic, nghĩa là kỹ thuật đo
động thời gian thực. Về mặt nguyên tắc RTK rất tương tự như kỹ thuật DGPS.
Nói ngắn gọn công nghệ RTK là một phương pháp đo đạc hiện đại có độ chính
xác cao và nhanh chóng bằng máy RTK.
Công nghệ RTK (Real Time Kinematic) là một phương pháp đo đạc hiện đại có
độ chính xác cao và nhanh chóng. RTK được ứng dụng trong nhiều công tác trắc
địa: khảo sát địa hình, thành lập bản đồ địa chính, khảo sát giao thông, thủy
lợi,...Trong công tác đo sâu: RTK cũng khẳng định được thế mạnh của công
nghệ về tốc độ và độ chính xác.RTK được ứng dụng mạnh trong công tác khảo
sát dưới nước với thiết bị đo là cặp máy thu GPS 2 tần số (để xác định vị trí tại
điểm đo sâu) với máy đo sâu hồi âm Odom (để xác định độ sâu) và phần mềm
xử lý chuyên nghiệp Hypack Max.Đặc biệt còn kết hợp với thiết bị Motion
sensor, các sai số được loại trừ đáng kể, gia tăng độ chính xác đo vẽ.
1.3.1 Ưu điểm của công nghệ CORS với cách đo RTK truyền thống
1.
Có đặc điểm xuyên ngành nghề , phù hợp với mọi người dùng , không còn
giới hạn với lĩnh vực trắc địa và các bộ ngành và đơn vị
2.
Có thể tương thích những mức độ khác nhau của người dùng yêu cầu về
độ chính xác của chỉ số định vị, cung cấp độ chính xác đến mét, decimet,
centimet
3.
Phạm vi phủ sóng rộng , hiệu quả cao, có đặc điểm một lần đầu tư có thể
sử dụng lâu dài, trở thành xu hướng mới cho cơ sở hạ tầng ở đô thị
4.
Cung cấp cho tất cả người dùng sự ổn định và thống nhất của hệ thống
tham chiếu tọa độ và chuẩn mực của cơ sở dữ liệu trắc địa bản đồ
5.
Nâng cao sự thống nhất về sự chính xác trong khu vực đó, giảm bớt sự sai

số của hệ thống , nâng cao chất lượng của số liệu ngoại nghiệp
6.
Nâng cao hiệu suất ,hệ thống đo lường chỉ cần một người của GNSS sẽ
trở thành mô hình chủ yếu
7.
Tránh sự trùng lặp của việc thu thập số liệu
8.
Sự thống nhất về số liệu

Hồ Viết Tuấn

10


Đồ án tốt nghiệp
1.3.2. Phân loại CORS
Bảng 1.1 phân loại trạm cors

- Trạm CORS đơn
Chỉ là một trạm vận hành liên tục ,giống như là hệ thống RTK 1+1, chỉ là thay
trạm BASE thành 1 trạm tham chiếu vận hành liên tục, trạm BASE có một phần
mềm hệ thống giám sát vệ tinh thời gian thực ,lưu và phát sóng tín hiệu.

Hình 1.1 Trạm cors đơn

Hồ Viết Tuấn

11

Đồ án tốt nghiệp
Hình 1.1 Trạm CORS đơn

Hình 1.1 Trạm CORS đơn
Bảng 1.2 Thông số kỹ thuật của trạm CORS đơn

- Nhiều trạm CORS
Hồ Viết Tuấn

12


Đồ án tốt nghiệp
Phân bố tại một khu vực nhất định nhiều trạm quan trắc liên tục，mỗi một trạm
quan trắc đều là 1 trạm đơn，do phần mềm giúp đỡ tính toán khoảng cách giữa
trạm BASE và ROVER.

Hình 1.2 Nhiều trạm CORS
- Trạm CORS mạng
Phối hợp và sử dụng dữ liệu quan sát phân phối thời gian thực trong một khu
vực nhất định của nhiều hơn một vùng phủ sóng trạm cơ sở của mô hình hệ
thống tích hợp lỗi，Loại bỏ các lỗi có thể trong các dữ liệu quan sát rover khu
vực tích hợp hệ thống, kết quả rất chính xác định vị thời g ian thực.

