ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM

NGUYỄN DUY DIÊN

ĐÁNH GIÁ VIỆC ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ
GPS TRONG XÂY DỰNG LƯỚI KHÔNG CHẾ
ĐO VẼ BẢN ĐỒ ĐỊA CHÍNH TRÊN ĐỊA BÀN
XÃ THẮNG SƠN, HUYỆN THANH SƠN,
TỈNH PHÚ THỌ

LUẬN VĂN THẠC SĨ QUẢN LÝ ĐẤT ĐAI

THÁI NGUYÊN - 2017


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM

NGUYỄN DUY DIÊN

ĐÁNH GIÁ VIỆC ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ
GPS TRONG XÂY DỰNG LƯỚI KHÔNG CHẾ
ĐO VẼ BẢN ĐỒ ĐỊA CHÍNH TRÊN ĐỊA BÀN
XÃ THẮNG SƠN, HUYỆN THANH SƠN,
TỈNH PHÚ THỌ
Chuyên ngành: Quản lý đất đai
Mã số ngành: 60 85 01 03

LUẬN VĂN THẠC SĨ QUẢN LÝ ĐẤT ĐAI


Tôi rất mong nhận được sự đóng góp của các thầy, cô giáo để đề tài này được hoàn
thiện hơn.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Thái Nguyên, ngày 03 tháng 10 năm 2017
Tác giả luận văn

Nguyễn Duy Diên


iii
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ ii
MỤC LỤC .................................................................................................................. ii
DANH MỤC CÁC BẢNG........................................................................................ vi
DANH MỤC CÁC HÌNH ........................................................................................ vii
MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1
1.Tính cấp thiết của đề tài ...........................................................................................1
2. Mục tiêu cụ thể .......................................................................................................3
3. Tính khoa học và thực tiễn của đề tài .....................................................................3
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU ..................................................................4
1.1. Công tác thành lập bản đồ địa chính ....................................................................4
1.1.1 Hệ thống lưới khống chế ....................................................................................4
1.2. Tổng quan về công nghệ GPS ..............................................................................6
1.2.1 Quá trình hình thành...........................................................................................6
1.2.2 . Cấu trúc hệ thống GPS .....................................................................................8
1.2.3. Tín hiệu GPS ...................................................................................................12
1.2.4. Các trị đo GPS .................................................................................................14
1.2.5. Nguyên lý định vị GPS ...................................................................................16
1.2.6. Các nguồn sai số..............................................................................................20

3.1. Khái quát đặc điểm khu đo.................................................................................39
3.1.1. Vị trí địa lý ......................................................................................................39
3.1.2 Đặc điểm địa hình, địa vật................................................................................39
3.1.3. Dân cư, kinh tế xã hội .....................................................................................40
3.1.4 Văn hóa, giáo dục và y tế .................................................................................41
3.1.5. Hệ thống các điểm tọa độ cấp Nhà nước, điểm tọa độ địa chính có trong khu vực..41
3.1.6. Các tư liệu bản đồ hiện có ...............................................................................42
3.2. Ứng dụng công nghệ GPS thành lập lưới khống chế đo vẽ và so sánh với công
nghệ đo bằng máy toàn đạc điện tử ...........................................................................44
3.2.1. Cơ sở pháp lý xây dựng và đánh giá chất lượng lưới khống chế đo vẽ bằng
công nghệ GPS tại xã Thắng Sơn huyện Thanh Sơn Tỉnh Phú Thọ .........................44
3.2.2. Quy trình thành lập lưới ..................................................................................45
3.2.3. Kết quả khảo sát thiết kế mạng lưới khống chế đo vẽ lập bằng Công nghệ GPS. ....47


v
3.2.4 . Công tác đo lưới đo vẽ thành lập bằng công nghệ GPS.................................48
3.2.5. Kết quả bình sai lưới địa chính thành lập bằng công nghệ GPS .....................49
3.3 So sánh phương pháp thành lập lưới đo vẽ bằng máy đo GPS với phương pháp
đo bằng máy toàn đạc điện tử ...................................................................................57
3.4. Thuận lợi, khó khăn và giải pháp .......................................................................61
3.4.1. Thuận lợi .........................................................................................................61
3.4.2. Khó khăn .........................................................................................................62
3.4.3. Các giải pháp ...................................................................................................62
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................63
1. Kết luận .................................................................................................................63
2. Đề nghị...................................................................................................................63
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................64



