ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM

TRẦN VĂN LIỄU

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GPS
VÀ GIS ĐỂ XÂY DỰNG LƯỚI KHỐNG CHẾ
VÀ ĐO VẼ BẢN ĐỒ ĐỊA CHÍNH XÃ ĐẠO TRÙ,
HUYỆN TAM ĐẢO, TỈNH VĨNH PHÚC
Ngành: Quản lý đất đai
Mã số: 60 85 01 03

LUẬN VĂN THẠC SĨ QUẢN LÝ ĐẤT ĐAI

Người hướng dẫn khoa học: TS. Phan Đình Binh

Thái Nguyên - 2014


i

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan những số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là
trung thực và chưa hề được sử dụng để bảo vệ một học vị nào.
Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã
được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn đã được ghi rõ nguồn gốc.

Thái Nguyên, ngày 15 tháng 12 năm 2014
Tác giả luận văn

Trần Văn Liễu

LỜI CAM ĐOAN .................................................................................................. i
LỜI CẢM ƠN ....................................................................................................... ii
MỤC LỤC............................................................................................................ iii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ...................................................................... v
DANH MỤC CÁC BẢNG, BIỂU ....................................................................... vi
DANH MỤC CÁC HÌNH................................................................................... vii
MỞ ĐẦU ............................................................................................................... 1
1. Tính cấp thiết của đề tài .................................................................................. 1
2. Mục đích và yêu cầu nghiên cứu ..................................................................... 2
2.1. Mục đích ...................................................................................................... 2
2.2. Yêu cầu........................................................................................................ 2
3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài nghiên cứu ....................................... 2
3.1. Ý nghĩa khoa học ......................................................................................... 2
3.2. Ý nghĩa thực tiễn.......................................................................................... 3
Chương 1: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU .......................................................... 4
1.1. Hệ thống định vị toàn cầu (GPS).................................................................. 4
1.1.1. Sự hình thành của hệ thống GPS ............................................................ 4
1.1.2. Cấu trúc của hệ thống GPS..................................................................... 5
1.1.3. Các phương pháp đo GPS .....................................................................12
1.1.4. Độ chính xác của một số máy thu GPS..................................................18
1.1.5. Tình hình ứng dụng GPS trong thu thập dữ liệu không gian ..................19
1.2. Hệ thống thông tin địa lý (GIS) ...................................................................21
1.2.1. Mục đích ứng dụng của GIS..................................................................23
1.2.2. Các đặc điểm hệ thống thông tin địa lý..................................................24
1.2.3. Các ứng dụng của hệ thống thông tin địa lý...........................................24
1.2.4. Lợi ích và những hạn chế của việc sử dụng kỹ thuật GIS ......................25
1.2.5. Một số ứng dụng của GIS ở Việt Nam ..................................................25
1.3. Những vấn đề chung về bản đồ địa chính ....................................................27
1.3.1. Định nghĩa bản đồ địa chính..................................................................27
1.3.2. Nội dung bản đồ địa chính ....................................................................27

3.3.4. Đóng gói và nộp tài liệu ........................................................................68
3.4. Nghiên cứu một số giải pháp nâng cao hiệu quả ứng dụng công nghệ
GPS và GIS trong thành lập lưới khống chế và đo vẽ bản đồ địa chính ..............69
3.4.1. Đánh giá độ chính xác ..............................................................................69
3.4.2. Hiệu quả kinh tế....................................................................................71
3.4.3. Đề xuất một số giải pháp nâng cao hiệu quả ứng dụng công nghệ
GPS và GIS trong thành lập lưới khống chế và đo vẽ bản đồ địa chính ...........72
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .............................................................................73
1. Kết luận .........................................................................................................73
2. Kiến nghị .......................................................................................................73
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................74


v

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

CNQSDĐ

: Chứng nhận quyền sử dụng đất

CSDL

: Cơ sở dữ liệu

DGPS

: Đo GPS cải chính phân sai (DGPS- Differential GPS)