Hồ Viết Tuấn

13


Đồ án tốt nghiệp

Hình 1.3 Trạm CORS mạng
- Quá trình xử lý dữ liệu của trạm CORS mạng

Hình 1.4 Quá trình xử lý dữ liệu của trạm CORS mạng

Hồ Viết Tuấn

14


Đồ án tốt nghiệp
CHƯƠNG 2
CÁC PHƯƠNG PHÁP THÀNH LẬP LƯỚI KHỐNG CHẾ TRONG
TRẮC ĐỊA
2.1. PHƯƠNG PHÁP TRUYỀN THỐNG KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI
Lưới khống chế trắc địa là tập hợp điểm có tọa độ (X, Y, H) bố trí trên bề mặt đất,
làm cơ sở cho các công tác đo vẽ thành lập bản đồ và các công tác trắc địa khác.
Lưới khống chế trắc địa được thành lập theo nguyên tắc: từ toàn diện đến cục
bộ, từ độ chính xác cao đến độ chính xác thấp. Bằng các phương pháp đo đạc
chính xác, các phương pháp xử lý toán học chặt chẽ, tiến hành xây dựng một tập
hợp điểm tọa độ (liên kết với nhau tạo thành mạng lưới) bao trùm toàn bộ lãnh
thổ quốc gia. Trên cơ sở của hệ thống điểm này, tiến hành xây dựng các mạng
lưới điểm có độ chính xác thấp hơn, phục vụ trực tiếp cho công tác đo vẽ thành
lập bản đồ và thực hành các nội dung công tác trắc địa. Theo công nghệ truyền
thống, lưới khống chế trắc địa được chia làm hai loại: lưới khống chế tọa độ
phẳng (X, Y) và lưới khống chế độ cao (H).Theo quy mô, độ chính xác và chức
năng, lưới khống chế tọa độ phẳng được chia thành ba loại: Lưới khống chế Nhà
nước, lưới giải tích và lưới khống chế đo vẽ.
2.1.1 Lưới khống chế cấp Nhà nước

Lưới khống chế tọa độ phẳng cấp Nhà nước được chia làm 4 hạng: I, II,
III, IV. Lưới hạng I có độ chính xác cao nhất và được bố trí rộng khắp, nhằm
làm cơ sở thống nhất toạ độ trên lãnh thổ cả nước. Lưới hạng II có độ chính xác
thấp hơn, được phát triển từ lưới cấp I. Lưới hạng III, IV có độ chính xác thấp
hơn nữa, được bố trí bằng cách tăng dày mật độ điểm giữa các điểm hạng I hoặc
hạng II (hình 2.1).
2.1.2 Lưới giải tích
Lưới giải tích được phân làm hai cấp: cấp 1 và cấp 2. Các điểm lưới giải tích cấp
1 được phát triển từ các điểm khống chế Nhà nước hạng I, II, III, IV. Các điểm
lưới giải tích cấp 2 là tập hợp điểm chêm dày giữa các điểm cấp 1. Lưới khống
chế đo vẽ: Là tập hợp điểm được phát triển từ mạng lưới giải tích, lưới khống chế
đo vẽ có độ chính xác thấp hơn, phân bố đều trong khu vực đo vẽ phục vụ trực
tiếp cho công tác đo đạc thành lập bản đồ.
Lưới khống chế độ cao Nhà nước cũng được chia làm bốn hạng: I, II, III, IV.
Lưới hạng I bao trùm toàn bộ lãnh thổ quốc gia. Các lưới hạng II, hạng III và
Hồ Viết Tuấn

15


Đồ án tốt nghiệp
hạng IV là tập hợp điểm được phát triển lần lượt từ cao xuống thấp tạo thành
một mạng lưới điểm khống chế độ cao trải đều và rộng khắp. Để phục vụ trực
tiếp công tác đo vẽ bản đồ người ta thành lập các điểm độ cao cấp kỹ thuật. Lưới
độ cao kỹ thuật được thành lập dựa vào các điểm độ cao cấp Nhà nước.

Hình 2.1. Lưới khống chế cấp Nhà nước
Trình bày chi tiết về lưới khống chế đo vẽ.
2.1.3 Lưới khống chế đo vẽ
Lưới khống chế đo vẽ là cấp lưới cuối cùng phục vụ trực tiếp cho công tác đo

