Đồ án Đo nối khống chế ảnh ngoại nghiệp bằng công nghệ GPS

Trường ĐH Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Đỗ Mạnh Hà - 1 - Trắc địa B -K48 Mục lục Lời mở đầu............................................................................................................ 2 Chương I: Đo nối điểm khống chế ảnh ngoại nghiệp....................................... 3 I.1. Quy trình thành lập bản đồ bằng phương pháp đo ảnh ................................... 3 I.2. Vị trí và nhiệm vụ của công tác đo nối khống chế ảnh đối với công tác đo ảnh ......................................................................................................................... 4 I.3 Các yêu cầu cơ bản đối với điểm khống chế ảnh............................................. 5 I.4 Các phương pháp đo nối khống chế ảnh .......................................................... 6 Chương II: Công nghệ GPS trong công tác đo nối khống chế ảnh ngoại nghiệp ................................................................................................................. 15 II.1. Giới thiệu công nghệ GPS............................................................................ 15 II.2. ứng dụng công nghệ GPS trong đo nối khống chế ảnh ............................... 31 Chương III: Thực nghiệm đo nối khống chế ảnh khu đo Bến Tre ............... 46 III.1 Khái quát về khu vực thực nghiệm.............................................................. 46 III.2 Các bước xử lý số liệu ................................................................................. 51 III.3 Đánh giá độ chính xác và kết quả ............................................................... 61 Kết luận .............................................................................................................. 62 Tài liệu tham khảo............................................................................................. 63 Trường ĐH Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Đỗ Mạnh Hà - 2 - Trắc địa B -K48 LờI Mở ĐầU Ngày nay khoa học kỹ thuật đã đem lại nhiều bước tiến nhảy vọt trong sự phát triển kinh tế. Con người đã từng bước đưa những thiết bị kỹ thuật hiện đại vào ứng dụng trong cuộc sống để giải phóng dần sức lao động của mình. Một trong những ứng dụng của con người là đưa hệ thống định vị toàn cầu GPS vào ứng dụng trong nhiều ngành như: Hàng hải, hàng không, an ninh quốc phòng và nhất là trong công tác trắc địa và bản đồ... Hệ thống định vị toàn cầu GPS (Global Positioning System) là hệ thống định vị, dẫn đường sử dụng các vệ tinh nhân tạo do Bộ Quốc Phòng Mỹ triển khai từ năm 1970. Ban đầu hệ thống này được sử dụng chủ yếu cho mục đích quân sự, nhưng do tính ưu việt của hệ thống này mà nó đã và đang được ứng dụng rộng rãi trong nhiều hoạt động kinh tế, xã hội. Trắc địa và bản đồ cũng là một trong những ngành ứng dụng công nghệ này có hiệu quả những tính năng ưu việt đó. ở nước ta đã đưa kỹ thật định vị toàn cầu GPS vào sử dụng một cách có hiệu quả trong công tác trắc địa và bản đồ từ đầu những năm 1990. Thực tế cho thấy ngành trắc địa nước ta đã làm chủ công nghệ này và đã giải quyết được nhiều nhiệm vụ quan trọng trong công tác trắc địa. Vì thế để tìm hiểu và chứng minh tính ứng dụng thực tiễn cao của công nghệ GPS trong lĩnh vực trắc địa và bản đồ nói chung và trong ngành trắc địa ảnh nói riêng em đã chọn đề tài: “ Đo nối khống chế ảnh ngoại nghiệp bằng công nghệ GPS”. Nhằm mục đích nêu rõ những khả năng ứng dụng công nghệ GPS trong việc xác định toạ độ điểm khống chế ảnh ngoại nghiệp phục vụ công tác tăng dày khống chế ảnh. Nội dung đồ án gồm: Chương I : Những vấn đề cơ bản về điểm khống chế ngoại nghiệp và công nghệ dùng để đo nối Chương II : Công nghệ GPS trong công tác đo nối điểm khống chế ngoại nghiệp Chương III: Thực nghiệm đo nối khống chế ảnh khu đo Bến Tre Kết luận Tài liệu tham khảo Trường ĐH Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Đỗ Mạnh Hà - 3 - Trắc địa B -K48 Chương I đo nối điểm khống chế ảnh ngoại nghiệp i.1. quy trình thành lập bản đồ bằng phương pháp đo ảnh Trong trắc địa phương pháp đo ảnh hay còn gọi là phương pháp trắc địa ảnh, là một phương pháp cơ bản trong đo vẽ bản đồ địa hình, địa chính các loại. Trong đó, phương pháp trắc địa ảnh hàng không là phương pháp chủ yếu trong công tác đo vẽ bản đồ các loại tỷ lệ khác nhau đặc biệt bản đồ địa hình trung bình và nhỏ. Đo ảnh có 2 quá trình cơ bản là: - Quá trình thu nhận hình ảnh thông tin ban đầu của đối tượng đo - Quá trình dựng lại và đo đạc trên mô hình của đối tượng đo từ hình ảnh chụp hoặc các thông tin thu được Ngày nay với những thành tựu phát triển hiện đại về khoa học kỹ thuật và công nghệ, phương pháp đo ảnh có khả năng đáp ứng được các yêu cầu đa dạng về thành lập bản đồ địa hình, địa chính . Để thành lập bản đồ bằng phương pháp ảnh thì việc lựa chọn quy trình công nghệ đo vẽ cũng tuỳ thuộc vào đặc điểm địa hình, quy mô khu đo và các điều kiện kỹ thuật cụ thể. Ta có thể tổng quát quy trình công nghệ của phương pháp ảnh như sau. Trường ĐH Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Đỗ Mạnh Hà - 4 - Trắc địa B -K48 Hình 1.1. Sơ đồ quy trình công nghệ tổng quát của phương pháp đo ảnh. I.2. Vị trí và nhiệm vụ của công tác đo nối khống chế ảnh đối với công tác đo ảnh Trong công tác đo vẽ ảnh hàng không các điểm khống chế là cơ sở cho việc xác định vị trí không gian trong hệ toạ độ trắc địa của chùm tia hoặc các mô hình lập thể được xác định từ các ảnh bay chụp, vì các nguyên tố định hướng ngoài của ảnh hàng không thường không được xác định bằng các phương pháp vật lý trong khi bay chụp với độ chính xác yêu cầu. Các điểm khống chế ảnh nói trên là những điểm địa vật được xác đánh dấu trên các ảnh đo và đồng thời được xác định toạ độ của chúng trong hệ toạ độ trắc địa. Đo vẽ ảnh quang cơ Đo vẽ ảnh giải tích Đo vẽ ảnh số Đối tượng đo vẽ Công tác thiết kế và đo nối KCANN Công tác bay chụp ảnh Công tác điều vẽ Các quá trình xử lý và đo vẽ ảnh trong phòng Phương pháp đo ảnh đơn Phương pháp đo ảnh lập thể Công tác tăng dày khống chế ảnh Trường ĐH Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Đỗ Mạnh Hà - 5 - Trắc địa B -K48 Tuy nhiên, nếu tất cả các điểm khống chế ảnh đều phải tiến hành đo đạc xác định ngoài thực địa thì khối lượng công tác sẽ tăng lên rất lớn. Vì vậy trong phương pháp đo ảnh, người ta dựa trên các tính chất hình học cơ bản của ảnh đo và nguyên lý để xây dựng các phương pháp đo đạc trong phòng nhằm xác định toạ độ trắc địa của các điểm khống chế thay cho phần lớn công tác đo đạc ngoài trời. Công tác này gọi là công tác tăng dày khống chế ảnh trong trắc địa ảnh. Qua đây ta có thể thấy công tác đo nối khống chế ảnh được thực hiện theo yêu cầu của công tác tăng dày khống chế ảnh và nó có vị trí then chốt trong quá trình đo vẽ ảnh như được biểu thị ở sơ đồ quy trình công nghệ phần I.1 . Từ quy trình công nghệ trên ta có thể thấy : Công tác đo nối khống chế ảnh là một khâu quan trọng trong toàn bộ quy trình công nghệ đo vẽ. Nhiệm vụ của công tác đo nối khống chế ảnh là xác định toạ độ trắc địa của các điểm khống chế đo vẽ ảnh được chọn và đánh dấu ở những vị trí thích hợp trên các ảnh đo nhằm làm cơ sở cho việc liên kết các đối tượng đo vẽ trong phòng với miền thực địa. Ngoài ra công tác đo nối khống chế ảnh còn có nhiệm vụ nữa là tính toán các yếu tố định hướng ngoài của ảnh. I.3. các yêu cầu cơ bản đối với điểm khống chế ảnh I.3.1. Độ chính xác của bản đồ được quy định như sau I.3.1.1. Sai số trung phương vị trí địa vật biểu thị trên bản đồ gốc so với vị trí của điểm khống chế đo vẽ gần nhất tính theo tỷ lệ bản đồ thành lập không được vượt quá các giá trị sau đây: a) 0,5 mm khi thành lập bản đồ ở vùng đồng bằng và vùng đồi; b) 0,7 mm khi thành lập bản đồ ở vùng núi. I.3.1.2. Sai số trung phương độ cao của đường bình độ, điểm đặc trưng địa hình, điểm ghi chú độ cao biểu thị trên bản đồ gốc so với độ cao điểm khống chế độ cao ngoại nghiệp gần nhất tính theo khoảng cao đều đường bình độ cơ bản không vượt quá các giá trị sau: Trường ĐH Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Đỗ Mạnh Hà - 6 - Trắc địa B -K48 Khoảng cao đều đường bình độ cơ bản Sai số trung phương về độ cao (tính theo khoảng cao đều cơ bản) 1: 2000 1: 5000 0,5 m và 1,0 m 1/4 1/4 2,5 m 1/3 1/3 5,0 m 1/3 1/3 Đối với khu vực ẩn khuất và đặc biệt khó khăn các sai số trên được phép tăng lên 1,5 lần. I.3.1.3. Sai số trung phương vị trí mặt phẳng của điểm khống chế ảnh ngoại nghiệp, điểm khống chế đo vẽ ngoại nghiệp so với vị trí điểm tọa độ quốc gia gần nhất sau bình sai tính theo tỷ lệ bản đồ thành lập không vượt quá 0,1 mm ở vùng quang đãng và 0,15 mm ở vùng ẩn khuất. I.3.1.4. Sai số trung phương độ cao của điểm khống chế ảnh ngoại nghiệp, điểm khống chế đo vẽ sau bình sai so với điểm độ cao quốc gia gần nhất không vượt quá 1/10 khoảng cao đều đường bình độ cơ bản ở vùng quang đãng và 1/5 khoảng cao đều đường bình độ cơ bản ở vùng ẩn khuất. I.3.2. Sai số giới hạn của vị trí địa vật; của độ cao đường bình độ, độ cao điểm đặc trưng địa hình, độ cao điểm ghi chú độ cao; của vị trí mặt phẳng và độ cao điểm khống chế ảnh ngoại nghiệp, điểm khống chế đo vẽ không được vượt quá 2 lần các sai số quy định tại Mục I.3.1. Khi kiểm tra, sai số lớn nhất không được vượt quá sai số giới hạn. Số lượng các trường hợp có sai số vượt hạn sai nhưng nhỏ hơn sai số giới hạn phải bảo đảm về mặt phẳng không vượt quá 5% tổng số các trường hợp kiểm tra, về độ cao không vượt quá 5% tổng số các trường hợp kiểm tra ở vùng quang đãng và 10% tổng số các trường hợp kiểm tra ở vùng khó khăn, ẩn khuất. Trong mọi trường hợp các sai số đều không được mang tính hệ thống. Trường ĐH Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Đỗ Mạnh Hà - 7 - Trắc địa B -K48 I.3.3. Thiết kế, đo nối điểm khống chế ảnh ngoại nghiệp I.3.2.1. Nguyên tắc thiết kế điểm khống chế ảnh ngoại nghiệp a) Các điểm khống chế ảnh ngoại nghiệp phải khống chế được toàn bộ diện tích đo vẽ. Điểm khống chế ảnh ngoại nghiệp phải bố trí vào các vị trí ít nhất có độ phủ 3 với các điểm nằm trên một tuyến bay; độ phủ 4,6 với các điểm nằm trên hai tuyến bay và cách mép ảnh không nhỏ hơn 1cm. b) Mật độ và vị trí của các điểm khống chế ảnh ngoại nghiệp phụ thuộc vào chương trình tăng dày nội nghiệp được sử dụng và phải được tính toán trên cơ sở đảm bảo độ chính xác về tọa độ mặt phẳng và độ cao của điểm chi tiết trên bản đồ. Đồ hình thiết kế điểm khống chế ảnh ngoại nghiệp trong khối tăng dày theo sơ đồ. + + + + ++ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +++ + + + + + + + + + + + + + + + + ++ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + Trong sơ đồ trên: là điểm khống chế tổng hợp (X, Y, H); là điểm khống chế độ cao; + là tâm chính ảnh. Công thức tính toán số lượng mô hình giữa các điểm khống chế ảnh: a) Khi tăng dày mặt phẳng: Trường ĐH Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Đỗ Mạnh Hà - 8 - Trắc