ứng dụng hệ thống định vị toàn cầu (gps) xây dựng lưới khống chế đo vẽ xã việt lập, huyện tân yên, tỉnh bắc giang

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

ðÀO QUANG HUỲNH

ỨNG DỤNG HỆ THỐNG ðỊNH VỊ TOÀN CẦU (GPS)
XÂY DỰNG LƯỚI KHỐNG CHẾ ðO VẼ XÃ VIỆT LẬP,
HUYỆN TÂN YÊN, TỈNH BẮC GIANG

LUẬN VĂN THẠC SĨ

HÀ NỘI – 2015


BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

ðÀO QUANG HUỲNH

ỨNG DỤNG HỆ THỐNG ðỊNH VỊ TOÀN CẦU (GPS)
XÂY DỰNG LƯỚI KHỐNG CHẾ ðO VẼ XÃ VIỆT LẬP,
HUYỆN TÂN YÊN, TỈNH BẮC GIANG

CHUYÊN NGÀNH

: QUẢN LÝ ðẤT ðAI

MÃ SỐ

: 60.85.01.03

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. LÊ MINH TÁ

HÀ NỘI – 2015


LỜI CAM ðOAN
Tôi xin cam ñoan số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung
thực và chưa ñược sử dụng trong các Luận văn, Luận án ñể bảo vệ một học vị nào.
Nội dung ñề tài này là những kết quả nghiên cứu, những ý tưởng khoa học ñược
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 ñoan, các thông tin trích dẫn trong luận văn ñều ñã ñược chỉ rõ
nguồn gốc./.
Hà Nội, ngày tháng năm 2015
Tác giả luận văn

ðào Quang Huỳnh

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page i

LỜI CẢM ƠN
ðể hoàn thành ñược ñề tài, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành ñến:
Ban giám ñốc Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam, khoa Quản lý ñất ñai, cùng
các thầy, cô giáo ñã giảng dạy, truyền ñạt kiến thức cho tôi trong suốt thời gian tôi
tham gia khóa học của trường.
TS. Lê Minh Tá ñã hết lòng quan tâm, trực tiếp hướng dẫn tôi trong quá trình
thực hiện ñề tài.
Anh Nguyễn Trọng Thủy – Giám ñốc chi nhánh công ty cổ phần tư vấn dịch
vụ và thương mại nông nghiệp Phương Bắc, cùng cán bộ, nhân viên công ty ñã giúp
ñỡ tôi trong quá trình ño ñạc, thu thập số liệu và ñồng ý cho tôi sử dụng số liệu này
trong ñề tài của mình.
Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành ñến gia ñình, bạn bè ñã giúp ñỡ, ñộng
viên và ñóng góp ý kiến cho tôi trong suốt quá trình học tập và hoàn thành ñề tài.
Do thời gian thực hiện có hạn, kinh nghiệm thực tiễn của bản thân chưa
nhiều, luận văn khó tránh khỏi những thiếu sót, kính mong nhận ñược sự ñóng góp
ý kiến của quý thầy cô ñể ñề tài hoàn thiện hơn
Hà Nội, ngày tháng năm 2015
Tác giả luận văn

ðào Quang Huỳnh

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page ii


MỤC LỤC
Lời cam ñoan

i

Lời cảm ơn

ii

Mục lục

iii

Danh mục các từ viết tắt

vi

Danh mục bảng

vii

Danh mục hình

viii

MỞ ðẦU

1

1

Tính cấp thiết của ñề tài

1

2

Mục ñích của ñề tài.

3

3

Yêu cầu của ñề tài.

3

Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

4

1.1 Khái quát chung về lưới khống chế

4

1.1.1 Các phương pháp xây dựng lưới khống chế tọa ñộ truyền thống

4

1.1.2 Phương pháp xây dựng lưới khống chế tọa ñộ bằng công nghệ GPS

6

1.2 Khái quát chung về hệ thống ñịnh vị toàn cầu GPS

7

1.2.1 Khái quát về GPS

7

1.2.2 Các ñại lượng ño GPS

11

1.2.3 Các phương pháp ñịnh vị GPS

14

1.2.4 Các nguồn sai số trong kết quả ño GPS

19

1.3 Ứng dụng hệ thống ñịnh vị toàn cầu trên thế giới và tại Việt Nam

22

1.3.1 Trên thế giới

22

1.3.2 Tại Việt Nam

23

1.4 Xây dựng lưới khống chế ño vẽ

25

1.4.1 Khái niệm, yêu cầu thiết kế lưới khống chế ño vẽ

25

1.4.2 Quy trình xây dựng lưới khống chế ño vẽ

26

1.5 Giới thiệu chương trình bình sai, ñánh giá ñộ chính xác lưới GPS bằng
phần mềm Trimble Business Center (TBC)
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

27

Page iii


1.5.1 Khái quát phần mềm Trimble Business Center (TBC )

27

1.5.2 Quy trình hoạt ñộng của phần mềm Trimble Business Center (TBC)

29

Chương 2 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

30

2.1 ðối tượng nghiên cứu

30

2.2 Phạm vi nghiên cứu

30

2.3 Nội dung nghiên cứu

30

2.4 Phương pháp nghiên cứu

31

2.4.1 Phương pháp ñiều tra, thu thập tài liệu, số liệu

31

2.4.2.Phương pháp xây dựng lưới ño vẽ

31

2.4.3 Phương pháp xử lý số liệu ño

31

2.4.4 Phương pháp tổng hợp, phân tích, so sánh

31

2.4.5 Phương pháp kiểm tra nghiệm thu

31

Chương 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

33

3.1 ðiều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội xã Việt Lập, huyện Tân Yên, tỉnh Bắc Giang