đạc thành lập bản đồ địa hình các loại tỷ lệ. Mật độ điểm khống chế đo vẽ tùy
thuộc vào độ lớn của khu vực đo vẽ, điều kiện địa hình và tỷ lệ bản đồ. Tùy
thuộc vào hình dạng khu vực đo vẽ, lưới khống chế đo vẽ có thể được thành lập
theo các phương pháp sau đây: Lưới đường chuyền kinh vĩ, lưới tam giác nhỏ và
lưới điểm giao hội.
1. Đường chuyền kinh vĩ
Đường chuyền kinh vĩ là tập hợp điểm bố trí trên khu vực đo vẽ tạo với nhau
thành những đường gãy khúc liên tục. Tùy theo khả năng đo nối với các điểm
khống chế cấp cao, hình dạng khu vực đo vẽ và độ chính xác yêu cầu, có thể
thành lập đường chuyền kinh vĩ theo các dạng sau đây:
- Đường chuyền kinh vĩ khép kín: xuất phát từ một điểm đã biết toạ độ và một
cạnh đã biết góc phương vị, đường chuyền phát triển qua khu vực đo vẽ rồi quay
về khép vào điểm đầu và cạnh đầu (hình 2.2a).
- Đường chuyền kinh vĩ phù hợp: xuất phát từ một điểm đã biết toạ độ và một
cạnh đã biết góc phương vị đường chuyền phát triển qua khu vực đo vẽ và phía

Hồ Viết Tuấn

16


Đồ án tốt nghiệp
cuối được nối với một điểm đã biết toạ độ và một cạnh đã biết góc phương vị
(hình 2.2b).
- Đường chuyền kinh vĩ treo: xuất phát từ một điểm đã biết toạ độ và một cạnh
đã biết góc phương vị đường chuyền phát triển qua khu vực đo vẽ, phía cuối
không được nối với các điểm cấp cao khác (hình 2.2c).
Trong thực tế khi đo vẽ địa hình một khu vực, thường bố trí đường chuyền thành
nhiều hình đa giác liên kết với nhau hoặc các đường giao nhau tại một điểm nút
gọi là lưới đường chuyền (hình 2.2d). Toàn bộ quy trình công nghệ đối với

đường chuyền kinh vĩ được chia làm 3 công đoạn chính: thiết kế, chọn điểm đo
đạc và tính toán. Mỗi công đoạn đều có những yêu cầu kỹ thuật riêng.

a.

b.

c.
d.
Hình 2.2. Các dạng đường chuyền kinh vĩ
a/ Đường chuyền kinh vĩ khép kín; b/ Đường chuyền kinh vĩ phù hợp;
c/ Đường chuyền kinh vĩ treo; d/ Lưới đường chuyền có điểm nút;

Hồ Viết Tuấn

17


Đồ án tốt nghiệp
2. Lưới tam giác nhỏ
Lưới tam giác nhỏ gồm một hệ thống các điểm trên mặt đất được bố trí thành
các hình tam giác nối tiếp nhau (hình 2.3). Lưới tam giác nhỏ có các hình dạng
cơ bản sau:

Hình 2.3. Các dạng lưới tam giác nhỏ
Quá trình công nghệ thành lập lưới tam giác nhỏ gồm 3 giai đoạn: thiết kế chọn
điểm, đo đạc và tính toán.
Khi thiết kế chọn điểm phải lưu ý các yêu cầu sau đây:
- Các điểm phân bố đều trong khu vực đo.
- Các cạnh tam giác gần bằng nhau, các góc phải lớn hơn 30o và nhỏ hơn 120o.

- Các điểm phải được bố trí nơi đất đá ổn định, địa thế có lợi cho việc bao quát
địa hình xung quanh.
- Tại mỗi điểm phải có đường ngắm thông suốt đến các điểm lân cận.
Tùy thuộc vào khả năng thiết bị, độ chính xác yêu cầu và điều kiện địa hình,
lưới tam giác nhỏ có thể thành lập theo 3 phương án: lưới đo góc, lưới đo góccạnh và lưới đo cạnh. Trong những năm gần đây, nhờ sự ra đời của các máy đo
chiều dài điện tử (EDM) và máy toàn đạc điện tử (total station), công tác đo
chiều dài cạnh các mạng lưới tam giác trở nên dễ dàng hơn. Có nhiều thêm các
yếu tố được đo, làm tăng cường khả năng kiểm tra các điều kiện hình học, nâng
cao độ chính xác và độ tin cậy kết quả tính toán tọa độ các điểm trong các mạng
Hồ Viết Tuấn

