Nghiên cứu một số giải pháp nâng cao độ chính xác và khả năng ứng dụng của công nghệ gps động trong trắc địa công trình

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

ĐÀO DUY HƯNG

NGHIÊN CỨU MỘT SỐ GIẢI PHÁP NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH
XÁC VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA CƠNG NGHỆ GPS
ĐỘNG TRONG TRẮC ĐỊA CƠNG TRÌNH

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

HÀ NỘI-2012


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

ĐÀO DUY HƯNG

NGHIÊN CỨU MỘT SỐ GIẢI PHÁP NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH
XÁC VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA CƠNG NGHỆ GPS
ĐỘNG TRONG TRẮC ĐỊA CƠNG TRÌNH
Chun ngành: Kỹ thuật trắc địa.
Mã số: 60.52.85

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. TRẦN VIẾT TUẤN

HÀ NỘI-2012

Lời cam đoan
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số
liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai cơng bố
trong bất kỳ cơng trình nào khác.
Hà Nội, ngày … tháng … năm 2012
Tác giả luận văn

Đào Duy Hưng


MỤC LỤC
Danh mục

Trang

Lời cam đoan

i1

Mục lục

i2

Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt

i4

Danh mục các bảng biểu

i5

Danh mục các hình vẽ

i6

Mở đầu

1

CHƯƠNG 1: CƠNG NGHỆ GPS ĐỘNG VÀ ỨNG DỤNG TRONG

5

TRẮC ĐỊA CƠNG TRÌNH.
1.1. Giới thiệu về hệ thống định vị tồn cầu GPS.

5

1.2. Giới thiệu về cơng nghệ GPS động.

8

1.3. Ứng dụng của công nghệ GPS động trong trắc địa cơng trình.

12

1.4. Định hướng nghiên cứu của đề tài.

16

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU MỘT SỐ GIÁI PHÁP KỸ THUẬT

21

NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC ĐO GPS ĐỘNG TRONG TRẮC
ĐỊA CƠNG TRÌNH.
2.1. Quy trình ứng dụng cơng nghệ GPS động.

21

2.2. Các nguồn sai số ảnh hướng đến kết quả đo GPS.

27

2.3. Những yêu cầu kỹ thuật trong việc thành lập bản đồ địa hình và

31

bố trí cơng trình.
2.4. Một số giải pháp kỹ thuật nâng cao độ chính xác đo GPS động

34

trong trắc địa cơng trình.
CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP NÂNG CAO KHẢ
NĂNG ỨNG DỤNG CỦA GPS ĐỘNG TRONG MỘT SỐ DẠNG
CƠNG TÁC TRẮC ĐỊA CƠNG TRÌNH.

43


3.1. Ứng dụng công nghệ GPS động trong thành lập lưới khống chế

43

đo vẽ theo phương pháp đo “Stop and Go”.
3.2. Ứng dụng cơng nghệ GPS động trong đo tính khối lượng quặng

46

khai thác trên các mỏ lộ thiên.
3.3. Ứng dụng công nghệ GPS động trong đo vẽ bản đồ địa hình

52

vùng nước nơng ven sơng, ven biển.
CHƯƠNG 4: MỘT SỐ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM.

56

4.1. Mục đích, phương pháp và các thiết bị dùng trong thực nghiệm.

56

4.2. Kết quả thực nghiệm.

63

Kết luận và kiến nghị

75

Tài liệu tham khảo

77

Phụ lục

78


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

1. GPS: Global Positioning System (Hệ thống định vị toàn cầu)
2. GPS PPK: Post Processing Kinematic GPS ( GPS đo động sử lý sau)
3. GPS RTK: Real Time Kinematic GPS (GPS đo động xử lý tức thời)
4. P-code: Precision code (mã chính xác)
5. C/A code: Coarse/Acquisition code (mã thô)
6. WGS-84: World Geodetic System – 84 (Hệ thống trắc địa thế giới – 84)
7. TĐĐT: toàn đạc điện tử.
8. VN 2000: Hệ quy chiếu và hệ tọa độ quốc gia hiện hành của Việt Nam,
được thống nhất trong cả nước theo quyết định số 83/2000/QĐ/TTg ngày 12
tháng 7 năm 2000 của Thủ tướng Chính phủ.


DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1. Sai số trung phương vị trí điểm của điểm khống chế

27

ứng với từng cấp.
Bảng 2.2. Bảng thống kê độ chính xác sai số vị trí điểm lưới đường

29

chuyền tại cơng trình Khu du lịch sinh thái chè An Sinh.
Bảng 2.3. Sai số trung phương vị trí điểm khi khơng dùng kẹp bọt

30

thủy
Bảng 2.4. Sai số trung phương vị trí điểm khi dùng kẹp bọt thủy

30

Bảng 2.5. Bảng so sánh kết quả đo cao giữa đo bằng Ni004 và GPS.

