CƠ SỞ 2 - ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP
BAN NÔNG LÂM

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GPS THÀNH LẬP LƢỚI KHỐNG CHẾ
ĐỊA CHÍNH PHỤC VỤ ĐO ĐẠC THÀNH LẬP BẢN ĐỒ ĐỊA
CHÍNH XÃ BÌNH MINH, HUYỆN TRẢNG BOM, TỈNH ĐỒNG NAI

NGÀNH: Quản Lý Đất Đai
MÃ SỐ: 403

Giáo viên hướng dẫn: Phan Văn Tuấn
Sinh viên thực hiện: Phạm Duy Trinh
Khóa học: 2013 – 2016
Lớp: C02 - QLĐĐ

Đồng Nai, tháng 7 năm 2016


CƠ SỞ 2 – ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP
BAN NÔNG LÂM

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GPS THÀNH LẬP LƢỚI KHỐNG CHẾ
ĐỊA CHÍNH PHỤC VỤ ĐO ĐẠC THÀNH LẬP BẢN ĐỒ ĐỊA
CHÍNH XÃ BÌNH MINH, HUYỆN TRẢNG BOM, TỈNH ĐỒNG NAI

Giáo viên hƣớng dẫn: Thầy. Phan Văn Tuấn
(Trƣờng Đại Học Lâm Nghiệp cơ sở 2)


Phạm Duy Trinh

i


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ....................................................................................................... i
MỤC LỤC ............................................................................................................ ii
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT .............................................................................. iv
DANH MỤC BẢNG ............................................................................................ v
DANH MỤC HÌNH ............................................................................................. v
ĐẶT VẤN ĐỀ ...................................................................................................... 1
Chƣơng 1. TỔNG QUAN .................................................................................... 3
1.1. Cơ sở lý luận của vấn đề nghiên cứu ............................................................ 3
1.1.1. Khái quát về hệ thống dẫn đƣờng ằng vệ tinh toàn cầu GNSS ................ 3
1.1.2. Giới thiệu về c ng nghệ GPS ..................................................................... 6
1.1.2.1. Các sai số ảnh hƣởng đến kết quả đo GPS ......................................... 8
1.1.2.2. Các phƣơng pháp đo GPS ................................................................. 13
1.1.2.3. Các phƣơng pháp thành lập lƣới khống chế mặt ằng .......................... 17
1.1.3. Giới thiệu phần mền TBC (Trimble Business Center) ............................ 20
1.1.4. Các hệ quy chiếu và hệ toạ độ trong c ng nghệ GPS .............................. 21
1.2. Cơ sở pháp lý và văn ản pháp quy ............................................................ 23
1.3. Cơ sở thực tiễn ............................................................................................ 23
1.4. Nguồn tƣ liệu để nghiên cứu trong đề tài .............................................................. 24
Chƣơng 2. MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ... 25
2.1. Mục tiêu....................................................................................................... 25
2.1.1. Mục tiêu chung ......................................................................................... 25
2.1.2. Mục tiêu cụ thể ......................................................................................... 25
2.1.3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu ............................................................ 25

iii


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

GPS

Global Navigation Satellite System - hệ thống dẫn đƣờng
bằng vệ tinh toàn cầu.
Global Positioning System - hệ thống định vị toàn cầu.

BTNMT

Bộ Tài Nguyên & M i Trƣờng.

GCNQSDĐ

Giấy chứng nhận quyền sử dụng đất.

BĐĐC

Bản đồ địa chính.

DOP

Dilution of Precision - hệ số suy giảm độ chính xác.

GDOP

Geometric Dilution of Precision - hệ số suy giảm độ chính


RMS

Sai số trung phƣơng khoảng cách.

GNSS

Reference Variance

Phƣơng sai chuẩn.

iv


DANH MỤC BẢNG
Bảng 3.1 Các chỉ tiêu kỹ thuật khi thành lập lƣới địa ch nh ............................... 31
Bảng 3.2 Chỉ tiêu kỹ thuật lƣới địa ch nh ........................................................... 33
Bảng 3.3 Tổ chức các ca đo trong mạng lƣới ..................................................... 39
Bảng 3.4 Tọa độ kh ng gian sau ình sai ........................................................... 61
Bảng 3.5 Tọa độ trắc địa sau ình sai ................................................................. 61
Bảng 3.6 Thành quả tọa độ phẳng và độ cao sau ình sai .................................. 62

DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1 Các quỹ đạo vệ tinh GPS ....................................................................... 6
Hình 1.2 Cấu trúc t n hiệu của vệ tinh .................................................................. 7
Hình 1.3 Mạng lƣới trạm điều khiển GPS (1994) ................................................. 8
Hình 1.4 Thành phần ch nh của hệ thống GPS ..................................................... 8
Hình 1.5 Các tầng kh quyển ảnh hƣởng đến quá trình đo GPS ........................ 10
Hình 1.6 Khúc xạ đa đƣờng dẫn ........................................................................ 11
Hình 1.7 Các đồ hình vệ tinh .............................................................................. 13

Hình 3.22 Biểu tƣợng Process Baselines ............................................................. 49
Hình 3.23 Hộp thoại Process Baselines .............................................................. 50
Hình 3.24 Mạng lƣới chuyển màu xanh nƣớc iển ............................................. 50
Hình 3.25 Biểu tƣợng Loop Closur ..................................................................... 51
Hình 3.26 Hình báo cáo Loop Closure Results................................................... 51
Hình 3.27 Thẻ Summary ..................................................................................... 52
Hình 3.28 Hộp thoại Select Coordinate System ................................................. 52
Hình 3.29 Hộp thoại Select Coordinate System Zone ........................................ 53
Hình 3.30 Hộp thoại Select Geoid Model ........................................................... 53
Hình 3.31 Thẻ Summary hiển thị hệ tọa độ ........................................................ 54
Hình 3.32 Biểu tƣợng Zoom Extents .................................................................. 54
Hình 3.33 Cửa sổ Project Exploer....................................................................... 54
Hình 3.34 Chuyển ghi chú (?) thành Control Quality ......................................... 55
Hình 3.35 Biểu tƣợng Adjust Network ............................................................... 55
Hình 3.36 Hộp thoại Adjust Network ................................................................. 56
Hình 3.37 Thay đổi trọng số ............................................................................... 56
Hình 3.38 Hiển thị kiểm định chi ình phƣơng .................................................. 57
vi


Hình 3.39 Xuất kết quả xử lý cạnh ..................................................................... 57
Hình 3.40 Xuất kết quả ình sai .......................................................................... 58
Hình 3.41 Giao diện phần mền HHMAPS .......................................................... 59
Hình 3.42 Cửa sổ Browse for Computer ............................................................. 59
Hình 3.43 Kết quả iên tập 7 ảng ...................................................................... 60
Hình 3.44 Chọn lƣu kết quả iên tập 7 ảng....................................................... 60

vii





địa nói riêng, đƣợc sự hƣớng dẫn của thầy Phan Văn Tuấn cùng quý thầy cô bộ
môn và sự giúp đỡ của Văn phòng Đăng ký đất đai – Sở Tài nguyên và Môi
trƣờng tỉnh Đồng Nai, em xin thực hiện đề tài: “Ứng dụng công nghệ GPS
thành lập lưới khống chế địa chính phục vụ đo đạc thành lập bản đồ địa chính
xã Bình Minh, huyện Trảng Bom, tỉnh Đồng Nai”.

2


Chƣơng 1
TỔNG QUAN
1.1. Cơ sở lý luận của vấn đề nghiên cứu
1.1.1. Khái quát về hệ thống dẫn đƣờng bằng vệ tinh toàn cầu GNSS
Trên quỹ đạo có những hệ thống vệ tinh nhân tạo với nhiệm vụ là xác định
vị trí của những đối tƣợng trên mặt đất. Bất cứ ai, vật gì trên toàn cầu, khi mang
theo một máy thu đặc biệt thì nhờ hệ thống vệ tinh này có thể biết đƣợc khá chính
xác hiện tại mình đang ở vị tr nào trên trái đất. Ngƣời ta gọi đây là hệ thống dẫn
đƣờng bằng vệ tinh toàn cầu GNSS (Global Navigation Satellite System).
GNSS đƣợc cấu thành nhƣ một chòm sao (một nhóm hay một hệ thống)
của quỹ đạo vệ tinh kết hợp với thiết bị ở mặt đất. Trong cùng một thời điểm, ở
một vị trí trên mặt đất nếu xác định đƣợc khoảng cách đến ba vệ tinh (tối thiểu)
thì sẽ t nh đƣợc tọa độ của vị tr đ . GNSS hoạt động trong mọi điều kiện thời
tiết, mọi nơi trên trái đất và 24 giờ một ngày.
Hiện nay GNSS là tên gọi chung cho 3 hệ thống định vị dẫn đƣờng sử
dụng vệ tinh là GPS (Global Positioning System) do Mỹ chế tạo và hoạt động từ
năm 1994, GLONASS (GLo al Or iting Navigation Satellite System) do Nga
chế tạo và hoạt động từ năm 1995, và hệ thống GALILEO mang tên nhà thiên
văn học GALILEO do Liên minh châu Âu (EU) chế tạo. Nguyên lý hoạt động

- QZSS: Từ năm 2003, Nhật Bản bắt đầu xây dựng hệ thống định vị vệ
tinh khu vực mang tên QZSS (Quasi-Zenith Satellite System), mục tiêu của nó
là bổ sung cho hệ thống định vị GPS tăng cƣờng. QZSS bao gồm ba vệ tinh có
quỹ đạo địa tĩnh tựa thiên đỉnh (Quasi-Zenith Geostationary Orbit), nhờ đ c
thể cung cấp khả năng th ng tin và dịch vụ phát triển tín hiệu định vị cho một
khu vực rộng lớn ph a đ ng Châu Á. Cả bả vệ tinh trên đều có mặt phẳng quỹ
đạo riêng của chúng và nghiên một góc 450 so với quỹ đạo của vệ tinh địa tĩnh
GEO (mặt phẳng x ch đạo). Độ cao của các vệ tinh QZSS là khoảng 35,780 km
tức là cùng độ cao với vệ tinh địa tĩnh.
- IRNSS: Hệ thống vệ tinh dẫn đƣờng khu vực của Ấn Độ IRNSS (India
Regional Navigation Satellite Sytem) do chính phủ Ấn Độ cho phép xây dựng từ
tháng 5 năm 2006, và dự kiến sẽ hoàn thành trong khoảng 6 đến 7 năm. Hệ
thống IRNSS bao gồm ba hợp phần là đoạn kh ng gian, đoạn mặt đất và các
4


máy thu của những ngƣời sử dụng tại Ấn Độ. Theo thiết kế, đoạn không gian
của hệ thống IRNSS gồm bảy vệ tinh.
- Cơ cấu của một hệ thống GNSS đƣợc cấu tạo thành ba phần: phần không
gian, phần điều khiển và phần ngƣời sử dụng.
Nguyên tắc hoạt động của hệ thống GNSS:
Các vệ tinh của GNSS ay vòng quanh trái đất hai lần trong một ngày
theo một quỹ đạo rất chính xác và phát tín hiệu có thông tin xuống trái đất, Các
máy thu GNSS nhận thông tin này và bằng các phép t nh lƣợng giác, máy thu có
thể t nh đƣợc vị trí của ngƣời dùng và hiển thị lên bản đồ điện tử của máy tính.
Máy thu GNSS phải bắt đƣợc với tín hiệu của ít nhất ba vệ tinh để tính ra
vị trí hai chiều (kinh độ và vĩ độ) và để theo dõi đƣợc chuyển động. Với bốn hay
nhiều hơn số vệ tinh trong tầm nhìn thì máy thu có thể t nh đƣợc vị trí ba chiều
(kinh độ, vĩ độ và độ cao). Một khi vị tr ngƣời dùng đã t nh đƣợc thì máy thu
GPS có thể t nh các th ng tin khác, nhƣ tốc độ, hƣớng chuyển động, bám sát di

thiết cho hệ thống hoạt động.

