Luận văn Thạc sĩ Quản lý đất đai: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ GPS trong xây dựng lưới khống chế phục vụ đo vẽ bản đồ địa chính trên địa bàn xã Thạch Khoán, huyện Thanh Sơn, tỉnh Phú Thọ

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:152

Thêm vào BST

Báo xấu

18
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là sử dụng công nghệ GPS đo tĩnh thành lập lưới khống chế đo vẽ phục vụ công tác thành lập bản đồ địa chính xã Thạch Khoán, huyện Thanh Sơn, tỉnh Phú Thọ. Từ đó đánh giá hiệu quả của việc công nghệ GPS với công nghệ Toàn đạc điện tử truyền thống. Mời các bạn tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Quản lý đất đai: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ GPS trong xây dựng lưới khống chế phục vụ đo vẽ bản đồ địa chính trên địa bàn xã Thạch Khoán, huyện Thanh Sơn, tỉnh Phú Thọ

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM VI MẠNH SINH NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GPS TRONG XÂY DỰNG LƯỚI KHỐNG CHẾ PHỤC VỤ ĐO VẼ BẢN ĐỒ ĐỊA CHÍNH TRÊN ĐỊA BÀN XÃ THẠCH KHOÁN, HUYỆN THANH SƠN, TỈNH PHÚ THỌ Chuyên ngành: Quản lý đất đai Mã số ngành: 8.85.01.03 LUẬN VĂN THẠC SĨ QUẢN LÝ ĐẤT ĐAI Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Lê Sỹ Trung Thái Nguyên - 2019 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
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 công trình nghiên cứu, các 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 Vi Mạnh Sinh Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
ii LỜI CẢM ƠN Trong thời gian thực tập và nghiên cứu tại xã Thạch Khoán, huyện Thanh Sơn, tỉnh Phú Thọ tôi đã hoàn thành luận văn tốt nghiệp của mình. Để có được kết quả này, ngoài sự nỗ lực của bản thân, tôi luôn nhận được sự giúp đỡ chu đáo, tận tình của nhà trường. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới: Ban giám hiệu Trường Đại hoc Nông lâm Thái Nguyên, Phòng đào tạo – Đào tạo sau đại học cùng toàn thể các thầy giáo, cô giáo đã tận tụy dạy dỗ tôi trong suốt thời gian học tập cũng như thời gian thực tập tốt nghiệp. Đặc biệt tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Thầy giáo PGS.TS. Lê Sĩ Trung đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn tôi trong quá trình thực hiện và hoàn thành luận văn này. Trong thời gian nghiên cứu, vì nhiều lý do chủ quan và khách quan cũng như hạn chế về mặt thời gian cho nên nội dung của luận văn không tránh khỏi sai sót. Tôi rất mong nhận được sự đóng góp của các thầy, cô giáo để đề tài này được hoàn thiện hơn. Tôi xin chân thành cảm ơn! Thái Nguyên, ngày 31 tháng 10 năm 2019 Tác giả luận văn Vi Mạnh Sinh Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
iii MỤC LỤC MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1 1.Tính cấp thiết của đề tài ...........................................................................................1 2. Mục tiêu cụ thể .......................................................................................................2 3. Tính khoa học và thực tiễn của đề tài .....................................................................3 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU ..................................................................4 1.1. CÔNG TÁC THÀNH LẬP BẢN ĐỒ ĐỊA CHÍNH ............................................4 1.1.1 Hệ thống lưới khống chế ....................................................................................4 1.2. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ GPS ...............................................................6 1.2.1 Quá trình hình thành...........................................................................................6 1.2.2 . Cấu trúc hệ thống GPS .....................................................................................8 1.2.3. Tín hiệu GPS ...................................................................................................12 1.2.4. Các trị đo GPS .................................................................................................13 1.2.5. Nguyên lý định vị GPS ...................................................................................15 1.2.6. Các nguồn sai số..............................................................................................19 1.2.7. Những kỹ thuật đo GPS ..................................................................................22 1.2.8 Xử lý số liệu .....................................................................................................27 1.2.9 Bình sai lưới GPS .............................................................................................28 1.3. CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GPS TRONG THÀNH LẬP LƯỚI KHỐNG CHẾ ........................................................................................30 1.3.1. Ứng dụng công nghệ GPS đo tĩnh để thành lập lưới không chế địa chính. ...30 1.3.2. Các dạng lưới ứng dụng đo tĩnh trong công nghệ GPS để thành lập lưới không chế địa chính. Tam giác đơn, chuỗi tam giác, tứ giác. ...................................30 1.4.TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU TRÊN THẾ GIỚI VÀ TẠI VIỆT NAM ...................................................................30 1.4.1 Trên thế giới .....................................................................................................30 1.4.2 Tình hình nghiên cứu ứng dụng công nghệ định vị toàn cầu ở Việt Nam ......32 1.4.3 Các ứng dụng khác: .........................................................................................33 CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................................................................................................. 35 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
iv 2.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .....................................................................35 2.2. Nội dung nghiên cứu ..........................................................................................35 2.2.1. Khái quát địa bàn nghiên cứu..........................................................................35 2.2.2. Thu thập các tài liệu hiện có của khu đo ........................................................35 2.2.3. Ứng dụng GPS thành lập lưới khống chế đo vẽ cho xã Thạch Khoán ...........35 2.2.4. So sánh với công nghệ thành lập lưới đo vẽ bằng máy đo GPS và máy toàn đạc điện tử .................................................................................................................35 2.2.5. Thuận lợi, khó khăn trong sử dụng công nghệ GPS đo động thời gian thực và đề xuất giải pháp .......................................................................................................36 2.3. Phương pháp nghiên cứu và xử lý số liệu ..........................................................36 2.3.1. Phương pháp thu thập số liệu thứ cấp .............................................................36 2.3.2. Phương pháp thu thập số liệu sơ cấp ...............................................................36 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN..............................39 3.1. Khái quát đặc điểm khu đo.................................................................................39 3.1.1. Vị trí địa lý ......................................................................................................39 3.1.2 Đặc điểm địa hình, địa vật................................................................................39 3.1.3. Dân cư, kinh tế xã hội .....................................................................................40 3.1.4 Văn hóa, giáo dục và y tế .................................................................................41 3.1.5. Hệ thống các điểm tọa độ cấp Nhà nước, điểm tọa độ địa chính có trong khu vực..41 3.1.6. Các tư liệu bản đồ hiện có ...............................................................................42 3.2. Ứng dụng công nghệ GPS thành lập lưới khống chế đo vẽ và so sánh với công nghệ đo bằng máy toàn đạc điện tử ...........................................................................44 3.2.1. Cơ sở pháp lý xây dựng và đánh giá chất lượng lưới khống chế đo vẽ bằng công nghệ GPS tại xã Thạch Khoán huyện Thanh Sơn Tỉnh Phú Thọ .....................44 3.2.2. Quy trình thành lập lưới ..................................................................................45 3.2.3. Kết quả khảo sát thiết kế mạng lưới khống chế đo vẽ lập bằng Công nghệ GPS............................................................................................................................47 3.2.4 .Công tác đo lưới đo vẽ thành lập bằng công nghệ GPS..................................48 3.2.5. Kết quả bình sai lưới địa chính thành lập bằng công nghệ GPS .....................49 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
v 3.3 So sánh phương pháp thành lập lưới đo vẽ bằng máy đo GPS với phương pháp đo bằng máy toàn đạc điện tử . .................................................................................59 3.4. Thuận lợi, khó khăn và giải pháp .......................................................................63 3.4.1. Thuận lợi .........................................................................................................63 3.4.2. Khó khăn .........................................................................................................63 3.4.3. Các giải pháp ...................................................................................................63 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................64 1. Kết luận .................................................................................................................64 2. Kiến nghị................................................................................................................64 TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................66 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
vi DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1. Chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản chung của lưới khống chế đo vẽ....................... 36 Bảng 3.1. Thống kê hiện trạng mốc tọa độ Nhà nước, mốc địa chính . ....................42 Bảng 3.2. Thống kê các loại bản đồ hiện có của xã ..................................................44 Bảng 3.3. Khối lượng nhân công dự kiến .................................................................47 Bảng 3.4: Bảng trị đo gia số tọa độ và các chỉ tiêu sai số .........................................54 Bảng 3.5: Bảng sai số khép hình ...............................................................................54 Bảng 3.6: Bảng trị bình sai, số hiệu chỉnh, sai số đo gia số tọa độ ...........................55 Bảng 3.7: Bảng tọa độ vuông góc không gian sau bình sai ......................................55 Bảng 3.8: Bảng tọa độ trắc địa sau bình sai ..............................................................57 Bảng 3.9: Bảng kết quả tọa độ phẳng và độ cao sau bình sai ...................................57 Bảng 3.10: Bảng chiều dài cạnh, phương vị và chênh cao sau bình sai ...................58 Bảng 3.11: So sánh số liệu đạt được với các văn bản quy định hiện hành ..............58 Bảng 3.12: So sánh hạng mục công việc giữa hai phương pháp ..............................60 thành lập lưới đo vẽ ...................................................................................................60 Bảng 3.13: So sánh các yếu tố gây sai số của hai phương pháp thành lập lưới ........61 Bảng 3.14: So sánh thời gian thi công, mật độ điểm lưới của hai phương pháp ......61 Bảng 3.15: So sánh hiệu quả kinh tế của hai phương án thi công lưới (máy đo GPS và máy toàn đạc điện tử) ...........................................................................................62 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
vii DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1. Cấu trúc của hệ thống GPS. ........................................................................8 Hình 1.2. Vệ tinh GPS đang bay trên quĩ đạo quanh Trái đất. .................................10 Hình 1.3. Mạng lưới các trạm điều khiển của hệ thống GPS từ sau năm 2005. .......11 Hình 1.4. Cấu trúc tín hiệu GPS ................................................................................13 Hình 1.5. Kỹ thuật giải đa trị tại các máy thu ...........................................................14 Hình 1.6. Kỹ thuật định vị tương đối ........................................................................17 Hình 1.7. Kỹ thuật định vị tương đối ........................................................................18 Hình 3.1: Quy trình thành lập lưới khống chế đo vẽ ................................................46 Hình 3.2: Đồ hình đo nối được thiết kế tạo thành các cặp ........................................48 Hình 3.3 Cài đặt hệ tọa độ VN 2000 và Kinh tuyến trục ..........................................50 Hình 3.4 Đặt tên file và chọn thông số hệ tọa độ ......................................................50 Hình 3.5 Quá trình tính tất cả các cạnh .....................................................................51 Hình 3.6 Quá trình xử lý loại bỏ tín hiệu nhiễu không tin cậy. ................................52 Hình 3.7 Quá trình đặt lại các thông số Mask Angle( góc ngưỡng); Variance Rate (giá trị RATIO>1,5); Epoch Inverval (thời gian giãn cách ghi tín hiệu); Gross Error (hệ số lọc nhiễu>2,5) xử lý các cạnh chưa đạt . ........................................................52 Hình 3.8 Quá trình kiểm tra thời gian đồng bộ khi cần thiết. ...................................53 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
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. Đây cũng chính là vấn đề đang được toàn đảng, toàn dân hết sức quan tâm, khi mà khoa học công nghệ đang từng ngày mở rộng với sự phát triển của nền kinh tế tri thức trong thời đại mới, thời kỳ hội nhập. 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 rất 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, 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 xác định tọa độ các điểm rất nhanh chóng, tính chính xác cao, ở bất kỳ vị trí nào trên trái đất; kết quả đo đạc có thể tính trong hệ tọa độ toàn cầu hoặc hệ tọa độ địa phương bất kỳ. Công tác quản lý Nhà nước về đất đai trong giai đoạn hiện nay cũng như trong tương lai lâu dài luôn giữ vai trò quan trọng trong việc phát triển kinh tế - xã hội, bảo vệ môi trường, giữ vững an ninh, quốc phòng và toàn vẹn lãnh thổ quốc gia. Khảo sát, đo đạc, lập bản đồ địa chính là một trong những nội dung quản lý nhà nước về đất đai đã được ghi tại khoản 3, Điều 22 của Luật đất đai 2013. Nội dung chức năng, nhiệm vụ, quyền hạn của các cấp, các ngành trong việc thực hiện khảo Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
2 sát, đo đạc, lập và quản lý bản đồ địa chính đã được quy định tại Điều 23 của Luật đất đai 2013. Căn cứ Luật đất đai năm 2013, ngày 29 tháng 11 năm 2013, Nghị định 43/2014/NĐ-CP ngày 15 tháng 05 năm 2014 của Chính phủ quy định chi tiết thi hành một số điều của Luật Đất đai; Căn cứ Nghị định số 21/2013/NĐ-CP ngày 04 tháng 03 năm 2013 của Chính Phủ quy định chức năng, nhiệm vụ, quyền hạn và cơ cấu tổ chức của Bộ Tài nguyên và Môi trường; Bộ Tài nguyên và Môi rường ban hành Thông tư 25/2014/TT-BTNMT ngày 19/05/2014 về quy định các yêu cầu kỹ thuật cơ bản của việc lập, chỉnh lý, quản lý, sử dụng bản đồ địa chính tỷ lệ 1:200, 1:500, 1:1000, 1:2000, 1:5000, và 1:10000 và trích đo địa chính thửa đất thay thế Quy phạm thành lập bản đồ địa chính trước đây. Tỉnh Phú Thọ nói chung huyện Thanh Sơn nói riêng 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 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 cho toàn huyện. Được sự quan tâm của UBND tỉnh Phú Thọ, Sở Tài nguyên và Môi trường đã cho triển khai đo đạc lập bản đồ địa chính của các xã trong địa bàn huyện Thanh Sơn nói chung trong đó cụ thể có xã Thạch Khoán nói riêng. Cùng với xu thế của thế giới mở rộng khả năng sử dụng công nghệ vào sản xuất trong đó có công nghệ định vị toàn cầu GPS, góp phần đưa công nghệ mới vào sản xuất. Với những lý do trên được sự phân công của Phòng đào tạo - Đào tạo sau đại học Trường Đại Học Nông Lâm Thái Nguyên tôi thực hiện đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ GPS trong xây dựng lưới khống chế phục vụ đo vẽ bản đồ địa chính trên địa bàn xã Thạch Khoán, huyện Thanh Sơn, tỉnh Phú Thọ”. 2. Mục tiêu - Sử dụng công nghệ GPS đo tĩnh thành lập lưới khống chế đo vẽ phục vụ công tác thành lập bản đồ địa chính xã Thạch Khoán, huyệnThanh Sơn, tỉnh Phú Thọ. - Đánh giá hiệu quả của việc công nghệ GPS với công nghệ Toàn đạc điện tử truyền thống. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
3 - Thuận lợi, khó khăn trong sử dụng công nghệ GPS đo động thời gian thực và đề xuất giải pháp 3. Tính khoa học và thực tiễn của đề tài -Dựa trên sự phát triển của khoa học kỹ thuật trong đó có công nghệ GPS để xây dựng lưới không chế đo vẽ 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 trắc địa nói chung và lưới khống chế đo vẽ bản đồ địa chính ở khu vực xã Thạch Khoán,huyện Thanh Sơn, tỉnh Phú Thọ nói riêng. - Sau khi được thành lập lưới địa chính sẽ tiến hành đo đạc lập bản đồ địa chính để phục vụ công tác cấp Giấy chứng nhận quyền sử dụng đất, quyền sở hữu nhà ở và tài sản khác gắn liền với đất cho các hộ dân trên địa bàn xã theo dự án tổng thể của tỉnh Phú Thọ. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
4 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. CÔNG TÁC THÀNH LẬP BẢN ĐỒ ĐỊA CHÍNH 1.1.1 Hệ thống lưới khống chế Lưới toạ độ địa chính Bản đồ địa chính tỷ lệ 1:200, 1:500, 1:1000, 1:2000, 1:5000 và 1:10000 được thành lập ở múi chiếu 3o trên mặt phẳng chiếu hình, trong hệ tọa độ Quốc gia VN-2000 và độ cao nhà nước hiện hành. Kinh tuyến gốc (00) được quy ước là kinh tuyến đi qua GRINUYT. Giá trị kinh tuyến trục phụ thuộc vào từng địa phương được quy định riêng, như tỉnh Phú Thọ được quy định 104045’. Điểm gốc của hệ toạ độ mặt phẳng (điểm cắt giữa kinh tuyến trục của từng tỉnh và xích đạo) có X =0 km, Y=500 km. Điểm gốc của hệ độ cao là điểm độ cao gốc ở Hòn Dấu - Hải Phòng. Yêu cầu về điểm khống chế đối với lưới không chế các cấp : Tại thông tư số 25/2014/TT-BTNMT Cơ sở khống chế toạ độ, độ cao trong đo vẽ bản đồ địa chính gồm: - Lưới tọa độ và độ cao Nhà nước các hạng. - Lưới địa chính, lưới độ cao kỹ thuật. - Lưới khống chế đo vẽ, điểm khống chế ảnh (gọi chung là lưới khống chế đo vẽ). Để đo vẽ hết khu đo với các chỉ tiêu đảm bảo theo quy định tại thông tư 25, ta cần xác định 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 đảm bảo phục vụ đo vẽ bản đồ địa chính theo một tỷ lệ xác định. Ta có thể dễ dàng dự tính được số điểm khống chế cần thiết khi biết những yếu tố sau: - Tỷ lệ bản đồ địa chính cần thành lập. - Phương pháp đo vẽ bản đồ địa chính. - Đặc điểm địa hình và địa vật khu đo. - Khoảng cách tối đa quy định từ máy đến tiêu đo. Hiện nay hai phương pháp cơ bản để thành lập bản đồ địa chính là phương pháp đo ảnh hàng không và phương pháp đo vẽ trực tiếp. Phương pháp toàn đạc là phương pháp cơ bản, không thể thay thế trong điều kiện đo vẽ bản đồ địa chính tỷ lệ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
5 lớn khu vực dân cư đông đúc, thửa đất nhỏ, bị che khuất nhiều. Bản chất của phương pháp là dùng phương pháp tọa độ cực xác định toạ độ những điểm chi tiết bằng máy toàn đạc điện tử. Phương pháp này đòi hỏi số lượng điểm khống chế dải đều và đủ để đo vẽ hết khu vực cần đo, với khoảng cách đo đảm bảo theo quy định. Tỷ lệ bản đồ càng lớn, vùng đo vẽ càng che khuất thì số lượng điểm càng nhiều. + Dùng phương pháp đo vẽ trực tiếp ở thực địa để thành lập bản đồ địa chính. Để đảm bảo đo vẽ được bản đồ tỷ lệ 1:5000 – 1:10000, trên diện tích khoảng 5 km2 thì cần phải có ít nhất một điểm từ địa chính trở lên. Để đảm bảo đo vẽ được bản đồ tỷ lệ 1:500 – 1:2000, trên diện tích từ 1 đến 1,5 km2 thì cần phải có ít nhất một điểm từ địa chính trở lên. Để đo vẽ bản đồ địa chính tỷ lệ 1:200, bản đồ địa chính ở khu công nghiệp, khu có cấu trúc xây dựng dạng đô thị, khu đất có giá trị kinh tế cao, khu đất ở đô thị có diện tích các thửa nhỏ, đan xen nhau, trên diện tích trung bình 0,3 km2 (30 ha) có một điểm từ địa chính trở lên. Quy định trên áp dụng cho cả trường hợp có trích đo khu dân cư hoặc trích đo các thửa, các cụm thửa ở tỷ lệ lớn hơn tỷ lệ bản đồ cơ bản của khu vực. Trường hợp đặc biệt, khi đo vẽ lập bản đồ địa chính mà diện tích nhỏ hơn 30 ha đến trên 5 ha, mật độ từ điểm địa chính trở lên tối thiểu để phục vụ đo vẽ là 2 điểm. Sơ đồ phát triển lưới địa chính. Lưới toạ độ nhà nước hiện nay đã được thống nhất xây dựng trên toàn quốc, lưới toạ độ hạng III và IV nhà nước đã được xây dựng đảm bảo mật độ cũng như độ chính xác 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 thì mạng lưới này không đáp ứng được nhu cầu do bị mất mát và hư hỏng nhiều. Để đảm bảo cho công tác đo đạc lập bản đồ địa chính hiện nay là chêm dày và bổ sung thêm vào các khu vực bị hư hỏng từ các cấp lưới hạng cao nhà nước như hạng III và hạng IV, tạo nên mạng lưới địa chính cơ sở đạt độ chính xác tiêu chuẩn quy định và từ đó xây dựng lưới không chế đo vẽ. Yêu cầu độ chính xác lưới khống chế đo vẽ Lưới khống chế đo vẽ thường được thành lập theo đơn vị hành chính cấp xã phường, thị trấn. Được thành lập nhằm mục đích phục vụ đo vẽ bản đồ địa chính, Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
6 tính thống nhất về độ chính xác là yếu tố cơ bản quan trọng nhằm đảm bảo cho bản đồ địa chính được thành lập ở những vùng khác nhau trên một đơn vị hành chính vẫn đồng đều về chất lượng, đặc biệt là đảm bảo độ chính xác yếu tố cần thiết thể hiện trên bản đồ địa chính. Lưới khống chế đo vẽ được xây dựng bằng phương pháp đường chuyền hoặc sử công nghệ GPS theo đồ hình lưới tam giác dày đặc, đồ hình chuỗi tam giác, tứ giác để làm cơ sở đo vẽ bản đồ địa chính. 1.2. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ GPS 1.2.1 Quá trình hình thành 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. Từ trước những năm 70 của thế kỷ trước, Cơ quan Hàng không và Vũ trụ (NASA) cùng với Quân đội Hoa Kỳ đã tiến hành chương trình nghiên cứu, ứng dụng công nghệ NSS để dẫn đường và định vị chính xác bằng vệ tinh nhân tạo. Hệ thống định vị dẫn đường bằng vệ tinh thế hệ đầu tiên là hệ thống TRANSIT. Hệ thống này có 6 vệ tinh, hoạt động theo nguyên lý Doppler. Hệ thống TRANSIT được sử dụng trong thương mại vào năm 1967. Một thời gian ngắn sau đó TRANSIT bắt đầu ứng dụng trong trắc địa. Việc thiết lập mạng lưới điểm định vị khống chế toàn cầu là những ứng dụng sớm nhất của hệ thống TRANSIT. Sử dụng hệ thống TRANSIT để định vị cần thời gian quan trắc rất lâu mà độ chính xác chỉ đạt cỡ 1m. Do vậy, trong công tác trắc địa - bản đồ hệ thống TRANSIT chỉ phù hợp với công tác xây dựng các mạng lưới khống chế cạnh dài. Nó không thỏa mãn được các ứng dụng đo đạc thông dụng như đo đạc bản đồ, các công trình dân dụng. Ngay sau sự thành công của hệ thống TRANSIT, hệ thống định vị vệ tinh thế hệ thứ hai ra đời có tên là NAVSTAR-GPS (Navigtion Satellite Timing And Ranging – Global Positioning System) gọi tắt là GPS. Hệ thống này bao gồm 24 vệ tinh phát tín hiệu, bay quanh Trái đất theo những quỹ đạo xác định. Độ chính xác Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
7 định vị bằng hệ thống này được nâng cao một cách đáng kể so với TRANSIT và đã khắc phục được nhược điểm về thời gian quan trắc. Sau khi phóng vệ tinh thử nghiệm NTS-2 (Navigation Technology Sattellite 2) được một năm, giai đoạn thử nghiệm vận hành hệ thống GPS bắt đầu với việc phóng vệ tinh GPS khối I. Từ năm 1978 đến 1985 có 11 vệ tinh khối I đã được phóng lên quỹ đạo. Hiện nay hầu hết số vệ tinh thuộc khối I đã hết hạn sử dụng. Việc phóng vệ tinh thế hệ thứ II (khối II) bắt đầu vào năm 1989. Sau giai đoạn này, 24 vệ tinh đã được triển khai trên 6 quỹ đạo nghiêng 55o so với mặt phẳng xích đạo trái đất với chu kỳ 12 giờ 58 phút, ở độ cao xấp xỉ 12.600 dặm (20.200 km). Loại vệ tinh bổ sung thế hệ III (khối IIR, IIR-M và II-F) được thiết kế thay cho những vệ tinh khối II, cho đến nay đã có 32 vệ tinh của hệ thống GPS hoạt động trên quỹ đạo. Đồng thời với hệ thống GPS của Mỹ, Nga cũng phát triển một hệ thống tương tự với tên gọi GLONASS (nhưng không thương mại hóa rộng rãi). Hiện nay Liên minh Châu Âu đang phát triển hệ dẫn đường vệ tinh của mình mang tên GALILEO, hiện đã có một số vệ tinh đã được đưa lên quỹ đạo và hệ thống dự kiến được đưa vào sử dụng năm 2014. Trung Quốc thì phát triển hệ thống định vị toàn cầu của mình mang tên BEIDOU (Bắc Đẩu) bao gồm 35 vệ tinh. Ngoài ra còn một số hệ thống định vị vệ tinh khác được sử dụng ở một số nơi trên thế giới. Công nghệ GPS được ứng dụng sớm nhất trong trắc địa là đo đạc các mạng lưới trắc địa mặt bằng, năm 1983 người ta đã xây dựng mạng lưới trắc địa ở Elfel (CHLB Đức), tiếp theo đó nhiều mạng lưới khác cũng được xây dựng ở Montgomery County, Pennsylvania (Mỹ),... Ở Việt Nam, ngay từ những năm 1991- 1992 chúng ta cũng đã sử dụng công nghệ GPS để xây dựng một số mạng lưới tọa độ nhà nước hạng II ở những vùng khó khăn chưa có lưới khống chế (Minh Hải, Tây Nguyên,...). Sử dụng GPS để xây dựng lưới trắc địa biển, kết nối đất liền với các hải đảo trong một hệ thống tọa độ chung. Trong những năm 1995-1997 chúng ta đã xây dựng mạng lưới GPS cấp “0”, trên cơ sở đó thành lập hệ quy chiếu Quốc gia mới (VN-2000) cũng như việc lập lưới khống chế hạng III phủ trùm lãnh thổ (gần 30.000 điểm). Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
8 Công nghệ GPS không ngừng phát triển và ngày càng hoàn thiện về thiết bị đo và phần mềm xử lý số liệu, đươc ứng dụng rộng rãi vào mọi dạng công tác trắc địa bản đồ, trắc địa công trình dân dụng, an ninh… ngày càng đơn giản, hiệu quả. 1.2.2 . Cấu trúc hệ thống GPS Hệ thống định vị GPS gồm 3 đoạn: đoạn không gian, đoạn điều khiển và đoạn người sử dụng. Hình 1.1. Cấu trúc của hệ thống GPS. Đoạn không gian Đoạn không gian theo thiết kế gồm 24 vệ tinh chuyển động trên 6 mặt phẳng quỹ đạo với độ cao khoảng 20.200 km, nghiêng với mặt phẳng xích đạo của trái đất một góc 550. Vệ tinh GPS chuyển động trên quỹ đạo gần như tròn đều với chu kì 718 phút. Với sự phân bố vệ tinh trên quỹ đạo như vậy trong bất kì thời gian nào và ở bất kì vị trí quan sát nào trên trái đất cũng có thể quan sát được tối thiểu 4 vệ tinh. Hiện nay có 31 vệ tinh đang hoạt động. Các vệ tinh GPS có trọng lượng khoảng 1600kg khi phóng và khoảng 800kg trên quỹ đạo. Theo thiết kế tuổi thọ của vệ tinh khoảng 7,5 năm. Năng lượng cung cấp cho hoạt động của các thiết bị trên vệ tinh là năng lượng pin mặt trời. Mỗi vệ tinh được trang bị 4 đồng hồ nguyên tử gồm 2 đồng hồ thuộc loại censium và 2 đồng hồ thuộc loại rubidium có độ chính xác 10-12 s. Với 4 đồng hồ này không chỉ có mục đích dự phòng mà còn tạo ra cơ sở giám sát thời gian và cung Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
9 cấp giờ chính xác nhất. Thêm vào đó mỗi vệ tinh còn được trang bị bộ tạo dao động thạch anh rất chính xác. Tất cả các đồng hồ của hệ thống GPS hoạt động ở tần số chuẩn cơ sở f 0 = 10.23MHz. Tần số này là tần số chuẩn của đồng hồ nguyên tử, với độ chính xác cỡ 10-12 Các vệ tinh GPS đều có thiết bị tạo dao động với tần số cơ sở chuẩn f 0 . Từ tần số cơ sở thiết bị sẽ tạo ra 2 tần số sóng tải L1, L2. Sóng tải L1 có tần số f1 = 154f0 = 1575,42 MHz, có bước sóng l1 = 19,032 cm Sóng tải L2 có tần số f2 = 120f0 = 1227,60 MHz, có bước sóng l2 = 24,420 cm Các sóng tải L1, L 2 thuộc dải sóng cực ngắn như vậy các tín hiệu vệ tinh sẽ ít bị ảnh hưởng của tầng điện li và tầng đối lưu vì mức độ làm chậm tín hiệu do tầng điện li tỷ lệ nghịch với bình phương của 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, P- code và Y – code. - C/A code là code thô cho phép dùng rộng rãi. - P – code được dùng cho mục đích quân sự (của Mỹ) và chỉ được dùng cho mục đích khác khi Mỹ cho phép. - Y – code là code bí mật được phủ lên P- code gọi là kỹ thuật AS (Antin - Spoofing). Người ta ước lượng độ chính xác định vị cỡ 1% bước sóng của tín hiệu. Như vậy ngay khi sử dụng code thô C/A để định vị thì có thể đạt tới độ chính xác cỡ 3m. Chính vì thế phía 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 khách hàng chỉ có thể định vị tuyệt đối với độ chính xác cỡ 50 ÷ 100m. Từ ngày 20 tháng 5 năm 2000 Mỹ đã bỏ chế độ nhiễu SA. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
10 Hình 1.2. Vệ tinh GPS đang bay trên quĩ đạo quanh Trái đất. Đoạn điều khiển Mục đích trong phần này là kiểm soát vệ tinh đi đúng hướng theo quỹ đạo và thông tin thời gian chính xác. Đoạn điều khiển gồm 5 trạm quan sát trên mặt đất, trong đó có một trạm điều khiển trung tâm đặt tại Colorado Springs (Mỹ) và 4 trạm theo dõi đặt tại Ascension Island (Đại Tây Dương), Hawaii (Thái Bình Dương), Kwajalein (Đông Thái Bình Dương) và Diego Garcia (Ấn Độ Dương). Các trạm này tạo thành một vành đai bao quanh Trái đất. Các vệ tinh luôn được các trạm điều khiển theo dõi liên tục và có thể quan sát được tất cả các vệ tinh. Các số liệu quan sát được ở các trạm này được chuyển về trạm điều khiển trung tâm (MCS – master control station), tại đây việc tính toán số liệu chung được thực hiện liên tục và cuối cùng các thông tin đạo hàng cập nhật được chuyển lên các vệ tinh, để sau đó từ vệ tinh chuyển đến các máy thu dưới mặt đất. Vai trò của đoạn điều khiển vô cùng quan trọng vì nó không chỉ theo dõi các vệ tinh mà còn liên tục cập nhật, điều chỉnh để chính xác hoá các thông tin đạo hàng, bảo đảm độ chính xác cho công tác định vị bằng hệ thống GPS. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
11 Hình 1.3. Mạng lưới các trạm điều khiển của hệ thống GPS từ sau năm 2005. Cơ quan tình báo địa không gian Mỹ (NGA: National Geospatial-Intelligence Agency) đã thêm vào 6 trạm điều khiển của phần điều khiển của GPS từ tháng 8 năm 2005, nâng tổng số trạm điều khiển lên thành 11 (hình 1.3). Với số lượng trạm điều khiển như vậy, mỗi vệ tinh luôn luôn có thể nhìn được thấy ít nhất từ 2 trạm điều khiển và kết quả xác định vị trí của vệ tinh sẽ được chính xác hơn. Trong thời gian tới, sẽ có thêm 5 trạm điều khiển nữa của NGA được bổ sung và khi đó mỗi vệ tinh luôn luôn có thể nhìn được tối thiểu 3 trạm điều khiển. Đoạn sử dụng Đây là tất cả các máy móc, thiết bị thu nhận thông tin từ vệ tinh để khai thác sử dụng cho các mục đích và yêu cầu khác nhau của người sử dụng, kể cả ở trên không, trên biển và trên đất liền. Đoạn này bao gồm các thành phần sau: - Phần cứng: thu tín hiệu và thực hiện đo đạc; - Phần mềm: các thuật toán định vị, giao diện người sử dụng, ... - Các thao tác, thủ tục. Các thiết bị của phần sử dụng rất đa dạng bởi chúng phục vụ cho rất nhiều ứng dụng khác nhau của GPS. Các thiết bị này thường được phân loại theo loại trị đo mà chúng có thể thực hiện được, đó là: + Các máy thu GPS để định vị trong các mục đích dân sự, chúng sử dụng phương pháp đo mã C/A-code ở tần số L1. + Các máy thu GPS để định vị trong các mục đích quân sự, chúng sử dụng phương pháp đo mã C/A-code và P-code ở cả 2 tần số L1 và L2. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
12 + Các máy đo pha một tần số (L1); + Các máy đo pha 2 tần số L1 và L2. Hiện nay trong đo đạc địa chính chúng ta thường dùng 2 loại sau vì chúng cho độ chính xác rất cao, tới vài millimét. Các thiết bị sử dụng: Máy GPS HD 8200X của hãng Hi Taget Trung Quốc, South 9600 Trung Quốc Trimble Navigation 4000SE, 4000SSE, 4600LS, 4800LS... 1.2.3. Tín hiệu GPS Tín hiệu phát ra từ vệ tinh bao gồm 3 thành phần cơ bản sau: - 2 sóng tải (hay sóng mang - carrier wave) trong dải tần số L (L band) là L1 và L2; - Mã giả ngẫu nhiên sử dụng để đo khoảng cách, bao gồm C/A-code và P- code (hay Y-code); - Thông báo định vị (navigation message). Trên mỗi một vệ tinh GPS có gắn 1 đồng hồ nguyên tử có độ chính xác rất. Các đồng hồ này xung nhịp với tần số f 0  10.23MHz là tần số cơ bản để tạo ra tín hiệu phát đi từ vệ tinh. Để đo khoảng cách và các thông báo định vị phải nhờ vào các sóng tải mã. Vệ tinh GPS phát ra sóng tải ở 2 tần số ký hiệu là L1 và L2, các tần số này được tính từ tần số cơ bản như sau: f L1  154  f 0  1575 .42Mhz ; f L 2  120  f 0  1227 .60Mhz ; Từ công thức trên, có thể tính được bước sóng của L1 và L2 như sau: c c L1   19 cm L 2   24 cm f L1 f L2 Để đo khoảng cách từ vệ tinh tới máy thu người ta sử dụng các giả mã ngẫu nhiên. Các mã này được gọi là giả ngẫu nhiên vì chúng có tính chất gần giống như một mã ngẫu nhiên, nhưng trong thực tế được phát sinh ra theo một thuật toán phức tạp mà ta có thể biểu diễn một cách đơn giản dưới dạng hàm số G = G(PRN) với PRN là số nguyên có giá trị từ 1 đến 36. Với mỗi một giá trị của PRN sẽ có một mã giả ngẫu nhiên. Mỗi vệ tinh GPS được gán một giá trị PRN riêng và do đó nó có mã giả ngẫu nhiên riêng. Có 2 loại mã giả ngẫu nhiên là: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn