Nghiên cứu phương pháp đo GPS động xử lý sau bằng máy thu một tần số với nhiều trạm cố định trong đo đạc địa chính (thử nghiệm trên địa bàn phường mễ trì, quận nam từ liêm

MỤC LỤC
MỤC LỤC................................................................................................................ 1
DANH MỤC HÌNH.................................................................................................3
DANH MỤC BẢNG................................................................................................4
MỞ ĐẦU..................................................................................................................5
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ GPS...........................................6
1.1. Sự hình thành của hệ thống GPS.................................................................................6
1.2. Cấu trúc của hệ thống GPS..........................................................................................8
1.2.1. Đoạn không gian..................................................................................................8
1.2.2. Đoạn điều khiển..................................................................................................11
1.2.3. Đoạn sử dụng......................................................................................................13
1.3. Các phương pháp đo GPS.........................................................................................14
1.3.1. Đo GPS tuyệt đối................................................................................................14
1.3.2. Đo GPS tương đối..............................................................................................14
1.4. Tình hình ứng dụng công nghệ GPS trong thu thập dữ liệu không gian...................21
1.4.1. Tình hình ứng dụng GPS trên thế giới...............................................................21
1.4.2. Tình hình ứng dụng GPS ở Việt Nam................................................................22

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ KHOA HỌC ......................................................................25
CỦA KỸ THUẬT ĐO GPS ĐỘNG XỬ LÝ SAU................................................25
2.1. Cơ sở khoa học của phương pháp đo pha GPS.........................................................25
2.1.2. Các trị đo pha phân sai.......................................................................................27
2.2. Kỹ thuật đo GPS động xử lý sau...............................................................................29
2.2.1. Nguyên tắc đo đạc..............................................................................................29
2.2.2. Quy trình đo GPS động xử lý sau.......................................................................29
2.2.3. Các nguồn sai số trong đo GPS động xử lý sau.................................................33
2.3. Khả năng ứng dụng đo GPS động xử lý sau trong đo đạc địa chính.........................36
2.3.1. Ưu và nhược điểm của kỹ thuật đo GPS động xử lý sau....................................36
2.3.2. Đánh giá về khả năng ứng dụng công nghệ GPS đo động xử lý sau trong đo đạc
địa chính.......................................................................................................................37
2.4. Vấn đề sử dụng nhiều trạm cố định trong đo GPS động xử lý sau...........................38

2.4.1. Những lợi thế khi sử dụng nhiều trạm cố định trong đo GPS động xử lý sau.. .38
2.4.2. Các nguồn sai số có thể giảm thiểu khi sử dụng nhiều trạm cố định.................38

CHƯƠNG 3. THỬ NGHIỆM ĐO ĐẠC ĐỊA CHÍNH BẰNG PHƯƠNG PHÁP
GPS ĐỘNG XỬ LÝ SAU VỚI NHIỀU TRẠM CỐ ĐỊNH TRÊN ĐỊA BÀN
QUẬN NAM TỪ LIÊM, THÀNH PHỐ HÀ NỘI...............................................39
3.1. Khái quát về khu vực thử nghiệm.............................................................................39
3.1.1. Vị trí địa lý.........................................................................................................39
3.1.2. Đặc điểm về địa hình, địa vật.............................................................................40
3.1.3. Tình hình đo đạc địa chính và lập hồ sơ địa chính.............................................40
3.2. Thử nghiệm thành lập lưới khống chế đo vẽ bằng phương pháp đo GPS động xử lý
sau với nhiều trạm cố định...............................................................................................41


3.2.1. Điều kiện thử nghiệm.........................................................................................41
3.2.2. Kết quả thử nghiệm............................................................................................47
3.3. Thử nghiệm đo vẽ chi tiết bằng phương pháp đo GPS động xử lý sau với nhiều trạm
cố định..............................................................................................................................51
3.3.1. Điều kiện thử nghiệm.........................................................................................51
3.3.2. Kết quả thử nghiệm............................................................................................53
3.4. Đề xuất một số giải pháp để nâng cao hiệu quả của phương pháp đo GPS động xử lý
sau với nhiều trạm cố định trong đo đạc địa chính...........................................................61

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...............................................................................63
TÀI LIỆU THAM KHẢO.....................................................................................65
PHỤ LỤC............................................................................................................... 66


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Cấu trúc của hệ thống GPS [1]..............................................................8

Hình 1.2. Sơ đồ quỹ đạo vệ tinh hệ thống GPS......................................................9
Hình 1.3. Vệ tinh GPS đang bay trên quĩ đạo quanh Trái đất.............................9
Hình 1.4. Cấu trúc tín hiệu GPS [1].....................................................................11
Hình 1.5. Mạng lưới các trạm điều khiển của hệ thống GPS từ sau năm 2005.12
Hình 1.6. Một số loại máy thu GPS của hãng Trimble.......................................14
Hình 1.7. Sơ đồ kỹ thuật đo tĩnh...........................................................................15
Hình 1.8. Sơ đồ kỹ thuật đo GPS động (Kinematic GPS)...................................18
Hình 2.1. Độ lệch pha giữa sóng từ vệ tinh và sóng do máy thu phát ra...........25
Hình 2.2. Sơ đồ tính toán các trị đo pha phân sai...............................................27
Hình 3.1. Vị trí quận Nam Từ Liêm.....................................................................39
Hình 3.2. Khu vực đo thử nghiệm........................................................................43
Hình 3.3. Sơ đồ lưới đo tĩnh..................................................................................44
Hình 3.4. Đồ thị sai số vị trí điểm theo số lượng trạm Base................................49
Hình 3.5. Đồ thị sai số độ cao theo số lượng trạm Base......................................50
Hình 3.6. Sơ đồ phân bố các điểm đo trên khu đo..............................................53
Hình 3.7. Đồ thị sai số vị trí điểm theo số lượng trạm Base với thời gian đo 2
epoch....................................................................................................................... 55
Hình 3.8. Đồ thị sai số vị trí điểm theo số lượng trạm Base với thời gian đo 3
epoch....................................................................................................................... 56
Hình 3.9. Đồ thị sai số vị trí điểm theo số lượng trạm Base với thời gian đo 5
epoch....................................................................................................................... 56
Hình 3.10. Đồ thị sai số độ cao theo số lượng trạm Base với thời gian đo 2
epoch....................................................................................................................... 57
Hình 3.11. Đồ thị sai số độ cao theo số lượng trạm Base với thời gian đo 3
epoch....................................................................................................................... 58
Hình 3.12. Đồ thị sai số độ cao theo số lượng trạm Base với thời gian đo 5
epoch....................................................................................................................... 58


DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1. Bảng so sánh các phương pháp đo GPS [4].......................................20
Bảng 2.1. Đặc tính kỹ thuật của một số loại máy thu có khả năng đo GPS động
[4]............................................................................................................................ 30
Bảng 3.1. Yêu cầu về vị trí điểm khống chế đo vẽ [2].........................................41
Bảng 3.2. Khái quát về khu đo thử nghiệm.........................................................43
Bảng 3.3. Bảng tọa độ và sai số trung phương vị trí các điểm sau bình sai.....44
đo bằng phương pháp đo tĩnh...............................................................................44
Bảng 3.4. Bảng tọa độ các điểm trạm Base và trạm Rover................................45
Bảng 3.5. Bảng tổng hợp kết quả đo PPK khi sử dụng 1, 2, 3 trạm Base đặt tại
TN01, TN06, TN07................................................................................................48
Bảng 3.6. Bảng sai số tọa độ phẳng trung bình đo PPK sử dụng số lượng trạm
Base khác nhau......................................................................................................49
Bảng 3.7. Bảng sai số độ cao trung bình đo PPK sử dụng số lượng trạm Base
khác nhau............................................................................................................... 50
Bảng 3.8. Bảng tổng hợp kết quả đo PPK sử dụng số lượng trạm Base TN02,
TN04, TN05 với thời gian khác nhau...................................................................54
Bảng 3.9. Bảng sai số tọa độ phẳng trung bình đo PPK sử dụng số lượng trạm
Base khác nhau với thời gian đo 2 epoch.............................................................55
Bảng 3.10. Bảng sai số tọa độ phẳng trung bình đo PPK sử dụng số lượng trạm
Base khác nhau với thời gian đo 3 epoch.............................................................55
Bảng 3.11. Bảng sai số tọa độ phẳng trung bình đo PPK sử dụng số lượng trạm
Base khác nhau với thời gian đo 5 epoch.............................................................56
Bảng 3.12. Bảng sai số độ cao trung bình đo PPK sử dụng số lượng trạm Base
khác nhau với thời gian đo 2 epoch......................................................................57
Bảng 3.13. Bảng sai số độ cao trung bình đo PPK sử dụng số lượng trạm Base
khác nhau với thời gian đo 3 epoch......................................................................57
Bảng 3.14. Bảng sai số độ cao trung bình đo PPK sử dụng số lượng trạm Base
khác nhau với thời gian đo 5 epoch......................................................................58

MỞ ĐẦU
Đất đai là nguồn tài nguyên vô cùng quý giá của quốc gia, nơi mà con người
sinh sống, tồn tại và phát triển. Do vậy, việc quản lý Nhà nước về đất đai là một
nhiệm vụ cần thiết trong quản lý hành chính Nhà nước. Một trong những công cụ
phục vụ nhiệm vụ đó là hệ thống hồ sơ địa chính, trong đó có bản đồ địa chính.
Hiện nay, việc đo đạc thành lập bản đồ địa chính được thực hiện chủ yếu
bằng phương pháp toàn đạc điện tử. Đây là phương pháp đo đạc cho độ chi tiết cao,
độ chính xác tốt nhưng lại phải thành lập các mạng lưới khống chế tọa độ dày đặc,
các trạm đo đảm bảo thông hướng. Để đảm bảo các công việc này phải tốn nhiều
công lao động, do vậy hiệu quả công việc chưa cao. Trong những năm gần đây, hệ
thống định vị toàn cầu GPS (Global Poisitioning System) ngày càng hoàn thiện và
phát triển, được ứng dụng rộng rãi và mang độ chính xác cao. Vì thế việc ứng dụng
công nghệ GPS vào trong đo đạc bản đồ đang được sử dụng phổ biến và đem lại
những lợi thế như xác định tọa độ điểm đạt độ chính xác cao, không cần thông
hướng giữa các trạm đo, ít phụ thuộc vào các điều kiện thời tiết, cho năng suất lao
động cao. Tuy nhiên, ứng dụng công nghệ GPS trong đo đạc địa chính chủ yếu
dùng phương pháp đo tĩnh để thành lập lưới khống chế tọa độ, vì thế mà khả năng
ứng dụng cũng bị hạn chế. Vì vậy việc nghiên cứu phương pháp đo GPS động (cho
năng suất cao hơn phương pháp đo tĩnh, độ chính xác trong giới hạn cho phép)
trong đo đạc địa chính là điều cần thiết để có cơ sở khoa học triển khai ứng dụng
phổ biến ở nước ta.
Trong thực tế, khi triển khai đo động bằng GPS, người ta thường sử dụng
một hay nhiều trạm động (trạm Rover) với chỉ một trạm cố định (trạm Base) nhằm
giảm số lượng yêu cầu về máy thu. Ngày nay, khi các máy thu GPS đã có giá thành
rẻ hơn nhiều so với trước đây, nảy sinh ra vấn đề sử dụng nhiều trạm Base để làm
tăng độ tin cậy và có thể làm tăng độ chính xác của kết quả đo. Vấn đề đặt ra là khi
sử dụng nhiều trạm Base, độ chính xác của kết quả đo có cải thiện đáng kể được
hay không và nếu có thì đồ hính bố trí các trạm Base và Rover như thế nào là tốt
nhất?
Xuất phát từ những lý do này, tôi tiến hành nghiên cứu và thực hiện đề tài:

“Nghiên cứu phương pháp đo GPS động xử lý sau bằng máy thu một tần số với
nhiều trạm cố định trong đo đạc địa chính (thử nghiệm trên địa bàn phường Mễ
Trì, quận Nam Từ Liêm, thành phố Hà Nội)”.
2. Mục tiêu nghiên cứu


Đánh giá khả năng và hiệu quả sử dụng của phương pháp đo GPS động xử lý
sau bằng máy thu một tần số khi sử dụng nhiều trạm cố định dựa trên kết quả thử
nghiệm tại khu vực đo.
3. Nội dung nghiên cứu
- Nghiên cứu tổng quan về công nghệ GPS và kỹ thuật đo GPS động xử lý
sau.
- Đánh giá độ chính xác khi đo GPS động xử lý sau bằng máy thu một tần số
khi sử dụng một trạm cố định và khi sử dụng nhiều trạm cố định trong đo đạc địa
chính. Từ đó đề xuất phương án bố trí trạm đo hợp lý ở khu vực đo.
4. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp phân tích và tổng hợp tài liệu: tìm hiểu về công nghệ GPS và
ứng dụng trong đo đạc lập bản đồ địa chính.
- Phương pháp so sánh: so sánh kết quả đo GPS động xử lý sau bằng máy thu
một tần số khi sử dụng một trạm cố định và nhiều trạm cố định trong đo đạc địa
chính.
- Phương pháp thống kê: phân tích các kết quả để tìm ra quy luật của các
hiện tượng.
5. Kết quả đạt được
- Đánh giá khả năng áp dụng công nghệ đo GPS động xử lý sau trong đo đạc
địa chính.
- Đề xuất một số giải pháp về việc sử dụng nhiều trạm cố định để nâng cao
hiệu quả ứng dụng công nghệ đo GPS động xử lý sau trong đo đạc địa chính.
6. Ý nghĩa của đề tài
a) Ý nghĩa khoa học

Đề xuất một số định hướng sử dụng nhiều trạm cố định trong đo GPS động
xử lý sau.
b) Ý nghĩa thực tiễn
Kết quả đề tài làm cơ sở khoa học thực tiễn để các đơn vị sản xuất ứng dụng
đo GPS động xử lý sau bằng máy thu một tần số với nhiều trạm cố định trong để đo
vẽ chi tiết và thành lập lưới khống chế trong đo đạc địa chính.
7. Cấu trúc luận văn
Ngoài phần mở đầu và kết luận, luận văn có cấu trúc gồm 03 chương:
Chương 1. Tổng quan về công nghệ GPS
Chương 2. Cơ sở khoa học của kỹ thuật đo GPS động xử lý sau
Chương 3. Thử nghiệm đo GPS động xử lý sau với nhiều trạm cố định.
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ GPS

