i
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG
ĐẠI HỌC NÔNG LÂM
------------------

BÙI NGỌC THẠCH

ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GPS XÂY DỰNG
LƯỚI ĐỊA CHÍNH PHỤC VỤ CÔNG TÁC ĐO ĐẠC BẢN ĐỒ ĐỊA
CHÍNH CẤP XÃ, HUYỆN VŨ THƯ, TỈNH THÁI BÌNH
Chuyên ngành: Quản lý đất đai
Mã số ngành: 60.85.01.03

LUẬN VĂN THẠC SĨ QUẢN LÝ ĐẤT ĐAI
Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Đàm Xuân Vận

PHÒNG QLĐTS ĐH

KHOA QLTN

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

Thái Nguyên, 2016


i
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung
thực và chưa được sử dụng để bảo vệ một học vị nào. Nội dung đề tài này là những
kết quả nghiên cứu, những ý tưởng khoa học được tổng hợp từ công trình
nghiên cứu, các công tác thực nghiệm, các công trình sản xuất do tôi trực tếp

tham gia thực hiện.
Tôi xin cam đoan, các thông tin trích dẫn trong luận văn đều đã được chỉ rõ
nguồn gốc.
Thái Nguyên, ngày 03 tháng 11 năm 2016
Tác giả

Bùi Ngọc Thạch


ii
LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành được đề tài, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến:
Ban giám hiệu Trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên, khoa quản lý tài nguyên,
cùng các thầy cô đã giảng dạy, truyền đạt kiến thức cho tôi trong suốt thời gian tôi
tham gia khóa học của Trường.
PGS. TS. Đàm Xuân Vận đã hết lòng quan tâm, trực tếp hướng dẫn tôi trong
quá trình thực hiện đề tài.
Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình, bạn bè đã giúp đỡ, động
viên và đóng góp ý kiến cho tôi trong suốt quá trình học tập và hoàn thành đề tài.
Thái Nguyên, ngày 03 tháng 11 năm 2016
Tác giả

Bùi Ngọc Thạch


iii
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN
LỜI CẢM ƠN
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC BẢNG
DANH MỤC CÁC HÌNH
MỞ ĐẦU ....................................................................................................................... 1
1. Tính cấp thiết của đề tài ............................................................................................. 1
2. Mục têu chung .......................................................................................................... 2
3. Mục têu cụ thể........................................................................................................... 2
4. Ý nghĩa khoa học và thực tễn của đề tài ................................................................... 2
Chương 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU ......................................................................... 3
1.1. Khái quát về hệ thống định vị toàn cầu GPS .......................................................... 3
1.1.1. Khái niệm về GPS................................................................................................ 3
1.1.2. Các thành phần của GPS...................................................................................... 3
1.1.3. Nguyên lý định vị GPS ........................................................................................ 6
1.1.4 . Các nguồn sai số trong định vị GPS ................................................................. 13
1.2.1. Khái niệm, nguyên tắc thiết kế lưới ................................................................... 16
1.2.2 . Cơ sở toán học của lưới địa chính .................................................................... 16
1.2.3. Mật độ điểm khống chế ..................................................................................... 19
1.3. Công tác thành lập bản đồ địa chính ..................................................................... 20
1.3.1. Hệ thống lưới khống chế.................................................................................... 20
1.3.2. Lưới tọa độ địa chính đảm bảo độ chính xác diện tch thửa đất ........................
27

1.3.3. Công tác thành lập bản đồ địa chính ........................................................ 27
1.4. Tình hình ứng dụng công nghệ GPS trong thành lập lưới khống chế .................. 29

1.4.1. Tình hình nghiên cứu ứng dụng công nghệ GPS trong thành lập lưới
trên thế giới ............................................................................................
29
1.4.2. Tình hình nghiên cứu ứng dụng công nghệ GPS trong thành lập lưới ở
Việt Nam................................................................................................ 31
Chương 2. ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.... 34

2.1. Đối tượng phạm vi nghiên cứu ............................................................................. 34
2.1.1. Đối tượng nghiên cứu ........................................................................................ 34


iv
2.1.2. Phạm vi nghiên cứu ........................................................................................... 34
2.2. Nội dung nghiên cứu............................................................................................. 34
2.2.1 Khái quát đặc điểm điều kiện tự nhiên, KTXH huyện Vũ Thư. ......................... 34
2.2.2 Thực trạng công tác đo đạc và thành lập bản đồ địa chính huyện Vũ Thư. ....... 34
2.2.3. Ứng dụng công nghệ GPS để xây dựng lưới địa chính phục vụ việc đo vẽ
bản đồ địa chính tỷ lệ lớn của huyện Vũ Thư, tỉnh Thái Bình (sơ đồ thiết
kế, thiết bị đo, phương pháp đo, xử lý số liệu đo, mật độ điểm…) ............... 34
2.2.4 So sánh hai phương pháp đo động thời gian thực trong công nghệ GPS đo
lưới kinh vĩ thay thế lưới kinh vĩ bằng máy toàn đạc điện tử.........................
34
2.2.5. Đánh giá và đề xuất giải pháp khả năng ứng dụng công nghệ GPS trong việc
xây dựng lưới địa chính của tỉnh Thái Bình. ................................................. 34
2.3. Phương pháp nghiên cứu ...................................................................................... 34
2.3.1. Phương pháp thu thập số liệu............................................................................. 34
2.3.2. Phương pháp đo đạc thực nghiệm ..................................................................... 35
2.3.3. Phương pháp tổng hợp viết báo cáo................................................................... 37
2.3.4. Phương pháp xử lý số liệu, đánh giá kết quả ..................................................... 37
Chương 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ..................................... 38
3.1. Khái quát đặc điểm điều kiện tự nhiên, KTXH huyện Vũ Thư ............................ 38
3.1.1 Vị trí địa lý .......................................................................................................... 38
3.1.2. Đặc điểm tự nhiên .............................................................................................. 39
3.1.2.1. Địa hình........................................................................................................... 39
3.1.2.2. Khí hậu ............................................................................................................ 39
3.1.2.3. Chế độ thuỷ văn .............................................................................................. 41
3.1.2.4. Đất ................................................................................................................... 41

