i
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM
------------------

BÙI NGỌC THẠCH

ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GPS XÂY DỰNG
LƯỚI ĐỊA CHÍNH PHỤC VỤ CÔNG TÁC ĐO ĐẠC BẢN ĐỒ
ĐỊA CHÍNH CẤP XÃ, HUYỆN VŨ THƯ, TỈNH THÁI BÌNH
Chuyên 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: PGS.TS Đàm Xuân Vận

PHÒNG QLĐTS ĐH

KHOA QLTN

Thái Nguyên, 2016

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN


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

DANH MỤC CÁC BẢNG
DANH MỤC CÁC HÌNH
MỞ ĐẦU ....................................................................................................................... 1
1. Tính cấp thiết của đề tài ............................................................................................. 1
2. Mục tiêu chung .......................................................................................................... 2
3. Mục tiêu cụ thể........................................................................................................... 2
4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ................................................................... 2
Chương 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU ......................................................................... 3
1.1. Khái quát về hệ thống định vị toàn cầu GPS .......................................................... 3
1.1.1. Khái niệm về GPS................................................................................................ 3
1.1.2. Các thành phần của GPS ...................................................................................... 3
1.1.3. Nguyên lý định vị GPS ........................................................................................ 6
1.1.4 . Các nguồn sai số trong định vị GPS ................................................................. 13
1.2.1. Khái niệm, nguyên tắc thiết kế lưới ................................................................... 16
1.2.2 . Cơ sở toán học của lưới địa chính .................................................................... 16
1.2.3. Mật độ điểm khống chế ..................................................................................... 19
1.3. Công tác thành lập bản đồ địa chính ..................................................................... 20
1.3.1. Hệ thống lưới khống chế .................................................................................... 20
1.3.2. Lưới tọa độ địa chính đảm bảo độ chính xác diện tích thửa đất ........................ 27

1.3.3. Công tác thành lập bản đồ địa chính ........................................................ 27
1.4. Tình hình ứng dụng công nghệ GPS trong thành lập lưới khống chế .................. 29

1.4.1. Tình hình nghiên cứu ứng dụng công nghệ GPS trong thành lập lưới
trên thế giới ............................................................................................ 29
1.4.2. Tình hình nghiên cứu ứng dụng công nghệ GPS trong thành lập lưới ở
Việt Nam ................................................................................................ 31
Chương 2. ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .... 34
2.1. Đối tượng phạm vi nghiên cứu ............................................................................. 34
2.1.1. Đối tượng nghiên cứu ........................................................................................ 34

3.1.3.1. Dân số và lao động.......................................................................................... 43
3.1.3.2. Kinh tế ............................................................................................................. 44
3.1.3.3. Xã hội .............................................................................................................. 45
3.2. Thực trạng công tác đo đạc và thành lập bản đồ địa chính huyện Vũ Thư .......... 47
3.2.1. Tình hình tư liệu bản đồ phục vụ khảo sát, thiết kế lưới ................................... 47
3.2.2. Đánh giá độ chính xác lưới địa chính ................................................................ 48


v
3.3. Ứng dụng công nghệ GPS để xây dựng lưới địa chính phục vụ việc đo vẽ bản
đồ địa chính tỷ lệ lớn của huyện Vũ Thư, tỉnh Thái Bình ............................. 50
3.3.1. Kết quả khảo sát thiết kế mạng lưới địa chính thành lập lưới địa chính huyện
Vũ Thư Lập bằng Công nghệ GPS ................................................................ 50
3.3.2. Các yêu cầu kỹ thuật và qui trình tính toán bình sai lưới GPS .......................... 52
3.3.3. Kết quả tính bình sai lưới ................................................................................... 52
3.4. 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 ................................ 61
3.4.1. Sử dụng công nghệ GPS đo động thời gian thực đo 8 điểm lưới khống chế đo vẽ tại
xã Duy Nhất.................................................................................................... 61
3.4.2. Sử dụng công nghệ toàn đạc điện tử đo 8 điểm lưới khống chế đo vẽ tại xã
Duy Nhất, huyện Vũ Thư, tỉnh Thái Bình. .................................................... 63
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 toàn đạc điện tử ........... 64
3.4.4. Đánh giá ưu điểm, hạn chế của việc Ứng dụng GPS đo động thời gian thực
và đề xuất số giải pháp một trong xây dựng lưới kinh vĩ ............................... 64
3.5. Đánh giá và đề xuất giải pháp khả năng ứng dụng công nghệ GPS trong việc
xây dựng lưới địa chính ở tỉnh Thái Bình ...................................................... 66
3.5.1. Đánh giá độ chính xác ....................................................................................... 66
3.5.2. Đề xuất quy trình và giải pháp ứng dụng công nghệ GPS trong việc xây
dựng lưới địa chính ở tỉnh Thái Bình. ............................................................ 67

: 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)

Ratio

: Tỉ số phương sai

Reference Variance : Độ chênh lệch tham khảo RSM
RSM

: Sai số chiều dài cạnh

VDOP

: Vertiacal Dilution of Precision
(Độ mất chính xác theo phương dọc)

X, Y, h

: Tọa Độ X, Y, độ cao thủy chuẩn tạm thời



Hình 1.1: Mô hình hình ảnh trái đất và vệ tinh GPS ........................................................ 3
Hình 1.2: Cấu trúc tín hiệu GPS ....................................................................................... 4
Hình 1.3: Các trạm điều khiển GPS .................................................................................. 5
Hình 1.4: Các thành phần chính của GPS ......................................................................... 6
Hình 1.5: Xác định hiệu số giữa các thời điểm................................................................. 7
Hình 1.6: Kỹ thuật giải đa trị tại các máy thu ................................................................... 9
Hình 1.7: Kỹ thuật định vị tuyệt đối ............................................................................... 10
Hình 1.8: Kỹ thuật định vị tương đối .............................................................................. 12
Hình 3.1. Vị trí địa lý huyện Vũ Thư, tỉnh Thái Bình ................................................... 38
Hình 3.2 Sơ đồ lưới địa chính cụm 5 xã huyện Vũ Thư ................... 51
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
Phát triển và ứng dụng khoa học công nghệ trong mọi lĩnh vực của cuộc
sống, xã hội được coi là con đường nhanh nhất để rút ngắn thời gian thực hiện sự
nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước. Đây cũng chính là vấn đề đang
được toàn Đảng, toàn dân hết sức quan tâm, khi mà khoa học công nghệ đang
từng ngày mở rộng với sự phát triển của nền kinh tế tri thức trong thời đại mới,
thời kỳ hội nhập.
Hệ thống bản đồ địa chính và hồ sơ địa chính trên địa bàn huyện Vũ Thư,
tỉnh Thái Bình trước kia được thành lập theo hệ toạ độ HN-72, độ chính xác tài
liệu bản đồ tuân thủ theo quy định của Quy phạm do Tổng cục Địa chính ban
hành năm 1991. Hiện nay, yêu cầu đặt ra đối với công tác quản lý đất đai là sử
dụng tài nguyên đất một cách hợp lý và hiệu quả nhất nhằm đảm bảo tốt các mục
tiêu phát triển kinh tế và công bằng xã hội, tài nguyên đất được bảo vệ tốt. Vì

- Đánh giá kết quả và đề xuất giải pháp ứng dụng phương pháp đo tĩnh
trong công nghệ GPS để thành lập lưới khống chế ở khu vực huyện Vũ Thư, tỉnh
Thái Bình.
4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Dựa trên công nghệ GPS để xây dựng hệ thống 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 huyện Vũ Thư, tỉnh Thái Bình nói riêng.


3
Chương 1
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Khái quát về hệ thống định vị toàn cầu GPS
1.1.1. Khái niệm về GPS
Tên tiếng Anh đầy đủ của GPS là Navigation Satellite Timing and
Ranging Global Positioning System. Đây là một hệ thống radio hàng hải dựa vào
các vệ tinh để 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 động trong mọi điều kiện thời
tiết.[1]

Hình 1.1: Mô hình hình ảnh trái đất và vệ tinh GPS
(Theo tài liệu Ahmed El-Rabbany (2007), Introduction to GPS) [15]
1.1.2. Các thành phần của GPS
GPS gồm 3 đoạn: đoạn không gian, đoạn điều khiển và đoạn người sử dụng.
 Đoạn không gian ( Space Segment )
- Hệ thống ban đầu có 24 vệ tinh, trong đó có 3 vệ tinh dự trữ. Hiện nay đã
có 31 vệ tinh bay xung quanh Trái đất trên 6 quỹ đạo gần tròn cách đều nhau, với
độ cao khoảng 20.200km, góc nghiêng 550 so với mặt phẳng xích đạo của trái

Colorado Springs (Căn cứ không quân Mỹ), Ascension Island (Đại Tây
Dương), Diego Garcia (Ấn Độ Dương) và Kwajalein (Thái Bình Dương).
Nhiệm vụ của đoạn điều khiển là điều khiển toàn bộ hoạt động và chức
năng của các vệ tinh trên cơ sở theo dõi chuyển động quỹ đạo của các vệ tinh
và hoạt động của đồng hồ trên đó. Tất cả các số liệu đo khoảng cách, sự thay
đổi khoảng cách, các số liệu đo khí tượng ở mỗi trạm đều được truyền về trạm
trung tâm. Trạm trung tâm xử lý các số liệu được truyền từ các trạm theo dõi
và số liệu đo của chính nó để cho ra các ephemerit chính xác hoá của vệ tinh
và số hiệu chỉnh cho các đồng hồ vệ tinh. Các số liệu này được truyền trở lại
cho các trạm theo dõi và từ đó truyền tiếp lên cho các vệ tinh cùng các lệnh
điều khiển khác. [10]

Hình 1.3: Các trạm điều khiển GPS [18]
 Đoạn sử dụng (User Segment)
Gồm các máy thu đặt trên mặt đất, bao gồm phần cứng và phần mềm.


6
- Phần cứng là các máy đo có nhiệm vụ thu tín hiệu vệ tinh để khai thác, sử
dụng cho các mục đích, yêu cầu khác nhau của khách hàng.
- Phần mềm có nhiệm vụ xử lý các thông tin để cung cấp tọa độ của máy thu.

Hình 1.4: Các thành phần chính của GPS
(Theo tài Ahmed El-Rabbany (2007), Introduction to GPS) [15]
Các thiết bị sử dụng Máy đo lưới địa chính theo công nghệ GPS là máy
thu tín hiệu vệ tinh 1 hoặc 2 tần số (Trimble Navigation 4000SE, 4000SSE,
4600LS, 4800LS hoặc máy 9600 của hăng South Trung Quốc; máy X20, X90
của hăng Huace Trung Quốc và các loại máy có độ chính xác tương đương khác).
Máy đo lưới kinh vĩ, đo chi tiết bản đồ địa chính là máy toàn đạc điện tử TS02
của hãng Leica Thụy sỹ …[10]

1


1
0

1
0

Code chuyền từ vệ tinh

0 0 0 1 1 1
1 0 0 0 1 1

0 0 0 1 1 1
1 0 0 0 1 1

Code thu được

Code do máy thu tạo ra


t
Hình 1.5: Xác định hiệu số giữa các thời điểm

(Theo tài liệu Alfred Leick (1995), GPS Satellite Surveying) [15]

Nếu ký hiệu tọa độ của vệ tinh là xs, ys, zs; tọa độ của điểm xét (máy thu)
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



2



( R  N  ct )

(1.
2)

Trong đó: R là khoảng cách giữa vệ tinh và máy thu;

 là bước sóng của sóng tải;
N là số nguyên lần bước sóng  chứa trong R, N còn được gọi là số
nguyên đa trị, thường không biết trước mà cần phải xác định trong thời gian
đo;

t là sai số đồng bộ giữa đồng hồ của vệ tinh và máy thu;
Trong trường hợp đo pha theo sóng tải L1 có thể xác định khoảng cách
giữa vệ tinh và máy thu với độ chính xác cỡ cm, thậm chí nhỏ hơn. Sóng tải L2
cho độ chính xác thấp hơn, nhưng tác dụng của nó là cùng với L1 tạo ra khả năng
làm giảm đáng kể tầng điện ly và việc xác định số nguyên đa trị được đơn giản
hơn. [13]


9

Hình 1.6: Kỹ thuật giải đa trị tại các máy thu
(Theo tài liệu Alfred Leick (1995), GPS Satellite Surveying) [15]

được hệ phương trình dạng (1.3) với 4 ẩn số (X, Y, Z, t). Giải hệ phương trình
trên chúng ta tìm được tọa độ tuyệt đối của máy thu và số hiệu chỉnh đồng hồ của
máy thu. [15]
Trên thực tế với hệ thống vệ tinh hoạt động đầy đủ như hiện nay, số lượng
vệ tinh mà các máy thu quan sát được thường từ 6-8 vệ tinh, khi đó số lượng
phương trình sẽ lớn 4 và nghiệm của phương trình sẽ tìm theo nguyên lý số bình
phương nhỏ nhất.

Hình 1.7: Kỹ thuật định vị tuyệt đối [20]
1.1.3.3. Định vị tương đối (Relative Positioning)
Đo GPS tương đối là trường hợp sử dụng hai máy thu GPS đặt ở hai điểm
quan sát khác nhau để xác định ra hiệu tọa độ vuông góc không gian (X, Y,


11
Z) hay hiệu tọa độ trắc địa mặt cầu (B, L, H) giữa chúng trong hệ tọa độ
WGS-84.
Nguyên tắc đo GPS tương đối được thực hiện trên cơ sở sử dụng đại
lượng đo là pha của sóng tải. Để đạt được độ chính xác cao và rất cao cho kết quả
xác định hiệu tọa độ giữa hai điểm xét, người ta đã tạo ra và sử dụng các sai phân
khác nhau cho pha sóng tải nhằm làm giảm ảnh hưởng đến các nguồn sai số khác
nhau như: Sai số của đồng hồ vệ tinh cũng như của máy thu, sai số tọa độ vệ tinh,
sai số số nguyên đa trị,...
Ta ký hiệu rj(ti) là hiệu pha của sóng tải từ vệ tinh j đo được tại trạm r
vào thời điểm ti, khi đó nếu hai trạm đo 1 và 2 ta quan sát đồng thời vệ tinh j vào
thời điểm ti, ta sẽ có sai phân bậc một được biểu diễn như sau:
1j(ti)= 2j(ti)- 1j(ti)

(1.4)


đáp ứng yêu cầu của công tác Trắc địa địa hình. Trong trường hợp này cần có hai
máy thu, một máy đặt ở điểm đã biết tọa độ còn máy kia đặt tại điểm cần xác
định. Cả hai máy thu đồng thời thu tín hiệu từ một số vệ tinh chung trong một
khoảng thời gian nhất định, thường từ một đến hai ba giờ đồng hồ. Số vệ tinh tối
thiểu cho hai trạm quan sát là 4. Khoảng thời gian quan sát kéo dài là 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 là để có nhiều trị đo nhằm đạt độ chính xác cao và ổn định
kết quả quan sát.
Đây là phương pháp đạt được độ chính xác cao nhất trong việc định vị
tương đối bằng GPS, có thể cỡ centimet, thậm chí là milimet ở khoảng cách giữa
hai điểm xét tới hàng chục và hàng trăm kilomet. Nhược điểm của phương pháp
là thời gian đo phải kéo dài hàng giờ, do vậy năng xuất đo thường không cao.
- Phương pháp đo động: Phương pháp đo động cho phép xác định vị trí
tương đối của hàng loạt điểm so với điểm đã biết. Phương pháp này cần có ít
nhất hai máy thu để xác định số nguyên đa trị của tín hiệu vệ tinh, cần phải có


13
một cạnh đáy đã biết được gối lên điểm đã có tọa độ. Sau khi đã xác định số
nguyên đa trị được giữ nguyên để tính khoảng cách từ vệ tinh đến máy thu cho
các điểm đi tiếp sau trong suốt cả chu kỳ đo. Nhờ vậy, thời gian thu tín hiệu tại
điểm đo không phải là một giờ đồng hồ như trong phương pháp đo tĩnh nữa mà
chỉ còn một phút trong phương pháp này.
1.1.3.4. Định vị vi phân (Differential GPS)
Phương pháp này dùng một máy thu đặt cố định tại điểm đã biết tọa độ và
máy thu này có khả năng phát ra tín hiệu vô tuyến, đồng thời có máy di động
khác đặt ở vị trí cần xác định tọa độ. Cả máy cố định và máy di động cần đồng
thời tiến hành thu tín hiệu từ các vệ tinh như nhau. Nếu thông tin từ vệ tinh bị
nhiễu thì kết quả xác định tọa độ của cả máy cố định và máy di động cũng đều bị
sai lệch, độ sai lệch này được xác định trên cơ sở so sánh tọa độ tính ra theo tín

cứ vào lịch vệ tinh. Tùy thuộc vào mức độ chính xác của thông tin, lịch vệ tinh
được chia làm 3 loại là:
- Lịch vệ tinh dự báo (Almanac): Phục vụ cho lập lịch và xác định quang
cảnh nhìn thấy của vệ tinh tại thời điểm quan sát, lịch vệ tinh này có sai số
khoảng vài km.
- Lịch vệ tinh quảng bá (Broadcast ephemeris): Được tạo lập dựa trên 5
trạm quan sát thuộc đoạn điều khiển của hệ thống GPS, hiện nay khi chế độ
nhiễu SA đã được bỏ thì lịch vệ tinh quảng bá có sai số khoảng từ 2-5 m.
- Lịch vệ tinh chính xác: Được lập dựa trên cơ sở các số liệu quan trắc
trong mạng lưới giám sát và được tính toán nhờ một số tổ chức khoa học, loại
lịch này cho sai số nhỏ hơn 0.5m. [10]
1.1.4.3. Ảnh hưởng điều kiện khí tượng
Tín hiệu vệ tinh đến máy thu đi qua một quãng đường lớn hơn 20.000km,
trong đó có tầng điện ly từ độ cao 50km tới độ cao 500km và tầng đối lưu từ độ
cao 50km đến mặt đất. Khi tín hiệu đi qua các tầng này có thể bị thay đổi (tán xạ)
phụ thuộc vào mật độ điện tử tự do trong tầng điện ly và tình trạng hơi nước,
nhiệt độ và các bụi khí quyển trong tầng đối lưu.
Người ta ước tính rằng, do ảnh hưởng của tầng điện ly, khi định vị
tuyệt đối có thể bị sai số khoảng 12m, còn ảnh hưởng của tầng đối lưu có thể
gây sai số khoảng 3m.
Các vệ tinh GPS phát tín hiệu ở tần số cao (sóng cực ngắn) do đó ảnh


15
hưởng của tầng điện ly đã được giảm nhiều, tuy vậy cần lưu ý tới đặc tính của
sóng cực ngắn là truyền thẳng và dễ bị che chắn.
Ảnh hưởng của tầng điện ly tỷ lệ với bình phương tần số, vì thế khi sử
dụng máy thu 2 tần sẽ khắc phục được ảnh hưởng này.
Tuy vậy, ở khoảng cách ngắn (
1.2.1. Khái niệm, nguyên tắc thiết kế lưới
1.2.1.1. Khái niệm về lưới GPS
Lưới GPS gồm các điểm được chôn trên mặt đất nơi ổn định hoặc bố trí
trên đỉnh các công trình vững chắc, kiên cố. Các điểm được liên kết với nhau bởi
các cạnh đo, nhờ các cạnh đo chúng ta sẽ tính toán xác định tọa độ, độ cao của
các điểm trong một hệ thống tọa độ thống nhất. [13]
1.2.1.2. Nguyên tắc thiết kế
Công tác thiết kế lưới phải tuân thủ theo các nguyên tắc sau:
- Lưới thiết kế phải đi từ tổng quát đến chi tiết, từ độ chính xác cao đến
độ chính xác thấp.
- Hệ thống lưới tọa độ cơ sở phải được xây dựng trên cơ sở các điểm tọa
độ Nhà nước cấp cao hơn.
- Lưới tọa độ cơ sở phải được nối vào ít nhất hai điểm cấp cao hơn và gần
khu đo nhất.
- Sai số số liệu gốc của lưới cấp trên ảnh hưởng đến cấp dưới kế cận
không được vượt quá 12%.
- Lưới thiết kế phải đảm bảo đủ mật độ điểm, phủ trùm khu đo, phục vụ
cho công tác đo vẽ bản đồ địa chính theo từng giai đoạn.
- Thường xuyên cập nhật, tiến hành nâng cao độ chính xác bằng cộng
nghệ và kỹ thuật đo tiến tiến.
- Trong quá trình thiết kế cố gắng chọn phương án tối ưu, giá thành rẻ, dễ
thi công, đồng thời đảm bảo độ chính xác trong công tác đo vẽ theo từng cấp
hạng. [2]
1.2.2 . Cơ sở toán học của lưới địa chính
1.2.2.1. Lựa chọn mặt chiếu
Việc thể hiện bề mặt trái đất lên mặt phẳng cần phải có một cơ sở toán học
nhằm thể hiện chính xác và ít bị biến dạng khi khai triển.