ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM
LÊ QUANG TUẤN
Tên đề tài:
ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GPS TRONG CÔNG TÁC THÀNH LẬP
LƯỚI KHỐNG CHẾ CƠ SỞ MẶT BẰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC
NÔNG LÂM THÁI NGUYÊN
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Hệ đào tạo
: Chính quy
Chuyên ngành
: Địa chính môi trường
Khoa
: Quản lý Tài nguyên
Khóa học
: 2011 - 2015
Thái Nguyên, năm 2015
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
LÊ QUANG TUẤN
Tên đề tài:
ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GPS TRONG CÔNG TÁC THÀNH LẬP
LƯỚI KHỐNG CHẾ CƠ SỞ MẶT BẰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC
NÔNG LÂM THÁI NGUYÊN
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Hệ đào tạo
Chuyên ngành
Lớp
Khoa
Khóa học
Giáo viên hướng dẫn
: Chính quy
: Địa chính môi trường
: K43 - ĐCMT (N01)
: Quản lý Tài nguyên
: 2011 - 2015
: ThS. Nguyễn Ngọc Anh
Thái Nguyên, năm 2015
ii
DANH MỤC CÁC BẢNG, SƠ ĐỒ
Bảng 2.1. So sánh kết quả sử dụng sóng tải và các mã code để xác định
khoảng cách ..................................................................................... 15
Bảng 2.2. Sau đây kiến nghị khoảng thời gian đo hợp lý cho trường hợp
Hình 4.1. Lập lịch đo GPS khu vực trường Đại học Nông lâm ...................... 47
Hình 4.2. Kết quả trút dữ liệu bằng phần mềm Trimble Data Transfer .......... 48
Hình 4.3. Tạo Ellipsoid quy chiếu cho hệ VN2000 và xây dựng múi chiếu .. 49
Hình 4.4. Kết quả tạo Project cho khu đo trường ĐH Nông lâm ................... 49
Hình 4.5. Kết quả Import dữ liệu thô vào phần mềm TBC V2.7 ................... 50
Hình 4.6. Sơ đồ mạng lưới các điểm đo .......................................................... 50
Hình 4.7. Kết quả xử lý cạnh .......................................................................... 51
Hình 4.8. Kết quả xử lý cạnh .......................................................................... 51
Hình 4.9. Kết quả thiết lập hệ tọa độ VN-2000 .............................................. 52
Hình 4.10. Kết quả nhập tọa độ cho các điểm gốc ......................................... 53
Hình 4.11. Quá trình bình sai lưới khống chế ................................................. 53
Hình 4.12. Đồ hình lưới khống chế đo vẽ ....................................................... 54
v
MỤC LỤC
PHẦN 1: MỞ ĐẦU......................................................................................... 1
1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ ........................................................................................ 1
1.2. MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI .................................................................... 3
1.3. YÊU CẦU CỦA ĐỀ TÀI ....................................................................... 3
1.4. Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI ........................................................................ 3
1.4.1. Ý nghĩa trong học tập và nghiên cứu khoa học ................................ 3
1.4.2. Ý nghĩa thực tiễn .............................................................................. 3
PHẦN 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU .............................................................. 4
2.1. TỔNG QUAN VỀ GPS - Navigation Satellite Timing And Ranging
Globol positioning Sytem (Navstar GPS ) .................................................... 4
2.1.1. Đoạn không gian (space Segment) ................................................... 7
2.1.2. Đoạn điều khiển (Control Segment) ................................................. 9
2.1.3. Đoạn sử dụng (User segment) ........................................................ 10
2.1.4. Các hệ tọa độ được sử dụng trong công nghệ GPS ........................ 11
3.2.1. Địa điểm nghiên cứu ...................................................................... 39
3.2.2. Thời gian tiến hành ......................................................................... 39
3.3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ................................................................ 39
3.3.1. Điều tra cơ bản ............................................................................... 39
3.3.2. Thành lập lưới khống chế bằng công nghệ GPS ............................ 39
3.4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ........................................................ 40
3.4.1. Phương pháp thu thập và nghiên cứu tài liệu. ................................ 40
3.4.2. Phương pháp khảo sát thực địa ...................................................... 40
3.4.3. Phương pháp bản đồ ....................................................................... 40
3.4.4. Phương pháp đo GPS tĩnh .............................................................. 40
3.4.5. Phương pháp sử dụng phần mềm ................................................... 40
i
LỜI CẢM ƠN
Thực tập tốt nghiệp là một giai đoạn cần thiết và hết sức quan trọng của
mỗi sinh viên, đó là thời gian để sinh viên tiếp cận với thực tế, nhằm củng cố và
vận dụng những kiến thức mà mình đã học được trong nhà trường. Để qua đó sinh
viên khi ra trường sẽ hoàn thiện về kiến thức, phương pháp làm việc cũng như
năng lực công tác, nhằm đáp ứng được yêu cầu của thực tiễn công việc.
