Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………

iBỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO
TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KIỀU ANH TUẤN

KHẢO SÁT ðỘ CHÍNH XÁC ðO GPS ðỘNG RTK TRONG
CÔNG TÁC THÀNH LẬP BẢN ðỒ ðỊA CHÍNH TỶ LỆ 1/1000
XÃ ðẠI ðỒNG HUYỆN THẠCH THẤT THÀNH PHỐ HÀ NỘI
CHUYÊN NGÀNH: QUẢN LÝ ðẤT ðAI
MÃ SỐ: 60.85.01.03 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. LÊ MINH TÁ Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………

ii

LỜI CẢM ƠN ðể hoàn thành ñược ñề tài, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành ñến:
Ban giám hiệu Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội, Khoa Tài nguyên và
Môi trường, cùng các Thầy Cô giáo ñã giảng dạy, truyền ñạt kiến thức cho tôi trong
suốt thời gian tôi tham gia khóa học của Trường.
TS. Lê Minh Tá ñã hết lòng quan tâm, trực tiếp hướng dẫn tôi trong quá trình
thực hiện ñề tài.
Trung tâm kỹ thuật tài nguyên môi trường Hà Nội ñã tạo ñiều kiện về máy
móc ñể tôi có thể hoàn thành quá trình thực nghiệm.
Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành ñến gia ñình, bạn bè ñã giúp ñỡ, ñộng
viên và ñóng góp ý kiến cho tôi trong suốt quá trình học tập và hoàn thành ñề tài.
Tác giả luận văn
Kiều Anh Tuấn

1.3.4 Giới thiệu phần mềm xử lý số liệu 33
1.3.5 Thông số kỹ thuật của máy Leica TS 02 35
1.4 Tổng quan về tình hình nghiên cứu, triển khai và ứng dụng công nghệ
GPS trên Thế giới và ở Việt Nam
36
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………

iv

1.4.1 Trên Thế giới 36
1.4.2 Ở Việt Nam………………………………………………………………….38
1.5 Bản ñồ ñịa chính 40
1.5.1 Khái niệm và phân loại bản ñồ ñịa chính 40
1.5.2. Cơ sở toán học 40
1.5.3. Vai trò và tầm quan trọng của bản ñồ ñịa chính 46
1.5.4. Nội dung và yêu cầu thành lập bản ñồ ñịa chính 47
Chương 2 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 50
2.1 ðối tượng nghiên cứu 50
2.2 Phạm vi nghiên cứu 50
2.3 Nội dung nghiên cứu 50
2.3.1 Lựa chọn tần suất ghi tín hiệu khi ño GPS ñộng ñể thành lập bản ñồ ñịa
chính bằng các kết quả ño thực ñịa
50
2.3.2 ðánh giá ảnh hưởng của việc chọn tần suất ghi tín hiệu ñến ñộ chính
xác ño GPS ñộng
50
2.3.3 ðề xuất khả năng ứng dụng của công tác ño GPS ñộng trong công tác
thành lập bản ñồ ñịa chính 51
2.4 Phương pháp nghiên cứu 51
2.4.1 Phương pháp ñiều tra, khảo sát thu thập số liệu trong phạm vi nghiên


vi

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

BððC : Bản ñồ ñịa chính
DOP : Dilution of Precision
Chỉ số phân tản ñộ chính xác
dx , dy, dp : ðộ lệch tọa ñộ x, y
GDOP : Geometric Dilution of Precision
Chỉ số phân tản ñộ chính xác hình học
GPS : Global Positioning System
Hệ thống ñịnh vị toàn cầu
HDOP : Horizon Dilution of Precision
Chỉ số phân tản ñộ chính xác mặt bằng
PDOP : Position Dilution of Precision
Chỉ số phân tản ñộ chính xác vị trí ñiểm
PPK : Post Procesed Kinematic
ðo GPS ñộng xử lý sau
Ratio : Tỉ số phương sai
Reference Variance : ðộ chênh lệch tham khảo
RTK : Real Time Kinematic
ðo GPS ñộng xử lý tức thời
Mx, My, Mh : Sai số theo phương x, y h
Mp : Sai số vị trí ñiểm
VDOP : Vertiacal Dilution of Precision
Chỉ số phân tản ñộ chính xác ñộ cao
X, Y, h : Tọa ñộ X, Y, ðộ cao thủy chuẩn tạm thời
UTM : Universal Transverse Mercator