33

Bảng 2.6. Bảng so sánh kết quả đo cao giữa đo bằng Ni004 và GPS

34

sau khi thay đổi điểm fix độ cao.
Bảng 3.1. Sai số vị trí mặt bằng khi sử dụng 1 trạm base

47

Bảng 3.2: Sai số vị trí điểm mặt bằng khi sử dụng hai trạm Base

48

Bảng 3.3. Sai số về vị trí điểm mặt bằng khi đo lặp.

48

Bảng 3.4. Toạ độ và độ cao điểm B.

50

Bảng 3.5. Kết quả đánh giá độ chính xác điểm chi tiết đo bằng

51

GPS(PPK)
Bảng 3.6. Kết quả đánh giá độ chính xác điểm đo GPS(PPK) sau

52

khi tính chuyển toạ độ GPS về hệ toạ độ mặt đất của khu mỏ
Bảng 3.7. So sánh toạ độ điểm đo chi tiết bằng GPS(PKK) và TC-

54

405
Bảng 3.8. So sánh tọa độ điểm kiểm tra trước và sau khi tiến hành

55

khởi đo lại trên đã biết tọa độ tại Hà Nội.
Bảng 3.9. So sánh kết quả đo chi tiết.

58

Bảng 4.1. Bảng mô tả thông số kỹ thuật máy thu GPS Trimble R3.

61


Bảng 4.2. Bảng mô tả các thông số kỹ thuật của máy Hondex PS-

62

7FL.
Bảng 4.3. Tọa độ điểm gốc lưới đường chuyền thực nghiệm.

63

Bảng 4.4. Tọa độ sau bình sai của các điểm lưới đường chuyền đo

64

bằng toàn đạc điện tử.
Bảng 4.5: kết quả đo cho trường hợp thời gian thu tín hiệu của anten

66

là 15” khi khơng dùng kẹp bọt thủy.
Bảng 4.6: kết quả đo cho trường hợp thời gian thu tín hiệu của anten

67

là 15” khi dùng kẹp bọt thủy.
Bảng 4.7. Sai số trung phương vị trí điểm khi không dùng kẹp bọt

68

thủy.
Bảng 4.8. Sai số trung phương vị trí điểm khi dùng kẹp bọt thủy.

68

Bảng 4.9. So sánh mP trong 2 trường hợp hợp dùng kẹp bọt thủy và

69

không dùng kẹp bọt thủy.
Bảng 4.10: Kết quả độ cao đo bằng máy thủy chuẩn Ni004:

70

Bảng 4.11: Bảng số liệu tọa độ và độ cao điểm gốc.

71

Bảng 4.12. Bảng so sánh độ cao khi FIX độ cao ở điểm DHM:

72

Bảng 4.13: Bảng so sánh độ cao khi FIX độ cao ở điểm DC1.

73

Bảng 4.14. Bảng so sánh kết quả đo GPS động và toàn đạc điện tử.

76

Bảng 4.15. Bảng tọa độ các điểm trước và sau khi tiến hành khởi đo

79

lại trên điểm đã biết.


DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1. Hình ảnh vệ tinh GPS và các quỹ đạo.

6

Hình 1.2. Các trạm điều khiển của GPS.

7

Hình 1.3. Quan hệ giữa các đoạn trong hệ thống GPS

8

Hình 1.4. Nguyên tắc đo GPS động.

9

Hình 1.5. Các thiết bị chính dùng trong đo GPS động RTK.

11

Hình 1.6. Các thiết bị chính dùng trong đo GPS động PPK.

13

Hình 3.1. Trạm cơ sở và trạm động khi dùng 1 trạm base.

46

Hình 3.2. Hai trạm cơ sở với 1 trạm động

47

Hình 3.3. Tàu đo sâu và cách bố trí thiết bị GPS động và đo sâu

57

trên thuyền đo.
Hình 4.1. Máy thu GPS Trimble R3 và các phụ kiện kèm theo.

60

Hình 4.2. Máy đo sâu hồi âm cầm tay Hondex PS-7FL.

62

Hình 4.3. Sơ đồ lưới thực nghiệm trên tuyến đê Liên Mạc.

64

Hình 4.4. Đặt máy GPS tại điểm DHM.

65

Hình 4.5. Sơ đồ đo GPS động khu đê Liên Mạc

65

Hình 4.6. Sơ đồ lưới thủy chuẩn thực nghiệm.

70

Hình 4.7. Sơ đồ đo GPS động (PPK).

71

Hình 4.8. Ảnh chụp bến Bạc từ thuyền đo.

74

Hình 4.9. Sào ăng ten sau khi được gắn vào thuyền đo.

75

Hình 4.10. Thao tác đo thực nghiệm trên thuyền.

