Kiểm tra chất lượng số liệu đo GNSS trước bình sai bằng phần mềm TEQC
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.32 MB, 125 trang )
BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
LUẬN VĂN THẠC SĨ
KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG SỐ LIỆU ĐO GNSS
TRƯỚC BÌNH SAI BẰNG PHẦN MỀM TEQC
CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT TRẮC ĐỊA - BẢN ĐỒ
NGUYỄN TRỌNG LONG
HÀ NỘI, NĂM 2017
BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
LUẬN VĂN THẠC SĨ
KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG SỐ LIỆU ĐO GNSS
TRƯỚC BÌNH SAI BẰNG PHẦN MỀM TEQC
NGUYỄN TRỌNG LONG
CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT TRẮC ĐỊA - BẢN ĐỒ
MÃ SỐ: 60520503
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
TS. BÙI THỊ HỒNG THẮM
HÀ NỘI, NĂM 2017
i
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan các nội dung, số liệu và các kết quả nêu trong luận văn
là trung thực và chính xác.
TÁC GIẢ LUẬN VĂN
Nguyễn Trọng Long
ii
LỜI CẢM ƠN
Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới TS. Bùi Thị Hồng Thắm, người
tận tình hướng dẫn tơi trong suốt q trình nghiên cứu luận văn.
Tơi xin trân trọng cảm ơn Ban giám hiệu, phòng Đào tạo, cùng tồn thể
các thầy, cơ giáo khoa Trắc địa - Bản đồ, trường Đại học Tài nguyên và Môi
trường Hà Nội đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong q trình hồn thành
luận văn.
Đề tài luận văn được hoàn thành với tài trợ của Bộ Tài nguyên và Môi
trường, Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội về đề tài nghiên
cứu khoa học cấp cơ sở “Nghiên cứu đánh giá và quản lý chất lượng số liệu
đo của hệ thống vệ tinh dẫn đường toàn cầu”, mã số 13.01.17.O.02 do TS. Bùi
Thị Hồng Thắm làm chủ nhiệm đề tài. Tôi trân trọng cảm ơn sự hỗ trợ nghiên
cứu này.
Trân trọng cảm ơn!
iii
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN...............................................................................................................i
LỜI CẢM ƠN ....................................................................................................................ii
MỤC LỤC ........................................................................................................................ iii
THÔNG TIN LUẬN VĂN ..............................................................................................v
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT, KÝ HIỆU TIẾNG ANH ..................vi
DANH MỤC CÁC BẢNG ........................................................................................... vii
DANH MỤC CÁC HÌNH ........................................................................................... viii
MỞ ĐẦU .............................................................................................................................1
Chương 1. TỞNG QUAN VỀ KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG SỐ LIỆU ĐO
GNSS ....................................................................................................................................5
1.1. Khái quát về số liệu đo GNSS ................................................................... 5
1.1.1. Số liệu từ các máy thu GNSS ........................................................... 5
1.1.2. Số liệu dạng RINEX ......................................................................... 6
1.2. Thực trạng của việc kiểm tra chất lượng số liệu đo GNSS trên thế giới và
ở Việt Nam ...................................................................................................... 13
1.2.1. Tình hình việc kiểm tra chất lượng số liệu đo GNSS trên thế giới 13
1.2.2. Tình hình việc kiểm tra chất lượng số liệu đo GNSS ở Việt Nam . 14
1.3. Vấn đề cần nghiên cứu ............................................................................. 15
Chương 2. CƠ SỞ ĐỂ KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG SỐ LIỆU ĐO GNSS ......17
2.1. Các phương pháp đo GNSS ..................................................................... 17
2.1.1. Phương pháp đo tuyệt đối ............................................................... 17
2.1.2. Phương pháp đo tương đối.............................................................. 18
2.1.3. Phương pháp đo vi phân ................................................................. 20
2.2. Các nguồn sai số trong đo GNSS ............................................................. 20
2.2.1. Sai số liên quan đến vệ tinh ............................................................ 21
2.2.2. Sai số phụ thuộc vào mơi trường lan truyền tín hiệu ...................... 25
iv
2.2.3. Sai số liên quan đến máy thu .......................................................... 29
2.3. Khai thác phần mềm TEQC đánh giá chất lượng số liệu đo GNSS ........ 32
2.3.1. Giới thiệu phần mềm TEQC ........................................................... 32
2.3.2. Khai thác, cài đặt và sử dụng phần mềm ........................................ 33
2.3.3 Minh giải kết quả QC....................................................................... 33
Chương 3. THỰC NGHIỆM VỀ KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG SỐ LIỆU ĐO
GNSS ..................................................................................................................................39
3.1. Số liệu thực nghiệm ................................................................................. 39
3.1.1. Số liệu đo ........................................................................................ 39
3.1.2. Số liệu dạng rinex ........................................................................... 40
3.2. Ứng dụng phần mềm TEQC kiểm tra chất lượng của số liệu đo GNSS . 43
3.2.1. Kiểm tra chất lượng số liệu GPS .................................................... 44
3.2.2. Kiểm tra chất lượng số liệu GLONASS ......................................... 45
3.2.3. Kiểm tra chất lượng số liệu GPS/GLONASS ................................. 47
3.3. Phân tích, đánh giá chất lượng số liệu đo GNSS ..................................... 48
3.3.1. Phân tích, đánh giá chất lượng số liệu đo GPS ............................... 48
3.3.2. Phân tích, đánh giá chất lượng số liệu đo GLONASS ................... 52
3.3.3. Phân tích, đánh giá chất lượng số liệu đo GPS/GLONASS ........... 56
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................62
PHỤ LỤC
v
THÔNG TIN LUẬN VĂN
Họ tên học viên: Nguyễn Trọng Long
Lớp: CH2ATĐ
Khóa: 2
Cán bộ hướng dẫn: TS. Bùi Thị Hồng Thắm
Tên đề tài: Kiểm tra chất lượng số liệu đo GNSS trước bình sai bằng phần
mềm TEQC
Năm bảo vệ: 2017
Tóm tắt: Trong nghiên cứu này, số liệu đo GNSS khu vực tỉnh Hà Tĩnh,
Quảng Bình và Quảng Trị đã được kiểm tra chất lượng số liệu bằng phần
mềm TEQC. Qua quá trình phân tích các kết quả, các vấn đề về đồng hồ máy
thu, tầng điện ly, độ thơng thống của các điểm khi đo đã được nhận định. Từ
đó, người sử dụng có những giải pháp tối ưu đáp ứng cho mục đích sử dụng.
