Nghiên cứu ứng dụng công nghệ GNSS thành lập lưới khống chế cơ sở mặt bằng mỏ đồng sin quyền lào cai

Trường Đại Học Mỏ- Địa Chất

Đồ án tốt nghiệp

MỤC LỤC

SV: Đặng Thanh Bình

1

Trắc địa mỏ - Công trình K55


Trường Đại Học Mỏ- Địa Chất

Đồ án tốt nghiệp

MỞ ĐẦU
Tổ hợp mỏ - Tuyển đồng Sin Quyền được tổng viện nghiên cứu kim loại
màu Trung Quốc lập thiết kế từ năm 2002 với sản lượng 1,1 triệu tấn
quặng/năm.Theothiết kế ban đầu khu mỏ gồm 2 khai trường khu Đông và khu Tây.
Mở rộng và nâng công suất mỏ lên 2.5 triệu tán/năm là chủ trương của tập đoàn
công nghiệp than - khoáng sản và tổng công ty khoáng sản –Vinacomin tại quyết
định số 864/QĐ- HĐTV ngày 19 tháng 6 năm 2012. Theo đó cần thiết phải mở
rộng diện tích cho các hạng mục xây dựng công trình mới gồm: Nhà máy tuyển
quặng số 2, trạm đập thô, tuyến băng tải, đập + bãi chứa quặng đuôi tuyển,mở rộng
moong khai thác và các bãi thải đất đá… Theo đó cần thiết phải xây dựng mạng
lưới khống chế cơ sở phục vụ đo vẽ thi công mở rộng mỏ- tuyển đồng Sin Quyền,
đồng thời làm tài liệu cơ sở phục vụ cho các công tác sản xuất của mỏ. Công việc
này trở nên khó khăn hơn do các phương pháp thành lập lưới khống chế truyền
thống không đáp ưng kịp thời và hiệu quả như mong muốn. Do vậy, nghiên cứu

ứng dụng công nghệ mới trong thành lập lưới khống chế cơ sở là cấp bách và cần
thiết, đây là lý do tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ GNSS thành
lập lưới khống chế cơ sở mặt bằng mỏ đồng Sin Quyền Lào Cai”.
Nội dung chính của đồ án gồm 3 chương:
CHƯƠNG 1: Tổng quan về lưới khống chế cơ sở mặt bằng mỏ lộ thiên.
CHƯƠNG 2: Tổng quan về GNSS.
CHƯƠNG 3: Ứng dụng công nghệ GNSS thành lập lưới khống chế cơ sở
mỏ đồng Sin Quyền Lào Cai.
Do thời gian và kinh nghiệm thực tế còn hạn chế nên bản đồ án này không
tránh khỏi những thiếu sót. Tôi mong rằng sẽ nhận được sự đóng góp ý kiến của
các thầy cô giáo và các bạn bè đồng nghiệp để kết quả nghiên cứu của bản đồ án
được hoàn thiện và ứng dụng có hiệu quả hơn.
Qua đây, tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa trắc địa
đã chỉ bảo giúp đỡ tôi, đặc biệt là thầy giáo TS.Vương Trọng Kha, người đã
trục tiếp hướng dẫn tôi hoàn thành đồ án tốt nghiệp này.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, Ngày 15 tháng 6 năm 2015
Sinh viên thực hiện
Đặng Thanh Bình
SV: Đặng Thanh Bình

22

Trắc địa mỏ - Công trình K55


Trường Đại Học Mỏ- Địa Chất

Đồ án tốt nghiệp

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ LƯỚI KHỐNG CHẾ CƠ SỞ MẶT BẰNG MỎ LỘ THIÊN
1.1 Khái niệm
Lưới khống chế cơ sở mặt bằng ở mỏ lộ thiên là tập hợp các điểm của
lưới tam giác nhà nước các cấp I,II,III, IV và các điểm giải tích, các điểm của
đường chuyền đa giác có độ chính xác tương đương. những điểm này được bố
trí ở trên bờ mỏ, chức năng chủ yếu của chúng là làm cơ sở cho việc thành lập
các loại bản đồ và các công tác trắc địa chuyên dụng khác.
Các điểm khống chế cơ sở được bố trí đều đặn trên bề mặt địa hình khu
mỏ, ở các khu vực đất đá ổn định,đảm bảo bền chắc và tồn tại lâu dài.
Phân loại lưới khống chế mặt bằng

1.2

1.2.1 phân loại theo đại lượng đo.
Theo đại lượng đo ta chia làm 4 loại lưới:
-

Lưới tam giác đo góc: là lưới có đồ hình tam giác, đại lượng đo là tất cả các góc
trong tam giác.

-

Lưới tam giác đo cạnh: là lưới có đồ hình tam giác, đại lượng đo là tất cảcác
cạnh trong các tam giác

-

Lưới tam giác đo góc cạnh: là lưới có đồ hình tam giác,đo góc cạnh kết hợp.

-

Lưới đo bằng công nghệ GPS: là lưới được đo bằng công nghệ mới GPS/GNSS.
lưới được thành lập theo phương pháp này có nhiều ưu điểm hơn so với lưới
được thành lập bằng công nghệ truyền thống.
1.2.2 Phân loại theo đồ hình lưới .
Tùy thuộc vào hình dạng kích thước và địa hình khu mỏ mà lưới có thể
được thành lập theo các dạng sau:

•

Lưới giải tích.
Lưới giải tích được thành lập dựa vào các điểm của lưới tam giác nhà
nước. ở việt Nam, các khu mỏ được phân bố chủ yếu ở các vùng có địa hình
phức tạp : đồi núi dốc thẳm, rừng núi dậm,sông suối chia cắt v.v… Việc áp dụng
các chỉ tiêu kỹ thuật theo quy phạm của Tổng cục địa chính về thành lập lưới
giải tich gặp nhiều khó khăn,thậm chí không thực hiện được. Theo quy phạm
SV: Đặng Thanh Bình

33

Trắc địa mỏ - Công trình K55


Trường Đại Học Mỏ- Địa Chất

Đồ án tốt nghiệp

trắc địa mỏ,lưới giải tích khu mỏ như trên là hoàn toàn hợp lý đảm bảo tương
quan trong công tác trắc địa ở vùng mỏ.

Tùy thuộc vào hình dạng, kích thước, địa hình khu mỏ mà lưới có thể được
thành lập theo các dạng như : đa giác trung tâm, tứ giác trắc địa, chuỗi tam giác.

Hình 1.1. các dạng lưới giải tích ở mỏ lộ thiên.
Khi xây dựng lưới khống chế cơ sở cần lưu ý các yêu cầu sau đây:
-

các điểm được bố trí đều đặn trên toàn khu mỏ.

-

các điểm phải có tầm bao quát lớn nhất, tạo điều kiện thuận lợi cho việc phát
triển lưới khống chế đo vẽ.

-

các điểm phải nằm xa khu vực bị ảnh hưởng khai thác và các phá hoại địa chất
để đảm bảo sự tồn tại lâu dài.