75

Hình 4.11. Khởi đo trên điểm đã biết tọa độ tại bến Bạc.

78


1

MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của đề tài.
Hiện nay, cơng nghệ GPS ngày càng phát triển hoàn thiện theo chiều
hướng chính xác, hiệu quả và thuận tiện hơn. Với những tính năng ưu việt,
ngay từ những năm đầu thập kỷ 90 cơngnghệ GPS nhanh chóng đóng vị trí
quan trọng đối với trắc địa cơng trình ở Việt Nam. Những ưu điểm có thể kể
đến bao gồm:
- Có thể xác định toạ độ của các điểm từ điểm gốc khác mà khơng cần
thơng hướng.
- Độ chính xác đo đạc ít phụ thuộc vào điều kiện thời tiết (có thể đo
trong mọi điều kiện thời tiết).
- Việc đo đạc toạ độ các điểm rất nhanh chóng, đạt chính xác cao, ở vị
trí bất kỳ trên trái đất.
- Kết quả đo đạc có thể tính trong hệ toạ độ tồn cầu hoặc hệ toạ độ địa
phương bất kỳ.
Bên cạnh đó, do tiến bộ nhanh về kỹ thuật xử lý số liệu và công nghệ chế

tạo thiết bịngày càng hoàn thiện nên kỹ thuật đo GPS động đã và đang được
ứng dụngrộng rãi hơn do phương pháp này có những ưu điểm đặc biệt. Việc
mở rộng nghiên cứu khả năng ứng dụng của công nghệ này trong các dạng
trắc địa cơng trình đang trở nên rất cần thiết. Với những lý do như trên, tôi đã
đề xuất và được chấp nhận thực hiện đề tài:“Nghiên cứu một số giải pháp
nâng cao độ chính xác và khả năng ứng dụng của công nghệ GPS động
trong trắc địa cơng trình” .
Một số kết quả nghiên cứu tại Việt Nam đã cho thấy cơng nghệ GPS
động hồn tồn đảm bảo độ chính xácvà có thể thay thế các phương pháp


2

truyền thống trong một số dạng công tác trắc địa cơng trình. Tuy nhiên, để
việc ứng dụng cơng nghệ này trở nên hoàn thiện và rộng rãi hơn, vẫn cần
nghiên cứu một số biện pháp để nâng cao độ chính xác và tính hiệu quả khi áp
dụng cơng nghệ GPS động trong điều kiện thực tế ở Việt Nam.
2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.
Đối tượng nghiên cứu của luận văn là độ chính xác và khả năng ứng
dụng của công nghệ GPS động.
Phạm vi nghiên cứu của luận văn bao gồm các dạng cơng tác trắc địa
cơng trình.
3. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài.
Nghiên cứu khả năng ứng dụng của công nghệ GPS động trong trắc địa
công trình, nghiên cứu một số biện pháp nhằm nâng cao độ chính xác đo GPS
động trong một số dạng cơng tác trắc địa cơng trình.
4. Nội dung nghiên cứu của đề tài.
Nghiên cứu cở sở lý thuyết từ đó đề xuất một số giải pháp để nâng cao
độ chính xác GPS động trong một số dạng công tác trắc địa cơng trình.
Nghiên cứu khả năng ứng dụng của cơng nghệ GPS động trong việc

thành lập lưới khống chế đo vẽ.
Khảo sát độ chính xác và khả năng ứng dụng cơng nghệ GPS động
trong đo tính khối lượng quặng khai thác trên các mỏ lộ thiên.
Khảo sát độ chính xác và khả năng ứng dụng công nghệ GPS động
trong việc đo vẽ địa hình vùng nước nơng, ven bờ.
5. Phương pháp nghiên cứu.
Nghiên cứu lý thuyết, tính tốn đo đạc thực nghiệm nhằm khẳng định
tính đúng đắn của cơ sở lý thuyết đã được nghiên cứu trong quá trình thực
hiện luận văn.


3

6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài.
Kết quả nghiên cứu khẳng định khả năng ứng dụng của GPS động
trong một số dạng công tác trắc địa cơng trình đồng thời bổ sung một số biện
pháp nhằm ứng dụng có hiệu quả khi áp dụng trong trắc địa cơng trình.
Kết quả nghiên cứu của đề tài là cơ sở khoa học để áp dụng vào thực tế
sản xuất giúp cho việc ứng dụng cơng nghệ này có hiệu quả hơn, góp phần
nâng cao năng suất lao động và hiệu quả kinh tế:
- Các giải pháp nâng cao độ chính xác được đề xuất sẽ giúp nâng cao
tínhhiệu quả khi áp dụng công nghệ GPS động trong đo vẽ bản đồ địa hình
phục vụ giai đoạn khảo sát thiết kế cơng trình, đáp ứng u cầu độ chính xác
đồng thời nâng cao năng suất lao động.
- Nâng cao tính hiệu quả khi sử dụng cơng nghệ GPS động khi đo tính
khối lượng khai thác ở các mỏ lộ thiên hay đo vẽ bản đồ địa hình vùng ngập
nước ven sông, ven biển.
7. Cấu trúc của luận văn.
Luận văn này gồm 80 trang, chia thành 4 chương: 3 chương đầu là cơ
sở lý thuyết và 1 chương cuối là phần thực nghiệm. Để phục vụ cho việc