vi
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT, KÝ HIỆU TIẾNG ANH
TT
Chữ viết tắt/Tiếng nước ngoài
Ý nghĩa
Compass
Hệ thống định vị vệ tinh của Trung
Quốc
2
GALILEO
Hệ thống định vị vệ tinh của Châu Âu
3
GLONASS - Global
Navigation Satellite System
Hệ thống định vị vệ tinh dẫn đường
toàn cầu của Nga
4
GNSS - Global Navigation
Satellite System
Hệ thống vệ tinh dẫn đường toàn cầu
5
GPS - Global Positioning
System
Hệ thống định vị toàn cầu của Mỹ
6
IGS - International GNSS
Service
Dịch vụ GNSS quốc tế
7
MSAS - MTSAT Satellite based Augmentation System
Hệ thống vệ tinh tăng cường dựa trên
vệ tinh MTSAT
8
WAAS - Wide Area
Augmentation DGPS System
Hệ thống vệ tinh tăng cường diện
rộng DGPS
1
vii
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Một phần tệp số liệu GNSS...............................................................................9
Bảng 1.2. Các mô tả quan trọng nhất...............................................................................10
Bảng 2.1. Ảnh hưởng của tầng điện ly tới khoảng cách giả..........................................25
Bảng 2.2. Ảnh hưởng của tầng đối lưu tới khoảng cách................................................27
Bảng 2.3. Mức độ ảnh hưởng của nhiễu máy thu đến các tín hiệu...............................31
Bảng 2.4. Đồ thị ASCII time plot của tệp số liệu 42580018.17o .................................34
Bảng 2.5: Phần thông báo tổng hợp .................................................................................36
Bảng 3.1. Bảng tổng hợp số liệu đo trong .......................................................................39
Bảng 3.2. Một phần của tệp 58180020.17o ....................................................................41
Bảng 3.3. Một phần của tệp 58180020.17n ....................................................................42
Bảng 3.4. Một phần của tệp 58180020.17g ....................................................................43
Bảng 3.5. Một phần của tệp 58180020.17S khi đánh giá số liệu đo GPS ...................44
Bảng 3.6. Một phần của tệp 58180020.17S khi đánh giá số liệu đo GLONASS .......46
Bảng 3.7. Một phần của tệp 58180020.17S khi đánh giá số liệu đo GPS/GLONASS 47
Bảng 3.8. Bảng tổng hợp một số chỉ tiêu chất lượng số liệu GPS ................................48
Bảng 3.9. Bảng tổng hợp một số chỉ tiêu chất lượng số liệu GLONASS....................52
Bảng 3.10. Bảng tổng hợp một số chỉ tiêu chất lượng số liệu GPS/GLONASS ........56
viii
DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 2.1. Phương pháp đo tuyệt đối ..........................................................................18
Hình 2.2. Phương pháp đo tương đối .........................................................................19
Hình 2.3. Một số nguồn sai số trong đo GNSS .......................................................21
Hình 2.4. Quỹ đạo của vệ tinh .....................................................................................23
Hình 2.5. Sai số do đồ hình vệ tinh ............................................................................24
Hình 2.6. Ảnh hưởng của tầng điện ly .......................................................................26
Hình 2.7. Ảnh hưởng của tầng đối lưu ......................................................................27
Hình 2.8. Ảnh hưởng đa đường dẫn ...........................................................................29
Hình 3.1. Đồ thị dMp1 của số liệu đo GPS trong máy thu Trimble R2 ............50
Hình 3.2. Đồ thị dMp2 của số liệu đo GPS trong máy thu Trimble R2 ............51
Hình 3.3. Đồ thị dMp1 của số liệu đo GPS trong máy thu Trimble R8S .........51
Hình 3.4. Đồ thị dMp2 của số liệu đo GPS trong máy thu Trimble R8S .........51
Hình 3.5. Đồ thị dMp1 của số liệu đo GLONASS trong máy thu Trimble R2 ...54
Hình 3.6. Đồ thị dMp2 của số liệu đo GLONASS trong máy thu Trimble R2 ........55
Hình 3.7. Đồ thị dMp1 của số liệu đo GLONASS trong máy thu Trimble R8S......55
Hình 3.8. Đồ thị dMp2 của số liệu đo GLONASS trong máy thu Trimble R8S ...55