18


Đồ án tốt nghiệp
lưới.Trong phạm vi này sẽ trình bày chi tiết hơn phương pháp thành lập lưới tam
giác đo góc.
Đo góc bằng là công tác chủ yếu trong đo lưới tam giác đo góc. Thông thường,
các góc được đo bằng phương pháp toàn vòng. Số vòng đo phụ thuộc vào loại
máy kinh vĩ và độ chính xác yêu cầu. Trong lưới tam giác đo góc, phải biết độ
dài một cạnh đầu tiên; cạnh đó có thể đã biết hoặc phải đo. Đây là cạnh khởi
tính, yêu cầu được xác định với độ chính xác cao. Trong lưới tam giác, biết góc
phương vị và độ dài một cạnh, đo các góc trong tam giác ta sẽ tính được góc
phương vị và độ dài các cạnh khác. Cuối cùng, dựa vào toạ độ điểm đầu tính
được toạ độ các điểm trong toàn lưới. Toàn bộ lưới tam giác là một kết cấu hình
học thống nhất, các yếu tố góc và cạnh liên quan với nhau. Quá trình tính toán
lưới có xét đến toàn bộ mối liên quan đó, trong trắc địa gọi là bình sai
(adjustment). Trong lưới tam giác nhỏ với chức năng khống chế đo vẽ, việc bình
sai tính toán thường được tiến hành bằng phương pháp gần đúng. Sau đây, sẽ
giới thiệu phương pháp bình sai gần đúng của một số dạng lưới tam giác nhỏ đo

góc điển hình.
- Lưới đa giác trung tâm
Giả sử có hình đa giác trung tâm (hình 2.4). Các tam giác liên kết với nhau tạo
thành một đa giác, trong đó có 2 điểm đã biết tọa độ là P(XP, YP) và O(XO, YO).
Trong lưới đa giác trung tâm, để xác định tọa độ các điểm 1, 2, 3, … n cần đo tất
các góc trong các tam giác Ai, Bi, và Ci. Hình này có n tam giác, đo tất cả 3n
góc, để xác định toạ độ của (n-2) điểm. Từ toạ độ điểm A và O tính được chiều
dài cạnh khởi đầu dPO và phương vị khởi đầu αPO, trên cơ sở đó để tính chuyền
phương vị và chiều dài các cạnh khác trong đa giác. Vì các góc đo có chứa sai
số, nên phải tiến hành bình sai hiệu chỉnh các trị đo cho phù hợp với các điều
kiện hình học của lưới. Các điều kiện đó là:

Hồ Viết Tuấn

19


Đồ án tốt nghiệp

Hình 2.4. Lưới đa giác trung tâm
- n điều kiện hình tam giác: tổng các góc trong mỗi tam giác bằng 180o,
- 1 điều kiện vòng: tổng số góc ở tâm O bằng 360o,
- 1 điều kiện cực: từ độ dài cạnh PO, tính qua các tam giác, trở về cạnh PO, phải
bằng chiều dài cạnh PO khởi tính.
- Chuỗi tam giác
Giả sử có các điểm 1, 2, 3,..., n được bố trí giữa bốn điểm cấp cao đã biết tọa độ.
Xuất phát từ 2 điểm A, B và khép vào 2 điểm C, D. Các điểm nối với nhau tạo
thành chuỗi tam giác.
Trong chuỗi tam giác có n tam giác (hình 2.5) phải đo 3n góc để xác định toạ độ
của (n-4) điểm. Lý luận tương tự như hinh đa giác trung tâm: do kết quả đo góc có

sai số nên phải tiến hành bình sai để hiệu chỉnh các trị số đo cho thoả mãn các điều
kiện hình học của lưới.

Hình 2.5. Chuỗi tam giác
Hồ Viết Tuấn

20


Đồ án tốt nghiệp
Đối với chuỗi tam giác, các điều kiện đó là:
- n điều kiện tổng các góc trong tam giác bằng 180o,
- 1 điều kiện góc phương vị,
- 1 điều kiện cạnh.
- Lưới tứ giác
Cần xác định tọa độ 2 điểm D và C trên cơ sở 2 điểm cấp cao đã có tọa độ A và
B. Bốn điểm tạo thành một tứ giác ABCD. Trong lưới tứ giác (hình 2.6), đo 8
góc để xác định toạ độ 2 điểm. Các điều kiện trong lưới tứ giác bao gồm:
- 1 điều kiện tứ giác:
- 2 điều kiện góc đối đỉnh:

∑A + ∑B
i

i

= 3600

A1 + B1 = A 3 + B3
A 2 + B2 = A 4 + B 4

- 1 điều kiện cạnh: từ độ dài cạnh AB tính chuyền qua các tam giác trở về cạnh
AB phải bằng độ dài cạnh này lúc đầu. Quá trình bình sai hiệu chỉnh góc như
sau:

