Ứng dụng công nghệ GPS xây dựng lưới địa chính thành phố Cao Bằng, tỉnh Cao Bằng (Luận văn thạc sĩ)

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM

LƯU VĂN THỦY

ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GPS XÂY DỰNG
LƯỚI ĐỊA CHÍNH THÀNH PHỐ CAO BẰNG,
TỈNH CAO BẰNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ QUẢN LÝ ĐẤT ĐAI

THÁI NGUYÊN - 2017


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM

LƯU VĂN THỦY

ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GPS XÂY DỰNG
LƯỚI ĐỊA CHÍNH THÀNH PHỐ CAO BẰNG,
TỈNH CAO BẰNG
Ngành: Quản lý đất đai
Mã ngành: 60.85.01.03

LUẬN VĂN THẠC SĨ QUẢN LÝ ĐẤT ĐAI

Người hướng dẫn khoa học: TS. Nguyễn Thế Huấn

THÁI NGUYÊN - 2017

i

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là
trung thực và chưa được sử dụng để bảo vệ một học vị nào. Nội dung đề tài
này là những kết quả nghiên cứu, những ý tưởng khoa học được tổng hợp
từcác công trình nghiên cứu, quá trình công tác thực nghiệm, các công trình
sản xuất do tôi trực tiếp tham gia thực hiện.
Tôi xin cam đoan, các thông tin trích dẫn trong luận văn đều đã được chỉ
rõ nguồn gốc.
Tác giả luận văn

Lưu Văn Thủy


ii

LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành được đề tài, tôi đã nhận được sự giúp đỡ nhiệt tình và
những đóng góp ý kiến quý báu của các đơn vị, các nhân đã tạo điều kiện cho
tôi hoàn thành luận văn này.
Trước hết, tôi xin cám ơn Ban giám hiệu Trường Đại học Nông Lâm
Thái Nguyên, Phòng Đào tạo, Khoa Quản lý tài nguyên, cùng các thầy cô
giáo đã giảng dạy, truyền đạt kiến thức cho tôi trong suốt thời gian tôi tham
gia khóa học của Trường.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS. Nguyễn Thế Huấn đã hết
lòng quan tâm, trực tiếp hướng dẫn tôi trong quá trình thực hiện đề tài.
Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình, bạn bè và đồng
nghiệp đã tạo điều kiện giúp đỡ, động viên và đóng góp ý kiến cho tôi trong

suốt quá trình học tập và hoàn thành đề tài.
Học viên

Lưu Văn Thủy


iii

MỤC LUC
LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................. i
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................... ii
MỤC LUC ........................................................................................................ iii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ................................................................. vi
DANH MỤC CÁC BẢNG.............................................................................. vii
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH .................................................................... viii
MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1
1. Tính cấp thiết của đề tài ............................................................................ 1
2. Mục tiêu của đề tài .................................................................................... 2
3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài .................................................. 3
Chương 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU ............................................................ 4
1.1. Khái quát chung về lưới khống chế trắc địa .......................................... 4
1.1.1. Khái niệm về lưới khống chế trắc địa .............................................. 4
1.1.2. Vai trò của lưới trắc địa mặt bằng Nhà nước................................... 4
1.1.3. Các phương pháp xây dựng lưới trắc địa mặt bằng ......................... 4
1.1.4. Đặc điểm lưới trắc địa cơ sở của Việt Nam..................................... 5
1.2. Tổng quan về hệ thống định vị toàn cầu GPS ........................................ 7
1.2.1. Khái quát về hệ thống định vị toàn cầu ........................................... 7
1.2.2. Cơ sở khoa học ứng dụng công nghệ GPS thành lập lưới khống
chế trắc địa ............................................................................................... 16
1.2.3. Lịch sử phát triển của công nghệ GPS và ứng dụng công nghệ

GPS trong xây dựng lưới khống chế chắc địa mặt bằng ......................... 17
1.3. Những vấn đề đặt ra trong nghiên cứu ứng dụng công nghệ GPS
trong thành lập lưới địa chính ở thành phố Cao Bằng. ............................... 20
Chương 2: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................ 22
2.1. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu ........................................................... 22


iv

2.2. Nội dung nghiên cứu ............................................................................ 22
2.2.1. Vị trí, điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội ........................................ 22
2.2.2. Đánh giá tình hình sử dụng đất và tư liệu trắc địa, bản đồ khu
vực nghiên cứu ......................................................................................... 22
2.2.3. Thiết kế, xây dựng mốc, đo đạc, tính toán bình sai và đánh giá
độ chính xác lưới địa chính thành phố Cao Bằng bằng công nghệ GPS . 22
2.2.4. Đánh giá ưu điểm, hạn chế và khả năng ứng dụng của công nghệ
GPS trong việc xây dựng lưới địa chính trên địa bàn tỉnh Cao Bằng ........... 23
2.3. Phương pháp nghiên cứu và xử lý số liệu ............................................ 23
2.3.1. Quy trình kỹ thuật xây dựng lưới địa chính bằng công nghệ GPS....... 23
2.3.2. Phương pháp điều tra thu thập số liệu ........................................... 24
2.3.3. Phương pháp đo GPS tĩnh.............................................................. 24
2.3.4. Phương pháp xử lý và phân tích số liệu: ....................................... 26
2.3.5. Phương pháp đánh giá khả năng ứng dụng của công nghệ GPS ... 26
2.3.6. Phương pháp chuyên gia ................................................................ 27
Chương 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ........................................................ 28
3.1. Vị trí, điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội .............................................. 28
3.1.1. Vị trí địa lý ..................................................................................... 28
3.1.2. Đặc điểm tự nhiên .......................................................................... 28
3.1.3. Điều kiện kinh tế, xã hội ................................................................ 29
3.2. Đánh giá tình hình sử dụng đất và tư liệu trắc địa, bản đồ khu vực