3.1.2.5. Hệ thống giao thông........................................................................................ 42
3.1.2.6. Yếu tố địa chính .............................................................................................. 43
3.1.3. Dân cư, kinh tế, xã hội ....................................................................................... 43
3.1.3.1. Dân số và lao động.......................................................................................... 43
3.1.3.2. Kinh tế............................................................................................................. 44
3.1.3.3. Xã hội .............................................................................................................. 45
3.2. Thực trạng công tác đo đạc và thành lập bản đồ địa chính huyện Vũ Thư .......... 47
3.2.1. Tình hình tư liệu bản đồ phục vụ khảo sát, thiết kế lưới ................................... 47
3.2.2. Đánh giá độ chính xác lưới địa chính ................................................................ 48


v
3.3. Ứng dụng công nghệ GPS để xây dựng lưới địa chính phục vụ việc đo vẽ bản
đồ địa chính tỷ lệ lớn của huyện Vũ Thư, tỉnh Thái Bình ............................. 50
3.3.1. Kết quả khảo sát thiết kế mạng lưới địa chính thành lập lưới địa chính huyện
Vũ Thư Lập bằng Công nghệ GPS ................................................................ 50
3.3.2. Các yêu cầu kỹ thuật và qui trình tính toán bình sai lưới GPS .......................... 52
3.3.3. Kết quả tnh bình sai lưới................................................................................... 52
3.4. So sánh hai phương pháp đo động thời gian thực trong công nghệ GPS đo
lưới kinh vĩ thay thế lưới kinh vĩ bằng máy đạc điện tử ................................ 61
3.4.1. Sử dụng công nghệ GPS đo động thời gian thực đo 8 điểm lưới khống chế đo vẽ
tại
xã Duy Nhất.................................................................................................... 61
3.4.2. Sử dụng công nghệ toàn đạc điện tử đo 8 điểm lưới khống chế đo vẽ tại xã
Duy Nhất, huyện Vũ Thư, tỉnh Thái Bình. .................................................... 63
3.4.3. Kết quả so sánh hai phương pháp đo động thời gian thực trong công nghệ
GPS đo lưới kinh vĩ thay thế lưới kinh vĩ bằng máy toàn đạc điện tử ........... 64
3.4.4. Đánh giá ưu điểm, hạn chế của việc Ứng dụng GPS đo động thời gian thực
và đề xuất số giải pháp một trong xây dựng lưới kinh vĩ ............................... 64
3.5. Đánh giá và đề xuất giải pháp khả năng ứng dụng công nghệ GPS trong việc

xây dựng lưới địa chính ở tỉnh Thái Bình ...................................................... 66
3.5.1. Đánh giá độ chính xác ....................................................................................... 66
3.5.2. Đề xuất quy trình và giải pháp ứng dụng công nghệ GPS trong việc xây
dựng lưới địa chính ở tỉnh Thái Bình............................................................. 67
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ................................................................................... 69
1. Kết luận.................................................................................................................... 69
2. Đề nghị ..................................................................................................................... 69
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 71
PHỤ LỤC


vi
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

Chữ viết tắt

Chữ viết đầy đủ BĐĐC

: Bản đồ địa chính DOP

:

Diluton of Precision
(Độ mất chính xác)
GPS

: Global Positioning System
(Hệ thống định vị toàn cầu)

GCNQSD


: Giấy chứng nhận quyền sử dụng

HDOP

: Horizon Diluton of Precision
(Độ mất chính xác theo phương

ngang) PDOP

: Positon Diluton of Precision
(Độ mất chính xác vị trí vệ tnh theo 3D Rato)

Rato

: Tỉ số phương sai

Reference Variance : Độ chênh lệch tham khảo RSM
RSM

: Sai số chiều dài cạnh

VDOP

: Vertacal Diluton of Precision
(Độ mất chính xác theo phương dọc)

