TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI



BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN




KHẢO SÁT ĐỘ CHÍNH XÁC ĐO DÀI CỦA MÁY TOÀN

ĐẠC ĐIỆN TỬ VÀ GPS THÔNG DỤNG




Nhóm ngành khoa học: Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông









Hà nội, ngày 15 tháng 04 năm 2015








000000000000000000000000000000







TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI



BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN




KHẢO SÁT ĐỘ CHÍNH XÁC ĐO DÀI CỦA MÁY TOÀN
ĐẠC ĐIỆN TỬ VÀ GPS THÔNG DỤNG


Thuộc nhóm ngành khoa học : Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông

Sinh viên thực hiện : Đoàn Văn Hiếu Nam
Hà Văn Vương Nam
Lê Duy Ngọc Nam
Dân tộc: Kinh
Lớp: Công trình giao thông thành phố Khoa: Công trình Năm thứ: 2/4,5 năm
Ngành học: Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông
Sinh viên chịu trách nhiệm chính thực hiện đề tài: Đoàn Văn Hiếu

Người hướng dẫn: ThS. Hồ Sỹ Diệp


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 3
1.1 MÁY TOÀN ĐẠC ĐIỆN TỬ 3
1.1.1 Giới thiệu tổng quan về cấu tạo máy toàn đạc điện tử 3
1.1.2 Nguyên lý đo khoảng cách bằng sóng điện từ 6
1.1.3 Các chương trình đo tiện ích của máy toàn đạc điện tử. 7
1.2 THIẾT BỊ ĐO GPS 13
1.2.1 Hệ thống định vị toàn cầu GPS (Global Positioning System - GPS) 13
1.2.2 Các đại lượng đo GPS 18
1.2.3 Nguyên lý và kỹ thuật định vị vệ tinh 20
1.2.4 Kỹ thuật đo GPS 23
CHƯƠNG 2 29
KHẢO SÁT ĐỘ CHÍNH XÁC ĐO DÀI CỦA MÁY TOÀN ĐẠC ĐIỆN TỬ VÀ
GPS THÔNG DỤNG 29
2.1 KHẢO SÁT ĐỘ CHÍNH XÁC ĐO DÀI CỦA MÁY TOÀN ĐẠC ĐIỆN TỬ VÀ
GPS THÔNG DỤNG TRÊN LÝ THUYẾT 29
2.1.1 Cơ sở lý thuyết 29
2.1.2.Tính sai số đo khoảng cách theo lý thuyết 29
2.1.3 So sánh độ chính xác đo dài của Toàn Đạc điện tử và GPS thông dụng 31
2.2 THỰC NGHIỆM KHẢO SÁT ĐỘ CHÍNH XÁC CỦA MÁY TOÀN ĐẠC ĐIỆN
TỬ VÀ GPS THÔNG DỤNG 32
2.2.1 Lập lưới khống chế mặt bằng bằng máy toàn đạc điện tử và máy GPS 32
2.2.2 Kết quả thực nghiệm 34
TÀI LIỆU THAM KHẢO 38
PHỤ LỤC 1 40
PHỤ LỤC 2 43



TRƯỜNG ĐẠI HỌC GTVT
THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI

1.Thông tin chung:
- Tên đề tài: “Khảo sát độ chính xác đo dài của máy toàn đạc điện tử và GPS thông
dụng”.
- Sinh viên thực hiện: Đoàn Văn Hiếu, Hà Văn Vương, Lê Duy Ngọc
- Lớp: Công trình giao thông thành phố Khoa: Công trình
- Năm thứ: 2 Số năm đào tạo: 4,5 năm.
- Người hướng dẫn: ThS. Hồ Sỹ Diệp
2.Mục tiêu đề tài:
Tìm hiểu về máy toàn đạc điện tử và GPS (cấu tạo, chức năng) trong đó, tập
trung nghiên cứu chức năng đo khoảng cách. Từ đó, khảo sát độ chính xác đo dài của
máy Toàn đạc điện tử và GPS thông dụng trên lý thuyết. Sau đó, tiến hành đo thực
nghiệm để so sánh độ chính xác giữa hai thiết bị đo.
3. Tính mới và sáng tạo:
Nhóm sinh viên đã tiếp cận và áp dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết
hợp với thực nghiệm để so sánh.
4. Kết quả nghiên cứu:
Đã thực hiện được mục tiêu. Cụ thể là:
- Hiểu biết thêm về máy toàn đạc điện tử và thiết bị GPS.
- Kiểm nghiệm được độ chính xác của máy toàn đạc điện tử và thiết bị đo GPS so
với công thức lí thuyết.
5.Đóng góp về mặt kinh tế - xã hội, giáo dục và đào tạo, an ninh quốc phòng và
khả năng áp dụng của đề tài :
Ngày 15 tháng 04 năm 2015
Sinh viên chịu trách nhiệm chính
thực hiện đề tài

Đoàn Văn Hiếu

Nhận xét của người hướng dẫn về những đóng góp khoa học của sinh viên thực
hiện đề tài:

