Đánh giá việc ứng dụng công nghệ GPS trong xây dựng lưới không chế đo vẽ bản đồ địa chính trên địa bàn xã Thắng Sơn, huyện Thanh Sơn, tỉnh Phú Thọ (Luận văn thạc sĩ)

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM

NGUYỄN DUY DIÊN

ĐÁNH GIÁ VIỆC ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ
GPS TRONG XÂY DỰNG LƯỚI KHÔNG CHẾ
ĐO VẼ BẢN ĐỒ ĐỊA CHÍNH TRÊN ĐỊA BÀN
XÃ THẮNG SƠN, HUYỆN THANH SƠN,
TỈNH PHÚ THỌ

LUẬN VĂN THẠC SĨ QUẢN LÝ ĐẤT ĐAI

THÁI NGUYÊN - 2017


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM

NGUYỄN DUY DIÊN

ĐÁNH GIÁ VIỆC ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ
GPS TRONG XÂY DỰNG LƯỚI KHÔNG CHẾ
ĐO VẼ BẢN ĐỒ ĐỊA CHÍNH TRÊN ĐỊA BÀN
XÃ THẮNG SƠN, HUYỆN THANH SƠN,
TỈNH PHÚ THỌ
Chuyên ngành: Quản lý đất đai
Mã số ngành: 60 85 01 03

LUẬN VĂN THẠC SĨ QUẢN LÝ ĐẤT ĐAI

Người hướng dẫn khoa học: TS. Vũ Thị Thanh Thủy

THÁI NGUYÊN - 2017


i
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 công
trình nào khác. Tôi xin cam đoan rằng các thông tin trích trong luận văn đều đã
được ghi rõ nguồn gốc./.
Tác giả luận văn

Nguyễn Duy Diên


ii
LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian thực tập và nghiên cứu tại xã Thắng Sơn, huyện Thanh Sơn,
tỉnh Phú Thọ tôi đã hoàn thành luận văn tốt nghiệp của mình. Để có được kết quả
này, ngoài sự nỗ lực của bản thân, tôi luôn nhận được sự giúp đỡ chu đáo, tận tình
của nhà trường. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới:
Ban giám hiệu Trường Đại hoc Nông lâm Thái Nguyên, Phòng Quản lý Đào
tạo sau đại học cùng toàn thể các thầy giáo, cô giáo đã tận tụy dạy dỗ tôi trong suốt
thời gian học tập cũng như thời gian thực tập tốt nghiệp.
Đặc biệt tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới cô giáo TS. Vũ Thị Thanh
Thủy đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn tôi trong quá trình thực hiện và hoàn thành
luận văn này.
Trong thời gian nghiên cứu, vì nhiều lý do chủ quan và khách quan cũng như
hạn chế về mặt thời gian cho nên nội dung của luận văn không tránh khỏi sai sót.

Tôi rất mong nhận được sự đóng góp của các thầy, cô giáo để đề tài này được hoàn
thiện hơn.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Thái Nguyên, ngày 03 tháng 10 năm 2017
Tác giả luận văn

Nguyễn Duy Diên


iii
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ ii
MỤC LỤC .................................................................................................................. ii
DANH MỤC CÁC BẢNG........................................................................................ vi
DANH MỤC CÁC HÌNH ........................................................................................ vii
MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1
1.Tính cấp thiết của đề tài ...........................................................................................1
2. Mục tiêu cụ thể .......................................................................................................3
3. Tính khoa học và thực tiễn của đề tài .....................................................................3
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU ..................................................................4
1.1. Công tác thành lập bản đồ địa chính ....................................................................4
1.1.1 Hệ thống lưới khống chế ....................................................................................4
1.2. Tổng quan về công nghệ GPS ..............................................................................6
1.2.1 Quá trình hình thành...........................................................................................6
1.2.2 . Cấu trúc hệ thống GPS .....................................................................................8
1.2.3. Tín hiệu GPS ...................................................................................................12
1.2.4. Các trị đo GPS .................................................................................................14
1.2.5. Nguyên lý định vị GPS ...................................................................................16
1.2.6. Các nguồn sai số..............................................................................................20

1.2.7. Những kỹ thuật đo GPS ..................................................................................22
1.2.8 Xử lý số liệu .....................................................................................................27
1.2.9 Bình sai lưới GPS .............................................................................................28
1.3. Cơ sở khoa học của ứng dụng công nghệ GPS trong thành lập lưới khống chế 30
1.3.1. Ứng dụng công nghệ GPS đo tĩnh để thành lập lưới không chế địa chính. ...30
1.3.2. Các dạng lưới ứng dụng đo tĩnh trong công nghệ GPS để thành lập lưới
không chế địa chính. Tam giác đơn, chuỗi tam giác, tứ giác. ...................................31
1.4.Tình hình nghiên cứu ứng dụng hệ thống định vị toàn cầu trên thế giới và tại
Việt Nam ...................................................................................................................31
1.4.1 Trên thế giới .....................................................................................................31


iv
1.4.2 Tình hình nghiên cứu ứng dụng công nghệ định vị toàn cầu ở Việt Nam ......32
1.4.3 Các ứng dụng khác: .........................................................................................34
CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..35
2.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .....................................................................35
2.2. Nội dung nghiên cứu ..........................................................................................35
2.2.1. Khái quát địa bàn nghiên cứu..........................................................................35
2.2.2. Thu thập các tài liệu hiện có của khu đo ........................................................35
2.2.3. Ứng dụng GPS thành lập lưới khống chế đo vẽ cho xã thắng Sơn .................35
2.2.4. So sánh với công nghệ thành lập lưới đo vẽ bằng máy đo GPS và máy toàn
đạc điện tử .................................................................................................................35
2.2.5. Thuận lợi, khó khăn trong sử dụng công nghệ GPS đo động thời gian thực và
đề xuất giải pháp .......................................................................................................36
2.3. Phương pháp nghiên cứu và xử lý số liệu ..........................................................36
2.3.1. Phương pháp thu thập số liệu thứ cấp .............................................................36
2.3.2. Phương pháp thu thập số liệu sơ cấp ...............................................................36
2.3.3. So sánh công nghệ GPS với công nghệ đo bằng máy toàn đạc điện tử .........38
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ..............................39

