ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GPS THÀNH LẬP LƯỚI KHỐNG CHẾ ĐỊA CHÍNH PHỤC VỤ ĐO VẼ BẢN ĐỒ LẬP HỒ SƠ ĐỊA CHÍNH CẤP GCNQSDĐ TẠI KHU VỰC HỒ BIỂN LẠC, HUYỆN TÁNH LINH, TỈNH BÌNH THUẬN

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO
TRƯỜNG
ĐẠI
LÂM
TP.OHCM
BỘ GIÁ
OHỌC
DỤCNƠNG
VÀ ĐÀ
O TẠ

KHOA QUẢN LÝ ĐẤT ĐAI & BẤT ĐỘNG SẢN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔYZ
NG LÂM TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA QUẢN LÝ ĐẤT ĐAI & BẤT ĐỘNG SẢN
(size = 14)

(2cm x 2cm)

ĐỀ TÀI:

BÁO CÁO TỐT NGHIỆP
BÁO CÁO TỐT NGHIỆP
(size = 28)

ỨNG DỤNG CƠNG NGHỆ GPS THÀNH LẬP LƯỚI
KHỐNG CHẾ ĐỊA CHÍNH PHỤC VỤ ĐO VẼ BẢN ĐỒ
ĐỀ
TÀI: (size
&LẬP
HỒ= 14)

SƠ ĐỊA CHÍNH CẤP GCNQSDĐ TẠI KHU
VỰC HỒ BIỂN LẠC, HUYỆN TÁNH LINH,
“TÊNTỈNH
BÁOBÌNH
CÁO THUẬN
…… “ (size = 18)

SVTH
SVTH
MSSV
MSSV
LỚP
LỚP
KHĨA
KHÓA
NGÀNH
NGÀNH

THÁI VĂN
: : NGUYỄ
N VĂHỒI
NA
05151009
: : 01234567
: DH05DC
: DH04QL
: 2005 – 2009
: 2004 – 2008
: CƠNG NGHỆ ĐỊA CHÍNH
: Quản Lý Đất Đai

(size=14)

-TP.Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2009 -


TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP.HCM
KHOA QUẢN LÝ ĐẤT ĐAI & BẤT ĐỘNG SẢN
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ ĐỊA CHÍNH
YZ

THÁI VĂN HOÀI

ĐỀ TÀI:

ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GPS THÀNH LẬP LƯỚI
KHỐNG CHẾ ĐỊA CHÍNH PHỤC VỤ ĐO VẼ BẢN ĐỒ
& LẬP HỒ SƠ ĐỊA CHÍNH CẤP GCNQSDĐ TẠI KHU
VỰC HỒ BIỂN LẠC, HUYỆN TÁNH LINH,
TỈNH BÌNH THUẬN.

Giáo viên hướng dẫn: KS. Thái Văn Hòa
(Địa chỉ cơ quan: Trường Đại Học Nông Lâm TP.Hồ chí Minh)
Ký tên: ………………………………..

-Tháng 7 năm 2009-


LỜI CẢM ƠN
Là một người con, con xin gửi lời cảm ơn đến ba mẹ
người đã sinh ra và tận tình dạy dỗ con nên người, tạo mọi

điều kiện thuận lợi về vật chất cũng như tinh thần để cho
con có được như ngày hôm nay.
Là một sinh viên, với lòng nhiệt thành và biết ơn sâu
sắc em xin gửi lời cảm ơn công lao cao quý ban giám hiệu
trường Đại Học Nông Lâm TPHCM cũng như ban chủ
nhiệm khoa Quản lý Đất đai và Bất động sản, cùng quý thầy
cô đã tận tình giảng dạy, truyền đạt những kiến thức quý
báu trong quá trình học tập. Đặc biệt là thầy Thái Văn Hòa
đã tận tình hướng dẫn, tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp em
hoàn thành luận văn này.
Xin chân thành cảm ơn các cô chú, anh chị hiện đang
làm việc tại Văn Phòng Đăng Ký Quyền Sử Dụng Đất, Sở
Tài nguyên Môi trường Bình Thuận đã nhiệt tình giúp đỡ,
tạo điều kiện để em hoàn thành tốt công việc trong suốt quá
trình thực tập và thực hiện luận văn này.
Đồng thời cảm ơn đến các bạn cùng lớp đã giúp đỡ
rất nhiều trong thời gian học tập tại trường.
Vì điều kiện thời gian thực tập báo cáo ngắn, những
điều kiện khách quan và chủ quan cũng như trình độ của em
có những hạn chế nhất định nên không tránh khỏi những
thiếu sót. Rất mong sự góp ý của quý thầy cô để luận văn
đạt kết quả tốt hơn.
Một lần nữa, xin chân thành cảm ơn!
TP. Hồ Chí Minh tháng 07/2009
SV: Thái Văn Hoài


TÓM TẮT
Sinh viên thực hiện: Thái văn Hoài, Khoa Quản Lý Đất Đai & Bất Động Sản,
Trường Đại Học Nông Lâm TP.Hồ Chí Minh.

Đề tài: Ứng dụng công nghệ GPS thành lập lưới khống chế địa chính phục
vụ đo vẽ bản đồ & lập hồ sơ địa chính cấp GCNQSDĐ tại khu vực Hồ Biển Lạc,
huyện Tánh Linh, tỉnh Bình Thuận.
Giáo viên hướng dẫn: KS. Thái Văn Hòa, Bộ môn Công Nghệ Địa Chính, Khoa
Quản Lý Đất Đai & Bất Động Sản, Trường Đại Học Nông Lâm TP. Hồ Chí Minh.
Địa điểm thực tập: Thành phố Phan Thiết, tỉnh Bình Thuận.
Cơ quan thực tập: Văn Phòng Đăng Ký Quyền Sử Dụng Đất - Sở Tài nguyên và
Môi truờng Bình Thuận.
Nội dung:
- Xây dựng hệ thống tọa độ các điểm khống chế địa chính phục vụ đo vẽ bản đồ
& lập hồ sơ địa chính cấp GCNQSDĐ tại khu vực Hồ Biển Lạc thuộc xã Gia An, xã Gia
Huynh của huyện Tánh Linh, tỉnh Bình Thuận.
- Ứng dụng công nghệ GPS xây dựng lưới khống chế địa chính, sử dụng máy thu
tín hiệu vệ tinh 1 tần số: ProMark 2 (bộ 03 máy). Sử dụng phần mềm Ashtech Solution
2.70 để chuyển dữ liệu đo GPS. Tính toán bình sai bằng phần mềm GPSurvey 2.35.
- Giới thiệu phương pháp đo, đo tĩnh (Static): Độ chính xác cao nhất, dùng cho
đo khống chế, thời gian đo tối thiểu 45 phút.
- Quy trình thực hiện được tiến hành theo các bước sau:
* Ngoại nghiệp:
+ Lập lịch đo GPS, khảo sát, thiết kế, chọn điểm, chôn mốc.
+ Thu tín hiệu tại điểm đo.Thời gian thu tín hiệu tại điểm đo 60 phút.
+ Đánh số hiệu điểm.
* Xử lý tính toán nội nghiệp:
+ Tính toán giải cạnh bằng chương trình Wave.
+ Kiểm tra sai số khép hình.
+ Bình sai theo hệ tọa độ địa lý.
+ Xử lý số liệu bình sai theo hệ tọa độ địa lý trên phần mềm BS2000.
+ Bình sai theo tọa độ địa phương VN2000.
+ Xử lý số liệu bình sai theo hệ tọa độ địa phương trên BS2000.

MỤC LỤC

ĐẶT VẤN ĐỀ ......................................................................................................................... 1
PHẦN I: TỔNG QUAN ........................................................................................................ 3
I.1. Cơ sở lý luận của vấn đề nghiên cứu.................................................................3
I.1.1. Cơ sở khoa học...............................................................................................3
I.1.2. Cơ sở pháp lý ...............................................................................................17
I.1.3. Cơ sở thực tiễn .............................................................................................18
I.2. Khái quát địa bàn nghiên cứu..........................................................................18
I.2.1. Điều kiện tự nhiên ........................................................................................18
I.2.2. Tình hình kinh tế - xã hội.............................................................................19
I.3. Tư liệu trắc địa bản đồ phục vụ nghiên cứu...................................................20
I.3.1. Hệ thống tọa độ và độ cao gốc:....................................................................20
I.3.2. Bản đồ: .........................................................................................................21
I.4. Nội dung nghiên cứu, phương pháp nghiên cứu, thiết bị sử dụng và quy
trình thực hiện .........................................................................................................21
I.4.1. Nội dung nghiên cứu:...................................................................................21
I.4.2. Phương pháp nghiên cứu..............................................................................22
I.4.3. Thiết bị sử dụng............................................................................................22
I.4.4. Quy trình thực hiện ......................................................................................24
PHẦN II: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU.............................................................................. 25
II.1. Thiết kế xây dựng lưới khống chế địa chính.................................................25
II.1.1. Đánh số hiệu điểm.........................................................................................25
II.1.2. Thiết kế lưới địa chính...................................................................................25
II.2. Kết quả tiến hành thi công..............................................................................26
II.2.1. Công tác chuẩn bị ........................................................................................26
II.2.2. Khảo sát, thiết kế, chọn điểm, chôn mốc ........................................................27
II.2.3. Lập lịch đo ..................................................................................................28
II.2.4. Quy trình kỹ thuật đo GPS tại một điểm ..................................................33

II.2.5. Xử lý và bình sai số liệu đo GPS bằng phần mềm GPSurvey 2.35 ............34
II.3. Kết quả tính toán bình sai trên phần mềm GPSurvey 2.3 ..........................59
II.4. Đánh giá quy trình công nghệ đo GPS ..........................................................60
KẾT LUẬN............................................................................................................................ 62


DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình I.1: Mô phỏng quỹ đạo vệ tinh GPS .......................................................................4
Hình I.2: Vệ tinh GPS .....................................................................................................4
Hình I.3: Mạng lưới trạm điều khiển GPS (1994)...........................................................5
Hình I.4: Sơ đồ về cấu trúc tín hiệu GPS ........................................................................6
Hình I.5: Minh hoạ một trượt chu kỳ ..............................................................................8
Hình I.6: Sai phân bậc 1 máy thu và sai phân bậc 1 vệ tinh vệ.......................................9
Hình I.7: Sai phân bậc 2 ..................................................................................................9
Hình I.8: Sai phân bậc 3 ................................................................................................10
Hình I.9: Đo GPS tĩnh ...................................................................................................10
Hình I.10: Khúc xạ đa đường dẫn .................................................................................13
Hình I.11: Các tầng của khí quyển Trái đất ..................................................................14
Hình I.12: Đồ hình vệ tinh so với máy thu....................................................................16
Hình I.13: Sơ đồ thành lập lưới .....................................................................................24
Hình II.1: Menu chọn ngày lập lịch...............................................................................29
Hình II.2: Chọn khu vực lập lịch...................................................................................30
Hình II.3: Menu chọn khu vực lập lịch bằng World Map .............................................30
Hình II.4: Menu chọn khu vực lập lịch bằng Cities ......................................................30
Hình II.5: Menu chọn khu vực lập lịch bằng KeyBoard ...............................................31
Hình II.6: Menu chính của chương trình Quick Plan ......................................................31
Hình II.7: Đặt các điều kiện lập lịch đo.........................................................................31
Hình II.8: Menu kết quả lập lịch ...................................................................................32
Hình II.9: Menu chọn sesion cần chỉnh sửa ..................................................................32
Hình II.10: Chọn điểm cần mô tả che chắn ...................................................................32

Hình II.11: Cửa sổ mô tả che chắn ................................................................................33
Hình II.12: Cửa sổ chuyển dữ liệu sang dạng Rinex.....................................................34
Hình II.13: Menu chính của phần mềm GPSurvey 2.35 ...............................................35
Hình II.14: Cửa sổ tạo thư mục làm việc ......................................................................35
Hình II.15: Chọn các điều kiện làm việc.......................................................................35
Hình II.16: Cửa sổ trút số liệu dạng tệp Rinex..............................................................36
Hình II.17: Chọn điều kiện Load dữ liệu ......................................................................36
Hình II.18: Cửa sổ kiểm tra file dữ liệu Load vào ........................................................37
Hình II.19: Cửa sổ chọn tệp tính cạnh baseline.............................................................38
Hình II.20: Menu chính của chương trình WAVE........................................................38
Hình II.21: Cửa sổ chỉnh sửa dữ liệu trạm đo ...............................................................39
Hình II.22: Cửa sổ cài đặt các điều kiện tính cạnh........................................................39
Hình II.23: Cửa sổ kết quả giải cạnh.............................................................................40
Hình II.24: Tóm lược thông tin trạm đo........................................................................40
Hình II.25: Cửa sổ cắt bỏ vệ tinh ..................................................................................41


Hình II.26: Tín hiệu vệ tinh...........................................................................................41
Hình II.27: Cửa sổ NETWORK MAP ..........................................................................42
Hình II.28: Cửa sổ tính sai số khép hình .......................................................................42
Hình II.29: Cửa sổ xuất kết quả lời giải cạnh................................................................43
Hình II.30: Cửa sổ đặt tên file kết quả lời giải cạnh .....................................................43
Hình II.31: cửa sổ GPS Network Module .....................................................................43
Hình II.32: Cửa sổ Nextwork Ajusment module...........................................................44
Hình II.33: Menu bình sai lưới ......................................................................................45
Hình II.34: Thay đổi thành phần phương sai................................................................45
Hình II.35: Các loại trị đo..............................................................................................46
Hình II.36: Chọn thành phần phương sai ......................................................................46
Hình II.37: Thay đổi các thông số của trị đo khoảng cách............................................46
Hình II.38: Chọn trọng số..............................................................................................47

Hình II.39: Phương pháp tính trọng số..........................................................................48
Hình II.40: Lựa chọn sai số ...........................................................................................48
Hình II.41: Chọn điểm khởi tính ...................................................................................49
Hình II.42: Fix điểm gốc khởi tính theo tọa độ địa lý...................................................49
Hình II.43: Chọn cách hiển thị kết quả tính cạnh.........................................................49
Hình II.44: Các mô hình trị đo ......................................................................................50
Hình II.45: Load mô hình Geoid ...................................................................................51
Hình II.46: Lựa chọn mô hình Geoid ............................................................................51
Hình II.47: Ước lượng độ cao Geoid.............................................................................51
Hình II.48: Tính độ cao Geoid tại các điểm đo GPS.....................................................52
Hình II.49: Load mô hình lưới bình sai.........................................................................52
Hình II.50: Lựa chọn phép chiếu...................................................................................53
Hình II.51: Phép chiếu Transverse Mercator ................................................................54
Hình II.52: Fix điểm gốc khởi tính theo tọa độ vuông góc phẳng ................................55
Hình II.53: Tính tọa độ các điểm trong lưới..................................................................56
Hình II.54: Chọn điểm khởi tính ...................................................................................56
Hình II.55: Tọa độ các điểm sau bình sai......................................................................56


DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT
UBND

: Uỷ ban nhân dân

STN&MT

: Sở Tài nguyên và Môi trường

BTN&MT

: Bộ Tài nguyên và Môi trường

GCNQSDĐ

: Giấy chứng nhận quyền sử dụng đất

VPĐKQSDĐ

: Văn phòng đăng ký quyền sử dụng đất

HĐND

: Hội đồng nhân dân


Ngành: Công Nghệ Địa Chính

SVTH: Thái Văn Hoài

ĐẶT VẤN ĐỀ
Trắc địa là ngành khoa học phát triển từ rất lâu.Trong quá trình phát triển con
người đã không ngừng ứng dụng những thành tựu khoa học kỹ thuật để hoàn thiện các
thiết bị đo đạc nhằm giảm bớt khó khăn của công tác đo đạc và nâng cao độ chính xác.
Trong giai đoạn chuyển dần các thiết bị quang cơ sang thiết bị đo đạc điện tử con
người đã ứng dụng khoa học vũ trụ vào lĩnh vực trắc địa và đem lại những thành công
đáng kể.
Hệ thống định vị toàn cầu GPS đã được thiết lập. Đó là một mạng lưới vệ tinh
trong không gian bao quanh trái đất, cung cấp thông tin về vị trí và thời gian ở mọi nơi
trên trái đất 24/24 giờ hàng ngày. Sự phát triển của hệ thống GPS và công nghệ thông
tin đã đưa công nghệ đo đạc và thành lập bản đồ sang giai đoạn mới: hiện đại hơn,