Thông qua việc thực hiện đề tài, nhóm sinh viên đã có thời gian nghiên cứu lý
thuyết về chức năng, cấu tạo, độ chính xác và ứng dụng của máy toàn đạc điện tử và
máy GPS.
Đồng thời nhóm sinh viên đã được thực hiện các thao tác về máy toàn đạc điện tử
và máy GPS sâu hơn, đó là điều mà sinh viên khoa công trình rất cần khi ra làm ngoài
thực tế sản xuất.
Nhóm sinh viên đã đưa ra được những kết luận so sánh giữa nghiên cứu lý thuyết
và thực nghiệm về độ chính xác đo dài của máy toàn đạc điện tử và GPS.
Trong quá trình làm đề tài, nhóm sinh viên nghiên cứu đã thể hiện được sự
nghiêm túc, cách tiếp cận vấn đề mới và cách làm việc theo nhóm.
Ngày 15 tháng 04 năm 2015
Người hướng dẫn


ThS. Hồ Sỹ Diệp










TRƯỜNG ĐẠI HỌC GTVT
THÔNG TIN VỀ SINH VIÊN
CHỊU TRÁCH NHIỆM CHÍNH THỰC HIỆN ĐỀ TÀI
I.SƠ LƯỢC VỀ SINH VIÊN
Họ và tên: Đoàn Văn Hiếu

Sinh ngày: 16 tháng 11 năm 1994
Nơi sinh: An Đức – Ninh Giang – Hải Dương
Lớp: Công trình giao thông thành phố Khóa: 54
Khoa: Công trình
Địa chỉ liên hệ: Hoa Bằng – Cầu Giấy – Hà Nội
Điện thoại: 0985849413 Email:
II.QUÁ TRÌNH HỌC TẬP
*Năm thứ 1:
Ngành học: Công trình giao thông thành phố Khoa: Công trình
Kết quả học tập:
+ Điểm trung bình chung tích lũy:
- Kì 1: 0.8 / 4
- Kì 2: 2.4 / 4
+ Điểm rèn luyện:
- Cả năm: 82 /100
Sơ lược thành tích: Không có thành tích
*Năm thứ 2:
Ngành học: Công trình giao thông thành phố Khoa: Công trình
Kết quả học tập:
+ Điểm trung bình chung tích lũy:
- Kì 1: 3.05 /4
+ Điểm rèn luyện:
- Kì 1: 90/100
Sơ lược thành tích: Học bổng loại khá kì 1 năm 2.
Ngày 15 tháng 04 năm 2015
Sinh viên chịu trách nhiệm chính
thực hiện đề tài


Đoàn Văn Hiếu













1
MỞ ĐẦU
Trắc Địa là một ngành khoa học nghiên cứu về hình dạng, kích thước Trái đất và
biểu diễn bề mặt của nó nên bản đồ, cũng như các phương pháp đo đạc chuyên môn để
giai quyết trong những nhiệm vụ chuyên môn như quy hoạch đất đai, an ninh quốc
phòng, thiết kế xây dựng, khai thác tài nguyên, môi trường…
Công tác Trắc địa thường được tiến hành bằng các thiết bị, dụng cụ chuyên môn
khác nhau: Trên mặt đất, trên biển, ngoài vũ trụ…Vì vậy các dụng cụ đo phải được
phát triển để đáp ứng các yêu cầu trong mỗi nhiệm vụ đo đạc.
Trong đo đạc, một trong các yếu tố cần xác định đó là khoảng cách, nó là yếu tố
quan trọng cần thiết trong cuộc sống và đặc biệt quan trọng trong các ngành kỹ thuật.
Do vậy, đối với các quốc gia có nền khoa học kỹ thuật tiên tiến thì công việc này càng
được quan tâm, thậm chí các quốc gia còn đưa ra đơn vị đo dài riêng của mình. Từ
việc nghiên cứu đo dài người ta đưa ra các phép đo và chế tạo các dụng cụ đo phù hợp.
Từ năm 1320, người Hy Lạp đã biết sử dụng thước dây để đo chiều dài, sau này
người ta đã chế tạo ra thước thép để nâng cao độ chính xác.
Vào thế kỷ 17, khoa học kỹ thuật phát triển mạnh mẽ trong các lĩnh vực toán học,
vật lý học, quang học, quang học, các nhà khoa học đã đưa ra hàng loạt các phát minh

