Thạc Sĩ Ứng dụng công nghệ GPS xây dựng lưới địa chính huyện Quang Bình, tỉnh Hà Giang

Luận văn thạc sĩ năm 2011
Đề tài: Ứng dụng công nghệ GPS xây dựng lưới địa chính huyện Quang Bình, tỉnh Hà Giang

MỤC LỤC
LỜI CAM ðOAN i
LỜI CẢM ƠN .ii
MỤC LỤC iii
DANH MỤC CÁC BẢNG vii
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH viii
1. MỞ ðẦU . 1
1.1. Tính cấp thiết của ñềtài . 1
1.2. Mục ñích nghiên cứu . 2
1.3. Yêu cầu của ñềtài 2
1.4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của ñềtài . 3
2. TỔNG QUAN CÁC VẤN ðỀNGHIÊN CỨU 4
2.1. Khái quát chung vềlưới khống chếtrắc ñịa . 4
2.1.1. Khái niệm vềlưới khống chếtrắc ñịa 4
2.1.2. Vai trò của lưới trắc ñịa mặt bằng Nhà nước . 4
2.1.3. Các phương pháp xây dựng lưới trắc ñịa mặt bằng . 4
2.1.3.1. Lưới tam giác ño góc 4
2.1.3.2. Lưới tam giác ño cạnh . 5
2.1.3.3. Lưới ñường chuyền 5
2.1.3.4. Lưới trắc ñịa vệtinh . 5
2.1.4. ðặc ñiểm lưới trắc ñịa cơsởcủa Việt Nam . 6
2.1.4.1. Lưới tam giác ño góc hạng I, II miền Bắc . 6
2.1.4.2. Xây dựng lưới toạ ñộ ởmiền Trung và miền Nam . 7
2.1.4.3. Lưới Doppler vệtinh 8
2.1.4.4. Hoàn thiện lưới tọa ñộnhà nước cấp “0” hạng I, II, III và xây dựng
hệtọa ñộVN-2000 9
2.2. Các hệthống ñịnh vịtoàn cầu và sựra ñời của hệthống GPS ởmột
sốnước trên thếgiới . 10
2.2.1. Hệthống ñịnh vịtoàn cầu của Mỹ . 11
2.2.1.1. Hệthống TRANSIT . 11
2.2.1.2. Hệthống ñịnh vịtoàn cầu GPS 12
2.2.2. Hệthống ñịnh vịtoàn cầu GLONASS của Nga . 13
2.2.3. Hệthống ñịnh vịtoàn cầu của EU . 14
2.2.4. Hệthống ñịnh vịtoàn cầu “Bắc ðẩu” của Trung Quốc . 15
2.3. Cấu trúc và nguyên lý hoạt ñộng của hệthống GPS . 16
2.3.1. ðoạn không gian (Space Segment) . 17
2.3.2. ðoạn ñiều khiển (Control Segment) 18
2.3.3. ðoạn sửdụng (User Segment) 20
2.3.4. Nguyên tắc hoạt ñộng của hệthống GPS 20
2.3.5. Tín hiệu vệtinh của hệthống GPS 21
2.4. ðo ñạc lưới khống chếbằng công nghệGPS . 21
2.4.1. Các ñại lượng ño . 21
2.4.1.1. ðo khoảng cách giảtheo C/A-code và P-code . 21
2.4.1.2. ðo pha của sóng tải 23
2.4.2. Nguyên lý ñịnh vịGPS . 23
2.4.2.1. ðịnh vịtuyệt ñối (Point Positioning) 24
2.4.2.2. ðịnh vịGPS tương ñối (Relative Positioning) . 28
2.4.3. Các loại sai sốchủyếu trong kết quả ño GPS . 33
2.4.3.1. Sai sốcủa ñồng hồ . 33
2.4.3.2. Sai sốcủa quỹ ñạo vệtinh 34
2.4.3.3. Sai sốdo tầng ñiện ly và tầng ñối lưu . 35
2.4.3.4. Sai sốdo nhiễu xạcủa tín hiệu vệtinh 35
