Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020. ISBN: 978-604-82-3869-8

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU GPS
VÀ ỨNG DỤNG TRONG QUAN TRẮC MÁI DỐC, ĐẬP
Nguyễn Trung Kiên
Bộ mơn Địa kỹ thuật, Khoa Cơng trình, Trường Đại học Thủy lợi
Email:

1. GIỚI THIỆU CHUNG

Quan trắc đóng vai trò quan trọng trong
đánh giá ổn định, kiểm tra phương án thiết kế
trong quá trình xây dựng và vận hành của cơng
trình. Cơng tác quan trắc nên được thực hiện tự
động, liên tục với độ chính xác cao. Hơn nữa,
giá thành phải thấp và dễ dàng thực hiện.
Hệ thống định vị toàn cầu (Global
Positioning System - GPS) được ứng dụng
rộng rãi trong quan trắc chuyển vị cơng trình.
Nghiên cứu này trình bày tổng quan về hệ
thống định vị tồn cầu GPS, các nguồn sai số
trong kết quả đo và ứng dụng trong quan trắc
chuyển vị mái dốc, đập.

từ trái đất. Máy thu tín hiệu tính tốn vị trí
tương đối giữa các vệ tinh và nó hình 1. GPS
được ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống
định vị như hàng không, giao thông, đường
thủy...
Định vị GPS được chia ra làm 2 loại hình
cơ bản là định vị tuyệt đối và định vị tương

đối. Định vị tuyệt đối dùng 1 máy thu GPS
nhận tín hiệu cùng lúc từ tối thiểu 4 vệ tinh
để xác định tọa độ của nó hình 2a. Do sai số
đồng hồ và các yếu tố mơi trường truyền
sóng khác nên độ chính xác của định vị tuyệt
đối đạt từ 30 - 100m.

2. HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU

Hệ thống định vị toàn cầu (GPS) được
phát triển bởi Hoa Kỳ. Hệ thống được thiết
lập như là một phương pháp chỉ đường và
khảo sát khu vực rộng lớn.
(a) Định vị tuyệt đối

Hình 1. Tính tốn khoảng cách giữa vệ tinh
GPS và máy thu
Ban đầu, hệ thống có 24 vệ tinh quay
quanh quỹ đạo ở khoảng cách hơn 20.000 km
204

(b) Định vị tương đối
Hình 2. Phương pháp định vị GPS


Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020. ISBN: 978-604-82-3869-8

Định vị tương đối dùng 2 máy thu GPS
nhận tín hiệu cùng lúc từ cùng các vệ tinh
hình 2b. Một máy thu được đặt tại điểm biết

tọa độ, máy còn lại đặt tại điểm cần xác định
tọa độ. Định vị tương đối cho phép xác định
các chuyển vị với độ chính xác cao và được
ứng dụng rộng rãi trong quan trắc cơng trình
như: mái dốc, đập, cầu, khu mỏ và các cơ sở
hạ tầng khác.
Hiện nay, các thiết bị thu nhận tín hiệu GPS
được phát triển nhanh chóng với các tần số
tăng đến 50-100 Hz với các kỹ thuật đo đạc,
quan trắc có độ chính xác đến vài millimet
(Roberts và nnk, 2004; Shimizu và nnk, 2014).
Tuy nhiên, giá thành của thiết bị và phần mềm
trong một số trường hợp tương đối lớn, làm
hạn chế việc ứng dụng rộng rãi phương pháp
quan trắc này. Do đó, các thiết bị GPS giá rẻ
hơn đang được nhiều nhà nghiên cứu thử
nghiệm (Nguyễn Trung Kiên, 2019).

Technologies, Inc. Đây là một hệ thống trạm
GPS quan trắc theo thời gian thực. 3D Tracker
cung cấp kết quả quan trắc liên tục và tự động
đưa cảnh báo khi chuyển vị vượt các ngưỡng
cảnh báo (wwww.condorearth.com).
CODMS: Hệ thống được phát triển ở Đại
học kỹ thuật Graz, Áo. Hệ thống cung cấp kết
quả quan trắc gần thời gian thực và được ứng
dụng trong quan trắc nhiều khối trượt tại Áo
(Hartinger và Brunner, 2000).
GeoMoS: Leica GeoMoS là một hệ thống
quan trắc chuyển vị dựa trên GPS. Hệ thống

được ứng dụng cho quan trắc kết cấu, mái dốc,
núi lửa, sụt lún (www.leica-geosystems.com).
Shamen-net: Hệ thống được phát triển bởi
sự hợp tác giữa Đại học Yamaguchi và Tập
đoàn Kokusai Kogyo, Nhật Bản. Hệ thống
cung cấp kết quả quan trắc theo thời gian
thực qua website.

3. CÁC NGUỒN SAI SỐ TRONG KẾT
QUẢ ĐO GPS

Việc định vị bằng hệ thống GPS chịu ảnh
hưởng của nhiều yếu tố sai số khác nhau:
- Sai số do đồng hồ;
- Sai số quỹ đạo vệ tinh;
- Sai số do ảnh hưởng của tầng Ion;
- Sai số do ảnh hưởng của tầng đối lưu;
- Sai số do tầm nhìn vệ tinh và sự trượt
chu kỳ;
- Sai số do hiện tượng đa tuyến;
- Sai số do sự suy giảm độ chính xác
(DOPs) do đồ hình các vệ tính;
- Tâm pha của Anten.
Do các sai số ảnh hưởng đến độ chính xác
của phép đo, các phương pháp hiệu chỉnh sai
số cần được áp dụng để giảm thiểu sai số
(Shimizu và nnk, 2014).

Hình 3. Hệ thống Shamen-net quan trắc
chuyển vị dùng GPS (Shimizu và nnk, 2014)

5. ỨNG DỤNG GPS TRONG QUAN
TRẮC MÁI DỐC, ĐẬP

5.1. Mái dốc

4. MỘT SỐ HỆ THỐNG QUAN TRẮC
CHUYỂN VỊ DÙNG GPS

Nhiều hệ thống quan trắc cơng trình dùng
GPS được phát triển bởi các nhà sản xuất,
các trường Đại học và các nhóm nghiên cứu
trên thế giới.
3D TRACKER: Hệ thống là một sản phẩm
của sự hợp tác giữa Trimble và Condor Earth
205

Hình 4. Ứng dụng GPS trong quan trắc
chuyển vị mái dốc


Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020. ISBN: 978-604-82-3869-8

(Hình 4) chỉ ra ứng dụng GPS trong quan
trắc chuyển vị mái dốc. Quan trắc chuyển vị
liên tục được thực hiện từ 11/3/2013 dùng hệ
thống Shamen-net. Việc thu nhận dữ liệu, phân
tích kết quả, hiệu chỉnh sai số và cung cấp kết
quả chuyển vị được thực hiện tự động.
Hệ thống cho phép quan trắc liên tục
chuyển vị theo 3 phương với độ chính xác

cao. Hệ thống có thể ghi nhận được kết quả
chuyển vị từ vài mm/tháng trong mùa khô từ
tháng 3 - 6/2013 đến vài chục mm/tháng (44
mm/tháng) trong mùa mưa từ giữa tháng 69/2013 (Nguyễn Trung Kiên, 2019) (hình 5).

Hệ thống GPS được ứng dụng để quan trắc
chuyển vị của đập Ishibuchi, Nhật Bản.
Chuyển vị liên tục được quan trắc và hệ
thống ghi nhận được những chuyển vị do
động đất mạnh xảy ra.
Kết quả chỉ ra chấn động chính gây ra
chuyển vị khoảng 10 mm theo hướng hạ lưu,
3 mm theo hướng vai phải và 10 mm độ lún
tại G-9. Dư chấn lớn nhất gây ra chuyển vị
khoảng 2 mm về phía hạ lưu và khoảng 2
mm độ lún (Kobori và nnk, 2014).
6. KẾT LUẬN

Hệ thống định vị toàn cầu GPS được ứng
dụng rộng rãi trong quan trắc cơng trình. Độ
chính xác của phép đo chịu ảnh hưởng của
nhiều yếu tố, độ chính xác cao đến millimet thu
được khi áp dụng các phép hiệu chỉnh sai số.
Nghiên cứu này trình bày ví dụ về ứng
dụng của hệ thống quan trắc chuyển vị dùng
GPS ở mái dốc và đập đá đổ. Kết quả chỉ ra
hệ thống cho phép ghi nhận các chuyển vị
từ vài mm/tháng đến vài chục mm/tháng.
Hơn nữa, hệ thống cũng ghi nhận được các
chuyển vị do ảnh hưởng của động đất mạnh

gây ra.
7. TÀI LIỆU THAM KHẢO

Hình 5. Kết quả chuyển vị theo 3 phương
(Nguyễn Trung Kiên, 2019)
5.2. Đập đá đổ

Hình 6. Kết quả chuyển vị của điểm G-4, G-9
và G-14 (Kobori và nnk, 2014)

[1] Hartiger, H. và Brunner, F.K. 2000. Phát
triển hệ thống quan trắc trượt lở dùng GPS.
Kỷ yếu Hội nghị lần thứ 9 về quan trắc biến
dạng, FIG, 29-38.
[2] Kobori, T., Yamaguchi, Y., Nakashima, S.,
Shimizu, N. 2014. Quan trắc chuyển vị của
đập đá đổ trước, trong và sau khi động đất
mạnh tại Nhật Bản dùng GPS. Kỷ yếu Hội
nghị Hội Cơ học đá thế giới 2014 – Hội
nghị Cơ học đá châu Á lần thứ 8 (ARMS8),
930-938.
[3] Nguyễn Trung Kiên 2019. Quan trắc
chuyển vị liên tục dùng GPS và ứng dụng
cho mái dốc lớn. Luận án tiến sĩ. Đại học
Yamaguchi, Nhật Bản.
[4] Roberts, G. W., Meng, X., Dodson, A. H.
2004. Tích hợp hệ thống định vị toàn cầu và
máy đo gia tốc để quan trắc độ võng của cầu.
Tạp chí Kỹ thuật khảo sát, 130(2), 65-72.


206