ĐỀ CƯƠNG ÔN TẬP MÔN MÁY TRẮC ĐỊA VÀ ĐO ĐẠC ĐIỆN TỬ

ĐỀ CƯƠNG ÔN TẬP MÔN MÁY TRẮC ĐỊA VÀ ĐO ĐẠC ĐIỆN TỬ

I.

LÝ THUYẾT

Câu 1 Trình bày nguyên lý đo khoảng cách laser bằng thiết bị phát quang học lưỡng tử loại
bán dẫn Gali-Asen (Ga-As).
Câu 2 Trình bày nguyên lý đo khoảng cách laser sử dụng thiết bị phát quang học lưỡng tử
loại khí Heli – Neon (He-Ne).
Câu 3 Trình bày nguyên lý chung đo khoảng cách bằng sóng điện từ.
Câu 4 Trình bày nội dung phương pháp mã hoá bàn độ trong các máy kinh vĩ điện tử.
Câu 5 Trình bày nguyên lý đo khoảng cách bằng sóng điện từ.
Câu 6 Trình bày nội dung phương pháp xung đo khoảng cách.
Câu 7 Trình bày nguyên lý cấu tạo máy toàn đạc điện tử và mục đích sử dụng của thiết bị
đó trong công tác trắc địa.
Câu 8 Trình bày nguyên lý cấu tạo máy toàn đạc điện tử. So sánh sự giống và khác nhau
của máy toàn đạc điện tử với máy kinh vĩ quang học.
Câu 9 bày nội dung cấu tạo của máy thu GPS.
Câu 10 Trình bày nguyên lý cấu tạo máy thuỷ chuẩn điện tử. So sánh sự giống và khác nhau
của máy thủy chuẩn điện tử với máy thủy chuẩn quang học.
Câu 11 Trình bày nội dung phân loại máy thu GPS và mục đích sử dụng chúng trong các
công tác trắc địa.
Câu 12 Trình bày cấu trúc của máy thu GPS và phương pháp phân loại chúng trong công
tác trắc địa.
II. BÀI TẬP

1

1

Các dạng bài về tính sai số trung phương đo nhiều lần 1 góc, 1 cạnh
Câu 1: Trình bày nguyên lý đo khoảng cách laser bằng thiết bị phát quang học lưỡng
tử loại bán dẫn Gali-Asen (Ga-As).
Khác với các nguyên tử của các chất khác, trong hợp chất bán dẫn GaAs không tồn tại các
năng lượng riêng biệt mà chúng hợp thành các miền năng lượng: miền hoá trị (miền chứa
đầy điện tử), miền cấm (không chứa điện tử) và miền dẫn (là miền trống rỗng, và khi có
điện tử tự nó sẽ trở thành miền dẫn điện). Khi có năng lượng cung cấp, các điện tử ở miền
hoá trị sẽ vượt qua miền cấm nhảy lên miền dẫn. Vì thế, ở miền hoá trị xuất hiện “lỗ hổng”
còn ở miền dẫn xuất hiện điện tử. Mặt khác, khi cho diot GaAs phân cực thuận thì tại lớp
tiếp giáp p – n “lỗ hổng” và điện tử sẽ chuyển động ngược chiều nhau và chúng sẽ tái
hợp với nhau. Quá trình tái hợp phát ra năng lượng dưới dạng foton. Và, cũng giống như
trường hợp laser khí, nhờ các hốc cộng hưởng quang học và với mật độ dòng điện để phóng
vào vùng p – n thích hợp mà tạo ra dòng foton. Nếu mật độ dòng điện nhỏ thì sẽ nhận được
dòng ánh sáng kết hợp, không nhóm và công suất nhỏ, nhưng nếu dòng điện quá cao dễ làm
cháy diot. Vì thế, thường phải làm sạch diot (bằng cách đặt vào bình chứa nitơ lỏng hoặc chỉ
cho diot làm việc với công suất vừa phải), làm cho dòng foton đủ mạnh để xuyên qua lớp
kính mỏng trở thành tia laser.
•

Ưu nhược điểm

ưu điểm là
-

diot duy nhất có khả năng biến đổi trực tiếp năng lượng điện thành laser,
có hiệu suất cao (50%),
bức xạ ở chế độ liên tục (sóng), đồng thời, dưới tác động của dòng điện cao tần nó
tạo ra dòng laser điều biên (biến điệu trong), có kích thước cực bé (0.5mm3),
tuổi thọ cao.