chính xác hơn và có quy mô rộng lớn hơn.
Trong những năm đầu thập niên 90 của thế kỹ XX, ngành đo đạc và thành lập bản
đồ nước ta đã nghiên cứu và ứng dụng thành công công nghệ GPS, với nguồn dữ liệu
thu được dạng số, có độ chính xác cao, thời gian quan trắc ngắn, hệ thống định vị toàn
cầu GPS được xem như một giải pháp hữu hiệu và có hiệu quả kinh tế cao trong việc
xây dựng mạng lưới khống chế toạ độ các cấp và đang nghiên cứu hoàn thiện kỹ thuật
này để ứng dụng trong lĩnh vực xây dựng lưới độ cao nhà nước.
Hệ thống định vị toàn cầu GPS đã và đang thực hiện tốt những nhiệm vụ đo đạc
quan trọng của quốc gia và ứng dụng ngày càng nhiều vào các lĩnh vực kinh tế xã hội.
Hiện nay việc ứng dụng hệ thống định vị toàn cầu GPS vào lĩnh vực trắc địa được
Bộ Tài nguyên và Môi trường phổ biến rộng rãi. Tại Sở Tài nguyên và Môi trường
Bình Thuận việc ứng dụng công nghệ này để thành lập lưới khống chế địa chính đang
trở nên rất cấp thiết bởi nó cần thời gian đo vẽ ít, thích hợp với điều kiện tự nhiên của
tỉnh nhà và đem lại hiệu quả kinh tế cao.
Trước yêu cầu công việc của ngành địa chính nói chung về khoa học công nghệ
và việc nghiên cứu ứng dụng công nghệ tin học trong nhà trường đối với sinh viên
khoa QLĐĐ&BĐS làm luận văn tốt nghiệp nói riêng. Nhằm tìm hiểu quy trình công
nghệ GPS trong việc thành lập lưới khống chế trắc địa và được sự giúp đỡ tạo điều
kiện khoa QLĐĐ&BĐS trường đại học Nông lâm TP Hồ Chí Minh và Văn Phòng
Đăng Ký Quyền Sử Dụng Đất - Sở Tài nguyên và Môi truờng tỉnh Bình Thuận tôi xin
thực hiện đề tài: ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GPS THÀNH LẬP LƯỚI KHỐNG
CHẾ ĐỊA CHÍNH PHỤC VỤ ĐO VẼ BẢN ĐỒ & LẬP HỒ SƠ ĐỊA CHÍNH
CẤP GCNQSDĐ TẠI KHU VỰC HỒ BIỂN LẠC, HUYỆN TÁNH LINH, TỈNH
BÌNH THUẬN.
* Mục tiêu nghiên cứu:
- Xây dựng hệ thống tọa độ các điểm khống chế địa chính phục vụ đo vẽ bản đồ

& lập hồ sơ địa chính cấp GCNQSDĐ tại khu vực Hồ Biển Lạc thuộc xã Gia An, huyện
Tánh Linh, tỉnh Bình Thuận.
- Sử dụng máy thu tín hiệu vệ tinh 1 tần số: ProMark 2 (bộ 03 máy) và ứng dụng

phần mềm GPSurvey 2.35 trong xử lý tính toán số liệu đo GPS.
- Đánh giá tính khả thi của quy trình công nghệ, khả năng trang thiết bị và phần
mềm chuyên dùng.
Trang 1


Ngành: Công Nghệ Địa Chính

SVTH: Thái Văn Hoài

- Cung cấp thông tin về hệ thống khống chế địa chính phục vụ cho các vấn đề
trong quản lý đất đai.
* Yêu cầu nghiên cứu:
- Đáp ứng yêu cầu cho việc thành lập Bản Đồ Địa Chính tỷ lệ 1/200; 1/500;
1/1000; 1/2000; 1/5000; 1/10000.
-Xây dựng lưới khống chế địa chính theo hệ tọa độ VN-2000, múi chiếu 30, kinh
tuyến trục 1080 30’ khu vực Bình Thuận.
- Tuân thủ theo quy trình, quy phạm của Bộ Tài Nguyên Môi Trường.
- Tạo điều kiện thuận lợi cho việc phát triển các lưới khống chế cấp thấp hơn.
- Khai thác và sử dụng các trang thiết bị, phần mềm mang lại hiệu quả cao tiết
kiệm thời gian và tài chính.
* Phạm vi nghiên cứu:
- Nghiên cứu trong phạm vi xã Gia An, huyện Tánh Linh, tỉnh Bình Thuận. Tổng
diện tích khu vực cần đo là 2576 ha.
- Thời gian nghiên cứu: Từ ngày 1/3/2009 đến ngày 24/5/2009.
- Đối tượng nghiên cứu: Đo đạc xác định toạ độ, độ cao của các điểm lưới địa
chính bằng công nghệ GPS.
- Giới hạn nội dung nghiên cứu: Sử dụng máy đo định vị ProMark 2 đo tĩnh để
thu tín hiệu vệ tinh và sử dụng phần mềm GPSurvey 2.35 trong xử lý tính toán số liệu
đo GPS.

Trang 2


Ngành: Công Nghệ Địa Chính

SVTH: Thái Văn Hoài

PHẦN I: TỔNG QUAN
I.1. Cơ sở lý luận của vấn đề nghiên cứu
I.1.1. Cơ sở khoa học
A. Giới thiệu về hệ thống định vị toàn cầu GPS.
1.Vài nét về lịch sử hệ thống định vị toàn cầu GPS
Từ những năm 60 cơ quan hàng không vũ trụ NASA cùng với quân đội Hoa Kỳ
đã tiến hành chương trình nghiên cứu phát triển hệ thống 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
TRANSIT được sử dụng trong thương mại vào năm 1967, một thời gian ngắn sau đó
TRANSIT bắt đầu ứng dụng trong lĩnh vực trắc địa. Việc thiết lập mạng lưới điểm
định vị khống chế toàn cầu là những ứng dụng sớm nhất. Tuy nhiên, định vị bằng hệ
thống TRANSIT cần thời gian quan trắc rất lâu mà độ chính xác đạt cở 1m. Do vậy
trong trắc địa hệ TRANSIT chỉ phù hợp với công tác xây dựng các mạng lưới khống
chế cạnh dài.
Nhằm đảm bảo độ chính xác cho việc truyền thông tin từ hệ thống vệ tinh người
ta đặt những trung tâm hoạt động 24/24 giờ, liên tục theo dõi điều hành các vệ tinh từ
trái đất, tính toán sai số về thời gian và độ lệch quỹ đạo của các vệ tinh để hiệu chỉnh
cho phù hợp. Việc ứng dụng những tín hiệu thông tin phát đi từ vệ tinh con người cuối
cùng đã chủ động được việc đo đạc trên mặt đất một cách chính xác.
Tiếp theo sau thành công của hệ thống TRANSIT hệ thống định vị vệ tinh thế hệ
thứ II ra đời có tên là “Hệ thống định vị toàn cầu - NAVSTAR – GPS (Navigation

Satellite Timing and Ranging Global Positioning System)˝. Ngày 22 tháng 02 năm
1978 vệ tinh đầu tiên của hệ thống định vị toàn cầu GPS đã được đưa lên quỹ đạo. Từ
ngày 8 tháng 12 năm 1993 trên quỹ đạo của hệ thống GPS đã đủ 24 vệ tinh. Nhiệm vụ
chủ yếu của hệ thống là xác định toạ độ không gian và tốc độ chuyển động của điểm
xét trên tàu vũ trụ, máy bay, tàu thủy và trên đất liền phục vụ cho quốc phòng và các
cơ quan dân sự. Độ chính xác bằng hệ thống này được nâng cao về chất lượng so với
hệ TRANSIT và thời gian quan trắc được khắc phục.
Chương trình đưa các vệ tinh GPS lên quỹ đạo đã được chia làm các khối
(bloock). Khối I, II, II-A, II-R và II-F. Loại vệ tinh bổ sung thế hệ thứ III được thiết kế
thay thế nhưng vệ tinh thế hệ thứ II bắt đầu phóng vào năm 1995.
Mặc dù GPS thiết kế ban đầu nhằm mục đích sử dụng cho quân sự, nhưng ngày
nay được sử dụng rộng rãi trong các hoạt động kinh tế xã hội và đặc biệt có hữu ích
trong trắc địa bản đồ.
2. Cấu trúc hệ thống và cấu trúc tín hiệu GPS
a. Cấu trúc hệ thống GPS
Hệ thống định vị toàn cầu GPS (Global Positioning System) gồm 3 bộ phận:
đoạn không gian, đoạn điều khiển và đoạn sử dụng.
1. Đoạn không gian (Space segment)
Đoạn không gian gồm 24 vệ tinh phân bố trên 6 mặt phẳng quỹ đạo gần tròn, trên
mỗi quỹ đạo có 4 vệ tinh, mặt phẳng quỹ đạo nghiêng với mặt phẳng xích đạo một góc
550. Bán kính quỹ đạo vệ tinh xấp xỉ 26560km, tức vệ tinh có độ cao so với mặt đất
Trang 3


Ngành: Công Nghệ Địa Chính

SVTH: Thái Văn Hoài

cỡ 20200km. Chu kỳ chuyển động của vệ tinh trên quỹ đạo là 11 giờ 58 phút. Cách bố
trí này nhằm đạt mục đích ở bất kỳ thời gian nào và bất kỳ vị trí nào trên trái đất cũng

có thể quan trắc được ít nhất 4 vệ tinh.

Hình I.1: Mô phỏng quỹ đạo vệ tinh GPS
Các vệ tinh có kích thước chừng 5m, trọng lượng khoảng 1600kg khi phóng và
khoảng 800kg trên quỹ đạo, theo thiết kế tuổi thọ của vệ tinh khoảng 7,5 năm. Các vệ
tinh của khối sau có trọng lượng lớn hơn và cũng có tuổi thọ dài hơn các vệ tinh trước
đó. Năng lượng cung cấp cho hoạt động của các thiết bị trên vệ tinh là pin mặt trời.

