Tài liệu ứng dụng hệ thống định vị toàn cầu xây dựng lưới địa chính cụm 04 xã phía tây bắc thuộc huyện hà trung tỉnh thanh hóa

. ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TỐNG ĐỨC TRÍ ỨNG DỤNG HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU XÂY DỰNG LƯỚI ĐỊA CHÍNH CỤM 04 XÃ PHÍA TÂY BẮC THUỘC HUYỆN HÀ TRUNG, TỈNH THANH HÓA LUẬN VĂN THẠC SĨ QUẢN LÝ ĐẤT ĐAI Thái Nguyên - 2018 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TỐNG ĐỨC TRÍ ỨNG DỤNG HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU XÂY DỰNG LƯỚI ĐỊA CHÍNH CỤM 04 XÃ PHÍA TÂY BẮC THUỘC HUYỆN HÀ TRUNG, TỈNH THANH HÓA Ngành: Quản lý đất đai Mã số: 8.85.01.03 LUẬN VĂN THẠC SĨ QUẢN LÝ ĐẤT ĐAI Người hướng dẫn khoa học: PGS. TS Đàm Xuân Vận Thái Nguyên - 2018 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận văn là trung thực, khách quan và chưa từng dùng để bảo vệ lấy bất kỳ học vị nào. Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn đã được cám ơn, các thông tin trích dẫn trong luận văn này đều được chỉ rõ nguồn gốc. Thanh Hóa, ngày 20 tháng 9 năm 2018 Tác giả luận văn Tống Đức Trí ii LỜI CẢM ƠN Trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn, tôi đã nhận được sự hướng dẫn, chỉ bảo tận tình của các thầy cô giáo, sự giúp đỡ, động viên của bạn bè, đồng nghiệp và gia đình. Nhân dịp hoàn thành luận văn, cho phép tôi được bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc PGS.TS Đàm Xuân Vận đã tận tình hướng dẫn, dành nhiều công sức, thời gian và tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài. Tôi cũng xin cảm ơn sự góp ý chân thành của các thầy, cô giáo khoa Quản lý Tài nguyên, Phòng Quản lý Đào tạo sau Đại học - trường Đại học Nông Lâm, Đại học Thái Nguyên đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi thực hiện đề tài và hoàn thành luận văn. Tôi xin chân thành cảm ơn tập thể lãnh đạo, cán bộ, công chức Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Thanh Hóa đã giúp đỡ và tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài. Xin chân thành cảm ơn gia đình, người thân, bạn bè, đồng nghiệp đã tạo mọi điều kiện thuận lợi và giúp đỡ tôi về mọi mặt, động viên khuyến khích tôi hoàn thành luận văn./. Thanh Hóa, ngày 20 tháng 9 năm 2018 Tác giả luận văn Tống Đức Trí iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................. i LỜI CẢM ƠN ..................................................................................................... ii MỤC LỤC ......................................................................................................... iii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ........................................................................... vi DANH MỤC BẢNG ......................................................................................... vii DANH MỤC HÌNH ......................................................................................... viii MỞ ĐẦU............................................................................................................ 1 1. Tính cấp thiết của đề tài ............................................................................ 1 2. Mục tiêu nghiên cứu.................................................................................. 2 3. Ý nghĩa của đề tài ...................................................................................... 2 Chương 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU ................................................................ 3 1.1. Khái quát 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. Các đại lượng đo ................................................................................. 6 1.1.4. Nguyên lý định vị GPS ....................................................................... 9 1.1.5. Các nguồn sai số trong định vị GPS ................................................. 13 1.1.6. Ưu điểm của phương pháp định vị GPS ........................................... 16 1.1.7. Tọa độ và hệ quy chiếu ..................................................................... 16 1.2. Các phương pháp xây dựng lưới cơ bản .................................................. 17 1.2.1. Phương pháp đường chuyền.............................................................. 17 1.2.2. Phương pháp tam giác ....................................................................... 