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

LUẬN VĂN THẠC SĨ
KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG SỐ LIỆU ĐO GNSS
TRƯỚC BÌNH SAI BẰNG PHẦN MỀM TEQC

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT TRẮC ĐỊA - BẢN ĐỒ

NGUYỄN TRỌNG LONG

HÀ NỘI, NĂM 2017


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

LUẬN VĂN THẠC SĨ
KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG SỐ LIỆU ĐO GNSS
TRƯỚC BÌNH SAI BẰNG PHẦN MỀM TEQC

NGUYỄN TRỌNG LONG

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT TRẮC ĐỊA - BẢN ĐỒ
MÃ SỐ: 60520503

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
TS. BÙI THỊ HỒNG THẮM

HÀ NỘI, NĂM 2017


LỜI CAM ĐOAN...............................................................................................................i
LỜI CẢM ƠN ....................................................................................................................ii
MỤC LỤC ........................................................................................................................ iii
THÔNG TIN LUẬN VĂN ..............................................................................................v
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT, KÝ HIỆU TIẾNG ANH ..................vi
DANH MỤC CÁC BẢNG ........................................................................................... vii
DANH MỤC CÁC HÌNH ........................................................................................... viii
MỞ ĐẦU .............................................................................................................................1
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG SỐ LIỆU ĐO
GNSS ....................................................................................................................................5
1.1. Khái quát về số liệu đo GNSS ................................................................... 5
1.1.1. Số liệu từ các máy thu GNSS ........................................................... 5
1.1.2. Số liệu dạng RINEX ......................................................................... 6
1.2. Thực trạng của việc kiểm tra chất lượng số liệu đo GNSS trên thế giới và
ở Việt Nam ...................................................................................................... 13
1.2.1. Tình hình việc kiểm tra chất lượng số liệu đo GNSS trên thế giới 13
1.2.2. Tình hình việc kiểm tra chất lượng số liệu đo GNSS ở Việt Nam . 14
1.3. Vấn đề cần nghiên cứu ............................................................................. 15
Chương 2. CƠ SỞ ĐỂ KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG SỐ LIỆU ĐO GNSS ......17
2.1. Các phương pháp đo GNSS ..................................................................... 17
2.1.1. Phương pháp đo tuyệt đối ............................................................... 17
2.1.2. Phương pháp đo tương đối.............................................................. 18
2.1.3. Phương pháp đo vi phân ................................................................. 20
2.2. Các nguồn sai số trong đo GNSS ............................................................. 20
2.2.1. Sai số liên quan đến vệ tinh ............................................................ 21
2.2.2. Sai số phụ thuộc vào môi trường lan truyền tín hiệu ...................... 25


iv
2.2.3. Sai số liên quan đến máy thu .......................................................... 29

mềm TEQC
Năm bảo vệ: 2017
Tóm tắt: Trong nghiên cứu này, số liệu đo GNSS khu vực tỉnh Hà Tĩnh,
Quảng Bình và Quảng Trị đã được kiểm tra chất lượng số liệu bằng phần
mềm TEQC. Qua quá trình phân tích các kết quả, các vấn đề về đồng hồ máy
thu, tầng điện ly, độ thông thoáng của các điểm khi đo đã được nhận định. Từ
đó, người sử dụng có những giải pháp tối ưu đáp ứng cho mục đích sử dụng.


vi
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT, KÝ HIỆU TIẾNG ANH
TT

Chữ viết tắt/Tiếng nước ngoài

Ý nghĩa

Compass

Hệ thống định vị vệ tinh của Trung
Quốc

2

GALILEO

Hệ thống định vị vệ tinh của Châu Âu

3



Hệ thống vệ tinh tăng cường dựa trên
vệ tinh MTSAT

8

WAAS - Wide Area
Augmentation DGPS System

Hệ thống vệ tinh tăng cường diện
rộng DGPS

1


vii
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Một phần tệp số liệu GNSS...............................................................................9
Bảng 1.2. Các mô tả quan trọng nhất...............................................................................10
Bảng 2.1. Ảnh hưởng của tầng điện ly tới khoảng cách giả..........................................25
Bảng 2.2. Ảnh hưởng của tầng đối lưu tới khoảng cách................................................27
Bảng 2.3. Mức độ ảnh hưởng của nhiễu máy thu đến các tín hiệu...............................31
Bảng 2.4. Đồ thị ASCII time plot của tệp số liệu 42580018.17o .................................34
Bảng 2.5: Phần thông báo tổng hợp .................................................................................36
Bảng 3.1. Bảng tổng hợp số liệu đo trong .......................................................................39
Bảng 3.2. Một phần của tệp 58180020.17o ....................................................................41
Bảng 3.3. Một phần của tệp 58180020.17n ....................................................................42
Bảng 3.4. Một phần của tệp 58180020.17g ....................................................................43
Bảng 3.5. Một phần của tệp 58180020.17S khi đánh giá số liệu đo GPS ...................44
Bảng 3.6. Một phần của tệp 58180020.17S khi đánh giá số liệu đo GLONASS .......46

Trimble R8S .....................................................................................................................59


1
MỞ ĐẦU
1. Cơ sở khoa học và tính thực tiễn của đề tài
Ngay từ khi ra đời, công nghệ GNSS đã được ứng dụng rộng rãi trong
nhiều lĩnh vực khác nhau trong đó có trắc địa. Với những ưu điểm hơn hẳn
các phương pháp truyền thống, công nghệ GNSS đã được triển khai trong
việc như thiết lập lưới khống chế Nhà nước, nghiên cứu chuyển dịch các đứt
gãy kiến tạo, tăng dày khống chế điểm, đo vẽ chi tiết,…
Kiểm tra chất lượng là quá trình kiểm tra chất lượng số liệu đo. Chất
lượng số liệu GNSS phụ thuộc vào nhiều yếu tố như máy thu, vị trí anten, môi
trường khí quyển, tín hiệu vệ tinh,… nên việc kiểm tra chất lượng số liệu chủ
yếu dựa trên các chỉ tiêu liên quan tới các thông số này. Từ việc đánh giá
được chất lượng số liệu đo GNSS, người sử dụng sẽ có những giải pháp tối ưu
đáp ứng cho mục đích sử dụng trong từng trường hợp cụ thể.
Trên trường quốc tế, sau khi quan trắc kết thúc ca đo, số liệu được kiểm
tra chất lượng. Để giải quyết được vấn đề này người ta đã sử dụng phần mềm
TEQC của nhóm chuyên gia UNAVCO (University NAVSTAR Consortium).
Mục tiêu bao trùm của các phần mềm này là phân tích số liệu đo đưa ra các
chỉ tiêu định lượng nhằm đánh giá ảnh hưởng của hiệu ứng đa đường dẫn,
tầng khí quyển, thời gian chỉnh lại đồng hồ máy thu.
Ở Việt Nam, liên quan đến việc đánh giá chất lượng số liệu đo GPS thì
có công trình của PGS.TS.Vy Quốc Hải được công bố vào năm 2004. Trong
công trình này, chất lượng đồng hồ của bộ 3 máy thu Trimble 4000 SSI được
trang bị năm 1997 của Viện Địa chất đã được đánh giá trên cơ sở ứng dụng
phần mềm QC, TEQC giai đoạn từ 1997 đến 2004.
Ở nước ta, số liệu GNSS sau khi được thu thập ngoài thực địa được trút
sang máy tính, sau đó được đưa vào các phần mềm xử lý nhằm nhận được các


3
TEQC” mang lại nhiều lợi ích thiết thực trong quá trình ứng dụng công nghệ
GNSS trong thực tế ở nước ta.
2. Mục tiêu của đề tài
Khai thác được phần mềm TEQC để kiểm tra được chất lượng số liệu
đo GNSS trước khi bình sai.
3. Phương pháp nghiên cứu
Luận văn sử dụng các phương pháp nghiên cứu sau đây:
- Phương pháp tổng hợp, phân tích và kế thừa: Thu thập các tài liệu đề
cập đến độ chính xác số liệu đo GNSS đã có; cập nhật các thông tin trên mạng
internet; tổng hợp, phân tích các tài liệu và các kết quả nghiên cứu, kế thừa có
chọn lọc các thành quả có liên quan đến đề tài; tổng hợp, đánh giá các kết quả
nghiên cứu của đề tài;
- Phương pháp thu thập dữ liệu: Thu thập số đo hỗn hợp GNSS; thu
thập phần mềm phục vụ cho việc đánh giá chất lượng số liệu đo.
- Phương pháp tin học: Sử dụng phần mềm phục vụ cho việc phân tích,
đánh giá chất lượng số liệu đo.
4. Nội dung nghiên cứu
- Tìm hiểu những kiến thức cơ bản về sai số của hệ thống vệ tinh dẫn
đường toàn cầu GNSS.
- Tìm hiểu về phần mềm TEQC đánh giá chất lượng số liệu đo GNSS.
- Sử dụng phần mềm TEQC để đánh giá đánh giá chất lượng số liệu đo
GNSS thực nghiệm.
5. Bố cục của luận văn
Ngoài phần mở đầu và kết luận, luận văn gồm có 3 chương:


4
Chương 1: Tổng quan về kiểm tra chất lượng số liệu đo GNSS.

Trong thông tư 25 BTNMT cũng đề cập rõ cách đặt tên tệp GNSS bao gồm: 4
ký tự đầu là “Tên điểm” + 3 ký tự là “Thứ tự ngày trong năm” + “Thứ tự ca


6
đo” trong ngày.
Với mỗi loại máy thu GNSS, số liệu đo sẽ có các định dạng mở rộng
tương ứng. Một số định dạng phần mở rộng của các tệp số liệu đo đó là *.t00,
*.t01, *.t02, *.dat, *.tgd, *.cap, *.org, *.r17, *.rt17, *.r27, *.rt27.
* Một số ví dụ về số liệu đo GNSS
- Công trình thành lập lưới khống chế ảnh tỷ lệ 1:25.000 khu vực Hà
Tĩnh, Quảng Bình, Quảng Trị. Các máy thu Trimble R2, Trimble R8S được
sử dụng để thu tín hiệu. Các tệp số liệu đo có dạng *.T02 (42583630.T02,
42583631.T02, 42583633.T02, 43933630.T02,…)
- Các máy thu Trimble 4000ssi được sử dụng để thực hiện công trình
đo địa động của Viện địa chất. Các tệp số liệu đo có dạng *.dat
(CAD12640.dat, CAD12641.dat, NPU11360.dat, NPU11361.dat,…).
1.1.2. Số liệu dạng RINEX
RINEX là cụm từ viết tắt của Receiver Independent Exchange thể hiện
các tệp số liệu đo GNSS đã được chuẩn hóa về ASCII, không phụ thuộc vào
loại máy thu. Các phần mềm xử lý số liệu của các hãng chế tạo máy thu
GNSS khác nhau đều có chức năng chuyển đổi số liệu đo sang dạng Rinex.
Cho tới nay, có 6 loại tệp Rinex dạng ASCII:
- Tệp số liệu đo (Observation Data File).
- Tệp lịch vệ tinh (Navigation Message File).
- Tệp số liệu khí tượng (Meteorological Data File).
- Tệp lịch vệ tinh GLONASS (GLONASS Navigation Message File).
- Tệp lịch vệ tinh GEO (GEO Navigation Message File).
- Tệp số liệu đồng hồ máy thu, vệ tinh (Satellite and Receiver Clock


mang. Nửa chu kì được đo bằng loại máy cầu phương cần phải chuyển đổi
sang dạng số nguyên chu kì và được báo hiệu ở phần đầu tệp RINEX. Đơn vị
đo là số nguyên chu kì.
- Trị đo mã (code) tương đương với hiệu thời gian khi nhận tín hiệu
(được biểu diễn trong khung thời gian của máy thu) và thời gian của sự lan
truyền (biểu diễn theo khung thời gian của vệ tinh) của tín hiệu vệ tinh.
Khoảng cách giả là khoảng cách từ anten của máy thu tới anten của vệ tinh
kèm theo độ lệch thời gian giữa đồng hồ máy thu và đồng hồ vệ tinh và các
sai số khác. Khoảng cách giả có đơn vị là mét.
- Trị đo thời gian là thời gian được quan trắc của máy thu ngay tại thời
điểm trị đo pha hoặc mã có hiệu lực. Thời điểm của trị đo là thời gian (của
đồng hồ máy thu) khi nhận tín hiệu. Thời điểm này có hiệu lực cho cả trị đo
pha và trị đo mã và tất cả các vệ tinh quan trắcđược tại thời điểm (record) này.
Giá trị thời gian được biểu diễn trong khung thời gian GPS.
- Trị đo Doppler tín hiệu của hiệu ứng Doppler được coi như trị đo đi kèm
và mang dấu dương khi vệ tinh tiến tới gần. Đơn vị của trị đo Doppler là Hz.
Số liệu đo của GNSS chuyển về dạng RINEX thường có 2 tệp là:
Tệp thông tin đạo hàng, chứa các số liệu quỹ đạo vệ tinh, số hiệu chỉnh
đồng hồ vệ tinh và tình trạng của hệ thống.
Tệp này có phần đuôi là *.YYn (hoặc *.nav), *.YYg,… tùy thuộc máy
thu thu tín hiệu vệ tinh của hệ thống định vị nào, trong đó YY là 2 số cuối của
năm (số liệu đo). Nội dung của tệp thông tin đạo hàng của các máy thu cùng
ca đo thường như nhau.


9
Tệp số liệu đo, chứa các trị đo khác nhau như trị đo khoảng cách giả
theo code, trị đo pha song tải, trị đo Doppler,…
Tệp này có phần đuôi là *.YYo hoặc *.obs (observation).
Đối với các trị đo, các quy định trong RINEX như sau:


Unknown

Unknown

OBSERVER / AGENCY

2002813

SEPT ASTERX2E

APS-3

APS_APS-3

3.0-r34961
NONE

-1571100.0083

5731225.4632

2308718.7012

1.4921

0.0000

0.0000


2013

3

28

0

10

0.0000000

GPS

TIME OF FIRST OBS

2013

3

28

22

54

30.0000000

GPS


COMMENT

0 18G15G02G26G24G05G18G29G09G12G25R19R14
R06R18R15R05R20R04

20189809.419 8 106098160.96508
20189811.114 7

82673899.33906

20189811.190 6

20189809.272 6


10
21861381.923 8 114882328.51908

89518703.75605

21861382.533 5

21861381.280 5

20133018.103 8 105799719.29208

82441347.34906

20133019.710 6


94334968.86104

23037562.944 4

23037558.221 4

25127608.343 6 132046458.79006 102893357.68002

25127613.347 2

25127607.780 2

24953329.086 2

24953321.485 2

24383955.637 6
22361902.117 7 117512587.31407
22361903.969 6

21027017.946 6
23037558.936 7 121063185.76107

25127611.956 5
24953322.173 5 131130590.44405 102179701.19302
24953329.020 5
19200785.366 8 102711249.10608

79886539.97907



OBSERVATION DATA M

Số liệu đo M: ký hiệu M là số liệu
hỗn hợp

4

MARKER NAME

Tên mốc

7

REC # / TYPE / VERS

Máy thu, kiểu loại, phiên bản


11

Hàng

Các yếu tố

Chú giải

8

ANT # / TYPE

G12G25R19R14
R06R18R15R05R20R04
20189809.419
106098160.96508
82673899.33906
20189811.190
20189809.272
20189811.114
…

Các giá trị lần lượt tương ứng với
các loại trị đo, nối liên tiếp nhau
Giá trị các loại trị đo: C1 L1 thành một chuỗi giá trị đo cho đến
L2 P2 P1 C2
khi kết thúc quá trình thu tín hiệu.
Trong suốt quá trình thu tín hiệu một
vài giá trị của một số loại trị đo có
thể bị khuyết do không thu được tín
hiệu. Nhưng các giá trị vẫn được sắp
xếp theo thứ tự, chỗ nào bị khuyết
thì được bỏ trống.


12
* Các khả năng ứng dụng tệp số liệu RINEX
- Ứng dụng lớn nhất mà tệp số liệu RINEX mang lại là số liệu được
biến đổi sang dạng độc lập với máy thu, có thể xử lý bằng nhiều phần mềm
khác nhau. Có thể tiến hành các dự án có quy mô lớn, nhiều đơn vị, nhiều loại
máy tham gia, mang lại hiệu quả về khoa học và kinh tế.
- Bên cạnh lợi ích to lớn đó, trong quá trình xử lý số liệu thực tế, nếu

1.2.1. Tình hình việc kiểm tra chất lượng số liệu đo GNSS trên thế giới
Ngày nay, công nghệ GNSS đã được ứng dụng rộng rãi trong nhiều
lĩnh vực nói chung và ngành trắc địa nói chung. Liên quan đến vấn đề kiểm
tra chất lượng số liệu GNSS, các tổ chức và các nước trên thế giới đã thực sự
quan tâm đến vấn đề này, điều này được thể hiện qua các công trình nghiên
cứu, cụ thể như sau:
- Nhóm chuyên gia của UNAVCO (University NAVSTAR
Consortium) tạo ra phần mềm TEQC để kiểm tra chất lượng số liệu đo GNSS
từ những năm 1984. Mục tiêu bao trùm của các phần mềm là phân tích số liệu
đo GNSS, đưa ra các chỉ tiêu định lượng nhằm đánh giá ảnh hưởng của hiệu
ứng đa đường dẫn, tầng khí quyển, thời gian chỉnh lại đồng hồ máy thu [2].
- Các Trung tâm dữ liệu như trung tâm dữ liệu GNSS khu vực tại Cơ
quan Bản đồ và Geography (BKG) đã và đang sử dụng phần mềmTEQC để
kiểm tra chất lượng số liệu đo GNSS [2]. Với công nghệ GNSS phát triển như
hiện nay, hệ thống vệ tinh dẫn đường toàn cầu của Trung Quốc, Galileo và
các hệ thống định vị vệ tinh khu vực như QZSS hoặc IRNSS và các hệ thống
tăng cường khu vực (SBAS), các tín hiệu và tần số mới và các định dạng mới
như RTCM-MSM và RINEX 3 cần kiểm tra chất lượng một cách linh hoạt.


14
- Cơ quan BKG cùng với Đại học Kỹ thuật Prague (CTU) đã phát triển
công cụ BKG Ntrip Client (BNC) trong đó có các tính năng đặc biệt để chỉnh
sửa và kiểm soát chất lượng số liệu đo GNSS. Công cụ này cho phép phân
tích ảnh hưởng đa đường dẫn (Mp) và tỷ số tín hiệu-nhiễu (SNR) [2].
- Phòng thí nghiệm chủ chốt về kỹ thuật chính xác Khảo sát và biến
dạng Giám sát thiên tai tỉnh Hồ Nam đã sử dụng phần mềm TEQC để phân
tích đa nhiễu, nhiễu tín hiệu và nhiễu tín hiệu, những yếu tố chính làm giảm
chất lượng dữ liệu GNSS. Kết quả nghiên cứu đã cho thấy, hiện tượng trượt
chu kỳ, nhiễu xạ tín hiệu và hiệu ứng đa đường kém là do ăng ten GNSS dưới

Qua các kết quả này nhận thấy, số liệu đo GPS đã được kiểm tra chất
lượng ở nước ta. Tuy nhiên, chưa có nhiều công trình nghiên cứu về vấn đề
này. Bên cạnh đó, các văn bản pháp quy của Nhà nước chưa đề cập đến việc
đánh giá chất lượng số liệu đo GNSS.
1.3. Vấn đề cần nghiên cứu
Từ phân tích ở trên cho thấy, việc đánh giá và quản lý chất lượng số
liệu GNSS là hướng chuyên sâu chưa được thực sự quan tâm ở nước ta, đặc
biệt là đối với số liệu hỗn hợp. Như ta đã biết, số liệu của hệ thống vệ tinh dẫn
đường toàn cầu không chỉ có số liệu của hệ thống GPS mà còn có số liệu của
các hệ thống khác như GLONASS, GALILEO,… Máy thu GNSS ngày nay
có thể thu được tín hiệu đa hệ, số liệu thu ở dạng hỗn hợp ví dụ như số liệu
hỗn hợp GPS/GLONASS,GPS/GLONASS/SBAS,…
Việc ứng dụng được phương pháp của thế giới cho số liệu Việt Nam
thực sự là phương án tiếp cận, tiên tiến và hiệu quả. Đánh giá và quản lý được
chất lượng số liệu đo GNSS từ việc phân tích số liệu đo bằng phần mềm được
thừa nhận trên thế giới là phương pháp định lượng, dựa trên các chỉ tiêu cụ