2.4.3.5. Sai sốdo ảnh hưởng của sựphân bốvệtinh trên bầu trời 36
2.4.3.6. Sai sốdo người ño 36
2.4.4. Nguyên lý cơbản xửlý sốliệu ño GPS . 37
2.4.4.1. Nguyên lý cơbản xửlý sốliệu . 37
2.4.4.2. Quy trình xửlý sốliệu 37
2.4.5. Lý thuyết phương pháp bình sai gián tiếp mạng lưới GPS 40
2.5. Tổng quan những phát triển vềcác loại thiết bịthu GPS . 41
3. ðỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN
CỨU 44
3.1. ðối tượng nghiên cứu 44
3.2. Phạm vi nghiên cứu . 44
3.3. Nội dung nghiên cứu . 44
3.4. Phương pháp nghiên cứu . 44
4. KẾT QUẢNGHIÊN CỨU . 46
4.1. ðặc ñiểm ñiều kiện tựnhiên khu vực ño vẽ . 46
4.1.1. Vịtrí ñịa lý . 46
4.1.2. ðiều kiện khí hậu 47
4.1.3. ðặc ñiểm ñịa hình . 48
4.1.4. ðiều kiện thủy văn 48
4.1.5. Thực phủ . 49
4.2. ðánh giá hiện trạng hệthống lưới trắc ñịa và tưliệu ñịa chính hiện
có tại khu vực nghiên cứu . 49
4.2.1. Hệthống các ñiểm tọa ñộcấp cao Nhà nước . 49
4.2.2. ðiểm tọa ñộ ñịa chính . 49
4.2.3. Các tưliệu bản ñồhiện có . 50
4.3. Ứng dụng công nghệ ño GPS tương ñối trạng thái tĩnh xây dựng lưới
ñịa chính huyện Quang Bình, tỉnh Hà Giang 50
4.3.1. Yêu cầu vềthiết kế, chọn ñiểm, chôn mốc lưới GPS . 50
4.3.2. Thiết kếlưới GPS . 52
4.3.2.1. Nguyên tắc thiết kế . 52
4.3.2.2. Giải pháp thiết kếcho lưới ñịa chính huyện Quang Bình . 53
4.3.2.3. Thiết kếlưới ñịa chính khu ño huyện Quang Bình . 53
4.3.3. Lập lịch ño 55
4.3.4. Tổchức ño 58
4.3.5. Xửlý sốliệu . 62
4.3.5.1. Trút sốliệu và nhập sốliệu vào Project của khu ño 62
4.3.5.2. Nhập dữliệu từSouth sang GPSurvey ñểtính toán bình sai . 67
4.3.6. ðánh giá kết quảlưới GPS sau bình sai 89
4.4. Ưu ñiểm và khảnăng ứng dụng của công nghệGPS trong công tác
xây dựng lưới ñịa chính ởkhu vực miền núi phía Bắc của Tổquốc 89
4.5. Công nghệGPS những rủi ro và hướng khắc phục 91
5. KẾT LUẬN VÀ ðỀNGHỊ . 93
5.1. Kết luận . 93
5.2. ðềnghị 94
TÀI LIỆU THAM KHẢO 96
PHẦN PHỤLỤC 98
KẾT QUẢTÍNH TOÁN BÌNH SAI LƯỚI ðỊA CHÍNH HUYỆN
QUANG BÌNH, TỈNH HÀ GIANG . 101
Bang 1 101
BANG TRI DO GIA SO TOA DO VA CAC CHI TIEU SAI SO 101
Bang 2 103
BANG SAI SO KHEP HINH . 103
Bang 3.1 . 106
BANG TRI DO, SO HIEU CHINH VA TRI BINH SAI GOC
PHUONG VI . 106
Bang 3.2 . 109
BANG TRI DO, SO HIEU CHINH VA TRI BINH SAI CANH 109
Bang 3.3 . 112
BANG TRI DO, SO HIEU CHINH VA TRI BINH SAI CHENH
CAO . 112
Bang 4 115
BANG TOA DO VUONG GOC KHONG GIAN SAU BINH SAI 115
Bang 5 118
BANG TOA DO TRAC DIA SAU BINH SAI 118
Bang 6 121
