BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

ðÀO QUANG HUỲNH

ỨNG DỤNG HỆ THỐNG ðỊNH VỊ TOÀN CẦU (GPS)
XÂY DỰNG LƯỚI KHỐNG CHẾ ðO VẼ XÃ VIỆT LẬP,
HUYỆN TÂN YÊN, TỈNH BẮC GIANG

LUẬN VĂN THẠC SĨ

HÀ NỘI – 2015


BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

ðÀO QUANG HUỲNH

ỨNG DỤNG HỆ THỐNG ðỊNH VỊ TOÀN CẦU (GPS)
XÂY DỰNG LƯỚI KHỐNG CHẾ ðO VẼ XÃ VIỆT LẬP,
HUYỆN TÂN YÊN, TỈNH BẮC GIANG

CHUYÊN NGÀNH


LỜI CẢM ƠN
ðể hoàn thành ñược ñề tài, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành ñến:
Ban giám ñốc Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam, khoa Quản lý ñất ñai, cùng
các thầy, cô giáo ñã giảng dạy, truyền ñạt kiến thức cho tôi trong suốt thời gian tôi
tham gia khóa học của trường.
TS. Lê Minh Tá ñã hết lòng quan tâm, trực tiếp hướng dẫn tôi trong quá trình
thực hiện ñề tài.
Anh Nguyễn Trọng Thủy – Giám ñốc chi nhánh công ty cổ phần tư vấn dịch
vụ và thương mại nông nghiệp Phương Bắc, cùng cán bộ, nhân viên công ty ñã giúp
ñỡ tôi trong quá trình ño ñạc, thu thập số liệu và ñồng ý cho tôi sử dụng số liệu này
trong ñề tài của mình.
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
Hà Nội, ngày tháng năm 2015
Tác giả luận văn

ðào Quang Huỳnh

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page ii


MỤC LỤC
Lời cam ñoan

i


2

Mục ñích của ñề tài.

3

3

Yêu cầu của ñề tài.

3

Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

4

1.1 Khái quát chung về lưới khống chế

4

1.1.1 Các phương pháp xây dựng lưới khống chế tọa ñộ truyền thống

4

1.1.2 Phương pháp xây dựng lưới khống chế tọa ñộ bằng công nghệ GPS

6

1.2 Khái quát chung về hệ thống ñịnh vị toàn cầu GPS


1.4 Xây dựng lưới khống chế ño vẽ

25

1.4.1 Khái niệm, yêu cầu thiết kế lưới khống chế ño vẽ

25

1.4.2 Quy trình xây dựng lưới khống chế ño vẽ

26

1.5 Giới thiệu chương trình bình sai, ñánh giá ñộ chính xác lưới GPS bằng
phần mềm Trimble Business Center (TBC)
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

27

Page iii


1.5.1 Khái quát phần mềm Trimble Business Center (TBC )

27

1.5.2 Quy trình hoạt ñộng của phần mềm Trimble Business Center (TBC)

29


31

2.4.4 Phương pháp tổng hợp, phân tích, so sánh

31

2.4.5 Phương pháp kiểm tra nghiệm thu

31

Chương 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

33

3.1 ðiều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội xã Việt Lập, huyện Tân Yên, tỉnh Bắc Giang

33

3.1.1 ðiều kiện tự nhiên

33

3.1.2 Thực trạng phát triển kinh tế - xã hội, cơ sở hạ tầng

35

3.1.3 ðánh giá chung về ñiều kiện tự nhiên, kinh tế-xã hội

37



70

3.3

Khả năng ứng dụng của công nghệ GPS trong việc xây dựng lưới ño
vẽ ở vùng ñồi núi.

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

71

Page iv


3.3.1 Những ưu ñiểm của công nghệ GPS so với phương pháp ño ñạc
truyền thống trong công tác xây dựng lưới ño vẽ ở khu vực miền núi.

71

3.3.2 Khả năng ứng dụng của công nghệ GPS trong việc xây dựng lưới
khống chế ño vẽ ở vùng ñồi núi.

73

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

75

TÀI LIỆU THAM KHẢO


HDOP

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

NAVSTAR GPS

: Navigation Satellite Providing Timming and
Ranging Global Positioning System

NNSS

: Naval Navigation Satellite System
Hệ thống ñạo hàng vệ tinh trên biển

Mx, My, Mh

: Sai số theo phương x, y, h

Mp

: Sai số vị trí ñiểm

PDOP

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

Ratio


: Tên tuyến ñường nhựa trong khu ño

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page vi


DANH MỤC BẢNG

STT

TÊN BảNG

TRANG

1.1

Chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản chung của lưới khống chế ño vẽ

26

3.1

Tọa ñộ ñiểm gốc khởi tính

41

3.2


Page vii


DANH MỤC HÌNH
STT

Tên hình

Trang

1.1

Mô hình hình ảnh trái ñất và vệ tinh GPS

7

1.2

Cấu trúc tín hiệu GPS

9

1.3

Các trạm ñiều khiển GPS

10

1.4


Quy trình xây dựng lưới khống chế ño vẽ

40

3.2

Khởi ñộng modul planning

43

3.3

Giao diện Station Editor

44

3.4

Giao diện DOP Values

45

3.5

Giao diện Elevation

45

3.6


3.12 nhập dữ liệu vào project

54

3.13 Chỉnh sửa lại tên ñiểm, chiều cao angten

55

3.14 Cửa sổ plan view hiển thị mạng lưới

55

3.15 Kiểm tra cấu hình dùng xử lý cạnh

56

3.16 vô hiệu hóa các vệ tinh không có tín hiệu và loại bỏ phần xấu của dữ
liệu vệ tinh

57

3.17 vec-tơ cạnh ñược xử lý

57

3.18 Các thiết lập bình sai.

60

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Căn cứ Luật ñất ñai năm 2013, ngày 29 tháng 11 năm 2013, Nghị ñịnh
43/2014/Nð-CP ngày 15 tháng 05 năm 2014 của Chính phủ quy ñịnh chi tiết thi
hành một số ñiều của Luật ðất ñai; Căn cứ Thông số 25/2014/TT-BTNMT
ngày 19/05/2014 của Bộ Tài nguyên và Môi trường về quy ñịnh các yêu cầu kỹ
thuật cơ bản của việc lập, chỉnh lý, quản lý, sử dụng bản ñồ ñịa chính tỷ lệ
1:200, 1:500, 1:1000, 1:2000, 1:5000, và 1:10000 và trích ño ñịa chính thửa ñất
thay thế Quy phạm thành lập bản ñồ ñịa chính trước ñây.( Bộ Tài nguyên và
Môi trường, 2014 )
Công tác ño ñạc bản ñồ ñược chúng ta thực hiện từ rất lâu ñời, ban ñầu chỉ
sử dụng các dụng cụ thô sơ và những phép tính ñơn giản ñể ño vẽ, thành lập bản
ñồ. Ngày nay, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của các ngành khoa học, ngành
trắc ñịa cũng phát triển nhanh tróng và ñạt ñược những thành tựu khoa học ñáng
kể. Trong ñó công tác ño ñạc thành lập bản ñồ ñịa chính ñược áp dụng nhiều
công nghệ, máy móc hiện ñại như: máy toàn ñạc ñiện tử, máy GPS, các phần
mềm ứng dụng xử lý trên máy tính…
Hệ thống ñịnh vị toàn cầu GPS là hệ thống ñịnh vị, dẫn ñường sử dụng các
vệ tinh nhân tạo ñược Bộ Quốc phòng Mỹ triển khai từ những năm ñầu thập kỷ
70. Ban ñầu, hệ thống này ñược dùng cho mục ñích quân sự nhưng sau ñó ñã
ñược thương mại hóa, ứng dụng rất rộng rãi trong các hoạt ñộng kinh tế, xã hội.
Ngày nay, trong rất nhiều lĩnh vực của ñời sống xã hội ñã và ñang áp dụng công
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 1


nghệ GPS. Trong trắc ñịa cũng vậy, công nghệ GPS ñã mở ra thời kỳ mới, ñã
thay thế công nghệ truyền thống trong việc thành lập và xây dựng mạng lưới tọa
ñộ các cấp. Với ngành trắc ñịa bản ñồ thì ñây là cuộc cách mạng thực sự về cả kỹ
thuật, chất lượng cũng như hiệu quả kinh tế trên phạm vi toàn thế giới nói chung
và ở Việt Nam nói riêng.

2. Mục ñích của ñề tài.
Ứng dụng công nghệ ño GPS tĩnh nhanh ñể xây dựng lưới khống chế ño
vẽ thành lập bản ñồ ñịa chính tại xã Việt Lập, huyện Tân Yên.
3. Yêu cầu của ñề tài.
- Lưới khống chế ño vẽ phải ñảm bảo ñủ mật ñộ ñiểm và ñộ chính xác ñể
thành lập bản ñồ ñịa chính tỷ lệ lớn 1/1000 cho xã Việt Lập, huyện Tân Yên.
- Lưới khống chế ño vẽ phải ñảm bảo ñủ các cặp thông hướng phù hợp với
ñịa hình và công tác ño vẽ chi tiết thành lập bản ñồ ñịa chính cho khu ño.
- Các yêu cầu kỹ thuật xây dựng lưới tuân theo quy phạm hiện hành của
Bộ Tài nguyên và Môi trường.

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 3


Chương 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Khái quát chung về lưới khống chế
Lưới khống chế là hệ thống các ñiểm ñược ñánh dấu chắc chắn trên mặt
ñất, giữa chúng liên kết với nhau bởi các hình học và các ñiều kiện toán học chặt
chẽ, ñược xác ñịnh trong cùng một hệ thống tọa ñộ thống nhất với ñộ chính xác
cần thiết, làm cơ sở phân bố chính xác các yếu tố nội dung bản ñồ và hạn chế sai
số tích lũy.
1.1.1. Các phương pháp xây dựng lưới khống chế tọa ñộ truyền thống
1.1.1.1. Lưới tam giác
a, Lưới tam giác ño góc
Phương pháp này ñược ứng dụng vào ñầu thế kỷ XX khi chưa phát triển
máy ño cạnh có ñộ chính xác cao.
ðồ hình cơ bản là lưới tam giác dày ñặc, khóa tam giác, tứ giác trắc ñịa
(tứ giác có hai ñường chéo - hình thoi) và ña giác trung tâm.

ðường chuyền là một dạng cơ bản của lưới khống chế mặt bằng. Trên khu
ño bố trí các ñiểm nối với nhau tạo thành ñường gãy khúc, trong trắc ñịa người ta
gọi ñó là “ðường chuyền”, “ðường ña giác”, “ðường sườn”. ðo tất cả các góc
ngoặt của ñường chuyền ta sẽ xác ñịnh ñược vị trí tương hỗ giữa các ñiểm. Nếu
biết tọa ñộ của một ñiểm và góc phương vị của một cạnh ta dễ dàng tính ra góc
phương vị và các tọa ñộ của các ñiểm khác trên ñường chuyền.
- Phương pháp ñường chuyền chỉ thích ứng ở những khu vực mà ở ñó nếu
áp dụng phương pháp tam giác thì phải dựng hàng loạt tiêu cao.
- Lưới ñường chuyền chọn ñiểm linh hoạt hơn nhưng ñiều kiện ràng buột
ít hơn nên ñộ chính xác các yếu tố của lưới kém lưới ño góc. Từ những năm 1960
trở lại ñây phương tiện ño cạnh có nhiều cải tiến, ñặc biệt khi có các máy toàn
ñạc ñiện tử (Total station) vừa ño góc, vừa ño cạnh có ñộ chính xác cao nên
phương pháp ña giác ñược dùng khá phổ biến.
- ðồ hình cơ bản của ñường chuyền có thể chia thành 3 dạng chính cơ bản
là “ñường chuyền phù hợp”, “lưới ñường chuyền”, “ñường chuyền khép kín”.
- ðối với khu vực ño kéo dài, hai ñầu có các ñiểm khống chế cấp cao thì
dùng dạng ñường chuyền phù hợp.
* Những yêu cầu kỹ thuật cơ bản của ñường chuyền:
- ðường chuyền hạng I xây dựng theo các vòng khép kín.
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 5


- ðường chuyền hạng II xây dựng bên trong các vòng khép ñường chuyền
hoặc khóa tam giác hạng I ở dạng lưới.
- Những ñiểm ñường chuyền hạng III ñược xác ñịnh trên cơ sở những
ñiểm tam giác, ñường chuyền hạng cao bằng các tuyến ñường ñơn hoặc hệ thống
các ñường chuyền có một hoặc nhiều ñiểm nút.
- Những ñiểm ñường chuyền hạng IV ñược xác ñịnh trên cơ sở những ñiểm

truyền thống thì thiết bị vệ tinh GPS khá ñắt tiền nên hiệu quả kinh tế mang lại
chưa cao. ðòi hỏi cán bộ tham gia xây dựng và ño lưới GPS phải có kinh nghiệm
và trình ñộ kỹ thuật cao. ( Lê Mạnh Hùng, 2013 )
1.2. Khái quát chung về hệ thống ñịnh vị toàn cầu GPS
1.2.1. Khái quát về GPS
1.2.1.1. Khái niệm về GPS
Tên tiếng Anh ñầy ñủ của GPS là: Navigation Satellite Timing and
Ranging Global Positioning System. ðây là một hệ thống radio hàng hải dựa vào
các vệ tinh ñể cung cấp thông tin vị trí 3 chiều và thời gian chính xác. Hệ thống
luôn sẵn sàng trên phạm vi toàn cầu và hoạt ñộng trong mọi ñiều kiện thời tiết.
(ðặng Nam Chinh và ðỗ Ngọc ðường, 2012)

Hình 1.1. Mô hình hình ảnh trái ñất và vệ tinh GPS
1.2.1.2. Các thành phần của GPS
GPS gồm 3 thành phần: ñoạn không gian, ñoạn ñiều khiển và ñoạn người
sử dụng.
1. ðoạn không gian
ðoạn không gian theo thiết kế gồm 24 vệ tinh chuyển ñộng trên 6 mặt phẳng
quỹ ñạo với ñộ cao khoảng 20.200 km, nghiêng với mặt phẳng xích ñạo của trái ñất một

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 7


góc 550. Vệ tinh GPS chuyển ñộng trên quỹ ñạo gần như tròn ñều với chu kì 718 phút.
Với sự phân bố vệ tinh trên quỹ ñạo như vậy trong bất kì thời gian nào và ở bất kì vị trí
quan sát nào trên trái ñất cũng có thể quan sát ñược tối thiểu 4 vệ tinh. Hiện nay có 31
vệ tinh ñang hoạt ñộng.
Các vệ tinh GPS có trọng lượng khoảng 1600kg khi phóng và khoảng 800kg

cỡ 3m. Chính vì thế phía Mỹ chủ ñộng làm nhiễu tín hiệu ñể hạ thấp ñộ chính
xác ñịnh vị tuyệt ñối. Kỹ thuật làm nhiễu này gọi là SA (Selective Availability).
Do nhiễu SA khách hàng chỉ có thể ñịnh vị tuyệt ñối với ñộ chính xác cỡ 50 ÷
100m. Từ ngày 20 tháng 5 năm 2000 Mỹ ñã bỏ chế ñộ nhiễu SA. (ðặng Nam
Chinh và ðỗ Ngọc ðường, 2012)

Hình 1.2. Cấu trúc tín hiệu GPS
2. ðoạn ñiều khiển
Mục ñích trong phần này là kiểm soát vệ tinh ñi ñúng hướng theo quỹ ñạo
và thông tin thời gian chính xác.
Có 5 trạm ñiều khiển ñặt trên mặt ñất gồm: ở Hawai (Thái Bình Dương),
Assension Island (ðại Tây Dương), Diego Garcia (Ấn ðộ Dương) và Kwajalein
(Tây Thái Bình Dương), MCS (Master Control Station) gần Colorado Spring.
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 9


Trạm ñiều khiển trung tâm MCS (Master Control Station) ñặt tại căn cứ
không quân Mỹ gần Colorado Spring.
Các trạm theo dõi ñặt tại Hawai (Thái Bình Dương), Assension Island
(ðại Tây Dương), Diego Garcia (Ấn ðộ Dương) và Kwajalein (Tây Thái Bình
Dương) có nhiệm vụ theo dõi liên tục tất cả các vệ tinh có thể quan sát ñược. Số
liệu quan sát ñược ở các trạm này ñược chuyển về trạm ñiều khiển ở trung tâm,
tại ñây việc tính toán số liệu ñược thực hiện và cuối cùng các thông tin ñạo hàng
cập nhật ñược chuyển lên các vệ tinh ñể sau ñó từ vệ tinh chuyển ñến các máy
thu của người sử dụng. Như vậy vai trò của ñoạn ñiều khiển là rất quan trọng vì
nó không chỉ theo dõi các vệ tinh mà còn liên tục cập nhật ñể chính xác hoá các
thông tin ñạo hàng ñảm bảo ñộ chính xác cho công tác ñịnh vị bằng hệ thống
GPS. (ðặng Nam Chinh và ðỗ Ngọc ðường, 2012)

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 11


1 1 0 0 0 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1 1
Code chuyền từ vệ tinh
1 1 0 0 0 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1 1
Code thu ñược

1 1 0 0 0 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1 1
∆δ

Code do máy thu tạo ra
∆t
Hình 1.5. Xác ñịnh hiệu số giữa các thời ñiểm
Nếu ký hiệu tọa ñộ của vệ tinh là xs, ys, zs; 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:

R = c(t + ∆t ) = ( x s − x) 2 + ( y s − y ) 2 + ( z s − z ) 2 + c∆t

(1.1)

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

(1.2)

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 L2
cho ñộ chính xác thấp hơn nhiều, nhưng tác dụng của nó là cùng với L1 tạo ra
khả năng làm giảm ñáng kể tầng ñiện ly và việc xác ñịnh số nguyên ña trị ñược
ñơn giản hơn. (ðặng Nam Chinh và ðỗ Ngọc ðường, 2012)

Hình 1.6. Kỹ thuật giải ña trị tại các máy thu
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 13


1.2.3. Các phương pháp ñịnh vị GPS
1.2.3.1 ðịnh vị tuyệt ñối
Nguyên lý ñịnh vị tuyệt ñối
ðây là trường hợp sử dụng máy thu GPS ñể xác ñịnh ngay tọa ñộ của
ñiểm quan sát trong hệ tọa ñộ WGS-84. ðó có thể là các thành phần tọa ñộ vuông
góc không gian (X,Y,Z) hoặc các thành phần tọa ñộ mặt cầu (B,L,H). Hệ thống
tọa ñộ WGS-84 là hệ thống tọa ñộ cơ sở của GPS, tọa ñộ của vệ tinh và ñiểm
quan sát ñều lấy theo hệ thống tọa ñộ này.