Hình 1.4. Cấu trúc tín hiệu GPS ................................................................................13
Hình 1.5. Kỹ thuật giải đa trị tại các máy thu ...........................................................15
Hình 1.6. Kỹ thuật định vị tương đối ........................................................................17
Hình 1.7. Kỹ thuật định vị tương đối ........................................................................18
Hình 3.1. Quy trình thành lập lưới khống chế đo vẽ .................................................46
Hình 3.2. Đồ hình đo nối được thiết kế tạo thành các cặp ........................................47
Hình 3.3. Khởi tao và đặt các thông số bình sai ....................................................49
Hình 3.4. Quá trình nhập và sử lý cạnh bình sai để đánh giá các cạnh.....................49
Hình 3.5. Quá trình và sử lý loại bỏ tín hiệu nhiễu không tin cậy. ...........................50
Hình 3.6. Quá trình chọn vệ tinh. ..............................................................................50
Hình 3.7. Quá trình kiểm tra thời gian đồng bộ khi cần thiết. ..................................51


1
MỞ ĐẦU
1.Tính cấp thiết của đề tài
Công tác quản lý Nhà nước về đất đai trong giai đoạn hiện nay cũng như
trong tương lai lâu dài luôn giữ vai trò quan trọng trong việc phát triển kinh tế - xã
hội, bảo vệ môi trường, giữ vững an ninh, quốc phòng và toàn vẹn lãnh thổ quốc
gia. Khảo sát, đo đạc, lập bản đồ địa chính là một trong những nội dung quản lý nhà
nước về đất đai đã được ghi tại khoản 3, Điều 22 của Luật đất đai 2013. Nội dung
chức năng, nhiệm vụ, quyền hạn của các cấp, các ngành trong việc thực hiện khảo
sát, đo đạc, lập và quản lý bản đồ địa chính đã được quy định tại Điều 23 của Luật
đất đai 2013.
Căn cứ Luật đất đai năm 2013, ngày 29 tháng 11 năm 2013, Nghị định
43/2014/NĐ-CP ngày 15 tháng 05 năm 2014 của Chính phủ quy định chi tiết thi
hành một số điều của Luật Đất đai; Căn cứ Nghị định số 21/2013/NĐ-CP ngày 04
tháng 03 năm 2013 của Chính Phủ quy định chức năng, nhiệm vụ, quyền hạn và cơ
cấu tổ chức của Bộ Tài nguyên và Môi trường; Bộ Tài nguyên và Môi rường ban
hành Thông tư 25/2014/TT-BTNMT ngày 19/05/2014 về quy định các yêu cầu kỹ

nào trên trái đất; kết quả đo đạc có thể tính trong hệ tọa độ toàn cầu hoặc hệ tọa độ
địa phương bất kỳ theo mục đích của người sử dụng.
Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, phát triển của xã hội, 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 và đem lại hiệu quả khinh tế.
Tỉnh Phú Thọ nói chung Huyện Thanh Sơn nói riêng 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 (BĐĐC) có độ chính xác cao cho toàn huyện.
Được sự quan tâm của UBND tỉnh Phú Thọ, sở Tài nguyên và Môi trường đã cho
triển khai đo đạc lập bản đồ địa chính của các xã trong địa bàn huyện Thanh Sơn
nói chung trong đó cụ thể có xã Thắng Sơn nói riêng. Cùng với xu thế của thế giới
mở rộng khả năng sử dụng công nghệ vào sản xuất trong đó có công nghệ định
vị toàn cầu GPS, góp phần đưa công nghệ mới vào sản xuất. Với những lý do trên
được sự phân công của khoa sau đại học - trường Đại Học Nông Lâm Thái Nguyên


3
chúng tôi thực hiện đề tài: “Đánh giá việc ứng dụng công nghệ GPS trong xây
dựng lưới không chế đo vẽ bản đồ địa chính trên địa bàn xã Thắng Sơn, huyện
Thanh Sơn, tỉnh Phú Thọ”.
2. Mục tiêu cụ thể
- Sử dụng công nghệ GPS đo tĩnh thành lập lưới khống chế đo vẽ phục vụ
công tác thành lập bản đồ địa chính xã Thắng Sơn huyệnThanh Sơn, tỉnh Phú Thọ.
- Đánh giá hiệu quả của việc công nghệ GPS với công nghệ Toàn đạc điện tử
truyền thống.
- Thuận lợi, khó khăn trong sử dụng công nghệ GPS đo động thời gian thực và
đề xuất giải pháp

Để đo vẽ hết khu đo với các chỉ tiêu đảm bảo theo quy định tại thông tư 25,
ta cần xác định mật độ điểm khống chế tọa độ địa chính là số điểm lưới khống chế
được xây dựng trên một đơn vị diện tích để đảm bảo phục vụ đo vẽ bản đồ địa chính
theo một tỷ lệ xác định. Ta có thể dễ dàng dự tính được số điểm khống chế cần thiết
khi biết những yếu tố sau:
- Tỷ lệ bản đồ địa chính cần thành lập.
- Phương pháp đo vẽ bản đồ địa chính.
- Đặc điểm địa hình và địa vật khu đo.
- Khoảng cách tối đa quy định từ máy đến tiêu đo.


5
Hiện nay hai phương pháp cơ bản để thành lập bản đồ địa chính là phương
pháp đo ảnh hàng không và phương pháp đo vẽ trực tiếp. Phương pháp toàn đạc là
phương pháp cơ bản, không thể thay thế trong điều kiện đo vẽ bản đồ địa chính tỷ lệ
lớn khu vực dân cư đông đúc, thửa đất nhỏ, bị che khuất nhiều. Bản chất của
phương pháp là dùng phương pháp tọa độ cực xác định toạ độ những điểm chi tiết
bằng máy toàn đạc điện tử.Phương pháp này đòi hỏi số lượng điểm khống chế dải
đều và đủ để đo vẽ hết khu vực cần đo, với khoảng cách đo đảm bảo theo quy định.
Tỷ lệ bản đồ càng lớn, vùng đo vẽ càng che khuất thì số lượng điểm càng nhiều.
+ Dùng phương pháp đo vẽ trực tiếp ở thực địa để thành lập bản đồ địa chính.
Để đảm bảo đo vẽ được bản đồ tỷ lệ 1:5000 – 1:10000, trên diện tích khoảng
5 km2 thì cần phải có ít nhất một điểm từ địa chính trở lên.
Để đảm bảo đo vẽ được bản đồ tỷ lệ 1:500 – 1:2000, trên diện tích từ 1 đến
1,5 km2 thì cần phải có ít nhất một điểm từ địa chính trở lên.
Để đo vẽ bản đồ địa chính tỷ lệ 1:200, bản đồ địa chính ở khu công nghiệp,
khu có cấu trúc xây dựng dạng đô thị, khu đất có giá trị kinh tế cao, khu đất ở đô thị
có diện tích các thửa nhỏ, đan xen nhau, trên diện tích trung bình 0,3 km2 (30 ha) có
một điểm từ địa chính trở lên.
Quy định trên áp dụng cho cả trường hợp có trích đo khu dân cư hoặc trích

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.
Từ trước những năm 70 của thế kỷ trước, Cơ quan Hàng không và Vũ trụ
(NASA) cùng với Quân đội Hoa Kỳ đã tiến hành chương trình nghiên cứu, ứng
dụng công nghệ NSS để dẫn đường và định vị chính xác bằng vệ tinh nhân tạo. Hệ
thống định vị dẫn đường bằng vệ tinh thế hệ đầu tiên là hệ thống TRANSIT. Hệ
thống này có 6 vệ tinh, hoạt động theo nguyên lý Doppler. Hệ thống TRANSIT
được sử dụng trong thương mại vào năm 1967. Một thời gian ngắn sau đó
TRANSIT bắt đầu ứng dụng trong trắc địa. Việc thiết lập mạng lưới điểm định vị
khống chế toàn cầu là những ứng dụng sớm nhất của hệ thống TRANSIT.
Sử dụng hệ thống TRANSIT để định vị cần thời gian quan trắc rất lâu mà
độ chính xác chỉ đạt cỡ 1m. Do vậy, trong công tác trắc địa - bản đồ hệ thống
TRANSIT chỉ phù hợp với công tác xây dựng các mạng lưới khống chế cạnh dài.


7
Nó không thỏa mãn được các ứng dụng đo đạc thông dụng như đo đạc bản đồ, các
công trình dân dụng.
Ngay sau sự thành công của hệ thống TRANSIT, hệ thống định vị vệ tinh thế
hệ thứ hai ra đời có tên là NAVSTAR-GPS (Navigtion Satellite Timing And
Ranging – Global Positioning System) gọi tắt là GPS. Hệ thống này bao gồm 24 vệ
tinh phát tín hiệu, bay quanh Trái đất theo những quỹ đạo xác định. Độ chính xác
định vị bằng hệ thống này được nâng cao một cách đáng kể so với TRANSIT và đã
khắc phục được nhược điểm về thời gian quan trắc.
Sau khi phóng vệ tinh thử nghiệm NTS-2 (Navigation Technology Sattellite
2) được một năm, giai đoạn thử nghiệm vận hành hệ thống GPS bắt đầu với việc
phóng vệ tinh GPS khối I. Từ năm 1978 đến 1985 có 11 vệ tinh khối I đã được
phóng lên quỹ đạo. Hiện nay hầu hết số vệ tinh thuộc khối I đã hết hạn sử dụng.
Việc phóng vệ tinh thế hệ thứ II (khối II) bắt đầu vào năm 1989. Sau giai đoạn này,


Hình 1.1. Cấu trúc của hệ thống GPS.
Đoạn không gian
Đoạn không gian theo thiết kế gồm 24 vệ tinh chuyển động trên 6 mặt phẳng quỹ
đạo với độ cao khoảng 20.200 km, nghiêng với mặt phẳng xích đạo của trái đất một góc
550. Vệ tinh GPS chuyển động trên quỹ đạo gần như tròn đều với chu kì 718 phút. Với sự
phân bố vệ tinh trên quỹ đạo như vậy trong bất kì thời gian nào và ở bất kì vị trí quan sát
nào trên trái đất cũng có thể quan sát được tối thiểu 4 vệ tinh. Hiện nay có 31 vệ tinh đang
hoạt động.


9
Các vệ tinh GPS có trọng lượng khoảng 1600kg khi phóng và khoảng 800kg
trên quỹ đạo. Theo thiết kế tuổi thọ của vệ tinh khoảng 7,5 năm. Năng lượng cung
cấp cho hoạt động của các thiết bị trên vệ tinh là năng lượng pin mặt trời.
Mỗi vệ tinh được trang bị 4 đồng hồ nguyên tử gồm 2 đồng hồ thuộc loại
censium và 2 đồng hồ thuộc loại rubidium có độ chính xác 10-12 s. Với 4 đồng hồ
này không chỉ có mục đích dự phòng mà còn tạo ra cơ sở giám sát thời gian và cung
cấp giờ chính xác nhất. Thêm vào đó mỗi vệ tinh còn được trang bị bộ tạo dao động
thạch anh rất chính xác.
Tất cả các đồng hồ của hệ thống GPS hoạt động ở tần số chuẩn cơ sở f

0

=

10.23MHz. Tần số này là tần số chuẩn của đồng hồ nguyên tử, với độ chính xác cỡ 10-12
Các vệ tinh GPS đều có thiết bị tạo dao động với tần số cơ sở chuẩn f 0 . Từ
tần số cơ sở thiết bị sẽ tạo ra 2 tần số sóng tải L1, L2.
Sóng tải L1 có tần số f1 = 154f0 = 1575,42 MHz, có bước sóng l1 = 19,032 cm

sát được tất cả các vệ tinh. Các số liệu quan sát được ở các trạm này được chuyển
về trạm điều khiển trung tâm (MCS – master control station), tại đây việc tính toán
số liệu chung được thực hiện liên tục và cuối cùng các thông tin đạo hàng cập nhật
được chuyển lên các vệ tinh, để sau đó từ vệ tinh chuyển đến các máy thu dưới mặt đất.


11
Vai trò của đoạn điều khiển vô cùng quan trọng vì nó không chỉ theo dõi các
vệ tinh mà còn liên tục cập nhật, điều chỉnh để chính xác hoá các thông tin đạo
hàng, bảo đảm độ chính xác cho công tác định vị bằng hệ thống GPS.

Hình 1.3. Mạng lưới các trạm điều khiển của hệ thống GPS từ sau năm 2005.
Cơ quan tình báo địa không gian Mỹ (NGA: National Geospatial-Intelligence
Agency) đã thêm vào 6 trạm điều khiển của phần điều khiển của GPS từ tháng 8
năm 2005, nâng tổng số trạm điều khiển lên thành 11 (hình 1.3). Với số lượng trạm
điều khiển như vậy, mỗi vệ tinh luôn luôn có thể nhìn được thấy ít nhất từ 2 trạm
điều khiển và kết quả xác định vị trí của vệ tinh sẽ được chính xác hơn. Trong thời
gian tới, sẽ có thêm 5 trạm điều khiển nữa của NGA được bổ sung và khi đó mỗi vệ
tinh luôn luôn có thể nhìn được tối thiểu 3 trạm điều khiển.
Đoạn sử dụng
Đây là tất cả các máy móc, thiết bị thu nhận thông tin từ vệ tinh để khai thác
sử dụng cho các mục đích và yêu cầu khác nhau của người sử dụng, kể cả ở trên
không, trên biển và trên đất liền.
Đoạn này bao gồm các thành phần sau:
- Phần cứng: thu tín hiệu và thực hiện đo đạc;
- Phần mềm: các thuật toán định vị, giao diện người sử dụng,...
- Các thao tác, thủ tục.
Các thiết bị của phần sử dụng rất đa dạng bởi chúng phục vụ cho rất nhiều
ứng dụng khác nhau của GPS. Các thiết bị này thường được phân loại theo loại trị
đo mà chúng có thể thực hiện được, đó là:


c
 19 cm
f L1

L 2 

c
 24 cm
f L2

Để đo khoảng cách từ vệ tinh tới máy thu người ta sử dụng các giả mã ngẫu
nhiên. Các mã này được gọi là giả ngẫu nhiên vì chúng có tính chất gần giống như
một mã ngẫu nhiên, nhưng trong thực tế được phát sinh ra theo một thuật toán phức


13
tạp mà ta có thể biểu diễn một cách đơn giản dưới dạng hàm số G = G(PRN) với
PRN là số nguyên có giá trị từ 1 đến 36. Với mỗi một giá trị của PRN sẽ có một mã
giả ngẫu nhiên. Mỗi vệ tinh GPS được gán một giá trị PRN riêng và do đó nó có mã
giả ngẫu nhiên riêng . Có 2 loại mã giả ngẫu nhiên là:
- Các thông báo định vị (Navigation message) chứa các thông tin dự báo về:
+ Lịch vệ tinh;
+ Thông tin của vệ tinh (hay sức khỏe) của vệ tinh (đang hoạt động, ngừng
hoạt động, sửa chữa,...);
+ Các hệ số của mô hình dùng để hiệu chỉnh sai lệch đồng hồ của vệ tinh;
+ Để biết được ảnh hưởng của tầng điện ly ta căn cứ vào các thông số của mô
hình mô tả.
Các vệ tinh nhận các thông tin dự báo từ các trạm điều khiển cung cấp lên
rồi truyền xuống các máy thu của người sử dụng trong các thông báo định vị. Thông

Đo pha theo sóng tải L1 có thể xác định khoảng cách giữa vệ tinh và máy thu
với độ chính xác đến cm, hoặc 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.


15

Hình 1.5. Kỹ thuật giải đa trị tại các máy thu
• Đo khoảng cách giả theo C/A-code và P-code
Máy thu GPS phát đi code tựa ngẫu nhiên. Vệ tinh cũng tạo ra code tựa ngẫu
nhiên cùng với sóng tải đúng may thu. Bằng cách so sánh code thu từ vệ tinh và
code của chính máy thu tạo ra có thể xác định được khoảng thời gian lan truyền của
tín hiệu code, từ đó dễ dàng xác định được khoảng cách từ vệ tinh đến máy thu (đến
tâm anten của máy thu). Nhưng đó là khoảng cách giả do có sự không đồng bộ
giữa đồng hồ của vệ tinh và máy thu và có ảnh hưởng của môi trường lan
truyền tín hiệu nên khoảng cách tính theo khoảng thời gian đo được không
phải là khoảng cách thực giữa vệ tinh và máy thu
Đặt giả thiết tọa độ của vệ tinh là xs, ys, zs; tọa độ của máythu là x,y,z; thời
gian lan truyền tín hiệu từ vệ tinh đến máythu là t, sai số không đồng bộ giữa đồng
hồ trên vệ tinh và trong máy thu là ∆t, khoảng cách giả đo được là R, ta có phương trình:
R = c(t+∆t) =

( xS  x)2  ( yS  y)2  ( zS  z)2 + c∆t

(1.1)

Trong đó, c là tốc độ lan truyền tín hiệu.
Nếu sử dụng C/A-code, theo dự tính của các nhà thiết kế hệ thống GPS, kỹ
thuật đo khoảng thời gian lan truyền tín hiệu chỉ có thể đảm bảo độ chính xác đo

(XS1- X)2+(YS1- Y) 2+(Z S1- Z) 2= (R1-c∆t) 2
(XS2- X)2+(YS2- Y) 2+(Z S2- Z) 2= (R2-c∆t) 2
(XS3- X)2+(YS3- Y) 2+(Z S3- Z) 2= (R3-c∆t) 2
(XS4- X)2+(YS4- Y) 2+(Z S4- Z) 2= (R4-c∆t) 2

(1.3)