Hình I.2: Vệ tinh GPS
2. Đoạn điều khiển (Control Segment)
Gồm 8 trạm mặt đất trong đó có 4 trạm quan sát (Moniter Station) đặt tại Hawaii
(Thái Bình Dương), Acsension Island (Đại Tây Dương), Diego Garcia (Ấn Độ
Dương), Kwajalein (Tây Thái Bình Dương). Một trạm điều khiển trung tâm (Master
Control Station) đặt tại căn cứ không quân Mỹ gần Colorado Spring và 3 trạm điều
chỉnh số liệu (Upload Station). Trạm trung tâm có nhiệm vụ tính toán lại tọa độ của các
vệ tinh theo số liệu của 4 trạm theo dõi thu được từ vệ tinh. Sau khi tính toán các số liệu
được gửi từ trạm trung tâm tới ba trạm hiệu chỉnh số liệu và từ đó gửi tiếp tới các vệ
tinh cùng với các lệnh điều khiển khác, trong vòng một giờ các vệ tinh đều có số liệu
Trang 4


Ngành: Công Nghệ Địa Chính

SVTH: Thái Văn Hoài

hiệu chỉnh để phát cho các máy thu. Việc hiệu chỉnh này được tiến hành 3 lần trong
một ngày. Ngoài ra, trạm trung tâm còn điều khiển hiệu chỉnh quỹ đạo, khởi động vệ
tinh dự phòng khi cần thiết thay thế vệ tinh đã ngừng hoạt động.
Đoạn điều khiển có nhiệm vụ điều khiển toàn bộ hoạt động của các vệ tinh trên cơ
sở theo dõi quỹ đạo chuyển động của vệ tinh và hoạt động của đồng hồ vệ tinh. Tất cả

các trạm đều có máy thu GPS theo dõi liên tục các vệ tinh, đồng thời đo các số liệu khí
tượng.

Hình I.3: Mạng lưới trạm điều khiển GPS (1994)
3. Đoạn sử dụng (User segment)
Đoạn này gồm 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. Đó có thể là một máy thu riêng
biệt hoạt động độc lập (trường hợp định vị tuyệt đối) hay một nhóm từ hai máy thu trở
lên hoạt động đồng thời theo một lịch trình nhất định (trường hợp định vị tương đối)
hoặc hoạt động theo chế độ một máy thu đóng vai trò máy chủ phát tín hiệu vô tuyến
hiệu chỉnh cho các máy thu khác (định vị vi phân). Các máy thu này được chia làm 2
loại: máy thu 1 tần số và máy thu 2 tần số. Máy thu 1 tần số chỉ nhận được các mã
phát đi từ sóng mang L1 và đo cạnh có khoảng cách nhỏ hơn 30km. Đo tuyệt đối với
độ chính xác 10m và đo tương đối từ 1 đến 5cm. Để đo được khoảng cách lớn hơn
chúng ta phải sử dụng máy thu 2 tần số L1,L2. Toàn bộ phần cứng GPS hoạt động
trong hệ thống tọa độ WGS-84 với kích thước elipsoid a = 6378137m và α =
29825722m.
b. Cấu trúc tín hiệu GPS
Tất cả các vệ tinh GPS đều có thiết bị tạo dao động với tần số chuẩn cơ sở f0 =
10,23 MHz. Tần số này còn là tần số chuẩn của đồng hồ nguyên tử. Từ tần số cơ sở
thiết bị sẽ tạo ra hai tần số sóng tải L1 và L2
L1 = 154 f0 = 1575,42 MHz (có bước sóng λ = 19,032 cm)
L2 = 120 f0 = 1227,60 MHz (có bước sóng λ = 24,42 cm)
Loại sóng này phát trên cơ sở dãy số tựa ngẫu nhiên bao gồm các số 0 và 1, +1
và -1 hoặc kết hợp cả 2. Các sóng L1,L2 thuộc dãy sóng cực ngắn. Với tần số lớn như
vậy các tín hiệu sẽ ít bị ảnh hưởng của tầng điện li (tầng ion) và tầng đối lưu vì mức độ
làm chậm tín hiệu do tầng điện ly tỷ lệ nghịch với bình phương tần số. Để phục vụ cho
các mục đích và các đối tượng khác nhau các sóng tải được điều biến mang theo các
code khác nhau:
Trang 5

Ngành: Công Nghệ Địa Chính

SVTH: Thái Văn Hoài

+ C/A – code (Coarse/Acquition code) mang tính chất code tựa ngẫu nhiên, được
dùng cho mục đích dân sự với độ chính xác không cao và chỉ điều biến sóng tải L1.
Tín hiệu mang code này có tần số thấp (1.023MHz) tương ứng với bước sóng 293m
Chu kỳ lặp lại của C/A–code là 1 miligiây và mỗi vệ tinh được gán một C/A- code
riêng biệt.
+ P – code (Precise code), được dùng cho mục đích quân sự (Mỹ) với độ chính
xác cao, điều biến cả sóng tải L1, L2. Tín hiệu P-code có tần số đúng bằng tần số chuẩn
(10,23MHz) tương ứng với bước sóng 29,3m và với chu kỳ 267 ngày. Mỗi vệ tinh chỉ
được gán một đoạn code loại này, do đó P – code rất khó bị giải mã để sử dụng nếu
không được phép.
+ Y – code được phủ lên P – code nhằm chống bắt chước, gọi là kỹ thuật AS
(Anti – Spoofing). Trong 3 nhóm vệ tinh (I, II, II-A) đã được đưa lên quỹ đạo thì chỉ
có vệ tinh thuộc nhóm II (sau năm 1989) mới có khả năng này.
Sóng tải L1 được điều biến bằng cả 2 mã (Mã - C/A và Mã – P hoặc Mã -Y),
trong khi sóng tải L2 chỉ bao gồm một Mã –P hoặc Mã –Y. Cả hai sóng tải đều mang
thông báo vệ tinh (Satellite Massege) cần phát dưới dạng một dòng dữ liệu được thiết
kế ở tần số thấp (50Hz) để thông báo tới người sử dụng tình trạng và vị trí của vệ tinh.

Hình I.4: Sơ đồ về cấu trúc tín hiệu GPS
Các vệ tinh GPS còn có thể trao đổi với các trạm điều khiển mặt đất thông qua
các tần số 1783,74 MHz và 2227,5 MHz để truyền các thông tin đạo hàng và các lệnh
điều khiển tới vệ tinh.
3. Các trị đo GPS
Trị đo GPS là những số liệu mà máy thu GPS nhận được từ tín hiệu của vệ tinh

truyền tới. Mỗi vệ tinh GPS phát 4 thông số cơ bản dùng cho việc đo đạc và được chia
thành 2 nhóm:
+ Nhóm trị đo code: C/A – code, P – code.
+ Nhóm trị đo pha: L1, L2 và tổ hợp L1/L2.
Các trị đo này có thể sử dụng riêng biệt hoặc kết hợp để xác định khoảng cách từ
vệ tinh đến máy thu.
3.1. Trị đo code
Trong trường hợp này, máy thu nhận được code phát đi từ vệ tinh, so sánh với
code tương tự do máy thu tạo ra nhằm xác định thời gian truyền tín hiệu từ vệ tinh đến
máy thu và từ đó khoảng cách từ máy thu đến vệ tinh được xác định theo công thức:
D = c.t + c.δt + δ
Trong đó:
c: Vận tốc truyền sóng = 299792458m/s.
Trang 6


Ngành: Công Nghệ Địa Chính

SVTH: Thái Văn Hoài

t: Thời gian truyền tín hiệu (sóng).
δt: Số hiệu chỉnh do sự không đồng bộ đồng hồ máy thu và vệ tinh.
δ: Số hiệu chỉnh do môi trường.
Hiện nay độ chính xác định vị với trị đo code có thể đạt tới 30m. Với độ chính xác
đó, trị đo code được sử dụng trong định vị đạo hàng và trong đo đạc độ chính xác thấp.
3.2. Trị đo pha sóng tải
Sóng tải được phát đi từ vệ tinh có chiều dài bước sóng không đổi. Nếu gọi λ là
chiều dài bước sóng thì khoảng cách giữa vệ tinh và máy thu GPS là:
D = N. λ + δ λ
Trong đó:

N là số nguyên lần bước sóng;
δ λ là phần lẻ bước sóng.
Trị đo pha chính là phần lẻ bước sóng thể hiện qua độ di pha giữa sóng tải thu
được từ vệ tinh và sóng tải do máy thu tạo ra. Phần lẻ này có thể đo được với độ chính
xác cỡ 1% bước sóng, tức vài mm.
Biểu thức xác định độ di pha:

λ φ = R + c (δ t − δ T ) − λ . N + σ

atm

+σ

Trong đó:
R =

(X s

− X r ) + (Y s − Y r ) + (Z s − Z r )
2

2

2

R: Khoảng cách đúng từ vệ tinh đến máy thu.
XS, YS, ZS: Toạ độ không gian 3 chiều của vệ tinh.
Xr, Yr, Zr là toạ độ không gian 3 chiều của vị trí ăngten máy thu.
c: Tốc độ truyền sóng (ánh sáng).
δt: Độ lệch đồng hồ máy thu.

δT là độ lệch đồng hồ vệ tinh.
λ: Bước sóng của sóng tải.
N:Số nguyên lần bước sóng từ vệ tinh đến ăngten máy thu.
σatm: Sai số do khí quyển.
σ: Tổng hợp các sai số khác.
Định vị với trị đo pha sóng tải có độ chính xác cao hơn định vị với trị đo code.
Vấn đề chính trong trường hợp này là xác định số nguyên lần bước sóng (số nguyên đa
trị N) giữa antenna máy thu và vệ tinh.
3.3. Sự gián đoạn tín hiệu (Cycle slips)
Một gián đoạn tín hiệu hay còn được gọi là trượt chu kỳ là một bước nhảy bất
ngờ của số nguyên bước sóng trong trị đo pha, nguyên do là mất khả năng khoá tạm
thời của vòng khép pha trong máy thu GPS do phần cứng máy thu có vấn đề hay do tác
động khác bình thường của tầng điện ly, cũng có thể do các vật cản che chắn không cho
tín hiệu từ máy thu đến với ăngten. Hình 1.7 minh hoạ một trượt chu kỳ. Thời gian mất
khoá này có thể rất ngắn, chỉ vài giây, nhưng cũng có khi kéo dài tới mấy phút, thậm
Trang 7


Ngành: Công Nghệ Địa Chính

SVTH: Thái Văn Hoài

chí đến hàng giờ.Các trị đo pha bị gián đoạn sẽ có cùng phần dư pha nhưng lại nhận
các số nguyên lần bước sóng khác nhau. Trượt chu kỳ sẽ gây khó khăn cho việc tìm
lời giải số nguyên đa trị. Cho nên trong quá trình xử lý số liệu đo GPS, cần phải
nhận dạng được các đoạn đo chứa trượt chu kỳ và tìm cách loại bỏ hoặc giảm thiểu.

Hình I.5: Minh hoạ một trượt chu kỳ
4. Nguyên lý và kỹ thuật định vị
4.1. Nguyên lý đo

1. Nguyên lý đo GPS tuyệt đối
Đo GPS tuyệt đối là trường hợp sử dụng một máy thu GPS để xác định ngay ra
toạ độ của điểm quan sát trong hệ toạ độ WGS-84. Đó có thể là thành phần toạ độ
vuông góc không gian (X, Y, Z) hoặc các thành phần toạ độ mặt cầu (B, L, H).
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 không gian từ các điểm có
toạ độ đã biết 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, ta sẽ tính được khoảng cách chính xác giữa vệ tinh và máy thu.
Khi đó 3 khoảng cách được xác định đồng thời từ 3 vệ tinh đến máy thu sẽ cho ta vị
trí không gian đơn vị của máy thu. Song trên thực tế cả đồng hồ trên vệ tinh và đồng
hồ trong máy thu đều có sai số, nên các 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 một vệ tinh thứ tư. Để thấy rõ điều này,
ta viết một hệ gồm 4 phương trình cho 4 vệ tinh:

( X s1 − X )2 + (Ys1 − Y )2 + (Z s1 − Z )2 = (R1 − c.Δt )2
( X s 2 − X )2 + (Ys 2 − Y )2 + (Z s 2 − Z )2 = (R2 − c.Δt )2
( X s 3 − X )2 + (Ys 3 − Y )2 + (Z s 3 − Z )2 = (R3 − c.Δt )2
( X s 4 − X )2 + (Ys 4 − Y )2 + (Z s 4 − Z )2 = (R4 − c.Δt )2
Thực ra chúng ta chỉ quan tâm đến 3 ẩn số cần xác định là các thành phần toạ độ
x, y, z của máy thu. Khi đó chúng ta chỉ cần sử dụng 3 phương trình ứng với 3 khoảng
cách đo chính xác từ 3 vệ tinh tới máy thu. Song do có sai số không đồng bộ của
đồng hồ vốn không được biết trước nên chúng ta phải coi nó là ẩn số thứ tư để tìm.
Chính vì vậy mà ta phải có thêm một phương trình, tức là phải quan sát thêm một vệ
tinh nữa.
Như vậy bằng cách đo khoảng cách giả đồng thời từ 4 vệ tinh đến máy thu ta có
thể xác định được giá trị tuyệt đối của máy thu, ngoài ra còn có thể xác định thêm
Trang 8

Ngành: Công Nghệ Địa Chính

SVTH: Thái Văn Hoài

được số hiệu chỉnh cho đồng hồ của máy thu.
Trên thực tế với hệ thống vệ tinh hoạt động đầy đủ như hiện nay, số lượng vệ tinh
có thể quan sát đồng thời có thể từ 6 đến 8, có khi nhiều hơn 10. Khi đó lời giải đơn
trị sẽ được rút ra nhờ phương pháp xử lý số liệu đo theo nguyên tắc số bình phương
nhỏ nhất.
2. Nguyên lý đo GPS tương đối
Đo GPS tương đối là trường hợp sử dụng hai hay nhiều máy thu GPS đặt ở các
điểm quan sát khác nhau để xác định ra hiệu toạ độ vuông góc không gian (ΔX, ΔY,
ΔZ) hay hiệu toạ độ mặt cầu (ΔB, ΔL, ΔH) giữa chúng trong hệ toạ độ WGS-84.
Nguyên tắc đo GPS tương đối được thực hiện trên cơ sở sử dụng đại lượng đo là
pha của sóng tải và trị đo mã hay kết hợp cả hai. Để đạt được độ chính xác cao và rất
cao cho kết quả xác định hiệu toạ độ (hay vị trí tương hỗ) giữa hai điểm xét người ta
đã tạo ra và sử dụng các sai phân cho pha sóng tải nhằm làm giảm ảnh hưởng của các
nguồn sai số khác nhau như: Sai số của đồng hồ trên vệ tinh cũng như trong máy thu,
sai số của toạ độ vệ tinh, số nguyên đa trị.
Bây giờ ta ký hiệu pha của sóng tải từ vệ tinh j được đo từ trạm quan sát r vào
thời điểm ti là Фj(ti). Khi đó, nếu xét hai trạm 1 và 2 tiến hành quan sát đồng thời vệ
tinh j vào thời điểm ti, ta sẽ có sai phân bậc một được lập như sau:
ΔФj(ti) = Фj2(ti) – Фj1(ti)
Trong sai phân này hầu như không còn ảnh hưởng của sai số đồng hồ trên vệ tinh.

Hình I.6: Sai phân bậc 1 máy thu và sai phân bậc 1 vệ tinh vệ
Nếu xét hai trạm quan sát đồng thời hai vệ tinh j và k kế tiếp vào thời điểm ti, ta
sẽ có sai phân bậc hai:

Δ2Фjk(ti) = Фk(ti) – Фj(ti)

Hình I.7: Sai phân bậc 2
Trang 9


Ngành: Công Nghệ Địa Chính

SVTH: Thái Văn Hoài

Trong sai phân này hầu như không còn ảnh hưởng của sai số đồng hồ trên vệ tinh
cũng như sai số đồng hồ trong máy thu. Đây là trị đo chuẩn trong định vị GPS tương
đối.
Nếu xét hai trạm quan sát đồng thời hai vệ tinh j, k kế tiếp vào các thời điểm ti
và ti+1, ta sẽ có sai phân bậc ba:
Δ3Фjk(ti) = Δ2Фjk(ti+1) – Δ2Фj(ti)
Sai phân này cho phép loại trừ các số nguyên đa trị.

Hình I.8: Sai phân bậc 3
Thực tế hiện nay số vệ tinh GPS trên bầu trời thường nhiều hơn 4. Bằng cách tổ
hợp theo từng cặp vệ tinh ta sẽ có rất nhiều trị đo. Không những thế khi đo tương đối
các vệ tinh lại được quan sát trong cả một khoảng thời gian dài thường từ nửa giờ đến
vài ba giờ. Do vậy, trên thực tế số lượng trị đo để xác định ra hiệu toạ độ giữa hai
điểm quan sát sẽ rất lớn và khi đó số liệu đo sẽ được xử lý theo nguyên tắc số bình
phương nhỏ nhất.
4.2. Kỹ thuật định vị
Đo GPS tĩnh
Đo GPS tĩnh là kỹ thuật định vị tương đối cơ bản sử dụng trị đo pha sóng tải.
Nó sử dụng đồng thời hai hoặc nhiều hơn máy thu đặt cố định trên các điểm đo và
cùng đồng thời thu tín hiệu từ vệ tinh trong một khoảng thời gian dài, tối thiểu là vài

chục phút, tối đa là nhiều ngày đêm liên tục.

Hình I.9: Đo GPS tĩnh
Các trạm đo đồng thời này tạo nên các ca đo (session). Thời gian kéo dài cho mỗi
ca đo gọi là độ dài hoặc thời lượng ca đo. Ký hiệu số lượng máy thu sử dụng đồng
thời là n, cứ mỗi ca đo ta sẽ nhận được n-1 cạnh đo độc lập. Thời lượng ca đo phụ
Trang 10


Ngành: Công Nghệ Địa Chính

SVTH: Thái Văn Hoài

thuộc và khoảng cách giữa các máy thu, số lượng vệ tinh nhìn thấy cũng như đồ
hình vệ tinh.
Nhìn chung khoảng cách càng lớn, số lượng vệ tinh nhìn thấy ít và đồ hình vệ
tinh kém thì nên kéo dài thời lượng ca đo. Khi đo tĩnh ta thường cài đặt các thông số
máy thu như sau:
+ Tần suất ghi tín hiệu 10 hoặc 15 giây.
+ Góc ngưỡng cao chuẩn 15o.
+ Số lượng vệ tinh tối thiểu là 4.
Trong quá trình đo thực địa, máy thu ghi số liệu đo vào bộ nhớ trong của máy
hoặc vào thẻ nhớ. Sau khi kết thúc đo thực địa, ta trút số liệu các ca đo từ máy thu vào
máy tính để xử lý bằng các phần mềm chuyên dụng.
Đo GPS tĩnh bằng pha sóng tải là phương pháp định vị chính xác nhất mà
nguyên nhân chính là sự thay đổi đáng kể của đồ hình vệ tinh trong khoảng thời
gian dài.
Ta có thể sử dụng máy thu 1 tần và máy thu 2 tần trong đo GPS tĩnh. Tuy nhiên,
để đảm bảo độ chính xác cần thiết, máy thu 2 tần thường được sử dụng để đo cạnh từ
20 km trở lên. Độ chính xác đối với các máy thu trắc địa là 5mm + 1ppm (1ppm là một

phần triệu độ dài cạnh), suy ra sai số đo cạnh dài 10km là 15mm.
Ngoài ra còn có các phương pháp đo sau:
Kỹ thuật đo GPS tĩnh nhanh
Kỹ thuật đo GPS động
Định vị GPS vi phân (DGPS
5. Các sai số ảnh hưởng đến kết quả đo GPS.
Các trị đo GPS cả trị đo code lẫn trị đo pha sóng tải đều bị ảnh hưởng của hàng
loạt sai số ngẫu nhiên và sai số hệ thống (độ lệch). Các sai số này có thể chia làm ba
nhóm, (1) sai số có nguồn gốc vệ tinh, (2) sai số có nguồn gốc máy thu và (3) sai số
liên quan tới sự lan truyền tín hiệu trong khí quyển.
Nhóm sai số 1 bao gồm sai số toạ độ (quỹ đạo) vệ tinh, sai số đồng hồ vệ tinh và
sai số do hiệu ứng của kỹ thuật SA (Selective Availability) do Bộ quốc phòng Hoa
Kỳ cố tình sử dụng để giảm độ chính xác của công nghệ GPS đối với các sử dụng
không phải là quân đội Mỹ và đồng Minh. Tuy nhiên từ năm 2000, kỹ thuật này đã
được dỡ bỏ.
Nhóm sai số do máy thu bao gồm sai số đồng hồ máy thu, sai số do nhiễu
trong máy thu, sai số do lệch tâm pha ăngten và sai số do phản xạ đa đường dẫn.
Loại sai số thứ ba gồm có độ trễ tín hiệu tầng điện ly, độ trễ tín hiệu tầng đối
lưu.
Ngoài các sai số trên độ chính xác định vị còn chịu ảnh hưởng của đồ hình tạo
bởi các vệ tinh nhìn thấy so với điểm đo.
Như đã trình bày ở phần trên, một số sai số nói trên sẽ được loại bỏ hoặc giảm
nhỏ trong các sai phân trị đo. Dưới đây ta sẽ đi vào giới thiệu chi tiết từng sai số
chính.

Trang 11


Ngành: Công Nghệ Địa Chính

SVTH: Thái Văn Hoài

5.1. Sai số toạ độ vệ tinh
Như đã nói tới ở phần cấu trúc hệ thống GPS, đoạn điều khiển mặt đất có
nhiệm vụ thu tín hiệu từ các vệ tinh, xử lý và dự báo toạ độ của vệ tinh theo thời gian
rồi gửi lên các vệ tinh, để rồi vệ tinh lại gửi toạ độ vệ tinh theo thời gian này xuống
máy thu trong gói thông tin đạo hàng thông dụng (broadcast satellite navigation
message). Trong thực tế, số liệu đo GPS trong vòng 4 giờ một tại các trạm theo dõi
mặt đất của đoạn điều khiển được sử dụng để dự báo toạ độ vệ tinh cho từng giờ theo
mô hình toán mô tả quỹ đạo của vệ tinh. Do các mô hình quỹ đạo này không thật
chính xác như thực tế, nên toạ độ vệ tinh dự báo trước chứa sai số, gọi là sai số quỹ
đạo. Sai số quỹ đạo thông thường đạt danh nghĩa trong khoảng 2÷5m và khi chịu ảnh
hưởng của kỹ thuật S/A đạt chừng 50m.
Sai số quỹ đạo của một vệ tinh sẽ giống nhau cho tất cả các trạm đo trên toàn
cầu. Song các trạm đo khác nhau lại nhìn tới vệ tinh dưới những góc khác nhau, nên
ảnh hưởng của sai số quỹ đạo vệ tinh đối với trị đo cạnh và do đó đến định vị điểm
cũng khác nhau. Có nghĩa là việc tính sai phân bậc 1 máy thu nhìn chung không thể
loại bỏ hoàn toàn sai số quỹ đạo vệ tinh, trừ trường hợp hai máy thu đặt gần nhau
(cạnh ngắn). Trong định vị tương đối, đã xác định được mối quan hệ giữa sai số đo
cạnh và sai số quỹ đạo vệ tinh như sau:
Sai số đo cạnh/Chiều dài cạnh = Sai số quỹ đạo vệ tinh/Khoảng cách tới vệ tinh.
Có nghĩa là, khi sai số quỹ đạo là 5m và chiều dài cạnh đo là 10km thì sai số đo
cạnh do sai số quỹ đạo gây nên sẽ là 2,5mm.
Trong các ứng dụng GPS đòi hỏi độ chính xác cao như thành lập khung quy chiếu
toàn cầu, khu vực quốc gia, nghiên cứu động lực vỏ Trái đất, ta sử dụng toạ độ vệ tinh
chính xác (do Tổ chức IGS cung cấp) thay cho toạ độ vệ tinh trong Thông điệp đạo
hàng, toạ độ vệ tinh chính xác này có sai số cỡ 5cm.
5.2. Định chế tiếp cận chọn lọc S/A
Công nghệ GPS thiết kế ra theo ý đồ là định vị và đạo hàng trong dân sự bằng
mã thông dụng C/A sẽ kém chính xác hơn mã chính xác chỉ dành cho quân sự. Tuy

nhiên, trong thực tế cả máy thu dân sự và máy thu quân sự đều đạt độ chính xác tương
đương nhau. Nhằm bảo đảm an ninh quốc gia, từ 25 tháng 3 năm 1990 Bộ quốc phòng
Hoa Kỳ đã bổ sung định chế gọi là tiếp cận chọn lọc S/A, kỹ thuật làm nhiễu bằng
cách bổ sung vào hai loại sai số, gồm sai số delta làm sai lệch đồng hồ vệ tinh có đặc
điểm giống nhau cho tất cả đoạn sử dụng và sai số epsilon làm lệch từ từ toạ độ vệ
tinh. Trong thời gian S/A kích hoạt, sai số định vị mặt bằng đạt 100m và sai số độ
cao khoảng 156m. Tuy nhiên, đối với cạnh ngắn thì các sai phân bậc 1 làm giảm thiểu
các sai số này. Mặt khác những giải pháp công nghệ chế tạo máy thu và xử lý số liệu
cũng đã khắc phục đáng kể ảnh hưởng này. Chính phủ Mỹ đã chính thức ngừng hoạt
động kỹ thuật S/A từ 1 tháng 5 năm 2000.
5.3. Sai số đồng hồ vệ tinh và máy thu
Cứ mỗi khối (Block) vệ tinh thế hệ II và IIA được trang bị 4 đồng hồ nguyên
tử gồm 2 đồng hồ cesium và hai đồng hồ rubidium. Các khối vệ tinh sau IIR chỉ
mang đồng hồ rubidium. Các đồng hồ này để tạo tần số và thời gian. Các đồng hồ
vệ tinh rất chính xác nhưng vẫn chưa hoàn hảo tuyệt đối, độ ổn định của nó đạt
khoảng (1÷2).10-13 trong vòng 1 ngày. Nghĩa là, sai số đồng hồ vệ tinh khoảng 8,64 ÷
Trang 12


Ngành: Công Nghệ Địa Chính

SVTH: Thái Văn Hoài

17,28 nano giây/ngày, gây nên sai số đo cạnh từ 2,59m đến 5,18m.
Các sai số đồng hồ vệ tinh dĩ nhiên gây nên sai số trong trị đo GPS. Tuy nhiên sai
số này chung cho tất cả các máy thu cùng quan trắc tới một vệ tinh và do đó có thể loại
bỏ nó trong sai phân bậc 1 máy thu. Ngoài ra, khi sử dụng các trị hiệu chỉnh đồng hồ
vệ tinh chứa trong thông điệp đạo hàng ta cũng giảm nhỏ được ảnh hưởng của sai số
này trong định vị xuống còn vài nano giây, gây nên sai số đo cạnh vài mét.
Ngược lại, đồng hồ máy thu chỉ là loại đồng hồ thạch anh rẻ tiền, có độ chính

xác kém xa đồng hồ vệ tinh. Tuy nhiên ta có thể loại bỏ sai số đồng hồ máy thu bằng
sai phân bậc 1 vệ tinh hoặc bằng cách coi nó là ẩn số bổ sung trong quá trình xử lý.
5.4. Sai số khúc xạ đa đường dẫn
Sai số khúc xạ đa đường dẫn là nguồn sai số đáng quan tâm đối với cả trị đo pha
sóng tải lẫn trị đo giả khoảng cách. Nguyên nhân do sóng tín hiệu từ vệ tinh đến ăngten
máy thu bằng nhiều đường khác nhau: Trực tiếp từ vệ tinh và từ các vật cản chung
quanh điểm đo phản xạ tới.
Sai số đa đường dẫn làm biến dạng tín hiệu gốc do giao thoa với tín hiệu phản
xạ tại ăngten máy thu. Nó ảnh hưởng tới trị đo giả khoảng cách lớn hơn so với trị đo
pha sóng tải. Đối với trị đo sóng tải, sai số này đạt tối đa là 1/4 chu kỳ bước sóng
(khoảng 4,8 cm đối với sóng L1), còn đối với trị đo giả khoảng cách sai số cực đại
lên tới mấy chục mét đối với mã thông dụng C/A. Ảnh hưởng này không như nhau tại
mỗi điểm đo và thông thường nó không có tính tương quan giữa các điểm đo. Cho
nên nó không bị loại bỏ hay giảm thiểu thông qua việc sử dụng các sai phân như các
loại sai số kể trên, nó cũng rất khó mô hình hoá. Tuy nhiên có thể giảm sai số này
thông qua các giải pháp công nghệ nâng cao chất lượng ăngten (công nghệ Choke
ring hay giải pháp lắp thêm vành chống nhiễu xạ) và nâng cao chất lượng máy thu.
Thiết thực nhất đối với người sử dụng là thông qua việc chọn điểm đo có độ thông
thoáng tốt ngoài thực địa với góc ngưỡng cao thích hợp (thông thường ≥ 15°). Trong
quá trình xử lý số liệu đo, phải tiếp tục giảm thiểu ảnh hưởng này.

Hình I.10: Khúc xạ đa đường dẫn
5.5. Sai số tâm pha ăngten
Như đã biết, ăngten nhận tín hiệu GPS từ vệ tinh đến và chuyển đổi năng
lượng thành dòng điện để chuyển vào máy thu, điểm mà tín hiệu GPS được tiếp nhận
gọi là tâm pha ăngten. Nhìn chung tâm pha ăngten không trùng với tâm vật lý (hình
học) của ăngten. Đối với mỗi điểm đo, độ lệch này thay đổi tuỳ thuộc góc ngưỡng
Trang 13

Ngành: Công Nghệ Địa Chính

SVTH: Thái Văn Hoài

nhận tín hiệu, phương vị của vệ tinh phát tín hiệu xuống cũng như cường độ của tín
hiệu. Mức độ sai số này tuỳ thuộc vào loại ăngten. Cũng giống như đối với sai số khúc
xạ đa đường dẫn, ta rất khó mô hình hoá sự thay đổi tâm pha ăngten và do đó không thể
loại bỏ trong quá trình xử lý số liệu đo. Tuy nhiên, ta có thể giảm ảnh hưởng của
sai số này bằng nhiều cách, chẳng hạn lựa chọn loại ăngten được đánh giá là có sai số
tâm pha bé, sử dụng ăngten cùng loại và định hướng chúng giống nhau (chẳng
hạn cùng về hướng bắc như vẫn làm) khi tiến hành đo GPS trên các cạnh ngắn. Đã
có những công bố kết quả khảo sát sai số tâm pha ăngten cho từng loại và có thể cập
nhật chúng vào phần mềm để hiệu chỉnh ảnh hưởng này một cách triệt để. Tuy nhiên
ảnh hưởng của sai số này tới định vị không lớn nên thường được bỏ qua trong các
ứng dụng thông thường.
5.6. Độ trễ tầng điện ly
Được phát từ độ cao hơn 20.200km xuống máy thu đặt trên Trái đất, các tín
hiệu vô tuyến phải xuyên qua tầng điện ly và tầng đối lưu. Ảnh hưởng của tầng điện ly
và tầng đối lưu gây nên cái gọi là độ trễ (tầng điện ly hay tầng đối lưu). Cả hai đều gây
nên sai số hệ thống.
Các điện tử tự do trong tầng ion gây nên độ trễ nhóm phụ thuộc vào tần số tín hiệu
vệ tinh, độ trễ này là nguồn sai số tiềm năng trong trị đo theo thời gian. Mặt khác,
tốc độ lan truyền tín hiệu tăng tỷ lệ nghịch với bình phương tần số của tín hiệu, và tỷ
lệ thuận với mật độ điện tử trong tầng điện ly. Độ trễ trong L2 nhỏ hơn nhiều so với
độ trễ trong L1.
Mật độ điện tử thay đổi theo mấy yếu tố sau:
(1) Vị trí địa lý nơi đo: Mật độ electron tối thiểu ở vùng độ vĩ trung bình cao
hơn ở hai cực và vùng xích đạo.
(2) Thời gian trong ngày: Mật độ electron ban ngày thấp hơn ban đêm.
(3) Thời gian trong năm: Mật độ electron vào mùa đông cao hơn mùa hè.

(4) Năm trong chu kỳ 11 năm hoạt động đốt nóng của Mặt trời với một cực đại
và một cực tiểu. Khi tiến hành chu kỳ đo vào khoảng thời gian chung quanh cực tiểu,
nhiễu xạ tầng ion sẽ nhỏ và do đó chất lượng số liệu đo đảm bảo. Ngược lại, nếu đo
vào thời gian đỉnh điểm của chu kỳ thì ảnh hưởng của tầng điện ly là rất đáng kể, nhất
là đối với những quốc gia gần xích đạo như Việt Nam.

Hình I.11: Các tầng của khí quyển Trái đất
Trang 14


Ngành: Công Nghệ Địa Chính

SVTH: Thái Văn Hoài

Ảnh hưởng của tầng điện ly được loại bỏ đáng kể bằng cách sử dụng hai tần số
tải L1 và L2. Tuy nhiên máy thu loại này giá thành cao và nó chưa hẳn đã hoàn toàn
tin cậy khi máy nhận các tín hiệu từ các vệ tinh ở ngưỡng thấp và khi chế định đánh
lừa AS (Anty Spoofing) được kích hoạt. Do đó cần lưu ý khi đặt góc ngưỡng cao cho
máy thu. Nên sử dụng máy thu hai tần khi đo các cạnh dài trên 20km.
Các phân tích về ảnh hưởng của tầng điện ly đã cung cấp một số lựa chọn sau:
(1) Việc bỏ qua ảnh hưởng sai số do độ trễ điện ly sẽ làm cho việc khắc phục
trượt chu kỳ khó khăn và do đó việc tìm lời giải cho tham số số nguyên đa trị khó
khăn hơn đối với chiều dài cạnh đo lớn.
(2) Tiến hành đo vào ban đêm là lúc ảnh hưởng này tối thiểu.
(3) Sử dụng mô hình dự báo độ trễ tầng điện ly trong thông điệp đạo hàng
quảng bá sẽ làm tăng gần 50% độ chính xác định vị.
(4) Sử dụng máy đo hai tần số sẽ cho phép tạo nên lời giải loại bỏ được ảnh hưởng
điện ly.
(5) Tạo nên các sai phân số liệu đo tại các điểm sẽ giảm nhỏ được ảnh hưởng của
sai số độ trễ điện ly khoảng 1÷2mm.

Ngày nay, bên cạnh việc hoàn thiện máy thu và ăngten, người ta đặc biệt quan
tâm tới việc tính hiệu chỉnh ảnh hưởng của độ trễ ion không chỉ trong số liệu đo
bằng máy thu một tần mà cả đối với máy thu hai tần.
5.7. Độ trễ tầng đối lưu
Ngay phía dưới tầng điện ly là tầng đối lưu. Ảnh hưởng của tầng đối lưu (nằm
cách mặt đất từ 0÷70km) mà cụ thể là sự thay đổi nhiệt độ, áp suất và độ ẩm không khí
gây nên sự thay đổi vận tốc truyền sóng tín hiệu radio khiến cả mã (code) lẫn pha sóng
tải đều chịu cùng một độ trễ. Độ trễ này phụ thuộc vào góc ngưỡng của vệ tinh, nó cực
tiểu (cỡ 2,3m) khi vệ tinh ở thiên đỉnh, đạt 9,3m khi vệ tinh ở góc ngưỡng 150 và 20 ÷
28m ở góc ngưỡng cao 50.
Độ trễ tầng đối lưu có thể tách ra hai thành phần: khô và ướt. Thành phần khô
gây nên 90% tổng độ trễ, nó có thể được mô hình hoá bằng hàm bậc cao để hiệu
chỉnh trong quá trình xử lý. Thành phần ướt gây nên 10 % độ trễ còn lại, nó phụ thuộc
vào độ ẩm dọc đường truyền tín hiệu GPS và không dự báo được. May mắn là nó liên
quan yếu với các dữ liệu khí tượng, do đó ngày nay có thể sử dụng dữ liệu khí tượng
chuẩn (áp suất không khí 1010mb, nhiệt độ 200C và độ ẩm không khí 50%) trong các
mô hình khí tượng thay vì số liệu đo thực tế (trong điều kiện của chúng ta, việc đo
các tham số này không thật chính xác) mà vẫn đạt được kết quả thoả mãn trong đa số
trường hợp. Nhìn chung độ trễ tầng đối lưu được xem là tương tự nhau đối với hai
điểm đo cách nhau dưới vài ba chục cây số và với độ chênh cao địa hình không
đáng kể, trong trường hợp này nó được giảm thiểu trong gia số toạ độ giữa hai điểm
đo. Cần lưu ý rằng ảnh hưởng này không phụ thuộc vào tần số, nghĩa là nó tác động
như nhau tới số liệu đo thu bằng máy một tần cũng như máy hai tần. Tuy nhiên đối
với số liệu đo cả hai tần, có thể tạo nên phương trình kết hợp để loại bỏ ảnh hưởng
của nó.
Ảnh hưởng của độ trễ tầng đối lưu đã được mô hình hoá bằng các biểu thức toán
học, trong các phần mềm chuyên dụng, giúp tính được trị hiệu chỉnh thích hợp trong quá
trình xử lý nhằm làm giảm thiểu ảnh hưởng này.
Trang 15

Ngành: Công Nghệ Địa Chính

SVTH: Thái Văn Hoài

5.8. Độ suy giảm độ chính xác do đồ hình vệ tinh
Độ chính xác kết quả đo GPS còn phụ thuộc vào đồ hình phân bố vệ tinh so
với điểm đo trên mặt đất, đặc trưng bởi hệ số suy giảm độ chính xác (viết tắt theo
tiếng Anh là DOP). DOP là tỷ số giữa sai số vị trí điểm đo và sai số trị đo. DOP càng
nhỏ thì vị trí điểm đo được xác định càng chính xác, DOP thông thường lớn hơn 1,
trừ khi có trị đo dư thừa hay nhận được tín hiệu từ trên 8 vệ tinh. DOP có thể được sử
dụng như là cơ sở để lập kế hoạch đo, khi DOP < 4 là tốt, DOP > 10 thì lời giải sẽ
thiếu tin cậy. Người ta phân ra:
GDOP - Hệ số suy giảm độ chính xác hình học, là hệ số tổng hợp nhất.
PDOP - Hệ số suy giảm độ chính xác vị trí điểm.
HDOP - Hệ số suy giảm độ chính xác mặt bằng.
VDOP - Hệ số suy giảm độ chính xác độ cao.
TDOP - Hệ số suy giảm độ chính xác thời gian.
Khi các vệ tinh vừa ở thiên đỉnh vừa ở gần chân trời sẽ cho GDOP tốt.

Hình I.12: Đồ hình vệ tinh so với máy thu
Ngoài ra độ chính xác điểm đo GPS còn phụ thuộc vào độ dài ca đo, số lượng trị
đo dư và chất lượng xử lý (phần mềm sử dụng và cách thức xử lý số liệu đo).
B. Hệ quy chiếu
1. Hệ quy chiếu tọa độ và độ cao quốc gia VN-2000
Hệ quy chiếu tọa độ và độ cao VN-2000 được bắt đầu thành lập từ năm 1994 và
công bố kết quả vào năm 2000. Hiện nay tất cả các điểm khống chế tọa độ nhà nước đều
phải chuyển về hệ quy chiếu quốc gia VN-2000. Hệ VN-2000 được xác định bởi các
thông số sau:
- Hệ quy chiếu độ cao là một mặt Geoid đi qua một điểm được định nghĩa là gốc

độ cao 0.000m tại Hòn Dấu, Đồ Sơn - Hải Phòng. Sau đó dùng phương pháp thủy chuẩn
truyền tới những nơi cần xác định khác.
- Hệ quy chiếu tọa độ trắc địa là một mặt Ellipsoid WGS- 84 với các tham số xác
định:
+ Bán trục lớn a = 6378137 m
+ Độ lệch tâm thứ nhất e2 = 0.0066943799013
(hay độ dẹt f = 1/ 298.257223563).
Trang 16


Ngành: Công Nghệ Địa Chính

SVTH: Thái Văn Hoài

+ Phép chiếu hình trụ ngang đồng gốc UTM. Múi chiếu 30 hoặc 60.
+ Điểm gốc tọa độ Quốc gia: Điểm N00 đặt tại Viện Nhiên cứu Địa chính,
đường Hoàng Quốc Việt, Hà Nội.
2. Hệ quy chiếu tọa độ và độ cao WGS- 84
Hệ quy chiếu WGS-84 là một hệ quy chiếu thế giới (World Geodetic System) do
Cơ quan Bản đồ Bộ quốc phòng Mỹ công bố năm 1984. Các số đo được thực hiện qua
máy thu tín hiệu vệ tinh GPS (Global Positioning System) trên thế giới đều được kết
xuất trên hệ tọa độ này. Hệ WGS- 84 được xác định bởi:
- Hệ quy chiếu độ cao WGS -84 là mặt Geoid toàn cầu được xác định bởi việc khai
triển hàm điều hòa cầu tới bậc 180 kết hợp với số liệu đo trọng lực biển và các kết quả
đo từ vệ tinh đo cao.
- Hệ quy chiếu tọa độ trắc địa WGS-84 là một mặt Ellipsoid kích thước như sau:
+ Bán trục lớn a = 6378137m.
+ Độ lệch tâm thứ nhất e2 = 0.0066943799013
(hay độ dẹt f = 1/ 298.257223563).
C. Lưới khống chế trắc địa

Lưới khống chế trắc địa là một hệ thống liên kết các điểm mốc cơ bản được chọn
trên mặt đất (gọi là điểm khống chế). Phân bố rộng khắp rải đều bao trùm toàn bộ lãnh
thổ của một quốc gia (hay một khu vực nào đó). Vị trí các điểm khống chế trong lưới
được xác định trên cơ sở một điểm chuẩn hay một mặt chuẩn nào đó gọi là gốc tạo độ
và gốc độ cao quốc gia.
Lưới khống chế trắc địa được phân loại như sau:
- Lưới khống chế tọa độ (không chế mặt bằng):
+ Lưới khống chế tọa độ nhà nước hạng 0, I, II, III, IV.
+ Lưới khống chế tăng dày.
+ Lưới khống chế đo vẽ.
- Lưới khống chế độ cao:
+ Lưới khống chế độ cao nhà nước hạng 0, I, II, III, IV.
+ Lưới khống chế độ cao khu vực: Lưới thủy chuẩn kỹ thuật, lưới độ cao đo
vẽ.
I.1.2. Cơ sở pháp lý
- Căn cứ thông tư hướng dẫn áp dung hệ quy chiếu VN-2000 của tổng cục địa
chính ban hành tháng 06 năm 2001.
- Quy phạm thành lập lưới tọa độ các cấp của Tổng cục Địa chính (nay là Bộ Tài
Nguyên và Môi trường) xuất bản năm 2002.
- Quy phạm thành lập BĐĐC tỷ lệ 1:200;1:500; 1:1000; 1:2000; 1:5000; 1:10000
của Bộ Tài Nguyên và Môi trường ban hành theo quyết định số 08/2008/QĐ-BTNMT
ngày 10 tháng 11 năm 2008.
- Căn cứ văn bản số: 1516/STNMT-ĐĐBĐ ngày 02 tháng 11 năm 2006 của Sở
Tài nguyên và Môi trường Bình Thuận, về việc: Hướng dẫn lập bản đồ, hồ sơ địa
chính phục vụ công tác thu hồi, giao đất, cho thuê đất, cấp giấy chứng nhận quyền sử
dụng đất.
Trang 17