quan trọng. Từ đó, các nhà chế tạo máy đã ứng dụng các thành tựu khoa học vào các
thiết bị đo đạc và năm 1640 thì nhà bác học người Anh(Wild) đã chế tạo thành công
máy đo góc có độ phóng đại ống kính 30
x
. Sau đó, công nghệ ngày càng phát triển,
nâng cao hơn và cho ra đời các thiết bị đo hiện đại hơn, có độ chính xác cao hơn gấp
nhiều lần.
Trong những năm gần đây, công nghệ điện tử phát triển mạnh mẽ và được ứng
dụng trong nhiều ngành kỹ thuật, trong đó có Trắc địa. Ứng dụng công nghệ điện tử
hàng loạt các dụng cụ đo đạc hiện đại được ra đời. Các thiết bị đo điện tử như: Máy đo
góc điện tử T100, T1800, TM1100, TM1800, TM2002 của Thụy Sỹ , DT5,DT6 của
Nhật Bản… Máy đo dài điện tử DI1001, DI1600, DI2002 của Thụy Sỹ, EOK2000 của
Đức… Các máy toàn đạc điện tử TC605, TC 1800, TC 2002 của Thụy Sỹ, NTS662…
Các thiết bị đo GPS…
Trong các thiết bị đo hiện nay được sử dụng rộng rãi và có độ chính xác cao đó là
máy toàn đạc điện tử và thiết bị đo GPS. Các thiết bị đo hiện đại này cho phép chúng
ta thực hiện nhiều chức năng đo, trong đó có chức năng đo dài( đo khoảng cách) với
độ chính xác cao. Từ đó, nảy sinh vấn đề: liệu trong đo dài thiết bị nào cho chúng ta độ
chính xác cao hơn? Chính vì vậy chúng tôi đã nghiên cứu đề tài: “Khảo sát độ chính
xác đo dài của máy toàn đạc điện tử và GPS thông dụng”.




2
Trong này đề tài sẽ gồm 2 chương:
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ MÁY TOÀN ĐẠC ĐIỆN TỬ VÀ GPS THÔNG
DỤNG
CHƯƠNG 2: KHẢO SÁT ĐỘ CHÍNH XÁC ĐO DÀI CỦA MÁY TOÀN ĐẠC ĐIỆN
TỬ VÀ GPS THÔNG DỤNG

- Xác định trên cơ sở lý thuyết.
- Tiến hành đo thực nghiêm.



























3

CHƯƠNG 1
GIỚI THIỆU VỀ MÁY TOÀN ĐẠC ĐIỆN TỬ VÀ GPS THÔNG DỤNG
1.1 MÁY TOÀN ĐẠC ĐIỆN TỬ
1.1.1 Giới thiệu tổng quan về cấu tạo máy toàn đạc điện tử
Hiện nay, máy toàn đạc điện tử dần là thiết bị đo đạc chủ yếu trong trắc địa vì nó
cho phép thực hiện đồng thời đo các đại lượng cơ bản: đo góc, đo khoảng cách và đo
cao với độ chính xác cao. Đồng thời, với các phần mềm tiện ích được tích hợp sẵn
trong máy cho phép giải các bài toán cơ bản của trắc địa ngay ngoài thực địa.
Có nhiều hãng trên thế giới sản xuất máy toàn đạc điện tử, nhưng đều có cấu tạo
và các chức năng tương tự nhau. Hình bên dưới mô tả các bộ phận chính của máy toàn
đạc điện tử.












Hình 1.1: Sơ đồ cấu tạo máy toàn đạc điện tử



1-Kính ngắm sơ bộ;
2-Bộ phận dẫn hướng;
3-Vi động đứng;

4-Pin gEB 111;
5-Đế pin;
6-Giá đỡ pin;
7-Kính mắt;
8-Điều quang;
9-Tay xách máy;
10-Cổng truyền dữ liệu;
11-Ốc cân máy;
12-Kính vật có tích hợp bộ phận
đo xa điện tử EDM;
13-Nạp pin GAD39 6 cell;
14-Pin Geb 121;
15-Màn hình hiển thị;
16-Bàn phím;
17-Bọt thủy tròn;
18-Phím tắt mở;
19-Phím đo tắt;
20-Ốc vi động ngang.





4

Hình 1.2: Một số loại máy toàn đạc điện tử
Về tổng quan, máy toàn đạc được chia thành 3 khối chính: Khối 1 - Máy đo
khoảng cách bằng kỹ thuật điện tử; Khối 2 - Máy kinh vĩ số và Khối 3 - Các chương
trình đo tiện ích và phần mềm xử lý số liệu.


Hình 1.3: Sơ đồ khối của máy toàn đạc điện tử
Khối 1: Máy đo khoảng cách điện tử (Electronic DistanceMeter - EDM) thực
hiện đo khoảng cách từ máy đến gương phản xạ, chiều dài đo được trung bình từ 1-
3km đối với một gương và 3-5km đối với gương chùm tùy theo từng loại máy. Độ
chính xác đo chiều dài được tính bằng công thức m
D
= ±(a + b.10
-6
.Dkm)mm trong đó
hệ số a, b = 15mm và D là chiều dài giữa hai điểm tính theo đơn vị km. Kết quả đo
được hiển thị trên màn hình của máy dạng khoảng cách ngang hoặc khoảng cách
nghiêng và được lữu trữ vào bộ nhớ của máy.
Khối 2: Máy kinh vĩ số (Digital Theodolite - DT) thực hiện phép đo góc bằng,




