Tài liệu Nghiên cứu bình sai kết hợp trị đo gps và trị đo mặt đất trong hệ thống tọa độ vuông góc không gian địa diện chân trời áp dụng cho mạng lưới trắc địa công trình

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC MỎ -ðỊA CHẤT LÊ VĂN HÙNG NGHIÊN CỨU BÌNH SAI KẾT HỢP TRỊ ðO GPS VÀ TRỊ ðO MẶT ðẤT TRONG HỆ TỌA ðỘ VUÔNG GÓC KHÔNG GIAN ðỊA DIỆN CHÂN TRỜI ÁP DỤNG CHO CÁC MẠNG LƯỚI TRẮC ðỊA CÔNG TRÌNH LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC MỎ -ðỊA CHẤT LÊ VĂN HÙNG NGHIÊN CỨU BÌNH SAI KẾT HỢP TRỊ ðO GPS VÀ TRỊ ðO MẶT ðẤT TRONG HỆ TỌA ðỘ VUÔNG GÓC KHÔNG GIAN ðỊA DIỆN CHÂN TRỜI ÁP DỤNG CHO CÁC MẠNG LƯỚI TRẮC ðỊA CÔNG TRÌNH Ngành: Kỹ thuật Trắc ñịa – Bản ñồ Mã số : 62520503 LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1: PGS.TS ðặng Nam Chinh 2: PGS.TS Nguyễn Quang Phúc HÀ NỘI - 2014 i LỜI CAM ðOAN Tôi cam ñoan ñây là công trình nghiên cứu của riêng bản thân tôi. Các số liệu tính toán và kết quả nghiên cứu trình bày trong Luận án là trung thực và chưa từng ñược công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tác giả luận án Lê Văn Hùng ii MỤC LỤC Lời cam ñoan………………………………………………………….. i Mục lục……..…………………………………………………………. ii Danh mục các chữ viết tắt…………. ………………………………… vi Danh mục các bảng……….………………………………………....... vii Danh mục các hình vẽ………..……………………………………….. ix MỞ ðẦU …………………………………………………………....... 1 Chương 1. TỔNG QUAN VỀ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GPS TRONG XÂY DỰNG LƯỚI TRẮC ðỊA CÔNG TRÌNH VÀ VẤN ðỀ BÌNH SAI LƯỚI GPS………………………………………………….. 1.1. Các phương pháp thành lập lưới trắc ñịa công trình 7 7 1.1.1. Nhóm các phương pháp ño mặt ñất……………………… 8 1.1.2. Phương pháp ño GPS……………………………………. 9 1.1.3. Kết hợp giữa phương pháp ño GPS và phương pháp ño mặt ñất…………………………………………………………………. 10 1.2. Tổng quan về ứng dụng công nghệ GPS trong xây dựng lưới trắc ñịa công trình………………………………………….…………... 11 1.2.1. Ứng dụng công nghệ GPS trong xây dựng lưới trắc ñịa công trình ở nước ngoài…………………………………... 11 1.2.2. Ứng dụng công nghệ GPS trong xây dựng lưới trắc ñịa công trình ở Việt Nam …………………….……............... 13 1.3. Tổng quan về xử lý số liệu GPS kết hợp trị ño mặt ñất trong trắc ñịa công trình…………...………………………………………… 16 1.3.1. Xử lý số liệu GPS kết hợp trị ño mặt ñất trong trắc ñịa công trình ở nước ngoài..................................................................... 16 1.3.2. Xử lý số liệu GPS kết hợp trị ño mặt ñất trong trắc ñịa công trình ở Việt Nam....................................................................... 19 iii 1.4. Các phần mềm bình sai lưới trắc ñịa ở nước ngoài…………… 21 1.4.1. Phần mềm STAR*NET v.7.1………………..................... 21 1.4.2. Phần mềm MOVE3 v.4.0.2……………..................…...... 23 1.4.3. Phần mềm COLUMBUS v.3.8……………..................…. 24 Chương 2. HỆ TỌA ðỘ ðỊA DIỆN CHÂN TRỜI VÀ KHẢ NĂNG SỬ DỤNG TRONG TRẮC ðỊA CÔNG TRÌNH………………………. 28 2.1. Yêu cầu về hệ quy chiếu ñối với lưới không chế mặt phẳng trắc ñịa công trình……………………………………………... 