1.1. Sự hình thành của hệ thống GPS


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 thì 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 và giá trị 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 trắc địa thì hệ thống TRANSIT chỉ phù hợp với
công tác xây dựng các mạng lưới khống chế cạnh dài. Nó không thoả mãn được
các ứng dụng trong đo đạc thông dụng như đo đạc bản đồ, các công trình dân dụng
[6].
Tiếp theo thành công của hệ thống TRANSIT, hệ thống định vị vệ tinh thế hệ

thứ hai ra đời có tên là NAVSTAR-GPS (Navigation Satellite Timing And Ranging
– Global Poisitioning 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 về chất so với hệ thống TRANSIT. 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 mẫu "Block I" [4]. Từ năm 1978 đến 1985 có 11 vệ tinh Block I đã
được phóng lên quỹ đạo. Hiện nay một số vệ tinh thuộc khối I đã hết thời hạn sử
dụng. Việc phóng vệ tinh thế hệ thứ II (Block II) bắt đầu vào năm 1989. Sau giai
đoạn này, 24 vệ tinh đã triển khai trên 6 quĩ đạo nghiêng 55 0 so với mặt phẳng xích
đạo Trái đất với chu kỳ gần 12 giờ ở độ cao xấp xỉ 20.200 km. Loại vệ tinh bổ sung
thế hệ III (Block III) được thiết kế thay thế những vệ tinh Block II đầu tiên bắt đầu
phóng vào năm 1955. Vào tháng 4 năm 2007, có tổng số 30 vệ tinh của hệ thống
GPS đang được hoạt động trên quỹ đạo [1].
Cùng có tính năng tương tự với hệ thống GPS đang hoạt động còn có hệ
thống GLONASS của CHLB Nga nhưng không được thương mại hoá rộng rãi và
một hệ thống tương lai sẽ cạnh tranh thị trường với hệ thống GPS là hệ thống
GALIEO của Cộng đồng Châu Âu.
Những ứng dụng sớm nhất của GPS trong trắc địa bản đồ là trong công tác
đo lưới khống chế. Ở Việt Nam, phương pháp định vị vệ tinh đã được ứng dụng từ
những năm đầu thập kỷ 1990. Với 5 máy thu vệ tinh loại 4000ST, 4000SST ban đầu
sau một thời gian ngắn đã lập xong lưới khống chế ở những vùng đặc biệt khó khăn


mà từ trước đến nay chưa có lưới khống chế như Tây Nguyên, thượng nguồn sông
Bé, Cà Mau [6]. Những năm sau đó công nghệ GPS đóng vai trò quyết định trong
việc đo lưới cấp "0" lập hệ qui chiếu Quốc gia cũng như việc lập lưới khống chế
hạng III phủ trùm lãnh thổ (gần 30000 điểm) [9] và nhiều lưới khống chế cho các
công trình dân dụng khác.

Hiện nay hệ thống GPS vẫn đang phát triển ngày càng hoàn thiện về phần
cứng (thiết bị đo) và phần mềm (chương trình xử lý số liệu), được 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 và hiệu quả.
1.2. Cấu trúc của hệ thống GPS
GPS là một hệ thống kỹ thuật phức tạp và theo chức năng được chia thành 3
phần (còn gọi là đoạn – segment):
- Đoạn không gian (Space Segment);
- Đoạn điều khiển (Control Segment);
- Đoạn sử dụng (User Segment).

Hình 1.1. Cấu trúc của hệ thống GPS [1]
1.2.1. Đoạn không gian
Đoạn không gian gồm tối thiểu 24 vệ tinh nhân tạo bay trên 6 mặt phẳng quỹ
đạo cách đều nhau và nghiêng 55 0 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 20.200 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 bất kỳ vị trí 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
không gian 3 chiều.

Hình 1.2. Sơ đồ quỹ đạo vệ tinh hệ thống GPS

Hình 1.3. Vệ tinh GPS đang bay trên quĩ đạo quanh Trái đất
Một thành phần quan trọng của đoạn không gian là tín hiệu phát từ vệ tinh
đến các máy thu. Việc phát và thu tín hiệu vệ tinh là cơ sở để đo đạc với hệ
thống GPS.

Tín hiệu phát ra từ vệ tinh bao gồm 3 thành phần cơ bản sau [1]:
- Hai sóng tải (hay sóng mang – carrier wave) trong dải tần số L (L band) là
L1 và L2;


- Mã giả ngầu nhiên sử dụng để đo khoảng cách, bao gồm C/A-code và Pcode (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 f0 = 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:
fL1 = 154 × f0 = 1575.42Mhz;
fL2 = 120 × f0 = 1227.60Mhz;
Từ các tần số trên, có thể tính được bước sóng của L1 và L2 như sau:
λ L1 =

c
≈ 19 cm
f L1

λL2 =

c
≈ 24 cm
f L2

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 giả
ngẫu nhiên. Mỗi vệ tinh GPS được gán một giá trị PRN riêng và do đó nó có mã giả
ngẫu nhiên riêng [1]. Có hai loại mã giả ngẫu nhiên là:
- C/A-code (viết tắt của từ “clear/access code” hay “coare/acquisition code”),
được phát đi ở tần số 1.023Mhz và có chu kỳ lặp lại là 1ms (cứ 1ms thì mã 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.
- P-code (viết tắt của từ “private code” hay “precide 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
L1 và L2. Khi chế độ A/S (Anti Spoofing) được bật thì P-code mã hoá thành Ycode 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 số đồng hồ của vệ tinh;
+ Trạng thái 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 [10].

Hình 1.4. Cấu trúc tín hiệu GPS [1]

1.2.2. Đoạn điều khiển
Đoạn điều khiển bao gồm các thiết bị để điều khiển vệ tinh, theo dõi trạng thái

(sức khoẻ) của vệ tinh, theo dõi quỹ đạo, tính toán lịch vệ tinh, tải các dữ liệu lên vệ
tinh. Đoạn điều khiển gồm 5 trạm mặt đất nằm ở Hawaii, Colorado Springs, đảo
Ascension, Diego Garcia và Kwajalein. Các trạm này có chức năng như sau [1]:
- Cả 5 trạm đều là các trạm theo dõi (monitoring station) có nhiệm vụ theo dõi
trạng thái hoạt động và quỹ đạo của vệ tinh, chuyển các thông tin thu thập được về
trạm điều khiển chính (master control station).


