Khảo sát độ chính xác kỹ thuật định vị dgps và ứng dụng trong việc thành lập bản đồ tỷ lệ lớn

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
-----o0o-----

TRƯƠNG THANH HẢI

KHẢO SÁT ĐỘ CHÍNH XÁC KỸ THUẬT ĐỊNH VỊ DGPS
VÀ ỨNG DỤNG TRONG VIỆC THÀNH LẬP
BẢN ĐỒ TỶ LỆ LỚN
CHUYÊN NGÀNH :

KỸ THUẬT TRẮC ĐỊA

MÃ SỐ NGÀNH

60.52.85

:

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Tháng 12/2008


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH.

Cán bộ hướng dẫn khoa học:

Tiến sĩ LÊ TRUNG CHƠN

Cán bộ chấm nhận xét 1:

Cán bộ chấm nhận xét 2:

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA , Ngày

tháng năm 2008


TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
PHÒNG ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC
------------------------------

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC
---------------------------------

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên:
Phái :
Nam
TRƯƠNG THANH HẢI
Ngày, tháng, năm sinh: 04/07/1980
Nơi sinh: Tp.HCM
Chuyên ngành:
Kỹ thuật trắc địa
MSHV:
02205526

I - TÊN ĐỀ TÀI: KHẢO SÁT ĐỘ CHÍNH XÁC KỸ THUẬT ĐỊNH VỊ DGPS VÀ

ỨNG DỤNG TRONG VIỆC THÀNH LẬP BẢN ĐỒ TỶ LỆ LỚN
II - NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
- Tìm hiểu kỹ thuật định vị DGPS với số cải chính của hệ thống OmniSTAR và của trạm phát Vũng
Tàu.
-

Khảo sát so sánh độ chính xác kỹ thuật định vị DGPS với số cải chính của hai hệ thống trên ở nhiều

khu vực khác nhau bằng nhiều phương pháp đo khác nhau.
- Nghiên cứu ứng dụng và đề xuất sử dụng trang thiết bị và dịch vụ cung cấp số cải chính trong cơng tác
thành lập bản đồ địa hình đáy sơng biển, đo đạc thành lập bản đồ địa hình, bản đồ địa chính và những ứng
dụng khác.
III - NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:
IV - NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ:
V - CÁN BỘ HƯỚNG DẪN:
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CN BỘ MÔN
QL CHUYÊN NGÀNH

TS. LÊ TRUNG CHƠN

TS. NGUYỄN NGỌC LÂU

Nội dung và đề cương luận văn thạc sĩ đã được hội đồng chuyên nghành thông qua.
Ngày
TRƯỞNG PHÒNG ĐT-SĐH

tháng

năm 2008

TRƯỞNG KHOA QL NGÀNH


KHẢO SÁT ĐỘ CHÍNH XÁC KỸ THUẬT ĐỊNH VỊ DGPS VÀ ỨNG DỤNG TRONG VIỆC THÀNH LẬP
BẢN ĐỒ TỶ LỆ LỚN

LỜI CẢM ƠN

Trước hết tôi xin chân thành cảm ơn thầy cô trong Bộ môn Địa Tin Học đã
giảng dạy và hướng dẫn tơi trong suốt q trình học và làm luận văn.
Tôi xin chân thành cảm ơn thầy Lê Trung Chơn đã tận tình giúp đỡ hướng
dẫn tơi hồn thành luận văn đúng trọng tâm và chỉ dẫn tận tình để giải quyết
những vấn đề cần thiết.
Xin chân thành cảm ơn gia đình, người thân, bạn bè đã ln giúp đỡ và là
nguồn động viên to lớn giúp tôi hoàn thành luận văn này.
Ngày tháng 12 năm 2008

Trương Thanh Hải


KHẢO SÁT ĐỘ CHÍNH XÁC KỸ THUẬT ĐỊNH VỊ DGPS VÀ ỨNG DỤNG TRONG VIỆC THÀNH LẬP
BẢN ĐỒ TỶ LỆ LỚN

TĨM TẮT
Luận văn nghiên cứu độ chính xác của phương pháp định vị DGPS với số cải
chính của hệ thống OmniSTAR và của trạm phát Vũng Tàu. Qua đó đem lại cái nhìn

tổng quan về kỹ thuật định vị DGPS ở Việt Nam, độ chính xác đạt được, ưu điểm cũng
như hạn chế của từng hệ thống. Đề tài cũng đưa ra một số máy thu để tiến hành thử
nghiệm từ đó có thể giúp cho người sử dụng lựa chọn trang thiết bị phù hợp với yêu cầu
công việc của mình.
Trên cơ sở đó đề tài cũng đề xuất ứng dụng kỹ thuật định vị DGPS vào công tác đo
đạc thành lập bản đồ đáy sông biển, công tác thành lập bản đồ địa chính, địa
hình...Khuyến cáo sử dụng máy thu và nhà cung cấp số cải chính để đáp ứng yêu cầu độ
chính xác và mang lại hiệu quả kinh tế.


KHẢO SÁT ĐỘ CHÍNH XÁC KỸ THUẬT ĐỊNH VỊ DGPS VÀ ỨNG DỤNG TRONG VIỆC THÀNH LẬP
BẢN ĐỒ TỶ LỆ LỚN

MỤC LỤC
trang

PHẦN I

MỞ ĐẦU.
1 ĐẶT VẤN ĐỀ.

5

2 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI.

5

3 PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN.

6

PHẦN II

NỘI DUNG.

CHƯƠNG 1

CÔNG NGHỆ GPS.

1.1 HỆ TOẠ ĐỘ VÀ CAO ĐỘ GPS.
1.1.1

Hệ toạ độ địa tâm Descartes.

7

1.1.2

Hệ toạ độ trắc địa WGS-84.

7

1.1.3

Hệ độ cao GPS.

8

1.2 HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TỒN CẦU GPS.

9

1.2.1

Bộ phận khơng gian.

9

1.2.2

Bộ phận điều khiển.

10

1.2.3
1.2.4

Bộ phận sử dụng.
Sơ lược tín hiệu phát của các vệ tinh trong hệ thống định vị toàn
cầu.

10
11

1.2.5

Các loại sai số khi định vị GPS.

12

1.2.5.1

Sai số hệ thống.

12

1.2.5.2

Sai số ngẩu nhiên.

16

1.2.6

CHƯƠNG 2

7

Các phương pháp định vị GPS.

16

1.2.6.1

Định vị tuyệt đối.

16

1.2.6.2

Định vị tương đối.

18

1.2.6.3

Phương pháp định vị RTK.

19

1.2.6.4

Phương pháp định vị DGPS.

19

PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH VỊ DGPS.

2.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT.