•

Lưới đường chuyền.
Lưới đường chuyền hiện nay được áp dụng khá rộng rãi. Với việc ứng
dụng phổ biến các loại máy toàn đạc điện tử thi lưới đường chuyền ngày càng
được phát huy. Đặc biệt trong những điều kiện địa hình khó khăn mà phương
pháp giải tích không thể thực hiện được. Lưới đường chuyền có 2 cấp: đường
chuyền câp I, và đường chuyền cấp II.
Khi thiết kế đường chuyền cần thỏa mãn các điều kiện sau:
Các góc ngoặt của đường chuyền phải lớn hơn 135 0 , chiều dài cạnh
lớn hơn 250m, việc đo góc phải được tiến hành với các máy móc có độ

chính xác cao.
Sai số phải thỏa mãn:
SV: Đặng Thanh Bình

44

Trắc địa mỏ - Công trình K55


Trường Đại Học Mỏ- Địa Chất

Đồ án tốt nghiệp

fβ ≤ ±10

đối với đường chuyền cấp 1

fβ ≤ ±20

đối với đường chuyền cấp 2

Trong đó: n – số góc ngoặt của đường chuyền.
Sai số tương đối chiều dài cạnh phải đảm bảo độ chính xác 1/15000 với
đường chuyền cấp 1 và 1/8000 với đường chuyền cấp 2.
Chiều dài tối đa giữa 2 điểm khởi tính không vượt quá 10km.
•

Lưới đường chuyền đo vẽ.
Đường chuyền đo vẽ là tập hợp các điểm bố trí trên các tầng mỏ lộ thiên,
tạo thành một đường gãy khúc liên tục. tùy thuộc vào khả năng đo nối tới các

điểm khống chế cơ sở cấp cao mà ta chia ra:

-

Đường chuyền khép kín

-

Đường chuyền phù hợp

-

Đường chuyền treo.
Phương pháp đường chuyền kinh vĩ xây dựng điểm khống chế đo vẽ ở mỏ
lộ thiên được áp dụng khi số tầng công tác ít,địa hình bằng phẳng và có dạng
kéo dài, mặt tầng công tác rộng thuận lợi cho việc đo chiều dài. Phương pháp
này có ưu điểm là đơn giản khi thành lập và tính toán, không phụ thuộc vào khả
năng ngắm thông giữa các điểm khống chế cơ sở.

•

Giao hội điểm.
Giao hội là phương pháp phổ biến nhất đẻ xây dựng điểm khống chế đo
vẽ ở mỏ lộ thiên,nó được sử dụng trong điều kiện hình dạng mỏ phức tạp, chiều
sâu khai thác lớn và các điểm khống chế cơ sở xa. Có nhiều phương pháp giao
hội điểm: giao hội thuận, giao hội nghịch, giao hội tam giác đơn, giao hội góc
cạnh kết hợp…

-

Giao hội thuận.
Khi xây dựng điểm khống chế đo vẽ trên mỏ lộ thiên ,phương pháp giao
hội thuận có độ chính xác cao ,công tác tính toán đơn giản. Từ các điểm khống
chế cơ sở có thể xây dựng được nhiều điểm khống chế đo vẽ.

SV: Đặng Thanh Bình

55

Trắc địa mỏ - Công trình K55


Trường Đại Học Mỏ- Địa Chất

Đồ án tốt nghiệp

Hình 1.2. Giao hội thuận
Nhược điểm chính của phương pháp này là công tác ngoại nghiệp lớn.
Trong thực tế sản xuất,để có điều kiện kiểm tra độ ổn định của các điểm
khống chế cơ sở làm tăng độ tin cậy của kết quả giao hội người ta quy định :
giao hội thuận phải được tiến hành từ 3 điểm khống chế cở. Như vậy phương
pháp này vẫn đang được ứng dụng rộng rãi ở các mỏ lộ thiên Việt Nam.
-

Giao hội nghịch
Cũng như giao hội thuận ,giao hội nghịch cũng thường được áp dụng ở
các mỏ lộ thiên Việt Nam để xây dựng điểm khống chế đo vẽ vì khối lượng
công tác ngoại nghiệp ít,cho phép kết hợp quá trình đo giao hội với việc đo chi
tiết tại trạm máy.Nhược điểm là công tác tính toán phức tạp,độ chính xác giảm
dần khi điểm p nằm càng gần “ vòng tròn nguy hiểm”.

Hình 1.3 .Giao hội nghịch
Khi thực hiện giao hội nghịch cần ngắm thông đến ít nhất 3 điểmkhống
chế cơ sở, điều này làm giảm khả năng ứng dụng vì điều kiện ngắm thông đến
các điểm khống chế bị giảm, đặc biệt đối với mỏ lộ thiên khai thác xuống sâu.
SV: Đặng Thanh Bình

66

Trắc địa mỏ - Công trình K55


Trường Đại Học Mỏ- Địa Chất
-

Đồ án tốt nghiệp

Giao hội tam giác đơn.
Giao hội tam giác đơn là một dạng của giao hội thuận được tiến hành từ
hai điểm khống chế cơ sở A và B,nhưng ngoài việc đo 2 góc β 1,β2, người ta còn
đo thêm góc β3 tại P. Như vậy sẽ có điều kiện để kiểm tra các góc trong tam giác

Hình 1.4.giao hội tam giác đơn
Cũng giống như giao hội thuận, giao hội tam giác đơn có cách tính toán
đơn giản, chỉ cần 2 điểm khống chế cơ sở để xây dựng điểm đo vẽ và được coi
như ưu điểm lớn nhất của công tác trắc địa ở mỏ lộ thiên.Nhược điểm của
phương pháp này là công tác ngoại nghiệp lớn,mặt khác do không có điều kiện
kiểm tra độ ổn định của điểm khống chế nên mức độ tin cậy thấp.
-

Giao hội góc cạnh 2 hướng
Giao hội góc cạnh 2 hướng là trường hợp đứng máy tại điểm giao hội cần
xác định ngắm đến 2 điểm khống chế cơ sở A và B.Đại lượng đo là góc kẹp giữa
2 hướng Pa và PB, chiều dài các cạnh PA,PB.

Hình 1.5. Giao hội góc cạnh hai hướng
Giao hội góc cạnh 2 hướng có cách tính đơn giản,công tác ngoại nghiệp ít,vì
vậy phương pháp này đang được ứng dụng phổ biến tại các vùng mỏ lộ thiên.
SV: Đặng Thanh Bình

77

Trắc địa mỏ - Công trình K55


Trường Đại Học Mỏ- Địa Chất
1.2.3

Đồ án tốt nghiệp

Phân loại theo công nghệ đo lưới.
Tùy thuộc vào thiết bị hiện có của đơn vị được trang bị cũng như sự phát
triển công nghệ của các nhà sản xuất.các mạng lưới cơ sở mỏ lộ thiên cũng có sự
khác biệt về công nghệ đo như: lưới đo bằng máy quang cơ, máy toàn đạc điện
tử, định vị vệ tinh.

