CHUYÊN ĐỀ TRẮC ĐỊA Häc Viªn: PHẠM QUANG HUY
ỨNG DỤNG CỦA GPS TRONG XÂY DỰNG
I. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GPS
GPS (Global Positioning System) - Hệ thống định vị toàn cầu - là hệ thống xác
định vị trí dựa trên vị trí của các vệ tinh nhân tạo. Trong cùng một thời điểm, ở một vị
trí trên mặt đất nếu xác định được khoảng cách đến ba vệ tinh (tối thiểu) thì sẽ tính
được toạ độ của vị trí đó.
GPS được thiết kế và quản lý bởi Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ, nhưng chính phủ Hoa Kỳ
cho phép mọi người sử dụng nó miễn phí, bất kể quốc tịch từ năm 1980, GPS hoạt
động trong mọi điều kiện thời tiết, mọi nơi trên Trái Đất, 24 giờ một ngày. Không mất
phí thuê bao hoặc mất tiền trả cho việc thiết lập sử dụng GPS.
GPS là hệ dẫn đường dựa trên một mạng lưới 24 quả vệ tinh được đặt trên quỹ đạo
không gian, hoạt động dựa trên các trạm phát tín hiệu vô tuyến điện. Được biết nhiều
nhất là các hệ thống có tên gọi LORAN - hoạt động ở giải tần 90-100 kHz chủ yếu
dùng cho hàng hải, hay TACAN - dùng cho quân đội Mỹ và biến thể với độ chính xác
thấp VOR/DME - VHF dùng cho hàng không dân dụng
Sự hoạt động của GPS:
Các vệ tinh GPS bay vòng quanh Trái Đất hai lần trong một ngày theo một quỹ đạo rất
chính xác và phát tín hiệu có thông tin xuống Trái Đất. Các máy thu GPS nhận thông
tin này và bằng phép tính lượng giác tính được chính xác vị trí của người dùng. Về bản
chất máy thu GPS so sánh thời gian tín hiệu được phát đi từ vệ tinh với thời gian nhận
XD ®êng «t« vµ thµnh phè K20-2 Trang 1
CHUYÊN ĐỀ TRẮC ĐỊA Häc Viªn: PHẠM QUANG HUY
được chúng. Sai lệch về thời gian cho biết máy thu GPS ở cách vệ tinh bao xa. Rồi với
nhiều quãng cách đo được tới nhiều vệ tinh máy thu có thể tính được vị trí của người
dùng và hiển thị lên bản đồ điện tử của máy.
Máy thu GPS phải khoá được với tín hiệu của ít nhất ba quả vệ tinh để tính ra vị trí hai
chiều (kinh độ và vĩ độ) và để theo dõi được chuyển động. Với bốn hay nhiều hơn số
quả vệ tinh trong tầm nhìn thì máy thu có thể tính được vị trí ba chiều (kinh độ, vĩ độ
và độ cao). Một khi vị trí người dùng đã tính được thì máy thu GPS có thể tính các
thông tin khác, như tốc độ, hướng chuyển động, bám sát di chuyển, khoảng hành trình,

quãng cách tới điểm đến, thời gian Mặt Trời mọc, lặn và nhiều thứ khác nữa
Độ chính xác của GPS:
Các máy thu GPS ngày nay cực kì chính xác, nhờ vào thiết kế nhiều kênh hoạt động
song song của chúng. Các máy thu 12 kênh song song (của Garmin) nhanh chóng khoá
vào các quả vệ tinh khi mới bật lên và chúng duy trì chắc chắn liên hệ này, thậm chí
trong tán lá rậm rạp hoặc thành phố với các toà nhà cao tầng. Tình trạng nhất định của
khí quyển và các nguồn gây sai số khác có thể ảnh hưởng tới độ chính xác của máy thu
GPS. Các máy thu GPS có độ chính xác trung bình trong vòng 15 mét.
Các máy thu mới hơn với khả năng WAAS có thể tăng độ chính xác trung bình tới
dưới 3 mét. Không cần thêm thiết bị hay mất phí để có được lợi điểm của WAAS.
Người dùng cũng có thể có độ chính xác tốt hơn với GPS Vi sai (Differential GPS,
DGPS) sửa lỗi các tín hiệu GPS để có độ chính xác trong khoảng 3 đến 5 mét. Cục
Phòng vệ Bờ biển Mỹ vận hành dịch vụ sửa lỗi này. Hệ thống bao gồm một mạng các
đài thu tín hiệu GPS và phát tín hiệu đã sửa lỗi bằng các máy phát hiệu. Để thu được
tín hiệu đã sửa lỗi, người dùng phải có máy thu tín hiệu vi sai bao gồm cả ăn-ten để
dùng với máy thu GPS của họ.
XD ®êng «t« vµ thµnh phè K20-2 Trang 2
CHUYấN TRC A Học Viên: PHM QUANG HUY
II . NG DNG CA GPS TRONG XY DNG
A. NG DNG CA CễNG NGH GPS CHO MY CễNG TRèNH V MY
XY DNG.
C cu iu khin truyn thng s c thay bng iu khin thi cụng t ng, kt
hp cụng ngh nh v GPS. õy l nhng sn phm cú ng dng cụng ngh mi nht
hin nay, c s dng ti nhiu nc nh: M, cỏc nc Chõu u, Nht Bn v
mang li hiu qu, cht lng cao trong vic thit k, thi cụng xõy dng cỏc cụng trỡnh
ng b cao tc, sõn bay, bn cng, cụng trỡnh thy li, san lp mt bng trong nụng
nghip,
Cụng ngh iu khin v cụng ngh nh v GPS l nhng cụng ngh c ỏp
dng trong cỏc d ỏn ln v chin lc, c bit l nhng cụng trỡnh xõy dng yờu cu
chớnh xỏc v an ton cao. H thng iu khin mỏy (Machine Control System) cho

phộp ngi s dng cú th iu khin cỏc nh mỏy xõy dng ti nhng cụng trỡnh ln
bng cụng ngh thụng tin qua vic lp t cỏc mỏy quột laser, thit b thu nhn GPS,
mỏy ton c in t (Total Station) v Milimeter GPS, cựng vi cỏc thit b cm ng
bờn cnh h thng iu khin thy lc.
H thng iu khin mỏy t ng cú th ti u húa cht lng v hiu qu cụng
vic san lp mt bng thụng qua d liu 3D. Bng cỏch s dng d liu 3D k thut
s, h thng iu khin cú th kim soỏt chớnh xỏc mỏy múc hng nng, em li hiu
qu v cht lng cao trong xõy dng cụng trỡnh. Vic s dng d liu 3D cũn giỳp
qun lý, kim tra cỏc cụng on ó hon thnh m khụng cú s sai sút do yu t con
ngi, tng chớnh xỏc v gim thi gian tớnh toỏn cng nh kim tra; thi cụng
khụng cn n ct mc v dõy ri, gim thi gian v tng nng sut thi cụng;
B. XY DNG H THNG O C BN HON CHNH
XD đờng ôtô và thành phố K20-2 Trang 3
CHUYÊN ĐỀ TRẮC ĐỊA Häc Viªn: PHẠM QUANG HUY
Nhờ ứng dụng công nghệ thông tin và quán triệt chủ trương cải cách thủ tục hành
chính, công tác cung cấp thông tin tư liệu ngày càng được cải tiến và đổi mới, tạo điều
kiện thuận lợi cho người sử dụng tiếp cận thông tin dễ dàng. Chúng ta đã thành công
trong việc áp dụng tiến bộ khoa học vào công nghệ định vị toàn cầu (GPS), điều này
có vai trò quyết định trong việc xây dựng hệ qui chiếu VN-2000, thành lập các mạng
lưới trắc địa cơ sở hỗ trợ công tác đo đạc chi tiết để thành lập các loại bản đồ cơ bản
và chuyên đề.
Hiện nay, 5 trạm GPS tại Đồ Sơn, Vũng Tàu, Điện Biên, Cao Bằng, Hà Giang
hoạt động liên tục, cung cấp số cải chính phân sai (kỹ thuật DGPS), số liệu xử lý sau
phục vụ rất hiệu quả cho công tác đo đạc địa hình đáy biển, phân giới cắm mốc và đáp
ứng nhu cầu sử dụng của nhiều lĩnh vực khác. Công nghệ xử lý ảnh số, ảnh viễn thám
hoàn toàn đáp ứng các yêu cầu xử lý ảnh hàng không, ảnh vệ tinh đa phổ có độ phân
giải cao và siêu cao. Xử lý ảnh số, ảnh viễn thám kết hợp với công nghệ thông tin địa
lý hiện được áp dụng để thành lập và hiệu chỉnh bản đồ địa hình cơ bản, thành lập bản
đồ chuyên đề phục vụ công tác giám sát thay đổi trên bề mặt trái đất.
Nhờ áp dụng tiến bộ khoa học, công nghệ tiên tiến, chỉ trong thời gian ngắn nhiều

công trình dự án quan trọng đã được triển khai, thiết lập được khối lượng lớn hệ thống
tư liệu đo đạc bản đồ cơ bản, phục vụ kịp thời các nhu cầu phát triển kinh tế. Song
song với những thành công trong việc áp dụng tiến bộ khoa học vào phục vụ xã hội,
nhiều để tài nghiên cứu khoa học và dự án thử nghiệm cấp Nhà nước, cấp Bộ, cấp cơ
sở đã được triển khai để đáp ứng nhu cầu thực tiễn sản xuất và là cơ sở cho công tác
phát triển ứng dụng công nghệ và nghiên cứu khoa học sau này.
Với mục tiêu "Nghiên cứu ứng dụng công nghệ tiên tiến trong đo đạc và bản đồ, tăng
cường năng lực hiện đại hóa công tác đo đạc và bản đồ phục vụ cho sự nghiệp công
XD ®êng «t« vµ thµnh phè K20-2 Trang 4
CHUYÊN ĐỀ TRẮC ĐỊA Häc Viªn: PHẠM QUANG HUY
nghiệp hóa, hiện đại hóa", Ngành đo đạc và bản đồ đã và đang hoàn thiện hệ thống văn
bản qui phạm pháp luật, chính sách quản lý đo đạc bản đồ phù hợp với xu thế hội nhập
theo hướng phát triển bền vững đồng thời từng bước hoàn thiện các mạng lưới trắc địa
(bao gồm cả mạng lưới được xác định bằng công nghệ vệ tinh) và dữ liệu qui chiếu
bản đồ theo hướng chuẩn hóa, cung cấp dữ liệu trên mạng, phát triển bền vững và đảm
bảo sự hoạt động chung về dữ liệu, hợp tác chung giữa các cơ quan quản lý, cung cấp
dữ liệu để đảm bảo tính nhất quán dữ liệu, tránh chồng chéo, đầu tư nhiều lần.
Thời gian tới, ngoài việc hiện đại hóa mạng lưới trắc địa mặt đất quốc gia theo quan
điểm hiện đại, nhiệm vụ quan trọng của ngành đo đạc và bản đồ giai đoạn 2006 -2020
là tạo luận cứ khoa học để từng bước hoàn thiện hệ thống hỗ trợ mặt đất phù hợp với
điều kiện Việt Nam để khai thác ứng dụng có hiệu quả hệ thống vệ tinh dẫn đường
toàn cầu ; xây dựng các cơ sở dữ liệu thông tin địa lý cơ bản phù hợp với chuẩn GIS
ISO TC211 và nghiên cứu xây dựng cơ sở dữ liệu mô hình số độ cao (DEM), cơ sở dữ
liệu trọng lực, mô hình GEOID số Việc nghiên cứu, ứng dụng công nghệ mới vẫn sẽ
tập trung vào lĩnh vực kết hợp ảnh hàng không, ảnh viễn thám độ phân giải siêu cao;
sử dụng công nghệ Lidar, công nghệ GIS để thu nhận dữ liệu xây dựng cơ sở dữ liệu
thông tin địa lý, thành lập bản đồ địa hình, bản đồ chuyên đề các tỷ lệ; nghiên cứu ứng
dụng công nghệ đo đạc bản đồ địa hình đáy biển bằng hồi âm chùm tia; đẩy nhanh
hoạt động khoa học-công nghệ từ nay đến 2020 để ứng dụng thông tin địa lý trong
quản lý đô thị, thành phố lớn, xã hội hóa thông tin và tiến tới chính phủ điện tử.

Một số nội dung mới về khoa học-công nghệ cũng sẽ được triển khai như: nghiên cứu
chung giữa các lĩnh vực GPS, ảnh radar DInSAR khảo sát thay đổi trọng lực trái đất
bằng các phương pháp đo trọng lực vệ tinh và mặt đất; chính xác hóa xác định vị trí
XD ®êng «t« vµ thµnh phè K20-2 Trang 5
CHUYÊN ĐỀ TRẮC ĐỊA Häc Viªn: PHẠM QUANG HUY
bằng kỹ thuật GNSS và các ứng dụng thiên văn vô tuyến, trắc địa và địa động lực bằng
kỹ thuật VLBI
Việc xác định vị trí điểm bằng công nghệ định vị vệ tinh có những ưu điểm rõ rệt
so với khi sử dụng các phép đo mặt đất truyền thống, đặc biệt là trong công tác đo đạc
lưới khống chế trắc địa mặt bằng. Hệ thống định vị toàn cầu cho phép xác định các yếu
tổ của lưới với độ chính xác rất cao, nhất là vị trí tương hỗ giữa các điểm mà không
phụ thuộc vào khoảng cách giữa chúng. Chính vì vậy việc phân cấp hạng các mạng
lưới trắc địa và xây dựng chúng theo nguyên tắc từ tổng quát tới chi tiết không còn là
vấn đề cần thiết và bắt buộc nữa. Bên cạnh đó hệ thống không đòi hỏi sự thông hướng
giữa các điểm đo, công tác đo đạc có thể tiến hành trong mọi điều kiện của thời gian
và thời tiết. Thời gian đo trên mỗi điểm thường không quá 2÷3h đồng hồ, thậm chi chỉ
cần 2÷3 phút, tùy thuộc vào khoảng cách đo. Có thể khẳng định rằng, công nghệ định
vị vệ tinh đã tạo ra một cuộc cách mạng sâu sắc trong lĩnh vực Trắc địa - Bản đồ, và
còn hàm chứa nhiều khả năng tiềm ẩn cần được khai thác.
C. XÂY DỰNG CÁC MẠNG LƯỚI KHỐNG CHẾ MẶT BẰNG
Ưu điểm chủ yếu và quan trọng nhất của công nghệ GPS là khả năng xác định các
vector cạnh giữa các điểm quan sát với độ chính xác cao mà không cần tầm thông
hướng mặt đất. Công nghệ GPS đã được kết hợp với các phương pháp đo cạnh dài
khác để xây dựng khung tọa độ Trái Đất quốc tế (ITRF), khung tọa độ châu Âu
(EUREF).
Ở Việt Nam, việc khai thác sử dụng GPS mới chỉ triển khai từ đầu những năm 90
của thế kỷ trước. Từ tháng 12-1991 đến tháng 4-1993, Cục đo đạc bản đồ Nhà nước -
Bộ Tài nguyên & Môi trường đã xây đựng mạng lưới tọa độ nhà nước khu vực Minh
XD ®êng «t« vµ thµnh phè K20-2 Trang 6
CHUYÊN ĐỀ TRẮC ĐỊA Häc Viªn: PHẠM QUANG HUY

Hải, Sông Bé và Tây Nguyên bẳng công nghệ GPS với 117 điểm phủ đều khắp khu
vực. Xây dựng mạng lưới tọa độ trên quần đảo Trường Sa, đồng thời đo nối lưới này
với các đảo khác và mạng lưới trên đất liền tạo thành mạng lưới trắc địa biển Việt
Nam, góp phần xây dựng cơ sở dữ liệu hình thành hệ quy chiếu VN2000.
