LỜI CẢM ƠN
Trước tiên em xin gửi lời cám ơn chân thành sâu sắc tới các thầy cô giáo
trong trường Đại học Tài Nguyên Môi Trường Hà Nội nói chung và các thầy
cô giáo trong khoa Trắc địa- bản đồ nói riêng đã tận tình giảng dạy, truyền đạt
cho em những kiến thức, kinh nghiệm quý báu trong suốt thời gian qua.
Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn đến thầy Đinh Xuân Vinh đã tận tình
giúp đỡ, trực tiếp chỉ bảo, hướng dẫn em trong suốt quá trình làm đồ án tốt
nghiệp. Trong thời gian làm việc với thầy, em không ngừng tiếp thu thêm
nhiều kiến thức bổ ích mà còn học tập được tinh thần làm việc, thái độ nghiên
cứu khoa học nghiêm túc, hiệu quả, đây là những điều rất cần thiết cho em
trong quá trình học tập và công tác sau này.
Do thời gian và kinh nghiệm còn thiếu nên trong đồ án không tránh khỏi
những thiếu sót. Em kính mong các thầy, cô sửa chữa, bổ sung để đồ án của
em được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!’
Hà Nội, tháng 9 năm 2015
Sinh viên:

Vũ Thị Trang


MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN
MỤC LỤC
DANH MỤC BẢNG BIỂU
DANH MỤC HÌNH


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Bảng tiêu chuẩn số cạnh tương ứng cấp, hạng lưới.

Bảng 2.1 Tiêu chuẩn đối với cạnh.
Bảng 2.2. Quy định về sai số khép tương đối.
Bảng 3.1.Danh sách các đơn vị hành chính trực thuộc thành phố Uông Bí.
Bảng 3.2.Thống kê tọa độ, sai số vị trí các điểm GPS sau bình sai bằng phần mềm
Compass có sử dụng mô hình số độ cao EGM2008 (2,5’).
Bảng 3.3.Thống kê tọa độ, sai số vị trí các điểm GPS sau bình sai bằng phần mềm
Compass có sử dụng mô hình số độ cao EGM2008 (1’).
Bảng 3.4.: Thống kê sai số trung phương (fix 1 điểm).
Bảng 3.5.Thống kê tọa độ, sai số vị trí các điểm GPS sau bình sai bằng phần mềm
Compass có sử dụng mô hình số độ cao EGM2008 (2,5’)
Bảng 3.6.Thống kê tọa độ, sai số vị trí các điểm GPS sau bình sai bằng phần mềm
Compass có sử dụng mô hình số độ cao EGM2008 (1’)
Bảng 3.7 .Thống kê sai số trung phương (fix 2 điểm).


DANH MỤC HÌNH


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài.

Trong giai đoạn hiện nay, trước sự phát triển như vũ bão của khoa học công
nghệ, việc áp dụng các thành tựu khoa học, kĩ thuật tiên tiến vào tất cả các lĩnh vực
của đời sống xã hội là tất yếu khách quan. Trong trắc địa cũng vậy, công nghệ
GNSS đã mở ra một kỷ nguyên mới, đã thay thế công nghệ truyền thống trong việc
thành lập và xây dựng các mạng lưới tọa độ các cấp.
Ứng dụng công nghệ GNSS cho phép chúng ta thành lập các mạng lưới tọa độ
trên diện rộng, không những bao phủ toàn quốc mà còn cho phép liên kết với các
mạng lưới trên thế giới. Công nghệ GNSS đã giúp các nhà quản lý giải quyết được
những bài toán vĩ mô mang tính toàn cầu.

Ngày nay vấn đề ứng dụng công nghệ GPS vào lĩnh vực trắc địa nói chung và
trắc địa công trình nói riêng đã trở nên phổ biến. Chúng ta ứng dụng công nghệ
GPS hơn 10 năm qua để giải quyết các bài toán lớn như xây dựng hệ VN2000,
thành lập được mạng lưới địa chính cơ sở phủ trùm toàn quốc, ghép nối hệ tọa độ
VN2000 với các hệ tọa độ khác, xây dựng trạm DGPS…Với các trị đo cạnh ngắn và
liên kết trong một mạng lưới chặt chẽ, công nghệ GPS có tiềm năng đạt được độ
chính xác cao về vị trí tương hỗ giữa các điểm trong lưới đáp ứng được nhiều tiêu
chuẩn chặt chẽ của các mạng lưới chuyên dùng trong TĐCT.
Như đã biết, có rất nhiều nguồn sai số trong đo GPS, có thể xảy ra hiện tượng
trượt chu kì đối với trị đo pha. Nhờ kiểm tra số liệu sẽ phát hiện và hiệu chỉnh hiện
tượng trượt chu kì. Dựa vào kết quả xử lý vecto cạnh, có thể sơ bộ kết luận về chất
lượng trị đo trước khi kết thúc công việc ngoại nghiệp. Nhờ đó có thể phát hiện
những sai sót trong đo đạc để kịp thời đo lại hoặc đo bổ sung. Để tìm hiểu vấn đề
này, em đã thực hiện đề tài : “ Quy trình xử lí số liệu GNSS trong lưới khống
chế trắc địa công trình tại Uông Bí, Quảng Ninh”.
2. Mục tiêu của đề tài.
- Tìm hiểu quá trình xử lí số liệu GNSS.
- Ưu thế và ứng dụng của phương pháp.
5


3.
4.

Sử dụng thành thạo phần mềm xử lí số liệu GNSS.
Nội dung nghiên cứu.
Hệ thống định vị vệ tinh GNSS cụ thể là GPS.
Quy trình xử lí số liệu.
Phương pháp nghiên cứu.