1.2.4

Phân loại theo độ chính xác.
Tùy thuộc vào độ chính xác và các chỉ tiêu kỹ thuật yêu cầu mà mạng lưới

Khống chế cơ sở ở mỏ lộ thiên được phân chia thành 3 cấp hạng: Lưới
khống chế cơ sở cấp 1, Lưới khống chế cơ sở cấp 2, Lưới khống chế cơ sở cấp 3.
Theo quy phạm thời Trắc địa mỏ của Bộ Công Nghiệp Việt Nam qui định
các chỉ tiêu kỹ thuật yêu cầu đối với lưới giải tích như sau:
Lưới trắc địa mỏ
Cấp 1
Cấp 2
Cấp 3

Tên chỉ tiêu
Lưới tam giác giải tích
Chiều dài các cạnh tam giác
- Lớn nhất
- Nhỏ nhất
Góc giữa các hướng cùng cấp không nhỏ
hơn
Số lượng tam giác giữa các cạnh khởi tính
Sai số khép góc lớn nhất trong tam giác
Sai số trung phương đo góc tính theo sai
số khép tam giác
Sai số trung phương cạnh khởi tính
Sai số tương đối cạnh yếu nhất
Lưới đa giác
Số lượng cạnh:
- Từ điểm gốc đến điểm gốc
- Từ điểm gốc đến điểm nút
- Từ điểm nút đến điểm nút
Chiều dài cạnh (m)
- Trung bình
- Dài nhất

- ngắn nhất
Chiều dài lớn nhất đường chuyền phù
hợp(m)
Sai số trung phương đo góc.
1.3

5 km
1 km
200

4 km
0,8 km
200

3 km
0,5 km
200

10
20”

10
30”

10
40”

4”
1:50.000
1:30.000

6”
9”
1:30.000 1:15.000
1:15.000 1:8.000

15

15
10
7

15
10
7

800
1.500
200

200
500
100

150
300
80

4”

2.500
7”

1.200
12”

Đặc điểm ,yêu cầu thành lập lưới khống chế mặt bằng mỏ lộ thiên
SV: Đặng Thanh Bình

88

Trắc địa mỏ - Công trình K55


Trường Đại Học Mỏ- Địa Chất

Đồ án tốt nghiệp

Khi thiết kế và xây dựng các mốc lưới khống chế cần căn cứ vào bản vẽ
tổng hợp mặt bằng khu mỏ kết hợp với việc khảo sát hiện trường.Vị trí các mốc
phải đảm bảo bền vững,ổn định, ít bị biến dạng, hoặc bị phá hủy trong quá trình
khai thác phải bố trí thuận lợi cho mục đích sử dụng.
Hệ tọa độ của lưới phải phù hợp với hệ tọa độ đang sử dụng ở mỏ.
Một đặc điểm ở các mỏ là các mốc khống chế dễ bị pha hủy,mất ổn định
do quá trình sử dụng khai thác ở mỏ gây ra. Vì vậy, trong những năm đầu mở
mỏ ,hệ thống các mốc phải được đo lại định kì để kiểm tra ,đánh giá độ ổn định,
phát hiện sự dịch chuyển của các mốc do thiên nhiên hay tác động của con
người, nhằm kịp thời hiệu chỉnh hoặc xây dựng mốc mới.
Trong suốt quá trình khai thác, nếu phát hiện dấu hiệu dịch chuyển vị trí
các mốc bằng mắt thường (do động đất, trượt, nổ mìn, khai thác, đào đắp…)

phải đo lại ngay hoặc thông báo loại bỏ những mốc bị dịch chuyển, không được
phép sử dụng.
1.4 Ưu nhược điểm của phương pháp thành lập lưới theo phương pháp
truyền thống
Ưu điểm: có thể bố trí các mốc lưới sát khu nhà xưởng hay dưới các vật
bị che chắn khuất bầu trời, trong điều kiện đảm bảo thông hướng trên mặt đất.
giá thành đầu tư thiết bị máy móc thấp,bố trí nhân lực đơn giản,yêu cầu người
đo và ghi có sổ kỹ thuật và có kinh nghiệm, người dựng tiêu và chôn mốc
không cần kỹ thuật cao.
Nhược điểm: đối với mỏ lộ thiên nói chung, việc thông hướng từ các điểm
khống chế cơ sở gặp nhiều khó khăn. Việc phân chia và phát triển thêm các
điểm của lưới giải tích đòi hỏi công tác tồn nhiều thời gian và công sức, độ
chính xác thấp dần theo cấp lưới,gây ảnh hưởng đến tiến độ hoạt động khai thác
mỏ, nhiều khi còn phải bố trí thêm các điểm phụ ngoài dự kiến mà không có
mục đích sử dụng.
Do phải đáp ứng điều kiện thông hướng nên công tác thiết kế bố trí điểm
mốc tương đối gặp khó khăn khi khu vực có nhiều vật chắn.Quy trình đo đạc và
xử lý số liệu phức tạp, thời gian thi công lâu.
Những nhược điểm này có thể được khắc phục bằng phương pháp thành
SV: Đặng Thanh Bình

99

Trắc địa mỏ - Công trình K55


Trường Đại Học Mỏ- Địa Chất

Đồ án tốt nghiệp

lập lưới khống chế theo công nghệ GNSS. vì công nghệ GNSS cho phép lập lưới
với độ chính xác cao, đảm bảo tiến độ, công tác chọn điểm mốc dễ dàng hơn.
Chính vì điều này nên việc nghiên cứu ứng dụng công nghệ GNSS để thành lập
lưới khống chế cơ sở mặt bằng cho các vùng mỏ là cần thiết và có ý nghĩa thực
tiễn cao.

SV: Đặng Thanh Bình

10

Trắc địa mỏ - Công trình K55


Trường Đại Học Mỏ- Địa Chất

Đồ án tốt nghiệp

CHƯƠNG 2
TỔNG QUAN VỀ GNSS
2.1 Lịch sử phát triển công nghệ GNSS
Ngày nay, cùng với sự phát triển bùng nổ của khoa học và công nghệ, các
kỹ thuật đo đạc hiện đại đã ra đời và nhanh chóng được sử dụng vào thực tiễn,
mang lại những hiệu quả cao. Như toàn đạc điện tử đã cho phép đo góc với độ
chính xác tới 1”, đo cạnh dài tới 7000m (gương chùm) với độ chính xác 1 mm ± 2
ppm. Thủy bình điện tử góp phần nâng cao độ chính xác và năng suất đo thủy
chuẩn chính xác. Các thiết bị đo dựa trên kỹ thuật laze như máy Scan Laser 3D
cho phép quan trắc lún và biến dạng mặt đất một cách thuận tiện và chính xác.
Nhưng đáng ghi nhận hơn cả là sự ra đời của các hệ thống định vị vệ tinh toàn cầu
GNSS (Global Navigation Satellite System) bao gồm các hệ thống định vị GPS
(Mỹ), Glonass (Nga), Galileo (EU), Bắc Đẩu-Compass (Trung Quốc), chủ đạo

vẫn là hệ thống định vị GPS và mới đây là Glonass.

