Nghiên cứu ứng dụng công nghệ GPS trong xây dựng lưới khống chế phục vụ đo vẽ bản đồ địa chính trên địa bàn huyện tam nông, tỉnh phú thọ

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM

LƯU VĂN TĨNH

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GPS
TRONG XÂY DỰNG LƯỚI KHỐNG CHẾ PHỤC VỤ
ĐO VẼ BẢN ĐỒ ĐỊA CHÍNH TRÊN ĐỊA BÀN
HUYỆN TAM NÔNG, TỈNH PHÚ THỌ

LUẬN VĂN THẠC SĨ QUẢN LÝ ĐẤT ĐAI

Thái Nguyên, năm 2015


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM

LƯU VĂN TĨNH

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GPS
TRONG XÂY DỰNG LƯỚI KHỐNG CHẾ PHỤC VỤ
ĐO VẼ BẢN ĐỒ ĐỊA CHÍNH TRÊN ĐỊA BÀN
HUYỆN TAM NÔNG, TỈNH PHÚ THỌ
Ngành: Quản lý đất đai
Mã số ngành: 60.85.01.03

LUẬN VĂN THẠC SĨ QUẢN LÝ ĐẤT ĐAI

Người hướng dẫn khoa học: TS. Lê Văn Thơ

Thái Nguyên, năm 2015


i

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực
và chưa được sử dụng để bảo vệ một học vị nào. Nội dung đề tài này là những kết quả
nghiên cứu, những ý tưởng khoa học được tổng hợp từ công trình nghiên cứu, các công
tác thực nghiệm, các công trình sản xuất do tôi trực tiếp tham gia thực hiện.
Tôi xin cam đoan, các thông tin trích dẫn trong luận văn đều đã được chỉ rõ
nguồn gốc.

Tác giả luận văn

Lưu Văn Tĩnh


ii

LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành được đề tài, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến:
Ban giám hiệu Trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên, Khoa Quản lý tài
nguyên, cùng các Thầy Cô giáo đã giảng dạy, truyền đạt kiến thức cho tôi trong
suốt thời gian tôi tham gia khóa học của Trường.
TS. Lê Văn Thơ đã hết lòng quan tâm, trực tiếp hướng dẫn tôi trong quá trình
thực hiện đề tài.
Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình, bạn bè đã giúp đỡ, động
viên và đóng góp ý kiến cho tôi trong suốt quá trình học tập và hoàn thành đề tài.

Tác giả luận văn

Lưu Văn Tĩnh


iii

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ ii
MỤC LỤC ................................................................................................................. iii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ......................................................................... vii
DANH MỤC CÁC BẢNG...................................................................................... viii
DANH MỤC CÁC HÌNH ......................................................................................... ix
MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1
1. Tính cấp thiết của đề tài ............................................................................. 1
2. Mục tiêu của đề tài .................................................................................... 2
2.1 Mục tiêu tổng quát ................................................................................... 2
2.1 Mục tiêu cụ thể ........................................................................................ 2
3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài .................................................... 2
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU..................................................................3
1.1. Công tác thành lập bản đồ địa chính ....................................................... 3
1.1.1. Hệ thống lưới khống chế ......................................................................3
1.1.2. Những đặc điểm thành lâp Hệ thống lưới khống chế khu vực huyện
Tam Nông, tỉnh Phú Thọ ................................................................................6
1.2. Tổng quan về công nghệ GPS ................................................................. 6
1.2.1. Lịch sử hình thành ................................................................................6
1.2.2. Cấu trúc hệ thống GPS .........................................................................8
1.2.3. Tín hiệu GPS ......................................................................................12
1.2.4. Các trị đo GPS ....................................................................................14

1.2.5. Nguyên lý định vị GPS .......................................................................16
1.2.6. Các nguồn sai số .................................................................................19
1.2.7. Những kỹ thuật đo GPS ......................................................................22
1.2.8. Xử lý số liệu........................................................................................27
1.2.9. Bình sai lưới GPS ...............................................................................27


iv

1.3.Cơ sở khoa học của ứng dụng công nghệ GPS trong thành lập lưới khống chế

....................................................................................................................30
1.3.1. Phương pháp đo tĩnh trong công nghệ GPS để thành lập lưới không
chế địa chính .................................................................................................30
1.3.2. Các dạng lưới ứng dụng đo tĩnh trong công nghệ GPS để thành lập
lưới khống chế địa chính ..............................................................................30
1.4. Tình hình nghiên cứu ứng dụng công nghệ GPS trong thành lập lưới khống chế 32
1.4.1. Tình hình nghiên cứu ứng dụng công nghệ GPS trong thành lập lưới
trên thế giới ...................................................................................................32
1.4.2. Tình hình nghiên cứu ứng dụng công nghệ GPS trong thành lập lưới
ở Việt Nam....................................................................................................33
1.5. Tình hình nghiên cứu ứng dụng công nghệ GPS trong thành lập lưới
khống chế địa chính tại huyện Tam Nông ....................................................35
1.5.1. Công tác đo đạc bản đồ địa chính tại huyện Tam Nông .....................35
1.5.2. Những vấn đề đặt ra trong nghiên cứu ứng dụng công nghệ GPS trong
thành lập lưới khống chế địa chính tại huyện Tam Nông ............................35
CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ......36
2.1. Đối tượng phạm vi nghiên cứu..............................................................36
2.2. Nội dung nghiên cứu ............................................................................36
2.2.1. Khái quát địa bàn nghiên cứu .............................................................36