19 1.2.2. Phương pháp lưới GPS...................................................................... 21 1.3. Một số ứng dụng nghệ nghệ GPS ............................................................ 21 1.3.1. Ứng dụng công nghệ GPS trong trắc địa trên thế giới và Việt Nam ........ 21 1.3.2. Ứng dụng công nghệ GPS trong xây dựng ....................................... 24 1.3.3. Ứng dụng công nghệ GPS trong giao thông vận tải ......................... 24 iv 1.4. Thiết kế lưới địa chính bằng công nghệ GNSS (Global Navigation Satellite System) .............................................................................................. 25 1.4.1. Nguyên tắc thiết kế lưới .................................................................... 25 1.4.2. Cơ sở toán học của lưới địa chính..................................................... 26 1.4.3. Mật độ điểm khống chế ..................................................................... 29 1.4.4. Lưới địa chính ................................................................................... 29 1.5. Cơ sở pháp lý của việc xây dựng lưới...................................................... 30 1.6. Đánh giá nhận xét chung .......................................................................... 31 Chương 2: ĐỐI TƯỢNG, THỜI GIAN, PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU................................................................................................. 33 2.1. Đối tượng nghiên cứu............................................................................... 33 2.2. Thời gian nghiên cứu ............................................................................... 33 2.3. Phạm vi nghiên cứu .................................................................................. 33 2.4. Nội dung nghiên cứu ................................................................................ 33 2.5. Phương pháp nghiên cứu.......................................................................... 33 2.5.1. Phương pháp thu thập số liệu thứ cấp .............................................. 33 2.5.2. Phương pháp thiết kế lưới ................................................................. 34 2.5.3. Phương pháp xây dựng lưới địa chính .............................................. 34 2.5.4. Phương pháp xử lý số liệu đo ........................................................... 34 2.5.5. Phương pháp kiểm tra lưới................................................................ 34 2.5.6. Phương pháp phân tích, so sánh........................................................ 35 Chương 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ............................... 36 3.1. Điều kiện tư nhiên, kinh tế - xã hội của cụm 04 xã phía Tây Bắc thuộc huyện Hà Trung, tỉnh Thanh Hóa ......................................................... 36 3.1.1. Đặc điểm tự nhiên ............................................................................. 36 3.1.2. Đặc điểm kinh tế và xã hội................................................................ 39 3.2. Thực trạng công tác đo đạc bản đồ địa chính trên địa bàn tỉnh Thanh Hóa ....... 40 3.3. Xây dựng lưới địa chính cụm 04 xã phía Tây Bắc thuộc huyện Hà Trung, tỉnh Thanh Hóa .................................................................................... 42 v 3.3.1. Quy trình xây dựng lưới địa chính .................................................... 42 3.3.2. Thiết kế lưới địa chính ...................................................................... 43 3.3.3. Chọn điểm, chôn mốc địa chính ....................................................... 45 3.3.4. Tổ chức đo GPS ................................................................................ 51 3.3.5. Đo đạc thực địa ................................................................................. 55 3.3.6. Xử lý tính toán bình sai ..................................................................... 58 3.3. Đo kiểm tra ............................................................................................... 75 3.3.1. So sánh kết quả đo kiểm tra với kết quả đã thực hiện ...................... 76 3.3.2. So sánh kết quả đo kiểm tra vị trí điểm ............................................ 76 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................................... 77 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 79 PHỤ LỤC ........................................................................................................ 81 vi DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Từ viết tắt Nghĩa tiếng việt BĐĐC Bản đồ địa chính ĐCCS Địa chính cơ sở DOP GNSS GPS HDOP Dilution of Precision Độ mất chính xác Global Navigation Satellite System Hệ thống dẫn đường bằng vệ tinh toàn cầu Global Positioning System Hệ thống định vị toàn cầu Horizon Dilution of Precision Độ mất chính xác theo phương ngang Mp Sai số vị trí điểm Mx, My, Mh Sai số theo phương x, y, h PDOP Ratio Position Dilution of Precision Độ mất chính xác vị trí vệ tinh theo 3D Tỉ số phương sai Reference Variance Độ chênh lệch tham khảo Rms VDOP X, Y, h Sai số chiều dài cạnh Vertiacal Dilution of Precision Độ mất chính xác theo phương dọc Tọa độ X, Y, Độ cao thủy chuẩn tạm thời vii DANH MỤC BẢNG Bảng 3. 1. Tổng hợp diện tích các loại đất của khu vực nghiên cứu ........... 37 Bảng 3. 2: Bảng số lượng điểm địa chính thiết kế trong khu vực nghiên cứu...... 45 Bảng 3.3: Số điểm địa chính đo vẽ trong khu vực nghiên cứu ................... 46 Bảng 3.4: Tọa độ các điểm gốc ................................................................... 48 Bảng 3.5: Thiết kế ca đo .............................................................................. 55 Bảng 3.6: Chỉ tiêu kỹ thuật của máy đo GPS .............................................. 56 Bảng 3.7: Số lượng điểm GPS đã đo........................................................... 70 Bảng 3.8: Kết quả đánh giá độ chính xác sau bình sai ................................ 72 Bảng 3.9: So sánh kết quả đánh giá độ chính xác đạt được ........................ 73 Bảng 3.10: So sánh kết quả đo với chỉ tiêu kỹ thuật của lưới địa chính được thành lập bằng công nghệ GNSS ....................................... 74 Bảng 3.11: So sánh kết quả xử lý được với kết quả đo kiểm tra .................. 76 viii DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Mô hình hình ảnh trái đất và vệ tinh GPS .................................... 3 Hình 1.2: Cấu trúc tín hiệu GPS ................................................................... 5 Hình 1.3: Các trạm điều khiển GPS .............................................................. 6 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 1.9: Đường truyền phù hợp ................................................................ 17 Hình 1.10: Đường chuyền dỗi thẳng ............................................................. 17 Hình 1.11: Đường truyền có một điểm nút ................................................... 18 Hình 1.12: Đường truyền nhiều điểm nút ..................................................... 18 Hình 1.13: Phương pháp tam giác đo góc ..................................................... 19 Hình 1.14: Phương pháp tam giác đo toàn cạnh ........................................... 20 Hình 3.1: Sơ đồ vị trí khu vực nghiên cứu.................................................. 36 Hình 3.2: Sơ đồ quy trình xây dựng lưới địa chính .................................... 42 Hình 3.3: Mặt mốc điểm tọa độ địa chính .................................................. 46 Hình 3.4: Quy cách mốc địa chính.............................................................. 49 Hình 3.5: Sơ đồ chọn điểm, chôn mốc........................................................ 50 Hình 3.6: Cửa sổ chương trình Trimble Geomatics office ......................... 51 Hình 3.7: Cửa sổ Planning .......................................................................... 52 Hình 3.8: Cửa sổ Planning (Lists Intervals) ............................................... 53 Hình 3.9: Cửa sổ Planning (Lists Elevation/Azimuth) ............................... 53 Hình 3.10: Cửa sổ Planning (Lists of DOP values) ...................................... 54 Hình 3.11: Máy GPS 1 tần Trimble 4600LS ................................................ 56 Hình 3.12: Cửa sổ Coordinate System Manager. ......................................... 59 ix Hình 3.13: Cửa sổ Datum Transformation Properties . ................................ 59 Hình 3.14: Chọn hệ tọa độ Vuông góc UTM ............................................... 60 Hình 3.15: Chọn phép chiếu hình trụ ngang giữ góc .................................... 61 Hình 3.16: Tạo New Project. ........................................................................ 62 Hình 3.17: Nhập dữ liệu đo........................................................................... 62 Hình 3.18: Hộp thoại Receiver Raw Data Check in ..................................... 63 Hình 3.19: Hộp thoại Project Setting ............................................................ 65 Hình 3.20: Hộp thoại Select Coordinate System .......................................... 65 Hình 3.21: Hộp thoại Select Coordinate System Type ................................. 66 Hình 3.22: Hộp thoại Select Coordinate System Zone ................................. 66 Hình 3.23: Hộp thoại Select Geoid Model ................................................... 67 Hình 3.24: Hộp thoại Processing Baselines .................................................. 67 Hình 3.25: Nhập tọa độ điểm gốc ................................................................. 68 Hình 3.26: Hộp thoại Adjust Network .......................................................... 69 Hình 3.27: Hộp thoại Adjust Network .......................................................... 69 Hình 3.28: Sơ đồ đo lưới địa chính ............................................................... 71 1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Trong số 15 nội dung quản lý nhà nước về đất đai được quy định tại Điều 22 Luật đất đai 2013, nhiệm vụ: “Khảo sát, đo đạc, lập bản đồ địa chính, bản đồ hiện trạng sử dụng đất và bản đồ quy hoạch sử dụng đất; điều tra, đánh giá tài nguyên đất; điều tra xây dựng giá đất” được đặt ở vị trí thứ 3. Hệ thống định vị toàn cầu GPS là hệ thống định vị, dẫn đường sử dụng các vệ tinh nhân tạo được Bộ Quốc phòng Mỹ triển khai từ những năm đầu thập kỷ 70. Ban đầu, hệ thống này được dùng cho mục đích quân sự nhưng sau đó đã được thương mại hóa, từ năm 1980 hệ thống định vị toàn cầu GPS đã được sử dụng vào mục đích dân sự. Ngày nay, trong nhiều lĩnh vực của đời sống kinh tế, xã hội đã và đang áp dụng công nghệ GPS. Trong ngành trắc địa, công nghệ GPS đã mở ra thời kỳ mới, thay thế công nghệ truyền thống trong việc thành lập và xây dựng dựng mạng lưới tọa độ các cấp. Đối với ngành trắc địa bản đồ thì đây là cuộc cách mạng thực sự cả về kỹ thuật, chất lượng cũng như hiệu quả kinh tế trên phạm vi toàn thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng. Hệ thống định vị toàn cầu GPS đã được công nhận và sử dụng rộng rãi như một công nghệ tin cậy, hiệu quả trong trắc địa bản đồ bởi tính ưu việt như: có thể xác định tọa độ của các điểm từ điểm gốc khác mà không cần thông hướng; tính tự động hóa trong đo đạc và xử lý kết quả đo; độ chính xác đo đạc ít phụ thuộc vào điều kiện thời tiết (có thể đo trong mọi điều kiện thời tiết); việc xác định tọa độ các điểm nhanh chóng, chính xác cao, ở bất kỳ vị trí nào trên trái đất; có thể thực hiện trong mọi điều kiện địa hình mà không cần thông hướng giữa các điểm đo; tiết kiệm thời gian, chi phí thấp; đáp ứng yêu cầu thay thế một số dạng công việc mà phương pháp trắc địa truyền thống không thực hiện được như: đo hải đảo; đo địa hình đáy biển; đo mặt cắt các sông lớn; đặc biệt là đo khoảng cách dài. 2 Công tác đo đạc bản đồ, đăng ký, câp giấy chứng nhận quyền sử dụng đất, lập hồ sơ địa chính, xây dựng cơ sở dữ liệu địa chính là một nội dung quan trọng trong công tác quản lý nhà nước về đất đai, phục vụ cho việc xây dựng quy hoạch, kế hoạch sử dụng đất phát triển kinh tế - xã hội, an ninh, quốc phòng của địa phương. Tuy nhiên, trên địa bàn huyện Hà Trung hệ thống bản đồ giải thửa, bản đồ địa chính trước đây vừa thiếu, lại đo đạc đã lâu, công nghệ cũ, không đồng bộ và chưa được chỉnh lý biến động nên thiếu độ chính xác. Vì vậy, để quản lý đất đai một cách có hiệu quản, khoa học thì cần thiết phải thành lập được hệ thống BĐĐC có độ chính xác cao, muốn có được điều đó cần phải xây dựng lưới địa chính. Để mở rộng khả năng sử dụng công nghệ GPS, góp phần đưa công nghệ vào sản xuất, nâng cao hiệu quả kinh tế trong đo đạc, tôi tiến hành nghiên cứu đề tài: “Ứng dụng Hệ thống định vị toàn cầu xây dựng lưới địa chính cụm 04 xã phía Tây Bắc thuộc huyện Hà Trung, tỉnh Thanh Hóa”. 2. Mục tiêu nghiên cứu Ứng dụng hệ thống định vị toàn cầu để xây dựng lưới địa chính phục vụ công tác đo vẽ, thành lập bản đồ địa chính. 3. Ý nghĩa của đề tài Dựa trên công nghệ GNSS để xây dựng lưới địa chính cụm 04 xã phía Tây Bắc thuộc huyện Hà Trung 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 đo vẽ và là tiền đề xây dựng lưới không chế đo vẽ toàn huyện. 3 Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Khái quát hệ thống định vị toàn cầu GPS 1.1.1. Khái niệm về GPS Tên tiếng Anh đầy đủ của GPS là Navigation Satellite Timing and Ranging Global Positioning System. Đây là một hệ thống radio hàng hải dựa vào các vệ tinh để cung cấp thông tin 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 tiết. Hình 1.1: Mô hình hình ảnh trái đất và vệ tinh GPS Nguồn: Ahmed El-Rabbany (2007), Introduction 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. 1.1.2.1. Đoạn không gian (Space Segment) - Hệ thống ban đầu có 24 vệ tinh, trong đó có 3 vệ tinh dự trữ. Hiện nay đã có 31 vệ tinh bay xung quanh Trái đất trên 6 quỹ đạo gần tròn cách đều nhau, với độ cao khoảng 20.200 km, góc nghiêng 550 so với mặt phẳng xích đạo của trái đất. Chu kỳ quay của vệ tinh là 718 phút. [15] - Chức năng chính của các vệ tinh là: 4 + 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 tinh. + 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 tín 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, PCode và Y- Code. + C/A-Code (Coarse/Acquisition Code) là code thô được sử dụng rộng rãi. C/A Code có tính 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 (Anti Spoosing), chỉ có vệ tinh thuộc các khối từ sau năm 1989 mới có khả năng này. 5 Hình 1.2: Cấu trúc tín hiệu GPS Nguồn: Ahmed El-Rabbany (2007), Introduction to GPS [15] 1.1.2.2. 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), trong đó có 1 trạm trung tâm đặt tại Colorado Springs. Nhiệm vụ của đoạn điều khiển là điều khiển toàn bộ hoạt động và chức năng của các vệ tinh trên cơ sở theo dõi chuyển động quỹ đạo của các vệ tinh 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 tinh 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 tiếp lên cho các vệ tinh cùng các lệnh điều khiển khác. [15] 6 Hình 1.3: Các trạm điều khiển GPS Nguồn: Ahmed El-Rabbany (2007), Introduction to GPS [15] 1.1.2.3. 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 tín hiệu vệ tinh 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 tin để cung cấp tọa độ của máy thu. Hình 1.4: Các thành phần chính của GPS Nguồn: Ahmed El-Rabbany (2007), Introduction to GPS [15] 1.1.3. 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 P-code) và đo pha của sóng tải L1, L2 và tổ hợp L1/L2. [16] 7 1.1.3.1. Đo khoảng cách giả theo C/A-code và P-code Code tựa ngẫu nhiên được phát đi từ vệ tinh 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 tinh và code của chính máy thu tạo ra có thể xác định được khoảng thời gian lan truyền của tín hiệu code, từ đó xác định được khoảng cách từ vệ tinh đến máy thu (đến tâm ăng ten của máy thu). Do có sự không đồng bộ giữa đồng hồ của vệ tinh và máy thu, do ảnh hưởng của môi trường lan truyền tín hiệu nên khoảng cách tính theo khoảng thời gian đo được không phải là khoảng cách thực giữa vệ tinh và máy thu, đó là khoảng cách giả. [16] Hình 1.5: Xác định hiệu số giữa các thời điểm Nguồn: Alfred Leick (1995), GPS Satellite Surveying) [16] Nếu ký hiệu tọa độ của vệ tinh là xs, ys, zs; tọa độ của điểm xét (máy thu) là x,y,z; thời gian lan truyền tín hiệu từ vệ tinh đến điểm xét là t, sai số không đồng bộ giữa đồng hồ trên vệ tinh 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 (1.1) Trong đó, c là tốc độ lan truyền tín hiệu. Trong trường hợp sử dụng C/A-code, theo dự tính của các nhà thiết kế hệ thống GPS, kỹ thuật đo khoảng thời gian lan truyền tín hiệu chỉ có thể đảm bảo độ chính xác đo khoảng cách tương ứng khoảng 30m. Nếu tính đến ảnh hưởng của điều kiện lan truyền tín hiệu, sai số đo khoảng cách theo C/A code 8 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 tín 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] 1.1.3.2. 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 tiến hành đo hiệu số giữa pha của sóng tải do máy thu nhận được từ vệ tinh và pha của tín 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 ) (1.2) Trong đó: R là khoảng cách giữa vệ tinh 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 tinh 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. [16] 9 Hình 1.6: Kỹ thuật giải đa trị tại các máy thu Nguồn: Alfred Leick (1995), GPS Satellite Surveying) [16] 1.1.4. Nguyên lý định vị GPS 1.1.4.1. Định vị tuyệt đối (point positioning) 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 tinh 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 tinh đến máy thu, ta sẽ tính được khoảng cách chính xác giữa vệ tinh 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 tinh 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 tinh thứ 4, ta có hệ phương trình: