ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GNSSCORSRTK TRONG CÔNG tác THÀNH lập bản đồ địa HÌNH mỏ lộ THIÊN

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGÀNH TRẮC ĐỊA MỎ - CÔNG TRÌNH

MỤC LỤC

1

SVTH: TRẦN TRỌNG XUÂN

EX SUMMARY: GNSS/CORS/RTK


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGÀNH TRẮC ĐỊA MỎ - CÔNG TRÌNH

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu/Chữ cái viết tắt
GNSS
GPS
CORS
RTK
PPK
BASE
ROVER
CCRS
CTRS

IMAX
ITRF

FKP
ITRF
FKP
PORS
IGS
VRS
NRS

Tiếng anh
Global Navigation Satellite
System

Tiếng việt
Hệ thống vệ tinh dẫn
đường toàn cầu
Hệ thống vệ tinh dẫn
Global Positioning System
đường
Continuously Operating
Trạm tham chiếu
Reference Station
hoạt động liên tục
Đo động xử lý tức
Real Time Kinematic
thời
Post Processing Kinematic
Đo động xử lý sau
Base
Trạm cơ sở
Rover

Trạm động
Conventional Celestial
Hệ quy chiếu quán
Reference System
tính quy ước (CIS)
Hệ quy chiếu mặt đất
quy ước.
Conventional Terrestrial
còn gọi là hệ tọa độ
Reference System
mặt đất quy ước
(CTS).
Kỹ thuật hiệu chỉnh
Individual Master-Auxiliary
của trạm chủ cho
Corrections
trạm động
International Terrestrial
Khung quy chiếu
Reference Frame
quy ước quốc tế
Thông số hiệu chỉnh
Flächen−Korrektur−Parameter
khu vực
International Terrestrial
Khung quy chiếu
Reference Frame
quy ước quốc tế
Thông số hiệu chỉnh
Flächen−Korrektur−Parameter

khu vực
Trạm tham chiếu
Permanently Observing
quan trắc thường
Reference Station
xuyên
Dịch vụ GNSS quốc
International GNSS Service
tế
Virtual Reference Station
Trạm tham chiếu ảo
Hệ thống mạng tham
network referential system
chiếu

2

SVTH: TRẦN TRỌNG XUÂN

EX SUMMARY: GNSS/CORS/RTK


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGÀNH TRẮC ĐỊA MỎ - CÔNG TRÌNH

3

SVTH: TRẦN TRỌNG XUÂN

EX SUMMARY: GNSS/CORS/RTK


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGÀNH TRẮC ĐỊA MỎ - CÔNG TRÌNH

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Mã Bảng
Bảng 1.1
Bảng 1.2
Bảng 1.3

Bảng 1.4
Bảng 1.5
Bảng 2.1
Bảng 2.2
Bảng 2.3
Bảng 2.4
Bảng 2.5
Bảng 2.6
Bảng 2.7
Bảng 4.1

Tên Bảng
Quỹ đạo của các hệ thống định vị vệ tinh
Các yếu tố quỹ đạo vệ tinh
So sánh một số thông số kỹ thuật của ba hệ
thống vệ tinh dẫn đường toàn cầu (Yasuda,
2001)

Các tham số WGS-84
Các tham số PZ - 90
Thông tin về một số sản phẩm của SAPOS.[2]
Thông số kỹ thuật Antenna trạm CORS N001
Thành phần tọa độ và sai số trong hệ tọa độ
WGS-84
Giá trị sai số thành phần các điểm trong 18 đo
với giải pháp so sánh độc lập (mm)
Tọa độ và các thành phần sai số của trạm
CORS-N001
Các tham số tính chuyển tọa độ từ hệ tọa độ
WGS- 84 sang hệ tọa độ VN- 2000
So sánh khả năng của trạm CORS đơn-nhiềumạng
Số liệu sau khi được xử lý

Trang
4
5

9
10
11
25
31
42
44
45
46
51
65

4

SVTH: TRẦN TRỌNG XUÂN

EX SUMMARY: GNSS/CORS/RTK


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGÀNH TRẮC ĐỊA MỎ - CÔNG TRÌNH

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Mã hình/đồ
thị
Hình 1.1
Hình 1.2
Hình 1.3
Hình 1.4
Hình 1.5
Hình 1.6

Hình 1.7
Hình 1.8
Hình 1.9
Hình 1.10
Hình 1.11
Hình 1.12
Hình 1.13
Hình 1.14

Hình 2.1
Hình 2.2
Hình 2.3
Hình 2.4
Hình 2.5
Hình 2.6
Hình 2.7
Hình 2.8
Hình 2.9
Hình 2.10
Hình 2.11
Hình 2.12
Hình 2.13

Tên hình/đồ thị
Bước phát triển của công nghệ dẫn đường
Các yếu tố quỹ đạo vệ tinh
Sáu quỹ đạo hệ thống vệ tinh GPS(trái)
GALILEO(phải)
Ba quỹ đạo hệ thống vệ tinh GLONASS(trái) Bắc
Đẩu(phải)
Hệ thống GNSS
Hệ thống GNSS tăng cường mặt đất GBAS (trái)
vi phân diện rộng sử dụng vệ tinh địa tĩnh (phải)
Tổng quan về công nghệ GNSS
Ứng dụng GNSS trong điện thoại
Ứng dụng công nghệ GNSS trong thực tế
Máy thu GNSS 2 tần trong Trắc Địa
Định vị tuyệt đối
Định vị tương đối tĩnh GNSS

Đo động xử lý tức thời RTK
Hệ thống trạm tham chiếu liên tục GNSS mạng
lưới IGS
Vị trí các trạm CORS của Mỹ
Hệ thống trạm SAPOS
Phân bố các trạm SWEPOS tại Thụy Điển
Phân bố các trạm thường trực GEONET tại Nhật
Bản
Hệ thống phần cứng trạm CORS cần thiết
Choke-ring antenna (SOUTH cung cấp)
CORS receiver( bộ giải mã tín hiệu vệ tinh) Net
S8+
Giao diện thao tác và cổng kết nối trên Net S8+
Hệ thống trạm CORS N001 tại đại học Mỏ - Địa
Chất
Phần mềm trung tâm theo dõi vệ tinh GNSS
Quản lý tọa độ trạm CORS
Quản lý tọa độ trạm CORS
Quản lý tọa độ trạm CORS

Trang
3
4
5
5
6

7
7
12

12
11
12
12
13
14
15
16
21
23
23
25
26
27
28
28
29
30
30

5

SVTH: TRẦN TRỌNG XUÂN

EX SUMMARY: GNSS/CORS/RTK


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Hình 2.14

Hình 2.15
Hình 2.16
Hình 2.17
Hình 2.18
Hình 2.19
Hình 2.20
Hình 2.21
Hình 2.22
Hình 3.1
Hình 3.2
Hình 3.3
Hình 3.4
Hình 3.5
Hình 3.6
Hình 3.7
Hình 3.8
Hình 3.9
Hình 3.10
Hình 3.11
Hình 4.1
Hình 4.2
Hình 4.3
Hình 4.4
Hình 4.5
Hình 4.6
Hình 4.7
Hình 4.8
Hìh 4.9
Hình 5.1
Hình 5.2

Hình 5.3
Hình 5.4

NGÀNH TRẮC ĐỊA MỎ - CÔNG TRÌNH

Quản lý kết nối trạm CORS
Phần mềm tính chuyển tọa độ
Quản lý chức năng đo RTK bằng phần mềm NRSServer
Sơ đồ điểm trạm CORS kết nối với các điểm IGS
Tham số cài đặt trong môdul GPSEST để ghi nhớ
trị đo dư
Tham số cài đặt trong môdul GPSEST để giải
cạnh lần 3
Sử dụng giải pháp tính và so sánh Helmet để tính
tọa độ và vận tốc
Sai số (RMS) của tham số chuyển đổi Helmert với
lời giải kết hợp
Các vector cạnh trong đo động xử lý sau
Kết nối Bluetooth
Chọn loại máy kết nối
Chọn cổng kết nối
Cổng kết nối đã được chọn
Vào cài đặt kết nối internet và kết nối trạm CORS
Cấu hình Network Configuration
Vào cài đặt các tham số tính chuyển
Các tham số tính chuyển được cài đặt như sau.
Vào menu trút số liệu
Chọn kiểu File cần xuất
Các định dạng file có thể xuất được
Số liệu sau khi được trút từ máy thu RTK

Số liệu trong File data
Số liệu trong file TXT
Xử lý số liệu chuẩn hóa đầu vào TOPO bằng
Excel
Nhập File số liệu .txt vào Topo
File tọa độ sau khi nhập trên TOPO
Quá trình nối các điểm tạo tầng và đường
Tạo mắt lưới và khung bản đồ
Thành lập bản đồ địa hình khu vực moong chèm
Giao diện chương trình tính chuyển tọa độ theo
phương pháp Bursa Wolf
Modul định hướng trong chương trình
Cửa sổ dialog nhập dữ liệu
Định dạng dữ liệu trong file dữ liệu tọa độ

32
32
33
33
34
37
38
38
39
42
44
50
51
51
52

52
53
54
54
55
56
56
59
59
60
61
69
69
70
70
71
74
75

6

SVTH: TRẦN TRỌNG XUÂN

EX SUMMARY: GNSS/CORS/RTK


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Hình 5.5
Hình 5.6

Hình 5.7
Hình 5.8

NGÀNH TRẮC ĐỊA MỎ - CÔNG TRÌNH

Cửa sổ điều hướng
Lựa chọn hệ tọa độ
Cửa sổ cảnh báo chương trình
Kết quả so sánh với phần mềm DP survey

76
76
76
77

7

SVTH: TRẦN TRỌNG XUÂN

EX SUMMARY: GNSS/CORS/RTK


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGÀNH TRẮC ĐỊA MỎ - CÔNG TRÌNH

MỞ ĐẦU
Ngày nay, công nghệ trên thế giới phát triển vượt bậc. Hàng loạt công
nghệ mới ra đời, máy tính cũng ngày càng nâng cấp về khả năng cũng như tốc
độ. Định vị dẫn đường ngày nay cũng được phát triển hơn cả về chất và

lượng. Hàng loạt các nước trên thế giới đã phóng riêng vệ tinh định vị dẫn
đường của mình,từng bước hình thành mạng lưới vệ tinh dày đặc.
Cũng đi theo dòng xoáy công nghệ. Công nghệ đo đạc ngày càng tân
tiến, phát triển hơn, giúp cho con người đo đạc nhanh hơn chính xác hơn và
giảm bớt nhiều thời gian và công sức hơn. Từ đó chi phí phục vụ cho công tác
đo đạc cũng được tối thiểu hóa. Công nghệ định vị dẫn đường đã có mặt tại
Việt Nam hơn 20 năm, qua rất nhiều thời kỳ phát triển, các thế hệ máy móc
tân tiến hơn ra đời. Trong đó, CORS đang được kỳ vọng là sự phát triển của
đo đạc trong những năm tiếp theo. Dựa vào tính tối ưu và những ứng dụng mà
công nghệ CORS mang lại không chỉ trong lĩnh vực đo đạc.
Hiện nay trên thế giới công nghệ xác định vị trí ngày càng phát triển.
Nhu cầu của người sử dụng ngày càng cao hơn về thời gian, độ chính xác và
tính kinh tế. Từ 29/11/2013 trường Đại học Mỏ - Địa chất Hà Nội đã khánh
thành và đưa vào sử dụng trạm CORS mang số hiệu N001. Đây là công nghệ
tân tiến bậc nhất trên thế giới về lĩnh vực Survey. Đòi hỏi cần có những
nghiên cứu chuyên sâu về phương thức hoạt động và cách sử dụng để có thể
cập nhật công nghệ mới nhất và không tụt hậu theo thời đại.
Đồ án này em xin được trình bày từ khởi nguồn của công nghệ trạm
tham chiếu CORS cũng như chi tiết về phương thức hoạt động, em cũng xin
trình bày một thực nghiệm trong lĩnh vực đo đạc đó là: “ỨNG DỤNG CÔNG
NGHỆ GNSS/CORS/RTK TRONG CÔNG TÁC THÀNH LẬP BẢN ĐỒ
ĐỊA HÌNH MỎ LỘ THIÊN” . Đối tượng thực nghiệm là khu vực đê Chèm.
-Mục đích chính của đề tài là minh chứng tính hiệu quả của việc ứng
dụng công nghệ GNSS/CORS/RTK trong công tác thành lập bản đồ địa hình
mỏ lộ thiên.
-Đối tượng chính của đề tài là trạm CORS – N001
-Nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm của trạm CORS N001 lắp đặt ở
trường Đại học Mỏ- Địa chất và đo thực nghiệm tại khu vực Moong Chèm.
8
SVTH: TRẦN TRỌNG XUÂN

EX SUMMARY: GNSS/CORS/RTK


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGÀNH TRẮC ĐỊA MỎ - CÔNG TRÌNH

-Khoa học: Nghiên cứu cơ sở khoa học của công nghệ GNSS và xây
dựng trạm CORS phục vụ cho các công tác trắc địa-bản đồ.
- Thực tiễn: Giảm thời gian và công sức trong công tác thành lập bản
đồ, nâng cao độ chính xác,không cần thành lập lưới khống chế các cấp.
Đồ án của em gồm những chương sau:
Chương 1: GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ GNSS
Chương 2: CÔNG NGHỆ TRẠM THAM CHIẾU LIÊN TỤC CORS/RTK
Chương 3: ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GNSS/CORS/RTK TRONG
THÀNH LẬP BẢN ĐỒ ĐỊA HÌNH MỎ LỘ THIÊN
Chương 4: CHUẨN HÓA SỐ LIỆU ĐẦU VÀO PHẦN MỀM TOPO HSMO
Chương 5: XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH TÍNH CHUYỂN TỌA ĐỘ
ĐO CORS/RTK SANG HỆ TỌA ĐỘ BẤT KỲ
Em xin chân thành cảm ơn PGS.TS Phạm Công Khải đã trực tiếp
hướng dẫn em hoàn thành đồ án này. Em cũng xin cảm ơn các thầy, cô trong
bộ môn, trong khoa đã giải đáp những thắc mắc của em.
Hà Nội, ngày 18 tháng 06 năm 2015
Sinh viên

Trần Trọng Xuân

9
SVTH: TRẦN TRỌNG XUÂN

EX SUMMARY: GNSS/CORS/RTK


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGÀNH TRẮC ĐỊA MỎ - CÔNG TRÌNH

CHƯƠNG 1
GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ GNSS
1.1 . Lịch sử phát triển công nghệ GNSS
1.1.1. Nguyên nhân của sự ra đời công nghệ

dẫn đường ( Navigation)
Công nghệ GNSS (Global Navigation Satellite System) còn được gọi là:
hệ thống vệ tinh dẫn đường toàn cầu. Được phát triển đầu tiên với mục đích
dẫn đường (Navigation) trong quân sự, hàng hải, trong không gian…
Mục tiêu của con người là có một sự dẫn dắt tới vị chí chính xác để hoàn
thành những công việc được đặt ra. Vào khoảng sau những năm 1920s, trên
thế giới xuất hiện những hệ thống dẫn đường vô tuyến điện đã tạo tiền đề cho
việc phát triển hệ thống định vị toàn cầu. Những hệ thống hàng hải vô tuyến
điện đó bao gồm: các thiết bị có tầm hoạt động ngắn như đèn hiệu vô tuyến
(radio beacons), radar, máy tìm phương, các thiết bị có tầm hoạt động dài hơn
(còn được gọi là hệ thống dẫn đường hyperbol) như các hệ thống OMEGA,
DECCA và LORAN-C. Những hệ thống dẫn đường này chủ yếu được sử
dụng để dẫn tàu và máy bay.
1.1.2. Các bước phát triển để có công nghệ GNSS như ngày nay
Bắt đầu từ sự phát triển của công nghệ vô tuyến, rada, máy tìm phương…
đến những công nghệ dẫn đường hyperbol 2D như OMEGA, DECCA,
LORAN-C và bây giờ sử dụng công nghệ dẫn đường 3D sử dụng các vệ tinh.

Lần lượt ra đời như GPS (Hoa Kỳ - 1973) Galileo ( liên minh Châu Âu-2011)
GLONASS (Nga – 1993) Bắc Đẩu (China – 2000).
Như vậy các bước phát triển của công nghệ dẫn đường được biểu diễn
trong sơ đồ sau:
Công nghệ sóng vô tuyến
VD: RADIO, RADA, Máy tìm phương
1D
Công nghệ Hyperbol
VD: OMEGA, DECCA, LORAN-C
2D

Công nghệ định vị sử dụng vệ tinh
10
SVTH: TRẦN TRỌNG XUÂN

EX SUMMARY: GNSS/CORS/RTK


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGÀNH TRẮC ĐỊA MỎ - CÔNG TRÌNH

VD: GPS, GALILEO, GRONASS, Bắc Đẩu
3D

Hình 1.1. Bước phát triển của công nghệ dẫn đường
Trong công nghệ định vị sử dụng vệ tinh dẫn đường, các nước khác
nhau có những quỹ đạo, số lượng vệ tinh và mã hóa khác nhau. Nhưng họ
không bao quát trên quỹ đạo toàn thế giới mà mỗi quốc gia có những quỹ đạo
riêng biệt. Được thể hiện trong bảng số liệu sau:

Bảng 1.1. Quỹ đạo của các hệ thống định vị vệ tinh
Hệ thống

Quốc Gia

Quỹ Đạo

Góc Nghiêng

Phân Bố Mặt Phẳng
Quỹ Đạo

GPS

Hoa Kỳ

6 quỹ đạo

55 o so với
xích đạo

Phân bố đều 60o

GALILEO

Liên minh
Châu Âu

3 mặt
phẳng quỹ

đạo

56 o so với
xích đạo

120o trên mặt phẳng
xích đạo

Nga

3 quỹ đạo
gần tròn

64.8o so với
xích đạo

120o trên mặt phẳng
xích đạo

GRONASS

Bắc Đẩu

Trung
Quốc

140 o E
3 quỹ đạo

80 o E

110.5 o E

Phân bố quỹ đạo
không đều

Trong đó các giá trị góc nghiêng được thể hiện trong hình sau:

11
SVTH: TRẦN TRỌNG XUÂN

EX SUMMARY: GNSS/CORS/RTK


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGÀNH TRẮC ĐỊA MỎ - CÔNG TRÌNH

Hình 1.2.Các yếu tố quỹ đạo vệ tinh
Bảng 1.2.Các yếu tố quỹ đạo vệ tinh
Tham số
Ω
i
w
a
e

Giải thích
Góc giờ của nút(điểm) mọc
Góc nghiêng mặt phẳng quỹ đạo
Góc cận điểm

Bán trục lớn quỹ đạo
Tâm sai quỹ đạo dạng ellip

Hệ thống

Hình 1.3. Sáu quỹ đạo hệ thống vệ tinh GPS(trái) GALILEO(phải)

12
SVTH: TRẦN TRỌNG XUÂN

EX SUMMARY: GNSS/CORS/RTK


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGÀNH TRẮC ĐỊA MỎ - CÔNG TRÌNH

Hình 1.4. Ba quỹ đạo hệ thống vệ tinh GLONASS(trái) Bắc Đẩu(phải)
Các vệ tinh được bố trí tập trung vào các quốc gia sở hữu chúng. Vì
vậy khi bên thứ 3(các quốc gia khác) muốn sử dụng vệ tinh vào các mục đích
dân sự cũng như mục đích kinh doanh sẽ không có đủ hoặc có quá ít số lượng
vệ tinh thu được tín hiệu. Trên nguyên tắc cơ bản là tối thiểu phải thu được 4
vệ tinh. Sự kết hợp sử dụng được tất cả các loại vệ tinh trên thu được trên một
loại máy thu ra đời gọi là công nghệ GNSS. Công nghệ GNSS khắc phục
được những nhược điểm mà các công nghệ trên mắc phải. như độ phủ sóng,
số lượng vệ tinh cường độ tín hiệu…
Hiện tại trên thế giới có 4 hệ thống vệ tinh đã gần như hoàn thiện, cũng
chính là nền tảng của sự kết hợp vệ tinh:
GPS
Bắc Đẩu

GLONASS
GALILEO

GNSS

13
SVTH: TRẦN TRỌNG XUÂN

EX SUMMARY: GNSS/CORS/RTK


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

-

-

NGÀNH TRẮC ĐỊA MỎ - CÔNG TRÌNH

Hình 1.5. Hệ thống GNSS
Từ các số liệu đo đạc thực tế tại Việt Nam cho thấy. Những ưu điểm
thực sự khi sử dụng công nghệ GNSS thay thế cho công nghệ GPS hoặc Bắc
Đẩu. Do số lượng vệ tinh thu được đồng thời không phụ thuộc quá nhiều vào
một hệ thống nào đó. Nhưng cũng không tránh khỏi những khó khăn như giá
thành thiết bị rất cao,sự ảnh hưởng của sai số các hệ thống vệ tinh không đồng
đều dẫn đến việc sai lệch về tọa độ, phần mềm xử lý đắt và phức tạp hơn…
Nếu hiểu theo nghĩa rộng hơn, GNSS là công nghệ dẫn đường toàn cầu
dựa trên sự kết hợp giữa các hệ thống khác nhau bao gồm cả công nghệ giả vệ
tinh(trên mặt đất). Theo một số chuyên gia hàng đầu Việt Nam về công nghệ
dẫn đường (navigation) công nghệ dựa trên cơ sở DGPS của Mỹ chia ra 2 loại:

Hệ thống tăng cường dựa trên cơ sở mặt đất: thường là DGPS diện hẹp, cục
bộ. Hệ thống này thường sử dụng mạng lưới trên mặt đất để chuyển thông tin
tăng cường độ chính xác.
Hệ thống tăng cường dựa trên cơ sở vệ tinh: thay vì các hệ thống truyền tín
hiệu tham chiếu mặt đất người ta sử dụng các vệ tinh địa tĩnh để truyền đi các
tham số này. Chúng được phủ sóng trên một diện tích lớn gấp trăm ngàn lần
hệ thống tăng cường mặt đất.

Hình 1.6. Hệ thống GNSS tăng cường mặt đất GBAS (trái) vi phân diện rộng
14
SVTH: TRẦN TRỌNG XUÂN

EX SUMMARY: GNSS/CORS/RTK


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGÀNH TRẮC ĐỊA MỎ - CÔNG TRÌNH

sử dụng vệ tinh địa tĩnh (phải)
1.1.3. Cấu trúc hệ thống GNSS
Giống như các hệ thống định vị vệ tinh thông thường trên thế giới, hệ
thống GNSS cũng có 3 đoạn chính là đoạn điều khiển, đoạn trên không và
đoạn sử dụng.

Hình 1.7. Tổng quan về công nghệ GNSS
Đoạn điểu khiển (CONTROL ADMINTRANSTOR): ở trên đoạn này
thực hiện các chức năng là một (Admintranstor) người quản trị. Ngoài việc
cung cấp lịch chính xác và các thông số cần thiết cho việc hiệu chỉnh cho
người sử dụng (user) đoạn điều khiển cao cấp còn có thể hiệu chỉnh quỹ đạo

vệ tinh, tái thiết lập vệ tinh, bù thời gian hụt, đồng thời sử dụng quyền điều
khiển nâng cao tác động vào toàn bộ hệ thống.
Đoạn không gian (SPACE SEGMENT): Bao gồm các vệ tinh ( cả các
vệ tinh địa tĩnh trong trường hợp hệ thống tăng cường GNSS vệ tinh) của các
hệ thống khác nhau như hệ thống GPS, GRONASS, Bắc Đẩu, GALILEO…
đoạn không gian của GNSS được các Đoạn điều khiển tương ứng control.
Đoạn người sử dụng (USER): hệ thống GNSS được ứng dụng trong rất
nhiều lĩnh vực đoạn người sử dụng rất đa dạng, những thiết bị có thể thu và
xử lý tín hiệu từ nhiều hệ thống vệ tinh khác nhau.
Bảng 1.3.So sánh một số thông số kỹ thuật của ba hệ thống vệ tinh dẫn
đường toàn cầu (Yasuda, 2001)
15
SVTH: TRẦN TRỌNG XUÂN

EX SUMMARY: GNSS/CORS/RTK


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGÀNH TRẮC ĐỊA MỎ - CÔNG TRÌNH

Hệ thống quy chiếu sử dụng trong GNSS
Hệ quy chiếu là tập hợp các điều khoản, các quy ước kèm theo việc mô
tả mô hình cần thiết để định nghĩa gốc, định hướng các trục tọa độ cùng tỉ lệ
theo sự biến đổi thời gian. Hệ quy chiếu bao gồm định nghĩa hệ tọa độ, hệ
thời gian và tham số vật lý kèm theo. Trong trắc địa tồn tại hai hệ quy chiếu:
hệ quy chiếu quán tính và phi quán tính.
Là vấn đề cần thiết bởi mỗi hệ thống vệ tinh như GPS, GLONASS,
Bắc Đẩu, GALILEO đều có những hệ quy chiếu khác nhau. Vấn đề đặt ra
là có hệ quy chiếu thống nhất để tính chuyển tọa độ và điều chỉnh chúng về

đúng vị trí.
Hai hệ quy chiếu chính được sử dụng nhiều nhất trong đạo hàng vệ tinh
được sử dụng gồm: Hệ quy chiếu thiên thể quy ước (CCRS), còn gọi là hệ

1.1.4.

16
SVTH: TRẦN TRỌNG XUÂN

EX SUMMARY: GNSS/CORS/RTK


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

a.

quy chiếu quán tính quy ước (CIS) và hệ quy chiếu mặt đất quy ước (CTRS),
còn gọi là hệ tọa độ mặt đất quy ước (CTS).[3]
Hệ tọa độ WGS – 84 hệ thống GPS
Hệ WGS - 84 dựa trên toạ độ của 10 trạm đo GPScủa Bộ Quốc phòng
Mỹ (DoD). Sau này có thêm 22 điểm của IGS tham gia vào sử dụng trị đo để
tính toán. Khung quy chiếu đạt độ chính xác 10 cm và đã sử dụng mô hình
chuyển động mảng toàn cầu NUVEL - 1 cho vận tốc các trạm đo.
Bảng 1.4. Các tham số WGS – 84
Tham số
Bán trục lớn (a)
Độ dẹt f
Hằng số GM
Tốc độ quay của Trái Đất

b.

Giá trị
6378137
1/298.257223563
3.986004418 x 1014 m3/s2
7292115 x 10-11 radians/second

Hệ tọa độ PZ - 90 của hệ thống GLONASS
Bảng 1.5. Các tham số PZ - 90
Tham số
Bán trục lớn (a)
Độ dẹt f
Hằng số GM
Tốc độ quay của Trái Đất
Hệ số điều hòa

c.

NGÀNH TRẮC ĐỊA MỎ - CÔNG TRÌNH

Giá trị
6378136
1/298,25783903
398600,44.109 m3/s2
7,292115.10-5 rad/s
-1082,63.10-6

Khung quy chiếu ITRF
ITRF(International Terrestrial Reference Frame) là một hệ thống gồm

các điểm có tọa độ 3D mà hệ thống gọi là lý tưởng cho toàn bộ bề mặt Trái
Đất. ITRS xác định khung quy chiếu Trái đất quốc tế (ITRF) với 7 tham số
gồm 3 tham số gốc địa tâm, 3 tham số góc định hướng trục tọa độ và 1 tham
số tỷ lệ chiều dài. Mỗi năm, 7 tham số này được xác định cụ thể với các giá trị
thực tế tương ứng với năm đó. Căn cứ vào tọa độ các trạm mặt đất, IERS tính
toán xác định 7 tham số này theo một số điều kiện ràng buộc nhất định như
phương pháp bình phương nhỏ nhất,… Các bước thực hiện tiếp theo dựa trên
các quan trắc mới. Do 7 tham số luôn trong trạng thái động (trái đất tồn tại
trong trạng thái động) nên hiện nay người ta bổ sung thêm 7 tham số nữa là

17
SVTH: TRẦN TRỌNG XUÂN

EX SUMMARY: GNSS/CORS/RTK


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

1.2.
1.2.1.

-

1.2.2.

-

NGÀNH TRẮC ĐỊA MỎ - CÔNG TRÌNH

tốc độ thay đổi 7 tham số này đưa tổng số lượng các tham số thành 14.

Mối quan hệ giữa ITRF và GNSS trở nên quan trọng hơn từ khi lưới
trắc địa quốc tế IGS được thành lập. IGS cung cấp cho IERS các số liệu nhằm
nâng cao chất lượng ITRF. Từ khi bắt đầu hoạt động, các trung tâm phân tích
của IGS đã sử dụng ITRF để tính toán quỹ đạo trên một số lưới thành phần.
Hơn thế nữa, các số liệu IGS được tổng hợp là rất phù hợp với các ITRF. Đầu
những năm 1990, toạ độ giữa WGS và ITRF được xác định lệch nhau cỡ 1 - 2
m. Từ năm 1995 (tuần GPS 730), việc xác định lại toạ độ các trạm quan trắc
WGS cho thấy độ lệch giữa 2 hệ chỉ cỡ từ cm đến mm. Qua đây có thể thấy,
đối với phần lớn các nhiệm vụ trắc địa truyền thống thì hai khung quy chiếu
này được coi là như nhau.[3]
Các ứng dụng của công nghệ GNSS
Ứng dụng trong quân sự
Trong quân sự thay vì sử dụng hệ thống GNSS kết hợp các hệ thống vệ
tinh của các quốc gia khác nhau người ta sử dụng hệ thống GNSS tăng cường
mặt đất hoặc vệ tinh địa tĩnh. Bởi còn liên quan tới sự điều chỉnh độ chính xác
của mục tiêu trong không gian 3D. Cơ sở ban đầu và mục đích ra đời của các
hệ thống định vị dẫn đường là dành cho quân sự, trong những năm gần đây hệ
thống dẫn đường (Navigation) được đưa ra sử dụng trong dân sự.
Dẫn đường cho các tàu ngầm, các tàu sân bay, …
Dẫn đường cho các máy bay chiến đấu…
Dẫn đường cho các tên lửa đạn đạo, tên lửa tầm trung và tầm xa…
Dẫn đường cho các sỹ quan các xe tăng , xe bọc thép…
Một số ứng dụng khác
Nhìn chung trong quân sự GNSS được coi là hệ thống tối quan trọng
bởi dẫn hướng tới các mục tiêu đòi hỏi sự chính xác là quyết định tới hoàn
thành nhiệm vụ.
Ứng dụng trong dân sự
Trong dân sự có rất nhiều ứng dụng của công nghệ GNSS đặc biệt
trong lĩnh vực Trắc Địa, Navigator…
Ứng dụng GNSS trong maps. Hiện nay trên khắp thế giới đã có tích hợp công

nghệ dẫn đường GNSS trong các thiết bị cầm tay, ngay cả các thiết bị di động.
Google maps đang thử nghiệm công nghệ định vị dẫn đường GNSS trong một

18
SVTH: TRẦN TRỌNG XUÂN

EX SUMMARY: GNSS/CORS/RTK


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGÀNH TRẮC ĐỊA MỎ - CÔNG TRÌNH

số ứng dụng của họ nhưng chưa được đưa ra sử dụng do chưa đủ thông số để
hoàn thành bản thương mại cuối.

-

-

Hình 1.8.Ứng dụng GNSS trong điện thoại
Ứng dụng công nghệ GNSS trong công tác Trắc Địa
Ứng dụng công nghệ GNSS trong giao thông: trong giao thông GNSS được
sử dụng làm công nghệ dẫn đường cho các phương tiện tham gia giao thông.
Như ô tô, motobyker … ngày nay các xe thường lắp các thiết bị giám sát hành
trình sử dụng công nghệ DGPS hoặc GNSS
Ứng dụng công nghệ GNSS trong cứu nạn: có thể lấy ví dụ minh họa về máy
bay MH370 Malaysia mất tích nếu không có công nghệ định vị toàn cầu sẽ
không thể tìm thấy được thân máy bawy và xác định nguyên nhân gây ra tai
nạn…

Ngoài ra còn một số ứng dụng khác trong các nghành tài chính, y tế,
giáo dục…

Hình 1.9. Ứng dụng công nghệ GNSS trong thực tế
19
SVTH: TRẦN TRỌNG XUÂN

EX SUMMARY: GNSS/CORS/RTK


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGÀNH TRẮC ĐỊA MỎ - CÔNG TRÌNH

1.3. Công

nghệ GNSS được ứng dụng trong trắc địa
Trong Trắc Địa GNSS đang là khởi nguồn của các công nghệ hiện đại kế
bước. công tác xây dựng lưới, thành lập bản đồ, đưa bản vẽ thiết kế ra công
trình, quan trắc biến động,… được thực hiện một cách nhanh chóng nhờ công
nghệ này. Trong những năm gần đây, con người còn phát triển rất nhiều công
nghệ đi kèm song hành cùng GNSS để nâng cao độ chính xác cũng như giảm
thời gian thao tác cho kết quả nhanh hơn. Không chỉ vậy GNSS còn đóng vai trò
làm nền tảng cho sự phát triển mở không phụ thuộc vào một hệ thống gây lỗi.

Hình 1.10. Máy thu GNSS 2 tần trong Trắc Địa
Theo [3] ứng dụng GNSS trong trắc địa bao gồm:
- Thành lập bản đồ công nghê RTK
- Thành lập lưới
- Quan trắc công trình

- Quan trắc kiến tạo mảng
1.4. Các phương pháp đo trong công nghệ GNSS
1.4.1. Định vị tuyệt đối
Đây là kỹ thuật cơ bản của GPS và nay cũng được áp dụng tương tự đối
với GNSS. Kỹ thuật này sử dụng 1 máy thu để xác định vị trí có độ chính xác
cỡ dm hoặc cm có thể xử lý sau hoặc xử lý tức thời. vẫn tuân theo phương
trình đo khoảng cách giả R để tính các sai phân bậc 1,2,3… và cuối cùng tính
ra trị gần đúng sau vài lần tính lặp.

20
SVTH: TRẦN TRỌNG XUÂN

EX SUMMARY: GNSS/CORS/RTK


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGÀNH TRẮC ĐỊA MỎ - CÔNG TRÌNH

Hình 1.11. Định vị tuyệt đối
Ngày nay trong công tác trắc địa không sử dụng tới phương pháp định
vị tuyệt đối bởi độ chính xác tọa độ điểm mang lại của phương pháp này
không đạt đủ yêu cầu với độ chính xác trắc địa đề ra. Nhưng một số ứng dụng
trong thực tế, không đòi hỏi độ chính xác cao định vị tuyệt đối vẫn được ứng
dụng do tính đơn giản cũng như giá thành thiết bị khá thấp so với thiết bị định
vị tương đối.
1.4.2. Định vị tương đối
Hiện nay trên thế giới phương pháp định vị tương đối được áp dụng
rộng khắp bởi nó mang lại độ chính xác cần thiết cũng như nguyên lý khá
đơn giản.

Định vị tương đối (Relative Positioning) là sử dụng tối thiểu 2 máy thu
đồng thời thu tín hiệu vệ tinh để xác định véctơ cạnh (baseline) giữa chúng.
Các thành phần của véctơ cạnh là ∆X ,∆Y ,∆Z trong hệ WGS-84. Cũng có thể
tính đổi thành các gia số toạ độ trắc địa ∆B,∆L,∆H theo các công thức đã biết.
Trong phương pháp định vị tương đối máy thu đặt tại điểm đã biết tọa
độ có nhiệm vụ tính toán các số cải chính để cải chính vào máy thu thứ 2
đứng tại điểm chưa biết tọa độ. Dựa vào phương pháp đo cũng như phương
21
SVTH: TRẦN TRỌNG XUÂN

EX SUMMARY: GNSS/CORS/RTK


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGÀNH TRẮC ĐỊA MỎ - CÔNG TRÌNH

pháp cải chính người ta chia ra thành nhiều loại khác nhau nhằm phục vụ cho
các nhu cầu khác nhau về đo đạc.
1.4.2.a Định vị tương đối tinh (Relative Static Positioning)
Sử dụng 2 máy thu đồng thời đặt tại 2 điểm trong đó 1 điểm đã biết tọa
độ, điểm còn lại cần xác định tọa độ. Trong một khoảng thời gian nhất định
khoảng thường trên 20 phút.

-

-

Hình 1.12. Định vị tương đối tĩnh GNSS
Sau khi các số liệu được đo đạc sẽ được đưa về xử lý trên máy tính, lúc

này số cải chính được máy tính đưa vào để tính toán tọa độ của các điểm còn lại.
1.4.2.b Định vị tương đối động (Relative Kinematic Positioning)
Dựa vào cách cải chính trị đo người ta chia ra nhiều kiểu đo khác nhau như:
Đo động dừng và đi (Stop and Go), còn gọi là đo bán động (semi kinematic)
Đo động liên tục (Continuous), còn gọi là đo động thuần tuý (pure kinematic)
Đo động kiểu đánh dấu sự kiện (Events Markers), trong đó kiểu đo dừng và đi
thường được sử dụng để đo vẽ bản đồ tỷ lệ lớn.
Dựa vào phương pháp truyền số cải chính người ta chia ra:
RTK đo động xử lý tức thời
PPK đo động xử lý sau
RTK truyền thống là sử dụng 2 máy thu đồng thời thu tín hiệu từ vệ
tinh, 1 máy đặt tại điểm đã biết tọa độ, máy còn lại xác định tọa độ của điểm
22
SVTH: TRẦN TRỌNG XUÂN

EX SUMMARY: GNSS/CORS/RTK


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGÀNH TRẮC ĐỊA MỎ - CÔNG TRÌNH

chưa biết. ở công nghệ đo RTK truyền thống máy đặt tại mốc chỉ khi có công
việc thực hiện sẽ thiết lập trạm máy ở đó- phải có trên 2 người mới có thể
thực hiện đo đạc được. máy thu thứ nhất gửi tín hiệu hiệu chỉnh tọa độ tức
thời cho máy thu thứ 2 bằng sóng radio hoặc kết nối 3G.

Hình 1.13. Đo động xử lý tức thời RTK
Trong định vị tương đối động, bắt buộc thực hiện thủ tục khởi đo để
xác định số nguyên đa trị đầu tiên làm cơ sở giải bài toán định vị tương đối

với số trị quan sát hạn chế trong thời gian rất ngắn. Để giải bài toán, số trị đo
tối thiểu không được ít hơn 2.[1]
1.5. Mạng lưới IGS (International GNSS Service)
Mạng lưới IGS là mạng lưới gồm các trạm quan trắc liên tục trên toàn
thế giới nhằm tạo nên một hệ thống mốc tọa độ có độ chính xác cao, phục vụ
cho việc xác định tọa độ cho các mạng lưới khác và quan trắc chuyển dịch
của các mảng kiến tạo. ngoài ra mạng lưới IGS còn rất nhiều ứng dụng khác.
Số liệu thời gian thực được truyền tới ít nhất 2 trung tâm số liệu thời
gian thực tách biệt
Các trạm quan trắc tham dự vào việc cung cấp số liệu hình thành lưới
tham chiếu IGS cần hoạt động liên tục trong chế độ thời gian thực để đảm bảo
cấp số liệu , tính ổn định của lưới tham chiếu.

23
SVTH: TRẦN TRỌNG XUÂN

EX SUMMARY: GNSS/CORS/RTK


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGÀNH TRẮC ĐỊA MỎ - CÔNG TRÌNH

Hình 1.14. Hệ thống trạm tham chiếu liên tục GNSS mạng lưới IGS

24
SVTH: TRẦN TRỌNG XUÂN

EX SUMMARY: GNSS/CORS/RTK

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGÀNH TRẮC ĐỊA MỎ - CÔNG TRÌNH

CHƯƠNG 2
CÔNG NGHỆ TRẠM THAM CHIẾU HOẠT ĐỘNG LIÊN TỤC CORS
2.1. Cấu trúc trạm CORS trên thế giới
2.1.1. Khái niệm
2.1.1.a. Khái niệm cơ bản lịch sử phát triển của trạm CORS
Các trạm tham chiếu hoạt động liên tục được xây dựng cần bảo đảm
cho mật độ tương đối đồng đều, khoảng cách giữa các trạm tham chiếu là một
tham số đặc trưng cho độ chính xác của hệ thống. Vị trí các trạm tham chiếu
được xác định chính xác trong hệ thực dụng. Tại mỗi trạm tham chiếu sẽ lắp
đặt máy thu GNSS đa tần số và liên tục thu tín hiệu vệ tinh (24h/24h). Các
trạm GNSS/CORS được kết nối với trạm chủ (MS) thông qua mạng Internet
theo địa chỉ IP. Trạm chủ có nhiệm vụ xử lý và lưu giữ thông tin từ các trạm
tham chiếu gửi tới, trạm chủ này còn được gọi là trạm SERVER. Đây là giải
pháp công nghệ mới, phát triển lưới trắc địa theo kiểu lưới tích cực (Active
Control Networks) và đôi khi còn được gọi là công nghệ “Trắc địa không
lưới“. Theo giải pháp này sẽ giảm thiểu các mốc trắc địa ở thực địa được đo
đạc theo công nghệ truyền thống.
Hệ thống trạm tham chiếu hoạt động liên tục GNSS/CORS cung cấp
cho người dùng dịch vụ định vị động tức thời mà không cần thiết lập riêng
một trạm cơ sở (base). Đó là công nghệ định vị động tức thời dùng mạng
NRTK. Công nghệ này có những điểm khác biệt so với đo động tức thời sử
dụng một trạm tĩnh (RTK) đã biết. Trong công nghệ này, người ta đã đưa ra
một số giải pháp định vị động tức thời có độ chính xác cao, có thể áp dụng
cho các mạng GNSS/CORS có khoảng cách trung bình giữa các trạm từ 70
km đến 100 km, như giải pháp định vị hiệu chỉnh các tham số khu vực (FKP),

giải pháp trạm tham chiếu ảo (VRS), giải pháp chính-phụ (MAC) vv...
Toàn bộ số liệu quan sát liên tục tại các trạm CORS được chuyển về
một trung tâm xử lý số liệu. Tại trung tâm này, số liệu của các trạm CORS
được xử lý tức thời bằng phần mềm chuyên dụng riêng để xác định các số
hiệu chỉnh do tầng điện ly, tầng đối lưu, quỹ đạo vệ tinh và đồng hồ vệ tinh.
Thông qua mạng điện thoại di động (công nghệ 3G), các số hiệu chỉnh này
được chuyển ngay (gần như tức thời) đến các máy thu (ROVER) hoạt động
trên phạm vi mạng lưới.
25
SVTH: TRẦN TRỌNG XUÂN

EX SUMMARY: GNSS/CORS/RTK