2.2.2. Thực trạng công tác quản lý nhà nước về đất đai ...............................36
2.2.3. Ứng dụng GPS đo động thời gian thực thành lập lưới khống chế đo vẽ
và đo vẽ chi tiết bản đồ địa chính .................................................................36
2.2.4. So sánh, đánh giá độ chính xác của lưới đo vẽ bằng công nghệ GPS đo .....36
2.2.5. Ưu điểm, hạn chế của việc Ứng dụng GPS đo động thời gian thực và
đề xuất một số giải pháp ...............................................................................36
2.3. Phương pháp nghiên cứu và xử lý số liệu..............................................36
2.3.1. Phương pháp thu thập số liệu .............................................................36
2.3.2. Phương pháp xử lý và phân tích số liệu .............................................37


i

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực
và chưa được sử dụng để bảo vệ một học vị nào. Nội dung đề tài này là những kết quả
nghiên cứu, những ý tưởng khoa học được tổng hợp từ công trình nghiên cứu, các công
tác thực nghiệm, các công trình sản xuất do tôi trực tiếp tham gia thực hiện.
Tôi xin cam đoan, các thông tin trích dẫn trong luận văn đều đã được chỉ rõ
nguồn gốc.

Tác giả luận văn

Lưu Văn Tĩnh


vi

3.4.3. Kết quả so sánh hai phương pháp đo động thời gian thực trong công
nghệ GPS đo lưới kinh vĩ thay thế lưới kinh vĩ bằng máy đạc điện tử ........67

3.4.4. Nghiên cứu ứng dựng phương án ứng dụng công nghệ GPS phối hợp
với phương pháp lưới đường chuyền phục vụ đo vẽ bản đồ địa chính tại
huyện Tam Nông, tỉnh Phú Thọ ...................................................................67
3.4.5. Sử dụng công nghệ GPS Kiểm tra lưới khống chế đo vẽ tại huyện
Tam Nông Tỉnh Phú Thọ ..............................................................................68
3.5. Đánh giá ưu điểm, hạn chế của việc Ứng dụng GPS đo động thời gian
thực và đề xuất số giải pháp một trong xây dựng lưới kinh vĩ .......................69
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................71
1.Kết luận ........................................................................................................71
2.Kiến nghị......................................................................................................71
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................73


vii

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
Chữ viết tắt

Chữ viết đầy đủ

BĐĐC

: Bản đồ địa chính

DOP

: Dilution of Precision
Độ mất chính xác

GPS

: Global Positioning System
Hệ thống định vị toàn cầu

GCNQSD

: Giấy chứng nhận quyền sử dụng

HDOP

: Horizon Dilution of Precision
Độ mất chính xác theo phương ngang

PDOP

: Position Dilution of Precision
Độ mất chính xác vị trí vệ tinh theo 3D

Ratio

: Tỉ số phương sai

Reference Variance : Độ chênh lệch tham khảo
RSM

: Sai số chiều dài cạnh

VDOP

: Vertiacal Dilution of Precision

Độ mất chính xác theo phương dọc

X, Y, h

: Tọa Độ X, Y, độ cao thủy chuẩn tạm thời

Mx, My, Mh

: Sai số theo phương x, y h

Mp

: Sai số vị trí điểm


viii

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 3.1: Hiện trạng sử dụng đất năm 2014 .............................................................46
Bảng 3.2: Tọa độ và độ cao các điểm gốc ................................................................47
Bảng 3.3. Các loại bản đồ có trên địa bàn huyện ......................................................47
Bảng 3.4: Khối lượng điểm địa chính cần xây dựng ................................................51
Bảng 3.5: Bảng trị đo gia số tọa độ và các chỉ tiêu sai số .........................................55
Bảng 3.6: Bảng sai số khép hình ...............................................................................56
Bảng 3.7: Bảng trị bình sai, số hiệu chỉnh, sai số đo gia số tọa độ ...........................57
Bảng 3.8: Bảng tọa độ vuông góc không gian sau bình sai ......................................58
Bảng 3.9: Bảnh tọa độ trắc địa sau bình sai ..............................................................58
Bảng 3.10 Bảng kết quả tọa độ phẳng và độ cao sau bình sai ..................................59
Bảng 3.11: Bảng chiều dài cạnh, phương vị và chênh cao sau bình sai ...................59