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………

viii

DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1: Mô hình hình ảnh trái ñất và vệ tinh GPS 3
Hình 1.2: Sơ ñồ cấu trúc hệ thống GPS 5
Hình 1.3: Sơ ñồ quỹ ñạo vệ tinh hệ thống GPS 6
Hình 1.4: Cấu trúc vệ tinh GPS thế hệ ñầu Block I 7
Hình 1.5: Cấu trúc vệ tinh GPS thế hệ mới Block IIR-M1 7
Hình 1.6: Các trạm ñiều khiển GPS 8
Hình 1.7. Sơ ñồ truyền tín hiệu của ñoạn ñiều khiển 9
Hình 1.8 : Sơ ñồ cơ chế xác ñịnh thời gian truyền tín hiệu GPS 10
Hình 1.9. Trị ño pha và số nguyên ña trị 12
Hình 1.10. Sơ ñồ ñịnh vị GPS tuyệt ñối 13
Hình 1.11 . Sơ ñồ mô tả sai phân bậc một 15
Hình 1.12. Sơ ñồ mô tả sai phân bậc hai 16
Hình 1.13 Máy thu vệ tinh Receiver 4600 LS 24
Hình 1.14 Máy thu vệ tinh Receiver 4800 25
Hình 1.15 Hệ thống Radio Link Trimtalk 900 26
Hình 1.16 Hệ thống Radio Link TDL 450 26
Hình 1.17 Thiết bị ñiều khiển TSC2 27
Hình 1.13 Bình ác quy của Radio Link 28
Hình 1.14. Máy Trimble R4 30
Hình 1.15. Menu file 34

ñến nay cùng với khoa học công nghệ phát triển trên thế giới thì GPS ñã ñược áp
dụng vào Việt Nam ñầu tiên là ño các ñiểm toạ ñộ cấp “ 0” sau ñó là ño toạ ñộ các
ñiểm lưới cấp cao.
Ưu ñiểm của hệ thống ñịnh vị toàn cầu GPS là có thể xác ñịnh toạ ñộ một
ñiểm bất kỳ trên Trái ñất, có thể xác ñịnh toạ ñộ 1 ñiểm từ ñiểm gốc khác mà không
cần thông hướng, ñộ chính xác trong khi ño ñạc ít bị ảnh hưởng của ñiều kiện thời
tiết, ño ñạc toạ ñộ các ñiểm với thời gian nhanh chóng và ñộ chính xác cao, có thể
ño cả ban ngày và ban ñêm, kết quả ño ñạc ñược tính trên hệ toạ ñộ toàn cầu.
Công nghệ GPS ngày càng phát triển và hoàn thiện hơn với ñộ chính xác
ngày càng cao vì vậy ñã ñược hầu hết các nước trên thế giới ñưa vào phục vụ công
tác xây dựng lưới từ toàn cầu cho ñến quốc gia, phục vụ cho nghiên cứu hình dáng
trái ñất và ñịa ñộng học. Giúp hoàn thiện mạng lưới tọa ñộ Quốc gia và khu vực.Ở
Việt Nam, công nghệ GPS ñược ứng dụng ñể xây dựng mạng lưới tọa ñộ cấp “0”,
mạng lưới cơ sở và mạng lưới cấp thấp phục vụ thành lập bản ñồ, công tác kỹ thuật
trên nhiều lĩnh vực khác nhau.
Những năm gần ñây, do tiến bộ nhanh về kỹ thuật xử lý số liệu, công nghệ
chế tạo thiết bị ngày càng hoàn thiện vì vậy kỹ thuật ño GPS ñộng ñã và ñang ñược
ứng dụng rộng rãi trên toàn thế giới. Ở Việt Nam, trong những năm gần ñây công
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………

2

tác ño GPS ñộng ñã ñược nghiên cứu thực nghiệm ở một số cơ sở sản xuất. ðể có
ñược những kết luận khoa học về khả năng ứng dụng của công nghệ ño GPS ñộng
trong ño vẽ bản ñồ ñịa chính thì công tác khảo sát ñánh giá ñộ chính xác của
phương pháp này là công tác rất cấp thiết trong thực tế hiện nay. ðược sự giúp ñỡ
của thầy giáo TS. Lê Minh Tá – Giảng viên khoa Trắc ðịa trường ðại học Mỏ ðịa
chất , chúng tôi ñã tiến hành nghiên cứu và thực hiện ñề tài:
“Khảo sát ñộ chính xác ño GPS ñộng RTK trong công tác thành lập bản
ñồ ñịa chính tỷ lệ 1/1000 xã ðại ðồng huyện Thạch Thất thành phố Hà Nội”

Global Positioning System. ðây là một hệ thống radio hàng hải dựa vào các vệ tinh
ñể cung cấp thông tin vị trí 3 chiều và thời gian chính xác. Hệ thống luôn sẵn sàng
trên phạm vi toàn cầu và hoạt ñộng trong mọi ñiều kiện thời tiết.

Hình 1.1: Mô hình hình ảnh trái ñất và vệ tinh GPS
Từ những năm 60 của thế kỷ 20, Cơ quan Hàng không và Vũ trụ (NASA)
cùng với Quân ñội Hoa Kỳ ñã tiến hành chương trình nghiên cứu, phát triển hệ
thống dẫn ñường và ñịnh vị chính xác bằng vệ tinh nhân tạo. Hệ thống ñịnh vị dẫn
ñường bằng vệ tinh thế hệ ñầu tiên là hệ thống TRANSIT. Hệ thống này có 6 vệ
tinh, hoạt ñộng theo nguyên lý Doppler. Hệ TRANSIT ñược sử dụng trong thương
mại vào năm 1967. Một thời gian ngắn sau ñó TRANSIT bắt ñầu ứng dụng trong
trắc ñịa. Việc thiết lập mạng lưới ñiểm ñịnh vị khống chế toàn cầu là những ứng
dụng sớm nhất và giá trị nhất của hệ TRANSIT.
ðịnh vị bằng hệ TRANSIT cần thời gian quan trắc rất lâu mà ñộ chính xác chỉ
ñạt khoảng 1m. Do vậy trong trắc ñịa hệ TRANSIT chỉ phù hợp với công tác xây dựng
các mạng lưới khống chế cạnh dài. Hệ này không thoả mãn ñược các ứng dụng ño ñạc
thông dụng như ño ñạc bản ñồ, các công trình dân dụng (ðặng Nam Chinh, 2012).
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………

4

Tiếp sau thành công của hệ TRANSIT. Hệ thống ñịnh vị vệ tinh thế hệ thứ
hai ra ñời có tên là NAVSTAR-GPS (Navigtion Satellite Timing And Ranging -
Global Positioning System), ñược gọi tắt là GPS. Hệ thống này bao gồm 24 vệ tinh
phát tín hiệu, bay quanh trái ñất theo những quỹ ñạo xác ñịnh. ðộ chính xác ñịnh vị
bằng hệ thống này ñược nâng cao về chất so với hệ TRANSIT. Nhược ñiểm về thời
gian quan trắc ñã ñược khắc phục. Một năm sau khi phóng vệ tinh thử nghiệm NTS-
2 (Navigation Technology Sattellite 2 ), giai ñoạn thử nghiệm vận hành hệ thống
GPS bắt ñầu với việc phóng vệ tinh GPS mẫu "Block I". Từ năm 1978 ñến năm
1985 có 11 vệ tinh Block I ñã ñược phóng lên quỹ ñạo. Hiện nay hầu hết số vệ tinh

Hệ thống ban ñầu có 24 vệ tinh, trong ñó có 3 vệ tinh dự trữ. Hiện nay ñã có
31 vệ tinh bay xung quanh Trái ñất ở quỹ ñạo gần tròn, với ñộ cao khoảng
20.200km, góc nghiêng 55
0
, chu kỳ 718 phút. Nằm trên 6 mặt phẳng quỹ ñạo, mỗi
mặt phẳng quỹ ñạo có 4 hoặc 5 vệ tinh.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………

6Hình 1.3: Sơ ñồ quỹ ñạo vệ tinh hệ thống GPS
Chức năng chính của các vệ tinh là:
+ Nhận và lưu trữ dữ liệu ñược gửi lên từ các trạm ñiều khiển.
+ Duy trì thời gian chính xác bởi ñồng hồ nguyên tử gắn trên vệ tinh.
+ Truyền thông tin và dữ liệu cho người sử dụng theo hai tần số là L1 và L2.
Từ khi phóng vệ tinh GPS ñầu tiên ñược phóng vào năm 1978, ñến nay ñã có
bốn thế hệ vệ tinh khác nhau. Thế hệ ñầu tiên là vệ tinh Block I, thế hệ thứ hai là
Block II, thế hệ thứ ba là Block IIA và thế hệ gần ñây nhất là Block IIR. Thế hệ
cuối của vệ tinh Block IIR ñược gọi là Block IIR-M. Những vệ tinh thế hệ sau ñược
trang bị thiết bị hiện ñại hơn, có ñộ tin cậy cao hơn, thời gian hoạt ñộng lâu hơn. Vệ
tinh thế hệ ñầu Block I ñược cho trong Hình 1.4. Vệ tinh ñầu tiên của thế hệ mới
Block IIR-M1 (mới ñược phóng vào tháng 12 năm 2005) ñược cho trong Hình 1.5
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………

7Hình 1.4: Cấu trúc vệ tinh GPS thế hệ ñầu Block I



Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………

9

Hình 1.7. Sơ ñồ truyền tín hiệu của ñoạn ñiều khiển
* ðoạn người sử dụng :
ðoạn người sử dụng bao gồm phần cứng và phần mềm:
Phân cứng: Bao gồm các máy thu GPS ñể thu tín hiệu vệ tinh GPS phục vụ
cho các mục ñích như dẫn ñường trên biển, trên không và trên ñất liền. Nhờ các tiến
bộ trong lĩnh vực ñiện tử, máy thu GPS ngày càng hoàn chỉnh và có nhiều chủng
loại khác nhau.
Phần mềm: Có nhiệm vụ xử lý số liệu ño, các phần mềm cũng ñược liên tục
phát triển, ngày càng hoàn hảo về chức năng và tính tiện dụng.
1.1.3 Các trị ño GPS
Trị ño GPS là những tín hiệu mà máy thu GPS nhận ñược từ tín hiệu của vệ
tinh truyền tới dùng cho việc tính tọa ñộ ñiểm ño, bao gồm 2 nhóm : Trị ño Code
(Code measurement) và trị ño pha (Phase measurement).
+ Nhóm trị ño Code :
- C/A.Code,
- P.Code.

Thời gian truyền sóng
Hình 1.8 : Sơ ñồ cơ chế xác ñịnh thời gian truyền tín hiệu GPS
Do chính sách làm giảm ñộ chính xác ñịnh vị của chính phủ Mỹ bằng sự tác
ñộng nhiễu SA (Selective Availability) làm sai lệch ñến các tín hiệu vệ tinh nên với
trị ño C /A Code, vị trí ñiểm ño có ñộ chính xác 100m. Với trị ño P.Code cho ñộ
chính xác vị trí ñiểm cỡ 30m với ñộ tin cậy 95%. Từ ngày 20/5/2000, chính phủ Mỹ
ñã bỏ tác ñộng SA ñến tín hiệu vệ tinh nên ñộ chính xác ñịnh vị với trị ño có thể ñạt
tới 10m. Với ñộ chính xác ñịnh vị như trên, các trị ño này sử dụng ñịnh vị trong
việc dẫn ñường, ño ñạc những ñối tượng có ñộ chính xác thấp.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………

11

2.1.3.2. Trị ño pha sóng tải (phase observable)
Sóng tải ñược phát ñi từ vệ tinh có chiều dài bước sóng không ñổi
(L1~19cm, L2~24,4cm). Nếu gọi
λ
là chiều dài bước sóng thì khoảng cách giữa vệ
tinh và máy thu GPS sẽ là:
D = N.
λ
+
δ
(1.1)
Trong ñó:
- N là số nguyên lần bước song,
δ

s
– Y
r
)
2
+ (Z
s
– Z
r
)
2

- R là khoảng cách ñúng từ vệ tinh ñến máy thu,
- X
s
, Y
s
, Z
s
là tọa ñộ không gian 3 chiều của vệ tinh,
- - X
r
, Y
r
, Z
r
là tọa ñộ không gian 3 chiều của vị trí anten máy thu,
- c là tốc ñộ truyền sóng (tốc ñộ ánh sáng),
-
δ


