BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO
TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
TRẦN ðÌNH NGỮ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GPS XÂY DỰNG
LƯỚI ðỊA CHÍNH PHỤC VỤ CÔNG TÁC
THÀNH LẬP BẢN ðỒ ðỊA CHÍNH
HUYỆN PHÚC THỌ THÀNH PHỐ HÀ NỘI
LUẬN VĂN THẠC SĨ NÔNG NGHIỆP
Chuyên ngành: Quản lý ñất ñai
Mã số : 60.62.16
Người hướng dẫn khoa học: TS. Nguyễn Duy Bình
HÀ NỘI - 2012
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………
•
i
LỜI CAM ðOAN
Tôi xin cam ñoan số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là
trung thực và chưa ñược sử dụng ñể bảo vệ một học vị nào. Nội dung ñề
TS. Nguyễn Duy Bình ñã hết lòng quan tâm, trực tiếp hướng dẫn tôi
trong quá trình thực hiện ñề tài.
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.
Do thời gian thực hiện có hạn, kinh nghiệm thực tiễn của bản thân chưa
nhiều, luận văn khó tránh khỏi những thiếu sót, kính mong nhận ñược sự ñóng
góp ý kiến của quý thầy cô ñể ñề tài hoàn thiện hơn.
Tác giả luận văn
Trần ðình Ngữ Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………
•
iii
MỤC LỤC
Lời cam ñoan i
Lời cảm ơn ii
Mục lục ii
Danh mục các từ viết tắt iv
Danh mục các bảng vi
Danh mục các hình vii
3.4 Phương pháp nghiên cứu…………………………………………… 29
3.5 Quy trình xây dựng lưới ñịa chính…………………………………. 31
4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 32
4.1. Khái quát về ñiều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội của huyện Phúc Thọ 32
4.1.1. ðiều kiện tự nhiên 32
4.1.2. Thực trạng phát triển kinh tế…………………………………… 35
4.2 Tình hình quản lý ñất ñai và tư liệu trắc ñịa bản ñồ ………………. 38
4.2.1 Tình hình Quản lý ñất ñai trong huyện ………… 38
4.2.2 Tư liệu trắc ñịa bản ñồ …………. 40
4.3 Ứng dụng công nghệ GPS ñể thành lập lưới ðịa chính………………. 42
4.3.1 Các văn bản 42
4.3.2 Thiết kế lưới 43
4.3.3 Chuyển ñiểm ra thực ñịa 45
4.3.4 ðo ñạc bằng công nghệ GPS tương ñối tĩnh 48
4.3.5 Xử lý tính toán bình sai 54
4.3.6 Kết quả, ñánh giá kết quả 69
4.4 ðo kiểm tra…………………………………………………………… 73
4.4.1 So sánh kết quả ño kiểm tra với kết quả ñã thực hiện 73
4.4.2 So sánh kết quả ño kiểm tra vị trí ñiểm 74
5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 75
5.1 Kết luận……………………………………………………………… 75
5.2 Kiến nghị……………………………………………………………… 76
TÀI LIỆU THAM KHẢO 77
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………
•
v
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
4.5 So sánh kết quả xử lý ñược với kết quả ño kiểm tra 73
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………
•
vii
DANH MỤC CÁC HÌNH
STT Tên hình Trang
Hình 2.1: Mô hình hình ảnh trái ñất và vệ tinh GPS 3
Hình 2.2: Cấu trúc tín hiệu GPS (Nguồn: merl.com) 4
Hình 2.3: Các trạm ñiều khiển GPS (Nguồn: atheenah.com) 5
Hình 2.4: Các thành phần chính của GPS (Nguồn: atheenah.com) 6
Hình 2.5: Xác ñịnh hiệu số giữa các thời ñiểm……………………………….7
Hình 2.6: Kỹ thuật giải ña trị tại các máy thu (Nguồn: atheenah.com) 9
Hình 2.7: Kỹ thuật ñịnh vị tuyệt ñối ( Nguồn: vgl.com.vn) 10
Hình 2.8: Kỹ thuật ñịnh vị tương ñối 12
Hình 4.1: Trình bày mặt mốc 46
Hình 4.2: Cửa sổ Select Date 49
Hình 4.3: Cửa sổ Add New Point 49
Hình 4.4: Cửa sổ Auto View Time Selection 50
Hình 4.5: Cửa sổ ListTimes 50
Hình 4.6: Máy ño GPS Trimble R3 52
Hình 4.7: Cửa sổ Create a New Project 56
Hình 4.8: Cửa sổ GPSurvey Project: PHUC THO 56
Hình 4.9: Cửa sổ Load from DAT file: Interactive 57
Hình 4.10: Cửa sổ Receiver Detected 57
Hình 4.11: Cửa sổ Verify Station for Static Occupation 1 58
Hình 4.12: Cửa sổ Load 59
Hình 4.13: Cửa sổ Static Processing 60
thay thế cho các phương pháp truyền thống, ñạt ñược ñộ chính xác cao.
