DANH MỤC HÌNH ẢNH


DANH MỤC BẢNG BIỂU


DANH MỤC CÁC CHỮ VIÊT TẮT
GNSS - Global Navigation Satellite System – Hệ thống dẫn đường vệ tinh
NAVTAR GPS - Navigation Satellile And Ranging Global Positioning system
– Hệ thống định vị toàn cầu
DOP - Dilution Of Precision - Chỉ số phân tán độ chính xác
NPHs -Network processing hubs – Mạng chủ xử lý tức thời


MỤC LỤC


MỞ ĐẦU
Như chúng ta đó biết, sông có vai trò, vị trí rất quan trọng, gắn bó mật thiết và
ảnh hưởng to lớn đến sự phát triển kinh tế - xã hội, bảo đảm quốc phòng, an ninh,
bảo vệ môi trường của nước ta. Sau hơn 20 năm thực hiện công cuộc đổi mới dưới
sự lãnh đạo của Đảng, tiềm lực kinh tế biển của đất nước ta đó không ngừng lớn
mạnh, phát triển với tốc độ khá nhanh và đó cú những đóng góp quan trọng vào
nhịp độ tăng trưởng kinh tế - xã hội của đất nước theo hướng công nghiệp hoá, hiện
đại hoá.
Để tiếp tục phát huy các tiềm năng của sông trong thế kỷ XXI, Đảng ta đó đưa
ra nhiều chiến lược với mục tiêu tổng quát là đến năm 2020, phấn đấu đưa nước
taphát huy tiềm năng tối đa từ sông ngòi ,góp phần quan trọng trong sự nghiệp công
nghiệp hóa, hiện đại hóa, làm cho đất nước giàu mạnh.Vì vậy, việc thành lập bản đồ
địa dưới nước là vấn đề cấp thiết và thiết thực nhằm phục vụ công tác quản lí nhà
nước về sông ngòi.

ngành và giúp đỡ em trong thời gian qua.

Em xin chân thành cảm ơn !


CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN CÔNG TÁC THÀNH LẬP BẢN ĐỒ ĐỊA HÌNH DƯỚI NƯỚC
1.1. CÁC YÊU CẦU KỸ THUẬT TRONG VIỆC THÀNH LẬP BẢN ĐỒ ĐỊA
HÌNH TỶ LỆ LỚN
Trong trắc địa công trình, tùy thuộc vào các giai đoạn thiết kế; mức độ phức
tạp của địa hình, địa vật; nhiệm vụ thiết kế của từng hạng mục công trình mà chúng
ta thường đo vẽ bản đồ ở các tỷ lệ 1/200, 1/500, 1/1000, 1/2000, 1/5000 (ta gọi
chung là bản đồ tỷ lệ lớn) với các khoảng cao đều khác nhau (h = 0.25m, 0,5m, 1m,
2m).
Độ chính xác của bản đồ phụ thuộc vào độ chính xác của việc thành lập lưới
khống chế mặt bằng, cao độ; độ chính xác biểu thị địa hình địa vật và biểu thị dáng
đất (đo vẽ chi tiết).

1.1.1 Yêu cầu về độ chính xác trong việc thành lập lưới khống chế
a. Về khống chế mặt bằng
Theo [4], Sai số giới hạn vị trí điểm của lưới khống chế đo vẽ so với điểm lưới
cấp cao hơn không vượt quá 0.2mm ở vùng quang đãng và 0.3mm ở vùng rậm rạp,
tính theo tỷ lệ bản đồ.
Trong trường hợp tổng quát, sai số vị trí điểm yếu nhất của cấp khống chế thứ
“i” được tính theo công thức:
mi =

m p .k i −1
1 + k 2 + k 4 + ... + k 2( n −1)


0.2

Hạ
ng IV
4
2
0.2
÷0.5


- Khu vực chưa xây dựng

Sai số khép giới hạn của tuyến

5

0.8

5

10

L

(L là chiều dài tuyến, tính bằng Km)