33

3.1.1 ðiều kiện tự nhiên

33

3.1.2 Thực trạng phát triển kinh tế - xã hội, cơ sở hạ tầng

35

3.1.3 ðánh giá chung về ñiều kiện tự nhiên, kinh tế-xã hội

37

3.1.4 Tư liệu Trắc ñịa Bản ñồ hiện có.

38

3.2 Xây dựng lưới khống chế ño vẽ ñể thành lập bản ñồ ñịa chính tỷ lệ 1/1000
xã Việt Lập

39

3.2.1 Văn bản quy phạm

39

3.2.2 Quy trình xây dựng lưới khống chế ño vẽ bằng công nghệ GPS

40

3.2.3 Xây dựng lưới khống chế ño vẽ bằng công nghệ GPS tại xã Việt Lập

41

3.2.4 Xử lý tính toán bình sai

51

3.2.5 Kết quả, ñánh giá kết quả

63

3.2.6 Kiểm tra

70

3.3

Khả năng ứng dụng của công nghệ GPS trong việc xây dựng lưới ño
vẽ ở vùng ñồi núi.

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

71

Page iv


3.3.1 Những ưu ñiểm của công nghệ GPS so với phương pháp ño ñạc
truyền thống trong công tác xây dựng lưới ño vẽ ở khu vực miền núi.

71

3.3.2 Khả năng ứng dụng của công nghệ GPS trong việc xây dựng lưới
khống chế ño vẽ ở vùng ñồi núi.

73

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

75

TÀI LIỆU THAM KHẢO

77

PHỤ LỤC

79

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page v


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
BððC

: Bản ñồ ñịa chính

DOP

: Dilution of Precision
ðộ mất chính xác

GLONASS

: Global Orbitting Navigation Satellite System

GPS

: Global Positioning System
Hệ thống ñịnh vị toàn cầu

HDOP

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

NAVSTAR GPS

: Navigation Satellite Providing Timming and
Ranging Global Positioning System

NNSS

: Naval Navigation Satellite System
Hệ thống ñạo hàng vệ tinh trên biển

Mx, My, Mh

: Sai số theo phương x, y, h

Mp

: Sai số vị trí ñiểm

PDOP

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

Ratio

: Tỉ số phương sai

Reference Variance

: ðộ chênh lệch tham khảo

Rms

: Sai số chiều dài cạnh

ITRF

: International Celestial Reference Frame
Khung tọa ñộ Quốc tế

VDOP

: Vertiacal Dilution of Precision
ðộ mất chính xác theo phương dọc

X, Y, h

: Tọa ñộ X, Y, ðộ cao thủy chuẩn tạm thời

DT 398

: Tên tuyến ñường nhựa trong khu ño

PT-04

: Tên tuyến ñường nhựa trong khu ño

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page vi


DANH MỤC BẢNG

STT

TÊN BảNG

TRANG

1.1

Chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản chung của lưới khống chế ño vẽ

26

3.1

Tọa ñộ ñiểm gốc khởi tính

41

3.2

Khối lượng công việc cần thực hiện

43

3.3

Thiết kế ca ño lưới khống chế ño vẽ xã Việt Lập.

48

3.4

Những công việc ñã thực hiện.

64

3.6

So sánh kết quả ñạt ñược với quy phạm hiện hành

69

3.7

So sánh kết quả xử lý ñược với kết quả ño kiểm tra

70

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page vii


DANH MỤC HÌNH
STT

Tên hình

Trang

1.1

Mô hình hình ảnh trái ñất và vệ tinh GPS

7

1.2

Cấu trúc tín hiệu GPS

9

1.3

Các trạm ñiều khiển GPS

10

1.4

Các thành phần chính của GPS

11

1.5

Xác ñịnh hiệu số giữa các thời ñiểm

12

1.6

Kỹ thuật giải ña trị tại các máy thu

13

1.7

Kỹ thuật ñịnh vị tuyệt ñối

15

1.8

Kỹ thuật ñịnh vị tương ñối

17

3.1

Quy trình xây dựng lưới khống chế ño vẽ

40

3.2

Khởi ñộng modul planning

43

3.3

Giao diện Station Editor

44

3.4

Giao diện DOP Values

45

3.5

Giao diện Elevation

45

3.6

ðồ hình về số lượng các vệ tinh trong khoảng thời gian lập lịch ño

46

3.7

Sự phân bố vệ tinh trên bầu trời trong hệ tọa ñộ ñịa diện chân trời

46

3.8

Máy ño GPS-X20

49

3.9

Tạo project mới

52

3.10 Thiết lập cấu hình project

53

3.11 cửa sổ Coordinate System Type

53

3.12 nhập dữ liệu vào project

54

3.13 Chỉnh sửa lại tên ñiểm, chiều cao angten

55

3.14 Cửa sổ plan view hiển thị mạng lưới

55

3.15 Kiểm tra cấu hình dùng xử lý cạnh

56

3.16 vô hiệu hóa các vệ tinh không có tín hiệu và loại bỏ phần xấu của dữ
liệu vệ tinh