Hình 3.9. Đồ thị dMp1 của số liệu đo GPS/GLONASS trong máy thu Trimble R2 .58
Hình 3.10. Đồ thị dMp2 của số liệu đo GPS/GLONASS trong máy thu
Trimble R2 ........................................................................................................................59
Hình 3.11. Đồ thị dMp1 của số liệu đo GPS/GLONASS trong máy thu
Trimble R8S .....................................................................................................................59
Hình 3.12. Đồ thị dMp2 của số liệu đo GPS/GLONASS trong máy thu
Trimble R8S .....................................................................................................................59
1
MỞ ĐẦU
1. Cơ sở khoa học và tính thực tiễn của đề tài
Ngay từ khi ra đời, công nghệ GNSS đã được ứng dụng rộng rãi trong
nhiều lĩnh vực khác nhau trong đó có trắc địa. Với những ưu điểm hơn hẳn
các phương pháp truyền thống, công nghệ GNSS đã được triển khai trong
việc như thiết lập lưới khống chế Nhà nước, nghiên cứu chuyển dịch các đứt
gãy kiến tạo, tăng dày khống chế điểm, đo vẽ chi tiết,…
Kiểm tra chất lượng là quá trình kiểm tra chất lượng số liệu đo. Chất
lượng số liệu GNSS phụ thuộc vào nhiều yếu tố như máy thu, vị trí anten, mơi
trường khí quyển, tín hiệu vệ tinh,… nên việc kiểm tra chất lượng số liệu chủ
yếu dựa trên các chỉ tiêu liên quan tới các thông số này. Từ việc đánh giá
được chất lượng số liệu đo GNSS, người sử dụng sẽ có những giải pháp tối ưu
đáp ứng cho mục đích sử dụng trong từng trường hợp cụ thể.
Trên trường quốc tế, sau khi quan trắc kết thúc ca đo, số liệu được kiểm
tra chất lượng. Để giải quyết được vấn đề này người ta đã sử dụng phần mềm
TEQC của nhóm chuyên gia UNAVCO (University NAVSTAR Consortium).
Mục tiêu bao trùm của các phần mềm này là phân tích số liệu đo đưa ra các
chỉ tiêu định lượng nhằm đánh giá ảnh hưởng của hiệu ứng đa đường dẫn,
tầng khí quyển, thời gian chỉnh lại đồng hồ máy thu.
Ở Việt Nam, liên quan đến việc đánh giá chất lượng số liệu đo GPS thì
có cơng trình của PGS.TS.Vy Quốc Hải được cơng bố vào năm 2004. Trong
cơng trình này, chất lượng đồng hồ của bộ 3 máy thu Trimble 4000 SSI được
trang bị năm 1997 của Viện Địa chất đã được đánh giá trên cơ sở ứng dụng
phần mềm QC, TEQC giai đoạn từ 1997 đến 2004.
Ở nước ta, số liệu GNSS sau khi được thu thập ngoài thực địa được trút
sang máy tính, sau đó được đưa vào các phần mềm xử lý nhằm nhận được các
2
thành quả trắc địa khác nhau. Việc kiểm tra và quản lý chất lượng số liệu đo
để đảm bảo độ chính xác cao cho giai đoạn xử lý số liệu hầu như vẫn chưa
được quan tâm. Vì vậy, trong thực tế đã có những tệp số liệu đo khơng xử lý
được hoặc xử lý được song chất lượng thành quả chưa đạt được yêu cầu mà
không rõ nguyên nhân nên khó có thể khắc phục. Điều này đã gây ra nhiều
khó khăn về chun mơn cũng như kinh phí, đặc biệt cho các nhiệm vụ yêu
cầu độ chính xác cao như lưới GNSS quốc gia, các lưới nghiên cứu chuyển
dịch kiến tạo,…
Như ta đã biết chất lượng của số liệu đo không chỉ phụ thuộc vào chất
lượng của đồng hồ máy thu mà còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác như đã
nêu ở trên. Bên cạnh đó, số liệu của hệ thống vệ tinh dẫn đường tồn cầu
khơng chỉ có số liệu của hệ thống GPS mà cịn có số liệu của các hệ thống
khác như GLONASS, GALILEO,… Máy thu GNSS ngày nay có thể thu được
tín hiệu đa hệ, số liệu thu ở dạng hỗn hợp ví dụ như số liệu hỗn hợp
GPS/GLONASS,…
Từ những phân tích nêu trên cho thấy, việc đánh giá và quản lý chất
lượng số liệu GNSS nói chung và số liệu đo GNSS hỗn hợp
(GPS/GLONASS) nói riêng hồn tồn là hướng chun sâu chưa được quan
tâm đúng mức ở nước ta. Việc ứng dụng được phương pháp của thế giới cho
số liệu Việt Nam thực sự là phương án tiếp cận, tiên tiến và hiệu quả. Đánh
giá và quản lý được chất lượng số liệu đo GNSS từ việc phân tích số liệu đo
bằng phần mềm được thừa nhận trên trường quốc tế là phương pháp định
lượng, dựa trên các chỉ tiêu cụ thể là cách tiếp cận sáng tạo, tranh thủ được sự
hợp tác quốc tế, ít tốn kém và kết quả có độ tin cậy cao.
