Ứng dụng các trạm tham chiếu hoạt động liên tục thành lập lưới khống chế trắc địa phục vụ dự án cải tạo suối dứa gai và bảo vệ hồ tân xã thuộc khu công nghệ cao hòa lạc, thạch thất, hà nội

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

ỨNG DỤNG CÁC TRẠM THAM CHIẾU HOẠT ĐỘNG
LIÊN TỤC THÀNH LẬP LƯỚI KHỐNG CHẾ TRẮC ĐỊA
PHỤC VỤ DỰ ÁN CẢI TẠO SUỐI DỨA GAI VÀ BẢO VỆ
HỒ TÂN XÃ THUỘC KHU CÔNG NGHỆ CAO HÒA LẠC,
HUYỆN THẠCH THẤT, THÀNH PHỐ HÀ NỘI
CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT TRẮC ĐỊA - BẢN ĐỒ

NGUYỄN HOÀNG ÂN

HÀ NỘI, NĂM 2017


BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
ỨNG DỤNG CÁC TRẠM THAM CHIẾU HOẠT ĐỘNG
LIÊN TỤC THÀNH LẬP LƯỚI KHỐNG CHẾ TRẮC ĐỊA
PHỤC VỤ DỰ ÁN CẢI TẠO SUỐI DỨA GAI VÀ BẢO VỆ
HỒ TÂN XÃ THUỘC KHU CÔNG NGHỆ CAO HÒA LẠC,
HUYỆN THẠCH THẤT, THÀNH PHỐ HÀ NỘI

NGUYỄN HOÀNG ÂN
CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT TRẮC ĐỊA - BẢN ĐỒ
Mã số: 60520503

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
TS. PHẠM THỊ HOA

HÀ NỘI, NĂM 2017


i

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
Cán bộ hướng dẫn chính: TS. Phạm Thị Hoa

Cán bộ chấm phản biện 1: TS.Trần Hồng Quang

Cán bộ chấm phản biện 2: PGS.TS Vy Quốc Hải

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại:
HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN THẠC SĨ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
Ngày 31 tháng 12 năm 2017


ii

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu,
kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được công bố trong bất
kỳ một công trình nào khác.
Hà Nội, tháng 12 năm 2017

Tác giả

Nguyễn Hoàng Ân


iii

LỜI CẢM ƠN
Luận văn này được hoàn thành dưới sự hướng dẫn của TS. Phạm Thị Hoa,
Trưởng khoa Trắc địa và Bản đồ, Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường
Hà Nội. Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới các thầy cô giáo Khoa Trắc
địa và Bản đồ, Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội về sự giúp
đỡ tận tình, chu đáo trong suốt quá trình tác giả học tập và nghiên cứu tại
Khoa trong suốt thời gian làm luận văn.
Trong quá trình làm luận văn, tác giả đã nhận được rất nhiều sự quan
tâm giúp đỡ, cung cấp nhiều tài liệu khoa học, các trang thiết bị liên quan đến
đề tài luận văn và dữ liệu phục vụ tính toán thực nghiệm của Công ty cổ phần
công nghệ Nguyễn Kim, Công ty cổ phần dịch vụ Thương mại khảo sát Hà
Đông, công ty cổ phần Khảo sát địa chính và đo đạc bản đồ Hà Nội. Tác giả
xin trân trọng cảm ơn sự giúp đỡ quý báu đó.


iv

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ..................................................................................................... ii
LỜI CẢM ƠN .......................................................................................................... iii
THÔNG TIN LUẬN VĂN ...................................................................................... vi
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ....................................................................... vii
DANH MỤC CÁC BẢNG .................................................................................... viii

DANH MỤC CÁC HÌNH ....................................................................................... ix
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ CORS TRONG
CÔNG TÁC THÀNH LẬP LƯỚI KHỐNG CHẾ TRẮC ĐỊA ............................3
1.1. Khái quát về công nghệ GNSS .........................................................................3
1.1.1. Các hệ thống định vị vệ tinh toàn cầu ........................................................3
1.1.2. Cấu trúc chung của một hệ thống GNSS....................................................7
1.1.3. Các hệ thống tăng cường ............................................................................7
1.1.4. Nguyên lý hoạt động của hệ thống GNSS..................................................9
1.1.5. Các ứng dụng của hệ thống GNSS ...........................................................11
1.2. Khái quát về công nghệ CORS và khả năng ứng dụng ..................................15
1.2.1. Khái quát về công nghệ CORS ................................................................15
1.2.2. Ứng dụng trạm CORS ..............................................................................17
1.2.3. Vai trò của trạm CORS ............................................................................18
1.3. Tổng quan về ứng dụng công nghệ CORS trong công tác thành lập lưới
khống chế trắc địa ở Việt Nam ..............................................................................19
CHƯƠNG 2. QUY TRÌNH ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ CORS THÀNH LẬP
LƯỚI KHỐNG CHẾ TRẮC ĐỊA..........................................................................21
2.1. Xây dựng hệ thống trạm CORS ......................................................................21
2.1.1. Mô hình hoạt động của hệ thống trạm CORS ..........................................21
2.1.2. Cấu trúc của trạm CORS ..........................................................................23
2.1.3. Đặc điểm chung của hệ thống trạm CORS ..............................................24
2.1.4. Các lợi ích của hệ thống trạm GNSS CORS ............................................26
2.1.5. Giới thiệu mạng các trạm CORS tại một số nước trên thế giới ...............27


v

2.1.6. Vấn đề xây dựng mạng lưới trạm CORS ở Việt Nam .............................33
2.2. Đo lưới khống chế bằng công nghệ CORS.....................................................40
2.3. Xử lý số liệu ...................................................................................................43