D. ỨNG DỤNG GPS TRONG NGHIÊN CỨU ĐỊA ĐỘNG
Hiện nay công nghệ định vị vệ tinh đã được ứng dụng trong nghiên cứu dịch
chuyên vỏ Trái Đất trên phạm vi rộng lớn với khoảng cách từ vài chục tới hàng trăm
km. Bằng phương pháp đo tương đối xác định gia số tọa độ không gian trong hệ thống
tọa độ địa tâm, người ta có thể xác định vị trí tương hỗ giữa các điểm với độ chính xác
vài ba cm ừên khoảng cách hàng trăm km
Ở Việt Nam công nghệ GPS cũng đã được ứng dụng đo đạc các mạng lưới nghiên
cứu địa động và tham gia với các nước trong khu vực đo đạc và nghiên cứu chuyển
dịch vỏ Trái Đất khu vực Đông Nam Á.
E. ỨNG DỤNG GPS TRONG TRẮC ĐỊA CÔNG TRÌNH.
Công nghệ GPS đã được ứng dụng rộng rãi trong việc lập lưới khống chế mặt
bằng cơ sở, lưới thi công công trình, lưới quan trắc chuyển dịch ngang công trình, đo
vẽ thành lập mặt cắt, chuyển trục công trình lên cao. Các dạng công tác trắc địa công
trình thường có khoảng cách đo không quá dài, chiều dài thường chỉ vài ba trăm mét,
hoặc dưới 1 km, nhưng yêu cầu đo với độ chính xác cao. Trong phép đo tương đối khá
nhiều loại sai số được giảm thiểu, do vậy độ chính xác đo cạnh đạt rất cao. Với chiều
dài cạnh dưới 1 km, hầu như đã loại bỏ được ảnh hưởng sai số của tầng điện ly và tầng
đối lưu của khí quyển. Công nghệ GPS được ứng dụng trong ngành trắc địa công trinh
ờ các lĩnh vực sau:
XD ®êng «t« vµ thµnh phè K20-2 Trang 7
CHUYÊN ĐỀ TRẮC ĐỊA Häc Viªn: PHẠM QUANG HUY
- Trong giai đoạn khảo, sát thiết kể: Thành lập lưới khổng chế đo vẽ, đo vẽ bình
đồ, mặt cắt.
- Trong giai đoạn thi công: Thành lập lưới không chế thi công, bố trí các điềm
chi tiết ra thực địa, chuyển trục công trình trong xây dựng nhà cao tầng.
- Trong giai đoạn vận hành: Quan trắc chuyển dịch, biến dạng công trình.

F. ỨNG DỤNG GPS TRONG THÀNH LẬP BẢN ĐỒ.
GPS cũng được ứng dụng rộng rãi trong công tác đo vẽ chi tiết như thành lập lưới
khống chế cơ sở, lưới khống chế đo vẽ và đo vẽ chi tiết địa hình. Với các chế độ đo
động, công nghệ định vị được sử dụng như là các trạm đo vẽ chi tiết bằng các máy
toàn đạc điện tử. Ưu điểm nổi trội nhất của phương pháp là không cần thông hướng
ngắm. Ngoài ra các máy thu GPS có thể được sử dụng để xác định tọa độ, độ cao của
điểm địa hình để thành lập mô hình số địa hình (DEM).
Đặc biệt trong công tác hiệu chỉnh bản đồ, công nghệ GPS được sử dụng rất thuận
lợi để hiệu chỉnh nội dung của bản đồ nhu bổ sung các địa vật, địa hình
XD ®êng «t« vµ thµnh phè K20-2 Trang 8