địa B -K48 b) Khi tăng dày độ cao: Trong đó: - ms là sai số trung phương về mặt phẳng. - mh là sai số trung phương về độ cao. - mp, q là sai số trung phương đo thị sai đo tọa độ trên trạm xử lý ảnh số. - mxy là sai số trung phương đo tọa độ độ ảnh. - n là số đường đáy. - H là chiều cao bay chụp. - b là cạnh đáy ảnh. Để phục vụ cho công tác tăng dày điểm khống chế ảnh trong phòng điểm khống chế ảnh ngoại nghiệp có ba loại sau đây: - Điểm khống chế tổng hợp tức là các điểm khống chế ảnh được xác định cả toạ độ mặt phẳng và độ cao; - Điểm khống chế mặt phẳng; - Điểm khống chế độ cao; Những điểm khống chế ảnh ngoại nghiệp dù được xác định bằng phương pháp gì cũng đều phải thoả mãn các yêu cầu về độ chính xác, về khối lượng và vị trí điểm quy định sau đây: Số lượng điểm và phương án bố trí điểm khống chế ngoại nghiệp phụ thuộc vào độ chính xác cần đạt của điểm khống chế tăng dày để phục vụ cho nhiệm vụ đo vẽ cụ thể. Ngày nay, với những phát triển mới của các phương pháp tam giác ảnh cho phép nâng cao độ chính xác và hiệu quả của công tác tăng dày, nên số lượng điểm khống chế ngoại nghiệp được giảm tới mức tối thiểu và phương án bố trí điểm cũng rất linh hoạt. mS = 0,25mxy n3 mh = mp,q n3 + 19n +48H 12,5b Trường ĐH Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Đỗ Mạnh Hà - 9 - Trắc địa B -K48 Hình 1.2.1 Hình 1.2.2 Hình 1.2 Các phương án bố trí điểm khống chế ngoại nghiệp Hình 1.2.1. Phương pháp bố trí điểm khống chế ảnh ngoại nghiệp cho lưới có tuyến bay chặn. Hình 1.2.2. Phương pháp bố trí điểm khống chế ảnh ngoại nghiệp cho lưới không có tuyến bay chặn. Ký hiệu: là điểm khống chế tổng hợp (X, Y, H); là điểm khống chế độ cao; Hình 1.2 mô tả một vài ví dụ về phương án bố trí điểm khống chế ngoại nghiệp cho công tác tăng dày theo các phương pháp khác nhau. + + + + ++ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +++ + + + + + + + + + + + + + + + + ++ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + ++ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +++ + + + + + + + + + + + + + + + + ++ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + ++ Trường ĐH Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Đỗ Mạnh Hà - 10 - Trắc địa B -K48 c) Điểm kiểm tra ngoại nghiệp được xác định với độ chính xác tương đương điểm khống chế ảnh ngoại nghiệp. Điểm kiểm tra phải bố trí vào vị trí yếu nhất và rải đều trong khối tăng dày, mỗi khối phải có ít nhất một điểm; với những khối lớn bảo đảm từ 40 đến 60 mô hình có 1 điểm. I.3.4. Chọn, chích, tu chỉnh điểm khống chế ảnh a) Điểm khống chế ảnh ngoại nghiệp được chọn phải tồn tại ở thực địa và có hình ảnh rõ nét trên ảnh, đảm bảo nhận biết và chích trên ảnh với độ chính xác 0,1 mm. Nếu điểm chọn vào vị trí giao nhau của các địa vật hình tuyến thì góc giao nhau phải nằm trong khoảng từ 300 đến 1500, nếu điểm chọn vào địa vật hình tròn thì đường kính phải nhỏ hơn 0,3 mm trên ảnh. Ngoài các yêu cầu trên, cần chọn điểm khống chế ảnh ngoại nghiệp vào vị trí thuận tiện cho đo nối. b) Điểm khống chế ảnh ngoại nghiệp phải đóng cọc gỗ hoặc dùng sơn đánh dấu vị trí ở thực địa, đảm bảo tồn tại ổn định trong thời gian thi công và kiểm tra, nghiệm thu. c) Các điểm khống chế ảnh ngoại nghiệp, điểm kiểm tra, điểm tọa độ và độ cao quốc gia được sử dụng làm cơ sở để đo nối khống chế ảnh ngoại nghiệp nếu đủ điều kiện về vị trí địa vật để chích đều phải chích lên ảnh khống chế tại thực địa, đường kính lỗ chích không vượt quá 0,15 mm trên ảnh. d) Tất cả các điểm được chích lên ảnh khống chế đều phải được tu chỉnh lên mặt phải và mặt trái của ảnh. Trên mặt phải ảnh, các điểm được khoanh vị trí, ghi tên điểm; trên mặt trá i vẽ sơ đồ ghi chú điểm gồm sơ đồ tổng quan và sơ đồ mô tả chi tiết vị trí điểm. Cách thức tu chỉnh như ( Hình 1.3 và Hình 1.4). Các điểm tọa độ và độ cao quốc gia được sử dụng làm cơ sở để đo nối khống chế ảnh ngoại nghiệp nhưng không đủ điều kiện để chích lên ảnh phải tu chỉnh lên mặt phải của ảnh. Trường ĐH Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Đỗ Mạnh Hà - 11 - Trắc địa B -K48 Hình1.3. Tu chỉnh mặt phải ảnh khống chế N1002 - Điểm khống chế ảnh mặt phẳng (vòng tròn màu đỏ đường kính 1 cm và số hiệu điểm màu đỏ). H309 - Điểm khống chế ảnh độ cao (vòng tròn màu xanh đường kính 1 cm, số hiệu điểm màu xanh). N1003 - Điểm khống chế ảnh mặt phẳng và độ cao (vòng tròn ngoài màu đỏ đường kính 1cm, vòng tròn trong màu xanh đường kính 0,6cm và số hiệu điểm màu đỏ). 11514 - Điểm toạ độ quốc gia (tam giác màu đỏ cạnh 1 cm, số hiệu điểm màu đỏ). 11521 - Điểm toạ độ quốc gia chích không chính xác (tam giác cạnh 1 cm màu đỏ; số hiệu điểm màu đỏ). I(HN-HP)7LD - Điểm độ cao quốc gia (vòng tròn màu xanh lá cây đường kính 1 cm, số hiệu điểm màu xanh lá cây). F-48-68- (256-k) N1002 H309 11514 11521 N1003 I(HN-HP)7LD Trường ĐH Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Đỗ Mạnh Hà - 12 - Trắc địa B -K48 Hình 1.4. Tu chỉnh mặt trái ảnh khống chế N1002 - Điểm khống chế mặt phẳng. H309 - Điểm khống chế độ cao. 8,35 - Độ cao của điểm. 0,6 - Tỷ cao hoặc tỷ sâu của điểm. (Đường kính các vòng tròn đều bằng 3 mm, kích thước ô vuông 4 cm x 4 cm; nội dung tu chỉnh vẽ và ghi chú bằng chì đen). I.3.5. Đo nối điểm khống chế ảnh ngoại nghiệp a) Điểm khống chế ảnh ngoại nghiệp phải được đo nối với ít nhất 2 điểm có tọa độ và độ cao quốc gia. b) Khi đo vẽ bản đồ bằng phương pháp đo vẽ phối hợp thì tất cả các điểm khống chế ảnh đều phải xác định độ cao với độ chính xác theo quy định tại Mục I.3.1. Người chích: Lê Bốn Ngày chích: 12/6/2008 Chích ở giữa ngã 3 bờ ruộng N1002 H309 8,35 Người chích: Lê BốnNgày chích: 12/6/2008 Chích ở góc bờ ruộng 0,6 Trường ĐH Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Đỗ Mạnh Hà - 13 - Trắc địa B -K48 c) Việc đo nối điểm khống chế ảnh ngoại nghiệp bằng máy GPS, máy toàn đạc điện tử, máy kinh vĩ phải tuân theo quy định kỹ thuật áp dụng đối với từng loại thiết bị. d) Điểm khống chế ảnh ngoại nghiệp phải được tính toán và bình sai trong hệ toạ độ quốc gia VN-2000, hệ độ cao quốc gia. I.4. Các phương pháp đo nối khống chế ảnh Đo nối khống chế ảnh xác định toạ độ điểm khống chế phục vụ cho tăng dày tam giác ảnh hoặc khống chế cho từng mô hình đơn. Có thể dùng phương pháp đo đạc như đo nối bằng máy toàn đạc, bằng công nghệ GPS. I.4.1. Đo nối khống chế ảnh bằng máy toàn đạc Hiện nay có rất nhiều máy toàn đạc có độ chính xác cao có thể dùng để: Lập lưới lưới cơ sở, lưới đo vẽ cho đến quá trình đo vẽ cho độ chính xác cao và nhanh chóng. Khi đo nối khống chế ảnh ngoại nghiệp ta có thể dùng máy toàn đạc, ta tiến hành đo góc và đo cạnh từ các điểm Nhà nước đến điểm khống chế ảnh đã được bố trí ngoài thực địa. Sau đó tiến hành bình sai và đánh giá độ chính xác. Một số tham số kỹ thuật của các máy toàn đạc điện tử TT Tên máy Hãng sảnxuất Độ chính xác đo góc ( ” ) Độ chính xác đo cạnh (mm) Khoảng cách đo1gương (m) 1 SET2000 SOKKIA 2 2 + 2ppm 2400 2 SET 3000 SOKKIA 3 2 + 2ppm 2200 3 SET 2B,C SOKKIA 2 3 + 2ppm 2900 4 GTS 701 Topcon 2 2 + 2ppm 2400 5 TC 1610 Leica 1.5 2 + 2ppm 2500 6 TC 1700 Leica 1.5 2 + 2ppm 2500 7 TC 2002 Leica 0.5 1 + 1ppm 2000 8 TC 2003 Leica 0.5 1 + 1ppm 2000 9 TCR 705 Leica 5 5 + 2ppm 3000 Trường ĐH Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Đỗ Mạnh Hà - 14 - Trắc địa B -K48 Hình 1.5. Một số loại máy toàn đạc Nhưng đo bằng phương pháp nay thì có nhược điểm là chịu ảnh hưởng của điều kiện thời tiết, các điểm phải thông hướng với nhau, cạnh bố trí ngắn trong khi điểm KCANN lại chiếm trên diện tích rất rộng, do đó ảnh hưởng đến tính chặt chẽ của mô hình phân bố điểm và năng suất công việc. I.4.1. Đo nối khống chế ảnh bằng công nghệ GPS Hiện nay công nghệ GPS được ứng dụng rộng rãi, có thể dùng máy thu GPS đặt tại các điểm Nhà nước đo nối để xác định toạ độ điểm khống chế ảnh ngoại nghiệp. Nếu sử dụng phương pháp này sẽ giảm đáng kể mật độ điểm khống chế toạ độ địa chính các cấp cũng như đảm bảo được tính chặt chẽ của các mô hình phân bố điểm. Trong đo nối khống chế ảnh ngoại nghiệp bằng GPS cần xác định các session đo thông qua đồ hình lưới. Việc bình sai GPS có sử dụng mô hình Geoid bình sai sẽ dùng được độ cao để làm khống chế ảnh. Ví dụ: Đồ hình secsion đo bằng 3 máy thu GPS. 117403 117401 117402 N 002 N 001 N 003 N 005 N 004 Các vòng khép cùng session. Các vòng khép khác session. Trường ĐH Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Đỗ Mạnh Hà - 15 - Trắc địa B -K48 Chương II Công nghệ GPS trong công tác đo nối khống chế ảnh ngoại nghiệp II.1. Giới thiệu công nghệ GPS II.1.1. Lịch sử ra đời và phát triển của hệ thống định vị toàn cầu GPS Hệ thống định vị toàn cầu GPS ( Global Positioning System ) là hệ thống định vị và đạo hàng, hệ thống này ra đời nhằm đáp ứng ý tưởng sử dụng vệ tinh nhân tạo của trái đất vào mục đích định vị dẫn đường trên mặt đất, ít phụ thuộc vào thời tiết và thời điểm trong ngày. Nó đã được các nhà khoa học Liên Xô và Mỹ đề cập đến từ những năm của thập niên 50-60 (thế kỷ XX), khi Liên Xô phóng thành công vệ tinh nhân tạo đầu tiên của trái đất( vệ tinh Sputnhich-1) vào năm 1957, từ đó các nhà khoa học quân sự của hai nước và các nhà khoa học trên thế giới đã tiếp tục nghiên cứu và đạt được những thành công trong việc sử dụng vệ tinh của mình. Để xác định vị trí của các điểm trên mặt đất hoặc trên đại dương phục vụ cho việc dẫn đường tàu, thuyền, máy bay và các phương tiện quân sự khác. Bước đầu các hệ thống định vị vệ tinh khu vực được xây dựng nhằm đáp ứng nhu cầu định vị chính xác cao cho cả một vùng rộng lớn mà ít phụ thuộc vào các điều kiện không gian và thời gian. Người ta xây dựng các hệ thống định vị vệ tinh khu vực trong đó vệ tinh thường được sử dụng là vệ tinh địa tĩnh. Một số hệ thống định vị vệ tinh được xây dựng thuộc loại này như: - Hệ thống STAR - FIX. - Hệ thống EUTELTRACS và hệ thống OMNITRACS. - Hệ thống NAVSTAR. Vào những năm đầu của thập niên 60 ( thế kỷ XX) thì hệ thống định vị toàn cầu được ra đời như: - Hệ thống TRANSIT của Mỹ. - Hệ thống TSICADA của Liên Xô. Vào khoảng giữa những năm 60 (thế kỷ XX) Bộ quốc phòng Mỹ khuyến khích xây dựng một hệ thống đạo hàng vệ tinh hoàn hảo so với hệ thống TRANSIT. ý tưởng chính của đề án do Hải quân Mỹ đề xuất là sử dụng khoảng Trường ĐH Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Đỗ Mạnh Hà - 16 - Trắc địa B -K48 cách đo từ các điểm trên mặt đất đến vệ tinh trên cơ sở biết chính xác tốc độ và thời gian lan truyền tín hiệu vô tuyến, đề án có tên là TIMATION. Các công trình nghiên cứu tương tự cũng được không quân Mỹ tiến hành trong khuôn khổ chương trình mang mã số 612B. Song từ năm 1973 Bộ quốc phòng Mỹ quyết định đình chỉ cả hai chương trình này để triển khai phối hợp nghiên cứu xây dựng hệ thống đạo hàng vô tuyến vệ tinh trên cơ sở kết quả của chương trình TRANSIT và hai chương trình vừa nói tới. Hệ thống này có tên gọi đúng là NAVSTAR GPS (Navigation Satellite Providing Timing and Ranging Global Poisitioning Sytem). Nhiệm