nghiên cứu đề tài, tơi đã sử dụng các giáo trình giảng dạy về Trắc địa cơng
trình và cơng nghệ GPS của trường Đại học Mỏ - Địa Chất, các quy trình, quy
phạm của các cơ quan quản lý nhà nước đã ban hành và các tài liệu, tạp chí
chun ngành có liên quan đến đè tài này.


4

LỜI CẢM ƠN
Trong q trình thực hiện luận văn, tơi đã nhận được sự giúp đỡ nhiệt
tình của các đơn vị, các thầy cô giáo và bạn bè, đồng nghiệp và sự hướng dẫn
chu đáo của thầy giáo TS Trần Viết Tuấn.
Tôi xin được gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Bộ mơn Trắc địa cơng trình –
trường Đại học Mỏ-Địa Chất và đặc biệt là thầy giáo hướng dẫn TS Trần Viết
Tuấn.
Tôi xin chân thành cảm ơn !


5

CHƯƠNG 1: CÔNG NGHỆ GPS ĐỘNGVÀ ỨNG DỤNG TRONG
TRẮC ĐỊA CƠNG TRÌNH

1.1. GIỚI THIỆU VẾ HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TỒN CẦU GPS.
Hệ thống định vị tồn cầu GPS có tên đầy đủ là NAVSTAR GPS là viết
tắt của các từ Navigation Satelite Timing and Ranging Global Postioning
System. Đây là hệ thống định vị vệ tinh được xây dựng từ năm 1973. Năm
1978 vệ tinh đầu tinh được đưa lên quĩ đạo. Năm 1993 đã phóng đủ 24 vệ tinh
trên 6 mặt phẳng quĩ đạo như thiết kế. Trước năm 1980, hệ thống này chỉ
dùng cho mục đích quân sự của Mỹ. Từ năm 1980, Chính phủ Mỹ cho phép

sử dụng hệ thống này vào mục đích dân sự. Ngày nay, GPS được sử dụng
rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau trong đó có Trắc địa. GPS có cấu tạo
gồm 3 bộ phận chính (gọi là 3 đoạn): Đoạn khơng gian, đoạn điều khiển và
đoạn sử dụng.
1.1.1. Cấu tạo của hệ thống định vị tồn cầu GPS.
1. Đoạn khơng gian (space segment).
Đoạn không gian gồm các vệ tinh (theo thiết kế là 24 vệ tinh, đến nay
có tới 32 vệ tinh) chuyển động trên 6 mặt phẳng quĩ đạo. Độ cao của vệ tinh
khoảng 20200 km. Quĩ đạo gần như tròn, chu kỳ chuyển động của vệ tinh
quanh Trái đất là 718 phút (gần 12 giờ). Các mặt phẳng quĩ đạo nghiêng với
mặt phẳng Xích đạo Trái đất 550. Với cách bố trí như trên thì tại mọivị trí trên
Trái đất vào mọi thời điểmđều có thể quan sát được ít nhất 4 vệ tinh, đây là
điều kiện tối thiểu để định vị.
Các vệ tinh GPS có trọng lượng khoảng 1600 kg khi phóng và 800 kg
khi bay trên quĩ đạo. Tuổi thọ theo thiết kế là 7,5 năm. Trên vệ tinh có các
tấm pin Mặt trời gắn ở cánh vệ tinh để cung cấp năng lượng cho vệ tinh hoạt
động (hình 1.1). Mỗi vệ tinh được trang bị 4 đồng hồ nguyên tử có thể đo thời


6

12
gian với độ chính xác 10 giây. Vệ tinh tạo ra tần số dao động chuẩn là f0=

10,23 MHz. Từ tần số chuẩn, vệ tinh tạo 2 tần số sóng tải là L1 có tần số f1 =
154f0 = 1575,42 MHz tương ứng với bước sóng 1 = 19,032 cm, và L2 có tần
số f2 = 120f0= 1227,60 MHz tương ứng với bước sóng 2 = 24,42 cm.
Các sóng tải L1, L2 thuộc dải sóng cực ngắn, với tần số lớn làm nhiệm
vụ vận tải tín hiệu vệ tinh có tác dụng làm giảm ảnh hưởng của tầng điện li vì
ảnh hưởng của tầng điện li tỉ lệ nghịch với bình phương của tần số tín hiệu.

Hình 1.1. Hình ảnh vệ tinh GPS và các quỹ đạo.
Để phục vụ các mục đích khác nhau, các sóng tải lại được điều biến bởi
các mã (code) khác nhau như: C/A code, P-code hay Y-code.
2. Đoạn điều khiển (control segment).
Đoạn này gồm 1 trạm điều khiển trung tâm đặt tại căn cứ quân sự của
Mỹ ở Colorado Springs và 4 trạm theo dõi đặt tại Hawaii (Thái Bình Dương),
Ascension Island (Đại Tây Dương), Diego Garcia (ấn Độ Dương) và
Kwajalein (Tây Thái Bình Dương). Các trạm này tạo thành một vành đai bao
quanh Trái đất.


7

Nhiệm vụ của đoạn điều khiển là điều khiển toàn bộ mọi hoạt động của
các vệ tinh. Các trạm này luôn quan sát vệ tinh đo đạc các số liệu cần thiết
như: khoảng cách đến các vệ tinh, các yếu tố khí tượng, các tố nhiễu vv…
Các số liệu này được truyền về trạm trung tâm.Trạm trung tâm xử lý tính tốn
ra lịch vệ tinh, các số hiệu chỉnh đồng hồ vệ tinh vv… Từ đây các số liệu lại
được truyền ngược lại các trạm theo dõi, từ trạm theo dõi phát lên vệ tinh
cùng với các lệnh điều khiển. Như vậy các thơng tin đạo hàng thường xun
được chính xác hoá (đối với GPS là 3 lần/ ngày) và được truyền đến người
dùng sóng tải L1 và L2.
Hiện nay, cơ quan bản đồ thuộc Bộ quốc phòng Mỹ kết hợp với một số
nước khác để xây dựng mạng lưới theo dõi vệ tinh GPS trên toàn cầu nhằm
nâng cao độ chính xác xác định lịch vệ tinh.

Hình 1.2. Các trạm điều khiển của GPS.
3. Đoạn sử dụng(user segment).
Đoạn sử dụng bao gồm tất cả các máy móc thiết bị thu nhận thông tin

từ vệ tinh để khai thác sử dụng vào các mục đích khác nhau.
Như vậy, đoạn khơng gian và đoạn điều khiển có quan hệ hai chiều với
nhau. Đoạn sử dụng và đoạn không gian quan hệ với nhau một chiều. Đoạn
điều khiển và đoạn sử dụng khơng có quan hệ gì với nhau (hình 2.3).


8

Hình 1.3. Quan hệ giữa các đoạn trong hệ thống GPS

1.2. GIỚI THIỆU VẾ CÔNG NGHỆ GPS ĐỘNG.
1.2.1. Nguyên tắc đo GPS động.
Đo GPS động là một dạng của phương pháp đo GPS tương đối. Đo
GPS tương đối là phương pháp xác định hiệu toạ độ trong hệ toạ độ GPS từ
điểm cần đo đến điểm gốc có toạ độ đã biết trên cơ sở số liệu thu vệ tinh đồng
thời từ 2 máy thu đặt trên 2 điểm đó trong khoảng thời gian nhất định. Tọa độ
của điểm cần đo chỉ được xác định trong phòng sau khi xử lý số liệu đo thực
địa trên phần mềm xử lý trên máy vi tính. Với kiểu đo như trên gọi là phương
pháp đo GPS tương đối, dạng đo tĩnh. Toạ độ điểm cần đo đạt độ chính xác
cao 5mm+1ppm. Tuy đạt độ chính xác cao song do thời gian đo cần nhiều (tối
thiểu là 1 giờ =240 trị đo) nên các nhà thiết kế đã nghĩ đến giải pháp đo GPS
hiệu quả hơn song vẫn đảm bảo độ chính xác cần thiết. Đo GPS tương đối
dạng đo động là giải pháp thoả mãn yêu cầu trên vì thời gian đo ngắn (1-2 trị
đo), độ chính xác vẫn đạt 1cm+1ppm.
Kỹ thuật đo GPS động (Kinematic) sử dụng ít nhất 2 máy thu, một máy
đặt cố định tại điểm đã biết toạ độ gọi là trạm Base (trạm tĩnh), một máy vừa
di chuyển vừa đo gọi là trạm Rover (trạm động), kết quả là xác định ra toạ độ
tương đối giữa điểm trạm Base và hàng loạt điểm trạm Rover (hình

9

1.4).Trong suốt quá trình đo máy ở trạm Base và trạm Rover phải liên tục thu
tín hiệu của ít nhất 4 vệ tinh chung,vì vậy tuyến đo phải bố trí ở khu vực
quang đãng, nếu q trình này khơng đảm bảo thì quá trình đo bị gián đoạn và
phải khởi o li.
Điểm 1
Điểm 2
Trạm Base

Trạm Rover

Điểm i

Điểm n
Hỡnh 1.4. Nguyờn tắc đo GPS động.
Sự khác nhau cơ bản giữa đo GPS động và đo GPS tĩnh chính là yếu tố
thời gian đo. Tuy độ chính xác thấp hơn một chút nhưng số lượng điểm đo
tăng thêm nhiều có khả năng lập được lưới khống chế trong khu đo với thời
gian ngắn, hoặc có thể dùng phương pháp để đo đạc lập bản đồ chi tiết đối với
khu vực phù hợp.
Khoảng cách từ trạm Base đến trạm Rover có thể cách nhau đến 10km,độ
chính xác của đo GPS động thường kém hơn đo tĩnh hai lần.
1.2.2. Các phương pháp đo GPS động.
Tùy thuộc vào thời điểm xử lý số liệu, phương pháp đo GPS động chia
làm 2 phương pháp đo:
- Phương pháp đo GPS động thời gian thực (Real Time Kinematic RTK): Phương pháp này cho phép giải được toạ độ điểm đặt máy trạm động
ngay tại thực địa nhờ việc xử lý tức thời số liệu thu vệ tinh tại trạm cố định và

10

trạm di động trên bộ xử lý số liệu chuyên dụng đi kèm với trạm động tại thực
địa nhưng chỉ cần thu tín hiệu vệ tinh thời gian ngắn ít nhất 1 trị đo (1 Epoch).
Nếu khu đo có các điểm có toạ độ trong hệ toạ độ địa phương bất kỳ có thể
thực hiện việc đo đạc trong hệ toạ độ địa phương thông qua việc đo
quychuyển hệ thống tọa độ (Calibration). Phương pháp này cần phải có hệ
thống truyền số liệu (Radio Link) để truyền liên tục số liệu thu được tại trạm
tĩnh đến thiết bị xử lý số liệu tại trạm động.
- Phương pháp đo GPS động xử lý sau (Post Processing Kinematic PPK): Phương pháp này cho phép thu nhận toạ độ điểm đo có độ chính xác cỡ
cm trên cơ sở xử lý số liệu thu vệ tinh tại trạm cố định và trạm di động trên
phần mềm xử lý số liệu chuyên dụng sau khi đo thực địa. Thời gian thu tín
hiệu vệ tinh ngắn (tối thiểu 2 trị đo). Phương pháp này không cần đến hệ
thống Radio Link truyền số liệu. Như vậy việc đo GPS theo giải pháp kỹ thuật
đo động sẽ đáp ứng hiệu quả hơn nhiều các dạng công tác đo đạc có số lượng
điểm cần đo lớn.
1.2.3. Các thiết bị dùng trong đo GPS động.
1. Khi đo động xử lý tức thời (RTK) (hình 1.5).
1- Tại trạm cố định (trạm base):
- 01 máy thu GPS
- Pin, chân máy, đế máy, thước để đo chiều cao máy.
- Bộ điều khiển đo.
- Máy phát tín hiệu vơ tuyến.
2- Tại trạm động ( trạm rover)
- 01 máy thu GPS.
- 01 sào đo có bọt thủy và giá chống đỡ.
- Nguồn điện.
- Bộ điều khiển đo.

11

- Máy thu tín hiệu radio.

Hình 1.5. Các thiết bị chính dùng trong đo GPS động RTK.
2. Khi đo động xử lý sau (PPK) (hình 1.6).
1- Tại trạm cố định (trạm base):
- 01 máy thu GPS
- Pin, chân máy, đế máy, thước để đo chiều cao máy.


12

- Bộ điều khiển đo.
2- Tại trạm động ( trạm rover)
- 01 máy thu GPS.
- 01 sào đo có bọt thủy và giá chống đỡ.
- Nguồn điện.
- Bộ điều khiển đo

Hình 1.6. Các thiết bị chính dùng trong đo GPS động PPK.

1.3. ỨNG DỤNG CỦA CÔNG NGHỆ GPS ĐỘNG TRONG TRẮC ĐỊA
CƠNG TRÌNH.
Cơng nghệ GPS đã mang lại hiệu quả to lớn trong công tác đo đạc với
nhiều kỹ thuật đo GPS khác nhau. Ở Việt Nam, công nghệ GPS đã được áp
dụng và đến nay đã trở thành một công nghệ sản xuất trắc địa quan trọng, đặc
biệt là lập lưới khống chế. Tuy nhiên cho đến nay với sự phát triển, hoàn thiện
về thiết bị đo cũng như phần mềm xử lý số liệu cho phép phát triển những
ứng dụng mới của công nghệ đo GPS động.

13

1.3.1. Ứng dụng công nghệ GPS động để đo vẽ bản đồ địa hình, địa chính
tỉ lệ lớn và trung bình.
Để thành lập bản đồ địa hình, địa chính tỉ lệ 1:200 đến 1:2000, thông
thường chúng ta đo trực tiếp theo phương pháp toàn đạc, trong đo sử dụng
máy toàn đạc điện tử để đo các điểm chi tiết.
Trong công tác thành lập lưới khống chế đo vẽ thì việc ứng dụng công
nghệ GPS đã thể hiện nhiều ưu điểm nối bật: chọn điểm linh hoạt hơn, không
cần dựng tiêu vì khơng cần nhìn thơng giữa các điểm, đo nhanh hơn và có thể
cả ngày lẫn đêm mà vẫn cho độ chính xác cao và từ đó đem lại hiệu quả cao
hơn cả về thời gian lẫn tính kinh tế. Ở nước ta hiện nay, việc ứng dụng công
nghệ GPS động trong thành lập lưới khống chế đo vẽ phục vụ cho việc đo vẽ
bản đồ đã trở nên phổ biến hơn.
Để đo chi tiết bằng GPS động, ta không cần bố trí điểm khống chế
điểm đo vẽ như phương pháp truyền thống, vì trạm base có thể đặt tại điểm đã
có tọa độ, độ cao cách khá xa khu đo dưới 10 km. Như vậy ta hồn tồn có
thể bỏ qua các mạng lưới trung gian và lưới đo vẽ mà sử dụng ngay các điểm
tam giác hạng IV, thậm chí là điểm hạng III hoặc điểm địa chính cơ sở để làm
điểm trạm tĩnh trong đo vẽ chi tiết bằng GPS động. Rõ ràng là ta sẽ tiết kiệm
được khá nhiều kinh phí xây dựng lưới chêm dày và tiết kiệm được thời gian
xây dựng lưới. Có thể kết hợp 1 trạm tĩnh với nhiểu trạm động để tăng tốc độ
đo vẽ chi tiết.
Ứng dụng kỹ thuật đo “Stop and Go”, người ta có thể thực hiện việc đo
chi tiết với độ chính xác và tốc độ khơng thua kém gì các phương pháp truyền
thống sử dụng tồn đạc điện tử. Tuy nhiện cần phải đảm bảo một điều kiện
bắt buộc là trong quá trình đo phải thu được tín hiệu của ít nhất là 4 vệ tinh.
Để đảm bảo này thì khu đo phải có sự thơng thống với bầu trời, khơng bị che

14

chắn tín hiệu. Do vậy, để cơng việc đo đạc được tiến hành thuận lợi ta cần
khảo sát thực địa trước khi đo.
1.3.2. Ứng dụng công nghệ GPS động RTKđể bố trí các cơng trình dạng
tuyến.
Đưa bản thiết kế ra thực địa là một dạng thường gặp của công tác trắc
địa cơng trình. Hiện nay tại Việt Nam, việc bố trí các cơng trình dạng tuyến
vẫn được thực hiện nhờ các phương pháp truyền thống như phương pháp tọa
độ cực, phương pháp tọa độ vng góc, phương pháp giao hội góc thuận và
phương pháp tồn đạc. Các phương pháp này sửdụng các trang thiết bị như
thướcthép, máy kinh vĩ và máy tồn đạc điện tử để bố trí cácđiểm thiết kế ra
thực địa. Trong những năm gần đây công nghệ GPS đã và đang đượcứng
dụng rất rộng rãi trong trắc địa. Chúng ta có thể sử dụng kỹ thuật đo GPS
động RTK để nhanh chóng xác định các điểm đã có tọa độ đã cho ở thực địa.
Tọa độ tức thời của điểm đo sẽ dẫn đường giúp chúng ta nhanh chóng xác
định được vị trí của điểm cần bố trí trên thực địa. Với máy thu đa tần số
(L1,L2,L2C) GPS R7 GNSS của hãng Trimble việc triển điểm thiết kế ra thực
địa đượcthực hiện bởi chức năng “Setout”của máy.
Dùng kỹ thuật đo GPS động RTK để thay thế các phương pháp đo đạc
truyền thống trong bố trí các cơng trình dạng tuyến có những tính năng ưuviệt
sau:
+ Bỏ qua công đoạn thành lập mạng lướikhống chế mặt bằng ( Ví dụ
như vớimáy thu GPS R7 GNSS của hãng Trimble có thể Setout tới 9km với
địa hìnhtương đối bằng phẳng).
+ Thời gian khởi đo nhanh và độ tin cậy khởi đo cao, kỹ thuật đo GPS
động tức thời không cần sự thơng hướnggiữa điểm gốc với điểm cần bố trí.

15

+ Tại mỗi trạm động thời gian xác định tọa độ rất nhanh nên dùng
kỹthuật đo GPS động tức thời trong việc bố trí các cơng trình dạng tuyến có
năngxuất lao động rất cao.
Tuy nhiên, để cơng tác “Setout” có độ chính xác cao thì trong bước“
Qui chuẩn hệtoạ độ” nên chọn các điểm qui chuẩn nằm gần và phân bố đều
trên cơng trình dạng tuyến.Trong q trình bố trí điểm ra thực địa đối với các
cơng trình dạng tuyến nên chọn điểm trạm Base ở giữa khu đo sao cho tầm
khống chế khu đo hợp lý nhất, có khả năng thu tín hiệu vệ tinh tốt nhất để
việc triển điểm đạtnăng suất cao nhất.
1.3.3. Ứng dụng công nghệ GPS động để đo vẽ bản đồ thành lập bản đồ
và mặt cắt địa hình, đo tính khối lượng.
Cơng nghệ GPS động cho phép ta xác định nhanh chóng tọa độ và độ
cao các điểm trong vòng vài chục giây đến vài phút. Kỹ thuật đo động “Stop
and Go” có thể áp dụng để đo vẽ mặt cắt địa hình ở những nơi có đủ điều kiện
để máy thu GPS nhận được tín hiệu của ít nhất 4 vệ tinh.
Khi đo vẽ mặt cắt, nếu không cần thiết xác định tọa độ các điểm trên
mặt cắt mà chỉ cần xác định độ cao của chúng thì ta có thể chọn điểm khống
chế độ cao làm trạm base. Ta tiến hành xác định tọa độ, độ cao của các điểm
đặc trưng địa hình. Sau khi đo xong chúng ta sẽ dựng được mặt cắt địa hình.
Để đo tính khối lượng đào đắp, chúng ta sử dụng kỹ thuật đo GPS động
đo trên tồn bộ diện tích cần đào hoặc đắp để dựng được mơ hình số ban đầu.
Mỗi điểm đo ta có được tọa độ X, Y và độ cao H. Sau khi đào đắp, ta tiến
hành đo lại để xây dựng mơ hình số địa hình lần sau. Dựa vào 2 mơ hình số
địa hình này ta có thể hồn tồn tự động hóa q trình tính tốn khối lượng
đào đắp.

16

1.4. ĐỊNH HƯỚNG NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI.
1.4.1.Ưu, nhược điểm của công nghệ GPS động.
Công nghệ GPS động đã thể hiện được rất nhiều ưu điểm so với công
nghệ truyền thống:
1. Sự giảm tối đa về nhân lực thực thi ở thực địa.
Với một trạm tĩnh có thể làm việc với không hạn chế trạm đo di động,
không cần đến người ghi sổ, người vẽ sơ đồ, do vậy chi phí nhân lực giảm
nhiều so với đo đạc theo phương pháp truyền thống.
2. Sự tăng năng suất lao động, giảm thời gian thực địa.
Với khả năng đo chi tiết ở khoảng cách lớn, ít khi phải chuyên trạm
máy nên tốc độ đo nhanh do chỉ phụ thuộc vào khả năng tiếp cận điểm đo của
nguời đo mà thôi. Với 1 máy đo người thao tác đo có thể đạt đến con số 1000
điểm đo trên 1 ngày lao động khi đo vẽ bản đồ tỷ lệ lớn ở vùng quang đãng.
Do vậy có thể giảm tối đa thời gian lao động thực địa.
3. Sự tăng độ tin cậy của số liệu đo.
Do việc đo đạc, ghi số liệu đo một cách tự động nên đã giảm tối đa ảnh
hưởng của sai số do người đo đến kết quả đo, độ tin cậy của số liệu đo được
nâng cao cả về định lượng (toạ độ, độ cao) và định tính (tính chất của điểm
đo). Việc thu thập tính chất điểm đo được tiến hành bằng việc mã hoá điểm
đo trực tiếp tại điểm đo nên rất cụ thể, ít sai sót. Điều này đặc biệt có ý nghĩa
khi xử lý số liệu trên phần mềm đo vẽ bản đồ số tự động.
4. Hiệu quả kinh tế cao.
Không cần lập lưới khống chế cơ sở, lưới đo vẽ khi sử dụng kỹ thuật đo
GPS động đo vẽ bản đồ tỷ lệ lớn cho phép giảm khá lớn kinh phí, thêm vào
đó phương pháp cho phép giảm tối đa nhân công, giảm thời gian thi công thực
địa, tăng chất lượng đo vẽ. Một số đánh giá tại Mỹ cho thấy có thể giảm 50%
- 80% chi phí nhân, giảm 25%-50% thậm chí 80% về giá thành. ở Việt Nam