Khảo sát ảnh hưởng của chiều dài vectơ cạnh và chênh cao trong quan trắc dùng GPS
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (429.15 KB, 3 trang )
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021. ISBN: 978-604-82-5957-0
KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA CHIỀU DÀI VECTƠ CẠNH
VÀ CHÊNH CAO TRONG QUAN TRẮC DÙNG GPS
Nguyễn Trung Kiên
Trường Đại học Thủy lợi, email:
1. GIỚI THIỆU CHUNG
Công nghệ GPS đã trải qua những bước
tiến lớn và được ứng dụng rộng rãi trong
quan trắc chuyển vị, như: quan trắc mái dốc,
đập, v.v... Quan trắc chuyển vị dùng GPS
được thực hiện bằng cách thiết lập mạng lưới
các điểm quan trắc, cho phép thu được độ
chính xác đến milimet (Shimizu, 2013). Các
cảm biến GPS giá rẻ và phần mềm mã nguồn
mở cũng được nghiên cứu gần đây, nhằm mở
rộng phạm vi quan trắc bằng việc tăng số
lượng cảm biến trong khi chi phí cho dịch vụ
quan trắc khơng thay đổi đáng kể. Bài báo
này khảo sát ảnh hưởng của chiều dài vectơ
cạnh (baseline) và chênh cao giữa trạm cơ sở
và trạm đo trong quan trắc chuyển vị dùng
GPS. Phần mềm mã nguồn mở - RTKLIB và
cảm biến giá rẻ U-blox được sử dụng trong
các thí nghiệm với chiều dài vectơ cạnh và
chênh cao khác nhau.
2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Phần mềm mã nguồn mở - RTKLIB
RTKLIB là phần mềm mã nguồn mở có khả
năng phân tích các kết quả đo đạc của hầu hết
các hệ thống vệ tinh (GPS, GLONASS,
Galileo, QZSS, Beidou và SBAS) (Takasu,
2013). Phần mềm này hỗ trợ nhiều chế độ định
vị (Single, DGPS/ DGNSS, Kinematic, Static,
Moving-Baseline, Fixed, PPP-Kinematic, PPPStatic và PPP-Fixed) (Hình 1). Ngồi ra,
RTKLIB cho phép truyền các dữ liệu thông
qua NTRIP, TCP/IP, Serial và hỗ trợ nhiều
định dạng dữ liệu cải chính RTCM khác nhau.
Nghiên cứu này ứng dụng chương trình
RTKPOST của thư viện RTKLIB được sử dụng
để phân tích các dữ liệu của các thí nghiệm.
Hình 1. Giao diện cấu hình chế độ
phân tích trong RTKLIB
2.2. Phần cứng
Cảm biến thu nhận dùng chip GPS của
U-blox và anten dạng xoắn ốc được sử dụng
trong các thí nghiệm (Hình 2). Ưu điểm nổi
bật của cảm biến và anten này là giá thành rẻ.
Loại cảm biến này cho phép thu một tần số
L1 (1575.42 MHz) và có khả năng cung cấp
dữ liệu thô. Cảm biến này cho phép thu nhận
tín hiệu từ hệ thống vệ tinh GPS.
Để giảm sai số do hiện tượng đa tuyến
(multipath) gây ra, một tấm phẳng đường
kính 200 mm được sử dụng. Tấm này cho
phép hấp thụ sóng ở mặt trước và phản xạ ở
mặt sau.
160
Hình 2. Cảm biến GPS và anten
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021. ISBN: 978-604-82-5957-0
3. MƠ HÌNH THÍ NGHIỆM
Quan trắc chuyển vị thường u cầu độ
chính xác cao. Do đó, phương pháp định vị
tương đối tĩnh (static) được sử dụng cho
những ứng dụng yêu cầu độ chính xác cao
như quan trắc đập, mái dốc, v.v... Khi định vị
tương đối, hai cảm biến được sử dụng đặt tại
trạm cơ sở và trạm đo. Vectơ cạnh giữa hai
trạm này được tạo ra.
Để nghiên cứu ảnh hưởng của chiều dài
vectơ cạnh và chênh cao khác nhau, ba thí
nghiệm được thực hiện (Bảng 1). Các thí
nghiệm có chiều dài vectơ cạnh là 10m,
100m, 200m và chênh cao tương ứng là 0m,
30m, 100m.
Chiều dài
vectơ cạnh (m)
Chênh cao
(m)
10
0
100
30
200
100
Hình 4. Kết quả với chiều dài vectơ cạnh
là 10m, chênh cao là 0m
4.2. Thí nghiệm với chiều dài vectơ cạnh
là 100m, chênh cao là 35m
Trong thí nghiệm này, cảm biến của trạm
cơ sở được đặt dưới sân. Trong khi đó, cảm
biến của trạm đo được đặt trên nóc của tịa
nhà 8 tầng.
Độ lệch chuẩn thu được lần lượt là khoảng
2mm theo phương ngang và 5mm theo
phương đứng (Hình 5).
Bảng 1. Thơng tin về các thí nghiệm
Thí nghiệm
bởi , thu được bằng phân tích tĩnh lần lượt
là khoảng 1mm theo phương ngang và 2mm
theo phương đứng.
4. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM
4.1. Thí nghiệm với chiều dài vectơ cạnh
là 10m, chênh cao là 0m
Hình 3 chỉ ra vị trí của cảm biến GPS
trong thí nghiệm. Hai cảm biến được đặt trên
nóc tịa nhà 8 tầng.
Hình 5. Kết quả với chiều dài vectơ cạnh
là 100m, chênh cao là 35m
4.3. Thí nghiệm với chiều dài vectơ cạnh
là 200m, chênh cao là 100m
Hình 3. Cảm biến GPS khi thí nghiệm với
chiều dài vectơ cạnh là 10m, chênh cao là 0m
Hình 4 trình bày kết quả thí nghiệm được
phân tích bằng phần mềm RTKLIB. Độ lệch
chuẩn (standard deviation), được biểu diễn
161
Hình 6. Thí nghiệm
với chiều dài vectơ
cạnh là 200m, chênh
cao là 100m
(Ảnh: Google Earth)
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021. ISBN: 978-604-82-5957-0
Thí nghiệm được thực hiện tại một mái
dốc đứng (Hình 6). Trong đó, trạm cơ sở
được đặt ở chân dốc và trạm đo được đặt trên
sườn dốc.
(a) Ảnh hưởng của chiều dài vectơ cạnh
Hình 7. Kết quả phân tích với vectơ cạnh
là 200m, chênh cao là 100m
Kết quả phân tích bằng RTKLIB được thể
hiện ở Hình 7. Mặc dù chiều dài vectơ cạnh và
chênh cao lớn hơn hai thí nghiệm trên, độ lệch
chuẩn thu được lần lượt là khoảng 4mm theo
phương ngang và 7mm theo phương đứng.
4.4. Ảnh hưởng của chiều dài vectơ cạnh
và chênh cao
Bảng 2 tổng hợp kết quả độ lệch chuẩn
trong các thí nghiệm với vectơ cạnh khác nhau.
Bảng 2. Độ lệch chuẩn trong các thí nghiệm
với vectơ cạnh khác nhau
Thí nghiệm Chiều dài vectơ cạnh/ Chênh cao
10m/
0m
100m/
35m
200m/
100m
X
0.8
1.9
3.5
Y
0.8
1.9
3.6
S
1.9
4.5
6.4
Phương
(b) Ảnh hưởng của chênh cao
Hình 8. Ảnh hưởng của chiều dài vectơ
cạnh và chênh cao
5. KẾT LUẬN
Ba thí nghiệm sử dụng cảm biến U-blox
được thực hiện; Kết quả được phân tích bởi
phần mềm mã nguồn mở RTKLIB cho thấy:
- Độ lệch chuẩn thu được khoảng 2mm
theo phương ngang và 4mm theo phương
đứng khi chiều dài vectơ cạnh nhỏ hơn 100m
và chênh cao nhỏ hơn 35m;
- Việc sử dụng hiệu quả cảm biến giá rẻ
U-blox và phần mềm mã nguồn mở cho phép
tăng số lượng cảm biến quan trắc chuyển vị,
trong khi chi phí đầu tư cho quan trắc không
thay đổi nhiều so với khi dùng các cảm biến
và phần mềm đo đạc chuyên dụng hiện nay.
6. TÀI LIỆU THAM KHẢO
Hình 8 trình bày ảnh hưởng của chiều dài
vectơ cạnh và chênh cao đến độ lệch chuẩn của
kết quả thí nghiệm. Độ lệch chuẩn thu được đạt
khoảng 2mm theo phương ngang và 4mm theo
phương đứng khi chiều dài vectơ cạnh nhỏ hơn
100m và chênh cao nhỏ hơn 35m. Độ lệch
chuẩn tăng lên gần hai lần khi chiều dài vectơ
cạnh là 200m và chênh cao là 100m.
[1] Shimizu, N., Nakashima, S., Masunari,
T. 2013. ISRM Suggested Method for
Monitoring Rock Displacements Using the
Global Positioning System (GPS). Rock
Mechanics and Rock Engineering volume
47, 313–328.
[2] Takasu, T. 2013. RTKLIB: An open
source program package for GNSS
positioning. [Online]. Available at:
.
162