Hình 2.6. Lưới tứ giác
2.2 THÀNH LẬP LƯỚI KHỐNG CHẾ BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH VỊ
VỆ TINH
2.2.1 Nguyên lý cấu tạo hệ thống định vị toàn cầu
Hệ thống định vị toàn cầu (Global Positioning System-GPS) được quân đội Mỹ
bắt đầu nghiên cứu năm 1973 nhằm phục vụ cho mục đích quân sự. Đầu thập kỷ
80 thế kỷ 20 Mỹ mới cho phép sử dụng GPS trong dân sự. Hệ thống định vị toàn
Hồ Viết Tuấn

21


Đồ án tốt nghiệp
cầu GPS - gọi đầy đủ là NAVSTAR GPS (Navigation Satellite Timing and
Ranging Global Positioning System)-được coi là một trong những thành tựu
khoa học lớn lao nhất của thế kỷ 20. Cho đến nay, các quốc gia, các trung tâm
khoa học trên thế giới vẫn không ngừng nghiên cứu ứng dụng công nghệ GPS
trong nhiều lĩnh vực khác nhau trong đó có kỹ thuật môi trường. Hệ thống định
vị toàn cầu GPS bao gồm 3 phần (đoạn) chính:
Đoạn không gian (Space segment)
Đoạn không gian bao gồm 24 vệ tinh bay ở độ cao xấp xỉ 20200 km, phân bố
trên 6 mặt phẳng quỹ đạo gần tròn, các quỹ đạo nghiêng so với mặt phẳng xích
đạo một góc 55 0. Cấu tạo như vậy là để từ bất kỳ vị trí nào trên Trái Đất, vào
bất kỳ thời điểm nào trong ngày cũng đều nhìn thấy ít nhất 4 vệ tinh. Trên các vệ
tinh đều có đồng hồ nguyên tử với độ chính xác cao (cỡ 10 -12) và thiết bị tạo dao

động với tần số chuẩn 10,23MHz. Các vệ tinh liên tục phát 2 tín hiệu sóng tải
với tần số:
L1 = 154 fo = 1575,42 MHz
L2 = 120 fo = 1227,60 MHz

Hình 2.2.1. Đoạn không gian
L1 và L2 thuộc giải sóng cực ngắn, nhờ thế, trên đường xuống Trái Đất, chúng ít
chịu ảnh hưởng của tầng điện ly. Tùy thuộc vào lĩnh vực, mục đích sử dụng và
độ chính xác yêu cầu, các tín hiệu sóng tải L 1 và L2 sẽ được điều biến theo một
trong 3 mã (code) sau đây:
C/A code (Coarse/Acquisition Code) - thường gọi là code thô, có tần số thấp
(1,023 MHz). Code này chỉ điều biến sóng tải L1, chỉ khi có sự can thiệp của các
trạm điều khiển mặt đất mới có thể điều biến cả L2.
Hồ Viết Tuấn

22


Đồ án tốt nghiệp
P-code (Pricision Code) - là code chính xác, tín hiệu của P-code có tần số bằng
tấn số chuẩn (10,23MHz), có thể điều biến cả 2 sóng tải L 1 và L2. Code này gọi
là code tựa ngẫu nhiên (Pseudorandom Noise) rất khó bị giải mã.
Đoạn điều khiển (Control segment)
Là tập hợp hệ thống kỹ thuật trên mặt đất nhằm theo dõi và duy trì hoạt động hệ
thống. Toàn bộ hệ thống điều khiển phân bố vòng quanh Trái Đất, bao gồm:
1 trạm điều khiển trung tâm MCS (Master Control Station) đặt ở Colorado
Springs (Mỹ).
4 trạm theo dõi (Monitor Tracking Station) đặt ở Hawaii, Ascencion Island,
Diego Garcia và Kwajalein.
3 trạm xử lý số liệu và truyền tín hiệu lên vệ tinh (uplink/dowlink antenae) đặt ở

Ascencion Island, Diego Garcia, Kwajale.
Nhiệm vụ các trạm theo dõi và xử lý số liệu là theo dõi hoạt động các vệ tinh, xử
lý số liệu, chuyển thông tin về MCS để từ đó các thông tin đạo hàng được cung
cấp cho các vệ tinh.