Với các ý nêu trên trên, việc lựa chọn và thực hiên đề tài với tiêu đề:
“Kiểm tra chất lượng số liệu đo GNSS trước bình sai bằng phần mềm
3
TEQC” mang lại nhiều lợi ích thiết thực trong quá trình ứng dụng cơng nghệ
GNSS trong thực tế ở nước ta.
2. Mục tiêu của đề tài
Khai thác được phần mềm TEQC để kiểm tra được chất lượng số liệu
đo GNSS trước khi bình sai.
3. Phương pháp nghiên cứu
Luận văn sử dụng các phương pháp nghiên cứu sau đây:
- Phương pháp tổng hợp, phân tích và kế thừa: Thu thập các tài liệu đề
cập đến độ chính xác số liệu đo GNSS đã có; cập nhật các thơng tin trên mạng
internet; tổng hợp, phân tích các tài liệu và các kết quả nghiên cứu, kế thừa có
chọn lọc các thành quả có liên quan đến đề tài; tổng hợp, đánh giá các kết quả
nghiên cứu của đề tài;
- Phương pháp thu thập dữ liệu: Thu thập số đo hỗn hợp GNSS; thu
thập phần mềm phục vụ cho việc đánh giá chất lượng số liệu đo.
- Phương pháp tin học: Sử dụng phần mềm phục vụ cho việc phân tích,
đánh giá chất lượng số liệu đo.
4. Nội dung nghiên cứu
- Tìm hiểu những kiến thức cơ bản về sai số của hệ thống vệ tinh dẫn
đường tồn cầu GNSS.
- Tìm hiểu về phần mềm TEQC đánh giá chất lượng số liệu đo GNSS.
- Sử dụng phần mềm TEQC để đánh giá đánh giá chất lượng số liệu đo
GNSS thực nghiệm.
5. Bố cục của luận văn
Ngoài phần mở đầu và kết luận, luận văn gồm có 3 chương:
4
Chương 1: Tổng quan về kiểm tra chất lượng số liệu đo GNSS.
Chương 2: Cơ sở để kiểm tra chất lượng số liệu đo GNSS.
Chương 3: Thực nghiệm kiểm tra chất lượng số liệu đo GNSS.
Ngoài những phần nêu trên luận văn cịn có các phần mở đầu, kết luận,
kiến nghị, tài liệu tham khảo và phụ lục.
5
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG SỐ LIỆU ĐO GNSS
1.1. Khái quát về số liệu đo GNSS
1.1.1. Số liệu từ các máy thu GNSS
* Số liệu đo GNSS
Sau mỗi ca đo, dữ liệu thu thập từ máy thu được chuyển vào máy tính
để xử lý. Tuỳ theo kỹ thuật định vị được sử dụng và thiết bị lưu trữ (máy thu
hoặc thiết bị điều khiển) mà sau mỗi ca đo cần được chuyển vào máy tính để
giải phóng bộ nhớ trên các thiết bị cho các ca đo hay các cơng trình tiếp theo.
Cấu trúc số liệu đo GNSS được trút ra từ các máy thu có quy luật của
riêng tương ứng với mỗi máy thu đó và thường thì các cấu trúc số liệu đo
GNSS sẽ bao gồm:
- Số hiệu máy (số Serial, một số máy ghi đầy đủ số Serial, một số máy
ghi 4-5 ký tự Serial). Số hiệu máy này dùng để nhận biết tệp số liệu đo trút từ
máy mỗi loại máy thu.
- Thứ tự ngày trong năm (gồm 3 số từ 001-365 nếu không phải năm
nhuận và từ 001-366 nếu là năm nhuận). Như vậy, nếu biết thứ tự ngày trong
năm và biết năm đo GNSS thì ta có thể tìm ngược trở lại ra ngày tháng năm.
- Thứ tự ca đo trong ngày gồm thứ tự ca đo sẽ từ 0-9, nếu số ca đo q
10 ca/ngày thì nó sẽ đánh thứ tự theo vần alphabet (A-Z).
Trong các chương trình bình sai GNSS, khi nhập số liệu vào thì phần
mềm (mặc định khi cài phần mềm, nó có dấu tích vào 4 ký tự, tức là lấy 4 ký
tự đầu tiên) sẽ lấy 4 ký tự đầu tiên của tệp số liệu đo GNSS làm tên điểm.
Trong thông tư 25 BTNMT cũng đề cập rõ cách đặt tên tệp GNSS bao gồm: 4
ký tự đầu là “Tên điểm” + 3 ký tự là “Thứ tự ngày trong năm” + “Thứ tự ca
6
đo” trong ngày.
Với mỗi loại máy thu GNSS, số liệu đo sẽ có các định dạng mở rộng
tương ứng. Một số định dạng phần mở rộng của các tệp số liệu đo đó là *.t00,
*.t01, *.t02, *.dat, *.tgd, *.cap, *.org, *.r17, *.rt17, *.r27, *.rt27.