57

3.17 vec-tơ cạnh ñược xử lý

57

3.18 Các thiết lập bình sai.

60

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page viii


3.19 ðặt trọng số và giá trị bình sai với thủ thuật trọng số

61

3.20 Các ñiểm khống chế sau bình sai với elip sai số

62

3.21 Kết quả biên tập 7 bảng theo quy ñịnh BTNMT

63

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page ix


MỞ ðẦU
1. Tính cấp thiết của ñề tài
Công tác quản lý Nhà nước về ñất ñai trong giai ñoạn hiện nay cũng như
trong tương lai lâu dài luôn giữ vai trò quan trọng trong việc phát triển kinh tế xã hội, bảo vệ môi trường, giữ vững an ninh, quốc phòng và toàn vẹn lãnh thổ
quốc gia. Khảo sát, ño ñạc, lập bản ñồ ñịa chính là một trong những nội dung
quản lý nhà nước về ñất ñai ñã ñược ghi tại khoản 3, ðiều 22 của Luật ñất ñai
2013. Nội dung chức năng, nhiệm vụ, quyền hạn của các cấp, các ngành trong
việc thực hiện khảo sát, ño ñạc, lập và quản lý bản ñồ ñịa chính ñã ñược quy ñịnh
tại ðiều 23 của Luật ñất ñai 2013. ( Luật ñất ñai, 2013 )

Căn cứ Luật ñất ñai năm 2013, ngày 29 tháng 11 năm 2013, Nghị ñịnh
43/2014/Nð-CP ngày 15 tháng 05 năm 2014 của Chính phủ quy ñịnh chi tiết thi
hành một số ñiều của Luật ðất ñai; Căn cứ Thông số 25/2014/TT-BTNMT
ngày 19/05/2014 của Bộ Tài nguyên và Môi trường về quy ñịnh các yêu cầu kỹ
thuật cơ bản của việc lập, chỉnh lý, quản lý, sử dụng bản ñồ ñịa chính tỷ lệ
1:200, 1:500, 1:1000, 1:2000, 1:5000, và 1:10000 và trích ño ñịa chính thửa ñất
thay thế Quy phạm thành lập bản ñồ ñịa chính trước ñây.( Bộ Tài nguyên và
Môi trường, 2014 )
Công tác ño ñạc bản ñồ ñược chúng ta thực hiện từ rất lâu ñời, ban ñầu chỉ
sử dụng các dụng cụ thô sơ và những phép tính ñơn giản ñể ño vẽ, thành lập bản
ñồ. Ngày nay, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của các ngành khoa học, ngành
trắc ñịa cũng phát triển nhanh tróng và ñạt ñược những thành tựu khoa học ñáng
kể. Trong ñó công tác ño ñạc thành lập bản ñồ ñịa chính ñược áp dụng nhiều
công nghệ, máy móc hiện ñại như: máy toàn ñạc ñiện tử, máy GPS, các phần
mềm ứng dụng xử lý trên máy tính…
Hệ thống ñịnh vị toàn cầu GPS là hệ thống ñịnh vị, dẫn ñường sử dụng các
vệ tinh nhân tạo ñược Bộ Quốc phòng Mỹ triển khai từ những năm ñầu thập kỷ
70. Ban ñầu, hệ thống này ñược dùng cho mục ñích quân sự nhưng sau ñó ñã
ñược thương mại hóa, ứng dụng rất rộng rãi trong các hoạt ñộng kinh tế, xã hội.
Ngày nay, trong rất nhiều lĩnh vực của ñời sống xã hội ñã và ñang áp dụng công
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 1


nghệ GPS. Trong trắc ñịa cũng vậy, công nghệ GPS ñã mở ra thời kỳ mới, ñã
thay thế công nghệ truyền thống trong việc thành lập và xây dựng mạng lưới tọa
ñộ các cấp. Với ngành trắc ñịa bản ñồ thì ñây 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 ñịnh vị toàn cầu GPS ñã ñược công nhận và sử dụng rộng rãi
như một công nghệ tin cậy, hiệu quả trong trắc ñịa bản ñồ bởi các tính ưu việt
sau: Có thể xác ñịnh tọa ñộ của các ñiểm từ ñiểm gốc khác mà không cần thông
hướng; ñộ chính xác ño ñạc ít phụ thuộc vào ñiều kiện thời tiết; việc ño ñạc rất
nhanh chóng, ñộ chính xác cao, ở bất kỳ vị trí trên trái ñất nếu thu ñược tín hiệu
vệ tinh; kết quả ño ñạc có thể tính trong hệ tọa ñộ toàn cầu hoặc hệ tọa ñộ ñịa
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 ñược sử dụng rộng rãi. Người
ta ñã sử dụng công nghệ GPS ñể xây dựng lưới tọa ñộ nhà nước các cấp thay thế
cho các phương pháp truyền thống, ñạt ñược ñộ chính xác cao.
Huyện Tân Yên, tỉnh Bắc Giang những năm qua có tốc ñộ phát triển kinh
tế tương ñối nhanh kéo theo nhu cầu sử dụng ñất ngày càng tăng. Chính vì thế
nhu cầu bức thiết trong quản lý ñất ñai của huyện là thành lập bản ñồ ñịa chính
(BððC) có ñộ chính xác cao. Hiện nay ñã xây dựng xong mạng lưới ñịa chính
huyện Tân Yên và ñang tiến hành ño vẽ bản ñồ ñịa chính trong toàn huyện theo
quy phạm thành lập bản ñồ ñịa chính. Tuy nhiên ứng dụng công nghệ GPS ñể
xây dựng lưới khống chế ño vẽ thành lập bản ñồ ñịa chính chưa ñược các cấp
quan tâm ñúng mức và chưa có quy phạm ño chi tiết.
ðể mở rộng khả năng sử dụng công nghệ GPS, góp phần ñưa công nghệ
mới vào công tác ño vẽ thành lập bản ñồ ñịa chính. Dưới sự hướng dẫn của TS.
Lê Minh Tá, tôi tiến hành nghiên cứu ñề tài:
“Ứng dụng hệ thống ñịnh vị toàn cầu (GPS) xây dựng lưới khống chế
ño vẽ Xã Việt Lập, Huyện Tân Yên, Tỉnh Bắc Giang”