vụ chủ yếu của hệ thống là xác định tọa độ không gian và tốc độ chuyển động của điểm xét trên tàu vũ trụ, máy bay, tàu thủy và trên đất liền phục vụ cho Bộ quốc phòng Mỹ và các cơ quan dân sự. Khi được hoàn tất, hệ thống sẽ gồm 21 vệ tinh hoạt động và 3 vệ tinh dự trữ, các vệ tinh bay trên 6 quỹ đạo gần như tròn, ở độ cao cỡ 20200 km với chu kỳ xấp xỉ 12 giờ. Với cách bố trí này thì trong suốt 24 giờ tại bất kỳ điểm nào trên trái đất cũng sẽ quan sát được ít nhất 4 vệ tinh. Các vệ tinh đầu tiên của hệ thống được phóng lên quy đạo vào ngày 22 tháng 2 năm 1978. Từ ngày 8 tháng 12 năm 1993, trên 6 quỹ đạo của hệ thống GPS đã đủ 24 vệ tinh, toàn bộ hệ thống 24 vệ tinh được đưa vào hoạt động hoàn chỉnh từ tháng 5 năm 1994. II.1.2. Cấu trúc chung của hệ thống định vị toàn cầu GPS Hệ thống định vị toàn cầu GPS bao gồm ba bộ phận cấu thành ( hình 2.1), đó là: - Đoạn không gian (Space Segment) - Đoạn điều khiển (Control Segment) - Đoạn sử dụng (User Serment) Trường ĐH Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Đỗ Mạnh Hà - 17 - Trắc địa B -K48 Hình 2.1 Các phần của hệ thống định vị toàn cầu Đoạn không gian (Space Segment) Đoạn này gồm 24 vệ tinh, trong đó có 3 vệ tinh dự trữ, chuyển động trên 6 mặt phẳng quỹ đạo cách đều nhau và có góc nghiêng 55o so với mặt phẳng xích đạo của trái đất. Quỹ đạo của vệ tinh gần như tròn, vệ tinh bay ở độ cao xấp xỉ 20200 km so với mặt đất, chu kỳ quay của vệ tinh là 718 phút (xấp xỉ 12h). Do vậy sẽ bay qua đúng thời điểm cho trước trên mặt đất mỗi ngày một lần, với cách phân bố như vậy thì tại bất kỳ thời điểm nào, ở bất kỳ vị trí nào trên trái đất cũng nhìn thấy ít nhất 4 vệ tinh. Trường ĐH Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Đỗ Mạnh Hà - 18 - Trắc địa B -K48 Hình 2.2. Hệ thống định vị toàn cầu GPS Hình 2.3. Vệ tinh GPS Mỗi vệ tinh được trang bị máy phát tần số chuẩn nguyên tử chính xác cao cỡ 10-12 giây. Máy phát này tạo ra các tín hiệu tần số cơ sở 10,23 MHz, từ đây tạo ra các sóng tải tần số L1= 1575,42 MHz và L2= 1227,60 MHz, các sóng tải được điều biến bởi hai loại Code khác nhau: C/A – Code và P – Code. + C/A - Code(Coarse/ Acquistion) là Code thô/thâu tóm, nó được sử dụng cho các mục đích dân sự và chỉ điều biến sóng tải L1, C/A- có tần số 1,023 MHz. Mỗi vệ tinh được gán một C/A – Code riêng biệt. + P - Code (Precise) là Code chính xác, nó được sử dụng cho mục đích quân sự và điều biến cả hai sóng L1,L2. Code này có tần số 10,23 MHz, độ dài toàn phần là 267 ngày, nghĩa là chỉ sau 267 ngày P- Code mới lặp lại. Tuy vậy, người ta chia Code này thành các đoạn có độ dài 7 ngày, và gán cho mỗi vệ tinh một trong các đoạn Code như thế, cứ sau một tuần lại thay đổi nên P- Code rất khó bị giải mã để sử dụng nếu không được cho phép. Trường ĐH Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Đỗ Mạnh Hà - 19 - Trắc địa B -K48 Cả hai sóng tải L1 và L2 còn được điều biến bởi các thông tin đạo hàng bao gồm: Ephemerit của vệ tinh, thời gian của hệ thống, số hiệu chỉnh cho đồng hồ của vệ tinh, đồ hình phân bố vệ tinh trên bầu trời và tình trạng của hệ thống. Mỗi vệ tinh GPS có khối lượng 1830 kg khi phóng và 930 kg khi bay trên quỹ đạo. Các máy móc thiết bị hoạt động nhờ năng lượng pin mặt trời với sải cánh rộng. Tuổi thọ của vệ tinh theo thiết kế là 7,5 năm, tuy nhiên vệ tinh hỏng sớm hơn so với dự kiến và đã lần lượt bị thay thế. Các nhiệm vụ chủ yếu của vệ tinh GPS: - Nhận và lưu giữ lịch vệ tinh mới được gửi lên từ trạm điều khiển. - Thực hiện các phép xử lý có chọn lọc trên vệ tinh bằng các bộ vi xử lý đặt trên vệ tinh. - Duy trì khả năng chính xác cao của thời gian bằng 2 đồng hồ nguyên tử Censium và 2 đồng hồ hồng ngọc Rubidium. - Thay đổi quỹ đạo bay của vệ tinh theo sự điều khiển của mặt đất. - Truyền thông tin và tín hiệu trên hai tần số L1 và L2 rất ổn định và nhất quán. Đoạn điều khiển (Control Segment) Đoạn này gồm 4 trạm quán sát trên mặt đất trong đó có một trạm điều khiển trung tâm đặt tại Colorado Springs; 4 trạm theo dõi đặt tại Hawai (Thái Bình Dương), Ascension Island (Đại Tây Dương), Diego Garcia (ấn Độ Dương), các trạm này tạo thành một vành đai bao quanh trái đất. Trường ĐH Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Đỗ Mạnh Hà - 20 - Trắc địa B -K48 Hình 2.4 Các trạm điều khiển mặt đất của hệ thống GPS Nhiệm vụ của đoạn điều khiển là điều khiển toàn bộ hoạt động và chức năng của các vệ tinh trên cơ sở theo dõi chuyển động quỹ đạo vệ tinh cũng như hoạt động của đồng hồ trên đó. Tất cả các trạm đều có máy thu GPS, và chúng tiến hành đo khoảng cách và thay đổi khoảng cách tới tất cả các vệ tinh có thể quan sát được, đồng thời đo các số liệu khí tượng. Tất cả các số liệu đo nhận được ở mỗi trạm đều được truyền về trạm trung tâm, trạm trung tâm xử lý các số liệu truyền từ trạm theo dõi về cùng với các số liệu đo của chính nó. Kết quả xử lý cho ra các Ephemerit chính xác hóa của vệ tinh và số hiệu chỉnh cho các đồng hồ trên vệ tinh. Từ trảm trung tâm các số liệu được lan truyền trở lại cho các trạm theo dõi để từ đó truyền tiếp lên cho các vệ tinh cùng các lệnh điều khiển khác. Các thông tin đạo hàng và thông tin thời gian trên vệ tinh thường xuyên được chính xác hóa và chung sẽ được cấp cho người sử dụng thông qua các sóng tải L1 và L2. Việc chính xác hóa thông tin như thế được tiến hành 3 lần trong một ngày. Đoạn sử dụng (User Segment) Đoạn sử dụng bao gồm tất cả các máy móc, thiết bị thu nhận thông tin từ vệ tinh để khai thác và sử dụng cho các mục đích và yêu cầu khác nhau của khách hàng cả trên trời, trên biển và trên đất liền. Đó có thể là máy thu riêng biệt hoạt động độc lập (định vị tuyệt đối) hay nhóm gồm từ hai máy thu trở nên hoạt Trường ĐH Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Đỗ Mạnh Hà - 21 - Trắc địa B -K48 động đồng thời theo một lịch trình thời gian nhất định (định vị tương đối) hoặc hoạt động theo chế độ một máy thu đóng vai trò máy chủ phát tín hiệu vô tuyến hiệu chỉnh cho các máy thu khác (định vị vi phân). Bộ phận người sử dụng bao gồm tất cả mọi người sử dụng quân sự và dân sự. Phân loại máy thu: Có 4 loại máy thu GPS như sau: Nhóm 1: Máy thu chỉ xử lý duy nhất mã C/A trên tần số L1 Nhóm 2: Máy thu xử lý mã C/A và pha sóng mang L1 thường gọi tắt là máy thu một tần số. Nhóm 3: Máy thu xử lý mã C/A và pha sóng mang L1, L2 thường gọi tắt là máy thu hai tần. Nhóm 4: Máy thu xử lý mã Y và pha sóng mang L1, L2 chỉ có quân đội Mỹ và đồng minh mới có. Hình 2.5. Một số loại máy thu GPS II.1.3. Các nguyên lý định vị bằng GPS Trong kỹ thuật GPS có nhiều phương pháp định vị khác nhau có thể đáp ứng yêu cầu đa dạng của người sử dụng. Có thể có nhiều cách phân loại các phương pháp định vị GPS. Dưới đây là cách phân loại thành ba phương pháp là định vị GPS tuyệt đối, định vị GPS tương đối và định vị GPS vi phân. II.1.3.1. Định vị GPS tuyệt đối 1. Định vị tuyệt đối bằng khoảng cách giả Đo GPS tuyệt đối là trường hợp sử dụng máy thu GPS để xác định ngay tọa độ các điểm trong hệ tọa độ WGS - 84 (là hệ tọa độ cơ sở của hệ thống GPS). Tọa độ đó có thể là hệ tọa độ vuông góc không gian (X, Y, Z) hoặc tọa độ mặt cầu (B, L, H). Việc đo GPS tuyệt đối được thực hiện trên cơ sở sử dụng đại lượng Trường ĐH Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Đỗ Mạnh Hà - 22 - Trắc địa B -K48 đo là khoảng cách giả từ vệ tinh đến máy thu theo nguyên tắc giao hội không gian từ các điểm có tọa độ đã biết là các vệ tinh để tính ra tọa độ cần xác định theo công thức: R = 222 )()()( PSPSPS ZZYYXX  + c.t (2.1) Trong đó: XS, YS, ZS là tọa độ địa tâm của vệ tinh trong hệ WGS – 84. XP, YP, ZP là tọa độ địa tâm của điểm đặt máy trong hệ WGS – 84. R là khoảng cách từ vệ tinh đến máy thu. c là vận tốc truyền tín hiệu. t là sai số không đồng bộ giữa đồng hồ máy thu và đồng hồ vệ tinh. Như vậy, để xác định cả ba thành phần tọa độ tuyệt đối của điểm đăt máy và đại lượng t thì cần phải đo khoảng cách giả đồng thời từ ít nhất là 4 vệ tinh. Trên thực tế, với hệ thống vệ tinh hoạt động đầy đủ như hiện nay, số lượng vệ tinh quan sát đồng thời thường  4. Khi đó lời giải đơn trị được rút ra nhờ phương pháp xử lý số liệu đo theo nguyên tắc số bình phương nhỏ nhất. 2. Định vị tuyệt đối bằng pha sóng tải Khoảng cách giả có thể nhận được từ các trị đo pha sóng tải. Mô hình toán học của các trị đo này như sau: Φ ji (t)=  1 ρ ji (t) + N ji + f j. δ ji (t) (2.2) Trong đó: Φ ji (t) là pha sóng tải được đo.  là bước sóng. ρ ji (t) là khoảng cách hình học từ điểm quan sát đến vệ tinh. N ji là số nguyên đa trị. f j là tần số của tín hiệu vệ tinh. δ ji (t) là tổng hợp sai số đồng hồ vệ tinh và đồng hồ máy thu. 3. Định vị tuyệt đối bằng tần số DOPPLER Mô hình toán học của số liệu Doppler được thể hiện ở công thức sau: Trường ĐH Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Đỗ Mạnh Hà - 23 - Trắc địa B -K48 D ji (t) = ρ ji (t) + c.δ ji (t) (2.3) Trong đó các giá trị xem xét là đạo hàm theo thời gian của khoảng cách giả code hoặc pha. Trong phương trình trên: D ji (t) là hiệu ứng Doppler quan sát được, còn gọi là tốc độ khoảng cách . ρ ji (t) là tốc độ tức thời bán kính vectơ giữa vệ tinh và máy thu. .δ ji (t) là đạo hàm theo thời gian của độ sai đồng hồ phối hợp. II.1.3.2. Định vị GPS tương đối Định vị GPS tương đối là trường hợp sử dụng ít nhất hai máy thu GPS đặt ở những điểm quan sát khác nhau để xác định hiệu tọa độ vuông góc không gian( X, Y, Z) hay hiệu tọa độ mặt cầu (B, L, H) giữa chúng trong hệ tọa độ WGS - 84, tức là xác định tọa độ tương đối (vị trí tương hỗ) của chúng. Kết quả định vị tương đối thường là cạnh (khoảng cách) giữa các điểm đặt máy, những cạnh này được đưa vào bình sai trong mạng lưới đo cạnh rồi dựa vào tọa độ đã biết của một số điểm cứng để tính ra tọa độ của các điểm lưới còn lại. Phép định vị GPS tương đối thường được thực hiện trên cơ sở sử dụng đại lượng đo pha của sóng tải. Để đạt được độ chính cao, giữa hai điểm xét và đối với hai vệ tinh, người ta tạo ra và sử dụng ba bậc sai phân khác nhau (bậc 1, bậc 2, bậc 3) cho pha sóng tải nhằm làm giảm hoặc triệt tiêu ảnh hưởng của các sai số liên quan đến vệ tinh và máy thu cũng như sai số liên quan đến trị đa trị N. Có ba phương pháp định vị GPS tương đối là định vị tĩnh, định vị động và định vị giả động. 1. Định vị tĩnh Là trường hợp sử dụng hai máy thu GPS, một máy đặt ở điểm đã biết tọa độ, còn máy kia đặt ở điểm cần xác định. Cả hai máy phải đồng thời thu tín hiệu từ ít nhất từ 4 vệ tinh chung liên tục trong khoảng thời gian ít nhất là một giờ đồng hồ. Khoảng thời gian thu đo phải kéo dài là để đủ cho đồ hình phân bố vệ tin thay đổi, từ đó có thể xác định được trị đa trị N. Phương pháp này cho độ chính xác cao nhất trong pháp định vị GPS tương đối, có thể đạt cỡ cm, thậm chí mm ở khoảng cách giữa hai điểm xét tới hàng chục và hàng trăm km. Tuy nhiên Trường ĐH Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Đỗ Mạnh Hà - 24 - Trắc địa B -K48 nó cũng có nhược điểm là năng suất không cao do thời gian đo kéo dài. Hiện nay đã có phương pháp định vị tĩnh nhanh (FastStatic) cho phép giảm thời gian đo ( theo chế độ đo tĩnh) xuống còn từ 5 đến 20 phút (tùy theo điều kiện khí quyển và số lượng vệ tinh thu tín hiệu), độ chính xác đạt tới hàng mm ở khoảng cách hàng chục km, nhưng phải sử dụng máy hai tần và phần mềm chuyên dụng , dẫn đến giá thành cao. 2. Định vị động Là phương pháp sử dụng một máy thu đặt cố định tại một điểm đã biết tọa độ suốt quá trình đo, trong khi một ( hoặc nhiều) máy di dộng chuyển đến các điểm cần xác định với thời gian đo tại mỗi điểm là một phút. Theo phương pháp này, cần phải có một cạnh đáy đã biết trước để tính đa trị N khởi đầu ( trị đa trị này sau đó được giữ nguyên để khoảng cách vệ tinh - máy thu cho các điểm đo tiếp theo trong suốt chu kì đo). Máy cố định thu tín hiệu liên tục tại một đầu cạnh đáy này, còn máy di động xuất phát từ đầu cạnh còn lại, sau đó lần lượt đo các điểm cần xác định, cuối cùng lại khép về đo lại điểm ban đầu để kiểm tra trị đa trị N. Yêu cầu nhất thiết của phương pháp này là cả máy cố định và máy di động đồng thời phải thu tín hiệu liên tục từ ít nhất là 4 vệ tinh chung trong suốt quá trình đo. Đòi hỏi khá ngặt nghèo đó cũng chính là nhược điểm của phương pháp này, tuy nhiên nó cũng cho phép đạt độ chính xác định vị giống như phương pháp định vị tĩnh. 3. Định vị giả động Thực chất là kết hợp giữa định vị tĩnh và định vị động, cụ thể là tổ chức thực hiện ở thực địa theo định vị động nhưng xử lý kết quả theo định vị tĩnh. Trong phương pháp này không cần làm thủ tục khởi đo, tức là không cần sử dụng cạnh đã biết. Theo đó, máy cố định đặt tại một điểm đã biết tọa độ và thu tín hiệu trong suốt quá trình đo, còn máy di động lần lượt đo các điểm cần xác định , mỗi điểm thu tín hiệu từ 5 đến 10 phút (có thể tắt máy trong quá trình di chuyển giữa các điểm). Sau khi đo hết lượt, máy di động quay về điểm xuất phát để lặp lại quá trình đo lại tất cả các điểm theo đúng trình tự như lần đo thứ nhất nhưng phải bảo đảm cho khoảng thời gian giãn cách giữa hai lần đo tại một điểm không ít hơn một giờ đồng hồ (tức là khoảng thời gian đủ để đồ hình phân bố vệ Trường ĐH Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Đỗ Mạnh Hà - 25 - Trắc địa B -K48 tinh thay đổi nhằm xác định được tri đa trị N) . Yêu cầu nhất thiết trong phương pháp này là phải có được ít nhất được 3 vệ tinh chung cho cả hai lần đo tại một điểm quan sát. Phương pháp này dễ tổ chức thực hiện hơn nhưng độ chính xác đinh vị thấp hơn so với phương pháp định vị động. II.1.3.3. Định vị GPS vi phân (DGPS – DifferentialGPS) Trong các phương pháp định vị GPS có một phương pháp đặc biệt gọi là Định vị GPS vi phân (DGPS – DifferentialGPS) . Theo phương pháp này cần có một máy thu được đặt tại điểm đã biết tọa độ và một (hay nhiều) máy thu khác đặt tại vị trí cần xác định tọa độ (vị trí đó có thể là điểm cố định hay điểm di động như trên máy bay, tàu biển...). Cả hai máy thu cố định và di động cần tiến hành đồng thời thu tín hiệu từ các vệ tinh như nhau. Máy thu cố định dùng tọa độ đã biết so sánh với tạo độ vừa xác định theo tín hiệu GPS để tính toán ra độ lệch tọa độ tại điểm đặt máy (hoặc sai lệch khoảng cách giả từ vệ tinh đến máy thu) do nhiễu tín hiệu. Có thể coi độ sai lệch đó là như nhau đối với cả hai máy thu cố định và di động, vì thế nó được truyền cho máy thu di động để hiệu chỉnh kết quả định vị nhằm đạt độ chính xác tốt hơn. Trường hợp số hiệu chỉnh vừa nêu được máy thu cố định truyền trực tiếp cho máy thu di động thông qua sóng vô tuyến (nhờ bộ thu hoặc phát sóng đi kèm máy GPS) thì gọi là định vị GPS vi phân tức thời (real-time DGPS). Khi đó chỉ có thể hiệu chỉnh khoảng cách giả đo bằng mã đo cạnh, độ chính xác định vị đạt khoảng  (13) m. Còn việc so sánh tọa độ ở máy cố định và hiệu chỉnh kết quả ở máy di động được thực hiện trong phòng (sau khi đo xong) thì được gọi là định vị GPS vi phân hậu kỳ (post-processed DGPS). Khi đó có thể hiệu chỉnh khoảng cách giả xác định bằng pha sóng tải, độ chính xác định vị có thể đạt cỡ dm thậm trí cm. Về nguyên tắc. kỹ thuật DGPS có thể được sử dụng cho cả định vị GPS tuyệt đối và định vị GPS tương đối. Hiện nay, DGPS đã có bước phát triển ở mức độ mới là định vị GPS vi phân diện rộng (Wide Area DGPS, WADGPS), trong đó người ta tổ chức một số điểm cứng (đặt máy cố định) bao quanh một khu vực lớn (đường kính không quá 500 km). Tại đó thường xuyên thu dữ kiện để tính và truyền số cải chính cho các máy di động trong khu vực. Trường ĐH Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Đỗ Mạnh Hà - 26 - Trắc địa B -K48 II.1.4. Các nguồn sai số ảnh hưởng đến kết quả đo GPS Các nguồn sai số ảnh hưởng tới độ chính xác định vị vệ tinh GPS bao gồm các nguồn sai số chính sau: II.1.4.1. Sai số hệ thống 1. Sai số của đồng hồ trên vệ tinh và trong đồng hồ máy thu Độ chính xác đồng hồ và đồng bộ thời gian giữa đồng hồ máy thu và đồng hồ vệ tinh có ý nghĩa rất quan trọng trong việc nâng cao độ chính xác và kết quả đo GPS. Tất nhiên cải tiến đồng hồ máy thu là việc có thể làm ngay được, như lắp đặt đồng hồ nguyên tử như trên vệ tinh, tuy nhiên giá thành máy thu sẽ rất cao. Do vậy, người ta chỉ có thể cải tiến đồng hồ thạch anh trong máy thu để khả năng ổn định hơn trong giai đoạn đồng bộ với đồng hồ vệ tinh. 2. Sai số quỹ đạo vệ tinh Đây là nguồn sai số khá lớn nhưng tác động chủ yếu vào tọa độ tuyệt đối trong hệ WGS-84 chỉ có thể xác định được với độ chính xác khoảng 10 m đến 100m. Tọa độ này có vai trò rất quan trọng trong việc tính toán gia số tọa độ X, Y, Z của các Baseline. Nếu độ chính xác tọa độ tuyệt đối của một đầu Baseline tăng được từ 1m đến 2m thì độ chính xác của X, Y, Z cố thể tăng thêm được 1 dm. Chính vì vậy người ta cần có tọa độ trong hệ WGS-84 tới cỡ 2m để có được Baseline có độ chính xác cao. Để khắc phục sai số này người ta sử dụng các biện pháp sau: - Sử dụng lịch vệ tinh chính xác tại thời điểm đo:Lịch vệ tinh chính xác có thể có được nếu yêu cầu NASA hoặc IGS cung cấp, nhưng cách này không tiện dụng vì phải chờ đợi một khoảng thời gian không ngắn. - Quan trắc liên tục trong 24 giờ: tức là 2 vòng quỹ đạo của vệ tinh có thể hiệu chỉnh được lịch vệ tinh thông qua các phần mềm xử lý mới, độ chính xác đạt tới 1m. Độ chính xác này đã được thử nghiệm tại Việt Nam và đã so sánh kết quả đo tọa độ tuyệt đối với kết quả lan truyền tọa độ theo các Baseline từ một điểm gốc tọa độ tuyệt đối cũng như với tọa độ đo nối với lưới IGS quốc tế. - Sử dụng hệ thống DGPS toàn cầu do OMNISTAR cung cấp theo công nghệ RTCM với các số hiệu chỉnh tọa độ được cung cấp từ hệ thống các trạm cố định Trường ĐH Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Đỗ Mạnh Hà - 27 - Trắc địa B -K48 toàn cầu. Công nghệ này cũng đã được thử nghiệm tại Việt Nam và cho độ chính xác đạt tới 1m như lý thuyết đã dự báo. II.1.4.2. Sai số do môi trường 1. Sai số do tầng điện ly và tầng đối lưu Sai số do tầng điện ly: Đây là sai số do hiện tượng khúc xạ tia sóng đi từ khoảng không vũ trụ vào tầng đầu tiên của khí quyển. Sai số này không gây ảnh hưởng lớn đến kết quả đo trong khoảng cách ngắn mà chỉ có ý nghĩa trên khoảng cách dài. Để khắc phục sai số này người ta sử dụng tần số thứ hai để chỉnh vào các trị đo trên khoảng cách dài. Sai số do tầng đối lưu: Đây là hiện tượng khúc xạ tia sống đi từ lớp khí quyển gần mặt đất. Tầng đối lưu phân bố trong phạm vi từ mặt đất tới độ cao gần 50 km. Khi qua tầng đối lưu tốc độ truyền sóng biến động phức tạp hơn, tùy thuộc vào tình hình mặt đất (như sông, hồ, sa mạc...) và thời tiết. Sai số này có tác động chủ yếu vào các trị đo trên khoảng cách ngắn mà không phụ thuộc nhiều vào khoảng cách dài. Trước đây người ta yêu cầu đo nhiệt độ, áp suất, độ ẩm để tính số hiệu chỉnh do ảnh hưởng của tầng đối lưu. Đến nay các phần mềm đã sử dụng số hiệu chỉnh theo mô hình tầng đối lưu tạo độ chính xác cao hơn số hiệu chỉnh theo nhiệt độ, áp suất, độ ẩm. 2. Sai số do hiện tượng đường dẫn Sai số này do hai nguồn gây ra, một là do các nguồn phát sóng ngắn quanh máy thu tạo nên (như các đài truyền hình, truyền thanh), hai là do song GPS phản xạ từ các vật thể đặt quanh antenna. Để khắc phục các sai số này người ta cải tiến các antenna có độ nhạy cao hơn nhằm tạo khả năng tự lọc nhiễu và đặt thêm các bộ lọc trong phần mềm, bên cạnh đó người ta quy định chỉ quan sát vệ tinh ở độ cao từ 15o trở nên so với mặt phẳng chân trời. 3. Sai số do hiện tượng trượt chu kỳ Điểm quan trọng nhất khi đo GPS là phải thu được tín hiệu ít nhất từ 4 vệ tinh tức là phải có tầm nhìn thông tới các vê tinh đó. Tín hiệu vệ tinh là sóng cực ngắn trong phổ điện tử, nó có thể xuyên qua mây mù, song không thể truyền qua được tán cây hoặc các vật che chắn. Do vậy Trường ĐH Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Đỗ Mạnh Hà - 28 - Trắc địa B -K48 tầm nhìn vệ tinh thông thoáng lên bầu trời có tầm quan trọng đặc biệt đối với công tác đo đạc. Khi sử dụng trị đo pha cần phải bảo đảm thu tín hiệu vệ tinh trực tiếp, liên tục nhằm xác định sô nguyên lần bước sóng khởi đầu, tuy nhiên có những trường hợp ngay cả khi vệ tinh nhìn thấy nhưng máy thu vẫn bị gián đoạn thu tín hiệu, trường hợp đó có một chu kỳ không xác định đã trôi qua mà máy thu không đếm được khiến cho số nguyên lần bước sóng thay đổi làm sai kết quả định vị. Do đó phải phát hiện và xác định sự trượt chu kỳ trong tín hiệu GPS. Một số máy thu có thể nhận biết được sự trượt chu kỳ và thêm vào số hiệu chỉnh tương ứng khi sử lý số liệu. Mặt khác khi tính toán xử lý số liệu đo GPS có thể dùng sai phân bậc ba đẻ nhận biết và xử lý hiện tượng trượt chu kỳ. II.1.4.3. Sai số do đồ hình vệ tinh Ta biết rằng việc định vị GPS là việc giải bài toán giao hội nghịch không gian dựa vào điểm gốc là các vệ tinh và khoảng cách đến các máy thu. Trong trường hợp tối ưu khi tín hiệu vệ tinh GPS là vệ tinh phải có sự phân bố hình học cân đối trên bầu trời xung quanh điểm đo. Chỉ số mô tả đồ hình vệ tinh gọi là hệ số phân tán độ chính xác- hệ số DOP (Delution of Precision). Chỉ số DOP là nghịch đảo thể tích của khối tỷ diện tạo thành giữa các vệ tinh và máy thu. δ = DOPδo Chỉ số DOP chia ra các loại: VDOP : là độ suy giảm chính xác trong cao độ. HDOP : là độ suy giảm chính xác trong mặt phẳng 2D. PDOP : là độ suy giảm chính xác vị trí không gian 3D. TDOP : là độ suy giảm chính xác trong thời gian. GDOP : là độ suy giảm chính xác không gian 3D và thời gian. II.1.4.4. Sai số do người đo Khi đo GPS, tâm hình học của antenna may thu cần đặt chính xác trên tâm mốc điểm đo theo đường dây dọi. antenna phả đặt cân bằng, chiêu cao từ tâm hình học của antenna cần đo và ghi chính xác. Đo chiều cao không chính xác là lỗi hay mắc phải của người đo GPS. Ngay cả khi xác định tọa độ mặt phẳng đo Trường ĐH Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Đỗ Mạnh Hà - 29 - Trắc địa B -K48 chiều cao cũng rất quan trọng vì GPS là hệ thống định vị ba chiều, sai số chiều cao sẽ lan truyền sang vị trí mặt phẳng và ngược lại. II.1.5. Một số hệ thống định vị toàn cầu khác Song hành với hệ thống NAVSTAR GPS, còn có hai hệ thống định vị toàn cầu tương tự là hệ thống GLONASS – Global Navigation Satellite System (của Nga) và hệ thống GALILEO (của liên minh Châu Âu). 1.Hệ thống định vị toàn cầu GLONASS Đây là hệ thống định vị toàn cầu do Liên Xô chế tạo cũng đã được đưa vào sử dụng từ năm 1982. Hệ thống cũng bao gồm 24 vệ tinh nhưng quay trong 3 mặt phẳng quỹ đạo có bán kính từ 18840 km đến 19940 km, trên mỗi quỹ đạo các vệ tinh có độ giãn cách là 45o, chu kỳ quay cỡ 676 phút. Hiện nay hệ thống GLONASS cũng đang trong giai đoạn đầu hoạt động với 14 vệ tinh. Ngày 25 tháng 12 năm 2005, ROSKOSMOS (Cơ quan Không gian Nga) đã phóng bổ xung 3 vệ tinh mới nằm trong kế hoạch triển khai cho hoàn chỉnh mạng lưới 24 vệ tinh được triển khai thành 3 quỹ đạo bao quanh Trái đất. Toàn hệ thống sẽ hoạt động vào năm 2010. Hình 2.6 Một số vệ tinh của hệ thống GLONASS 2. Hệ thống định vị toàn cầu GALILEO Vào 5h GMT sáng ngày 28 tháng 12 năm 2005, thông qua tên lửa Soyouz từ sân bay vũ trụ Baikonour tại Kazakhstan cơ quan không gian Châu Âu (ESA) đã phóng vệ tinh GIOVE-A lên quỹ đạo địa tĩnh, bắt đầu bước thử nghiệm cho chương trình “Hệ thống định vị toàn cầu GALILEO”. Trường ĐH Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Đỗ Mạnh Hà - 30 - Trắc địa B -K48 Nhiệm vụ đầu tiên của vệ tinh GIOVE-A (nặng 600 kg, sẽ hoạt động ở độ cao 23222 km) là bảo đảm việc sử dụng tần số sóng vô tuyến được Liên đoàn Viễn thông quốc tế (ITU) phân bổ cho hệ thống GALIELO. Đồng thời thử nghiệm hiệu quả hoạt động của hai đồng hồ nguyên tử (cốt lõi sống còn của hệ thống định vị toàn cầu), cùng các thông số kỹ thuật khác phục vụ cho việc triển khai các vệ tinh trong chương trình GALILEO, mà theo kế hoạch sẽ bắt đầu phóng lên năm 2006. Theo ESA, hệ thống GALILEO có tổng cộng 30 vệ tinh, dự kiến bắt đầu hoạt động vào năm 2008 và hoàn chỉnh toàn bộ hệ thống vào năm 2010. Hệ thống thử nghiệm nhiều công nghệ mới, chẳng hạn như đồng hồ nguyên tử, máy tạo tín hiệu và thiết bị thu tín hiệu của người sử dụng. Khi đi vào hoạt động hệ thống GALILEO sẽ xác định vị trí bằng công nghệ real-time, tức là dựa vào thời gian truyền tín hiệu để xác định vị trí cần tìm. Với tốc độ truyền tín hiệu cực nhanh, gần như tức thời, hệ thống GALILEO được trông đợi có thể xác định một vật thể trên mặt đất với sai số trong khoảng 1m. Vì là hệ thống định vị đầu tiên phục vụ cho mục đích dân sự, hệ thống GALILEO còn hứa hẹn rất nhiều lợi ích về mặt kinh tế, xã hội và khoa học kỹ thuật. Cụ thể, nhờ độ chính xác cao của hệ thống GALILEO mà hệ thống quản lý giao thông đô thị của nhiều nước có thể được tự động hóa hoàn toàn, giúp cơ quan chức trách theo dõi chặt chẽ và chính xác mọi hoạt động đang lưu thông trên các tuyến xa lộ, giám sát hiệu quả các điểm kẹt xe, tai nạn. Hơn nữa hệ thống GALILEO còn có khả năng tích hợp với các chíp đặc biệt gắn trong điện thoại di động, biến nó thành một thiết bị định vị vô tuyến vô cùng tiện lợi. Hình 2.7 Mô hình hệ thống GALILEO khi hoàn thành Trường ĐH Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Đỗ Mạnh Hà - 31 - Trắc địa B -K48 Hình 2.8 Hình ảnh một số vệ tinh của hệ thống GALILEO II.2. ứng dụng công nghệ GPS trong đo nối khống Chế ảnh II.2.1. Ưu điểm khi dùng công nghệ GPS để đo nối khống chế ảnh Với sự ra đời của hệ thống định vị toàn cầu GPS những người làm công tác trắc địa có được một phương tiện đo đạc hiện đại chứa đựng nhiều tính năng ưu việt đáng kể so với các phương pháp truyền thống, mà trước hết là trong lĩnh vực vẫn thường gọi là các công tác khống chế tọa độ. Hệ thống này cho phép đạt độ chính xác cao về vị trí tương đối giữa các điểm xét hầu như rất ít phụ thuộc vào khoảng cách giữa chúng và không cần thông hướng, do vậy việc phân cấp các mạng lưới trắc địa và xây dựng chúng theo sơ đồ đi từ tổng quát đến chi tiết trở nên không còn là vấn đề nguyên tác nữa. Bên cạnh đó hệ thống không đòi hỏi thông hướng giữa các điểm đo, hầu như không đòi hỏi về điều kiện thời tiết và thời điểm đo, còn khoảng thời gian đo tại mỗi điểm thường không quá 2 - 3 giờ đồng hồ, thậm chí chỉ cần 2 - 3 ba phút tùy thuộc vào cách đo và yêu cầu về độ chính xác. Có thể nói, công nghệ GPS đã tạo ra một cuộc cách mạng thực sự trong lĩnh vực trắc địa, và nó còn hàm chứa nhiều khả năng và ưu thế tiềm ẩn đang được khai thác. Từ những ưu điểm khi dùng hệ thống GPS cho phép ta lựa chọn các điểm khống chế ngoại nghiệp ở những vị trí tối ưu cho các khối tăng dày theo các phương án bố trí điểm khống chế ngoại nghiệp cho phù hợp với từng phương pháp và yêu cầu về độ chính xác. II.2.2. Quy định kỹ thuật đo và xử lý tính toán bình sai kết quả đo GPS Trường ĐH Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Đỗ Mạnh Hà - 32 - Trắc địa B -K48 1. Quy định chung 1.1 Việc đo GPS trong Trắc địa cần được tiến hành theo một phương án kỹ thuật đã được phê duyệt nhằm xác định chính xác các giá trị tọa độ điểm GPS phục vụ cho công việc thành lập lưới trắc địa trong thời gian ngắn nhất và đạt hiệu quả kinh tế cao.. 1.2 Đo GPS trong trắc địa được tiến hành theo các trình tự như sau - Thu thập tài liệu gốc và số liệu gốc. - Chọn hệ thống tọa độ và thời gian. - Lập phương án kỹ thuật và trình duyệt. - Chọn điểm và chôn mốc. - Lựa chọn máy móc và thiết bị. - Đo ngắm. - Ghi sổ đo ngoại nghiệp. - Xử lý số liệu. - Báo cáo tổng kết và nộp thành quả. 1.3 Các cấp đo và phương pháp GPS nêu trong phương án kỹ thuật được chọn tùy thuộc vào yêu cầu độ chính xác xác định đại lượng cần bố trí, đại lượng dịch chuyển và đặc điểm của từng đối tượng công trình. 2. Hệ thống tọa độ và thời gian 2.1 Hệ thống tọa độ 2.1.1 Đo GPS sử dụng hệ thống tọa độ toàn cầu WGS - 84 (Hệ tọa độ trắc địa quốc tế) khi có yêu cầu sử dụng hệ tọa độ HN 72 hoặc hệ tọa độ nào khác thì phải tính chuyển tọa độ. Các tham số hình học cơ bản của Elipxoid toàn cầu và Elipxoid tham khảo của các hệ tọa độ phải phù hợp với quy định ở bảng 1. Hệ tọa độ VN – 2000 có các tham số hình học cơ bản của Elipxoid hoàn toàn giống với hệ tọa độ trắc địa Quốc tế WGS – 84. 2.1.2 Khi đo GPS các yêu cầu sử dụng hệ tọa độ địa phương hoặc hệ tọa độ độc lập thì phải tính chuyển đổi tọa độ và cần phải có các tham số kỹ thuật sau: - Tham số hình học của Elipxoid tham khảo. - Độ kinh của kinh tuyến trục giữa múi chiếu. - Hằng số cộng vào tung độ, hoành độ. Trường ĐH Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Đỗ Mạnh Hà - 33 - Trắc địa B -K48 - Độ cao thường của mặt chiếu. - Tọa độ điểm khởi tính và phương vị khởi tính. 2.1.3 Khi tính chuyển từ hệ tọa độ trắc địa Quốc tế của lưới GPS sang hệ tọa độ khu vực, cần phải đảm bảo yêu cầu. Bình sai lưới GPS trong hệ tọa độ vuông góc phẳng theo phép chiếu Gauus ( Ko = 1), kinh tuyến trục Lo cách khu đo không quá 20 km. Nếu sử dụng phép chiếu UTM 6o ( Ko= 0.9996) thì kinh tuyến trục cách khu đo trong giới hạn 160 km đến 200 km. Nếu sử dụng phép chiếu UTM 3o ( Ko = 0.9999) thì kinh tuyến trục cách khu đo trong giới hạn 70 km đến 110 km. Khi chọn phép chiếu Gauus phải sử dụng Elipxoid Krasovxky, còn nếu dùng phép chiếu UTM thì sử dụng Elipxoid WGS – 84. Bảng 1. Tham số hình học cơ bản Elipxoid toàn cầu Elipxoid tham khảo Hệ tọa độ tham số WGS - 84 HN - 72 Bán trục lớn a (m) 6378137 6378245 Bán trục nhỏ b (m) 6356752.3142 6356863.019 Độ dẹt α 1/298.257223563 1/298.3 Bình phương độ lệch tâm thứ nhất e2 0.00669437999013 0.0066934216 Bình phương độ lệch tâm thứ nhất e’2 0.006739496742227 0.0067385254 2.1.4 Khi tính chuyển đổi độ cao GPS thành độ cao thường thì cần sử dụng hệ độ cao nhà nước với điểm gốc độ cao quốc gia. 2.2 Hệ thống thời gian Thời gian trong đo GPS được sử dụng là thời gian quốc tế UTC. Khi muốn dùng giờ Việt Nam thì phải tiến hành chuyển đổi ( giờ Hà Nội = giờ GPS + 7). 3. Thiết kế kỹ thuật lưới GPS 3.1 Phân cấp hạng lưới Trường ĐH Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Đỗ Mạnh Hà - 34 - Trắc địa B -K48 3.1.1 Dựa vào chiều dài trung bình giữa 2 điểm lân cận và độ chính xác của nó, lưới GPS được chia thành các hạng II, III, IV và các cấp 1. Khi thành lập lưới có thể thực hiện theo phương án tuần tự bao gồm tất cả các cấp, hạng hoặc lưới vượt cấp, lưới cung một cấp, hạng 3.1.2 Độ chính xác chiều dài giữa hai điểm lân cận của các cấp lưới GPS được tính theo công thức  262 ).10.( Dba  Độ chính xác phương vị của cạnh được tính theo công thức 2 2 2 D qpm  Trong đó: a - sai số cố định (mm) b - hệ số sai số tỷ lệ D - chiều dài cạnh đo (km) Với máy thu 4600 LS : a= 5 mm; b=1; p”=1; q”=5 Hoặc   D m m D 3.1.3 Các yêu cầu kỹ thuật chủ yếu của các cấp lưới GPS phải phù hợp với quy định nêu ở bảng 2. Chiều dài cạnh ngắn nhất giữa 2 điểm lân cận bằng 1/2 đến 1/3 chiều dài cạnh trung bình, chiều dài cạnh lớn nhất bằng 2 3 lần chiều dài cạnh trung bình. Khi chiều dài cạnh nhỏ hơn 200 m, sai số trung phương chiều dài cạnh phải nhỏ hơn 20 mm Trường ĐH Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Đỗ Mạnh Hà - 35 - Trắc địa B -K48 Bảng 2. Yêu cầu kỹ thuật chủ yếu của lưới GPS được thành lập để phục vụ đo vẽ bản đồ Cấp hạng Chiều dài cạnh trung bình (km) a (mm) b (110-6) Sai số trung phương tươngđối cạnh yếu nhất II 9  10  2 1/120 000 III 5  10  5 1/80 000 IV 2  10  10 1/45 000 1 1  10  10 1/20 000 2 < 1  15  20 1/10 000 3.1.4 Đối với lưới GPS thiết lập để khống chế thi công và quan trắc chuyển dịch biến dạng công trình thì phải dựa vào yêu cầu độ chính xác của từng công trình mà thiết kế lưới sao cho thỏa mãn yêu cầu đó. 3.2. Nguyên tắc thành lập và thiết kế lưới 3.2.1 Trước khi thiết kế mạng lưới GPS cần phải thu thập tài liệu sau - Bản đồ địa hình tỷ lệ lớn nhất đã có trong khu vực xây dựng công trình - Tài liệu về lưới khống chế mặt bằng và độ cao đã có trong khu đo, kèm theo báo cáo tổng kết kỹ thuật thành lập lưới. - Các tài liệu về địa chất công trình, địa chất thủy văn, giao thông, thủy hệ và các tài liệu liên quan đến qui hoạch phát triển khu đo. 3.2.2 Việc thiết kế lưới GPS phải căn cứ vào yêu cầu thực tế và trên cơ sở điều tra nghiên cứu kỹ các tài liệu gốc, số liệu gốc hiện có tại khu vực cần đo. Trong lưới GPS giữa các điểm không cần nhìn thấy nhau, nhưng để có thể tăng dày lưới bằng phương pháp đo truyền thống, mỗi điểm GPS cần phải nhìn thông đến ít nhất một điểm khác. 3.2.3 Khi thiết kế lưới, để tận dụng các tư liệu trắc địa, bản đồ đã có, nên sử dụng hệ tọa độ đã có của khu đo. Các điểm khống chế đã có nếu phù hợp với yêu cầu của điểm lưới GPS thì tận dụng các mốc của chúng. 3.2.4 Lưới GPS phải được tạo thành 1 hoặc nhiều vồng đo độc lập, tuyến phù hợp. Số lượng cạnh trong vồng đo độc lập, tuyến phù hợp trong các cấp lưới GPS phải tuân theo qui định nêu trong bảng 3. Trường ĐH Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Đỗ Mạnh Hà - 36 - Trắc địa B -K48 Bảng 3. Quy định về số lượng cạnh trong vòng đo độc lập hoặc tuyến phù hợp đối với các cấp lưới GPS Cấp hạng II III IV 1 2 Số cạnh trong vòng đo độc lập hoặc tuyến phù hợp  6  8  10  10  10 3.2.5 Để tính tọa độ các điểm GPS trong hệ tọa độ mặt đất cần phải có số liệu khởi tính trong hệ tọa độ mặt đất và đo nối với một số điểm khống chế địa phương. Đối với công trình lớn, số điểm đo nối cần phải lớn hơn 3, đối với các công trình nhỏ, số điểm đo nối từ 23. 3.2.6 Để tính độ cao thường của các điểm GPS cần dẫn độ cao tới các điểm GPS theo qui định sau - Để đo nối độ cao cần phải dùng phương pháp thủy chuẩn hình học có độ cao chính xác từ hạng IV trở lên hoặc dùng phương pháp đo cao khác có độ chính xác tương đương. - Độ cao thường của các điểm GPS, sau khi tính toán và phân tích, nếu phù hợp với yêu cầu về độ chính xác có thể dùng để đo vẽ bản đồ. 4. Chọn điểm và chôn mốc 4.1 Điểm đo bằng công nghệ GPS phải chọn ở vị trí thỏa mãn các điều kiện sau đây: - Đảm bảo góc nhìn xung quanh điểm về phía thiên đỉnh ( thị trường từ tâm ăng ten của máy nhìn lên bầu trời) không bị che khuất là 150o. Trường hợp có hương bị che khuất khi lập lịch đo phải chọn đủ số vệ tinh tối thiểu chung cho các trạm đo đồng thời có quỹ đạo không đi qua hướng bị che khuất. - Cách đài phát sóng điện lớn không dưới 500 m. - Thuận tiện cho việc phát triển các đường chuyền, lưới giải tích cấp 1,2. Nếu điểm GPS dự kiến là điểm khởi tính của lưới cấp 1, 2 thì phải lưu ý tới việc thông hướng cho việc đo nối phương vị sau này. 4.2 Sau khi chọn điểm phải ghi chú điểm. 4.3 Mốc của các điểm GPS là mốc hai tầng có dấu sứ ở tâm của cả hai tầng, Mốc chôn chìm với độ sâu của mặt mốc là 0,2 m. Xung quanh mốc phải đổ tường bê tông bảo vệ. Trường ĐH Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Đỗ Mạnh Hà - 37 - Trắc địa B -K48 4.4 Các điểm GPS được đánh dấu như sau: số hiệu điểm gồm 6 chữ số: 3 chữ số đầu là số thứ tự tờ bản đồ tỉ lệ 1: 100 000, số thứ tư là số 4. Hai số sau cùng là số thứ tự của điểm nằm trong tờ bản đồ 1: 100 000 bắt đầu từ 0,1,2... đến hết ( ví dụ 104401). 4.5 Sau khi chôn mốc phải tiến hành bàn giao mốc cho chính quyền địa phương với sự có mặt của cán bộ địa chính của địa phương. 5. Công tác đo GPS 5.1 Các yêu cầu kỹ thuật cơ bản - Yêu cầu kỹ thuật cơ bản khi đo GPS các cấp phải phù hợp với quy định được nêu trong bảng 4. - Khi quan trắc GPS ở các cấp hệ số suy giảm độ chính xác vị trí không gian 3 chiều PDOP của các cấp hạng lưới GPS phải < 6, ( quy định số vệ tinh  6). 5.2 Lập kế hoạch đo - Trước khi tiến hành đo cần sử dụng phần mềm PLAN hoặc QUICK PLAN để lập lịch đo và cần lập bảng dự báo các vệ tinh có thể quan sát được. Trong bảng có: Số hiệu vệ tinh, độ cao vệ tinh và góc phương vị, thời gian quan sát tốt nhất để quan sát nhóm vệ tinh tốt nhất, hệ số suy giảm độ chính xác vị trí không gian 3 chiều SV  6. Khi xung quanh điểm đo có nhiều địa vật che chắn phải lập lịch đo theo điều kiện chr chắn thực tế tại các điểm đo. - Tọa độ dùng để lập bảng dự báo cho các vệ tinh là độ kinh, độ vĩ trung bình của khu đo. Thời gian dự báo nên dùng thời gian trung bình khi đo ngắm. Khi khu đo lớn thời gian đo kéo dài thì cần lập bảng dự báo cho từng phân khu với thời gian đo khác nhau và dùng lịch vệ tinh quảng bá có tuổi không quá 20 ngày. - Căn cứ vào số lượng vệ tinh máy thu, đồ hình lưới GPS đã thiết kế và bảng dự báo vệ tinh. Lập bảng điều độ đo ngắm với nội dung: Thời gian đo, số liệu trạm đo, tên trạm đo, số liệu máy thu ... - Độ dài ca đo không ít hơn 30 phút, với điều kiện số vệ tinh quan sát không ít hơn 6 và PDOP không lớn hơn 5. Thời gian đo có thể kéo dài thêm đối với cạnh dài hoặc điều kiện thu tín hiệu tại điểm đo không tốt. Thời gian tối thiểu của ca đo nên tham khảo số liệu ở bảng 5. 5.3 Yêu cầu đo ngắm Trường ĐH Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Đỗ Mạnh Hà - 38 - Trắc địa B -K48 - Công tác do ngắm trong lưới GPS bao gồm các thao tác: Khởi tính máy thu GPS tại trạm đo và quy trình thu tín hiệu ghi vào bộ nhớ của máy. - Nếu sử dụng ít nhất ba máy thu GPS một tần số hoặc hai tần số có tham số độ chính xác a  5 mm, b  2ppm và có định tâm quang học để đo lưới GPS. - Định tâm quang học của máy thu GPS cần được kiểm nghiệm trước khi sử dụng, bảo đảm sai số định tâm   1 mm. - Các dây dẫn nối từ antenna đến máy thu và các thiết bị phụ trợ được kiểm tra không có sai sót, mới được tiến hành thu tín hiệu. - Trước khi mở máy cho một ca đo phải đo chiều cao antenna bằng thước chuyên dùng đọc số đến 1mm, ghi tên máy, đo lại chiều cao antenna để kiểm tra, chênh lệch chiều cao antenna. Sau khi tắt máy, đo lại chiều cao antenna để kiểm tra, chênh lệch chiều cao antenna giữa 2 lần đo không vượt quá  2 mm và lấy giá trị trung bình ghi vào sổ đo. Nếu như chênh lệch vượt quá hạn sai cho phép, thì phải tìm hiểu nguyên nhân, đề xuất ý kiến xử lý và ghi vào cột ghi chú trong sổ đo. - Sau khi máy thu bắt đầu ghi nhận số liệu, người đo có thể sử dụng các chức năng của bàn phím, chọn menu, tìm thông tin trạm đo, số vệ tinh thu được tín hiệu, số hiệu vệ tinh, tỷ số nhiễu tín hiệu, kết quả định vị tức thời, tình trạng ghi, giữ số liệu ( đối với máy thu có bàn phím điều khiển). - Trong quá trình đo của một ca đo không được tiến hành các thao tác sau: tắt máy thu và khởi động lại; tiến hành tự đo thử (trừ khi phát hiện có sự cố; thay đổi góc cao của vệ tinh; thay đổi tần xuất thu tín hiệu; thay đổi vị trí antenna; ấn phím hoãn và xoá thông tin. - Trong thời gian đo người đo không được rời máy, thường xuyên theo dõi tình trạng làm việc của máy thu, theo dõi nguồn điện, tình hình vệ tinh và ghi số liệu; đồng thời đề phòng máy bị chấn động làm chuyển dịch, đề phòng người và vật thể khác gần antenna che chắn tín hiệu vệ tinh. - Trong khi máy thu đang làm việc không được dùng bộ đàm hoặc điện thoại di động ở gần máy thu. Khi có sấm chớp, mưa to phải tắt máy, ngừng đo và thu cất antenna đề phòng sét đánh. Trường ĐH Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Đỗ Mạnh Hà - 39 - Trắc địa B -K48 - Trong khi đo phải bảo đảm máy thu hoạt động bình thường, ghi số liệu chính xác. Sau mỗi ngày đo nên kịp thời trút số liệu vào đĩa cứng, đĩa mềm của máy tính để tránh mất số liệu. Bảng 4. Yêu cầu kỹ thuật cơ bản khi đo các cấp Hạng mục Cấp hạng Phương pháp đo Hạng II Hạng III Hạng IV Cấp 1 Cấp 2 Góc cao của vệ tinh(o) Đo tĩnh tĩnh nhanh  15  15  15  15  15 Số lượng vệ tinh quan trắc dùng được Đo tĩnh tĩnh nhanh  4  4  5  4  5  4  5  4  5 Số lần đo lặp trung bình tại trạm Đo tĩnh tĩnh nhanh  2  2  2  1.6  1.6  1.6  1.6  1.6  1.6 Thời gian quan trắc: Độ dài thời gian thu tín hiệu ngắn nhất (phút) Đo tĩnh tĩnh nhanh  90  60  20  45  15  45  15  45  15 Tần suất thu tín hiệu (s) Đo tĩnh tĩnh nhanh 10 60 10 60 10 60 10 60 10 60 Bảng 5. Thời gian tối thiểu ca đo Độ dài cạnh đo [km] Độ dài thời gian ca đo [phút] 0-1 20-30 1-5 30-60 5-10 60-90 10-20 90-120 Trường ĐH Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Đỗ Mạnh Hà - 40 - Trắc địa B -K48 6. Tính toán khái lược và bình sai 6.1 Trước khi tính cạnh phải tính chiều cao thẳng đứng của antenna theo công thức phù hợp với từng loại antenna. Chiều cao antenna tính đến 1mm và phải nhập vào cho từng trạm đo để tính cạnh. Phải kiểm tra các giá trị nhiệt độ, áp suất và độ ẩm khi nhập số liệu vào để tính cạnh. 6.2 Các điểm đo GPS đồng thời phải tính thành các cạnh độc lập theo phần mềm xử lý sau đó ( POST PROCESSING) tương ứng và chọn lời giải tối ưu (OPTIMUM) hoặc cố định (FIXED). 6.3 Tên file kết quả gồm 8 số và phần mở rộng: 4 số đầu là 4 số cuối của số hiệu điểm đầu, 4 số cuối là 4 số cuối số hiệu điểm cuối cùng, phần mở rộng là OPT, FIX, FLT hoăcTRP. Khi xử lý bằng phần mềm TRIMVEC – PLUS phải lấy cả file nhị phân có phần mở rộng là SSF. 6.4 Các chỉ tiêu khi xử lý cạnh phải đạt được như sau: STT Chiều dài cạnh(km) RMS RDOP RATIO 1 1 - 10 0.02 + 0.004D (km) < 0.1  3.0 2 10 - 20 0.03 + 0.003D < 0.1  2.8 Trường hợp một trong các chỉ tiêu vượt giá trị cho phép nhưng không quá 1.5 lần thì xem xét kết quả tính sai số khép hình và bình sai sơ bộ để chấp nhận lời giải hay phải đo lại. 6.5 Sau khi tính cạnh trong toàn lưới phải tiến hành tính sai số khép hình theo sơ đồ đo. 6.6 Bình sai lưới GPS phải tiến hành theo chương trình được tổng cục Địa chính cho phép sử dụng. 6.7 Quá trình tính toán bình sai tiến hành theo các bước sau đây: - Bình sai trong hệ WGS - 84. - Tính độ cao Goeid trên elipxoid WGS - 84 của tất cả các điểm. - Tính độ cao Geoid trẽn elipxoid qui chiếu quốc gia của tất cả các điểm. - Tính tọa độ vuông góc không gian theo elipxoid qui chiếu quốc gia của các điểm khởi tính tọa độ và độ cao. Trường ĐH Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Đỗ Mạnh Hà - 41 - Trắc địa B -K48 - Bình sai lưới trong hệ tọa độ vuông góc không gian theo elipxoid qui chiếu quốc gia và tính chuyển tọa độ về tọa độ quốc gia. - Đánh giá độ chính xác - Biên tập thành quả. 6.8 Các chỉ tiêu sai số phải đạt được sau bình sai như sau: - Sai số trung phương phương vị trí điểm  0.07 m. - Sai số góc phương vị   2” . - Sai số tương đối cạnh như bảng sau đây Chiều dài cạnh Sai số tương hỗ 5 -15 km Dưới 1/200 000 3- 5 km Dưới 1/100 000 Dưới 3 km Sai số tuyệt đối không quá 0.012 m II.2.3 Quy trình đo nối khống chế ảnh bằng công nghệ GPS 1. Khối ảnh Để có thể tiến hành đo nối khống chế ảnh ngoại nghiệp thì trước hết ta phải có tư liệu ảnh. ở đây là các ảnh hàng không, từ những tấm ảnh tạo thành khối ảnh sau đó chọn các điểm khống chế ảnh và châm chích nên đó để sau đó ta bố trí ngoài thực địa. Việc chọn và bố trí điểm tiến hành theo yêu cầu kỹ thuật như đã nêu ở chương I. 2. Điểm gốc tọa độ và độ cao nhà nước Công tác đo nối khống chế ảnh có nhiệm vụ là đưa tọa độ ảnh về hệ tọa độ quốc gia. Do đó công việc tiếp theo của quy trình công nghệ đo nối là phải tìm được điểm gốc nhà nước. Những điểm này đã có tọa độ hoặc độ cao, từ những điểm này ta sẽ tiến hành đo nối vào các điểm khống chế ảnh. Khi đo nối ta nên tìm tối thiểu từ 23 điểm gốc nhà nước trong đó có một điểm độ cao. 3. Thiết kế điểm khống chế ảnh ngoại nghiệp Kỹ thật định vị GPS không yêu cầu điều kiện thông hướng giữa các điểm, nên điểm khống chế ảnh ngoại nghiệp cần được chọn là các địa vật rõ nét hoặc đã được đánh dấu tại các vị trí chuẩn trong lưới tam giác ảnh không gian. Đồng thời chú ý bảo đảm điều kiện tốt cho việc bắt tín hiệu của vệ tinh, tránh các loại địa vật sau: Trường ĐH Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Đỗ Mạnh Hà - 42 - Trắc địa B -K48 - Các địa vật ở vùng địa hình có sự phản xạ lớn như: Điểm gần mặt nước, điểm địa vật ở vùng đồi trọc, điểm địa vật ở vùng có hàm lượng mối cao hoặc có khoáng sản kim loại... - Các địa vật ở vùng có khả năng phản xạ nhiều chiều, như các thung lũng, các sườn núi và tại các vùng có nhiều địa vật kiến trúc thượng tầng. - Các điểm địa vật tại các khu vực có nguồn phát sóng điện từ mạnh, như các trạm rada, các đường điện cao thế và các trạm biến thế... - Bảo đảm góc nhìn lên bầu trời xung quanh điểm không nhỏ hơn 15o. 4. Thiết kế đồ hình đo GPS và xác định thời gian đo Thông thường trong công tác đo nối khống chế ảnh ngoại nghiệp sử dụng phương pháp định vị tương đối. Vì vậy cần thiết kế một trạm đo GPS cố định trong lưới đo nối khống chế ảnh ngoại nghiệp sao cho bảo đảm độ chính xác đồng đều trong lưới, đồng thời có khả năng tạo thành những đồ hình tối ưu cho công tác đo đạc và xử lý số liệu. Hình 2.9 là một ví dụ về thiết kế một lưới đo nối khống chế ảnh ngoại nghiệp bằng kỹ thuật định vị vệ tinh GPS và hình 2.10 mô tả một vài đồ hình quan trắc được tạo thành từ 3 hay 4 máy thu GPS khi tiến hành công tác đo nối ngoại nghiệp. - Điểm khống chế ảnh ngoại nghiệp đo bằng GPS - Điểm khống chế cơ sở Hình 2.9 Sơ đồ thiết kế lưới đo nối khống chế ảnh bằng GPS Trường ĐH Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Đỗ Mạnh Hà - 43 - Trắc địa B -K48 1 1 1 2 2 2 3 3 4 3 4 a. Đồ hình đo với 3 máy b. Đồ hình đo với 4 máy Hình 2.10 Sơ đồ bố trí đồ hình đo 3 hoặc 4 máy thu GPS Hiện nay trên quỹ đạo luôn có đủ 24 vệ tinh GPS, nên tại mỗi điểm trạm đo chỉ cần quan trắc 10 phút và không phụ thuộc vào điều kiện thời tiết. Độ chính xác của kết quả đo được xử lý bằng phần mềm chuyên dụng của máy có thể đạt đến cỡ cm. trong trường hợp đồ hình tốt có thể đạt 1cm/10 km. 5. Đo GPS ngoại nghiệp 5.1 Trước khi đo phải lập lịch đo GPS và cần lưu ý - Chọn khoảng thời gian đo có ít nhất 4 vệ tinh. - Chọn PDOP (độ chính xác vị trí vệ tinh) không lớn hơn 5.0. - Góc cao của vệ tinh phải lớn hơn 15o. - Phân bố hình chiếu của vệ tinh trên mặt phẳng ngang đi qua điểm đo phải rải đều quanh điểm đo. - Nên chọn các vệ tinh có phương vị cắt ngang đường nối các điểm đo đồng thời. - Lịch đo có thể lập một lần cho toàn bộ khu đo nhưng hàng ngày phải trừ đi thời gian mọc sớm của vệ tinh (4 phút). 5.2 Máy thu tín hiệu vệ tinh là các loại máy TRIMBLE NAVIGATION SURVEYOR seri 4000, 5000, ... Khi dùng các lại máy khác phải tiến hành thử nghiệm. 5.3 Thời gian đo GPS trên các điểm theo quy phạm đã đo ở trên. 5.4 Chiều cao antenna đo 2 lần: trước và sau khi đo để kiểm tra, đọc số đến 1 mm và phải nạp vào máy Phải ghi đầy đủ vào sổ đo: số hiệu điểm, tên điểm, thời tiết, người đo, người ghi sổ, số hiệu trạm đo/lần đo, áp suất, nhiệt độ, tổng trị đo của từng vệ tinh, tổng trị đo liên tục, vẽ sơ đồ đo nối và các ghi chú điểm. Trường ĐH Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Đỗ Mạnh Hà - 44 - Trắc địa B -K48 5.5 Tùy thuộc vào bộ nhớ trong máy thu và kế hoạch tổ chức thi công, sau khi kết thúc một hoặc một số trạm đo, số liệu trút vào máy vi tinh để tính toán và ghi vào đĩa mềm để lưu. Khi trút số liệu vào máy vi tính phải kiểm tra tên file số liệu, tên điểm, các số liệu về khí tượng và chiều cao antenna nạp vào máy có đúng không, nếu sai sót phải chỉnh sửa ngay. 6. Xử lý số liệu đo GPS và bình sai 6.1 Tính toán khái lược bằng phần mềm Trimble Geomatices Office 1.63 Tính toán khái lược là tìm các giá trị xác suất nhất của các véctơ nối 2 điểm đo đồng thời, đó là DX, DY, DZ trong hệ WGS-84. 6.2 Bình sai lưới Việc bình sai lưới được tiến hành theo phần mềm Trimble Geomatices Office 1.63 của hãng TRIMBLE NAVAGATION. Quá trình bình sai như sau: - Lập lưới GPS từ các kết quả tính khái lược. - Biên tập lại số hiệu điểm theo đúng sơ đồ thiết kế. - Fix các điểm gốc tọa độ và độ cao Nhà nước trong hệ tọa độ VN- 2000, lấy kinh tuyến trục của khu đo. - Bình sai mạng lưới. 7. Đánh giá độ chính xác và báo cáo kết quả Sau khi tính toán bình sai ta tiến hành đánh giá độ chính xác nếu đạt chỉ tiêu kỹ thuật ta tiến hành việc báo cáo kết quả. Kết quả bao gồm bảng tọa độ và độ cao theo hệ tọa độ, độ cao Nhà nước và các sai số mx, my, mh. Trường ĐH Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Đỗ Mạnh Hà - 45 - Trắc địa B -K48 Hình 2.11 Sơ đồ quy trình đo nối khống chế ảnh bằng công nghệ GPS. Khối ảnh Thiết kế điểm KCANN Thiết kế đồ hình đo GPS và xác định thời gian đo Đo GPS ngoại nghiệp Xử lý số liệu đo GPS và bình sai Đánh giá độ chính xác và báo cáo kết quả Điểm gốc tọa độ và độ cao nhà nước Trường ĐH Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Đỗ Mạnh Hà - 46 - Trắc địa B -K48 Chương III Thực nghiệm đo nối khống chế ảnh khu đo bến tre iii.1 Khái quát về khu vực thực nghiệm III.1.1. Tình hình và đặc điểm khu thực nghiệm 1. Đối tượng thực nghiệm Thực nghiệm tại địa bàn thuộc tỉnh Bến Tre với mục tiêu có được bản đồ địa hình tỷ lệ 1: 5000 và mô hình số độ cao (DEM) để xây dựng cơ sở dữ liệu GIS phục vụ phòng chống lũ lụt và phát triển kinh tế - xã hội vùng đồng bằng sông Cửu Long. Công trình được phối hợp thực hiện bởi Trung tâm Viễn thám kết hợp với Viện Nghiên cứu Địa chính. 2. Vị trí khu vực thực nghiệm Khu vực thực nghiệm tỉnh Bến Tre nằm trong phạm vi từ 10000’00” đến 11007’05” vĩ độ Bắc và từ 105026’30” đến 108048’45” kinh độ Đông. Diện tích khu vực đo vẽ bản đồ khoảng 1364 km2 3. Đặc điểm địa lý tự nhiên Đặc trưng địa lý của khu vực này là vùng đồng bằng với nhiều sông, rạch, kênh, mương dày đặc. Địa hình tương đối thuần nhất là đồng bằng bằng phẳng, hệ thống kênh rạch chằng chịt, chia cắt địa hình thành nhiều mảnh riêng biệt và chịu ảnh hưởng ít của lũ lụt hàng năm. Hệ thống thủy văn trong khu vực rất phát triển( mật độ khoảng 0,6 - 0,8 km/km2) với một mạng lưới sông, kênh, rạch chằng chịt nối liền nhau đã tạo ra một diện mạo bề mặt của địa hình bị cắt sẻ lớn. ở đây có hệ thống sông lớn là sông Tiền đổ ra biển bằng ba cửa chính: cửa Đại, cửa Tiểu và cửa Hàm Luông, chia cắt địa bàn tỉnh Bến Tre thành nhiều vùng riêng biệt. Do lượng phù sa lớn của sông Tiền đổ ra biển, nên hàng năm các vùng bãi bồi ven sông, ven biển được bồi tụ rộng lớn hơn. Lớp phủ thực vật chủ yếu là lúa và cây ăn quả chiếm diện tích rộng lớn, ngoài ra còn rừng tràm tự nhiên. Rừng trồng có ở vùng chua phèn và dải ven biển, đặc biệt là ở các vùng bãi ven biển có hệ sinh thái rừng ngập mặn, với loại cây chủ yếu đước, nắm... Khu thực Trường ĐH Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Đỗ Mạnh Hà - 47 - Trắc địa B -K48 nghiệm có khí hậu nhiệt đới gió mùa, nhiệt độ cao khá đều trong năm, trung bình khoảng 27,40C. Khí hậu phân thành 2 mùa rõ rệt: mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 10 và mùa khô từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau. Lượng mưa trung bình hàng năm khoảng 1620mm/năm, độ ẩm khoảng 83%, mùa lũ thường kéo dài trong tháng 7, 8, 9. 4. Đặc điểm kinh tế - xã hội Khu thực nghiệm nằm trong vùng có rất nhiều tiềm năng phát triển kinh tế - xã hội của đồng bằng Cửu Long. Trước hết, đây là một trong những khu vực có diện tích trồng cây ăn quả lớn nhất Nam Bộ; là vùng có lợi thế phát triển du lịch sinh thái nhất ở Việt Nam với các miệt vườn rộng lớn, nhiều loại cây ăn trái ngon, khí hậu mát mẻ, cảnh quan đẹp ở Long Thới - Bến Tre. Ngành nuôi trồng và chế biến thủy sản cũng rất phát triển với mô hình nuôi tôm tại các đầm ở ven biển và vùng nước lợ, nuôi cá trong các bè thả ở trên sông Tiền, vùng biển van các cửa sông. Trong khu vực có nhiều điểm dân cư đô thị như TX. Bến Tre và nhiều thị trấn khác. Do đặc điểm địa lý khu đo có hệ thống kênh, rạch dày đặc, chằng chịt nên mạng lưới giao thông đường thủy rất phát triển là đường giao thông chủ yếu cho việc đi lại giữa các vùng; ở đây có nhiều tuyến đường thủy quan trọng vận tải hành khách và hàng hóa đi lại giữa các tỉnh đồng bằng sông Cửu Long. Hệ thống giao thông đường bộ ít và phân bố không đều, đường ô tô có tuyến đường quốc lộ 1A và các tuyến đường liên tỉnh, liên huyện nối với các điểm dân cư lớn, còn lại là các đường đất chủ yếu chạy dọc theo các bờ kênh rạch, thường bị ngập nước trong mùa mưa nên đi lại gặp nhiều khó khăn. III.1.2 Hiện trạng thông tin tư liệu 1. Các tư liệu tọa độ và độ cao a. Điểm toạ độ Trong khu thực nghiệm có các điểm tọa độ Nhà nước hạng II và hệ thống điểm địa chính cơ sở (ĐCCS) dày đặc. Các điểm tọa độ hạng II đã được tu bổ lại và xây tường bao kiên cố trong các năm từ 1999 đến 2002. Các điểm địa chính cơ sở hầu hết mới được xây dựng nên chất lượng mốc cồn tốt, nhưng một số điểm đến nay đã bị che khuất bởi cây, do đó khi đo GPS cần phải chặt cây mới đảm bảo yêu cầu trong việc thu tín hiệu Trường ĐH Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Đỗ Mạnh Hà - 48 - Trắc địa B -K48 - Điểm tọa độ hạng II và ĐCCS: II-03; II-13; II-16; II-17; II-18; II-35; II-36; II- 37; II-29; II-31; II-32; II-43; II-50; II-51; II-49c; II-48; 682414; 670422; b. Lưới độ cao Trong khu thực nghiệm có các tuyến thủy chuẩn hạng I, II và hạng III quốc gia. Các điểm độ cao hạng I, II được tu bổ lại và xây tường bao kiên cố trong các năm từ 1999 đến 2002 nên còn rất tốt Còn mạng lưới độ cao hạng III trong khu đo được xây dựng từ sau giải phóng (năm 1976). Do mạng lưới được xây dựng cách đây đã lâu (28 năm), lại theo quy phạm 1973, mốc chôn chím sâu cách mặt đất từ 30 đến 50 cm, hơn nữa địa hình, địa vật xung quanh vị trí mốc đến nay thay đổi rất nhiều. Ghi chú các mốc được lập sơ sài, thiếu các yếu tố định hướng chính xác. Đến nay, qua một thời gian dài cộng với tốc độ phát triển của kinh tế xã hội rất nhanh, nhiều khu công nghiệp, khu dân cư được xây dựng và mở rộng, các tuyến đường, kênh mương được tu bổ nâng cấp mở rộng thêm, vì vậy việc tìm mốc cũ gặp nhiều khó khăn. Nhiều mốc hiện nay không tìm thấy hoặc đã bị mất. - Tuyến thủy chuẩn hạng II: Trung Lương – Trà Vinh có 12 điểm: II(TL-TV)1; II(TL-TV)1-1; II(TL-TV)1-2; II(TL-TV) 1-3; II(TL-TV)2; II(TL-TV)3; II(TL-TV)4; II(TL-TV)4-1; II(TL- TV)4-2; II(TL-TV)4-3; II(TL-TV)7; II(TL-TV)8. - Tuyến thủy chuẩn hạng III: Vĩnh Long – Mỏ Cày có 8 điểm: III(VL-MC)1; III(VL-MC)2; III(VL-MC)3; III(VL-MC)4; III(VL-MC)5; III(VL-MC)6; III(VL-MC)7; III(VL-MC)8. Bến Tre – Hưng Nhượng có 6 điểm: III(BT-HN)1; III(BT-HN)2; III(BT-HN)3; III(BT-HN)4; III(BT-HN)5; III(BT-HN)6. c. Lưới tọa độ địa chính do địa phương xây dựng: Trong những năm qua để phục vụ cho việc thành lập bản đồ địa chính các loại tỷ lệ, các địa phương đã tiến hành đo đạc một số mạng lưới địa chính quy đường chuyền cấp I,II. Lưới này chỉ dùng để tham khảo. Với các điểm tọa độ hạng III, hệ thống điểm tọa độ địa chính cơ sở dày đặc và các tuyến thủy chuẩn Nhà nước hạng I, II, III có trong khu vực cho thấy Trường ĐH Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Đỗ Mạnh Hà - 49 - Trắc địa B -K48 đủ điều kiện để tiến hành đo khống chế ảnh cả về mặt phẳng và độ cao phục vụ thành lập bình đồ ảnh và bản đồ địa hình cơ sở 1: 5000. 2. Tư liệu ảnh Khu thực nghiệm Bến Tre được phủ chùm ảnh hàng không thuộc khu C9: gồm có ảnh C9-05, C9-06; Các thông tin cơ bản về tư liệu ảnh hàng không cần sử dụng khu C9 Ngày chụp Tuyến bay SL ảnh Số hiệu ảnh Tỷ lệ ảnh TB 08/3/2005 10 35 36-70 1/22 000 07/1/2006 11 11 533-543 1/22 000 22/2/2006 11 17 591-607 1/22 000 07/1/2006 12 28 514-487 1/22 000 07/1/2006 13 30 456-485 1/22 000 07/1/2006 14 27 455-429 1/22 000 07/1/2006 15 28 400-427 1/22 000 07/1/2006 16 24 376-399 1/22 000 07/1/2006 17 23 350-372 1/22 000 Các thông số kỹ thuật như sau: * Máy chụp ảnh, tiêu cự - Khu C9-06 máy RMK - TOP15; tiêu cự 152,506 mm - Khu C9- 23cm23cm * Độ cao bay chụp - Khu C9-05, C9-06 là: 3365 m * Độ phủ dọc p khoảng: 65 - 75 % * Độ phủ ngang q khoảng: 35 - 45 % * Góc xoay trung bình nhỏ hơn 50 * Độ cong tuyến bay đạt yêu cầu * Góc nghiêng đạt yêu cầu * Tỷ lệ ảnh trung bình 1/ 22 000 Chất lượng phim ảnh tốt, đạt yêu cầu sử dụng. 3. Tư liệu bản đồ  Bản đồ địa hình tỷ lệ 1: 5 000 loại Gauss Trường ĐH Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Đỗ Mạnh Hà - 50 - Trắc địa B -K48 Loại bản đồ này được thành lập bằng phương pháp đo vẽ ảnh lập thể từ năm 1991 đến năm 1997, hệ tọa độ HN - 72, múi 30, kinh tuyến trung ương 1050 và 1080. Cách chia mảnh và danh pháp bản đồ theo quy định của loại bản đồ địa hình Gauss ở tỷ lệ 1: 5 000. Khoảng cao đều cơ bản 1 m, loại bản đồ này đảm bảo các yêu cầu của quy phạm thành lập đo do Cục Đo đạc và Bản đồ Nhà nước trước đây ban hành.  Bản đồ địa hình tỷ lệ 1: 10 000 loại Gauss Đây là loại bản đồ được thành lập bằng phương pháp đo vẽ ảnh lập thể theo ảnh máy bay hoặc là được biên vẽ từ bản đồ tỷ lệ 1: 5000 chính quy về, do vậy nội dung của chúng về cơ bản là đảm bảo độ chính xác và độ tin cậy cần thiết. Tuy nhiên, do bản đồ được thành lập đã khá lâu (1991- 1999), nên nhiều yếu tố kinh tế - xã hội đã không còn hoặc ít còn phù hợp với thực tế. Trong khu đo loại bản đồ này chỉ có rải rác ở một số khu vực nhỏ, bản đồ này chỉ dùng làm tài liệu tham khảo.  Bản đồ địa hình tỷ lệ 1: 25 000, 1: 50 000 loại VN 2000 Bản đồ địa hình tỷ lệ 1: 25 000, 1:50 000 phủ trùm toàn bộ khu đo đã có ở dạng số, do Trung tâm Viễn thám hiện chỉnh năm 2001 - 2003 theo ảnh vệ tinh SPOT 4 (loại Panchromatic) chụp năm 2001. Loại bản đồ này được sử dụng để tham khảo trong công tác điều vẽ ảnh, lập sơ đồ thiết kế đo vẽ, lưới khống chế ảnh.  Bản đồ địa hình tỷ lệ 1: 100 000 loại VN 2000 và 1: 250 000 Bản đồ địa hình tỷ lệ 1: 100 000 loại VN 2000 do Nhà Xuất bản Bản đồ thành lập bằng phương pháp biên vẽ từ bản đồ địa hình tỷ lệ 1: 50 000 trong các năm 2002 - 2005. Chất lượng bản đồ này hoàn toàn theo loại bản đồ gốc là bản đồ tỷ lệ được dùng để thành lập. Do vậy có nhiều khu vực nội dung bản đồ thông tin đã cũ, ít hoặc không phù hợp với thực tế. Bản đồ ở tỷ lệ 1: 250 000 đang được lưu hành và sử dụng ở dạng bản đồ nền trong hệ HN - 72 do Nhà Xuất bản Bản đồ biên vẽ năm 1996- 1998 từ bản đồ UTM có chỉnh lý một số yếu tố kinh tế - xã hội và đã được số hóa. Hiện nay Nhà Xuất bản Bản đồ đã và đang tiếp tục biên vẽ và số hóa theo bản đồ địa hình tỷ lệ 1: 100 000.  Bản đồ địa chính chính quy do địa phương xây dựng Trường ĐH Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Đỗ Mạnh Hà - 51 - Trắc địa B -K48 Đây là loại bản đồ địa chính chính quy do địa phương xây dựng với nhiều loại tỷ lệ từ 1: 500 đến 1: 5 000. Các vùng đô thị, vùng ven đô thị, vùng kinh tế trọng điểm thành lập ở tỷ lệ 1: 500, 1: 100, 1: 2 000, còn lại thành lập ở tỷ lệ 1: 5000. Nội dung của bản đồ đại chính gồm ranh giới các thửa đất, diện tích và loại đất. Độ chính xác của bản đồ địa chính đảm bảo yêu cầu trong quy phạm thành lập bản đồ địa chính theo tỷ lệ tương ứng, tài liệu này sử dụng để tham khảo phục vụ công việc điều vẽ ảnh và bổ sung nội dung trong công tác biên tập bản đồ đại hình cơ sở. III.2 các bước xử lý số liệu 1. Tạo Project và định nghĩa hệ tọa độ Trước khi bắt đầu xử lý số liệu một mạng lưới mới ta phải tạo một Project mới để chứa lưới đó. Cách làm như sau: - Khởi động mudul xử lý số liệu (TGOffice), menu chính của chương trình sẽ hiện ra như hình 3.1 Hình 3.1 - Vào menu File chọn New Project cửa sổ New Project xuất hiện như hình 3.2 Trường ĐH Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Đỗ Mạnh Hà - 52 - Trắc địa B -K48 Hình 3.2 - Nhập tên Project(Name), chọn đơn vị metric, sau đó chọn nút OK cửa sổ Project Properties như hình 3.3 Hình 3.3 - Chọn Coordinate Sytem xuất hiện cửa sổ như hình 3.4 Trường ĐH Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Đỗ Mạnh Hà - 53 - Trắc địa B -K48 Hình 3.4 - Chọn Change trong phần Coordinate system settings cửa sổ Select Coordinate System xuất hiện như hình 3.5 Hình 3.5 Trường ĐH Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Đỗ Mạnh Hà - 54 - Trắc địa B -K48 - Chọn New System ấn nút Next cửa sổ Select Coordinate System Type kích chuột vào Coordinate System And Zone. Hình 3.6 - Chọn nút Next cửa sổ Select Coordinate System Zone xuất hiện như hình 3.7 chọn hệ tọa độ VN2000 ở cửa sổ Coordinate System Group, chọn kinh tuyến trục 105m3 ở cửa sổ Zone. Hình 3.7 Trường ĐH Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Đỗ Mạnh Hà - 55 - Trắc địa B -K48 - Chọn nút Next cửa sổ Seclect Geoid Model xuất hiện, chọn EGM96(Global) sau đó chọn nút Finish, cửa sổ Project Properties xuất hiện như hình 3.3 chọn nút Apply ta sẽ có mành hình của chương trình như hình 3.9 Hình 3.8 Hình 3.9 Trường ĐH Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Đỗ Mạnh Hà - 56 - Trắc địa B -K48 2. Trút số liệu từ máy thu GPS Trước khi tính toán ta phải trút số liệu vào Project để ở trong file Checkin, số liệu vào là file*.DAT có trong máy thu, trong Project khác hoặc các file*.ssf là các cạnh đã được xử lý. Khi trút số liệu ta chọn đường dẫn vào Checkin ở Project vừa tạo. - Chọn mudul Data Transfer xuất hiện cửa sổ như hình 3.10 Hình 3.10 3. Nhập tên điểm, chiều cao antenna và đưa điểm đo vào chương trình Sau khi đã trút số liệu từ những máy thu ta tiến hành nhập tên điểm và chiều cao antenna (với những máy chưa nhập khi đo), cách làm như sau: - Từ cửa sổ chính của chương trình như hình 3.9 vào menu File chọn Import cửa sổ Import xuất hiện như hình 3.10, chọn GPS data file(*.dat) Trường ĐH Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Đỗ Mạnh Hà - 57 - Trắc địa B -K48 Hình 3.11 - Chọn nút OK cửa sổ Open xuất hiện như hình 3.11 Hình 3.12 - Chọn Open cửa sổ Dat checkin xuất hiện như hình 3.12, ta tiến hành nhập tên điểm (Name) và chiều cao antenna (Antenna Height) như hình 3.13 Hình 3.13 4. Xử lý tín hiệu vệ tinh và tính baseline Sau khi nhập tên điểm và chiều cao Antenna, ta tiến hành xử lý tín hiệu vệ tinh. Vì trong lúc đo không phải lúc nào tín hiệu cũng ổn định do nhiều nguyên nhân đã nêu ở chương II. Cách xử lý như sau: - Vào menu View chọn Timeline ta có cửa sổ chính của chương trình như hình 3.14. Ta tiến hành cắt những tín hiệu vệ tinh bị nhiễu. Trường ĐH Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Đỗ Mạnh Hà - 58 - Trắc địa B -K48 Hình 3.14 - Khi xử lý xong tín hiệu vệ tinh ta tiến hành tính baseline như sau: Từ menu Survey chọn Process GPS Baselines cửa sổ GPS Processing như hình 3.15. Hình 3.15 Chọn nút Save để lưu kết quả ta sẽ được màn hình chính của chương trình như hình 3.16 Trường ĐH Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Đỗ Mạnh Hà - 59 - Trắc địa B -K48 Hình 3.16 5. Fix các điểm gốc tọa độ, độ cao nhà nước và bình sai Sau khi đã tính xong các baseline ta tiến hành Fix các điểm tạo độ và độ cao nhà nước. Cách làm như sau: - Từ menu Adjustment chọn Points cửa sổ Points xuất hiện ta tiến hành nhập điểm tọa độ và độ cao như hình 3.17. Hình 3.17 - Khi Fix xong các điểm tọa độ và độ cao ta tiến hành bình sai, từ menu Adjustment chọn Adjust( 23 lần) như hình 3.18 Trường ĐH Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Đỗ Mạnh Hà - 60 - Trắc địa B -K48 Hình 3.18 Để xem kết quả, từ menu Reports chọn Network Adjustment Reports như hình 3.19 Hình 3.19 Trường ĐH Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Đỗ Mạnh Hà - 61 - Trắc địa B -K48 III. Đánh giá độ chính xác và kết quả Theo quy phạm thành lập bản đồ địa hình tỷ lệ 1: 5 000, khi đo nối khống chế ảnh các yêu cầu độ chính xác cần phải đạt là: * Sai số trung phương vị trí mặt phẳng là: m s = 0,1 mm Mbđ = 500 mm = 0,5 m * Sai số trung phương độ cao là: m h = 1m 4 1 = 0.25 m * Các chỉ tiêu khi đo nối bằng công nghệ GPS - Máy thu một tần: RMS  0,04; Ratio  1,5: Reference variance  20 - Máy thu hai tần: RMS  0,04; Ratio  1,5: Reference variance  10 Từ kết quả bình sai ở phần phụ lục so sánh với yêu cầu trên ta có thể kết luận: lưới đo đạt độ chính xác để thành lập bản đồ địa hình tỷ lệ 1: 5 000. Trường ĐH Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Đỗ Mạnh Hà - 62 - Trắc địa B -K48 Kết luận Qua một thời gian nghiên cứu tài liệu và thực hiện đề tài “Đo nối khống chế ảnh ngoại nghiệp bằng công nghệ GPS” cùng với sự hướng dẫn của thầy giáo ThS Trần Trung Anh và tập thể cán bộ công nhân viên trong Viện Nghiên Cứu Địa Chính đã giúp em hoàn thành đồ án. Từ kết quả thực hiện đồ án, em rút ra một số kết luân sau: 1. Công nghệ GPS ra đời đã làm cho công tác trắc địa có được một phương tiện đo đạc hiện đại với nhiều tính năng ưu việt đáng kể so với các phương pháp truyền thống, đặc biệt trong lĩnh vực vẫn thường gọi là công tác khống chế tọa độ. 2. Một số ưu điểm của hệ thống định vị GPS - Khi đo nối khống chế ảnh ngoại nghiệp bằng công nghệ GPS sẽ đảm bảo khả năng liên kết của đồ hình, giảm thiểu được số lượng điểm khống chế ngoại nghiệp và cho phép liên kết khối và mô hình là rất tốt. - Khi dùng công nghệ GPS để đo ta không cần quan tâm đến việc các điểm có thông hướng với nhau không, không phụ thuộc vào đồ hình và khoảng cách giữa các điểm. - Cho kết quả nhanh và chính xác tiết kiệm được rất nhiều thời gian công sức khi thành lập bản đồ so với các phương pháp truyền thống. Mặc dù đã có nhiều cố gắng, song do thời gian dành cho việc nghiên cứu trong khuôn khổ một đề tài tốt nghiệp quá ngắn và kinh nghiệm thực tế sản xuất chưa có nên kết quả thu được sẽ không tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong được sự chỉ dẫn của các thầy cô giáo và sự góp ý của các bạn đồng nghiệp. Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng 06 năm 2008 Sinh viên Đỗ Mạnh Hà Trường ĐH Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Đỗ Mạnh Hà - 63 - Trắc địa B -K48 Tài liệu tham khảo [1] GS.TSKH. Trương Anh Kiệt, Trắc địa ảnh “Phần công tác tăng dày khống chế ảnh”, Hà Nội - 2004. [2] Đỗ Ngọc Đường, Đặng Nam Chinh, “Bài giảng công nghệ GPS”, Hà Nội tháng 01 năm 2007 [3] Phạm Hoàng Lân, “Công nghệ GPS(Dùng cho cao học ngành trắc địa)” Hà Nội 1997 [4] Trần Bạch Giang, Phan Ngọc Mai. “ứng dụng công nghệ định vị toàn cầu GPS trong đo đạc - bản đồ”, Hà Nội 2004 [5] Tổng cục Địa Chính, “ Thông tư: Hướng dẫn áp dụng hệ quy chiếu và hệ tọa độ quốc gia VN - 2000”, Hà Nội ngày 20 tháng 6 năm 2006 [6] Bộ xây dựng, “ Quyết định: về việc ban hành TCXDVN 364:2006( Tiêu chuẩn kỹ thuật đo và xử lý số liệu GPS trong trắc địa công trình)”, Hà Nội ngày 28 tháng 2 năm 2006. [7] Bộ tài nguyên và môi trường, “ Quyết định kỹ thuật: thành lập bản đồ địa hình tỷ lệ 1: 2000 và 1: 5000 bằng công nghệ ảnh số” Hà Nội ngày 21 tháng 12 năm 2005.