- Trạm điều khiển chính đặt ở căn cứ không quân Schriever AFB (Air Force
Base) ở Colorado Springs, có nhiệm vụ xử lý dữ liệu thu nhận được từ các trạm
khác để tính toán lịch vệ tinh và các số hiệu chỉnh đồng hồ vệ tinh. Đây cũng là
trạm ra các lệnh điều khiển hệ thống như thay đổi đường bay của vệ tinh, tắt / bật
các chế độ mã hoá,…
- Ba trạm ở đảo Ascension, Diego Garcia và Kwajalein có chức năng tải dữ
liệu lên các vệ tinh (bao gồm lịch vệ tinh, số liệu hiệu chỉnh đồng hồ để đưa vào
thông báo định vị Navigation message và các lệnh từ trạm điều khiển chính). Mỗi
trạm tải dữ liệu có thể quan sát được mọi vệ tinh ít nhất một lần trong ngày. Do đó,
mỗi một vệ tinh sẽ được nhìn thấy và truyền dữ liệu từ 3 trạm tải dữ liệu 3 lần trong
ngày, các thông báo định vị được cập nhật 3 lần trong 1 ngày (mặc dù hiện nay
người ta mới chỉ cập nhật 1 hoặc 2 lần / ngày).
- Một chức năng nữa của phần điều khiển ít được nhắc tới là chức năng xác
định hệ quy chiếu cho các kết quả đo GPS. Toạ độ vệ tinh có trong lịch vệ tinh do
các trạm điều khiển phát lên được cho trong hệ tọa độ WGS-84. Do đó, các kết quả
đo GPS đều nằm trong hệ tọa độ này.
Khi hệ thống GPS ngày càng phát triển và hiện đại thì các vệ tinh càng trở nên
độc lập hơn với phần điều khiển. Các vệ tinh khối II R và II F có thể liên kết với
nhau và lịch vệ tinh có thể được tính toán ở ngay trong phần không gian mà không
cần đến phần điều khiển của hệ thống.

Hình 1.5. Mạng lưới các trạm điều khiển của hệ thống GPS từ sau năm 2005

Từ tháng 8 năm 2005, 6 trạm điều khiển của NGA (National GeospatialIntelligence Agency – Cơ quan tình báo địa không gian Mỹ) đã được thêm vào phần
điều khiển của GPS, nâng tổng số trạm điều khiển lên thành 11 trạm. Với số lượng


trạm điều khiển như vậy, mỗi một vệ tinh luôn luôn có thể được nhìn thấy từ ít nhất
là 2 trạm điều khiển và kết quả xác định vị trí của vệ tinh sẽ được chính xác hơn.
Trong thời gian tới sẽ có thêm 5 trạm điều khiển nữa của NGA được bổ sung và khi
đó mỗi vệ tinh luôn luôn có thể được nhìn thấy từ tối thiểu 3 trạm điều khiển [1].
Sau khi số liệu GPS được thu thập, xử lý, tọa độ và độ lệch của đồng hồ của
từng vệ tinh được tính toán và hiệu chỉnh tại trạm chủ và truyền tới các vệ tinh hàng
ngày thông qua các trạm theo dõi.
1.2.3. Đoạn sử dụng
Đoạn sử dụng bao gồm các máy thu tín hiệu vệ tinh và phần mềm tính toán
xử lý số liệu. Máy thu tín hiệu GPS có thể đặt cố định trên mặt đất hay có thể gắn
trên các phương tiện chuyển động như đi bộ, ôtô, tàu điện, tàu thủy, tên lửa, vệ tinh
nhân tạo,…tùy theo mục đích sử dụng.
Các thiết bị của đoạn sử dụng rất đa dạng bởi chúng phục vụ cho rất nhiều
ứng dụng khác nhau của GPS. Các thiết bị này thường được phân loại theo loại trị
đo mà chúng có thể thực hiện được, đó là [1]:
+ Các máy thu GPS để định vị trong mục đích dân sự, chúng sử dụng
phương pháp đo mã C/A-code ở tần số L1;
+ 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 có hai loại sau được sử dụng trong đo đạc địa
chính vì chúng cho độ chính xác rất cao, tới vài milimét.


Hình 1.6. Một số loại máy thu GPS của hãng Trimble

1.3. Các phương pháp đo GPS
1.3.1. Đo GPS tuyệt đối
Là phương pháp xác định tọa độ của điểm đặt máy thu tín hiệu vệ tinh trong
hệ tọa độ toàn cầu WGS-84. Phương pháp định vị này là việc tính tọa độ của điểm
đo nhờ việc giải bài toán giao hội không gian dựa trên cơ sở khoảng cách đo được
từ các vệ tinh đến máy thu và tọa độ của các vệ tinh tại thời điểm đo. Do nhiều
nguồn sai số nên độ chính xác vị trí điểm thấp (sai số khoảng 5-15m), không dùng
được cho việc đo đạc chính xác, chỉ dùng cho mục đích dẫn đường và các mục đích
khác với yêu cầu độ chính xác không cao. Đối với phương pháp này chỉ dùng một
máy để thu tín hiệu vệ tinh.
1.3.2. Đo GPS tương đối
Thực chất của phương pháp đo là xác định hiệu tọa độ không gian của 2
điểm đo đồng thời đặt trên 2 của đầu khoảng cách cần đo (Baseline). Độ chính xác
của phương pháp này là rất cao do loại trừ được nhiều nguồn sai số nên được sử
dụng trong đo đạc xây dựng lưới khống chế trắc địa và công tác đo đạc bản đồ các
tỷ lệ. Do bản chất là đo tọa độ tương đối nên phương pháp này cần tối thiểu 2 máy


thu vệ tinh trong một thời điểm đo. Tùy thuộc vào quan hệ của các trạm đo trong
thời gian đo mà người ta chia thành 4 dạng đo tương đối, đó là: đo tĩnh (Static), đo
tĩnh nhanh (Fast – Static), đo động (Kinematic) và đo giả động (Pseudo Kinematic).
Tùy từng dạng lưới mà sử dụng dạng đo thích hợp [1].
1.3.2.1. Phương pháp đo tĩnh (static)
Trong kỹ thuật đo tĩnh, một máy thu đặt ở điểm đã biết tọa độ (gọi là base
receiver) và máy thu thứ 2 đặt tại điểm cần xác định tọa độ (gọi là remote receiver).
Nếu có nhiều hơn hai máy thu thì có thể bổ sung thêm các base receiver hoặc
remote receiver.
Khi kỹ thuật đo tĩnh đòi hỏi các máy thu phải cùng đo đồng thời một khoảng
thời gian khá lâu (từ 30 phút tới thậm chí vài ngày) để có thể tính được số nguyên
chu kỳ. Khoảng thu tín hiệu (logging interval) thường được chọn là 15-20s. Thời

gian đo phụ thuộc vào số lượng vệ tinh, đồ hình vệ tinh, chiều dài cạnh đáy, loại
máy thu (1 tần số hay là 2 tần số), yêu cầu về độ chính xác,…Cần chú ý là trong quá
trình đo phải có tối thiểu 4 vệ tinh cùng được nhìn thấy từ base receiver và remote
receiver.

Hình 1.7. Sơ đồ kỹ thuật đo tĩnh
Sau khi đo đạc xong ngoài thực địa, dữ liệu được trút vào máy tính để xử lý
bằng các phần mềm chuyên dụng. Kết quả xử lý sẽ là lời giải của các cạnh đáy ở
nhiều mức độ khác nhau:
- Fixed solution: tìm thấy được (giải được) số nguyên chu kỳ;
- Float solution: không giải được số nguyên chu kỳ;


- Iono free solution: đã khử được ảnh hưởng của tầng điện ly, chỉ áp dụng
với kết quả đo ở 2 tần số L1, L2. Tùy theo việc số nguyên chu kỳ có tìm thấy không
mà có 2 loại lời giải “Iono free fixed solution” hay “Iono free float solution”.
Tùy thuộc vào chiều dài cạnh đáy (baseline) mà có các yêu cầu đối với kết
quả xử lý [1]:
- Đối với cạnh ngắn (< 15-20km), bắt buộc phải tìm được số nguyên chu kỳ
mới đảm bảo độ chính xác và độ tin cậy. Tức là yêu cầu phải đạt được Fixed
solution.
- Đối với cạnh đáy dài (> 20km) thì lời giải “Iono free fixed solution” là lời
giải tốt nhất. Tuy nhiên, nếu cạnh đáy (> 30km) thì lời giải “Iono free float
solution” cũng chấp nhận được nhưng cần kiểm tra cẩn thận kết quả đo đạc và nhất
thiết phải bình sai lưới để đảm bảo độ tin cậy.
- Đối với cạnh đáy rất dài (> 200km nếu sử dụng lịch vệ tinh dự báo, hay >
2000km nếu sử dụng lịch vệ tinh chính xác) thì “Iono free float solution” là lời giải
tốt nhất với điều kiện là thời gian đo phải đủ lâu, từ vài giờ trở lên.
Chú ý rằng với các máy thu 1 tần số L1, chỉ có thể đo được các cạnh đáy
ngắn (< 15 – 20km), bởi vậy lời giải “fixed solution” là yêu cầu bắt buộc khi sử

dụng các máy thu này [1].
Đo tĩnh là kỹ thuật đo GPS chính xác nhất bởi đồ hình vệ tinh được thay đổi
nhiều trong suốt quá trình khá dài của ca đo. Độ chính xác trung bình của kỹ thuật
đo tĩnh đạt khoảng 5mm+1ppm, tức là sai số trung phương khoảng 1.5cm cho cạnh
đáy dài 10km.
1.3.2.2. Đo tĩnh nhanh (fast static / rapid static)
Kỹ thuật đo tĩnh nhanh được thực hiện tương tự kỹ thuật đo tĩnh song thời
gian ca đo tại một trạm ngắn hơn, chỉ khoảng 10-20 phút tùy thuộc vào số lượng và
đồ hình vệ tinh cũng như loại máy thu được sử dụng. Thời gian đo được giảm
xuống nhờ vào việc sử dụng C/A-code (hay P-code) và kỹ thuật Wide-laning để ước
tính khoảng cách gần đúng và giảm thiểu miền tìm kiếm số nguyên chu kỳ. Cùng
với đó, phần mềm xử lý số liệu cũng sử dụng những thuật toán nâng cao để giảm
thiểu yêu cầu đối với khoảng thời gian thu tín hiệu [1].
Trước đây, chỉ có máy thu 2 tần số mới có thể đo tĩnh nhanh. Gần đây nhiều
máy thu một tần số (như Trimble 4600LS, R3) đã bắt đầu có khả năng sử dụng kỹ
thuật này. Tuy nhiên, việc sử dụng máy thu 2 tần số vẫn có ưu thế hơn bởi thời gian
đo ngắn hơn và độ chính xác cao hơn. Kỹ thuật đo tĩnh nhanh thích hợp cho các
cạnh đáy ngắn (< 15-20km).
1.3.2.3. Phương pháp đo động (Kinematic)
Phương pháp đo động ra đời từ năm 1985 song đến những năm 1990 mới
được áp dụng rộng rãi nhờ có tiến bộ trong lời giải OTF (on-the-fly). Ở Mỹ, phương


pháp đo động được triển khai thử nghiệm từ năm 1997. Phương pháp đo dựa trên
nguyên lý định vị tương đối [4].
Cơ sở định vị động dựa trên sự khác nhau của trị đo giữa hai chu kỳ đo
(epoch), được nhận bởi một máy thu tín hiệu của chính vệ tinh nào đó chuyển đến.
Sự thay đổi đó tương đương với sự thay đổi khoảng cách đến vệ tinh.
Phương pháp này cho phép xác định vị trí tương đối của hàng loạt điểm so
với điểm đã biết trong đó tại mỗi điểm đo chỉ cần thu tín hiệu trong vòng từ 5 đến

15 giây tùy thuộc vào tần suất ghi tín hiệu. Theo phương pháp này chỉ cần có ít nhất
2 máy thu. Để xác định được số nguyên chu kỳ của tín hiệu vệ tinh cần phải có một
cạnh đáy đã biết, tức là nối 2 điểm đã biết tọa độ. Sau khi đã xác định được số
nguyên chu kỳ thì nó được giữ nguyên để tính khoảng cách từ vệ tinh đến máy thu
cho các điểm đo tiếp sau trong suốt ca đo. Nhờ vậy, thời gian thu tín hiệu tại điểm
đo chỉ vài chục giây, không phải thời gian dài như phương pháp đo tĩnh.
Với cạnh đáy đã biết, ta đặt một máy thu cố định ở điểm đầu cạnh đáy và cho
tiến hành thu liên tục tín hiệu vệ tinh trong suốt chu kỳ đo. Máy này được gọi là
máy cố định (base station). Ở điểm cuối cạnh đáy, ta đặt máy thu thứ hai cho nó thu
tín hiệu vệ tinh đồng thời với máy cố định trong vòng từ 20 đến 60 giây. Công việc
này gọi là khởi đo (initialization). Tiếp đó cho máy di động lần lượt chuyển đến các
điểm đo cần xác định, tại mỗi điểm đo dừng lại để thu tín hiệu trong một vài phút và
cuối cùng trở về điểm xuất phát là điểm cuối cạnh đáy để khép tuyến đo bằng lần
thu tín hiệu thứ hai cũng kéo dài trong một phút tại điểm này.
Yêu cầu nhất thiết của phương pháp đo động là cả máy cố định và máy di
động đều phải đồng thời thu tín hiệu từ ít nhất là 4 vệ tinh chung trong suốt ca đo.
Vì vậy tuyến đo phải được bố trí ở khu vực thoáng đãng để không xảy ra tình trạng
thu tín hiệu bị gián đoạn (gọi là trượt chu kỳ - cycle slip). Nếu xảy ra trường hợp
này là phải tiến hành khởi đo lại tại cạnh đáy xuất phát hoặc sử dụng một cạnh đáy
khác được thiết lập dự phòng trên tuyến đo. Cạnh đáy có thể dài từ 2m đến 5km và
có độ chính xác cỡ centimét là đủ. Trong phương pháp đo động, có thể dùng các kỹ
thuật đo khác nhau như: đo liên tục (continuous), hoặc “dừng và đi” (Stop and Go)
hoặc kiểu đo đánh dấu sự kiện (Event Markers) [4],…Trong đó kỹ thuật đo “dừng
và đi” được dùng nhiều trong đo chi tiết để thành lập bản đồ địa hình, bản đồ địa
chính, đo vẽ mặt cắt địa hình, đo bao các khu vực để kiểm kê diện tích đất sử dụng.


Hình 1.8. Sơ đồ kỹ thuật đo GPS động (Kinematic GPS)
Tuỳ thuộc vào thời điểm xử lý số liệu đo (xử lý ngay thực địa hay xử lý
trong phòng sau khi đo) mà người ta chia làm 2 dạng:

1. Đo GPS động thời gian thực (GPS RTK – Real Time Kinematic GPS)
Cách đo này ngoài các máy thu vệ tinh còn cần thêm hệ thống Radio Link
truyền số liệu liên tục từ trạm cố định đến trạm di động và thiết bị xử lý số liệu gọn
nhẹ. Hệ thống Radio Link bao gồm:
+ Radio phát số liệu: là thiết bị phát truyền số liệu được nối với trạm tĩnh
bằng cáp mềm truyền số liệu và phát số liệu vệ tinh đo được tại trạm tĩnh đến thiết
bị thu số liệu tại trạm động.
+ Radio thu số liệu: có nhiệm vụ nhập số liệu truyền từ trạm phát và truyền
vào thiết bị xử lý số liệu tại trạm động tại thực địa.
Thiết bị đồng bộ của bộ đo RTK gồm các máy thu phát Radio Link, ví dụ
như Trimtalk 450, Trimtalk 450S, Trimtalk 900 của hãng Trimble.
Với phương pháp RTK thì tầm hoạt động của máy di động bị hạn chế (chỉ
khoảng 5km). Nếu thiết lập thêm một trạm thu phát trung gian thì tầm hoạt động
của máy đo có thể lên đến 10km.
Ngoài việc đo tọa độ điểm khống chế, đo chi tiết thực địa, thì phương pháp
RTK còn có tính năng cắm điểm có tọa độ thiết kế trước ra thực địa và dẫn đường
với độ chính xác cao [4].
2. Đo GPS động xử lý sau (Post Processing Kenimatic GPS)
Phương pháp này thì tọa độ các điểm đo có được sau khi xử lý số liệu trong
phòng, do vậy không sử dụng thiết bị truyền số liệu Radio Link. Tầm hoạt động của
máy di động có thể lên tới 50km [4].
Với phương pháp này thì máy thu di động có năng suất lao động cao, rất phù
hợp cho việc phát triển lưới khống chế cấp đường chuyền, các điểm khống chế ảnh,


đo vẽ chi tiết bản đồ địa hình và bản đồ địa chính. Chi tiết về phương pháp đo động
xử lý sau sẽ được trình bày cụ thể ở chương 2.
1.3.2.4. Phương pháp đo giả động
Phương pháp đo giả động cũng cho phép xác định vị trí tương đối của hàng
loạt điểm so với điểm đã biết trong khoảng thời gian đo khá nhanh, nhưng độ chính

xác định vị không bằng phương pháp đo động. Trong phương pháp này không cần
làm thủ tục khởi đo, tức là không cần sử dụng cạnh đáy đã biết. Máy cố định cũng
phải tiến hành thu tín hiệu vệ tinh liên tục trong suốt chu kỳ đo, còn máy di động
được chuyển đến từng điểm đo, tại mỗi điểm thu tín hiệu trong vòng 5-10 phút.
Sau khi đo hết lượt, máy đo động quay trở về điểm xuất phát (điểm đo đầu
tiên) và đo lặp lại tất cả các điểm theo đúng trình tự trước đó, nhưng phải bảo đảm
sao cho khoảng thời gian dãn cách giữa 2 lần đo tại mỗi điểm không ít hơn một
tiếng đồng hồ. Chính trong khoảng thời gian này đồ hình phân bố vệ tinh thay đổi
đủ để xác định số nguyên đa trị, còn 2 lần đo, mỗi lần kéo dài 5-10 phút và giãn
cách nhau một tiếng đồng hồ có tác dụng tương đương như phép đo tĩnh kéo dài
trong một tiếng. Yêu cầu nhất thiết cho phép đo này là phải có được ít nhất là 4 vệ
tinh chung cho cả 2 lần đo tại mỗi điểm quan sát [6].
Điều đáng chú ý là máy di động không nhất thiết phải thu tín hiệu liên tục
trong suốt cả chu kỳ đo mà chỉ thu trong vòng 5-10 phút tại mỗi điểm đo, nghĩa là
có thể tắt máy trong lúc di chuyển từ điểm nọ sang điểm kia. Điều này cho phép áp
dụng phương pháp ở cả những khu vực có nhiều vật che khuất. Về mặt thiết kế, tổ
chức đo thì chỉ nên bố trí khu vực đo tương đối nhỏ so với lượng điểm vừa phải để
có thể kịp đo lặp tại mỗi điểm sau một tiếng đồng hồ và bảo đảm số lượng vệ tinh
chung cho cả 2 lần đo phải có ít nhất được 4 vệ tinh.
1.3.2.5. Đo GPS cải chính phân sai (DGPS – Differential GPS)
Là phương pháp đo GPS sử dụng kỹ thuật định vị tuyệt đối sử dụng trị đo
code có độ chính xác đo tọa độ 0.5-3m. Nội dung của phương pháp đo là dùng 2
trạm đo trong đó 1 trạm gốc (Base station) có tọa độ biết trước và 1 trạm đo tại các
điểm cần đo tọa độ (Rover station). Trên cơ sở độ lệch về tọa độ đo so với tọa độ
thực tại trạm gốc để hiệu chỉnh vào kết quả đo tại trạm động theo nguyên tắc đồng
ảnh hưởng. Yêu cầu quan trọng khi đo phân sai là trạm tĩnh hay trạm động đều phải
thu tín hiệu đồng thời, cùng số vệ tinh. Có hai phương pháp đo cải chính phân sai
[1]:
- Cải chính vào cạnh: sử dụng cạnh tính theo trị đo code của trạm tĩnh đến
từng vệ tinh và tìm độ lệch so với khoảng cách thực của nó trên cơ sở tọa độ điểm

gốc. Các độ lệch này được dùng để cải chính cho chiều dài cạnh từ điểm cần định vị
đến các vệ tinh tương ứng trước khi đưa cạnh vào tính tọa độ cho trạm động.


- Cải chính vào tọa độ: xác định được độ lệch về tọa độ giữa tọa độ tính được
của trạm tĩnh và tọa độ thực của nó do ảnh hưởng của các nguồn sai số. Các độ lệch
đó được cải chính tương ứng vào tọa độ của trạm động.
Bảng 1.1. Bảng so sánh các phương pháp đo GPS [4]

Kiểu đo

Số vệ
tinh tối
thiểu

Thời
gian đo
tối
thiểu

Độ chính xác đạt
được

Các đặc trưng khác

Đo tĩnh
(Static)

4

1 giờ

- 1 tần số: 5mm+1ppm - Máy một tần số cho độ
2
tần
số: chính xác tốt nhất với S ≤
5mm+0.5ppm
10km

Đo tĩnh
nhanh
(Fast
static)

4

8’-30’

5-10mm+1ppm (phụ Các thủ tục đo như phương
thuộc vào thời gian đo) pháp đo tĩnh

Đo động
xử lý sau
(GPSPPK)
Đo động
thời gian
thực
(GPSRTK)
Đo
DGPS

xử lý sau
(PPKDGPS)

4

4

4

1cm+1ppm

- Khoảng cách tối đa 50km
- Cần khởi đo trên cạnh đáy
đã biết hoặc bằng đo tĩnh
nhanh trên cạnh chưa biết

1 trị đo

1cm+1ppm

- Khoảng cách đo phụ thuộc
vào Radio Link, < 10km
- Cần khởi đo trên điểm đã
biết toạ độ hoặc đo tĩnh
nhanh

2 trị đo

- 0.5m với máy thu
Everest Maxwel, với 5

vệ tinh, PDOP<4
- 1 ÷ 3m đối với máy
thu khác cùng điều
kiện

- Không cần thu liên tục vệ
tinh
- Không cần Radio Link
truyền sóng

2 trị đo


Đo
DGPS
thời gian
thực
(RTKDGPS)

4

1 trị đo

- 0.5m với máy thu
Everest Maxwel, với 5
vệ tinh, PDOP<4
- 1 ÷ 3m đối với máy
thu khác cùng điều
kiện

- Không cần thu liên tục vệ
tinh
- Không cần Radio Link
truyền sóng

Các số liệu trong bảng trên dựa trên kết quả mới nhất với thiết bị đo của hãng
Trimble [4] .
1.4. Tình hình ứng dụng công nghệ GPS trong thu thập dữ liệu không gian
1.4.1. Tình hình ứng dụng GPS trên thế giới
Với khả năng đảm bảo độ chính xác định vị hàng chục mét đến vài ba mét
(định vị tuyệt đối), thậm chí đến cỡ centimét, milimét (định vị tương đối) trên phạm
vi toàn cầu, trong mọi điều kiện thời tiết, vào bất cứ lúc nào, hệ thống GPS đã và
đang được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực hoạt động của con người.
1.4.1.1. Ứng dụng GPS trên sông, biển
1. Hoạt động giao thông thủy
- Dẫn đường trên biển cả, ven bờ, ra vào cảng;
- Dẫn đường trên sông ngòi, kênh rạch;
- Theo dõi, giám sát giao thông trên biển.
2. Khai thác dầu khí
- Phục vụ khai thác: đo vẽ thủy đạc, đo địa chấn, đo vẽ khu vực dự báo có
dầu, đo vẽ phục vụ việc lắp đặt đường ống;
- Định vị tàu khoan, thiết bị hồi âm;
- Xác định các khu vực tích tụ dầu, các bồn chứa dầu.
3. Đo vẽ thủy đạc
Đo vẽ hải đồ chính xác, đo vẽ bản đồ địa hình đáy biển, phát hiện các vật cản
nguy hiểm cho hàng hải.
1.4.1.2. Ứng dụng GPS trên đất liền và trên không
- Đạo hàng và định vị các phương tiện giao thông vận tải trên bộ;
- Các dịch vụ an toàn cứu hộ;
- Theo dõi hoạt động của đường sắt;

- Dẫn đường bay, điều khiển cất cánh, hạ cánh tại các sân bay.
1.4.1.3. Ứng dụng GPS trong trắc địa
- Trong đo đạc địa chính: ứng dụng thành lập bản đồ địa chính theo phương
pháp đo PPK hoặc RTK;
- Lưới khống chế trắc địa: ứng dụng thành lập các mạng lưới có độ chính xác
cao (như lưới nhà nước hạng I, II) tới độ chính xác thấp hơn như lưới hạng I, II và
lưới khống chế ảnh;


- Theo dõi biến dạng cục bộ: nhằm theo dõi lún do khai thác mỏ hoặc biến
dạng công trình;
- Theo dõi biến dạng toàn bộ: như hoạt động kiến tạo của địa tầng, sự trôi dạt
của các lục địa.
1.4.2. Tình hình ứng dụng GPS ở Việt Nam
1.4.2.1. Ứng dụng GPS thành lập mạng lưới khống chế quốc gia
Từ năm 1991 đến năm 1993 Cục Đo đạc và Bản đồ nhà nước đã kịp thời ứng
dụng công nghệ GPS để phủ lưới tọa độ tại các khu vực khó khăn: Minh Hải, Sông
Bé, Tây Nguyên với máy thu một tần số 4000ST và máy thu hai tần số 4000SST với
tổng số điểm là 117 điểm tạo thành mạng lưới dày đặc. Năm 1992 đã xây dựng lưới
trắc địa biển gồm 36 điểm trong đó có 09 điểm thuộc lưới tam giác đường chuyền
dọc bờ biển.
Cuối năm 1995 Tổng Cục Địa chính đã quyêt định xây dựng lưới tọa độ cấp
"0" quốc gia gồm 96 điểm trong đó có 68 điểm thiết kế trùng với các điểm tọa độ
hạng I, II trước đây [9].
Năm 1997 Tổng cục Địa chính đã sử dụng công nghệ GPS để đo nối tọa độ
với lưới IGS quốc tế gồm 04 điểm là: Guam, Đài Loan, Lhasa (Tây Tạng), Shao
(Thượng Hải).
Từ năm 1994, khi công tác đo đạc thành lập bản đồ địa chính trở thành
nhiệm vụ cấp bách, Tổng cục Địa chính đã phê duyệt dự án xây dựng mạng lưới tọa
độ hạng III phủ trùm toàn quốc dày hơn mạng lưới hạng III cũ và được xây dựng

bằng công nghệ định vị toàn cầu GPS, được gọi là mạng lưới địa chính cơ sở.
Trong thời gian từ năm 1994 đến 1996 đã hoàn thành được mạng lưới hạng
III phủ trùm 20 tỉnh, thành phố với trên 5000 điểm.
Từ năm 1999 đến năm 2003 đã hoàn thành mạng lưới xây dựng mạng lưới
hạng III phủ trùm trên 40 tỉnh, thành phố còn lại.
Lưới tọa độ hạng III được đo bằng công nghệ GPS với các máy thu tín hiệu
vệ tinh 01 và 02 tần số (như máy Trimble 4000ST, 4000SST, 4000SSE).
Như vậy, hiện nay mạng lưới tọa độ hạng III đã phủ trùm 63 tỉnh, thành phố
trong cả nước với 12631 điểm. Mạng lưới trên đã được bình sai tổng thể với độ
chính xác trong giới hạn cho phép và được đưa vào khai thác sử dụng [9].
1.4.2.2. Xây dựng các trạm DGPS
Với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin, sự tiến bộ vượt bậc của
việc khai thác và sử dụng hệ thống GPS, công nghệ DGPS với thiết bị không đắt
tiền, sử dụng đơn giản với độ chính xác cỡ khoảng từ đê-xi-mét đến 3m thực tế
đang trở thành giải pháp hữu hiệu đối với đo đạc cập nhật biến động bản đồ có tỷ lệ
trung bình 1/10000, phục vụ các mục đích định vị, dẫn đường, điều tra khảo sát tài
nguyên biển, đo đạc địa hình đáy biển, tìm kiếm cứu nạn trên biển,…


Hệ thống trạm GPS quốc gia đang hoạt động gồm 3 trạm:
- Trạm GPS Đồ Sơn: tầm phủ sóng 500km;
- Trạm GPS Vũng Tàu: tầm phủ sóng 700km;
- Trạm GPS Điện Biên: tầm phủ sóng 350km.
Ngoài 3 trạm GPS quốc gia trên thì còn có thêm 2 trạm phục vụ công tác
phân giới cắm mốc biên giới Việt – Trung là trạm Hà Giang phủ sóng 200km và
trạm Cao Bằng phủ sóng 250km.
Dự kiến trong thời gian tới chúng ta sẽ xây thêm 2 trạm Hà Nội và Đà Nẵng
có tầm phủ sóng 700km, khi đó chúng ta sẽ có một hệ thống trạm GPS phủ sóng kín
toàn lãnh thổ và khu vực rộng lớn ngoài biển.
1.4.2.3. Ứng dụng GPS trong đo đạc địa chính

Dựa trên độ chính xác của GPS, việc ứng dụng GPS vào trong đo đạc địa
chính đã được thực hiện từ khá sớm ở nước ta. Các nghiên cứu ứng dụng GPS của
Viện Nghiên cứu Địa chính (nay là Viện Khoa học Đo đạc và Bản đồ) như đo vẽ
bản đồ địa chính tỷ lệ 1:1000 khu vực đất nông nghiệp tại xã Dục Tú, ngoại thành
Hà Nội năm 1998; đo vẽ bản đồ địa chính đất thổ canh tỷ lệ 1:2000 tại xã Mộc Bắc,
huyện Duy Tiên, tỉnh Hà Nam năm 1998; đo vẽ bản đồ địa chính đất thổ canh kết
hợp với công nghệ ảnh số tỷ lệ 1:1000 tại phường Tân Hiệp, thành phố Biên Hòa,
tỉnh Đồng Nai năm 1999.
Ngoài ra, hiện nay tình hình triển khai ứng dụng GPS trong các đơn vị sản
xuất đã được phổ biến rộng rãi và có chiều sâu. Ví dụ về một số dự án đo đạc mà
tác giả đã tìm hiểu như xây dựng lưới tọa độ địa chính tại xã Phú Mãn, huyện Quốc
Oai, thành phố Hà Nội; đo chi tiết thành lập bản đồ địa chính bằng phương pháp
RTK ở huyện Lương Tài, tỉnh Bắc Ninh; đo chi tiết thành lập bản đồ địa chính bằng
phương pháp RTK tại xã Đông Hòa Hiệp, tỉnh Tiền Giang; Đo vẽ bản đồ địa chính
tỷ lệ 1:1000 khu đo Đại học Quốc gia, huyện Thạch Thất, thành phố Hà Nội.
Các công đoạn trong đo đạc địa chính hiện nay sử dụng công nghệ GPS bao
gồm:
- Xây dựng lưới bằng công nghệ GPS: lưới địa chính được đo bằng công
nghệ GPS, khi đo sử dụng các loại máy như Trimble 4600LS, Trimble 4000SSE,…
Trong quá trình đo cũng đảm bảo các yêu cầu về thời gian đo mỗi ca đo tối thiểu là
từ 60 phút trở lên, đồng thời trị đo là tối đa; trước khi đo cũng phải lập lịch đo; đặt
góc ngưỡng vệ tinh; chiều cao anten; số hiệu điểm đo. Sau khi thu được kết quả đo
ngoài thực địa, bước tiếp theo sẽ là xử lý nội nghiệp bằng các phần mềm chuyên
dụng như TBC (Trimble Business Center), TGO (Trimble Geomatics Office),
GPSurvey,…
- Đo chi tiết bằng phương pháp PPK, RTK: phương pháp này gồm cố máy cố
định (Base) được đặt cố định trong suốt quá trình đo và máy động (Rover) di


chuyển trong quá trình đo điểm chi tiết; phương pháp này cũng yêu cầu về số lượng

vệ tinh ở máy cố định và máy động phải thu được đồng thời 4 vệ tinh, thời gian thu
tín hiệu, số hiệu điểm đo, chiều cao anten; đo theo kiểu dừng và đi (Stop and Go)
hay đo liên tục.
Hiện nay, việc ứng dụng GPS vào trong đo đạc địa chính đã được áp dụng
rộng rãi. Để việc thực hiện có hiệu quả và chất lượng đồng thời khẳng định vai trò
quan trọng của GPS, Nhà nước đã ban hành các văn bản quy phạm hướng dẫn và
quy định về các sản phẩm đo đạc bản đồ khi dùng công nghệ GPS như Thông tư
hướng dẫn áp dụng Hệ quy chiếu và Hệ tọa độ Quốc gia VN-2000 số 973/2001/TTTCĐC ngày 20/6/2001 của Tổng cục Địa chính (nay là Bộ Tài nguyên và Môi
trường); Quy phạm đo vẽ bản đồ địa chính năm 2008 của Bộ Tài nguyên và Môi
trường; Thông tư số 55/2013/TT-BTNMT ngày 30 tháng 12 năm 2013 của Bộ Tài
nguyên và Môi trường về quy định thành lập bản đồ địa chính.
Xét về góc độ chính xác đạt được, phạm vi ứng dụng, hiệu quả ứng dụng,
đội ngũ cán bộ sử dụng, có thể nói rằng công nghệ GPS ở Việt Nam đã ngang tầm
với các nước trong khu vực và quốc tế.


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ KHOA HỌC
CỦA KỸ THUẬT ĐO GPS ĐỘNG XỬ LÝ SAU

2.1. Cơ sở khoa học của phương pháp đo pha GPS
Đây là các phương pháp đo GPS chính xác nhất, độ chính xác đạt tới (1 ÷
5)mm+1ppm. Khác với phương pháp định vị độc lập và DGPS, trong phương pháp
này người ta đo pha của các sóng tải (L1 và L2) chứ không phải thời gian trong mã
C/A-code hoặc P-code. Cũng như DGPS, để đo pha cần ít nhất 2 máy thu (tốt nhất
là 3-4 máy) [1].
2.1.1. Mô hình toán học của phương pháp đo pha GPS
Giả sử môi trường giữa vệ tinh k và máy thu i là chân không, tại một thời
gian thực tr nào đó máy phát trong vệ tinh và trong máy thu cùng đồng thời phát ra
tín hiệu với cùng tần số và cùng pha (tức là 2 tín hiệu giống hệt nhau). Tín hiệu từ
vệ tinh phát ra sẽ được thu lại tại máy thu và tại thời điểm t máy thu sẽ đo lệch pha

∆ϕ ik (t) (tính bằng đơn vị bước sóng) giữa tín hiệu thu được và tín hiệu do chính nó

phát ra.

Hình 2.1. Độ lệch pha giữa sóng từ vệ tinh và sóng do máy thu phát ra
Nếu khoảng cách giữa vệ tinh và máy thu bằng 0 thì ∆ϕ ik (t) = 0, tuy nhiên
nếu khoảng cách này khác 0 thì độ lệch pha đo được cũng khác 0 bởi tín hiệu của vệ
tinh mất thời gian truyền từ vệ tinh tới máy thu. Khi đó [1]:
∆ϕ ik (t) = ϕ i (t) - ϕ k (t) + N ik
(2.1)
k
với ϕ i (t) là pha của tín hiệu phát ra từ máy thu và ϕ (t) là pha của tín hiệu vệ tinh
nhận được ở máy thu.