Bảng 3.12: Kết quả lưới kinh vĩ đo GPS động .........................................................62
Bảng 3.13: Kết quả so sánh 2 phương pháp đo.........................................................67


ix

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1. Cấu trúc của hệ thống GPS ........................................................................8
Hình 1.2. Sơ đồ quỹ đạo và vệ tinh của hệ thống GPS ...............................................9
Hình 1.3. Mạng lưới các trạm điều khiển của hệ thống GPS từ sau năm 2005 .............10
Hình 1.4. Máy thu GPS .............................................................................................11
Hình 1.5. Máy toàn đạc điện tử ................................................................................11
Hình 1.6. Cấu trúc tín hiệu GPS ...............................................................................13
Hình 1.7. Kỹ thuật giải đa trị tại các máy thu ..........................................................15
Hình 1.8. Kỹ thuật định vị tương đối .......................................................................17
Hình 1.9. Kỹ thuật định vị tương đối .......................................................................18
Hình 1.10. Sơ đồ lưới dạng tam giác ........................................................................31
Hình 1.11. Sơ đồ lưới dạng tứ giác ...........................................................................31
Hình 1.12. Sơ đồ lưới dạng đường chuyền ...............................................................31
Hình 3.1 Vị trí huyện Tam Nông, tỉnh Phú Thọ .......................................................41
Hình 3.2 Sơ đồ lưới địa chính cụm 5 xã huyện Tam Nông ......................................54
Hình 3.3 Sơ đồ lưới kinh vĩ đo bằng công nghệ GPS ...............................................62
Hình 3.4 Sơ đồ lưới kinh vĩ đo bằng máy toàn đạc điện tử ......................................63


1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài

Phát triển và ứng dụng khoa học công nghệ trong mọi lĩnh vực của cuộc sống,
xã hội được coi là con đường nhanh nhất để rút ngắn thời gian thực hiện sự nghiệp
công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước. Đây cũng chính là vấn đề đang được toàn
đảng, toàn dân hết sức quan tâm, khi mà khoa học công nghệ đang từng ngày mở
rộng với sự phát triển của nền kinh tế tri thức trong thời đại mới, thời kỳ hội nhập.
Hệ thống định vị toàn cầu GPS là hệ thống định vị, dẫn đường sử dụng các vệ
tinh nhân tạo được Bộ Quốc phòng Mỹ triển khai từ những năm đầu thập kỷ 70.
Ban đầu, hệ thống này được dùng cho mục đích quân sự nhưng sau đó đã được
thương mại hóa, từ năm 1980 hệ thống định vị toàn cầu GPS đã được sử dụng vào
mục đích dân sự. Ngày nay, trong rất nhiều lĩnh vực của đời sống kinh tế, xã hội đã
và đang áp dụng công nghệ GPS.
Trong ngành trắc địa, công nghệ GPS đã mở ra thời kỳ mới, đã thay thế công nghệ
truyền thống trong việc thành lập và xây dựng mạng lưới tọa độ các cấp. Với ngành trắc
địa bản đồ thì đây là cuộc cách mạng thực sự về cả kỹ thuật, chất lượng cũng như hiệu quả
kinh tế trên phạm vi toàn thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng.
Hệ thống định vị toàn cầu GPS đã được công nhận và sử dụng rộng rãi như
một công nghệ tin cậy, hiệu quả trong trắc địa bản đồ bởi các tính ưu việt sau: Có
thể xác định tọa độ của các điểm từ điểm gốc khác mà không cần thông hướng; độ
chính xác đo đạc ít phụ thuộc vào điều kiện thời tiết (có thể đo trong mọi điều
kiện thời tiết); việc xác định tọa độ các điểm rất nhanh chóng, tính chính xác
cao, ở bất kỳ vị trí nào trên trái đất; kết quả đo đạc có thể tính trong hệ tọa độ toàn
cầu hoặc hệ tọa độ địa phương bất kỳ.
Cùng với thời gian, công nghệ GPS ngày càng phát triển hoàn thiện
theo chiều hướng chính xác, hiệu quả, thuận tiện hơn và được sử dụng rộng rãi.
Người ta đã sử dụng công nghệ GPS để xây dựng lưới tọa độ nhà nước thay thế cho
các phương pháp truyền thống, đạt được độ chính xác cao.


2

Huyện Tam Nông tỉnh Phú Thọ những năm qua có tốc độ phát triển kinh tế
tương đối nhanh kéo theo nhu cầu sử dụng đất ngày càng tăng. Chính vì thế nhu
cầu bức thiết trong quản lý đất đai của huyện là phải thành lập được bản đồ
địa chính (BĐĐC) có độ chính xác cao. Muốn có được điều đó cần phải xây dựng
hệ thống lưới địa chính trên địa bàn huyện. Để mở rộng khả năng sử dụng công
nghệ GPS, góp phần đưa công nghệ mới vào sản xuất. Với những lý do trên qua
khoá học thạc sỹ, được sự phân công của khoa quản lý tài nguyên - trường Đại Học
Nông Lâm Thái Nguyên và được sự giúp đỡ của Tiến sỹ Lê Văn Thơ. tôi thực hiện
đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ GPS trong xây dựng lưới khống chế
phục vụ đo vẽ bản đồ địa chính trên địa bàn huyện Tam Nông, tỉnh Phú Thọ”.
2. Mục tiêu của đề tài
2.1 Mục tiêu tổng quát
Ứng dụng kỹ thuật GPS đo động thời gian thực trong công tác thành lập bản
đồ địa chính, từ đó đề xuất một số giải pháp nâng cao hiệu quả của kỹ thuật đo GPS
động thời gian thực bằng các máy thu 2 tần số trong đo đạc địa chính trên cơ sở kết
quả thử nghiệm tại một số khu vực của huyện Tam Nông tỉnh Phú Thọ.
2.1 Mục tiêu cụ thể
- Tìm hiểu thực trạng khả năng ứng dụng của công nghệ GPS trong công tác
xây dựng lưới khống chế ở khu vực huyện Tam Nông, tỉnh Phú Thọ.
- Ứng dụng phương pháp đo tĩnh trong công nghệ GPS để thành lập lưới địa
chính, lưới khống chế đo vẽ phục vụ công tác thành lập bản đồ địa chính huyệnTam
Nông, tỉnh Phú Thọ.
- Những đề xuất về các giải pháp ứng dụng phương pháp đo tĩnh trong công
nghệ GPS để thành lập lưới khống chế ở khu vực vùng trung du miền núi của tỉnh
Phú Thọ .
3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Dựa trên công nghệ GPS để xây dựng lưới địa chính thay thế cho phương
pháp xây dựng lưới truyền thống, góp phần đưa công nghệ mới vào sản xuất nhằm
nâng cao độ chính xác, mang lại hiệu quả kinh tế - kỹ thuật trong thực tế sản xuất
khi xây dựng lưới khống chế trắc địa nói chung và lưới khống chế địa chính ở khu