X, Y, h

: Tọa Độ X, Y, độ cao thủy chuẩn tạm thời


Mx, My, Mh

: Sai số theo phương x, y h

Mp

: Sai số vị trí điểm


vii
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1: Các chỉ tiêu kỹ thuật về độ chính xác lưới địa chính .................................. 24
Bảng 1.2 Chỉ têu kỹ thuật lưới đường chuyền ............................................................ 26
Bảng 3.1. Một số yếu tố khí hậu của huyện Vũ Thư năm 2015 ................................. 41
Bảng 3.2: Dân số và lao động của huyện Vũ Thư năm 2012 – 2015 .......................... 43
Bảng 3.3. Tổng giá trị sản xuất theo các ngành qua một số năm ................................ 45
Bảng 3.4: Tọa độ và độ cao các điểm gốc ......................................................................
49
Bảng 3.5: Bảng trị đo gia số tọa và các chỉ tiêu sai số ............................................... 53
Bảng 3.6: Bảng sai số khép hình.................................................................................. 54
Bảng 3.7: Bảng trị đo, số hiệu chỉnh và trị bình sai góc phương vị ........................... 55
Bảng 3.8: Bảng tọa độ vuông góc không gian sau bình sai ........................................ 56
Bảng 3.9: Bảng tọa độ trắc địa sau bình sai ................................................................ 57
Bảng 3.10: Bảng thành quả tọa độ phẳng và độ cao bình sai ..................................... 58
Bảng 3.11: Bảng chiều dài cạnh, phương vị và sai số tương hỗ ................................. 59
Bảng 3.12: Kết quả lưới kinh vĩ đo GPS động
..................................................................62
Bảng 3.13: Kết quả so sánh 2 phương pháp
đo..................................................................64



viii
DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1: Mô hình hình ảnh trái đất và vệ tinh GPS ........................................................ 3
Hình 1.2: Cấu trúc tn hiệu GPS ....................................................................................... 4
Hình 1.3: Các trạm điều khiển GPS.................................................................................. 5
Hình 1.4: Các thành phần chính của GPS......................................................................... 6
Hình 1.5: Xác định hiệu số giữa các thời điểm................................................................. 7
Hình 1.6: Kỹ thuật giải đa trị tại các máy thu ................................................................... 9
Hình 1.7: Kỹ thuật định vị tuyệt đối ............................................................................... 10
Hình 1.8: Kỹ thuật định vị tương đối.............................................................................. 12
Hình 3.1. Vị trí địa lý huyện Vũ Thư, tỉnh Thái Bình ................................................... 38
Hình 3.2 Sơ đồ lưới địa chính cụm 5 xã huyện Vũ Thư ................... 51
Hình 3.3. Sơ đồ lưới kinh vĩ đo bằng công nghệ GPS ..................... 62
Hình 3.4 Sơ đồ lưới kinh vĩ đo bằng máy toàn đạc điện tử.................. 63


1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Phát triển và ứng dụng khoa học công nghệ trong mọi lĩnh vực của cuộc
sống, xã hội được coi là con đường nhanh nhất để rút ngắn thời gian thực hiện
sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước. Đây cũng chính là vấn đề
đang được toàn Đảng, toàn dân hết sức quan tâm, khi mà khoa học công nghệ
đang từng ngày mở rộng với sự phát triển của nền kinh tế tri thức trong thời đại
mới, thời kỳ hội nhập.
Hệ thống bản đồ địa chính và hồ sơ địa chính trên địa bàn huyện Vũ Thư,
tỉnh Thái Bình trước kia được thành lập theo hệ toạ độ HN-72, độ chính xác tài

liệu bản đồ tuân thủ theo quy định của Quy phạm do Tổng cục Địa chính ban
hành năm 1991. Hiện nay, yêu cầu đặt ra đối với công tác quản lý đất đai là sử
dụng tài nguyên đất một cách hợp lý và hiệu quả nhất nhằm đảm bảo tốt các
mục têu phát triển kinh tế và công bằng xã hội, tài nguyên đất được bảo vệ
tốt. Vì vậy, xây dựng một hệ thống quản lý đất đai hiện đại là một nhiệm vụ cần
thiết nhằm bảo vệ môi trường. Một hệ thống quản lý đất đai hiện đại sẽ
đảm bảo quyền lợi hợp lý của nhà nước, nhà đấu tư và người sử dụng đất cũng
như mọi thành phần có liên quan. Hệ thống hồ sơ địa chính gồm bản đồ địa
chính và hệ thống sổ sách địa chính đi kèm phải được thiết lập cho từng thửa
đất. Người sử dụng đất được cấp giấy chứng nhận quyền sử dụng đất là điều
kiện tối thiểu để đưa pháp luật đất đai vào cuộc sống, khắc phục tình trạng vi
phạm pháp luật về đất đai, sử dụng đất không hiệu quả gây lãng phí cho xã hội.
Để thực hiện công tác đo đạc bổ xung, chỉnh lý cập nhật bản đồ địa chính
việc đầu tên cần tến hành xây dựng mạng lưới khống chế từ các điểm Địa chính
cơ sở xuống các điểm địa chính cấp I, cấp II, từ đó thành lập lưới đo vẽ và tến
hành chi tiết đo bản đồ. Ngày nay lưới địa chính cấp I và cấp II được xây dựng
đồng thời không phân cấp (gọi chung là lưới địa chính) đối với hệ thống lưới đo
vẽ hầu như sử dụng phương pháp đường chuyền, gần đây có một số đơn vị sử
dụng phương pháp định vị GPS. Như vậy nhu cầu đặt ra là cần xây dựng hệ
thống lưới khống chế thống nhất trên toàn bộ khu vực, các điểm lưới thiết kế
trải


đều đảm bảo độ chính xác và thuận lợi cho công tác phát triển lưới khống chế
đo vẽ tếp theo. Xuất phát từ thực tễn đó, được sự hướng dẫn của PGS.TS. Đàm
Xuân Vận tôi tến hành nghiên cứu đề tài:
“Ứng dụng công nghệ GPS xây dựng lưới địa chính phục vụ công tác đo
đạc bản đồ địa chính cấp xã, huyện Vũ Thư, tỉnh Thái Bình”.
2. Mục têu chung
Ứng dụng công nghệ GPS vào xây dựng lưới địa chính phục vụ công tác đo

