Nghiên cứu ứng dụng công nghệ định vị động thời gian thực trong thi công công trình nhà cao tầng (Luận văn thạc sĩ)

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

NGUYỄN MẠNH HÙNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ ĐỊNH VỊ ĐỘNG
THỜI GIAN THỰC TRONG THI CÔNG CÔNG TRÌNH
NHÀ CAO TẦNG

Hà Nội - 2018


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

NGUYỄN MẠNH HÙNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ ĐỊNH VỊ ĐỘNG
THỜI GIAN THỰC TRONG THI CÔNG CÔNG TRÌNH
NHÀ CAO TẦNG

Ngành

: Kỹ thuật Trắc địa – Bản đồ

Mã ngành : D520503

NGƯỜI HƯỚNG DẪN: TS. ĐINH XUÂN VINH

Hà Nội - 2018


CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
Cán bộ hướng dẫn: TS. Đinh Xuân Vinh

Cán bộ chấm phản biện 1: PGS.TS. Trần Viết Tuấn
Cán bộ chấm phản biện 2: TS. Lê Văn Hùng

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại:
HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN THẠC SĨ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
Ngày 20 tháng 01 năm 2019


i
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan: Luận văn này là công trình nghiên cứu thực sự
của cá nhân, được thực hiên dưới sự hướng dẫn của Tiến sĩ Đinh Xuân Vinh.
Các số liệu, những kết luận nghiên cứu được trình bày trong luận văn này là
trung thực và chưa từng được công bố dưới bất kỳ hình thức nào.
Tôi xin chịu trách nhiệm về nghiên cứu của mình.
Hà Nội, ngày 16 tháng 01 năm 2019
TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Nguyễn Mạnh Hùng


ii

LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình thực hiện đề tài và hoàn thành luận văn, tác giả đã
nhận được sự giúp đỡ nhiệt tình của các thầy, cô giáo trong Khoa Trắc địa,
Bản đồ và Thông tin địa lý – trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà
Nội; cùng với sự giúp đỡ của các bạn bè đồng nghiệp; đặc biệt là TS. Đinh
Xuân Vinh. Xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới các tập thể và cá nhân đã
giúp đỡ tác giả hoàn thành bản Luận văn này.
Tác giả xin dành lời cảm ơn sâu sắc nhất!
Hà Nội, ngày 16 tháng 01 năm 2019
TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Nguyễn Mạnh Hùng


iii

TÓM TẮT LUẬN VĂN

+ Họ và tên học viên: Nguyễn Mạnh Hùng
+ Lớp: CH2B.TĐ

Khoá: 2

+ Cán bộ hướng dẫn: TS. Đinh Xuân Vinh
+ Tên đề tài: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ định vị động thời gian
thực trong thi công công trình nhà cao tầng
+ Tóm tắt: Ban đầu luận văn giới thiệu tổng quan về công nghệ định vị
động thời gian thực (RTK). Tiếp theo tác giả nghiên cứu, rà soát sự thay đổi,
biến động về mặt đo đạc số liệu của Thiết kế kỹ thuật – phương án đo đã được
phê duyệt so với công nghệ đo bằng máy toàn đạc điện tử. Và cuối cùng tác

giả đưa ra phương án và kết luận để điều chỉnh Thiết kế kỹ thuật – phương
pháp đo cho phù hợp với những công trình, từ đó đề xuất phương pháp công
nghệ, bổ sung thiết kế - kỹ thuật xây dựng kỹ thuật đo định vị động thời gian
thực (RTK) trong thi công công trình nhà cao tầng.


iii
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................. i
LỜI CẢM ƠN .................................................................................................. ii
TÓM TẮT LUẬN VĂN ................................................................................. iii
MỤC LỤC ....................................................................................................... iii
DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT, KÝ HIỆU TIẾNG ANH .. v
DANH MỤC CÁC BẢNG ............................................................................. vi
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ....................................................................... vii
MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ ĐỊNH VỊ
ĐỘNG THỜI GIAN THỰC TRONG THI CÔNG NHÀ CAO TẦNG ..... 4
1.1. KHÁI QUÁT VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU, TRIỂN KHAI VÀ ỨNG
DỤNG CÔNG NGHỆ GPS TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM ................. 4
1.1.1. Nghiên cứu trên thế giới ................................................................... 4
1.1.2. Nghiên cứu trong nước ..................................................................... 5
1.2. TỔNG QUAN VỀ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GNSS TRONG THI
CÔNG CÔNG TRÌNH NHÀ CAO TẦNG ...................................................... 7
1.2.1. Các phương pháp đo chủ yếu ............................................................ 7
1.2.2. Các hệ thống tăng cường độ chính xác vị trí điểm thu GNSS .......... 9
1.3. VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI LUẬN VĂN ........................... 14
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CÔNG NGHỆ ĐỊNH VỊ ĐỘNG
THỜI GIAN THỰC ...................................................................................... 15
2.1. KHÁI QUÁT CÔNG NGHỆ GNSS (Global Navigation Satellite System) ....15

2.1.1. Khái niệm ........................................................................................ 15
2.1.2. Cấu trúc chung của GNSS .............................................................. 17
2.2. CẤU TRÚC VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA CÔNG NGHỆ
ĐỊNH VỊ ĐỘNG THỜI GIAN THỰC ........................................................... 19
2.2.1. Các quy định khi sử dụng phương pháp RTK GNSS .................... 22
2.2.2. Ưu điểm của công nghệ đo RTK trong Trắc địa-Bản đồ ................ 30


iv
2.2.3. Phương pháp của công nghệ đo động xử lý tức thời (GPS RTK) .. 30
CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ RTK GNSS
TRONG THI CÔNG NHÀ CAO TẦNG .................................................... 34
3.1. GIỚI THIỆU KHU VỰC NGHIÊN CỨU ............................................... 34
3.1.1. Vị trí khu đo .................................................................................... 34
3.1.2. Nhiệm vụ triển khai và yêu cầu đạt được ....................................... 35
3.2. THIẾT KẾ PHƯƠNG ÁN KỸ THUẬT CÔNG TÁC TRẮC ĐỊA ........ 36
3.2.1. Thiết kế phương án sử dụng RTK GNSS ....................................... 36
3.2.2. Nâng cao độ chính xác kỹ thuật RTK GNSS.................................. 44
3.3 THỰC NGHIỆM VÀ PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THỰC
NGHIỆM ......................................................................................................... 45
3.3.1. Công tác chuẩn bị đồ dùng.............................................................. 45
3.3.2. Cài đặt phần mềm thiết bị đo RTK ................................................. 46
3.3.3. Ứng dụng SQ-GNSS Config........................................................... 46
3.3.4. Ứng dụng SQ-GNSS Base .............................................................. 48
3.3.5. Ứng dụng SQ-GNSS Rover ............................................................ 49
3.3.6. Đo thử.............................................................................................. 51
3.3.7. Đo chính thức .................................................................................. 52
3.3.8. So sánh số liệu đo máy toàn đạc điện tử và đo định vị động RTK
GPS trong móng cọc khoan nhồi .................................................................... 60
3.3.9. So sánh số liệu đo máy toàn đạc điện tử và đo định vị động RTK

GPS trên sàn tầng cao ..................................................................................... 61
3.3.10. Đánh giá kết quả thực nghiệm ...................................................... 62
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................... 64
1. Kết luận ....................................................................................................... 64
2. Kiến nghị ..................................................................................................... 64
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................


v
DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT, KÝ HIỆU TIẾNG ANH
STT

Ký hiệu

Nghĩa tiếng Anh

Nghĩa tiếng Việt

Global Navigation Satellite

Hệ thống vệ tinh dẫn

System

đường toàn cầu

1

GNSS

2

GPS

Global Positioning System

3

RTK

Real Time Kinematic

4

UTM

Hệ thống định vị toàn cầu
của Mỹ
Định vị tương đối động
thời gian thực

Universal Transverse

Lưới chiếu hình trụ ngang

Mercator

đồng góc
Hệ quy chiếu và hệ tọa độ
quốc gia hiện hành của

5

Việt Nam được thống nhất

VN-2000

áp dụng trong cả nước từ
ngày 12 tháng 7 năm 2000
6

WGS-84

7

MPQĐ

8

EU

9

NAVSTAR GPS

World Geodetic System 1984 Hệ thống tọa độ thế giới
Mặt phẳng quỹ đạo
European Union

Liên minh châu Âu

Navigation Signal Timing

Tên gọi thường gọi GPS

and Ranging Global

của quân đội Mỹ

Positioning System

10

GLONASS

Global Orbiting Navigation

Hệ thống vệ tinh dẫn

Satellite System

đường quỹ đạo toàn cầu
của Nga

Continuously Operating
11

CORS

Reference Station

Hệ thống trạm tham chiếu


vi
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1: Các nguồn sai số trong định vị vệ tinh ........................................... 23
Bảng 2.2: Ảnh hưởng của tầng điện ly đến khoảng cách ............................... 26
Bảng 2.3: Ảnh hưởng của tầng đối lưu tới khoảng cách................................. 27
Bảng 2.4: Nguồn lỗi và các biện pháp khắc phục ........................................... 29
Bảng 3.1: Danh sách phụ kiện trong một bộ thiết bị ...................................... 56
Bảng 3.2: Tọa độ các điểm mốc công trình .................................................... 56
Bảng 3.3: Tọa độ các điểm cọc khoan nhồi đo bằng phương pháp máy toàn
đạc điện tử ....................................................................................................... 57
Bảng 3.4: Tọa độ các điểm cọc khoan nhồi khi trạm chủ đặt tại HQV1 ........ 58
Bảng 3.5: Tọa độ các điểm cọc khoan nhồi khi trạm chủ đặt tại HQV2 ........ 59
Bảng 3.7: Tọa độ lưới công trình các điểm tim trục ....................................... 61
Bảng 3.6: Số liệu đo điểm tọa độ cọc khoan nhồi .......................................... 60
Bảng 3.8: Số liệu điểm lưới tim trục công trình ............................................. 61


vii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Khảo sát bằng RTK GNSS................................................................ 9
Hình 1.2. Cấu trúc hệ thống WAAS ............................................................... 12
Hình 1.3. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống GNSS/RTK.................... 13
Hình 2.1. Cấu trúc hệ thống GNSS ................................................................. 18
Hình 2.2. Cấu trúc tín hiệu hệ thống GNSS .................................................... 18
Hình 2.3. Đo động xử lý tức thời .................................................................... 21
Hình 2.4. Các vector cạnh trong đo động xử lý sau ........................................ 22

Hình 2.5. Công tác đo RTK ở trạm động tại thực địa ..................................... 23
Hình 2.6. Sai số ảnh hưởng của tầng đối lưu .................................................. 26
Hình 3.1. Khởi động trạm chủ......................................................................... 38
Hình 3.2. Kiểm tra tọa độ trạm động trước khi đo.......................................... 39
Hình 3.3. Máy trạm chủ và phụ kiện............................................................... 42
Hình 3.4. Máy trạm động và phụ kiện ............................................................ 43
Hình 3.5. Bộ phát Radio Datalink ................................................................... 43
Hình 3.6. Các thiết bị kèm theo ...................................................................... 44
Hình 3.7. Bộ nguồn và các thiết bị kèm theo .................................................. 44
Hình 3.8. Phần mềm thiết bị SQ - GNSS trên PlayStore ................................ 46
Hình 3.9. Sơ đồ khi trạm chủ đặt tại HQV1 ................................................... 58
Hình 3.10. Sơ đồ khi trạm chủ đặt tại HQV2 ................................................. 59
Hình 3.11. Sơ đồ lưới mặt bằng thi công ........................................................ 61


1
MỞ ĐẦU
1. Cơ sở khoa học và tính thực tiễn của đề tài
Công nghệ định vị động thời gian thực là công nghệ mới sẽ cung cấp khả
năng theo dõi chính xác hơn so với công nghệ GPS hiện nay và cho phép thu
thập thông tin trên diện rộng và đa thời gian. Công nghệ định vị động thời
gian thực cho phép tổ chức lưu trữ, quản lý, cập nhật và phân tích dữ liệu
nhằm phục vụ cho mục đích sử dụng. Công nghệ này được một nhóm nghiên
cứu ở chính phủ Mỹ cho biết sẽ cung cấp khả năng theo dõi chính xác hơn so
với các công nghệ cũ và các tín hiệu sẽ không biến mất ở các điểm mù và
không bị tắc nghẽn.
Và đặc biệt trong ngành Trắc địa - Bản đồ. Với độ chính xác định vị cỡ
cm và có khả năng lên tới cỡ mm khi áp dụng các phương pháp bình sai với
lưới tọa độ khống chế của Nhà nước. Công nghệ định vị động thời gian thực
cung cấp cho người sử dụng trong lĩnh vực đo đạc, trắc địa, xây dựng bản đồ

một giải pháp định vị chính xác toàn diện mang tính mạng lưới. Từ đó các
giai đoạn của đo đạc và thành lập bản đồ đã được rút ngắn đi đang kể giúp
giảm bớt chi phí, nhân lực, tăng tiến độ thi công. Và với phương pháp đo
động xử lý tức thời đã định vị độ chính xác cao có thể ứng dụng trong thi
công xây dựng.
Với mục tiêu giải quyết loại bỏ sai số đến mức thấp nhất và tăng tiến độ
thi công trong công trình xây dựng dân dụng được áp dụng bằng công nghệ
định vị động thời gian thực tôi đã quyết định lựa chọn đề tài: Nghiên cứu ứng
dụng công nghệ định vị động thời gian thực trong thi công công trình nhà cao
tầng. Luận văn thạc sĩ này tôi sẽ trình bày về phương pháp RTK GNSS so với
công nghệ truyền thống trong công trình xây dựng.
2. Mục tiêu của đề tài
- Mục đích của công nghệ định vị động thời gian thực là để giảm thiểu
ảnh hưởng của sai số phụ thuộc vào khoảng cách và vị trí được tính toán trong
phạm vi giới hạn của mạng lưới.


2
- Nghiên cứu ứng dụng công nghệ định vị động thời gian thực để ứng
dụng các thành quả đạt được trong quá trình xây dựng công trình.
3. Nội dung nghiên cứu
- Tổng quan về công nghệ định vị động thời gian thực (RTK) của hệ
thống dẫn đường toàn cầu và các ứng dụng trong thực tiễn sản xuất Trắc địa Bản đồ;
- Nghiên cứu quy trình, biện pháp của công nghệ định vị thời gian
thực trong công tác trắc địa phục vụ cho công trình nhà cao tầng hiện nay ở
Việt Nam;
- Thực nghiệm ứng dụng công nghệ định vị động thời gian thực của hệ
thống dẫn đường toàn cầu xác định ;
- Đánh giá kết quả thực nghiệm.
4. Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp lý thuyết: Nghiên cứu cơ sở khoa học của công nghệ
RTK GNSS và quy trình các công tác trắc địa trong thi công nhà cao tầng.
- Phương pháp tổng hợp và kế thừa: Thu thập các tài liệu liên quan như
các nghiên cứu ứng dụng về công tác thi công nhà cao tầng đã có từ trước.
Phân tích các kỹ thuật và lựa chọn các phương pháp nghiên cứu phù hợp để
xác định vị trí tim trục trong thi công nhà cao tầng được thực hiện.
- Phương pháp sử dụng công nghệ RTK GNSS: Cung cấp dữ liệu đầu
vào cho luận văn, tiến hành điều tra thực địa và thực hành đo RTK GNSS để
nhận được số liệu và kinh nghiệm khảo sát dựa trên tinh thần làm việc nghiêm
túc, cẩn thận tỉ mỉ để có được sự đảm bảo uy tín và tin cậy.
- Phương pháp tích hợp thông tin trong công nghệ RTK GNSS: Tìm hiểu
và nghiên cứu công nghệ thông tin tích hợp trong phần mềm xử lý số liệu đo
- Phương pháp tin học: Sử dụng các phần mềm xử lý số liệu có sẵn
hiện nay như phần mềm soạn thảo văn bản và tính toán số liệu của
Microsoft Office, phần mềm hiển thị đồ họa như Auto CAD, phần mềm xử
lý dữ liệu đo GNSS,...


3
5. Cấu trúc đồ án
Chương 1: Tổng quan về ứng dụng công nghệ định vị động thời gian
thực trong thi công nhà cao tầng
Chương 2: Cơ sở lý thuyết công nghệ định vị động thời gian thực
Chương 3: Thực nghiệm ứng dụng công nghệ RTK GNSS trong thi công
nhà cao tầng


4
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ ĐỊNH VỊ
ĐỘNG THỜI GIAN THỰC TRONG THI CÔNG NHÀ CAO TẦNG

1.1. KHÁI QUÁT VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU, TRIỂN KHAI VÀ
ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GPS TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM
1.1.1. Nghiên cứu trên thế giới
Năm 1983 bằng công nghệ GPS người ta xây dựng mạng lưới trắc địa ở
Eifel (CHLB Đức). Tiếp theo đó nhiều mạng lưới cũng được xây dựng ở
Montgomery Country, Pennsylvani (Mỹ)… Ưu điểm chủ yếu và quan trọng
nhất của công nghệ GPS là có thể xác định được các véc tơ cạnh giữa các
điểm trắc địa với độ chính xác cao mà không đòi hỏi sự thông hướng giữa các
điểm đó. Ngay từ những năm 90 của thế kỷ XX, khi hiểu được lợi thế của
GPS người ta đã nói rằng, công nghệ GPS đã đưa các phương pháp xây dựng
lưới trắc địa truyền thống thành “Những con khủng long thời tiền sử”. Để
hướng dẫn thành lập lưới GPS tiểu ban lưới trắc địa (FGCS) của hiệp hội trắc
địa quốc tế đã nghiên cứu và xuất bản “Tiêu chuẩn độ chính xác trắc địa hình
học và hướng dẫn sử dụng kỹ thuật định vị GPS tương đối” (Geometric
Geodetic Accuracy Standards and Specification for using GPS Relative
Positioning Techniques) và tài liệu “Các tiêu chuẩn và hướng dẫn đối với lưới
khống chế trắc địa” (Standards Standards and Specification for Geodetic
Contron Networks). Cho đến nay nhiều nước trên thế giới đã coi GPS là
phương pháp chủ yếu trong xây dựng các mạng lưới trắc địa.
Bằng kỹ thuật đo tương đối tĩnh, người ta có thể xây dựng được các
mạng lưới có cạnh dài đến hàng nghìn km. Khung tọa độ quốc tế ITRF
(International Celestial Reference Frame) thực chất là mạng lưới có cạnh dài
như vậy. Bằng công nghệ GPS các nước châu Âu đã cùng nhau xây dựng
khung tọa độ châu Âu gọi là EUREF (European Referance Frame). Từ khi
GPS được sử dụng trong trắc địa, một số quy tắc và tiêu chuẩn phân cấp lưới
tọa độ trước đây đã bị thay đổi.
Từ khi có công nghệ GPS,người ta đã đưa các khái niệm mới đối với


5

lưới trắc địa đó là các mạng lưới tĩnh (Pasive control networks) và các mạng
lưới động (Active control networks)
Các mạng lưới tĩnh là các mạng có các mốc cố định trên mặt đất được đo
với độ chính xác cao và là cơ sở trắc địa trải rộng liên tục trên 1 mục đích
nhất định. Các số liệu của các điểm trong mạng lưới được gọi là không đổi và
không có sai số. Các mạng lưới này thường có độ chính xác đo chiều dài cạnh
cỡ 1:250000 và đo độ cao cỡ một vài mm trên 1km. Có thể thấy rằng các
mạng lưới này thuộc hệ thống lưới tọa độ và độ cao Nhà nước.
Các mạng lưới động là các mạng lưới gồm một số điểm cố định có vai
trò là các trạm theo dõi (Moniter Stations) làm cơ sở để xác định tọa độ cho
nhiều điểm khác. Các điểm cần xác định tọa độ cũng có thể là các điểm
chuyển động cần xác định tọa độ tức thời. Với ý tưởng này từ nguyên tắc đo
GPS vi phân (DGPS) người ta đã xây dựng hệ định vị vi phân diện rộng
WADGPS (Wide – Area diferentital GPS). Hệ thống ACS của Canada
(Canadian Active coltrol System ) là một ví dụ về loại lưới này . Mạng ACS
được xây dựng bắt đầu năm 1985 , bao gồm 20 trạm theo dõi bố trí đều có
Trạm chủ đặt tại Ottawa. Hiện nay một số nước đã phát triển kỹ thuật
định vị động với các trạm tham chiếu vào VRS (Virtual Reference Station).
1.1.2. Nghiên cứu trong nước
Năm 1990, cục đo đạc và bản đồ Nhà nước đã quyết định ứng dụng công
nghệ GPS để đổi mới công nghệ xây dựng lưới tọa độ. Sau khi thử nghiệm
thành công, công nghệ GPS được áp dụng ngay vào sản xuất để thi công lưới
tọa độ cạnh ngắn Minh Hải, Sông Bé và Tây Nguyên gồm 117 điểm. Đây là
những địa bàn còn lại chưa có lưới tọa độ vì không đủ điều kiện để thi công
theo công nghệ đo đạc truyền thống.
Năm 1991, công nghệ GPS khoảng cách dài được thử nghiệm thành
công, từ năm 1991 – 1992 chúng ta đã sử dụng công nghệ GPS để xây dựng
một số mạng

lưới hạng II ở những vùng khó khăn (Minh Hải, Tây

Nguyên...). Sử dụng GPS để xây dựng lưới trắc địa biển gồm 36 điểm đo nối


6
tất cả các đảo, quần đảo lớn với đất liền trong đó có 23 điểm trên quần đảo
Trường Sa, kết nối đất liền với hải đảo xa trong một hệ thống tọa độ chung.
Năm 1995, tổng cục địa chính đã quyết định xây dựng lưới tọa độ cấp
“0” bằng công nghệ GPS cạnh dài (bằng máy 2 tần) với chiều dài cạnh trung
bình khoảng 120 km gồm 71 điểm trong đó có 56 điểm trùng các điểm tọa độ
hạng I, hạng II đã đo; Trong số các điểm mới đo có một điểm gốc mới ở Hà
Nội. Lưới tọa độ cấp “0” đóng vai trò kiểm tra chất lượng các lưới tọa độ
hạng I, hạng II đã xây dựng, kết nối thống nhất và tăng cường độ chính xác
cao, làm cơ sở đo lưới tọa độ với các lưới quốc tế.
Hệ quy chiếu và hệ tọa độ Quốc Gia là cơ sở toán học của công tác trắc
địa mà bản đồ mà mỗi quốc gia nhất thiết phải xác lập để thể hiện độ chính xác
và thống nhất các dữ liệu đo đạc và bản đồ. Hệ quy chiếu và hệ tọa độ Quốc gia
HN-72 đến giai đoạn này không còn đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật mà thực tế
đòi hỏi. Do đó việc lựa chọn một hệ quy chiếu Quốc Gia mới phù hợp và chính
xác là nhiệm vụ bức xúc được Tổng cục địa chính đặc biệt quan tâm. Công
nghệ GPS đã đóng góp đáng kể trong việc thực hiện nhiệm vụ trên.
Công trình tính toán xác định hệ quy chiếu hợp lý cho Việt Nam, bình
sai hệ thống lưới tọa độ Nhà Nước để thống nhất hệ tọa độ Quốc Gia được bắt
đầu từ năm 1992. Năm 1998, Tổng cục địa chính đo đạc bổ sung, tích hợp
lưới tọa độ cấp “0” , định vị hệ quy chiếu bằng trị đo GPS –thủy chuẩn, xây
dựng mô hình Geoid, kết nối với các lưới quốc tế, bình sai hỗn hợp lưới vệ
tinh - mặt đất để xác định Hệ quy chiếu và Hệ tọa độ Quốc Gia.
Từ năm 1995, để phục vụ cho công tác đo đạc lập bản đồ địa chính ở
địa phương, Tổng cục địa chính bắt đầu triển khai xây dựng lưới địa chính
cơ sở (tương đương lưới tọa độ Quốc Gia hạng III), việc tính toán bình sai

tổng thể mạng lưới đã hoàn thành vào năm 2004. Bộ Tài Nguyên và Môi
trường đã kết thúc công tác xây dựng mạng lưới địa chính cơ sở và chính
thức công bố hoàn thành (gồm 13.836 điểm). Toàn bộ lưới tọa độ này được
đo đac bằng công nghệ GPS.


7
Hiện nay cục đo đạc và Bản đồ Việt Nam đã được đầu tư xây dựng 6
trạm GPS cố định: Đồ Sơn, Vũng Tàu, Lai Châu, Hà Giang, Cao Bằng,
Quảng Nam cung cấp số liệu cải chỉnh phân sai cho đo tọa độ bằng công nghệ
GPS trong đo vẽ bản đồ, điều tra Tài nguyên, phân giới cắm mốc và phục vụ
an ninh quốc phòng.
Ở nước ta công nghệ GPS đã và đang được ứng dụng rộng rãi trong công
tác xây dựng lưới địa chính và lưới khống chế đo vẽ để thành lập bản đồ địa
chính các tỷ lệ tại một số địa phương. Qua thực tế thấy rằng công nghệ này có
chiều hướng phát triển tốt, khẳ năng ứng dụng cao, đem lại hiệu quả về cả kỹ
thuật và kinh tế. Các chỉ tiêu thành lập lưới địa chính bằng công nghệ GPS đã
được quy định tại Quyết định số 08/2008/QĐ-BTNMT ngày 10 tháng 11 năm
2008 của Bộ Tài Nguyên Môi Trường.
1.2. TỔNG QUAN VỀ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GNSS TRONG
THI CÔNG CÔNG TRÌNH NHÀ CAO TẦNG
Các ứng dụng của công nghệ GNSS trong kỹ thuật Trắc địa – Bản đồ có
rất nhiều. Trước tiên phải kể đến các ứng dụng trong xây dựng lưới khống chế
trắc địa. Nơi áp dụng đầu tiên công nghệ GNSS vào xây dựng mạng lưới
khống chế trắc địa phải kể đến tỉnh Eiffel thuộc một bang miền tây Cộng hòa
Liên bang Đức vào năm 1983. Tiếp theo là các ứng dụng trắc thành lập bản
đồ và mặt cắt địa hình. Trong trắc địa công trình, GNSS được ứng dụng khi
chuyển thiết kế thi công ra thực địa, hay còn gọi là Stake out hoặc Setting out.
Trong truyền độ cao thi công, tương đương thủy chuẩn kỹ thuật hoặc thủy
chuẩn hạng IV, công nghệ GNSS cũng được sử dụng rất nhiều vì sự tiện lợi

và nhanh chóng.
1.2.1. Các phương pháp đo chủ yếu
a/ Đo tĩnh (Static).
Đây là phương pháp phổ biến để thành lập lưới khống chế trắc địa. Điều
kiện thông thường là có vài máy thu GNSS cùng thu tín hiệu trong một
khoảng thời gian. Tọa độ điểm khống chế trong lưới được tính từ tọa độ điểm


8
gốc. Phương pháp này cho độ chính xác vị trí điểm cao nhất trong các phương
pháp thu GNSS, cỡ 1 mm.
b/ Đo tĩnh nhanh (Fast Static).
Đối với xây dựng lưới khống chế trắc địa cấp thấp, độ chính xác yêu cầu
cỡ cm so với điểm gốc, có thể áp dụng phương pháp này vì sự tiện lợi của nó.
Thời gian thu tín hiệu rút ngắn còn dưới 10 phút. Khoảng cách giữa điểm
khống chế gốc với điểm phát triển thêm có thể 15 đến 20 km.
Phương pháp này hiệu dụng khi tăng dày và phát triển mạng lưới trắc
địa. Số liệu đo được xử lý hậu kỳ.
c/ Đo động (Kinematic).
Phương pháp phổ biến đo chi tiết thành lập bản đồ thường là Động Dừng
Tiến (Stop and Go) hoặc Động Liên tục (Continuous). Yêu cầu số lượng vệ
tinh phải lớn hơn 4 đối với mỗi máy tham gia. Có một máy chủ (Base) và
nhiều máy di động (Rove). Cũng có trường hợp 2 máy chủ nhằm nâng cao độ
chính xác điểm trạm động. Mỗi phương pháp đo cụ thể phải được thiết kế và
lên kế hoạch đo từ trước, tránh hiện tượng mất tín hiệu trên đường đo.
Phương pháp động liên tục phù hợp điểm đo có dạng tuyến liên tục, có thể
tuyến thẳng hoặc cong. Phương pháp động dừng tiến phù hợp điểm đo có
dạng điểm đặc trưng địa hình địa vật. Khoảng cách từ điểm trạm chủ đến các
điểm động có thể tới 5 km. Độ chính xác đạt được cỡ cm.
d/ Đo RTK GNSS

Đo bằng RTK GNSS là sử dụng kỹ thuật định vị tương đối dựa trên pha
sóng tải từ máy thu. Người đo cần nhiều hơn hai máy thu tín hiệu vệ tinh,
trong đó một máy được cố định tại điểm đã biết tọa độ, nhằm trao đổi thông
tin tức thời tới máy thu di động, với khoảng cách tới 15 km. Bởi vì phương
thức truyền thông tin tiện lợi nên phương pháp này ngày nay được sử dụng
rộng rãi.


9

Hình 1.1. Khảo sát bằng RTK GNSS
Phương pháp đo này dựa trên thông tin đã biết từ trạm cố định (Base)
được truyền tới máy thu di động (Rove) thông qua tín hiệu truyền thông
(radio, SMS, 3G), hình 2.4. Tương tự như kỹ thuật đo động GNSS, tần số lấy
mẫu trong máy thường đặt ở 1 giây. Một phần mềm tích hợp với máy di động
và xử lý các trị đo GNSS được lựa chọn tại cả hai trạm chủ và động để giải ra
vị trí điểm động với độ chính xác cỡ cm.
Các tham số ước lượng về pha sóng tải được giải gần như ngay lập tức
bằng cách sử dụng kỹ thuật được gọi là ON THE FLY. Việc ước lượng số
nguyên lần bước sóng được cố định giá trị và máy thu di động sẽ đưa ra tọa
độ đúng tại nơi đặt máy. Không có quá trình xử lý hậu kỳ nào. Mỗi điểm động
dừng khoảng 30 giây để cho phép tính ra trung bình vị trí điểm. Trị đo được
lưu trữ trong máy và có thể kết nối với tính để phun điểm lên màn hình thông
qua phần mềm CAD. Phương pháp này được sử dụng phổ biến, điều kiện
thực hiện với máy thu hai tần số.
1.2.2. Các hệ thống tăng cường độ chính xác vị trí điểm thu GNSS
a/ Hệ thống tăng cường cơ sở mặt đất:
Hệ thống tăng cường độ chính xác vị trí điểm thu tín hiệu GNSS dựa trên
cơ sở kỹ thuật RTK và thường được gọi là Định vị vi phân, nhưng có điểm

10
khác biệt với RTK. Đó là, hệ thống DGNSS có thể áp dụng với máy thu độc
lập. Vị trí đã biết của trạm tham chiếu sẽ đuợc sử dụng để tính các số cải
chính DGNSS duới dạng các số cải chính tọa độ, gọi là phương pháp vị trí
(Position Method) hoặc các số cải chính vào khoảng cách giả, gọi là phương
pháp hiệu chỉnh trị đo hay phương pháp trị đo (Measurement Method). Máy
thu độc lập có thể tự xác định vị trí của mình dựa vào tín hiệu từ hệ thống vệ
tinh dẫn đường toàn cầu, sau đó bổ sung số hiệu chỉnh nhận từ trạm phát
DGNSS để nâng cao độ chính xác vị trí điểm của bản thân nó. Các số hiệu
chỉnh này được truyền đi bằng sóng vô tuyến dưới dạng Radio hoặc dạng mã
hóa CDMA như tín hiệu 3G của sóng điện thoại viễn thông. Đương nhiên
máy thu cũng phải có thiết bị nhận tín hiệu vô tuyến viễn thông để có thể hiệu
chỉnh tức thời tọa độ điểm thu. Trường hợp máy thu không thể nhận tín hiệu
tức thời để hiệu chỉnh tọa độ, nó có thể khai thác dữ liệu này tại trạm DGNSS
sau đó. Việc hiệu chỉnh độ chính xác điểm thu sẽ là xử lý sau.
Các số cải chính từ trạm định vị vi phân có nhiều dạng:
- Số cải chính dạng tọa độ. Tại trạm tham chiếu A vào thời điểm t sẽ tính
được số cải chính tọa độ theo công thức:
(1.1)
Trong đó:
- 𝐴 là tọa độ đã biết trong hệ tọa độ thực dụng của điểm A;
- 𝐴(𝑡) là tọa độ định vị tuyệt đối bằng máy thu GNSS tại điểm A ở thời
điểm t;
Hiệu tọa độ tính được gọi là số cải chính vi phân, được phát đi rộng rãi
theo phương thức vô tuyến cho các đơn vị sử dụng (rove) để hiệu chỉnh vào
kết quả định vị tại cùng thời điểm t. Nếu trạm B (rove) là trạm sử dụng dịch
vụ của trạm A (Base). Trạm B sử dụng kỹ thuật định vị tuyệt đối, thì tọa độ
của trạm B sau cải chính vi phân sẽ là:

11

(1.2)
Có thể thấy rằng phương pháp này khá đơn giản và không linh hoạt. Nó
đòi hỏi số vệ tinh quan sát được tại cả hai trạm A và B phải như nhau. Do vậy
phương pháp này chỉ phù hợp trong phạm vi hẹp.
- Số cải chính khoảng cách giả trị đo từ trạm tham chiếu liên tục A tới vệ
tinh j được tính theo công thức:
(1.3)
(1.3)
Trong đó 𝜌𝑗(𝑡) là khoảng cách từ máy thu A tới vệ tinh j được tính từ tọa
độ vệ tinh tại thời điểm t và tọa độ đã biết của trạm tham chiếu liên tục A;
𝑅𝑗(𝑡) là khoảng cách giả từ máy thu A đến vệ tinh j tại thời điểm t.
Trường hợp này các số cải chính 𝛿𝜌𝑗(𝑡) lập tức được phát đến các máy
thu di động B (rove). Tại trạm di động B, máy thu khi khoảng cách giả sẽ
cộng thêm các số cải chính nói trên nhằm chính xác hóa khoảng cách của B
tới vệ tinh j. Phương pháp này tỏ ra linh hoạt hơn, song trạm B phải có phần
mềm giải bài toán định vị.
Trong định vị vi phân diện hẹp, các số cải chính được định dạng theo tín
hiệu MSK và sử dụng tần số sóng MF để phát đến trạm động của người sử
dụng trong bán kính vài trăm km. Đây là phương pháp sử dụng trạm tham
chiếu đơn. Về cơ bản, kỹ thuật DGNSS một số nguồn sai số hệ thống, nên độ
chính xác định vị cao hơn định vị tuyệt đối truyền thống. Độ chính xác định vị
tăng cường cơ sở mặt đất sẽ suy giảm theo khoảng cách từ trạm chủ tới trạm
động. Cứ mỗi km suy giảm khoảng 1 cm. Lý do chủ yếu là độ trễ tín hiệu cải
chính từ trạm chủ tới trạm động. Thời điểm trạm B nhận được tín hiệu cải
chính tại trạm A đã bị trễ so với thời điểm trạm A tính ra số cải chính.
Phạm vi sử dụng của hệ thống DGNSS phụ thuộc vào tầm phủ sóng của
trạm tham chiếu liên tục và tần số phát sóng cải chính của nó. Nếu phát số cải

12
chính với tần số cao (1 GHz) thì tín hiệu chỉ đi xa được 50 km nhưng độ
chính xác số cải chính gia tăng. Nếu phát với tần số thấp (30 KHz) thì độ
chính xác số cải chính rất thấp nhưng tín hiệu đi xa tới 600 km.
b/ Hệ thống tăng cường cơ sở diện rộng (không gian):
Hệ thống tăng cường cơ sở mặt đất thường gọi là tăng cường cơ sở diện
hẹp. Để phát triển ra biển khơi xa người ta thường dùng hệ thống tăng cường
cơ sở không gian. Các vệ tinh địa tĩnh đóng vai trò là trạm tham chiếu hoạt
động liên tục nhận tín hiệu từ hệ thống vệ tinh dẫn đường toàn cầu, sau đó
tính số cải chính khoảng cách giả hoặc pha sóng tải của trị đo để phát trở lại
mặt đất cho các máy định vị thu tín hiệu vệ tinh. Các vector trị đo chứa số cải
chính đồng hồ vệ tinh, lịch vệ tinh, mô hình sai số do tầng điện ly, tầng đối
lưu. Người sử dụng phải trả tiền thuê bao để nhận được số cải chính vi phân
diện rộng.
Hiện nay, các thiết bị và công nghệ của hãng NAVCOM Start Fire, CNAV, OmniStar-HP,... đã sử dụng hệ thống vệ tinh địa tĩnh Gc để hiệu chỉnh
vi phân toàn cầu. Người sử dụng có thể mua máy của hãng và trả tiền thuê
bao theo thời gian để định vị điểm tức thời ngoài khơi xa với độ chính xác
mặt bằng khoảng 10 cm và độ cao khoảng 20 cm.
Một số hệ thống cung cấp số cải chính thông qua sóng vô tuyến như hệ
thống WAAS của Hoa Kỳ

Hình 1.2. Cấu trúc hệ thống WAAS


13
Hệ thống WAAS còn cung cấp thêm một nguồn đo khoảng cách giả từ vệ
tinh địa tĩnh tới máy thu. Vì vậy, độ chính xác định vị của trạm thu (rove) sẽ
được nâng cao.

Hệ thống tăng cường cơ sở diện rộng MSAS của Nhật Bản ra đời năm
1995 do tập đoàn Misubishi và Văn phòng hàng không dân dụng Nhật kết hợp
xây dựng. Hệ thống này có 6 trạm tham chiếu, trong đó có hai trạm chủ đặt tại
Kobe và Hitachi-Ota. Hệ thống có hai vệ tinh viễn thông địa tĩnh đặt tại kinh
độ 140 E, 145E.
Theo thời gian, các phương pháp đo GPS được kể đến là:
- Định vị tuyệt đối.
- DGPS hiệu chỉnh từ vệ tinh.
- DGPS hiệu chỉnh trên mặt đất.
- Đo tĩnh.
- Đo tĩnh nhanh.
- Đo động truyền thống (khoảng cách cạnh cơ sở nhỏ hơn khoảng 20 km
cho độ chính xác cỡ cm).
- Đo động trong thời gian thực độ chính xác cao (khoảng cách cạnh có thể
lên đến 200 km cho độ chính xác cỡ cm): theo mạng lưới RTK, trạm tham chiếu
ảo VRS.
GPS/GLONASS/COMPASS (GNSS)

CORS
GPRS/CDMA

Internet
Server

Rover

Hình 1.3. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống GNSS/CORS/RTK


14

Trạm di động kết nối đến máy chủ mạng RTK thông qua liên kết truyền
thông một chiều hoặc hai chiều (ví dụ như modem radio, GSM hoặc Internet).
Khi máy di động nhận được dữ liệu RTK sẽ tính toán vị trí của nó bằng cách
sử dụng các thuật toán thích hợp.
Những thuật toán máy di động sử dụng, và các sai số phụ thuộc khoảng
cách được giảm thiểu phụ thuộc rất nhiều vào phương pháp mạng RTK đang
được sử dụng. Với công nghệ sử dụng trong mạng lưới RTK khác nhau
(MAC, FKP, VRS) thì cách giảm thiểu các nguồn sai số trong quá trình đo
đạc là khác nhau, mỗi công nghệ sẽ dẫn đến sự khác biệt đáng kể về hiệu suất,
độ tin cậy, độ chính xác cho máy di động.
Những lợi thế của mạng RTK nổi bật là:
- Không cần phải cài đặt một trạm cơ sở (base station); có nhiều trạm
tham chiếu trong một khu vực đo đạc.
- Độ chính xác vị trí điểm của máy thu di động là đồng nhất hơn so với
phương pháp đo động trong thời gian thực truyền thống và độ tin cậy cao,
nhiều máy thu di động có thể nhận số cải chính cùng lúc.
- Độ chính xác được duy trì trên một khoảng cách lớn hơn giữa các trạm
tham chiếu và máy di động so với phương pháp đo động trong thời gian thực
truyền thống; một số công nghệ đo động trong thời gian thực độ chính xác cao.
1.3. VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI LUẬN VĂN
Công tác trắc địa công trình được sử dụng trong luận văn có những nội
dụng sau: định vị tim cọc khoan nhồi và triển khai tim trục trên sàn tầng cao.
Luận văn tập trung nghiên cứu giải pháp sử dụng công nghệ RTK GPS
vào công tác trắc địa công trình. Công tác bố trí công trình nhằm đảm bảo các
hạng mục công trình, các kết cấu riêng biệt được xây dựng theo đúng thiết kế.
Tùy theo điều kiện cụ thể, có thể sử dụng phương pháp tọa độ cực, tọa độ
vuông góc, đường chuyền, giao hội hoặc tam giác khép kín để bố trí công
trình. Hiện nay, với sự phát triển vượt bậc của công nghệ RTK GPS, chúng ta
có thể ứng dụng công nghệ này vào những hạng mục nào trong công tác trắc
địa công trình.

Sau khi đo đạc cẩn thận và đánh giá độ chính xác, luận văn đi đến khuyến
nghị về việc sử dụng công nghệ RTK GPS trong điều kiện thực tế, trên công
trường xây dựng tại Việt Nam.