Lựa chọn máy thu GPS ứng dụng đo đạc khảo sát công trình giao thông

Chia sẻ: Nguyễn Khánh Phượng Phượng | Ngày: | Loại File: PPT | Số trang:15

Thêm vào BST

Báo xấu

197
lượt xem 31
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tài liệu "Lựa chọn máy thu GPS ứng dụng đo đạc khảo sát công trình giao thông" sau đây được trình bày với kết cấu nội dung được chia làm 3 mục: mục 1 đặt vấn đề, mục 2 ứng dụng công nghệ GPS trong khảo sát công trình giao thông, mục 3 kết luận.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Lựa chọn máy thu GPS ứng dụng đo đạc khảo sát công trình giao thông

Từ năm 1990 đến 1992 quá trình nghiên cứu và thử nghiệm để ứng dụng công nghệ GPS vào đo đạc bản đồ ở nước ta đã rút ra kết luận quan trọng về những đặc điểm chủ yếu của công nghệ định vị GPS là: Tự động hóa cao quá trình đo đạc ngoại nghiệp và xử lý tính toán kết qu ả đo; độ chính xác cao h ơn t ừ hai đ ến ba lần so với công nghệ truyền thống; mở rộng khả năng kỹ thu ật: đo đạc trên vài nghìn km, xây dựng lưới tọa độ trên biển; định vị những đối tượng chuy ển động, đo đạc thành lập bản đồ, dẫn đường trong giao thông vận tải... Nhờ việc ứng d ụng công nghệ GPS mà quá trình đo đạc hầu như không chịu ảnh hưởng của thời ti ết, khí hậu; tiết kiệm thời gian đo nhiều lần so với công nghệ truy ền th ống, không phải dựng cột tiêu, phát cây thông hướng; kinh phí xây dựng lưới gi ảm từ hai đ ến ba lần so với công nghệ truyền thống; tạo điều kiện đáp ứng nhanh, đầy đủ, chính xác thông tin, phục vụ kịp thời yêu cầu quản lý Nhà nước và phát tri ển kinh t ế - xã hội, quốc phòng, anh ninh. Từ đó đến nay, việc ứng dụng công nghệ GPS đã có những bước phát triển rất lớn. Từ chỗ chỉ có 3 máy thu GPS 1 tần số của hãng TRIMBLE, đến nay ở Việt Nam đã có rất nhiều máy thu GPS các loại của các hãng khác nhau, từ máy thu đặt trên máy bay, máy thu 2 tần số, máy đo động đến máy có độ chính xác trung bình. Các lĩnh vực ứng dụng công nghệ GPS hiện nay cũng rất đa dạng, từ ứng dụng để xây dựng các mạng lưới toạ độ nhà nước, độ chính xác cao, khoảng cách lớn; ứng dụng trong dẫn đường và xác định toạ độ tim tuyến, đo vẽ mặt cắt, tính khối lượng; xây dựng các mạng lưới toạ độ, độ cao đường chuy ền cấp 1, 2; d ẫn đường và xác định toạ độ đo vẽ bản đồ địa hình đáy biển; đo toạ độ độ cao các
2.1. Giới thiệu hệ thống định vị toàn cầu GPS
Nguyên lý định vị GPS Định vị tuyệt đối Định vị tương đối •Đo GPS tuyệt đối được thực hiện trên • Đo GPS tương đối được thực hiện cơ sở sử dụng đại lượng đo là khoảng trên cơ sở sử dụng đại lượng đo là cách giả từ vệ tinh đến máy thu theo pha sóng tải. Trong phương pháp này nguyên tắc giao hội không gian từ các sử dụng ít nhất là hai máy thu GPS vệ tinh đã biết toạ độ. Từ đó xác định đặt ở hai điểm quan sát khác nhau để ngay ra toạ độ của điểm quan sát trong xác định ra hiệu tọa độ vuông góc hệ toạ độ WGS 84 quốc tế, có thể là không gian (∆X, ∆Y, ∆Z) hay hiệu các thành phần toạ độ vuông góc tọa độ trắc địa (∆B, ∆L, ∆H) giữa không gian (X, Y, Z) hoặc các thành chúng trong hệ WGS 84 quốc tế. phần toạ độ trắc địa (B, L, H).
