TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
KHOA TRẮC ĐỊA – BẢN ĐỒ
ĐỒ ÁN
TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
ĐỀ TÀI:
VAI TRÒ CỦA LỊCH VỆ TINH CHÍNH XÁC
TRONG XỬ LÝ SỐ LIỆU GNSS
Giảng viên hướng dẫn : ThS. BÙI THỊ HỒNG THẮM
TS. VY QUỐC HẢI
Sinh viên thực hiện : ĐỖ THÀNH CHUNG
Lớp : LĐH2TĐ2
Khoá : 2 (2012-2014)
Hệ : Liên thông
HÀ NỘI, 2014
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
KHOA TRẮC ĐỊA – BẢN ĐỒ
ĐỖ THÀNH CHUNG
ĐỀ TÀI:
VAI TRÒ CỦA LỊCH VỆ TINH CHÍNH XÁC
TRONG XỬ LÝ SỐ LIỆU GNSS
Chuyên ngành: Kỹ thuật Trắc địa – Bản đồ
Mã ngành : D520503
Giảng viên hướng dẫn: ThS. BÙI THỊ HỒNG THẮM
TS. VY QUỐC HẢI
HÀ NỘI, 2014
3
MỤC LỤC
Đề mục
Danh mục các ký hiệu viết tắt, ký hiệu tiếng anh
Danh mục các bảng biểu
Danh mục các hình vẽ

11
11
12
13
13
14
16
18
20
23
25
29
31
31
32
32
33
34
35
36
38
39
4
1.2.9. Bình sai lưới
CHƯƠNG2. LỊCH VỆ TINH
2.1. Khái quát về lịch vệ tinh
2.1.1. Các hệ thời gian
2.1.2. Quỹ đạo vệ tinh
2.1.2.1. Miêu tả quỹ đạo
2.1.2.2. Thông báo quỹ đạo

63
63
63
64
65
65
66
67
69
70
71
78
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT, KÝ HIỆU TIẾNG ANH
5
GNSS (Global Navigation Satellite System) Hệ thống vệ tinh dẫn đường
GPS (Global Positioning System) Hệ thống định vị của Mỹ
GLONASS (Global Navigation Satellite
System)
Hệ thống định vị của Nga
GALILEO Hệ thống định vị của Châu Âu
IGS (International GNSS Service) Dịch vụ GNSS quốc tế
VN - 2000 Hệ tọa độ quốc gia hiện nay của Việt
Nam
UTM (Universal Transverse Mercator) Lưới chiếu hình trụ ngang đồng góc
ITRF (International Terrestrial Reference
Frame)
Khung tham chiếu Trái đất
Rinex (Receiver Independent Exchange
Format)
Tệp trao đổi giữa các định dạng

42
44
49
50
53
58
60
61
64
66
67
67
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
7
Hình 1.1. Sơ đồ quy trình đo đạc ngoài thực địa bằng công nghệ GNSS
Hình 1.2. Sơ đồ quy trình sử lý số liệu lưới GNSS
Hình 1.3. Kết nối máy thu GPS với máy tính
Hình 1.4. Nguyên tắc tính thời gian chung
Hình 1.5. Số vệ tinh tham gia tính cạnh
Hình 1.6. Quan hệ giữa hai hệ quy chiếu
Hình 1.7. Giao diện bắt đầu cài đặt phần mềm
Hình 1.8. Nhập mô hình Geoid mới
Hình 1.9. Cửa sổ Coordinate System Manger
Hình 1.10. Thiết lập các tham số tính chuyển hệ tọa độ
Hình 1.11. Đặt tên hệ tọa độ
Hình 1.12. Cài đặt các tham số múi chiếu cho hệ tọa độ phẳng
Hình 1.13. Tạo mới một Project làm việc
Hình 1.14. Nhập dữ liệu
Hình 1.15. Hộp thoại Rew Dat Check In
Hình 1.16. Màn hình sử lý của phần mềm Trimble Business Center 2.0

sinh học, công nghệ nano, công nghệ hàng không vũ trụ …đã trở thành mũi nhọn
cho sự phát triển mạnh mẽ khoa học công nghệ và sự đột biến của nhiều quốc gia.
Công tác trắc địa thực chất là xác định vị trí của tất cả các điểm tức là xác
định giá trị (x,y) hoặc (h), việc xác định chính xác các điểm đó đòi hỏi chúng ta
phải áp dụng những thành tựu khoa học công nghệ, một trong số đó chính là công
nghệ vệ tinh dẫn đường toàn cầu GNSS.
Hệ thống vệ tinh dẫn đường toàn cầu GNSS ra đời đã giúp việc xác định vị
trí các điểm trên mặt đất một cách dễ dàng, để nâng cao độ chính xác định vị GNSS
có rất nhiều phương án chẳng hạn như hạn chế ảnh hưởng của tầng điện ly, tầng khí
quyển, xây dựng mô hình trọng trường trái đất với độ chính xác cao trên khu vực
xác định, …Việc sử dụng lịch vị tinh chính xác đóng vai trò quan trọng trong công
tác xử lý số liệu để đạt được độ chính xác cao trong việc xác định vị trí điểm. Vì
vậy em xin phép chọn đề tài với tên gọi “Vai trò của lịch vệ tinh chính xác trong
xử lý số liệu GNSS” đề tài này sẽ cho thấy ảnh hưởng của lịch vệ tinh chính xác
đến việc xử lý số liệu GNSS.
Nội dung của đồ án cơ bản được trình bày trong ba chương:
Chương 1. Quy trình sử lý số liệu lưới GNSS.
Chương 2. Lịch vệ tinh.
Chương 3. Thực nghiệm.
Để hoàn thiện đồ án bản thân em không ngừng học tập, tìm hiểu qua sách
báo và internet. Trong quá trình thực hiện, em đã nhận được sự giúp đỡ của các thầy
cô giáo, đặc biệt là cô giáo ThS. Bùi Thị Hồng Thắm và thầy giáo TS. Vy Quốc Hải
– người đã hướng dẫn, chỉ bảo tận tình em trong suốt thời gian qua. Mặc dù đã rất
cố gắng xong do thời gian và kiến thức còn hạn chế nên trong nội dung đồ án chắc
chắn không tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong được sự chỉ bảo của các thầy
cô giáo để bài đồ án của em được hoàn thiện hơn.
9
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày tháng 6 năm 2014
Sinh viên thực hiện

Hình 1.1. Sơ đồ quy trình đo đạc ngoài thực địa bằng công nghệ GNSS
10
1.1. Quy trình xử lý số liệu lưới GNSS
1.1.1. Sơ đồ quy trình đo đạc thành lập lưới bằng công nghệ GNSS
11
1.1.2. Quy trình sử lý lưới bằng công nghệ GNSS
Cài đặt phần mềm sử lý số
liệu GNSS
Trút số liệu đo đạc ngoài
thực địa vào máy tính
Nhập dữ liệu thô vào phần
mến sử lý số liệu GNSS
Lựa chọn phép chiếu và hệ
tọa độ cho phù hợp với
vực sử lý
Sử lý cạnh
Phân tích dữ
liệu
Đạt
Tiến hành
bình sai lưới
Kiểm tra kết
quả tính toán
bình sai
Đạt
Lập báo cáo kỹ
thuật
Xuất dữ liệu
sang các dạng
định dạng khác

Hình 1.3. Kết nối máy thu GPS với máy tính
Một số máy GPS cũ như Trimble 4600LS có cáp trút số liệu giao tiếp với
máy tính qua cổng COM, hiện nay nhiều máy tính thế hệ mới không có cổng COM,
chủ yếu là cổng USB. Cần có bộ chuyển đổi COM-USB khi trút số liệu cho loại
15
máy thu này. Số liệu trút từ máy thu vào máy tính gồm các trị đo pha L1 hoặc L1 và
L2, các trị đo khoảng cách giả C1 hoặc C1, P1, P2. Với một số máy thu còn kèm
theo trị đo Doppler D1 D2. Trong tệp số liệu đo còn có toạ độ gần đúng (X,Y,Z)
của điểm đặt máy cùng với số hiệu điểm, độ cao anten đã nhập từ khi khởi động
máy (nếu có). Ngoài số liệu đo, số liệu được trút vào còn có tệp lịch vệ tinh quảng
bá phục vụ cho các tính toán tiếp theo. Có một số máy thu không có thao tác vào tên
điểm và độ cao anten ở thực địa (như máy Trimble 4600LS) thì trong giai đoạn trút
số liệu sẽ phải làm thủ tục này. Đối với các máy thu đã nhập tên điểm trạm máy, độ
cao anten ngay tại thực địa, thì cần kiểm tra lại các dữ liệu đã vào. Nếu phát hiện
thấy sai cần chỉnh sửa ngay. Độ cao anten có thể nhập là độ cao đúng (True
Vertical) và cũng có thể nhập vào độ cao đo (Uncorrected Vertical) phù hợp với
chủng loại anten và cách đo đã quy định. Khi đo cao anten chúng ta cần đo chính
xác đến 1mm nhưng nếu nhập sai chủng loại anten hoặc sai kiểu đo cao anten thì sẽ
gây ra sai số cỡ vài cm hoặc lớn hơn trong kết quả cuối cùng.
Trong khi trút số liệu cần có sổ đo hoặc bảng tổng hợp ghi chép tại các trạm
máy. Việc trút số liệu có thể căn cứ vào thời gian bắt đầu, thời gian kết thúc và căn
cứ toạ độ địa lý của điểm đo để phát hiện những nhầm lẫn về tên điểm. Nói chung
các tệp số liệu đo thu được cần lưu ngay vào thiết bị trung gian như USB, CD, Tốt
nhất nên có bộ nhớ trung gian có dung lượng lớn để ghi các số liệu đo ngay sau khi
trút nhằm bảo đảm an toàn dữ liệu đo.
1.1.2.3. Xử lý véc tơ cạnh
Tùy thuộc vào phương pháp đo, đo tĩnh, tĩnh nhanh hay đo động, việc xử lý
để tính cạnh sẽ được thực hiện dựa trên cơ sở thời gian chung và vệ tinh chung đối
với hai máy thu. Khoảng thời gian chung khi đo tĩnh được thể hiện trên hình sau:
16

số liệu ghi trong hai tệp của hai máy cùng ca đo mới có giá trị tham gia tính cạnh.
Số vệ tinh chung được mô tả trên hình 1.5. Trong trường hợp này, tại máy thu 1
nhận được tín hiệu của 8 vệ tinh (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8), còn máy thu 2 nhận được tín
hiệu của 7 vệ tinh (3, 4, 5, 6, 7, 8, 9). Số lượng vệ tinh chung tham gia tính cạnh sẽ
là 6 gồm các vệ tinh sau 3, 4, 5, 6, 7, 8. Như vậy, cần phải bảo đảm sao cho các máy
thu trong một ca đo, có số vệ tinh được quan sát đồng thời càng nhiều càng tốt. Để
bảo đảm điều kiện trên cần lưu ý tới tình trạng che chắn tín hiệu tại các trạm máy.
Khi chiều dài cạnh càng lớn (cỡ hàng trăm, hàng ngàn km) thì số vệ tinh chung
càng ít.
T2
T4
T1 T3
Máy thu 1
Máy thu 2
17
Hình 1.5. Số vệ tinh tham gia tính cạnh
1.1.2.4. Xử lý số liệu
Trong mọi trường hợp đo lưới việc xử lý số liệu đo và kiểm tra chất lượng đo
phải thực hiện thường xuyên, ít nhất là 1 lần trong ngày. Không nên để dồn số liệu
của nhiều ngày đo rồi mới xử lý. Trong đo GPS thường xảy ra hiện tượng trượt chu
kỳ (Cycle Slip) của tín hiệu. Việc kiểm tra số liệu giúp phát hiện hiện tượng trượt
chu kỳ và hiệu chỉnh ngay. Việc hiệu chỉnh này không thể thực hiện khi máy thu
thực hiện mà chỉ có thể thực hiện trong quá trình trút và kiểm tra số liệu. Việc kiểm
tra chất lượng số liệu là bước khởi đầu trong sử lý vectơ cạnh trong điều kiện dã
ngoại trước khi kết thúc công việc ngoài thực địa. Xử lý vector cạnh ở ngoài thực
địa cho phép ta kết luận về chất lượng đo trước khi kết thúc công việc.
Xử lý đo tĩnh: Các phần mềm hiện nay cho phép xử lý nhiều tệp số liệu đo
đồng thời để tính cạnh. Thường thường số liệu đo của 1 ngày được quy vào trong 1
thư mục ở ổ đĩa cứng còn phần mềm xử lý lại để trong thư mục khác và có đường
dẫn để trương trình nhận và xử lý. Có 2 dạng phần mềm sử lý đó là: 1- từng vectơ,

5. Tính giá trị ước lượng véctơ sử dụng sai phân bậc 3. Phương pháp này cho
phép phát hiện và bù lại hiện tượng trượt chu kỳ để nhận được kết quả tốt nhất.
6. Tính toán lời giải sai phân bậc 2 xác định vectơ và giá trị (thực) của pha.
7. Ước lượng số nguyên đa trị của pha đã tính được từ bước trước, có thể tiếp
tục tính tiếp số nguyên đa trị chính xác.
8. Tính toán sai số lời giải dựa vào số nguyên đa trị chính xác nhất đã được
tính ở bước trước.
9. Tính toán tiếp một số kết quả khác, sử dụng số nguyên đa trị khác đi một
chút (khác đi 1) từ các giá trị đã chọn.
10. Tính tỷ số Ratio là mối quan hệ giữa phương sai của lời giải tốt nhất với
kề nó (chỉ áp dụng cho lời giải fixed). Tỷ số này phải ít nhất đạt giá trị là 2 hoặc 3
như vậy mới có đủ độ tin cậy đối với kết quả cuối cùng.
Để nhận được kết quả tốt người làm công tác xử lý số liệu thường được thực
hiện qua 2 bước sau:
Bước 1: Xử lý theo các tham số mặc định của phần mềm.
19
Trong bước này, sẽ sử dụng toàn bộ trị đo trong thời gian quan trắc ca đo, sử
dụng tất cả các số liệu của các vệ tinh quan sát để giải cạnh, thông thường qua bước
xử lý này đa số các cạnh đã cho kết quả tốt, trừ những trường hợp tại những trạm đo
có vấn đề như bị che chắn, có các tác động nhiễu, đa đường dẫn, …
Bước 2: Đối với những cạnh không đạt trong bước 1, cần xử lý lại ở chế độ
can thiệp. Trong bước này, người xử lý có thể cắt bỏ những vệ tinh có dấu hiệu xấu
điều này có thể nhận biết khi xem kết quả giải cạnh, cũng có thể cắt bỏ thời gian
đầu hoặc cuối, tăng góc ngưỡng trên 15 độ,…
Xử lý đo động: Các bước cơ bản trong xử lý kết quả đo động tương tự như
đối với đo tĩnh. Các tệp số liệu được nhập từ máy thu vào máy tính cần được kiểm
tra tên tệp và độ cao anten. Trong tính toán cụ thể có những điểm khác tùy thuộc
vào phần mềm sử dụng. Việc kiểm tra chủ yếu đối với các vectơ động là tính toán
các vị trí của máy động và kiểm tra sự phù hợp của kết quả nhận được từ một vài
lần đo riêng rẽ tại cùng một điểm. Trong trường hợp này nên có một vài điểm đã

hình trong lưới GPS cũng mang tính chất của sai số thực của hàm các trị đo.
Việc tính sai số khép hình trong lưới GPS được thực hiện trong các hình
khép kín theo công thức sau:
i
n
i
X
Xf ∆Σ=
=1
;
i
n
i
Y
Yf
∆Σ=
=1
;
i
n
i
Z
Zf ∆Σ=
=1
(1.3)
Sai số khép toàn phần được tính:
2
Z
2
Y

D
là tổng chiều dài cạnh trong vòng khép
21
Dựa vào các hình khép kín sẽ tính được sai số khép hình theo các cạnh đã đo.
Nếu các cạnh được xác định trong 1 ca đo thì sẽ tính được sai số khép cùng ca đo.
Nếu các cạnh khác ca đo thì sẽ tính được sai số khép khác ca đo. Sai số khép cùng
ca đo thường nhỏ hơn sai số khép khác ca đo.
Thông thường việc kiểm tra sai số khép hình trong lưới được thực hiện nhờ
chức năng sẵn có của phần mềm sử lý số liệu GNSS.
Theo quy chuẩn kỹ thuật của nước ta, sai số khép tương đối cho lưới hạng II
và hạng III quốc gia phải thỏa mãn quy định sau:
Bảng 1.1. Sai số khép tương đối cho lưới hạng II và hạng III
Tổng chiều dài vòng khép [D] Hạng II Hạng III
<5km - fs<5cm
5km - 10km - 1/100000
10km - 25km 1/300000 1/150000
25km - 50km 1/500000 1/300000
>50km 1/1000000 1/500000
1.1.2.6. Bình sai lưới GPS
* Khái niệm chung
Sau khi kiểm tra kết quả giải cạnh lưới GPS, nếu thấy chất lượng các cạnh
đạt yêu cầu và sai số khép lưới nằm trong hạn sai cho phép, có thể tiến hành bình
sai lưới GPS. Tất cả các mạng lưới GPS có trị đo thừa đều phải được bình sai trong
hệ tọa độ 3D. Về bản chất, lưới GPS là lưới không gian 3D cho nên lưới GPS cần
được bình sai trong hệ toạ độ 3D. Trong hệ tọa độ này, mỗi điểm mới lập cần phải
xác định ba ẩn số là tọa độ không gian của điểm đó.
Có thể bình sai lưới GPS trong hệ tọa độ vuông góc không gian địa tâm
(X,Y,Z) hoặc trong hệ tọa độ trắc địa (B,L,H). Trong trường hợp bình sai lưới trong
hệ tọa độ trắc địa (B,L,H), các trị đo sẽ là các gia số tọa độ trắc địa (
j,i

nếu lưới có m điểm cần xác định, sẽ có 3m ẩn số.
Với mỗi cạnh đo giữa 2 điểm i, j tương ứng với 3 trị đo là (
j,i
X
∆
,
j,i
Y∆
,
j,i
Z
∆
)
và ma trận hiệp phương sai
XYZ
M
sẽ lập được 3 phương trình số hiệu chỉnh như
sau:
j,i
0
i
0
jjiX
X)XX(dXdXV
j,i
∆−−++−=∆
j,i
0
i
0

là các số hiệu chỉnh tọa độ.
Trong công thức (1.7) ta thay các số hạng tự do:
23
j,i
0
i
0
jX
X)XX(l
∆−−=
j,i
0
i
0
jY
Y)YY(l
∆−−=
j,i
0
i
0
jZ
Z)ZZ(l
∆−−=
(1.8)
Như vậy sẽ có hệ phương trình số hiệu chỉnh :
LXAV
+∆=
(1.9)
Trong đó ma trận A có dạng:














=∆dZ
dY
dX
X
i
i
i
;









=
−
−
−
1
n
1
2
1
1
M
M
M
P
(1.11)
Trong đó M là các ma trận hiệp phương sai nhận được khi giải cạnh GPS, là
ma trận có kích thước 3x3 (không phải là ma trận đường chéo).
Công việc bình sai lưới được thực hiện theo nguyên lý số bình phương nhỏ
nhất, tức là
minPVV
T
=
.
Ở đây áp dụng phương pháp bình sai các đại lượng tương quan (phụ thuộc),
vì ma trận P không phải là ma trận đường chéo. Công việc bình sai được thực hiện
qua các bước:
- Lập hệ phương trình chuẩn.
- Giải hệ phương trình chuẩn.

Ngoài ra, khi sử dụng kết quả đo GPS người làm công tác trắc địa cần phải
biết tính chuyển kết quả đo giữa các hệ tọa độ trong một hệ quy chiếu như tọa độ
(X,Y,Z) và (B,L,H) hoặc chuyển về hệ tọa độ vuông góc phẳng theo phép một chiếu
nào đó.
* Tính đổi tọa độ trong một hệ quy chiếu
Trong một hệ quy chiếu bao gồm hệ tọa độ vuông góc không gian địa tâm có
tâm trùng với Elipxoid có kích thước xác định. Trên Elipxoid này người ta xác lập
hệ tọa độ trắc địa (B,L,H). Bề mặt Elipxoid này lại được chia thành nhiều múi chiếu
và mỗi múi chiếu được chiếu lên mặt phẳng theo phép chiếu Gauss- Kruger hoặc
UTM,…
* Hệ tọa độ vuông góc không gian và hệ tọa độ trắc địa
Các giá trị tọa độ vuông góc không gian thường ký hiệu là (X,Y,Z), trong đó
B là độ vĩ trắc địa, L là độ kinh trắc địa, H là độ cao trắc địa.
25
Nếu cho trước tọa độ trắc địa (B,L,H) có thể tính được tọa độ (X,Y,Z) theo
các công thức sau:
BsinHN
a
b
Z
LsinBcos)HN(Y
LcosBcos)HN(X
2
2







=
nếu D>Z (1.14)
hoặc
Z
)Bctge1(ctgB.aeD
ctgB
2
1
)1k(
22
)1K(
2
)k(
−
−−
+−−
=
nếu D
Z
≤
(1.15)
Trong đó k là chỉ số lần tính lặp:
22
YXD
+=
(1.16)
Vị trí của nước ta có vĩ độ nhỏ hơn 23
0
nên D>Z do đó ta sẽ sử dụng công
thức (1.14) để tính B.