ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM

LƯU VĂN TĨNH

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GPS
TRONG XÂY DỰNG LƯỚI KHỐNG CHẾ PHỤC VỤ
ĐO VẼ BẢN ĐỒ ĐỊA CHÍNH TRÊN ĐỊA BÀN
HUYỆN TAM NÔNG, TỈNH PHÚ THỌ

LUẬN VĂN THẠC SĨ QUẢN LÝ ĐẤT ĐAI

Thái Nguyên, năm 2015


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM

LƯU VĂN TĨNH

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GPS
TRONG XÂY DỰNG LƯỚI KHỐNG CHẾ PHỤC VỤ
ĐO VẼ BẢN ĐỒ ĐỊA CHÍNH TRÊN ĐỊA BÀN
HUYỆN TAM NÔNG, TỈNH PHÚ THỌ
Ngành: Quản lý đất đai
Mã số ngành: 60.85.01.03

LUẬN VĂN THẠC SĨ QUẢN LÝ ĐẤT ĐAI

Người hướng dẫn khoa học: TS. Lê Văn Thơ


Tác giả luận văn

Lưu Văn Tĩnh


iii

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ ii
MỤC LỤC ................................................................................................................. iii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ......................................................................... vii
DANH MỤC CÁC BẢNG...................................................................................... viii
DANH MỤC CÁC HÌNH ......................................................................................... ix
MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1
1. Tính cấp thiết của đề tài ............................................................................. 1
2. Mục tiêu của đề tài .................................................................................... 2
2.1 Mục tiêu tổng quát ................................................................................... 2
2.1 Mục tiêu cụ thể ........................................................................................ 2
3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài .................................................... 2
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU..................................................................3
1.1. Công tác thành lập bản đồ địa chính ....................................................... 3
1.1.1. Hệ thống lưới khống chế ......................................................................3
1.1.2. Những đặc điểm thành lâp Hệ thống lưới khống chế khu vực huyện
Tam Nông, tỉnh Phú Thọ ................................................................................6
1.2. Tổng quan về công nghệ GPS ................................................................. 6
1.2.1. Lịch sử hình thành ................................................................................6
1.2.2. Cấu trúc hệ thống GPS .........................................................................8
1.2.3. Tín hiệu GPS ......................................................................................12
1.2.4. Các trị đo GPS ....................................................................................14

2.2.2. Thực trạng công tác quản lý nhà nước về đất đai ...............................36
2.2.3. Ứng dụng GPS đo động thời gian thực thành lập lưới khống chế đo vẽ
và đo vẽ chi tiết bản đồ địa chính .................................................................36
2.2.4. So sánh, đánh giá độ chính xác của lưới đo vẽ bằng công nghệ GPS đo .....36
2.2.5. Ưu điểm, hạn chế của việc Ứng dụng GPS đo động thời gian thực và
đề xuất một số giải pháp ...............................................................................36
2.3. Phương pháp nghiên cứu và xử lý số liệu..............................................36
2.3.1. Phương pháp thu thập số liệu .............................................................36
2.3.2. Phương pháp xử lý và phân tích số liệu .............................................37


i

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực
và chưa được sử dụng để bảo vệ một học vị nào. Nội dung đề tài này là những kết quả
nghiên cứu, những ý tưởng khoa học được tổng hợp từ công trình nghiên cứu, các công
tác thực nghiệm, các công trình sản xuất do tôi trực tiếp tham gia thực hiện.
Tôi xin cam đoan, các thông tin trích dẫn trong luận văn đều đã được chỉ rõ
nguồn gốc.

Tác giả luận văn

Lưu Văn Tĩnh


vi

3.4.3. Kết quả so sánh hai phương pháp đo động thời gian thực trong công
nghệ GPS đo lưới kinh vĩ thay thế lưới kinh vĩ bằng máy đạc điện tử ........67


: Global Positioning System
Hệ thống định vị toàn cầu

GCNQSD

: Giấy chứng nhận quyền sử dụng

HDOP

: Horizon Dilution of Precision
Độ mất chính xác theo phương ngang

PDOP

: Position Dilution of Precision
Độ mất chính xác vị trí vệ tinh theo 3D

Ratio

: Tỉ số phương sai

Reference Variance : Độ chênh lệch tham khảo
RSM

: Sai số chiều dài cạnh

VDOP

: Vertiacal Dilution of Precision

Bảng 3.12: Kết quả lưới kinh vĩ đo GPS động .........................................................62
Bảng 3.13: Kết quả so sánh 2 phương pháp đo.........................................................67


ix

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1. Cấu trúc của hệ thống GPS ........................................................................8
Hình 1.2. Sơ đồ quỹ đạo và vệ tinh của hệ thống GPS ...............................................9
Hình 1.3. Mạng lưới các trạm điều khiển của hệ thống GPS từ sau năm 2005 .............10
Hình 1.4. Máy thu GPS .............................................................................................11
Hình 1.5. Máy toàn đạc điện tử ................................................................................11
Hình 1.6. Cấu trúc tín hiệu GPS ...............................................................................13
Hình 1.7. Kỹ thuật giải đa trị tại các máy thu ..........................................................15
Hình 1.8. Kỹ thuật định vị tương đối .......................................................................17
Hình 1.9. Kỹ thuật định vị tương đối .......................................................................18
Hình 1.10. Sơ đồ lưới dạng tam giác ........................................................................31
Hình 1.11. Sơ đồ lưới dạng tứ giác ...........................................................................31
Hình 1.12. Sơ đồ lưới dạng đường chuyền ...............................................................31
Hình 3.1 Vị trí huyện Tam Nông, tỉnh Phú Thọ .......................................................41
Hình 3.2 Sơ đồ lưới địa chính cụm 5 xã huyện Tam Nông ......................................54
Hình 3.3 Sơ đồ lưới kinh vĩ đo bằng công nghệ GPS ...............................................62
Hình 3.4 Sơ đồ lưới kinh vĩ đo bằng máy toàn đạc điện tử ......................................63


1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài

Huyện Tam Nông tỉnh Phú Thọ những năm qua có tốc độ phát triển kinh tế
tương đối nhanh kéo theo nhu cầu sử dụng đất ngày càng tăng. Chính vì thế nhu
cầu bức thiết trong quản lý đất đai của huyện là phải thành lập được bản đồ
địa chính (BĐĐC) có độ chính xác cao. Muốn có được điều đó cần phải xây dựng
hệ thống lưới địa chính trên địa bàn huyện. Để mở rộng khả năng sử dụng công
nghệ GPS, góp phần đưa công nghệ mới vào sản xuất. Với những lý do trên qua
khoá học thạc sỹ, được sự phân công của khoa quản lý tài nguyên - trường Đại Học
Nông Lâm Thái Nguyên và được sự giúp đỡ của Tiến sỹ Lê Văn Thơ. tôi thực hiện
đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ GPS trong xây dựng lưới khống chế
phục vụ đo vẽ bản đồ địa chính trên địa bàn huyện Tam Nông, tỉnh Phú Thọ”.
2. Mục tiêu của đề tài
2.1 Mục tiêu tổng quát
Ứng dụng kỹ thuật GPS đo động thời gian thực trong công tác thành lập bản
đồ địa chính, từ đó đề xuất một số giải pháp nâng cao hiệu quả của kỹ thuật đo GPS
động thời gian thực bằng các máy thu 2 tần số trong đo đạc địa chính trên cơ sở kết
quả thử nghiệm tại một số khu vực của huyện Tam Nông tỉnh Phú Thọ.
2.1 Mục tiêu cụ thể
- Tìm hiểu thực trạng khả năng ứng dụng của công nghệ GPS trong công tác
xây dựng lưới khống chế ở khu vực huyện Tam Nông, tỉnh Phú Thọ.
- Ứng dụng phương pháp đo tĩnh trong công nghệ GPS để thành lập lưới địa
chính, lưới khống chế đo vẽ phục vụ công tác thành lập bản đồ địa chính huyệnTam
Nông, tỉnh Phú Thọ.
- Những đề xuất về các giải pháp ứng dụng phương pháp đo tĩnh trong công
nghệ GPS để thành lập lưới khống chế ở khu vực vùng trung du miền núi của tỉnh
Phú Thọ .
3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Dựa trên công nghệ GPS để xây dựng lưới địa chính thay thế cho phương
pháp xây dựng lưới truyền thống, góp phần đưa công nghệ mới vào sản xuất nhằm
nâng cao độ chính xác, mang lại hiệu quả kinh tế - kỹ thuật trong thực tế sản xuất
khi xây dựng lưới khống chế trắc địa nói chung và lưới khống chế địa chính ở khu

thống kê, kiểm kê đất đai và xây dựng hiện trạng sử dụng đất,gọi tắt là văn bản [7].
8. Thông tư số 09/2007/TT-BTNMT do Bộ tài nguyên và Môi trường ban
hành ngày 02/8/2007 về việc hướng dẫn lập, chỉnh lý,quản lý hồ sơ địa chính, gọi
tắt là văn bản [8].


ii

LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành được đề tài, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến:
Ban giám hiệu Trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên, Khoa Quản lý tài
nguyên, cùng các Thầy Cô giáo đã giảng dạy, truyền đạt kiến thức cho tôi trong
suốt thời gian tôi tham gia khóa học của Trường.
TS. Lê Văn Thơ đã hết lòng quan tâm, trực tiếp hướng dẫn tôi trong quá trình
thực hiện đề tài.
Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình, bạn bè đã giúp đỡ, động
viên và đóng góp ý kiến cho tôi trong suốt quá trình học tập và hoàn thành đề tài.

Tác giả luận văn

Lưu Văn Tĩnh


5

+ Thành lập bản đồ địa chính bằng phương pháp đo vẽ trực tiếp ở thực địa.
Để đo vẽ bản đồ tỷ lệ 1:5000 - 1:10000, trên diện tích khoảng 5 km2 có một
điểm từ địa chính trở lên.
Để đo vẽ bản đồ tỷ lệ 1:500 - 1:2000, trên diện tích từ 1 đến 1,5 km2 có một
điểm từ địa chính trở lên.

để làm cơ sở phát triển lưới khống chế đo vẽ [1].
1.1.2. Những đặc điểm thành lâp Hệ thống lưới khống chế khu vực huyện Tam Nông, tỉnh
Phú Thọ
Mật độ điểm được ưu tiên thiết kế dày hơn tại các khu vực dân cư và thưa tại
các vùng đồi núi. Đồ hình lưới tạo thành từng cặp điểm thông hướng nhau, cơ sở để
phát triển lưới là các điểm địa chính cơ sở (GPS) được thành lập năm 1995 đã có
trong khu đo và gần khu đo.
Việc thiết kế lưới đo theo công nghệ GPS liên quan đến vấn đề chọn điểm địa
chính ngoài thực địa, ngoài một số yếu tố về mật độ điểm, về kết cấu hình học của
mạng lưới, các điểm GPS cần phải đảm bảo yêu cầu riêng mang đặc thù của công
nghệ GPS [21].
1.2. Tổng quan về công nghệ GPS
1.2.1. Lịch sử hình thành
Từ những năm 60 của thế kỷ XX, Cơ quan Hàng không và Vũ trụ (NASA)
cùng với Quân đội Hoa Kỳ đã tiến hành chương trình nghiên cứu, phát triển hệ
thống dẫn đường và định vị chính xác bằng vệ tinh nhân tạo. Hệ thống định vị dẫn
đường bằng vệ tinh thế hệ đầu tiên là hệ thống TRANSIT. Hệ thống này có 6 vệ
tinh, hoạt động theo nguyên lý Doppler. Hệ thống TRANSIT được sử dụng trong
thương mại vào năm 1967. Một thời gian ngắn sau đó TRANSIT bắt đầu ứng dụng
trong trắc địa. Việc thiết lập mạng lưới điểm định vị khống chế toàn cầu là những
ứng dụng sớm nhất của hệ thống TRANSIT.
Định vị bằng hệ thống TRANSIT cần thời gian quan trắc rất lâu mà độ chính xác
chỉ đạt cỡ 1m. Do vậy, trong công tác trắc địa - bản đồ hệ thống TRANSIT chỉ phù hợp
với công tác xây dựng các mạng lưới khống chế cạnh dài. Nó không thỏa mãn được
các ứng dụng đo đạc thông dụng như đo đạc bản đồ, các công trình dân dụng.


7

Tiếp sau thành công bước đầu của hệ thống TRANSIT, hệ thống định vị vệ

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
30.000 điểm) [17].
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), đươc 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.
1.2.2. Cấu trúc hệ thống GPS
GPS gồm 3 đoạn: đoạn không gian, đoạn điều khiển và đoạn người sử dụng

Hình 1.1. Cấu trúc của hệ thống GPS [27]

Đoạn không gian (Space Segment)
Đoạn không gian gồm tối thiểu 24 vệ tinh bay trên 6 mặt phẳng quỹ đạo cách
đều nhau và có góc nghiêng 55o so với mặt phẳng xích đạo của Trái đất. Quỹ đạo
của vệ tinh gần như hình tròn, vệ tinh bay ở độ cao xấp xỉ 20200 km so với mặt đất,
bán kính quỹ đạo 26.600 km. Vệ tinh GPS chuyển động trên quỹ đạo với chu kỳ là
718 phút, mỗi một quỹ đạo có ít nhất 4 vệ tinh. Do đó, ở bất kỳ thời gian nào và ở
bất kỳ vị trí quan trắc nào trên Trái đất trong điều kiện địa hình thông thoáng cũng
có thể quan trắc được ít nhất 4 vệ tinh GPS - điều kiện tối thiểu để có thể định vị
được trong không gian 3 chiều [18].


iii

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ ii

LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ ii
MỤC LỤC ................................................................................................................. iii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ......................................................................... vii
DANH MỤC CÁC BẢNG...................................................................................... viii
DANH MỤC CÁC HÌNH ......................................................................................... ix
MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1
1. Tính cấp thiết của đề tài ............................................................................. 1
2. Mục tiêu của đề tài .................................................................................... 2
2.1 Mục tiêu tổng quát ................................................................................... 2
2.1 Mục tiêu cụ thể ........................................................................................ 2
3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài .................................................... 2
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU..................................................................3
1.1. Công tác thành lập bản đồ địa chính ....................................................... 3
1.1.1. Hệ thống lưới khống chế ......................................................................3
1.1.2. Những đặc điểm thành lâp Hệ thống lưới khống chế khu vực huyện
Tam Nông, tỉnh Phú Thọ ................................................................................6
1.2. Tổng quan về công nghệ GPS ................................................................. 6
1.2.1. Lịch sử hình thành ................................................................................6
1.2.2. Cấu trúc hệ thống GPS .........................................................................8
1.2.3. Tín hiệu GPS ......................................................................................12
1.2.4. Các trị đo GPS ....................................................................................14
1.2.5. Nguyên lý định vị GPS .......................................................................16
1.2.6. Các nguồn sai số .................................................................................19
1.2.7. Những kỹ thuật đo GPS ......................................................................22
1.2.8. Xử lý số liệu........................................................................................27
1.2.9. Bình sai lưới GPS ...............................................................................27


11

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:

λ L1 =

c
c
≈ 24cm
≈ 19 cm λL 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 [5]. Có 2 loại mã giả ngẫu nhiên là:
- C/A-code (viết tắt của từ "clear/access code" hay "coarse/acquisition code"),
được phát đi ở tần số 1.023MHz và có chu kỳ lặp lại là 1ms (cứ 1ms th́ mă C/Acode lại lặp lại). Chỉ có sóng tải L1 là được điều biến bởi C/A-code, tức là mã này
chỉ có trong sóng L1.


13

cũng tạo ra code tựa ngẫu nhiên đúng như vậy. Bằng cách so sánh code thu từ vệ
tinh và code của chính máy thu tạo ra có thể xác định được khoảng thời gian lan
truyền của tín hiệu code, từ đó dễ dàng xác định được khoảng cách từ vệ tinh đến
máy thu (đến tâm anten của máy thu). Do có sự không đồng bộ giữa đồng hồ
của vệ tinh và máy thu, do có ảnh hưởng của môi trường lan truyền tín hiệu
nên khoảng cách tính theo khoảng thời gian đo được không phải là khoảng cách
thực giữa vệ tinh và máy thu, đó là khoảng cách giả.
Nếu ký hiệu tọa độ của vệ tinh là xs, ys, zs; tọa độ của điểm xét (máythu) là
x,y,z; thời gian lan truyền tín hiệu từ vệ tinh đến điểm xét là t, sai số không đồng bộ
giữa đồng hồ trên vệ tinh và trong máy thu là ∆t, khoảng cách giả đo được là R, ta
có phương trình:
R = c(t+∆t) =

( xS − x) 2 + ( yS − y ) 2 + ( zS − z ) 2 + c∆t(1.1)

Trong đó, c là tốc độ 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 đo khoảng thời gian lan truyền tín hiệu chỉ có thể đảm bảo độ
chính xác đo khoảng cách tương ứng khoảng 30m. Nếu tính đến ảnh hưởng của điều
kiện lan truyền tín hiệu, sai số đo khoảng cách theo C/A code sẽ ở mức 100m là
mức có thể chấp nhận được để cho khách hàng dân sự được khai thác. Song kỹ
thuật xử lý tín hiệu code này đã được phát triển đến mức có thể đảm bảo độ chính
xác đo khoảng cách khoảng 3m, tức là hầu như không thua kém so với trường hợp
sử dụng P-code vốn không dành cho khách hàng đại trà. Chính vì lý do này mà
trước đây Chính phủ Mỹ đã đưa ra giải pháp SA để hạn chế khả năng thực tế của
C/A code. Nhưng ngày nay do kỹ thuật đo GPS có thể khắc phục được nhiễu SA,
Chính phủ Mỹ đã tuyên bố bỏ nhiễu SA trong trị đo GPS từ tháng 5 năm 2000 [24].