÷2

L
(m

00
00
o
o
Từ 0 đến 2
¼
1/4
1/4
1/4
o
o
Từ 2 đến 6
1/3
1/3
1/3
1/3
o
o
Từ 6 đến 15
1/3
1/3
1/2
1/2
Lớn hơn 15o
1/2
1/2
1/2
Sai số độ cao của các điểm đặc trưng địa hình không vượt quá 1/3 giá trị
Độ dốc địa hình



, số lượng điểm có giá trị bằng giá trị chênh lệch cho phép không quá

10% tổng số điểm kiểm tra
b. Độ chính xác biểu diễn địa vật:
Theo [4], sai số trung bình vị trí mặt phẳng của các địa vật cố định, chủ yếu so
với điểm khống chế đo vẽ gần nhất không vượt quá 0.5mm trên bản đồ; đối với
những địa vật thứ yếu không vượt quá 0.7mm.
Khi kiểm tra thực địa để kiểm tra sai số biểu diễn địa vật của bản đồ ta dung
công thức sau:
Chênh lệch vị trí mặt bằng được tính theo công thức:
∆ Pi = ∆x 2 + ∆y 2

(1.3)
∆x, ∆y là chênh lệch giá trị tọa độ theo trục X và trục Y giữa điểm kiểm tra và
điểm đồ giải trên bản đồ.
 ∆ 2Pi 
mmb =
n

(1.4)

n : số lượng điểm kiểm tra

mmb
: Sai số trung bình vị trí mặt phẳng của các địa vật

mmb
Sau đó so sánh với giá trị


• Đối với việc thành lập lưới khống chế mặt bằng

Đặc điểm của lưới khống chế mặt bằng phục vụ đo vẽ địa hình cho những khu

vực này là đồ hình dạng tuyến với các điểm được bố trí dọc theo bờ. Việc đo lưới

-

thường gặp phải những khó khăn sau:
Do yêu cầu thông hướng mà đồ hình lưới bố trí rất khó, có trường hợp phải bố trí
cạnh rất ngắn, điều này làm ảnh hưởng đến độ chính xác thành lập lưới và khó đảm

-

bảo được quy trình quy phạm.
Việc đo lưới phải tốn rất nhiều thời gian và công sức. Đối với một điểm đường
chuyền cấp 1chungs ta phải đo góc 3 vòng theo hai chiều đảo thuận ống kính, đo

cạnh theo hai chiều thuận nghịch; một ca đo cần có ít nhất là 4 người thực hiện.
• Đối với việc thành lập lưới khống chế độ cao
Chúng ta phải dẫn độ cao tới tất cả các điểm trên tuyến khống chế mặt
bằng.Để đảm bảo độ chính xác khống chế trên thực tế chúng ta đang áp dụng việc
dẫn độ cao bằng thủy chuẩn hình học. Thực hiện theo phương pháp này thường gặp

-

phải những khó khăn như sau:
Thông thường dọc theo bờ sông, hồ thì hệ thống giao thông là không thuận lợi, do
đó công tác dẫn tuyến gặp rất nhiều khó khăn trong công việc đi lại có rất nhiều
trường hợp phải chui rúc, luồn lách và bố trí cạnh đo rất ngắn, từ đó làm tăng số


ấy vị trí điểm đo sâu và vị trí dựng gương sẽ không khớp nhau.
Khi máy và gương cách xa nhau trong điều kiện dưới nước thì việc liên lạc giữa

-

người đo và người đi gương cũng gặp nhiều khó khăn
Đối với địa hình sông, hồ thì thường xuyên gặp phải trường hợp tia ngắm bị vướng,

-

phải chuyển máy nhiều trạm trong phạm vi hẹp.
Đối với vùng ven biển, khả năng đo khoảng cách của máy là hạn chế, trường hợp
phạm vi đo vẽ vượt ra ngoài tầm đo của máy thì không thể thực hiện được. Bên
cạnh đó, nếu gần bờ có nhiều thực phủ, bờ biển nông thì các tàu đo không thể vào
được, khả năng thông hướng của máy toàn đạc bị hạn chế rất nhiều.
Những khó khăn trên ảnh hưởng rất nhiều đến chất lượng sản phẩm, tốn nhiều
thời gian và ảnh hưởng lớn đên tiến độ thực hiện công việc.
Từ những đặc điểm nêu trên thôi thúc những người làm công tác trắc địa phải
nghiên cứu để tìm ra giải pháp hợp lý cho việc đo vẽ địa hình dưới nước vùng sông
hồ và ven biển.

CHƯƠNG 2

11


KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA CÔNG NGHỆ GNSS TRONG ĐO ĐẠC
THÀNH LẬP BẢN ĐỒ ĐỊA HÌNH DUỚI NƯỚC KHU VỰC ĐÊ LIÊN MẠC
– SÔNG HỒNG

Đoạn sử dụng bao gồm tất cả các máy móc, thiết bị thu nhận thông tin từ vệ
tinh để khai thác sử dụng cho mục đích và yêu cầu khác nhau ở cả trên biển, trên
không và trên đất liền. Một số bộ phận :
* Phần cứng: Phần cứng bao gồm máy thu mạch điện tử, các bộ dao đọng tần
số vô tuyến RF (Radio Frequency), các ăng ten và các thiết bị ngoại vi cần thiết để
máy thu hoạt động (ví dụ nguồn điện…).
* Phần mềm: Bao gồm các chương trình xử lý dữ liệu thu được từ vệ tinh. Ví
dụ chuyển đổi tín hiệu thu được thành những thông tin định vị hoặc dẫn đường…
Những chương trình này cho phép người sử dụng tác động khi cần để có thể lợi
dụng được những ưu điểm của nhiều đặc tính định vị GPS.Những chương trình này
có thể sử dụng được trong điều kiện ngoại nghiệp và được thiết kế sao cho có thể
cung cấp những thông báo về trạng thái và sự tiến bộ của hệ thống tới người điều
hành. Ngoài ra trong phần mềm còn bao gồm những chương trình phát triển tính
độc lập của máy thu GPS, có thể đánh giá được các nhân tố như tính sẵn sang của
vệ tinh và mức độ tin cậy của độ chính xác.
* Phần triển khai công nghệ: Hướng tới mọi lĩnh vực liên quan đến GPS
như: cải tiến thiết kế máy thu, phân tích và mô hình hóa hiệu ứng của ăng ten khác
nhau, hiệu ứng truyền sóng và sự phối hợp của chúng trong phần mềm xử lý số liệu,

13


phát triển các hệ thống liên kết truyền thông một cách tin cậy cho các hoạt đông
định vị GPS cự py dài và ngắn khác nhau và theo dõi các xu thế phát triển trong
lĩnh vực giá cả và hiệu suất của thiết bị.
2.2. Các đại lượng đo GPS
Trị đo GPS là những số liệu mà máy thu nhận được tín hiệu của vệ tinh truyền
tới. Mỗi vệ tinh GPS phát 4 thông tin cơ bản dung cho việc đo đạc và được chia
thành hai nhóm:


ϕ 0R

chịu ảnh

hưởng của sai số đồng hồ ∆tS, ∆tR:
ϕ0S = f S .∆t S

1
2

ϕ0R = f R .∆t R

(2.2)
Sự khác biệt giữa các tần số fS, fR so với tần số chấp nhận f là rất nhỏ. Do đó
hiệu số pha của chúng là:

 ρ
ϕ RS (t ) = ϕ S (t ) − ϕ R (t ) = f S  t −  − f R .t − ϕ 0S − ϕ 0R
 c
ϕ RS ' (t ) = − f

⇒
(

ρ
− f .∆t
c

∆t = ∆t S = ∆t R



(λ: bước sóng của sóng tải)
Từ hiệu pha này, dễ dàng xác định được khoảng cách giả từ máy thu tới vệ
tinh. Đo cạnh theo pha của sóng tải có thể đạt được độ chính xác cỡ 1% độ dài bước
sóng, tức là cỡ 1.9mm với sóng tải L1, với sóng tải L2 thì kém hơn nhưng tác dụng
chủ yếu của nó là kết hợp với sóng tải L1 để làm giảm ảnh hưởng của tầng điện li
đến độ chính xác xác định cạnh, đồng thời xác định số nguyên đa trị N đơn giản
hơn.
2.2.2 Đo khoảng cách giả theo mã (Code)
Trong phương pháp này, mã tựa ngẫu nhiên được phát đi từ vệ tinh tới máy
thu GPS, máy thu tín hiệu vệ tinh và cũng phát ra mã tương tự. Sau đó máy thu so
sánh mã thu được từ vệ tinh với mã của máy thu tạo ra để xác định ra thời gian lan
truyền của tín hiệu vệ tinh. Từ đó tính ra được khoảng cách từ máy thu tới vệ tinh
theo công thức:
R = c(t - ∆t) = ρ + c. ∆t

(2.6)

2.2.3 Đo khoảng cách giả theo tần số Doppler
Theo phương phỏp này, khi vệ tinh phỏt đi tần số f 0, mỏy thu thu được tần số
fr, hiệu tần số của chỳng chớnh là tần số Doppler:
∆f = f0 - fr

(2.7)

Đồng thời ∆f lại được xác định theo công thức:
∆f = − f 0
ρ

ρ

Sự trễ tín hiệu do ảnh hưởng của tầng ion của tín hiệu từ một vệ tinh GPS đến
hai máy thu GPS có khoảng cách nhỏ (khoảng dưới 40km) là tương đối giống nhau.
Nguyên nhân là khi đó có thể coi tín hiệu truyền từ vệ tinh GPS tới hai máy thu
được truyền qua cùng một môi trường ion. Đối với các máy thu cách xa nhau thì sự
sai khác về trễ tín hiệu cũng tăng lên.
Để giảm bớt sự trễ tín hiệu, vệ tinh GPS có phát đi các hệ số mô hình hoá tầng
ion để các máy thu GPS sử dụng tính ảnh hưởng của sự trễ tín hiệu. Tuy vậy, các
mô hình khí quyển cũng chỉ là gần đúng, do vậy vẫn tồn tại sự trễ tín hiệu do ảnh
hưởng của tầng ion.
Hệ số tán sắc của tầng ion phụ thuộc vào tần số sóng điện từ. Do vậy, sử dụng
máy thu hai tần số sẽ giảm thiểu đáng kể ảnh hưởng sai số tầng ion.
2.3.2. Ảnh hưởng của tầng đối lưu
Tầng đối lưu là lớp khí quyền dưới tầng ion. Do ảnh hưởng của tính chất khúc
xạ của sóng điện từ khi truyền qua môi trường khí quyển không đồng nhất gây nên
hiện tượng trễ tín hiệu. Hệ số chiết quang tiêu biểu cho tầng đối lưu là 1.0030, xong
do ảnh hưởng của nhiệt độ, độ ẩm và áp suất khác nhau hệ số này luôn thay đổi gây
nên sự không đồng nhất trong môi trường truyền sóng. ảnh hưởng của tầng đối lưu
đến sai số trễ tín hiệu GPS phụ thuộc vào góc ngưỡng cao (Elevation angle) của tín
hiệu vệ tinh. Đối với góc ngưỡng thấp dưới 3 0 sai số trễ tín hiệu có thể lên tới 30m,
góc ngưỡng càng cao thì sai số càng giảm dần. Sự khác nhau về hệ số chiết quang
của vùng có thể tạo ra sự khác nhau về độ trễ tín hiệu đối với hai máy thu GPS cách
xa nhau tới 1 - 3m.
Sai số do ảnh hưởng của tầng đối lưu có thể giảm nhỏ bằng cách đặt góc
ngưỡng cao trong các máy thu GPS, sử dụng các mô hình khí quyển thích hợp.

17


2.3.3. Sai số quỹ đạo vệ tinh
Mỗi vệ tinh GPS theo thiết kế sẽ chuyển động theo một quỹ đạo nhất định.


18


2.4. Các phương pháp đo GPS
2.4.1. Đo GPS tuyệt đối
Là kỹ thuật xác định toạ độ của điểm đặt máy thu tín hiệu vệ tinh trong hệ toạ
độ toàn cầu WGS - 84. Kỹ thuật định vị này là việc tính toán toạ độ của điểm đo
nhờ việc giải bài toán nghịch không gian dựa trên cơ sở khoảng cách đo được từ các
vệ tinh tại thời điểm đo. Do nhiều nguồn sai số nên độ chính xác vị trí điểm thấp,
không dùng được cho việc đo đạc chính xác, dùng chủ yếu cho việc dẫn đường, và
các mục đích đo đạc có yêu cầu độ chính xác không cao. Đối với phương pháp này
chỉ sử dụng một máy thu thu tín hiệu vệ tinh. Sơ đồ nguyên lý, hình 2.4.

Hình 2.3. Sơ đồ định vị tuyệt đối đo khoảng cách giả
Định vị tuyệt đối có thể sử dụng các trị đo khoảng cách giả theo code, trị đo
khoảng cách giả theo pha sóng tải hoặc theo tần số Doppler.

19


1. Định vị tuyệt đối bằng khoảng cách giả theo code
Khoảng cách giả code tại thời điểm t được biểu diễn bởi biểu thức sau
Ri j (t ) = ρ i j (t ) + c.∆δ i j (t )

(2.11)

Trong đó:

R ij (t )


j

2

i

(2.12)
Trong đó: X (t), Y (t); Z (t) là các thành phần vectơ vị trí địa tâm của vệ tịnh tại
j

j

j

thời điểm t. Xi; Yi; Zi là toạ độ cần xác định điểm quan sát trong hệ toạ độ trái đất.
Sai số đồng hồ

∆δ ji(t )

sẽ được phân tích rõ hơn trong những yếu tố cấu thành.

Thông tin về các đồng hồ vệ tinh luôn biết và được phát đi rộng rãi theo thông tin
đạo hàng dưới dạng các hệ số của đa thức a 0, a1, a2 tại thời điểm t0. Để xác định sai
lệch

đồng

hồ


Sai số đồng hồ

∆δ i j (t )

có thể được chia làm hai phần như nhau:

∆δ i j (t ) = δ j (t ) −δ i(t )
(2.14)

20


Trong đó: Phần liên quan đến đồng hồ vệ tinh được xác định theo (2.13), còn

δ i (t )
phần liên quan đến đồng hồ máy thu

là ẩn số. Thay (2.14) vào (2.11) ta có

Ri j (t ) = ρ i j (t ) + c (δ j (t ) − δ i (t ))

(2.15)
Nếu xét tại một thời điểm t nhất định, thì trong các phương trình trị đo chỉ có 4

δ i (t )
ẩn số đó là toạ độ X i, Yi, Zicủa điểm quan sát và sai lệch đồng hồ máy thu

.

Bốn ẩn số này hoàn toàn có thể giải ngay nếu như đồng thời quan sát được 4 vệ

là khoảng

cách hình học từ điểm quan sát đến vệ tinh như trong mô hình khoảng cách giả theo
code. Số đa trị pha độc lập tức thời

N ij

là số nguyên, và thường gọi là số nguyên đa

fj
trị (cần xác định). Ký hiệu

là tần số của tín hiệu vệ tinh và

∆δ i j (t )

là tổng hợp độ

sai đồng hồ vệ tinh và đồng hồ máy thu.
Sau khi thay (2.14) và (2.16) ra được mô hình sóng tải:
φi j (t ) =

1 j
ρ i (t ) + N i j + f j (δ j (t ) − δ i (t ))
λ

21

(2.17)


Theo phương pháp này, số liệu đồng thời thu tín hiệu các vệ tinh giống nhau,
trong cùng một khoảng thời gian tại trạm Base và trạm Rover được lưu lại và số cải
chính phân sai cùng với toạ độ đã được cải chính phân sai của trạm Rover được tính
toán sau khi đo xong.
Như vậy tọa độ tức thời (đã được cải chính phân sai) không được tính toán
trong phòng sau khi đo. Chính vì lý do đó nên phương pháp này ít được áp dụng.
- Phương pháp xử lý DGPS thời gian thực (Realtime DGPS)
3. Độ chính xác và tầm hoạt động của hệ thống DGPS
Tuỳ thuộc vào các thiết bị, cách thức thu tín tiệu vô tuyến, tầm hoạt động ta
phân biệt các trường hợp áp dụng công nghệ DGPS [7].

23


- DGPS tầm ngắn: thiết bị thu tín hiệu vô tuyến ở dải tần VHF, có tầm hoạt
động khoảng 60km. Độ chính xác định vị theo chế độ Realtime DGPS đạt 0.5 1.0m.
- DGPS tầm trung: BEACON DGPS sử dụng các trạm tĩnh (BEACON) được
xây dựng cố định, trên đó đặt các máy thu GPS và các thiết bị phát sóng Radiolink
ở dải tần số từ 238.5KH Z đến 325KHZ. Tầm hoạt động của trạm tĩnh tuỳ thuộc vào
công suất thiết bị phát sóng Radiolink nằm trong khoảng từ 200km đến 500km. Độ
chính xác đạt cỡ 1 - 5m tuỳ thuộc vào khoảng cách đến trạm tĩnh.
2.4.3. Phương pháp đo GPS hiệu chỉnh toàn cầu Gc - GPS
Công nghệ đo GPS hiệu chỉnh toàn cầu (Gobally Corrected - GPS) do hai
công ty C&C Technologies và công ty Navcom Technology chế tạo, hình 2.6. Ưu
điểm của phương pháp này là khi đo đạc chỉ cần một máy thu GPS, không cần trạm
Base, do đó mà tầm hoạt động của máy không bị hạn chế, có thể đo cách xa bờ và
độ chính xác định vị trên biển không phụ thuộc vào vị trí tầu đo. Về bản chất
phương pháp đo Gc-GPS cũng tương tự như phương pháp định vị vi phân DGPS.
Tuy nhiên phương pháp tính số hiệu chỉnh vào kết quả đo GPS tại trạm di động
được thực hiện trên phạm vi toàn cầu với một mạng lưới các điểm tham chiếu cơ sở

XB = XA = SAB

(2.18)

Từ đó ta có thể viết:
S AB

 X B − X A  ∆X AB 
= YB − Y A  = ∆Y AB 
 Z B − Z B  ∆Z AB 

(2.19)

Hiệu toạ độ trong (2.19) được xác định trong hệ WGS - 84.
Định vị tương đối cho kết quả tốt nhất nếu quan trắc được thực hiện đồng thời
tai cả hai điểm tham chiếu và điểm cần xác định. Các trị quan trắc đồng thời tại hai
điểm A và B đối với vệ tinh i và j cho ta các tổ hợp tuyến tính dưới dạng sai phân
bậc nhất, sai phân bậc hai, sai phân bậc ba.Thông thường trong các phần mềm xử lý
người ta sử dụng kỹ thuật sai phân.
- Sai phân bậc nhất (Single differences)

25