ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM

TỐNG ĐỨC TRÍ

ỨNG DỤNG HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN
CẦU XÂY DỰNG LƯỚI ĐỊA CHÍNH CỤM 04
XÃ PHÍA TÂY BẮC THUỘC HUYỆN HÀ
TRUNG, TỈNH THANH HÓA

LUẬN VĂN THẠC SĨ QUẢN LÝ ĐẤT ĐAI

Thái Nguyên - 2018


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM

TỐNG ĐỨC TRÍ

ỨNG DỤNG HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN
CẦU XÂY DỰNG LƯỚI ĐỊA CHÍNH CỤM 04
XÃ PHÍA TÂY BẮC THUỘC HUYỆN
HÀ TRUNG, TỈNH THANH HÓA
Ngành: Quản lý đất đai
Mã số: 8.85.01.03

LUẬN VĂN THẠC SĨ QUẢN LÝ ĐẤT ĐAI
Người hướng dẫn khoa học: PGS. TS Đàm Xuân Vận

Thái Nguyên - 2018

trong suốt quá trình thực hiện đề tài.
Xin chân thành cảm ơn gia đình, người thân, bạn bè, đồng nghiệp đã tạo
mọi điều kiện thuận lợi và giúp đỡ tôi về mọi mặt, động viên khuyến khích tôi
hoàn thành luận văn./.

Thanh Hóa, ngày 20 tháng 9 năm 2018
Tác giả luận văn
Tống Đức Trí


iii
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................. i
LỜI CẢM ƠN ..................................................................................................... ii
MỤC LỤC ......................................................................................................... iii
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ........................................................................... vi
DANH MỤC BẢNG ......................................................................................... vii
DANH MỤC HÌNH ......................................................................................... viii
MỞ ĐẦU............................................................................................................ 1

1. Tính cấp thiết của đề tài ............................................................................ 1
2. Mục tiêu nghiên cứu.................................................................................. 2
3. Ý nghĩa của đề tài...................................................................................... 2
Chương 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU ................................................................ 3

1.1. Khái quát 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. Các đại lượng đo ................................................................................. 6
1.1.4. Nguyên lý định vị GPS ....................................................................... 9

2.5.1. Phương pháp thu thập số liệu thứ cấp .............................................. 33
2.5.2. Phương pháp thiết kế lưới ................................................................. 34
2.5.3. Phương pháp xây dựng lưới địa chính .............................................. 34
2.5.4. Phương pháp xử lý số liệu đo ........................................................... 34
2.5.5. Phương pháp kiểm tra lưới................................................................ 34
2.5.6. Phương pháp phân tích, so sánh........................................................ 35
Chương 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ............................... 36

3.1. Điều kiện tư nhiên, kinh tế - xã hội của cụm 04 xã phía Tây Bắc
thuộc huyện Hà Trung, tỉnh Thanh Hóa ......................................................... 36
3.1.1. Đặc điểm tự nhiên ............................................................................. 36
3.1.2. Đặc điểm kinh tế và xã hội................................................................ 39
3.2. Thực trạng công tác đo đạc bản đồ địa chính trên địa bàn tỉnh Thanh Hóa ....... 40
3.3. Xây dựng lưới địa chính cụm 04 xã phía Tây Bắc thuộc huyện Hà
Trung, tỉnh Thanh Hóa .................................................................................... 42


v
3.3.1. Quy trình xây dựng lưới địa chính .................................................... 42
3.3.2. Thiết kế lưới địa chính ...................................................................... 43
3.3.3. Chọn điểm, chôn mốc địa chính ....................................................... 45
3.3.4. Tổ chức đo GPS ................................................................................ 50
3.3.5. Đo đạc thực địa ................................................................................. 54
3.3.6. Xử lý tính toán bình sai ..................................................................... 57
3.3. Đo kiểm tra ............................................................................................... 74
3.3.1. So sánh kết quả đo kiểm tra với kết quả đã thực hiện ...................... 75
3.3.2. So sánh kết quả đo kiểm tra vị trí điểm ............................................ 75
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................................... 76
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 78
PHỤ LỤC ........................................................................................................ 80

Mp

Sai số vị trí điểm

Mx, My, Mh

Sai số theo phương x, y, h

PDOP
Ratio

Position Dilution of Precision
Độ mất chính xác vị trí vệ tinh theo 3D
Tỉ số phương sai

Reference Variance Độ chênh lệch tham khảo
Rms
VDOP
X, Y, h

Sai số chiều dài cạnh
Vertiacal Dilution of Precision
Độ mất chính xác theo phương dọc
Tọa độ X, Y, Độ cao thủy chuẩn tạm thời


vii
DANH MỤC BẢNG
Bảng 3. 1. Tổng hợp diện tích các loại đất của khu vực nghiên cứu ........... 37
Bảng 3. 2: Bảng số lượng điểm địa chính thiết kế trong khu vực nghiên cứu...... 45

Bảng 3.11: So sánh kết quả xử lý được với kết quả đo kiểm tra .................. 75


viii
DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1:

Mô hình hình ảnh trái đất và vệ tinh GPS .................................... 3

Hình 1.2:

Cấu trúc tín hiệu GPS ................................................................... 5

Hình 1.3:

Các trạm điều khiển GPS .............................................................. 6

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:

Quy cách mốc địa chính.............................................................. 48

Hình 3.5:

Sơ đồ chọn điểm, chôn mốc........................................................ 49

Hình 3.6:

Cửa sổ chương trình Trimble Geomatics office ......................... 50

Hình 3.7:

Cửa sổ Planning .......................................................................... 51

Hình 3.8:

Cửa sổ Planning (Lists Intervals) ............................................... 52

Hình 3.9:

Cửa sổ Planning (Lists Elevation/Azimuth) ............................... 52

Hình 3.10: Cửa sổ Planning (Lists of DOP values) ...................................... 53
Hình 3.11: Máy GPS 1 tần Trimble 4600LS ................................................ 55
Hình 3.12: Cửa sổ Coordinate System Manager. ......................................... 58


ix
Hình 3.13: Cửa sổ Datum Transformation Properties . ................................ 58
Hình 3.14: Chọn hệ tọa độ Vuông góc UTM ............................................... 59

công nghệ truyền thống trong việc thành lập và xây dựng dựng mạng lưới tọa
độ các cấp. Đối với ngành trắc địa bản đồ thì đây là cuộc cách mạng thực sự
cả về kỹ thuật, chất lượng cũng như hiệu quả kinh tế trên phạm vi toàn thế
giới nói chung và Việt Nam nói riêng. Hệ thống định vị toàn cầu GPS đã
được công nhận và sử dụng rộng rãi như một công nghệ tin cậy, hiệu quả
trong trắc địa bản đồ bởi tính ưu việt như: có thể xác định tọa độ của các điểm
từ điểm gốc khác mà không cần thông hướng; tính tự động hóa trong đo đạc
và xử lý kết quả đo; độ chính xác đo đạc ít phụ thuộc vào điều kiện thời tiết
(có thể đo trong mọi điều kiện thời tiết); việc xác định tọa độ các điểm nhanh
chóng, chính xác cao, ở bất kỳ vị trí nào trên trái đất; có thể thực hiện trong
mọi điều kiện địa hình mà không cần thông hướng giữa các điểm đo; tiết kiệm
thời gian, chi phí thấp; đáp ứng yêu cầu thay thế một số dạng công việc mà
phương pháp trắc địa truyền thống không thực hiện được như: đo hải đảo; đo
địa hình đáy biển; đo mặt cắt các sông lớn; đặc biệt là đo khoảng cách dài.


2
Công tác đo đạc bản đồ, đăng ký, câp giấy chứng nhận quyền sử dụng
đất, lập hồ sơ địa chính, xây dựng cơ sở dữ liệu địa chính là một nội dung
quan trọng trong công tác quản lý nhà nước về đất đai, phục vụ cho việc xây
dựng quy hoạch, kế hoạch sử dụng đất phát triển kinh tế - xã hội, an ninh,
quốc phòng của địa phương. Tuy nhiên, trên địa bàn huyện Hà Trung hệ
thống bản đồ giải thửa, bản đồ địa chính trước đây vừa thiếu, lại đo đạc đã
lâu, công nghệ cũ, không đồng bộ và chưa được chỉnh lý biến động nên thiếu
độ chính xác. Vì vậy, để quản lý đất đai một cách có hiệu quản, khoa học thì
cần thiết phải thành lập được hệ thống BĐĐC có độ chính xác cao, muốn có
được điều đó cần phải xây dựng lưới địa chính.
Để mở rộng khả năng sử dụng công nghệ GPS, góp phần đưa công nghệ
vào sản xuất, nâng cao hiệu quả kinh tế trong đo đạc, tôi tiến hành nghiên cứu
đề tài: “Ứng dụng Hệ thống định vị toàn cầu xây dựng lưới địa chính cụm

nhau, với độ cao khoảng 20.200 km, góc nghiêng 550 so với mặt phẳng xích
đạo của trái đất. Chu kỳ quay của vệ tinh là 718 phút. [15]
- Chức năng chính của các vệ tinh là:


4
+ Nhận và lưu trữ dữ liệu được gửi lên từ các trạm điều khiển.
+ Duy trì thời gian chính xác bởi đồng hồ nguyên tử gắn trên vệ tinh.
+ Truyền thông tin và dữ liệu cho người sử dụng theo hai tần số là L1 và L2.
- Mỗi vệ tinh được trang bị máy phát tần số chuẩn nguyên tử chính xác
cao cỡ 10-12. Máy phát này tạo ra các tín hiệu tần số cơ sở 10,23 MHz và từ
đây tạo ra các sóng tải tần số L1=1575,42 MHz và L2=1227,60 MHz. Để giảm
ảnh hưởng của tầng điện ly người ta sử dụng hai tần số.
- Để phục vụ cho các mục đích và đối tượng khác nhau, các tín hiệu
phát đi được điều biến mang theo các code riêng biệt đó là: C/A- Code, PCode và Y- Code.
+ C/A-Code (Coarse/Acquisition Code) là code thô được sử dụng rộng
rãi. C/A Code có tính chất code tựa ngẫu nhiên. Tín hiệu mang code này có
tần số thấp (1.023 MHz). C/A Code chỉ điều biến sóng tải L1.
+ P-Code (Precision Code) là code chính xác được sử dụng cho các mục
đích quân sự của Mỹ và chỉ dùng cho các mục đích khác khi được phía Mỹ
cho phép. P-Code điều biến cả hai sóng tải L1, L2 và là code tựa ngẫu nhiên.
+ Y-Code là Code bí mật được phủ lên P-Code nhằm chống bắt chiếc,
gọi là kỹ thuật AS (Anti Spoosing), chỉ có vệ tinh thuộc các khối từ sau năm
1989 mới có khả năng này.


5

Hình 1.2: Cấu trúc tín hiệu GPS
Nguồn: Ahmed El-Rabbany (2007), Introduction to GPS [15]

Việc định vị bằng GPS thực hiện trên cơ sở sử dụng hai dạng đại lượng
đo cơ bản, đó là đo khoảng cách giả theo các code tựa ngẫu nhiên (C/A-code
và P-code) và đo pha của sóng tải L1, L2 và tổ hợp L1/L2. [16]


7
1.1.3.1. Đo khoảng cách giả theo C/A-code và P-code
Code tựa ngẫu nhiên được phát đi từ vệ tinh cùng với sóng tải. Máy thu
GPS cũng tạo ra code tựa ngẫu nhiên đúng như vậy. 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 xác định được khoảng cách từ vệ
tinh đến máy thu (đến tâm ăng ten của máy thu). Do có sự không đồng bộ
giữa đồng hồ của vệ tinh và máy thu, do 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, đó là khoảng cách giả. [16]

Hình 1.5: Xác định hiệu số giữa các thời điểm
Nguồn: Alfred Leick (1995), GPS Satellite Surveying) [16]
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
được là R, ta có phương trình:

R = c(t + ∆t ) = ( x s − x) 2 + ( y s − y ) 2 + ( z s − z ) 2 + c∆t

(1.1)

Trong đó, c là tốc độ lan truyền tín hiệu.
Trong trường hợp 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

R là khoảng cách giữa vệ tinh và máy thu;

λ là bước sóng của sóng tải;
N là số nguyên lần bước sóng λ 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. [16]


9

Hình 1.6: Kỹ thuật giải đa trị tại các máy thu
Nguồn: Alfred Leick (1995), GPS Satellite Surveying) [16]
1.1.4. Nguyên lý định vị GPS
1.1.4.1. Định vị tuyệt đối (point positioning)
Đây là trường hợp sử dụng máy thu GPS để xác định ngay tọa độ của
điểm quan sát trong hệ tọa độ WGS-84. Đó có thể là các thành phần tọa độ
vuông góc không gian (X,Y,Z) hoặc các thành phần tọa độ trắc địa mặt cầu
(B,L,H). Hệ thống tọa độ WGS-84 là hệ thống tọa độ cơ sở của GPS, tọa độ
của vệ tinh và điểm quan sát đều lấy theo hệ thống tọa độ này.
Việc đo GPS tuyệt đối được thực hiện trên cơ sở sử dụng đại lượng đo là
khoảng cách giả từ vệ tinh đến máy thu theo nguyên tắc giao hội cạnh không
gian từ các điểm đã biết tọa độ là các vệ tinh.
Nếu biết chính xác khoảng thời gian lan truyền tín hiệu code tựa ngẫu
nhiên từ vệ tinh đến máy thu, ta sẽ tính được khoảng cách chính xác giữa vệ

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
Nguồn: Alfred Leick (1995), GPS Satellite Surveying) [16]
1.1.4.2. 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, ∆Z) hay hiệu tọa độ trắc địa mặt cầu (∆B, ∆L, ∆H) giữa chúng trong
hệ tọa độ WGS-84.


11
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 Φrj(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:
∆1Φj(ti)= Φ2j(ti)- Φ1j(ti)

(1.4)

Trong sai phân này hầu như không còn ảnh hưởng của sai số đồng hồ vệ tinh.
Nếu hai trạm cùng tiến hành quan sát đồng thời hai vệ tinh j và k vào
thời điểm ti, ta có phân sai bậc hai:

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 5. 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.


13
b. 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 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.
1.1.4.3. 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

Để biết được vị trí của vệ tinh trên quỹ đạo thì người sử dụng có thể căn
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. [3]
1.1.5.3. Sai số ảnh hưởng của điều kiện khí tượng
Tín hiệu vệ tinh đến máy thu đi qua một quãng đường lớn hơn 20.000
km, trong đó có tầng điện ly từ độ cao 50 km tới độ cao 500 km và tầng đối