vực huyện Tam Nông tỉnh Phú Thọ nói riêng.


3

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1. Công tác thành lập bản đồ địa chính
1.1.1. Hệ thống lưới khống chế
Các văn bản pháp quy
1. Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về xây dựng lưới độ cao của Bộ tài nguyên và
Môi trường ban hành kèm theo quyết định số11/2008/QĐ-BTNMT ngày 18 tháng
12 năm 2008, gọi tắt là văn bản [1].
2. Quy phạm thành lập bản đồ địa chính tỷ lệ 1/200, 1/500, 1/1000, 1/2000,
1/5000 và 1/10.000 của Bộ tài nguyên và Môi trường kèm theo quyết định số
08/2008/QĐ-BTNMT ngày 10/11/2008 -gọi tắt là [2].
3. Ký hiệu bản đồ địa chính tỷ lệ 1/500, 1/1000, 1/2000, và 1/5000 của Tổng
cục địa chính ( nay là Bộ tài nguyên và Môi trường) ban hành theo quyết định số
719/1999/QĐ-ĐC ngày 30/12/1999-gọi tât là [3].
4. Quy định sử dụng máy thu vệ tinh TRIMBLE NAVIGATION 4000ST để
thành lập lưới trắc địa do Cục đo đạc và Bản đồ nhà nước (nay là Bộ tài nguyên và
Môi trường)ban hành năm 1991, gọi tắt là văn bản [4].
5. Thông tư hướng dẫn áp dụng Hệ quy chiếu và Hệ tọa độ Quốc gia VN-2000
số 973/2001/TT-TCĐC ngày 20/6/2001 Tổng cục địa chính (nay là Bộ tài nguyên
và Môi trường),gọi tắt là văn bản [5].
6. Thông tư số 05/2009/Tt-BTNMT hướng dẫn kiểm tra, thẩm định và nghiệm
thu công trình sản phẩm địa chính ban hành ngày 01/6/2009 của Bộ tài nguyên và
Môi trường, gọi tắt là văn bản [6].
7. Thông tư số 08/2007/TT-BTNMT ngày 02/8/2007 về việc hướng dẫn thực hiện

thống kê, kiểm kê đất đai và xây dựng hiện trạng sử dụng đất,gọi tắt là văn bản [7].
8. Thông tư số 09/2007/TT-BTNMT do Bộ tài nguyên và Môi trường ban
hành ngày 02/8/2007 về việc hướng dẫn lập, chỉnh lý,quản lý hồ sơ địa chính, gọi
tắt là văn bản [8].


ii

LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành được đề tài, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến:
Ban giám hiệu Trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên, Khoa Quản lý tài
nguyên, cùng các Thầy Cô giáo đã giảng dạy, truyền đạt kiến thức cho tôi trong
suốt thời gian tôi tham gia khóa học của Trường.
TS. Lê Văn Thơ đã hết lòng quan tâm, trực tiếp hướng dẫn tôi trong quá trình
thực hiện đề tài.
Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình, bạn bè đã giúp đỡ, động
viên và đóng góp ý kiến cho tôi trong suốt quá trình học tập và hoàn thành đề tài.

Tác giả luận văn

Lưu Văn Tĩnh


5

+ Thành lập bản đồ địa chính bằng phương pháp đo vẽ trực tiếp ở thực địa.
Để đo vẽ bản đồ tỷ lệ 1:5000 - 1:10000, trên diện tích khoảng 5 km2 có một
điểm từ địa chính trở lên.
Để đo vẽ bản đồ tỷ lệ 1:500 - 1:2000, trên diện tích từ 1 đến 1,5 km2 có một
điểm từ địa chính trở lên.

Để đo vẽ bản đồ địa chính tỷ lệ 1:200, bản đồ địa chính ở khu công nghiệp,
khu có cấu trúc xây dựng dạng đô thị, khu đất có giá trị kinh tế cao, khu đất ở đô thị
có diện tích các thửa nhỏ, đan xen nhau, trên diện tích trung bình 0,3 km2 (30 ha) có
một điểm từ địa chính trở lên.
Quy định trên áp dụng cho cả trường hợp có trích đo khu dân cư hoặc trích đo
các thửa, các cụm thửa ở tỷ lệ lớn hơn tỷ lệ bản đồ cơ bản của khu vực.
Trường hợp đặc biệt, khi đo vẽ lập bản đồ địa chính mà diện tích nhỏ hơn 30 ha
đến trên 5 ha, mật độ từ điểm địa chính trở lên tối thiểu để phục vụ đo vẽ là 2 điểm [1].
Sơ đồ phát triển lưới địa chính
Lưới toạ độ nhà nước hiện nay đã được thống nhất xây dựng trên toàn quốc,
lưới toạ độ hạng III và IV nhà nước đã được xây dựng đảm bảo mật độ cũng như độ
chính xác phục vụ công tác thành lập bản đồ địa chính ở những khu vực nông thôn,
đất nông nghiệp, lâm nghiệp… Tuy nhiên, tại những khu vực thành phố và thị xã thì
mạng lưới này không đáp ứng được nhu cầu do bị mất mát và hư hỏng nhiều.
Phương pháp cơ bản để xây dựng lưới hiện nay là chêm dày từ các cấp lưới
hạng cao nhà nước như hạng I và hạng II, tạo nên mạng lưới địa chính cơ sở đạt độ
chính xác tiêu chuẩn hạng III và mật độ đạt tương đương hạng IV nhà nước.Để tăng
dày mật độ điểm khống chế tọa độ ta chêm dày thêm vào lưới địa chính cơ sở lưới
toạ độ địa chính cấp 1, 2 và tiếp sau đó chêm dày các cấp lưới thấp hơn [1].
Yêu cầu độ chính xác lưới toạ độ địa chính
Lưới toạ độ địa chính được thành lập nhằm mục đích phục vụ đo vẽ bản đồ địa
chính, tính thống nhất về độ chính xác là yếu tố cơ bản quan trọng nhằm đảm bảo
cho bản đồ địa chính được thành lập ở những vùng khác nhau vẫn đồng đều về chất
lượng, đặc biệt là đảm bảo độ chính xác yếu tố cần thiết thể hiện trên bản đồ.


6

Lưới địa chính được xây dựng bằng phương pháp đường chuyền hoặc bằng
công nghệ GPS theo đồ hình lưới tam giác dày đặc, đồ hình chuỗi tam giác, tứ giác

để làm cơ sở phát triển lưới khống chế đo vẽ [1].
1.1.2. Những đặc điểm thành lâp Hệ thống lưới khống chế khu vực huyện Tam Nông, tỉnh
Phú Thọ
Mật độ điểm được ưu tiên thiết kế dày hơn tại các khu vực dân cư và thưa tại
các vùng đồi núi. Đồ hình lưới tạo thành từng cặp điểm thông hướng nhau, cơ sở để
phát triển lưới là các điểm địa chính cơ sở (GPS) được thành lập năm 1995 đã có
trong khu đo và gần khu đo.
Việc thiết kế lưới đo theo công nghệ GPS liên quan đến vấn đề chọn điểm địa
chính ngoài thực địa, ngoài một số yếu tố về mật độ điểm, về kết cấu hình học của
mạng lưới, các điểm GPS cần phải đảm bảo yêu cầu riêng mang đặc thù của công
nghệ GPS [21].
1.2. Tổng quan về công nghệ GPS
1.2.1. Lịch sử hình thành
Từ những năm 60 của thế kỷ XX, Cơ quan Hàng không và Vũ trụ (NASA)
cùng với Quân đội Hoa Kỳ đã tiến hành chương trình nghiên cứu, phát triển hệ
thống dẫn đường và định vị chính xác bằng vệ tinh nhân tạo. Hệ thống định vị dẫn
đường bằng vệ tinh thế hệ đầu tiên là hệ thống TRANSIT. Hệ thống này có 6 vệ
tinh, hoạt động theo nguyên lý Doppler. Hệ thống TRANSIT được sử dụng trong
thương mại vào năm 1967. Một thời gian ngắn sau đó TRANSIT bắt đầu ứng dụng
trong trắc địa. Việc thiết lập mạng lưới điểm định vị khống chế toàn cầu là những
ứng dụng sớm nhất của hệ thống TRANSIT.
Định vị bằng hệ thống TRANSIT cần thời gian quan trắc rất lâu mà độ chính xác
chỉ đạt cỡ 1m. Do vậy, trong công tác trắc địa - bản đồ hệ thống TRANSIT chỉ phù hợp
với công tác xây dựng các mạng lưới khống chế cạnh dài. Nó không thỏa mãn được
các ứng dụng đo đạc thông dụng như đo đạc bản đồ, các công trình dân dụng.


7

Tiếp sau thành công bước đầu của hệ thống TRANSIT, hệ thống định vị vệ

tinh thế hệ thứ hai ra đời có tên là NAVSTAR-GPS (Navigtion Satellite Timing
And Ranging – Global Positioning System) gọi tắt là GPS. Hệ thống này bao gồm
24 vệ tinh phát tín hiệu, bay quanh Trái đất theo những quỹ đạo xác định. Độ chính
xác định vị bằng hệ thống này được nâng cao một cách đáng kể so với TRANSIT và
nhược điểm về thời gian quan trắc đã được khắc phục.
Một năm sau khi phóng vệ tinh thử nghiệm NTS-2 (Navigation Technology
Sattellite 2), giai đoạn thử nghiệm vận hành hệ thống GPS bắt đầu với việc phóng
vệ tinh GPS khối I. Từ năm 1978 đến 1985 có 11 vệ tinh khối I đã được phóng lên
quỹ đạo. Hiện nay hầu hết số vệ tinh thuộc khối I đã hết hạn sử dụng. Việc phóng
vệ tinh thế hệ thứ II (khối II) bắt đầu vào năm 1989. Sau giai đoạn này, 24 vệ tinh
đã được triển khai trên 6 quỹ đạo nghiêng 55o so với mặt phẳng xích đạo trái đất với
chu kỳ 12 giờ 58 phút, ở độ cao xấp xỉ 12.600 dặm (20.200 km). Loại vệ tinh bổ
sung thế hệ III (khối IIR, IIR-M và II-F) được thiết kế thay cho những vệ tinh khối
II, cho đến nay đã có 32 vệ tinh của hệ thống GPS hoạt động trên quỹ đạo [17].
Gần như đồng thời với hệ thống GPS của Mỹ, Nga cũng phát triển một hệ
thống tương tự với tên gọi GLONASS (nhưng không thương mại hóa rộng rãi).
Hiện nay Liên minh Châu Âu đang phát triển hệ dẫn đường vệ tinh của mình mang
tên GALILEO, hiện đã có một số vệ tinh đã được đưa lên quỹ đạo và hệ thống dự
kiến được đưa vào sử dụng năm 2014. Trung Quốc thì phát triển hệ thống định vị
toàn cầu của mình mang tên BEIDOU (Bắc Đẩu) bao gồm 35 vệ tinh. Ngoài ra còn
một số hệ thống định vị vệ tinh khác được sử dụng ở một số nơi trên thế giới [17].
Những ứng dụng sớm nhất của công nghệ GPS trong trắc địa là đo đạc các
mạng lưới trắc địa mặt bằng, năm 1983 người ta đã xây dựng mạng lưới trắc địa ở
Elfel (CHLB Đức), tiếp theo đó nhiều mạng lưới khác cũng được xây dựng ở
Montgomery County, Pennsylvania (Mỹ),... Ở Việt Nam, ngay từ những năm 19911992 chúng ta cũng đã sử dụng công nghệ GPS để xây dựng một số mạng lưới tọa
độ nhà nước hạng II ở những vùng khó khăn chưa có lưới khống chế (Minh Hải,


8

Tây Nguyên,...). Sử dụng GPS để xây dựng lưới trắc địa biển, kết nối đất liền với
các hải đảo trong một hệ thống tọa độ chung. Trong những năm 1995-1997 chúng ta
đã xây dựng mạng lưới GPS cấp “0”, trên cơ sở đó thành lập hệ quy chiếu Quốc gia
mới (VN-2000) cũng như việc lập lưới khống chế hạng III phủ trùm lãnh thổ (gần
30.000 điểm) [17].
Hiện nay, hệ thống GPS vẫn đang phát triển và ngày càng hoàn thiện về phần
cứng (thiết bị đo) và phần mềm (chương trình xử lý số liệu), đươc ứng dụng rộng
rãi vào mọi dạng công tác trắc địa bản đồ, trắc địa công trình dân dụng và các công
tác định vị khác theo chiều hướng ngày càng đơn giản, hiệu quả.
1.2.2. Cấu trúc hệ thống GPS
GPS gồm 3 đoạn: đoạn không gian, đoạn điều khiển và đoạn người sử dụng

Hình 1.1. Cấu trúc của hệ thống GPS [27]

Đoạn không gian (Space Segment)
Đoạn không gian gồm tối thiểu 24 vệ tinh bay trên 6 mặt phẳng quỹ đạo cách
đều nhau và có góc nghiêng 55o so với mặt phẳng xích đạo của Trái đất. Quỹ đạo
của vệ tinh gần như hình tròn, vệ tinh bay ở độ cao xấp xỉ 20200 km so với mặt đất,
bán kính quỹ đạo 26.600 km. Vệ tinh GPS chuyển động trên quỹ đạo với chu kỳ là
718 phút, mỗi một quỹ đạo có ít nhất 4 vệ tinh. Do đó, ở bất kỳ thời gian nào và ở
bất kỳ vị trí quan trắc nào trên Trái đất trong điều kiện địa hình thông thoáng cũng
có thể quan trắc được ít nhất 4 vệ tinh GPS - điều kiện tối thiểu để có thể định vị
được trong không gian 3 chiều [18].