CHƯƠNG 3. THỰC NGHIỆM ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ CORS ĐO ĐẠC
LƯỚI KHỐNG CHẾ TRẮC ĐỊA PHỤC VỤ DỰ ÁN CẢI TẠO SUỐI DỨA
GAI VÀ BẢO VỆ HỒ TÂN XÃ THUỘC KHU CÔNG NGHỆ CAO HÒA
LẠC, HUYỆN THẠCH THẤT, HÀ NỘI .............................................................44
3.1. Giới thiệu chung về khu vực thực nghiệm .....................................................44
3.2. Sơ đồ lưới khống chế trắc địa, yêu cầu độ chính xác xác định vị trí điểm .........49
3.3. Thực nghiệm thành lập lưới đo vẽ cấp 2 bằng công nghệ CORS và đánh giá
hiệu quả đạt được ...................................................................................................51
3.3.1. Thực nghiệm xác định tọa độ điểm của lưới đo vẽ cấp 2 bằng công nghệ
RTK với máy thu GPS RTK COMNAV T300 ...................................................51
3.3.2. Thực nghiệm xác định tọa độ điểm của lưới đo vẽ cấp 2 bằng công nghệ
RTK với máy thu Trimble R8S ..........................................................................55
3.3.3. Đánh giá kết quả xác định tọa độ điểm của lưới đo vẽ cấp 2 bằng công
nghệ RTK ...........................................................................................................64
3.3.4. Kết luận về khả năng áp dụng công nghệ RTK xác định tọa độ điểm lưới
đo vẽ cấp 2 ..........................................................................................................70
3.4. Đề xuất giải pháp ứng dụng công nghệ CORS tại Việt Nam .........................71
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................72
PHẦN PHỤ LỤC


vi

THÔNG TIN LUẬN VĂN
Họ và tên học viên

: Nguyễn Hoàng Ân

Lớp

: CH1TĐ

Cán bộ hướng dẫn 1

: TS. Phạm Thị Hoa

Khóa: 01

Tên đề tài: Ứng dụng các trạm tham chiếu hoạt động liên tục thành lập
lưới khống chế trắc địa phục vụ dự án cải tạo suối Dứa Gai và bảo vệ hồ Tân
Xã thuộc khu công nghệ cao Hòa Lạc, huyện Thạch Thất, thành phố Hà Nội.
Về lý thuyết, Luận văn đã nghiên cứu tổng quan về ứng dụng công
nghệ CORS trong công tác thành lập lưới khống chế trắc địa. Về thực nghiệm,
Luận văn đã thử nghiệm đo đạc lưới đo vẽ cấp 2 phục vụ dự án cải tạo suối
Dứa Gai và bảo vệ hồ Tân Xã thuộc khu công nghệ Cao Hòa Lạc – huyện
Thạch Thất, thành phố Hà Nội bằng công nghệ CORS RTK với 02 giải pháp
thiết bị (máy Comnav T300 và máy Trimble R8s). Kết quả so sánh tọa độ với
giá trị tương ứng từ công nghệ đo tĩnh cho thấy máy Trimble R8S hoàn toàn đáp
ứng được yêu cầu thành lập lưới đo vẽ cấp 2 bằng công nghệ CORS RTK.


vii

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
Viết đầy đủ

Giải nghĩa

Continuously Operating Reference

Hệ thống tham chiếu hoạt động

System

liên tục

Differential Global Positioning

Định vị vi phân thời gian thực

System

sử dụng trị đo code

FTP

File Transfer Protocol

Giao thức chuyển nhượng tập tin

GNSS

Global Navigation Satellite System

GDGPS

Global DGPS

DGPS cung cấp trên toàn cầu

FKP

Flächen Korrectur Parameter

Hiệu chỉnh các tham số khu vực

Locally Optimized

Định vị chính xác theo thời gian thực

Differential GPS

sử dụng các trạm DGPS khu vực

IGS

International GPS Service

Tổ chức GPS quốc tế

NRTK

Network Real Time Kinematic

Lưới đo động thời gian thực

RTK

Real Time Kinematic

Đo động thời gian thực

VRS

Virtural Reference Station

Trạm tham chiếu ảo

WADGPS

Wide Area DGPS

GPS vi phân diện rộng

GCDGPS

Globally Corrected DGPS

DGPS cung cấp trên toàn cầu

PDGPS

Precise DGPS

Giải pháp DGPS chính xác

LADGPS

Local Area DGPS

DGPS diện hẹp, cục bộ

NDGPS

Nationwide Differential GPG

DGPS diện rộng quốc gia

Viết tắt
CORS

DGPS

LODG

Hệ thống vệ tinh
dẫn đường toàn cầu


viii

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1. Một số thông tin của các trạm DGNSS/CORS............................... 37
Bảng 3.1. So sánh kết quả thu bằng máy Trimble R8s theo độ dài ca đo ...... 62
Bảng 3.2. Tọa độ đo được bằng máy Comnav T300 theo công nghệ RTK... 63
Bảng 3.3. Tọa độ đo được bằng máy Trimble R8s theo công nghệ RTK ...... 65
Bảng 3.4. Chênh lệch tọa độ đo được bằng máy Comnav T300 theo công
nghệ RTK với kết quả đo tĩnh ......................................................................... 66
Bảng 3.5. Chênh lệch tọa độ đo được bằng máy Trimble R8s theo công nghệ
RTK với kết quả đo tĩnh .................................................................................. 68