* Một số ví dụ về số liệu đo GNSS
- Cơng trình thành lập lưới khống chế ảnh tỷ lệ 1:25.000 khu vực Hà
Tĩnh, Quảng Bình, Quảng Trị. Các máy thu Trimble R2, Trimble R8S được
sử dụng để thu tín hiệu. Các tệp số liệu đo có dạng *.T02 (42583630.T02,
42583631.T02, 42583633.T02, 43933630.T02,…)
- Các máy thu Trimble 4000ssi được sử dụng để thực hiện cơng trình
đo địa động của Viện địa chất. Các tệp số liệu đo có dạng *.dat
(CAD12640.dat, CAD12641.dat, NPU11360.dat, NPU11361.dat,…).
1.1.2. Số liệu dạng RINEX
RINEX là cụm từ viết tắt của Receiver Independent Exchange thể hiện
các tệp số liệu đo GNSS đã được chuẩn hóa về ASCII, không phụ thuộc vào
loại máy thu. Các phần mềm xử lý số liệu của các hãng chế tạo máy thu
GNSS khác nhau đều có chức năng chuyển đổi số liệu đo sang dạng Rinex.
Cho tới nay, có 6 loại tệp Rinex dạng ASCII:
- Tệp số liệu đo (Observation Data File).
- Tệp lịch vệ tinh (Navigation Message File).
- Tệp số liệu khí tượng (Meteorological Data File).
- Tệp lịch vệ tinh GLONASS (GLONASS Navigation Message File).
- Tệp lịch vệ tinh GEO (GEO Navigation Message File).
- Tệp số liệu đồng hồ máy thu, vệ tinh (Satellite and Receiver Clock
7
Date File).
Các tệp Rinex được ký hiệu tổng quát TTTTdddc.yyt trong đó:
- TTTT: 4 ký tự ký hiệu tên điểm đo.
- ddd: ngày trong năm (DOY) của trị đo đầu tiên.
- c: ký hiệu ca đo trong ngày.
- yy: 2 ký tự chỉ năm.
- t: kiểu tệp
+ O: tệp số liệu đo.
+ N: tệp lịch vệ tinh.
+ M: tệp số liệu khí tượng.
+ G: tệp lịch vệ tinh GLONASS.
+ H: tệp lịch vệ tinh Geo.
Mỗi tệp Rinex được chia làm hai phần: phần đầu tệp và phần thân tệp
nơi chứa số liệu. Phần đầu tệp chứa các thông tin tổng quát liên quan tới toàn
bộ tệp số liệu. Ở phần đầu có nhiều dịng, mỗi dịng có 80 cột, các nhãn
(label) được quy định ở từ ô 61 đến 80 có chức năng mơ tả, giải thích các dữ
liệu ở các ơ 1-60 trong dịng. Về cơ bản, mỗi tệp Rinex chứa số liệu của một
điểm đo, song Rinex phiên bản 2 cho phép gộp các trị đo các điểm đo theo
thứ tự (đo tĩnh nhanh, đo động) [1].
Trong các loại tệp số liệu trên, phần tiếp theo sẽ trình bày về tệp số liệu
đo vì các ứng dụng đều liên quan tới tệp dạng này. Muốn hiểu và ứng dụng
được loại tệp số liệu này phải nắm vững về các trị đo chứa trong đó.
- Trị đo pha trên một hay hai tần số là trị đo trên tần số pha giữa tín
hiệu nhận được từ vệ tinh và tần số liên quan được phát ra bởi máy thu. Trị đo
8
pha được biểu diễn bởi số nguyên chu kỳ ở sóng L1 và L2 của pha sóng
mang. Nửa chu kì được đo bằng loại máy cầu phương cần phải chuyển đổi
sang dạng số nguyên chu kì và được báo hiệu ở phần đầu tệp RINEX. Đơn vị
đo là số nguyên chu kì.
- Trị đo mã (code) tương đương với hiệu thời gian khi nhận tín hiệu
(được biểu diễn trong khung thời gian của máy thu) và thời gian của sự lan
truyền (biểu diễn theo khung thời gian của vệ tinh) của tín hiệu vệ tinh.
Khoảng cách giả là khoảng cách từ anten của máy thu tới anten của vệ tinh
kèm theo độ lệch thời gian giữa đồng hồ máy thu và đồng hồ vệ tinh và các
sai số khác. Khoảng cách giả có đơn vị là mét.
- Trị đo thời gian là thời gian được quan trắc của máy thu ngay tại thời
điểm trị đo pha hoặc mã có hiệu lực. Thời điểm của trị đo là thời gian (của
đồng hồ máy thu) khi nhận tín hiệu. Thời điểm này có hiệu lực cho cả trị đo
pha và trị đo mã và tất cả các vệ tinh quan trắcđược tại thời điểm (record) này.
Giá trị thời gian được biểu diễn trong khung thời gian GPS.
- Trị đo Doppler tín hiệu của hiệu ứng Doppler được coi như trị đo đi kèm
và mang dấu dương khi vệ tinh tiến tới gần. Đơn vị của trị đo Doppler là Hz.
Số liệu đo của GNSS chuyển về dạng RINEX thường có 2 tệp là:
Tệp thông tin đạo hàng, chứa các số liệu quỹ đạo vệ tinh, số hiệu chỉnh
đồng hồ vệ tinh và tình trạng của hệ thống.
Tệp này có phần đi là *.YYn (hoặc *.nav), *.YYg,… tùy thuộc máy
thu thu tín hiệu vệ tinh của hệ thống định vị nào, trong đó YY là 2 số cuối của
năm (số liệu đo). Nội dung của tệp thông tin đạo hàng của các máy thu cùng
ca đo thường như nhau.
9
Tệp số liệu đo, chứa các trị đo khác nhau như trị đo khoảng cách giả
theo code, trị đo pha song tải, trị đo Doppler,…
Tệp này có phần đi là *.YYo hoặc *.obs (observation).
Đối với các trị đo, các quy định trong RINEX như sau:
- C là trị đo khoảng cách giả (C1), (P1, P2) có đơn vị mét.
- L là trị pha song tải (L1, L2) có đơn vị là chu kỳ.
- D là trị đo hiệu khoảng cách Doppler (D1, D2) có đơn vị là mét.
- S là cường độ tín hiệu.
Bảng 1.1. Một phần tệp số liệu GNSS
2.11
OBSERVATION DATA
M
RINEX VERSION / TYPE
09-APR-13 15:00
PGM / RUN BY / DATE
sbf2rin-8.1.0
LLI: only bit 0 (loss of lock bit) supported
COMMENT
HUN1
MARKER NAME
Unknown
MARKER NUMBER
Unknown
Unknown
OBSERVER / AGENCY
2002813
SEPT ASTERX2E
APS-3
APS_APS-3
3.0-r34961
NONE
-1571100.0083
5731225.4632
2308718.7012
1.4921
0.0000
0.0000
1
1
6
C1
REC # / TYPE / VERS
ANT # / TYPE
APPROX POSITION XYZ
ANTENNA: DELTA H/E/N
WAVELENGTH FACT L1/2
L1
L2
P2
P1
C2
# / TYPES OF OBSERV
30.000
INTERVAL
2013
3
28
0
10
0.0000000
GPS
TIME OF FIRST OBS
2013
3
28
22
54
30.0000000
GPS
TIME OF LAST OBS
55
# OF SATELLITES
END OF HEADER
13
3 28
0 10
0.0000000
ANTENNA;APS_APS-3
13
3 28
0 10
4
1
NONE;0.114;0.094
0.0000000
COMMENT
0 18G15G02G26G24G05G18G29G09G12G25R19R14
R06R18R15R05R20R04
20189809.419 8 106098160.96508
20189811.114 7
82673899.33906
20189811.190 6
20189809.272 6
10
21861381.923 8 114882328.51908
89518703.75605
21861382.533 5
21861381.280 5
20133018.103 8 105799719.29208
82441347.34906
20133019.710 6
20133017.647 6
24383950.920 5 128138534.05205
99848225.34302
24383958.056 2
24383950.831 2
91568252.17005
22361904.934 5
22361902.037 5
24884897.058 6 130770999.42406 101899486.74402
24884897.480 2
24884896.043 2
21027016.969 8 110497715.18008
86102120.42005
21027017.637 5
21027016.750 5
94334968.86104
23037562.944 4
23037558.221 4
25127608.343 6 132046458.79006 102893357.68002
25127613.347 2
25127607.780 2
24953329.086 2
24953321.485 2
24383955.637 6
22361902.117 7 117512587.31407
22361903.969 6
21027017.946 6
23037558.936 7 121063185.76107
25127611.956 5
24953322.173 5 131130590.44405 102179701.19302
24953329.020 5
19200785.366 8 102711249.10608
79886539.97907
19200788.551 7
23777435.521 5 126747119.17005
98581150.20905
23777449.009 5
22263184.442 7 118800612.63007
92400494.27206
22263189.880 6
22944234.348 6 122477859.52306
95260602.52106
22944245.258 6
23621885.403 6 126228197.57806
98177532.46806
23621898.719 6
Bảng 1.2. Các mô tả quan trọng nhất
Hàng
Các yếu tố
Chú giải
1
OBSERVATION DATA M
Số liệu đo M: ký hiệu M là số liệu
hỗn hợp
4
MARKER NAME
Tên mốc
7
REC # / TYPE / VERS
Máy thu, kiểu loại, phiên bản
11
Hàng
Các yếu tố
Chú giải
8
ANT # / TYPE
Anten, kiểu loại
10
ANTENNA: DELTA H/E/N
Yếu tố lệch tâm của anten
Các loại trị đo:
L1, L2: trị đo pha trên L1 và L2
12
# / TYPES OF OBSERV
C1: trị đo tựa khoảng cách bằng mã
C/A trên L1
C2: trị đo tựa khoảng cách bằng mã
C/A trên L2
P1, P2: trị đo tựa khoảng cách bằng
mã P trên L1, L2
20
Thời điểm đo
20, 21 Số vệ tinh tại thời điểm
Ngày 28/3/2013 lúc 0h10’00”
18G15G02G26G24G05G18G29G09
G12G25R19R14
R06R18R15R05R20R04
20189809.419
106098160.96508
82673899.33906
20189811.190
20189809.272
20189811.114
…
Các giá trị lần lượt tương ứng với
các loại trị đo, nối liên tiếp nhau
Giá trị các loại trị đo: C1 L1 thành một chuỗi giá trị đo cho đến
L2 P2 P1 C2
khi kết thúc q trình thu tín hiệu.
Trong suốt q trình thu tín hiệu một
vài giá trị của một số loại trị đo có
thể bị khuyết do khơng thu được tín
hiệu. Nhưng các giá trị vẫn được sắp
xếp theo thứ tự, chỗ nào bị khuyết
thì được bỏ trống.
12
* Các khả năng ứng dụng tệp số liệu RINEX
- Ứng dụng lớn nhất mà tệp số liệu RINEX mang lại là số liệu được
biến đổi sang dạng độc lập với máy thu, có thể xử lý bằng nhiều phần mềm
khác nhau. Có thể tiến hành các dự án có quy mô lớn, nhiều đơn vị, nhiều loại
máy tham gia, mang lại hiệu quả về khoa học và kinh tế.
- Bên cạnh lợi ích to lớn đó, trong q trình xử lý số liệu thực tế, nếu
hiểu rõ các đặc điểm của tệp RINEX người sử dụng có thể có nhiều giải pháp
hữu ích. Dựa trên đặc điểm cơ bản của tệp số liệu RINEX là số liệu ở dạng
ASCII có thể “nhìn thấy được” và vì vậy có thể xem xét, kiểm tra, hiện chỉnh,
biên tập, cắt, dán,… như một tệp dạng text. Với tệp số liệu dạng RINEX có
thể nối các tệp số liệu (vì lý do nào đó bị đứt quãng như bị mất điện,…), biên
tập lại các thơng số đo ngồi thực địa (độ cao ăng ten, tên điểm,…).
- RINEX cũng đem lại rất nhiều hiệu quả hữu ích và rất đa dạng, tùy
từng phần mềm cũng như nhiệm vụ phải giải quyết.
Việc kiểm tra chất lượng số liệu đóng một vai trị hết sức quan trọng
trong q trình xử lý số liệu GPS có độ chính xác cao. Vai trị của tệp RINEX
cũng được thể hiện trong suốt q trình này. Để có thể chạy được phần mềm
chuyển đổi, biên tập và kiểm tra chất lượng, số liệu đo phải chuyển sang dạng
RINEX. Không những vậy, tệp RINEX còn giúp xác định nguyên nhân ảnh
hưởng tới chất lượng số liệu.
- Khi xử lý số liệu bằng các phần mềm, cần phải khai báo nhiều thông
số liên quan như độ cao ăng ten hoặc các thông số đo lệch tâm. Tất nhiên
phần mềm sẽ hỗ trợ cho các khai báo và xử lý các công đoạn này. Tuy vậy
với việc biên tập và chỉnh lý lại tệp RINEX một cách thích hợp các cơng đoạn
này có thể giải quyết một cách đơn giản, hiệu quả và có thể thuận lợi hơn.
- Việc xử lý số liệu GNSS gắn liền với sự hợp tác và hỗ trợ quốc tế. Từ
13
các tổ chức quốc tế người sử dụng có thể khai thác nhiều loại số liệu, dữ liệu
hỗ trợ các phần mềm xử lý số liệu GNSS. Các loại số liệu này (quan trọng
nhất là số liệu đo của các trạm IGS, lịch vệ tinh chính xác) đều được lưu trữ ở
dạng RINEX. Việc tìm hiều nắm vững ký hiệu các loại tệp này giúp người sử
dụng có thể lựa chọn và khai thác các tệp số liệu phù hợp với yêu cầu.
1.2. Thực trạng của việc kiểm tra chất lượng số liệu đo GNSS trên thế
giới và ở Việt Nam
1.2.1. Tình hình việc kiểm tra chất lượng số liệu đo GNSS trên thế giới
Ngày nay, công nghệ GNSS đã được ứng dụng rộng rãi trong nhiều
lĩnh vực nói chung và ngành trắc địa nói chung. Liên quan đến vấn đề kiểm
tra chất lượng số liệu GNSS, các tổ chức và các nước trên thế giới đã thực sự
quan tâm đến vấn đề này, điều này được thể hiện qua các cơng trình nghiên
cứu, cụ thể như sau:
- Nhóm chun gia của UNAVCO (University NAVSTAR
Consortium) tạo ra phần mềm TEQC để kiểm tra chất lượng số liệu đo GNSS
từ những năm 1984. Mục tiêu bao trùm của các phần mềm là phân tích số liệu
đo GNSS, đưa ra các chỉ tiêu định lượng nhằm đánh giá ảnh hưởng của hiệu
ứng đa đường dẫn, tầng khí quyển, thời gian chỉnh lại đồng hồ máy thu [2].
- Các Trung tâm dữ liệu như trung tâm dữ liệu GNSS khu vực tại Cơ
quan Bản đồ và Geography (BKG) đã và đang sử dụng phần mềmTEQC để
kiểm tra chất lượng số liệu đo GNSS [2]. Với công nghệ GNSS phát triển như
hiện nay, hệ thống vệ tinh dẫn đường toàn cầu của Trung Quốc, Galileo và
các hệ thống định vị vệ tinh khu vực như QZSS hoặc IRNSS và các hệ thống
tăng cường khu vực (SBAS), các tín hiệu và tần số mới và các định dạng mới
như RTCM-MSM và RINEX 3 cần kiểm tra chất lượng một cách linh hoạt.
14
- Cơ quan BKG cùng với Đại học Kỹ thuật Prague (CTU) đã phát triển
công cụ BKG Ntrip Client (BNC) trong đó có các tính năng đặc biệt để chỉnh
sửa và kiểm sốt chất lượng số liệu đo GNSS. Cơng cụ này cho phép phân
tích ảnh hưởng đa đường dẫn (Mp) và tỷ số tín hiệu-nhiễu (SNR) [2].
- Phịng thí nghiệm chủ chốt về kỹ thuật chính xác Khảo sát và biến
dạng Giám sát thiên tai tỉnh Hồ Nam đã sử dụng phần mềm TEQC để phân
tích đa nhiễu, nhiễu tín hiệu và nhiễu tín hiệu, những yếu tố chính làm giảm
chất lượng dữ liệu GNSS. Kết quả nghiên cứu đã cho thấy, hiện tượng trượt
chu kỳ, nhiễu xạ tín hiệu và hiệu ứng đa đường kém là do ăng ten GNSS dưới
cây; có nhiễu tín hiệu điện từ gần trạm cơ sở truyền thông không dây và trạm
radar nhưng ít hơn gần vị trí đường dây điện cao thế; ăng ten khơng bị ảnh
hưởng bởi tín hiệu phản hồi khi ăng ten ở trên mặt nước [3],…
Qua các phân tích nêu trên cho thấy, việc kiểm tra chất lượng số liệu đo
GNSS đã và đang được quan tâm, nghiên cứu và ứng dụng ở nhiều nước trên
thế giới.
1.2.2. Tình hình việc kiểm tra chất lượng số liệu đo GNSS ở Việt Nam
Trong nước, số liệu GNSS sau khi được thu thập ngồi thực địa được
trút sang máy tính, sau đó được đưa vào các phần mềm xử lý nhằm nhận được
các thành quả trắc địa khác nhau. Việc kiểm tra và quản lý chất lượng số liệu
đo để đảm bảo độ chính xác cao cho giai đoạn xử lý số liệu hầu như vẫn chưa
được quan tâm. Vì vậy, trong thực tế đã có những tệp số liệu đo không xử lý
được hoặc xử lý được song chất lượng thành quả chưa đạt được yêu cầu mà
không rõ nguyên nhân nên khó có thể khắc phục. Điều này đã gây ra nhiều
khó khăn về chun mơn cũng như kinh phí, đặc biệt cho các nhiệm vụ yêu
cầu độ chính xác cao như lưới GNSS quốc gia, các lưới nghiên cứu chuyển
dịch kiến tạo,…
15
Liên quan đến việc đánh giá chất lượng số liệu đo GNSS thì có cơng
trình của PGS.TS. Vy Quốc Hải được cơng bố vào năm 2004. Trong cơng
trình này, chất lượng đồng hồ của bộ 3 máy thu Trimble 4000 SSI được trang
bị năm 1997 của Viện Địa chất đã được đánh giá trên cơ sở ứng dụng phần
mềm QC, TEQC giai đoạn từ 1997 đến 2004 [4].
Tiếp tục công việc này, trong nghiên cứu [5], số liệu đo GNSS được
phân tích nhằm đánh giá chất lượng đồng hồ bộ ba máy thu Trimble nói trên
trên cơ sở số liệu được thu thập từ 2004 đến 2013. Kết quả nghiên cứu đã chỉ
ra rằng 3 máy thu vẫn đáp ứng được yêu cầu khai thác, phục vụ thu tín hiệu
hai tần số cho các nhiệm vụ yêu cầu độ chính xác cao.
Qua các kết quả này nhận thấy, số liệu đo GPS đã được kiểm tra chất
lượng ở nước ta. Tuy nhiên, chưa có nhiều cơng trình nghiên cứu về vấn đề
này. Bên cạnh đó, các văn bản pháp quy của Nhà nước chưa đề cập đến việc
đánh giá chất lượng số liệu đo GNSS.
1.3. Vấn đề cần nghiên cứu
Từ phân tích ở trên cho thấy, việc đánh giá và quản lý chất lượng số
liệu GNSS là hướng chuyên sâu chưa được thực sự quan tâm ở nước ta, đặc
biệt là đối với số liệu hỗn hợp. Như ta đã biết, số liệu của hệ thống vệ tinh dẫn
đường toàn cầu khơng chỉ có số liệu của hệ thống GPS mà cịn có số liệu của
các hệ thống khác như GLONASS, GALILEO,… Máy thu GNSS ngày nay
có thể thu được tín hiệu đa hệ, số liệu thu ở dạng hỗn hợp ví dụ như số liệu
hỗn hợp GPS/GLONASS,GPS/GLONASS/SBAS,…
Việc ứng dụng được phương pháp của thế giới cho số liệu Việt Nam
thực sự là phương án tiếp cận, tiên tiến và hiệu quả. Đánh giá và quản lý được
chất lượng số liệu đo GNSS từ việc phân tích số liệu đo bằng phần mềm được
thừa nhận trên thế giới là phương pháp định lượng, dựa trên các chỉ tiêu cụ
