BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP.HỒ CHÍ MINH

KHOA QUẢN LÝ ĐẤT ĐAI & BẤT ĐỘNG SẢN

BÁO CÁO TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI:

ỨNG DỤNG HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU GPS
XÂY DỰNG MẠNG LƯỚI ĐỊA CHÍNH, KHU ĐO
RỪNG DẦU - XÃ HỒNG LIÊM, XÃ HỒNG SƠN,
HUYỆN HÀM THUẬN BẮC, TỈNH BÌNH THUẬN

SVTH
: NGUYỄN VĂN THỤ
MSSV
: 05151033
: DH05DC
LỚP
: 2005 – 2009
KHÓA
NGÀNH : Công Nghệ Địa Chính

- TP. Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2009 -


TRƯỜNG ĐẠI HỌC NƠNG LÂM TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA QUẢN LÝ ĐẤT ĐAI & BẤT ĐỘNG SẢN
BỘ MƠN CƠNG NGHỆ ĐỊA CHÍNH

NGUYỄN VĂN THỤ

lợi trong suốt thời gian tôi thực tập.
Cảm ơn tất cả những người bạn của tôi đã sát cánh cùng tôi
trong những ngày tháng qua.
Do hiểu biết còn hạn chế và thời gian thực tập ngắn nên đề
tài không thể tránh khỏi những sai sót rất mong được sự đóng góp ý
kiến của quý thầy cô!
Sinh viên: Nguyễn Văn Thụ


TÓM TẮT
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Thụ, ngành Công nghệ Địa chính, khoa
Quản Lý Đất Đai & Bất Động Sản, trường Đại học Nông Lâm TP.Hồ Chí Minh.
Đề tài: “Ứng dụng hệ thống định vị toàn cầu GPS xây dựng mạng lưới địa
chính, khu đo Rừng dầu - xã Hồng Liêm, xã Hồng Sơn, huyện Hàm Thuận Bắc,
tỉnh Bình Thuận”.
Giáo viên hướng dẫn: Thầy Đặng Quang Thịnh, Bộ môn Công nghệ địa chính,
Khoa Quản Lý Đất Đai & Bất Động Sản, trường Đại học Nông Lâm TP.Hồ Chí Minh.
Nội dung tóm tắt của báo cáo:
Tỉnh Bình Thuận, đang trong giai đoạn xây dựng và phát triển với các đòi hỏi
về việc xây dựng cơ sở hạ tầng, theo dõi quản lý các biến động đất đai, theo dõi giám
sát tài nguyên môi trường rất cần thiết phải có những giải pháp công nghệ mới cho
phép đo đạc, thu nhận dữ liệu không gian ngoài thực địa với thời gian nhanh chóng, độ
chính xác cao và triển khai nhất quán trên một không gian rộng lớn.
Để làm được điều này chúng ta cần nghiên cứu khai thác, ứng dụng những giải
pháp công nghệ mới về GPS. Đặc biệt, phải ứng dụng sử dụng một cách có hiệu quả
và rộng rãi kỹ thuật định vị GPS trong công tác trắc địa địa chính: xây dựng các mạng
lưới địa chính, làm cơ sở cho việc phát triển lưới cấp thấp hơn, phục vụ công tác đo
đạc thành lập bản đồ địa chính, địa hình,…
Bằng phương pháp nghiên cứu ứng dụng Hệ thống định vị toàn cầu GPS xây
dựng lưới địa chính, phục vụ phát triển lưới đường chuyền cấp thấp hơn để đo đạc