Hình 1.1 Các quỹ đạo vệ tinh GPS
- C 6 mặt phẳng quỹ đạo gần tròn.
- Trên mỗi mặt phẳng quỹ đạo c 4 đến 5 vệ tinh.
- Mặt phẳng quỹ đạo nghiêng so với x ch đạo khoảng 550.
- Độ cao ay trên mặt đất xấp xỉ 20.200 km.
Chức năng chính của các vệ tinh bao gồm:
- Thu nhận và lƣu trữ dữ liệu đƣợc truyền từ mảng điều khiển.
6


- Cung cấp chính xác thời gian bằng các chuẩn nguyên tử đặt trên vệ tinh.
- Truyền thông tin và tín hiệu cho ngƣời sử dụng trên 1 hoặc 2 tần số.
Các tín hiệu vệ tinh bao gồm:
- Hai tần số sóng mang.
- Mã đo khoảng cách đƣợc điều biến vào các sóng mang.
- Thông báo tới ngƣời sử dụng tình trạng và vị trí của vệ tinh bằng cách
phát dƣới dạng một dòng dữ liệu đƣợc thiết kế ở tần số thấp (50 Hz).

Hình 1.2 Cấu trúc tín hiệu của vệ tinh
Mảng điều khiển: Bao gồm các tiện ch đặt trên mặt đất thực hiện nhiệm vụ
theo dõi các vệ tinh, tính toán quỹ đạo cần thiết cho sự quản lý mảng không gian.
- Có 5 trạm điều khiển trên mặt đất: Hawaii, Colorado Springs, Ascension
Is, Diego Garcia và Kwajalein. Tất cả đều là trạm giám sát, theo dõi vệ tinh và
truyền dữ liệu đến trạm điều khiển chính. Trạm đặt tại Colorado Springs là trạm
điều khiển chính (MSC). Tại đ dữ liệu theo dõi đƣợc xử lý nhằm tính tọa độ và
số hiệu chỉnh đồng hồ vệ tinh. Ba trạm tại Ascension Is, Diego Garcia và
Kwajalein là các trạm nạp dữ liệu lên vệ tinh, dữ liệu bao gồm là các bản lịch và
thông tin số hiệu chỉnh đồng hồ vệ tinh.

- Ngƣợc lại, đồng hồ máy thu chỉ là loại đồng hồ thạch anh rẻ tiền, c độ chính
xác kém xa đồng hồ vệ tinh. Tuy nhiên ta có thể loại bỏ sai số đồng hồ máy thu bằng
sai phân bậc 1 vệ tinh hoặc bằng cách coi nó là ẩn số bổ sung trong quá trình xử lý.
Sai số do ngƣời đo và sóng GPS:
Trƣớc khi mở máy cho một ca đo phải đo chiều cao ăngten ằng thƣớc
chuyên dùng đọc số đến 1mm, sau khi tắt máy đo lại chiều cao ăngten để kiểm
tra, chênh lệch chiều cao ăngten giữa 2 lần đo kh ng vƣợt quá ± 2mm. Trong
khi máy thu đang làm việc kh ng đƣợc dùng bộ đàm hoặc điện thoại ở gần máy
thu. Các sai số do ngƣời đo còn có thể do ngƣời đo định tâm chƣa tốt, hoặc thiết bị
GPS không bắt đƣợc s ng và định vị đƣợc do trời nhiều mây mù, trời không quang
đãng ( ị chắn bởi núi non, nhà cao tầng, cây cối..).
Sai số do độ trễ tầng điện ly
- Đƣợc phát từ độ cao hơn 20.200 km xuống máy thu đặt trên trái đất,
các tín hiệu vô tuyến phải xuyên qua tầng điện ly và tầng đối lƣu. Ảnh hƣởng
của tầng điện ly và tầng đối lƣu gây nên cái gọi là độ trễ (tầng điện ly hay tầng
đối lƣu). Cả hai đều gây nên sai số hệ thống. Độ trễ trong L2 nhỏ hơn nhiều so
với độ trễ trong L1.

9


Hình 1.5 Các tầng khí quyển ảnh hƣởng đến quá trình đo GPS
- Ảnh hƣởng của tầng điện ly đƣợc loại bỏ đáng kể bằng cách sử dụng hai
tần số tải L1 và L2. Tuy nhiên, máy thu loại này giá thành cao và n chƣa hẳn đã
hoàn toàn tin cậy khi máy nhận các tín hiệu từ các vệ tinh ở ngƣỡng thấp và khi
chế định đánh lừa AS (Anty Spoofing) đƣợc kích hoạt. do đ cần lƣu ý khi đặt
g c ngƣỡng cao cho máy thu. Kinh nghiệm cho thấy rằng nên sử dụng máy thu
hai tần khi đo các cạnh dài trên 20Km.
Sai số do độ trễ tầng đối lƣu:
Ngay ph a dƣới tầng điện ly là tầng đối lƣu. Ảnh hƣởng của tầng đối lƣu

Nhƣ đã iết, ăng ten nhận tín hiệu GPS từ vệ tinh đến và chuyển đổi năng
lƣợng thành dòng điện để chuyển vào máy thu. Điểm mà tín hiệu GPS đƣợc tiếp
nhận gọi là tâm pha ăng ten. Nhìn chung, tâm pha ăng ten kh ng trùng với tâm
vật lý (hình học) của ăng ten. Đối với mỗi điểm đo, độ lệch này thay đổi tuỳ
thuộc g c ngƣỡng nhận tín hiệu, phƣơng vị của vệ tinh phát tín hiệu xuống cũng
nhƣ cƣờng độ của tín hiệu. Mức độ sai số này tuỳ thuộc vào loại ăng ten. Cũng
giống nhƣ đối với sai số khúc xạ đa đƣờng dẫn, ta rất khó mô hình hoá sự thay
đổi tâm pha ăng ten và do đ kh ng thể loại bỏ trong quá trình xử lý số liệu đo.
Tuy nhiên, ta có thể giảm ảnh hƣởng của sai số này bằng nhiều cách,
chẳng hạn lựa chọn loại ăng ten đƣợc đánh giá là c sai số tâm pha bé, sử dụng

11


ăng ten cùng loại và định hƣớng chúng giống nhau (chẳng hạn cùng về hƣớng
bắc nhƣ vẫn làm) khi tiến hành đo GPS trên các cạnh ngắn.
Sai số toạ độ vệ tinh:
- Đoạn điều khiển mặt đất có nhiệm vụ thu tín hiệu từ các vệ tinh, xử lý và
dự báo toạ độ của vệ tinh theo thời gian rồi gửi lên các vệ tinh, để rồi vệ tinh lại
gửi toạ độ vệ tinh theo thời gian này xuống máy thu trong g i Th ng tin đạo
hàng thông dụng (broadcast satellite navigation message). Trong thực tế, số liệu
đo GPS trong vòng 4 giờ một tại các trạm theo dõi mặt đất của đoạn điều khiển
đƣợc sử dụng để dự báo toạ độ vệ tinh cho từng giờ theo mô hình toán mô tả
quỹ đạo của vệ tinh. Do các mô hình quỹ đạo này không thật ch nh xác nhƣ thực
tế, nên toạ độ vệ tinh dự áo trƣớc chứa sai số, gọi là sai số quỹ đạo. Sai số quỹ
đạo th ng thƣờng đạt danh nghĩa trong khoảng 2 - 5m và khi chịu ảnh hƣởng
của kỹ thuật S/A đạt chừng 50m.
- Sai số quỹ đạo của một vệ tinh sẽ giống nhau cho tất cả các trạm đo trên
toàn cầu. Song, các trạm đo khác nhau lại nhìn tới vệ tinh dƣới những góc khác
nhau, nên ảnh hƣởng của sai số quỹ đạo vệ tinh đối với trị đo cạnh và do đ đến

GDOP kém
Hình 1.7 Các đồ hình vệ tinh

GDOP tốt

- Ngoài ra độ ch nh xác điểm đo GPS còn phụ thuộc vào độ dài ca đo, số lƣợng
trị đo dƣ và chất lƣợng xử lý (phần mềm sử dụng và cách thức xử lý số liệu đo).
1.1.2.2. Các phƣơng pháp đo GPS
Đo GPS tuyệt đối:
- Đo GPS tuyệt đối là trƣờng hợp sử dụng máy thu GPS để xác định tọa
độ của điểm quan sát trong hệ thống tọa độ WGS - 84. Đ c thể là các thành
13


phần tọa độ vuông góc không gian (X, Y, Z) hoặc các thành phần tọa độ mặt cầu
(B, L, H). Hệ thống tọa độ WGS - 84 là hệ thống tọa độ cơ sở của hệ thống
GPS, tọa độ của vệ tinh cũng nhƣ của điểm quan sát đều đƣợc lấy theo hệ thống
tọa độ này. WGS - 84 đƣợc thiết lập gắn với Ellipxoid c k ch thƣớc nhƣ sau:
+ Bán trục lớn: a = 6.378.137,000 m
+ Bán trục nhỏ: b = 6.356.752,000 m
+ Độ d t

:  =1/298,2572

- Việc đo GPS tuyệt đối đƣợc thực hiện trên cơ sở sử dụng đại lƣợng đo là
khoảng cách giả từ vệ tinh đến máy thu theo nguyên tắc giao hội không gian từ
các điểm có tọa độ đã iết là các vệ tinh.
Đo GPS tƣơng đối:
- Đo GPS tƣơng đối là trƣờng hợp sử dụng hai máy thu đồng thời cùng
quan trắc một số vệ tinh để xác định hiệu toạ độ giữa hai điểm và do đ t nh

cạnh từ 20 km trở lên. Độ ch nh xác đối với các máy thu trắc địa là 5 mm + 1ppm
(1ppm là một phần triệu độ dài cạnh), suy ra sai số đo cạnh dài 10 km là 15 mm.
Đo GPS tĩnh nhanh:
- Đo GPS tĩnh nhanh cũng là kỹ thuật đo pha s ng tải tƣơng đối tƣơng tự
nhƣ đo tĩnh, nghĩa là cũng sử dụng hai hay nhiều hơn máy thu đồng thời thu tín
hiệu của cùng các vệ tinh, chỉ khác biệt ở chỗ, một máy - máy chủ (base) đặt
tại điểm gốc hay điểm quy chiếu mà đã iết toạ độ chính xác sẽ cố định trong
15


suốt ca đo, trong khi máy hoặc các máy chạy (rover) khác chỉ dừng lại trên mỗi
điểm chƣa iết toạ độ trong thời gian ngắn rồi di động sang điểm đo khác.

Hình 1.10 Kỹ thuật đo tĩnh nhanh
- Phƣơng pháp đo này th ch hợp cho các đo đạc chi tiết lập bản đồ mà
cần đo nhiều điểm chi tiết trong cùng một vùng không rộng (cách điểm gốc từ
15 km trở lại) và c điều kiện đo đủ thông thoáng.
- Quá trình đo ắt đầu bằng việc đặt máy chủ trên điểm gốc và đặt máy
chạy trên một điểm đo cần xác định toạ độ. Máy chủ sẽ nằm cố định tại điểm
gốc và liên tục thu tín hiệu vệ tinh. Máy chạy thu số liệu trên mỗi điểm chừng 5
đến 20 phút, tuỳ thuộc vào khoảng cách tới điểm gốc và đồ hình vệ tinh. Sau
khi máy chạy thu xong tín hiệu theo thời lƣợng đã chọn, máy chạy đƣợc
chuyển đặt trên điểm đo tiếp theo và lặp lại ƣớc đo trên. Cứ tiếp tục nhƣ
vậy, cho tới khi thu tín hiệu xong tại điểm chạy cuối cùng thì kết thúc ca đo.
Đo GPS động:
- Đo GPS động cũng thuộc định vị tƣơng đối bằng pha sóng tải sử dụng
hai hay nhiều máy thu. Trong phƣơng pháp đo này, tƣơng tự nhƣ đo tĩnh
nhanh, máy chủ đƣợc đặt trên điểm gốc, còn máy chạy sẽ đƣợc di chuyển và lần
lƣợt đặt trên các điểm đo, ta sẽ xác định đƣợc toạ độ tức thì của nó. Yêu cầu cơ
bản của phƣơng pháp này là trong suốt ca đo cả máy chủ và máy chạy đều thu