ix

DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1. Vùng dịch vụ của dự án IRNSS ....................................................... 6
Hình 1.2. Minh họa hiệu quả của hệ thống QZSS ............................................ 7
Hình 1.3. Nguyên lý hoạt động của hệ thống tăng cường mặt đất ................... 9
Hình 1.4. Định vị tuyệt đối.............................................................................. 10
Hình 1.5. Định vị tương đối ............................................................................ 10
Hình 1.6. Sơ đồ khái quát trạm CORS ............................................................ 16
Hình 1.7.Trạm CORS ...................................................................................... 17
Hình 1.8. Ứng dụng trạm CORS ..................................................................... 18
Hình 1.9. Cấu trúc và nguyên lý hoạt động trạm CORS ................................ 18
Hình 2.1. Sơ đồ vị trí điểm Mạng lưới CORS của Mỹ ................................... 28
Hình 2.2. Tổ chức Hạ tầng mặt đất GNSS của Hungary ................................ 29
Hình 2.3. Mạng lưới các trạm CORS đang hoạt động ở Hungary .................. 30
Hình 2.4. Vị trí lắp đặt ăng ten và ảnh đường chân trời anten ........................ 30
Hình 2.5. Cấu trúc một trạm CORS trong hệ thống MASS............................ 31
Hình 2.6. Sự phân bố mạng lưới trạm MASS ............................................... 32
Hình 2.7. Một trạm MyNRTKet được xây dựng kiên cố................................ 33
Hình 2.8. Vị trí xây dựng và lắp đặt các trạm Geodetic CORS ...................... 35
Hình 2.9. Vị trí các trạm Network RTK CORS của Dự án ............................ 36
Hình 2.10. Sơ đồ bố trí các trạm DGNSS/CORS ........................................... 38
Hình 2.11. Công nghệ CORS RTK với giao thức 3G..................................... 42
khu công nghệ cao Hoà Lạc ............................................................................ 45
Hình 3.1. Bản đồ quy hoạch tổng mặt bằng sử dụng đất khu công nghệ cao
Hoà Lạc .......................................................................................................... 45
Hình 3.2. Hồ Tân Xã ....................................................................................... 47
Hình 3.3. Sơ đồ lưới đo vẽ cấp 2..................................................................... 49

Hình 3.4. Máy đặt tại các điểm gốc ................................................................ 50


x

Hình 3.5. Hệ thống trạm CORS GNSS Kolida+S8 ........................................ 52
Hình 3.6. Máy thu GPS RTK COMNAV T300.............................................. 52
Hình 3.7. Đo đạc tại điểm T15 với Comnav T300 ......................................... 54
Hình 3.8. Đo đạc tại điểm T25 với Comnav T300 ......................................... 54
Hình 3.9. Trạm CORS công ty HDS ............................................................... 55
Hình 3.10. Trimble Zephyr Geodetic 2 Antenna ............................................ 56
Hình 3.11. Trimble Net R9 ............................................................................. 56
Hình 3.12. Máy thu Trimble R8s .................................................................... 58
Hình 3.13. Lắp đặt thiết bị tại điểm gốc GPS13 ............................................. 59
Hình 3.14. Kết nối với trạm CORS ................................................................. 60
Hình 3.15. Một số hình ảnh thực nghiệm bằng máy Trimble R8s ................. 61
Hình 3.16. Chênh lệch tọa độ đo được bằng máy Comnav T300 theo
công nghệ RTK với kết quả đo tĩnh ................................................................ 67
Hình 3.17. Chênh lệch tọa độ đo được bằng máy Trimble R8S ..................... 69
Theo công nghệ RTK với kết quả đo tĩnh ....................................................... 69
Hình 3.18.Tại điểm T56 (độ che phủ lớn) ...................................................... 70


1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
CORS là tên viết tắt của cụm từ “Continuously Operating Reference
Station”. Công nghệ CORS ra đời từ sự giao thoa của công nghệ định vị vệ
tinh, công nghệ tin học, công nghệ mạng. Hệ thống thiết bị ứng dụng công