Được sự đồng ý của Ban chủ nhiệm khoa Quản lý Tài nguyên em đã
tiến hành nghiên cứu đề tài: “Ứng dụng công nghệ GPS trong công tác thành
lập lưới khống chế cơ sở mặt bằng trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên”.
Hoàn thành được đề tài này, trước hết em xin chân thành cám ơn Ban
giám hiệu trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên, Ban chủ nhiệm khoa
Quản lý Tài nguyên, cùng các thầy cô giáo trong trường đã luôn quan tâm,
dạy bảo, truyền đạt những kiến thức, kinh nghiệm, quý báu cho em trong suốt
bốn năm học vừa qua. Đặc biệt em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy
giáo Th.S. Nguyễn Ngọc Anh đã nhiệt tình chỉ bảo, hướng dẫn cho em. Sự
tạo điều kiện của Bộ môn GIS Và Viễn thám Khoa Quản lý Tài Nguyên cùng
Trong những năm trước đây để ghi nhận, mô tả và quản lý tài nguyên
thiên thiên, sự phân bổ đô thị, phân bổ dân cư, phân bổ sản xuất. . . người ta
sử dụng hệ thống bản đồ địa lý, bản đồ chuyên đề, bản đồ giải thửa. . . được
vẽ trên giấy cùng các bảng biểu thống kê được đo vẽ thủ công bằng tay. Các
bản đồ này mức độ sử dụng còn hạn chế do độ chính xác không cao, nội dung
không phong phú, khó khăn cho việc lưu trữ, nhân bản, bảo quản, cập nhật và
chỉnh sửa.
Trong giai đoạn hiện nay, cùng với sự phát triển của nền kinh tế, khoa học
kỹ thuật, tin học điện tử viễn thông, ngành địa chính đang phải đối mặt với sự
phát triển không ngừng của khoa học công nghệ. Những khái niệm mới, hệ
thống mới, kỹ thuật mới xuất hiện, đã được ngành địa chính ứng dụng có hiệu
quả vào công tác quản lý đất đai, và thành lập bản đồ địa chính dạng số.
2
Song song với mỗi giai đoạn phát triển của xã hội loài người, và các
ngành khoa học nói chung và ngành trắc địa nói riêng cũng có những bước
phát triển rõ rệt. Ngày nay, những thành tựu to lớn của nhiều ngành như toán
học, địa lý học, kỹ thuật điện, tin học. . . đã được ứng dụng vào ngành trắc địa
bản đồ. Hệ thống định vị toàn cầu GPS là hệ thống dẫn đường và định vị
chính xác dựa trên các vệ tinh NAVSTAR được bộ quốc phòng MỸ thiết kế,
triển khai từ năm 1973 và sử dụng rộng rãi tới ngày nay.
Ngày nay, Công nghệ GPS chiếm vai trò chủ đạo trong các lĩnh vực dân
sự và đã thay thế được công nghệ truyền thống trong việc xây dựng lưới tọa
độ, đồng thời mở ra nhiều các lĩnh vực khác nhau vì nó đạt được nhiều tính
ưu việt hơn hẳn các phương pháp cũ như độ chính xác cao, thời gian đo
nhanh, ít tốn kém và hầu hết thực hiện được trong mọi điều kiện thời tiết.
Công nghệ GPS đã mang lại nhiều hiệu quả khoa học như định vị được với độ
chính xác tới milimet, khoảng cách đo được lên tới hàng nghìn km, có thể
định vị các đối tượng chuyển động tạo cơ sở khoa học mới cho xây dựng các
- Quy trình thực hiện đảm bảo tính khoa học và chính xác.
1.4. Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI
1.4.1. Ý nghĩa trong học tập và nghiên cứu khoa học
- Đây là cơ hội cho sinh viên vận dụng những kiến thức đã học và những
hiểu biết của mình vào thực tiễn, đồng thời cũng có cơ hội nâng cao sự hiểu
biết về phát triển của ngành địa chính nói chung và ứng dụng công nghệ GPS
trong công tác thành lập lưới khống chế cơ sở mặt bằng nói riêng.
- Nâng cao kỹ năng sử dụng và kế thừa các thành tựu của khoa học và kĩ
thuật vào thực tiễn.
1.4.2. Ý nghĩa thực tiễn
- Qua nghiên cứu, tìm hiểu và ứng dụng công nghệ GPS trong công tác
thành lập lưới khống chế cơ sở mặt bằng giúp cho công tác quản lý Nhà nước
về đất đai được nhanh hơn đầy đủ hơn và chính xác hơn.
- Phục vụ tốt cho việc đo vẽ chi tiết thành lập bản đồ địa chính theo công
nghệ số, hiện đại hóa hệ thống hồ sơ địa chính theo quy định của Bộ Tài
Nguyên và Môi Trường.
4
PHẦN 2
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1. TỔNG QUAN VỀ GPS - Navigation Satellite Timing And Ranging
Globol positioning Sytem (Navstar GPS)
Hệ thống định vị toàn cầu có tên đầy đủ là Navigation Satellite Timing
And Ranging Globol positioning Sytem (Navstar GPS) được bắt đầu triển
khai từ những năm 1970 do quân đội Mỹ chủ trì. Nhiệm vụ chủ yếu của hệ
thống là xác định tọa độ không gian và tốc độ chuyển động của điểm xét trên
hệ II F (block II F, có nghĩa là Tiếp tục – Follow On).
Trong những năm của thập kỉ 80 quân đội Mỹ đã chính thức cho phép sử
dụng trong dân sự. Từ đó các nhà khoa học của nhiều nước phát triển đã lao
vào cuộc chạy đua để đạt được thành quả cao nhất trong lĩnh vực sử dụng vệ
tinh chuyên dụng GPS. Những thành tựu này cho kết quả trong hai hướng chủ
đạo là chế tạo máy thu tín hiệu và thiết lập các phần mềm để chế biến thu tín
hiệu cho các mục đích khác nhau.
6
Trong thời gian này Liên Xô xây dựng hệ thống định vị toàn cầu
GLONASS (Global Navigation Satellite System) nguyên lý hoạt động của hệ
thống này tương tự hoạt động như hệ thống GPS, nhưng có những đặc thù
riêng và nó không được thương mại hóa rộng rãi.
Cho tới năm 1988, các máy thu GPS do 10 hãng trên thế giới sản xuất đã
đạt được trình độ cạnh tranh trên thị trường. Vì lý do trên, giá máy đã giảm
xuống tới mức hợp lý mang tính phổ cập. Một số hãng trên thế giới sản xuất
máy thu GPS hàng đầu như: TRIMBLE NAVIGATION (Mỹ), ASHTECH
(Mỹ), WILD (Thụy Sĩ), SEGSEL (Pháp), MINI MAX (Tây Đức)...
Ở Việt Nam các ứng dụng của công nghệ GPS trong trắc địa mới chỉ bắt
đầu từ những năm 1990, Song chúng ta đã khai thác có hiệu quả trong công
tác xây dựng và hoàn thiện mạng lưới thiên văn – Trắc địa quốc gia. Xây
dựng lưới Trắc địa biển, liên kết đất liền với các hải đảo xa đất liền. Chỉ với 5
máy thu vệ tinh loại 4000ST, 4000SST ban đầu sau một thời gian ngắn đã lập
xong lưới khống chế như Tây Nguyên, Thượng nguồn sông Bé, Cà Mau...
Công nghệ GPS đã góp phần xây dựng cơ sở dữ liệu để hình thành hệ quy
chiếu VN-2000. Bên cạnh đó chúng ta đã ứng dụng GPS để đo đạc một số
mạng lưới nghiên cứu địa động trên các khu vực đứt gãy Sông Hồng, Điện
Biên - Lai Châu và tham gia cùng các nước trong khu vực thực hiện đo đạc và
nghiên cứu sự di chuyển vỏ trái đất thuộc vùng Đông Nam Á.
8
2. Cấu trúc tín hiệu GPS
Mỗi vệ tinh đều có thiết bị tạo dao động với tần số chuẩn cơ sở là
=10.23
MHZ . Tần số này còn là tần số chuẩn của đồng hồ nguyên tử, với độ chính xác cỡ
. Tử tần số cơ sở
thiết bị sẽ tạo ra hai tần số sóng tải L1 và L2.
Sóng tải L1 có tần số = 154
Sóng tải L2 có tần số
= 1575.42 MHZ, có bước sóng là 19,032 cm.
= 120
= 1227,60MHZ, có bước sóng là
24,42cm.
Để phục vụ cho các mục đích và đối tượng khác nhau, các tín hiệu phát đi
được điều biến mang theo các code riêng biệt, đó là C/A code, P-code và Y-code.
C/A-code (coarse/Acquisition code) là code thô cho phép dùng rộng rãi.
C/A code mang tính chất tựa ngẫu nhiên. Tín hiệu mang code này có tần số
thấp (1.023 MHZ) tương ứng với bước sóng 293 mét. C/A code chỉ điều biến
sóng tải L1, song nếu có sự can thiệp của các trạm điều khiển trên mặt đất có
thể chuyển sang cả L2.Chu kì của C/A code là 1 mili giây, trong đó chứa
1023 bite (1023 chíp) mỗi một vệ tinh phát đi C/A code khác nhau. Nó chủ
yếu được sử dụng cho mục đích dân sự với độ chính xác không cao, vì vậy
Station):Colorado
Springs, Diego
Garcia,
Ascension,Kwajalein và Hawaii; một trạm điều khiển trung tâm (Master
Control Station-MCS) và 3 hiệu chỉnh số liệu (Upload Station).
Hình 2.4. Các trạm theo dõi của hệ thống GPS
Các trạm này theo dõi liên tục tất cả các vệ tinh có thể quan sát được.
Các số liệu quan sát được ở các trạm này được chuyển về trạm điều kiển trung
tâm MCS, tại đây việc tính toán số liệu chung được thực hiện và cuối cùng
các thông tin đạo hàng cập nhật được chuyển lên các vệ tinh, để sau đó từ các
vệ tinh chuyển đến các máy thu của người sử dụng.
10
Như vậy, vai trò của đoạn điều kiển rất quan trọng vì nó không chỉ theo
dõi các vệ tinh mà còn liên tục cập nhật để chính xác hóa các thông tin đạo
hàng trong đó có lịch vệ tinh quảng bá, đảm bảo độ chính xác cho công tác
định vị bằng hệ thống GPS.
2.1.3. Đoạn sử dụng (User segment)
Đoạn sử dụng bao gồm các máy thu GPS, máy hoạt động để thu tín hiệu
vệ tinh GPS phục vụ cho mục đích khác nhau như dẫn đường trên biển, trên
không, trên đất liền và phục vụ cho công tác đo đạc ở nhiều nơi trên thế giới.
Trong việc khai thác sử dụng công nghệ GPS, người ta có thể kết nối các thiết
bị thu tín hiệu GPS với một số thiết bị khác để thực hiện các kĩ thuật đo động
thời gian thực (Real time Kinematic-RTK). Đo vi phân DGPS, đo vi phân
Bảng 2.6. Yêu cầu kỹ thuật chủ yếu của lưới GPS được thành lập ................ 36
Bảng 4.1. Hệ thống các điểm trắc địa hạng cao đã có trong khu vực trường ....... 45
12
(Kinh tuyến đi qua đài thiên văn Greenwich, cực quả đất, tâm vật chất quả
đất) đều thuộc về quả đất.
Do đó hệ tọa độ WGS – 84 tham gia vào chuyển động ngày đêm của quả
đất. Tuy nhiên tọa độ của mọi điểm trên mặt đất được xác định trong hệ tọa
độ này không thay đổi và không phụ thuộc vào sự quay quanh trục của quả
đất. Vì lý do đó hệ tọa độ WGS – 84 cũng như mọi hệ tọa độ địa tâm quả đất
khác được sử dụng rộng rãi trong Trắc địa - Bản đồ để xây dựng các mạng
lưới Trắc địa và thành lập bản đồ.
Để xác định các tham số quỹ đạo chuyển động của vệ tinh người ta phải
sử dụng hệ tọa độ sao. Hệ tọa độ sao có một yếu tố không liên quan đến trái
đất điểm xuân phân (điểm xuân phân là giao điểm của mặt phẳng xích đạo và
đường hoàng đạo). Như vậy các tham số quỹ đạo của vệ tinh được xác định
trong hệ tọa độ sao và được sử dụng để tính toán ra tọa độ của vệ tinh trong
hệ WGS – 84 vào thời điểm quan sát.
Trong cuộc sống hàng ngày và cả trong các lĩnh vực khoa học – kỹ thuật
người ta thường sử dụng hệ thống thời gian liên quan đến chuyển động của
mặt trời: Đó là giờ mặt trời trung bình. Hệ thống thời gian này có quan hệ mật
thiết với hệ thống thời gian sao.
Do bị ảnh hưởng của nhiều yếu tố, các hệ thống thời gian mặt trời và sao
thường không ổn định, nên người ta xây dựng chuẩn thời gian dựa trên việc
xác định số dao động của một nguyên tử đồng vị phóng xạ giữa hai mức cân
bằng. Chuẩn thời gian là giờ nguyên tử với độ ổn định rất cao và không liên
quan đến sự quay của trái đất. Trong công nghệ GPS để xác định 1 khoảng
cách giữa vệ tinh và máy thu với độ chính xác cỡ cm và thâm trí mm đòi hỏi
phải đáp ứng hai điều kiện:
hiệu từ vệ tinh đến máy thu. Trên thực tế không thể thực hiện việc so sánh
code nhận được với code tạo ra trên vệ tinh mà chỉ có thể thực hiện được
trong máy thu tín giữa tín hiệu code nhận được và tín hiệu do máy thu tạo ra.
14
Trong trường hợp này code do máy thu tạo ra không đông bộ với code trên vệ
tinh do sự đồng bộ quả đồng hồ vệ tinh và đồng hồ máy thu.
Ký hiệu ts là thời điểm tính theo đồng hồ vệ tinh khi phát tín hiệu và tR
là thời điểm tính theo đồng hồ máy thu nhận tín hiệu code. Tương tự ta ký
hiệu độ sai của các đồng hồ tính theo hệ thống giờ GPS là δs và δR lần lượt với
đồng hồ vệ tinh và đồng hồ máy thu. Khi đó thời gian lan truyền tín hiệu là:
t= tR - ts = [ tR(GPS)+δR ] – [ts(GPS)+δs]= t(GPS)+
Trong đó ta ký hiệu: t(GPS)=tR(GPS)-ts(GPS) và
(1.1)
=δR-δs (1.2)
Độ sai lệch đồng hồ vệ tinh δscó thể mô hình hóa theo hàm đa thức nhờ
các hệ số a0,a1,a2 chuyền từ vệ tinh lưu trong đoạn đầu tiên của thông tin đạo
hàng. Số hiệu chỉnh của đồng hồ vệ tinh được xác định:
δs=a0+a1(t-t0)+a2(t-t0)2(1.3)
Trong đó t là thời điểm xét, t0 là thời điểm lịch vệ tinh. khoảng cách
giả R được tính theo công thức:
R=c(t+
)=ρ+c.
=
λ
ρ+
c
λ
∆δ + N
(1.5)
Trong đó: ρ- khoảng cách giữa vệ tinh và máy thu
λ- bước sóng của sóng tải
N- số nguyên lần bước sóng λ chứa trong R
- sai số không đồng bộ giữa đồng hồ của vệ tinh và máy thu.
N được gọi là số nguyên đa trị, thường không được biết trước mà cần
xác định trong quá trình đo.
Trong trường hợp đo pha theo sóng tải L1 có thể xác định khoảng cách
giữa vệ tinh và máy thu với độ chính xác cỡ centimet thậm chí milimet. Sóng
tải L2 có độ chính xác thấp hơn L1, nhưng có tác dụng cùng sóng tải L1 giảm
thiểu ảnh hưởng sai số của tầng điện ly và đơn giản hóa việc xác định số
nguyên đa trị N. Dưới đây là bảng so sánh kết quả sử dụng sóng tải và các mã
code để xác định khoảng cách.
Bảng 2.1. So sánh kết quả sử dụng sóng tải và các mã code để xác định
khoảng cách
Tín hiệu
Bước sóng
Sơ đồ 4.1. Quy trình thành lập lưới khống chế bằng công nghệ GPS ........... 44
Copyright: Tài liệu đại học ©