-

Phương pháp thu thập số liệu, tài liệu: thu thập các tài liệu đã có, cập nhật các
thông tin có liên quan ở trên mạng Internet, tìm kiếm các số liệu đo GPS có đủ độ

-

chính xác để phục vụ cho nghiên cứu.
Phương pháp thu thập, tổng hợp, phân tích tài liệu: tổng hợp,phân tích các tài liệu,

-

số liệu thu thập được để làm cơ sở so sánh đối chứng với các kết quả làm được.
Phương pháp so sánh, đánh giá tổng hợp: thống kê, đánh giá, phân tích để làm rõ

-

kết quả.
Phương pháp ứng dụng công nghệ tin học: sử dụng phần mềm Compass, so sánh

-

với các phần mềm truyền thống.
Phương pháp chuyên gia: có sự giúp đỡ, học hỏi kinh nghiệm của các chuyên gia,
trao đổi thông tin khoa học thông qua hội thảo,và lấy ý kiến đóng góp của các
chuyên gia trong cùng lĩnh vực nghiên cứu.

5. Cơ sở dữ liệu
-


Số liệu đo đạc của Tổng công ty Tài Nguyên Môi Trường Việt Nam tại Uông Bí,
Quảng Ninh ( tháng 6 năm 2010).

- Tài liệu tham khảo.
6. Bố cục đồ án

Nội dung được trình bày trên trang đánh máy, khổ A4 và có bố cục như sau:
- Phần mở đầu.
- Phần nội dung.
Chương 1. Tổng quan về xây dựng lưới.
Chương 2. Tổng quan về xử lý số liệu đo GNSS.
Chương 3. Xử lý số liệu đo GNSS tại Uông Bí, Quảng Ninh.
- Phần kết luận và kiến nghị.
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ XÂY DỰNG LƯỚI
Để xác định vị trí tương hỗ của các điểm trên bề mặt đất trong hệ thống toạ độ
thống nhất, người ta xây dựng trên mặt đất hệ thống các điểm liên hệ với nhau bằng

6


các hình có dạng hình học nhất định. Việc lựa chọn vị trí đỉnh của các hình này sao
cho thuận tiện đo trực tiếp các yếu tố của chúng với độ chính xác cần thiết. Từ số
liệu đo, từ các phương pháp toán học và mối liên hệ giữa các đại lượng đo với các
yếu tố cần xác định, sẽ tính được tọa độ mặt bằng (x, y) và độ cao ( H) của các
điểm. Tập hợp các điểm này gọi là lưới khống chế trắc địa.
Vậy lưới khống chế trắc địa là: hệ thống các điểm được đánh dấu chắc chắn
trên mặt đất, giữa chúng liên kết với nhau bởi các hình hình học và các điều kiện
toán học chặt chẽ, được xác định trong cùng một hệ thống tọa độ thống nhất với độ
chính xác cần thiết, làm cơ sở phân bố chính xác các yếu tố nội dung bản đồ và hạn

chế sai số tích lũy.
Xây dựng lưới theo nguyên tắc từ tổng thể đến cục bộ, từ độ chính xác cao đến
độ chính xác thấp. Phương pháp xây dựng lưới gồm: phương pháp truyền thống,
xây dựng lưới bằng công nghệ GPS.
1.1. Xây dựng lưới theo phương pháp truyền thống.
Lưới trắc địa Việt Nam theo Quyết định số 83/2000/QĐ -TT ngày 12/7/2000
của Thủ tướng Chính phủ thì từ tháng 8 năm 2000 nước ta sẽ sử dụng hệ quy chiếu
và hệ tọa độ VN-2000. Lưới trắc địa có thể chia được chia làm ba loại: lưới khống
chế trắc địa nhà nước; lưới khống chế trắc địa khu vực và lưới khống chế đo vẽ.
Lưới khống chế nhà nước Việt Nam cả mặt bằng và độ cao đều được xây dựng
theo bốn Hạng, từ Hạng I đến Hạng IV. Lưới Hạng I phủ trùm toàn quốc, lưới Hạng
II chêm dày từ lưới Hạng I sau đó chêm dày thêm để có lưới Hạng III và IV.
Lưới khống chế mặt bằng khu vực được phát triển ở các vùng riêng biệt khi
không đủ số lượng các điểm khống chế nhà nước; gồm lưới giải tích cấp 1, cấp 2
hoặc đường đường chuyền cấp 1 và cấp 2.Lưới khống chế khu vực được chêm dày
từ lưới khống chế nhà nước có mật độ dày hơn nhưng độ chính xác thấp hơn.
Lưới khống chế mặt bằng đo vẽ là lưới được chêm dầy từ lưới khống chế nhà
nước và khu vực. Lưới này là cấp lưới khống chế cuối cùng về tọa độ và độ cao
phục vụ trực tiếp cho việc đo vẽ bản đồ địa hình.Lưới khống chế đo vẽ gồm đường
7


chuyền kinh vĩ, lưới tam giác nhỏ, đường chuyền toàn đạc và các điểm chêm dày
bằng phương pháp giao hội. Lưới khống chế độ cao đo vẽ được thành lập theo
phương pháp hình học hoặc đo cao lượng giác có kết hợp đo đồng thời với lưới
khống chế mặt bằng.
Các phương pháp xây dựng lưới khống chế mặt bằng đã nêu trên có các nhược
điểm sau:
 Các điểm liền kế nhau tạo thành đồ hình cơ bản phải trực tiếp hoặc sau khi xây


dựng tiêu phải trông thấy nhau( phải thông hướng).
 Do ảnh hưởng của độ cong trái đất và chiết quang nên chiều dài cạnh bị hạn chế.

Hơn nữa cạnh càng dài, tiêu phải càng cao, gây khó khăn tốn kém về kinh tế.
 Rất khó khăn để sử dụng phương pháp này để liên kết tọa độ trên đất liền và hải
đảo.
 Khó khăn khi thực hiện công tác đo nối lưới quốc gia với hệ thống tọa độ khu vực
và quốc tế giải quyết các bài toán chung toàn cầu.
 Khối lượng công tác đo đạc lớn, cần nhiều nhân lực và phụ thuộc nhiều vào điều

kiện thời tiết.
1.2. Xây dựng lưới bằng công nghệ GNSS.
Trong trắc địa truyền thống, thiết kế đồ hình lưới khống chế là việc cực kỳ
quan trọng. Còn trong lưới GNSS nói chung không yêu cầu giữa các điểm phải nhìn
thông nhau nên thiết kế đồ hình lưới GNSS sẽ linh hoạt hơn. Thiết kế đồ hình lưới
GNSS chủ yếu phụ thuộc vào yêu cầu sử dụng, kinh phí, thời gian, nhân lực, loại
hình và số lượng máy thu.

