Tài liệu Xây dựng lưới địa chính bằng công nghệ gps phục vụ thành lập bản đồ địa chính tại huyện bảo lạc tỉnh cao bằng

. ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM NGUYỄN VĂN LINH XÂY DỰNG LƯỚI ĐỊA CHÍNH BẰNG CÔNG NGHỆ GPS PHỤC VỤ THÀNH LẬP BẢN ĐỒ ĐỊA CHÍNH TẠI HUYỆN BẢO LẠC, TỈNH CAO BẰNG LUẬN VĂN THẠC SĨ QUẢN LÝ ĐẤT ĐAI Thái Nguyên - 2017 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM NGUYỄN VĂN LINH XÂY DỰNG LƯỚI ĐỊA CHÍNH BẰNG CÔNG NGHỆ GPS PHỤC VỤ THÀNH LẬP BẢN ĐỒ ĐỊA CHÍNH TẠI HUYỆN BẢO LẠC, TỈNH CAO BẰNG Ngành: Quản Lý Đất Đai Mã số: 60 85 01 03 LUẬN VĂN THẠC SĨ QUẢN LÝ ĐẤT ĐAI Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. ĐÀO THANH VÂN Thái Nguyên - 2017 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 các công trình nghiên cứu, quá trình công tác thực nghiệm, các công trình sản xuất do tôi trực tiếp tham gia thực hiện. Tôi xin cam đoan, các thông tin trích dẫn trong luận văn đều đã được chỉ rõ nguồn gốc. Tác giả luận văn Nguyễn Văn Linh 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, Phòng Đào tạo, Khoa Quản lý tài nguyên, cùng các Thày, Cô giáo đã giảng dạy, truyền đạt kiến thức cho tôi trong suốt thời gian tôi tham gia khóa học của trường. PGS.TS Đào Thanh Vân đã hết lòng quan tâm, trực tiếp hướng dẫn tôi trong quá trình thực hiện đề tài. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã tạo điều kiện giúp đỡ, động viên và đóng góp ý kiến cho tôi trong suốt quá trình học tập và hoàn thành đề tài. Tác giả luận văn Nguyễn Văn Linh iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................ i LỜI CẢM ƠN .............................................................................................................ii MỤC LỤC ................................................................................................................. iii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ........................................................................... vi DANH MỤC CÁC BẢNG........................................................................................vii DANH MỤC CÁC HÌNH ....................................................................................... viii MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1 1. Tính cấp thiết của đề tài .......................................................................................... 1 2. Mục tiêu tổng quát .................................................................................................. 2 3. Mục tiêu cụ thể ........................................................................................................ 2 4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài. ............................................................... 2 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC ...................... 3 1.1. Cơ sở khoa học về lưới khống chế trắc địa .......................................................... 3 1.1.1. Khái niệm về lưới khống chế trắc địa ............................................................... 3 1.1.2. Yêu cầu về điểm khống chế đối với lưới địa chính .......................................... 3 1.1.3. Vai trò của lưới trắc địa mặt bằng Nhà nước .................................................... 4 1.1.4. Sơ đồ phát triển lưới địa chính .......................................................................... 6 1.1.5. Những đặc điểm thành lập hệ thống lưới khống chế khu vực nghiên cứu ....... 7 1.2. Tổng quan về hệ thống định vị toàn cầu GPS ...................................................... 7 1.2.1. Khái quát về hệ thống định vị toàn cầu ............................................................. 7 1.2.2. Lịch sử phát triển công nghệ GPS và ứng dụng công nghệ GPS xây dựng lưới khống chế trắc địa mặt bằng ........................................................ 14 1.2.3. Tình hình nghiên cứu ứng dụng công nghệ GPS trên thế giới ........................ 16 1.2.4. Tình hình nghiên cứu ứng dụng công nghệ GPS trong thành lập lưới ở Việt Nam ...................................................................................................... 16 1.2.5. Những vấn đề đặt ra trong nghiên cứu ứng dụng công nghệ GPS trong thành lập lưới địa chính tại huyện Bảo Lạc ................................................. 17 iv CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .... 20 2.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ...................................................................... 20 2.1.1. Đối tượng nghiên cứu...................................................................................... 20 2.1.2. Phạm vi nghiên cứu ......................................................................................... 20 2.2. Nội dung nghiên cứu .......................................................................................... 20 2.2.1. Đánh giá tư liệu phục vụ xây dựng lưới địa chính huyện Bảo Lạc, tỉnh Cao Bằng ................................................................................................ 20 2.2.2. Ứng dụng công nghệ GPS xây dựng lưới khống chế đo vẽ bằng phương pháp đo GPS tĩnh phục vụ thành lập bản đồ địa chính xã Bảo Toàn, huyện Bảo Lạc ........................................................................................................... 20 2.2.3. Đề xuất giải pháp nâng cao hiệu quả xây dựng lưới địa chính bằng công nghệ GPS phục vụ thành bản đồ địa chính .................................................... 20 2.3. Phương pháp nghiên cứu .................................................................................... 21 2.3.1. Phương pháp điều tra thu thập số liệu ............................................................. 21 2.3.2. Phương pháp thành lập lưới bằng công nghệ GPS đo tĩnh ............................. 21 2.3.3. Phương pháp xử lý và phân tích số liệu .......................................................... 24 2.3.4. Phương pháp tổng hợp, phân tích, viết báo cáo .............................................. 24 CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ............................... 25 3.1. Đánh giá tư liệu phục vụ xây dựng lưới địa chính huyện Bảo Lạc, tỉnh Cao Bằng ....................................................................................................... 25 3.1.1 Điều kiện tự nhiên ............................................................................................ 25 3.1.2. Điều kiện kinh tế, xã hội ................................................................................. 27 3.1.3. Tình hình tư liệu trắc địa bản đồ ..................................................................... 27 3.1.4. Kết quả lưới địa chính huyện Bảo Lạc ............................................................ 31 3.2. Ứng dụng công nghệ GPS xây dựng lưới khống chế đo vẽ bằng phương pháp đo GPS tĩnh phục vụ thành lập bản đồ địa chính xã Bảo Toàn, huyện Bảo Lạc ........... 33 3.2.1. Tình hình tư liệu trắc địa bản đồ ..................................................................... 33 3.2.2. Các bước tiến hành .......................................................................................... 33 3.2.3. Thực nghiệm tính toán bình sai lưới khống chế đo vẽ .................................... 34 v 3.2.4. So sánh lập lưới đường chuyền bằng công nghệ GPS với phương pháp truyền thống là toàn đạc điện tử ..................................................................... 59 3.3. Đề xuất giải pháp nâng cao hiệu quả xây dựng lưới địa chính bằng công nghệ GPS phục vụ thành lập bản đồ địa chính............................................... 62 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ..................................................................................... 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 65 PHỤ LỤC ..................................................................................................................... vi DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT GPS : Global Positionning System - Hệ thống định vị toàn cầu BĐĐC : Bản đồ địa chính DOP : Dilution of Precision - Độ mất chính xác GDOP : Geometric Dilution of Precision - Hệ số phân tản độ chính xác hình học HDOP : Horizon Dilution of Precision - Độ mất mất chính xác theo phương ngang Mx, My, Mh : Sai số theo phương x, y, h Mp : Sai số vị trí điểm PDOP : Position Dilution of Precision - Độ suy giảm chính xác Ratio : Tỉ số phương sai Reference Variance : Độ chênh lệch tham khảo Rms : Sai số chiều dài cạnh RINEX : Receiver Independent EXchange format - Chuẩn dữ liệu trị đo GNSS UTM : Universal Transverse Mercator - Lưới chiếu hình trụ ngang đồng góc VDOP : Vertiacal Dilution of Precision - Độ mất chính xác theo phương dọc VN-2000 : Hệ quy chiếu và hệ tọa độ quốc gia của Việt Nam X, Y, h : Tọa độ X, Y, Độ cao thủy chuẩn tạm thời vii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Ảnh hưởng của tầng điện ly đến khoảng cách giả ................................... 12 Bảng 2.1: thời gian đo hợp lý với điều kiện khi hậu bình thường ........................... 22 Bảng 3.1: Tọa độ các điểm sau bình sai ................................................................... 31 Bảng 3.2: Thống kê các cặp cạnh thông hướng ....................................................... 32 Bảng 3.3: Bảng trị đo gia số tọa độ và các chỉ tiêu sai số ........................................ 53 Bảng 3.4: Bảng sai số khép hình .............................................................................. 54 Bảng 3.5: Bảng trị bình sai, số hiệu chỉnh, sai số đo gia số tọa độ .......................... 55 Bảng 3.6: Bảng tọa độ vuông góc không gian sau bình sai ..................................... 56 Bảng 3.7: Bảng tọa độ trắc địa sau bình sai ............................................................. 56 Bảng 3.8: Bảng kết quả tọa độ phẳng và độ cao sau bình sai .................................. 57 Bảng 3.9: Bảng chiều dài cạnh, phương vị và chênh cao sau bình sai .................... 57 Bảng 3.10: Đánh giá chất lượng lưới địa chính so với các tiêu chuẩn kỹ thuật. ..... 58 Bảng 3.11: Bảng thống kê các cặp cạnh thông hướng lưới đo vẽ xã Bảo Toàn ...... 59 Bảng 3.12: Các ý kiến về sử dụng công nghệ GPS .................................................. 61 viii DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 3.1. Sơ đồ lưới địa chính huyện Bảo Lạc .........................................................32 Hình 3.2. Cửa sổ chính của phần mềm GPSurvey ....................................................34 Hình 3.3. Chọn thời gian để lập lịch đo ....................................................................34 Hình 3.4. Chọn địa điểm của khu đo .........................................................................35 Hình 3.5. Đặt các thông số cho trạm đo ....................................................................35 Hình 3.6. Chọn múi giờ .............................................................................................36 Hình 3.7. Chọn lịch sử dụng .....................................................................................36 Hình 3.8. Sơ đồ tín hiệu vệ tinh và giá trị PDOP ......................................................37 Hình 3.9. Máy đo GPS V30X ...................................................................................37 Hình 3.10. Nhập tên điểm đo, chiều cao ăng ten (1).................................................39 Hình 3.11. Nhập tên điểm đo, chiều cao ăng ten (2).................................................39 Hình 3.12. Tạo tên khu đo .........................................................................................40 Hình 3.13. Cài đặt thông số .......................................................................................41 Hình 3.14. Chọn tiêu chuẩn cấp lưới ........................................................................41 Hình 3.15. Nhập dữ liệu đầu vào ..............................................................................42 Hình 3.16. Kết quả hiển thị khi nhập dữ liệu xong ...................................................42 Hình 3.17. Chuyển dữ liệu sang dạng Rinex ............................................................43 Hình 3.18. Tạo file làm việc......................................................................................44 Hình 3.19. Cài đặt thông số bình sai lưới tỉnh Cao Bằng .........................................45 Hình 3.20. Nhập dữ liệu dạng Rinex (1) ...................................................................45 Hình 3.21. Nhập dữ liệu dạng Rinex (2) ...................................................................46 Hình 3.22. Xử lý cạnh ...............................................................................................46 Hình 3.23. Chọn thông số khi xử lý cạnh .................................................................47 Hình 3.24. Xử lý tất cả các cạnh ...............................................................................47 Hình 3.25. Kết quả hiển thị sau khi chạy lần 1 .........................................................48 Hình 3.26. Chọn thông số khi xử lý cạnh chưa đạt ...................................................48 Hình 3.27. Xử lý cạnh chưa đạt ................................................................................49 Hình 3.28. Nhập tọa độ các điểm gốc (1) .................................................................49 ix Hình 3.29. Nhập tọa độ các điểm gốc (2) .................................................................50 Hình 3.30. Xuất dữ liệu sang dạng *.txt (1) ..............................................................50 Hình 3.31. Xuất dữ liệu sang dạng *.txt (2) ..............................................................51 Hình 3.32. Xuất dữ liệu sang dạng *.txt (3) ..............................................................51 Hình 3.33. Biên tập kết quả bình sai phần mềm DPSuvey 2.8 .................................52 Hình 3.34. Chọn đường dẫn chứa file *.txt (1) .........................................................52 Hình 3.35. Chọn đường dẫn chứa file *.txt (2) .........................................................53 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. 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 được thương mại hóa từ những năm 1980 hệ thống định vị toàn cầu GPS đã được sử dụng vào mục đích dân sự. Ngày nay hệ thống định vị GPS được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như: dẫn đường, nghiên cứu khoa học trái đất, đời sống kinh tế, xã hội… Trong ngành Trắc địa, công nghệ GPS đã mở ra thời kỳ mới, đã thay thế công nghệ truyền thống trong việc thành lập và xây dựng mạng lưới tọa độ các cấp. Với ngành Trắc địa Bản đồ thì đây là cuộc cách mạng thực sự về cả kỹ thuật, chất lượng cũng như hiệu quả kinh tế trên Thế giới nói chung và ở 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 cao trong trắc địa bản đồ bởi các ưu điểm sau: Có thể xác định tọa độ các điểm từ các điểm gốc khác mà không cần thông hướng, việc xác định tọa độ các điểm rất nhanh chóng và có độ chính xác cao, ở bất kỳ vị trí nào trên trái đất; độ chính xác ít bị ảnh hưởng bởi yếu tố thời tiết; kết quả đo đạc có thể tính trong hệ tọa độ toàn cầu hoặc tọa độ địa phương bất kỳ. Với những ưu điểm trên công nghệ GPS ngày càng phát triển hoàn thiện theo chiều hướng như hiệu quả cao, chính xác, thuận tiện, sử dụng rộng rãi và dần thay thế phương pháp truyền thống. Để mở rộng khả năng sử dụng công nghệ GPS góp phần đưa công nghệ vào sản xuất, xây dựng hệ thống lưới địa chính nói chung và xây dựng lưới địa chính phục vụ thành lập bản đồ địa chính huyện Bảo Lạc nói riêng, được sự hướng dẫn của PGS.TS Đào Thanh Vân, chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu đề tài: 2 "Xây dựng lưới địa chính bằng công nghệ GPS phục vụ thành lập bản đồ địa chính tại huyện Bảo Lạc, tỉnh Cao Bằng" 2. Mục tiêu tổng quát - Xây dựng lưới địa chính đảm bảo khống chế hết diện tích cần thành lập bản đồ địa chính, đánh giá độ chính xác và khả năng ứng dụng công nghệ GPS xây dựng lưới địa chính tại huyện Bảo Lạc. - Đề xuất giải pháp nâng cao hiệu quả xây dựng lưới địa chính bằng công nghệ GPS phục vụ thành lập bản đồ địa chính tại địa phương. 3. Mục tiêu cụ thể - Đánh giá tư liệu phục vụ xây dựng lưới địa chính huyện Bảo Lạc, tỉnh Cao Bằng. - Ứng dụng công nghệ GPS xây dựng lưới khống chế đo vẽ bằng phương pháp đo GPS tĩnh phục vụ thành lập bản đồ địa chính xã Bảo Toàn, huyện Bảo Lạc. - Đề xuất giải pháp nâng cao hiệu quả xây dựng lưới địa chính bằng công nghệ GPS phục vụ thành lập bản đồ địa chính. 4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài. 4.1 Ý nghĩa khoa học Xây dựng lưới địa chính bằng công nghệ GPS tại huyện Bảo Lạc, tỉnh Cao Bằng, qua đó đánh giá khả năng ứng dụng công nghệ GPS vào việc xây dựng lưới địa chính trên địa bàn tỉnh. 4.2 Ý nghĩa thực tiễn - Giúp học viên củng cố những kiến thức đã học và tiếp xúc thực tế với vấn đề nghiên cứu. - Kết quả nghiên cứu có thể ứng dụng để xây dựng lưới địa chính, lưới khống chế đo vẽ trên địa bàn tỉnh Cao Bằng nhằm đem lại hiệu quả kinh tế cao, đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật qua đó thay thế phương pháp xây dựng lưới địa chính theo phương pháp truyền thống. 3 Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC 1.1. Cơ sở khoa học về lưới khống chế trắc địa 1.1.1. Khái niệm về lưới khống chế trắc địa Lưới khống chế trắc địa là hệ thống các điểm có mốc cố định ngoài thực địa, được liên kết với nhau theo một quy luật toán học nhất định, tọa độ và độ cao của chúng được tính xuất phát từ một điểm gốc được chọn làm điểm khởi tính. Hệ thống các điểm đó được gọi là lưới khống chế trắc địa. Lưới khống chế trắc địa gồm 2 loại: + Lưới khống chế mặt bằng. + Lưới khống chế độ cao. Lưới khống chế được xây dựng theo nguyên tắc từ tổng thể đến chi tiết, từ độ chính xác cao đến độ chính xác thấp. Lưới khống chế là cơ sở để đo vẽ các loại bản đồ và cung cấp tài liệu cho nghiên cứu khoa học [9]. 1.1.2. Yêu cầu về điểm khống chế đối với lưới địa chính Cơ sở khống chế tọa độ, độ cao trong đo vẽ thành lập bản đồ địa chính gồm: - Lưới khống chế tọa độ và độ cao quốc gia các hạng (lưới tọa độ địa chính cơ sở tương đương điểm tọa độ hạng 3 quốc gia). - Lưới tọa độ địa chính cấp I, II, lưới độ cao kỹ thuật. - Lưới khống chế đo vẽ, điểm khống chế ảnh. Mật độ điểm khống chế tọa độ địa chính là số điểm lưới khống chế được xây dựng trên một đơn vị diện tích để phục vụ đo vẽ bản đồ địa chính theo một tỷ lệ xác định. Ta có thể tính được số điểm khống chế khi biết: + Phương pháp đo vẽ bản đồ địa chính. + Tỷ lệ bản đồ địa chính cần thành lập. + Đặc điểm địa hình, địa vật khu vực đo vẽ. Các phương pháp cơ bản để thành lập bản đồ địa chính hiện nay là phương pháp đo vẽ trực tiếp ở thực địa bằng máy toàn đạc điện tử và phương pháp sử dụng 4 ảnh hàng không kết hợp với đo vẽ trực tiếp ở thực địa. Phương pháp toàn đạc là phương pháp cơ bản, đo vẽ bản đồ địa chính tỷ lệ lớn thì phải áp dụng phương pháp đo vẽ toàn đạc. Mật độ điểm khống chế tọa độ thành lập bản đồ địa chính bằng phương pháp đo vẽ trực tiếp ở thực địa: + Bản đồ tỷ lệ 1:5000, 1:10000: Trung bình 500 ha có một điểm khống chế tọa độ có độ chính xác tương đương điểm địa chính trở lên. + Bản đồ tỷ lệ 1:500, 1:1000, 1:2000: Trung bình từ 100 ha đến 150 ha có một điểm khống chế tọa độ có độ chính xác tương đương điểm địa chính trở lên. + Bản đồ địa chính tỷ lệ 1:200: Trung bình 30 ha có một điểm khống chế tọa độ có độ chính xác tương đương điểm địa chính trở lên. Trường hợp đặc biệt, khi đo vẽ lập bản đồ địa chính mà diện tích khu đo nhỏ hơn 30 ha thì điểm tọa độ có độ chính xác tương đương điểm địa chính trở lên mật độ không quá 2 điểm. (Bộ Tài nguyên và Môi trường, 2014) [1]. 1.1.3. Vai trò của lưới trắc địa mặt bằng Nhà nước Nghiên cứu chi tiết hình dáng kích thước, thể trọng trường của trái đất và những thay đổi của chúng theo thời gian. Thiết lập hệ tọa độ thống nhất trên phạm vi toàn quốc nhằm đáp ứng nhu cầu về phát triển kinh tế, văn hóa, xã hội bảo đảm an ninh - quốc phòng. Làm cơ sở để phát triển lưới khống chế cấp thấp phục vụ cho các mục đích như đo vẽ các loại bản đồ, định hướng các nghiên cứu khoa học và kỹ thuật về trái đất, bảo vệ tài nguyên môi trường. Đặc điểm lưới trắc địa cơ sở của Việt Nam Lưới trắc địa Nhà nước được hình thành và phát triển qua nhiều giai đoạn và các phương pháp đo khác nhau gồm: Lưới tam giác đo góc hạng I, II miền Bắc: được xây dựng từ năm 1959; hạng I có 339 điểm, chiều dài cạnh trung bình là 25 km, ngắn nhất 9 km, dài nhất 42 km, có 13 cạnh gốc bố trí cách nhau 130 km; Hạng II có 1.696 điểm, có chiều dài cạnh trung bình là 14 km, ngắn nhất là 5km, dài nhất là 27 km. Trên cơ sở của lưới này người ta công bố hệ tọa độ HN-72 [11]. 5 Xây dựng lưới tọa độ miền trung và miền Nam: Lưới tam giác hạng I Bình Trị Thiên: Được xây dựng từ 1977-1983 gồm 25 điểm lưới, trong đó 3 điểm đo trùng với điểm thiên văn trắc địa miền Bắc và 22 điểm lập mới, chiều dài cạnh từ 20 km đến 25km [11]. Lưới tam giác hạng II miền trung: Được xây dựng từ năm 1983-1989; tổng số điểm xây dựng là 351 điểm có chiều dài cạnh từ 10-15 km, được bố trí 16 cạnh đáy. Trên hai đầu các cạnh đáy có đo 26 điểm thiên văn và 13 phương vị thiên văn. Lưới đã được tính toán theo 4 khu như sau: khu 1 bao gồm các khu đo từ 1 đến 5 với 236 điểm dựa trên 2 điểm khởi tính của lưới tam giác hạng I Bình-Trị-Thiên, 5 cạnh đáy, 1 phương vị thiên văn; khu 2 là lưới Đắc Lắc - Lâm Đồng gồm 67 điểm và 10 điểm đã xử lý thuộc khu 1; khu 3: là lưới Gia Lai - Kon Tum gồm 82 điểm và 6 điểm đã xử lý thuộc khu 2; khu 4 là lưới Đồng Nai - Vũng Tàu gồm 37 điểm và 16 điểm đã xử lý ở các khu trước, lưới được bình sai ghép với lưới đường chuyền Đông Nam bộ gồm 50 điểm [6]. Lưới đường chuyền hạng II Nam Bộ: Lưới khống chế trắc địa khu vực Đồng bằng Nam Bộ được thiết kế dưới dạng đường chuyền hạng II. Lưới đường chuyền hạng II Tây Nam bộ gồm 124 điểm được đo đạc trong 2 năm 1988-1989, lưới đường chuyền hạng II Đông Nam bộ gồm 50 điểm được đo đạc trong các năm 1989-1990. Từ năm 1991-1993 Cục Đo đạc và Bản đồ Nhà nước đã dùng công nghệ GPS cạnh ngắn để xây dựng lưới tọa độ tương đương với lưới hạng II ở đây bao gồm: Lưới Minh Hải có 15 điểm, chiều dài cạnh trung bình là 25 km, ngắn nhất 10 km, dài nhất 40 km. Lưới Sông Bé có 34 điểm, chiều dài cạnh trung bình là 27 km, ngắn nhất 13 km, dài nhất 42 km. Lưới Tây Nguyên có 65 điểm, chiều dài cạnh trung bình là 30 km, ngắn nhất 10 km, dài nhất 45 km [6]. Lưới Doppler vệ tinh: Từ năm 1987-1988 nước ta cũng bắt đầu ứng dụng công nghệ này để đo nối các mạng lưới tọa độ trên đất liền với nhau và nối đất liền với các đảo. Lưới này có 14 điểm trên đất liền và 4 điểm ngoài các đảo lớn. 6 Dựa vào lưới Doppler vệ tinh Cục Đo đạc và Bản đồ Nhà nước đã tiến hành định vị lại Ellipsoid Kvasovski, bình sai lại lưới tọa độ hạng I, II nhà nước, tiến tới xây dựng hệ tọa độ quốc gia mới thay thế cho hệ tọa độ HN-72 [11]. Hoàn thiện lưới tọa độ nhà nước cấp "0" hạng I, II, III và xây dựng hệ tọa độ VN-2000: Năm 1995, xây dựng lưới tọa độ cấp "0" bằng công nghệ GPS gồm 69 điểm phù chùm toàn lãnh thổ nước ta. Trong đó có 56 điểm trùng với các điểm tọa độ hạng I, II và 13 điểm mới. Năm 1997, tiến hành đo GPS tuyệt đối ở 8 điểm cấp "0" phân bố đề trên toàn lãnh thổ để kiểm tra chất lượng lưới cấp "0" và có cơ sở tạo lập mối liên hệ giữa tọa độ nhà nước và quốc tế. Năm 1998, đo bổ sung vào lưới cấp "0" 40 điểm đo nối độ cao thủy chuẩn hạng I, II phân bổ trên toàn lãnh thổ nhằm phục vụ cho việc định vị Ellipsoid thực dụng và xây dựng mô hình Geoid của Việt Nam. Xây dựng điểm gốc tọa độ Quốc gia mới là điểm N00 (trong hệ tọa độ VN-2000). Từ năm 1998 Việt Nan quyết định dùng hệ tọa độ vuông góc phẳng UTM thay cho hệ tọa độ Gauss-Kruger. Đây là những điểm chủ yếu trong hệ tọa độ VN2000, vì vậy lưới tọa độ nhà nước ta cũng gọi là lưới thiên văn - trắc địa - Doppler - GPS. Ngày 12/7/2000 Thủ tướng Chính phủ đã ban hành quyết định về áp dụng hệ tọa độ quốc gia VN-2000 và công bố sử dụng thống nhất trên toàn quốc. Từ năm 1994 đến năm 2003 để phục vụ cho công tác đo vẽ lập bản đồ địa chính, các tỉnh, thành phố đã xây dựng lưới tọa độ địa chính cơ sở bằng công nghệ GPS có độ chính xác tương đương với tam giác hạng III Nhà nước. Lưới có 12.631 điểm phủ chùm 64 tỉnh thành, cạnh dài từ 3-5km [11]. 1.1.4. Sơ đồ phát triển lưới địa chính Chúng ta đã biết rằng lưới tọa độ nhà nước hiện nay đã được thống nhất xây dựng trên toàn quốc, lưới tọa độ hạng III và IV nhà nước đã được xây dựng đảm bảo mật độ cũng như độ chính xác để phục vụ công tác thành lập bản đồ địa chính ở những khu vực nông thôn, đất nông nghiệp, lâm nghiệp... Tuy nhiên, tại những khu vực thành phố và thị xã mạng lưới này không đáp ứng được nhu cầu do bị mất hoặc hư hỏng. 7 Phương pháp cơ bản để xây dựng lưới hiện nay là tăng dày từ các cấp lưới hạng cao nhà nước như hạng I và II, tạo nên mạng lưới địa chính cơ sở đạt độ chính xác tiêu chuẩn hạng III và mật độ đạt tương đương hạng IV nhà nước. Để tăng dày mật độ điểm khống chế tọa độ ta tăng dày thêm vào lưới địa chính cơ sở lưới tọa độ địa chính cấp 1, 2 và tiếp sau đó là tăng dày các cấp lưới thấp hơn. Lưới tọa độ địa chính được thành lập nhằm mục đích phục vụ đo vẽ bản đồ địa chính, lưới tọa độ địa chính được thành lập bằng phương pháp đường chuyền hoặc bằng công nghệ GPS để làm cơ sở phát triển lưới khống chế đo vẽ. 1.1.5. Những đặc điểm thành lập hệ thống lưới khống chế khu vực nghiên cứu - Cao Bằng là tỉnh miền núi vùng cao biên giới, xa các trung tâm kinh tế lớn của vùng Đông Bắc Bộ và cả nước, là cửa ngõ thông thương giữa Việt Nam và Trung Quốc. Khu vực nghiên cứu là huyện Bảo Lạc thuộc vùng núi phía Tây của tỉnh Cao Bằng. - Huyện Bảo Lạc là vùng núi cao của tỉnh Cao Bằng, có độ cao trung bình khoảng 1000m so với mặt nước biển. Địa hình chủ yếu là núi đất, nối nhau thành các dãy núi, dưới chân các dãy núi là những lũng, khe, suối nhỏ kéo dài, chênh cao địa hình khoảng 550m. - Với diện tích đất lâm nghiệp chiếm khoảng 3/4 diện tích của huyện, địa hình chia cắt bởi các dãy núi cao, giao thông đi lại khó khăn (Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Cao Bằng, 2012) [12]. 1.2. Tổng quan về hệ thống định vị toàn cầu GPS 1.2.1. Khái quát về hệ thống định vị toàn cầu 1.2.2.1. Khái niệm GPS GPS tên tiếng anh đầy đủ là Global Positioning System. Đây là 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 (Bách khoa toàn thư) [13]. 1.2.1.2. Cơ cấu của một hệ thống GPS Hệ thống GPS được cấu tạo thành 3 phần: phần không gian, phấn điều khiển và phần người sử dụng. 8 - Phần không gian: Gồm các vệ tinh hoạt động bằng năng lượng mặt trời, bay trên quỹ đạo. Quãng thời gian tồn tại của chúng vào khoảng 10 năm và chi phí cho mỗi lần thay thay thế lên đến hàng tỷ USD. + Bao gồm 24 vệ tinh bay trên quỹ đạo xấp xỉ 20200km, chu kì 11 giờ 58 phút, phân bố đều trên 6 mặt phẳng quỹ đạo nghiêng với xích đạo 1 góc 55º. Việc bố trí này nhằm mục đích để tại mỗi thời điểm và mỗi vị trí trên đất đều có thể quan sát ít nhất 4 vệ tinh. + Mỗi vệ tinh đều có thiết bị tạo dao động với tần số chuẩn cơ sở là ƒ0 = 10.23 MHz. Tần số này còn là tần số chuẩn của đồng hồ nguyên tử, với độ chính xác cỡ 10‫־‬¹². Tử tần số cơ sở ƒ0 thiết bị sẽ tạo ra hai tần số sóng tải L1 và L2. Sóng tải L1 có tần số ƒ1 = 154 ƒ0 = 1575.42 MHz, có bước sóng là 19,032 cm Sóng tải L2 có tần số ƒ2 = 120 ƒ0 = 1227.60 MHz, có bước sóng là 24,42 cm + Để phục vụ cho các mục đích và đối tượng khác nhau, các tín hiêu 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/Acquisition code) là code thô cho phép dùng rộng rãi. C/A code mang tính chất tựa ngẫu nhiên. Tín hiệu mang code này có tần số thấp (1.023 MHz) tương ứng với bước sóng 293 mét. C/A code chỉ điều biến sóng tải L1, song nếu có sự can thiệp của các trạm điều khiển trên mặt đất thì có thể chuyển sang cả sóng tải L2. Chu kì của C/A code là mili giây, trong đó chứa 1023 bite (1023 chíp) mỗi một vệ tinh phát đi C/A code khác nhau. Nó chủ yếu sử dụng cho mục đích dân sự với độ chính xác không cao. P-code là code chính xác (Precision code). Ban đầu nó được sử dụng cho các mục đích quân sự, đáp ứng yêu cầu chính xác cao và điều biến cả 2 sóng tải L1 và L2. Code này được tạo bởi nhiều chuỗi các chữ số 0 và 1, được sắp xếp theo quy luật tựa ngẫu nhiên với tần số 10,23 MHz; độ dài toàn phần của code là 267 ngày, nghĩa là chỉ sau 267 ngày P-code mới lặp lại. Tuy vậy, người ta chia code này thành các đoạn có độ dài 7 ngày và gán cho mỗi vệ tinh 1 trong các đoạn code này và cứ sau mỗi tuần lại thay đổi. Bằng cách này P-code rất khó bị giải mã vì để sử dụng nếu không được phép. Y-code là code bí mật, được phủ lên P-code gọi là kỹ thuật AS (Antispoofing). Chỉ có các vệ tinh thuộc khối II (sau năm 1989) mới có khả năng này. 9 Ngoài các tần số trên, các vệ tinh còn có thể trao đổi với các trạm điều khiển trên mặt đất qua các tần số 1783,74 MHz và 2227,5 MHz để truyền các thông tin đạo hàng và các lệnh điều khiển tới vệ tinh. Người ta ước lượng độ chính xác định vị cỡ 1% bước sóng của tín hiệu. Như vậy, ngày nay khi sử dựng code thô C/A để định vị thì có thể đạt độ chính xác cỡ 3m. Chính vì thế Mỹ chủ động làm nhiễu tín hiệu để hạ thấp độ chính xác định vị tuyệt đối. Kỹ thuật làm nhiễu này gọi là SA (Selective-Availability). Do nhiễu SA cho nên khách hàng chỉ có thể định vị tuyệt đối với độ chính xác 50 đến 100m. Từ ngày 20/5/2000 thì Mỹ bỏ chế độ nhiễu SA này (Phạm Ngọc Quang, 2014) [10]. - Phần điều khiển: Để duy trì toàn bộ hệ thống của GPS cũng như hiệu chỉnh tín hiệu thông tin của vệ tinh. Có các trạm quan sát trên mặt đất, có các trạm trung tâm và trạm con. Các trạm con vận hành tự động nhận thông tin từ vệ tinh, gửi tới cho trạm chủ. Sau đó các trạm con gửi thông tin đã được hiệu chỉnh trở lại, để vị tinh biết được vị trí của chúng trên quỹ đạo và thời gian truyền tín hiệu. Nhờ vậy các vệ tinh mới có thể đảm bảo cung cấp thông tin chính xác tuyệt đối vào bất kỳ thời điểm nào. Phần điều khiển gồm 8 trạm mặt đất, trong đó có 4 trạm mặt đất, trong đó có 5 trạm theo dõi (Monitor Station): Colorado Springs, Diego Garcia, Ascension, Kwajalein và Hawaii; một trạm điều khiển trung tâm (Master control station-MCS) và 3 hiệu chỉnh số liệu (Upload station). Các trạm này theo dõi liên tục tất cả các vệ tinh quan sát được. Các số liệu quan sát được ở các trạm này được chuyển về trạm điều khiển trung tâm MCS, tại đây các tính toán số liệu chung được thực hiện và cuối cùng các thông tin đạo hàng cập nhật được chuyển lên các vệ tinh, để sau đó từ các vệ tinh chuyển đến các máy thu của người sử dụng. Như vậy, vai trò của đoạn điều khiển rất quan trọng vì nó không chỉ theo dõi các vệ tinh mà nó còn liên tục cập nhật để chính xác hóa các thông tin đạo hàng trong đó có lịch vệ tinh quảng bá, đảm bảo độ chính xác cho công tác định vị bằng hệ thống GPS (Nguyễn Gia Trọng, Dương Vân Phong, 2013) [10].