1. Hệ qui chiếu trong công nghệ GPS ...................................................................... 18
2. Hệ tọa độ WGS-84 .............................................................................................. 18
3. Hệ tọa độ quốc gia VN-2000 ............................................................................... 19
4. Tính chuyển giữa các hệ tọa độ............................................................................ 19
I.1.3 Khái quát phần mềm GPSurvey 2.35 ................................................................... 19
I.1.4 Khái quát về lưới khống chế trắc địa .................................................................... 20
I.2
Cơ sở pháp lý và văn bản pháp quy....................................................................... 21
I.2.1 Cơ sở pháp lý....................................................................................................... 21
I.2.2 Văn bản pháp quy................................................................................................ 22
I.3
Cơ sở thực tiễn ..................................................................................................... 22
I.4
Khái quát địa bàn nghiên cứu................................................................................ 22
I.4.1 Điều kiện tự nhiên ............................................................................................... 22
I.4.2 Hiện trạng kinh tế - xã hội ................................................................................... 23
I.5
Nguồn tài liệu dùng để nghiên cứu trong đề tài ..................................................... 23
I.5.1 Tư liệu trắc địa .................................................................................................... 23
I.5.2 Tư liệu bản đồ...................................................................................................... 23
I.6
Nội dung nghiên cứu, phương pháp nghiên cứu .................................................... 24
I.6.1 Nội dung nghiên cứu ........................................................................................... 24
I.6.2 Phương pháp nghiên cứu ..................................................................................... 24
I.6.3 Phương tiện nghiên cứu ....................................................................................... 25
I.7
Quy trình thực hiện............................................................................................... 26
PHẦN II KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ............................................................................... 27
II.1 Các yêu cầu khi thành lập lưới địa chính............................................................... 27
II.1.1 Quy định chung .................................................................................................. 27

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 xác
hình học.

PDOP

Position Dilution of Precision - hệ số suy giảm độ chính xác vị trí
điểm.

HDOP

Horizontal position Dilution of Precision - hệ số suy giảm độ
chính xác mặt bằng.

VDOP

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

TDOP


Hình I.4 Nguyên lý trị đo giả khoảng cách. ................................................................8
Hình I.5 a) Sai phân bậc 1 máy thu; b) Sai phân bậc 1 vệ tinh .................................10
Hình I.6 Sai phân bậc 2.............................................................................................11
Hình I.7 Sai phân bậc 3.............................................................................................11
Hình I.8 Minh họa sai số khúc xạ đa đường dẫn. .....................................................13
Hình I.9 Các tầng khí quyển ảnh hưởng trong quá trình đo GPS .............................14
Hình I.10 Các đồ hình vệ tinh...................................................................................15
Hình I.11 Nguyên lý định vị tương đối.....................................................................16
Hình I.12 Kỹ thuật đo tĩnh ........................................................................................17
Hình I.13 Kỹ thuật đo tĩnh nhanh .............................................................................17
Hình II.1 Cửa sổ phần mềm Planning.......................................................................31
Hình II.2 Lựa chọn Import file Almanac tùy từng loại máy thu. ..............................31
Hình II.3 Giao diện cửa sổ Station Editor.................................................................32
Hình II.4 Cửa sổ mô tả trạm máy bị che chắn. .........................................................32
Hình II.5 Cửa sổ Multistation Analysis và cửa sổ Station Selection ........................33
Hình II.6 Sơ đồ mạng lưới, bố trí ca đo của ngày đo thứ 2.......................................35
Hình II.7 Giao điện tiện ích Data Transfer ...............................................................36
Hình II.8 Lựa chọn Job đã thực hiện đo đạt ngoài thực địa có trong máy thu..........37
Hình II.9 Hộp thoại Create a New Project ................................................................38
Hình II.10 Hộp thoại Load dữ liệu vào Project.........................................................38
Hình II.11 Hộp thoại kiểm tra khi Load dữ liệu .......................................................39
Hình II.12 Kiểm tra các giá trị có trong file .............................................................39
Hình II.13 Cho phép kiểm tra và thay đổi thông tin trạm máy .................................39
Hình II.14 Kiểm tra, sửa đổi chiều cao và cách đo ăng ten tại điểm ........................40
Hình II.15 Cửa sổ Load dữ liệu vào chương trình WAVE .......................................40
Hình II.16 Tiến trình dang Load dữ liệu...................................................................40
Hình II.17 Kết quả tính sơ bộ tọa độ điểm gốc.........................................................41


Hình II.18 Fix điểm gốc trước khi giải cạnh.............................................................41

Hình II.49 Chọn điểm gốc để tính toán cho các điểm còn lại...................................54


Ngành: Công nghệ Địa chính

SVTH: Nguyễn Văn Thụ

ĐẶT VẤN ĐỀ
Trong những năm gần đây cùng với tiến trình mở cửa và hội nhập của đất nước
ra thế giới, công nghệ định vị GPS đã sớm được du nhập và ứng dụng tại Việt Nam.
Các nhà khoa học đi tiên phong trong lĩnh vực này đã nhanh chóng chứng minh và
khẳng định được tính ưu việt của công nghệ GPS bằng việc áp dụng thành công vào
các công trình, dự án mang tầm cỡ Quốc gia như: xây dựng hệ tọa độ thống nhất toàn
quốc VN2000, đo phân định cắm mốc biên giới Việt Nam - Trung Quốc, Việt Nam Lào, Việt Nam – Campuchia, xây dựng mô hình Geoid chính xác cao phủ trùm toàn
quốc, khảo sát các tuyến giao thông, xây dựng đập thủy điện, đo khống chế ảnh, dẫn
đường cho máy bay và tàu thuyền, giám sát địa động học, xây dựng tăng dày mạng
lưới địa chính cơ sở cho các tỉnh .v.v…
Có thể nói rằng trong công nghệ định vị vệ tinh chúng ta đã theo kịp các nước
trong khu vực, và được ứng dụng ngày càng nhiều vào trong các ngành kinh tế xã hội,
đặc biệt là trong lĩnh vực Trắc địa và Bản đồ. Tuy nhiên, việc ứng dụng, sử dụng và
chuyển giao công nghệ định vị GPS về các địa phương (các Tỉnh) vẫn còn yếu và chưa
phổ biến.
Bên cạnh đó, đất nước ta đang trong giai đoạn xây dựng và phát triển với các
đòi hỏi về việc xây dựng cơ sở hạ tầng, theo dõi quản lý các biến động đất đai, theo
dõi giám sát tài nguyên môi trường rất cần thiết phải có những phương pháp (giải pháp
công nghệ) mới cho phép đo đạc, thu nhận dữ liệu không gian ngoài thực địa với thời
gian nhanh chóng, độ chính xác cao và triển khai nhất quán trên một không gian rộng
lớn. Để làm được điều này chúng ta cần nghiên cứu khai thác, ứng dụng những giải
pháp công nghệ mới về GPS. Đặt biệt, phải ứng dụng sử dụng một cách có hiệu quả
và rộng rãi kỹ thuật định vị GPS trong công tác trắc địa địa chính: xây dựng các mạng

 Đáp ứng yêu cầu cho việc thành lập bản đồ địa chính tỷ lệ 1:5000 trong hệ quy
chiếu và hệ tọa độ Nhà nước hiện hành.
 Tuân thủ quy trình, quy phạm của Bộ Tài Nguyên và Môi Trường.
 Khai thác và sử dụng trang thiết bị, phần mềm mang lại hiệu quả cao, tiết kiệm
thời gian và tài chính.
 Phạm vi và đối tượng nghiên cứu
 Phạm vi nghiên cứu: Khu vực đất sử dụng thuộc Đề án: “Khoanh Nuôi, Tái
Sinh và Phát Triển Rừng Dầu tại xã Hồng Liêm, xã Hồng Sơn huyện Hàm Thuận Bắc”
 Thời gian nghiên cứu: Từ ngày 02/02/2009 đến ngày 25/05/2009.
 Đối tượng nghiên cứu: Đo đạc xác định tọa độ và độ cao của các điểm lưới địa
chính bằng công nghệ GPS.
 Giới hạn nội dung nghiên cứu: Sử dụng máy đo định vị Trimble R3 (một bộ
gồm 3 máy) đo tĩnh để thu tín hiệu vệ tinh và sử dụng phần mềm GPSurvey 2.35 trong
xử lý tính toán số liệu đo GPS của lưới địa chính, khu vực xã Hồng Liêm, xã Hồng
Sơn, huyện Hàm Thuận Bắc, tỉnh Bình Thuận; phục vụ cho việc phát triển lưới đường
chuyền cấp thấp, đo đạc thành lập bản đồ địa chính, phục vụ công tác cấp giấy chứng
nhận quyền sử dụng đất
 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài nghiên cứu
Đề tài được thực hiện một cách có khoa học, đúng quy trình quy phạm và đáp
ứng được thực tiễn của địa phương. Phục vụ công tác đo đạc thành lập bản đồ địa
chính một cách chính xác, thống nhất trên toàn khu đo.

Trang 2


Ngành: Công nghệ Địa chính

SVTH: Nguyễn Văn Thụ

PHẦN I

gian, đoạn điều khiển và đoạn sử dụng.
a. Đoạn không gian: bao gồm 24 vệ tinh bay trên 6 quỹ đạo vòng quanh
Trái đất - cứ bốn vệ tinh quay trên mỗi quỹ đạo - cách mặt đất khoảng 20200 km và
mỗi vòng bay hết 11 giờ 58 phút. Các vệ tinh đã được phân bố sao cho tại bất cứ một
nơi nào trên Trái đất và vào mỗi thời điểm có thể nhận tín hiệu ít nhất từ 4 vệ tinh.
Mỗi vệ tinh truyền về Trái đất tín hiệu được mã hoá cùng với thông tin đạo
hàng mà máy thu có thể đọc được, được điều biến trên hai tần số sóng tải.
Tất cả các vệ tinh GPS đều có thiết bị tạo dao động với tần số chuẩn cơ sở là
f0 = 10,23 MHz. Tần số này còn là tần số chuẩn của đồng hồ nguyên tử, với độ ổn định
rất cao (10-12/ngày). Từ tần số cơ sở f0 thiết bị sẽ tạo ra hai tần sóng tải L1 và L2:
L1 = 154f0 = 1575,42 MHZ, có bước sóng λ = 19,032cm.
L2 = 120f0 = 1227,60 MHZ, có bước sóng λ = 24,420cm.
Sóng tải và mã dùng để xác định khoảng cách từ máy thu tới vệ tinh. Thông tin
đạo hàng chứa các tham số quỹ đạo theo từng thời điểm và thường được gọi là lịch vệ
tinh quảng bá.
Trang 3


Ngành: Công nghệ Địa chính

SVTH: Nguyễn Văn Thụ

Hình I.1 Mô phỏng quỹ đạo vệ tinh GPS
Theo định luật Kepler về quỹ đạo chuyển động, mỗi quỹ đạo vệ tinh có hình
dạng xấp xỉ hình elip với tâm trùng với tâm khối lượng của Trái đất. Đối với quỹ đạo
GPS, độ dẹt rất bé (0,02) nên dường như nó là hình tròn. Bán kính lớn của elip này
khoảng 26.600 km, gần gấp 4 lần bán kính Trái đất. Mỗi mặt phẳng quỹ đạo tạo với
mặt xích đạo một góc 550 . Quỹ đạo vệ tinh được xác định bởi 6 tham số (mô tả độ
lệch tâm, bán kính trục lớn, độ nghiêng mặt quỹ đạo...) được gọi là các tham số
Kepler. Biết các tham số này theo thời gian ta sẽ tính được toạ độ vệ tinh.

Hoạt động của Trắc địa vệ tinh dựa trên các dữ liệu được truyền từ vệ tinh tới
máy thu trên sóng điện từ. Tất cả các vệ tinh GPS đều có thiết bị tạo dao động với tần
số chuẩn cơ sở là f0 = 10,23 MHz. Tần số này còn là tần số chuẩn của đồng hồ nguyên
tử celium, với độ ổn định rất cao (10-12/ngày). Từ tần số cơ sở f0 thiết bị sẽ tạo ra hai
tần sóng tải L1 và L2, được tạo ra bằng bội số nguyên tần số chuẩn, 154 đối với sóng
L1 (tần số 1575,42 Mhz, bước sóng 19,0 cm) và 120 đối với sóng L2 (tần số 1227,60
Mhz, bước sóng 24,4 cm). Tạo nên sóng L2 để xác định độ trễ tín hiệu trong tầng
điện ly. Các thông tin về thời gian theo đồng hồ vệ tinh và các tham số quỹ đạo (thành
phần toạ độ) vệ tinh được mã hoá dưới dạng các chuỗi (bit) nhị phân trên sóng tải
thông qua quá trình điều biến.

Hình I.3 Sơ đồ về cấu trúc tín hiệu vệ tinh.
Có 3 loại mã trên sóng tải là mã C/A (C/A-Code), mã P (P-Code) và Thông tin
đạo hàng.
Hai mã C/A và P được sử dụng đều thuộc loại mã tựa ngẫu (PRN) nhị phân,
gồm một chuỗi các giá trị 0 và 1 hoặc +1 và -1, trông như có tính ngẫu nhiên nhưng lại
dễ nhận dạng do được tạo nên bằng một thuật toán.

Trang 5


Ngành: Công nghệ Địa chính

SVTH: Nguyễn Văn Thụ

Mã C/A thường được hiểu là mã thông dụng gồm dãy 1023 kí tự 0 và 1, được
lặp lại sau mỗi phần triệu giây, tương đương chiều dài bước sóng 300 m. Mã C/A chỉ
được truyền có trên sóng tải L1.
Mã P - mã chính xác là chuỗi rất dài kí tự 0 và 1, được lặp lại sau 38 tuần lễ,
chiều dài bước sóng là 29,30 m. Nó được truyền trên cả hai loại sóng tải. Tuy nhiên, vì

yếu có từ 9 đến 12 kênh.
Trên thế giới đã có nhiều hãng chế tạo máy thu tín hiệu GPS như hãng Trimble
Navigation, Ashtech (Mỹ), Minimax (CHLB Đức), Sersel (Pháp), Leica (Thụy sĩ),
Sokkia (Nhật Bản)… Tùy vào mục đích sử dụng và yêu cầu độ chính xác người ta đã
chế tạo ra nhiều loại máy thu GPS khác. Có loại chuyên để trang bị lắp trên tàu biển,
trên máy bay hoặc trên các loại phương tiện chuyển động khác. Có loại chế tạo gọn
nhẹ (cầm tay), chuyên dùng để xác định gần đúng vị trí điểm, và cũng có loại chuyên
phục vụ cho nghành trắc địa.
Cùng với các loại máy thu, người ta còn sản xuất các phần mềm phục vụ xử lý
thông tin mà máy thu đã nhận được từ vệ tinh. Công việc xử lý thông tin nhằm giải
Trang 6


Ngành: Công nghệ Địa chính

SVTH: Nguyễn Văn Thụ

quyết bài toán trắc địa một cách nhanh chóng và chính xác. Chúng ta đã biết một số
phần mềm của hãng Trimble như: Trimvec, Trimnet plus GPSurvey, Trimble
Geomatics Office….các phần mềm này cũng ngày được hoàn thiện, về mặt hình thức
và độ chính xác của kết quả tính toán.
c. Các hệ thời gian:
Thời gian đóng một vai trò rất quan trọng trong hệ thống định vị toàn cầu, là
tham số cơ bản để tính khoảng cách từ máy thu đến vệ tinh. Thời gian trong GPS được
kiểm soát bằng đồng hồ nguyên tử đặt trên vệ tinh.
Hệ giờ thế giới UT (Universal Time) liên quan tới chuyển động quay của Trái đất
quanh trục của nó mà dạng cơ bản là giờ UT1 (về giá trị bằng GMT).
Hệ giờ động lực Trái đất TDT (Terestrial Dynamic Time) dùng để tính quỹ
đạo vệ tinh bay quanh Trái đất trong trường trọng lực của Trái đất.
Hệ giờ nguyên tử quốc tế IAT (International Atomic Time) được hình thành trên

Trang 7


Ngành: Công nghệ Địa chính

SVTH: Nguyễn Văn Thụ

Hình I.4 Nguyên lý trị đo giả khoảng cách.
Khoảng cách giả theo mã tại thời điểm t được mô hình hoá như sau:
Ri j (t )   i j (t )  c i j (t )
ở đây:

(3.1)

Ri j (t ) là khoảng cách giả đo được từ máy thu i tới vệ tinh j.

 i j (t ) là khoảng cách hình học từ vệ tinh j tới máy thu i.

c là tốc độ của ánh sáng.
 i j (t ) là độ lệch đồng hồ.
Ta ký hiệu toạ độ của vệ tinh j và của máy thu i tại thời điểm t tương ứng là
( X j (t ), Y j (t ), Z j (t )) và ( X i (t ), Yi (t ), Z i (t )) , có thể biểu diễn khoảng cách hình học vệ
tinh đến máy thu như sau:
 i j (t )  ( X j (t )  X i (t )) 2  (Y j (t )  Yi (t )) 2  (Z j (t )  Z i (t )) 2

(3.2)

Ta có thể tách độ lệch đồng hồ  i j (t ) thành hai thành phần sai số đồng hồ vệ
tinh j và sai số đồng hồ máy thu i như sau:  i j (t )   j (t )   i (t )
(3.3)

(Selective Availability) dựa trên cơ sở tạo ra nhiều biến thiên trong tần số cơ sở của
đồng hồ vệ tinh. Khi bị làm nhiễu bởi SA toạ độ vệ tinh có độ chính xác cỡ từ 2 - 50
m, tọa độ mặt bằng đạt cỡ 100 m (với mức SA cỡ 95%). Nhưng từ ngày 20-05-2000
Mỹ đã bỏ chế độ nhiễu SA.
e. Trị đo pha sóng tải: Trị đo pha là hiệu số giữa pha sóng tải nhận từ vệ
tinh qua ăng ten máy thu và pha sóng tạo ra trong máy thu nhờ bộ tạo dao động.
Có thể đo được khoảng cách từ vệ tinh tới máy thu bằng pha sóng tải. Khoảng
cách này sẽ bằng tích của hai thừa số, một là độ dài bước sóng tải và thừa số thứ hai là
pha (gồm số bước sóng (chu kỳ đầy đủ) dao động sóng tải cộng với phần lẻ chu kỳ đo
được giữa máy thu và vệ tinh). Độ chính xác đo khoảng cách này cao hơn nhiều so với
đo theo Code, bởi vì độ dài bước sóng tải - cũng có thể hiểu là độ phân giải - chỉ là 19
cm trong L1, nhỏ hơn nhiều so với độ dài code.
Trị đo giả khoảng cách theo pha được biểu diễn bằng mô hình toán sau:
i j (t ) 

Trong đó:

1 j
 i (t )  N i j  f j  i j (t )


(3.6)

i j (t ) là số đo pha sóng tải.
λ là độ dài bước sóng.
N i j - số nguyên lần bước sóng, hay số nguyên đa trị.

f j là tần số tín hiệu vệ tinh j.

Thay (3.3) vào (3.6) ta có:


a

b

Hình I.5 a) Sai phân bậc 1 máy thu; b) Sai phân bậc 1 vệ tinh
Giả sử 2 máy thu A, B cùng quan sát một vệ tinh j, theo phương trình pha sóng tải
(3.7) ta có:
1 j
 A (t )  N Aj  f j  j (t )  f j  A (t )

1
 Bj (t )   Bj (t )  N Bj  f j  j (t )  f j  B (t )


 Aj (t ) 

Lấy hiệu 2 phương trình trên ta được:
 Bj (t )   Aj (t ) 

1 j
1
 B (t )   Aj (t )  N Bj  N Aj  f j  B (t )  f j  A (t )



Phương trình trên được gọi là phương trình sai phân bậc 1 máy thu, được viết gọn lại
như sau:  ABj (t ) 
Với:


 AB (t )  N AB


Trang 10


Ngành: Công nghệ Địa chính

SVTH: Nguyễn Văn Thụ

Hình I.6 Sai phân bậc 2
 Sai phân bậc 3:
Xét máy thu đặt tại 2 điểm A, B đồng thời quan sát hai vệ tinh j và k; tại 2 thời
điểm quan sát t1, t2.

Hình I.7 Sai phân bậc 3
Ứng với hai thời điểm t1và t2, ta có phương trình hai sai phân bậc hai tương ứng:
1 j ,k
j ,k
 AB (t1 )  N AB

1 j ,k
j ,k
j,k
 AB
(t 2 )   AB
(t 2 )  N AB

j ,k
 AB

Như ta được biết, 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 gói Thông 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 được 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 chính xác như thực tế, nên toạ độ vệ tinh
dự báo trước chứa sai số, gọi là sai số quỹ đạo. Sai số quỹ đạo thông thường đạt danh
nghĩa trong khoảng 2 - 5m và khi chịu ảnh hưởng của kỹ thuật S/A đạt chừng 50 m.
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 dưới những góc khác nhau, nên
ảnh hưởng của sai số quỹ đạo vệ tinh đối với trị đo cạnh và do đó đến định vị điểm
cũng khác nhau. Có nghĩa là việc tính sai phân bậc 1 máy thu nhìn chung không thể
loại bỏ hoàn toàn sai số quỹ đạo vệ tinh, trừ trường hợp hai máy thu đặt gần nhau
(cạnh ngắn). Trong định vị tương đối, đã xác định được mối quan hệ giữa sai số đo
cạnh và sai số quỹ đạo vệ tinh như sau:
Sai số đo cạnh / chiều dài cạnh = sai số quỹ đạo vệ tinh / khoảng cách tới vệ
tinh.
Có nghĩa là, khi sai số quỹ đạo là 5 m và chiều dài cạnh đo là 10 km thì sai số đo cạnh
do sai số quỹ đạo gây nên sẽ là 2,5 mm.
b. Sai số đồng hồ vệ tinh và máy thu
Cứ mỗi khối (Block) vệ tinh thế hệ II và IIA được trang bị 4 đồng hồ nguyên tử
gồm 2 đồng hồ cesium và hai đồng hồ rubidium. Các khối vệ tinh sau IIR chỉ mang
đồng hồ rubidium. Các đồng hồ này để tạo tần số và thời gian.
Các đồng hồ vệ tinh rất chính xác nhưng vẫn chưa hoàn hảo tuyệt đối. Độ ổn
định của nó đạt khoảng (1 - 2).10-13 trong vòng 1 ngày. Nghĩa là, sai số đồng hồ vệ
tinh khoảng 8,64 - 17,28 nano giây/ngày, gây nên sai số đo cạnh từ 2,59 m đến 5,18 m.
Các trạm kiểm soát mặt đất theo dõi hoạt động của đồng hồ vệ tinh, tính độ lệch và cấp
lên vệ tinh để gửi lại về máy thu trong Thông điệp đạo hàng dưới dạng các hệ số của
đa thức bậc hai.

các giải pháp công nghệ nâng cao chất lượng ăng ten (công nghệ Choke ring hay giải
pháp lắp thêm vành chống nhiễu xạ) và nâng cao chất lượng máy thu. Thiết thực nhất
đối người sử dụng là thông qua việc chọn điểm đo có độ thông thoáng tốt ngoài thực
địa với góc ngưỡng cao thích hợp (thông thường dưới 15°). Trong quá trình xử lý số
liệu đo, phải tiếp tục giảm thiểu ảnh hưởng này.
d. Sai số tâm pha ăng ten
Như đã biết, ăng ten nhận tín hiệu GPS từ vệ tinh đến và chuyển đổi năng lượng
thành dòng điện để chuyển vào máy thu. Điểm mà tín hiệu GPS được tiếp nhận gọi là
tâm pha ăng ten. Nhìn chung, tâm pha ăng ten không trùng với tâm vật lý (hình học)
của ăng ten. Đối với mỗi điểm đo, độ lệch này thay đổi tuỳ thuộc góc ngưỡng nhận tín
hiệu, phương vị của vệ tinh phát tín hiệu xuống cũng như cường độ của tín hiệu. Mức
độ sai số này tuỳ thuộc vào loại ăng ten. Cũng giống như đối với sai số khúc xạ đa
đường dẫn, ta rất khó mô hình hoá sự thay đổi tâm pha ăng ten và do đó không thể loại
bỏ trong quá trình xử lý số liệu đo.
Tuy nhiên, ta có thể giảm ảnh hưởng của sai số này bằng nhiều cách, chẳng hạn
lựa chọn loại ăng ten được đánh giá là có sai số tâm pha bé, sử dụng ăng ten cùng loại
và định hướng chúng giống nhau (chẳng hạn cùng về hướng bắc như vẫn làm) khi tiến
hành đo GPS trên các cạnh ngắn. Đã có những công bố kết quả khảo sát sai số tâm pha
ăng ten cho từng loại và có thể cập nhật chúng vào phần mềm để hiệu chỉnh ảnh hưởng
này một cách triệt để. Tuy nhiên ảnh hưởng của sai số này tới định vị không lớn nên
thường được bỏ qua trong các ứng dụng thông thường.
Trang 13


Ngành: Công nghệ Địa chính

SVTH: Nguyễn Văn Thụ

e. Độ trễ tầng điện li, tầng đối lưu
Được phát từ độ cao hơn 20.200 km xuống máy thu đặt trên Trái đất, các tín

Ngay phía dưới tầng điện ly là tầng đối lưu. Ảnh hưởng của tầng đối lưu
(nằm cách mặt đất từ 0 – 70 km) - mà cụ thể là sự thay đổi nhiệt độ, áp suất và
độ ẩm không khí - gây nên sự thay đổi vận tốc truyền sóng tín hiệu radio khiến
cả mã (code) lẫn pha sóng tải đều chịu cùng một độ trễ. Độ trễ này phụ thuộc
Trang 14


Ngành: Công nghệ Địa chính

SVTH: Nguyễn Văn Thụ

vào góc ngưỡng của vệ tinh, nó cực tiểu (cỡ 2,3 m) khi vệ tinh ở thiên đỉnh, đạt
9,3 m khi vệ tinh ở góc ngưỡng 150 và 20 - 28 m ở góc ngưỡng cao 50.
Ảnh hưởng của độ trễ tầng đối lưu đã được mô hình hoá bằng các biểu thức toán
học, trong các phần mềm chuyên dụng, giúp tính được trị hiệu chỉnh thích hợp trong quá
trình xử lý nhằm làm giảm thiểu ảnh hưởng này.
f. Độ suy giảm độ chính xác do đồ hình vệ tinh
Độ chính xác kết quả đo GPS còn phụ thuộc vào đồ hình phân bố vệ tinh so
với điểm đo trên mặt đất, đặc trưng bởi hệ số suy giảm độ chính xác (viết tắt theo
tiếng Anh là DOP). DOP là tỷ số giữa sai số vị trí điểm đo và sai số trị đo. DOP càng
nhỏ thì vị trí điểm đo được xác định càng chính xác; DOP thông thường lớn hơn 1, trừ
phi có trị đo dư thừa hay nhận được tín hiệu từ trên 8 vệ tinh; DOP có thể được sử
dụng như là cơ sở để lập kế hoạch đo; khi DOP < 4 là tốt; DOP > 10 thì lời giải sẽ thiếu
tin cậy. Người ta phân ra:
GDOP - hệ số suy giảm độ chính xác hình học, là hệ số tổng hợp nhất.
PDOP - hệ số suy giảm độ chính xác vị trí điểm,
HDOP - hệ số suy giảm độ chính xác mặt bằng,
VDOP - hệ số suy giảm độ chính xác độ cao,
TDOP - hệ số suy giảm độ chính xác thời gian.
Khi các vệ tinh vừa ở thiên đỉnh vừa ở gần chân trời sẽ cho GDOP tốt.

b. Định vị tương đối bằng GPS:
Định vị tương đối 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 đó tính được toạ độ điểm này so với điểm
khác đã biết toạ độ chính xác.
Định vị tương đối cũng đòi hỏi máy thu nhận tín hiệu đồng thời từ ít nhất 4 vệ
tinh, tuy nhiên, số lượng vệ tinh càng nhiều, độ chính xác định vị càng được nâng
cao hơn. Định vị tương đối có thể sử dụng trị đo pha sóng tải (thông dụng) và trị
đo giả khoảng cách bằng mã hay kết hợp cả hai.

Hình I.11 Nguyên lý định vị tương đối
Độ chính xác định vị tương đối có thể đạt tới bậc mm khi sử dụng trị đo pha sóng
tải hay vài mét trong trường hợp dùng trị đo mã. Nguyên do là khi đo đồng thời hai
hoặc nhiều hơn máy thu, do các trị đo cùng chứa các sai số nhìn chung tương tự nhau
(khoảng cách giữa các máy thu càng ngắn thì sự tương đồng càng lớn), nên các sai
số được giảm thiểu trong các trị gia số toạ độ.
Trong định vị tương đối, chúng ta sử dụng hai kỹ thuật đo cơ bản là đo GPS
tĩnh và đo GPS động, mỗi kỹ thuật lại được dùng theo các kiểu khác nhau.
 Kỹ thuật đo GPS tĩnh
Đo GPS tĩnh là kỹ thuật định vị tương đối cơ bản sử dụng trị đo pha sóng tải.
Nó sử dụng đồng thời hai hoặc nhiều hơn máy thu đặt cố định trên các điểm đo và
cùng đồng thời thu tín hiệu từ vệ tinh trong một khoảng thời gian dài, tối thiểu là vài
chục phút, tối đa là nhiều ngày đêm liên tục.
Các trạm đo đồng thời này tạo nên các ca đo (session). Thời gian kéo dài cho mỗi ca
đo gọi là độ dài hoặc thời lượng ca đo. Ký hiệu số lượng máy thu sử dụng đồng thời là
n, cứ mỗi ca đo, ta sẽ nhận được n-1 cạnh đo độc lập. Thời lượng ca đo phụ thuộc và
khoảng cách giữa các máy thu, số lượng vệ tinh nhìn thấy cũng như đồ hình vệ tinh.
Trang 16


Ngành: Công nghệ Địa chính