ĐGHC


TKKT-DT

: Thiết kế kỹ thuật - dự toán

WGS-84

: Hệ tọa độ (World Geodetic System 1984)


vi

DANH MỤC CÁC BẢNG, BIỂU
Bảng 1.1. Bảng tổng hợp các phương pháp đo GPS .................................... 17
Bảng 1.2. Đặc tính kỹ thuật của một số loại máy thu GPS có khả năng
đo động..................................................................................... 18
Bảng 3.1. Kết quả thu thập các loại bản đồ và sổ sách liên quan.................. 44
Bảng 3.2. Hệ thống điểm khống hế trên địa bàn xã Đạo Trù ........................ 45
Bảng 3.3. Trị đo gia số tọa độ và các chỉ tiêu sai số hệ tọa độ vuông
góc không gian, ellipsoid quy chiếu WGS84 .............................. 49
Bảng 3.4. Sai số khép tam giác GPS hệ tọa độ vuông góc không gian,
ellipsoid WGS84 ...................................................................... 49
Bảng 3.5. Trị bình sai, số hiệu chỉnh, sai số do gia số tọa độ không
gian, hệ tọa độ vuông góc không gian, ellipsoid WGS84 ........... 50
Bảng 3.6. Thành quả tọa độ vuông góc không gian sau bình sai hệ tọa
độ vuông không gian VN 2000, ellipsoid WGS84...................... 50
Bảng 3.7. Thành quả tọa độ trắc địa sai bình sai hệ tọa độ trắc địa VN
2000, ellipsoid WGS84............................................................. 51
Bảng 3.8. Thành quả tọa độ phẳng sau bình sai, hệ tọa độ phẳng VN
2000, ellipsoid WGS84, kinh tuyến trục 105 0 00' , múi

Hình 3.4. Cửa sổ lệnh tạo mảnh bản đồ địa chính ..................................................56
Hình 3.5. Sơ đồ phân mảnh bản đồ địa chính xã Đạo Trù ......................................57
Hình 3.6. Cửa sổ lệnh đánh số thửa bản đồ địa chính.............................................59
Hình 3.7. Cửa sổ lệnh vẽ nhãn thửa bản đồ địa chính.............................................60
Hình 3.8. Cửa sổ lệnh sửa bảng nhãn thửa bản đồ địa chính ..................................61
Hình 3.9. Cửa sổ lệnh tạo hồ sơ kỹ thuật thửa đất bản đồ địa chính .......................61
Hình 3.10. Tạo khung bản đồ địa chính .................................................................62
Hình 3.11. Tạo khung bản đồ địa chính cơ sở ........................................................63
Hình 3.12. Cửa sổ cơ sở dữ liệu bản đồ địa chính ..................................................64
Hình 3.13. Cửa sổ file.txt.......................................................................................65


1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Đất đai là tài nguyên vô cùng quan trọng trong chiến lược phát triển của mỗi
Quốc gia. Một trong những chỉ tiêu đánh giá sự phát triển của mỗi quốc gia đôi khi
còn được tính theo mức độ biến động trong quá trình sử dụng đất của quốc gia đó.
Việc gia tăng dân số, tốc độ đô thị hóa nhanh làm cho quỹ đất quốc gia bị biến
động. Vậy làm thế nào để quản lý đất đai hiệu quả và chặt chẽ nhất nhằm bảo vệ
quyền sở hữu nhà nước đối với đất đai? Đây là câu hỏi đặt ra cho các cấp chính
quyền mà trực tiếp là các nhà quản lý đất đai.
Trong những năm trước đây, công tác quản lý đất đai của nước ta chưa được
coi trọng, gần như bị lãng quên, gây ra nhiều tiêu cực xã hội ảnh hưởng lớn đến đời
sống nhân dân. Mặt khác, trong cơ chế thị trường ngày nay, sự tồn tại khách quan
của nhiều thành phần kinh tế kéo theo sự đa dạng của các mối quan hệ trong quản lý
và sử dụng đất.
Để có sự quản lý chặt chẽ, sử dụng hợp lý tiết kiệm nguồn tài nguyên vô giá
này, việc đổi mới công tác quản lý nhà nước về đất đai cần phải có bản đồ địa chính

và GIS để xây dựng lưới khống chế và đo vẽ bản đồ địa chính xã Đạo Trù, huyện
Tam Đảo, tỉnh Vĩnh Phúc”.
2. Mục đích và yêu cầu nghiên cứu
2.1. Mục đích
Nghiên cứu ứng dụng công nghệ GPS và GIS để xây dựng lưới khống chế và đo
vẽ bản đồ địa chính hiện đại so với phương pháp thành lập bản đồ địa chính truyền
thống, mà trước hết là việc ứng dụng công nghệ GPS và GIS để xây dựng lưới khống
chế và đo vẽ bản đồ địa chính xã Đạo Trù, huyện Tam Đảo, tỉnh Vĩnh Phúc.
2.2. Yêu cầu
Sử dụng một số tính năng của công nghệ GPS và GIS để xây dựng thành công
lưới khống chế và đo vẽ bản đồ địa chính xã Đạo Trù, huyện Tam Đảo, tỉnh Vĩnh
Phúc đạt độ chính xác theo quy định, quy phạm.
3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài nghiên cứu
3.1. Ý nghĩa khoa học
Ý nghĩa khoa học của đề tài là ứng dụng hiệu quả công nghệ GPS và GIS
trong công tác xây dựng lưới khống chế và đo vẽ bản đồ địa chính xã Đạo Trù,
huyện Tam Đảo, tỉnh Vĩnh Phúc.


3

3.2. Ý nghĩa thực tiễn
Các kết quả của đề tài tạo ra cơ sở khoa học giúp cho các đơn vị sản xuất đưa
phương pháp xây dựng lưới khống chế và đo vẽ bản đồ địa chính không những ở
một xã mà còn có thể áp dụng thực hiện ở nhiều xã (phường, thị trấn) trên địa bàn
huyện (thị, thành phố) của tỉnh. Việc phối kết hợp cả hai công nghệ GPS và GIS
trong đo vẽ, thành lập bản đồ địa chính sẽ phát huy tối đa các tính năng của hai
công nghệ này.




5

Gần như đồng thời với hệ thống GPS của Mỹ, Nga cũng phát triển một hệ
thống tương tự với tên gọi GLONASS (nhưng không thương mại hóa rộng rãi).
Hiện nay Liên minh Châu Âu đang phát triển hệ dẫn đường vệ tinh của mình mang
tên GALILEO, hiện đã có một số vệ tinh đã được đưa lên quỹ đạo và hệ thống dự
kiến được đưa vào sử dụng năm 2014. Trung Quốc thì phát triển hệ thống định vị
toàn cầu của mình mang tên BEIDOU (Bắc Đẩu) bao gồm 35 vệ tinh. Ngoài ra còn
một số hệ thống định vị vệ tinh khác được sử dụng ở một số nơi trên thế giới.
Những ứng dụng sớm nhất của công nghệ GPS trong trắc địa là đo đạc các
mạng lưới trắc địa mặt bằng, năm 1983 người ta đã xây dựng mạng lưới trắc địa ở
Elfel (CHLB Đức), tiếp theo đó nhiều mạng lưới khác cũng được xây dựng ở
Montgomery County, Pennsylvania (Mỹ), ... Ở Việt Nam, ngay từ những năm
1991-1992, chúng ta cũng đã sử dụng công nghệ GPS để xây dựng một số mạng
lưới tọa độ nhà nước hạng II ở những vùng khó khăn chưa có lưới khống chế (Minh
Hải, Tây Nguyên, ...). Sử dụng GPS để xây dựng lưới trắc địa biển, kết nối đất liền
với các hải đảo trong một hệ thống tọa độ chung. Trong những năm 1995-1997,
chúng ta đã xây dựng mạng lưới GPS cấp “0”. Trên cơ sở đó thành lập hệ quy chiếu
Quốc gia mới (VN-2000) cũng như việc lập lưới khống chế hạng III phủ trùm lãnh
thổ (gần 30000 điểm).
Hiện nay, hệ thống GPS vẫn đang phát triển và ngày càng hoàn thiện về phần
cứng (thiết bị đo) và phần mềm (chương trình xử lý số liệu), được ứng dụng rộng
rãi vào mọi dạng công tác trắc địa bản đồ, trắc địa công trình dân dụng và các công
tác định vị khác theo chiều hướng ngày càng đơn giản, hiệu quả [22]
1.1.2. Cấu trúc của hệ thống GPS
GPS là một hệ thống kỹ thuật phức tạp, song theo sự phân bố không gian
người ta chia hệ thống GPS thành 3 phần (còn gọi là đoạn – segment):
- Đoạn không gian (Space Segment).
- Đoạn điều khiển (Control Segment).