Hình 2.2.1. Đoạn điều khiển trên mặt đất
Đoạn sử dụng (User segment)
Đoạn sử dụng bao gồm hệ thống các máy móc, thiết bị thu nhận thông tin từ vệ
tinh để khai thác, sử dụng ở nhiều lĩnh vực khác nhau. Công nghệ GPS được sử
dụng phục vụ rất nhiều mục đích: như dẫn đường các phương tiện giao thông
trên biển, trên đất liền, trên không; xác định tọa độ các đối tượng trên bề mặt
đất; cảnh báo động đất, sóng thần và các tai biến thiên nhiên khác. Công nghệ
GPS được ứng dụng mạnh mẽ và có hiệu quả trong lĩnh vực trắc địa-bản đồ, từ
thành lập lưới khống chế cơ sở các cấp đến đo vẽ chi tiết thành lập bản đồ địa
Hồ Viết Tuấn

23


Đồ án tốt nghiệp
hình và mặt cắt. Vì các vệ tinh GPS phát hai tín hiệu sóng tải L 1 và L2 nên các
máy thu cũng được chia làm hai loại: máy thu 1 tần số và máy thu 2 tần số. Hiện
nay, trên thế giới có nhiều hãng sản xuất các thiết bị thu tín hiệu GPS phục vụ
công tác trắc địa với các cấu hình, kích thước và mục đích sử dụng khác nhau,
như Trimble Navigation, Ashtech (Mỹ), Sokia, Topcon (Nhật Bản), Leica (Thụy
Sỹ), Geotronics (Thụy Điển), Sersel (Pháp), v.v... Hình 2.2.3 minh họa một số
máy thu GPS phổ biến, hiện đang được sử dụng rộng rãi ở Việt Nam.

Hình 2.2.3. Máy thu GPS a) Trimble (Mỹ); b) Topcon (Nhật Bản)
2.2.2 Các phương pháp định vị GPS

1. Định vị GPS tuyệt đối
Định vị GPS tuyệt đối được thực hiện theo nguyên tắc giao hội không gian trên
cơ sở sử dụng đại lượng đo là khoảng cách giả từ vệ tinh đến máy thu trên mặt
đất. Sở dĩ gọi là khoảng cách giả, bởi vì khoảng cách từ vệ tinh đến máy thu
được xác định không thể tránh khỏi các sai số:
• Sai số đồng hồ vệ tinh.
• Sai số đồng hồ máy thu.
• Sai số do tín hiệu lan truyền trong môi trường điện ly và khí quyển.

Hồ Viết Tuấn

24


Đồ án tốt nghiệp
Khoảng cách đã xác định không phải khoảng cách thực giữa vệ tinh và máy thugọi là khoảng cách giả. Tại một trạm trên mặt đất, tiến hành đồng thời đo
khoảng cách đến 4 vệ tinh, có 4 phương trình được lập ở dạng:

( XS1 − X ) + ( YS1 − Y ) + ( ZS1 − Z ) = ( R 1 − C.∆t ) 

2
2
2
2
( XS2 − X ) + ( YS2 − Y ) + ( ZS2 − Z ) = ( R 2 − C.∆t ) 
2
2
2
2 
( XS3 − X ) + ( YS3 − Y ) + ( ZS3 − Z ) = ( R 3 − C.∆t ) 

2
2
2
2
( XS4 − X ) + ( YS4 − Y ) + ( ZS4 − Z ) = ( R 4 − C.∆t ) 
2

2

2

2

Hình 2.2.4. Định vị GPS tuyệt đối
Công tác quan trắc được tiến hành đồng thời từ một trạm máy (hình 2.2.4), nên
thành phần ∆t trong công thức trên chỉ còn là ảnh hưởng của sai số đồng hồ máy
thu. Như vậy, bằng cách đồng thời đo khoảng cách giả tới 4 vệ tinh, ta sẽ xác định
được 4 ẩn số là các thành phần toạ độ (X, Y, H) của máy thu trong hệ toạ độ
WGS - 84 và sai số đồng hồ máy thu (∆t).
2. Định vị GPS tương đối
Nguyên lý chung của phương pháp định vị tương đối là xác định vị trí tương đối
của một hoặc nhiều điểm so với một điểm cố định. Từ các tín hiệu GPS sẽ xác
định được số gia toạ độ không gian giữa điểm cố định và các điểm cần xác định.
Phương pháp đo tĩnh (Static positioning):
Phương pháp đo tĩnh trong định vị GPS tương đối là trường hợp sử dụng tối
thiểu hai máy thu GPS, một máy đặt tại điểm đã biết toạ độ, máy kia đặt điểm
Hồ Viết Tuấn

25