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 2

2. Mục ñích của ñề tài.
Ứng dụng công nghệ ño GPS tĩnh nhanh ñể xây dựng lưới khống chế ño
vẽ thành lập bản ñồ ñịa chính tại xã Việt Lập, huyện Tân Yên.
3. Yêu cầu của ñề tài.
- Lưới khống chế ño vẽ phải ñảm bảo ñủ mật ñộ ñiểm và ñộ chính xác ñể
thành lập bản ñồ ñịa chính tỷ lệ lớn 1/1000 cho xã Việt Lập, huyện Tân Yên.
- Lưới khống chế ño vẽ phải ñảm bảo ñủ các cặp thông hướng phù hợp với
ñịa hình và công tác ño vẽ chi tiết thành lập bản ñồ ñịa chính cho khu ño.
- Các yêu cầu kỹ thuật xây dựng lưới tuân theo quy phạm hiện hành của
Bộ Tài nguyên và Môi trường.

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 3


Chương 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Khái quát chung về lưới khống chế
Lưới khống chế là hệ thống các ñiểm ñược ñánh dấu chắc chắn trên mặt
ñất, giữa chúng liên kết với nhau bởi các hình học và các ñiều kiện toán học chặt
chẽ, ñược xác ñịnh trong cùng một hệ thống tọa ñộ thống nhất với ñộ chính xác
cần thiết, làm cơ sở phân bố chính xác các yếu tố nội dung bản ñồ và hạn chế sai
số tích lũy.
1.1.1. Các phương pháp xây dựng lưới khống chế tọa ñộ truyền thống
1.1.1.1. Lưới tam giác
a, Lưới tam giác ño góc
Phương pháp này ñược ứng dụng vào ñầu thế kỷ XX khi chưa phát triển
máy ño cạnh có ñộ chính xác cao.
ðồ hình cơ bản là lưới tam giác dày ñặc, khóa tam giác, tứ giác trắc ñịa
(tứ giác có hai ñường chéo - hình thoi) và ña giác trung tâm.

Trong lưới tam giác ño góc người ta tiến hành ño tất cả các góc trong lưới
nên có ñiều kiện kiểm tra. ðộ chính xác các yếu tố trong lưới (cạnh, phương vị,
vị trí ñiểm) ñạt khá cao và ñồng ñều.
Hạn chế của lưới tam giác là:
- ðồ hình là những tam giác gần ñều.
- ðòi hỏi phải thông hướng cho tất cả các ñiểm.
- Cạnh không thể dài do ảnh hưởng của chiết quang không khí và ñộ cong
trái ñất. (Dương Vân Phong và Nguyễn Gia Trọng, 2012 )
b, Lưới tam giác ño cạnh
Yếu tố cần ño của lưới là tất cả các cạnh tam giác trong lưới. Các góc tam
giác có thể ñược tính ra từ các cạnh do. Khi biết góc phương vị của một cạnh khởi
ñầu ta sẽ tính ñược góc phương vị của cạnh khác. Khi biết tọa ñộ một ñiểm gốc ta sẽ
tính ñược tọa ñộ các ñiểm khác của lưới tam giác.
+ Ưu ñiểm: trị ño ít, khống chế ñược khu vực rộng lớn.
+ Nhược ñiểm: Trị ño thừa ít, ñộ chính xác tính chuyền phương vị cũng tốn
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 4


kém hơn lưới tam giác ño góc nên lưới ño cạnh không có ñộ tin cậy cao.(Dương
Vân Phong và Nguyễn Gia Trọng, 2012)
c, Lưới tam giác ño góc cạnh kết hợp
Yếu tố cần ño của lưới là các góc và cạnh trong mạng lưới tam giác.
+ Ưu ñiểm: Cho ñộ chính xác cao, phạm vi khống chế rộng lớn.
+ Nhược ñiểm: Khối lượng công việc lớn, việc xây dựng mạng lưới phức
tạp và tốn kém. Khi xử lý nội nghiệp phải xử lý hai loại trị ño khác nhau về ñơn vị
và khác nhau về ñộ chính xác, cho nên công tác xác ñịnh trọng số hợp lý rất phức
tạp. ( Dương Vân Phong và Nguyễn Gia Trọng, 2012)
1.1.1.2. Lưới ña giác (lưới ñường chuyền)

ðường chuyền là một dạng cơ bản của lưới khống chế mặt bằng. Trên khu
ño bố trí các ñiểm nối với nhau tạo thành ñường gãy khúc, trong trắc ñịa người ta
gọi ñó là “ðường chuyền”, “ðường ña giác”, “ðường sườn”. ðo tất cả các góc
ngoặt của ñường chuyền ta sẽ xác ñịnh ñược vị trí tương hỗ giữa các ñiểm. Nếu
biết tọa ñộ của một ñiểm và góc phương vị của một cạnh ta dễ dàng tính ra góc
phương vị và các tọa ñộ của các ñiểm khác trên ñường chuyền.
- Phương pháp ñường chuyền chỉ thích ứng ở những khu vực mà ở ñó nếu
áp dụng phương pháp tam giác thì phải dựng hàng loạt tiêu cao.
- Lưới ñường chuyền chọn ñiểm linh hoạt hơn nhưng ñiều kiện ràng buột
ít hơn nên ñộ chính xác các yếu tố của lưới kém lưới ño góc. Từ những năm 1960
trở lại ñây phương tiện ño cạnh có nhiều cải tiến, ñặc biệt khi có các máy toàn
ñạc ñiện tử (Total station) vừa ño góc, vừa ño cạnh có ñộ chính xác cao nên
phương pháp ña giác ñược dùng khá phổ biến.
- ðồ hình cơ bản của ñường chuyền có thể chia thành 3 dạng chính cơ bản
là “ñường chuyền phù hợp”, “lưới ñường chuyền”, “ñường chuyền khép kín”.
- ðối với khu vực ño kéo dài, hai ñầu có các ñiểm khống chế cấp cao thì
dùng dạng ñường chuyền phù hợp.
* Những yêu cầu kỹ thuật cơ bản của ñường chuyền:
- ðường chuyền hạng I xây dựng theo các vòng khép kín.
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 5


- ðường chuyền hạng II xây dựng bên trong các vòng khép ñường chuyền
hoặc khóa tam giác hạng I ở dạng lưới.
- Những ñiểm ñường chuyền hạng III ñược xác ñịnh trên cơ sở những
ñiểm tam giác, ñường chuyền hạng cao bằng các tuyến ñường ñơn hoặc hệ thống
các ñường chuyền có một hoặc nhiều ñiểm nút.
- Những ñiểm ñường chuyền hạng IV ñược xác ñịnh trên cơ sở những ñiểm

trắc ñịa Nhà nước cấp cao bằng các ñường chuyền ñơn hoặc hệ thống các ñường tạo
thành những ñiểm nút. (Dương Vân Phong và Nguyễn Gia Trọng, 2012)
1.1.2. Phương pháp xây dựng lưới khống chế tọa ñộ bằng công nghệ GPS
Phương pháp xây dựng lưới khống chế bằng công nghệ GPS có những ưu
ñiểm vượt trội hơn phương pháp truyền thống : không cần thông hướng giữa các
ñiểm trên mặt ñất; ñộ chính xác ño ñạc ít phụ thuộc vào ñiều kiện thời tiết, việc
ño ñạc tọa ñộ các ñiểm rất nhanh chóng, tính chính xác cao, ở vị trí bất kỳ trên
trái ñất nếu thu ñược tín hiệu vệ tinh.
Do có những ưu ñiểm vượt trội như vậy nên ngày nay công nghệ GPS ñã
ñược sử dụng rộng rãi với phương pháp ño tương ñối tĩnh cho ñộ chính xác cao
nhất, vì thế phương pháp này ñược sử dụng ñể ño các mạng lưới khống chế.
Phương pháp ño tĩnh ñược sử dụng ñể xác ñịnh hiệu tọa ñộ (vị trí tương
hỗ) giữa hai ñiểm xét với ñộ chính xác cao. Trong trường hợp này cần có hai
máy thu, một máy ñặt tại ñiểm ñã biết tọa ñộ, còn máy kia ñặt tại ñiểm cần xác
ñịnh tọa ñộ. Cả hai máy cần phải ñồng thời thu tín hiệu từ một số vệ tinh chung
liên tục trong một khoảng thời gian nhất ñịnh, thường từ 60 phút ñến vài ba tiếng
ñồng hồ. Số vệ tinh chung tối thiểu cho cả hai trạm quan sát là 4 vệ tinh. Khoảng
thời gian quan sát phải kéo dài là ñủ ñể cho ñồ hình phân bố vệ tinh thay ñổi mà
từ ñó ta có thể xác ñịnh ñược số nguyên ña trị của sóng tải và ñồng thời là ñể có
nhiều trị ño nhằm ñạt ñộ chính xác cao và ổn ñịnh cho kết quả giám sát.
Ưu ñiểm: ñây là phương pháp cho phép ñạt ñộ chính xác cao, không cần
xây dựng các cột tiêu, ít phụ thuộc vào ñiều kiện thời tiết, các công tác ño ngắm
và có thể tính toán tự ñộng hóa, thời gian thi công nhanh và lưới ñạt ñộ chính xác
cao, ñồng ñều.
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 6