BANG THANH QUA TOA DO PHANG VA DO CAO BINH SAI 121
Bang 7 125
BANG CHIEU DAI CANH, PHUONG VI VA SAI SO TUONG HO125
KET QUA DANH GIA DO CHINH XAC 127
PHỤLỤC: TÀI LIỆU KỸTHUẬT CỦA MÁY GPS 9600 (1
TẦN) 128

1. MỞ ðẦU
1.1. Tính cấp thiết của ñềtài
ðất ñai là tài nguyên quốc gia vô cùng quý giá, là tưliệu sản xuất ñặc
biệt, là thành phần quan trọng hàng ñầu của môi trường sống, là ñịa bàn phân
bốcác khu dân cư, xây dựng các cơsởkinh tế, văn hóa, xã hội, an ninh quốc
phòng [11, tr. 5]. ðất ñai ngày càng có vai trò ñặc biệt quan trọng trong sự
phát triển nền kinh tế- xã hội của ñất nước, khi xã hội càng phát triển thì con
người ngày càng nhận thức ñược giá trịcủa ñất ñai và Nhà nước cũng càng
cần phải có biện pháp quản lý chặt chẽtài nguyên ñất ñai của quốc gia mình.
Hiến pháp Nước cộng hòa xã hội chủnghĩa Việt Nam quy ñịnh: “Nhà
nước thống nhất quản lý toàn bộ ñất ñai theo quy hoạch và pháp luật, ñảm bảo
sửdụng ñúng mục ñích và có hiệu quả” [10, tr. 202].
Từxa xưa, ông cha ta ñã biết dùng các công cụthô sơ ñể ño vẽlập bản
ñồphục vụcho công tác quản lý ñất ñai. Xã hội ngày càng phát triển cùng với
sựphát triển của khoa học công nghệ, con người ñã biết sửdụng máy móc,
thiết bịkỹthuật hiện ñại cho công tác xây dựng lưới khống chếtrắc ñịa các
cấp ñểphục vụcông tác thành lập bản ñồnhưmáy kinh vĩquang học, máy
toàn ñạc ñiện tử, công nghệGPS .
Ởnước ta, công nghệGPS (Global Positioning System – Hệthống ñịnh
vịtoàn cầu) ñã ñược ứng dụng một cách có hiệu quảtrong công tác trắc ñịa,
ñịa chính từ ñầu những năm 1990 và ngày càng ñược ứng dụng rộng rãi ñể
thành lập các loại lưới khống chếtrắc ñịa phục vụ ño vẽbản ñồ ñịa chính.
ðến nay, ñặc biệt công nghệGPS ñã ñược ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh
vực, trong ñó việc ứng dụng công nghệGPS cho công tác xây dựng lưới ñịa
chính phục vụviệc thành lập bản ñồ ñịa chính ñã thểhiện sựvượt trội vềmọi
mặt kinh tế, kỹthuật, khoa học công nghệso với phương pháp ño ñạc truyền
thống bởi các tính năng ưu việt của nó nhưcó thểxác ñịnh tọa ñộcủa các
ñiểm từ ñiểm gốc khác mà không cần thông hướng, tính tự ñộng hóa trong ño
ñạc và xửlý kết quả ño, ñộchính xác cao, ñơn giản tiện lợi, tiết kiệm thời
gian, chi phí thấp, có thểthực hiện trong mọi ñiều kiện ñịa hình và ñặc biệt là
ởvùng ñồi núi có ñịa hình phức tạp, cây cối rậm rạp mà không cần tầm nhìn
thông hướng giữa các ñiểm ño.
Huyện Quang Bình, tỉnh Hà Giang ñược thành lập theo Nghị ñịnh
146/2003/Nð-CP của Chính phủtrên cơsởchia tách 13 xã từhuyện Bắc
Quang và xáp nhập 02 xã thuộc huyện Hoàng Su Phì và Xín Mần có tổng diện
tích tựnhiên toàn huyện là 79.188 ha. Với sựphát triển kinh tế- xã hội của
huyện ngày càng nhanh chóng, do tác ñộng của quá trình quy hoạch, xây
dựng trung tâm huyện lỵ, mặt bằng ñất ñai ñã biến ñộng nhiều. Mặt khác, hệ
thống bản ñồgiải thửa, bản ñồ ñịa chính trước ñây vừa thiếu, lại ño ñạc ñã
lâu, công nghệcũ, không ñồng bộvà không ñược chỉnh lý biến ñộng nên
thiếu ñộchính xác. Vì vậy, việc xây dựng hệthống lưới ñịa chính ñểthành lập
bản ñồ ñịa chính phục vụcho công tác quản lý ñất ñai ởhuyện Quang Bình là
một yêu cầu cấp thiết.
Trước nhu cầu thực tế ñó, ñược sựhướng dẫn của TS. ðàm Xuân
Hoàn, chúng tôi tiến hành nghiên cứu ñềtài: “Ứng dụng công nghệGPS xây
dựng lưới ñịa chính huyện Quang Bình, tỉnh Hà Giang”.
1.2. Mục ñích nghiên cứu
Mục ñích của ñềtài là ứng dụng công nghệGPS vào việc xây dựng
lưới ñịa chính huyện Quang Bình, tỉnh Hà Giang, khu vực miền núi phía Bắc
của TổQuốc.
1.3. Yêu cầu của ñềtài
Nắm ñược quy trình xây dựng lưới ñịa chính bằng công nghệGPS; ứng
dụng công nghệGPS trong việc thiết kế, ño ñạc, tính toán bình sai lưới ñịa
chính huyện Quang Bình, tỉnh Hà Giang thay thếcho phương pháp ño ñạc
truy ền thống và ñánh giá khảnăng ứng dụng của công nghệGPS trong việc
xây dựng lưới ñịa chính ởkhu vực miền núi phía Bắc của Tổquốc.
1.4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của ñềtài
Sửdụng công nghệGPS ñểxây dựng lưới ñịa chính thay thếcho các
phương pháp xây dựng lưới trắc ñịa truyền thống, trên cơsở ñó ñánh giá khả
năng ứng dụng của công nghệGPS trong việc xây dựng lưới ñịa chính tại khu
vực miền núi cực Bắc của Tổquốc.
Luận văn có thểlàm tài liệu tham khảo trong việc giảng dạy, chuyển
giao công nghệGPS trong chương trình ñào tạo bậc ñại học.

2. TỔNG QUAN CÁC VẤN ðỀNGHIÊN CỨU
2.1. Khái quát chung vềlưới khống chếtrắc ñịa
2.1.1. Khái niệm vềlưới khống chếtrắc ñịa
Lưới trắc ñịa là hệthống các ñiểm ñược ñánh dấu bằng các mốc bê
tông, liên kết với nhau theo m ột quy luật toán học nhất ñịnh; thông qua các trị
ño góc, chiều dài, góc phương vị, từmột ñiểm có tọa ñộcó thểtính ra tọa ñộ
các ñiểm khác trong lưới (qua quá trình xửlý toán học các kết quả ño).
Trong quá trình xây dựng, người ta chia lưới trắc ñịa thành 3 loại: Lưới
trắc ñịa Nhà nước, lưới trắc ñịa khu vực (lưới ñịa chính) và lưới ño vẽ.
Theo chức năng nhiệm vụlưới trắc ñịa ñược chia ra các loại: lưới toàn
cầu, lưới quốc gia, lưới ñịa phương và lưới chuyên dùng [7].
2.1.2. Vai trò của lưới trắc ñịa mặt bằng Nhà nước
Lưới trắc ñịa mặt bằng hạng cao nhà nước có vai trò và nhiệm vụsau:
Nghiên cứu chi tiết hình dáng kích thước, thểtrọng trường của trái ñất
và những thay ñổi của chúng theo thời gian.
Thiết lập hệtọa ñộthống nhất trên phạm vi toàn quốc nhằm thỏa mãn
các yêu cầu xây dựng kinh tếvà quốc phòng.
Lưới trắc ñịa các cấp làm cơsởxây dựng lưới khống chế ñể ño vẽcác
loại bản ñồ ñịa hình, ñịa chính các loại tỷlệtrong phạm vi Quốc gia; ñịnh
hướng cho các công tác nghiên cứu khoa học và kỹthuật vềtrái ñất như ñịa
chất, ñịa ñộng học, bảo vệtài nguyên và môi trường [7].
2.1.3. Các phương pháp xây dựng lưới trắc ñịa mặt bằng
2.1.3.1. Lưới tam giác ño góc
Lưới tam giác ño góc ñược xây dựng ñầu tiên trên thếgiới ởHà Lan
năm 1916 nửa ñầu thếkỷXX, hầu hết các nước ñều xây dựng lưới tọa ñộnhà
nước theo phương pháp này. ðồhình cơbản của lưới là hình tam giác, tứgiác
trắc ñịa và ña giác trung tâm.
Trong lưới tam giác ño góc, người ta ño tất cảcác góc do ñó có nhiều
trị ño thừa kiểm tra. ðộchính xác của lưới khá cao và ñồng ñều, hạn chếcủa
lưới ño góc là ñộchính xác các y ếu tốtrong lưới phụthuộc nhiều vào ñồhình
lưới, ñồng thời ñòi hỏi phải thông hướng ñến nhiều ñiểm khác, do ñó công
việc chọn ñiểm rất khó khăn và phải xây dựng cột tiêu với chi phí lớn (chiếm
70% kinh phí xây dựng lưới) [7].
2.1.3.2. Lưới tam giác ño cạnh
Do sựphát triển của các máy ño khoảng cách ñiện tửngười ta xây dựng
lưới tam giác ño cạnh. Trong lưới ño cạnh người ta ño tất cảcác cạnh, chỉ ño
nối phương vị ñủ ñểbình sai lưới. Lưới ño cạnh có các ưu ñiểm là ñộchính
xác ít phụthuộc vào ñồhình lưới, công tác ngoại nghiệp nhanh và ít chịu ảnh
hưởng của ñiều kiện ngoại cảnh hơn lưới ño góc. Hạn chếcủa lưới ño cạnh là
ít trị ño thừa, không có ñiều kiện kiểm tra trị ño ởthực ñịa. Trong một tam
giác ño 3 cạnh chỉlà trị ño vừa ñủ, do ñó khi xây dựng lưới ño cạnh ñồhình
cơbản là tứgiác trắc ñịa và ña giác trung tâm [7].
2.1.3.3. Lưới ñường chuyền
Lưới ñường chuyền gồm các ñiểm nối với nhau tạo thành các ñường
gấp khúc. ðo tất cảcác góc ngoặt và các cạnh trong lưới từ ñó tính tọa ñộcho
tất cảcác ñiểm.
Lưới ñường chuyền bao gồm nhiều ñường chuyền liên kết với nhau tạo
thành các ñiểm nút. Lưới ñường chuyền có ưu ñiểm là dễchọn ñiểm, ñộlớn
của góc ngoặt có thểthay ñổi không hạn chếcho nên ñồhình lưới bốtrí rất
linh hoạt. Hạn chếcủa lưới ñường chuyền là có ít trị ño thừa, kết cấu hình học
không chặt chẽbằng lưới ño góc.
2.1.3.4. Lưới trắc ñịa vệtinh
Các phương pháp xây dựng lưới nêu trên có nhược ñiểm là phải thông
hướng giữa các ñiểm liền kề. Do ảnh hưởng của chiết quang và ñộcong trái
ñất nên không xây dựng lưới cạnh dài.
ðểxây dựng lưới cạnh dài hoặc nối các lưới ởxa nhau có ñộchính xác

TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. PGS. TS. ðỗNgọc ðường, PGS. TS. ðặng Nam Chinh (2003), Bài
Giảng Công nghệGPS,Trường ðại học Mỏ- ðịa chất, Hà Nội.
[2]. TS. Trần Bạch Giang (1995), “Ứng dụng công nghệGPS trong xây dựng
các mạng lưới trắc ñịa ởViệt Nam” Tạp chí Trắc ñịa bản ñồ, 1 (1), tr. 11-20.
[3]. TS. Trần Bạch Giang (2003), “Về ñồhình lưới trắc ñịa ño bằng công
nghệGPS” ðặc san Khoa học và công nghệ ñịa chính, 2 (2), tr. 11-18.
[4]. GS. TS. Phạm Hoàng Lân (1996), Bài giảng Công nghệGPS dùng cho
lớp cao học ngành trắc ñịa (1996), Trường ðại học Mỏ- ðịa chất, Hà Nội.
[5]. TS. Trần ðình Lữ(2003), “VềhệGPS và hệGLONASS”, ðặc san Khoa
học và Công nghệ ðịa chính, 1 (1), tr. 28-30.
[6]. TS. Trần Hồng Quang (2001), “Lưới GPS ñộng - lợi ích và khảnăng xây
dựng ởnước ta phục vụcông tác ñịa chính” Tạp chí ðịa chính, 5(5), tr.22-24.
[7]. PGS. TS. Nguyễn Khắc Thời, TS. ðàm Xuân Hoàn, TS. Lê Minh Tá
(2009), Bài giảng Trắc ñịa nâng cao dành cho học viên cao học, Trường ðại
học Nông nghiệp Hà Nội.
[8]. BộTài nguyên và Môi trường (2008), Quy phạm thành lập bản ñồ ñịa
chính tỷlệ1:200, 1:500, 1:1000, 1:2000, 1:5000 và 1:10000,Hà Nội.
[9]. Cục Thống kê tỉnh Hà Giang (2010), Niên giám thống kê năm 2009, Hà
Giang.
[10]. Hiến pháp nước Cộng hòa xã hội chủnghĩa Việt Nam năm 1992 (2002),
NXB Thành phốHồChí Minh, TP. HồChí Minh.
[11]. Luật ðất ñai năm 1993, NXB Chính trịquốc gia, Hà Nội-1993.
[12]. Tổng cục ðịa chính (2001), Thông tưsố973/2001/TT-TCðC ngày 20
tháng 6 năm 2001 “Hướng dẫn áp dụng Hệquy chiếu và Hệtọa ñộQuốc gia
VN-2000”.
[13]. BộTài nguyên và Môi trường (2011), Thông tưsố21/TT-BTNMT ngày
20 tháng 6 năm 2011 “Sửa ñổi, bổsung một sốnội dung của Quy phạm thành
lập bản ñồ ñịa chính tỷlệ1:200, 1:500, 1:1000, 1:2000, 1:5000 và 1:10000
ban hành kèm theo Quyết ñịnh số08/2008/Qð-BTNMT ngày 10 tháng 11
năm 2008 của Bộtrưởng BộTài nguyên và Môi trường”.
[14]. Bách khoa toàn thưmởWikipedia, Hệthống ñịnh vịtoàn cầu,
http://www.vi.wikipedia.org/wiki.
[15]. Cấu trúc và nguyên lý hoạt ñộng của hệthống GPS,
http://www.tracdiabinhan.com/modules.php.
[16]. Giới thiệu khái quát vềhệthống vệtinh dẫn ñường toàn cầu,
http://www.vinavigation.net/vn.
[17]. Mỹcảnh giác với hệthống ñịnh vịvệtinh “Bắc ðẩu” của Trung Quốc,
http://www.congan.com.vn.
[18]. Nguy ễn ðức Hùng (2006), Lịch sửhệthống ñịnh vịtoàn cầu
http://www.vietsciences.free.fr.
[19]. Cuộc ñua hệthống ñịnh vịtoàn cầu ñã mởmàn (2009),
http://www.diahai.com.vn/index.
[20]. Cục ðo ñạc và bản ñồ- BộTài nguyên và Môi trường (2007), “Hướng
dẫn sửdụng phần mềm GPSurvey 2.35”.
[21]. Cục ðo ñạc và bản ñồ- BộTài nguyên và Môi trường (2007), “Tài liệu
hướng dẫn sửdụng công nghệDGPS”.
[22]. Các loại thiết bịthu GPS, www.humg.net(Trường ñại học Mỏ- ðịa
chất).