đạc thành lập bản đồ địa chính cấp xã của huyện Vũ Thư, tỉnh Thái Bình.
3. Mục têu cụ thể
- Ứng dụng công nghệ GPS trong xây dựng thành lập lưới khống chế phục
vụ đo vẽ bản đồ địa chính tại cấp xã thuộc huyện Vũ Thư, tỉnh Thái Bình.
- Đánh giá kết quả và đề xuất giải pháp ứng dụng phương pháp đo tĩnh
trong công nghệ GPS để thành lập lưới khống chế ở khu vực huyện Vũ Thư, tỉnh
Thái Bình.
4. Ý nghĩa khoa học và thực tễn của đề tài
Dựa trên công nghệ GPS để xây dựng hệ thống lưới địa chính thay thế cho
phương pháp xây dựng lưới truyền thống, góp phần đưa công nghệ mới vào sản
xuất nhằm nâng cao độ chính xác, mang lại hiệu quả kinh tế - kỹ thuật trong thực
tế sản xuất khi xây dựng lưới khống chế trắc địa nói chung và lưới khống chế địa
chính ở huyện Vũ Thư, tỉnh Thái Bình nói riêng.


Chương 1
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Khái quát về hệ thống định vị toàn cầu GPS
1.1.1. Khái niệm về GPS
Tên tếng Anh đầy đủ của GPS là Navigaton Satellite Timing and
Ranging Global Positoning System. Đây là một hệ thống radio hàng hải dựa vào
các vệ tinh để cung cấp thông tn vị trí 3 chiều và thời gian chính xác. Hệ thống
luôn sẵn sàng trên phạm vi toàn cầu và hoạt động trong mọi điều kiện thời tết.
[1]

Hình 1.1: Mô hình hình ảnh trái đất và vệ tinh GPS
(Theo tài liệu Ahmed El-Rabbany (2007), Introducton to GPS) [15]
1.1.2. Các thành phần của GPS
GPS gồm 3 đoạn: đoạn không gian, đoạn điều khiển và đoạn người sử
dụng.

 Đoạn không gian ( Space Segment )
- Hệ thống ban đầu có 24 vệ tnh, trong đó có 3 vệ tnh dự trữ. Hiện nay đã
có 31 vệ tnh bay xung quanh Trái đất trên 6 quỹ đạo gần tròn cách đều nhau, với
độ cao khoảng 20.200km, góc nghiêng 550 so với mặt phẳng xích đạo của trái
đất. Chu kỳ quay của vệ tnh là 718 phút. [10]
- Chức năng chính của các vệ tnh là:
+ Nhận và lưu trữ dữ liệu được gửi lên từ các trạm điều khiển.
+ Duy trì thời gian chính xác bởi đồng hồ nguyên tử gắn trên vệ tnh.


+ Truyền thông tin và dữ liệu cho người sử dụng theo hai tần số là L1 và
L2.
- Mỗi vệ tinh được trang bị máy phát tần số chuẩn nguyên tử chính xác
cao cỡ 10 -12. Máy phát này tạo ra các tn hiệu tần số cơ sở 10,23 MHz và từ
đây tạo ra các sóng tải tần số L1=1575,42 MHz và L2=1227,60 MHz. Để giảm ảnh
hưởng của tầng điện ly người ta sử dụng hai tần số.
- Để phục vụ cho các mục đích và đối tượng khác nhau, các tín hiệu
phát đi được điều biến mang theo các code riêng biệt đó là: C/A- Code, P-Code
và Y- Code.
+ C/A-Code (Coarse/Acquisiton Code) là code thô được sử dụng rộng rãi.
C/A Code có tnh chất code tựa ngẫu nhiên. Tín hiệu mang code này có tần số
thấp (1.023 MHz). C/A Code chỉ điều biến sóng tải L1.
+ P-Code (Precision Code) là code chính xác được sử dụng cho các mục
đích quân sự của Mỹ và chỉ dùng cho các mục đích khác khi được phía Mỹ cho
phép. P- Code điều biến cả hai sóng tải L1, L2 và là code tựa ngẫu nhiên.
+ Y-Code là Code bí mật được phủ lên P-Code nhằm chống bắt chiếc, gọi
là kỹ thuật AS (Ant Spoosing), chỉ có vệ tinh thuộc các khối từ sau năm 1989
mới có khả năng này.

Hình 1.2: Cấu trúc tín hiệu GPS



(Theo tài liệu Ahmed El-Rabbany (2007), Introducton to GPS) [15]
 Đoạn điều khiển (Control Segment)
Có 5 trạm điều khiển trên mặt đất: Hawaii (Thái Bình Dương),
Colorado Springs (Căn cứ không quân Mỹ), Ascension Island (Đại Tây
Dương), Diego Garcia (Ấn Độ Dương) và Kwajalein (Thái Bình Dương).
Nhiệm vụ của đoạn điều khiển là điều khiển toàn bộ hoạt động và chức
năng của các vệ tnh trên cơ sở theo dõi chuyển động quỹ đạo của các vệ tnh
và hoạt động của đồng hồ trên đó. Tất cả các số liệu đo khoảng cách, sự thay
đổi khoảng cách, các số liệu đo khí tượng ở mỗi trạm đều được truyền về
trạm trung tâm. Trạm trung tâm xử lý các số liệu được truyền từ các trạm
theo dõi và số liệu đo của chính nó để cho ra các ephemerit chính xác hoá của
vệ tnh và số hiệu chỉnh cho các đồng hồ vệ tinh. Các số liệu này được truyền
trở lại cho các trạm theo dõi và từ đó truyền tếp lên cho các vệ tinh cùng các
lệnh điều khiển khác. [10]

Hình 1.3: Các trạm điều khiển GPS [18]
 Đoạn sử dụng (User Segment)
Gồm các máy thu đặt trên mặt đất, bao gồm phần cứng và phần mềm.


- Phần cứng là các máy đo có nhiệm vụ thu tn hiệu vệ tnh để khai thác, sử
dụng cho các mục đích, yêu cầu khác nhau của khách
hàng.
- Phần mềm có nhiệm vụ xử lý các thông tn để cung cấp tọa độ của máy
thu.

Hình 1.4: Các thành phần chính của GPS
(Theo tài Ahmed El-Rabbany (2007), Introducton to GPS) [15]

Các thiết bị sử dụng Máy đo lưới địa chính theo công nghệ GPS là máy
thu tn hiệu vệ tinh 1 hoặc 2 tần số (Trimble Navigation 4000SE, 4000SSE,
4600LS, 4800LS hoặc máy 9600 của hăng South Trung Quốc; máy X20, X90
của hăng Huace Trung Quốc và các loại máy có độ chính xác tương đương khác).
Máy đo lưới kinh vĩ, đo chi tết bản đồ địa chính là máy toàn đạc điện tử TS02
của hãng Leica Thụy sỹ …[10]
1.1.3. Nguyên lý định vị GPS
1.1.3.1. Các đại lượng
đo
Việc định vị bằng GPS thực hiện trên cơ sở sử dụng hai dạng đại lượng đo
cơ bản, đó là đo khoảng cách giả theo các code tựa ngẫu nhiên (C/A-code và Pcode) và đo pha của sóng tải L1, L2 và tổ hợp L1/L2. [1]


 Đo khoảng cách giả theo C/A-code và P-code
Code tựa ngẫu nhiên được phát đi từ vệ tnh cùng với sóng tải. Máy thu
GPS cũng tạo ra code tựa ngẫu nhiên đúng như vậy. Bằng cách so sánh code thu
từ vệ tnh và code của chính máy thu tạo ra có thể xác định được khoảng
thời gian lan truyền của tín hiệu code, từ đó dễ dàng xác định được khoảng cách
từ vệ tnh đến máy thu (đến tâm anten của máy thu). Do có sự không đồng
bộ giữa đồng hồ của vệ tnh và máy thu, do có ảnh hưởng của môi trường lan
truyền tn hiệu nên khoảng cách tnh theo khoảng thời gian đo được không
phải là khoảng
cách thực giữa vệ tinh và máy thu, đó là khoảng cách giả. [15]

1

1 0

0


0

1

1 1
Code chuyền từ vệ tinh

1

1

0

0

0 1

1

1
Code thu được

1 1 0 0 0 1 1 1


Code do máy thu tạo ra


Hình 1.5: Xác định hiệu số giữa các thời điểm


(Theo tài liệu Alfred Leick (1995), GPS Satellite Surveying) [15]

Nếu ký hiệu tọa độ của vệ tnh là xs, ys, zs; tọa độ của điểm xét (máy thu)
là x,y,z; thời gian lan truyền tn hiệu từ vệ tnh đến điểm xét là t, sai số không
đồng bộ giữa đồng hồ trên vệ tnh và trong máy thu là t, khoảng cách giả đo
được là R, ta có phương trình:

R  c(t  t) 

(xs  x) 2  ( y s  y) 2  (z s  z) 2  ct

(1.

Trong đó, c là tốc độ lan truyền tn hiệu.
Trong trường hợp sử dụng C/A-code, theo dự tnh của các nhà thiết kế hệ
thống GPS, kỹ thuật đo khoảng thời gian lan truyền tn hiệu chỉ có thể đảm bảo
độ chính xác đo khoảng cách tương ứng khoảng 30m. Nếu tnh đến ảnh
hưởng


của điều kiện lan truyền tn hiệu, sai số đo khoảng cách theo C/A code sẽ ở mức
100 m là mức có thể chấp nhận được để cho khách hàng dân sự được khai thác.
Song kỹ thuật xử lý tn hiệu code này đã được phát triển đến mức có thể đảm
bảo độ chính xác đo khoảng cách khoảng 3m, tức là hầu như không thua kém so
với trường hợp sử dụng P-code vốn không dành cho khách hàng đại trà. Chính vì
lý do này mà trước đây Chính phủ Mỹ đã đưa ra giải pháp SA để hạn chế khả
năng thực tế của C/A code. Nhưng ngày nay do kỹ thuật đo GPS có thể khắc
phục được nhiễu SA, Chính phủ Mỹ đã tuyên bố bỏ nhiễu SA trong trị đo
GPS từ tháng 5 năm 2000. [9]
 Đo pha sóng tải

Các sóng tải L1, L2 được sử dụng cho việc định vị với độ chính xác cao.
Với mục đích này người ta tến hành đo hiệu số giữa pha của sóng tải do máy
thu nhận được từ vệ tnh và pha của tn hiệu do chính máy thu tạo ra. Hiệu số
pha do máy thu đo được ta ký hiệu là  (0<<2).
Khi đó ta có thể viết:


2



(R  N  ct)

(1.

Trong đó: R là khoảng cách giữa vệ tnh và máy thu;

 là bước sóng của sóng tải;
N là số nguyên lần bước sóng  chứa trong R, N còn được gọi là số
nguyên đa trị, thường không biết trước mà cần phải xác định trong thời
gian
đo;

t là sai số đồng bộ giữa đồng hồ của vệ tinh và máy thu;
Trong trường hợp đo pha theo sóng tải L1 có thể xác định khoảng cách
giữa vệ tnh và máy thu với độ chính xác cỡ cm, thậm chí nhỏ hơn. Sóng tải L2
cho độ chính xác thấp hơn, nhưng tác dụng của nó là cùng với L1 tạo ra khả năng
làm giảm đáng kể tầng điện ly và việc xác định số nguyên đa trị được đơn giản
hơn. [13]



Hình 1.6: Kỹ thuật giải đa trị tại các máy thu
(Theo tài liệu Alfred Leick (1995), GPS Satellite Surveying) [15]
1.1.3.2. Định vị tuyệt đối (point positoning)
Đây là trường hợp sử dụng máy thu GPS để xác định ngay tọa độ của
điểm quan sát trong hệ tọa độ WGS-84. Đó có thể là các thành phần tọa
độ vuông góc không gian (X,Y,Z) hoặc các thành phần tọa độ trắc địa mặt cầu
(B,L,H). Hệ thống tọa độ WGS-84 là hệ thống tọa độ cơ sở của GPS, tọa độ của
vệ tnh và điểm quan sát đều lấy theo hệ thống tọa độ này.
Việc đo GPS tuyệt đối được thực hiện trên cơ sở sử dụng đại lượng đo là
khoảng cách giả từ vệ tinh đến máy thu theo nguyên tắc giao hội cạnh không
gian từ các điểm đã biết tọa độ là các vệ tinh.
Nếu biết chính xác khoảng thời gian lan truyền tín hiệu code tựa ngẫu
nhiên từ vệ tnh đến máy thu, ta sẽ tnh được khoảng cách chính xác giữa vệ
tnh và máy thu. Khi đó 3 khoảng cách được xác định đồng thời từ 3 vệ tinh đến
máy thu sẽ cho ta vị trí không gian đơn trị của máy thu. Song trên thực tế cả
đồng hồ trên vệ tnh và đồng hồ trong máy thu đều có sai số, nên khoảng cách
đo được không phải là khoảng cách chính xác. Kết quả là chúng không thể cắt
nhau tại một điểm, nghĩa là không thể xác định được vị trí của máy thu. Để
khắc phục


tình trạng này cần sử dụng thêm một đại lượng đo nữa, đó là khoảng cách từ
vệ tnh thứ 4, ta có hệ phương trình:
(XS1- X)2 +(YS1- Y)2 +(ZS1- Z)2 = (R1-ct)2
(XS2- X)2 +(YS2- Y)2 +(ZS2- Z)2 = (R2-ct)2

(1.3

(XS3- X)2 +(YS3- Y)2 +(ZS3- Z)2= (R3-ct)2

(XS4- X)2 +(YS4- Y)2 +(ZS4- Z)2 = (R4-ct)2
Với khoảng cách giả đo đồng thời từ 4 vệ tnh đến máy thu chúng ta sẽ lập
được hệ phương trình dạng (1.3) với 4 ẩn số (X, Y, Z, t). Giải hệ phương trình
trên chúng ta tìm được tọa độ tuyệt đối của máy thu và số hiệu chỉnh đồng hồ
của máy thu. [15]
Trên thực tế với hệ thống vệ tinh hoạt động đầy đủ như hiện nay, số lượng
vệ tnh mà các máy thu quan sát được thường từ 6-8 vệ tnh, khi đó số lượng
phương trình sẽ lớn 4 và nghiệm của phương trình sẽ tìm theo nguyên lý số
bình phương nhỏ nhất.

Hình 1.7: Kỹ thuật định vị tuyệt đối [20]
1.1.3.3. Định vị tương đối (Relative Positioning)
Đo GPS tương đối là trường hợp sử dụng hai máy thu GPS đặt ở hai điểm
quan sát khác nhau để xác định ra hiệu tọa độ vuông góc không gian (X, Y,


Z) hay hiệu tọa độ trắc địa mặt cầu (B, L, H) giữa chúng trong hệ tọa độ
WGS-84.
Nguyên tắc đo GPS tương đối được thực hiện trên cơ sở sử dụng
đại lượng đo là pha của sóng tải. Để đạt được độ chính xác cao và rất cao cho kết
quả xác định hiệu tọa độ giữa hai điểm xét, người ta đã tạo ra và sử dụng các sai
phân khác nhau cho pha sóng tải nhằm làm giảm ảnh hưởng đến các nguồn sai
số khác nhau như: Sai số của đồng hồ vệ tinh cũng như của máy thu, sai số tọa
độ vệ tnh, sai số số nguyên đa trị,...
Ta ký hiệu rj(ti) là hiệu pha của sóng tải từ vệ tnh j đo được tại trạm r
vào thời điểm ti, khi đó nếu hai trạm đo 1 và 2 ta quan sát đồng thời vệ tnh j
vào thời điểm ti, ta sẽ có sai phân bậc một được biểu diễn như sau:
1j(ti)= 2j(ti)- 1j(ti)

(1.4)


Trong sai phân này hầu như không còn ảnh hưởng của sai số đồng hồ vệ tnh.
Nếu hai trạm cùng tến hành quan sát đồng thời hai vệ tinh j và k vào thời
điểm ti, ta có phân sai bậc hai:
2j,k(ti)= 1k(ti)- 1j(ti)

(1.5)

Qua công thức này ta thấy không còn ảnh hưởng của sai số đồng hồ vệ
tnh và máy thu.
Nếu xét hai trạm cùng tến hành quan sát đồng thời hai vệ tnh j và k vào
thời điểm ti và ti+1, ta sẽ có phân sai bậc ba:
3j,k = 2j,k(ti+1)- 2j,k(ti)

(1.6)

Sai phân này cho phép loại trừ sai số số nguyên đa trị.
Hiện nay hệ thống GPS có khoảng 32 vệ tnh hoạt động. Do vậy, tại mỗi
thời điểm ta có thể quan sát được số vệ tnh nhiều hơn 4. Bằng cách tổng
hợp theo từng cặp vệ tinh sẽ có rất nhiều trị đo, mặt khác thời gian thu tín hiệu
trong đo tương đối thường khá dài vì vậy số lượng trị đo để xác định ra hiệu
tọa độ giữa hai điểm là rất lớn, khi đó bài toán sẽ giải theo phương pháp số bình
phương nhỏ nhất. [15]


Hình 1.8: Kỹ thuật định vị tương đối
(Theo tài liệu Alfred Leick (1995), GPS Satellite Surveying) [15]
- Phương pháp đo tĩnh: Phương pháp đo tĩnh được sử dụng để xác định
hiệu tọa độ (hay vị trí tương hỗ) giữa hai điểm xét với độ chính xác cao, nhằm
đáp ứng yêu cầu của công tác Trắc địa địa hình. Trong trường hợp này cần có hai

máy thu, một máy đặt ở điểm đã biết tọa độ còn máy kia đặt tại điểm cần xác
định. Cả hai máy thu đồng thời thu tín hiệu từ một số vệ tnh chung trong một
khoảng thời gian nhất định, thường từ một đến hai ba giờ đồng hồ. Số vệ tnh
tối thiểu cho hai trạm quan sát là 4. Khoảng thời gian quan sát kéo dài là để cho
đồ hình phân bố vệ tnh thay đổi từ đó ta có thể xác định được số nguyên đa trị
của sóng tải và đồng thời là để có nhiều trị đo nhằm đạt độ chính xác cao và ổn
định kết quả quan sát.
Đây là phương pháp đạt được độ chính xác cao nhất trong việc định vị
tương đối bằng GPS, có thể cỡ centimet, thậm chí là milimet ở khoảng cách giữa
hai điểm xét tới hàng chục và hàng trăm kilomet. Nhược điểm của phương
pháp là thời gian đo phải kéo dài hàng giờ, do vậy năng xuất đo thường không
cao.
- Phương pháp đo động: Phương pháp đo động cho phép xác định vị trí
tương đối của hàng loạt điểm so với điểm đã biết. Phương pháp này cần có
ít nhất hai máy thu để xác định số nguyên đa trị của tn hiệu vệ tnh, cần phải


có


một cạnh đáy đã biết được gối lên điểm đã có tọa độ. Sau khi đã xác định số
nguyên đa trị được giữ nguyên để tính khoảng cách từ vệ tnh đến máy thu cho
các điểm đi tếp sau trong suốt cả chu kỳ đo. Nhờ vậy, thời gian thu tn hiệu tại
điểm đo không phải là một giờ đồng hồ như trong phương pháp đo tĩnh nữa mà
chỉ còn một phút trong phương pháp này.
1.1.3.4. Định vị vi phân (Differental GPS)
Phương pháp này dùng một máy thu đặt cố định tại điểm đã biết tọa độ
và máy thu này có khả năng phát ra tn hiệu vô tuyến, đồng thời có máy di
động khác đặt ở vị trí cần xác định tọa độ. Cả máy cố định và máy di động cần
đồng thời tến hành thu tn hiệu từ các vệ tnh như nhau. Nếu thông tn từ vệ

tnh bị nhiễu thì kết quả xác định tọa độ của cả máy cố định và máy di động cũng
đều bị sai lệch, độ sai lệch này được xác định trên cơ sở so sánh tọa độ tính ra
theo tn hiệu thu được từ vệ tnh và tọa độ đã biết trước của máy cố định và có
thể xem là như nhau cho cả máy cố định và máy di động. Nó được máy cố định
phát đi qua sóng vô tuyến để máy di động thu nhận mà hiệu chỉnh cho kết quả
xác định tọa độ của mình. [15]
1.1.4 . Các nguồn sai số trong định vị GPS
1.1.4.1. Sai số của đồng hồ
Sai số đồng hồ gồm đồng hồ trên vệ tnh, đồng hồ trong máy thu và sự
không đồng bộ giữa chúng gây ra sai số của đồng hồ trong kết quả đo GPS. Đặc
biệt là trong định vị tuyệt đối sai số này có giá trị tương đối lớn.
Các vệ tnh được trang bị đồng hồ nguyên tử có độ chính xác cao, tnh
đồng bộ về thời gian giữa các đồng hồ vệ tinh được giữ trong khoảng 20 nano
giây. Còn các máy thu GPS được trang bị đồng hồ thạch anh chất lượng cao (1
phần 104) đặt bên trong.
Chúng ta biết rằng vận tốc truyền tn hiệu khoảng 3.108m/s, nếu sai số
đồng hồ thạch anh là 10-4s thì sai số khoảng cách tương ứng là 30 m, nếu đồng
hồ nguyên tử sai 10-7s thì khoảng cách sai 3 m.
Với ảnh hưởng như trên, người ta đã sử dụng nguyên tắc định vị tương
đối để loại trừ ảnh hưởng của sai số đồng hồ. [10]


1.1.4.2. Sai số quỹ đạo vệ tnh
Chúng ta đã biết vệ tinh chuyển động trên quỹ đạo xung quanh trái
đất chịu nhiều sự tác động như 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 tới quỹ đạo của vệ tnh, khi đó vệ tnh sẽ không chuyển động hoàn toàn
tuân theo đúng 3 định luật Kepler. Sai số quỹ đạo vệ tnh ảnh hưởng gần như
trọn vẹn đến kết quả 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 tnh trên quỹ đạo thì người sử dụng có thể
căn cứ vào lịch vệ tnh. Tùy thuộc vào mức độ chính xác của thông tn, lịch vệ
tinh được chia làm 3 loại là:
- Lịch vệ tnh dự báo (Almanac): Phục vụ cho lập lịch và xác định quang
cảnh nhìn thấy của vệ tnh tại thời điểm quan sát, lịch vệ tnh này có sai số
khoảng vài km.
- Lịch vệ tnh quảng bá (Broadcast ephemeris): Được tạo lập dựa trên 5
trạm quan sát thuộc đoạn điều khiển của hệ thống GPS, hiện nay khi chế
độ nhiễu SA đã được bỏ thì lịch vệ tinh quảng bá có sai số khoảng từ 2-5 m.
- Lịch vệ tnh chính xác: Được lập dựa trên cơ sở các số liệu quan trắc
trong mạng lưới giám sát và được tnh toán nhờ một số tổ chức khoa học,
loại lịch này cho sai số nhỏ hơn 0.5m. [10]
1.1.4.3. Ảnh hưởng điều kiện khí tượng
Tín hiệu vệ tnh đến máy thu đi qua một quãng đường lớn hơn
20.000km, trong đó có tầng điện ly từ độ cao 50km tới độ cao 500km và tầng
đối lưu từ độ cao 50km đến mặt đất. Khi tn hiệu đi qua các tầng này có thể bị
thay đổi (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 tnh rằng, do ảnh hưởng của tầng điện ly, khi định vị
tuyệt đối có thể bị sai số khoảng 12m, còn ảnh hưởng của tầng đối lưu có thể
gây sai số khoảng 3m.
Các vệ tnh GPS phát tn hiệu ở tần số cao (sóng cực ngắn) do đó ảnh


hưởng của tầng điện ly đã được giảm nhiều, tuy vậy cần lưu ý tới đặc tnh của
sóng cực ngắn là truyền thẳng và dễ bị che chắn.
Ảnh hưởng của tầng điện ly tỷ lệ với bình phương tần số, vì thế khi sử
dụng máy thu 2 tần sẽ khắc phục được ảnh hưởng này.
Tuy vậy, ở khoảng cách ngắn (<10km) tn hiệu tới 2 máy coi như đi trong

cùng môi trường, sai số sẽ được loại trừ trong các công thức tnh hiệu tọa độ,
do vậy ta nên sử dụng máy một tần, trong khi đó nếu sử dụng máy 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
tn hiệu vệ tnh có góc cao trên 15o (hoặc trên 10o).
Hiện nay người ta đang sử dụng một số mô hình khí quyển, trong đó có
mô hình của Hopfield được dùng rộng rãi. [10]
1.1.4.4. Sai số do nhiễu tín hiệu
Ăng ten của máy thu không chỉ thu tn hiệu đi thẳng từ vệ tinh tới mà còn
nhận cả các tn hiệu phản xạ từ mặt đất và môi trường xung quanh. Sai số này
gọi là sai số do nhiễu tn hiệu. Tín hiệu vệ tinh tới máy thu có thể bị nhiễu do
một số nguyên nhân sau:
- Tín hiệu bị phản xạ từ các vật (kim loại, bê tông) gần máy thu.
- Tín hiệu bị nhiễu do ảnh hưởng của các tn hiệu sóng điện từ khác.
- Máy thu GPS đặt gần các đường dây tải điện cao áp.
- Tín hiệu bị gián đoạn do các vật che chắn tn hiệu.
Để khắc phục sai số nhiễu tn hiệu, khi thiết kế điểm đo cần bố trí xa các
trạm phát sóng, các đường dây cao thế,... Không bố trí máy thu dưới các
rặng cây. [10]
1.1.4.5. Sai số do người đo
Người đo có thể phạm các sai lầm như: trong 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 thận trọng trong định tâm và đo chiều cao anten.
Cần chú ý là sai số do đo chiều cao anten không những ảnh hưởng tới độ
cao của điểm đo mà còn ảnh hưởng tới vị trí mặt bằng.