nghiên cứu ................................................................................................... 30
3.2.1. Tình hình sử dụng đất trên địa bàn thành phố Cao Bằng .............. 30
3.2.2. Hệ thống các điểm tọa độ cấp Nhà nước, địa chính cấp I, II ........ 34
3.2.3. Các tư liệu bản đồ hiện có ............................................................. 34
3.3. Ứng dụng công nghệ GPS xây dựng lưới địa chính thành phố Cao Bằng ..... 37
3.3.1. Các văn bản pháp quy .................................................................... 37
3.3.2. Yêu cầu về kỹ thuật xây dựng lưới địa chính bằng công nghệ GPS ........ 37


v

3.3.3. Thiết kế lưới GPS cho khu đo thành phố Cao Bằng ..................... 41
3.3.4. Chọn điểm, đúc mốc, chôn mốc và xây tường vây ....................... 43
3.3.5. Đo đạc, tính toán, bình sai lưới GPS ............................................. 46
3.4. Những ưu điểm và hạn chế trong công tác xây dựng lưới địa chính
bằng công nghệ GPS khu đo thành phố Cao Bằng ..................................... 83
3.5. Khả năng ứng dụng công nghệ GPS xây dựng lưới địa chính trên
địa bàn tỉnh Cao Bằng ................................................................................. 88
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ........................................................................... 89
1. Kết luận ................................................................................................... 89
2. Đề nghị .................................................................................................... 90
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 91


vi

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

BĐĐC:

Bản đồ địa chính

DOP:

Dilution of Precision
Hệ số phân tản độ chính xác

GPS:

Globa Positionning System
Hệ thống định vị toàn cầu

GDOP:

Geometric Dilution of Precision
Hệ số phân tản độ chính xác hình học

HDOP:

Horizon Dilution of Precision
Độ mất mất chính xác theo phương ngang

PDOP:

Position Dilution of Precision
Hệ số phân tản độ chính xác vị trí điểm

Ratio:

Tỉ số phương sai

Rms:

Sai số chiều dài cạnh

RINEX:

Receiver INdependent EXchange format
Chuẩn dữ liệu trị đo GNSS

UTM:

Universal Transverse Mercator
Lưới chiếu hình trụ ngang đồng góc

VDOP:

Vertiacal Dilution of Precision
Độ mất chính xác theo phương dọc

VN-2000:

Hệ quy chiếu và hệ tọa độ quốc gia của ViệtNam

X, Y, h:

Tọa độ X, Y, Độ cao thủy chuẩn tạm thời

Mx, My, Mh:

Sai số theo phương x, y, h

Mp:

Sai số vị trí điểm


vii

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1. Thời gian đo hợp lý với điều kiện khi hậu bình thường . ............... 25
Bảng 3.1. Diện tích, cơ cấu các loại đất chính của Thành phố ....................... 32
Bảng 3.2 . Thống kê các loại bản đồ địa chính ............................................... 35
Bảng 3.3. Tọa độ, độ cao các điểm khởi tính.................................................. 42
Bảng 3.4. Thống kê các cặp điểm thông hướng .............................................. 42
Bảng 3.5. Bố trí các ca đo trong mạng lưới GPS thành phố Cao Bằng .......... 51
Bảng 3.6. Đánh giá chất lượng lưới địa chính so với các tiêu chuẩn kỹ thuật......... 83
Bảng 3.7. Tổng hợp kết quả điều tra khi so sánh 02 phương pháp thành
lập lưới bằng công nghệ GPS và phương pháp truyền thống. ......... 84
Bảng 3.8. So sánh hạng mục công việc và một số yếu tố khác giữa hai
phương pháp thành lập lưới địa chính ............................................. 84


viii

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
Hình 1.1. Cấu trúc của hệ thống định vị toàn cầu ..................................................8
Hình 1.2. Sơ đồ đồ chêm điểmgiữa hai và ba điểm gốc ......................................17
Hình 2.1. Quy trình kỹ thuật xây dựng lưới địa chính bằng công nghệ GPS.............23
Hình 3.2. Quy cách mốc, tường vây điểm địa chính............................................45

Hình 3.3. Sơ đồ đo thực nghiệm lưới địa chính thành phố Cao Bằng .................46
Hình 3.4. Cửa sổ chính của phần mềm GPSurvey ...............................................47
Hình 3.5. Bảng chọn thời gian lập lịch đo ...........................................................47
Hình 3.6. Chọn địa điểm xác định theo tọa độ sơ bộ của khu đo ........................48
Hình 3.7. Chọn các thông số cho trạm đo GPS....................................................48
Hình 3.8. Chọn múi giờ đo ...................................................................................49
Hình 3.9. Chọn loại lịch sử dụng .........................................................................49
Hình 3.10. Sơ đồ tín hiệu vệ tinh và giá trị PDOP ...............................................50
Hình 3.11. Máy định vị vệ tinh 1 tần số Hi-Target V30X ...................................52
Hình 3.12. Tạo tên công việc ...............................................................................54
Hình 3.13. Cài đặt các thông số ...........................................................................54
Hình 3.14. Chọn dạng dữ liệu đầu vào.................................................................55
Hình 3.15. Nhập số liệu đầu vào ..........................................................................56
Hình 3.16. Đồ hình lưới đo ..................................................................................56
Hình 3.17. biên tập số liệu ...................................................................................57
Hình 3.18. Cài đặt các thông số cho điểm đo ......................................................57
Hình 3.19. Tạo Project làm việc...........................................................................58
Hình 3.20. Bảng Coordinate System Settings ......................................................59
Hình 3.21. Cửa sổ nhập dữ liệu ............................................................................60
Hình 3.22. Cửa sổ load các điểm đo ....................................................................60
Hình 3.23. Cài đặt các module của Gpsurvey ......................................................61
Hình 3.24. Cửa sổ làm việc của Gpsurvey ...........................................................61
Hình 3.25. Cửa sổ cài đặt các thông số ................................................................62


ix
Hình 3.26. Cửa sổ tạo Project ..............................................................................62
Hình 3.27. Cửa sổ load dữ liệu.............................................................................63
Hình 3.28. Cửa sổ load dữ liệu.............................................................................63
Hình 3.29. Cài đặt các thông số tính toán bình sai...............................................64

Hình 3.30. Quá trình Load dữ liệu .......................................................................65
Hình 3.31. Quá trình Load dữ liệu .......................................................................65
Hình 3.32. Quá trình Load dữ liệu .......................................................................65
Hình 3.33. Quá trình Load dữ liệu .......................................................................66
Hình 3.34. Quá trình Load dữ liệu .......................................................................66
Hình 3.35. Quá trình Load dữ liệu .......................................................................67
Hình 3.36. Load dữ liệu tính sơ bộ cạnh ..............................................................68
Hình 3.37. Cửa sổ giao diện Wave ......................................................................68
Hình 3.38. Cửa sổ cài đặt các thông số ban đầu ..................................................68
Hình 3.39. Các vệ tinh đã thu tín hiệu trong ca đo ..............................................69
Hình 3.40. Bảng điều khiển chủ định...................................................................70
Hình 3.41. Cài đặt thông số trong Quality ...........................................................70
Hình 3.42. Bỏ cài đặt hiệu chỉnh độ ẩm ...............................................................71
Hình 3.43. Giao diện chọn các cạnh cần tính.......................................................72
Hình 3.44. Chọn cạnh cần tính .............................................................................72
Hình 3.45.Cài đặt điểm cần tính cạnh ..................................................................72
Hình 3.46. Quá trình tính cạnh .............................................................................73
Hình 3.47. Lựa chọn các kết quả cần xem ...........................................................73
Hình 3.48. Tóm lược thông tin trạm đo ...............................................................74
Hình 3.49. Kiểm tra đồ hình lưới .........................................................................75
Hình 3.50. Modules bình sai lưới .........................................................................76
Hình 3.51. Cửa sổ làm việc DPSurvey 2.8 ..........................................................80
Hình 3.52. Biên tập kết quả bình sai ....................................................................81


1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Trong giai đoạn hiện nay, Việt Nam cùng với sự phát triển của nền công

nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước và hội nhập quốc tế. Song song với quá trình
này là sự cải tiến thay đổi về mặt công nghệ, các tiến bộ khoa học kỹ thuật tiên
tiến hiện đại, các dự án nghiên cứu ứng dụng của công nghệ mới được đẩy mạnh,
chính vì vậy sự ra đời của hệ thống định vị toàn cầu GPS (Global Positioning
System) đã mang lại một diện mạo mới cho các lĩnh vực ứng dụng công nghệ GPS
nói chung và ngành trắc địa nói riêng. Từ những năm 80, khi mà hệ thống định vị
toàn cầu GPS được phía Mỹ cho phép khai thác trong lĩnh vực dân sự thì các ứng
dụng của nó trong trắc địa có những ưu điểm hơn hẳn với công nghệ đo đạc truyền
thống. Đó là khả năng đo nhanh, độ chính xác cao và đo trong mọi điều kiện thời
tiết, bất kỳ thời điểm trên phạm vi toàn cầu. Sau Mỹ, Nga, Liên minh Châu Âu,
Trung Quốc và Ấn Độ cũng đã xây dựng hệ thống định vị toàn cầu với nguyên lý
hoạt động tương tự hệ thống GPS.
GPS được đưa vào nước ta sử dụng từ năm 1990 và chủ yếu phục vụ xây
dựng các mạng lưới quốc gia và các lưới cạnh dài phục vụ đo vẽ bản đồ, hoặc đo
nối toạ độ từ đất liền đến các đảo xa. Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ
thuật, các hãng sản xuất máy thu GPS cũng cho ra đời các máy thu thế hệ mới
ngày càng gọn nhẹ, hoàn thiện hơn về tính năng sử dụng. Với khả năng này máy
sẽ cho kết quả đo nhanh, độ chính xác cao đối với cạnh đáy dài. Nó có thể phục vụ
cho rất nhiều mục đích khác nhau, cho nhiều ngành như: trắc địa, thuỷ văn, xây
dựng, an ninh - quốc phòng…
Hiện nay ở nước ta việc xây dựng lưới địa chính theo công nghệ GPS đang
dần thay thế các phương pháp truyền thống chi phí rất tốn kém và rất khó khăn
trong việc thực hiện. Do đó công nghệ GPS đóng vai trò rất quan trọng trong việc


2

xây dựng lưới khống chế cũng như các dạng lưới khác phục vụ từ khảo sát thiết kế
đến thi công các công trình.
Thành phố Cao Bằng là trung tâm chính trị, kinh tế, văn hóa, xã hội của tỉnh

Cao Bằng, với tổng diện tích tự nhiên 10.762 ha, bao gồm 11 đơn vị hành chính
xã, phường. Trong những năm qua được sự quan tâm của UBND tỉnh và các
nghành, các cấp bộ mặt đô thị của Thành phố có nhiều thay đổi, khu Trung tâm
hành chính tỉnh, các khu đô thị thực hiện theo quy hoạch, các công trình phục vụ
mục đích kinh tế, văn hóa, xã hội và an ninh - quốc phòng được đầu tư xây dựng
góp phần tạo nên một diện mạo mới cho Thành phố. Tuy nhiên sự phát triển đó đã
kéo theo sự biến động lớn về đất đai trên địa bàn thành phố. Hệ thống bản đồ địa
chính của thành phố đo vẽ năm 1995-1996 theo công nghệ cũ, đã biến động lớn
không còn phù hợp với hiện trạng sử dụng đất hiện nay, không đáp ứng được yêu
cầu quản lý đô thị thành phố Cao Bằng. Vì vậy, việc xây dựng hệ thống lưới địa
chính có độ chính xác nhằm mục đích thành lập mới bản đồ địa chính cho toàn
thành phố Cao Bằng là một yêu cầu bức thiết được đặt ra.
Xuất phát từ yêu cầu thực tế và khả năng ứng dụng của các máy thu GPS,
được sự hướng dẫn của TS. Nguyễn Thế Huấn, chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu
đề tài: “Ứng dụng công nghệ GPS xây dựng lưới địa chính thành phố Cao
Bằng, tỉnh Cao Bằng”.
2. Mục tiêu của đề tài
2.1. Mục tiêu tổng quát
Xây dựng lưới địa chính bằng công nghệ GPS phục vụ cho công tác thành lập
bản đồ địa chính của thành phố Cao Bằng, tỉnh Cao Bằng.
2.2. Mục tiêu cụ thể
Đánh giá tài liệu, tư liệu trắc địa bản đồ tại khu vực cần thành lập lưới địa chính.
Thiết kế, xây dựng lưới địa chính thành phố Cao Bằng bằng công nghệ GPS.
Trên cơ sở kết quả nghiên cứu đánh giá ưu điểm, hạn chế và khả năng ứng dụng
của công nghệ GPS trong việc xây dựng lưới địa chính trên địa bàn tỉnh Cao Bằng


3

3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Ý nghĩa khoa học: Sử dụng công nghệ GPS xây dựng lưới địa chính thành
phố Cao Bằng, qua đó đánh giá khả năng ứng dụng của công nghệ GPS trong
công tác xây dựng lưới địa chính trên địa bàn tỉnh Cao Bằng.
Ý nghĩa thực tiễn:
Kết quả nghiên cứu có thể ứng dụng để xây dựng lưới địa chính trên địa bàn tỉnh
Cao Bằng nhằm đem lại hiệu quả kinh tế cao, đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật, qua đó
thay thế phương pháp xây dựng lưới địa chính theo phương pháp truyền thống.


4

Chương 1
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Khái quát chung về lưới khống chế trắc địa
1.1.1. Khái niệm về lưới khống chế trắc địa
Lưới khống chế trắc địa là hệ thống các điểm có mốc cố định ngoài thực địa,
được liên kết với nhau theo một quy luật toán học nhất định, tọa độ và độ cao của
chúng được tính xuất phát từ một điểm gốc được chọn làm điểm khởi tính. Hệ
thống các điểm đó được gọi là lưới khống chế trắc địa.
Lưới khống chế trắc địa gồm 2 loại gồm lưới khống chế mặt bằng và lưới
khống chế độ cao. Lưới khống chế mặt bằng xác định tọa độ mặt phằng X,Y. Lưới
khống chế độ cao cao xác định độ cao H.
Lưới không chế được xây dựng theo nguyên tắc từ tổng thể đến chi tiết, từ độ
chính xác cao đến độ chính xác thấp.
Lưới khống chế là cơ sở để đo vẽ các loại bản đồ và cung cấp tài liệu cho
nghiên cứu khoa học [11].
1.1.2. Vai trò của lưới trắc địa mặt bằng Nhà nước
Lưới trắc địa mặt bằng Nhà nước có những vai trò sau:
Nghiên cứu chi tiết hình dáng kích thước, thể trọng trường của trái đất và
những thay đổi của chúng theo thời gian.

Thiết lập hệ tọa độ thống nhất trên phạm vi toàn quốc nhằm đáp ứng nhu cầu
về phát triển kinh tế, văn hóa, xã hội bảo đảm an ninh - quốc phòng.
Làm cơ sở để phát triển lưới khống chế cấp thấp phục vụ cho các mục đích
như đo vẽ các loại bản đồ, định hướng các nghiên cứu khoa học và kỹ thuật về trái
đất, địa động học, biến đổi khí hậu, bảo vệ tài nguyên môi trường, [10].
1.1.3. Các phương pháp xây dựng lưới trắc địa mặt bằng
Gồm những phương pháp sau:
Lưới tam giác đo góc: đồ hình cơ bản là hình tam giác, tứ giác trắc địa và đa
giác trung tâm; đo tất cả các góc do đó có nhiều trị đo thừa. Độ chính xác cao và


5

đồng đều. Tuy nhiên có nhược điểm phải thông hướng nhiều điểm và độ chính xác
phục thuộc vào đồ hình lưới.
Lưới tam giác đo cạnh: Đồ hình cơ bản là tứ giác trắc địa và đa giác trung
tâm, đo tất cả các cạnh, chỉ đo nối phương vị đủ để bình sai, ưu điểm là độ chính
xác ít phụ thuộc vào đồ hình lưới. Nhược điểm là ít trị đo thừa, không có điều kiện
kiểm tra trị đo ngoài thực địa.
Lưới đường chuyền: gồm các điểm nối với nhau tạo thành đường gấp khúc,
nhiều đường chuyền liên kết với nhau tạo thành điểm nút; đo góc ngoặt và cạnh;
có ưu điểm là dễ chọn điểm, độ lớn của góc ngoặt không bị hạn chế. Tuy nhiên
hạn chế của nó là ít trị đo thừa, kết cấu hình học không chặt chẽ bằng lưới tam
giác đo góc.
Lưới trắc địa vệ tinh: Được xác định bằng cách đo khoảng cách từ điểm
ngắm đến vệ tinh bằng máy đo khoảng cách lazer, các điểm không cần thông
hướng, khoảng cách từ các điểm từ vài km đến hàng ngàn km, có thể định vị điểm
trên mặt đất bất cứ lúc nào, bất cứ nơi đâu nêu thu được tín hiệu vệ tinh tốt [10].
1.1.4. Đặc điểm lưới trắc địa cơ sở của Việt Nam
Lưới trắc địa Nhà nước được hình thành và phát triển qua nhiều giai đoạn và

các phương pháp đo khác nhau gồm:
Lưới tam giác đo góc hạng I, II miền Bắc: được xây dựng từ năm 1959;
hạng I có 339 điểm, chiều dài cạnh trung bình là 25 km, ngắn nhất 9 km, dài nhất
42 km, có 13 cạnh gốc bố trí cách nhau 130 km; Hạng II có 1.696 điểm, có chiều
dài cạnh trung bình là 14 km, ngắn nhất là 5km, dài nhất là 27 km. Trên cơ sở của
lưới này người ta công bố hệ tọa độ HN-72 [10].
Xây dựng lưới tọa độ miền trung và miền Nam:
Lưới tam giác hạng I Bình Trị Thiên: Được xây dựng từ 1977-1983 gồm 25
điểm lưới, trong đó 3 điểm đo trùng với điểm thiên văn trắc địa miền Bắc và 22
điểm lập mới, chiều dài cạnh từ 20 km đến 25km [10].
Lưới tam giác hạng II miền trung: Được xây dựng từ năm 1983-1989; tổng
số điểm xây dựng là 351 điểm có chiều dài cạnh từ 10-15 km, được bố trí 16 cạnh
đáy. Trên hai đầu các cạnh đáy có đo 26 điểm thiên văn và 13 phương vị thiên


6

văn. Lưới đã được tính toán theo 4 khu như sau: khu 1 bao gồm các khu đo từ 1
đến 5 với 236 điểm dựa trên 2 điểm khởi tính của lưới tam giác hạng I Bình-TrịThiên, 5 cạnh đáy, 1 phương vị thiên văn; khu 2 là lưới Đắc Lắc - Lâm Đồng gồm
67 điểm và 10 điểm đã xử lý thuộc khu 1; khu 3: là lưới Gia Lai - Kon Tum gồm
82 điểm và 6 điểm đã xử lý thuộc khu 2; khu 4 là lưới Đồng Nai - Vũng Tàu gồm
37 điểm và 16 điểm đã xử lý ở các khu trước, lưới được bình sai ghép với lưới
đường chuyền Đông Nam bộ gồm 50 điểm [6].
Lưới đường chuyền hạng II Nam Bộ: Lưới khống chế trắc địa khu vực Đồng
bằng Nam Bộ được thiết kế dưới dạng đường chuyền hạng II. Lưới đường chuyền
hạng II Tây Nam bộ gồm 124 điểm được đo đạc trong 2 năm 1988-1989, lưới
đường chuyền hạng II Đông Nam bộ gồm 50 điểm được đo đạc trong các năm
1989-1990. Từ năm 1991-1993 Cục Đo đạc và Bản đồ Nhà nước đã dùng công
nghệ GPS cạnh ngắn để xây dựng lưới tọa độ tương đương với lưới hạng II ở đây
bao gồm:

Lưới Minh Hải có 15 điểm, chiều dài cạnh trung bình là 25 km, ngắn nhất 10
km, dài nhất 40 km.
Lưới Sông Bé có 34 điểm, chiều dài cạnh trung bình là 27 km, ngắn nhất 13
km, dài nhất 42 km.
Lưới Tây Nguyên có 65 điểm, chiều dài cạnh trung bình là 30 km, ngắn nhất
10 km, dài nhất 45 km [6].
Lưới Doppler vệ tinh: Từ năm 1987-1988 nước ta cũng bắt đầu ứng dụng
công nghệ này để đo nối các mạng lưới tọa độ trên đất liền với nhau và nối đất
liền với các đảo. Lưới này có 14 điểm trên đất liền và 4 điểm ngoài các đảo lớn.
Dựa vào lưới Doppler vệ tinh Cục Đo đạc và Bản đồ Nhà nước đã tiến
hành định vị lại Ellipsoid Kvasovski, bình sai lại lưới tọa độ hạng I, II nhà
nước, tiến tới xây dựng hệ tọa độ quốc gia mới thay thế cho hệ tọa độ HN-72
[10].
Hoàn thiện lưới tọa độ nhà nước cấp "0" hạng I, II, III và xây dựng hệ
tọa độ VN-2000:


7

Năm 1995, xây dựng lưới tọa độ cấp "0" bằng công nghệ GPS gồm 69 điểm
phù chùm toàn lãnh thổ nước ta. Trong đó có 56 điểm trùng với các điểm tọa độ
hạng I, II và 13 điểm mới.
Năm 1997, tiến hành đo GPS tuyệt đối ở 8 điểm cấp "0" phân bố đề trên toàn
lãnh thổ để kiểm tra chất lượng lưới cấp "0" và có cơ sở tạo lập mối liên hệ giữa
tọa độ nhà nước và quốc tế.
Năm 1998, đo bổ sung vào lưới cấp "0" 40 điểm đo nối độ cao thủy chuẩn
hạng I, II phân bổ trên toàn lãnh thổ nhằm phục vụ cho việc định vị Ellipsoid thực
dụng và xây dựng mô hình Geoid của Việt Nam.
Xây dựng điểm gốc tọa độ Quốc gia mới là điểm N00 (trong hệ tọa độ VN2000).
Từ năm 1998 Việt Nam quyết định dùng hệ tọa độ vuông góc phẳng UTM

thay cho hệ tọa độ Gauss-Kruger. Đây là những điểm chủ yếu trong hệ tọa độ VN2000, vì vậy lưới tọa độ nhà nước ta cũng gọi là lưới thiên văn - trắc địa - Doppler
- GPS.
Ngày 12/7/2000 Thủ tướng Chính phủ đã ban hành quyết định về áp dụng hệ
tọa độ quốc gia VN-2000 và công bố sử dụng thống nhất trên toàn quốc.
Từ năm 1994 đến năm 2003 để phục vụ cho công tác đo vẽ lập bản đồ địa
chính, các tỉnh, thành phố đã xây dựng lưới tọa độ địa chính cơ sở bằng công nghệ
GPS có độ chính xác tương đương với tam giác hạng III Nhà nước. Lưới có
12.631 điểm phủ chùm 64 tỉnh thành, cạnh dài từ 3-5km [10].
1.2. Tổng quan về hệ thống định vị toàn cầu GPS
1.2.1. Khái quát về hệ thống định vị toàn cầu
1. Khái niệm: Hệ thống định vị GPS (Global Positioning System): là hệ
thống xác định vị trí dựa trên vị trí của các vệ tinh nhân tạo. Trong cùng một thời
điểm, tọa độ của một điểm trên mặt đất sẽ được xác định nếu xác định được
khoảng cách từ điểm đó đến ít nhất ba vệ tinh. Hệ thống luôn sẵn sàng trên phạm
vi toàn cầu và hoạt động trong mọi điều kiện thời tiết.


8

Hệ thống định vị toàn cầu GPS được thiết kế và quản lý và vận hành bởi Bộ
Quốc phòng Hoa Kỳ nhưng chính phủ Hoa Kỳ cho phép sử dụng miễn phí trên
toàn thế giới [14].
2. Cấu trúc của hệ thống GPS
Gồm 3 thành phần chính là: Đoạn không gian (Space Segment), Đoạn điều
khiển (Contro, Segment) Đoạn người sử dụng (User Segment).

Hình 1.1. Cấu trúc của hệ thống định vị toàn cầu
Đoạn không gian (Space Segmen): gồm 27 vệ tinh chạy bằng năng lượng
mặt trời (24 vệ tinh hoạt động và 3 vệ tinh dự phòng) nằm trên 6 mặt phằng quỹ
đạo nghiêng 550 xoay quanh trái đất. Chúng cách mặt đất 20.200 km, bán kính quỹ

đạo 26.600 km. Chúng chuyển động ổn định và quay hai vòng quỹ đạo trong
khoảng thời gian gần 24 giờ với vận tốc 7 nghìn dặm một giờ. Các vệ tinh trên


9

quỹ đạo được bố trí sao cho các máy thu GPS trên mặt đất có thể nhìn thấy tối
thiểu 4 vệ tinh vào bất kỳ thời điểm nào.
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 tần số cơ sở 10.23 MHz, từ đây tạo ra các
sóng tải tần số L1= 1227.60 MHz, các sóng tải được điều biến bởi hai loại Code
khác nhau: C/A – Code và P – Code.
+ C/A – Code (Coarse/ Acquisition) là Code thô/ thâu tóm, nó được sử dụng
cho các mục đích dân sự và chỉ điều biến sóng tải L1, C/A-Code có tần số
1,023MHz. Mỗi vệ tinh được gán một C/A – Code riêng biệt.
+ P – Code (Precise) là Code chính xác, nó được sử dụng cho mục đích quân
sự và điều biến cả hai sóng tải L1, L2. Code này có tần số 10,23MHz, độ dài toàn
phần 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 một
trong các đoạn Code như thế, cứ sau một tuần lại thay đổi nên P – Code rất khó bị
giải mã để sử dụng nếu không được cho phép.
Cả hai sóng tải L1 và L2 còn được điều biến bởi các thông tin đạo hàng bao
gồm: Ephemerit của vệ tinh, thời gian của hệ thống, số hiệu chỉnh cho đồng hồ
của vệ tinh, quang cảnh phân bố vệ tinh trên bầu trời và tình trạng của hệ thống
[6].

Đoạn điều khiển (Control Segmen): Gồm trạm điều khiển chính Colorado
Springs (đặt tại Colorado, Mỹ) và 4 Trạm giám sát tạo thành vành đai bao quanh
trái đất gồm các trạm:
1. Acsension Island(Đại Tây Dương)

2. Diego Garcia (Ấn Độ dương).
3. Kawjalein (Thái Bình Dương)
4. Hawai (Thái Bình Dương)
Nhiệm vụ của đoạn điều khiển là điều khiển toàn bộ hoạt động và chức năng
của các vệ tinh trên cơ sở theo dõi chuyển động quỹ đạo vệ tinh cũng như hoạt


10

động của đồng hồ trên đó. Tất cả các trạm đều có máy thu GPS, và chúng tiến
hành đo khoảng cách và sự thay đổi khoảng cách tới tất cả các vệ tinh có thể quan
sát được, đồng thời đo các số liệu khí tượng. Tất cả các số liệu đo nhận được ở
mỗi trạm đều được truyền về trạm trung tâm, trạm trung tâm xử lý các số liệu
được truyền từ các trạm theo dõi về cùng với các số liệu đo của chính nó. Kết quả
xử lý cho ra các Ephemerit chính xác hoá của vệ tinh và số hiệu chỉnh cho các
đồng hồ trên vệ tinh. Từ trạm trung tâm các số liệu được truyền trở lại cho các
trạm theo dõi để từ đó truyền tiếp lên cho các vệ tinh cùng các lệnh điều khiểu
khác. Các thông tin đạo hàng và thông tin thời gian trên vệ tinh được thường
xuyên chính xác hóa và chúng sẽ được cung cấp cho người sử dụng thông qua các
sóng tải L1, L2. Việc chính xác hoá thông tin như thế được tiến hành 3 lần trong
một ngày [6], [10].
Đoạn người sử dụng (User Segmen):
Đoạn sử dụng bao gồm các máy thu tín hiệu vệ tinh và phần mềm xử lý tính
toán số liệu. Máy thu tín hiệu GPS có thể đặt cố định trên mặt đất (đo tĩnh) hay
gắn trên các phương tiện chuyển động trên bộ, đường thủy và trong không gian.
Tín hiệu vệ tinh được thu qua anten máy thu. Cấu tạo anten đẳng hướng của máy
thu GPS có thể bắt tín hiệu GPS phân cực tròn ở mọi hướng. Tâm pha của anten là
điểm thu tín hiệu và xác định toạ độ. Tâm pha anten và tâm máy thu không nhất
thiết phải trùng nhau. Tuỳ theo mục đích của các ứng dụng mà các máy thu GPS
có thiết kế cấu tạo khác nhau cùng với phần mềm xử lý, và quy trình thao tác thu

thập số liệu ở thực địa [6].
3. Nguyên lý định vị GPS
- Định vị điểm đơn: Đo khoảng cách CodePseudorange từ điểm đo (angten
GPS) đến 4 vệ tinh sau đó dùng tọa độ vệ tinh và phép giao hội cạnh hình học xác
định tọa độ điểm cần đo. Máy thu GPS thông thường dùng để định vị điểm đơn là
máy GPS cầm tay. Các máy thu này xử lý trị đo CodePseudorange và cho kết quả
ở ngay thực địa. Ứng dụng này chủ yếu trong dẫn đường cá nhân và thu thập số


11

liệu bản đồ. Đây là bài toán giao hội nghịch không gian khi biết tọa độ của các vệ
tinh và khoảng cách tương ứng đến máy thu [6].
- Định vị tương đối: Phương pháp này sử dụng ít nhất 2 máy thu GPS đặt ở
các điểm quan sát khác nhau nhưng đồng thời thu tín hiệu vệ tinh để xác định ra
hiệu tọa độ vuông góc không gian hay hiệu tọa độ trắc địa mặt cầu giữa chúng
trong hệ tọa độ WGP-84. Việc định vị tương đối được thực hiện trên cơ sở sử
dụng trị đo là pha sóng tải. Để đạt được độ chính xác cao và rất cao kết quả xác
định hiệu tọa độ giữa hai điểm xét, người ta đã tạo ra và sử dụng các sai phân khác
nhau cho pha sóng tải nhằm làm giảm ảnh hưởng đến các nguồn sai số khác nhau
như: sai số của đồng hồ vệ tinh cũng như máy thu, sai số tọa độ vệ tinh, sai số
nguyên đa trị ...
- Định vị vi phân: dùng 1 máy thu đặt cố định tại điểm đã biết tọa độ và máy
thu này có khả năng phát ra tín hiệu vô tuyến, đồng thời có máy di động khác đặt
ở vị trí cần xác định tọa độ. Cả máy cố định và máy di động cần đồng thời tiến
hành thu tín hiệu và từ các vệ tinh như nhau. Nếu thông tin vệ tinh bị nhiễu thì kết
quả xác định tọa độ của cả máy cố định và máy di động cũng đều bị sai lệch, độ
sai lệch này được xác định trên cơ sở so sánh tọa độ tính ra theo tín hiệu thu được
từ vệ tinh và tọa độ đã biết trước của máy cố định và có thể xem như nhau cho cả
máy cố định và máy di động. Nó được máy cố định phát đi qua sóng vô tuyến để

máy di động thu nhận mà hiệu chỉnh cho kết quả xác định tọa độ của mình [6].
4. Nguyên lý cơ bản xử lý số liệu GPS
Nguyên tắc xử lý toán học các trị đo GPS là áp dụng phương pháp bình
phương tối thiểu và các phép toán phân tích xác suất thống kê để tính toán định vị
và đánh giá độ chính xác kết quả. Tuỳ theo thiết kế máy và kỹ thuật đo, phần mềm
máy firmware đã tự động hoá thực hiện những bước tính toán xử lý nhất định trước khi chuyển số liệu cho phần mềm xử lý sau, hoặc xuất kết quả trực tiếp ra màn


12

hình feldbook ở thực địa. Mô hình xác định từ đo khoảng cách (pseudorange) từ
vệ tinh đến máy thu:
P i A  c(TA  T i )   i A   trop  cdTA  cdT i   ion   P

Trong đó:
 i A : = Khoảng cách hình học đến vệ tinh;  trop , ion = Sự Chậm phase do tầng

đối lưu và tầng ion của khí quyển (metres); dTA, dTi = Độ lệch đồng hồ máy thu,
đồng hồ vệ tinh (sec);  P = Các sai số (nhiễu đa tuyến, nhiễu do máy thu...) Bài
toán đặt ra là áp dụng "phương pháp bình phương tối thiểu" xác định toạ độ trạm
đo từ các trị đo khoảng cách (pseudoranges) từ máy thu đến vệ tinh [6].
Quy tắc số bình phương nhỏ nhất.
Áp dụng bài toán tìm cực tiểu dạng toàn phương các độ dư của trị quan sát, biểu thức
các ẩn số tìm được phải thoả mãn. Ax = b + v để cho V  T¦W v  ->min
Biểu thức lượng tính các giá trị của ma trận X và Y theo nghĩa số bình
phương nhỏ nhất của các đại lượng x và y:

X   ( AT WA ) 1 AT Wb
V   AX   b

Trong đó các thành phần của phương trình trị đo:
- Mô hình hàm số: (A)
- Mô hình xác xuất: (W)
- Vector số hạng tự do: (-b) = trị số tính - trị quan sát. [6].
5. Các loại sai số chủ yếu trong kết quả đo GPS
Gồm các loại sai số sau:
- Sai số của đồng hồ vệ tinh: Đây là sai số của đồng hồ của vệ tinh, đồng hồ
máy thu và sự không đồng bộ giữa chúng.
Đồng hồ trên vệ tinh được trạm điều khiển trên mặt đất theo dõi, nếu có sự
sai lệch thì trạm này sẽ phát tín hiệu chỉ thị thông báo số cải chính cho máy thu
GPS biết để xử lý.


13

Để làm giảm ảnh hưởng của sai số của đồng hồ vệ tinh và máy thu người ta
sử dụng hiệu các trị đo giữa các vệ tinh cũng như các trạm quan sát [3].
- Sai số của quỹ đạo vệ tinh
Như đã biết, chuyển động của vệ tinh quanh trái đất không tuân thủ nghiêm
ngặt theo định luật Kepler do có nhiều tác động nhiễu như: Tính không đồng nhất
của trọng trường trái đất, ảnh hưởng của sức hút mặt trăng, mặt trời và các thiên
thể khác, sức cản của khí quyển, áp lực của bức xạ mặt trời...Như vậy, chúng ta
cần xác định và sử dụng vị trí tức thời của vệ tinh được xác định ra trên cơ sở sử
dụng đoạn không gian và đương nhiên toạ độ của vệ tinh có chứa sai số [3].
- Sai số do khúc xạ tầng điện ly
Tầng điện ly phân bố trong phạm vi cách mặt đất từ 50 đến 1000 km. Ảnh
hưởng này tỷ lệ thuận với mật độ điện tử trong tầng điện ly và tỷ lệ nghịch với
bình phương tần số sóng tải. Với vị trí các điểm máy thu không cách xa nhau thì
ảnh hưởng này có thể coi là bằng nhau [10].
- Sai số do khúc xạ tầng đối lưu

Tầng đối lưu phân bố trong phạm vi từ mặt đất tới độ cao gần 50 km. Khi qua
tầng đối lưu tốc độ truyền sóng biến động phức tạp hơn, tuỳ thuộc vào tình hình
mặt đất như sông hồ, sa mạc,... và thời tiết. Trong phạm vi nhỏ hơn 30 km thì có
thể coi nguồn ảnh hưởng này là bằng nhau với các điểm trạm đo.
Để giảm ảnh hưởng của tầng điện ly, tầng đối lưu, người ta quy định chỉ quan
sát vệ tinh ở độ cao từ 150 trở lên so với mặt phẳng chân trời [10].
- Sai số do nhiễu của tín hiệu vệ tinh
Hiện tượng sóng tải không truyền thẳng vào tâm ăngten máy thu mà trước đó
đã bị phản xạ từ những vật thể khác, lúc này đường truyền sóng là một đường gấp
khúc gây ra sai số đo cạnh. Tín hiệu phản xạ này sẽ giao thoa với tín hiệu trực tiếp
từ vệ tinh tới máy thu và làm nhiễu tín hiệu thu được. Sai số này phụ thuộc vào


14

môi trường địa hình, địa vật xung quanh điểm trạm đo và tính năng của ăngten
máy thu. Cụ thể Tín hiệu vệ tinh tới máy thu có thể bị nhiễu do một số nguyên
nhân sau:
+ Tín hiệu bị gián đoạn do các địa vật xung quanh che chắn như nhà cao
tầng, cây to, các công trình xây dựng... Làm cho góc mở lên bầu trời theo quy định
tối thiểu ≥ 120 độ.
+ Tín hiệu bị phản xạ từ các vật (kim loại, bê tông) gần máy thu.
+ Tín hiệu bị nhiễu do ảnh hưởng của các tín hiệu sóng điện từ phát ra từ các
trạm thu phát sóng gần đó.
+ Tín hiệu bị nhiễu do máy thu GPS đặt gần trạm biến thế, đường dây cao
thế.
Để khắc phục sai số nhiễu tín hiệu, khi thiết kế điểm đo cần bố trí xa các trạm
phát sóng, các đường dây cao thế,... Không bố trí máy thu dưới các rặng cây [10].
- Sai số do ảnh hưởng của sự phân bố vệ tinh trên bầu trời
Trường hợp các nguồn sai số trên ảnh hưởng đến việc xác định khoảng cách

từ vệ tinh đến máy thu chứ chưa phải là sai số của bản thân vị trí điểm quan sát.
Do vị trí điểm quan sát được xác định bởi phép giao hội khoảng cách từ vệ tinh,
nên độ chính xác của nó phụ thuộc vào đồ hình phân bố vệ tinh so với điểm quan
sát. Dễ hiểu là sai số vị trí giao hội sẽ lớn hơn sai số của khoảng cách giao hội. Để
có được sai số vị trí điểm quan sát, ta phải đem khoảng cách giao hội nhân với
một hệ số lớn hơn 1, hệ số này đặc trưng cho đồ hình giao hội, tức là đồ hình phân
bố vệ tinh so với điểm quan sát và được gọi là hệ số phân tản độ chính xác
(Dilution of Precision - DOP). Rõ ràng DOP càng nhỏ thì vị trí điểm quan sát
được xác định càng chính xác.
Hệ số DOP tổng hợp nhất là hệ số phân tản độ chính xác hình học GDOP
(Geometric Dilution of Precision) vì nó đặc trưng cho cả 3 thành phần toạ độ không
gian X,Y,Z và yếu tố thời gian t. Hệ số GDOP từ 2 đến 4 được coi là tốt.