21

2.2 NHỮNG KIỂU ĐỊNH VỊ DGPS.
2.3 MỘT SỐ NGUỒN PHÁT VÀ CÁC THIẾT BỊ HIỆN NAY ĐANG SỬ
DỤNG TẠI VIỆT NAM PHỤC VỤ CHO CÔNG TÁC ĐO ĐẠC.
2.3.1 Nguồn phát và các thiết bị thu DGPS sử dụng dải tần số cao UHF
tại VN.
2.3.2 Nguồn tín hiệu và các thiết bị thu DGPS sử dụng công nghệ
Beacon System.
2.3.3 Nguồn thu tín hiệu và các thiết bị thu DGPS OMNISTAR.

21
23

23

2.4 GIỚI THIỆU TRẠM PHÁT GPS QUỐC GIA VŨNG TÀU.

24

2.5 GIỚI THIỆU HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ OMNISTAR.

24

2.5.1

Hệ thống OmniSTAR.

23
23

25


KHẢO SÁT ĐỘ CHÍNH XÁC KỸ THUẬT ĐỊNH VỊ DGPS VÀ ỨNG DỤNG TRONG VIỆC THÀNH LẬP
BẢN ĐỒ TỶ LỆ LỚN

2.5.2

Các dịch vụ của hệ thống.

2.6 CÁC THÔNG ĐIỆP CHUẨN NMEA-0183.
2.7 CÁC THÔNG ĐIỆP RTCM-104 Input/Output.
CHƯƠNG 3 CÔNG TÁC THU THẬP SỐ LIỆU VÀ ĐÁNH GIÁ ĐỘ CHÍNH XÁC.
3.1 TRANG THIẾT BỊ DÙNG TRONG KHẢO SÁT.

29
32
34

3.1.1

MÁY THU DGPS.

34

3.1.2

PHẦN MỀM TÍCH HỢP DỮ LIỆU.

38

3.1.3

KẾT NỐI THIẾT BỊ TRONG KHẢO SÁT.

41

3.2 PHƯƠNG PHÁP KHẢO SÁT VÀ ĐÁNH GIÁ ĐỘ CHÍNH XÁC.

CHƯƠNG 4

28

3.2.1 QUI TRÌNH THU THẬP SỐ LIỆU ĐO DGPS.
3.2.2 PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ ĐỘ CHÍNH XÁC.
KHẢO SÁT ĐỘ CHÍNH XÁC KỸ THUẬT ĐỊNH VỊ DGPS VỚI SỐ
CẢI CHÍNH CỦA HỆ THỐNG OMNISTAR VÀ TRẠM PHÁT
VŨNG TÀU.

4.1 KHẢO SÁT TẠI VŨNG TÀU.

42
43
44

46

4.1.1

ĐO TĨNH KHÔNG MỐC.

46

4.1.2

ĐO ĐỘNG TRÊN TUYẾN THẲNG.

51

4.2 KHẢO SÁT TẠI ĐỒNG NAI.

53

4.3 KHẢO SÁT TẠI TP. HỒ CHÍ MINH.

56

4.3.1

4.3.2
4.3.3

ĐO TĨNH TRÊN MỐC.

56

4.3.1.1 Mốc GPS 8.

56

4.3.1.2 Mốc DG 7.

59

ĐO ĐỘNG TRÊN TUYẾN THẲNG.
ĐO ĐỘNG MẠNG LƯỚI GIAO THÔNG KHU DÂN CƯ BÌNH
HƯNG.

62

65

4.4 KHẢO SÁT TẠI CẦN THƠ.
4.4.1
4.4.2

ĐO TĨNH MỐC GA.
ĐO ĐỘNG MẠNG LƯỚI GIAO THÔNG NHÀ MÁY NHIỆT
ĐIỆN Ô MÔN.

4.5 KHẢO SÁT TẠI CHÂU PHÚ - AN GIANG.

67
67
70
72

4.5.1

ĐO TĨNH KHÔNG MỐC.

72

4.5.2

ĐO ĐỘNG TRÊN TUYẾN THẲNG.

76

4.6 KẾT LUẬN.

4.6.1

PHƯƠNG PHÁP ĐO TĨNH.

79
79

4.6.2 PHƯƠNG PHÁP ĐO ĐỘNG.
81
ỨNG DỤNG CỦA CÔNG NGHỆ ĐỊNH VỊ DGPS TRONG ĐO ĐẠC THÀNH
LẬP BẢN ĐỒ TỶ LỆ LỚN.
5.1 ỨNG DỤNG VÀO CƠNG TÁC TRẮC ĐỊA CĨ ĐỘ CHÍNH XÁC
84
THẤP.

CHƯƠNG 5

5.2 ĐO ĐẠC THÀNH LẬP BẢN ĐỒ ĐỊA HÌNH ĐÁY.

84


KHẢO SÁT ĐỘ CHÍNH XÁC KỸ THUẬT ĐỊNH VỊ DGPS VÀ ỨNG DỤNG TRONG VIỆC THÀNH LẬP
BẢN ĐỒ TỶ LỆ LỚN

5.3 ĐO ĐẠC THÀNH LẬP BẢN ĐỒ GIAO THÔNG (TỶ LỆ 1:5000 &
1:10000).
5.3.1 ĐO ĐẠC THÀNH LẬP BẢN ĐỒ GIAO THÔNG KHU VỰC
NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN Ô MÔN.
5.3.2 ĐO ĐẠC THÀNH LẬP BẢN ĐỒ GIAO THƠNG KHU DÂN

CƯ BÌNH HƯNG.

87

5.4 ĐO ĐẠC THÀNH LẬP BẢN ĐỒ ĐỊA CHÍNH.

91

5.5 ĐO ĐẠC THÀNH LẬP BẢN ĐỒ ĐỊA HÌNH.

92

PHẦN III

KẾT LUẬN.

87
88

94

1 ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ KHẢO SÁT.
2 ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG ƯNG DỤNG TRONG VIỆC THÀNH LẬP
BẢN ĐỒ TỶ LỆ LỚN.

94
97

3 ĐÁNH GIÁ ƯU VÀ KHUYẾT ĐIỂM.

98

3 HƯỚNG PHÁT TRIỂN.

98

TÀI LIỆU THAM KHẢO.

99

LÝ LỊCH TRÍCH NGANG.

101

PHỤ LỤC 1

102

PHỤ LỤC 2
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
2.7
2.8
PHỤ LỤC 3
3.1

BẢNG TỪ VIẾT TĂT.
Biểu đồ thể hiện độ lệch giá trị vĩ độ (B), kinh độ (L) theo giá trị trung
bình khi đo tại điểm VT1.
Biểu đồ thể hiện độ lệch giá trị vĩ độ (B), kinh độ (L) theo giá trị trung
bình khi đo tại điểm VT2.
Biểu đồ thể hiện độ lệch giá trị vĩ độ (B), kinh độ (L) theo giá trị trung
bình khi đo tại mốc M.
Biểu đồ thể hiện độ lệch giá trị vĩ độ (B), kinh độ (L) theo giá trị trung
bình khi đo tại mốc GPS8.
Biểu đồ thể hiện độ lệch giá trị vĩ độ (B), kinh độ (L) theo giá trị trung
bình khi đo tại mốc DG7.
Biểu đồ thể hiện độ lệch giá trị vĩ độ (B), kinh độ (L) theo giá trị trung
bình khi đo tại mốc GA.
Biểu đồ thể hiện độ lệch giá trị vĩ độ (B), kinh độ (L) theo giá trị trung
bình khi đo tại điểm CP1.
Biểu đồ thể hiện độ lệch giá trị vĩ độ (B), kinh độ (L) theo giá trị trung
bình khi đo tại điểm CP2.
BẢN VẼ THỂ HIỆN ĐỘ LỆCH KHI ĐO TRÊN TUYẾN THẲNG TẠI
VŨNG TÀU.
( Máy thu SeaSTAR 3100 LRS, R110, DGPS MAX, DGPS 220)

103
103-104
105-106
107
108-109
110-111
112-113
114-115
116-117

118
119-122

3.2

BẢN VẼ THỂ HIỆN ĐỘ LỆCH KHI ĐO TRÊN TUYẾN THẲNG TẠI
CẦU THỦ THIÊM.
(Máy thu HP-8200, SeaSTAR 3100 LRS, R110, DGPS 220)

123-126

3.3

BẢN VẼ MẶT BẰNG GIAO THƠNG KHU DÂN CƯ BÌNH HƯNG.
(Máy thu HP-8200, SEASTAR 3100 LRS, R110, DGPS MAX)

127-130

3.4

BẢN VẼ MẶT BẰNG GIAO THÔNG NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN Ô

131-134


KHẢO SÁT ĐỘ CHÍNH XÁC KỸ THUẬT ĐỊNH VỊ DGPS VÀ ỨNG DỤNG TRONG VIỆC THÀNH LẬP
BẢN ĐỒ TỶ LỆ LỚN

MÔN.
(Máy thu HP-8200, SEASTAR 3100 LRS, R110, DGPS MAX)

3.5

BẢN VẼ THỂ HIỆN ĐỘ LỆCH KHI ĐO TRÊN TUYẾN THẲNG TẠI
CHÂU PHÚ – AN GIANG.
(Máy thu HP-8200, SeaSTAR 3100 LRS, R110, DGPS MAX, DGPS
220).

135-139


KHẢO SÁT ĐỘ CHÍNH XÁC KỸ THUẬT ĐỊNH VỊ DGPS VÀ ỨNG DỤNG TRONG VIỆC THÀNH LẬP
BẢN ĐỒ TỶ LỆ LỚN

DANH MỤC HÌNH VÀ BẢNG BỂU
1 Hình 1.1
Hình 1.2
Hình 1.3
Hình 1.4
Hình 1.5
Hình 1.6
Hình 1.7
Hình 1.8
Hình 1.9
Hình 1.10
Hình 1.11
Hình 2.1
Hình 2.2
Hình 2.3
Hình 2.4
Hình 2.5

Hình 2.6
Hình 3.1
Hình 3.2
Hình 3.3
Hình 3.4
Hình 3.5
Hình 3.6
Hình 3.7
Hình 3.8

Hệ toạ độ địa tâm.
Hệ độ cao GPS.
Các vệ tinh GPS trên quỹ đạo.
Mạng lưới các trạm điều khiển GPS
Tín hiệu GPS.
Cấu trúc tín hiệu GPS.
Quỹ đạo vệ tinh ảnh hưởng đến kết quả đo.
Ảnh hưởng của tầng điện ly đến kết quả đo.
Ảnh hưởng của tầng đối lưu
Hiện tượng đa đường chuyền.
Định vị điểm tuyệt đối.
Phương pháp đo DGPS.
Nguyên lý hoạt động của hệ thống OmniSTAR
Mạng lưới các trạm tĩnh trên thế giới (OmniSTAR)
Các trạm tĩnh và phạm vi phủ sóng của vệ tinh (OmniSTAR)
Các khu vực trong hệ thống (OmniSTAR)
Các trạm cung cấp số cải chính cho dịch vụ HP.
Máy thu HP-8200.
Máy thu SeaSTAR 3100 LRS.
Máy thu Hemisphere R110.

Máy thu DGPS MAX.
Máy thu DGPS 220
Giao diện chương trình DGPS acuracy.
Sơ đồ kết nối các máy thu với máy tính.

Trang
7
8
9
10
11
12
13
14
15
15
18
21
25
25
26
27
29
35
35
36
37
37
38
39

39

Hình 3.9

Giao diện chương trình DGPS acuracy cài đặt các tham số giao tiếp với
máy thu.
Chương trình DGPS acuracy đang hoạt động.

Hình 3.10

Lắp đặt các antenna và định tâm mốc.

41

Hình 3.11
Hình 4.1

Kết nối thiết bị trong khảo sát DGPS động.
Biểu đồ thể hiện độ lệch giá trị vĩ độ (B), kinh độ (L) theo giá trị trung
bình của từng máy thu tại mốc VT1.
Biểu đồ thể hiện độ lệch giá trị vĩ độ (B), kinh độ (L) theo giá trị trung
bình của từng máy thu tại mốc VT2.
Biểu đồ thể hiện độ lệch giá trị vĩ độ (B), kinh độ (L) theo giá trị trung
bình của từng máy thu tại mốc M.
Mốc GPS8.

41
50

Hình 4.2

Hình 4.3
Hình 4.4

40

50
55
56


KHẢO SÁT ĐỘ CHÍNH XÁC KỸ THUẬT ĐỊNH VỊ DGPS VÀ ỨNG DỤNG TRONG VIỆC THÀNH LẬP
BẢN ĐỒ TỶ LỆ LỚN

Hình 4.5

Hình 5.1

Biểu đồ thể hiện độ lệch giá trị vĩ độ (B), kinh độ (L) theo giá trị trung
bình của từng máy thu khảo sát trên mốc GPS8.
Mốc DG7.
Biểu đồ thể hiện độ lệch giá trị vĩ độ (B), kinh độ (L) theo giá trị trung
bình của từng máy thu tại mốc DG 7.
Mốc GA.
Biểu đồ thể hiện độ lệch giá trị vĩ độ (B), kinh độ (L) theo giá trị trung
bình của từng máy thu tại mốc GA.
Biểu đồ thể hiện độ lệch giá trị vĩ độ (B), kinh độ (L) theo giá trị trung
bình của từng máy thu tại mốc CP1.
Biểu đồ thể hiện độ lệch giá trị vĩ độ (B), kinh độ (L) theo giá trị trung
bình của từng máy thu tại mốc CP2.
Các tuyến trắc dọc và trắc ngang trong khảo sát địa hình đáy sông.

Bảng 4.1
Bảng 4.2
Bảng 4.3
Bảng 4.4
Bảng 4.5
Bảng 4.6
Bảng 4.7
Bảng 4.8
Bảng 4.9
Bảng 4.10
Bảng 4.11
Bảng 4.12
Bảng 4.13
Bảng 4.14
Bảng 4.15
Bảng 4.16
Bảng 5.1
Bảng 5.2
Bảng 5.3

Toạ độ điểm VT1 và VT2 đo được từ các máy thu.
Bảng đánh giá độ hội tụ trong định vị điểm VT1.
Bảng đánh giá độ hội tụ trong định vị điểm VT2.
Bảng toạ độ mốc M đo được từ các máy thu.
Bảng đánh giá độ hội tụ trong định vị mốc M.
Bảng toạ độ mốc GPS8 đo được từ các máy thu.
Bảng đánh giá độ hội tụ trong định vị điểm mốc GPS8.
Bảng toạ độ mốc DG 7 đo được từ các máy thu.
Bảng đánh giá độ hội tụ trong định vị điểm mốc DG 7.

Bảng toạ độ mốc GA đo được từ các máy thu.
Bảng đánh giá độ hội tụ trong định vị điểm mốc GA.
Bảng toạ độ điểm CP1 và CP2.
Bảng đánh giá độ hội tụ trong định vị điểm CP1.
Bảng đánh giá độ hội tụ trong định vị điểm CP2.
Kết quả khảo sát đo tĩnh của các máy thu DGPS.
Bảng thể hiện độ lệch tuyến của các máy thu khi đo động.
Sai số ngoài thực địa tương ứng từng tỷ lệ hải đồ.
Sai số địa vật tương ứng từng tỷ lệ bản đồ địa hình.
Sai số điểm độ cao tương ứng từng tỷ lệ bản đồ địa hình.

48
49
49
54
54
58
58
61
61
69
69
73
74
74
79
82
85
92
93

Bảng III.1
Bảng III.2
Bảng III.3
Bảng III.4
Bảng III.5
Bảng III.6

Bảng đánh giá độ chính xác khi khảo sát tại Vũng Tàu
Bảng đánh giá độ chính xác khi khảo sát tại Nhơn Trạch – Đồng Nai
Bảng đánh giá độ chính xác khi khảo sát tại Tp. HCM
Bảng đánh giá độ chính xác khi khảo sát tại Cần Thơ
Bảng đánh giá độ chính xác khi khảo sát tại Châu Phú – An Giang
Khả năng ứng dụng các máy thu vào đo đạc bản đồ.

94
95
95
96
96
97

Hình 4.6
Hình 4.7
Hình 4.8
Hình 4.9
Hình 4.10
Hình 4.11

57

59
60
67
68
75
75
85


KHẢO SÁT ĐỘ CHÍNH XÁC KỸ THUẬT ĐỊNH VỊ DGPS VÀ ỨNG DỤNG TRONG VIỆC THÀNH LẬP
BẢN ĐỒ TỶ LỆ LỚN

PHẦN I: MỞ ĐẦU
1. ĐẶT VẤN ĐỀ:
Ngày nay, cùng với sự phát triển vượt bậc của công nghệ định vị GPS, khả
năng định vị điểm nhanh chóng có độ chính xác cao đã mở ra một xu hướng mới
trong đo đạc. Đặc trưng của phương pháp đo là kỹ thuật định vị DGPS cho phép định
vị điểm tức thời và đạt được độ chính xác cao vượt trội hơn phương pháp định vị tuyệt
đối thời gian thực. Với những ưu điểm trên, kỹ thuật DGPS ngày càng được ứng dụng
rộng rãi vào nhiều lĩnh vực như: khảo sát, đo đạc, thành lập bản đồ địa hình, bản đồ
giao thơng, dẫn đường hàng hải, giám sát các đối tượng di chuyển (taxi, xe buýt)….
Tuy nhiên, trên thực tế sản xuất do nhu cầu khác nhau về độ chính xác địi hỏi chúng
ta phải lựa chọn phương pháp đo DGPS và nhà cung cấp dịch vụ số cải chính cũng
như yêu cầu trang thiết bị hợp lý phù hợp với từng công việc để đảm bảo tính hiệu quả
và kinh tế.
Đó chính là hướng nghiên cứu của đề tài nhằm nghiên cứu phương pháp định
vị DGPS, các thiết bị định vị DGPS và các dịch vụ cung cấp số cải chính trong đó có
dịch vụ cung cấp số cải chính của trạm phát quốc gia và của hệ thống OmniSTAR.
Đồng thời nghiên cứu quy phạm yêu cầu độ chính xác các lĩnh vực như cơng tác thành
lập bản đồ địa hình đáy sông biển, thành lập bản đồ giao thông, bản đồ địa chính, bản

đồ địa hình... , từ đó đề xuất những loại thiết bị, nhà cung cấp số cải chính, phương
pháp đo và những ứng dụng phù hợp vào hoạt động sản xuất của doanh nghiệp.

2. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI:
-

Tìm hiểu phương pháp định vị DGPS.

-

Độ chính xác đạt được của kỹ thuật định vị này.

-

Các thiết bị định vị DGPS trên thị trường và các dịch vụ cung cấp số cải chính.

-

Nghiên cứu độ chính xác của thiết bị định vị với các dịch vụ cung cấp:
+ Kỹ thuật định vị DGPS với số cải chính của trạm Beacon Vũng Tàu.
+ Kỹ thuật định vị sử dụng số cải chính của hệ thống OmniSTAR.
ƒ Dịch vụ VBS (Virtual Base Station).
ƒ Dịch vụ HP (High Performance).
5


KHẢO SÁT ĐỘ CHÍNH XÁC KỸ THUẬT ĐỊNH VỊ DGPS VÀ ỨNG DỤNG TRONG VIỆC THÀNH LẬP
BẢN ĐỒ TỶ LỆ LỚN

Với mỗi dịch vụ số cải chính, đo thực nghiệm để khảo sát độ chính xác. Từ

đó tìm ra ưu khuyết điểm của từng dịch vụ để đề xuất ứng dụng vào thực tế cơng
tác đo đạc.
Vì phương pháp định vị DGPS có độ chính xác phụ thuộc chất lượng máy
thu, nhà cung cấp số cải chính cũng như khoảng cách từ máy thu đến trạm Beacon
(trong đề tài sử dụng số cải chính của trạm phát Vũng Tàu và hệ thống
OminiSTAR). Nên quá trình thu thập dữ liệu được tiến hành ở những khu vực trãi
dài từ gần đến xa trạm phát Vũng Tàu: khu vực gần trạm phát là thành phố Vũng
Tàu, khu vực trong phạm vi 40 km là huyện Nhơn Trạch- Đồng Nai, khu vực trong
bán kính 70 km là thành phố Hồ Chí Minh, khu vực trong bán kính 150 km là
thành phố Cần Thơ và cuối cùng khu vực trong bán kính 220 km là huyện Châu
Phú – An Giang.

3. PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN:
-

Tìm hiểu nguyên lý định vị DGPS.

-

Các phương pháp định vị DGPS, độ chính xác của từng phương pháp.

-

Kỹ thuật định vị bằng số cải chính của trạm phát Vũng Tàu.

-

Kỹ thuật định vị bằng số cải chính của hệ thống OmniSTAR.

-

Tìm hiểu nguyên nhân ảnh hưởng đến kết quả định vị và hướng khắc phục
nguồn sai số đó.

-

Tổ chức thu thập số liệu thực tế để đánh giá độ chính xác đạt được đối với
kỹ thuật định vị DGPS với số cải chính của hệ thống OmniSTAR và của
trạm phát Vũng Tàu.

-

Tìm ra ưu và khuyết điểm của từng loại máy thu trong từng điều kiện thực
tế, ưu khuyết điểm của từng dịch vụ cung cấp số cải chính và đề xuất ứng
dụng thực tế.

-

Yêu cầu độ chính xác vị trí điểm trong đo đạc thành lập địa hình đáy.

-

u cầu độ chính xác trong cơng tác thành lập bản đồ địa chính tỷ lệ 1:200,
1:500, 1:1000, 1:2000, 1:5000, 1:10.000.

-

Yêu cầu độ chính xác trong tác thành lập bản đồ địa hình tỷ lệ 1:500,
1:1000, 1:2000, 1:5000.

-

Ứng dụng vào cơng tác đo đạc thành lập bản đồ giao thông.
6


KHẢO SÁT ĐỘ CHÍNH XÁC KỸ THUẬT ĐỊNH VỊ DGPS VÀ ỨNG DỤNG TRONG VIỆC THÀNH LẬP
BẢN ĐỒ TỶ LỆ LỚN

PHẦN II: NỘI DUNG
---------------------------------------------

CHƯƠNG 1

CƠNG NGHỆ GPS
1.1

HỆ TOẠ ĐỘ VÀ CAO ĐỘ GPS:
Trong công nghệ GPS thường dùng hệ toạ độ địa tâm Descartes (Earth Centered

Cartesian Coordinates – ECFXYZ) và hệ toạ độ trắc địa WGS-84 (World geodetic
System – 1984).
1.1.1 Hệ toạ độ địa tâm Descartes:
-

Hệ toạ độ địa tâm Descartes trong trắc địa là hệ toạ độ vng góc 3 chiều nhận tâm

của Ellipsoid trái đất làm gốc toạ độ, nhận trục quay qui ước của trái đất làm trục Z,
nhận giao tuyến của mặt phẳng kinh tuyến qua đài thiên văn Greenwich và mặt phẳng
xích đạo trái đất làm trục X và trục Y nằm trên mặt phẳng xích đạo vng góc trục X,

Z tạo thành tam diện thuận.

Hình 1.1: Hệ toạ độ địa tâm

1.1.2
-

Hệ toạ độ trắc địa WGS–84:

Hệ toạ độ trắc địa WGS 84 là hệ toạ độ địa lý nhận Ellipsoid WGS-84 làm chuẩn.

Tâm trọng lực trái đất làm gốc toạ độ. Trục Z song song phương cực trái đất qui ước
7


KHẢO SÁT ĐỘ CHÍNH XÁC KỸ THUẬT ĐỊNH VỊ DGPS VÀ ỨNG DỤNG TRONG VIỆC THÀNH LẬP
BẢN ĐỒ TỶ LỆ LỚN

(CTP) trong chuyển động cực. Trục X là giao của mặt phẳng kinh tuyến tham chiếu
WGS 84 (kinh tuyến tham chiếu song song với kinh tuyến zero được xác định bởi
BIH trên cơ sở của hệ toạ độ nhận được từ các trạm BIT) và mặt phẳng xích đạo. Trục
Y hợp với trục X và trục Z tạo thành tam diện thuận.
Ellipsoid WGS-84 và các hằng số liên hợp:
Các tham số

Ký hiệu

Giá trị

a

6378137 m

C 2,0

-484,16685x 10-6

ω

7292115 x 10-11rads-1

GM

3986005x 108 m3s-2

Bán trục chính
Hệ số bậc 2 hàm điều hồ
chuẩn của thế năng trái đất
Vận tốc góc Trái đất (rads-1)
Hằng số trọng lực trái đất
(kể cả khối lượng khí quyển trái
đất)
1.1.3 Hệ độ cao GPS :

Độ cao đo bằng GPS được tính từ mặt Ellipsoid WGS-84 thường gọi là độ cao
ellipsoid (ký hiệu là H), cịn độ cao tính từ mặt Geoid (mực nước biển trung bình) gọi
là độ cao Geoid (ký hiệu là h).
Giữa độ cao ellippsoid và độ cao Geoid có mối quan hệ theo cơng thức:
H=h+N
Trong đó N là độ chênh giữa hai mặt Ellipsoid WGS-84 và mặt Geoid.

Hình 1.2: Hệ độ cao GPS

* Mặt Geoid của hệ WGS-84:
8


KHẢO SÁT ĐỘ CHÍNH XÁC KỸ THUẬT ĐỊNH VỊ DGPS VÀ ỨNG DỤNG TRONG VIỆC THÀNH LẬP
BẢN ĐỒ TỶ LỆ LỚN

Geoid là mặt cong mà trên đó tại mọi điểm đều có phương dây dọi trùng với
phương pháp tuyến. Chức năng chủ yếu của mặt Geoid là cung cấp một mặt tham
chiếu cho cao độ so với giá trị mực nước trung bình (h) trên cả hai phần của thế giới
mà ở đó số liệu gốc tính tốn (datum) cao độ trắc địa nhận được từ các trạm triều ký.
Một phần cung cấp các dữ liệu định vị của hệ WGS-84 trong các vùng tại đó các cao
độ Geoid của hệ WGS-84 bằng với cao độ trắc địa WGS-8. Phần còn lại cung cấp một
loạt số đo số học của sự thể hiện Ellippsoid xấp xỉ so với mực nước biển trung bình
của trái đất.
1.2
-

HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TỒN CẦU GPS

Hệ thống này do Bộ Quốc Phòng và Hải Quân Mỹ thực hiện từ những năm 70 và

hoạt động hoàn chỉnh từ tháng 5 năm 1994. GPS là tên viết tắt của tên đầy đủ Global
Positioning System. Nhiệm vụ chủ yếu của hệ thống là xác định toạ độ không gian và
tốc độ chuyển động của điểm cần xác định đặt trên tàu vũ trụ, máy bay, tàu thuỷ và trên
đất liền phục vụ cho bộ quốc phòng Mỹ và các cơ quan dân sự.
-

Hệ thống GPS bao gồm 3 bộ phận:

Bộ phận không gian, bộ phận điều khiển, bộ phận sử dụng
1.2.1 Bộ phận không gian :
-

Theo thiết kế ban đầu gồm 24 vệ tinh (trong đó 21 vệ tinh hoạt động và 3 dự trữ ,

tính đến thời điểm 1995) quay trên 6 vĩ đạo gần tròn, cách đều nhau và có góc
nghiêng 550 so với mặt phẳng xích đạo trái đất ở độ cao 20183 km. Hiện nay số lượng
vệ tinh đã là 31 vệ tinh (tính đến ngày 01/12/2008), vệ tinh mới nhất là vệ tinh GPS
IIR-M1 được phóng lên quỹ đạo vào ngày 15/03/2008.

Hình 1.3: Các vệ tinh GPS trên quỹ dạo
9


KHẢO SÁT ĐỘ CHÍNH XÁC KỸ THUẬT ĐỊNH VỊ DGPS VÀ ỨNG DỤNG TRONG VIỆC THÀNH LẬP
BẢN ĐỒ TỶ LỆ LỚN

1.2.2 Bộ phận điều khiển :
-

Bao gồm 5 trạm quan sát đặt ở Hawai (Thái Bình Dương), Ascension (Đại Tây

Dương), Diego Garcia (Ấn Độ Dương), Kwajalein (Tây Thái Bình Dương) và
Colorado Spring. Trạm Colorado Spring đồng thời cũng là trạm điều khiển trung tâm.

Hình 1.4: Mạng lưới các trạm điều khiển GPS

-

Nhiệm vụ của trạm điều khiển là điều khiển toàn bộ hoạt động và chức năng của

các vệ tinh cũng như hoạt động của đồng hồ trên đó. Tất cả các dữ liệu quan trắc ở
mỗi trạm đều được chuyển về trạm trung tâm. Trạm trung tâm xử lý các số liệu quan
trắc để có Ephemerit chính xác của vệ tinh và số cải chính đồng hồ trên vệ tinh, sau
đó chuyển các dữ liệu này đến các trạm mặt đất và từ đó truyền tiếp lên các vệ tinh
cùng các lệnh đều khiển khác. Như vậy là các thông tin đạo hàng và các thông tin
thời gian trên vệ tinh được thường xun chính xác hố và chúng được cung cấp cho
người sử dụng thơng qua các sóng tải L1, L2 .Việc chỉnh hoá như thế được tiến hành 3
lần trong 1 ngày.
1.2.3 Bộ phận sử dụng :
Bao gồm các máy móc thiết bị thu nhận thơng tin từ vệ tinh GPS để khai thác sử dụng
cho các mục đích khác nhau.
-

Máy thu có rất nhiều loại, có đến hàng trăm loại máy thu khác nhau được bán trên

thị trường thế giới.
-

Để phân loại trong sử dụng người ta căn cứ vào khả năng máy thu khi xử lý các trị

đo mã hay trị đo pha sóng mang và chia thành 4 nhóm máy thu GPS như sau:
10


KHẢO SÁT ĐỘ CHÍNH XÁC KỸ THUẬT ĐỊNH VỊ DGPS VÀ ỨNG DỤNG TRONG VIỆC THÀNH LẬP

BẢN ĐỒ TỶ LỆ LỚN

+ Nhóm 1 : Máy thu chỉ xử lý duy nhất mã C/A trên tần số L1 thường là loại
máy cầm tay có từ 1 đền 6 kênh, số liệu xuất ra là kinh độ, vĩ độ và độ cao.
+ Nhóm 2 : Máy thu xử lý mã C/A và pha sóng tải L1 thường gọi tắt là máy thu
1 tần số. Có từ 4 đến 12 kênh. Máy có thể lưu giữ mã thời gian và pha tải
trong bộ nhớ, có máy tính hoặc băng từ để lưu trữ số liệu đo. Các kiểu máy
sản xuất hiện nay còn lưu giữ số liệu đo trong chip bộ nhớ.
+ Nhóm 3 : Máy thu xử lý mã C/A và pha sóng tải L1, L2 thường gọi tắt là máy
thu 2 tần số.
+ Nhóm 4 : Máy thu xử lý mã Y và 2 pha sóng tải L1, L2 chỉ có quân đội Mỹ
và đồng minh mới có
1.2.4 Sơ lược về tín hiệu phát của các vệ tinh trong hệ thống định vị toàn cầu
-

Các vệ tinh thuộc hệ thống GPS phát đi hai tín hiệu pha vơ tuyến kết hợp: sóng tải

L1 và sóng tải L2. Hai tín hiệu này là hai sóng cực ngắn, sóng tải L1 phát đi dưới tần
số 1575,42 MHz, sóng tải L2 phát ở tần số 1227,60. Sóng tải L2 cho phép xác định
ảnh hưởng của tầng điện ly trong thời gian tín hiệu đi qua. Sóng tải L1 được điều biến
với 2 mã đo xa nhiễu giả ngẫu nhiên PRN (pseudo random noise): mã tinh P (precise)
hay mã bảo vệ (protected), mã thô C/A (coarse/acquisition) hay là mã thơng
(clear/Access) .
TẦN SỐ CƠ BẢN
10,23MHz

1/ 10
SĨNG MANG L1
1575,42 MHz

MÃ P
10,23MHz

SÓNG MANG L2
1227,60 MHz

MÃ P
10,23 MHz

x 154

x 120
50 BPS

THƠNG BÁO HÀNG HẢI

Hình 1.5: Tín hiệu GPS

11

MÃ C/A
1,023 MHz


KHẢO SÁT ĐỘ CHÍNH XÁC KỸ THUẬT ĐỊNH VỊ DGPS VÀ ỨNG DỤNG TRONG VIỆC THÀNH LẬP
BẢN ĐỒ TỶ LỆ LỚN

-

Các máy dân dụng sử dụng mã thô C/A để nhận các thông tin về GPS. Mã tinh P

chỉ dùng cho mục đích qn sự.
-

Mỗi vệ tinh có mã thơ C/A và mã P duy nhất riêng nhằm cung cấp nét nhận dạng

vệ tinh phục vụ cho sự thu nhận và theo dõi vệ tinh. Mã thơ C/A có chiều dài 1023
byte với chu kỳ là 1 miligiây. Tần số tải này được điều biến ở tần số 1,023 MHz (với
chiều dài bước sóng λ = 300 m ). Mã P rất dài khoảng 2,351014 byte chu kỳ mã 267
ngày. Tần số tải của mã P được điều biến ở tần số 10,23 MHz (với λ = 30 m ).
-

Tín hiệu GPS cũng được điều biến bằng NAVDATA. Dòng dữ liệu này cung cấp

các dữ liệu lịch về vệ tinh đã được báo trước và giờ hệ thống, phương pháp xử lý đồng
hồ vệ tinh cho hoạt động của ngày kế tiếp và các thơng tin về tình trạng hoạt động của
tất cả các vệ tinh.
-

Dữ liệu phát tín NAVDATA được cập nhật hàng giờ và và có giá trị trong vịng 4

giờ.

Hình 1.6: Cấu trúc tín hiệu GPS

1.2.5 Các loại sai số khi định vị bằng GPS :
Khi định vị bằng GPS có 2 loại sai số tác động vào kết quả đo.
- Sai số hệ thống.
- Sai số ngẫu nhiên.
1.2.5.1

Sai số hệ thống :

Các sai số hệ thống tác động trực tiếp vào các trị đo khoảng cách từ máy thu đến các
vệ tinh GPS, từ đó dẫn đến sai lệch vị trí cần xác định.
Các loại sai số hệ thống gồm:
ƒ

Sai số hệ thống phụ thuộc vào vệ tinh GPS
o Sai số do quỹ đạo vệ tinh
12


KHẢO SÁT ĐỘ CHÍNH XÁC KỸ THUẬT ĐỊNH VỊ DGPS VÀ ỨNG DỤNG TRONG VIỆC THÀNH LẬP
BẢN ĐỒ TỶ LỆ LỚN

-

Bản lịch vệ tinh là một phần thơng tin chính chủ yếu trong thông điệp vệ

tinh gởi đến các máy thu để xử lý tính ra toạ độ của từng vệ tinh trong tầm nhìn
tại thời điểm thu nhận tín hiệu.

Hình 1.7: Quỹ đạo vệ tinh ảnh hưởng đến kết quả đo

o

Sai số do đồng hồ vệ tinh:

Các đồng hồ lắp đặt trên vệ tinh tuy cực kỳ chính xác nhưng cũng có sai số từ

10-13- 10-15 trong 1 ngày. Nhưng vì tốc độ lan truyền tín hiệu sóng điện từ rất
lớn 300.000 km/s nên ảnh hưởng không nhỏ đến kết quả đo:
∆D = v. ∆t
Để loại trừ sai số này người ta dùng phương pháp đo tĩnh tương đối xác định
vector khoảng cách giữa hai máy thu đồng thời gian.
o Chính xác S/A (seclective availability)
Sai số này do Bộ quốc phòng Mỹ chu động điều hành từ 3/1990 và đã ngưng
vào 5/2000. Tác dụng của S/A làm giảm độ chính xác khi đo mã C/A bằng
cách làm rung đồng hồ vệ tinh và đưa các sai số vào bản lịch vệ tinh.
ƒ

Các sai số phụ thuộc vào máy thu
o

Sai số toạ độ trạm đo

-

Việc xác định đường đáy (base line) căn cứ vào việc cố định tọa độ của một

trạm đo và khảo sát tọa độ của trạm đo cịn lại. Tọa độ này có vai trị rất quan
trọng trong việc tính gia số ∆x, ∆y, ∆z của đường đáy.
-

Nếu sai số toạ độ tuyệt đối của một đầu đường đáy giảm được từ 1m đến

2m thì tọa độ chính xác của ∆x, ∆y, ∆z có thể tăng thêm được 0.1m
13

KHẢO SÁT ĐỘ CHÍNH XÁC KỸ THUẬT ĐỊNH VỊ DGPS VÀ ỨNG DỤNG TRONG VIỆC THÀNH LẬP
BẢN ĐỒ TỶ LỆ LỚN

o Các sai số do đồng hồ máy thu :
-

Vì các đồng hồ nguyên tử Cesium và Rubidium rất đắt tiền nên trong các

máy thu GPS thông thường chỉ được trang bị những đồng hồ tinh thể thạch anh
chất lượng cao với độ chính xác vào khoảng 10-10 giây. Do đó giữa đồng hồ vệ
tinh và đồng hồ máy thu luôn luôn không đồng bộ về thời gian.
-

Để khắc phục sai số này trong quá trình đo phải thu được tín hiệu đồng thời

tối thiểu 4 vệ tinh. Lúc đó máy thu sẽ xác định được 4 khoảng cách giả đến 4
vệ tinh, đó là 4 trị đo cần thiết đủ để giải 1 hệ phương trình 4 ẩn X, Y, Z ,T.
ƒ

Các sai số hệ thống do môi trường truyền sóng:
Mơi trường truyền sóng giây ra 3 loại sai số hệ thống chủ yếu trong quá trình
lan truyền từ vệ tinh đến máy thu.
o Sai số do tầng điện ly
-

Tầng điện ly là 1 vùng đầu tiên của khí quyển cách mặt đất từ 50 km –

1000 km chứa những phân tử khí bị ion hố do bức xạ tử ngoại của tia sáng
mặt trời gây nên.
-

Khi các tín hiệu GPS truyền qua môi trường này bị khúc xạ làm cho

đường đi của tín hiệu bị bẻ cong tạo ra sai số đo khoảng cách từ máy thu đến
các vệ tinh hay còn gọi là thời trể do tầng điện ly.

Hình 1.8: ảnh hưởng của tầng điện ly đến kết quả đo
14


KHẢO SÁT ĐỘ CHÍNH XÁC KỸ THUẬT ĐỊNH VỊ DGPS VÀ ỨNG DỤNG TRONG VIỆC THÀNH LẬP
BẢN ĐỒ TỶ LỆ LỚN

o Sai số do tầng đối lưu:
-

Tầng đối lưu là vùng khí quyển tính từ mặt đất đến cao độ 80km.

-

Tín hiệu GPS cũng bị khúc xạ trong vùng này tạo ra thời trể tầng đối lưu.

-

Các sóng L1 và L2 đều khúc xạ giống nhau trong tầng đối lưu nên cả máy

2 tần số cũng khơng có khả năng khắc phục ảnh hưỏng của nguồn sai số này.

Hình 1.9: Ảnh hưởng của tầng đối lưu

o Sai số nhiễu tín hiệu do mơi trường xung quanh:
Sai số này có 2 nguồn gây ra: Một là do các nguồn phát sóng ngắn xung
quanh máy thu như các đài truyền hình, điện thoại di động; hai là do hiện
tượng đa đường truyền.
* Hiện tượng đa đường truyền.
-

Nếu antenna máy thu đặt gần các vật có bề mặt phẳng xạ thì ngồi tín hiệu

trực tiếp theo đường thẳng từ vệ tinh, antenna máy thu cịn nhận thêm các tín
hiệu phản xạ do các bề mặt này làm cho các trị đo khoảng cách thường bị sai số
lớn hơn.

Hình 1.10 Hiện tượng
đa đường truyền
15


KHẢO SÁT ĐỘ CHÍNH XÁC KỸ THUẬT ĐỊNH VỊ DGPS VÀ ỨNG DỤNG TRONG VIỆC THÀNH LẬP
BẢN ĐỒ TỶ LỆ LỚN

1.2.5.2 Sai số ngẫu nhiên:
-

Sai số khi định vị bằng GPS có thể chia làm hai loại: loại ảnh hưởng đến trị đo

khoảng cách và loại ảnh hưởng trực tiếp đến kết quả xác định tọa độ tuyệt đối X,
Y, Z.
Loại ảnh hưởng đến trị đo khoảng cách có thể kể đến là :
▪

Sai số do trượt chu kỳ pha:

-

Khắc phục trong bước tiền xử lý hoặc lấy hiệu giữa các thời điểm thu tín hiệu.

Các máy đời sau rất ít xảy ra hiện tượng này.
▪

Sai số do biến động tâm: (nhỏ hơn 1 cm bỏ qua sai số này).

Loại ảnh hưởng trực tiếp đến kết quả xác định tọa độ X, Y, Z là hình học cấu hình
vị trí vệ tinh GPS:
▪

Ảnh hưởng của hình học cấu hình vệ tinh GPS được thể hiện bằng các yếu tố
về độ suy giảm chính xác DOP (Dilution of precision):
+ DOP là 1 trị số vô hướng thể hiện tác động của hình học cấu hình đối với độ
chính xác vị trí điểm.

1.2.6 Các phương pháp định vị GPS :
1.2.6.1 Định vị tuyệt đối:
ƒ Định vị tuyệt đối theo giá trị của mã
-

Khoảng cách từ máy thu đến vệ tinh có thể tính được theo khoảng thời gian lan

truyền của tín hiệu mã của vệ tinh và máy thu. Do sự không đồng bộ giữa đồng hồ
vệ tinh, đồng hồ máy thu và do ảnh hưởng của mơi trường lan truyền tín hiệu, nên

khoảng cách tính theo khoảng thời gian đo được không phải là khoảng cách thực
giữa vệ tinh và máy thu. Người ta gọi nó là khoảng cách giả:
Ri j (t ) = ρ i j (t ) + cΔδ i j (t )

Trong đó:
Ri j (t ) : khoảng cách giả đo được giữa điểm quan sát i và vệ tinh j.

ρ i j (t ) : khoảng cách hình học giữa vệ tinh và điểm quan sát.

c

: tốc độ lan truyền tín hiệu.

Δδ i j (t ) : sai số do sự dịch chuyển đồng hồ của vệ tinh và máy thu.

16


KHẢO SÁT ĐỘ CHÍNH XÁC KỸ THUẬT ĐỊNH VỊ DGPS VÀ ỨNG DỤNG TRONG VIỆC THÀNH LẬP
BẢN ĐỒ TỶ LỆ LỚN

ρ i j (t ) = ( X j (t ) − X i ) 2 + (Y j (t ) − Yi ) 2 + ( Z j (t ) − Z i ) 2

Trong đó:
Xj(t) ,Yj (t), Zj(t) : các thành phần của vector vị trí địa tâm của vệ tinh ở thời
điểm t.
Xi , Yi , Zi : 3 ẩn số toạ độ của điểm quan sát.
Nếu ký hiệu số vệ tinh là nj và số thời điểm là nt ( thời gian bắt được tín hiệu vệ
tinh ) thì phương trình có ý nghĩa sử dụng là:
Ri j (t ) = ρi j (t ) + c.δ j (t ) − c.δ i (t )

njnt ≥ 3 + n t
ƒ Định vị tuyệt đối theo pha sóng tải:
Các sóng tải L1,L2 được sử dụng cho định vị với độ chính xác cao. Nội dung
của phương pháp là đo hiệu số pha giữa pha sóng tải do máy thu nhận được từ vệ
tinh và pha của tín hiệu do máy thu tạo ra.
Mơ hình tốn học của phương pháp đo này là :
φi j (t ) =

1

λ

ρi j (t ) + N i j + f j Δδ j (t )

Trong đó:
φi j : tính hiệu pha đo được theo chu kỳ.

λ : bước sóng của sóng tải.
ρi j (t ) : khoảng cách giữa vệ tinh và máy thu.

Nij : một số nguyên chưa biết.
fj

: tần số của tín hiệu vệ tinh, tính theo chu kỳ trên giây.

Nếu ký hiệu số vệ tinh là nj và số thời điểm là nt (thời gian bắt được tín hiệu vệ
tinh) thì phương trình có ý nghĩa sử dụng là :
φ i j (t ) − f j δ j (t ) =

1

λ

ρ iJ (t ) + N i j + f i δ j (t )

njnt ≥ 3 + n t + nj

17


KHẢO SÁT ĐỘ CHÍNH XÁC KỸ THUẬT ĐỊNH VỊ DGPS VÀ ỨNG DỤNG TRONG VIỆC THÀNH LẬP
BẢN ĐỒ TỶ LỆ LỚN

Hình 1.11: Định vị điểm tuyệt đối

1.2.6.2 Định vị tương đối :
Định vị tương đối là trường hợp sử dụng 2 máy thu GPS đặt ở hai điểm quan
sát khác nhau A và B (A là điểm đã biết toạ độ, B là điểm chưa biết) để xác định ra
hiệu toạ độ vng góc khơng gian (∆XAB , ∆YAB, ∆ZAB) hay hiệu toạ độ mặt cầu
(∆BAB , ∆LAB, ∆HAB) trong hệ toạ độ WGS 84.
ƒ Định vị tương đối tĩnh :
Phương pháp định vị tương đối được thực hiện trên cơ sỡ sử dụng đại lượng đo
là pha sóng tải. Để đạt độ chính xác cao cho kết quả xác định hiệu toạ độ giữa hai
điểm người ta đã tạo ra và sử dụng các sai phân khác nhau cho pha sóng tải, nhằm
làm giảm ảnh hưởng của các nguồn sai số, như sai số giữa đồng hồ vệ tinh và đồng
hồ máy thu, sai số toạ độ vệ tinh, số nguyên đa trị ….
Tại 2 trạm A và B, tiến hành quan sát đồng thời vệ tinh j vào thời điểm t, ta có
sai phân bậc 1 được lập như sau:
j

φ AB
(t ) =

1

λ

J
j
ρ AB
(t ) + N AB
+ f i Δδ AB (t )

Trong sai phân này hầu như khơng cịn ảnh hưởng của sai số đồng hồ vệ tinh.
Nếu cũng ở hai trạm A và B, tiến hành quan sát đồng thời hai vệ tinh j và k vào
thời điểm t, ta có sai phân bậc 2 :
j
φ AB
(t ) =

1

λ

J
j
ρ AB
(t ) + N AB

(nj –1)nt ≥ 3 + (nj –1)

18