BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

NGUYỄN NGỌC QUYỀN

ỨNG DỤNG HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU XÂY DỰNG
LƯỚI ĐỊA CHÍNH HUYỆN LỤC NAM TỈNH BẮC GIANG

CHUYÊN NGÀNH: QUẢN LÝ ĐẤT ĐAI
MÃ SỐ: 60 85 01 03

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. LÊ MINH TÁ

HÀ NỘI, NĂM 2015


LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan số liệu đo đạc 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.
Hà Nội, ngày……tháng….. năm 2015
Tác giả luận văn

MỤC LỤC
Lời cam đoan....................................................................................................... ii
Lời cảm ơn ......................................................................................................... iii
Mục lục .............................................................................................................. iv
Danh mục chữ viết tắt ........................................................................................ vii
Danh mục bảng ................................................................................................ viii
Danh mục hình ................................................................................................... ix
MỞ ĐẦU ............................................................................................................ 1
1. Tính cấp thiết của đề tài ................................................................................... 1
2. Mục đích của đề tài.......................................................................................... 2
3. Yêu cầu của đề tài............................................................................................ 2
Chương 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU................................................................... 4
1.1. Khái quát chung về lưới khống chế tọa độ .................................................... 4
1.1.1. Khái niệm về lưới khống chế trắc địa .................................................. 4
1.1.2. Vai trò của lưới trắc địa tọa độ Nhà nước ............................................ 4
1.2. Các phương pháp xây dựng lưới khống chế tọa độ ........................................ 4
1.2.1. Lưới tam giác đo góc .......................................................................... 4
1.2.2. Lưới tam giác đo cạnh......................................................................... 5
1.2.3. Lưới đường chuyền ............................................................................ 5
1.2.4. Lưới trắc địa vệ tinh ............................................................................ 5
1.3. Nguyên lý hoạt động của hệ thống định vị GPS ............................................ 6
1.4. Các đại lượng đo......................................................................................... 11
1.4.1. Đo khoảng cách giả theo code:......................................................... 11
1.4.2. Đo pha sóng tải ................................................................................ 12
1.5. Các phương pháp định vị ............................................................................ 13
1.5.1. Định vị GPS tuyệt đối ...................................................................... 13
1.5.2. Định vị GPS tương đối:.................................................................... 13
1.5.3. Ưu điểm, nhược điểm của phương pháp định vị GPS ........................ 16
1.6. Các loại sai số chủ yếu trong kết quả đo GPS ............................................. 17
1.6.1. Sai số của quỹ đạo vệ tinh ................................................................ 17

3.2.2. Xã Bình Sơn ..................................................................................... 37
3.2.3. Các số liệu gốc phục vụ cho xây dựng lưới địa chính ....................... 38
3.3. Xây dựng lưới địa chính cụm 02 xã Vô Tranh và Bình Sơn huyện Lục Nam......... 38
3.3.1. Các văn bản áp dụng trong thiết kế thi công ..................................... 38

v


3.3.2. Nguyên tắc thiết kế lưới địa chính .................................................... 39
3.3.3. Phương án thiết kế ............................................................................ 40
3.3.4. Tổ chức đo lưới địa chính ................................................................. 44
3.3.5. Xử lý kết quả đo lưới GPS bằng phần mềm TTC 2.73 ..................... 49
3.3.6. Sơ đồ thi công lưới GPS và đánh giá kết quả bình sai lưới 02 xã ...... 62
3.4. Kiểm tra nghiệm thu và đánh giá phương pháp đo lưới: .............................. 67
3.4.1. Kiểm tra nghiệm thu ......................................................................... 67
3.4.2. Đánh giá phương pháp đo lưới .......................................................... 68
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................................... 70
KẾT LUẬN ....................................................................................................... 70
KIẾN NGHỊ ...................................................................................................... 71

vi


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
BTNMT

Bộ Tài nguyên và Môi trường

EDOP



Rms

Sai số chiều dài cạnh

SSTP

Sai số trung phương

TDOP

Time Dilution Of Presition

UBND

Ủy ban nhân dân

UTM

Universal Transverse Mercator

VT

Vệ tinh

VDOP

Vertical Dilution Of Presition

vii


Tiêu chí đánh giá chất lượng lưới địa chính ........................................... 62

3.7.

Tiêu chí đánh giá chất lượng lưới địa chính đo bằng công nghệ GPS........... 63

3.8:

Bảng tọa độ vuông góc không gian sau bình sai (1) ............................... 65

3.9:

Bảng tọa độ vuông góc không gian sau bình sai (2) ............................... 66

3.10.

So sánh kết quả đạt được với quy phạm hiện hành ................................. 67

3.11.

So sánh kết quả xử lý được với kết quả đo kiểm tra ............................... 68

viii


DANH MỤC HÌNH
Số hình

Tên hình


1.8

Quy trình xây dựng lưới GPS ............................................................... 28

1.9

Giao diện phần mềm Trimble Total Control ......................................... 29

3.1

Modul lập lịch đo trong Trimble Total Control ..................................... 44

3.2

Cài đặt các thông số lập lịch đo ............................................................ 45

3.3

Số lượng vệ tinh ................................................................................... 46

3.4

Sự phân bố vệ tinh trên bầu trời............................................................ 46

3.5

Máy GPS 1 tần số Hitarget V30X......................................................... 47

3.6


3.14

Cửa sổ Loop Closure Report ................................................................ 55

3.15

Cửa sổ Coordinate System Manager ..................................................... 57

3.16

Cửa sổ Coordinate System Group Parameters ...................................... 58

3.17

Hộp thoại Type chọn Free .................................................................... 59

3.18

Cửa sổ Adjustment Reports (1)............................................................. 59

3.19

Hộp thoại Type chọn Biased................................................................. 60

3.20

Cửa sổ Adjustment Reports (2)............................................................ 61

3.21

tọa độ các cấp. Với ngành trắc địa bản đồ thì đây 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.
Ở Việt Nam từ năm 1990 hệ thống định vị toàn cầu đã được ứng dụng và

1


ngày càng phát triển. Công nghệ GPS đã được ứng dụng xây dựng mạng lưới tọa
độ Nhà nước từ cấp “0” đến lưới địa chính cơ sở (cấp III Nhà nước).
Hiện nay, công nghệ GPS đã được ứng dụng để xây dựng lưới khống chế
tọa độ các cấp để thành lập bản đồ địa chính từ lưới địa chính đến lưới đo vẽ.
Công nghệ GPS ngày càng phát triển hoàn thiện theo chiều hướng chính
xác, hiệu quả, thuận tiện hơn và được sử dụng rộng rãi. Người ta đã sử dụng công
nghệ GPS để xây dựng lưới tọa độ nhà nước thay thế cho các phương pháp
truyền thống, đạt được độ chính xác cao.
Huyện Lục Nam, tỉnh Bắc Giang 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 có độ chính xác cao trong một hệ tọa độ thống nhất trong
toàn huyện. Muốn có được điều đó cần phải xây dựng hệ thống lưới địa chính
trên địa bàn huyện.
Để góp phần đưa công nghệ mới vào sản xuất, xây dựng hệ thống lưới địa
chính huyện Lục Nam, tỉnh Bắc Giang, dưới sự hướng dẫn của Tiến Sỹ Lê Minh
Tá, tôi tiến hành nghiên cứu đề tài: “Ứng dụng hệ thống định vị toàn cầu xây
dựng lưới địa chính huyện Lục Nam tỉnh Bắc Giang”
2. Mục đích của đề tài
Ứng dụng công nghệ GPS vào xây dựng lưới địa chính huyện Lục Nam,
tỉnh Bắc Giang.
3. Yêu cầu của đề tài

Theo chức năng nhiệm vụ lưới trắc địa được chia ra các loại: lưới toàn
cầu, lưới quốc gia, lưới địa phương và lưới chuyên dùng (Dương Vân Phong và
Nguyễn Gia Trọng, 2013).
1.1.2. Vai trò của lưới trắc địa tọa độ Nhà nước
Lưới trắc địa tọa độ hạng cao Nhà nước có vai trò và nhiệm vụ sau:
Nghiên cứu chi tiết hình dáng kích thước, thể trọng trường của trái đất và
những thay đổi của chúng theo thời gian.
Thiết lập hệ tọa độ thống nhất trên phạm vi toàn quốc nhằm thỏa mãn các
yêu cầu xây dựng kinh tế và quốc phòng.
Lưới trắc địa các cấp làm cơ sở xây dựng lưới khống chế để đo vẽ các loại
bản đồ địa hình, địa chính và các loại tỷ lệ trong phạm vi quốc gia; định hướng
cho các công tác nghiên cứu khoa học và kỹ thuật về trái đất như địa chất, địa
động học, bảo vệ tài nguyên và môi trường (Dương Vân Phong và Nguyễn Gia
Trọng, 2013).
1.2. Các phương pháp xây dựng lưới khống chế tọa độ
1.2.1. Lưới tam giác đo góc
Lưới tam giác đo góc được xây dựng đầu tiên trên thế giới ở Hà Lan năm
1916 nửa đầu thế kỷ XX, hầu hết các nước đều xây dựng lưới tọa độ nhà nước
theo phương pháp này. Đồ hình cơ bản của lưới là hình tam giác, tứ giác trắc địa

4


và đa giác trung tâm (Trần Hồng Quang, 2001).
Trong lưới tam giác đo góc, người ta đo tất cả các góc do đó có nhiều trị
đo thừa kiểm tra. Độ chính xác của lưới khá cao và đồng đều, hạn chế của lưới
đo góc là độ chính xác các yếu tố trong lưới phụ thuộc nhiều vào đồ hình lưới,
đồng thời phải đòi hỏi phải thông hướng đến nhiều điểm khác, do đó công việc
chọn điểm rất khó khăn và phải xây dựng cột tiêu với chi phí lớn (chiếm 70%
kinh phí xây dựng lưới) (Dương Vân Phong và Nguyễn Gia Trọng, 2013).

từ điểm ngắm đến vệ tinh, khoảng cách từ điểm ngắm đến vệ tinh được đo bằng
máy đo khoảng cách Lazer đến vệ tinh.
Sai số vị trí điểm mặt đất cần định vị từ chỗ 100m sau đó chỉ còn 10m.
Thập kỷ 70 với kỹ thuật Doppler vệ tinh độ chính xác đạt cỡ định vị đạt cỡ vài
dm thậm chí vài mm.
Các điểm vệ tinh không cần thông hướng, khoảng cách giữa các điểm từ
vài Km đến hàng nghìn Km. Bất cứ lúc nào, bất cứ ở đâu nếu thu tín hiệu tốt đều
có thể định vị điểm mặt đất (Trần Bạch Giang, 2003).
Năm 1973 hệ thống GPS được thiết kế và nhanh chóng đạt được những
hiệu quả đáng kể.
Ở Việt Nam, các ứng dụng của công nghệ GPS 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 quốc gia. Xây dựng mạng lưới trắc địa biển, liên
kết đất liền với các hải đảo, góp phần xây dựng cơ sở dữ liệu hình thành hệ quy
chiếu VN-2000. Công nghệ GPS còn được áp dụng để thành lập lưới địa chính
cơ sở phục vụ công tác đo vẽ bản đồ địa chính trong cả nước (Dương Vân Phong
và Nguyễn Gia Trọng, 2013).
1.3. Nguyên lý hoạt động của hệ thống định vị GPS
Hệ thống định vị toàn cầu GPS là hệ thống bao gồm các vệ tinh bay trên
quỹ đạo, thu thập thông tin toàn cầu và được xử lý bởi các trạm điều khiển trên
mặt đất.Trong cùng một thời điểm, ở một vị trí trên mặt đất nếu xác định được
khoảng cách đến ba vệ tinh (tối thiểu) thì sẽ tính được toạ độ của vị trí đó
(Nguyễn Đức Hùng, 2006).

6


Hình 1.1: Hình ảnh trái đất và vệ tinh GPS
Ban đầu nhiệm vụ chủ yếu của hệ thống là xác định tọa độ và tốc độ
chuyển động của điểm xét trên tàu vũ trụ, máy bay, tàu thủy và trên đất liền phục

Mã C/A ( Coarse/Accquisition code ) là mã thô cho phép sử dụng rộng rãi.
Mã C/A là một chuỗi nhị phân mang tính chất tựa ngẫu nhiên, có tần số
1.023MHz, tương ứng với bước sóng 293 m. Chu kỳ của mã C/A là 1 mi-li-giây,
mỗi vệ tinh phát đi một mã C/A khác nhau và mã C/A chỉ điều biến sóng tải L1.
Mã P (Precission code) là mã chính xác, được dùng cho mục đích quân sự
là chủ yếu. Mã P cũng là một chuỗi nhị phân nhưng phức tạp hơn, có tần số
10.23 MHz tương ứng với bước sóng 29.3 m, có chu kỳ 267 ngày. Người ta chia
mã P thành 38 đoạn, mỗi đoạn dài 7 ngày và mỗi đoạn điều biến cho một vệ tinh,
sau 7 ngày lại thay đổi. Bằng cách chia và điều biến này mã P rất khó bị giải mã.
Theo thiết kế độ chính xác định vị GPS có thể đạt độ chính xác cỡ 1% độ dài
bước sóng, nghĩa là chỉ với mã thô C/A cũng có thể đạt độ chính xác cỡ 3 m.
Chính vì thế phía Mỹ đã chủ động làm nhiễu tín hiệu bằng kỹ thuật SA (Selective