iii

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ ii

MỤC LỤC ................................................................................................................. iii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ......................................................................... vii
DANH MỤC CÁC BẢNG...................................................................................... viii
DANH MỤC CÁC HÌNH ......................................................................................... ix
MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1
1. Tính cấp thiết của đề tài ............................................................................. 1
2. Mục tiêu của đề tài .................................................................................... 2
2.1 Mục tiêu tổng quát ................................................................................... 2
2.1 Mục tiêu cụ thể ........................................................................................ 2
3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài .................................................... 2
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU..................................................................3
1.1. Công tác thành lập bản đồ địa chính ....................................................... 3
1.1.1. Hệ thống lưới khống chế ......................................................................3
1.1.2. Những đặc điểm thành lâp Hệ thống lưới khống chế khu vực huyện
Tam Nông, tỉnh Phú Thọ ................................................................................6
1.2. Tổng quan về công nghệ GPS ................................................................. 6
1.2.1. Lịch sử hình thành ................................................................................6
1.2.2. Cấu trúc hệ thống GPS .........................................................................8
1.2.3. Tín hiệu GPS ......................................................................................12
1.2.4. Các trị đo GPS ....................................................................................14
1.2.5. Nguyên lý định vị GPS .......................................................................16
1.2.6. Các nguồn sai số .................................................................................19
1.2.7. Những kỹ thuật đo GPS ......................................................................22
1.2.8. Xử lý số liệu........................................................................................27
1.2.9. Bình sai lưới GPS ...............................................................................27


iii

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ ii
MỤC LỤC ................................................................................................................. iii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ......................................................................... vii
DANH MỤC CÁC BẢNG...................................................................................... viii
DANH MỤC CÁC HÌNH ......................................................................................... ix
MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1
1. Tính cấp thiết của đề tài ............................................................................. 1
2. Mục tiêu của đề tài .................................................................................... 2
2.1 Mục tiêu tổng quát ................................................................................... 2
2.1 Mục tiêu cụ thể ........................................................................................ 2
3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài .................................................... 2
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU..................................................................3
1.1. Công tác thành lập bản đồ địa chính ....................................................... 3
1.1.1. Hệ thống lưới khống chế ......................................................................3
1.1.2. Những đặc điểm thành lâp Hệ thống lưới khống chế khu vực huyện
Tam Nông, tỉnh Phú Thọ ................................................................................6
1.2. Tổng quan về công nghệ GPS ................................................................. 6
1.2.1. Lịch sử hình thành ................................................................................6
1.2.2. Cấu trúc hệ thống GPS .........................................................................8
1.2.3. Tín hiệu GPS ......................................................................................12
1.2.4. Các trị đo GPS ....................................................................................14
1.2.5. Nguyên lý định vị GPS .......................................................................16
1.2.6. Các nguồn sai số .................................................................................19
1.2.7. Những kỹ thuật đo GPS ......................................................................22
1.2.8. Xử lý số liệu........................................................................................27
1.2.9. Bình sai lưới GPS ...............................................................................27


11

+ Các máy thu GPS để định vị trong các mục đích quân sự, chúng sử dụng
phương pháp đo mã C/A-code và P-code ở cả 2 tần số L1 và L2.
+ Các máy đo pha một tần số (L1);
+ Các máy đo pha 2 tần số L1 và L2.
Trong số 4 loại máy trên thì 2 loại sau được sử dụng trong đo đạc địa chính vì
chúng cho độ chính xác rất cao, tới vài millimét.
Các thiết bị sử dụng
Máy đo lưới địa chính theo công nghệ GPS là máy thu tín hiệu vệ tinh 1 hoặc
2 tần số (Trimble Navigation 4000SE, 4000SSE, 4600LS, 4800LS hoặc máy 9600
của hăng South Trung Quốc; máy X20, X90 của hăng Huace Trung Quốc và các
loại máy có độ chính xác tương đương khác). Máy đo lưới kinh vĩ, đo chi tiết bản
đồ địa chính là máy toàn đạc điện tử TS02 của hãng Leica Thụy sỹ …

Hình 1.4. Máy thu GPS [28]

Hình 1.5. Máy toàn đạc điện tử [28]


12

1.2.3. Tín hiệu GPS
Tín hiệu phát ra từ vệ tinh bao gồm 3 thành phần cơ bản sau:
- 2 sóng tải (hay sóng mang - carrier wave) trong dải tần số L (L band) là L1
và L2.
- Mã giả ngẫu nhiên sử dụng để đo khoảng cách, bao gồm C/A-code và P-code
(hay Y-code).
- Thông báo định vị (navigation message).
Mỗi vệ tinh GPS có 1 đồng hồ nguyên tử rất chính xác. Các đồng hồ này xung
nhịp với tần số f 0 = 10.23MHz là tần số cơ bản để tạo ra tín hiệu phát đi từ vệ tinh.

Các sóng tải có nhiệm vụ chuyển tải mã đo khoảng cách và các thông báo định
vị. Vệ tinh GPS phát ra sóng tải ở 2 tần số ký hiệu là L1 và L2, các tần số này được
tính từ tần số cơ bản như sau:

f L1 = 154 × f 0 = 1575.42Mhz ;
f L 2 = 120 × f 0 = 1227.60Mhz ;
Từ các tần số trên, có thể tính được bước sóng của L1 và L2 như sau:

λ L1 =

c
c
≈ 24cm
≈ 19 cm λL 2 =
f L2
f L1

Các mã giả ngẫu nhiên được sử dụng để đo khoảng cách từ vệ tinh tới máy
thu. Các mã này được gọi là giả ngẫu nhiên vì chúng có tính chất gần giống như
một mã ngẫu nhiên, nhưng trong thực tế được phát sinh ra theo một thuật toán phức
tạp mà ta có thể biểu diễn một cách đơn giản dưới dạng hàm số G = G(PRN) với
PRN là số nguyên có giá trị từ 1 đến 36. Với mỗi một giá trị của PRN sẽ có một mã
giả ngẫu nhiên. Mỗi vệ tinh GPS được gán một giá trị PRN riêng và do đó nó có mã
giả ngẫu nhiên riêng [5]. Có 2 loại mã giả ngẫu nhiên là:
- C/A-code (viết tắt của từ "clear/access code" hay "coarse/acquisition code"),
được phát đi ở tần số 1.023MHz và có chu kỳ lặp lại là 1ms (cứ 1ms th́ mă C/Acode lại lặp lại). Chỉ có sóng tải L1 là được điều biến bởi C/A-code, tức là mã này
chỉ có trong sóng L1.


13

- P-code (viết tắt của từ "private code" hay "precise code"), được phát đi ở tần
số 10.23MHz và có chu kỳ lặp lại là 266.4 ngày. Số 266.4 ngày này được chia thành
các khoảng 7 ngày (1 tuần) và mỗi khoảng được gán với 1 vệ tinh. Như vậy, P-code
của mỗi vệ tinh sẽ lặp lại sau 1 tuần. P-code được truyền bởi cả 2 sóng tải là L1 và
L2. Khi chế độ A/S (Anti Spoofing) được bật thì P-code được mã hóa thành Y-code
và người dùng dân sự không sử dụng được.
- Các thông báo định vị (Navigation message) chứa các thông tin dự báo về:
+ Lịch vệ tinh.
+ Các hệ số của mô hình dùng để hiệu chỉnh sai lệch đồng hồ của vệ tinh.
+ Trạng thái (hay sức khỏe) của vệ tinh (đang hoạt động, ngừng hoạt động,
sửa chữa,...)
+ Các thông số của mô hình mô tả ảnh hưởng của tầng điện ly.
Các thông tin dự báo trên được các trạm điều khiển cung cấp lên vệ tinh rồi
truyền xuống các máy thu của người sử dụng trong các thông báo định vị. Các
thông báo định vị được phát đi từng bít một (0 hay 1) cứ sau 20 chu kỳ lặp lại của
mã C/A-code. Toàn bộ một thông báo định vị dài 1500bit và để truyền tải một thông
báo như vậy cần 30s.

Hình 1.6. Cấu trúc tín hiệu GPS [27]


14

1.2.4. Các trị đo GPS
Việc định vị bằng GPS thực hiện trên cơ sở sử dụng hai dạng đại lượng đo cơ
bản, đó là đo khoảng cách giả theo các code tựa ngẫu nhiên (C/A-code và P-code)
và đo pha của sóng tải L1, L2và tổ hợp L1/L2.
Đo khoảng cách giả theo C/A-code và P-code
Code tựa ngẫu nhiên được phát đi từ vệ tinh cùng với sóng tải. Máy thu GPS

cũng tạo ra code tựa ngẫu nhiên đúng như vậy. Bằng cách so sánh code thu từ vệ
tinh và code của chính máy thu tạo ra có thể xác định được khoảng thời gian lan
truyền của tín hiệu code, từ đó dễ dàng xác định được khoảng cách từ vệ tinh đến
máy thu (đến tâm anten của máy thu). Do có sự không đồng bộ giữa đồng hồ
của vệ tinh và máy thu, do có ảnh hưởng của môi trường lan truyền tín hiệu
nên khoảng cách tính theo khoảng thời gian đo được không phải là khoảng cách
thực giữa vệ tinh và máy thu, đó là khoảng cách giả.
Nếu ký hiệu tọa độ của vệ tinh là xs, ys, zs; tọa độ của điểm xét (máythu) là
x,y,z; thời gian lan truyền tín hiệu từ vệ tinh đến điểm xét là t, sai số không đồng bộ
giữa đồng hồ trên vệ tinh và trong máy thu là ∆t, khoảng cách giả đo được là R, ta
có phương trình:
R = c(t+∆t) =

( xS − x) 2 + ( yS − y ) 2 + ( zS − z ) 2 + c∆t(1.1)

Trong đó, c là tốc độ lan truyền tín hiệu.
Trong trường hợp sử dụng C/A-code, theo dự tính của các nhà thiết kế hệ
thống GPS, kỹ thuật đo khoảng thời gian lan truyền tín hiệu chỉ có thể đảm bảo độ
chính xác đo khoảng cách tương ứng khoảng 30m. Nếu tính đến ảnh hưởng của điều
kiện lan truyền tín hiệu, sai số đo khoảng cách theo C/A code sẽ ở mức 100m là
mức có thể chấp nhận được để cho khách hàng dân sự được khai thác. Song kỹ
thuật xử lý tín hiệu code này đã được phát triển đến mức có thể đảm bảo độ chính
xác đo khoảng cách khoảng 3m, tức là hầu như không thua kém so với trường hợp
sử dụng P-code vốn không dành cho khách hàng đại trà. Chính vì lý do này mà
trước đây Chính phủ Mỹ đã đưa ra giải pháp SA để hạn chế khả năng thực tế của
C/A code. Nhưng ngày nay do kỹ thuật đo GPS có thể khắc phục được nhiễu SA,
Chính phủ Mỹ đã tuyên bố bỏ nhiễu SA trong trị đo GPS từ tháng 5 năm 2000 [24].