nghệ CORS (gọi tắt là hệ thống CORS) có thể tự động cung cấp các thông tin
về trị đo, các loại số hiệu chỉnh, thông tin hiện thời và các thông tin liên quan
khác về kết quả thu tín hiệu vệ tinh tại thời điểm trước đó hoặc ngay hiện tại
cho nhiều đối tượng sử dụng khác nhau, với những nhu cầu khác nhau và ở
các mức độ khác nhau.
Trạm tham chiếu hoạt động liên tục (CORS) được xuất hiện lần đầu ở
Mỹ và hiện nay đang được phát triển mạnh mẽ ở nhiều quốc gia trên thế giới.
Ở Việt Nam, hệ thống trạm CORS đã được quan tâm phát triển từ rất sớm tuy
nhiên do khó khăn về nguồn kinh phí nên cho đến nay vẫn chưa hoàn thiện.
Thời gian gần đây, Bộ Tài nguyên và Môi trường và Cục Bản đồ - Bộ Tổng
tham mưu đang tập trung đẩy mạnh tiến độ các dự án xây dựng và vận hành
hệ thống này. Dự báo, khi hệ thống trạm CORS đi vào hoạt động, công tác đo
đạc nói chung và công tác xây dựng lưới khống chế nói riêng sẽ có sự thay
đổi căn bản về công nghệ.
Nhằm góp phần định hướng ứng dụng công nghệ CORS trong xây
dựng lưới khống chế, luận văn lựa chọn đề tài nghiên cứu “Ứng dụng các
trạm tham chiếu hoạt động liên tục thành lập lưới khống chế trắc địa phục vụ
dự án cải tạo suối Dứa Gai và bảo vệ hồ Tân Xã thuộc khu công nghệ Cao
Hòa Lạc, huyện Thạch Thất, thành phố Hà Nội”. Do điều kiện thực tiễn đang
thiếu hụt hạ tầng trạm CORS hoàn chỉnh nên phần thực nghiệm của luận văn
không sử dụng công nghệ NRTK mà chỉ sử dụng công nghệ RTK kết hợp với
công nghệ truyền thông tin hiệu chỉnh thông qua mạng 3G.


2

2. Mục tiêu của đề tài
Đánh giá hiệu quả ứng dụng các trạm tham chiếu hoạt động liên tục
thành lập lưới khống chế trắc địa phục vụ dự án cải tạo suối Dứa Gai và bảo
vệ hồ Tân Xã thuộc khu công nghệ Cao Hòa Lạc, huyện Thạch Thất, thành

phố Hà Nội.
3. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp tổng hợp kế thừa
+ Thu thập tài liệu đã có liên quan tới các phương pháp và nội dung của
luận văn như: các số liệu, tài liệu chuyên môn, đề tài khoa học có liên quan đã
được công bố, các nguồn thông tin khác như tạp chí, các bài báo…
+ Phân tích, tổng hợp các kết quả nghiên cứu, các tư liệu liên quan đến
nội dung của luận văn.
- Phương pháp đánh giá và khai thác công nghệ: Nhằm đánh giá, so sánh
độ chính xác của phương pháp nghiên cứu với các phương pháp thông thường khác.
- Phương pháp chuyên gia: Xin ý kiến góp ý của giáo viên hướng dẫn,
các nhà khoa học, các đồng nghiệp về các vấn đề trong nội dung luận văn.
4. Nội dung nghiên cứu
Nội dung nghiên cứu của luận văn được trình bày theo cấu trúc sau đây:
Chương 1: Tổng quan về ứng dụng công nghệ CORS trong công tác
thành lập lưới khống chế trắc địa.
Chương 2: Quy trình ứng dụng công nghệ CORS thành lập lưới khống
chế trắc địa.
Chương 3: Thực nghiệm ứng dụng công nghệ CORS đo đạc lưới khống
chế trắc địa phục vụ dự án cải tạo suối Dứa Gai và bảo vệ hồ Tân Xã thuộc
khu công nghệ Cao Hòa Lạc – huyện Thạch Thất, thành phố Hà Nội.


3

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ CORS
TRONG CÔNG TÁC THÀNH LẬP LƯỚI KHỐNG CHẾ TRẮC ĐỊA
1.1. Khái quát về công nghệ GNSS
GNSS được cấu thành như một nhóm hay một hệ thống của quỹ đạo vệ

tinh kết hợp với thiết bị ở mặt đất. Trong cùng một thời điểm, ở một vị trí trên
mặt đất nếu xác định được khoảng cách đến bốn vệ tinh (tối thiểu) thì sẽ tính
được tọa độ của vị trí đó. GNSS hoạt động trong mọi điều kiện thời tiết, mọi
nơi trên trái đất và 24 giờ một ngày. Mỹ là nước đầu tiên phóng lên và đưa
vào sử dụng hệ vệ tinh dẫn đường này. Mỹ đặt tên cho hệ thống này là hệ
thống vệ tinh định vị toàn cầu GPS (Global Positioning System), ban đầu là
để dùng riêng cho quân sự, về sau mở rộng ra sử dụng cho dân sự trên phạm
vi toàn cầu, bất kể quốc tịch và miễn phí.
Hiện nay, các hệ thống GNSS được sử dụng phổ biến gồm có: hệ thống
định vị dẫn đường sử dụng vệ tinh là GPS (Global Positioning System) do Mỹ
chế tạo và hoạt động từ năm 1994, GLONASS (GLobal Orbiting Navigation
Satellite System) do Nga chế tạo và hoạt động từ năm 1995, và hệ thống
GALILEO mang tên nhà thiên văn học GALILEO do Liên minh châu Âu (EU)
chế tạo và dự kiến được đưa vào sử dụng trong năm 2010. Nguyên lý hoạt
động chung của ba hệ thống GPS, GLONASS và GALILEO cơ bản là giống
nhau. Ngoài ba hệ thống GNSS trên còn có các hệ thống khác như COMPASS
(Trung Quốc), IRNSS (Ấn Độ) và QZSS (Nhật Bản).
1.1.1. Các hệ thống định vị vệ tinh toàn cầu
Hệ thống định vị toàn cầu trước đây gồm có TRANSIT (Mỹ) và TSICADA
(Liên Xô cũ). Tuy nhiên cả hai hệ thống này hiện nay không còn hoạt động.


4

Hiện nay trên thế giới có ba hệ thống vệ tinh dẫn đường toàn cầu: đó là
GPS (Mỹ), GLONASS (Nga) và GALILEO (liên minh Châu Âu). Trong đó
GPS và GLONASS đang hoạt động, GALILEO đang hoàn thiện (đã thu được
tín hiệu thử nghiệm). Cả ba hệ thống định vị toàn cầu ngày nay được gọi tên
chung là Hệ thống vệ tinh dẫn đường toàn cầu (GNSS - Global Navigation
Satellite System).

Ngoài ba hệ thống định vị vệ tinh dẫn đường toàn cầu trên còn có các
hệ thống khu vực như COMPASS (Trung Quốc), IRNSS (Ấn Độ) và QZSS
(Nhật Bản). Sau đây là một số khái lược về các hệ thống này.
a. Hệ thống GPS
Đây là hệ thống định vị của Mỹ, sử dụng hệ toạ độ WGS-84. Hệ thống
này có tên gọi đúng là NAVSTAR GPS (Navigation Satelite Timing and
Ranging Global Positioning System). Hệ thống này có mục đích thiết kế ban
đầu dành cho quân sự. Từ năm 1980 chính phủ Mỹ cho phép sử dụng trong
dân sự nhưng với giới hạn độ chính xác định vị bằng cách gây nhiễu cố ý
(SA). Từ tháng 5/2000, Mỹ đã chính thức bỏ nhiễu cố ý SA.
Các vệ tinh đầu tiên của hệ thống này được phóng lên quỹ đạo vào
tháng 2 năm 1978. Toàn bộ hệ thống được vào hoạt động hoàn chỉnh từ tháng
5 năm 1994.
b. Hệ thống GLONASS
Đây là hệ thống định vị của Nga, sử dụng hệ toạ độ PZ-90. Hệ thống
GLONASS được Liên Xô cũ nghiên cứu thiết kế từ năm 1976. Vệ tinh đầu
tiên của GLONASS được Liên Xô đưa lên quỹ đạo ngày 12 tháng 10 năm
1982, vào ngày 24 tháng 9 năm 1993 hệ thống chính thức được đưa vào sử
dụng. Hiện tại Nga có 26 vệ tinh trong hệ thống định vị toàn cầu, 18 vệ tinh
trong số đó bao quát toàn bộ lãnh thổ nước Nga. Tương tự như GPS, hệ thống
này có mục đích thiết kế ban đầu dành cho quân sự. Từ năm 2001, chính phủ
Nga đã cho phép khối dân sự được phép phần điều khiển và phần sử dụng.


5

c. Hệ thống GALILEO
Cả hai hệ thống GPS và GLONASS được sử dụng chính cho mục đích
quân sự. Trong trường hợp chiến tranh xảy ra, tín hiệu dành cho dân sự có thể
bị cắt hoặc gây nhiễu. Do vậy Liên minh Âu Châu (EU) đã thiết kế và điều

hành một hệ thống định vị vệ tinh mới mang tên GALILEO với mục đích
dành cho dân sự và có phân quyền khai thác cho người sử dụng. Cũng giống
như GPS, các dịch vụ cơ bản của hệ thống GALILEO sẽ được cung cấp miễn
phí cho tất cả mọi người. Tuy nhiên, nếu người sử dụng cần độ chính xác cao
với các dịch vụ chất lượng hơn nữa hoặc sử dụng cho mục đích quân sự, họ sẽ
phải trả tiền.
Việc nghiên cứu dự án hệ thống GALILEO được bắt đầu triển khai
thực hiện từ năm 1999 do 4 quốc gia Châu Âu Pháp, Đức, Italia và Anh.
Chương trình GALILEO được triển khai vào năm 2003, theo dự kiến sẽ hoàn
thành và đưa vào sử dụng trong năm 2008. Tuy nhiên hệ thống đã không được
hoàn thành đúng kế hoạch đề ra ban đầu. Ngày 30 tháng 11 năm 2007, 27 bộ
trưởng bộ giao thông vận tải các nước thành viên của EU đã đi đến một thoả
thuận sẽ đưa vào vận hành hệ thống trước năm 2013. Tuy nhiên vì một số l do
khách quan, cho đến nay hệ thống này vẫn chưa hoàn thiện.
d. Hệ thống COMPASS (Còn gọi là hệ thống Bắc Đẩu)
Compass là hệ thống định vị của Trung Quốc. Hệ thống này được phát
triển theo ba bước:
- Xây dựng hệ thống thực nghiệm ban đầu gồm ba vệ tinh để để xác định
tính khả thi.
- Thứ hai, xây dựng hệ thống Compass phủ sóng toàn Trung Quốc trước
năm 2012.
- Thứ ba, lắp đặt hệ thống với phạm vi toàn cầu vào năm 2020.
Hệ thống Compass của Trung Quốc tuy muộn hơn hai mươi năm nhưng về
mặt kỹ thuật cũng không kém nhiều lắm và thậm chí còn có ưu thế riêng.


6

e. Hệ thống IRNSS của Ấn Độ
Dự án IRNSS được chính phủ Ấn Độ thông qua từ năm 2006 với mục

tiêu triển khai hệ thống vệ tinh định vị dẫn đường cho khu vực Ấn Độ và một
số nước lân cận.

Hình 1.1. Vùng dịch vụ của dự án IRNSS
g. Hệ thống QZSS của Nhật
Quasi-Zenith Satellite System (QZSS) là hệ thống định vị, dẫn đường,
đo thời gian bằng vệ tinh do Nhật Bản nghiên cứu phát triển. Hệ thống này
bao phủ Đông Á và Châu Đại Dương. Tuy nhiên, đây không phải là một hệ
thống hoạt động độc lập mà được sử dụng kết hợp với hệ thống định vị toàn
cầu GPS của Mỹ hoặc các hệ thống khác, nhằm nâng cao độ chính xác của dữ
liệu định vị thu từ vệ tinh.
Hệ thống QZSS còn phát tín hiệu bổ trợ để nâng cao độ chính xác của
dữ liệu định vị. Với hệ thống QZSS mới này, về mặt lý thuyết sai số của tín
hiệu định vị thu được sẽ giảm xuống còn 1cm, bằng khoảng 1/1000 so với hệ
thống GPS dân sự hiện nay, và ngay cả khi ngồi trong nhà cũng có thể thu
được tín hiệu với độ chính xác cao.


7

Hình 1.2. Minh họa hiệu quả của hệ thống QZSS
1.1.2. Cấu trúc chung của một hệ thống GNSS
Cấu trúc chung của hệ thống định vị vệ tinh dẫn đường toàn cầu (GNSS)
gồm ba thành phần:
- Phần không
gian:
tất cả
các vệ tinh
quay
Hình

2.1.Bao
Cácgồm
vệ tinh
TRANSIT
trên
quỹquanh
đạo trái đất trên quỹ
đạo theo quỹ đạo xác định.
- Phần điều khiển: Bao gồm các trạm trên mặt đất có chức năng giám sát
vệ tinh
trên quỹ
đạo
tình trạng hoạtHình
động2.1.
của Các
vệ tinh:
theoTRANSIT
dõi, điều khiển,
tính
toán lịch vệ tinh và
nạp dữ liệu lên vệ tinh.
- Phần sử dụng: Bao gồm tất cả các máy thu, cách dịch vụ ứng dụng kết
quả thu tín hiệu của hệ GNSS trong đời sống.
1.1.3. Các hệ thống tăng cường
Để nâng cao hiệu quả về kinh tế và độ chính xác công tác định vị, trên
thế giới đã thiết lập hệ thống hỗ trợ (hay hệ thống tăng cường). Hệ thống tăng
cường cùng với cấu trúc cũ ( gồm ba phần: phần không gian, phần điều khiển
và phần sử dụng) cấu thành một hệ thống hoạt động hoàn hảo. Hệ thống tăng

8

cường đã mở rộng các khả năng của GNSS trên các lĩnh vực như tăng độ
chính xác và độ tin cậy định vị, đảm bảo khả năng sẵn sàng đáp ứng các ứng
dụng khai thác, tích hợp và kinh tế.
Với sự xuất hiện của hệ thống tăng cường, hệ định vị theo quan niệm
cũ được chia làm hai thành phần là hệ thống cơ sở (gồm đoạn không gian,
đoạn điều khiển) và người sử dụng. Hệ thống tăng cường được hiểu là tất cả
các cơ sở hạ tầng được thiết lập ngoài hệ thống cơ sở, là cầu nối giữa hệ thống
cơ sở và đoạn sử dụng nhằm khai thác triệt để các khả năng, các thế mạnh của
công nghệ GNSS.
Tóm lại, hệ thống tăng cường cung cấp các tham số, các trị đo và trị
hiệu chỉnh cho người sử dụng xử lý số liệu để đạt được độ chính xác cần thiết
và hiệu quả về mặt kinh tế. Theo phương thức truyền dữ liệu tới người sử
dụng, hệ thống tăng cường được chia làm hai loại là hệ thống tăng cường mặt
đất (GBAS) và hệ thống tăng cường không gian (SBAS).
Hệ thống tăng cường trên mặt đất (Ground Based Augmentation System
GBAS) là hệ thống cơ sở hạ tầng, dữ liệu số liệu hỗ trợ nhằm mở rộng khả
năng cho hệ cơ sở. Lưới thụ động được thiết lập bằng phương pháp cổ điển có
thể coi là giai đoạn đầu của GBAS, hỗ trợ việc tích hợp thành quả đo GNSS
vào hệ tọa độ đang sử dụng. Theo thời gian, GBAS phát triển theo hướng các
luới điểm đo liên tục mang tính khu vực hoặc trong phạm vi quốc gia.
Hệ thống tăng cường vệ tinh (Sattelite Based Augmentation System
SBAS) là hệ thống lưới giám sát và trung tâm điều khiển (phần lớn là độc lập
với hệ thống cơ sở) mô hình hóa các nguồn sai số chủ yếu, từ đó gửi số liệu
hiệu chỉnh lên vệ tinh địa tĩnh. Vệ tinh này có nhiệm vụ truyền các số liệu
hiệu chỉnh cho các máy thu trên khu vực xác định ở mặt đất. Có ba hệ thống
“đa vùng” dạng này như sau: hệ thống WAAS của Mỹ, hệ thống MSBAS của
Nhật, hệ thống EGNOS của châu Âu.

9

Hình 1.3. Nguyên lý hoạt động của hệ thống tăng cường mặt đất
Nguyên lý cơ bản của hệ thống tăng cường là trên vùng lãnh thổ thiết
lập lưới các trạm đo liên tục. Số liệu đo của các trạm được truyền về trung
trung tâm xử lý. Trung tâm xử lý sẽ xác định các dữ liệu hiệu chỉnh cung cấp
cho các máy thu xử lý số liệu đo theo thời gian thực.
1.1.4. Nguyên lý hoạt động của hệ thống GNSS
Trong định vị bằng công nghệ GNSS, các vệ tinh đóng vai trò là các
mốc khống chế di động. Bài toán định vị được giải quyết trên cơ sở giao hội
nghịch khoảng cách trong không gian từ điểm cần xác định tọa độ (vị trí đặt
máy thu) đến các vệ tinh (các mốc khống chế đã biết toạ độ). Nói cách khác,
toạ độ vệ tinh là các số liệu gốc để từ đó xác định được vị trí các điểm quan
sát thông qua các trị đo từ điểm quan sát đến các vệ tinh.
Dựa trên cách tiếp cận này, trong công nghệ GNSS có hai nguyên lý
định vị cơ bản:


10

a. Nguyên lý định vị tuyệt đối
Định vị tuyệt đối là xác định vị trí tuyệt đối của điểm quan sát trong hệ
toạ độ Trái đất. Để thực hiện được điều này, máy thu sẽ được đặt tại điểm cần
xác định toạ độ (điểm M), tiến hành thu tín hiệu của vệ tinh S để xác định
được khoảng cách từ vệ tinh đến máy thu (ρ).
Theo thiết kế của các hệ thống định vị vệ tinh, vệ tinh đóng vai trò là
các mốc khống chế di động, vì vậy toạ độ vệ tinh tại một thời điểm bất kỳ
luôn được xác định. Xét trong hệ toạ độ vuông góc không gian địa tâm với
tâm O của trái đất là gốc toạ độ, nếu biết toạ độ của vệ tinh tại thời điểm quan

sát thì có thể xác định được véc tơ r. Xét (hình1.4) theo nguyên tắc cộng véc
tơ, ta có thể xác định được véc tơ R theo công thức:
𝑅̅ = 𝑟̅ − 𝜌̅

(1.2.1)

Toạ độ của véc tơ R cũng chính là toạ độ cần tìm của điểm M (điểm
quan sát) vì điểm O là gốc toạ độ.
S
S

𝜌

𝑟

M

𝜌1

M1

𝑟

∆𝑅

11

𝜌2

𝑅1

𝑅
O
Hình 1.4. Định vị tuyệt đối

O

𝑅2

M2

Hình 1.5. Định vị tương đối

b. Nguyên lý định vị tương đối
Định vị tương đối là xác định vị trí tương đối (xác định hiệu toạ độ) giữa
hai điểm. Giả sử cần xác định vị trí tương hỗ giữa M1 và M2, cần đặt hai máy
thu GPS tại M1 và M2, đồng thời thu tín hiệu đến vệ tinh chung S (hình 1.5).


11

Kết quả thu tín hiệu sẽ cho phép xác định được véc tơ 𝜌
̅̅̅1 và 𝜌
̅̅̅2 . Vị trí
tương đối giữa hai điểm chính là véc tơ ∆𝑅̅ và được xác định theo phương trình:
∆𝑅̅ = 𝜌
̅̅̅1 − 𝜌
̅̅̅2

(1.2.2)

Như vậy điều khác biệt cơ bản so với định vị tuyệt đối là: Định vị tương
đối không cần phải biết toạ độ vệ tinh, các vệ tinh chỉ đóng vai trò là mục tiêu
di động. Tuy nhiên trong thực tế, khi xây dựng lưới khống chế trắc địa (được
đo theo nguyên lý định vị tương đối) thì các vệ tinh vẫn cần có toạ độ để:
- Xác định toạ độ gần đúng các điểm khống chế (bằng nguyên lý định vị
tuyệt đối).
- Xác định toạ độ chính xác (toạ độ sau bình sai cho các điểm) trên cơ sở
các hiệu toạ độ sau bình sai giữa các điểm.
Mặc dù trong nguyên lý định vị không cần xét đến toạ độ vệ tinh, việc
xác định vị trí tương đối được xác định trên cơ sở mối quan hệ hình học giữa
véc tơ ∆𝑅̅ cần xác định và hai véc tơ đo được. Tuy nhiên trong thực tế, để giải
được chính xác vị trí tương đối giữa hai máy thu cần phải có toạ độ chính xác
của vệ tinh.
Nguyên lý định vị tương đối cho độ chính xác cao hơn định vị tuyệt đối
vì đã loại trừ hoặc làm giảm đáng kể các sai số toạ độ vệ tinh, sai số đồng hồ,
sai số do ảnh hưởng của môi trường lan truyền tín hiệu,… trong kết quả đo.
1.1.5. Các ứng dụng của hệ thống GNSS
a. Ứng dụng của GNSS trong xây dựng lưới khống chế
Về phương diện xây dựng lưới khống chế trắc địa mặt bằng, công nghệ
GNSS đã trở đóng vai trò chủ yếu vì có thể khắc phục được các nhược điểm
sau đây của phương pháp truyền thống:
- Các điểm liền kề nhau tạo thành đồ hình cơ bản phải trực tiếp hoặc sau
khi xây dựng tiêu phải trông thấy nhau (phải thông hướng).
- Do ảnh hưởng của độ cong Trái đất và chiết quang nên chiều dài cạnh
bị hạn chế. Hơn nữa cạnh càng dài, tiêu phải càng cao, gây khó khăn tốn kém


12

về kinh tế. Chính vì vậy lưới tam giác hạng I thì chiều dài cạnh trung bình chỉ
là 25km.
- Rất khó khăn khi sử dụng các phương pháp này để liên kết toạ độ trên
đất liền và hải đảo.
- Khó khăn khi thực hiện công tác đo nối lưới quốc gia với hệ thống toạ
độ khu vực và quốc tế để giải quyết các bài toán chung trên toàn cầu.
- Khối lượng công tác đo đạc lớn, cần nhiều nhân lực và bị phụ thuộc
nhiều vào điều kiện thời tiết.
b. Ứng dụng của GNSS trong thành lập bản đồ, mặt cắt địa hình
Công tác đo chi tiết bản đồ địa hình và địa chính có thể được thực hiện
bằng phương pháp đo động theo công nghệ GNSS theo hai phương án :
- Đo động xử lý sau: Máy đặt tại trạm tĩnh không cần có bộ phát tín
hiệu radio Link và máy đặt tại trạm động không cần có bộ thu tín hiệu
radio Link.
- Đo động xử lý tức thời: Máy đặt tại trạm tĩnh cần có bộ phát tín hiệu
radio Link và máy đặt tại trạm động cần có bộ thu tín hiệu radio Link.
Khoảng cách từ trạm tĩnh đến trạm động được giới hạn trong khoảng
10km, lớn hơn nhiều so với khoảng cách từ máy đến gương trong phương
pháp sử dụng máy toàn đạc điện tử. Vì vậy giảm thiểu được khá nhiều công
tác thành lập lưới khống chế đo vẽ. Tuy nhiên nhược điểm của phương pháp
này là không đo được ở vùng chật hẹp, bị che chắn tín hiệu hoặc vùng nhiễu
của các trạm phát sóng.
c. Ứng dụng của GNSS để chuyển thiết kế ra thực địa
Dựa vào bản thiết kế sẽ xác định được toạ độ của các điểm cần chuyển.
Công nghệ GNSS sẽ đưa các điểm này ra thực địa theo đúng vị trí (toạ độ) đã
được thiết kế bằng cách: Sử dụng phương pháp đo GPS động, chuyển dịch
trạm động đến vị trị có toạ độ đúng bằng toạ độ đã thiết kế.


13

Nếu trường hợp yêu cầu cao vệ độ chính xác thì sau khi xác định được
các điểm, tiến hành xác định lại toạ độ các điểm đó bằng phương pháp đo tĩnh.
So sánh toạ độ đo được với toạ độ thiết kế để tiến hành hoàn nguyên điểm.
Ngoài ra còn có thể sử dụng GPS để kiểm tra độ thẳng đứng của công
trình dựa trên nguyên tắc xác định toạ độ các điểm trên đỉnh của công trình và
so sánh với toạ độ thiết kế của các điểm đó.
d. Ứng dụng của GNSS trong đo cao
Độ cao chuẩn của điểm đang xét có thể được xác định, nếu biết độ cao
trắc địa và dị thường độ cao của nó. Dị thường độ cao () có thể được xác
định từ mô hình trọng trường toàn cầu (phiên bản mới nhất là mô hình
EGM2008) hoặc mô hình geoid cục bộ. Với độ cao trắc địa (H) được xác định
từ kết quả đo GNSS, độ cao chuẩn (hγ) có thể xác định theo công thức sau:
hγ = H - 

(1.2.3)

Với các dữ liệu hiện có, phương pháp đo cao GNSS có thể xác định độ
cao chuẩn tương đương với thủy chuẩn kỹ thuật trong phạm vi cả nước và
tương đương với đo thủy chuẩn hạng IV khu vực đồng bằng, trung du. Nếu áp
dụng quy trình đo và xử lý chặt chẽ, độ chính xác của đo cao GNSS có thể đạt
độ chính xác tương đương thuỷ chuẩn hạng III.
g. Ứng dụng GNSS trong quan trắc địa động
Công nghệ GNSS có vai trò quan trọng nghiên cứu địa động (chuyển
dịch vỏ trái đất) và chuyển dịch của các công trình nhân tạo như hạ tầng như
đập thủy điện, cầu, nhà hay tháp cao. Máy thu GNSS đặt tại các điểm cần
quan trắc để thu tín hiệu liên tục hay theo các chu kỳ sẽ cho phép xác định
được lượng chuyển dịch và vận tốc chuyển dịch trên có sở so sánh kết quả xác
định toạ độ tại các thời điểm khác nhau.
Hướng đến mục tiêu quan trắc địa động, mạng lưới IGS gồm trên 500

trạm được đặt cố định máy thu GNSS đa tần và liên tục thu tín hiệu với tần