8


Availability) nhằm hạ thấp độ chính xác định vị. Từ ngày 20-05-2000 Mỹ đã bỏ
chế độ nhiễu SA.
L1: C/A-code 1.023 MHz
P - code 10.23 MHz
Thông tin đạo hàng
L2: P - code 10.23 MHz
Thông tin đạo hàng
Hình 1.3: Các thông tin điều biến sóng tải L1, L2
Ngoài hai sóng tải L1 và L2 phục vụ cho mục đích định vị cho người sử
dụng, các vệ tinh còn dùng hai sóng tần số 1783.74 MHz và 2227.5 MHz để trao
đổi thông tin với các trạm điều khiển trên mặt đất.
*Đoạn điều khiển:
Đoạn điều khiển bao gồm một trạm điều khiển trung tâm đặt tại Colorado
Springs và bốn trạm theo dõi phân bố đều quanh Trái Đất đặt tại Hawaii (Thái

độ máy thu đóng vai trò máy chủ phát tín hiệu vô tuyến hiệu chỉnh cho các máy
thu khác (định vị vi phân). Đó còn là cả một hệ thống dịch vụ đạo hàng GPS đa
năng trên phạm vi toàn cầu hoặc ở từng khu vực đang được thiết lập ở một số nước
phát triển (Đặng Nam Chinh và Đỗ Ngọc Đường, 2012).

10


1.4. Các đại lượng đo
1.4.1. Đo khoảng cách giả theo 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 ;
Với

t – thời gian lan truyền từ tín hiệu vệ tinh đến điểm xét;
∆ t – sai số không đồng bộ giữa đồng hồ vệ tinh và máy thu;

R – khoảng cách giả đo được;
Tín hiệu vệ tinh

Tín hiệu máy thu
t
Hình 1.5: Đo khoảng cách giả theo code
Nếu ký hiệu: Xs , Ys , Zs – là tọa độ của vệ tinh; X , Y, Z - toạ độ của
điểm. Khi đó ta có thể viết :
R = c( t + ∆ t ) =

(R − Nλ + c∆t)
λ

Trong đó:
R - là khoảng cách giữa vệ tinh và máy tâm anten máy thu
λ – bước sóng của sóng tải
N – số nguyên lần bước sóng chứa trong R, hoặc còn được gọi là số nguyên đa
trị. N thường không biết trước mà phải xác định trong quá trình đo
∆t– sai số không đồng bộ giữa đồng hồ của vệ tinh và của máy thu
Người ta tìm cách xác định chắc chắn số nguyên lần chu kỳ N và từ số lẻ
hiệu pha đo được có thể xác định được khoảng cách giả R từ máy thu tới vệ tinh
theo công thức:
R = c.

ϕ
2π . f

Đo cạnh theo pha sóng tải có thể đạt được độ chính xác cỡ 1% độ dài bước
sóng, tức là cỡ 1.9 mm với sóng tải L1, với sóng tải L2 thì độ chính xác kém hơn
nhưng tác dụng chủ yếu của nó là kết hợp với sóng tải L1 tạo ra khả năng để làm giảm
ảnh hưởng của tầng điện li đến độ chính xác xác định cạnh, đồng thời xác định số
nguyên N đa trị được đơn giản hơn (Đặng Nam Chinh và Đỗ Ngọc Đường, 2012).

12


1.5. Các phương pháp định vị
1.5.1. Định vị GPS tuyệt đối
Định vị tuyệt đối là sử dụng một máy thu GPS đặt tại điểm cần xác định vị
trí, thu tín hiệu vệ tinh và xử lý, kết quả định vị là tọa độ vuông góc không gian

Trong sai phân này hầu như không còn ảnh hưởng của sai số đồng hồ vệ tinh.
Nếu hai trạm cùng tiến hành quan sát đồng thời hai vệ tinh j và k vào thời
điểm ti, ta có phân sai bậc hai (double diferences):
∆2Φj,k(ti)= ∆1Φk(ti)- ∆1Φj(ti)
Qua công thức này ta thấy không còn ảnh hưởng của sai số đồng hộ vệ
tinh và máy thu.
Nếu xét hai trạm cùng tiến hành quan sát đồng thời hai vệ tinh j và k vào
thời điểm ti và ti+1, ta sẽ có phân sai bậc ba (triple differences):
∆3Φj,k(ti)= ∆2Φj,k(ti+1)- ∆2Φj,k(ti)
Trong sai phân này đã loại bỏ được sai số số nguyên đa trị.
Định vị tương đối được thực hiện trên nguyên tắc đo pha sóng tải và hạn
chế được nhiều nguồn sai số chung của hai điểm đặt máy, độ chính xác có thể đạt
được lên tới cỡ mi-li-mét trên khoảng cách hàng trăm ki-lo-mét.
Trong định vị tương đối, người ta sử dụng các phương pháp đo: đo tĩnh,
đo động và đo giả động (Đặng Nam Chinh và Đỗ Ngọc Đường, 2012).
b. Đo tĩnh:
Phương pháp đo tĩnh được sử dụng để xác định hiệu tọa độ (hay vị trí
tương hỗ) giữa hai điểm xét với độ chính xác cao, thường là nhằm đáp ứng các
yêu cầu của công tác trắc địa – địa hình. Trong trường hợp này cả hai máy cùng
phải đồng thời thu tín hiệu từ một số vệ tinh chung liên tục trong một khoảng
thời gian nhất định. Số vệ tinh chung tối thiểu cho cả hai trạm quan sát là ba,
nhưng thường được lấy là bốn để đề phòng trường hợp thu tín hiệu vệ tinh bị
gián đoạn. Khoảng thời gian quan sát phải kéo dài là đủ để cho đồ hình phân bố
vệ tinh thay đổi từ đó ta có thể xác định được số nguyên đa trị của sóng tải và
đồng thời để có nhiều trị đo nhằm đạt được độ chính xác cao và ổn định.
Phương pháp đo tĩnh cho phép đạt được độ chính xác cao nhất trong định
vị tương đối bằng GPS, có thể cỡ cen-ti-mét, thậm chí mm trên khoảng cách
hàng chục và hàng trăm km. Nhược điểm chủ yếu của phương pháp này là thời
gian đo phải kéo dài hàng giờ, do vậy mà năng suất đo bị ảnh hưởng (Đặng Nam
Chinh và Đỗ Ngọc Đường, 2012).

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 nhanh. 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

15


kỳ đo, còn máy di động được chuyển đến từng điểm đo, tại mỗi điểm đo thu tín
hiệu trong khoảng thời gian là 5 ÷ 10 phút.
Sau khi đo hết lượt máy di 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 khoảng
thời gian giãn cách giữa hai lần đo tại mỗi điểm không ít hơn một tiếng, chính
trong khoảng thời gian này đồ hình phân bố vệ tinh thay đổi đủ để xác định được
số nguyên đa trị. Yêu cầu nhất thiết trong phương pháp này là phải có ít nhất ba
vệ tinh chung cho cả hai lần đo tại mỗi thời điểm quan sát.
Phương pháp này có độ chính xác kém hơn phương pháp đo động nhưng
có thể áp dụng ở khu vực có nhiều vật che khuất. Về mặt thiết kế, tổ chức đo thì
chỉ nên bố chỉ ở khu vực đo tương đối nhỏ với số lượng điểm vừa phải để đảm
bảo thời gian đo lặp lại tại mỗi điểm và số lượng vệ tinh chung cho cả hai lần đo
(Đặng Nam Chinh và Đỗ Ngọc Đường, 2012).
1.5.3. Ưu điểm, nhược điểm của phương pháp định vị GPS
* Ưu điểm:
- Các vệ tinh GPS có thể được quan trắc trên cùng một vùng lãnh thổ
rộng lớn như quốc gia hay châu lục, trong khi phương pháp định vị truyền thống
chỉ khống chế ở một khu vực nhỏ hẹp.
- Không cần phải thông hướng trên mặt đất giữa các điểm nên công tác
chọn điểm sẽ có nhiều phương án để lựa chọn.
- Có thể định vị ở thời gian thực và ở thời điểm bất kỳ vị trí nào nếu thu
được tín hiệu vệ tinh: Trên mặt đất, trên biển và trong không gian cho đối tượng