3.1. Khái quát đặc điểm khu đo.................................................................................39
3.1.1. Vị trí địa lý ......................................................................................................39
3.1.2 Đặc điểm địa hình, địa vật................................................................................39
3.1.3. Dân cư, kinh tế xã hội .....................................................................................40
3.1.4 Văn hóa, giáo dục và y tế .................................................................................41
3.1.5. Hệ thống các điểm tọa độ cấp Nhà nước, điểm tọa độ địa chính có trong khu vực..41
3.1.6. Các tư liệu bản đồ hiện có ...............................................................................42
3.2. Ứng dụng công nghệ GPS thành lập lưới khống chế đo vẽ và so sánh với công
nghệ đo bằng máy toàn đạc điện tử ...........................................................................44
3.2.1. Cơ sở pháp lý xây dựng và đánh giá chất lượng lưới khống chế đo vẽ bằng
công nghệ GPS tại xã Thắng Sơn huyện Thanh Sơn Tỉnh Phú Thọ .........................44
3.2.2. Quy trình thành lập lưới ..................................................................................45
3.2.3. Kết quả khảo sát thiết kế mạng lưới khống chế đo vẽ lập bằng Công nghệ GPS. ....47


v
3.2.4 . Công tác đo lưới đo vẽ thành lập bằng công nghệ GPS.................................48
3.2.5. Kết quả bình sai lưới địa chính thành lập bằng công nghệ GPS .....................49
3.3 So sánh phương pháp thành lập lưới đo vẽ bằng máy đo GPS với phương pháp
đo bằng máy toàn đạc điện tử ...................................................................................57
3.4. Thuận lợi, khó khăn và giải pháp .......................................................................61
3.4.1. Thuận lợi .........................................................................................................61
3.4.2. Khó khăn .........................................................................................................62
3.4.3. Các giải pháp ...................................................................................................62
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................63
1. Kết luận .................................................................................................................63
2. Đề nghị...................................................................................................................63
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................64

vi

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1. Chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản chung của lưới khống chế đo vẽ ............ 36
Bảng 3.1. Thống kê hiện trạng mốc tọa độ Nhà nước, mốc địa chính
cấp I, II ........................................................................................... 42
Bảng 3.2. Thống kê các loại bản đồ hiện có của xã ........................................ 44
Bảng 3.3. Khối lượng nhân công dự kiến ....................................................... 46
BẢNG 3.4: Bảng trị đo gia số tọa độ và các chỉ tiêu sai số ............................ 52
Bảng 3.5: Bảng sai số khép hình ..................................................................... 53
Bảng 3.6: Bảng trị bình sai, số hiệu chỉnh, sai số đo gia số tọa độ ................. 54
Bảng 3. 7: Bảng tọa độ vuông góc không gian sau bình sai ........................... 55
Bảng 3. 8: Bảng tọa độ trắc địa sau bình sai ................................................... 55
Bảng 3. 9: Bảng kết quả tọa độ phẳng và độ cao sau bình sai ........................ 56
Bảng 3. 10: Bảng chiều dài cạnh, phương vị và chênh cao sau bình sai ........ 56
Bảng 3. 11: Bảng so sánh số liệu đạt được với các văn bản quy định
hiện hành ........................................................................................ 57
Bảng 12: So sánh hạng mục công việc giữa hai phương pháp thành lập
lưới đo vẽ ........................................................................................ 59
Bảng 13: So sánh các yếu tố gây sai số của hai phương pháp thành lập lưới ....... 59
Bảng 14: So sánh thời gian thi công, mật độ điểm lưới của hai phương pháp ..... 60
Bảng 15: So sánh hiệu quả kinh tế của hai phương án thi công lưới (máy
đo GPS và máy toàn đạc điện tử) ................................................... 61


vii
DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1. Cấu trúc của hệ thống GPS. ........................................................................8
Hình 1.2. Vệ tinh GPS đang bay trên quĩ đạo quanh Trái đất. .................................10
Hình 1.3. Mạng lưới các trạm điều khiển của hệ thống GPS từ sau năm 2005. .......11

Hình 1.4. Cấu trúc tín hiệu GPS ................................................................................13
Hình 1.5. Kỹ thuật giải đa trị tại các máy thu ...........................................................15
Hình 1.6. Kỹ thuật định vị tương đối ........................................................................17
Hình 1.7. Kỹ thuật định vị tương đối ........................................................................18
Hình 3.1. Quy trình thành lập lưới khống chế đo vẽ .................................................46
Hình 3.2. Đồ hình đo nối được thiết kế tạo thành các cặp ........................................47
Hình 3.3. Khởi tao và đặt các thông số bình sai ....................................................49
Hình 3.4. Quá trình nhập và sử lý cạnh bình sai để đánh giá các cạnh.....................49
Hình 3.5. Quá trình và sử lý loại bỏ tín hiệu nhiễu không tin cậy. ...........................50
Hình 3.6. Quá trình chọn vệ tinh. ..............................................................................50
Hình 3.7. Quá trình kiểm tra thời gian đồng bộ khi cần thiết. ..................................51


1
MỞ ĐẦU
1.Tính cấp thiết của đề tài
Công tác quản lý Nhà nước về đất đai trong giai đoạn hiện nay cũng như
trong tương lai lâu dài luôn giữ vai trò quan trọng trong việc phát triển kinh tế - xã
hội, bảo vệ môi trường, giữ vững an ninh, quốc phòng và toàn vẹn lãnh thổ quốc
gia. Khảo sát, đo đạc, lập bản đồ địa chính là một trong những nội dung quản lý nhà
nước về đất đai đã được ghi tại khoản 3, Điều 22 của Luật đất đai 2013. Nội dung
chức năng, nhiệm vụ, quyền hạn của các cấp, các ngành trong việc thực hiện khảo
sát, đo đạc, lập và quản lý bản đồ địa chính đã được quy định tại Điều 23 của Luật
đất đai 2013.
Căn cứ Luật đất đai năm 2013, ngày 29 tháng 11 năm 2013, Nghị định
43/2014/NĐ-CP ngày 15 tháng 05 năm 2014 của Chính phủ quy định chi tiết thi
hành một số điều của Luật Đất đai; Căn cứ Nghị định số 21/2013/NĐ-CP ngày 04
tháng 03 năm 2013 của Chính Phủ quy định chức năng, nhiệm vụ, quyền hạn và cơ
cấu tổ chức của Bộ Tài nguyên và Môi trường; Bộ Tài nguyên và Môi rường ban
hành Thông tư 25/2014/TT-BTNMT ngày 19/05/2014 về quy định các yêu cầu kỹ

thuật cơ bản của việc lập, chỉnh lý, quản lý, sử dụng bản đồ địa chính tỷ lệ 1:200,
1:500, 1:1000, 1:2000, 1:5000, và 1:10000 và trích đo địa chính thửa đất thay thế
Quy phạm thành lập bản đồ địa chính trước đây.
Để đáp ứng với sự phát triển của xã hội chúng ta cần ứng dụng khoa học
công nghệ trong mọi lĩnh vực của cuộc sống và phải biết khai thác tối đa của khoa
học công nghệ, để giúp ta rút ngắn thời gian thực hiện sự nghiệp công nghiệp hóa,
hiện đại hóa đất nước. Đây cũng chính là vấn đề đang được toàn đảng, toàn dân hết
sức quan tâm; mặt khác khoa học công nghệ đang từng ngày mở rộng với sự phát
triển của nền kinh tế tri thức trong thời đại mới, thời kỳ hội nhập kinh tế quốc tế.
Trong công tác Trăc địa GPS (Global Positioning System) có nghĩa là hệ
thống định vị toàn cầu, hệ thống định vị dẫn đường sử dụng các vệ tinh nhân tạo
được Bộ Quốc phòng Mỹ triển khai từ những năm đầu thập kỷ 70. Ban đầu, hệ
thống này được dùng cho mục đích quân sự nhưng sau đó đã được thương mại hóa,
từ năm 1980 hệ thống định vị toàn cầu GPS đã được sử dụng vào mục đích dân sự.


2
Ngày nay, trong rất nhiều lĩnh vực của đời sống kinh tế, xã hội đã và đang áp dụng
công nghệ GPS đặc biệt là công tác Trắc địa.
Công nghệ GPS đã mở ra thời kỳ mới Trong ngành trắc địa, đã thay thế
công nghệ truyền thống trong việc thành lập và xây dựng mạng lưới tọa độ các cấp.
Với ngành trắc địa bản đồ thì đây là cuộc cách mạng thực sự về cả kỹ thuật, chất
lượng cũng như hiệu quả kinh tế trên phạm vi toàn thế giới nói chung và ở Việt
Nam nói riêng.
GPS đã được công nhận và sử dụng rộng rãi như một công nghệ tin cậy, hiệu
quả trong trắc địa bản đồ bởi công nghệ GPS có nhiều tính ưu việt sau: Có thể giúp
ta xác định tọa độ bất kỳ điểm nào trên mặt đất nhanh và chính xác thong qua các
điểm gốc khác mà không cần thông hướng với các điểm gốc; độ chính xác đo đạc
ít phụ thuộc vào điều kiện thời tiết (có thể đo trong mọi điều kiện thời tiết); việc
xác định tọa độ các điểm rất nhanh chóng, tính chính xác cao, ở bất kỳ vị trí

nào trên trái đất; kết quả đo đạc có thể tính trong hệ tọa độ toàn cầu hoặc hệ tọa độ
địa phương bất kỳ theo mục đích của người sử dụng.
Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, phát triển của xã hội, công
nghệ GPS ngày càng phát triển hoàn thiện theo chiều hướng chính xác, hiệu
quả, thuận tiện hơn và được sử dụng rộng rãi. Người ta đã sử dụng công nghệ GPS
để xây dựng lưới tọa độ nhà nước thay thế cho các phương pháp truyền thống, đạt
được độ chính xác cao và đem lại hiệu quả khinh tế.
Tỉnh Phú Thọ nói chung Huyện Thanh Sơn nói riêng những năm qua có tốc
độ phát triển kinh tế tương đối nhanh kéo theo nhu cầu sử dụng đất ngày càng tăng.
Chính vì thế nhu cầu bức thiết trong quản lý đất đai của huyện là phải
thành lập được bản đồ địa chính (BĐĐC) có độ chính xác cao cho toàn huyện.
Được sự quan tâm của UBND tỉnh Phú Thọ, sở Tài nguyên và Môi trường đã cho
triển khai đo đạc lập bản đồ địa chính của các xã trong địa bàn huyện Thanh Sơn
nói chung trong đó cụ thể có xã Thắng Sơn nói riêng. Cùng với xu thế của thế giới
mở rộng khả năng sử dụng công nghệ vào sản xuất trong đó có công nghệ định
vị toàn cầu GPS, góp phần đưa công nghệ mới vào sản xuất. Với những lý do trên
được sự phân công của khoa sau đại học - trường Đại Học Nông Lâm Thái Nguyên


3
chúng tôi thực hiện đề tài: “Đánh giá việc ứng dụng công nghệ GPS trong xây
dựng lưới không chế đo vẽ bản đồ địa chính trên địa bàn xã Thắng Sơn, huyện
Thanh Sơn, tỉnh Phú Thọ”.
2. Mục tiêu cụ thể
- Sử dụng công nghệ GPS đo tĩnh thành lập lưới khống chế đo vẽ phục vụ
công tác thành lập bản đồ địa chính xã Thắng Sơn huyệnThanh Sơn, tỉnh Phú Thọ.
- Đánh giá hiệu quả của việc công nghệ GPS với công nghệ Toàn đạc điện tử
truyền thống.
- Thuận lợi, khó khăn trong sử dụng công nghệ GPS đo động thời gian thực và
đề xuất giải pháp

3. Tính khoa học và thực tiễn của đề tài
Dựa trên sự phát triển của khoa học kỹ thuật trong đó có công nghệ GPS để
xây dựng lưới không chế đo vẽ thay thế cho phương pháp xây dựng lưới truyền
thống, góp phần đưa công nghệ mới vào sản xuất nhằm nâng cao độ chính xác,
mang lại hiệu quả kinh tế - kỹ thuật trong thực tế sản xuất khi xây dựng lưới khống
chế trắc địa nói chung và lưới khống chế đo vẽ bản đồ địa chính ở khu vực xã
Thắng Sơn huyện Thanh Sơn tỉnh Phú Thọ nói riêng.


4
Chương 1
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Công tác thành lập bản đồ địa chính
1.1.1 Hệ thống lưới khống chế
Lưới toạ độ địa chính
Từ năm 2000 quy định bản đồ địa chính tỷ lệ 1:200, 1:500, 1:1000, 1:2000,
1:5000 và 1:10000 được thành lập ở múi chiếu 3o trên mặt phẳng chiếu hình, trong
hệ tọa độ Quốc gia VN-2000 và độ cao nhà nước hiện hành. Kinh tuyến gốc (00)
được quy ước là kinh tuyến đi qua GRINUYT. Giá trị kinh tuyến trục phụ thuộc
vào từng địa phương được quy định riêng, như tỉnh Phú Thọ được quy định
104045’. Điểm gốc của hệ toạ độ mặt phẳng (điểm cắt giữa kinh tuyến trục của
từng tỉnh và xích đạo) có X =0 km, Y=500 km. Điểm gốc của hệ độ cao là điểm độ
cao gốc ở Hòn Dấu - Hải Phòng.
Yêu cầu về điểm khống chế đối với lưới không chế các cấp :
Tại thông tư số 25/2014/TT-BTNMT Cơ sở khống chế toạ độ, độ cao trong
đo vẽ bản đồ địa chính gồm:
- Lưới tọa độ và độ cao Nhà nước các hạng.
- Lưới địa chính, lưới độ cao kỹ thuật.
- Lưới khống chế đo vẽ, điểm khống chế ảnh (gọi chung là lưới khống chế
đo vẽ).

Để đo vẽ hết khu đo với các chỉ tiêu đảm bảo theo quy định tại thông tư 25,
ta cần xác định mật độ điểm khống chế tọa độ địa chính là số điểm lưới khống chế
được xây dựng trên một đơn vị diện tích để đảm bảo phục vụ đo vẽ bản đồ địa chính
theo một tỷ lệ xác định. Ta có thể dễ dàng dự tính được số điểm khống chế cần thiết
khi biết những yếu tố sau:
- Tỷ lệ bản đồ địa chính cần thành lập.
- Phương pháp đo vẽ bản đồ địa chính.
- Đặc điểm địa hình và địa vật khu đo.
- Khoảng cách tối đa quy định từ máy đến tiêu đo.


5
Hiện nay hai phương pháp cơ bản để thành lập bản đồ địa chính là phương
pháp đo ảnh hàng không và phương pháp đo vẽ trực tiếp. Phương pháp toàn đạc là
phương pháp cơ bản, không thể thay thế trong điều kiện đo vẽ bản đồ địa chính tỷ lệ
lớn khu vực dân cư đông đúc, thửa đất nhỏ, bị che khuất nhiều. Bản chất của
phương pháp là dùng phương pháp tọa độ cực xác định toạ độ những điểm chi tiết
bằng máy toàn đạc điện tử.Phương pháp này đòi hỏi số lượng điểm khống chế dải
đều và đủ để đo vẽ hết khu vực cần đo, với khoảng cách đo đảm bảo theo quy định.
Tỷ lệ bản đồ càng lớn, vùng đo vẽ càng che khuất thì số lượng điểm càng nhiều.
+ Dùng phương pháp đo vẽ trực tiếp ở thực địa để thành lập bản đồ địa chính.
Để đảm bảo đo vẽ được bản đồ tỷ lệ 1:5000 – 1:10000, trên diện tích khoảng
5 km2 thì cần phải có ít nhất một điểm từ địa chính trở lên.
Để đảm bảo đo vẽ được bản đồ tỷ lệ 1:500 – 1:2000, trên diện tích từ 1 đến
1,5 km2 thì cần phải có ít nhất một điểm từ địa chính trở lên.
Để đo vẽ bản đồ địa chính tỷ lệ 1:200, bản đồ địa chính ở khu công nghiệp,
khu có cấu trúc xây dựng dạng đô thị, khu đất có giá trị kinh tế cao, khu đất ở đô thị
có diện tích các thửa nhỏ, đan xen nhau, trên diện tích trung bình 0,3 km2 (30 ha) có
một điểm từ địa chính trở lên.
Quy định trên áp dụng cho cả trường hợp có trích đo khu dân cư hoặc trích

đo các thửa, các cụm thửa ở tỷ lệ lớn hơn tỷ lệ bản đồ cơ bản của khu vực.
Trường hợp đặc biệt, khi đo vẽ lập bản đồ địa chính mà diện tích nhỏ hơn 30
ha đến trên 5 ha, mật độ từ điểm địa chính trở lên tối thiểu để phục vụ đo vẽ là 2 điểm.
Sơ đồ phát triển lưới địa chính.
Trên địa bà tỉnh Phú Thọ hiện nay lưới toạ độ địa chính đã được thống nhất
xây dựng trên toàn tỉnh, lưới toạ độ địa chính cấp I, II đã được xây dựng đảm bảo
mật độ cũng như độ chính xác phục vụ công tác thành lập bản đồ địa chính ở những
khu vực nông thôn, đất nông nghiệp, lâm nghiệp… Tuy nhiên, tại những khu vực
thành phố và thị xã thì mạng lưới này không đáp ứng được nhu cầu do bị mất mát
và hư hỏng nhiều do quá trình đô thị hóa nhanh.
Để đảm bảo cho công tác đo đạc lập bản đồ địa chính hiện nay là chêm dày
và bổ sung thêm vào các khu vực bị hư hỏng từ các cấp lưới hạng cao nhà nước


6
như hạng III và hạng IV, tạo nên mạng lưới địa chính cơ sở đạt độ chính xác tiêu
chuẩn quy định và từ đó xây dựng lưới không chế đo vẽ.
Yêu cầu độ chính xác lưới khống chế đo vẽ
Lưới khống chế đo vẽ thường được thành lập theo đơn vị hành chính cấp xã
phường, thị trấn. Được thành lập nhằm mục đích phục vụ đo vẽ bản đồ địa chính,
tính thống nhất về độ chính xác là yếu tố cơ bản quan trọng nhằm đảm bảo cho bản
đồ địa chính được thành lập ở những vùng khác nhau trên một đơn vị hành chính
vẫn đồng đều về chất lượng, đặc biệt là đảm bảo độ chính xác yếu tố cần thiết thể
hiện trên bản đồ địa chính.
Lưới khống chế đo vẽ được xây dựng bằng phương pháp đường chuyền hoặc
sử công nghệ GPS theo đồ hình lưới tam giác dày đặc, đồ hình chuỗi tam giác, tứ
giác để làm cơ sở đo vẽ bản đồ địa chính.
1.2. Tổng quan về công nghệ GPS
1.2.1 Quá trình hình thành
Tên tiếng Anh đầy đủ của GPS là: Navigation Satellite Timing and Ranging

Global Positioning System. Đây là một hệ thống radio hàng hải dựa vào các vệ tinh
để cung cấp thông tin vị trí 3 chiều và thời gian chính xác. Hệ thống luôn sẵn sàng
trên phạm vi toàn cầu và hoạt động trong mọi điều kiện thời tiết.
Từ trước những năm 70 của thế kỷ trước, Cơ quan Hàng không và Vũ trụ
(NASA) cùng với Quân đội Hoa Kỳ đã tiến hành chương trình nghiên cứu, ứng
dụng công nghệ NSS để dẫn đường và định vị chính xác bằng vệ tinh nhân tạo. Hệ
thống định vị dẫn đường bằng vệ tinh thế hệ đầu tiên là hệ thống TRANSIT. Hệ
thống này có 6 vệ tinh, hoạt động theo nguyên lý Doppler. Hệ thống TRANSIT
được sử dụng trong thương mại vào năm 1967. Một thời gian ngắn sau đó
TRANSIT bắt đầu ứng dụng trong trắc địa. Việc thiết lập mạng lưới điểm định vị
khống chế toàn cầu là những ứng dụng sớm nhất của hệ thống TRANSIT.
Sử dụng hệ thống TRANSIT để định vị cần thời gian quan trắc rất lâu mà
độ chính xác chỉ đạt cỡ 1m. Do vậy, trong công tác trắc địa - bản đồ hệ thống
TRANSIT chỉ phù hợp với công tác xây dựng các mạng lưới khống chế cạnh dài.


7
Nó không thỏa mãn được các ứng dụng đo đạc thông dụng như đo đạc bản đồ, các
công trình dân dụng.
Ngay sau sự thành công của hệ thống TRANSIT, hệ thống định vị vệ tinh thế
hệ thứ hai ra đời có tên là NAVSTAR-GPS (Navigtion Satellite Timing And
Ranging – Global Positioning System) gọi tắt là GPS. Hệ thống này bao gồm 24 vệ
tinh phát tín hiệu, bay quanh Trái đất theo những quỹ đạo xác định. Độ chính xác
định vị bằng hệ thống này được nâng cao một cách đáng kể so với TRANSIT và đã
khắc phục được nhược điểm về thời gian quan trắc.
Sau khi phóng vệ tinh thử nghiệm NTS-2 (Navigation Technology Sattellite
2) được một năm, giai đoạn thử nghiệm vận hành hệ thống GPS bắt đầu với việc
phóng vệ tinh GPS khối I. Từ năm 1978 đến 1985 có 11 vệ tinh khối I đã được
phóng lên quỹ đạo. Hiện nay hầu hết số vệ tinh thuộc khối I đã hết hạn sử dụng.
Việc phóng vệ tinh thế hệ thứ II (khối II) bắt đầu vào năm 1989. Sau giai đoạn này,

24 vệ tinh đã được triển khai trên 6 quỹ đạo nghiêng 55o so với mặt phẳng xích đạo
trái đất với chu kỳ 12 giờ 58 phút, ở độ cao xấp xỉ 12.600 dặm (20.200 km). Loại vệ
tinh bổ sung thế hệ III (khối IIR, IIR-M và II-F) được thiết kế thay cho những vệ
tinh khối II, cho đến nay đã có 32 vệ tinh của hệ thống GPS hoạt động trên quỹ đạo.
Đồng thời với hệ thống GPS của Mỹ, Nga cũng phát triển một hệ thống
tương tự với tên gọi GLONASS (nhưng không thương mại hóa rộng rãi). Hiện nay
Liên minh Châu Âu đang phát triển hệ dẫn đường vệ tinh của mình mang tên
GALILEO, hiện đã có một số vệ tinh đã được đưa lên quỹ đạo và hệ thống dự kiến
được đưa vào sử dụng năm 2014. Trung Quốc thì phát triển hệ thống định vị toàn
cầu của mình mang tên BEIDOU (Bắc Đẩu) bao gồm 35 vệ tinh. Ngoài ra còn một
số hệ thống định vị vệ tinh khác được sử dụng ở một số nơi trên thế giới.
Công nghệ GPS được ứng dụng sớm nhất trong trắc địa là đo đạc các mạng
lưới trắc địa mặt bằng, năm 1983 người ta đã xây dựng mạng lưới trắc địa ở Elfel
(CHLB Đức), tiếp theo đó nhiều mạng lưới khác cũng được xây dựng ở
Montgomery County, Pennsylvania (Mỹ),... Ở Việt Nam, ngay từ những năm 19911992 chúng ta cũng đã sử dụng công nghệ GPS để xây dựng một số mạng lưới tọa
độ nhà nước hạng II ở những vùng khó khăn chưa có lưới khống chế (Minh Hải,


8
Tây Nguyên,...). Sử dụng GPS để xây dựng lưới trắc địa biển, kết nối đất liền với
các hải đảo trong một hệ thống tọa độ chung. Trong những năm 1995-1997 chúng ta
đã xây dựng mạng lưới GPS cấp “0”, trên cơ sở đó thành lập hệ quy chiếu Quốc gia
mới (VN-2000) cũng như việc lập lưới khống chế hạng III phủ trùm lãnh thổ (gần
30.000 điểm).
Công nghệ GPS không ngừng phát triển và ngày càng hoàn thiện về thiết bị
đo và phần mềm xử lý số liệu, đươc ứng dụng rộng rãi vào mọi dạng công tác trắc
địa bản đồ, trắc địa công trình dân dụng, an ninh… ngày càng đơn giản, hiệu quả.
1.2.2 . Cấu trúc hệ thống GPS
Hệ thống định vị GPS gồm 3 đoạn: đoạn không gian, đoạn điều khiển và
đoạn người sử dụng

Hình 1.1. Cấu trúc của hệ thống GPS.
Đoạn không gian
Đoạn không gian theo thiết kế gồm 24 vệ tinh chuyển động trên 6 mặt phẳng quỹ
đạo với độ cao khoảng 20.200 km, nghiêng với mặt phẳng xích đạo của trái đất một góc
550. Vệ tinh GPS chuyển động trên quỹ đạo gần như tròn đều với chu kì 718 phút. Với sự
phân bố vệ tinh trên quỹ đạo như vậy trong bất kì thời gian nào và ở bất kì vị trí quan sát
nào trên trái đất cũng có thể quan sát được tối thiểu 4 vệ tinh. Hiện nay có 31 vệ tinh đang
hoạt động.


9
Các vệ tinh GPS có trọng lượng khoảng 1600kg khi phóng và khoảng 800kg
trên quỹ đạo. Theo thiết kế tuổi thọ của vệ tinh khoảng 7,5 năm. Năng lượng cung
cấp cho hoạt động của các thiết bị trên vệ tinh là năng lượng pin mặt trời.
Mỗi vệ tinh được trang bị 4 đồng hồ nguyên tử gồm 2 đồng hồ thuộc loại
censium và 2 đồng hồ thuộc loại rubidium có độ chính xác 10-12 s. Với 4 đồng hồ
này không chỉ có mục đích dự phòng mà còn tạo ra cơ sở giám sát thời gian và cung
cấp giờ chính xác nhất. Thêm vào đó mỗi vệ tinh còn được trang bị bộ tạo dao động
thạch anh rất chính xác.
Tất cả các đồng hồ của hệ thống GPS hoạt động ở tần số chuẩn cơ sở f

0

=

10.23MHz. Tần số này là tần số chuẩn của đồng hồ nguyên tử, với độ chính xác cỡ 10-12
Các vệ tinh GPS đều có thiết bị tạo dao động với tần số cơ sở chuẩn f 0 . Từ
tần số cơ sở thiết bị sẽ tạo ra 2 tần số sóng tải L1, L2.
Sóng tải L1 có tần số f1 = 154f0 = 1575,42 MHz, có bước sóng l1 = 19,032 cm

Sóng tải L2 có tần số f2 = 120f0 = 1227,60 MHz, có bước sóng l2 = 24,420 cm
Các sóng tải L1, L 2 thuộc dải sóng cực ngắn như vậy các tín hiệu vệ tinh sẽ ít
bị ảnh hưởng của tầng điện li và tầng đối lưu vì mức độ làm chậm tín hiệu do tầng
điện li tỷ lệ nghịch với bình phương của tần số.
Để phục vụ cho các mục đích và đối tượng khác nhau, các tín hiệu phát đi
được điều biến mang theo các code riêng biệt đó là C/A code, P- code và Y – code.
- C/A code là code thô cho phép dùng rộng rãi.
- P – code được dùng cho mục đích quân sự (của Mỹ) và chỉ được dùng cho
mục đích khác khi Mỹ cho phép.
- Y – code là code bí mật được phủ lên P- code gọi là kỹ thuật AS (Antin Spoofing).
Người ta ước lượng độ chính xác định vị cỡ 1% bước sóng của tín hiệu. Như
vậy ngay khi sử dụng code thô C/A để định vị thì có thể đạt tới độ chính xác cỡ 3m.
Chính vì thế phía Mỹ chủ động làm nhiễu tín hiệu để hạ thấp độ chính xác định vị
tuyệt đối. Kỹ thuật làm nhiễu này gọi là SA (Selective Availability). Do nhiễu SA
khách hàng chỉ có thể định vị tuyệt đối với độ chính xác cỡ 50 ÷ 100m. Từ ngày 20
tháng 5 năm 2000 Mỹ đã bỏ chế độ nhiễu SA.


10

Hình 1.2. Vệ tinh GPS đang bay trên quĩ đạo quanh Trái đất.
Đoạn điều khiển
Mục đích trong phần này là kiểm soát vệ tinh đi đúng hướng theo quỹ đạo và
thông tin thời gian chính xác.
Đoạn điều khiển gồm 5 trạm quan sát trên mặt đất, trong đó có một trạm điều
khiển trung tâm đặt tại Colorado Springs (Mỹ) và 4 trạm theo dõi đặt tại Ascension
Island (Đại Tây Dương), Hawaii (Thái Bình Dương), Kwajalein (Đông Thái Bình
Dương) và Diego Garcia (Ấn Độ Dương). Các trạm này tạo thành một vành đai bao
quanh Trái đất.
Các vệ tinh luôn được các trạm điều khiển theo dõi liên tục và có thể quan

sát được tất cả các vệ tinh. Các số liệu quan sát được ở các trạm này được chuyển
về trạm điều khiển trung tâm (MCS – master control station), tại đây việc tính toán
số liệu chung được thực hiện liên tục và cuối cùng các thông tin đạo hàng cập nhật
được chuyển lên các vệ tinh, để sau đó từ vệ tinh chuyển đến các máy thu dưới mặt đất.


11
Vai trò của đoạn điều khiển vô cùng quan trọng vì nó không chỉ theo dõi các
vệ tinh mà còn liên tục cập nhật, điều chỉnh để chính xác hoá các thông tin đạo
hàng, bảo đảm độ chính xác cho công tác định vị bằng hệ thống GPS.

Hình 1.3. Mạng lưới các trạm điều khiển của hệ thống GPS từ sau năm 2005.
Cơ quan tình báo địa không gian Mỹ (NGA: National Geospatial-Intelligence
Agency) đã thêm vào 6 trạm điều khiển của phần điều khiển của GPS từ tháng 8
năm 2005, nâng tổng số trạm điều khiển lên thành 11 (hình 1.3). Với số lượng trạm
điều khiển như vậy, mỗi vệ tinh luôn luôn có thể nhìn được thấy ít nhất từ 2 trạm
điều khiển và kết quả xác định vị trí của vệ tinh sẽ được chính xác hơn. Trong thời
gian tới, sẽ có thêm 5 trạm điều khiển nữa của NGA được bổ sung và khi đó mỗi vệ
tinh luôn luôn có thể nhìn được tối thiểu 3 trạm điều khiển.
Đoạn sử dụng
Đây là tất cả các máy móc, thiết bị thu nhận thông tin từ vệ tinh để khai thác
sử dụng cho các mục đích và yêu cầu khác nhau của người sử dụng, kể cả ở trên
không, trên biển và trên đất liền.
Đoạn này bao gồm các thành phần sau:
- Phần cứng: thu tín hiệu và thực hiện đo đạc;
- Phần mềm: các thuật toán định vị, giao diện người sử dụng,...
- Các thao tác, thủ tục.
Các thiết bị của phần sử dụng rất đa dạng bởi chúng phục vụ cho rất nhiều
ứng dụng khác nhau của GPS. Các thiết bị này thường được phân loại theo loại trị
đo mà chúng có thể thực hiện được, đó là:

12
+ Các máy thu GPS để định vị trong các mục đích dân sự, chúng sử dụng
phương pháp đo mã C/A-code ở tần số L1.
+ Các máy thu GPS để định vị trong các mục đích quân sự, chúng sử dụng
phương pháp đo mã C/A-code và P-code ở cả 2 tần số L1 và L2.
+ Các máy đo pha một tần số (L1);
+ Các máy đo pha 2 tần số L1 và L2.
Hiện nay trong đo đạc địa chính chúng ta thường dùng 2 loại sau vì chúng
cho độ chính xác rất cao, tới vài millimét.
Các thiết bị sử dụng: Máy GPS HD 8200X của hãng Hi Taget Trung Quốc,
South 9600 Trung Quốc Trimble Navigation 4000SE, 4000SSE, 4600LS, 4800LS...
1.2.3. Tín hiệu GPS
Tín hiệu phát ra từ vệ tinh bao gồm 3 thành phần cơ bản sau:
- 2 sóng tải (hay sóng mang - carrier wave) trong dải tần số L (L band) là L1 và L2;
- Mã giả ngẫu nhiên sử dụng để đo khoảng cách, bao gồm C/A-code và Pcode (hay Y-code);
- Thông báo định vị (navigation message).
Trên mỗi một vệ tinh GPS có gắn 1 đồng hồ nguyên tử có độ chính xác rất.
Các đồng hồ này xung nhịp với tần số f 0  10.23MHz là tần số cơ bản để tạo ra tín
hiệu phát đi từ vệ tinh.
Để đo khoảng cách và các thông báo định vị phải nhờ vào các sóng tải mã.
Vệ tinh GPS phát ra sóng tải ở 2 tần số ký hiệu là L1 và L2, các tần số này được
tính từ tần số cơ bản như sau:

f L1  154  f 0  1575 .42Mhz ;
f L 2  120  f 0  1227 .60Mhz ;
Từ công thức trên, có thể tính được bước sóng của L1 và L2 như sau:

L1 

c
 19 cm
f L1

L 2 

c
 24 cm
f L2

Để đo khoảng cách từ vệ tinh tới máy thu người ta sử dụng các giả mã ngẫu
nhiên. Các mã này được gọi là giả ngẫu nhiên vì chúng có tính chất gần giống như
một mã ngẫu nhiên, nhưng trong thực tế được phát sinh ra theo một thuật toán phức


13
tạp mà ta có thể biểu diễn một cách đơn giản dưới dạng hàm số G = G(PRN) với
PRN là số nguyên có giá trị từ 1 đến 36. Với mỗi một giá trị của PRN sẽ có một mã
giả ngẫu nhiên. Mỗi vệ tinh GPS được gán một giá trị PRN riêng và do đó nó có mã
giả ngẫu nhiên riêng . Có 2 loại mã giả ngẫu nhiên là:
- Các thông báo định vị (Navigation message) chứa các thông tin dự báo về:
+ Lịch vệ tinh;
+ Thông tin của vệ tinh (hay sức khỏe) của vệ tinh (đang hoạt động, ngừng
hoạt động, sửa chữa,...);
+ Các hệ số của mô hình dùng để hiệu chỉnh sai lệch đồng hồ của vệ tinh;
+ Để biết được ảnh hưởng của tầng điện ly ta căn cứ vào các thông số của mô
hình mô tả.
Các vệ tinh nhận các thông tin dự báo từ các trạm điều khiển cung cấp lên
rồi truyền xuống các máy thu của người sử dụng trong các thông báo định vị. Thông

báo định vị được phát đi từng bít một (0 hay 1) cứ sau 20 chu kỳ lặp lại của mã
C/A-code. Toàn bộ một thông báo định vị dài 1500bit và để truyền tải một thông
báo như vậy cần 30s.

Hình 1.4. Cấu trúc tín hiệu GPS


14
1.2.4. Các trị đo GPS
Công nghệ định vị toàn cầu GPS thực hiện trên cơ sở sử dụng hai dạng đại
lượng đo cơ bản, đó là đo pha của sóng tải L1, L2 và tổ hợp L1/L2 và đo khoảng
cách giả theo các code tựa ngẫu nhiên (C/A-code và P-code).
• Đo pha sóng tải
Để định vị với độ chính xác cao ta sử dụng các sóng tải L1, L2. Với mục
đích này người ta tiến hành đo hiệu số giữa pha của sóng tải do máy thu nhận được
tín hiệu vệ tinh và phát ra của máy thu. Hiệu số pha do máy thu đo được ta ký hiệu
là Φ(0<Φ<2π).
Từ đó ta có:
Φ=

(R-Nλ+c∆t)

(1.2)

Trong đó:
R là khoảng cách giữa vệ tinh và máy thu;
λ là bước sóng của sóng tải;
N là số nguyên lần bước sóng λ chứa trong R, N còn được gọi là số nguyên
đa trị, thường không biết trước mà cần phải xác định trong thời gian đo;
∆t là sai số đồng bộ giữa đồng hồ của vệ tinh và máy thu;

Đo pha theo sóng tải L1 có thể xác định khoảng cách giữa vệ tinh và máy thu
với độ chính xác đến cm, hoặc nhỏ hơn. Sóng tải L2 cho độ chính xác thấp hơn,
nhưng tác dụng của nó là cùng với L1 tạo ra khả năng làm giảm đáng kể tầng điện
ly và việc xác định số nguyên đa trị được đơn giản hơn.


15

Hình 1.5. Kỹ thuật giải đa trị tại các máy thu
• Đo khoảng cách giả theo C/A-code và P-code
Máy thu GPS phát đi code tựa ngẫu nhiên. Vệ tinh cũng tạo ra code tựa ngẫu
nhiên cùng với sóng tải đúng may thu. Bằng cách so sánh code thu từ vệ tinh và
code của chính máy thu tạo ra có thể xác định được khoảng thời gian lan truyền của
tín hiệu code, từ đó dễ dàng xác định được khoảng cách từ vệ tinh đến máy thu (đến
tâm anten của máy thu). Nhưng đó là khoảng cách giả do có sự không đồng bộ
giữa đồng hồ của vệ tinh và máy thu và có ảnh hưởng của môi trường lan
truyền tín hiệu nên khoảng cách tính theo khoảng thời gian đo được không
phải là khoảng cách thực giữa vệ tinh và máy thu
Đặt giả thiết tọa độ của vệ tinh là xs, ys, zs; tọa độ của máythu là x,y,z; thời
gian lan truyền tín hiệu từ vệ tinh đến máythu là t, sai số không đồng bộ giữa đồng
hồ trên vệ tinh và trong máy thu là ∆t, khoảng cách giả đo được là R, ta có phương trình:
R = c(t+∆t) =

( xS  x)2  ( yS  y)2  ( zS  z)2 + c∆t

(1.1)

Trong đó, c là tốc độ lan truyền tín hiệu.
Nếu sử dụng C/A-code, theo dự tính của các nhà thiết kế hệ thống GPS, kỹ
thuật đo khoảng thời gian lan truyền tín hiệu chỉ có thể đảm bảo độ chính xác đo

khoảng cách tương ứng khoảng 30m. Mà tính đến ảnh hưởng của điều kiện lan


16
truyền tín hiệu, sai số đo khoảng cách theo C/A code sẽ ở mức 100m là mức có
thể chấp nhận được để cho khách hàng dân sự được khai thác. Song kỹ thuật xử lý
tín hiệu code này đã được phát triển đến mức có thể đảm bảo độ chính xác đo
khoảng cách khoảng 3m, tức là hầu như không thua kém so với trường hợp sử dụng
P-code vốn không dành cho khách hàng đại trà. Chính vì lý do này mà trước đây
Chính phủ Mỹ đã đưa ra giải pháp SA để hạn chế khả năng thực tế của C/A code.
Nhưng ngày nay do kỹ thuật đo GPS có thể khắc phục được nhiễu SA, Chính phủ
Mỹ đã tuyên bố bỏ nhiễu SA trong trị đo GPS từ tháng 5 năm 2000.
1.2.5. Nguyên lý định vị GPS
1.2.5.1.Định vị tuyệt đối (point positioning)
Định vị tuyệt đối là sử dụng máy thu GPS để xác định ngay tọa độ của điểm
quan sát trong hệ tọa độ WGS-84. đó có thể là các thành phần tọa độ vuông góc
không gian (X,Y,Z) hoặc các thành phần tọa độ trắc địa mặt cầu (B,L,H). Hệ thống
tọa độ WGS-84 là hệ thống tọa độ cơ sở của GPS, tọa độ của vệ tinh và điểm quan
sát đều lấy theo hệ thống tọa độ này.Việc đo GPS tuyệt đối được thực hiện trên cơ
sở sử dụng đại lượng đo là khoảng cách giả từ vệ tinh đến máy thu theo
nguyên tắc giao hội cạnh không gian từ các điểm đã biết tọa độ là các vệ tinh.
Nếu biết chính xác khoảng thời gian lan truyền tín hiệu code tựa ngẫu nhiên từ vệ
tinh đến máy thu và ngược lại, ta sẽ tính được khoảng cách chính xác giữa vệ tinh
và máy thu. Khi xác định được đồng thời khoảng cách từ 3 vệ tinh đến máy thu sẽ
cho ta vị trí không gian đơn trị của máy thu. Song trên thực tế cả đồng hồ trên vệ
tinh và đồng hồ trong máy thu đều có sai số, nên khoảng cách đo được không phải
là khoảng cách chính xác. Kết quả là chúng không thể cắt nhau tại một điểm, nghĩa
là không thể xác định được vị trí của máy thu. Để khắc phục tình trạng này cần sử
dụng thêm một đại lượng đo nữa, đó là khoảng cách từ vệ tinh thứ 4, ta có hệ
phương trình:

(XS1- X)2+(YS1- Y) 2+(Z S1- Z) 2= (R1-c∆t) 2
(XS2- X)2+(YS2- Y) 2+(Z S2- Z) 2= (R2-c∆t) 2
(XS3- X)2+(YS3- Y) 2+(Z S3- Z) 2= (R3-c∆t) 2
(XS4- X)2+(YS4- Y) 2+(Z S4- Z) 2= (R4-c∆t) 2

(1.3)