1. MỞ ĐẦU 1.1 Tính cấp thiết của đề tài 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, được ứng dụng rất rộng rãi trong các hoạt động kinh tế, xã hội. Ngày nay, trong rất nhiều lĩnh vực của đời sống xã hội đã và đang áp dụng công nghệ GPS. Trong trắc địa cũng vậy, 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 phạm vi toàn 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 trong trắc địa bản đồ bởi các tính ưu việt sau: Có thể xác định tọa độ của các điểm từ điểm gốc khác mà không cần thông hướng; độ chính xác đo đạc ít phụ thuộc vào điều kiện thời tiết (có thể đo trong mọi điều kiện thời tiết); việc đo đạc tọa độ các điểm rất nhanh chóng, tính chính xác cao, ở vị trí bất kỳ trên trái đất; kết quả đo đạc có thể tính trong hệ tọa độ toàn cầu hoặc hệ tọa độ địa phương bất kỳ. [1] Cùng với thời gian, công nghệ GPS ngày càng phát triển hoàn thiện theo chiều hướng chính xác, hiệu quả, thuận tiện hơn và được sử dụng rộng rãi. Người ta đã sử dụng công nghệ GPS để xây dựng lưới tọa độ nhà nước thay thế cho các phương pháp truyền thống, đạt được độ chính xác cao. Huyện Ea Kar tỉnh Đắk Lắk những năm qua có tốc độ phát triển kinh tế tương đối nhanh kéo theo nhu cầu sử dụng đất ngày càng tăng. Chính vì thế 1 nhu cầu bức thiết trong quản lý đất đai của huyện là phải thành lập được bản đồ địa chính (BĐĐC) có độ chính xác cao. Muốn có được điều đó cần phải xây dựng hệ thống lưới địa chính trên địa bàn huyện. Để mở rộng khả năng sử dụng công nghệ GPS, góp phần đưa công nghệ mới vào sản xuất, xây dựng hệ thống lưới địa chính huyện Ea Kar tỉnh Đắk Lắk, chúng tôi tiến hành nghiên cứu đề tài: “Ứng dụng công nghệ GPS xây dựng lưới địa chính phục vụ công tác thành lập bản đồ địa chính huyện Ea Kar tỉnh Đắk Lắk” 1.2 Mục đích của đề tài Thông qua việc nghiên cứu nhằm tìm hiểu khả năng ứng dụng công nghệ GPS vào xây dựng lưới địa chính khu vực đồi núi của tỉnh Đắk Lắk. 1.3 Yêu cầu của đề tài Thiết kế, thi công lưới địa chính trên địa bàn huyện Ea Kar tỉnh Đắk Lắk. Phân tích, đánh giá độ chính xác và khả năng ứng dụng công nghệ GPS trong xây dựng lưới địa chính ở khu vực miền núi. 1.4 Tính khoa học và thực tiễn 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 lưới, mang lại hiệu quả kinh tế - kỹ thuật trong thực tế sản xuất. 2 2. TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 2.1 Khái quát về hệ thống định vị toàn cầu GPS 2.1.1 Khái niệm về GPS [8] 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 2.1: Mô hình hình ảnh trái đất và vệ tinh GPS 2.1.2 Các thành phần của GPS [13] GPS gồm 3 thành phần: mảng không gian, mảng điều khiển và mảng người sử dụng. • Mảng không gian - Hệ thống ban đầu có 24 vệ tinh, trong đó có 3 vệ tinh dự trữ. Hiện nay đã có 29 vệ tinh bay xung quanh Trái đất ở quỹ đạo gần tròn, với độ cao 3 khoảng 20.200km, góc nghiêng 55 0 , nằm trên 6 mặt phẳng quỹ đạo. - Chức năng chính của các vệ tinh 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 tinh. + Truyền thông tin và dữ liệu cho người sử dụng theo hai tần số là L1 và L2. Hình 2.2: Cấu trúc tín hiệu GPS 4 • Mảng điều khiển Có 5 trạm điều khiển trên mặt đất: Hawaii, Colorado Springs, Ascension Is., Diego Garcia và Kwajalein, có chức năng như sau: - Cả 5 trạm đều là trạm giám sát, theo dõi vệ tinh và truyền dữ liệu đến trạm điều khiển chính. - Trạm đặt tại Colorado Springs là trạm điều khiển chính (MSC). Tại đó dữ liệu theo dõi được xử lý nhằm tính tọa độ và số hiệu chỉnh đồng hồ vệ tinh. - Ba trạm tại Ascension, Diego Garcia và Kwajalein là các trạm nạp dữ liệu lên vệ tinh. Dữ liệu bao gồm các bảng lịch và thông tin số hiệu chỉnh đồng hồ vệ tinh trong thông báo hàng