Hình 2.1. Hình ảnh vệ tinh nhân tạo.
Kỹ thuật định vị vệ tinh toàn cầu này đã mở ra bước ngoặt mang tính cách
mạng trong đo đạc và bản đồ bởi những tính năng vượt trội của nó so với các thiết
bị đo kinh điển, trước hết là cho phép xác định đồng thời cả 3 thành phần tọa độ
với độ chính xác cao, dễ thao tác, đo đến khoảng cách xa đến hàng nghìn km, có
thể đo đạc trong mọi điều kiện thời tiết (mưa, nắng, gió to,...) và thời gian (ngày
cũng như đêm), không đòi hỏi tầm nhìn thông giữa các điểm đo. Hiện nay, nó đã
trở thành một trong nhưng công cụ chủ đạo phục vụ các công tác trong trắc địa
SV: Đặng Thanh Bình

11

Trắc địa mỏ - Công trình K55


Trường Đại Học Mỏ- Địa Chất

Đồ án tốt nghiệp

nói chung cũng như trắc địa mỏ nói riêng: thành lập lưới khống chế, đo vẽ địa
hình, quan trắc chuyển động và biến dạng mặt đất, v.v... Với những điều kiện đặc
thù địa hình và công việc có đôi chút khác biệt, khó khăn hơn so với trắc địa
thông thường thì việc ứng dụng công nghệ GNSS đã mang lại hiệu quả công việc
đáng kể, tăng độ chính xác, giảm thiểu công tác ngoại nghiệp rất lớn.
Do vậy, việc ứng dụng công nghệ GNSS là rất cần thiết và cấp bách trong
công tác Trắc địa mỏ: “ Ứng dụng công nghệ GNSS thành lập lưới khống chế cơ
sở trên vùng mỏ”
2.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống GNSS

Cấu trúc chung của các hệ thống GNSS bao gồm 3: Đoạn không gian
(Space Segment), Đoạn điều khiển(Control Segment), Đoạn sử dụng(Use
Segment ).

Hình 2.2. Cấu trúc của các hệ thống GNSS.
2.2.1 Đoạn không gian (Space Segment)
Chòm sao vệ tinh

SV: Đặng Thanh Bình

12

Trắc địa mỏ - Công trình K55


Trường Đại Học Mỏ- Địa Chất

Đồ án tốt nghiệp

Hình 2.3. Chòm sao vệ tinh
Nguyên lý đoạn không gian GNSS là sử dụng tín hiệu đạo hàng từ các vệ
tinh. Hệ thống GPS với số lượng vệ tinh trên quỹ đạo là 24 và hệ thống Glonass
có số vệ tinh là 26, Galileo dự kiến đến năm 2015 sẽ đi vào hoạt động với 27 vệ
tinh, Compass dự kiến đến 2020 đi vào hoạt động. Cho đến nay hệ thống GPS
và GLONASS vẫn đang đóng vai trò chủ đạo. Các tham số kỹ thuật của các hệ
thống định vị vệ tinh được thể hiện ở bảng 1.1.
Bảng 2.1 Các tham số kỹ thuật của các quỹ đạo vệ tinh.
Các tham số kỹ
thuật

GPS

GLONASS

GALILEO(2015)

COMPASS(202
0)

Tổng số vệ tinh

24(31hoạt
động)

24

27 (30 hoạt động)

30(35hoạtđộng)

6(cáchnhau
60o)

3(cáchnhau120o)

3 (cách nhau 120o)

4

8

9

55o

64,8o

56o

20 200 km
11h giờ 58
phút

19 100 km

23 616 km

11giờ15,73 phút

14 giờ 21,58 phút

8 ngày sao

3 ngày sao

Các mặt phẳng
quỹ đạo
Số vệ tinh trong
1 quỹ đạo
Góc nghiêng mặt

phẳng quỹ đạo
Độ cao quỹ đạo
Chu kỳ quay của
vệ tinh
Chu kỳ quan sát
mặt đất

1 ngày sao

20 000 km

10 ngày sao

Hệ thống GPS sử dụng kỹ thuật phân chia mã CDMA (Code Division
Multiple Access) phát tín hiệu trên 2 dải băng tần số L1, L2 và trong thế hệ vệ
tinh thứ 3 (2010) sử dụng dải băng tần L2C (L2 Civil Moderate-(L2 CM) và L2
Civil Long-L2 CL)) và phát thêm dải tần số L5 có tần số 1176.45 MHz. Sau
năm 2012 thêm L3C Civil code. Việc thay đổi sang băng tần L2c và thêm băng
tần L5 sẽ làm cho việc đạo hàng từ vệ tinh giảm thiểu được sai số quỹ đạo vệ
tinh, do độ trễ tầng điện ly, đa đường dẫn v.v… nâng cao độ chính xác.
Hệ thống GLONASS sử dụng kỹ thuật truy cập đa phân chia tần số
FDMA (Frequency Division Multiple Access Technique) phát tín hiệu trên 2 dải
băng tần L1, L2. Trong tương lai từ năm 2013 đến 2015 sẽ tiến tới sử dụng thế
hệ vệ tinh mới GLONASS-K2 và GLONASS-KM sử dụng dụng kỹ thuật
CDMA phát thêm sóng mang L3 và L1, L2, L5.
SV: Đặng Thanh Bình

13

Trắc địa mỏ - Công trình K55

Trường Đại Học Mỏ- Địa Chất

Đồ án tốt nghiệp

Hệ thống GALILEO được chú trọng cho các ứng dụng dân sự (open
service) và dịch vụ an toàn cuộc sống (safety of life), được sử dụng kỹ thuật
tương tự như GPS phát trên các dải băng tần L1, E5, E6
Đối với việc ứng dụng công nghệ GNSS trong ngành khoa học trắc địa
bản đồ nói chung cũng như ngành trắc địa mỏ nói riêng, bên cạnh các tín hiệu vệ
tinh GPS, việc có thêm các tín hiệu vệ tinh Glonass và trong tương lai là các tín
hiệu vệ tinh của các hệ khác, là điều kiện thuận lợi để giải quyết các nhiệm vụ
khoa học, kỹ thuật và sản xuất, nâng cao độ chính xác xác định tọa độ điểm.
Cùng với các dữ liệu đo GPS, các dữ liệu GLONASS đóng vai trò của các trị đo
dư trong việc nâng cao độ chính xác của các tham số cần tìm.
Hệ thống GLONASS sử dụng kỹ thuật FDMA trên cả hai băng tần số L 1
và L2. Điều này có nghĩa là mỗi vệ tinh GLONASS truyền các sóng mạng ở
băng tần số L1 và L2 với các tần số của riêng mình, trong khi hệ thống GPS sử
dụng kỹ thuật CDMA. Do hệ thống GLONASS không sử dụng mã để phân biệt
các vệ tinh, nên các vệ tinh GLONASS đều phát các tín hiệu mã như nhau,
nhưng phát các sóng mang với các tần số khác nhau bởi kỹ thuật FDMA. Còn hệ
thống GPS sử dụng kỹ thuật CDMA, nên các vệ tinh GNSS đều phát các tín
hiệu mã khác nhau, nhưng phát các sóng mang L 1 (tương tự với L2) với tần số
như nhau đối với tất cả các vệ tinh GNSS.
Mỗi vệ tinh được trang bị máy phát tần số chuẩn nguyên tử chính xác cao
cỡ 10-12. Máy phát này tạo ra các tín hiệu có tần số cơ sở 10.23 Mhz và để từ đó
tạo ra các sóng tải tần số L1 =1575,42 Mhz (có bước sóng 20 cm) và L2
=1227,60 Mhz (có bước sóng 25 cm). Mục đích sử dụng sóng tải là để làm
giảm ảnh hưởng của tầng điện ly. Để phục vụ cho các mục đích và đối tượng

khác nhau, các tín hiệu phát đi được điều biến mang theo các loại code khác
nhau là C/A-code, P-code, Y-code.
C/A- code là code thô thâu tóm (coarse/Acquisition code). Nó được sử
dụng cho mục đích dân sự và chỉ điều biến sóng tải L 1. Code này được tạo bởi 1
chuỗi bao gồm từ các chữ số 0 và 1 được sắp sếp theo quy luật tựa ngẫu nhiên
với tần số 1,023 Mhz tức là bằng 1/10 tần số cơ sở và được lặp lại sau mỗi một
SV: Đặng Thanh Bình

14

Trắc địa mỏ - Công trình K55


Trường Đại Học Mỏ- Địa Chất

Đồ án tốt nghiệp

minli giây. Mỗi vệ tinh được gán cho 1 C/A- code riêng biệt.
P-code là code chính xác (Precision code). Nó được sử dụng cho các mục
đích quân sự, đáp ứng yêu cầu chính xác cao và điều biến cả 2 sóng tải L 1 và L2.
Code này được tạo bởi nhiều chuỗi các chữ số 0 và 1, được sắp xếp theo quy
luật tựa ngẫu nhiên với tần số 10,23 Mhz; độ dài toàn phần của code là 267
ngày, nghĩa là chỉ sau 267 ngày P-code mới lặp lại. Tuy vậy, người ta chia code
này thành các đoạn có độ dài 7 ngày và gán cho mỗi vệ tinh 1 trong các đoạn
code này và cứ sau mỗi tuần lại thay đổi. Bằng cách này P-code rất khó bị giải
mã để sử dụng nếu không được phép.
Y-code là code bí mật, được phủ lên P-code gọi là kỹ thuật AS (AntiSpoofing). Trong 3 khối vệ tinh GPS được đưa lên quỹ đạo ( khối I,II,II-A) thì
chỉ có các vệ tinh thuộc khối II (sau năm 1989) thì mới có khả năng này.
Cả 2 sóng tải L1 và L2 còn được điều biến bởi các thông tin đạo hàng bao
gồm tọa độ theo thời gian của vệ tinh, thời gian của hệ thống, số hiệu chỉnh đồng

hồ của vệ tinh, đồ hình phân bố vệ tinh trên bầu trời và tình trạng của hệ thống.
Ngoài 2 sóng tải L1 và L2 phục vụ cho mục đích định vị cho người dùng,
các vệ tinh còn dùng 2 sóng tần số 1783,74 Mhz và 2227,5 Mhz để trao đổi
thông tin với các trạm điều khiển trên mặt đất.
Độ chính xác định vị điểm ước đạt cỡ 1% bước sóng của tín hiệu. Như
vậy, ngay khi sử dụng code thô C/A để định vị thì có thể đạt tới độ chính xác cỡ
3m. Do vậy phía Mỹ chủ động làm nhiễu tín hiệu để hạ thấp độ chính xác định
vị tuyệt đối. Kỹ thuật làm nhiễu này gọi là SA (Selective Availabity). Vì vậy
khách hàng chỉ có thể định vị tuyệt đối với độ chính xác cỡ 50 đến 100m. Từ
ngày 20-05-2000 Mỹ đã bỏ chế độ nhiễu SA.
Mỗi vệ tinh GPS có trọng lượng 1830 kg khi phóng và 930 kg khi bay
trên quỹ đạo. Các máy móc thiết bị trên vệ tinh hoạt động nhờ năng lượng do
các tấm pin mặt trời với sải cánh dài 580 cm cung cấp. Tuổi thọ của vệ tinh theo
thiết kế là 7,5 năm. Tuy nhiên, có những vệ tinh bị hỏng hóc khá nhanh và đã
được thay thế bằng các vệ tinh dự phòng.
2.2.2 Đoạn điều khiển ( Control Segment )
Đoạn điều khiển được thiết lập để duy trì hoạt động của toàn bộ hệ thống
SV: Đặng Thanh Bình

15

Trắc địa mỏ - Công trình K55


Trường Đại Học Mỏ- Địa Chất

Đồ án tốt nghiệp

định vị này. Trạm điều khiển trung tâm (Master Control Station- viết tắt là
MCS) được đặt tại căn cứ không quân của Mỹ gần Colorado springs. Trạm điều

khiển trung tâm này có nhiệm vụ chủ yếu trong đoạn điều khiển, cập nhật thông
tin đạo hàng truyền đi từ vệ tinh. Cùng phối hợp với trạm điều khiển trung tâm
là hệ thống hoạt động kiểm tra OCS (Operational Control System) bao gồm các
trạm theo dõi (monitoring stations) phân bố quanh trái đất, đó là các trạm
Colorado Spings, Hawaii, Assension Islands, Diego Garcia, Kwajalein. Các trạm
này theo dõi tất cả các vệ tinh có thể quan sát được. Các số liệu quan sát được ở
các trạm này được chuyển về trạm điều khiển trung tâm MCS, tại đây việc tính
toán số liệu chung được thực hiện để thiết lập thong tin đạo hàng hiện thời. Nội
dung thông tin đạo hàng (đã cập nhật) được chuyển lên các vệ tinh, để sau đó từ
vệ tinh chuyển đến máy thu của người sử dụng.

Hình 2.4.Các trạm điều khiển của hệ thống GPS
Như vậy vai trò của đoạn điều khiển rất quan trọng vì nó không chỉ theo
dõi các vệ tinh mà còn liên tục cập nhật để chính xác hóa các thông tin đạo hàng
trong đó có lịch vệ tinh quảng bá, bảo đảm độ chính xác cho công tác định vị
bằng hệ thống GPS. Các công việc quan sát và xử lý của điều khiển có thể coi là
quy trình thực hiện bài toán thuận nhằm có được vị trí vệ tinh trên quỹ đạo để từ
đó cung cấp cho đoạn sử dụng. Các thông tin từ các trạm điều khiển chuyển lên
vệ tinh được thực hiện ở giải tần S (S-band) có bước sóng cỡ 10 cm, trong khi
tín hiệu từ vệ tinh chuyển đến máy thu được sử dụng dải tần L (L-band ), bước
sóng khoảng 20 cm.
Cơ quan bản đồ thuộc bộ quốc phòng Mỹ (DMA) đã phối hợp với 1 số
SV: Đặng Thanh Bình

16

Trắc địa mỏ - Công trình K55


Trường Đại Học Mỏ- Địa Chất

Đồ án tốt nghiệp

nước khác xây dựng mạng lưới theo dõi hệ thống GPS trên toàn cầu, như các
nước Australia, Baranh, Equador, Anh, Trung Quốc v.v… Nhờ sự phối hợp với
mạng lưới quan trắc rộng rãi này DMA đã xác định được lịch vệ tinh chính xác.
Nhờ đó cơ quan trắc địa quốc gia Mỹ (NGS) sẽ đáp ứng nhu cầu cung cấp cho
các cơ quan dân sự sử dụng lịch vệ tinh chính xác trong định vị GPS.
Gần đây, số lượng trạm quan trắc GPS tăng lên. Nhiều cơ quan trắc địa
bản đồ của các quốc gia khác nhau, nhiều viện nghiên cứu, các trường đại học
và nhiều nhóm nghiên cứu ở mọi nơi trên thế giới đã có được các trạm quan trắc
liên tục và sử dụng nó như “sân sau” để được sử dụng GPS với độ chính xác
cao. Trước hết phải kể đến sự cố gắng của tổ chức hợp tác quốc tế về lưới GPS –
CIGNET và những kết quả đạt được của cơ quan ứng dụng GPS trong nghiên cứ
địa động- IGS, bắt đầu hoạt động từ 01-01-1994.
2.2.3. Đoạn sử dụng (User Segment )
Đoạn sử dụng bao gồm các máy thu GNSS, thiết bị thu nhận thông tin từ
vệ tinh để khai thác sử dụng cho các mục đích và yêu cầu khác nhau của khách
hàng kể cả trên bầu trời, trên biển, trên đất liền. Có thể sử dụng 1 máy thu riêng
biệt hoạt động độc lập (trường hợp định vị tuyệt đối) hay một nhóm gồm từ 2
máy thu trở lên, hoạt động đồng thời theo 1 lịch trình thời gian nhất định (trường
hợp định vị tương đối) hoặc trường hợp hoạt động với máy thu đóng vai trò là
máy chủ phát tín hiệu vô tuyết hiệu chỉnh cho các máy thu khác (trường hợp
định vị vi phân ). Ngoài ra, có thể sử dụng như 1 hệ thống dịch vụ đạo hàng
GNSS đa năng trên phạm vi toàn cầu hoặc ở từng khu vực (đang được thiết lập
ở 1 số nước phát triển).
Máy thu GNSS là phần cứng quan trọng trong đoạn sử dụng nhờ các tiến
bộ trong lĩnh vực điện tử viễn thông và kỹ thuật thông tin, tín hiệu số, các máy
thu đã ngày càng được hoàn thiện. Ngành chế tạo máy thu GNSS là ngành kỹ
thuật cao. Các máy thu hiện nay có thể làm việc được với đầy đủ các bước sóng

tải L1 và L2(máy hai tần), hoặc chỉ thu được tin hiệu một tần L 1. Có thể định vị
tuyệt đối khoảng cách giả C/A code và cả khoảng cáchP(Y) code hoặc theo pha
sóng tải. Một số hãng còn chế tạo các máy thu có thể thu được đồng thời tín hiệu
vệ tinh GPS và GLONASS...
Người ta sản xuất ra nhiều các máy thu. Có loại phục vụ cho mục đích
đạo hàng, có loại phục vụ cho muc đích trắc địa, cũng có loại nhỏ gọn phục vụ
cho mục đích du lịch...Hiện nay, có nhiều máy thu có khả năng đo ở chế độ tức
SV: Đặng Thanh Bình

17

Trắc địa mỏ - Công trình K55


Trường Đại Học Mỏ- Địa Chất

Đồ án tốt nghiệp

thời. Trên thế giới đã có nhiều hãng chế tạo máy thu GNSS như hãng Trimble
Navigation, Ashtech(Mỹ), minimax(Đức), Sokkia(Nhật), Leica(Thụy )...

Hình 2.4Một số loại máy thu GNSS
Kèm theo các máy thu GNSS phục vụ cho công tác trắc địa là phần mền
sử lý số liệu đo. Các phần mền ngày càng được phát triển và hoàn thiện thêm
nhiều tính năng cũng như thân thiện với người sử dụng. Chúng ta đã biết một số
phần mền sử lý số liệu như Trimble Business Center, Trimvec, GPSurvey...
2.3. Các hệ tọa độ sử dụng trong công nghệ GNSS
Người sử dụng có thể nhận được tọa độ của điểm mặt đất bất kỳ trong hệ
WGS-84 khi sử dụng công nghệ GNSS. Hệ tọa độ WGS-84 là hệ tọa độ địa tâm
mặt đất. Điều đó có nghĩa là các yếu tố để định vị hệ tọa độ này (kinh tuyến đi

qua đài thiên văn Greewich) đều thuộc về quả đất.
Do đó hệ tọa độ WGS-84 tham gia chuyển động ngày đêm của quả đất.
Tuy nhiên tọa độ của mọi điểm trên mặt đất được xác định trong hệ tọa độ này
không thay đổi và không phụ thuộc vào sự quay quanh trục của quả đất. Vì lý
do đó hệ tọa độ WGS-84 cũng như mọi hệ tọa độ địa tâm quả đất khác được sử
dụng rộng rãi trong Trắc địa – Bản đồ để xây dựng mạng lưới trắc địa và thành
lập bản đồ.
Để xác định các tham số quỹ đạo chuyển động của vệ tinh người ta phải
sử dụng hệ tọa độ sao. Hệ tọa độ sao có một yếu tố không liên quan tới Trái đất
điểm xuân phân(điểm xuân phân là giao điểm của mặt phẳng xích đạo và đường
hoàng đạo). Như vậy các tham số quỹ đạo của vệ tinh được xác định trong hệ
tọa độ sao và được sử dụng để tính toán ra tọa độ của vệ tinh trong hệ WGS-84
SV: Đặng Thanh Bình

18

Trắc địa mỏ - Công trình K55


Trường Đại Học Mỏ- Địa Chất

Đồ án tốt nghiệp

vào thời điểm quan sát.
Trong cuộc sống hàng ngày và trong lĩnh vực khoa học - kỹ thuật người ta
thường sử dụng hệ thông thời gian liên quan đến chuyển động của mặt trời: Đó
là giờ mặt trời trung bình. Hệ thông thời gian này có quan hệ mật thiết với hệ
thống thời gian sao.
Do bị anh hưởng của nhiều yếu tố, các hệ thông thời gian mặt trời và sao
thường không ổn định, nên người ta xây dựng chuẩn thời gian dựa trên việc xác

định số giao động của một nguyên tử đồng vị phóng xạ giữa hai mức cân bằng.
Chuẩn thời gian là giờ nguyên tử với độ ổn định rất cao và không liên quan tới sự
quay của quả đất. Trong công nghệ GNSS để xác định khoảng cách từ vệ tinh tới
máy với độ chính xác cỡ cm và thậm chi mm đòi hỏi phải đáp ứng hai điều kiện:
Sự đồng bộ rất cao giữa đồng hồ và máy thu
Độ chính xác xác định thời gian phải rất cao(cỡ 10-11 s)
Nguyên lý xác định vị trí điểm trạm đo
Trong thực tế tọa độ không gian của máy thu được thực hiện trên cơ sở
phương pháp giao hội cạnh không gian. Từ những vệ tinh trong không gian (đã
có tọa độ) và khoảng cách từ vệ tinh tới máy thu ta có thể xác định được vị trí
không gian của máy thu. Trong đó các thông số của vệ tinh đã được cung cấp
còn khoảng cách từ máy thu đến vệ tinh sẽ được xác định dựa trên cơ sở hai đại
lượng đo, đó là đo khoảng cách giả theo các code tựa ngẫu nhiên (C/A-code và
P-code) và đo pha sóng tải (L1 và L2).
Gọi t- khoảng thời gian chuyền sóng từ vệ tinh tới máy thu.
C- là vận tốc chuyền sóng điện từ trong chân không(C= 299792458 m/s).
Vậy khoảng cách thực tế từ vệ tinh tới máy thu là.
R=c.t =

(1.1)

Trong đó:
Xs,Ys,Zs: là tọa độ quỹ đạo tức thời của vệ tinh .
X,Y,Z : là tọa tâm angten.
R- khoảng cách đo được.
SV: Đặng Thanh Bình

19

Trắc địa mỏ - Công trình K55

Trường Đại Học Mỏ- Địa Chất

Đồ án tốt nghiệp

Tuy nhiên do nhiều nguyên nhân khác nhau mà thời gian chuyền sóng
điện tử có giá trị sai lệch là ∆t, vì vậy khoảng cách đo được là:
R=c(.t+∆t)=+ c∆t (1.2)
Do đó, ta có 4 ẩn số trong phương trình(1.2)X,Y,Z, ∆t.
Nếu đồng thời từ điểm trạm đo xác định được 4 khoảng cách giả tới 4 vệ
tinh trong hệ thống GNSS, ta sẽ giải được hệ phương trình 4 ẩn trên.
2.4. Các phương pháp định vị
2.4.1. Các đại lượng đo
Công tác đo GNSS được thực hiện theo hai nguyên tắc cơ bản, đó là định
vị tuyệt đối (Absolute positioning) và định vị tương đối (Relative positioning).
Việc định vị bằng GNSS được sử dụng trên cơ sở sử dụng 2 đại lượng đo cơ bản
là: Đo khoảng cách giả theo các code tựa ngẫu nhiên (C/A-code và P-code) và
đo pha sóng tải (L1 và L2).
Đo khoảng cách giả theo C/A-code và P-code
Đo khoảng cách giả tức là xác định khoảng cách từ máy thu đến vệ tinh,
nhưng khoảng cách đo được không phải là khoảng cách thực, chính xác. Do sự
không đồng bộ đồng hồ trên máy thu và đồng hồ trên vệ tinh, và do sự ảnh
hưởng của môi trường lan truyền tín hiệu.
Code truyền từ vệ tinh

1100011110100011
Code thu được
11 000

∆t

1

11

1

01

0

0011
Code do may tạo ra

t

Hình 2.5 Đo khoảng cách giả theo code.
Khoảng cách giả được xác định bằng cách: máy thu GNSS thu code tự
ngẫu nhiên được phát từ vệ tinh cùng với sóng tải và đem so sánh với code tựa
ngẫu nhiên do chính máy thu GNSS tạo ra có thể xác định được khoảng thời
gian lan truyền tín hiệu code, và từ đây xác định được khoảng cách từ máy thu
SV: Đặng Thanh Bình

20

Trắc địa mỏ - Công trình K55


Trường Đại Học Mỏ- Địa Chất

Đồ án tốt nghiệp

đến vệ tinh (đúng hơn là từ anten máy thu đến vệ tinh).
Ký hiệu ts là thời điểm tính theo đồng hồ vệ tinh khi phát tín hiệu và t R là
thời điểm tính theo đồng hồ máy thu nhận tín hiệu code. Tương tự ta ký hiệu độ
sai của các đồng hồ tính theo hệ thống giờ GNSS là δs và δR lần lượt với đồng hồ
vệ tinh và đồng hồ máy thu. Khi đó thời gian lan truyền tín hiệu là:
t= tR - ts = [ tR(GNSS)+δR ] – [ts(GNSS)+δs]= t(GNSS)+
Trong đó ta ký hiệu: t(GNSS)=tR(GNSS)-ts(GNSS) và

(1.3)
=δR-δs

(1.4)
Độ sai lệch đồng hồ vệ tinh δscó thể mô hình hóa theo hàm đa thức nhờ
các hệ số a0,a1,a2 chuyền từ vệ tinh lưu trong đoạn đầu tiên của thông tin đạo
hàng. Số hiệu chỉnh của đồng hồ vệ tinh được xác định:
δs=a0+a1(t-t0)+a2(t-t0)2
(1.5)
Trong đó t là thời điểm xét, t0 là thời điểm lịch vệ tinh.
Khoảng cách giả R được tính theo công thức:
R=c(.t+∆t ) = + c.∆t (1.6)
Trong đó:
c
: tốc độ lan truyền tín hiệu
Xs,Ys,Zs : là tọa độ không gian vệ tinh S.
X,Y,Z : là tọa độ không gian điểm quan sát.
Độ chính xác đạt được trong trường hợp sử dụng C/A-code theo dự tính
của các nhà thiết kế hệ thống GNSS, kỹ thuật đo lan truyền tín hiệu chỉ có thể

đảm bảo độ chính xác đo khoảng cách tương ứng cỡ 30m. Nếu tính đến ảnh
hưởng của điều kiện lan truyền tín hiệu sai số đo khoảng cách cỡ 100m. Song kỹ
thuật xử lý tín hiệu code này đã phát triển đến mức có thể đảm bảo độ chính xác
đo khoảng cách tới cỡ 3m, tức là không thua kém trường hợp sử dụng P-code
vốn không dùng cho khách hàng đại trà. Chính lý do này Mỹ đã phải đưa ra giải
pháp SA để hạn chế khả năng thực tế của C/A-code.
Đo khoảng cách giả theo pha sóng tải
Các sóng tải L1 và L2 được sử dụng cho việc định vị với độ chính xác cao.
Với mục đính này người ta tiến hành đo hiệu số pha cả sóng tải do máy thu nhận
được từ vệ tinh và pha của tín hiệu đồng hồ chính máy thu tạo ra. Ký hiệu hiệu
số pha do máy thu đo được là Ф (0<Ф<2Л), khi đó có thể viết:
SV: Đặng Thanh Bình

21

Trắc địa mỏ - Công trình K55


Trường Đại Học Mỏ- Địa Chất

Đồ án tốt nghiệp

λ+c.∆t)
(1.7)
Trong đó: R- Khoảng cách giữa vệ tinh và máy thu
λ- Bước sóng của sóng tải
N- Số nguyên lần bước sóng λ chứa trong R
- Sai số không đồng bộ giữa đồng hồ của vệ tinh và máy thu.
N được gọi là số nguyên đa trị, thường không được biết trước mà cần xác
định trong quá trình đo.

Trong trường hợp đo pha theo sóng tải L 1 có thể xác định khoảng cách
giữa vệ tinh và máy thu với độ chính xác cỡ centimet thậm chí milimet. Sóng tải
L2 có độ chính xác thấp hơn L1, nhưng có tác dụng cùng sóng tải L1 giảm thiểu
ảnh hưởng sai số của tầng điện ly và đơn giản hóa việc xác định số nguyên đa trị
N. Dưới đây là bảng so sánh kết quả sử dụng sóng tải và các mã code để xác
định khoảng cách.
Bảng 2.2
Tín hiệu

Bước sóng

Mp

L1
L
C/A-code
P-code

0.2 m
0.25 m
300 m
30 m

2 mm
2,5 mm
3,0 mm
0.3 mm

2.5.Các phương pháp định vị
2.5.1. Đo GNSS tuyệt đối (Absolute Positioning)

Đo GNSS tuyệt đối là trường hợp sử dụng một máy thu GNSS để xác
định tọa độ của điểm quan sát trong hệ thống tọa độ WGS-84, là các thành phần
tọa độ vuông góc không gian (X,Y,Z) hoặc các thành phần tọa độ mặt cầu
(B,L,H). Hệ thống tọa độ WGS-84 là hệ thống tọa độ cơ sở của hệ thống GNSS,
tọa độ của vệ tinh cũng như của điểm quan sát đều được lấy trong hệ tọa độ này.
WGS-84 được thiết lập gắn với Ellipsoid có kích thước như sau:
Bán trục lớn: a=6378137 m, bán trục bé: b=6356752,3 m
Độ dẹt

SV: Đặng Thanh Bình

:α=

22

Trắc địa mỏ - Công trình K55


Trường Đại Học Mỏ- Địa Chất

Đồ án tốt nghiệp

Hình 2.6 Định vị tuyệt đối
Việc đo GNSS tuyệt đối được thực hiện trên cơ sở sử dụng đại lượng đo
là khoảng cách giả từ vệ tinh đến anten máy thu theo nguyên tắc giao hội không
gian từ các điểm đã biết tọa độ là các vệ tinh.
Về nguyên tắc, nếu biết chính xác khoảng thời gian lan truyền tín hiệu,
code tựa ngẫu nhiên từ vệ tinh đến máy thu ta sẽ tính được khoảng cách chính
xác giữa vệ tinh và máy thu, khi đó máy thu chỉ cần thu tín hiệu của 3 vệ tinh thì
ta có thể xác định được tọa độ không gian của máy thu. Song trên thực tế cả

đồng hồ vệ tinh và đồng hồ trong máy thu đều có sai số nên các khoảng cách đo
được không phải là khoảng cách chính xác mà là khoảng cách giả được tính theo
công thức (2.4). từ ba khoảng cách giả ta lập được hệ 3 phương trình mà bốn ẩn
số (tọa độ vuông góc XYZ hoặc tọa độ mặt cầu BLH của điểm quan sát và sai số
do đồng bộ hồng hồ vệ tinh và đồng hồ máy thu ) do đó không xác định được vị
trí không gian điểm quan sát. Để khắc phục tình trạng này cần phải thu tín hiệu
đồng thời từ 4 vệ tinh, tức là phải thu thêm tín hiệu của vệ tinh thứ tư. Khi đó, ta
lập được hệ phương trình tương ứng 4 cho 4 vệ tinh:
(X1-X)2+(Y1-Y)2+(Z1-Z)2=(R1-c.)2
(X2-X)2+(Y2-Y)2+(Z2-Z)2=(R2-c.)2(1.8)
(X3-X)2+(Y3-Y)2+(Z3-Z)2=(R3-c.)2
(X4-X)2+(Y4-Y)2+(Z4-Z)2=(R4-c.)2
Trong đó: Ri là khoảng cách giả từ máy thu đến vệ tinh thứ i.
Xi,Yi,Zi- tọa độ không gian vệ tinh i.
X,Y,Z- tọa độ không gian điểm đặt anten.
SV: Đặng Thanh Bình

23

Trắc địa mỏ - Công trình K55


Trường Đại Học Mỏ- Địa Chất

Đồ án tốt nghiệp

– sai số do đồng hồ trên vệ tinh và trong máy thu.
c- vận tốc lan truyền tín hiệu.
Vậy bằng cách đo khoảng cách giả đồng thời từ máy thu đến bốn vệ tinh
ta có thể xác định được tọa độ tuyệt đối của máy thu, ngoài ra còn có thể xác

định được số hiệu chỉnh vào đồng hồ máy thu. Thực tế với hệ thống vệ tinh hoạt
động đầy đủ như hiện nay, số lượng vệ tinh quan sát được thường là từ 6 đến 8
vệ tinh, có khi lên tới 10 vệ tinh. Khi đó lời giải đa trị sẽ được rút ra theo nguyên
tắc số bình phương nhỏ nhất. Độ chính xác của phương pháp định vị tuyệt đối là
5÷10 m, nếu dùng Ephemeris do chính phủ Mỹ cung cấp thì độ chính xác lên
đến 1 m. Trên thực tế độ chính xác của phương pháp này chỉ đến 100 m do
chính phủ Mỹ dùng hệ thống làm nhiễu SA. Để khắc phục nhược điểm này
người ta đã đưa ra phương pháp định vị vi phân và định vị tương đối để nâng
cao độ chính xác.
2.5.2. Đo GNSS tương đối (Relative Positioning)
Đo GNSS tương đối là trường hợp sử dụng hai máy thu GNSS đặt ở 2
điểm quan sát khác nhau để xác định hiệu tọa độ vuông góc không gian (X, hay
hiệu tọa độ mặt cầu ( giữa chúng trong hệ tọa độ WGS-84.

Hình2.7 Định vị tương đối.
Nguyên tắc đo GNSS tương đối được thực hiện trên cơ sở sử dụng đại
lượng đo pha sóng tải. Để đạt được độ chính xác cao cho kết quả xác định hiệu
tọa độ (hay vị trí tương hỗ) giữa 2 điểm xét cần thực hiện quan trắc đồng thời tại
hai điểm. Người ta đã tạo ra và sử dụng các sai phân khác nhau cho pha sóng tải
SV: Đặng Thanh Bình

24

Trắc địa mỏ - Công trình K55


Trường Đại Học Mỏ- Địa Chất

Đồ án tốt nghiệp

làm giảm ảnh hưởng của các nguồn sai số khác nhau như sai số của đồng hồ trên
vệ tinh và trong máy thu, sai số của tọa độ vệ tinh, số nguyên đa trị.
Ta ký hiệu pha (chính xác hơn là hiệu pha) của sóng tải từ vệ tinh J được
đo tại trạm quan sát r vào thời điểm ti là Фrj(ti), ta sẽ có sai phân bậc một được lập
như sau:

Hình 2.9 Mô Hình sai phân bậc 1.

∆φJ(ti)= φJ2(ti) - φJi(ti)

(1.9)

Trong sai phân này hầu như không còn ảnh hưởng của sai số đồng hồ trên
vệ tinh.
Nếu xét 2 trạm tiến hành quan sát đồng thời hai vệ tinh J, k vào thời điểm
ti, ta sẽ có sai phân bậc 2:

Hình 2.10 Mô Hình sai phân bậc 2.

∆2φJ,k(ti)= ∆φk(ti) -∆φJ(ti)

(1.10)

Trong sai phân này, hầu như không có ảnh hưởng của sai số đồng hồ trên
vệ tinh cũng như sai số của đồng hồ trong máy thu.
Nếu xét hai trạm tiến hành quan sát đồng thời hai vệ tinh J, k vào các thời
SV: Đặng Thanh Bình

25

Trắc địa mỏ - Công trình K55