Vệ tinh
Số nguyên lần bước sóng

Máy thu
Phần lẻ bước sóng ño

Hình 1.9. Trị ño pha và số nguyên ña trị

ðể xác ñịnh số nguyên lần bước sóng có nhiều phương pháp :
1. Phương pháp hình học dựa trên sự thay ñổi hình học vệ tinh trong khi ño
ñể giải số nguyên lần bước sóng ñồng thời với tọa ñộ anten,
2. So sánh (kết hợp) trị ño pha và trị ño code,
3. Trị ño dải rộng (hiệu tần số L1 và L2) cho bước sóng 86,2cm ñể xác ñịnh
số nguyên ña trị nhưng kém chính xác hơn,
4. Sử dụng sai phân bậc 3,
5. Phương phám hàm số Ambiguity và kỹ thuật OTF (On The Fly) xác ñịnh
nhanh số ña trị trong khi anten di ñộng ngay sau khi bị mất tín hiệu vệ
tinh. Phương pháp này ñược áp dụng với máy 2 tần sô.
1.1.4 Nguyên lý ñịnh vị GPS
ðịnh vị là việc xác ñịnh vị trí ñiểm cần ño (Vị trí tâm pha của anten). Tùy
thuộc vào ñặc ñiểm cụ thể của việc xác ñịnh tọa ñộ người ta chia thành 2 loại hình
ñịnh vị cơ bản ñó là : ðịnh vị tuyệt ñối và ñịnh vị tương ñối.

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………

13

1.1.4.1. ðịnh vị tuyệt ñối (Point Positioning)
Là kỹ thuật xác ñịnh tọa ñộ của ñiểm ñặt máy thu tín hiệu vệ tinh trong hệ

s
–X
r
)
2
+(Y
s
-Y
r
)
2
+(Z
s
-Z
r
)
2
+ c(
δ
t -
σ
T) +
σ
atm
+
σ(1.3)


là tổ hợp các sai số khác.
Với 1 vệ tinh có thể thành lập ñược 1 phương trình kiểu (1.3) với 3 ẩn số X
r
,
Y
r
, Z
r
là tọa ñộ ñiểm cần ño và ẩn số thứ 4 là ñộ lệch tương ñối ñồng hồ vệ tinh và
ñồng hồ máy thu (
δ
t -
σ
T) thì tại mỗi ñiểm ño cần thu tín hiệu ít nhất 4 vệ tinh
khỏe thì tọa ñộ ñiểm ño mới xác ñịnh ñược. Khi số vệ tinh thu ñược tín hiệu lớn hơn
4 và số lần thu tín hiệu lớn hơn 1 lần thì vị trí ñiểm ño ñược giải theo phương pháp
số bình phương nhỏ nhất.
1.1.4.2. ðịnh vị tương ñối (Relative Positioning)
Thực chất của phương pháp ño là xác ñịnh hiệu tọa ñộ không gian của 2
ñiểm ño ñồng thời ñặt trên 2 ñầu của khoảng cách cần ño (Baseline) sử dụng
nguyên lý ñịnh vị tương ñối. Sự khác biệt của phương pháp ñịnh vị này là ở chỗ
phải sử dụng tối thiểu 2 máy thu tín hiệu vệ tinh ñồng thời và kết quả của phương
pháp là các thành phần số gia tọa ñộ
∆
X,
∆
Y,
∆
Z (hoặc
∆


φ
1
(t
i
) =
φ
j
2
(t
i
) -
φ
j
1
(t
i
) (1.4)
Gọi là sai phân bậc một ñối với vệ tinh j vào thời ñiểm t
i
.

thì (1.5) gọi là sai phân bậc hai vào thời ñiểm t
i
. ðây là trị ño chuẩn trong ñó GPS
tương ñối. Với trị ño này sai số vị trí vệ tinh, sai số ñồng hồ máy thu, ñồng hồ vệ
tinh ñược loại trừ. Hình 1.12. Sơ ñồ mô tả sai phân bậc hai
- Sai phân bậc ba:
Nếu xét hai trạm tiến hành thu tín hiệu vệ tinh j, k vào thời ñiểm t
i
và t
i+1
thì
hiệu sai phân bậc hai:

∆
3
Φ

j,k
(ti)=
∆
2