Nhược điểm


công suất bức xạ nhỏ (0.2 mw)
mức độ tích hợp và tính đơn sắc kém hơn, không nhóm lắm (góc loe 5)
tia không trông thấy (= 0.84m gần dải hồng ngoại)
Vì thế các máy dùng laser GaAs chỉ đo được khoảng cách ngắn (2-5km) với độ
chính xác thấp hơn máy dùng laser He – Ne và trong máy phải dùng các bộ lọc ánh
sáng đặc biệt.

Câu 2 Trình bày nguyên lý đo khoảng cách laser sử dụng thiết bị phát quang học
lưỡng tử loại khí Heli – Neon (He-Ne).
Dựa vào thuyết miền năng lượng của cơ học lượng tử, có thể giải thích nguyên lý tạo thành
chùm tia laser He – Ne sơ lược như sau (hình 2.2).

2

2


Khi nguồn nuôi (6) phóng điện vào ống (1) sẽ kích thích làm các nguyên tử khí He
nhảy từ mức E1lên mức E4. Sau đó, chúng va chạm và truyền năng lượng cho các nguyên
tử Ne. Các nguyên tử Ne cũng phải chuyển sang trạng thái tương ứng với mức năng lượng
cao nhất E4. Vì, Ne là chất hoạt tính có thời gian “sống” ở E4 rất ngắn (10 -3 s), nên các điện
tử của nó lập tức phản xạ tự nhiên trở về E3, và ở đây xẩy ra hiện tượng bức xạ tự kích
làm cho chúng liên tục nhảy xuống mức năng lượng thấp hơn E2. Lúc này, các điện tử
Ne sẽ “vứt bỏ” phần năng lượng thừa vừa tiếp nhận từ He dưới dạng các dòng foton ánh
sáng lượng tử) với vận tốc:
v=

E 2 - E3
h

Hay bước sóng:
Trong đó : h – hằng số plank; c – tốc độ ánh sáng trong chân không.
Dòng foton sẽ thoát ra khỏi hai tấm kính (2) dưới góc Briuter tạo thành dòng ánh
sáng phân cực thẳng. Khi gặp hốc cộng hưởng (4) và (5) có hệ số phản xạ toàn phần, chúng
bị phản xạ qua lại nhiều lần trong ống (1). Vì thế, sự va chạm giữa các thành phần trong (1)
tăng lên dần và các dòng foton tự khuếch đại mỗi lúc một lớn. Và, cho đến một lúc nào đó,
các hạt foton đủ năng lượng thoát khỏi gương phẳng (4) tạo thành chùm tia sóng có mật độ
năng lượng lớn được gọi là chùm tia laser.
Ưu nhược điểm
Mặc dù ống (1) có kích thƣớc ngắn và công suất tiêu thụ bé nên tia laser He – Ne có công
suất bức xạ không lớn như sóng radio cực ngắn (2-5mw) hạn chế tầm truyền xa, đồng thời
có hệ số hiệu suất thấp ( 0.05%) nhưng vẫn được sử dụng rất phổ biến, vì nó có một loạt ưu
điểm sau:
- Là chùm tia màu đỏ (>30 tia) rất dễ quan sát khi đo ngắm;
- Là chùm sóng kết hợp đơn sắc có tần số f ổn định cao (≈0.6328 km);
- Là chùm tia phân cực thẳng, với góc loe rất nhỏ (2-10‟) không bị tán xạ, nhiễu xạ…
truyền dọc theo đường đo;
3

3


- Có mật độ năng lượng tương đối lớn (gấp 107 lần tia mặt trời), ít bị khí quyển hấp thụ,
truyền xa (≈ 50km) và cho phép đo ngắm trong điều kiện ban ngày;
- Thích hợp với bộ lọc ánh sáng dải hẹp và bộ thu nhận tín hiệu là ống nhân quang điện;
- Cấu tạo gọn nhẹ và có tuổi thọ cao v.v…

Câu 3,5: Trình bày nguyên lý chung đo khoảng cách bằng sóng điện từ.
Nguyên lý chung xác định khoảng cách bằng sóng điện từ là bài toán chuyển động đều,
nghĩa là mối tương quan giữa khoảng cách D với tốc độ v và thời gian t:
D =v.

τ
τ

Trong thực tế để xác định khoảng thời gian , người ta ghi nhận thời điểm phát tín
hiệu (t1) và thời điểm thu (t2) bằng một bộ thu phát đặt tại một điểm đầu khoảng cách D.
Lúc này:

(2.1)
Như vậy, độ chính xác xác định D phụ thuộc vào độ chính xác xác định v (hay n)
trong môi trường đo và độ chính xác đo thời gian. Theo lý thuyết sai số

(2.2)
Vì tốc độ truyền sóng điện tử rất lớn nên để nhận được khoảng cách D với độ chính
xác theo yêu cầu trắc địa mD thì trị số

τ

là cực kỳ nhỏ và phải xác định với m

τ

rất cao

Câu 4 Trình bày nội dung phương pháp mã hoá bàn độ trong các máy kinh vĩ điện tử.
Trong các máy kinh vĩ mã hóa bàn độ đứng và bàn độ ngang không được chia vạch như các

máy thông thường. Phần ngoài của bàn độ (nơi người ta khắc vạch đối với các máy kinh vĩ
thông thường) được chia thành các vòng tròn đồng tâm (thường là 5 vòng) trên đó người ta
vẽ các hình vuông trong suốt và không trong suốt theo một mã nhất định. Hình vuông trong
suốt khi chiếu ánh sáng đi qua sẽ cho chúng ta tín hiệu (tương đương với số 1) còn hình
vuông không trong suốt thì không cho ánh sáng đi qua (tương đương với số 0). Như vậy
mỗi ô vuông sẽ là một đơn vị thông tin (1 bit). Trong các máy kinh vĩ mã hóa người ta
thường sử dụng mã truy hồi tuần hoàn
Đối với một bàn độ như thế này thì mỗi vị trí bàn độ sẽ tương ứng với một mã số nhất định
và để đọc số trong trường hợp này người ta thay du xích thông thường bằng một cửa sổ có
bề rộng là 8 bit. Hình ảnh của bàn độ sẽ được dẫn tới bộ giải mã và số đọc sẽ được hiện trên
màn hình của máy.
Ưu điểm của phương pháp mã hóa bàn độ là có thể dễ dàng nâng cao độ phân giải
của bàn độ để nâng cao độ chính xác đọc số. Việc này có thể thực hiện được bằng cách tăng
số vòng tròn(strack) trên bàn độ. Ví dụ, nếu dùng 4 strack thì với một mã có chiều dài 8 bit
4

4


(1byte) độ phân giải màn hình sẽ là 10' (Số đọc nhỏ nhất máy cho phép đọc được là 10').
Nếu tăng số strack từ 4 lên 5 thì độ phân giải của bàn độ đạt được đến cấp giây (Số đọc nhỏ
nhất đạt tới 1"). Hiện nay các máy toàn đạc điện tử cho phép đo góc chính xác tới 0.01".
Nhược điểm của phương pháp mã hóa bàn độ là bàn độ phải được chế tạo với độ
chính xác rất cao nên rất khó chế tạo.
Câu 6 Trình bày nội dung phương pháp xung đo khoảng cách.
Bản chất là quan hệ giữa khoảng cách D với số lượng xung phát đi m trong khoảng thời
gian giữa hai thời điểm phát (tp) và thu (tt).
Giả sử số lượng xung đếm được là m. Chu kỳ xung T X tỷ lệ nghich với tần số f nên
thời gian lan truyền xung trên khoảng cách 2D là:
τ 2 D = m.T X =

m
f

(1)
D=

v
.m
2f

Ta có :
Để tiện cho việc tính toán khi thiết kế người ta chọn f = v/2 nên số xung đếm được
chính là trị số khoảng cách D cần xác định.
D=

v
v 2
m = . .m = m
2f
2 v

(2)
Do sự phát triển của kỹ thuật điện tử nên khối EDM loại xung có hai dạng. Trước đây
sử dụng xung điều biến và dùng đồng hồ thạch anh, đồng hồ nguyên tử, hoặc ống tia điện tử
τX
τ
để đo khoang thời gian . Sau khi kỹ thuật điện tử tạo xung laser có độ dài
hẹp, chu kỳ
σ=

TX
τX

TX lớn và độ rỗng
lớn, đồng thời dùng khóa điện tử và bộ đếm xung thì khoảng
cách D được xác định theo công thức (2). Tuy nhiên, sử dụng phương pháp này thì tầm hoạt
động của máy đo xa điện tử bị hạn chế ( khoảng 4 - 5 km)
Hiện nay khối EDM của nhiều máy TĐ ĐT hoạt động theo phương pháp xung.
*Sơ đồ nguyên lý chung của máy đo xa loại xung

5

5


Sóng điện từ (sóng mang) từ nguồn bức xạ (1) đi vào bộ điều biến (2). Dưới tác dụng
của xung điều biến được biến thành các xung điều biên hoặc điều tần. Trong đó các xung
làm điều biến được lấy từ bộ tạo xung (3). (3) là kết quả của quá trình chuyển hóa từ các
dao động hình sin có tần số ổn định cao tạo ra bộ phát sóng cao tần thạch anh (4)
Xung (2) qua bộ phát tín hiệu (5) truyền đến bộ phản xạ (6) rồi quay về (7) vẫn là
xung điện từ điều biên tương ứng.
Trong quá trình đó bộ đo thời gian (8) đếm thời gian từ lúc phát xung làm điều biến
và thu tín hiệu đếm khoảng thời gian.
Câu 7 Trình bày nguyên lý cấu tạo máy toàn đạc điện tử và mục đích sử dụng của thiết
bị đó trong công tác trắc địa.

Hình thức máy TĐ ĐT cũng giống như máy kinh vĩ quang học thông thường, có nghĩa là
cũng có bộ phận ống kính, định tâm cân bằng, các ốc khóa, ốc vi động… Tuy nhiên cấu tạo
bên trong khác máy kinh vĩ thông thường rất nhiều. Có thể tóm lại một thiết bị TĐ ĐT gồm

có ba khối như hình vẽ trên. Trong đó:
- khối 1: đo khoảng cách điện tử EDM, có chức năng tự động đo khoảng cách
nghiêng D từ tâm máy đến tâm gương phản xạ ( hoặc đến điểm ngắm trên bề mặt phản xạ)
- Khối kinh vĩ số ( DT) đơ hướng hoặc đo góc bằng, góc đứng ( góc thiên đỉnh)
- khối vi xử lý trung tâm 3: cài đặt các phần mềm tiện ích để giải các bài toán trắc
địa. Dựa vào dữ liệu đo của khối EDM và DT cùng với các dữ liệu khác như tọa độ của
6

6


điểm gốc, độ cao của điểm đặt máy, chiều cao máy, chiều cao gương cũng như các yếu tố
hiệu chỉnh vào kết quả đo như nhiệt độ, áp suất… CPU sẽ giải bài toán xác định tọa độ và
độ cao của các điểm chi tiết.
Ngoài ra nó còn có chức năng quản lý dữ liệu, giao tiếp với máy tính nhờ sự trợ giúp
của các phần mềm chuyên dụng .
Gương phản xạ: nhận và phản xạ tín hiệu (sóng hoặc xung điện từ) về CPU của máy
TĐ ĐT.
Mục đích sử dụng
Máy toàn đạc điện tử của hãng SOKKIA (Nhật Bản), Topcon (Nhật Bản), Leica, Wild
(Thuỵ Sĩ),... với rất nhiều tính năng và các chương trình đo đa dạng phục vụ cho tất cả các
công tác đo đạc Trắc địa - Bản đồ như thành lập lưới khống chế, khảo sát, thi công công
trình xây dựng, giao thông,... Máy có độ chính xác cao, độ bền vững trong môi trường khắc
nghiệt, thao tác đơn giản, vì vậy máy toàn đạc điện tử luôn được chọn để sử dụng trong thực
tế.
Câu 8 Trình bày nguyên lý cấu tạo máy toàn đạc điện tử. So sánh sự giống và khác
nhau của máy toàn đạc điện tử với máy kinh vĩ quang học.

Hình thức máy TĐ ĐT cũng giống như máy kinh vĩ quang học thông thường, có nghĩa là
cũng có bộ phận ống kính, định tâm cân bằng, các ốc khóa, ốc vi động… Tuy nhiên cấu tạo

bên trong khác máy kinh vĩ thông thường rất nhiều. Có thể tóm lại một thiết bị TĐ ĐT gồm
có ba khối như hình vẽ trên. Trong đó:
- khối 1: đo khoảng cách điện tử EDM, có chức năng tự động đo khoảng cách
nghiêng D từ tâm máy đến tâm gương phản xạ ( hoặc đến điểm ngắm trên bề mặt phản xạ)
- Khối kinh vĩ số ( DT) đơ hướng hoặc đo góc bằng, góc đứng ( góc thiên đỉnh)
- khối vi xử lý trung tâm 3: cài đặt các phần mềm tiện ích để giải các bài toán trắc
địa. Dựa vào dữ liệu đo của khối EDM và DT cùng với các dữ liệu khác như tọa độ của
điểm gốc, độ cao của điểm đặt máy, chiều cao máy, chiều cao gương cũng như các yếu tố
hiệu chỉnh vào kết quả đo như nhiệt độ, áp suất… CPU sẽ giải bài toán xác định tọa độ và
độ cao của các điểm chi tiết.
Ngoài ra nó còn có chức năng quản lý dữ liệu, giao tiếp với máy tính nhờ sự trợ giúp
của các phần mềm chuyên dụng .
7

7


Gương phản xạ: nhận và phản xạ tín hiệu (sóng hoặc xung điện từ) về CPU của máy
TĐ ĐT.

8

8


so sánh máy toàn đạc điện tử với kinh vĩ quang học .
* Giống nhau: Đều là thiết bị đo đạc, sữ dụng trong trắc địa có chức năng đo góc , đo
khoảng cách,
Nội dung
Khái niệm

Máy kinh vĩ quang học
Máy toàn đạc điện tử
May kinh vĩ quang học là thiết bị Máy toàn đạc điện tử là một thiết bị
đo đạc quang cơ.
quang học điện tử đa năng được sử dụng
để khảo sát và xây dựng công trình. Máy
toàn đạc là 1 máy kinh vĩ điện tử tích
hợp với đo khoảng cách điện tử (EDM),
nhằm đọc được khoảng cách giữa 2 cao
điểm (điểm đứng máy, và điểm cần đo
khác).
Chức năng
Đo góc: Máy kinh vĩ quang học - Đo góc: Máy toàn đạc điện tử cũng
có thể đo góc đứng và góc bằng. tương tự như máy kinh vĩ ở chức năng
này là đo được góc đứng và góc bằng.
- Đo khoảng cách: Máy sẽ kết
- Đo khoảng cách: Máy toàn đạc kết hợp
hợp với mia đo khoảng cách và
với gương hoặc các vật phản xạ đo
trên cao theo phương pháp đo
khoảng cách từ máy đến gương, điểm
cao lượng giác. Dùng phương
phản xạ hoặc giữa các gương, điểm phản
pháp này sẽ có sai số lớn.
xạ với nhau một cách dễ dàng và chính
xác cao với 3 khoảng cách cơ bản là:
Đứng, bằng, nghiêng.
- Đo tọa độ: Máy toàn đạc điện tử đo đạc
và tính toán chính xác tọa độ các điểm

gương, phản xạ & máy một cách nhanh
chóng theo 3 trục: x, y, z.
===>>> Bên cạnh đó máy toàn đạc điện
tử còn rất nhiều các menu hỗ trợ khác để
phục vụ cho công tác đo đạc khảo sát và
thi công các công trình xây dựng, giao
thông, thủy lợi...
Câu 10 Trình bày nguyên lý cấu tạo máy thuỷ chuẩn điện tử. So sánh sự giống và khác
nhau của máy thủy chuẩn điện tử với máy thủy chuẩn quang học.
Nhìn chung, hệ thống máy thuỷ chuẩn điện tử gồm 3 phần
Phần 1: Mia mã vạch Sokkia RAB ( Random Bi-directional Code) Mã định
hướng ngẫu nhiên hai chiều.
- Phần 2: Hệ thống ống kính: Giống như ống kính của máy thuỷ chuẩn thông
thường. Gồm có kính vật, kính điều quang, hệ thống lăng kính phân chia ánh
sáng, kính mắt...
- Phần 3: Bộ phận xử lý tín hiệu điện của máy thuỷ chuẩn kỹ thuật số. Trong đó,
quan trọng là bộ cảm biến CCD (Charge Couple Device) biến tín hiệu ánh sáng
thành tín hiệu điện.
*Giống nhau: máy thủy chuẩn quang học và máy thủy chuẩn điện tử đều là thiết bị dùng
trong công tác trắc địa, khảo sát, xây dựng… với mục đích đo góc, đo khoảng cách và đo
-

9

9


chênh cao.
*Khác nhau:
Nội dung

Máy thủy chuẩn quang học
Máy thủy chuẩn quang cơ: là loại
máy thủy chuẩn đo đạc bằng cách
đọc số trên mia bằng mắt, ghi
chép số liệu sổ tay và tính toán
trên các số liệu ghi chép được.
Cân bằng sơ bộ bằng ống thủy
tròn , sau đó cân bằng chính xác
bằng cách điều chỉnh vít nghiêng
để đưa bọt nước ống thủy dài vào
giữa thì trục ngắm sẽ nằm ngang.
Dùng mắt thường thực
hiện việc ngắm và đo đạc, sau
đó đọc các số liệu đo được trên
mia của thiết bị.
Ghi chép vào sổ và tính
toán dựa vào các số liệu đã thu
thập được.
Số liệu thường có sai số
lớn, việc tính toán mất thời
gian mà không hiệu quả.

Máy thủy chuẩn điện tử
Máy thủy chuẩn điện tử: được đo
đạc bằng cách đọc số trên mia mã
vạch bằng tia hồng ngoại, hiển thị
số đọc trên màn hình LCD và dữ
liệu được trút ra máy tính để xử lý.
nguyên lý chung của hệ cân bằng tự

động là tính tự cân bằng của con lắc
khi treo nó ở trạng thái tự do.

-

-

Dùng tia hồng ngoại để đọc các
số liệu đã đo đạc được trước đó.
Tự động tính toán dựa trên các
phép tính do người kĩ sư lựa
chọn
Hiển thị trên màn hình LCD các
số liệu tính toán.
Dữ liệu tính toán, đo đạc có thể
được lưu trữ ở bộ nhớ trong của
thiết bị này

Câu 11 Trình bày nội dung phân loại máy thu GPS và mục đích sử dụng chúng trong
các công tác trắc địa.
*Phân loại
Các máy thu có thể được phân loại theo các tiêu chí sau:
a. Theo mục đích sử dụng
Tùy thuộc vào mục đích sử dụng và yêu cầu độ chính xác người ta đã chế tạo ra
nhiều loại máy thu GPS khác nhau. Có loại chuyên dùng để dẫn đường (đạo hàng) trên biển,
trên máy bay hoặc các phương tiện chuyển động khác. Có loại được chế tạo gọn nhẹ (cầm
tay) chuyên dùng để xác định gần đúng vị trí điểm. Máy thu chuyên dụng cho trắc địa có
những yêu cầu rất cao về độ chính xác tâm pha anten, khả năng lọc nhiễu…
b. Phân loại theo phương thức theo dõi
Các máy thu cũ sử dụng một số lượng ít các kênh vật lý và tự lựa chọn theo dõi lần

lượt các vệ tinh với tần suất khoảng 20 mili giây trên mỗi kênh. Đây là nguyên tắc theo dõi
lần lượt chuyển nhanh.
Ngày nay, các máy thu được thiết kế sao cho mỗi kênh vật lý theo dõi một vệ tinh và
như vậy tất cả các vệ tinh đều được quan trắc liên tục. Máy thu như vậy gọi là máy thu đa
kênh hay máy theo dõi song song.
10

10


Các máy thu phối hợp cả hai nguyên tắc trên gọi là máy thu kết hợp.
c. Phân loại theo tần số sử dụng
Theo tần số có thể chia máy thu GPS thành các loại sau:
- Máy thu 1 tần (L1)
- Máy thu 2 tần ( L1 và L2)
Các máy thu 1 tần phù hợp cho đo các cạnh có chiều dài nhỏ hơn 10 km hoặc đến 20
km. Các máy thu 2 tần phù hợp với khoảng cách dài.
*Mục đích sử dụng
Máy thu GPS được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau. Trong lĩnh vực trắc địa có thể
kể đến các ứng dụng sau:
a. Xây dựng lưới khống chế mặt bằng
Ưu điểm chủ yếu và quan trọng nhất của công nghệ GPS là xác định véc tơ cạnh giữa
các điểm khống chế trắc địa với độ chính xác cao mà không đòi tầm thông hướng giữa các
điểm đó. Bằng kỹ thuật đo tương đối tĩnh, người ta có thể xây dựng các mạng lưới có cạnh
dài cả ngàn km. Trên thế giới , khung tọa độ ITRF chính là một mạng lưới như vậy. Ở Việt
Nam, chúng ta đã xây dựng mạng lưới GPS cấp "0" có chiều dài cạnh trung bình 120 km.
Đây là mạng lưới "xương sống" là cơ sở để hoàn chỉnh mạng lưới thiên văn - trắc địa của
nước ta.
b. GPS phục vụ cho đo vẽ địa chính
Công nghệ GPS đã được ứng dụng rộng rãi trong công tác đo đạc địa chính. Trước

hết là mạng lưới khống chế địa chính cơ sở, lưới địa chính các cấp được phát triển từ lưới
khống chế tọa độ hạng I, II Nhà nước.
c. Đo vẽ chi tiết bản đồ địa hình, bản đồ địa chính tỷ lệ lớn và tỷ lệ trung bình
Để thành lập bản đồ địa hình, bản đồ địa chính tỷ lệ 1:200 đến 1:2000, thông thường
chúng ta đo trực tiếp theo phương pháp toàn đạc, trong đó sử dụng máy kinh vĩ hoặc toàn
đạc điện tử để đo các điểm chi tiết.
Với kỹ thuật đo động Stop - and - go, người ta có thể thực hiện đo chi tiết thành lập
bản đồ, với độ chính xác và tốc độ không thua kém các thiết bị đo khác. Tuy nhiên cần phải
đảm bảo một điều kiện bắt buộc là trong quá trình đo chi tiết bằng GPS phải theo dõi tín
hiệu liên tục của ít nhất 4 vệ tinh.
d. GPS phục vụ trắc địa công trình
- Đo các mạng lưới khống chế thi công công trình, đo nối lưới khống chế Trắc địa
Nhà nước với hệ thống lưới khống chế công trình….
- Chuyển trục công trình lên cao
- Đo các mạng lưới quan trắc chuyển dịch và biến dạng công trình
11

11


- Đo vẽ thành lập các mặt cắt và đo tính khối lượng.
- Đo cắm điểm chi tiết công trình

Câu 12 Trình bày cấu trúc của máy thu GPS và phương pháp phân loại chúng trong
công tác trắc địa.
Sơ đồ cấu tạo của máy thu GPS được thể hiện theo hình sau:

An ten

Thiết bị điều khiển

Bộ tần số radio (RF)

Thiết bị ghi

Bộ vi xử lý

Bộ nguồn

a. Anten máy thu có tính đa hướng, tức là có thể thu được tín hiệu của tất cả các vệ tinh trên
chân trời ở các hướng khác nhau. Chỉ tiêu quan trọng trong thiế kế anten là bảo đảm chính
xác tâm anten. Tâm điện tử của anten phải khép kín và trùng với tâm hình học đồng thời
không bị tác động của hiện tượng quay và nghiêng. Yêu cầu này cần thiết cho trường hợp đo
động, khi đó anten di động trong suốt quá trình đo. Thêm vào đó, anten cũng phải có khả
năng tự loại bỏ các tín hiệu có góc cao thấp và tín hiệu đa đường dẫn. Điều này có thể thực
hiện được nhờ anten có dạng hình nón xoáy tròn. Hiện nay phổ biến nhất là loại anten nhỏ
để trần.
Tín hiệu từ anten sau đó được truyền tới bộ tần số radio (RF _Bộ tần số RF được giới
thiệu sau). Những giá trị tín hiệu ghi lại bị hạn chế khi xử lý code tựa ngẫu nhiên đối với
mỗi vệ tinh do các tương quan chéo rất thấp, các tín hiệu này cần được khuếch đại. Anten
được thiết kế đối với sóng tải L1 hoặc cả hai sóng tải L1, L2.
b. Bộ tần số radio (RF) được coi là trái tim của máy thu GPS. Sau khi tín hiệu thu vào
anten sẽ được xem xét phân biệt để giữa lại C/A code. Các tín hiệu chuẩn đã được sắp xếp
trước thành các đơn vị đối với mỗi vệ tinh. Bộ phận này có khả năng phân tích logic để
phân biệt các vệ tinh theo nguyên tắc giám sát hiệu ứng Doppler. Bộ tần số radio xử lý tín
hiệu đã vào các kênh. Các máy 1 tần chỉ nhận và xử lý tín hiệu L1, các máy hai tần sẽ nhận
và xử lý cả hai tín hiệu L1 và L2. Các số liệu nhận được bởi máy thu 2 tần sẽ được phối hợp
để tính toán và loại bỏ khúc xạ tần ion. Số lượng kênh đóng vai trò quan trọng của RF và do
vậy nó quyết định số lượng vệ tinh có thể theo dõi đồng thời.
12

12


Các yếu tố cơ bản của RF là bộ duy trì tạo các tần số chuẩn, sau đó qua bộ nhận để
có tần số cao hơn, tiếp theo tín hiệu được lọc để loại bỏ các tần số không mong muốn và
thực hiện trộn tần. Sau đó, từ 2 tín hiệu duy trì y1, y2 với các biên độ khác nhau và các tần
số khác nhau f1, f2 sẽ nhân theo mô hình toán học có dạng đơn giản như sau:

Y=y1.y2=a1cos(f1t )a2cos(f2t) =

a1 a 2
[ cos(( f1 − f 2 )t ) + cos(( f1 + f 2 )t )]
2

Kết quả là trong tín hiệu y chứa cả các tần số thấp và tần số cao. Sau khi sử dụng lọc
dải thấp, phần tần số cao được loại bỏ. Phần tần số thấp còn lại được sử dụng để xử lý. Hiệu
số giữa (f1 - f2) giữa các tần số thường được gọi là tần số trung gian hay tần số phách.
c. Bộ vi xử lý
Có chức năng thực hiện các phép tính theo chương trình đã lập sẵn. Ví dụ như tính
toán đạo hàng tức thời từ các trị đo khoảng cách giả. Hiện nay, các bộ vi xử lý có tốc độ xử
lý rất cao.
d. Thiết bị điều khiển
Thiết bị điều khiển thực hiện khả năng phối hợp giữa người đo và máy thu. Các lệnh
được đưa vào từ các phím chức năng như vào số hiệu điểm đo, độ cao anten… Ngoài các
phím "cứng" máy thu còn có các phím mềm thực hiện các lệnh trên màn hình.
e. Thiết bị ghi
Có nhiệm vụ ghi lại các trị đo và thông tin đạo hàng để phục vụ cho công tác xử lý
sau này. Thiết bị ghi GPS bảo đảm không bị mất khi tắt nguồn điện. Dung lượng bộ nhớ của
máy thu sẽ quyết định thời gian thu liên tục. Dung lượng bộ nhớ thường đảm bảo ghi liên

tục số liệu đo trong nhiều giờ với số lượng vệ tinh trung bình (5-7 vệ tinh) và tần suất ghi
mặc định (15s).
f. Bộ nguồn
Bộ nguồn của máy thu GPS là pin hoặc ắc quy sạc điện. Dòng điện sử dụng cho máy
thu là dòng 1 chiều có điệp áp từ 6 đến 20 vôn.
* Phân loại
Các máy thu có thể được phân loại theo các tiêu chí sau:
a. Theo mục đích sử dụng
Tùy thuộc vào mục đích sử dụng và yêu cầu độ chính xác người ta đã chế tạo ra
nhiều loại máy thu GPS khác nhau. Có loại chuyên dùng để dẫn đường (đạo hàng) trên biển,
trên máy bay hoặc các phương tiện chuyển động khác. Có loại được chế tạo gọn nhẹ (cầm
13

13


tay) chuyên dùng để xác định gần đúng vị trí điểm. Máy thu chuyên dụng cho trắc địa có
những yêu cầu rất cao về độ chính xác tâm pha anten, khả năng lọc nhiễu…
b. Phân loại theo phương thức theo dõi
Các máy thu cũ sử dụng một số lượng ít các kênh vật lý và tự lựa chọn theo dõi lần
lượt các vệ tinh với tần suất khoảng 20 mili giây trên mỗi kênh. Đây là nguyên tắc theo dõi
lần lượt chuyển nhanh.
Ngày nay, các máy thu được thiết kế sao cho mỗi kênh vật lý theo dõi một vệ tinh và
như vậy tất cả các vệ tinh đều được quan trắc liên tục. Máy thu như vậy gọi là máy thu đa
kênh hay máy theo dõi song song.
Các máy thu phối hợp cả hai nguyên tắc trên gọi là máy thu kết hợp.
c. Phân loại theo tần số sử dụng
Theo tần số có thể chia máy thu GPS thành các loại sau:
- Máy thu 1 tần (L1)
- Máy thu 2 tần ( L1 và L2)

Các máy thu 1 tần phù hợp cho đo các cạnh có chiều dài nhỏ hơn 10 km hoặc đến 20
km. Các máy thu 2 tần phù hợp với khoảng cách dài.

14

14