8


1.2.1. Ưu nhược điểm của phương pháp.
Hiện nay, trên thế giới và Việt Nam, lưới trắc địa vệ tinh bằng công nghệ GPS
được dùng phổ biến để xây dựng lưới khống chế mặt bằng. Ở Việt Nam từ đầu
những năm 90 của thế kỷ trước, Cục Đo đạc và Bản đồ Nhà nước bắt đầu dùng
công nghệ GPS. Cho đến nay, công nghệ GPS đã được dùng để xây dựng lưới cấp
cao hơn hạng I (cấp 0) và đến cả cấp khống chế thấp nhất là lưới đo vẽ. Lưới đã
được dùng để đo nối toạ độ trên đất liền và hải đảo trong lãnh thổ Việt Nam, đo nối
lưới quốc gia với hệ thống toạ độ khu vực và quốc tế.
Trong phương pháp trắc địa vệ tinh, trị đo của lưới có được từ kết quả thu tín

hiệu vệ tinh nhân tạo. Các máy thu đặt tại các điểm khống chế trên mặt đất, thu tín
hiệu truyền về từ vệ tinh để tính ra toạ độ điểm quan sát (đo tuyệt đối) hoặc hiệu toạ
độ giữa hai điểm quan sát (đo tương đối). Như vậy, về lý thuyết, các điểm khống
chế trong lưới trắc địa vệ tinh không cần thông hướng với nhau mà chỉ cần thông
hướng đến bầu trời. Do đó, khoảng cách giữa các điểm không bị hạn chế, có thể lên
đến hàng ngàn km.
 Ưu điểm:

- Sóng sử dụng là sóng ngắn nên có khả năng xuyên qua mây mưa, không
phân biệt ngày đêm. Nhờ đó, ta có thể đo trong mọi điều kiện thời tiết và thời gian.
- Có thể ứng dụng ở thời gian thực và vị trí bất kỳ: trên mặt đất, trên biển và
trong không gian cho đối tượng chuyển động hay đứng yên.
- Không đòi hỏi tính thông hướng giữa các trạm đo như phương pháp truyền thống.
- Có thể phủ trùm được những vùng rộng lớn trên trái đất.
- Không bị khống chế ở cấp độ quốc gia.
- Phương pháp đo GPS đạt độ chính xác cao và ngày càng hoàn thiện.
- Người sử dụng chỉ tốn chi phí mua máy thu, không cần quan tâm đến việc
điều hành, xây dựng hệ thống.
- Xác định được ngay tọa độ không gian 3 chiều của vị trí điểm.
- Việc tính toán, xử lý, lưu trữ và vẽ bản đồ là công việc của máy tính, nhanh
chóng và chính xác hơn nhiều so với việc thực hiện bằng tay trước đây.
9


 Nhược điểm:

- Sóng sử dụng là sóng ngắn nên không xuyên qua các vật rắn được, do vậy,
không thể dùng công nghệ định vị vệ tinh cho các công trình ngầm, dưới nước và
khu vực có độ che phủ cao.
- Đo chi tiết dùng phương pháp truyền thống hiệu quả hơn.

- Độ cao có độ chính xác thấp.
- Các tọa độ trong hệ thống tọa độ GPS đòi hỏi phải chuyển sang hệ tọa độ địa
phương ( đối với bản đồ địa chính).
- Công nghệ đắt tiền, đồng thời đòi hỏi người đo đạc cần thu thập những kiến
thức mới.
1.2.2. Phương thức liên kết lưới.
Căn cứ vào mục đích sử dụng, thường có 4 phương thức liên kết cơ bản để thành lập
lưới: liên kết điểm, liên kết cạnh, liên kết lưới, liên kết hỗn hợp cạnh điểm. Ngoài ra có thể
liên kết hình sao, liên kết đường chuyền, liên kết chuỗi tam giác.
1.2.2.1.Liên kết điểm.
Liên kết điểm là dạng liên kết các ca đo đồng hồ kề nhau bởi một điểm chung.
Cường độ đồ hình của dạng liên kết điểm là rất yếu, không có hoặc có rất ít điều
kiện khép hình không đồng bộ. Dạng liên kết điểm thường không được sử dụng đơn độc.
Ví dụ với 3 máy thu :

Hình 1.1. Phương thức liên kết điểm.
10


1.2.2.2.Liên kết cạnh.
Liên kết cạnh là dạng liên kết giữa các vòng đo đồng bộ kề nhau bởi một cạnh
chung. Lưới được thành lập theo dạng này có cường độ đồ hình tương đối cao, có
nhiều cạnh đo lặp và có nhiều điều kiện khép hình không đồng bộ. Với số lượng
máy thu như nhau, số thời đoạn đo sẽ tăng hơn nhiều so với phương pháp liên kết
điểm.
Ví dụ với 3 máy thu :

Hình 1.2. Phương thức liên kết cạnh.
1.2.2.3.Liên kết hỗn hợp cạnh- điểm.
Liên kết hỗn hợp cạnh-điểm là dạng kết hợp phương thức liên kết cạnh và

phương thức liên kết điểm. Phương thức này có thể đảm bảo cường độ đồ hình,
nâng cao độ tin cậy của lưới, vừa có thể giảm khối lượng công tác ngoại nghiệp, hạ
giá thành. Đây là phương thức liên kết thích hợp, thường được sử dụng để thành lập
lưới GPS.
1.2.2.4.Liên kết lưới đường chuyền.
Lưới GPS được tạo thành bởi sự liên kết các hình đồng bộ dạng kéo dài như
đường chuyền, các cạnh độc lập tạo thành dạng khép kín, để kiểm tra độ tin cậy
của điểm GPS. Lưới GPS dạng này được ứng dụng khi yêu cầu độ chính xác thấp.
Phương thức này có thể kết hợp với phương thức liên kết điểm.
11


Hình 1.3.Một số dạng đồ hình lưới.
Mặc dù không yêu cầu thông hướng giữa các điểm GPS nhưng xét đến yêu
cầu tăng dày, nhưng xét đến yêu cầu tăng dày bằng phương pháp truyền thống nên
mỗi điểm GPS nên thông hướng đến ít nhất một điểm. Lưới GPS cần phải được tạo
thành một số vòng khép kín không đồng bộ hoặc một số tuyến phù hợp từ các cạnh
đo độc lập. Số cạnh trong mỗi vòng khép hoặc trong mỗi tuyến phù hợp với các cấp
lưới được quy định ở bảng 1.1 [7] [2].
Bảng 1.1. Bảng tiêu chuẩn số cạnh tương ứng cấp, hạng lưới.
Hạng, cấp lưới

II

III

IV

Cấp 1


Cấp 2

Số cạnh trong mỗi
vòng khép hoặc tuyến
phù hợp

6

8

10

10

10

12


CHƯƠNG 2
XỬ LÝ SỐ LIỆU ĐO GPS
2.1 Các nguồn sai số trong kết quả đo GPS.
2.1.1 .Sai số do đồng hồ.
Sai số do sự không đồng bộ giữa đồng hồ vệ tinh và máy thu gây ra sai số rất
lớn trong kết quả đo GPS, đặc biệt là trong định vị tuyệt đối. Các vệ tinh được trang
bị đồng hồ nguyên tử có độ chính xác cao, tính đồng bộ về thời gian giữa các đồng
hồ vệ tinh được giữ khoảng 20 nano giây. Còn các máy thu GPS được trang bị đồng
hồ thạch anh chất lượng cao (10-4) đặt bên trong.
Chúng ta biết rằng vận tốc truyền tín hiệu khoảng 3.10 8 m/s, nếu sai số đồng
hồ thạch anh là 10-4s thì sai số khoảng cách tương ứng là 30km, nếu đồng hồ

nguyên tử sai 10-7s thì khoảng cách sai là 30m.
Với ảnh hưởng như trên, người ta đã sử dụng phương pháp định vị tương đối
để loại trừ ảnh hưởng của sai số do đồng hồ vệ tinh. Người ta sử dụng phương trình
sai phân bậc nhất của các trị đo pha từ 2 trạm quan sát đến cùng một vệ tinh.
2.1.2 .Sai số do quỹ đạo vệ tinh.
Chúng ta đã biết vệ tinh chuyển động trên quỹ đạo quay xung quanh Trái Đất
chịu nhiều sự tác động như sự ảnh hưởng của sự thay đổi trọng trường Trái Đất, ảnh
hưởng của sức hút mặt trăng, mặt trời. Các ảnh hưởng trên sẽ tác động đến quỹ đạo
của vệ tinh, khi đó vệ tinh sẽ chuyển động không hoàn toàn tuân theo ba định luật
của Kepler. Sai số quỹ đạo vệ tinh ảnh hưởng gần như trọn vẹn đến kết qảu định vị
tuyệt đối, song được khắc phục về cơ bản trong định vị tương đối hoặc vi phân.
Để biết được vị trí của vệ tinh trên quỹ đạo thì người sử dụng có thể căn cứ
vào lịch vệ tinh. Tùy thuộc vào mức độ chính xác của thông tin mà lịch vệ tinh
được chia làm 3 loại:
-

Lịch vệ tinh dự báo: phục vụ cho lập lịch và xác định được quang cảnh nhìn thấy
của vệ tinh tại thời điểm quan sát, lịch vệ tinh này có sai số cỡ vài km.

13


-

Lịch vệ tinh quảng bá: được tạo lập dựa trên 5 trạm quan sát thuộc đoạn điều khiển
của hệ thống GPS, hiện nay khi chế độ nhiễu cố ý SA đã được bỏ thì lịch vệ tinh

-

quảng bá có sai số khoảng 2-5m.

Lịch vệ tinh chính xác: được thành lập dựa trên cơ sở các số liệu quan trắc trong
mạng lưới giám sát và được tính toán nhờ một số tổ chức khoa học. Loại lịch này
cho sai số nhỏ hơn 0.5m.
2.1.3 . Sai số do tầng điện ly và tầng đối lưu.
Tín hiệu từ vệ tinh đến máy thu đi qua một quãng đường hơn 20.000km, trong
đó tầng điện ly cao từ 50km đến 500km, tầng đối lưu từ mặt đất đến độ cao 50km.
Khi tín hiệu đi qua các tầng này có thể bị thay đổi (bị tán xạ) phụ thuộc vào mật độ
điện tử tự do trong tầng điện ly và tình trạng hơi nước, nhiệt độ và các bụi khí
quyển trong tầng đối lưu. Người ta ước tính rằng, do ảnh hưởng của tầng điện ly,
khi định vị tuyệt đối có thể bị sai số 12m còn ảnh hưởng của tầng đối lưu là khoảng
3m.
Các vệ tinh GPS phát tín hiệu ở tần số cao( sóng cực ngắn) do vậy, ảnh hưởng
của tầng điện li đã được giảm nhiều. Tuy vậy, cần lưu ý đến đặc tính của sóng cực
ngắn là truyền thẳng và dễ bị che chắn.
Ảnh hưởng của tầng điện ly tỉ lệ với bình phương tần số. Vì vậy, khi sử dụng
máy thu 2 tần sẽ khắc phục được tình trạng này. Tuy vậy ở khoảng cách ngắn
(<10km), tín hiệu giữa hai máy coi như đi cùng trong một môi trường. Sai số sẽ
được loại trừ trong các công thức tính hiệu tọa độ. Do vậy, nên sử dụng máy thu
một tần. Nếu sử dụng máy thu hai tần có thể bị nhiễu làm kết quả kém chính xác.
Để khắc phục ảnh hưởng của tầng đối lưu, người ta quy định chỉ sử dụng tín
hiệu vệ tinh có góc cao trên 15 độ hoặc trên 10 độ. Hiện nay người ta đã sử dụng
một số mô hình khí quyển, trong đó có mô hình của Hopfield được sử dụng rộng
rãi.
2.1.4 .Sai số do nhiễu tín hiệu.
Ăng ten của máy thu không chỉ thu tín hiệu đi thẳng từ vệ tinh tới mà còn
nhận cả các tín hiệu phản xạ từ mặt đất và môi trường xung quanh. Sai số do hiện
14


tượng này gây ra được gọi là sai số do nhiễu xạ của tín hiệu vệ tinh. Để làm giảm

sai số này, các nhà chế tạo máy thu không ngừng hoàn thiện cấu tạo của cả máy thu
và ăng ten.
2.1.5. Sai số do người đo.
Người đo có thể phạm một số sai lầm như đo chiều cao anten, dọi điểm định
tâm không tốt, đôi khi ghi nhầm chế độ đo cao anten. Để tránh các sai số này thì
người đo GPS cần cẩn trọng trong định tâm và đo chiều cao anten.
Cần chú ý sai số do đo chiều cao anten không những ảnh hưởng đến độ cao
điểm đo mà còn ảnh hưởng đến cả vị trí mặt bằng. Trong khi thu tín hiệu không nên
đứng vây quanh máy thu và không che ô cho máy.
Điều đáng chú ý nhất trong phương pháp này là máy di động không cần thu tín
hiệu vệ tinh liên tục trong suốt chu kỳ đo như phương pháp đo động. Tại mỗi điểm
đo máy chỉ đo 5-10 phút, sau đó có thể tắt máy trong lúc di chuyển tới điểm khác.
Điều này cho phép áp dụng cả ở những khu vực có nhiều vật che khuất. [3]
2.2 .Quy trình xử lý số liệu.
Trong mọi trường hợp, công việc xử lí số liệu đo và kiểm tra chất lượng đo
lưới GPS phải được thực hiện thường xuyên ít nhất là 1 lần trong ngày. Không nên
để dồn số liệu của nhiều ngày đo rồi mới xử lí. Như đã biết trong đo GPS có thể xảy
ra hiện tượng trượt chu kì đối với trị đo pha, nhờ kiểm tra số liệu sẽ phát hiện và
hiệu chỉnh hiện tượng trượt chu kì. Dựa vào kết quả xử lý vecto cạnh, có thể sơ bộ
kết luận về chất lượng đo trước khi kết thúc công việc ngoại nghiệp. Nhờ đó có thể
phát hiện những sai sót trong đo đạc để kịp thời đo lại hoặc đo bổ sung.
Việc xử lí số liệu đo GPS bao gồm 4 bước như sau :
•
•
•
•

Trút số liệu từ máy thu vào máy tính.
Xử lý vecto cạnh.
-Kiểm tra lưới.

Bình sai lưới.
2.2.1. Trút số liệu.
Bước đầu tiên trong công đoạn xử lí là trút số liệu từ máy thu vào ổ đĩa cứng
của máy tính. Việc trút số liệu được thực hiện nhờ phần mềm của hãng chế tạo máy
15


thu cung cấp, ví dụ như module độc lập dùng để trút số liệu Gpload của hãng
Trimble hoặc Trimble Geomatic Office hay sử dụng module trút số liệu Data
Transfer cho máy thu R3. Đối với các máy thu của hãng TOPCON sử dụng module
TOPCON LINK để trút số liệu. Các máy thu GNSS thế hệ mới có cổng giao tiếp
với máy tính qua cổng USB.
Một số máy GPS cũ như Trimble 4600LS có cáp trút số liệu giao tiếp với máy
tính qua cổng COM, mà hiện nay nhiều máy tính thế hệ mới không có cổng COM,
chủ yếu là qua cồng USB. Cần có bộ chuyển đổi COM-USB khi trút số liệu cho loại
máy thu này.
Số liệu trút từ máy thu vào máy tính gồm các trị đo pha L1, hoặc L1 và L2,
các trị đo khoảng cách giả C1 và hoặc C1, P1, P2. Với một số máy thu còn kèm
theo trị đo Doppler D1, D2. Trong tệp số liệu đo còn có tọa độ gần đúng (X, Y, Z)
của điểm đặt máy cùng với số hiệu điểm, độ cao anten đã nhập từ khi khởi động
máy tính (nếu có). Ngoài số liệu đo, số liệu được trút vào còn có lịch vệ tinh quảng
bá phục vụ cho các tính toán tiếp theo.
Có một số máy thu không có thao tác vào tên điểm và độ cao anten ở thực địa
( như máy Trimble 4600LS), thì trong giai đoạn trút số liệu sẽ phải làm thủ tục này.
Đối với các máy thu đã nhập tên điểm trạm máy, độ cao anten ngay tại thực địa, thì
cần kiểm tra lại các dữ liệu đầu vào. Nếu phát hiện thấy sai cần chỉnh sửa ngay. Độ
cao anten có thể nhập độ cao đúng (true vertical) và cũng có thể nhập độ cao đo
(uncorrected vertical) phù hợp với loại anten và cách đo đã quy định. Cần nhớ rằng,
khi đo chiều cao anten chúng ta đã đo chính xác đến 1mm, nhưng nếu nhập sai
chủng loại anten hoặc sai kiểu đo cao anten thì sẽ phạm sai số cỡ vài cm hoặc lớn

hơn trong kết quả cuối cùng.
Trong khi trút số liệu cần có sổ đo hoặc bảng tổng hợp ghi chép tại các trạm
máy. Khi trút số liệu, có thể căn cứ vào thời gian bắt đầu, thời gian kết thúc và căn
cứ tọa độ địa lý của điểm đo để phát hiện ra những nhầm lẫn về tên điểm. Nói
chung các tệp số liệu đo thu được cần lưu ngay vào thiết bị trung gian như USB,
CD vv… Tốt nhất nên có bộ nhớ trung gian có dung lượng lớn để ghi số liệu đo
ngay sau khi trút nhằm đảm bảo an toàn dữ liệu đo. [3]
16


2.2.2. Xử lý vecto cạnh.
Việc xử lí vecto cạnh được thực hiện dựa trên cơ sở thời gian chung và vệ
tinh chung của hai máy thu. Giả sử khoảng thời gian thu tín hiệu của máy thu 1 và
máy thu 2 lần lượt là ∆ và ∆, trong đó:

Trong đó :

∆-

(2.2.1)

∆-

(2.2.2)

T1 và T2 là các thời điểm bật và tắt máy thu 2.

T3 và T4 là các thời điểm bật và tắt máy thu 1.
Thời gian chung sẽ tính từ thời điểm của máy thu bật sau đến thời điểm máy
thu tắt trước của hai máy thu trong cùng một ca đo. Khoảng thời gian đo thêm của

mát tắt sau hay máy bật trước đều không có giá trị tham gia tính cạnh. Như vậy
trong khi thu tín hiệu nên đồng thời bật máy và tắt máy trong cùng một ca đo.
Khi tính cạnh, chỉ có những vệ tinh có số liệu ghi trong hai tệp của hai máy
cùng ca đo mới có giá trị tham gia tính cạnh. Số vệ tinh chung là số vệ tinh mà cả
hai máy thu cùng quan sát được. Như vậy, cần phải đảm bảo sao cho các máy thu
trong một ca đo có số vệ tinh được quan sát đồng thời cáng nhiều càng tốt. Để bảo
đảm điều kiện trên cần lưu ý tới tình trạng che chắn tại các trạm máy. Khi chiều dài
cạnh càng dài ( cỡ hàng trăm, hàng ngàn km) thì số vệ tinh chung càng ít. [1]
Các phần mềm hiện đại cho phép xử lí nhiều tệp số liệu đo đồng thời để tính
cạnh. Thường thường số liệu đo của một ngày được ghi vào một thư mục trong ổ
đĩa cứng. Có hai chế độ xử lí, đó là xử lí từng vecto và xử lí đồng thời nhiều vecto.
Trong một số trường hợp, một trong các điểm trong ca đo khi quan trắc bị hỏng số
liệu và tất cả các điểm được xử lí đồng thời, các sai số từ điểm hỏng sẽ nằm trong
tất cả các vecto và sai số sẽ được giữ lại. Chế độ xử lí vecto đơn lẻ cho phép kiểm
tra tốt hơn những cạnh sai hay điểm sai. Điểm sai có thể dễ dàng phát hiện nhờ số
liệu thống kê như sai số trung phương đơn vị trọng số, sai số tiêu chuẩn bằng cách
đối chiếu tham số của các cạnh được coi là chuẩn với cạnh khác. Thêm vào đó, có
thể lấy tổng số gia tọa độ theo một tuyến của ca đo, nếu như tổng giá trị số gia tọa

17


độ theo vòng khép kín không nhỏ thì chứng tỏ một trong các điểm của ca đo có điều
kiện đo kém. Việc xử lí cho từng vecto được thực hiện theo trình tự sau:
-

Tạo các tệp quỹ đạo.
Tính giá trị tốt nhất vị trí điểm theo phương pháp khoảng cách giả.
Đọc pha sóng tải để tạo số liệu pha ( không hiệu số) và số liệu quỹ đạo vệ tinh.
Tạo hiệu pha và tính các hiệu chỉnh khác.

Tính giá trị ước lượng vecto sử dụng hiệu pha bậc 3. Phương pháp này cho phép

-

phát hiện và bù lại hiện tượng trượt chu kì để nhận được kết quả tốt nhất.
Tính toán lời giải hiệu pha bậc 2 xác định vecto và giá trị (thực) của pha.
Ước lượng số nguyên đa trị của pha đã tính được từ bước trước và có thể tiếp tục

-

tính toán số nguyên đa trị chính xác.
Tính toán sai số lời giải dựa vào số nguyên đa trị chính xác nhất đã được tính ở

-

bước trước.
Tính toán tiếp một số kết quả khác, sử dụng số nguyên đa trị khác đi một chút

-

( khác so với bước đầu) từ các giá trị đã chọn.
Tính tỷ số phương sai RATIO theo tiêu chuẩn thống kê giữa lời giải xác định tốt
nhất đã có với lời giải tốt kế tiếp. Tỷ số RATIO này phải ít nhất đạt giá trị 2 hoặc 3,
chứng tỏ lời giải chấp nhận tốt hơn 2 hoặc 3 lần đối với lời giải khác. Có như vậy
mới đủ độ tin cậy với kết quả cuối cùng.
Khi đo các cạnh ngắn, ta có thể thực hiện tính toán lặp lại với vệ tinh tham
khảo khác hoặc loại bỏ vệ tinh bị nghi ngờ là sai số lớn. Theo quy định đo GPS của
Singapo tiêu chuẩn đối với cạnh là:

18



Bảng 2.1 Tiêu chuẩn đối với cạnh.
Chiều dài
cạnh

Dạng lời giải

RMS (m)

RATIO

D

L1 fix

< 0.015

>3

D

Ionosphere free fix

< 0.020

>3

2.2.3. Kiểm tra mạng lưới.
Trước khi bình sai lưới cần kiểm tra chất lượng lưới. Lưới GPS được tạo

thành từ nhiều vecto cạnh. Nếu tất cả các cạnh đều đạt chỉ tiêu của chất lượng cạnh
riêng rẽ thì thông thường toàn bộ lưới sẽ đạt yêu cầu. Như đã nói ở phần trước,
trong lưới GPS, các vecto cạnh thường được đo khép kín ( có thể là các vecto cùng
ca đo hoặc khác ca đo). Dựa vào đặc điểm kết cấu hình học này, chúng ta có thể
kiểm tra lần cuối chất lượng đo của các vecto cạnh trong mạng lưới nhờ tính toán
các sai số khép hình. Tương tự như sai số khép hình trong mạng lưới tam giác đo
góc, các sai số khép hình trong lưới GPS cũng mang tính chất của sai số thực của
hàm trị đo.
Việc tính sai số khép hình trong lưới GPS được thực hiện trong các hình
khép kín theo công thức sau
=;

=;

= ; (2.2.3)

 Sai số khép toàn phần được tính theo công thức:

=

(2.2.4)

 Sai số khép , thực chất là hàm của các trị đo ∆’X, ∆’Y, ∆’Z ( là các thành phần của

vecto cạnh).
 Sai số khép tương đối được tính:

=;
đó : [D] là tổng chiều dài cạnh của vòng khép.
Một số nguồn sai số không thể hiện trong sai số khép hình tạo bởi các cạnh

trong cùng một ca đo như sai số đo cao anten, sai số dọi điểm, thậm chí là đặt nhầm
19


điểm. Sai số khép hình tạo bởi các cạnh khác ca đo thể hiện hầu hết các nguồn sai
số trong đo GPS, kể cả sai số do điều kiện khí tượng thay đổi giữa các ca đo. Giá trị
sai số khép tương đối (1/T) được quy định riêng cho từng cấp lưới.
Theo quy chuẩn kĩ thuật của nước ta, sai số khép tương đối cho lưới hạng II và
hạng III quốc gia phải thỏa mãn quy định sau:
Bảng 2.2. Quy định về sai số khép tương đối.
Tổng chiều dài vòng khép
[D]
<5km

Hạng II

Hạng III

-

FS< 5cm

5km10km

-

1/100.000

10km25km


1/300.000

1/150.000

2550km

1/500.000

1/300.000

> 50km

1/1.000.000

1/500.000

2.2.3.1 Xử lí kết quả đo kém.
Kết quả đo kém chất lượng có thể xảy ra với một số lí do sau:
-

Sai sót ở đo ngoại nghiệp: đo xác định chiều cao anten sai, nhập tên trạm đo không

-

đúng, định tâm lệch.
Đặt các tham số các máy thu: góc ngưỡng khác nhau, tần số thu không đồng bộ giữa
các máy cùng ca, số vệ tinh thu sử dụng khác nhau, định dạng file số liệu khác nhau

-


( khác loại máy thu).
Thu số liệu ở các điều kiện rìa: thu quá ít vệ tinh, PDOP quá cao, quá nhiều vệ tinh
ở góc ngưỡng thấp, điều kiện đo có nhiều chướng ngại vật, trượt chu kì pha nhiều
và không đủ thời gian thu.
Loại sai số do sai sót ở ngoại nghiệp thường gọi là sai số thô, sai số này có thể
tránh xảy ra bằng cách tuân thủ chặt chẽ theo các bước ngoài thực địa như: đo và
ghi chiều cao anten vào sổ đo, ghi thời gian bắt đầu thu và thời gian kết thúc; ghi rõ
số hiệu điểm đo và ca đo tránh nhầm lẫn với các ca đo khác.
Loại sai số thứ hai là loại sai số khó khăn hơn trong việc nhận biết và loại bỏ.
Thông thường đo GPS cần khoảng 6 vệ tinh, với điều kiện đồ hình tốt và không có
20


chướng ngại vật. Tuy vậy điều kiện này không phải lúc nào cũng đạt được, vì vậy
trong bất cứ trạm đo nào cũng cần phải khắc phục càng nhiều yếu tố trên thì càng
tốt.
2.2.3.2. Các phương pháp làm giảm thiểu sai số
- Chọn điều kiện đo tốt nhất có thể được: sử dụng QuickPlan để chọn thời
gian đo hợp lí với PDOP nhỏ nhất, và số vệ tinh tối đa có thể có được. Nếu cần
quan tâm đến độ cao, hãy xem giá trị VDOP đã đủ tốt hay chưa.
- Đến các điểm đo trước khi đo xem xem có chướng ngại vật gì hay không?
Nếu thấy có chướng ngại vật, bạn có thể thay đổi lại vị trí điểm đo. Điều này cực kì
quan trọng cho đo động với trạm đo Base.
- Kiểm tra lại các bước đặt cấu hình cho tất cả các máy thu xem chúng đã
đồng bộ hay chưa:
•
•

Theo dõi tính đầy đủ của thời gian thu.
Sử dụng thêm các trị đo thừa: thiết kế mạng lưới sao cho tất cả các điểm có thể có 3

cạnh độc lập đo tới điểm.
Các phương pháp này có thể giải quyết được một số yếu tố làm giảm độ chính
xác của cạnh xử lí. [1] [3] [7].
2.4.Bình sai lưới.
Trước hết cần thống nhất một số kí hiệu sau :
Xi , Yi , Zi - tọa độ không gian địa tâm của điểm i.
Xj , Yj , Zj - tọa độ không gian địa tâm của điểm j.
∆X i,j , ∆Yi,j , ∆Zi,j – các thành phần véc tơ cạnh giữa điểm I và điểm j
trong hệ không gian địa tâm , còn gọi là các gia số tọa độ không gian địa tâm giữa
hai điểm đó.
Bi , Li , Hi - vĩ độ , kinh độ và độ cao trắc địa của điểm i.
Bj , Lj , Hj - vĩ độ , kinh độ và độ cao trắc địa của điểm j.
Ni , Nj - độ cao Geoid tại điểm i và điểm j.
hi , hj - độ cao thủy chuẩn của điểm i và j ( h = H-N ).
a , b – là bán trục lớn và bán trục bé của Ellipsoid
21


Mỗi điểm cần xác định trong lưới GPS sẽ có 3 ẩn số là X , Y , Z. Nếu
lưới có m điểm cần xác định , sẽ có 3xm ẩn số [ 1 ].Với mỗi cạnh đo giữa 2 điểm i,j,
tương ứng với 3 trị đo là ∆Xi,j , ∆Yi,j , ∆Zi,j và ma trận hiệp phương sai MXYZ , chúng
ta sẽ lập được 3 phương trình số hiệu như sau :
V∆Xi,j = -dXi + dXj + ( - ) - ∆Xi,j
V∆Yi,j = -dYi + dYj + ( - ) - ∆Yi,

( 2.2.5)

V∆Zi,j = -dZi + dZj + ( - ) - ∆Zi,j
Trong đó : , , , , , là tọa độ gần đúng của các điểm i , j;
dX, dY, dZ là các số hiệu chỉnh tọa độ.

Trong hệ ( 2.2.5 ) ta kí hiệu các số hạng tự do :
ℓXi,j = ( - ) - ∆Xi,j
ℓYi,j = ( - ) - ∆Yi,j
ℓZi,j = ( - ) - ∆Zi,j
Vì các phương trình ( 2.2.5) là các phương trình tuyến tính, không
phải khai triển Taylor do đó cũng có thể không cần tính trước tọa độ gần đúng mà
coi luôn tọa độ bình sai X,Y,Z của các điểm cần xác định là các ẩn số trong bài toán
bình sai lưới GPS. Các phương trình số hiệu chỉnh có thể viết ở dạng ma trận :
V = A.∆X + L

22

(2.2.6)


Trong đó :
A=

; ∆X = ; L =

( 2.2.7)

Ma trận trọng số của hệ phương trình trên có dạng :
P=

( 2.2.8 )

Trong đó Mi là các ma trận hiệp phương sai nhận được khi giải cạnh GPS , là
ma trận có kích thước 3x3.
Công việc bình sai lưới được thực hiên theo nguyên lý số bình phương nhỏ

nhất, tức là :
VTPV = min

( 2.2.9)

Ở đây chúng ta áp dụng phương pháp bình sai các đại lượng tương quan (phụ
thuộc), ma trân P không phải là ma trận đường chéo.
Công việc lập bình sai thực hiện qua các bước :
-

Lập hệ phương trình chuẩn.
Giải hệ phương trình chuẩn.
Tính tọa độ X, Y, Z sau bình sai ( và tính đổi về tọa độ trắc địa B, L, H).
Tính sai số tọa độ ∆Xi,j , ∆Yi,j , ∆Zi,j sau bình sai.
Đánh giá độ chính xác. [1].

CHƯƠNG 3
XỬ LÝ SỐ LIỆU ĐO GNSS TẠI UÔNG BÍ, QUẢNG NINH
3.1 Giới thiệu khu đo.
Uông Bí là một thành phố nằm ở phía tây của tỉnh Quảng Ninh, Việt Nam,
thuộc vùng duyên hải Bắc Bộ. Nằm dưới chân dãy núi Yên Tử và giáp sông Đá
Bạc.
23


• Điều kiện tự nhiên:
 Vị trí địa lí :

Thành phố Uông Bí nằm ở phía tây tỉnh Quảng Ninh, cách Thủ đô Hà Nội 130
km, cách Hải Phòng gần 30 km, và cách thành phố Hạ Long 45 km. Có toạ độ địa lý

từ 20o58’ đến 21o9’ vĩ độ bắc và từ 106o41’ đến 106o52’ kinh độ đông.
Địa giới hành chính Uông Bí ở phía đông giáp huyện Hoành Bồ và thị xã
Quảng Yên, phía tây giáp huyện Đông Triều, vùng đất ở phía nam giáp huyện Thuỷ
Nguyên, phía bắc giáp huyện Sơn Động. Uông Bí có vị trí đặc biệt quan trọng về
quốc phòng, an ninh, là tuyến phòng thủ phía đông Bắc của Việt Nam.
 Địa hình

Địa hình thành phố Uông Bí chủ yếu là đồi núi chiếm 2/3 diện tích, đồi núi
dốc nghiêng từ phía bắc xuống phía nam.
Địa hình ở đây có thể được hình thành 3 vùng, bao gồm vùng cao chiếm
65.04%, vùng thung lũng, chiếm 1,2%, cuối cùng là vùng thấp chiếm 26,90% diện
tích tự nhiên thành phố.
 Khí hậu

Do vị trí địa lý và địa hình nằm trong cánh cung Đông Triều – Móng Cái, với
nhiều dãy núi cao ở phía bắc và thấp dần xuống phía nam, chính vì lẽ đó đã tạo cho
Uông Bí một chế độ khí hậu vừa mang tính chất khí hậu miền núi vừa mang tính
chất khí hậu miền duyên hải.
Nhiệt độ trung bình năm là 22,2 oC.Số giờ nắng trung bình mùa hè 6 – 7
giờ/ngày.
Tổng lượng mưa trung bình năm là 1.600 mm, cao nhất 2.200 mm. Mưa
thường tập trung vào các tháng 6,7,8 trong năm, số ngày có mưa trung bình năm là
153 ngày. Độ ẩm tương đối trung bình năm là 81%, độ ẩm tương đối thấp nhất
trung bình là 50,8.
 Tài nguyên nước.

24


Thành phố Uông Bí có 3 con sông chính là sông Sinh, sông Tiên Yên và sông

Uông, các sông này chạy theo hướng Bắc Nam.
 Kinh tế.

Đến năm 2009, giá trị sản xuất công nghiệp, tiểu thủ công nghiệp của thị xã đã
chiếm 56,1%, du lịch - dịch vụ - thương mại chiếm 32,5%, sản xuất nông - lâm ngư nghiệp chỉ còn 11,4%.
Uông Bí nổi tiếng với nền công nghiệp khai thác than. Mỏ than Vàng Danh
được khai thác từ thời thuộc địa.Ngoài ra, Uông Bí được xem là cái nôi của công
nghiệp sản xuấtđiện năng.
 Hành chính.

Thành phố Uông Bí có 11 đơn vị hành chính trực thuộc, trong đó gồm 9
phường và 2 xã:
Bảng 3.1.Danh sách các đơn vị hành chính trực thuộc thành phố Uông Bí.
Danh sách các đơn vị hành chính trực thuộc thành phố Uông Bí
Tên

Diện tích
(km2)
Các Phường (9)

Dân số
(người)

Tên

Diện tích
(km2)
Các Phường (9)

Dân số

(người)

Phương Nam

21,72

12.033

Thanh Sơn

9,46

12.707

Phương Đông

23,98

11.616

Bắc Sơn

27,45

6.214

Yên Thanh

14,41


7.337

Vàng Danh

54,16

13.970

Nam Khê

7,49

8.557

Quang Trung

14,05

19.217

Trưng Vương

3,53

7.970

Các Xã (2)
Thương Yên
Công
Điền Công


67,67

5.419

12,46

1.842

3.2 Phần mềm xử lý số liệu Compass
Trong các bản tin công nghệ trước đây chúng ta đã biết về Compass – Hệ
thống định vị vệ tinh toàn cầu do Trung Quốc thiết kế và triển khai.Compass đang
25