Các phương pháp đo GPS Đo GPS tuyệt đối Đo GPS tương đối Là kỹ thuật xác định toạ độ của điểm Thực chất của phương pháp đo là xác định đặt máy thu tín hiệu vệ tinh trong hệ toạ hiệu toạ độ không gian của hai điểm đo độ toàn cầu WGS – 84. Kỹ thuật định vị đồng thời đặt trên hai đầu của khoảng này là việc tính toạ độ của điểm đo nhờ cách cần đo (Baseline). Độ chính xác của việc giải bài toán giao hội nghịch không phương pháp này rất cao do loại trừ được gian trên cơ sở khoảng cách đo được từ nhiều nguồn sai số nên được sử dụng các vệ tinh đến máy thu và toạ độ của trong đo đạc xây dựng lưới khống chế trắc các vệ tinh tại thời điểm đo. Do nhiều địa và công tác đo đạc bản đồ các loại tỷ nguồn sai số nên độ chính xác vị trí điểm lệ. Do bản chất của phương pháp nên cần thấp, không dùng được cho việc xác định tối thiểu 2 máy thu vệ tinh trong một thời chính xác, dùng chủ yếu cho việc dẫn điểm đo. Phụ thuộc vào quan hệ của các đường, và các mục đích đo đạc có yêu trạm đo trong thời gian đo mà người ta chia cầu độ chính xác không cao. Đối với thành các loại đo tương đối sau: phương pháp này sử dụng một máy thu tín hiệu vệ tinh.
Đo GPS tương đối - Đo GPS tĩnh (Static) Đây là phương pháp chính xác nhất vì nó sử dụng c ả hai trị đo code và phase sóng tải. Hai hoặc nhiều máy thu đặt cố định thu tín hiệu GPS tại các điểm cần đo toạ độ trong khoảng thời gian thông thường từ 1 giờ trở lên. Thời gian đó kéo dài để đạt được sự thay đổi đồ hình vệ tinh, cung c ấp tr ị đo dư và giảm được nhiều sai số khác nhằm mục đích đạt độ chính xác cao nhất. Đo GPS tĩnh tương đối đạt độ chính xác cỡ centimet dùng cho các ứng d ụng có đ ộ chính xác cao nhất, như thành lập lưới khống chế trắc địa, quan tr ắc bi ến d ạng công trình.... - Đo GPS tĩnh nhanh (Fast static) Phương pháp này bản chất giống như đo GPS tĩnh nhưng thời gian đo ngắn hơn. Gọi là đo nhanh – tăng tốc độ là do gi ải nhanh đ ược s ố nguyên đa tr ị. Phương pháp đòi hỏi dữ liệu trị đo pha sóng tải và trị đo code. Phương pháp đo tĩnh nhanh với máy thu GPS 2 tần số chỉ có hiệu quả trên cạnh ngắn. Thời gian đo tĩnh nhanh thay đổi từ 8’÷ 30’ phụ thuộc vào số vệ tinh và đồ hình vệ tinh. Số nhiều hơn đảm bảo trị đo dư với đồ hình vệ tinh phân bố đều sẽ hỗ trợ vi ệc tìm nhanh số nguyên đa trị và giảm thời gian định vị. Hiện nay các hãng sản xuất đã có loại máy thu đo tĩnh nhanh v ới tần số L1 – C/A Code. Hãng Trimble đã phát triển kỹ thuật đo tĩnh nhanh với máy thu 4600 LS (t ần số L1). 4800 (tần số L1, L2) và đặc biệt với máy thu GPSR7 GNSS thu được c ả 3 tần số L1, L2, L2C.
Đo GPS tương đối Đo GPS động tức thời (Kinematic). Phương pháp đo GPS giả động. Phương pháp được tiến hành với Phương pháp đo giả động cũng cho phép xác một máy đặt tại trạm cố định (Base định vị trí tương đối của hàng loạt điểm so với station) và một hoặc nhiều các máy điểm đã biết trong khoảng thời gian đo khá khác (Rover stations) di động đến nhanh nhưng độ chính xác định vị không cao các điểm cần đo toạ độ thu tín hiệu bằng phương pháp đo động. Trong phương pháp vệ tinh đồng thời. Đo GPS động tức này không cần làm thủ tục khởi đo tức là không thời là giải pháp nhằm giảm tối cần sử dụng cạnh đáy đã biết. Máy cố định cũng thiểu thời gian đo so với phương phải tiến hành thu tín hiệu vệ tinh liên tục trong pháp GPS tĩnh nhưng vẫn đạt độ suốt chu kỳ đo, tại mỗi điểm thu tín hiệu trong 5 chính xác cỡ cm. – 10 phút. Tuỳ thuộc vào thời điểm xử lý số Sau khi đo hết lượt máy di động quay trở về liệu đo – xử lý ngay tại thực địa hay điểm xuất phát (điểm đo đầu tiên) và đo lặp lại trong phòng sau khi đo, người ta tất cả các điểm theo đúng trình tự trước đó, chia thành 2 dạng đo GPS động: nhưng phải đảm bảo sao cho khoảng thời gian - Đo GPS động thời gian thực (GPS dãn cách giữa hai lần đo tại mỗi điểm là từ một RTK – Real Time Kinematic GPS). giờ đồng hồ trở lên. Điều đáng chú ý là máy di động không nhất thiết phải thu tín hiệu từ vệ - Đo GPS động xử lý sau (GPS PPK tinh liên tục trong suốt chu kỳ đo mà chỉ cần thu – Post Processing Kinematic GPS). trong vòng 5 – 10 phút tại mỗi điểm đo, nghĩa là có thể tắt máy trong lúc vận chuyển từ điểm nọ sang điểm kia. Điều này cho phép áp dụng phương pháp cả ở khu vực có nhiều vật che
Cấu hình hình học GPS và Độ chính xác Ảnh hưởng của cấu hình hình học vệ tinh được thể hiện bằng các suy giảm chính xác DOP (Dilution of Precision) và được tính bằng tỉ số giữa độ chính xác định vị và độ chính xác đo, hoặc: σ = DOP. σo Trong đó σo là độ chính xác của trị số đo (độ tán xạ tiêu chuẩn) σ là độ chính xác định vị (độ tán xạ tiêu chuẩn trong một trị số tọa độ) Các trị số DOP thường dùng nhất là: VDOP. σo là độ chính xác tiêu chuẩn trong cao độ. HDOP. σo là độ chính xác vị trí mặt phẳng 2D. PDOP. σo là độ chính xác vị trí không gian 3D. TDOP. σo là độ chính xác tiêu chuẩn trong thời gian. THDOP. σo là độ chính xác mặt phẳng và thời gian. GDOP. σo là độ chính xác vị trí không gian 3D và thời gian.
Các loại sai số trong đo GPS  Sai số do vệ tinh  Sai số do môi trường  Sai số do máy thu  Sai số do đồng hồ  Sai số do quĩ đạo vệ tinh  Sai số do tầng điện ly và tầng đối lưu  Sai số do nhiễu tín hiệu  Sai số do người đo
2.2 Giới thiệu máy thu GPS  Hiện nay trên thị trường Việt Nam có rất nhiều loại máy thu GPS nh ư: Trimble(Mỹ); Leica(Thụy Sĩ); Topcon(Nhật); South(Trung Quốc)…. Các hãng máy này đều có các loại máy đo 1 t ần, 2 t ần… Nh ưng thông dụng và phổ biến, phần mềm dễ sử dụng, quen thuộc với người làm trắc địa tại Việt Nam là hãng Trimble(Mỹ). Đây là loại máy đã đ ược ứng dụng đầu tiên tại Việt Nam để thành lập mạng lưới tọa độ cấp hạng cao nhà nước với độ chính xác rất cao.  Các loại máy thu GPS của Trimble phục vụ công tác trắc đ ịa hi ện có bán trên thị trường Việt Nam như: Trimble R3 System; Trimble R4 System; Trimble R5 System; Trimble R6 System; Trimble R7 System; Trimble R8 System (có catalog và báo giá kèm theo)
2.3 Yêu cầu kỹ thuật khảo sát công trình giao thông  Lưới đường chuyền cấp 2 (ĐC2) với các chỉ tiêu kỹ thuật ghi trong được đo đạc bằng máy toàn đạc điện tử (Total Station) và gương phản chiếu có chân cố định. - độ chính xác đo góc : ± 5". - độ chính xác đo dài : ± ( 5mm+3ppm x D). - chiều dài cạnh của lưới không nhỏ hơn 80 m và không lớn hơn 350 m. Tốt nhất là từ 150m đến 250m. - độ chính xác đo góc : m ≤ ± 10". - độ chính xác đo cạnh : ms/s ≤ ± 1: 5000. - sai số khép tương đối đường chuyền: : [ S] ≤ 1: 5000. fx : sai số khép gia số toạ độ theo trục x. fy : sai số khép gia số toạ độ theo trục y. S : chiều dài giữa 2 điểm GPS hạng IV. - sai số khép góc : ≤ 20" (n là số góc đo) - sai số vị trí điểm: ≤ 50mm
2.3 Yêu cầu kỹ thuật khảo sát công trình giao thông Theo quy trình TCN-263-2000 khảo sát đường ô tô thì công tác đo đạc cần th ực hi ện: Đối với đường làm mới có cấp kỹ thuật 60 - 80 và đồng thời thuộc cấp quản lý I - II - III; cũng như các cấp của đường cao tốc theo TCVN 5729-1997. Đ ối v ới đ ường hi ện hữu do Cấp quyết định đầu tư quyết định có hoặc không khảo sát theo toạ độ. Đường các cấp này chủ yếu là các trục lộ quan trọng của quốc gia, công trình đ ường có liên quan đến quy hoạch xây dựng cũng như các công trình dân dụng hi ện h ữu c ủa nhi ều ngành khác như thuỷ điện, thuỷ lợi v.v... do vậy bình đồ cao độ tuy ến đường ph ải g ắn vào hệ toạ độ X,Y, và độ cao quốc gia. Để đạt được yêu cầu này cần xây dựng hệ thống lưới khống chế mặt bằng trên toàn tuyến gồm: - Lưới khống chế mặt bằng hạng IV. - Lưới đường chuyền cấp 2. - Lưới độ cao hạng IV. - Lưới độ cao cấp kỹ thuật. Lưới khống chế mặt bằng hạng IV được thực hiện bằng công nghệ GPS hoặc công nghệ đo đạc thông thường với các chỉ tiêu độ chính xác trong hệ quy chiếu Gauss quy định trong Quy phạm tạm thời của Tổng cục Địa chính ban hành năm 1996
2.3 Yêu cầu kỹ thuật khảo sát công trình giao thông  Lưới khống chế độ cao hạng IV được xây dựng theo tiêu chu ẩn cấp nhà nước. Các mốc cao độ này hoặc xây dựng độc lập hoặc sử dụng chung với các mốc của lưới khống chế mặt bằng hạng IV ở Điều 7-32. Các mốc đ ộ cao hạng IV được tiến hành đo theo phương pháp đo cao hình học Sai số khép cao độ phải thoả mãn yêu cầu : fh ≤ ± 20 (mm). ( L là chiều dài đường đo tính bằng km)  Lưới độ cao cấp kỹ thuật sử dụng hệ mốc ĐC2 và đo theo phương pháp đo cao hình học. Sai số khép cao độ phải thoả mãn yêu cầu: * Đối với đồng bằng: fh ≤ ± 30 (mm). * Đối với miền núi: fh ≤ ± 50 (mm). ( L là chiều dài đường đo tính bằng km). Trong trường hợp địa hình quá dốc (1km phải đặt >25 trạm máy ) thì: sai số khép cao độ cũng không được vượt quá fhcp ≤ ± 10 (trong đó n là số trạm máy trong đường đo).
 Với những tính năng của các máy thu GPS Trimble như R3; R4; R5; R6; R7; R8 đã được đề cập trong catalog cũng như các th ực nghi ệm ta nhận thấy hoàn toàn đáp ứng được các yêu cầu k ỹ thu ật c ủa công tác khảo sát công trình giao thông. Độ chính xác cao, giảm chi phí thực địa, rút ngắn thời gian thi công, đem lại hiệu quả kinh tế rất cao  Trong số các máy thu GPS trên thì R3 rất phù hợp cho công tác kh ảo sát công trình giao thông bởi vì R3 có được những tính năng ứng dụng như: - Đo đạc thành lập lưới khống chế tọa tọa từ hạng III trở xuống - Đo đạc xác định độ cao với độ chính xác tương đương thủy chu ẩn k ỹ thuật (có thể đạt thủy chuẩn hạng III, IV nếu sử dụng thuật toán phù hợp) - Đo đạc chi tiết thành lập bản đồ địa hình tỉ l ệ lớn, khu v ực ít b ị che khuất bởi các công trình xây dựng và tán cây. - Đo đạc xác định mặt cắt địa hình, tính toán khối lượng đào đắp…  Khi kết hợp máy thu GPS R3 với máy toàn đạc điện t ử là s ự k ết h ợp hoàn thiện để ứng dụng vào đo đạc khảo sát công trình giao thông.  Chi phí để mua máy R3 rẻ hơn rất nhiều so với R4; R5; R6; R7; R8. Ví dụ như máy thu GPS R3 rẻ hơn máy thu GPS R4: 8,35 lần và r ẻ