BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

ỨNG DỤNG CÁC TRẠM THAM CHIẾU HOẠT ĐỘNG
LIÊN TỤC THÀNH LẬP LƯỚI KHỐNG CHẾ TRẮC ĐỊA
PHỤC VỤ DỰ ÁN CẢI TẠO SUỐI DỨA GAI VÀ BẢO VỆ
HỒ TÂN XÃ THUỘC KHU CÔNG NGHỆ CAO HÒA LẠC,
HUYỆN THẠCH THẤT, THÀNH PHỐ HÀ NỘI
CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT TRẮC ĐỊA - BẢN ĐỒ

NGUYỄN HOÀNG ÂN

HÀ NỘI, NĂM 2017


BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
ỨNG DỤNG CÁC TRẠM THAM CHIẾU HOẠT ĐỘNG
LIÊN TỤC THÀNH LẬP LƯỚI KHỐNG CHẾ TRẮC ĐỊA
PHỤC VỤ DỰ ÁN CẢI TẠO SUỐI DỨA GAI VÀ BẢO VỆ
HỒ TÂN XÃ THUỘC KHU CÔNG NGHỆ CAO HÒA LẠC,
HUYỆN THẠCH THẤT, THÀNH PHỐ HÀ NỘI

NGUYỄN HOÀNG ÂN
CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT TRẮC ĐỊA - BẢN ĐỒ
Mã số: 60520503

Tác giả

Nguyễn Hoàng Ân


iii

LỜI CẢM ƠN
Luận văn này được hoàn thành dưới sự hướng dẫn của TS. Phạm Thị Hoa,
Trưởng khoa Trắc địa và Bản đồ, Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường
Hà Nội. Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới các thầy cô giáo Khoa Trắc
địa và Bản đồ, Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội về sự giúp
đỡ tận tình, chu đáo trong suốt quá trình tác giả học tập và nghiên cứu tại
Khoa trong suốt thời gian làm luận văn.
Trong quá trình làm luận văn, tác giả đã nhận được rất nhiều sự quan
tâm giúp đỡ, cung cấp nhiều tài liệu khoa học, các trang thiết bị liên quan đến
đề tài luận văn và dữ liệu phục vụ tính toán thực nghiệm của Công ty cổ phần
công nghệ Nguyễn Kim, Công ty cổ phần dịch vụ Thương mại khảo sát Hà
Đông, công ty cổ phần Khảo sát địa chính và đo đạc bản đồ Hà Nội. Tác giả
xin trân trọng cảm ơn sự giúp đỡ quý báu đó.


iv

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ..................................................................................................... ii
LỜI CẢM ƠN .......................................................................................................... iii
THÔNG TIN LUẬN VĂN ...................................................................................... vi
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ....................................................................... vii
DANH MỤC CÁC BẢNG .................................................................................... viii

CHƯƠNG 3. THỰC NGHIỆM ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ CORS ĐO ĐẠC
LƯỚI KHỐNG CHẾ TRẮC ĐỊA PHỤC VỤ DỰ ÁN CẢI TẠO SUỐI DỨA
GAI VÀ BẢO VỆ HỒ TÂN XÃ THUỘC KHU CÔNG NGHỆ CAO HÒA
LẠC, HUYỆN THẠCH THẤT, HÀ NỘI .............................................................44
3.1. Giới thiệu chung về khu vực thực nghiệm .....................................................44
3.2. Sơ đồ lưới khống chế trắc địa, yêu cầu độ chính xác xác định vị trí điểm .........49
3.3. Thực nghiệm thành lập lưới đo vẽ cấp 2 bằng công nghệ CORS và đánh giá
hiệu quả đạt được ...................................................................................................51
3.3.1. Thực nghiệm xác định tọa độ điểm của lưới đo vẽ cấp 2 bằng công nghệ
RTK với máy thu GPS RTK COMNAV T300 ...................................................51
3.3.2. Thực nghiệm xác định tọa độ điểm của lưới đo vẽ cấp 2 bằng công nghệ
RTK với máy thu Trimble R8S ..........................................................................55
3.3.3. Đánh giá kết quả xác định tọa độ điểm của lưới đo vẽ cấp 2 bằng công
nghệ RTK ...........................................................................................................64
3.3.4. Kết luận về khả năng áp dụng công nghệ RTK xác định tọa độ điểm lưới
đo vẽ cấp 2 ..........................................................................................................70
3.4. Đề xuất giải pháp ứng dụng công nghệ CORS tại Việt Nam .........................71
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................72
PHẦN PHỤ LỤC


vi

THÔNG TIN LUẬN VĂN
Họ và tên học viên

: Nguyễn Hoàng Ân

Lớp


Hệ thống tham chiếu hoạt động

System

liên tục

Differential Global Positioning

Định vị vi phân thời gian thực

System

sử dụng trị đo code

FTP

File Transfer Protocol

Giao thức chuyển nhượng tập tin

GNSS

Global Navigation Satellite System

GDGPS

Global DGPS

DGPS cung cấp trên toàn cầu


Đo động thời gian thực

VRS

Virtural Reference Station

Trạm tham chiếu ảo

WADGPS

Wide Area DGPS

GPS vi phân diện rộng

GCDGPS

Globally Corrected DGPS

DGPS cung cấp trên toàn cầu

PDGPS

Precise DGPS

Giải pháp DGPS chính xác

LADGPS

Local Area DGPS




ix

DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1. Vùng dịch vụ của dự án IRNSS ....................................................... 6
Hình 1.2. Minh họa hiệu quả của hệ thống QZSS ............................................ 7
Hình 1.3. Nguyên lý hoạt động của hệ thống tăng cường mặt đất ................... 9
Hình 1.4. Định vị tuyệt đối.............................................................................. 10
Hình 1.5. Định vị tương đối ............................................................................ 10
Hình 1.6. Sơ đồ khái quát trạm CORS ............................................................ 16
Hình 1.7.Trạm CORS ...................................................................................... 17
Hình 1.8. Ứng dụng trạm CORS ..................................................................... 18
Hình 1.9. Cấu trúc và nguyên lý hoạt động trạm CORS ................................ 18
Hình 2.1. Sơ đồ vị trí điểm Mạng lưới CORS của Mỹ ................................... 28
Hình 2.2. Tổ chức Hạ tầng mặt đất GNSS của Hungary ................................ 29
Hình 2.3. Mạng lưới các trạm CORS đang hoạt động ở Hungary .................. 30
Hình 2.4. Vị trí lắp đặt ăng ten và ảnh đường chân trời anten ........................ 30
Hình 2.5. Cấu trúc một trạm CORS trong hệ thống MASS............................ 31
Hình 2.6. Sự phân bố mạng lưới trạm MASS ............................................... 32
Hình 2.7. Một trạm MyNRTKet được xây dựng kiên cố................................ 33
Hình 2.8. Vị trí xây dựng và lắp đặt các trạm Geodetic CORS ...................... 35
Hình 2.9. Vị trí các trạm Network RTK CORS của Dự án ............................ 36
Hình 2.10. Sơ đồ bố trí các trạm DGNSS/CORS ........................................... 38
Hình 2.11. Công nghệ CORS RTK với giao thức 3G..................................... 42
khu công nghệ cao Hoà Lạc ............................................................................ 45
Hình 3.1. Bản đồ quy hoạch tổng mặt bằng sử dụng đất khu công nghệ cao
Hoà Lạc .......................................................................................................... 45
Hình 3.2. Hồ Tân Xã ....................................................................................... 47
Hình 3.3. Sơ đồ lưới đo vẽ cấp 2..................................................................... 49

nghệ CORS (gọi tắt là hệ thống CORS) có thể tự động cung cấp các thông tin
về trị đo, các loại số hiệu chỉnh, thông tin hiện thời và các thông tin liên quan
khác về kết quả thu tín hiệu vệ tinh tại thời điểm trước đó hoặc ngay hiện tại
cho nhiều đối tượng sử dụng khác nhau, với những nhu cầu khác nhau và ở
các mức độ khác nhau.
Trạm tham chiếu hoạt động liên tục (CORS) được xuất hiện lần đầu ở
Mỹ và hiện nay đang được phát triển mạnh mẽ ở nhiều quốc gia trên thế giới.
Ở Việt Nam, hệ thống trạm CORS đã được quan tâm phát triển từ rất sớm tuy
nhiên do khó khăn về nguồn kinh phí nên cho đến nay vẫn chưa hoàn thiện.
Thời gian gần đây, Bộ Tài nguyên và Môi trường và Cục Bản đồ - Bộ Tổng
tham mưu đang tập trung đẩy mạnh tiến độ các dự án xây dựng và vận hành
hệ thống này. Dự báo, khi hệ thống trạm CORS đi vào hoạt động, công tác đo
đạc nói chung và công tác xây dựng lưới khống chế nói riêng sẽ có sự thay
đổi căn bản về công nghệ.
Nhằm góp phần định hướng ứng dụng công nghệ CORS trong xây
dựng lưới khống chế, luận văn lựa chọn đề tài nghiên cứu “Ứng dụng các
trạm tham chiếu hoạt động liên tục thành lập lưới khống chế trắc địa phục vụ
dự án cải tạo suối Dứa Gai và bảo vệ hồ Tân Xã thuộc khu công nghệ Cao
Hòa Lạc, huyện Thạch Thất, thành phố Hà Nội”. Do điều kiện thực tiễn đang
thiếu hụt hạ tầng trạm CORS hoàn chỉnh nên phần thực nghiệm của luận văn
không sử dụng công nghệ NRTK mà chỉ sử dụng công nghệ RTK kết hợp với
công nghệ truyền thông tin hiệu chỉnh thông qua mạng 3G.


2

2. Mục tiêu của đề tài
Đánh giá hiệu quả ứng dụng các trạm tham chiếu hoạt động liên tục
thành lập lưới khống chế trắc địa phục vụ dự án cải tạo suối Dứa Gai và bảo
vệ hồ Tân Xã thuộc khu công nghệ Cao Hòa Lạc, huyện Thạch Thất, thành

tinh kết hợp với thiết bị ở mặt đất. Trong cùng một thời điểm, ở một vị trí trên
mặt đất nếu xác định được khoảng cách đến bốn vệ tinh (tối thiểu) thì sẽ tính
được tọa độ của vị trí đó. GNSS hoạt động trong mọi điều kiện thời tiết, mọi
nơi trên trái đất và 24 giờ một ngày. Mỹ là nước đầu tiên phóng lên và đưa
vào sử dụng hệ vệ tinh dẫn đường này. Mỹ đặt tên cho hệ thống này là hệ
thống vệ tinh định vị toàn cầu GPS (Global Positioning System), ban đầu là
để dùng riêng cho quân sự, về sau mở rộng ra sử dụng cho dân sự trên phạm
vi toàn cầu, bất kể quốc tịch và miễn phí.
Hiện nay, các hệ thống GNSS được sử dụng phổ biến gồm có: hệ thống
định vị dẫn đường sử dụng vệ tinh là GPS (Global Positioning System) do Mỹ
chế tạo và hoạt động từ năm 1994, GLONASS (GLobal Orbiting 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 và dự kiến được đưa vào sử dụng trong năm 2010. Nguyên lý hoạt
động chung của ba hệ thống GPS, GLONASS và GALILEO cơ bản là giống
nhau. Ngoài ba hệ thống GNSS trên còn có các hệ thống khác như COMPASS
(Trung Quốc), IRNSS (Ấn Độ) và QZSS (Nhật Bản).
1.1.1. Các hệ thống định vị vệ tinh toàn cầu
Hệ thống định vị toàn cầu trước đây gồm có TRANSIT (Mỹ) và TSICADA
(Liên Xô cũ). Tuy nhiên cả hai hệ thống này hiện nay không còn hoạt động.


4

Hiện nay trên thế giới có ba hệ thống vệ tinh dẫn đường toàn cầu: đó là
GPS (Mỹ), GLONASS (Nga) và GALILEO (liên minh Châu Âu). Trong đó
GPS và GLONASS đang hoạt động, GALILEO đang hoàn thiện (đã thu được
tín hiệu thử nghiệm). Cả ba hệ thống định vị toàn cầu ngày nay được gọi tên
chung là Hệ thống vệ tinh dẫn đường toàn cầu (GNSS - Global Navigation
Satellite System).

hành một hệ thống định vị vệ tinh mới mang tên GALILEO với mục đích
dành cho dân sự và có phân quyền khai thác cho người sử dụng. Cũng giống
như GPS, các dịch vụ cơ bản của hệ thống GALILEO sẽ được cung cấp miễn
phí cho tất cả mọi người. Tuy nhiên, nếu người sử dụng cần độ chính xác cao
với các dịch vụ chất lượng hơn nữa hoặc sử dụng cho mục đích quân sự, họ sẽ
phải trả tiền.
Việc nghiên cứu dự án hệ thống GALILEO được bắt đầu triển khai
thực hiện từ năm 1999 do 4 quốc gia Châu Âu Pháp, Đức, Italia và Anh.
Chương trình GALILEO được triển khai vào năm 2003, theo dự kiến sẽ hoàn
thành và đưa vào sử dụng trong năm 2008. Tuy nhiên hệ thống đã không được
hoàn thành đúng kế hoạch đề ra ban đầu. Ngày 30 tháng 11 năm 2007, 27 bộ
trưởng bộ giao thông vận tải các nước thành viên của EU đã đi đến một thoả
thuận sẽ đưa vào vận hành hệ thống trước năm 2013. Tuy nhiên vì một số l do
khách quan, cho đến nay hệ thống này vẫn chưa hoàn thiện.
d. Hệ thống COMPASS (Còn gọi là hệ thống Bắc Đẩu)
Compass là hệ thống định vị của Trung Quốc. Hệ thống này được phát
triển theo ba bước:
- Xây dựng hệ thống thực nghiệm ban đầu gồm ba vệ tinh để để xác định
tính khả thi.
- Thứ hai, xây dựng hệ thống Compass phủ sóng toàn Trung Quốc trước
năm 2012.
- Thứ ba, lắp đặt hệ thống với phạm vi toàn cầu vào năm 2020.
Hệ thống Compass của Trung Quốc tuy muộn hơn hai mươi năm nhưng về
mặt kỹ thuật cũng không kém nhiều lắm và thậm chí còn có ưu thế riêng.


6

e. Hệ thống IRNSS của Ấn Độ
Dự án IRNSS được chính phủ Ấn Độ thông qua từ năm 2006 với mục

2.1.Bao
Cácgồm
vệ tinh
TRANSIT
trên
quỹquanh
đạo trái đất trên quỹ
đạo theo quỹ đạo xác định.
- Phần điều khiển: Bao gồm các trạm trên mặt đất có chức năng giám sát
vệ tinh
trên quỹ
đạo
tình trạng hoạtHình
động2.1.
của Các
vệ tinh:
theoTRANSIT
dõi, điều khiển,
tính
toán lịch vệ tinh và
nạp dữ liệu lên vệ tinh.
- Phần sử dụng: Bao gồm tất cả các máy thu, cách dịch vụ ứng dụng kết
quả thu tín hiệu của hệ GNSS trong đời sống.
1.1.3. Các hệ thống tăng cường
Để nâng cao hiệu quả về kinh tế và độ chính xác công tác định vị, trên
thế giới đã thiết lập hệ thống hỗ trợ (hay hệ thống tăng cường). Hệ thống tăng
cường cùng với cấu trúc cũ ( gồm ba phần: phần không gian, phần điều khiển
và phần sử dụng) cấu thành một hệ thống hoạt động hoàn hảo. Hệ thống tăng




9

Hình 1.3. Nguyên lý hoạt động của hệ thống tăng cường mặt đất
Nguyên lý cơ bản của hệ thống tăng cường là trên vùng lãnh thổ thiết
lập lưới các trạm đo liên tục. Số liệu đo của các trạm được truyền về trung
trung tâm xử lý. Trung tâm xử lý sẽ xác định các dữ liệu hiệu chỉnh cung cấp
cho các máy thu xử lý số liệu đo theo thời gian thực.
1.1.4. Nguyên lý hoạt động của hệ thống GNSS
Trong định vị bằng công nghệ GNSS, các vệ tinh đóng vai trò là các
mốc khống chế di động. Bài toán định vị được giải quyết trên cơ sở giao hội
nghịch khoảng cách trong không gian từ điểm cần xác định tọa độ (vị trí đặt
máy thu) đến các vệ tinh (các mốc khống chế đã biết toạ độ). Nói cách khác,
toạ độ vệ tinh là các số liệu gốc để từ đó xác định được vị trí các điểm quan
sát thông qua các trị đo từ điểm quan sát đến các vệ tinh.
Dựa trên cách tiếp cận này, trong công nghệ GNSS có hai nguyên lý
định vị cơ bản:


10

a. Nguyên lý định vị tuyệt đối
Định vị tuyệt đối là xác định vị trí tuyệt đối của điểm quan sát trong hệ
toạ độ Trái đất. Để thực hiện được điều này, máy thu sẽ được đặt tại điểm cần
xác định toạ độ (điểm M), tiến hành thu tín hiệu của vệ tinh S để xác định
được khoảng cách từ vệ tinh đến máy thu (ρ).
Theo thiết kế của các hệ thống định vị vệ tinh, vệ tinh đóng vai trò là
các mốc khống chế di động, vì vậy toạ độ vệ tinh tại một thời điểm bất kỳ
luôn được xác định. Xét trong hệ toạ độ vuông góc không gian địa tâm với
tâm O của trái đất là gốc toạ độ, nếu biết toạ độ của vệ tinh tại thời điểm quan


𝑅
O
Hình 1.4. Định vị tuyệt đối

O

𝑅2

M2

Hình 1.5. Định vị tương đối

b. Nguyên lý định vị tương đối
Định vị tương đối là xác định vị trí tương đối (xác định hiệu toạ độ) giữa
hai điểm. Giả sử cần xác định vị trí tương hỗ giữa M1 và M2, cần đặt hai máy
thu GPS tại M1 và M2, đồng thời thu tín hiệu đến vệ tinh chung S (hình 1.5).


11

Kết quả thu tín hiệu sẽ cho phép xác định được véc tơ 𝜌
̅̅̅1 và 𝜌
̅̅̅2 . Vị trí
tương đối giữa hai điểm chính là véc tơ ∆𝑅̅ và được xác định theo phương trình:
∆𝑅̅ = 𝜌
̅̅̅1 − 𝜌
̅̅̅2

(1.2.2)

về kinh tế. Chính vì vậy lưới tam giác hạng I thì chiều dài cạnh trung bình chỉ
là 25km.
- Rất khó khăn khi sử dụng các phương pháp này để liên kết toạ độ trên
đất liền và hải đảo.
- Khó khăn khi thực hiện công tác đo nối lưới quốc gia với hệ thống toạ
độ khu vực và quốc tế để giải quyết các bài toán chung trên toàn cầu.
- Khối lượng công tác đo đạc lớn, cần nhiều nhân lực và bị phụ thuộc
nhiều vào điều kiện thời tiết.
b. Ứng dụng của GNSS trong thành lập bản đồ, mặt cắt địa hình
Công tác đo chi tiết bản đồ địa hình và địa chính có thể được thực hiện
bằng phương pháp đo động theo công nghệ GNSS theo hai phương án :
- Đo động xử lý sau: Máy đặt tại trạm tĩnh không cần có bộ phát tín
hiệu radio Link và máy đặt tại trạm động không cần có bộ thu tín hiệu
radio Link.
- Đo động xử lý tức thời: Máy đặt tại trạm tĩnh cần có bộ phát tín hiệu
radio Link và máy đặt tại trạm động cần có bộ thu tín hiệu radio Link.
Khoảng cách từ trạm tĩnh đến trạm động được giới hạn trong khoảng
10km, lớn hơn nhiều so với khoảng cách từ máy đến gương trong phương
pháp sử dụng máy toàn đạc điện tử. Vì vậy giảm thiểu được khá nhiều công
tác thành lập lưới khống chế đo vẽ. Tuy nhiên nhược điểm của phương pháp
này là không đo được ở vùng chật hẹp, bị che chắn tín hiệu hoặc vùng nhiễu
của các trạm phát sóng.
c. Ứng dụng của GNSS để chuyển thiết kế ra thực địa
Dựa vào bản thiết kế sẽ xác định được toạ độ của các điểm cần chuyển.
Công nghệ GNSS sẽ đưa các điểm này ra thực địa theo đúng vị trí (toạ độ) đã
được thiết kế bằng cách: Sử dụng phương pháp đo GPS động, chuyển dịch
trạm động đến vị trị có toạ độ đúng bằng toạ độ đã thiết kế.


13

trạm được đặt cố định máy thu GNSS đa tần và liên tục thu tín hiệu với tần