nhịp với tần số f 0  10.23MHz là tần số cơ bản để tạo ra tín hiệu phát đi từ vệ tinh.
Các sóng tải có nhiệm vụ chuyển tải mã đo khoảng cách và các thông báo định
vị. Vệ tinh GPS phát ra sóng tải ở 2 tần số ký hiệu là L1 và L2, các tần số này được
tính từ tần số cơ bản như sau:

f L1  154  f 0  1575.42Mhz

f L 2  120  f 0  1227.60Mhz
Từ các tần số trên, có thể tính được bước sóng của L1 và L2 như sau:


8

L1 

c
c
 24cm
 19cm L 2 
f L2
f L1

Các mã giả ngẫu nhiên được sử dụng để đo khoảng cách từ vệ tinh tới máy thu.
Các mã này được gọi là giả ngẫu nhiên vì chúng có tính chất gần giống như
một mã ngẫu nhiên, nhưng trong thực tế được phát sinh ra theo một thuật toán phức
tạp mà ta có thể biểu diễn một cách đơn giản dưới dạng hàm số G = G(PRN) với
PRN là số nguyên có giá trị từ 1 đến 36. Với mỗi một giá trị của PRN sẽ có một mã
giả ngẫu nhiên. Mỗi vệ tinh GPS được gán một giá trị PRN riêng và do đó nó có mã
giả ngẫu nhiên riêng [1]. Có 2 loại mã giả ngẫu nhiên là:
- C/A-code (viết tắt của từ "clear/access code" hay "coarse/acquisition code"),

trung tâm đặt tại Colorado Springs (Mỹ) và 4 trạm theo dõi đặt tại Hawaii (Thái
Bình Dương), Ascension Island (Đại Tây Dương), Diego Garcia (Ấn Độ Dương) và
Kwajalein (Đông Thái Bình Dương). Các trạm này tạo thành một vành đai bao
quanh Trái đất.
Các trạm điều khiển 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 khiển trung tâm
(MCS – master control station). Tại đây việc tính toán số liệu chung được thực hiện
và cuối cùng các thông tin cập nhật được chuyển lên các vệ tinh, để sau đó từ vệ
tinh chuyển đến các máy thu của người sử dụng.
Như vậy, vai trò của đoạn điều khiển rất quan trọng vì nó không chỉ theo dõi
các vệ tinh mà còn liên tục cập nhật để chính xác hoá các thông tin, bảo đảm độ
chính xác cho công tác định vị bằng hệ thống GPS.

TTrrạạm
m đđiiềềuu kkhhiiểểnn ccũũ
TTrrạạm
m đđiiềềuu kkhhiiểểnn m
mớớii

Hình 1.5. Mạng lưới các trạm điều khiển của hệ thống GPS từ sau năm 2005


11

Từ tháng 8 năm 2005, 6 trạm điều khiển của cơ quan tình báo trắc địa không
gian Mỹ (NGA: National Geospatial-Intelligence Agency) đã được thêm vào phần
điều khiển của GPS, nâng tổng số trạm điều khiển lên thành 11 (hình 1.5). Với số
lượng trạm điều khiển như vậy, mỗi vệ tinh luôn luôn có thể nhìn được thấy ít nhất
từ 2 trạm điều khiển và kết quả xác định vị trí của vệ tinh sẽ được chính xác hơn.
Trong thời gian tới, sẽ có thêm 5 trạm điều khiển nữa của NGA được bổ sung và

khoảng cách đo được từ các vệ tinh đến máy thu và tọa độ của các vệ tinh tại thời
điểm đo. Do nhiều nguồn sai số nên độ chính xác định vị thấp (sai số khoảng 515m), không dùng được cho việc đo đạc chính xác, dùng chủ yếu cho việc dẫn
đường và mục đích đo đạc có độ chính xác không cao. Phương pháp này chỉ sử
dụng 1 máy thu tín hiệu vệ tinh [22].


13

1.1.3.2. Đo GPS tương đối
Thực chất của phương pháp đo này là xác định hiệu tọa độ không gian của 2
điểm đo đồng thời đặt trên 2 đầu của cạnh đáy (Baseline) cần đo. Loại trị đo được
sử dụng là pha của sóng tải. Độ chính xác của phương pháp rất cao do loại trừ được
nhiều nguồn sai số nên được sử dụng trong đo đạc xây dựng lưới khống chế trắc địa
và thành lập bản đồ tỷ lệ lớn. Do bản chất của phương pháp nên cần tối thiểu 2 máy
thu vệ tinh trong 1 thời điểm đo. Tùy thuộc vào quan hệ của các trạm đo trong thời
gian đo mà người ta chia thành 4 dạng đo tương đối, đó là: đo tĩnh (Static), đo tĩnh
nhanh (Fast- Static), đo động (Kinematic) và đo giả động (Pseudo Kinematic). Tùy
từng mạng lưới mà sử dụng phương pháp đo thích hợp [22].
a. Phương pháp đo GPS tĩnh (Static)
Đây là phương pháp chính xác nhất vì nó sử dụng cả hai trị đo code và phase
sóng mang (carrier phase). Hai hoặc nhiều máy thu đặt cố định thu dữ liệu GPS tại
các điểm cần đo tọa độ trong khoảng thời gian thông thường từ 1 giờ trở lên.
Thời gian đo kéo đài để đạt được sự thay đổi đồ hình vệ tinh: Cung cấp trị đo dư
(nhiều hơn 4 vệ tinh) và giảm bớt nhiều sai số khác nhằm mục đích đạt độ chính xác
cao nhất.
Dữ liệu đo tĩnh xử lý sau và cho kết quả định vị tốt hơn qua việc chỉnh mô
hình được sử dụng.
Đo GPS tĩnh tương đối đạt độ chính xác cỡ 1cm dùng cho các ứng dụng có độ
chính xác cao nhất, như thành lập lưới khống chế trắc địa ( 1cm + 1ppm) [22].
b. Phương pháp đo GPS tĩnh nhanh (Fast Static)

khởi đo (initialization). Tiếp đó cho máy di động lần lượt chuyển đến các điểm đo
cần xác định, tại mỗi điểm dừng lại để thu tín hiệu trong một vài phút và cuối cùng
quay trở về điểm xuất phát là điểm cuối cạnh đáy để khép tuyến đo bằng lần thu tín
hiệu thứ hai cũng kéo dài trong một phút tại điểm này.
Yêu cầu nhất thiết của phương pháp đo động là cả máy cố định và máy di
động phải đồng thời thu tín hiệu liên tục từ ít nhất là 4 vệ tinh chung trong suốt ca
đo. Vì vậy, tuyến đo phải bố trí ở khu vực thoáng đãng để không xảy ra tình trạng


15

tín hiệu thu bị gián đoạn (gọi là trượt chu kỳ - cycle slip). Nếu xảy ra trường hợp
này thì phải tiến hành khởi đo lại tại cạnh đáy xuất phát hoặc sử dụng một cạnh đáy
khác được thiết lập dự phòng trên tuyến đo. Cạnh đáy có thể dài từ 2 m đến 5 km và
có độ chính xác cỡ xăng-ti-mét là đủ. Trong phương pháp đo động, có thể dùng các
kỹ thuật đo khác nhau như: đo liên tục (continuous), hoặc “dừng và đi” (Stop and
Go) hoặc đo kiểu đánh dấu sự kiện (Events Markers), ... Trong đó kỹ thuật đo
“dừng và đi” (Stop and Go) được dùng nhiều trong đo chi tiết để thành lập bản đồ
địa hình, bản đồ địa chính, đo vẽ mặt cắt địa hình, đo bao các khu vực để kiểm kê
diện tích đất sử dụng.
d. Phương pháp đo giả động
Phương pháp đo giả động cũng cho phép xác định vị trí tương đối của hàng
loạt điểm so với điểm đã biết trong khoảng thời gian đo khá nhanh, nhưng độ chính
xác định vị không cao bằng phương pháp đo động. Trong phương pháp này không
cần làm thủ tục khởi đo, tức là không cần sử dụng cạnh đáy đã biết. Máy cố định
cũng phải tiến hành thu tín hiệu vệ tinh liên tục trong suốt chu kỳ đo, còn máy di
động được chuyển đến từng điểm đo, tại mỗi điểm thu tín hiệu trong 5-10 phút.
Sau khi đo hết lượt, máy đo động quay trở về điểm xuất phát (điểm đo đầu
tiên) và đo lặp lại tại tất cả các điểm theo đúng trình tự trước đó, nhưng phải bảo
đảm sao cho khoảng thời gian giãn cách giữa hai lần đo tại mỗi điểm không ít hơn

dụng số liệu trị đo code pseudorange trong file base tới từng vệ tinh trong nhóm vệ
tinh đó, phần mềm xác định sai số pseudorange của từng vệ tinh so với khoảng cách
thực của nó. Các sai số này được dùng để cải chính số liệu định vị trong file rover.
- Cải chính theo vị trí - Position Correction. Phần mềm Pfinder đọc file rover
và lọc ra nhóm vệ tinh mà máy rover dùng để định vị. Nếu file số liệu trạm base
cũng tính định vị đồng thời từ nhóm vệ tinh đó thì nó sẽ xác định được sai số về độ
vĩ, độ kinh, và độ cao giữa tọa độ được của trạm base và tọa độ thực của nó. Các sai
số đó được phần mềm cải chính tương ứng vào tọa độ của trạm rover. Phụ thuộc
vào thời điểm cải chính mà người ta chia thành các phương pháp đo cải chính phân
sai sau.


17

Bảng 1.1. Bảng tổng hợp các phương pháp đo GPS

Kiểu đo

Đo tĩnh
(Static)

Số vệ

Thời

tinh

gian đo

tối

Các đặc trưng khác

(phụ Các thủ tục đo như phương

thuộc vào thời gian đo)

pháp đo tĩnh

Static)
- Khoảng cách tối đa 50km,

Đo động
xử lý sau

4

2 trị đo

1cm+1ppm

(GPS-PPK)

thực (GPS-

đã biết hoặc bằng đo tĩnh
nhanh trên cạnh chưa biết

Đo động
thời gian



khác cùng điều kiện
- 0,2m với máy thu
Đo DGPS
thời gian
thực (RTK
DGPS)

Everest, Maxwel, với 5 - Không cần thu liên tục vệ
4

1 trị đo vệ tinh, PDOP