Nhược ñiểm: bên cạnh những ưu ñiểm vượt trội so với các phương pháp

truyền thống thì thiết bị vệ tinh GPS khá ñắt tiền nên hiệu quả kinh tế mang lại
chưa cao. ðòi hỏi cán bộ tham gia xây dựng và ño lưới GPS phải có kinh nghiệm
và trình ñộ kỹ thuật cao. ( Lê Mạnh Hùng, 2013 )
1.2. Khái quát chung về hệ thống ñịnh vị toàn cầu GPS
1.2.1. Khái quát về GPS
1.2.1.1. Khái niệm về GPS
Tên tiếng Anh ñầy ñủ của GPS là: Navigation Satellite Timing and
Ranging Global Positioning System. ðây là một hệ thống radio hàng hải dựa vào
các vệ tinh ñể cung cấp thông tin vị trí 3 chiều và thời gian chính xác. Hệ thống
luôn sẵn sàng trên phạm vi toàn cầu và hoạt ñộng trong mọi ñiều kiện thời tiết.
(ðặng Nam Chinh và ðỗ Ngọc ðường, 2012)

Hình 1.1. Mô hình hình ảnh trái ñất và vệ tinh GPS
1.2.1.2. Các thành phần của GPS
GPS gồm 3 thành phần: ñoạn không gian, ñoạn ñiều khiển và ñoạn người
sử dụng.
1. ðoạn không gian
ðoạn không gian theo thiết kế gồm 24 vệ tinh chuyển ñộng trên 6 mặt phẳng
quỹ ñạo với ñộ cao khoảng 20.200 km, nghiêng với mặt phẳng xích ñạo của trái ñất một

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 7


góc 550. Vệ tinh GPS chuyển ñộng trên quỹ ñạo gần như tròn ñều với chu kì 718 phút.
Với sự phân bố vệ tinh trên quỹ ñạo như vậy trong bất kì thời gian nào và ở bất kì vị trí
quan sát nào trên trái ñất cũng có thể quan sát ñược tối thiểu 4 vệ tinh. Hiện nay có 31
vệ tinh ñang hoạt ñộng.
Các vệ tinh GPS có trọng lượng khoảng 1600kg khi phóng và khoảng 800kg

trên quỹ ñạo. Theo thiết kế tuổi thọ của vệ tinh khoảng 7,5 năm. Năng lượng cung
cấp cho hoạt ñộng của các thiết bị trên vệ tinh là năng lượng pin mặt trời.
Mỗi vệ tinh ñược trang bị 4 ñồng hồ nguyên tử gồm 2 ñồng hồ thuộc loại
censium và 2 ñồng hồ thuộc loại rubidium có ñộ chính xác 10-12 s. Với 4 ñồng hồ
này không chỉ có mục ñích dự phòng mà còn tạo ra cơ sở giám sát thời gian và
cung cấp giờ chính xác nhất. Thêm vào ñó mỗi vệ tinh còn ñược trang bị bộ tạo
dao ñộng thạch anh rất chính xác.
Tất cả các ñồng hồ của hệ thống GPS hoạt ñộng ở tần số chuẩn cơ sở f0 =
10.23MHz. Tần số này là tần số chuẩn của ñồng hồ nguyên tử, với ñộ chính xác
cỡ 10-12
Các vệ tinh GPS ñều có thiết bị tạo dao ñộng với tần số cơ sở chuẩn f0 .
Từ tần số cơ sở thiết bị sẽ tạo ra 2 tần số sóng tải L1, L2.
Sóng tải L1 có tần số f1 = 154f0 = 1575,42 MHz, có bước sóng l0 = 19,032 cm
Sóng tải L2 có tần số f2 = 120f0 = 1227,60 MHz, có bước sóng l2 = 24,420 cm
Các sóng tải L1, L 2 thuộc dải sóng cực ngắn như vậy các tín hiệu vệ tinh
sẽ ít bị ảnh hưởng của tầng ñiện li và tầng ñối lưu vì mức ñộ làm chậm tín hiệu
do tầng ñiện li tỷ lệ nghịch với bình phương của tần số.
ðể phục vụ cho các mục ñích và ñối tượng khác nhau, các tín hiệu phát ñi ñược
ñiều biến mang theo các code riêng biệt ñó là C/A code, P- code và Y – code.
- C/A code là code thô cho phép dùng rộng rãi.
- P – code ñược dùng cho mục ñích quân sự (của Mỹ) và chỉ ñược dùng
cho mục ñích khác khi Mỹ cho phép.
- Y – code là code bí mật ñược phủ lên P- code gọi là kỹ thuật AS (Antin Spoofing).
Người ta ước lượng ñộ chính xác ñịnh vị cỡ 1% bước sóng của tín hiệu.
Như vậy ngay khi sử dụng code thô C/A ñể ñịnh vị thì có thể ñạt tới ñộ chính xác
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 8

cỡ 3m. Chính vì thế phía Mỹ chủ ñộng làm nhiễu tín hiệu ñể hạ thấp ñộ chính
xác ñịnh vị tuyệt ñối. Kỹ thuật làm nhiễu này gọi là SA (Selective Availability).
Do nhiễu SA khách hàng chỉ có thể ñịnh vị tuyệt ñối với ñộ chính xác cỡ 50 ÷
100m. Từ ngày 20 tháng 5 năm 2000 Mỹ ñã bỏ chế ñộ nhiễu SA. (ðặng Nam
Chinh và ðỗ Ngọc ðường, 2012)

Hình 1.2. Cấu trúc tín hiệu GPS
2. ðoạn ñiều khiển
Mục ñích trong phần này là kiểm soát vệ tinh ñi ñúng hướng theo quỹ ñạo
và thông tin thời gian chính xác.
Có 5 trạm ñiều khiển ñặt trên mặt ñất gồm: ở Hawai (Thái Bình Dương),
Assension Island (ðại Tây Dương), Diego Garcia (Ấn ðộ Dương) và Kwajalein
(Tây Thái Bình Dương), MCS (Master Control Station) gần Colorado Spring.
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 9


Trạm ñiều khiển trung tâm MCS (Master Control Station) ñặt tại căn cứ
không quân Mỹ gần Colorado Spring.
Các trạm theo dõi ñặt tại Hawai (Thái Bình Dương), Assension Island
(ðại Tây Dương), Diego Garcia (Ấn ðộ Dương) và Kwajalein (Tây Thái Bình
Dương) có nhiệm vụ theo dõi liên tục tất cả các vệ tinh có thể quan sát ñược. Số
liệu quan sát ñược ở các trạm này ñược chuyển về trạm ñiều khiển ở trung tâm,
tại ñây việc tính toán số liệu ñược thực hiện và cuối cùng các thông tin ñạo hàng
cập nhật ñược chuyển lên các vệ tinh ñể sau ñó từ vệ tinh chuyển ñến các máy
thu của người sử dụng. Như vậy vai trò của ñoạn ñiều khiển là rất quan trọng vì
nó không chỉ theo dõi các vệ tinh mà còn liên tục cập nhật ñể chính xác hoá các
thông tin ñạo hàng ñảm bảo ñộ chính xác cho công tác ñịnh vị bằng hệ thống
GPS. (ðặng Nam Chinh và ðỗ Ngọc ðường, 2012)

Hình 1.3. Các trạm ñiều khiển GPS
3. ðoạn người sử dụng
Gồm các máy thu ñặt trên mặt ñất, bao gồm phần cứng và phần mềm.
- Phần cứng là các máy ño có nhiệm vụ thu tín hiệu vệ tinh ñể rút ra trị ño
khoảng cách từ máy thu ñến vệ tinh và tọa ñộ vệ tinh ở thời ñiểm ño.
- Phần mềm có nhiệm vụ xử lý các thông tin ñể cung cấp tọa ñộ máy thu.
- ðoạn sử dụng bao gồm các máy móc, thiết bị nhận thông tin từ vệ tinh ñể
khai thác sử dụng cho các mục ñích và yêu cầu khác nhau của người sử dụng
như: Dẫn ñường trên biển, trên không, trên ñất liền và phục vụ cho công tác ño
ñạc ở nhiều nơi trên thế giới. (ðặng Nam Chinh và ðỗ Ngọc ðường, 2012)
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 10


Hình 1.4. Các thành phần chính của GPS
1.2.2. Các ñại lượng ño GPS
Việc ñịnh vị bằng GPS thực hiện trên cơ sở sử dụng hai dạng ñại lượng ño
cơ bản, ñó là ño khoảng cách giả theo các code tựa ngẫu nhiên (C/A-code và Pcode) và ño pha của sóng tải (L1, L2).
1.2.2.1 ðo khoảng cách giả theo C/A-code và P-code
Code tựa ngẫu nhiên ñược phát ñi từ vệ tinh cùng với sóng tải. Máy thu
GPS cũng tạo ra code tựa ngẫu nhiên ñúng như vậy. Bằng cách so sánh code thu
từ vệ tinh và code của chính máy thu tạo ra có thể xác ñịnh ñược khoảng thời
gian lan truyền của tín hiệu code, từ ñó dễ dàng xác ñịnh ñược khoảng cách từ vệ
tinh ñến máy thu (ñến tâm anten của máy thu). Do có sự không ñồng bộ giữa
ñồng 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 ño ñược không phải là khoảng
cách thực giữa vệ tinh và máy thu, ñó là khoảng cách giả.

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 11


1 1 0 0 0 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1 1
Code chuyền từ vệ tinh
1 1 0 0 0 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1 1
Code thu ñược

1 1 0 0 0 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1 1
∆δ

Code do máy thu tạo ra
∆t
Hình 1.5. Xác ñịnh hiệu số giữa các thời ñiểm
Nếu ký hiệu tọa ñộ của vệ tinh là xs, ys, zs; tọa ñộ của ñiểm xét (máy thu)

là x,y,z; thời gian lan truyền tín hiệu từ vệ tinh ñến ñiểm xét là t, sai số không
ñồng bộ giữa ñồng hồ trên vệ tinh và trong máy thu là ∆t, khoảng cách giả ño
ñược là R, ta có phương trình:

R = c(t + ∆t ) = ( x s − x) 2 + ( y s − y ) 2 + ( z s − z ) 2 + c∆t

(1.1)

Trong ñó, c là tốc ñộ 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 ño khoảng thời gian lan truyền tín hiệu chỉ có thể ñảm bảo ñộ
chính xác ño khoảng cách tương ứng khoảng 30m. Nếu tính ñến ảnh hưởng của

ñiều kiện lan truyền tín hiệu, sai số ño khoảng cách theo C/A code sẽ ở mức 100m
là mức có thể chấp nhận ñược ñể cho khách hàng dân sự ñược khai thác. Song kỹ
thuật xử lý tín hiệu code này ñã ñược phát triển ñến mức có thể ñảm bảo ñộ chính
xác ño 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 ñại trà. Chính vì lý do này mà
trước ñây Chính phủ Mỹ ñã ñưa ra giải pháp SA ñể hạn chế khả năng thực tế của
C/A code. Nhưng ngày nay do kỹ thuật ño GPS có thể khắc phục ñược nhiễu SA,
Chính phủ Mỹ ñã tuyên bố bỏ nhiễu SA trong trị ño GPS từ tháng 5 năm 2000.
(ðặng Nam Chinh và ðỗ Ngọc ðường, 2012)

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 12


1.2.2.2 ðo pha sóng tải
Các sóng tải L1, L2 ñược sử dụng cho việc ñịnh vị với ñộ chính xác cao.
Với mục ñích này người ta tiến hành ño hiệu số giữa pha của sóng tải do máy thu
nhận ñược từ vệ tinh và pha của tín hiệu do chính máy thu tạo ra. Hiệu số pha do
máy thu ño ñược ta ký hiệu là Φ (0<Φ<2π).
Khi ñó ta có thể viết:

Φ=

2Π

λ

( R − Nλ + c∆t )

(1.2)

Trong ñó: R là khoảng cách giữa vệ tinh và máy thu;

λ là bước sóng của sóng tải;
N là số nguyên lần bước sóng λ chứa trong R;

∆t là sai số ñồng bộ giữa ñồng hồ của vệ tinh và máy thu;
N còn ñược gọi là số nguyên ña trị, thường không biết trước mà cần
phải xác ñịnh trong thời gian ño.
Trong trường hợp ño pha theo sóng tải L1 có thể xác ñịnh khoảng cách
giữa vệ tinh và máy thu với ñộ chính xác cỡ cm, thậm chí nhỏ hơn. Sóng tải L2
cho ñộ chính xác thấp hơn nhiều, nhưng tác dụng của nó là cùng với L1 tạo ra
khả năng làm giảm ñáng kể tầng ñiện ly và việc xác ñịnh số nguyên ña trị ñược
ñơn giản hơn. (ðặng Nam Chinh và ðỗ Ngọc ðường, 2012)

Hình 1.6. Kỹ thuật giải ña trị tại các máy thu
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 13


1.2.3. Các phương pháp ñịnh vị GPS
1.2.3.1 ðịnh vị tuyệt ñối
Nguyên lý ñịnh vị tuyệt ñối
ðây là trường hợp sử dụng máy thu GPS ñể xác ñịnh ngay tọa ñộ của
ñiểm quan sát trong hệ tọa ñộ WGS-84. ðó có thể là các thành phần tọa ñộ vuông
góc không gian (X,Y,Z) hoặc các thành phần tọa ñộ mặt cầu (B,L,H). Hệ thống
tọa ñộ WGS-84 là hệ thống tọa ñộ cơ sở của GPS, tọa ñộ của vệ tinh và ñiểm
quan sát ñều lấy theo hệ thống tọa ñộ này.

Việc ño GPS tuyệt ñối ñược thực hiện trên cơ sở sử dụng ñại lượng ño là
khoảng cách giả từ vệ tinh ñến máy thu theo nguyên tắc giao hội cạnh không gian
từ các ñiểm ñã biết tọa ñộ là các vệ tinh.
Nếu biết chính xác khoảng thời gian lan truyền tín hiệu code tựa ngẫu
nhiên từ vệ tinh ñến máy thu, ta sẽ tính ñược khoảng cách chính xác giữa vệ tinh
và máy thu. Khi ñó 3 khoảng cách ñược xác ñịnh ñồng thời từ 3 vệ tinh ñến máy
thu sẽ cho ta vị trí không gian ñơn trị của máy thu. Song trên thực tế cả ñồng hồ
trên vệ tinh và ñồng hồ trong máy thu ñều có sai số, nên khoảng cách ño ñược
không phải là khoảng cách chính xác. Kết quả là chúng không thể cắt nhau tại
một ñiểm, nghĩa là không thể xác ñịnh ñược vị trí của máy thu. ðể khắc phục
tình trạng này cần sử dụng thêm một ñại lượng ño nữa, ñó là khoảng cách từ vệ
tinh thứ 4, ta có hệ phương trình:
(xs1- x)2 +(ys1- y)2 +(zs1- z)2 = (R1-c∆t)2
(xs2- x)2 +(ys2- y)2 +(zs2- z)2 = (R2-c∆t)2
(xs3- x)2 +(ys3- y)2 +(zs3- z)2 = (R3-c∆t)2

(1.3)

(xs4- x)2 +(ys4- y)2 +(zs4- z)2 = (R4-c∆t)2
Với 4 phương trình 4 ẩn số (x, y, z, ∆t) ta sẽ tìm ñược nghiệm là tọa ñộ
tuyệt ñối của máy thu, ngoài ra còn xác ñịnh thêm ñược số hiệu chỉnh của ñồng
hồ (thạch anh) của máy thu.
Trên thực tế với hệ thống vệ tinh hoạt ñộng ñầy ñủ như hiện nay, số lượng
vệ tinh mà các máy thu quan sát ñược thường từ 6-8 vệ tinh, khi ñó nghiệm của
phương trình sẽ tìm theo nguyên lý số bình phương nhỏ nhất. (ðặng Nam Chinh
và ðỗ Ngọc ðường, 2012)
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 14