28 2.1.1. Số hiệu chỉnh do chiếu về mặt phẳng …………………… 28 2.1.2. Số hiệu chỉnh do ñộ cao so với mặt Ellipsoid quy chiếu... 32 2.2. Hệ tọa ñộ ñịa diện chân trời……...…………………………... 33 2.2.1. Thiết lập hệ tọa ñộ ñịa diện chân trời……………………. 33 2.2.2. Tính ñổi và tính chuyển tọa ñộ……..……………………. 36 2.2.3. Phương án ño nối tọa ñộ và ñộ cao Quốc gia vào lưới trắc ñịa công trình………………………………………… 47 2.3. Xác ñịnh giới hạn sử dụng của hệ tọa ñộ ñịa diện chân trời trong trắc ñịa công trình……………………………………… 50 2.3.1. Cơ sở lý thuyết…………………………………………... 50 2.3.2. Xác ñịnh bán kính khu vực sử dụng hệ tọa ñộ ñịa diện chân trời…………………………………………………... 51 2.3.3. Khảo sát biến dạng góc ngang…………………………… 57 2.3.4. Tính phạm vi khu ño theo giới hạn biến dạng góc ngang.. 59 2.3.5. Nhận xét…………………….…………………………… 60 2.4. Sử dụng hệ tọa ñộ ñịa diện chân trời thay thế phép chiếu UTM trong trắc ñịa công trình dân dụng và công nghiệp…………….. 61 2.4.1. So sánh lưới chiếu phẳng UTM với hệ tọa ñộ ñịa diện chân trời……………………………………………………………….. 61 iv 2.4.2. Ưu nhược ñiểm khi sử dụng hệ tọa ñộ ñịa diện chân trời.. 63 2.4.3. Những lưu ý khi sử dụng hệ tọa ñộ ñịa diện chân trời ….. 63 Chương 3. BÌNH SAI KẾT HỢP TRỊ ðO GPS VÀ TRỊ ðO MẶT ðẤT TRONG HỆ TỌA ðỘ ðỊA DIỆN CHÂN TRỜI………………... 65 3.1. Trị ño trong lưới GPS...……………………………………….. 65 3.1.1. Véc tơ cạnh và tác dụng của ma trận hiệp phương sai trong bình sai lưới GPS ……............................................. 65 3.1.2. Kiểm tra sai số khép trong lưới GPS................................. 73 3.2. Bình sai lưới GPS trong hệ tọa ñộ vuông góc không gian ñịa tâm……...................................................................................... 74 3.2.1. Khái quát chung…………………………………………. 74 3.2.2. Thuật toán bình sai gián tiếp lưới GPS trong hệ tọa ñộ vuông góc không gian ñịa tâm………………………........ 74 3.3. Bình sai lưới GPS kết hợp trị ño mặt ñất trong hệ tọa ñộ ñịa diện chân trời…………………….............................................. 76 3.3.1. Bình sai lưới GPS trong hệ tọa ñộ ñịa diện chân trời…… 76 3.3.2. Bình sai lưới GPS kết hợp với trị ño mặt ñất trong hệ tọa ñộ ñịa diện chân trời……………………………………... 82 3.3.3. Khả năng ứng dụng phép lọc Kalman trong bình sai kết hợp (chia nhiều giai ñoạn)……………………………….. 88 3.3.4. Bình sai kết hợp lưới không gian và lưới mặt ñất……….. 94 Chương 4. XÂY DỰNG PHẦN MỀM BÌNH SAI KẾT HỢP TRỊ ðO GPS VÀ TRỊ ðO MẶT ðẤT TRONG HỆ TỌA ðỘ ðỊA DIỆN CHÂN TRỜI…………………………………………………………... 4.1. Chương trình bình sai kết hợp………………………………. 96 96 4.1.1. Quy trình bình sai lưới GPS kết hợp các trị ño góc cạnh trong hệ tọa ñộ ñịa diện chân trời........................................................... 96 v 4.1.2. Sơ ñồ khối.......................................................................... 99 4.2. Xây dựng phần mềm bình sai kết hợp trị ño GPS và trị ño mặt ñất trong hệ tọa ñộ ñịa diện chân trời…………………………………. 101 4.2.1. Ngôn ngữ lập trình.............................................................. 101 4.2.2. Xây dựng phần mềm.......................................................... 101 4.3. Tính toán thực nghiệm…………...…………………………… 106 4.3.1. Thực nghiệm bình sai mạng lưới GPS kết hợp trị ño mặt ñất công trình nhà máy lọc dầu Dung Quất …………………………... 106 4.3.2. Thực nghiệm bình sai mạng lưới GPS kết hợp trị ño mặt ñất công trình nhà máy xi măng Thái Nguyên ……………………….. 110 4.3.3. Nhận xét chung............................................................ 115 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ………………………………………... 116 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ðà CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ…. 118 TÀI LIỆU THAM KHẢO ……………………………………………. 119 PHỤ LỤC 1…………………………………………………………… 127 PHỤ LỤC 2…………………………………………………………… 129 PHỤ LỤC 3…………………………………………………………… 131 PHỤ LỤC 4…………………………………………………………… 133 PHỤ LỤC 5…………………………………………………………… 138 PHỤ LỤC 6…………………………………………………………… 144 PHỤ LỤC 7…………………………………………………………… 150 PHỤ LỤC 8…………………………………………………………… 158 PHỤ LỤC 9…………………………………………………………… 160 PHỤ LỤC 10………………………………………………………… 162 vi DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT TT Chữ viết tắt Ý nghĩa 1 GPS Global Positioning System 2 GNSS Global Navigation Satellite Systems 3 Hệ ñịa tâm Hệ tọa ñộ vuông góc không gian ñịa tâm 4 Hệ ñịa diện Hệ tọa ñộ vuông góc không gian ñịa diện chân trời 5 IGS The International GNSS Service 6 ITRF The International Terrestrial Reference Frame 7 NMXM Nhà máy xi măng 8 KCN Khu công nghiệp 9 TðCT Trắc ñịa công trình 10 TððT Toàn ñạc ñiện tử 11 SSTPðVTS Sai số trung phương ñơn vị trọng số 12 SSTP Sai số trung phương 13 UTM Universal Transverse Mercator 14 VLBI Very long baseline interferometry 15 WGS-84 World Geodetic System 84 vii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng Tên bảng 1.1 Một số máy TððT chính xác (sử dụng ñể ño các lưới khống chế mặt bằng) 1.2 Trang 7 Một số máy TððT ñộ chính xác cao (sử dụng ñể ño các lưới khống chế có ñộ chính xác cao và quan trắc biến dạng công trình) 8 2.1 Bảng biến dạng chiều dài khi chiếu cạnh từ mặt ñất về mặt 2.2 2.3 2.4 2.5 Ellipsoid Số liệu tọa ñộ trắc ñịa ban ñầu Số liệu tọa ñộ ñịa diện ban ñầu Tọa ñộ trắc ñịa B,L H của các ñiểm xét Tọa ñộ ñiểm quy chiếu G của hệ ñịa diện trong các phương 39 44 57 án 58 2.6 32 Giá trị biến dạng góc ngang δ β và số cải chính biến dạng ∆ β 58 2.7 Giá trị biến dạng góc khi sử dụng hệ ñịa diện 60 3.1 3.2 3.3 Một số ñặc trưng kỹ thuật của các mạng lưới khảo sát Các yếu tố sau bình sai lưới theo 3 phương án trọng số Sai khác lớn nhất về tọa ñộ và kết quả ñánh giá ñộ chính 69 70 xác 71 3.4 Các yếu tố sau bình sai lưới theo 3 phương án trọng số 71 3.5 Sai khác lớn nhất về tọa ñộ và kết quả ñánh giá ñộ chính xác 71 3.6 Sai số khép giới hạn trong vòng khép GPS 74 4.1 So sánh sai số vị trí ñiểm mạng lưới nhà máy lọc dầu Dung Quất 107 viii 4.2 So sánh tọa ñộ trắc ñịa giữa ba phần mềm TBC, GPSurvey 2.35 và ADGT mạng lưới GPS thuần túy nhà máy lọc dầu Dung Quất 4.3 108 So sánh sai số trung phương vị trí ñiểm giữa ba phần mềm TBC, GPSurvey 2.35 và ADGT mạng lưới GPS thuần túy nhà máy lọc dầu Dung Quất 4.4 So sánh sai số tương ñối cạnh mạng lưới NMXM Thái Nguyên 4.5 109 111 So sánh tọa ñộ trắc ñịa giữa ba phần mềm TBC, GPSurvey 2.35 và ADGT mạng lưới GPS thuần túy NMXM Thái Nguyên 4.6 113 So sánh sai số trung phương vị trí ñiểm giữa ba phần mềm TBC, GPSurvey 2.35 và ADGT mạng lưới GPS thuần túy NMXM Thái Nguyên 114 ix DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình vẽ Tên hình vẽ Trang 1.1 So sánh sai số ño chiều dài bằng GPS và TððT 10 1.2 ðập thủy ñiện Geheyan 12 1.3 ðập thủy ñiện Tam Hiệp 12 1.4 Mốc theo dõi chuyển dịch NMXM Cẩm Phả 15 1.5 Giao diện chính và giao diện nhập dữ liệu của STAR*NET 22 1.6 Hiển thị các véc tơ cạnh cùng sơ ñồ lưới GPS 22 1.7 Giao diện các lựa chọn tổng quát của MOVE3 23 1.8 Cửa sổ nhập số liệu trị ño GPS và TððT 24 1.9 Giao diện phần mềm COLUMBUS 25 2.1 Chiếu cạnh ño lên mặt ellipsoid 29 2.2 Phạm vi biến dạng do phép chiếu Gauss-Kruger 29 2.3 Phạm vi biến dạng do phép chiếu UTM múi chiếu 30 30 2.4 Phạm vi biến dạng do phép chiếu UTM múi chiếu 60 30 2.5 Hệ tọa ñộ ñịa diện 34 2.6 Xét dấu của hệ tọa ñộ ñịa diện 35 2.7 Lưới chiếu phương vị nghiêng 35 2.8 Phép chiếu trực giao 35 2.9 Chuyển ñổi toạ ñộ Helmert 46 2.10 Các lựa chọn trong thiết lập hệ ñịa diện 51 2.11 Xét biến dạng chiều dài cạnh trên mặt phẳng chân trời 53 x 2.12 Tính số cải chính biến dạng góc ngang 55 2.13 Sơ ñồ khảo sát biến dạng góc ngang 57 2.14 Bản ñồ tỉnh Thanh Hóa và vị trí kinh tuyến trung ương (Lo=105o) 62 3.1 Lưới KCN Dung Quất 70 3.2 Lưới NMXM Bút Sơn 70 3.3 Sơ ñồ cạnh ño 84 3.4 Ellip sai số vị trí ñiểm 87 3.5 Sơ ñồ lưới không gian 3D kết hợp với lưới mặt ñất 2D 94 4.1 Sơ ñồ khối cho chương trình máy tính 100 4.2 Giao diện quản lý tệp tin 102 4.3 Giao diện biên tập kết quả xử lý cạnh GPS 102 4.4 Giao diện chương trình bình sai kết hợp 104 4.5 Giao diện xuất file kết quả 105 4.6 Giao diện chuyển ñổi tọa ñộ 105 4.7 Nhà máy lọc dầu Dung Quất 106 4.8 Sơ ñồ mạng lưới GPS kết hợp trị ño góc cạnh Nhà máy lọc dầu Dung Quất 107 4.9 Nhà máy xi măng Thái Nguyên 110 4.10 Mạng lưới ño GPS MNXM Thái Nguyên 110 4.11 Mạng lưới GPS kết hợp các trị ño góc cạnh MNXM Thái Nguyên 111 1 MỞ ðẦU 1. Tính cấp thiết của luận án Công nghệ GPS ñược ứng dụng trong trắc ñịa không chỉ là sự thay ñổi quan trọng trong công nghệ ño ñạc mà còn dẫn ñến sự thay ñổi trong phương pháp xử lý kết quả ño, ñó là phương pháp bình sai lưới tọa ñộ trong không gian 3 chiều (3D) sử dụng các véc tơ cạnh ño thay cho bình sai trên mặt phẳng (2D) sử dụng các trị ño góc - cạnh truyền thống, ñã ñược áp dụng từ nhiều thế kỷ trước ñây. Ở Việt Nam, công nghệ GPS ñã ñược khai thác sử dụng trong công tác trắc ñịa và bản ñồ từ ñầu những năm 90 của thế kỷ XX. Trong lĩnh vực TðCT công nghệ GPS cũng ñã ứng dụng từ những năm cuối thế kỷ XX trở lại ñây. Năm 1999, bằng công nghệ GPS, chúng ta ñã xây dựng mạng lưới TðCT hầm ñường bộ xuyên ñèo Hải Vân (dài trên 6 km), nhờ ñó sai số ñào hầm ñối hướng ñạt ñược là 2,5 cm. Mạng lưới cơ sở TðCT của KCN Dung Quất ñược xây dựng bằng công nghệ GPS (6/2001). Tháng 5 năm 2005, mạng lưới khống chế công trình hầm thủy ñiện A-Vương (dài trên 4 km) cũng ñược xây dựng bằng công nghệ GPS, nhờ ñó sai số ñào hầm ñối hướng cũng không vượt quá 5 cm. Ngoài ra còn nhiều mạng lưới TðCT phục vụ xây dựng các NMXM cũng ñược ño bằng công nghệ GPS, như lưới trắc ñịa công trình NMXM Nghi Sơn (3/2000), NMXM Thái Nguyên (2/2006), NMXM Bút Sơn (4/2008), NMXM Cẩm Phả (2008). Một ñặc ñiểm chung của các mạng lưới sử dụng trong TðCT ñược ño bằng công nghệ GPS là chiều dài cạnh không quá lớn. Chính vì thế, trong nhiều trường hợp các ñiểm lưới công trình lại có khả năng thông hướng với nhau. Trong trường hợp này, những người làm công tác TðCT thường ño thêm chiều dài cạnh hoặc góc ngang bằng TððT và xử lý cùng với các trị ño GPS ñể nhận ñược một kết cấu lưới vững chắc, cho ñộ chính xác cao về vị trí tương hỗ giữa các ñiểm trong lưới. 2 Ngoài ra có trường hợp, một số ñiểm trong lưới không thuận tiện cho ño GPS, trong trường hợp này cần ño thêm chiều dài cạnh và góc ñể xác ñịnh ñược tọa ñộ của các ñiểm ñó. Có trường hợp cần kết nối giữa hai mạng lưới mặt ñất mà không thể dùng các thiết bị ño góc - cạnh thông dụng thì việc sử dụng công nghệ GPS ñể liên kết các mạng lưới mặt ñất là giải pháp khả thi nhất. Do ñó việc kết hợp cả 2 phương pháp (ño mặt ñất và công nghệ GPS) ñể thành lập lưới thì chắc chắn sẽ phát huy ñược ưu ñiểm và khắc phục ñược những mặt hạn chế của mỗi phương pháp, nâng cao hiệu quả kinh tế - kỹ thuật trong công tác xây dựng lưới TðCT. Ở khoảng cách ngắn, ñộ chính xác của ña số các máy TððT phổ biến cho ñộ chính xác ño chiều dài trong khoảng từ 3 mm ñến 5 mm. Như vậy là tương ñương với ñộ chính xác ño cạnh bằng GPS. Vấn ñề xử lý bình sai ñồng thời các véc tơ cạnh GPS (Baselines) với cạnh ño bằng TððT là một nhu cầu thực tế ñược ñặt ra. Trước ñây, những người làm công tác xử lý số liệu GPS có thể sử dụng phần mềm GPSurvey 2.35 ñể bình sai kết hợp trị ño GPS với các trị ño mặt ñất, mặc dù các thủ tục ñể bình sai chung cũng khá phức tạp. Nhưng từ ngày 14 tháng 9 năm 2011 phần mềm trên ñã hết hạn, không còn ñược sử dụng. Vấn ñề nghiên cứu lựa chọn hệ tọa ñộ có thể sử dụng trong giới hạn nhất ñịnh ñể làm hệ tọa ñộ cơ sở cho công tác trắc ñịa công trình cùng với nghiên cứu thuật toán và xây dựng quy trình bình sai lưới GPS có sử dụng thêm các trị ño mặt ñất là hết sức cần thiết trong ñiều kiện chúng ta chưa chủ ñộng xây dựng ñược phần mềm xử lý số liệu GPS. Kết quả nghiên cứu sẽ là những ñề xuất góp phần hoàn thiện các quy ñịnh kỹ thuật trong công tác lựa chọn hệ tọa ñộ cũng như phương pháp xử lý số liệu trong công tác trắc ñịa công trình ở Việt Nam. Vấn ñề trên cũng chính mục tiêu nghiên cứu của luận án. ðể giải quyết 3 nội dung nghiên cứu, tác giả ñã tham khảo, tìm hiểu các công trình khoa học có nội dung liên quan tới tên ñề tài mà các tác giả khác ở trong và ngoài nước ñã nghiên cứu, công bố trên các tạp chí và trên mạng thông tin toàn cầu Internet. Nhờ các công trình ñó, sẽ có ñược cái nhìn tổng quan về hiện trạng của vấn ñề nghiên cứu, từ ñó sẽ có ñược ñịnh hướng ñúng ñắn cho các nghiên cứu tiếp theo ñể ñạt ñược mục tiêu như mong muốn. 2. Mục ñích, ñối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận án - Nghiên cứu phương pháp thiết lập hệ tọa ñộ ñịa diện chân trời tại vị trí trung tâm công trình, hoàn thiện quy trình tính chuyển, tính ñổi giữa hệ tọa ñộ ñịa diện với các hệ tọa ñộ thường dùng khác. - Xác ñịnh phạm vi sử dụng hệ tọa ñộ ñịa diện chân trời cho các mạng lưới TðCT dân dụng và công nghiệp. - Hoàn thiện cơ sở lý thuyết và ñề xuất quy trình bình sai chặt chẽ kết hợp giữa trị ño GPS và trị ño mặt ñất. - Xây dựng phần mềm bình sai kết hợp trị ño GPS và trị ño mặt ñất có tính ứng dụng cao trong ñiều kiện Việt Nam. - ðánh giá ñộ xác thực và tin cậy của phần mềm. 3. Nội dung nghiên cứu của luận án - Nghiên cứu tổng quan công nghệ GPS và TððT ñể thành lập lưới khống chế TðCT; - Nghiên cứu hệ tọa ñộ ñịa diện chân trời; Tính ñổi tọa ñộ giữa hệ tọa ñộ ñịa diện chân trời với hệ tọa ñộ trắc ñịa và hệ tọa ñộ vuông góc phẳng theo phép chiếu UTM. - Xác ñịnh giới hạn sử dụng hệ tọa ñộ ñịa diện chân trời trong TðCT; - Vấn ñề tính trọng số trị ño tương quan trong bình sai lưới GPS; - Nghiên cứu về bình sai lưới GPS trong hệ tọa ñộ vuông góc không gian ñịa tâm (X,Y,Z), hệ tọa ñộ ñịa diện chân trời; 4 - Nghiên cứu về bình sai kết hợp GPS với các trị ño mặt ñất trong hệ tọa ñộ ñịa diện chân trời với phương trình trị ño khoảng cách bằng TððT, số cải chính góc ngang và phương trình số hiệu chỉnh góc ngang. - Nghiên cứu lập chương trình máy tính phục vụ xử lý số liệu. 4. Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp thống kê: thu thập, tổng hợp, xử lý các số liệu liên quan - Phương pháp phân tích: sử dụng các phương tiện và các tiện ích, phân tích có lôgíc các tư liệu, số liệu làm cơ sở ñể giải quyết các vấn ñề ñặt ra. - Phương pháp so sánh: tổng hợp kết quả, so sánh ñánh giá và ñưa ra các kết luận về các vấn ñề ñặt ra. - Phương pháp tổng hợp: Tập hợp các kết quả nghiên cứu, ñánh giá kiểm chứng ñộ xác thực của các công thức ñưa ra. - Phương pháp ứng dụng công nghệ thông tin, lập chương trình máy tính… 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án - Các kết quả nghiên cứu ñã ñặt cơ sở cho việc bình sai kết hợp giữa trị ño GPS với trị ño mặt ñất trong hệ tọa ñộ ñịa diện chân trời áp dụng cho các mạng lưới TðCT yêu cầu ñộ chính xác cao. - ðề xuất sử dụng hệ ñịa diện chân trời làm hệ tọa ñộ cơ sở thay thế cho hệ tọa ñộ vuông góc phẳng theo phép chiếu UTM trong công tác TðCT dân dụng và công nghiệp. - Thuật toán và quy trình ñã ñược chuyển thành phần mềm bình sai kết hợp hoàn toàn có thể sử dụng trong thực tiễn công tác TðCT ở Việt Nam. - Có thể ứng dụng những kết quả nghiên cứu của luận án trong các lĩnh vực ñào tạo kỹ sư, giảng dạy, nghiên cứu khoa học và phục vụ sản xuất. 6. Các luận ñiểm bảo vệ - Luận ñiểm thứ nhất: Vấn ñề tính trọng số trị ño trong lưới ño thuần GPS cũng như lưới GPS kết hợp lưới mặt ñất là rất quan trọng. Cần phải chuẩn hóa trị ño GPS theo quy trình bình sai hai bước. 5 - Luận ñiểm thứ hai: Cần phải tính biến dạng góc ñể cải chính vào góc ño trước khi bình sai kết hợp trị ño GPS và trị ño mặt ñất. Các yếu tố (kích thước) của mạng lưới sau bình sai bảo ñảm sự phù hợp tốt nhất với yếu tố thực ñịa. ðiều này rất cần thiết ñối với công tác thiết kế, thi công các công trình dân dụng và công nghiệp yêu cầu ñộ chính xác cao. - Luận ñiểm thứ ba: Hệ tọa ñộ ñịa diện chân trời có thể sử dụng làm hệ tọa ñộ cơ sở thay thế cho hệ tọa ñộ vuông góc phẳng theo phép chiếu UTM phục vụ các giai ñoạn khảo sát (tỷ lệ lớn), thiết kế và thi công công trình. Phạm vi (bán kính) sử dụng hệ tọa ñộ ñịa diện chân trời ñược ước tính theo yêu cầu biến dạng. 7. Các ñiểm mới của luận án - Hoàn thiện hệ thống công thức ñể xác ñịnh phạm vi sử dụng của hệ tọa ñộ ñịa diện chân trời trong TðCT; - ðề xuất công thức tính số cải chính biến dạng góc ngang khi bình sai kết hợp trị ño GPS với trị ño mặt ñất trong hệ tọa ñộ ñịa diện chân trời. - Xây dựng phần mềm xử lý số liệu với tên gọi ADGT (ADjustment GPS Topography) gồm các modul tính chuyển, tính ñổi, modul biên tập kết quả xử lý cạnh, modul bình sai lưới GPS kết hợp trị ño mặt ñất trong hệ tọa ñộ ñịa diện chân trời áp dụng cho các mạng lưới TðCT. 8. Cấu trúc và nội dung luận án Cấu trúc luận án gồm ba phần: 1. Phần mở ñầu: Giới thiệu về tính cấp thiết, mục ñích nghiên cứu của luận án, ñối tượng nghiên cứu, phạm vi nghiên cứu, nội dung nghiên cứu, ñồng thời ñưa ra các luận ñiểm bảo vệ và ñiểm mới của luận án. 2. Phần nội dung ñược trình bày trong 4 chương Chương 1: Tổng quan về ứng dụng công nghệ GPS trong xây dựng lưới trắc ñịa công trình và vấn ñề bình sai lưới GPS. 6 Chương 2: Hệ tọa ñộ ñịa diện chân trời và khả năng sử dụng trong trắc ñịa công trình. Chương 3: Bình sai kết hợp trị ño GPS và trị ño mặt ñất trong hệ tọa ñộ ñịa diện chân trời Chương 4: Xây dựng phần mềm xử lý số liệu bình sai kết hợp GPS và trị ño mặt ñất trong hệ tọa ñộ ñịa diện chân trời. 3. Phần kết luận và kiến nghị. 9. Lời cảm ơn Tác giả xin bày tỏ sự biết ơn sâu sắc ñến thầy giáo hướng dẫn khoa học PGS.TS ðặng Nam Chinh, PGS.TS Nguyễn Quang Phúc ñã tận tình giúp ñỡ tác giả hoàn thành các nội dung của Luận án. Tác giả bày tỏ lòng biết ơn chân thành ñến các thầy cô giáo trong bộ môn Trắc ñịa công trình, Khoa trắc ñịa, Phòng sau ñại học trường ðại học Mỏ ñịa chất, các ñồng nghiệp Viện khoa học công nghệ xây dựng - Bộ xây dựng, Viện công nghệ Vũ trụ- Viện khoa học và công nghệ Việt Nam, Viện khoa học ño ñạc và bản ñồ, trường ðại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội v.v… ñã có sự giúp ñỡ quý báu ñể tác giả hoàn thiện nội dung của luận án. 7 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GPS TRONG XÂY DỰNG LƯỚI TRẮC ðỊA CÔNG TRÌNH VÀ VẤN ðỀ BÌNH SAI LƯỚI GPS 1.1. CÁC PHƯƠNG PHÁP THÀNH LẬP LƯỚI TRẮC ðỊA CÔNG TRÌNH Lưới khống chế TðCT thường ñược xây dựng theo các phương pháp truyền thống như phương pháp tam giác (ño góc, ño cạnh hoặc ño góc-cạnh), phương pháp ñường chuyền (ña giác), phương pháp giao hội, phương pháp ño bằng GPS... Các thế hệ máy TððT với các cấp ñộ chính xác khác nhau ñang có mặt ở nước ta cho phép thành lập lưới TðCT một cách thuận tiện và linh hoạt với ñộ chính xác cần thiết (Bảng 1.1 và Bảng 1.2). Trong ñiều kiện hiện nay, có thể sử dụng 2 phương pháp chủ yếu ñể thành lập các mạng lưới trắc ñịa mặt bằng nói chung cũng như lưới TðCT, ñó là phương pháp sử dụng các trị ño mặt ñất (truyền thống) và phương pháp vệ tinh (GNSS). Mỗi phương pháp ñều có những ưu nhược ñiểm nhất ñịnh và ñòi hỏi những ñiều kiện áp dụng khi ño ñạc thành lập lưới. Bảng 1.1- Một số máy TððT chính xác (sử dụng ñể ño các lưới khống chế mặt bằng) Tên máy TC 303 TS 02 SET2B DTM 750 GTS-4 Hãng và nước chế tạo Leica Thuỵ Sỹ Leica Thuỵ Sỹ Sokkia Nhật Bản Nikon Nhật Bản Topcon Nhật Bản ðo góc ðo cạnh ðộ phân SSTP ño góc giải bàn ñộ ngang/ñứng SSTP ño cạnh Tầm hoạt ñộng xa nhất 1" 3"/3" ±(2mm +2ppm) 3000 m 0.1" 3"/3" ±(1.5mm+2ppm) 3500 m 1" 2"/2" ±(2mm +2ppm) 4200 m 1" 2"/2" ±(2mm +2ppm) 3500 m 1" 2"/2" ±(2mm +2ppm) 3700 m 8 Bảng 1.2- Một số máy TððT ñộ chính xác cao (sử dụng ñể ño các lưới khống chế có ñộ chính xác cao và quan trắc biến dạng công trình) Tên Máy Hãng và nước chế tạo TC2003 TS15 Leica Thuỵ Sỹ -nt- TM30 -nt- ðo góc ðo cạnh ðộ phân giải bàn ñộ SSTP ño góc ngang/ñứng SSTP ño cạnh Tầm hoạt ñộng xa nhất 0,1" 1"/1" ±(1mm +1ppm) 3500 m 0,1" 1"/1" ±(1mm +1.5ppm) 3500 m 0,01” 0.5”/1” ±(0.6mm +1ppm) 3500 m ±(0.6mm +1ppm) 3500 m ±(0.5mm +1ppm) 3500 m TS30 -nt0,01” 0.5”/0.5” Topcon MS05 0,1" 0.5"/1" Nhật Bản 1.1.1. Nhóm các phương pháp ño mặt ñất 1.1.1.1. Lưới tam giác ño góc Trước khi có sự xuất hiện của các máy ño dài ñiện quang thì phương pháp lưới tam giác ño góc vẫn là phương pháp chủ yếu áp dụng ñể lập lưới khống chế trắc ñịa mặt bằng nói chung. Nhưng ngày nay, phương pháp này ít ñược sử dụng trong sản xuất. 1.1.1.2. Lưới tam giác ño cạnh Việc áp dụng các máy ño dài ñiện quang ñã mở ra một khả năng xây dựng lưới khống chế trắc ñịa bằng phương pháp lưới tam giác ño cạnh. Ảnh hưởng của chiết quang ngang có thể ñược làm giảm một cách rõ rệt, thậm chí có thể ñược loại trừ bằng cách thay thế lưới tam giác ño góc bằng lưới tam giác ño toàn cạnh. Tuy nhiên, nhược ñiểm của phương pháp tam giác ño cạnh là có ít trị ño dư. 1.1.1.3. Lưới tam giác ño góc cạnh kết hợp ðể khắc phục những nhược ñiểm của hai phương pháp lưới tam giác ño góc và lưới tam giác ño cạnh thì cách tốt nhất là sử dụng các máy TððT ñể ño lưới theo phương pháp ño góc cạnh kết hợp.