5
góc đứng hoặc góc thiên đỉnh. Máy kinh vĩ điện tử có cấu tạo tương tự như máy kinh
vĩ kinh vĩ quang cơ thông thường, sự khác biệt đó là khi đo góc không phải thực hiện
các thao tác thông thường như chập vạch hoặc đọc số trên thang đọc số mà giá trị
được thể hiện trên màn hình của máy. Độ chính xác đo góc của máy m = 1 5’’.
Để thực hiện việc tự động hóa quá trình đọc số trên bàn độ người ta có thể sử
dụng hai phương án: phương án mã hóa bàn độ và phương án xung. Các máy kinh vĩ
sử dụng phương án mã hóa được gọi là máy kinh vĩ mã hóa (CODE THEODOLITE),
còn các máy sử dụng phương án xung là các máy loại xung.
Trong các máy kinh vĩ dùng toàn bộ theo phương án mã hóa thì các bàn độ
ngang và bàn độ đứng không chia vạch theo các máy thông thường, phần ngoài của
bàn độ( nơi khắc vạch của các máy thông thường) được chia thành các vòng tròn đồng
tâm thường là 5 vòng trên đó người ta vẽ các hình vuông trong suốt và không trong

suốt mỗi hình vuông quy định một mã nhất định. Hình vuông trong suốt khi chiếu ánh
sáng đi qua, chúng sẽ cho ta một tín hiệu( tương ứng với số 1) còn hình vuông không
trong suốt không cho ánh sáng đi qua (tương ứng với số 0). Như vậy, mỗi hình vuông
cho chúng ta 1 đơn vị thông tin( 1 bit) .Bàn độ thường sử dụng trong máy kinh vĩ mã
hóa có dạng:

Hình 1.4: Bàn độ thường được sử dụng trong máy kinh vĩ mã hóa
Đối với một bàn độ như vậy thì mỗi vị trí bàn độ sẽ tương ứng với một mã số
nhất định, và để đọc số trong trường hợp này người ta thay du xích thông thường bằng
một cửa sổ có bề rộng là 8 bit. Hình ảnh của bàn độ sẽ được dẫn tới bộ giải mã và số
đọc sẽ được hiển thị trên màn hình máy.




6
Ưu điểm của phương pháp mã hóa bàn độ là có thể nâng cao độ phân giải của
bàn độ để nâng cao độ chính xác đọc số. Việc này có thể thực hiện bằng cách tăng số
vòng tròn trên bàn độ.
Đối với các máy có bàn độ hoạt động theo phương án xung thì vùng khác vạch
của bàn độ được chia các vạch trong suốt và không trong suốt xen kẽ nhau, để khi 1 tia
sáng hẹp qua vùng này chúng ta sẽ nhận được các xung. Các xung điện được dẫn tới
bộ đếm xung, bộ đếm xung sẽ đếm và xác định được số xung đi qua và so sánh với
xung chuẩn để tính ra góc đo. Như vậy góc đo là hàm của số xung đếm được, nếu gọi
số xung đếm được là m thì giá trị góc α = f(m).
Các máy toàn đạc điện tử hiện nay đều được chế tạo theo phương pháp xung vì
nó có ưu điểm là độ chính xác cao, công nghệ chế tạo đơn giản, gọn nhẹ và ít tốn năng
lượng điện.
Khối 3: Các chương trình đo tiện ích và phần mềm xử lý số liệu.
Các chương trình tiện ích được cài đặt ở trong khối này để xử lý các bài toán cơ

bản của trắc địa như tính chuyển khoảng cách nghiêng về khoảng cách ngang, đo
chênh cao giữa 2 điểm bằng phương pháp đo cao lượng giác, tính tọa độ XYH của các
điểm đo, tính tọa độ điểm đặt máy, đo diện tích, đo chiều cao công trình, bố trí điểm ra
thực địa Ngoài ra toàn bộ số liệu đo được ghi lại trong bộ nhớ, thẻ nhớ của máy và
được truyền sang máy tính một cách dễ dàng.
Như vậy kết hợp 3 khối trên lại thành một máy toàn đạc điện tử đa chức năng cho
phép đo các yếu tố với độ chính xác cao, giải quyết các bài toán ngay tại hiện trường
một cách nhanh chóng. Nhờ những tính năng ưu việt đó mà hiện nay máy toàn đạc
được sử dụng phổ biến để thành lập lưới khống chế trắc địa, đo vẽ bản đồ địa hình,
trong xây dựng các công trình, quan trắc biến dạng công trình.
1.1.2 Nguyên lý đo khoảng cách bằng sóng điện từ
Nguyên lý chung của phương pháp đo khoảng cách bằng sóng điện từ là dựa vào
bài toán chuyển động đều, mối quan hệ giữa khoảng cách D với tốc độ v và thời gian t:
D = v.At
Để xác định khoảng thời gian t, người ta ghi nhận thời điểm phát tín hiệu (t
1
) và
thời điểm thu (t2) bằng một bộ thu phát đặt tại một điểm đầu khoảng cách D. Lúc này:
Δt = t
2
– t
1
và công thức D = v.Δt được viết lại dạng: D = v.t