hải. Hình 2.3: Các trạm điều khiển GPS • Mảng người sử dụng 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 rút ra trị đo khoảng cách từ máy thu đến vệ tinh và tọa độ vệ tinh ở thời điểm đo. 5 - Phần mềm có nhiệm vụ xử lý các thông tin để cung cấp tọa độ máy thu. Hình 2.4: Các thành phần chính của GPS 2.1.3 Nguyên lý định vị GPS [9] 2.1.3.1 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 P-code) và đo pha của sóng tải (L1, L2). • 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 dễ dàng xác định được khoảng 6 cách từ vệ tinh đến máy thu (đến tâm anten của máy thu). Do có sự không đồng bộ giữa đồng hồ của vệ tinh và máy thu, do có 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. Hình 2.5: Xác định hiệu số giữa các thời điểm Nếu ký hiệu tọa độ của vệ tinh là x s , y s , z s ; 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: 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 7 tczzyyxxttcR sss ∆+−+−+−=∆+= 222 )()()()( (1.1) 1 1 0 0 0 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1 1 ∆t ∆δ Code do máy thu tạo ra Code chuyền từ vệ tinh Code thu được hưởng của điều kiện lan truyền tín hiệu, sai số đo khoảng cách theo C/A code sẽ ở mức 100m 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. • 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 Φ (0<Φ<2π). Khi đó ta có thể viết: Trong đó: R là khoảng cách giữa vệ tinh và máy thu; λ là bước sóng của sóng tải; N là số nguyên lần bước sóng λ chứa trong R; ∆ t là sai số đồng bộ giữa đồng hồ của vệ tinh và máy thu; N còn được gọi là số nguyên đa trị, thường không biết trước mà cần phải xác định trong thời gian đo. 8 )( 2 tcNR ∆+− Π =Φ λ λ (1.2) 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 nhiều, 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. Hình 2.6: Kỹ thuật giải đa trị tại các máy thu 2.1.3.2 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 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. 9 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: (xs 1 - x) 2 +(ys 1 - y) 2 +(zs 1 - z) 2 = (R1-c∆t) 2 (xs 2 - x) 2 +(ys 2 - y) 2 +(zs 2 - z) 2 = (R2-c∆t) 2 (xs 3 - x) 2 +(ys 3 - y) 2 +(zs 3 - z) 2 = (R3-c∆t) 2 (xs 4 - x) 2 +(ys 4 - y) 2 +(zs 4 - z) 2 = (R4-c∆t) 2 Với 4 phương trình 4 ẩn số (x, y, z, ∆ t) ta sẽ tìm được nghiệm là tọa độ tuyệt đối của máy thu, ngoài ra còn xác định thêm được số hiệu chỉnh của đồng hồ (thạch anh) của máy thu. Trên thực tế với hệ thống vệ tinh hoạt động đầy đủ như hiện nay, số lượng vệ tinh mà các máy thu quan sát được thường từ 6-8 vệ tinh, khi đó nghiệm của phương trình sẽ tìm theo nguyên lý số bình phương nhỏ nhất. 10 (1.3) [...]... độ chính xác lưới địa chính huyện Ea Kar, tỉnh Đắk Lắk 3.3 Nội dung nghiên cứu Để đạt được các mục tiêu đề ra, luận văn cần tập trung vào các nhiệm vụ chính sau: - 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 Ea Kar thuộc tỉnh Đắk Lắk (sơ đồ thiết kế, thiết bị đo, phương pháp đo, xử lý số liệu đo, mật độ điểm,…) - Đánh giá khả năng ứng dụng. .. việc áp dụng công nghệ mới, công nghệ GPS trong việc xây dựng lưới địa chính cơ sở đã hạn chế được rất nhiều trở ngại, giảm giá thành và nâng cao độ chính xác Tính ưu việt của GPS lại được khẳng định một cách rõ ràng ngay sau khi áp dụng, đã trở thành giải pháp tối ưu và duy nhất để thành lập lưới địa chính trong đo vẽ bản đồ địa chính tỉnh Đắk Lắk Việc xây dựng lưới địa chính đảm bảo tuân thủ theo... nước) phục vụ cho xây dựng lưới địa chính, lưới khống chế đo vẽ, lưới khống chế ảnh khi đo vẽ bản đồ địa chính được xác định dựa trên yêu cầu về quản lý đất đai, mức độ phức tạp, khó khăn trong đo vẽ bản đồ, phụ thuộc vào tỷ lệ bản đồ và công nghệ thành lập bản đồ địa chính - Để đo vẽ bản đồ tỷ lệ 1:5.000 - 1:10.000 trên diện tích từ 20 - 30km 2 có tối thiểu một điểm tọa độ Nhà nước - Để đo vẽ bản đồ. .. bằng công nghệ GPS, có độ chính xác cao Mật độ trung bình 3.200ha/mốc Do địa hình hiểm trở, từ các điểm mốc tọa độ Nhà nước khi phát triển 29 thành lưới địa chính cơ sở gặp khá nhiều khó khăn và tốn kém về tiền của, công sức nếu sử dụng phương pháp đường chuyền Chính vì thế cần phải áp dụng một công nghệ mới để xây dựng lưới địa chính cơ sở phục vụ đo vẽ thành lập bản đồ Với việc áp dụng công nghệ. .. để phục vụ 28 công tác đo đạc địa chính • Mật độ các điểm tọa độ Nhà nước, điểm địa chính phục vụ cho đo vẽ bản đồ địa chính được quy định như sau: - Để đo vẽ bản đồ tỷ lệ 1:5.000 - 1:10.000, trên diện tích khoảng 5km 2 có một điểm từ địa chính trở lên - Để đo vẽ bản đồ tỷ lệ 1:500 - 1: 2.000, trên diện tích từ 1 đến 1,5km 2 có một điểm từ địa chính trở lên - Để đo vẽ bản đồ địa chính tỷ lệ 1:200, bản. .. được xây dựng trên cơ sở tài liệu thu thập được từ các bài báo chuyên ngành, dự án, phương án kỹ thuật, các báo cáo khoa học về công nghệ GPS; các kết quả nghiên cứu, kiểm tra, thẩm định các công trình về GPS 34 3 ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1 Đối tượng nghiên cứu Nghiên cứu việc sử dụng công nghệ GPS vào việc xây dựng lưới địa chính khu vực đồi núi huyện Ea Kar, tỉnh Đắk Lắk. .. xã gồm: Ea Sô, Xuân Phú, Cư Huê, Ea Tyh, Ea Đar, Ea Kmut, Cư Ni, Ea Pal, Ea Ô, Cư Bông, Cư Jiang, Cư Ea Lang, Cư Prông và Ea Sa So với các huyện khác trong Tỉnh, huyện Ea Kar có những lợi thế về vị trí địa lý sau đây: - Huyện là cửa ngõ phía Đông nối tỉnh Đắk Lắk với các tỉnh Miền Trung, đặc biệt là cảng Phú Yên và thành phố du lịch Nha Trang, thuận lợi để thu hút vốn đầu tư hình thành khu công nghiệp... bản đồ địa hình cơ bản, bản đồ nền, bản đồ hành chính quốc gia ở tỷ lệ 1:1.000.000 và nhỏ hơn cho toàn lãnh thổ Việt Nam - Sử dụng lưới chiếu hình trụ ngang đồng góc với múi chiếu 6 0 có hệ số điều chỉnh tỷ lệ biến dạng chiều dài k 0 = 0,9996 để thể hiện các bản đồ địa hình cơ bản, bản đồ nền, bản đồ hành chính quốc gia tỷ lệ từ 1:500.000 đến 1:25.000 27 - Sử dụng lưới chiếu hình trụ ngang đồng góc... tọa độ Nhà nước, và trên diện tích từ 1 đến 1,5km2 cần có một điểm từ địa chính trở lên 2.4 Tổng quan về huyện Ea Kar, tỉnh Đắk Lắk 2.4.1 Đắk Lắk Đắk Lắk là một tỉnh thuộc vùng núi Tây Nguyên, nơi đây có địa hình đồi núi hiểm trở Việc lập lưới địa chính bằng phương pháp đường chuyền gặp nhiều khó khăn Cũng như các địa phương khác, Đắk Lắk đã có được hệ thống mốc tọa độ Nhà nước, hiện tại có 409 mốc Tọa... năng ứng dụng công nghệ GPS trong việc xây dựng lưới trắc địa khu vực ở khu vực miền núi của tỉnh Đắk Lắk 3.4 Phương pháp nghiên cứu Trong quá trình nghiên cứu, chúng tôi đã xử dụng các phương pháp nghiên cứu sau : - Phương pháp điều tra, thu thập các số liệu phục vụ việc thiết kế, thi công lưới địa chính; - Phương pháp thiết kế lưới địa chính theo quy phạm hiện hành; - Sử dụng thiết bị GPS đo đạc, xử . chúng tôi tiến hành nghiên cứu đề tài: Ứng dụng công nghệ GPS xây dựng lưới địa chính phục vụ công tác thành lập bản đồ địa chính huyện Ea Kar tỉnh Đắk Lắk 1.2 Mục đích của đề tài Thông qua. khả năng ứng dụng công nghệ GPS vào xây dựng lưới địa chính khu vực đồi núi của tỉnh Đắk Lắk. 1.3 Yêu cầu của đề tài Thiết kế, thi công lưới địa chính trên địa bàn huyện Ea Kar tỉnh Đắk Lắk. Phân. phải xây dựng hệ thống lưới địa chính trên địa bàn huyện. Để mở rộng khả năng sử dụng công nghệ GPS, góp phần đưa công nghệ mới vào sản xuất, xây dựng hệ thống lưới địa chính huyện Ea Kar tỉnh Đắk Lắk,