Nghiên cứu ứng dụng công nghệ mobile GIS và GPS trong thu thập dữ liệu không gian về đất đai

ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
KHOA ĐỊA LÝ
-----***-----

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SỸ
Chun ngành Địa chính

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CƠNG NGHỆ MOBILE GIS
VÀ GPS TRONG THU THẬP DỮ LIỆU KHÔNG GIAN VỀ ĐẤT ĐAI

Học viên cao học: Nguyễn Tiến Trƣờng
Khoá: 2008 – 2010
Ngƣời hƣớng dẫn: PGS.TS. Trần Quốc Bình

Hà Nội - 2012


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ............................................................................................................................. 1
Tính cấp thiết của đề tài ....................................................................................................... 1
Mục tiêu nghiên cứu ............................................................................................................ 1
Nội dung nghiên cứu ............................................................................................................ 2
Phƣơng pháp nghiên cứu ..................................................................................................... 2
Kết quả đạt đƣợc .................................................................................................................. 2
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn ............................................................................................. 2
Bố cục của luận văn ............................................................................................................. 3
Chƣơng 1: TỔNG QUAN VỀ MOBILE GIS VÀ GPS ...................................................... 4
1.1. Khái quát về công nghệ Mobile GIS ............................................................................ 4
1.1.1. Khái niệm về Mobile GIS ................................................................................... 4
1.1.2. Ứng dụng của Mobile GIS .................................................................................. 5
1.1.3. Kiến trúc của hệ thống Mobile GIS .................................................................... 7

1.2. GPS và các phƣơng pháp đo đạc bằng GPS ................................................................. 9
1.2.1. Cơ sở lý thuyết về Hệ thống định vị toàn cầu GPS ............................................. 9
1.2.2. Phƣơng pháp GPS phân sai ............................................................................... 12
1.3. Mối quan hệ giữa Mobile GIS và GPS ....................................................................... 18
1.4. Tình hình ứng dụng cơng nghệ Mobile GIS kết hợp GPS trong đo vẽ thành
lập bản đồ .................................................................................................................... 19
1.4.1. Ứng dụng trên thế giới ...................................................................................... 19
1.4.2. Ứng dụng ở Việt Nam ....................................................................................... 25
Chƣơng 2. MỘT SỐ HỆ THỐNG THU THẬP DỮ LIỆU KHÔNG GIAN
BẰNG MOBILE GIS - GPS ......................................................................................... 27
2.1. Hệ thống Mobile GIS sử dụng GPS định vị độc lập................................................... 27
2.2. Hệ thống Mobile GIS sử dụng kỹ thuật đo GPS động thời gian thực ........................ 28
2.3. Hệ thống Mobile GIS sử dụng công nghệ LODG ...................................................... 29
2.3.1. Khái qt về cơng nghệ LODG ......................................................................... 29
2.3.2. Quy trình đo đạc địa chính bằng MGIS-LODG ................................................ 31
Chƣơng 3. THỬ NGHIỆM ỨNG DỤNG MOBILE GIS - GPS TRONG THU
THẬP DỮ LIỆU KHÔNG GIAN VỀ ĐẤT ĐAI ......................................................... 36
3.1. Đo vẽ thành lập bản đồ địa chính đất nơng nghiệp tỷ lệ 1:2000 tại xã Diễn
Trƣờng, huyện Diễn Châu, tỉnh Nghệ An bằng hệ thống MGIS-LODG ...................... 37
3.1.1. Khái quát về khu đo .......................................................................................... 37


3.1.2. Các kết quả thử nghiệm ..................................................................................... 38
3.2. Đo vẽ thành lập bản đồ địa chính đất lâm nghiệp tỷ lệ 1:10.000 tại huyện
Hƣớng Hóa, tỉnh Quảng Trị bằng hệ thống MGIS-AP ................................................. 48
3.2.1. Khái quát về khu đo .......................................................................................... 48
3.2.2. Các kết quả thử nghiệm ..................................................................................... 48
3.3. Chỉnh lý biến động phục vụ dự án GIS Huế bằng hệ thống MGIS-AP ..................... 55
3.3.1. Khái quát về khu đo .......................................................................................... 55
3.3.2. Các kết quả thử nghiệm ..................................................................................... 56

3.4. Thành lập cơ sở dữ liệu nền địa lý tỷ lệ 1:10.000 tại huyện Quế Võ, tỉnh Bắc
Ninh bằng hệ thống MGIS-AP ...................................................................................... 59
3.4.1. Khái quát về khu đo .......................................................................................... 59
3.4.2. Các kết quả thử nghiệm ..................................................................................... 60
3.5. Thu thập dữ liệu địa hình khu vực ven sơng Hồng phƣờng Phú Thƣợng,
quận Tây Hồ, thành phố Hà Nội bằng hệ thống MGIS-RTK ....................................... 61
3.5.1. Khái quát về khu đo .......................................................................................... 61
3.5.2. Các kết quả thử nghiệm ..................................................................................... 61
3.5.3. Nhận xét, đánh giá............................................................................................. 68
3.6. Đo vẽ bản đồ địa chính tỷ lệ 1:1000 tại xã An Tƣờng, thị xã Tuyên Quang,
tỉnh Tuyên Quang .......................................................................................................... 70
3.6.1. Khái quát về khu đo .......................................................................................... 70
3.6.2. Các kết quả đạt đƣợc ......................................................................................... 70
3.6.3. Nhận xét, đánh giá............................................................................................. 72
3.7. Nhận xét về khả năng ứng dụng GPS và Mobile GIS ................................................ 73
KẾT LUẬN - KIẾN NGHỊ ................................................................................................ 75
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................. 76


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Tên viết tắt

Tiếng Anh

Tiếng Việt

3G

Third-generation technology

Công nghệ truyền thông thế hệ
thứ 3

CORS

Continusly Operating Reference
Station

Trạm quy chiếu hoạt động liên
tục

CDMA

Code Division Multiple Access

Đa trup cập phân chia theo mã số

DGPS

Differential GPS

GPS phân sai

GPRS

Gerenal Packet Radio Service

Dịch vụ dữ liệu di động dạng gói

GPS

Global Positioning System

Hệ thống định vị toàn cầu

GSM

The Global System for Mobile
Communications

Mạng kết nối di động tồn cầu

LBS

Location-based Services

dịch vụ dựa trên vị trí

LODG

Locally optimized diferential GPS

GPS phân sai cải chính theo khu
vực

MSK

Minimum Shift Keying

Khóa thay đổi tối thiểu

PDA

Personal Digital Assistants

Thiết bị số trợ giúp cá nhân

PDOP

Position Dilution of Precision

Độ chính xác vị trí

RTK

Real-Time Kinematic

Đo GPS động thời gian thực

TDMA

Time Division Multiple Access

Đa chia cập phân chia theo thời
gian

Wifi

Wireless Fidelity Networks

Mạng kết nối không dây

WADGPS

Wide Area Differenfial GPS

DGPS diện rộng

Quy phạm
2008

Quy phạm thành lập bản đồ địa
chính năm 2008

DANH MỤC BẢNG


Bảng 1.1. Các ứng dụng Mobile GIS và các công nghệ chính ..................................... 6
Bảng 3.1. Tổng hợp kết quả đo kiểm tra trên các điểm toạ độ gốc Nhà nƣớc ........... 41
Bảng 3.2. Số liệu đo LODG của máy số 03 ngày 09/05/2010 ................................... 42
Bảng 3.3. Đối chiếu tọa độ đo bằng LODG và bằng máy toàn đạc điện tử ............... 45
Bảng 3.4. So sánh độ chính xác giữa kết quả đo GPS cầm tay và máy toàn đạc
điện tử .................................................................................................................. 51
Bảng 3.5. Kết quả một số điểm đo RTK..................................................................... 60


DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1. Các thành phần của hệ thống Mobile GIS. ....................................................5

Hình 1.2. Mobile GIS theo kiến trúc độc lập. ................................................................8
Hình 1.3. Mobile GIS theo kiến trúc khách - chủ..........................................................8
Hình 1.4. Sơ đồ hoạt động của DGPS thời gian thực. .................................................15
Hình 1.5. GPS trong hệ thống Mobile GIS. .................................................................19
Hình 1.6. Kết quả tìm đƣờng trên Google Maps for Mobile. ......................................20
Hình 1.7. MyLocation có thể định vị ngƣời dùng chính xác tới một mức nhất định. .20
Hình 1.8. Google Latitude trên iPhone. .......................................................................21
Hình 1.9. Các thành phần của dự án Mobile GIS phục vụ quản lý mơi trƣờng. .........24
Hình 1.10. Mơ hình hoạt động của hệ thống quản lý xe bt bằng GPS và GIS ở
TP. Hồ Chí Minh. .................................................................................................26
Hình 2.1. Sơ đồ cơng nghệ giải pháp LODG...............................................................30
Hình 2.2. Quy trình cơng nghệ đo đạc địa chính bằng MGIS - LODG. ......................32
Hình 2.3. Bộ thiết bị của máy động. ............................................................................35
Hình 3.1. Sơ đồ phân mảnh xã Diễn Trƣờng. ..............................................................37
Hình 3.2. Chạy chƣơng trình ALSE_GPS và kết nối với máy chủ. ............................39
Hình 3.3. Bắt đầu quá trình đo và đặt tên file lƣu kết quả. ..........................................39
Hình 3.4. Lƣu kết quả đo và đặt ghi chú điểm đo. ......................................................40
Hình 3.5. Sơ đồ vị trí xã Hƣớng Lộc. ..........................................................................48
Hình 3.6. Điểm đo bằng GPS cầm tay trên nền bản đồ địa chính tỷ lệ 1:2000 đo
bằng phƣơng pháp tồn đạc. .................................................................................51
Hình 3.7. Sơ đồ vị trí thành phố Huế. ..........................................................................55
Hình 3.8. Thử nghiệm đo đƣờng giao thơng bằng ArcPad..........................................57
Hình 3.9. Thử nghiệm đo các khu di tích lịch sử bằng ArcPad. ..................................58
Hình 3.10. Sơ đồ vị trí huyện Quế Võ, tỉnh Bắc Ninh. ...............................................59


Hình 3.11. Kết quả đo GPS cầm tay phục vụ điều tra ngoại nghiệp thuộc dự án xây
dựng CSDL nền địa lý tỷ lệ 1:10.000 khu đo huyện Quế Võ, tỉnh Bắc Ninh. .....60
Hình 3.12. Sơ đồ vị trí khu đo phƣờng Phú Thƣợng, quận Tây Hồ. ...........................61
Hình 3.13. Kết nối Bluetooth. ......................................................................................62

Hình 3.14. Tạo job làm việc. .......................................................................................63
Hình 3.15. Thiết lập kết nối tín hiệu GPS qua cổng COM. .........................................63
Hình 3.16. Đặt chế độ đo RTK trên trạm base. ...........................................................64
Hình 3.17. Nhập tọa độ điểm khống chế cho trạm base. .............................................65
Hình 3.18. Trạng thái Fix đủ điều kiện đo. ..................................................................65
Hình 3.19. Đƣờng Âu Cơ đoạn qua phƣờng Phú Thƣợng đo vẽ bằng RTK. ..............67
Hình 3.20. Thử nghiệm đo RTK bằng GPRS với Server tại thành phố Hà Nội và
thành phố Hồ Chí Minh. ..........................................................................................69
Hình 3.21. Sơ đồ vị trí xã An Tƣờng, thị xã Tuyên Quang. ........................................71
Hình 3.22. Điểm đo bằng toàn đạc điện tử và vẽ sơ đồ bằng PDA. ............................71
Hình 3.23. Các điểm đo trên PDA và ảnh chụp tại một điểm đo. ...............................72
Hình 3.24. Lập sơ đồ đo vẽ bằng ArcPad ....................................................................73


MỞ ĐẦU
Tính cấp thiết của đề tài
Hiện nay, việc thành lập bản đồ địa chính, bản đồ hiện trạng và bản đồ quy
hoạch sử dụng đất, hoặc bản điều tra ngoại nghiệp dùng cho thành lập cơ sở dữ liệu
gặp nhiều khó khăn, chủ yếu do địa hình phức tạp, dân cƣ phân bố rải rác, địa vật mới
xuất hiện cần bổ sung nhiều. Với các dự án thành lập bản đồ địa chính tỷ lệ lớn gặp
trở ngại do đối tƣợng dày đặc, việc lập sơ đồ và nối điểm địi hỏi độ chính xác cao,
nếu có sơ suất có thể phải đo lại. Mặt khác, đối với bản đồ địa chính tỷ lệ nhỏ thì khu
vực vùng ven của các thành phố thị trấn có nhiều thửa đất nông nghiệp nằm tách rời
khu dân cƣ, để đo vẽ những thửa này đòi hỏi phải lập nhiều điểm phụ rất mất thời
gian và khơng đảm bảo độ chính xác.
Từ những thực tế trên địi hỏi phải có những cơng nghệ khắc phục các yếu điểm
của phƣơng pháp đo đạc truyền thống, nhanh chóng hơn, tiết kiệm chi phí, đồng thời
vẫn đảm bảo độ chính xác, và một trong những cơng nghệ đó là Mobile GIS.
Cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ, các dịch vụ dựa trên vị trí (LBS
Location-Based Services) và GIS cho thực địa ngày càng phát triển mạnh. LBS kết

hợp thiết bị di động cầm tay tích hợp GPS và kết nối khơng dây (GPRS, 3G) và phần
mềm GIS. Sự hội tụ này đã mở ra khả năng ứng dụng công nghệ Mobile GIS trong
thu thập dữ liệu không gian. Mobile GIS sẽ giải quyết đƣợc nhiều khó khăn gặp phải
trong đo vẽ bản đồ và các lĩnh vực khác nhƣ phục vụ ứng dụng di động, dẫn đƣờng,
cứu hỏa, cảnh báo bão, nghiên cứu môi trƣờng, quy hoạch đô thị và nông thôn. Ƣu
điểm của công nghệ này trong đo vẽ thành lập bản đồ là khả năng quan sát và đối
chiếu thực địa ngay trong q trình đo vẽ, tăng độ chính xác, đƣợc cập nhật theo thời
gian thực, khắc phục đƣợc nhiều vấn đề trong đo vẽ và xử lý nội nghiệp nhƣ về bình
sai, nối điểm, đồng thời tiết kiệm đƣợc kinh phí. Để nâng cao độ chính xác của
Mobile GIS nhằm đáp ứng yêu cầu của đo đạc bản đồ phải kết hợp Mobile GIS với
công nghệ GPS. Do độ chính xác của từng tỷ lệ bản đồ có yêu cầu khác nhau dẫn đến
phải sử dụng nhiều phƣơng pháp đo GPS nhƣ phƣơng pháp định vị độc lập, phƣơng
pháp RTK. Mobile GIS kết hợp GPS là một bƣớc tiến mới, một giải pháp hiệu quả về
cách thức thu thập dữ liệu không gian về đất đai.
Mục tiêu nghiên cứu
Đánh giá về khả năng ứng dụng công nghệ Mobile GIS và GPS trong thu thập
dữ liệu không gian về đất đai ở các tỷ lệ khác nhau trên cơ sở phân tích kết quả các
thử nghiệm thực tế.
1


Nội dung nghiên cứu
- Nghiên cứu tổng quan về công nghệ Mobile GIS và GPS;
- Nghiên cứu tìm hiểu về một số phƣơng pháp thu thập dữ liệu không gian về
đất đai bằng Mobile GIS và GPS;
- Thử nghiệm ứng dụng Mobile GIS và GPS trong thành lập bản đồ địa chính,
bản đồ địa hình và bản đồ hiện trạng sử dụng đất ở một số khu vực thuộc thành phố
Hà Nội và các tỉnh Quảng Trị; Nghệ An; Bắc Ninh; Tuyên Quang. Từ đó đƣa ra nhận
xét đánh giá về khả năng ứng dụng Mobile GIS và GPS trong thu thập dữ liệu không
gian về đất đai.

Phương pháp nghiên cứu
1. Phƣơng pháp phân tích và tổng hợp tài liệu: để tìm hiểu về cơ sở khoa học của
cơng nghệ GPS, Mobile GIS và ứng dụng của chúng trong thu thập dữ liệu
không gian.
2. Phƣơng pháp so sánh: từ số liệu đo đạc bằng Mobile GIS và GPS đƣợc tiến hành
so sánh với số liệu đo đạc toàn đạc và số liệu tọa độ điểm gốc nhằm đánh giá độ
chính xác của các kết quả đo đạc thử nghiệm.
3. Phƣơng pháp trắc địa vệ tinh: cung cấp dữ liệu về tọa độ, vị trí của các đối
tƣợng cho hệ thống Mobile GIS.
4. Phƣơng pháp quản lý dữ liệu bằng GIS: phục vụ cho việc nhập, lƣu trữ và truy
vấn dữ liệu khơng gian và thuộc tính.
Kết quả đạt được
- Báo cáo tổng quan về tình hình ứng dụng cơng nghệ Mobile GIS và GPS trong
thu thập dữ liệu không gian.
- Đánh giá về tính khả thi của cơng nghệ Mobile GIS và GPS trong thu thập dữ
liệu không gian về đất đai từ kết quả thử nghiệm trong một số dự án sản xuất ở các
địa bàn khác nhau.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
1. Nghiên cứu cách tiếp cận mới trong thu thập dữ liệu đất đai ở các tỷ lệ khác
nhau bằng phƣơng pháp sử dụng Mobile GIS và GPS nhằm từng bƣớc áp dụng
rộng rãi công nghệ này vào lĩnh vực đo đạc bản đồ và một số lĩnh vực có liên
quan nhƣ quản lý mơi trƣờng, giao thông, dịch vụ xã hội,...

2


2. Thông qua các thử nghiệm đánh giá đƣợc các ƣu nhƣợc điểm của phƣơng pháp
sử dụng Mobile GIS và GPS so với phƣơng pháp đo đạc truyền thống, từ đó ứng
dụng linh hoạt trong từng điều kiện cụ thể.
Bố cục của luận văn

Luận văn gồm 71 trang, gồm 3 chƣơng không kể phần mở đầu, kết luận và phụ
lục:
Chƣơng 1. Tổng quan về Mobile GIS và GPS.
Chƣơng 2. Một số hệ thống thu thập dữ liệu không gian bằng Mobile GIS GPS.
Chƣơng 3. Thử nghiệm ứng dụng Mobile GIS - GPS trong thu thập dữ liệu
không gian về đất đai.

3


Chương 1: TỔNG QUAN VỀ MOBILE GIS VÀ GPS

1.1. KHÁI QUÁT VỀ CÔNG NGHỆ MOBILE GIS
1.1.1. Khái niệm về mobile GIS
Có rất nhiều lĩnh vực nhƣ đo đạc bản đồ, môi trƣờng, giao thông,... cần tới nhu
cầu thu thập, sử dụng dữ liệu khơng gian tức thời ngay ngồi thực địa, và Mobile GIS
ra đời nhằm đáp ứng nhu cầu đó. Giải pháp này có thể hợp nhất GIS, GPS và các
công nghệ viễn thám cho truy cập dữ liệu không gian thông qua các thiết bị di động.
Việc sử dụng thiết bị Mobile GIS rất tiện lợi, ngƣời đi thực địa có thể dễ dàng
mang thiết bị Mobile GIS thu thập dữ liệu vị trí và dữ liệu thuộc tính của đối tƣợng.
Với cơng nghệ wireless, GPRS, hay 3G, ngƣời sử dụng có thể cập nhật dữ liệu theo
thời gian thực và trao đổi giữa máy chủ trung tâm quản lý dữ liệu bản đồ. Một thuận
lợi khác của giải pháp Mobile GIS là phần cứng của hệ thống có thể tƣơng thích với
các thiết bị GPS phục vụ mục đích đo đạc bản đồ và dẫn đƣờng.
Theo hãng ESRI, Mobile GIS là sự mở rộng của công nghệ GIS từ văn phòng
tới thực địa. Mobile GIS cho phép ngƣời sử dụng có thể thu thập, lƣu trữ, cập nhật,
phân tích và hiển thị thơng tin địa lý ngay tại thực địa [20]. Để làm đƣợc điều này,
Mobile GIS tích hợp các kỹ thuật: hệ thống định vị tồn cầu (GPS), hệ thống thơng
tin địa lý (GIS), và có thể cả thiết bị truyền thông cầm tay. Trong quá khứ, q trình
thu thập và biên tập dữ liệu ngồi thực địa rất tốn thời gian và gặp nhiều sai sót. Dữ

liệu thực địa đầu tiên đƣợc phác họa trên bản đồ giấy hoặc điền vào các phiếu điều tra
thực địa. Khi trở lại văn phòng, các điều chỉnh ghi nhận ngồi thực địa này đƣợc giải
đốn và nhập thủ công trở lại cơ sở dữ liệu số GIS. Hệ quả là dữ liệu GIS thƣờng
không đƣợc hiện hành hoặc chính xác nhƣ yêu cầu. Phát triển một hệ thống Mobile
GIS sẽ cho phép giải quyết đƣợc những vấn đề này vì:
1. GIS đƣợc đƣa đến thực địa nhƣ là bản đồ số trên các thiết bị truyền thông cầm
tay di động.
2. Truy xuất tại thực địa đến nguồn dữ liệu địa lý của tổ chức và cho phép chỉnh
sửa, cập nhật dữ liệu theo thời gian thực đến cơ sở dữ liệu.
Mobile GIS có một tiềm năng lớn, đóng vai trò quan trọng trong các lĩnh vực
liên quan đến dữ liệu không gian. Ngày nay số lƣợng các ứng dụng của Mobile GIS
đã tăng lên nhanh chóng nhờ các cơng ty cá nhân, các tổ chức chính phủ và các đơn
4


vị đào tạo, nghiên cứu khoa học.

Hình 1.1. Các thành phần của hệ thống Mobile GIS [28].
1.1.2. Ứng dụng của mobile GIS
Đối tƣợng sử dụng chính của Mobile GIS là những ngƣời đi điều tra thực địa
trong các dự án sử dụng dữ liệu không gian nhƣ thành lập bản đồ, điều tra đất đai,
nghiên cứu môi trƣờng,... và tất cả những ngƣời cần sử dụng dịch vụ định vị [28]. Ví
dụ nhƣ một nhà khoa học trong vƣờn quốc gia có thể sử dụng GPS và thiết bị Mobile
GIS để hiệu chỉnh, thêm hoặc xóa các vị trí có hệ thực vật đặc biệt, nhạy cảm. Một
ngƣời mua hàng có thể sử dụng điện thoại thơng minh để tìm khu vực mua sắm và
tìm quãng đƣờng ngắn nhất để đi tới đó. Nhân viên cảnh sát có thể sử dụng Pocket
PC để báo cáo về các vụ va chạm với vị trí chính xác và thơng báo này đƣợc gửi ngay
lật tức tới trung tâm xử lý thông qua mạng không dây. Những ứng dụng Mobile GIS
này sử dụng các công nghệ khác nhau cùng với phần mềm đi kèm và các thiết bị phần
cứng. Có vài cách gọi khác nhau, chẳng hạn GIS cho thực địa (field-based GIS, sau

đây gọi tắt là GIS thực địa theo Pundt và Brinkkotter - Runde) [25], dịch vụ định vị vị
trí (location based services - LBS, sau đây gọi tắt là GIS định vị, theo Peng và Tsou)
[28], bản đồ di động (wireless GIS mapping, theo Xue và nnk) [36] và bản đồ từ xa
(telecartography, theo Gartner) [24]. Hiện tại, sự khác biệt của những khái niệm này
phản ánh sự phức tạp của ứng dụng Mobile GIS và các q trình có liên quan đến kết
nối trong GIS.
Thuật ngữ Mobile GIS đƣợc định nghĩa nhƣ là một sự hợp nhất giữa phần cứng
và phần mềm nhằm đáp ứng nhu cầu truy xuất dữ liệu không gian và các dịch vụ
bằng các thiết bị di động thông qua hệ thống mạng không dây. Mobile GIS bao gồm 2
5


lĩnh vực ứng dụng chính [28]:
1. GIS chuyên ngành: tập trung vào việc thu thập dữ liệu GIS, kiểm tra và cập
nhật (dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính).
2. Các dịch vụ dựa vào vị trí (location-based services - LBS): hƣớng vào các
chức năng quản lý địa điểm nhƣ định vị, định hƣớng đƣờng đi, tìm kiếm một
địa điểm xác định hoặc theo dõi phƣơng tiện giao thông.
Sự khác biệt chính giữa 2 lĩnh vực trên là khả năng biên tập, chỉnh sửa dữ liệu.
Hầu hết các ứng dụng GIS thực địa đều cần chỉnh sửa hoặc thay đổi cơ sở dữ liệu gốc
hoặc thay đổi dữ liệu thuộc tính của đối tƣợng. Dịch vụ dựa vào vị trí ít thay đổi cơ
sở dữ liệu GIS và sử dụng chúng nhƣ là bản đồ nền hoặc tham chiếu cho mục đích
dẫn đƣờng và tìm kiếm. Việc thành lập bản đồ nhờ kết nối không dây của các thiết bị
di động là một phần của công nghệ Mobile GIS.
Bảng 1.1 giới thiệu khái quát các thành phần công nghệ chính sử dụng trong
GIS thực địa và GIS định vị cùng với các ứng dụng chính của chúng. Nhìn chung,
cơng nghệ GIS thực địa chú trọng đến các chức năng GIS thông minh, yêu cầu các
thiết bị xử lý số liệu tƣơng đối mạnh và màn hình hiển thị lớn cùng khả năng tƣơng
tác, ví dụ các thiết bị máy tính bỏ túi và máy tính bảng. Hầu nhƣ các gói phần mềm
GIS thực địa chỉ dựa trên nền các thiết bị phần cứng và độc lập với các thiết bị đó. Ở

khía cạnh khác, cơng nghệ LBS tập trung vào giá trị thƣơng mại đƣợc tạo ra từ các
thông tin cung cấp dịch vụ vị trí.
Bảng 1.1. Các ứng dụng Mobile GIS và các cơng nghệ chính [28]
Lĩnh vực

GIS thực
địa

Công nghệ

Ứng dụng

Phần cứng: Pocket PC (hệ điều

Ứng dụng trong quản lý môi

hành Window CE, Window
Mobile); PDA (Palm OS); Table
PC (Windows XP)

trƣờng và tài nguyên thiên nhiên.

Phần mềm: ArcPad, MapXtend,
IntelliWhere, Onsite,...
Nền tảng ứng dụng: Java, Visual
Basic.NET
Kết nối: Wifi, GPRS, 3G
GPS: Sử dụng thiết bị có cáp tín

6

Tìm kiếm dữ liệu địa lý
Dịch vụ cung cấp (điện, nƣớc,
gas,...).
Hệ thống thành lập bản đồ và
quản lý đất đai.
Các dịch vụ khẩn cấp và cảnh
báo rủi ro.


hiệu hoặc qua bluetooth

GIS định vị

Phần cứng: Điện thoại thông minh
tích hợp 2,5G; 3G hoặc các máy

Trợ giúp trực tiếp (tìm kiếm vị
trí).

tính trên phƣơng tiện giao thơng
Phần mềm: Các dịch vụ trực tuyến

Dẫn đƣờng cho các phƣơng tiện
giao thông (hệ thống xác định vị

(trên nền Web) tƣơng thích với các
thiết bị di động.

trí theo thời gian thực và có chức

năng dẫn đƣờng).

Nền tảng ứng dụng: Java, Visual

Dịch vụ giao dịch trong kinh

Basic.NET.
Kết nối: GPRS, 3G hoặc kết nối

doanh (trợ giúp các giao dịch
kinh doanh).

qua vệ tinh.

Dịch vụ bản đồ.

GPS: Gắn kèm thiết bị di động
hoặc phƣơng tiện giao thông.

Các dịch vụ khẩn cấp.
Quản lý thị trƣờng bất động sản.

Máy chủ Web: Máy chủ quản lý dữ Các dịch vụ xã hội.
liệu.
1.1.3. Kiến trúc của hệ thống Mobile GIS
Mobile GIS là các ứng dụng trên máy chủ cho phép nhận, xử lý số liệu và gửi
thông tin tới các khách hàng [28]. Dịch vụ này nhận truy vấn từ các khách hàng
(thơng qua các trang web, điện thoại, máy tính bỏ túi, máy tính...) cho các mục đích
thu thập và xử lý dữ liệu (ví dụ đo đạc bản đồ, tìm kiếm địa chỉ, tải dữ liệu cho một
khu vực). Các lệnh xử lý, phân tích và đo vẽ bản đồ đƣợc thực hiện trên máy chủ,

hoặc trong một số trƣờng hợp đƣợc thực hiện trên các máy khách, hoặc trên cả hai.
Kết quả xử lý đƣợc hiển thị trên máy khách, có thể là dữ liệu bản đồ, danh sách các
địa chỉ tìm kiếm hoặc file dữ liệu. Mobile GIS có một số đặc điểm quan trọng:
- Ln có khả năng linh động (bao gồm khả năng bảo mật và kết nối);
- Có thể hỗ trợ các thiết bị nhẹ, nhỏ gọn;
- Có thể hỗ trợ nhiều máy khách trong cùng một thời điểm.
Dƣới đây là 2 kiến trúc cơ bản của một hệ thống Mobile GIS (Hassin 2003):
1. Ứng dụng độc lập (stand-alone application): tất cả các thành phần của hệ
thống Mobile GIS đƣợc thiết lập trên thiết bị di động (là máy tính cầm tay). Dữ liệu
sẽ đƣợc thu thập và lƣu trữ trên máy này, phần mềm GIS đƣợc cài đặt sẽ có chức
năng hiển thị dữ liệu và thực hiện các thao tác xử lý, phân tích dữ liệu cơ bản. Để
thực hiện một số chức năng chuyên sâu, ngƣời ta có thể cài đặt một số phần mềm ứng
7


dụng chạy trên nền phần mềm Mobile GIS. Đây là kiến trúc đơn giản nhất của
Mobile GIS nhƣng có khó khăn lớn trong chia sẻ dữ liệu và phối hợp giữa nhiều
ngƣời sử dụng hoạt động đồng thời trong hệ thống. Ngoài ra, dung lƣợng dữ liệu bị
hạn chế bởi bộ nhớ của thiết bị di động.
Phần mềm GIS

Dữ liệu
Phần mềm
ứng dụng

Hình 1.2. Mobile GIS theo kiến trúc độc lập.
2. Kiến trúc khách - chủ (client - server): khác với kiến trúc độc lập, trong kiểu
kiến trúc này dữ liệu đƣợc lƣu trữ trên một máy chủ riêng biệt. Dó đó, hệ thống sẽ có
khả năng phục vụ cho nhiều ngƣời sử dụng đồng thời cập nhật, khai thác dữ liệu.
Ngồi ra, sẽ khơng có hạn chế về dung lƣợng dữ liệu. Tuy nhiên, khi triển khai hệ

thống theo kiến trúc này sẽ phải thiết lập hạ tầng mạng để kết nối thiết bị di động với
máy chủ.
Máy chủ
(dữ liệu)

Phần mềm GIS

Phần mềm GIS

Dữ liệu

Dữ liệu

Phần mềm

Phần mềm

Hình 1.3. Mobile
ứngGIS
dụngtheo kiến trúc khách - chủ.
8

ứng dụng


Trong kiến trúc khách - chủ, để chuyển tải dữ liệu giữa thiết bị cầm tay và máy
chủ cần sử dụng kết nối khơng dây. Có 2 giải pháp cho kết nối không dây thƣờng
đƣợc sử dụng cho Mobile GIS là: truyền thông vô tuyến và truyền thông di động.
- Truyền thơng vơ tuyến truyền các tín hiệu qua khơng trung và khơng gian sử
dụng sóng radio, microwave và các tần số hồng ngoại. Truyền sóng vơ tuyến qua

kênh radio và Wireless LAN là hai loại truyền thông vô tuyến phổ biến.
- Truyền thông di động cho phép kết nối dữ liệu thơng qua máy tính hoặc thiết
bị di động mà không cần kết nối vật lý thông qua hai kỹ thuật TDMA (Time Division
Multiple Access) và CDMA (Code Division Multiple Access) [10]. CDMA sử dụng
các kỹ thuật quang phổ dải rộng, trong đó các bit dữ liệu ở mỗi lần trao đổi đƣợc mã
hóa và truyền đồng thời với các lần trao đổi khác. TDMA là kỹ thuật khe thời gian
trong đó mỗi thiết bị trên mạng đƣợc cho một khe thời gian cụ thể để truyền dữ liệu.
Hiện nay chuẩn GSM (The Global System for Mobile Communications) sử dụng kỹ
thuật TDMA đƣợc phát triển mạnh ở nhiều nƣớc, một số quốc gia sử dụng GSM từ
850Mhz đến 1900Mhz [35] (hệ thống GSM phụ thuộc vào tần số). GSM hỗ trợ tốc độ
truyền dữ liệu lớn nhất không quá 14,4 Kb/s. Chuẩn thế hệ thứ 2 này đã trở nên phổ
biến và đƣợc phát triển thêm nhƣ General Packet Radio Service (GPRS), chuẩn này
có thể truyền dữ liệu tới 48 Kb/s. Khi nâng cấp hệ thống 2G lên 2.5G có thể tăng tốc
độ lên 384 Kb/s. Hiện nay chuẩn 3G đã cho phép tải dữ liệu với tốc độ tới 14,4 Mb/s.
Các thiết bị di động cầm tay là hạt nhân của một hệ thống Mobile GIS. Hiện
nay, các thiết bị cầm tay đã có cấu hình tƣơng đối mạnh (tốc độ chip trên điện thoại
đạt tới 2x1,2Ghz, bộ nhớ RAM 1Gb) và đi kèm là hệ điều hành mới (Window Phone
7, Window Mobile 6.5, WindowCE, Android, iOS,...), đồng thời thiết bị cũng đƣợc
tích hợp Wifi, 3G (phổ biến là HSPDA 3,6 hoặc HSPDA 7,2) và GPS (ví dụ chip
SiRF Star III).
1.2. GPS VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP ĐO ĐẠC BẰNG GPS
1.2.1. Cơ sở lý thuyết về Hệ thống định vị toàn cầu GPS
Phương pháp định vị tuyệt đối và định vị tương đối
Hệ thống định vị toàn cầu GPS bao gồm ba bộ phận: vệ tinh, hệ thống điều
khiển và ngƣời sử dụng [9]. Mỗi vệ tinh GPS phát ra hai tần số vơ tuyến phục vụ mục
đích định vị: L1 trên tần số 1575,42MHz và L2 trên tần số 1227,6MHz (nay có thêm
các tần số L1C, L2C và L5). Song tải (sóng mang - carrier phase) ở các tần số này
đƣợc điều biến bởi hai mã giả ngẫu nhiên là C/A-code và P-code (hay Y-code) và
thông báo định vị (Navigation message) [2]. Mỗi vệ tinh GPS có 1 đồng hồ nguyên tử
9

rất chính xác. Các đồng hồ này xung nhịp với tần số f0 = 10.23MHz là tần số cơ bản
để tạo ra tín hiệu phát đi từ vệ tinh [2]. Hệ thống điều khiển (control system) bao gồm
các trạm giám sát (monitor) và trạm điều khiển trung tâm. Hệ thống điều khiển có
chức năng hiển thị sự hoạt động của vệ tinh, xác định quỹ đạo của chúng, theo dõi
các đồng hồ nguyên tử và truyền các thông báo cần phổ biến lên các vệ tinh. Bộ phận
ngƣời sử dụng bao gồm tất cả mọi ngƣời sử dụng với các máy thu. Máy thu tiếp nhận
tín hiệu từ vệ tinh theo mã (code) hoặc pha (phase) của sóng mang (hoặc cả hai).
Bằng cách so sánh tín hiệu đến từ vệ tinh và mã phát ghi trong máy thu có thể xác
định đƣợc khoảng cách (cự ly) từ tâm ăng-ten máy thu đến vệ tinh. Khi có cự ly tới 4
vệ tinh có tọa độ xác định (theo các tham số quỹ đạo) thì máy thu có thể xác định
đƣợc tọa độ khơng gian của nó. Kỹ thuật xác định tọa độ tuyệt đối của một điểm mặt
đất nhƣ vậy gọi là kỹ thuật "giả cự ly" (pseudo range technique). Kỹ thuật này đƣợc
mô tả bằng công thức:

c  t  c  t  ( x s  x p ) 2  ( y s  y p ) 2  ( z s  z p ) 2

(1.1)

ở đây: s=[xs ys zs] - tọa độ vệ tinh (có trong thông báo định vị);
p=[xp yp zp] - tọa độ điểm mặt đất cần xác định;
c - tốc độ truyền sóng;
t - thời gian truyền sóng từ vệ tinh tới máy thu.
t - số hiệu chỉnh thời gian.
Công thức trên có thể đƣợc viết dƣới dạng:

P=

( x s  x p )2  ( y s  y p )2  ( z s  z p )2

+ c×(∆t - ∆T) + ∆atm + ∆

(1.2)

Trong đó:
P - trị đo giả cự ly;
∆t, ∆T - sai số đồng hồ máy thu GPS và sai số đồng hồ của vệ tinh;
∆atm - sai số do ảnh hƣởng của khí quyển;
∆ - tập hợp các sai số khác;
Kết hợp các phƣơng trình đo dạng (1.1) hoặc (1.2) ta có hệ thống phƣơng trình
sai số có 4 ẩn số là t, xp, yp, zp trong đó xs, ys, zs là tọa độ vệ tinh có trong thơng báo
định vị, t đƣợc xác định theo đồng hồ vệ tinh và máy thu theo mã C/A, c là hằng số
tốc độ truyền sóng điện từ. Theo kỹ thuật này, chúng ta có thể xác định tọa độ với độ
10


chính xác khoảng 5-15m. Tọa độ tuyệt đối với độ chính xác 10m của hệ thống GPS
chỉ dùng để đáp ứng 2 mục đích:
- Dẫn đƣờng (định vị cho các đối tƣợng chuyển động nhƣ tàu biển, máy bay...);
- Cung cấp tọa độ gần đúng cho phƣơng pháp đo tọa độ tƣơng đối GPS.
Khác với định vị tuyệt đối bằng mã C/A, phƣơng pháp định vị tƣơng đối bằng
kỹ thuật đo pha GPS có độ chính xác cao hơn hẳn. Nguyên lý đo pha là xác định pha
của sóng mang L1 (với máy thu 1 tần số) hay L1 và L2 (với máy thu 2 tần số).
Chúng ta có cơng thức:
S = N + 

(1.3)

Trong đó:  - bƣớc sóng L1 hoặc L2 ( = c/f, với f là tần số sóng);

N: số nguyên lần bƣớc sóng;

: pha của sóng;
S: khoảng cách vệ tinh - máy thu.
Từ công thức (1.3) chúng ta có:

 = (f/c)  S – N

(1.4)

Cơng thức (1.4) có thể viết nhƣ sau:

(t) = s(ts) – p(t) + Nsp

(1.5)

Trong đó:
s(ts) - pha của sóng tại thời điểm từ khi vệ tinh bắt đầu phát tín hiệu;
p(t) - pha của sóng tại thời điểm từ khi máy thu nhận đƣợc tín hiệu;
Nsp - số ngun lần bƣớc sóng.
Từ công thức trên ta suy ra:

(t) = s(t) – (f/c)  Ssp – p(t) + Nsp

(1.6)

Kết hợp các thành phần của vế phải cơng thức (1.6) có thể biểu diễn dƣới dạng:

(t) = - (f/c)  Ssp – p(t) + s(t) + sp

(1.7)

Trong đó:

p(t) - thành phần sai số do máy thu gây ra (chủ yếu là số hiệu chỉnh đồng hồ
máy thu).

s(t) - thành phần sai số do vệ tinh gây ra (chủ yếu là số hiệu chỉnh đồng hồ vệ
11


tinh).

sp(t) - thành phần sai số do cả vệ tinh và máy thu gây ra không phụ thuộc thời
gian (chủ yếu là s(t0) - p(t0) + Nsp, trong đó t0 là thời điểm bắt đầu đo).
Công thức (1.7) là công thức cơ bản để lập phƣơng trình đo trong kỹ thuật đo
pha GPS. Điều quan trọng nhất là phải tổ hợp các trị đo sao cho khử đƣợc các thành
phần hệ thống p(t), s(t) và p.
1.2.2. Phương pháp GPS phân sai (Differential GPS - DGPS)
Nếu cần phải xác định tọa độ trong lúc chuyển động với độ chính xác cao thì có
thể sử dụng phƣơng pháp định vị phân sai (differential) tƣơng đối. Ý tƣởng là dùng
một máy thu đặt tại một điểm đã biết tọa độ sử dụng làm điểm tham chiếu (máy
base). Số liệu đo của máy thu này đƣợc sử dụng để tính sai số (số cải chính) rồi
chuyển tới máy động (máy rover) để hiệu chỉnh kết quả đo ở máy này. Kết quả là các
sai số sẽ giảm đi một cách đáng kể. Một số thử nghiệm DGPS tại thành phố Hồ Chí
Minh cho sai số từ 1,2m đến 2,3m [3].
1.2.2.1. Các nguồn sai số ảnh hưởng đến độ chính xác DGPS
Trong đo GPS, các nguồn sai số chính bao gồm:
- Sai số do chế độ SA (Selective Availability):
Là sai số nhân tạo do chủ ý của Bộ Quốc phịng Mỹ đƣa vào tín hiệu vệ tinh

GPS nhằm mục đích bảo mật trong quân sự. Ảnh hƣởng của sai số SA đến kết quả
định vị thay đổi tuỳ theo ý định chủ quan của ngƣời tạo ra SA. Thơng thƣờng sai số
này có giá trị khoảng 30 m.
Từ năm 2000, sai số SA đã không cịn có trong tín hiệu GPS nữa.
- Sự trễ tín hiệu do ảnh hưởng của tầng điện ly (ionosphere) trong khí quyển
(Ionospheric delays).
Tầng điện ly trong khí quyển là lớp khí quyển có độ cao trên 50km. Sóng điện
từ đi qua tầng điện ly bị tán xạ gây nên sự trễ tín hiệu. Ảnh hƣởng của sự trễ tín hiệu
này thông thƣờng khoảng 20 - 30m vào ban ngày và 3 - 6m vào ban đêm.
Sự trễ tín hiệu do ảnh hƣởng của tầng điện ly của tín hiệu từ một vệ tinh GPS
đến hai máy thu GPS có khoảng cách nhỏ (dƣới 40km) là tƣơng đối giống nhau; do
có thể coi môi trƣờng điện ly ở hai máy thu GPS là nhƣ nhau. Khi khoảng cách giữa
các máy thu GPS càng xa thì sai số do trễ tín hiệu cũng tăng lên.
Để giảm bớt sai số do trễ tín hiệu, vệ tinh GPS phát đi các hệ số mô hình hố
tầng điện ly để tính ảnh hƣởng của sự trễ tín hiệu. Tuy vậy, các mơ hình khí quyển
12


cũng chỉ là gần đúng, do vậy vẫn tồn tại sự trễ tín hiệu do ảnh hƣởng của tầng điện ly.
Một đặc tính quan trọng là ảnh hƣởng của tầng điện ly tỷ lệ nghịch với bình phƣơng
của tần số sóng điện từ. Do vậy, sử dụng máy thu GPS hai tần số sẽ tính đƣợc ảnh
hƣởng của tầng điện ly.
- Sự trễ tín hiệu do ảnh hưởng chiết quang của tầng đối lưu (tropospheric
delays):
Tầng đối lƣu là lớp khí quyển dƣới tầng điện ly. Do ảnh hƣởng của tính chất
khúc xạ của sóng điện từ khi truyền qua mơi trƣờng khí quyển khơng đồng nhất mà
sinh ra hiện tƣợng trễ tín hiệu GPS. Hệ số chiết quang trung bình của tầng đối lƣu là
1.0030, song do ảnh hƣởng của nhiệt độ, độ ẩm và áp suất khác nhau, hệ số này luôn
thay đổi gây nên sự không đồng nhất trong mơi trƣờng truyền sóng.
Ảnh hƣởng của tầng đối lƣu đến sai số do trễ tín hiệu GPS phụ thuộc vào độ cao

của vệ tinh tính bằng góc (Elevation angle). Đối với vệ tinh thấp dƣới 30o, sai số do
tầng đối lƣu có thể lên tới 30m, độ cao của vệ tinh càng lớn, sai số này càng giảm
dần. Sự khác nhau về hệ số chiết quang của các vùng khác nhau có thể tạo ra sự khác
nhau về độ trễ tín hiệu giữa hai máy thu GPS tới 1 - 3m.
Sai số do ảnh hƣởng của tầng đối lƣu có thể hạn chế bằng cách đặt góc ngƣỡng
cao lớn khi thu tín hiệu GPS và sử dụng các mơ hình khí quyển thích hợp.
- Sai số quỹ đạo vệ tinh (Ephemeris error):
Mỗi vệ tinh GPS, theo thiết kế, chuyển động theo một quỹ đạo nhất định.
Nhƣng do nhiều yếu tố kỹ thuật, các vệ tinh không thể bay đúng hoàn toàn theo quỹ
đạo thiết kế. Do vậy, quỹ đạo vệ tinh (lịch vệ tinh) đƣợc thơng báo trong tín hiệu vệ
tinh sẽ khơng trùng hồn tồn với quỹ đạo thực tế của vệ tinh. Sai số quỹ đạo vệ tinh
là sự chênh lệch giữa toạ độ thực tế của vệ tinh với toạ độ đƣợc tính theo lịch vệ tinh
dự đoán. Lịch vệ tinh hàng ngày đƣợc hiệu chỉnh ít nhất một lần.
Sai số do quỹ đạo vệ tinh nói chung khá nhỏ, dƣới 3m.
- Sai số đồng hồ vệ tinh:
Là độ lệch về giờ thật của đồng hồ vệ tinh so với giờ thơng báo trong tín hiệu vệ
tinh. Các máy định vị GPS phải căn cứ vào giờ vệ tinh thông báo và giờ theo đồng hồ
máy thu GPS để định vị (tính giả cự ly), vì vậy sai số đồng hồ vệ tinh sẽ gây nên sai
số xác định giả cự ly, tức là gây nên sai số định vị.
Đồng hồ vệ tinh cũng luôn đƣợc hiệu chỉnh bằng tín hiệu phát đi từ trạm điều
khiển.
- Sai số đồng hồ máy thu GPS:
13


Sai số này cũng tƣơng tự nhƣ sai số đồng hồ vệ tinh. Sai số đồng hồ của máy
thu GPS tạo nên sai số tính giả cự ly, tức là tạo nên sai số định vị của các máy thu
GPS.
- Sai số do ảnh hưởng của hiện tượng đa tuyến (Multipath):
Hiện tƣợng đa tuyến là hiện tƣợng phản xạ tín hiệu GPS từ mặt đất tới ăngten

máy thu GPS khi góc ngƣỡng cao của vệ tinh nhỏ. Hiện tƣợng này có thể tránh đƣợc
khi loại bỏ các vệ tinh có góc ngƣỡng cao nhỏ (nhỏ hơn 10o - 15o) và sử dụng ăngten
có đĩa che tia phản xạ (ăngten chokering).
- Độ chính xác do ảnh hưởng của đồ hình vệ tinh (sự suy giảm độ chính xác):
Độ chính xác định vị bằng GPS phụ thuộc vào vị trí hình học tƣơng quan giữa
các vệ tinh với máy thu GPS. Chỉ số đánh giá sự phân bố đều vị trí tƣơng quan của
các vệ tinh với máy thu GPS đƣợc gọi là sự suy giảm độ chính xác (DOP). Chỉ số
DOP càng cao thì độ chính xác càng thấp. Giá trị tốt nhất của DOP là nhỏ hơn 2,5.
Giá trị cho phép thƣờng là nhỏ hơn 6.
Tất cả các sai số trên đều đƣợc gọi chung là phân sai trong kỹ thuật DGPS. Kỹ
thuật cải chính phân sai GPS là nhằm loại bỏ hoặc giảm thiểu các sai số nêu trên. Các
nguồn sai số bị triệt tiêu (loại bỏ) khi sử dụng kỹ thuật DGPS là các loại sai số không
phụ thuộc vào vị trí của máy thu GPS trên mặt đất (ảnh hƣởng hoàn toàn giống nhau
đối với tất cả các máy thu GPS ở các vị trí khác nhau) các nguồn sai số này bao gồm:
sai số SA, sai số đồng hồ vệ tinh.
Về lý thuyết thì ảnh hƣởng của các nguồn sai số khác đến kết quả định vị của
các máy thu GPS đặt gần trạm base là xấp xỉ nhau và có giá trị chênh lệch khoảng 10
- 15cm. Khi khoảng cách từ máy GPS động đến trạm base lớn (50 - 500km) thì ảnh
hƣởng của các loại sai số tại trạm tĩnh và tại trạm GPS động là khác nhau. Nguyên lý
của DGPS là tính phân sai tại trạm base và lấy đó làm số liệu cải chính kết quả định
vị tại các trạm GPS động. Khi máy GPS động ở xa trạm base, sai số lý thuyết của
phƣơng pháp DGPS là khoảng 1 - 5m. Giá trị này phụ thuộc vào chất lƣợng kỹ thuật
của thiết bị tại trạm base và máy thu GPS động.
1.2.2.2. Các giải pháp kỹ thuật cải chính phân sai trị đo GPS (DGPS)
Trong phƣơng pháp đo DGPS, việc cải chính phân sai có thể thực hiện bằng một
trong hai phƣơng pháp sau đây:
- Phương pháp cải chính toạ độ: theo phƣơng pháp này số cải chính phân sai là
hiệu số toạ độ (hiệu kinh độ, vĩ độ và độ cao: ∆B, ∆L và ∆H) đã biết và toạ độ tính
đƣợc theo trị đo GPS tại trạm base.
14

Số cải chính phân sai tính theo phƣơng pháp cải chính toạ độ chỉ đúng khi cả hai
máy base và rover cùng thu tín hiệu tới cùng một nhóm vệ tinh. Nếu vệ tinh thu đƣợc
khác nhau thì số cải chính khơng những khơng làm giảm mà cịn có thể làm tăng sai
số cho kết quả đo ở máy rover.
- Phương pháp cải chính cự ly: số cải chính phân sai là hiệu khoảng cách thật từ
vệ tinh tới máy thu và giả cự ly đo đƣợc tại trạm base.
Tuỳ theo cách xử lý, ta có 2 phƣơng pháp tính số cải chính phân sai DGPS:
- Phương pháp DGPS xử lý sau (Post processing): theo phƣơng pháp này, số
liệu đồng thời thu tín hiệu các vệ tinh giống nhau, trong cùng một khoảng thời gian
tại trạm base và trạm rover đƣợc lƣu lại và số cải chính phân sai cùng với toạ độ đã
đƣợc cải chính phân sai của trạm rover đƣợc tính tốn sau khi đo xong.
- Phương pháp DGPS thời gian thực (Realtime DGPS): theo phƣơng pháp này
tại trạm base số cải chính phân sai liên tục đƣợc tính tốn và đƣợc truyền tới các máy
rover thơng qua các thiết bị truyền thông. Các máy thu GPS rover đồng thời thu tín
hiệu từ vệ tinh GPS và tín hiệu cải chính phân sai phát từ trạm base để tính ra toạ độ
chính xác (đã đƣợc cải chính phân sai). Sơ đồ hoạt động của phƣơng pháp Realtime
DGPS đƣợc mơ tả trong hình 1.4.

Hình 1.4. Sơ đồ hoạt động của DGPS thời gian thực.
Cấu hình thiết bị tối thiểu của phƣơng pháp Realtime DGPS gồm 3 phần chính:
- Máy thu GPS base.
- Thiết bị truyền tin thu và phát (Datalink).
- Máy thu GPS rover.

15


1.2.2.3. Các phương pháp đo DGPS

a. Phương pháp MSK - DGPS với các trạm GPS dẫn đường (Minimum Shift
Keying DGPS)
Để ứng dụng kỹ thuật DGPS trên một khu vực, ngƣời ta xây dựng các trạm Reference
DGPS cố định ở các vị trí nhất định để dẫn đƣờng và cung cấp tín hiệu cải chính phân
sai cho các máy động nằm trong phạm vi phủ sóng đƣợc thiết kế. Các trạm này đƣợc
gọi là trạm GPS dẫn đƣờng (Beacon Control GPS Station). Nhiều trạm Beacon
Control GPS Station cùng hoạt động dƣới sự điều khiển chung trong hệ thống Beacon
Control GPS System. Cấu hình thiết bị của các trạm Beacon Control rất linh động và
phụ thuộc vào quy mô trạm, quy mô của hệ thống cũng nhƣ yêu cầu của đối tƣợng
phục vụ.
Hoạt động của máy GPS Monitoring tại trạm Beacon Control có thể mơ tả nhƣ
sau:
Máy thu GPS IM (Integrity Monitor GPS receiver) đƣợc tích hợp một máy thu
GPS và máy thu tín hiệu cải chính phân sai, ăng-ten của máy thu GPS IM đƣợc đặt tại
một điểm đã biết toạ độ gần trạm Beacon Control. Bản thân máy thu GPS IM, khi đó
hoạt động nhƣ là một máy GPS động: đồng thời thu tín hiệu từ vệ tinh GPS và tín
hiệu cải chính phân sai phát từ trạm Beacon Control. Từ tín hiệu vệ tinh và tín hiệu
cải chính phân sai thu đƣợc, máy thu GPS IM tính ra toạ độ đã đƣợc cải chính phân
sai. So sánh toạ độ đã đƣợc cải chính phân sai với toạ độ đã biết tại điểm đặt ăng-ten
của máy thu GPS IM, sẽ đánh giá đƣợc sai số của tín hiệu cải chính phân sai phát đi
từ trạm Beacon Control.
b. Phương pháp DGPS diện rộng (WADGPS)
Các trạm Beacon Control thƣờng chỉ có tầm phủ sóng khoảng 500km. Các trạm
này đƣợc xây dựng trên đất liền, do đó khơng phủ sóng đến vùng biển xa hoặc vùng
bị địa hình, địa vật che khuất. Trong trƣờng hợp này, nếu nâng tầm hoạt động của
trạm Beacon Control lên trên 500km thì độ chính xác cải chính phân sai bị giảm rất
lớn. Để khắc phục nhƣợc điểm này của các trạm Beacon Control, ngƣời ta áp dụng
phƣơng pháp DGPS diện rộng - WADGPS (Wide Area Differenfial GPS). Về nguyên
lý phƣơng pháp WADGPS không khác với phƣơng pháp MSK - Beacon DGPS. Sự
khác nhau giữa hai phƣơng pháp này là phƣơng thức truyền tín hiệu cải chính phân sai.

Phƣơng thức truyền tin tới các máy thu GPS động trong phƣơng pháp DGPS
diện rộng là truyền tin gián tiếp thông qua vệ tinh truyền thông (Communication
Satellite), gọi là Inmarsat Satellite. Các máy GPS động nằm trong tầm nhìn của vệ
16


tinh truyền thơng đều nhận đƣợc tín hiệu cải chính phân sai. Khi sử dụng nhiều vệ
tinh truyền thông với quỹ đạo khác nhau thì có thể truyền tín hiệu trên phạm vi toàn
cầu. Tuy vậy, tầm hoạt động của hệ thống WADGPS khơng vì thế mà có thể đảm bảo
trên phạm vi toàn cầu. Việc sử dụng vệ tinh chỉ nhằm mục đích truyền thơng, cịn độ
chính xác thì phụ thuộc vào các trạm GPS cố định (Reference GPS Station) trong hệ
thống WADGPS. Vì vậy, để đảm bảo độ chính xác, ngƣời ta vẫn phải bố trí các trạm
GPS cố định đủ mật độ. Ƣu việt của phƣơng pháp này là các trạm GPS cố định đơn
giản hơn nhiều so với các trạm Beacon DGPS. Do tín hiệu cải chính phân sai đƣợc
phát thơng qua vệ tinh, tại các trạm này không cần ăngten phát nhƣ các trạm DGPS.
Chu trình hoạt động của hệ thống WADGPS có thể tóm tắt nhƣ sau:
Trạm Reference WADGPS thu tín hiệu từ vệ tinh GPS, tính ra số cải chính phân
sai và truyền tới trung tâm kiểm tra. Tại đây, số liệu cải chính phân sai đƣợc kiểm tra,
xử lý và truyền tới vệ tinh truyền thông. Vệ tinh truyền thông truyền tải lại số liệu cải
chính phân sai tới các máy GPS động trên mặt đất. Sử dụng tín hiệu thu đƣợc từ vệ
tinh GPS và số liệu cải chính phân sai thu đƣợc từ vệ tinh truyền thông Inmarsat, máy
thu GPS động tính ra vị trí chính xác đã đƣợc cải chính phân sai.
Mỗi hệ thống WADGPS gồm nhiều trạm Reference, một vài Trung tâm kiểm tra
và khoảng 3 - 4 vệ tinh truyền thơng.
Hiện nay, có 3 hệ thống WADGPS: Hệ thống Omnistar và Starfix của hãng
Fugro và hệ thống Skyfix của hãng Racal.
Hệ thống Starfix gồm 60 trạm Reference đƣợc bố trí thành 3 vùng trên tồn cầu,
3 trạm kiểm tra và 4 vệ tinh truyền thông đảm bảo phủ sóng từ 70o vĩ độ Nam tới 70o
vĩ độ Bắc, tầm hoạt động là 2000 km. Hệ thống Omnistar thực chất là hệ thống
Starfix nhƣng chỉ hoạt động ở ven biển và trên đất liền.

Hệ thống Skyfix có cấu tạo, độ chính xác và tầm hoạt động tƣơng tự nhƣ hệ
thống Starfix.
c. Kỹ thuật DGPS truyền thông dải tần số cao UHF hoặc VHF
Kỹ thuật DGPS truyền thông dải tần số cao UHF hoặc VHF chỉ khác các công
nghệ DGPS khác ở kỹ thuật thu phát sóng.
Đối với dải tần UHF các gói tín hiệu theo chuẩn RTCM SC 104 từ máy thu
DGPS RS đƣợc modem của máy phát Radio Link điều biến trong dải tần sóng mang
từ 420MHz đến 470MHz. Còn đối với dải tần VHF, dải tần sóng mang là từ 140
MHz đến 180MHz.
Hệ thống DGPS truyền thông dải tần số cao UHF hoặc VHF bao gồm 3 thành
17


phần chính:
- Máy thu DGPS RS (DGPS Reference Station) tạo đƣợc các gói tín hiệu theo
chuẩn RTCM SC 104 tại các cổng giao tiếp RS 232, đặt trên điểm cố định đã biết toạ
độ.
- Máy phát sóng radio điều biến tín hiệu số để phát số liệu cải chính đến máy
thu di động.
- Máy thu di động DGPS, thu nhận và sử dụng các gói thơng tin dạng chuẩn
RTCM SC 104 tại các cổng giao tiếp RS 232 để cải chính toạ độ ở chế độ thời gian
thực (Real-time).
Độ chính xác của kỹ thuật DGPS sử dụng dải tần số UHF và VHF hoàn toàn
phụ thuộc vào chất lƣợng của các thiết bị định vị DGPS và phƣơng pháp cải chính
phân sai (Real-time DGPS hoặc RTK). Độ chính xác cải chính phân sai sử dụng
phƣơng pháp Real-time DGPS đạt khoảng 1-3m, đối với phƣơng pháp RTK khoảng
20cm [8].
1.3. MỐI QUAN HỆ GIỮA MOBILE GIS VÀ GPS
Theo các định nghĩa trên thì GPS đƣợc coi là một thành phần của hệ thống
Mobile GIS. GPS mang đến cuộc cách mạng cho GIS, đáp ứng nhu cầu về vị trí theo

thời gian thực và thông tin thực địa [16]. Thiết bị thu GPS trong hệ thống Mobile GIS
thƣờng sử dụng phƣơng pháp định vị độc lập. Độ chính xác thấp của GPS sử dụng
trong đa số các hệ thống Mobile GIS so với các phƣơng pháp đo đạc truyền thống chỉ
là vấn đề có tính tƣơng đối [19]. Để nâng cao độ chính xác có thể sử dụng các thiết bị
định vị nhƣ Trimble GeoExplorer GeoXT (có hỗ trợ tính năng DGPS) với phần mềm
ArcPad và phần mềm nâng cao độ chính xác GPS xử lý sau. Ngồi ra có thể sử dụng
phần mềm loại bỏ các điểm GPS có sai số lớn và nội suy từ những điểm trƣớc đó (ví
dụ MMGPS) [26]. Phần mềm ArcPad thƣờng đƣợc sử dụng cho Mobile GIS. ArcPad
cung cấp bản đồ, GIS và tích hợp GPS hoặc DGPS cho ngƣời sử dụng thông qua thiết
bị di động [19].
Với GPS đƣợc tích hợp, ArcPad sẽ hiển thị vị trí hiện tại trên bản đồ theo thời
gian thực [19]. Máy thu GPS hỗ trợ 4 giao thức truyền tín hiệu: NMEA 0183
(National Marine Electronics Association); TSIP (Trimble Standard Interface
Protocol); DeLorme Earth binary protocol; Rockwell PLGR GPS binary protocol.
Phần mềm tự động lƣu tọa độ GPS dƣới định dạng shapefile ở dạng điểm, dạng
đƣờng hay dạng vùng và có thể đƣợc mở trực tiếp bằng phần mềm GIS khác. Tất cả
dữ liệu GPS đƣợc ghi dƣới dạng “track log”. Ngƣời sử dụng cũng có thể thu thập dữ

18