Huyện Phúc Thọ thành phố Hà Nội những năm qua có tốc ñộ phát triển
kinh tế tương ñối nhanh kéo theo nhu cầu sử dụng ñất ngày càng tăng. Chính
vì thế nhu cầu bức thiết trong quản lý ñất ñai của huyện là phải thành lập
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………
•
2
ñược bản ñồ ñịa chính (BððC) có ñộ chính xác cao. Muốn có ñược ñiều ñó
cần phải xây dựng hệ thống lưới ñịa chính trên ñịa bàn huyện.
ðể mở rộng khả năng sử dụng công nghệ GPS, góp phần ñưa công
nghệ mới vào sản xuất, xây dựng hệ thống lưới ñịa chính huyện Phúc Thọ
thành phố Hà Nội, chúng tôi tiến hành nghiên cứu ñề tài:
“Ứng dụng công nghệ GPS xây dựng lưới ñịa chính phục vụ công
tác thành lập bản ñồ ñịa chính huyện Phúc Thọ, thành phố Hà Nội”
1.2 Mục ñích của ñề tài
Thông qua việc nghiên cứu nhằm tìm hiểu khả năng ứng dụng công
nghệ GPS vào xây dựng lưới ñịa chính khu vực ñồng bằng của Hà Nội.
1.3 Yêu cầu của ñề tài
Thiết kế, thi công lưới ñịa chính trên ñịa bàn huyện Phúc Thọ. Phân
tích, ñánh giá ñộ chính xác và khả năng ứng dụng công nghệ GPS trong xây
dựng lưới ñịa chính ở khu vực ñồng bằng.
1.4 Tính khoa học và thực tiễn của ñề tài
Dựa trên công nghệ GPS ñể xây dựng hệ thống lưới ñịa chính thay thế
cho phương pháp xây dựng lưới truyền thống, góp phần ñưa công nghệ mới
vào sản xuất nhằm nâng cao ñộ chính xác lưới, mang lại hiệu quả kinh tế - kỹ
thuật trong thực tế sản xuất.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………
+ 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. Hình 2.2: Cấu trúc tín hiệu GPS (Nguồn: merl.com)
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………
•
5
• Mảng ñiều khiển
Có 5 trạm ñiều khiển trên mặt ñất: Hawaii, Colorado Springs,
Ascension Is., Diego Garcia và Kwajalein, có chức năng như sau:
- Cả 5 trạm ñều là trạm giám sát, theo dõi vệ tinh và truyền dữ liệu ñến
trạm ñiều khiển chính.
- Trạm ñặt tại Colorado Springs là trạm ñiều khiển chính (MSC). Tại ñó dữ
liệu theo dõi ñược xử lý nhằm tính tọa ñộ và số hiệu chỉnh ñồng hồ vệ tinh.
- Ba trạm tại Ascension, Diego Garcia và Kwajalein là các trạm nạp dữ
liệu lên vệ tinh. Dữ liệu bao gồm các bảng lịch và thông tin số hiệu chỉnh
ñồng hồ vệ tinh trong thông báo hàng hải.
Hình 2.3: Các trạm ñiều khiển GPS (Nguồn: atheenah.com)
• Mảng người sử dụng
Gồm các máy thu ñặt trên mặt ñất, bao gồm phần cứng và phần mềm.
- Phần cứng là các máy ño có nhiệm vụ thu tín hiệu vệ tinh ñể rút ra trị
ño khoảng cách từ máy thu ñến vệ tinh và tọa ñộ vệ tinh ở thời ñiểm ño.
- Phần mềm có nhiệm vụ xử lý các thông tin ñể cung cấp tọa ñộ máy thu.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp …………………… Nếu ký hiệu tọa ñộ của vệ tinh là x
s
, y
s
, z
s
; tọa ñộ của ñiểm xét (máy
thu) là x,y,z; thời gian lan truyền tín hiệu từ vệ tinh ñến ñiểm xét là t, sai số
không ñồng bộ giữa ñồng hồ trên vệ tinh và trong máy thu là
∆
t, khoảng cách
giả ño ñược là R, ta có phương trình:
Trong ñó, c là tốc ñộ lan truyền tín hiệu.
Trong trường hợp sử dụng C/A-code, theo dự tính của các nhà thiết kế
hệ thống GPS, kỹ thuật ño khoảng thời gian lan truyền tín hiệu chỉ có thể ñảm
bảo ñộ chính xác ño khoảng cách tương ứng khoảng 30m. Nếu tính ñến ảnh
hưởng của ñiều kiện lan truyền tín hiệu, sai số ño khoảng cách theo C/A code
sẽ ở mức 100m là mức có thể chấp nhận ñược ñể cho khách hàng dân sự ñược
khai thác. Song kỹ thuật xử lý tín hiệu code này ñã ñược phát triển ñến mức
có thể ñảm bảo ñộ chính xác ño khoảng cách khoảng 3m, tức là hầu như
tczzyyxxttcR
sss
∆+−+−+−=∆+=
222
)()()()(
không thua kém so với trường hợp sử dụng P-code vốn không dành cho khách
hàng ñại trà. Chính vì lý do này mà trước ñây Chính phủ Mỹ ñã ñưa ra giải
pháp SA ñể hạn chế khả năng thực tế của C/A code. Nhưng ngày nay do kỹ
thuật ño GPS có thể khắc phục ñược nhiễu SA, Chính phủ Mỹ ñã tuyên bố bỏ
nhiễu SA trong trị ño GPS từ tháng 5 năm 2000.
• ðo pha sóng tải
Các sóng tải L1, L2 ñược sử dụng cho việc ñịnh vị với ñộ chính xác
cao. Với mục ñích này người ta tiến hành ño hiệu số giữa pha của sóng tải do
máy thu nhận ñược từ vệ tinh và pha của tín hiệu do chính máy thu tạo ra.
Hiệu số pha do máy thu ño ñược ta ký hiệu là
Φ
(0<
Φ
<2
π
).
Khi ñó ta có thể viết:
Trong ñó: R là khoảng cách giữa vệ tinh và máy thu;
λ
là bước sóng của sóng tải;
N là số nguyên lần bước sóng λ chứa trong R;
∆
t là sai số ñồng bộ giữa ñồng hồ của vệ tinh và máy thu;
N còn ñược gọi là số nguyên ña trị, thường không biết trước mà cần
phải xác ñịnh trong thời gian ño.
Trong trường hợp ño pha theo sóng tải L1 có thể xác ñịnh khoảng cách
giữa vệ tinh và máy thu với ñộ chính xác cỡ cm, thậm chí nhỏ hơn. Sóng tải
tinh và máy thu. Khi ñó 3 khoảng cách ñược xác ñịnh ñồng thời từ 3 vệ tinh
ñến máy thu sẽ cho ta vị trí không gian ñơn trị của máy thu. Song trên thực tế
cả ñồng hồ trên vệ tinh và ñồng hồ trong máy thu ñều có sai số, nên khoảng
cách ño ñược không phải là khoảng cách chính xác. Kết quả là chúng không
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………
•
10
thể cắt nhau tại một ñiểm, nghĩa là không thể xác ñịnh ñược vị trí của máy
thu. ðể khắc phục tình trạng này cần sử dụng thêm một ñại lượng ño nữa, ñó
là khoảng cách từ vệ tinh thứ 4, ta có hệ phương trình:
(xs
1
- x)
2
+(ys
1
- y)
2
+(zs
1
- z)
2
= (R1-c
∆
t)
2
(xs
t)
2
(xs
4
- x)
2
+(ys
4
- y)
2
+(zs
4
- z)
2
= (R4-c
∆
t)
2
Với 4 phương trình 4 ẩn số (x, y, z,
∆
t) ta sẽ tìm ñược nghiệm là tọa ñộ
tuyệt ñối của máy thu, ngoài ra còn xác ñịnh thêm ñược số hiệu chỉnh của
ñồng hồ (thạch anh) của máy thu.
Trên thực tế với hệ thống vệ tinh hoạt ñộng ñầy ñủ như hiện nay, số
lượng vệ tinh mà các máy thu quan sát ñược thường từ 6-8 vệ tinh, khi ñó
nghiệm của phương trình sẽ tìm theo nguyên lý số bình phương nhỏ nhất.
(ti)=
Φ
2
j
(ti)-
Φ
1
j
(ti) (1.4)
Trong sai phân này hầu như không còn ảnh hưởng của sai số ñồng hồ vệ tinh.
Nếu hai trạm cùng tiến hành quan sát ñồng thời hai vệ tinh j và k vào
thời ñiểm ti, ta có phân sai bậc hai:
∆
2
Φ
j,k
(ti)=
∆
1
Φ
k
(ti)-
∆
1
Φ
j
(ti) (1.5)
•
12
Sai phân này cho phép loại trừ sai số số nguyên ña trị.
Hiện nay hệ thống GPS có khoảng 27-28 vệ tinh hoạt ñộng. Do vậy, tại
mỗi thời ñiểm ta có thể quan sát ñược số vệ tinh nhiều hơn 4. Bằng cách tổng
hợp theo từng cặp vệ tinh sẽ có rất nhiều trị ño, mặt khác thời gian thu tín
hiệu trong ño tương ñối thường khá dài vì vậy số lượng trị ño ñể xác ñịnh ra
hiệu tọa ñộ giữa hai ñiểm là rất lớn, khi ñó bài toán sẽ giải theo phương pháp
số bình phương nhỏ nhất.
Hình 2.8: Kỹ thuật ñịnh vị tương ñối
(Nguồn: matrongvang.blogspot.com)
2.1.4 Các nguồn sai số trong ñịnh vị GPS [2]
2.1.4.1 Sai số do ñộ sai lệch ñồng hồ
Sai số do sự không ñồng bộ giữa ñồng hồ vệ tinh và máy thu gây ra sai
số rất lớn trong kết quả ño GPS, ñặc biệt là trong ñịnh vị tuyệt ñối.
Các vệ tinh ñược trang bị ñồng hồ nguyên tử có ñộ chính xác cao, tính
ñồng bộ về thời gian giữa các ñồng hồ vệ tinh ñược giữ trong khoảng 20 nano
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………
•
13
giây. Còn các máy thu GPS ñược trang bị ñồng hồ thạch anh chất lượng cao
(1 phần 10
4
) ñặt bên trong.
Chúng ta biết rằng vận tốc truyền tín hiệu khoảng 3.10
8
14
trong mạng lưới giám sát và ñược tính toán nhờ một số tổ chức khoa học, loại
lịch này cho sai số nhỏ hơn 0.5m.
2.1.4.3 Ảnh hưởng ñiều kiện khí tượng
Tín hiệu vệ tinh ñến máy thu ñi qua một quãng ñường lớn hơn
20.000km, trong ñó có tầng ñiện ly từ ñộ cao 50km tới ñộ cao 500km và tầng
ñối lưu từ ñộ cao 50km ñến mặt ñất. Khi tín hiệu ñi qua các tầng này có thể bị
thay ñổi (tán xạ) phụ thuộc vào mật ñộ ñiện tử tự do trong tầng ñiện ly và tình
trạng hơi nước, nhiệt ñộ và các bụi khí quyển trong tầng ñối lưu.
Người ta ước tính rằng, do ảnh hưởng của tầng ñiện ly, khi ñịnh vị
tuyệt ñối có thể bị sai số khoảng 12m, còn ảnh hưởng của tầng ñối lưu có thể
gây sai số khoảng 3m.
Các vệ tinh GPS phát tín hiệu ở tần số cao (sóng cực ngắn) do ñó ảnh
hưởng của tầng ñiện ly ñã ñược giảm nhiều, tuy vậy cần lưu ý tới ñặc tính của
sóng cực ngắn là truyền thẳng và dễ bị che chắn.
Ảnh hưởng của tầng ñiện ly tỷ lệ với bình phương tần số, vì thế khi sử
dụng máy thu 2 tần sẽ khắc phục ñược ảnh hưởng này.
Tuy vậy, ở khoảng cách ngắn (<10km) tín hiệu tới 2 máy coi như ñi
trong cùng môi trường, sai số sẽ ñược loại trừ trong các công thức tính hiệu
tọa ñộ, do vậy ta nên sử dụng máy một tần, trong khi ñó nếu sử dụng máy hai
tần có thể bị nhiễu, làm kết quả kém chính xác.
ðể khắc phục ảnh hưởng của tầng ñối lưu, người ta quy ñịnh chỉ sử
dụng tín hiệu vệ tinh có góc cao trên 15
o
(hoặc trên 10
o
).
Hiện nay người ta ñang sử dụng một số mô hình khí quyển, trong ñó có
mô hình của Hopfield ñược dùng rộng rãi.
•
16
- Có thể ñịnh vị ở thời gian thực và ở thời ñiểm bất kỳ: trên mặt ñất,
trên biển và trong không gian cho ñối tượng ñứng yên hay di ñộng.
- Có thể ño 24h/ngày trong mọi ñiều kiện thời tiết.
- ðộ chính xác ngày càng cao và càng ñược cải thiện.
- Người sử dụng không cần quan tâm ñến việc vận hành hệ thống.
2.1.6 Tọa ñộ và hệ qui chiếu
Hình dạng trái ñất theo quan niệm của thuyết ñẳng tĩnh thì trái ñất là
một khối vật chất lỏng, do vậy dạng tự nhiên của trái ñất quay sẽ có dạng
Ellipsoid và thế trọng trường trên mặt Ellipsoid trái ñất sẽ bằng nhau. ðiều
này thể hiện sự cân bằng giữa lực trọng trường của khối vật chất lỏng của trái
ñất và lực ly tâm do chuyển ñộng quay của nó.
Một Ellipsoid có hình dạng phù hợp với Geoid trái ñất phải là Ellipsoid
phù hợp theo nghĩa trên phạm vi toàn cầu. Ellipsoid ñược chọn làm hệ tọa ñộ
ñịnh vị toàn cầu là GRS-80 (Geodetic Reference System 1980), mặt quy chiếu
này ñược hệ ñịnh vị GPS sử dụng gọi là Hệ trắc ñịa thế giới 1984 (WGS-84).
Hệ tọa ñộ này dùng Ellipsoid ñịa tâm xác ñịnh bởi bán trục lớn
a=6378137.0m và nghịch ñảo ñộ dẹt 1/f =298.257223563.
Ellipsoid trái ñất biểu thị một mô hình toán học mô tả bề mặt tự nhiên
của trái ñất nhưng không chỉ rõ cách nhận biết một vị trí cụ thể trên trái ñất.
Mỗi hệ tọa ñộ ñịa phương ñều chỉ rõ mặt quy chiếu và phép chiếu bản ñồ, tức
là xác ñịnh một phương thức biểu thị một ñiểm trên mặt ñất tự nhiên so với
mặt quy chiếu ñó.
Hệ ñịnh vị GPS cho tọa ñộ vuông góc không gian 3 chiều X, Y, Z hoặc
các thành phần tọa ñộ mặt cầu B, L, H hoặc các gia số tọa ñộ trên trong hệ tọa
ñộ toàn cầu WGS-84. Do ñó cần phải áp dụng phép tính chuyển tọa ñộ ñể
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……………………
Copyright: Tài liệu đại học ©