7



Hình 1.5: Nguyên lý đo khoảng cách bằng sóng điện từ
Trong đó :
- D là khoảng cách giữa A và B.
- Đường sóng nét liền là sóng truyền từ A tới B.
- Đường sóng nét đứt là sóng phản xạ từ B tới A.
Như vậy, độ chính xác xác định đo khoảng cách D phụ thuộc vào độ chính xác
xác định vận tốc v trong môi trường đo và độ chính xác đo thời gian t. Vận tốc lan
truyền tín hiệu được lựa chọn bằng vận tốc của ánh sáng v = c = 3.10
8
m/s là một hằng
số cố định, vì vậy để đo được khoảng cách D với độ chính xác cao đòi hỏi độ chính
xác xác định thời gian t cũng phải rất cao.
Với yêu cầu đo thời gian với độ chính xác như trên, đòi hỏi phải có phương pháp
đo thời gian với độ chính xác rất cao. Trong kỹ thuật điện tử hiện nay có hai phương
pháp là đo trực tiếp thời gian (phương pháp xung) và đo một đại lượng là tham số của
sóng điện từ (phương pháp đo hiệu pha, phương pháp tần số).
Nguyên lý chế tạo máy đo xa điện tử là một tín hiệu phát đi được chia làm hai
thành phần. Thành phần thứ nhất - đặc trưng cho thời điểm phát được truyền trực tiếp
trong máy qua các bộ phận đến bộ đo thời gian có tổng chiều dài Do (kênh chủ) gọi là
tín hiệu gốc hay tín hiệu chủ, còn thành phần thứ hai - đặc trưng cho thời điểm thu -
truyền qua hai lần khoảng cách 2D (kênh tín hiệu) gọi là tín hiệu đo hay tín hiệu phản
hồi (trong các máy đo xa dùng “quang tuyến chuẩn Do” trong nội bộ máy thì tín hiệu
truyền qua Do cũng là tín hiệu đo). Như vậy, hai thành phần này được tạo ra cùng một
tín hiệu chỉ khác là chúng truyền qua hai quãng đường khác nhau là Do và 2D, nghĩa
là độ chênh lệch cần đo là một hàm số của hiệu (2D - Do) trong đó có chứa khoảng
cách D cần tìm.
1.1.3 Các chương trình đo tiện ích của máy toàn đạc điện tử.
Ngoài các đại lượng đo cơ bản như đo góc, đo chiều dài và đo chênh cao, máy
toàn đạc còn tích hợp các chương trình đo tiện ích, dựa vào các đại lượng đo cơ bản
A

B
D




8
thông qua các phần mềm cài sẵn trong máy để tính ra các giá trị đo cần thiết.
 Chương trình đo khảo sát (Surveying)
+ Mục đích: Xác định tọa độ và độ cao của điểm C ngay ngoài thực nếu biết tọa
độ, độ cao điểm đặt máy và điểm định hướng hoặc ngược lại có thể đo góc bằng p, góc
đứng (V, Z) và khảng cách S để tính tọa độ điểm C trong công tác nội nghiệp.
+ Yêu cầu: phải biết tọa độ, độ cao điểm đặt máy A và tọa độ điểm định hướng B
+ Trình tự tiến hành: Tiến hành định tâm cân bằng máy và đo chiều cao máy h
i

tại điểm A, sau đó nhập tọa độ , độ cao và chiều cao máy. Quay máy ngắm chính xác
đến gương dựng tại điểm định hướng B, nhập tọa độ điểm định hướng. Tiếp theo, quay
máy ngắm đến gương dựng tại điểm cần chính xác. Nhập chiều cao gương rồi ấn phím
đo. Dựa vào tọa độ, độ cao hai điểm A, B, các kết quả đo góc, chiều dài, phần mềm
trong máy tính sẽ tính ra tọa độ và hiển thị trực tiếp lên màn hình của máy, đông thời
kết quả đo được lưu lại trong bộ nhớ hoặc thẻ nhớ trong máy .

Hình 1.6: Đo tọa độ của điểm
+ Thao tác trên máy Leica TS02: Từ menu cơ bản trên màn hình, ấn số 2 chọn
Program (Prog), ấn F1 để chọn Suveying.





9



 Chương trình bố trí điểm thiết kế ra thực địa (Stakeout)
+ Mục đích: Bố trí điểm có tọa độ thiết kế C ra thực địa
+ Yêu cầu: Phải biết tọa độ, độ cao điểm đặt máy A và tọa độ điểm định
hướng B ngoài thực địa.
+ Trình tự tiến hành: Tiến hành định tâm, cân bằng máy và đo chiều cao máy i
tại điểm A, sau đó nhập tọa độ, độ cao và chiều cao máy. Quay máy ngắm chính xác
đến gương dựng tại điểm định hướng B sau đó nhập tọa độ điểm định hướng. Tiếp
theo, nhập tọa độ và độ cao điểm cần bố trí C, máy sẽ tự động tính các yếu tố bố trí.
Người đứng máy chỉ cần quay máy cho đến khi giá trị trên bàn độ ngang của máy hiện
0°00’00”, trên hướng đó dựa vào khoảng cách thiết kế S
TK
đặt gương để đo chiều dài.
Phần mềm trong máy sẽ so sánh chiều dài đo được và chiều dài thiết kế để tính ra độ
lệch AS = S
TK
- S
Đo
.
Dựa theo dấu của giá trị AS, nếu mang dấu (+), nghĩa là điểm cần bố trí ở xa hơn
so với điểm hiện tại, như vậy cần phải dịch chuyển gương về gần máy một đoạn AS,
còn dấu (-) nghĩa là điểm cần bố trí ở gần máy hơn sơ với điểm hiện tại như vậy cần
phải dịch chuyển gương xa máy một đoạn AS. Quá trình trên được thực hiện cho đến
khi giá trị AS nằm trong giới hạn sai lệch cho phép, đánh dấu vị trí chân gương cho vị
trí điểm cần bố trí.
-Ấn F1 để đặt tên cho công việc;
-Ấn F2 để nhập tên, tọa độ, chiều cao

(i) điểm đặt máy;
-Ấn F3 để nhập tên tọa độ điểm định
hướng;
-Ấn F4 để bắt đầu tiến hành đo.




10
Để bố trí độ cao thiết kế, sau khi xác định được vị trí mặt bằng, dựa vào giá trị
AH dịch chuyển lên xuống cho tới khi AH nằm trong giới hạn sai lệch cho phép, đánh
dấu vị trí chân gương cho độ cao điểm cần bố trí.
+ Thao tác trên máy Leica TS02: Từ menu cơ bản trên màn hình, ấn số 2 chọn
program (prog), ấn F2 để chọn stakeout



 Chương trình đo giao hội nghịch (Free station)
+ Mục đích: Xác định tọa độ, độ cao điểm đặt máy;
+ Yêu cầu: Phải biết tọa độ, độ cao của ít nhất hai điểm trên thực địa;
+ Trình tự tiến hành: Tiến hành định tâm, cân bằng máy và đo chiều cao máy hi
tại điểm C. Quay máy ngắm đến điểm A, nhập tọa độ, độ cao và chiều cao gương hr
rồi ấn phím đo để xác nhận điểm A. Tiếp tục tương tự đối với các điểm khác, rồi gọi
chương trình tính toán. Trên màn hình máy sẽ hiển thị giá trị tọa độ, độ cao và các sai
số tương ứng của điểm đặt máy.
-Ấn F1 để đặt tên cho công việc;
-Ấn F2 để nhập tên, tọa độ, chiều
cao (i) điểm đặt máy;
-Ấn F3 để nhập tên tọa độ điểm
định hướng;

-Ấn F4 để bắt đầu tiến hành đo;

-ΔHz là độ lệch so với hướng thiết
kế;
- là độ lệch theo khoảng
cách thiết kế;
- là độ lệch theo độ cao bố
trí;




11

Hình 1.7: Sơ đồ đo giao hội nghịch bằng máy toàn đạc điện tử
+ Thao tác trên máy Leica TS02: Từ menu cơ bản trên màn hình, ấn số 2 chọn
Program (Prog), ấn F3 để chọn Free station.

 Chương trình đo và tính diện tích (Area & volume)
+ Mục đích: Xác định diện tích của một khu vực dựa vào tọa độ của các điểm đặc
trưng bao quanh khu vực;
+ Yêu cầu: Phải biết tọa độ, độ cao của ít nhất hai điểm trên thực địa;
+ Trình tự tiến hành: Giống như chương trình đo tọa độ, tiến hành đo xác định
tọa độ của các điểm P
1
, P
2
, P
4
, Phần mềm trong máy sẽ tính diện tích và hiển thị

trên màn hình.
+ Thao tác trên máy Leica TS02: Từ menu cơ bản trên màn hình, ấn số 2 chọn
Program (Prog), ấn F2 của trang màn hình thứ 2 để chọn Area & Volume.
-Ấn F1 để đặt tên cho công
việc;
-Ấn F2 để nhập độ chính xác
cần thiết (giới hạn sai số);
-Ấn F4 tiến hành đo;




12

Hình 1.8: Sơ đồ đo giao hội nghịch bằng máy toàn đạc điện tử
 Chương trình đo chiều cao (Remote Hight)






+ Thao tác trên máy Leica TS02: Từ menu cơ bản trên màn hình, ấn số 2 chọn
Program (Prog), ấn F3 của trang màn hình thứ 2 để chọn Remote Hight. Từ bước 1
đến bước 3 thực hiện giống như chương trình đo khảo sát, ấn phí F4 [Start] để tiến
hành đo chiều cao đối tượng.
+ Mục đích: Xác định chiều cao của
đối tượng mà không thể đặt gương tại đó
được.
+ Trình tự tiến hành: Đặt máy cách đối

tượng một đoạn sao cho ống kính có thể
nhìn thấy điểm cao nhất. Tiến hành nhập
chiều cao máy, quay máy ngắm chính xác
đến điểm phía dưới, nhập chiều cao gương
hr sau đó ấn phím đo để xác nhận điểm
dưới. Máy sẽ đo khoảng cách ngang từ máy
đến điểm đo, và góc đứng hoặc góc thiên
đỉnh. Tiếp theo quay ống kính ngắm đến
điểm phía trên, trên màn hình máy sẽ hiện
chiều cao của đối tượng cần xác định.

Hình 9 Sơ đồ đo chiều cao bằng máy
toàn đạc điện tử




13

1.2 THIẾT BỊ ĐO GPS
Từ những năm 60 của thế kỷ trước, cơ quan hàng không và vũ trụ của Mỹ, Nga
đã tiến hành các chương trình nghiên cứu, phát triển hệ thống dẫn đường và định vị
bằng vệ tinh nhân tạo. Hệ thống định vị dẫn đường bằng vệ tinh thế hệ đầu tiên là hệ
thống TRANSIT (Mỹ) và SIKADA (Nga). Một thời gian ngắn sau đó các hệ thống
định vị trên bắt đầu được ứng dụng trong trắc địa, tuy nhiên độ chính xác đạt được của
các hệ thống trên là không cao.
Theo thời gian, hệ thống định vị vệ tinh ngày càng được phát triển và hoàn thiện
cả về thiết bị thu phát cũng như phần mềm xử lý số liệu. Trong ngành trắc địa, phạm
vi ứng dụng của công nghệ định vị vệ tinh cũng được mở rộng và đạt hiệu quả cao ở
nhiều loại hình công việc. Đối với chuyên ngành trắc địa công trình, công nghệ định vị

vệ tinh có tiềm năng rất lớn để giải quyết các công việc: định vị công trình, xây dựng
các mạng lưới trắc địa chuyên dùng chính xác cao, quan trắc biến dạng công trình
Cho đến nay các hệ thống định vị vệ tinh có tiềm năng ứng dụng hiệu quả trong
trắc địa là NAVSTAR - GPS (Mỹ), GLONASS (Nga), Galileo (Cộng đồng châu Âu).
Các hệ thống định vị nêu trên có nguyên lý cấu trúc chung, bao gồm 3 thành phần
(được gọi là đoạn) như sau:
1- Đoạn không gian (Space Segment): bao gồm một số vệ tinh trên quỹ đạo.
2- Đoạn điều khiển (Control Segment): bao gồm một trạm điều khiển trung tâm
và một số trạm theo dõi phân bố tại những vị trí khác nhau trên Trái Đất.
3- Đoạn sử dụng (User Segment): bao gồm các thiết thu và xử lý tín hiệu vệ tinh.
1.2.1 Hệ thống định vị toàn cầu GPS (Global Positioning System - GPS)
Hệ thống định vị toàn cầu có tên đầy đủ là Navigation Satellite And Ranging
Global Positioning System (NAVSTAR GPS) được bắt đầu triển khai từ những năm
1970 do quân đội Mỹ chủ trì. Vào năm 1978 vệ tinh đầu tiên được phóng lên quĩ đạo




14
và đến 8/12/1993 trên 6 quĩ đạo đã có đủ 24 vệ tinh.
Ban đầu, 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. Vào đầu thập kỷ 80, hệ thống GPS đã chính thức cho phép sử
dụng trong dân sự. Từ đó, các nhà khoa học của nhiều nước đã tập trung nghiên cứu
phát triển công nghệ GPS để đạt được những thành quả cao nhất trong việc phát huy
nguồn tiềm năng to lớn này. Hướng nghiên cứu chủ yếu đi vào các lĩnh vực:
- Chế tạo máy thu tín hiệu.
- Xây dựng phần mềm xử lý tín hiệu đáp ứng cho nhiều mục đích.
- Thiết lập và phát triển công nghệ ứng dụng trong các chuyên ngành.
Song song với hệ thống GPS của Mỹ, Liên Xô (cũ) cũng đã xây dựng một hệ

thống định vị toàn cầu tương tự, mang tên GLONASS (Global Navigation Satellite
System), được đưa vào sử dụng từ những năm 1982. Nhưng do nhiều điều kiện khách
quan nên ít được phổ biến hơn. Hiện nay, liên minh Châu Âu cùng một số nước phát
triển cũng đã cho ra đời hệ thống định vị toàn cầu mang tên Galileo (GNSS) với mục
đích sử dụng cho dân sự.

Hình 1.9: Sơ đồ cấu trúc hệ thống GPS
Hệ thống định vị toàn cầu - GPS bao gồm 3 bộ phận là đoạn không gian (Space
Segment), đoạn điều khiển (Control Segment) và đoạn sử dụng (User Segment).
 Đoạn không gian




15
Đoạn không gian đến nay bao gồm 24 vệ tinh chuyển động trên 6 mặt phẳng quỹ
đạo và 3 vệ tinh dự trữ. Vệ tinh chuyển động ở độ cao khoảng 20180km. Mặt phẳng
quĩ đạo nghiêng so với mặt phẳng xích đạo Trái Đất một góc 55
0
, quĩ đạo của mỗi vệ
tinh cách nhau 60 kinh. Chu kỳ chuyển động của vệ tinh là gần 12h đồng hồ. Tất cả
các vệ tinh GPS đều có thiết bị tạo dao động tần số chuẩn cơ sở f
0
= 10,23 MHz. Từ
tần số cơ sở f
0
sẽ tạo ra hai tần số sóng tải L1, L2. (L2 = 120f = 1227.60 MHz.PS, L1
= 154f0 = 1575.42 MHz).

Hình 1.10: Quỹ Đạo vệ tinh GPS

Các sóng tải này được điều biến bởi các mã, mã C/A và mã P. Sơ đồ liên hệ giữa
các sóng tải và các mã điều biến được mô tả trong dưới.
Mã C/A (Coarse/Accquisition code) là mã thô cho phép sử dụng rộng rãi. Mã C
/A là một chuỗi nhị phân mang tính tựa ngẫu nhiên, có tần số 1.023 MHz, tương ứng
với bước sóng 293 m. Chu kỳ của mã C/A là 1 mi-li-giây, mỗi vệ tinh phát đi một mã
C/A khác nhau và mã C/A chỉ điều biến sóng tải L
1
.
Mã P (Precission code) là mã chính xác, được dùng cho mục đích quân sự là chủ
yếu. Mã P cũng là một chuỗi nhị phân nhưng phức tạp hơn, có tần số 10,23 MHz,
tương ứng với bước sóng 29,3 m, có chu kỳ 267 ngày. Người ta chia mã P thành 38
đoạn, mỗi đoạn dài 7 ngày và mỗi đoạn điều biến cho một vệ tinh, sau 7 ngày lại thay
đổi. Bằng cách chia và điều biến này mã P rất khó bị giải mã.
Theo thiết kế, độ chính xác định vị GPS có thể đạt độ chính xác cỡ 1% độ dài
bước sóng, nghĩa là chỉ với mã thô C/A cũng có thể đạt độ chính xác cỡ 3 m. Chính vì
thế phía mỹ đã chủ động làm nhiễu tín hiệu bằng kỹ thuật SA (Selective Availability)
nhằm hạ thấp độ chính xác định vị. Từ ngày 20 - 05 - 2000 Mỹ đã bỏ chế độ nhiễu SA.





16

Hình 1.11: Các thông tin điều biến sóng tải L1, L2

Hình 1.12: Cấu trúc các kiểu tín hiệu GPS
Ngoài hai sóng tải L
1
và L

2
phục vụ mục đích định vị cho người sử dụng, các vệ
tinh còn dùng hai sóng tần số 1783.74 MHz và 2227.5 MHz để trao đổi thông tin với
các trạm điều khiển trên mặt đất.
 Đoạn điều khiển
Đoạn điều khiển gồm một trạm điều khiển trung tâm đặt tại Colorado Springs và
bốn trạm theo dõi phân bố đều quanh Trái Đất, đặt tại Hawaii (Thái Bình Dương),
Ascension Island (Đại Tây Dương), Diego Garcia (Ân Độ Dương) và Kwajalein (Tây
Thái Bình Dương).





17

Hình 1.13: Sơ đồ vị trí trạm theo dõi và trạm điều khiển
Các trạm điều khiển liên tục theo dõi sự hoạt động của các vệ tinh. Đồng thời
trên mỗi trạm theo dõi đều có các mãy thu GPS, cho phép đo khoảng cách, sự thay đổi
khoảng cách và cả các số liệu khí tượng. Các số liệu này được gửi tới trạm trung tâm
xử lý, kết quả tính toán là các lịch vệ tinh (Ephemerit) và số cải chính đồng hồ vệ tinh.
Sau đó các thông tin này được chuyển lên các vệ tinh, từ đó chuyển đến các máy thu
của người sử dụng.
Như vậy, nhiệm vụ của đoạn điều khiển là rất quan trọng, nó không chỉ điều
chỉnh, theo dõi mọi hoạt động của các vệ tinh mà còn liên tục cập nhật các loại thông
tin bổ trợ để chính xác hóa các thông tin đạo hàng, đảm bảo độ chính xác khi định vị.
 Đoạn sử dụng
Đoạn sử dụng bao gồm tất cả các máy móc, thiết bị thu nhận thông tin từ vệ tinh
để khai thác sử dụng cho các mục đích và yêu cầu khác nhau cả ở trên biển, trên
không và trên đất liền. Đó có thể là một máy thu riêng hoạt động độc lập (định vị tuyệt

đối) hay một nhóm gồm từ hai máy thu trở lên hoạt 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).




18

Hình 1.14: Đoạn sử dụng
1.2.2 Các đại lượng đo GPS
 Đo khoảng cách giả theo pha sóng tải
Trong các công tác trắc địa, đo khoảng cách giả(PseudoRange) theo pha các sóng
tải L
1
và L
2
cho độ chính xác cao nên phương pháp đo này được ứng dụng nhiều hơn
cả
Việc đo khoảng cách giả theo pha sóng tải được thực hiện như sau: máy thu GPS
thu tín hiệu vệ tinh và đo hiệu số giữa pha của sóng tải của vệ tinh với pha của tín hiệu
do chính máy thu tạo ra. Ký hiệu pha sóng tải là Ф (0 < Ф < 2 П ) sẽ có:
 



    



Trong đó:
R - là khoảng cách giữa vệ tinh và máy tâm anten máy thu;
λ- bước sóng của sóng tải;
N - số nguyên lần bước sóng chứa trong R, hoặc còn được gọi là số nguyên đa
trị. N thường không biết trước mà phải xác định trong quá trình đo;
Δt - sai số không đồng bộ giữa đồng hồ của vệ tinh và của máy thu
Nếu kí hiệu p là khoảng cách hình học từ máy thu tới vệ tinh, c là vận tốc ánh
sáng (c = 299792 458 m/s) sẽ có:
 


 


  
Người ta tìm cách xác định chắc chắn số nguyên lần chu kì N, và từ số lẻ hiệu
pha đo có thể xác định được khowngr cách giả R từ máy thu tới vệ tinh theo công
thức: