Nghiên cứu bình sai kết hợp trị đo GPS và trị đo mặt đất trong hệ thống tọa độ vuông góc không gian địa diện chân trời áp dụng cho mạng lưới trắc địa công trình ( Luận án tiến sĩ)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO
TRƯỜNG ðẠI HỌC MỎ -ðỊA CHẤT

LÊ VĂN HÙNG

NGHIÊN CỨU BÌNH SAI KẾT HỢP TRỊ ðO GPS VÀ
TRỊ ðO MẶT ðẤT TRONG HỆ TỌA ðỘ VUÔNG GÓC
KHÔNG GIAN ðỊA DIỆN CHÂN TRỜI ÁP DỤNG
CHO CÁC MẠNG LƯỚI TRẮC ðỊA CÔNG TRÌNH

LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT

HÀ NỘI - 2014


BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO
TRƯỜNG ðẠI HỌC MỎ -ðỊA CHẤT

LÊ VĂN HÙNG

NGHIÊN CỨU BÌNH SAI KẾT HỢP TRỊ ðO GPS VÀ
TRỊ ðO MẶT ðẤT TRONG HỆ TỌA ðỘ VUÔNG GÓC
KHÔNG GIAN ðỊA DIỆN CHÂN TRỜI ÁP DỤNG
CHO CÁC MẠNG LƯỚI TRẮC ðỊA CÔNG TRÌNH

Ngành: Kỹ thuật Trắc ñịa – Bản ñồ
Mã số : 62520503

LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

1: PGS.TS ðặng Nam Chinh
2: PGS.TS Nguyễn Quang Phúc

HÀ NỘI - 2014


i

LỜI CAM ðOAN

Tôi cam ñoan ñây là công trình nghiên cứu của riêng bản thân
tôi. Các số liệu tính toán và kết quả nghiên cứu trình bày trong Luận
án là trung thực và chưa từng ñược công bố trong bất kỳ công trình
nào khác.
Tác giả luận án

Lê Văn Hùng


ii

MỤC LỤC
Lời cam ñoan…………………………………………………………..

i

Mục lục……..………………………………………………………….

ii

Danh mục các chữ viết tắt…………. …………………………………

vi

Danh mục các bảng……….……………………………………….......

vii

Danh mục các hình vẽ………..………………………………………..

ix

MỞ ðẦU ………………………………………………………….......

1

Chương 1. TỔNG QUAN VỀ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GPS
TRONG XÂY DỰNG LƯỚI TRẮC ðỊA CÔNG TRÌNH VÀ VẤN ðỀ
BÌNH SAI LƯỚI GPS…………………………………………………..
1.1. Các phương pháp thành lập lưới trắc ñịa công trình

7
7

1.1.1. Nhóm các phương pháp ño mặt ñất………………………

8

1.1.2. Phương pháp ño GPS…………………………………….

9

1.1.3. Kết hợp giữa phương pháp ño GPS và phương pháp ño
mặt ñất………………………………………………………………….

10

1.2. Tổng quan về ứng dụng công nghệ GPS trong xây dựng lưới
trắc ñịa công trình………………………………………….…………...

11

1.2.1. Ứng dụng công nghệ GPS trong xây dựng lưới trắc ñịa
công trình ở nước ngoài…………………………………...

11

1.2.2. Ứng dụng công nghệ GPS trong xây dựng lưới trắc ñịa
công trình ở Việt Nam …………………….……...............

13

1.3. Tổng quan về xử lý số liệu GPS kết hợp trị ño mặt ñất trong
trắc ñịa công trình…………...…………………………………………

16

1.3.1. Xử lý số liệu GPS kết hợp trị ño mặt ñất trong trắc ñịa
công trình ở nước ngoài.....................................................................

16

1.3.2. Xử lý số liệu GPS kết hợp trị ño mặt ñất trong trắc ñịa
công trình ở Việt Nam.......................................................................

19


iii

1.4. Các phần mềm bình sai lưới trắc ñịa ở nước ngoài……………

21

1.4.1. Phần mềm STAR*NET v.7.1……………….....................

21

1.4.2. Phần mềm MOVE3 v.4.0.2……………..................…......

23

1.4.3. Phần mềm COLUMBUS v.3.8……………..................….

24

Chương 2. HỆ TỌA ðỘ ðỊA DIỆN CHÂN TRỜI VÀ KHẢ NĂNG
SỬ DỤNG TRONG TRẮC ðỊA CÔNG TRÌNH……………………….

28

2.1. Yêu cầu về hệ quy chiếu ñối với lưới không chế mặt phẳng
trắc ñịa công trình……………………………………………...

28

2.1.1. Số hiệu chỉnh do chiếu về mặt phẳng ……………………

28

2.1.2. Số hiệu chỉnh do ñộ cao so với mặt Ellipsoid quy chiếu...

32

2.2. Hệ tọa ñộ ñịa diện chân trời……...…………………………...

33

2.2.1. Thiết lập hệ tọa ñộ ñịa diện chân trời…………………….

33

2.2.2. Tính ñổi và tính chuyển tọa ñộ……..…………………….

36

2.2.3. Phương án ño nối tọa ñộ và ñộ cao Quốc gia vào lưới
trắc ñịa công trình…………………………………………

47

2.3. Xác ñịnh giới hạn sử dụng của hệ tọa ñộ ñịa diện chân trời
trong trắc ñịa công trình………………………………………

50

2.3.1. Cơ sở lý thuyết…………………………………………...

50

2.3.2. Xác ñịnh bán kính khu vực sử dụng hệ tọa ñộ ñịa diện
chân trời…………………………………………………...

51

2.3.3. Khảo sát biến dạng góc ngang……………………………

57

2.3.4. Tính phạm vi khu ño theo giới hạn biến dạng góc ngang..

59

2.3.5. Nhận xét…………………….……………………………

60

2.4. Sử dụng hệ tọa ñộ ñịa diện chân trời thay thế phép chiếu
UTM trong trắc ñịa công trình dân dụng và công nghiệp……………..

61

2.4.1. So sánh lưới chiếu phẳng UTM với hệ tọa ñộ ñịa diện
chân trời………………………………………………………………..

61


iv

2.4.2. Ưu nhược ñiểm khi sử dụng hệ tọa ñộ ñịa diện chân trời..

63

2.4.3. Những lưu ý khi sử dụng hệ tọa ñộ ñịa diện chân trời …..

63

Chương 3. BÌNH SAI KẾT HỢP TRỊ ðO GPS VÀ TRỊ ðO MẶT
ðẤT TRONG HỆ TỌA ðỘ ðỊA DIỆN CHÂN TRỜI………………...

65

3.1. Trị ño trong lưới GPS...………………………………………..

65

3.1.1. Véc tơ cạnh và tác dụng của ma trận hiệp phương sai
trong bình sai lưới GPS …….............................................

65

3.1.2. Kiểm tra sai số khép trong lưới GPS.................................

73

3.2. Bình sai lưới GPS trong hệ tọa ñộ vuông góc không gian ñịa
tâm……......................................................................................

74

3.2.1. Khái quát chung………………………………………….

74

3.2.2. Thuật toán bình sai gián tiếp lưới GPS trong hệ tọa ñộ
vuông góc không gian ñịa tâm………………………........

74

3.3. Bình sai lưới GPS kết hợp trị ño mặt ñất trong hệ tọa ñộ ñịa
diện chân trời……………………..............................................

76

3.3.1. Bình sai lưới GPS trong hệ tọa ñộ ñịa diện chân trời……

76

3.3.2. Bình sai lưới GPS kết hợp với trị ño mặt ñất trong hệ tọa

ñộ ñịa diện chân trời……………………………………...

82

3.3.3. Khả năng ứng dụng phép lọc Kalman trong bình sai kết
hợp (chia nhiều giai ñoạn)………………………………..

88

3.3.4. Bình sai kết hợp lưới không gian và lưới mặt ñất………..

94

Chương 4. XÂY DỰNG PHẦN MỀM BÌNH SAI KẾT HỢP TRỊ ðO
GPS VÀ TRỊ ðO MẶT ðẤT TRONG HỆ TỌA ðỘ ðỊA DIỆN
CHÂN TRỜI…………………………………………………………...
4.1. Chương trình bình sai kết hợp……………………………….

96
96

4.1.1. Quy trình bình sai lưới GPS kết hợp các trị ño góc cạnh
trong hệ tọa ñộ ñịa diện chân trời...........................................................

96


v

4.1.2. Sơ ñồ khối..........................................................................

99

4.2. Xây dựng phần mềm bình sai kết hợp trị ño GPS và trị ño mặt
ñất trong hệ tọa ñộ ñịa diện chân trời…………………………………. 101
4.2.1. Ngôn ngữ lập trình.............................................................. 101
4.2.2. Xây dựng phần mềm..........................................................

101

4.3. Tính toán thực nghiệm…………...…………………………… 106
4.3.1. Thực nghiệm bình sai mạng lưới GPS kết hợp trị ño mặt
ñất công trình nhà máy lọc dầu Dung Quất …………………………... 106
4.3.2. Thực nghiệm bình sai mạng lưới GPS kết hợp trị ño mặt
ñất công trình nhà máy xi măng Thái Nguyên ……………………….. 110

4.3.3. Nhận xét chung............................................................ 115
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ………………………………………... 116
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ðà CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ…. 118
TÀI LIỆU THAM KHẢO ……………………………………………. 119
PHỤ LỤC 1…………………………………………………………… 127
PHỤ LỤC 2…………………………………………………………… 129
PHỤ LỤC 3…………………………………………………………… 131
PHỤ LỤC 4…………………………………………………………… 133
PHỤ LỤC 5…………………………………………………………… 138
PHỤ LỤC 6…………………………………………………………… 144
PHỤ LỤC 7…………………………………………………………… 150
PHỤ LỤC 8…………………………………………………………… 158
PHỤ LỤC 9…………………………………………………………… 160
PHỤ LỤC 10…………………………………………………………

162


vi

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
TT

Chữ viết tắt

Ý nghĩa

1

GPS

Global Positioning System

2

GNSS

Global Navigation Satellite Systems

3

Hệ ñịa tâm

Hệ tọa ñộ vuông góc không gian ñịa tâm

4

Hệ ñịa diện

Hệ tọa ñộ vuông góc không gian ñịa diện chân trời

5

IGS

The International GNSS Service

6

ITRF

The International Terrestrial Reference Frame

7

NMXM

Nhà máy xi măng

8

KCN

Khu công nghiệp

9

TðCT

Trắc ñịa công trình

10

TððT

Toàn ñạc ñiện tử

11

SSTPðVTS

Sai số trung phương ñơn vị trọng số

12

SSTP

Sai số trung phương

13

UTM

Universal Transverse Mercator

14

VLBI

Very long baseline interferometry

15

WGS-84

World Geodetic System 84


vii

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng

Tên bảng

1.1

Một số máy TððT chính xác (sử dụng ñể ño các lưới
khống chế mặt bằng)

1.2

Trang
7

Một số máy TððT ñộ chính xác cao (sử dụng ñể ño các
lưới khống chế có ñộ chính xác cao và quan trắc biến dạng
công trình)

8

2.1

Bảng biến dạng chiều dài khi chiếu cạnh từ mặt ñất về mặt

2.2
2.3
2.4
2.5

Ellipsoid
Số liệu tọa ñộ trắc ñịa ban ñầu
Số liệu tọa ñộ ñịa diện ban ñầu
Tọa ñộ trắc ñịa B,L H của các ñiểm xét
Tọa ñộ ñiểm quy chiếu G của hệ ñịa diện trong các phương

39
44
57

án

58

2.6

32

Giá trị biến dạng góc ngang δ β và số cải chính biến
dạng ∆ β

58

2.7

Giá trị biến dạng góc khi sử dụng hệ ñịa diện

60

3.1
3.2
3.3

Một số ñặc trưng kỹ thuật của các mạng lưới khảo sát
Các yếu tố sau bình sai lưới theo 3 phương án trọng số
Sai khác lớn nhất về tọa ñộ và kết quả ñánh giá ñộ chính

69
70

xác

71

3.4

Các yếu tố sau bình sai lưới theo 3 phương án trọng số

71

3.5

Sai khác lớn nhất về tọa ñộ và kết quả ñánh giá ñộ chính
xác

71

3.6

Sai số khép giới hạn trong vòng khép GPS

74

4.1

So sánh sai số vị trí ñiểm mạng lưới nhà máy lọc dầu Dung
Quất

107


viii

4.2

So sánh tọa ñộ trắc ñịa giữa ba phần mềm TBC, GPSurvey
2.35 và ADGT mạng lưới GPS thuần túy nhà máy lọc dầu
Dung Quất

4.3

108

So sánh sai số trung phương vị trí ñiểm giữa ba phần mềm
TBC, GPSurvey 2.35 và ADGT mạng lưới GPS thuần túy
nhà máy lọc dầu Dung Quất

4.4

So sánh sai số tương ñối cạnh mạng lưới NMXM Thái
Nguyên

4.5

109
111

So sánh tọa ñộ trắc ñịa giữa ba phần mềm TBC, GPSurvey
2.35 và ADGT mạng lưới GPS thuần túy NMXM Thái
Nguyên

4.6

113

So sánh sai số trung phương vị trí ñiểm giữa ba phần mềm
TBC, GPSurvey 2.35 và ADGT mạng lưới GPS thuần túy
NMXM Thái Nguyên

114


ix

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình vẽ

Tên hình vẽ

Trang

1.1

So sánh sai số ño chiều dài bằng GPS và TððT

10

1.2

ðập thủy ñiện Geheyan

12

1.3

ðập thủy ñiện Tam Hiệp

12

1.4

Mốc theo dõi chuyển dịch NMXM Cẩm Phả

15

1.5

Giao diện chính và giao diện nhập dữ liệu của
STAR*NET

22

1.6

Hiển thị các véc tơ cạnh cùng sơ ñồ lưới GPS

22

1.7

Giao diện các lựa chọn tổng quát của MOVE3

23

1.8

Cửa sổ nhập số liệu trị ño GPS và TððT

24

1.9

Giao diện phần mềm COLUMBUS

25

2.1

Chiếu cạnh ño lên mặt ellipsoid

29

2.2

Phạm vi biến dạng do phép chiếu Gauss-Kruger

29

2.3

Phạm vi biến dạng do phép chiếu UTM múi chiếu 30

30

2.4

Phạm vi biến dạng do phép chiếu UTM múi chiếu 60

30

2.5

Hệ tọa ñộ ñịa diện

34

2.6

Xét dấu của hệ tọa ñộ ñịa diện

35

2.7

Lưới chiếu phương vị nghiêng

35

2.8

Phép chiếu trực giao

35

2.9

Chuyển ñổi toạ ñộ Helmert

46

2.10

Các lựa chọn trong thiết lập hệ ñịa diện

51

2.11

Xét biến dạng chiều dài cạnh trên mặt phẳng chân trời

53


x

2.12

Tính số cải chính biến dạng góc ngang

55

2.13

Sơ ñồ khảo sát biến dạng góc ngang

57

2.14

Bản ñồ tỉnh Thanh Hóa và vị trí kinh tuyến trung ương
(Lo=105o)

62

3.1

Lưới KCN Dung Quất

70

3.2

Lưới NMXM Bút Sơn

70

3.3

Sơ ñồ cạnh ño

84

3.4

Ellip sai số vị trí ñiểm

87

3.5

Sơ ñồ lưới không gian 3D kết hợp với lưới mặt ñất 2D

94

4.1

Sơ ñồ khối cho chương trình máy tính

100

4.2

Giao diện quản lý tệp tin

102

4.3

Giao diện biên tập kết quả xử lý cạnh GPS

102

4.4

Giao diện chương trình bình sai kết hợp

104

4.5

Giao diện xuất file kết quả

105

4.6

Giao diện chuyển ñổi tọa ñộ

105

4.7

Nhà máy lọc dầu Dung Quất

106

4.8

Sơ ñồ mạng lưới GPS kết hợp trị ño góc cạnh Nhà máy
lọc dầu Dung Quất

107

4.9

Nhà máy xi măng Thái Nguyên

110

4.10

Mạng lưới ño GPS MNXM Thái Nguyên

110

4.11

Mạng lưới GPS kết hợp các trị ño góc cạnh MNXM
Thái Nguyên

111


1

MỞ ðẦU
1. Tính cấp thiết của luận án
Công nghệ GPS ñược ứng dụng trong trắc ñịa không chỉ là sự thay ñổi
quan trọng trong công nghệ ño ñạc mà còn dẫn ñến sự thay ñổi trong phương
pháp xử lý kết quả ño, ñó là phương pháp bình sai lưới tọa ñộ trong không
gian 3 chiều (3D) sử dụng các véc tơ cạnh ño thay cho bình sai trên mặt
phẳng (2D) sử dụng các trị ño góc - cạnh truyền thống, ñã ñược áp dụng từ
nhiều thế kỷ trước ñây.
Ở Việt Nam, công nghệ GPS ñã ñược khai thác sử dụng trong công tác

trắc ñịa và bản ñồ từ ñầu những năm 90 của thế kỷ XX. Trong lĩnh vực TðCT
công nghệ GPS cũng ñã ứng dụng từ những năm cuối thế kỷ XX trở lại ñây.
Năm 1999, bằng công nghệ GPS, chúng ta ñã xây dựng mạng lưới TðCT
hầm ñường bộ xuyên ñèo Hải Vân (dài trên 6 km), nhờ ñó sai số ñào hầm ñối
hướng ñạt ñược là 2,5 cm. Mạng lưới cơ sở TðCT của KCN Dung Quất ñược
xây dựng bằng công nghệ GPS (6/2001). Tháng 5 năm 2005, mạng lưới
khống chế công trình hầm thủy ñiện A-Vương (dài trên 4 km) cũng ñược xây
dựng bằng công nghệ GPS, nhờ ñó sai số ñào hầm ñối hướng cũng không
vượt quá 5 cm. Ngoài ra còn nhiều mạng lưới TðCT phục vụ xây dựng các
NMXM cũng ñược ño bằng công nghệ GPS, như lưới trắc ñịa công trình
NMXM Nghi Sơn (3/2000), NMXM Thái Nguyên (2/2006), NMXM Bút Sơn
(4/2008), NMXM Cẩm Phả (2008).
Một ñặc ñiểm chung của các mạng lưới sử dụng trong TðCT ñược ño
bằng công nghệ GPS là chiều dài cạnh không quá lớn. Chính vì thế, trong
nhiều trường hợp các ñiểm lưới công trình lại có khả năng thông hướng với
nhau. Trong trường hợp này, những người làm công tác TðCT thường ño
thêm chiều dài cạnh hoặc góc ngang bằng TððT và xử lý cùng với các trị ño
GPS ñể nhận ñược một kết cấu lưới vững chắc, cho ñộ chính xác cao về vị trí
tương hỗ giữa các ñiểm trong lưới.


2

Ngoài ra có trường hợp, một số ñiểm trong lưới không thuận tiện cho
ño GPS, trong trường hợp này cần ño thêm chiều dài cạnh và góc ñể xác ñịnh
ñược tọa ñộ của các ñiểm ñó. Có trường hợp cần kết nối giữa hai mạng lưới
mặt ñất mà không thể dùng các thiết bị ño góc - cạnh thông dụng thì việc sử
dụng công nghệ GPS ñể liên kết các mạng lưới mặt ñất là giải pháp khả thi
nhất. Do ñó việc kết hợp cả 2 phương pháp (ño mặt ñất và công nghệ GPS) ñể
thành lập lưới thì chắc chắn sẽ phát huy ñược ưu ñiểm và khắc phục ñược

những mặt hạn chế của mỗi phương pháp, nâng cao hiệu quả kinh tế - kỹ
thuật trong công tác xây dựng lưới TðCT.
Ở khoảng cách ngắn, ñộ chính xác của ña số các máy TððT phổ biến
cho ñộ chính xác ño chiều dài trong khoảng từ 3 mm ñến 5 mm. Như vậy là
tương ñương với ñộ chính xác ño cạnh bằng GPS. Vấn ñề xử lý bình sai ñồng
thời các véc tơ cạnh GPS (Baselines) với cạnh ño bằng TððT là một nhu cầu
thực tế ñược ñặt ra. Trước ñây, những người làm công tác xử lý số liệu GPS
có thể sử dụng phần mềm GPSurvey 2.35 ñể bình sai kết hợp trị ño GPS với
các trị ño mặt ñất, mặc dù các thủ tục ñể bình sai chung cũng khá phức tạp.
Nhưng từ ngày 14 tháng 9 năm 2011 phần mềm trên ñã hết hạn, không còn
ñược sử dụng.
Vấn ñề nghiên cứu lựa chọn hệ tọa ñộ có thể sử dụng trong giới hạn
nhất ñịnh ñể làm hệ tọa ñộ cơ sở cho công tác trắc ñịa công trình cùng với
nghiên cứu thuật toán và xây dựng quy trình bình sai lưới GPS có sử dụng
thêm các trị ño mặt ñất là hết sức cần thiết trong ñiều kiện chúng ta chưa chủ
ñộng xây dựng ñược phần mềm xử lý số liệu GPS. Kết quả nghiên cứu sẽ là
những ñề xuất góp phần hoàn thiện các quy ñịnh kỹ thuật trong công tác lựa
chọn hệ tọa ñộ cũng như phương pháp xử lý số liệu trong công tác trắc ñịa
công trình ở Việt Nam.
Vấn ñề trên cũng chính mục tiêu nghiên cứu của luận án. ðể giải quyết


3

nội dung nghiên cứu, tác giả ñã tham khảo, tìm hiểu các công trình khoa học
có nội dung liên quan tới tên ñề tài mà các tác giả khác ở trong và ngoài nước
ñã nghiên cứu, công bố trên các tạp chí và trên mạng thông tin toàn cầu
Internet. Nhờ các công trình ñó, sẽ có ñược cái nhìn tổng quan về hiện trạng
của vấn ñề nghiên cứu, từ ñó sẽ có ñược ñịnh hướng ñúng ñắn cho các nghiên
cứu tiếp theo ñể ñạt ñược mục tiêu như mong muốn.

2. Mục ñích, ñối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận án
- Nghiên cứu phương pháp thiết lập hệ tọa ñộ ñịa diện chân trời tại vị trí trung
tâm công trình, hoàn thiện quy trình tính chuyển, tính ñổi giữa hệ tọa ñộ ñịa
diện với các hệ tọa ñộ thường dùng khác.
- Xác ñịnh phạm vi sử dụng hệ tọa ñộ ñịa diện chân trời cho các mạng lưới
TðCT dân dụng và công nghiệp.
- Hoàn thiện cơ sở lý thuyết và ñề xuất quy trình bình sai chặt chẽ kết hợp
giữa trị ño GPS và trị ño mặt ñất.
- Xây dựng phần mềm bình sai kết hợp trị ño GPS và trị ño mặt ñất có tính
ứng dụng cao trong ñiều kiện Việt Nam.
- ðánh giá ñộ xác thực và tin cậy của phần mềm.
3. Nội dung nghiên cứu của luận án
- Nghiên cứu tổng quan công nghệ GPS và TððT ñể thành lập lưới khống
chế TðCT;
- Nghiên cứu hệ tọa ñộ ñịa diện chân trời; Tính ñổi tọa ñộ giữa hệ tọa ñộ ñịa
diện chân trời với hệ tọa ñộ trắc ñịa và hệ tọa ñộ vuông góc phẳng theo phép
chiếu UTM.
- Xác ñịnh giới hạn sử dụng hệ tọa ñộ ñịa diện chân trời trong TðCT;
- Vấn ñề tính trọng số trị ño tương quan trong bình sai lưới GPS;
- Nghiên cứu về bình sai lưới GPS trong hệ tọa ñộ vuông góc không gian ñịa
tâm (X,Y,Z), hệ tọa ñộ ñịa diện chân trời;


4

- Nghiên cứu về bình sai kết hợp GPS với các trị ño mặt ñất trong hệ tọa ñộ
ñịa diện chân trời với phương trình trị ño khoảng cách bằng TððT, số cải
chính góc ngang và phương trình số hiệu chỉnh góc ngang.
- Nghiên cứu lập chương trình máy tính phục vụ xử lý số liệu.
4. Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp thống kê: thu thập, tổng hợp, xử lý các số liệu liên quan
- Phương pháp phân tích: sử dụng các phương tiện và các tiện ích, phân tích
có lôgíc các tư liệu, số liệu làm cơ sở ñể giải quyết các vấn ñề ñặt ra.
- Phương pháp so sánh: tổng hợp kết quả, so sánh ñánh giá và ñưa ra các kết
luận về các vấn ñề ñặt ra.
- Phương pháp tổng hợp: Tập hợp các kết quả nghiên cứu, ñánh giá kiểm
chứng ñộ xác thực của các công thức ñưa ra.
- Phương pháp ứng dụng công nghệ thông tin, lập chương trình máy tính…
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
- Các kết quả nghiên cứu ñã ñặt cơ sở cho việc bình sai kết hợp giữa trị ño
GPS với trị ño mặt ñất trong hệ tọa ñộ ñịa diện chân trời áp dụng cho các
mạng lưới TðCT yêu cầu ñộ chính xác cao.
- ðề xuất sử dụng hệ ñịa diện chân trời làm hệ tọa ñộ cơ sở thay thế cho hệ
tọa ñộ vuông góc phẳng theo phép chiếu UTM trong công tác TðCT dân
dụng và công nghiệp.
- Thuật toán và quy trình ñã ñược chuyển thành phần mềm bình sai kết hợp
hoàn toàn có thể sử dụng trong thực tiễn công tác TðCT ở Việt Nam.
- Có thể ứng dụng những kết quả nghiên cứu của luận án trong các lĩnh vực
ñào tạo kỹ sư, giảng dạy, nghiên cứu khoa học và phục vụ sản xuất.
6. Các luận ñiểm bảo vệ
- Luận ñiểm thứ nhất: Vấn ñề tính trọng số trị ño trong lưới ño thuần GPS
cũng như lưới GPS kết hợp lưới mặt ñất là rất quan trọng. Cần phải chuẩn hóa
trị ño GPS theo quy trình bình sai hai bước.


5

- Luận ñiểm thứ hai: Cần phải tính biến dạng góc ñể cải chính vào góc ño
trước khi bình sai kết hợp trị ño GPS và trị ño mặt ñất. Các yếu tố (kích
thước) của mạng lưới sau bình sai bảo ñảm sự phù hợp tốt nhất với yếu tố

thực ñịa. ðiều này rất cần thiết ñối với công tác thiết kế, thi công các công
trình dân dụng và công nghiệp yêu cầu ñộ chính xác cao.
- Luận ñiểm thứ ba: Hệ tọa ñộ ñịa diện chân trời có thể sử dụng làm hệ tọa ñộ
cơ sở thay thế cho hệ tọa ñộ vuông góc phẳng theo phép chiếu UTM phục vụ
các giai ñoạn khảo sát (tỷ lệ lớn), thiết kế và thi công công trình. Phạm vi (bán
kính) sử dụng hệ tọa ñộ ñịa diện chân trời ñược ước tính theo yêu cầu biến
dạng.
7. Các ñiểm mới của luận án
- Hoàn thiện hệ thống công thức ñể xác ñịnh phạm vi sử dụng của hệ tọa ñộ
ñịa diện chân trời trong TðCT;
- ðề xuất công thức tính số cải chính biến dạng góc ngang khi bình sai kết
hợp trị ño GPS với trị ño mặt ñất trong hệ tọa ñộ ñịa diện chân trời.
- Xây dựng phần mềm xử lý số liệu với tên gọi ADGT (ADjustment GPS
Topography) gồm các modul tính chuyển, tính ñổi, modul biên tập kết quả xử
lý cạnh, modul bình sai lưới GPS kết hợp trị ño mặt ñất trong hệ tọa ñộ ñịa
diện chân trời áp dụng cho các mạng lưới TðCT.
8. Cấu trúc và nội dung luận án
Cấu trúc luận án gồm ba phần:
1. Phần mở ñầu: Giới thiệu về tính cấp thiết, mục ñích nghiên cứu của
luận án, ñối tượng nghiên cứu, phạm vi nghiên cứu, nội dung nghiên cứu,
ñồng thời ñưa ra các luận ñiểm bảo vệ và ñiểm mới của luận án.
2. Phần nội dung ñược trình bày trong 4 chương
Chương 1: Tổng quan về ứng dụng công nghệ GPS trong xây dựng
lưới trắc ñịa công trình và vấn ñề bình sai lưới GPS.


6

Chương 2: Hệ tọa ñộ ñịa diện chân trời và khả năng sử dụng trong trắc
ñịa công trình.

Chương 3: Bình sai kết hợp trị ño GPS và trị ño mặt ñất trong hệ tọa ñộ
ñịa diện chân trời
Chương 4: Xây dựng phần mềm xử lý số liệu bình sai kết hợp GPS và
trị ño mặt ñất trong hệ tọa ñộ ñịa diện chân trời.
3. Phần kết luận và kiến nghị.
9. Lời cảm ơn
Tác giả xin bày tỏ sự biết ơn sâu sắc ñến thầy giáo hướng dẫn khoa học
PGS.TS ðặng Nam Chinh, PGS.TS Nguyễn Quang Phúc ñã tận tình giúp ñỡ
tác giả hoàn thành các nội dung của Luận án.
Tác giả bày tỏ lòng biết ơn chân thành ñến các thầy cô giáo trong bộ
môn Trắc ñịa công trình, Khoa trắc ñịa, Phòng sau ñại học trường ðại học Mỏ
ñịa chất, các ñồng nghiệp Viện khoa học công nghệ xây dựng - Bộ xây dựng,
Viện công nghệ Vũ trụ- Viện khoa học và công nghệ Việt Nam, Viện khoa
học ño ñạc và bản ñồ, trường ðại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội
v.v… ñã có sự giúp ñỡ quý báu ñể tác giả hoàn thiện nội dung của luận án.


7

Chương 1
TỔNG QUAN VỀ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GPS TRONG XÂY DỰNG
LƯỚI TRẮC ðỊA CÔNG TRÌNH VÀ VẤN ðỀ BÌNH SAI LƯỚI GPS
1.1. CÁC PHƯƠNG PHÁP THÀNH LẬP LƯỚI TRẮC ðỊA CÔNG TRÌNH
Lưới khống chế TðCT thường ñược xây dựng theo các phương pháp
truyền thống như phương pháp tam giác (ño góc, ño cạnh hoặc ño góc-cạnh),
phương pháp ñường chuyền (ña giác), phương pháp giao hội, phương pháp ño
bằng GPS... Các thế hệ máy TððT với các cấp ñộ chính xác khác nhau ñang
có mặt ở nước ta cho phép thành lập lưới TðCT một cách thuận tiện và linh
hoạt với ñộ chính xác cần thiết (Bảng 1.1 và Bảng 1.2).
Trong ñiều kiện hiện nay, có thể sử dụng 2 phương pháp chủ yếu ñể

thành lập các mạng lưới trắc ñịa mặt bằng nói chung cũng như lưới TðCT, ñó
là phương pháp sử dụng các trị ño mặt ñất (truyền thống) và phương pháp vệ
tinh (GNSS). Mỗi phương pháp ñều có những ưu nhược ñiểm nhất ñịnh và
ñòi hỏi những ñiều kiện áp dụng khi ño ñạc thành lập lưới.
Bảng 1.1- Một số máy TððT chính xác (sử dụng ñể ño các lưới khống
chế mặt bằng)
Tên
máy

TC 303
TS 02
SET2B
DTM
750
GTS-4

Hãng và
nước chế
tạo

Leica
Thuỵ Sỹ
Leica
Thuỵ Sỹ
Sokkia
Nhật Bản
Nikon
Nhật Bản
Topcon
Nhật Bản

ðo góc

ðo cạnh

ðộ phân
SSTP ño góc
giải bàn ñộ ngang/ñứng

SSTP
ño cạnh

Tầm hoạt
ñộng xa
nhất

1"

3"/3"

±(2mm +2ppm)

3000 m

0.1"

3"/3"

±(1.5mm+2ppm)

3500 m

1"

2"/2"

±(2mm +2ppm)

4200 m

1"

2"/2"

±(2mm +2ppm)

3500 m

1"

2"/2"

±(2mm +2ppm)

3700 m


8

Bảng 1.2- Một số máy TððT ñộ chính xác cao (sử dụng ñể ño các lưới

khống chế có ñộ chính xác cao và quan trắc biến dạng công trình)
Tên
Máy

Hãng và
nước chế
tạo

TC2003
TS15

Leica
Thuỵ Sỹ
-nt-

TM30

-nt-

ðo góc

ðo cạnh

ðộ phân
giải bàn ñộ

SSTP ño góc
ngang/ñứng

SSTP

ño cạnh

Tầm
hoạt
ñộng xa
nhất

0,1"

1"/1"

±(1mm +1ppm)

3500 m

0,1"

1"/1"

±(1mm +1.5ppm)

3500 m

0,01”

0.5”/1”

±(0.6mm +1ppm)

3500 m

±(0.6mm +1ppm)

3500 m

±(0.5mm +1ppm)

3500 m

TS30

-nt0,01”
0.5”/0.5”
Topcon
MS05
0,1"
0.5"/1"
Nhật Bản
1.1.1. Nhóm các phương pháp ño mặt ñất
1.1.1.1. Lưới tam giác ño góc

Trước khi có sự xuất hiện của các máy ño dài ñiện quang thì phương
pháp lưới tam giác ño góc vẫn là phương pháp chủ yếu áp dụng ñể lập lưới
khống chế trắc ñịa mặt bằng nói chung. Nhưng ngày nay, phương pháp này ít
ñược sử dụng trong sản xuất.
1.1.1.2. Lưới tam giác ño cạnh
Việc áp dụng các máy ño dài ñiện quang ñã mở ra một khả năng xây
dựng lưới khống chế trắc ñịa bằng phương pháp lưới tam giác ño cạnh. Ảnh
hưởng của chiết quang ngang có thể ñược làm giảm một cách rõ rệt, thậm chí
có thể ñược loại trừ bằng cách thay thế lưới tam giác ño góc bằng lưới tam

giác ño toàn cạnh. Tuy nhiên, nhược ñiểm của phương pháp tam giác ño cạnh
là có ít trị ño dư.
1.1.1.3. Lưới tam giác ño góc cạnh kết hợp
ðể khắc phục những nhược ñiểm của hai phương pháp lưới tam giác ño
góc và lưới tam giác ño cạnh thì cách tốt nhất là sử dụng các máy TððT ñể
ño lưới theo phương pháp ño góc cạnh kết hợp.


Luận án đầy đủ ở file: Luận án Full