Tài liệu Bình sai kết hợp các trị đo véc tơ cạnh gps với các trị đo mặt đất trong hệ tọa độ vuông góc không gian

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ BÌNH SAI KẾT HỢP CÁC TRỊ ĐO VÉC TƠ CẠNH GPS VỚI CÁC TRỊ ĐO MẶT ĐẤT TRONG HỆ TỌA ĐỘ VUÔNG GÓC KHÔNG GIAN CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT TRẮC ĐỊA - BẢN ĐỒ NGUYỄN XUÂN ANH MINH HÀ NỘI, NĂM 2017 BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ BÌNH SAI KẾT HỢP CÁC TRỊ ĐO VÉC TƠ CẠNH GPS VỚI CÁC TRỊ ĐO MẶT ĐẤT TRONG HỆ TỌA ĐỘ VUÔNG GÓC KHÔNG GIAN NGUYỄN XUÂN ANH MINH CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT TRẮC ĐỊA - BẢN ĐỒ MÃ SỐ: 60520503 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS. TS. ĐẶNG NAM CHINH HÀ NỘI, NĂM 2017 CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI Cán bộ hướng dẫn chính: PGS. TS. Đặng Nam Chinh Cán bộ chấm phản biện 1: PGS. TS. Vi Quốc Hải Cán bộ chấm phản biện 2: TS. Bùi Thị Hồng Thắm Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại: HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI Ngày........tháng.......năm 201 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài này là do chính tôi thực hiện, các số liệu thu thập và kết quả phân tích trong đề tài là trung thực, đề tài không trùng với bất kỳ đề tài nghiên cứu khoa học nào. Những thông tin tham khảo trong khóa luận đều được trích dẫn cụ thể nguồn sử dụng. Hà Nội, ngày tháng năm 201 TÁC GIẢ LUẬN VĂN Nguyễn Xuân Anh Minh iv LỜI CẢM ƠN Để hoàn thiện được bản luận văn này, tác giả xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy giáo PGS.TS Đặng Nam Chinh đã tận tình hướng dẫn, bảo ban, chỉ dẫn, giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình thực hiện luận án này. Tác giả xin chân thành gửi lời cảm ơn tới các thầy, cô giáo trong khoa Trắc Địa – Bản Đồ Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội cùng toàn thể bạn bè đã đóng góp ý kiến quý báu để có thể thực hiện đầy đủ, hoàn thiện hơn bản luận văn này. Tác giả xin chân thành cảm ơn! v MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................... i LỜI CẢM ƠN .............................................................................................................ii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ........................................ viii DANH MỤC CÁC BẢNG ..........................................................................................ix DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ..................................................................... x THÔNG TIN LUẬN VĂN..........................................................................................xi LỜI MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU.................................... 5 1.1. Các phương pháp thành lập lưới trắc địa ................................................... 5 1.1.1 Nhóm các phương pháp đo mặt đất ................................................................ 6 1.1.2. Phương pháp đo GPS .......................................................................................... 7 1.1.3. Kết hợp giữa phương pháp đo GPS và phương pháp đo mặt đất ................... 8 1.2. Tổng quan về ứng dụng công nghệ GPS trong xây dựng lưới trắc địa...... 9 1.2.1. Ứng dụng công nghệ GPS trong xây dựng lưới trắc địa ở nước ngoài .. 9 1.2.2. Ứng dụng công nghệ GPS trong xây dựng lưới trắc địa ở Việt Nam ...11 1.3. Tổng quan về xử lí số liệu GPS kết hợp trị đo mặt đất ............................ 15 1.3.1. Xử lí số liệu GPS kết hợp trị đo mặt đất trong trắc địa ở nước ngoài...........15 1.3.2. Xử lí số liệu GPS kết hợp trị đo mặt đất trong trắc địa ở Việt Nam....18 CHƯƠNG 2: HỆ QUY CHIẾU TRẮC ĐỊA VÀ SỬ DỤNG HỆ TỌA ĐỘ TRONG TÍNH TOÁN BÌNH SAI.............................................................................21 2.1. Các hệ quy chiếu trắc địa và vai trò của chúng trong tính toán bình sai . 21 2.1.1. Khái quát chung .................................................................................................21 2.1.2. Các hệ quy chiếu đã và đang sử dụng ở Việt Nam ........................................22 2.2. Các hệ tọa độ và vấn đề tính đổi tọa độ trong một hệ quy chiếu ............ 24 2.2.1. Tính đổi toạ độ Trắc địa B, L, H và tọa độ địa tâm X, Y, Z .........................24 2.2.2. Tính đổi toạ độ địa tâm và địa diện..................................................................26 2.2.3. Tính đổi giữa toạ độ trắc địa và tọa độ vuông góc phẳng ..............................28 2.2.4. Tính đổi toạ độ qua múi ....................................................................................32 2.3. Tính chuyển tọa độ giữa các hệ quy chiếu ............................................... 32 vi 2.3.1. Công thức tính chuyển tọa độ 7 tham số .........................................................32 2.3.2. Xác định 7 tham số tính chuyển tọa độ ...........................................................34 2.3.3. Mối quan hệ giữa các tham số tính chuyển tọa độ liên quan đến 3 hệ quy chiếu......................................................................................................................36 2.4. Các loại trị đo trắc địa và lựa chọn hệ tọa độ cho bài toán bình sai ........ 38 2.4.1. Các loại trị đo trong trắc địa .............................................................................38 2.4.2. Lựa chọn hệ tọa độ cho bài toán bình sai ........................................................39 2.5. Quy chuyển trị đo trước bình sai ................................................................ 40 2.5.2. Quy chuyển khoảng cách nghiêng đo bằng TĐ ĐT về tâm mốc trắc địa ...43 2.5.3. Quy chuyển góc ngang .....................................................................................47 CHƯƠNG 3: BÌNH SAI LƯỚI GPS VÀ BÌNH SAI GPS KẾT HỢP .................49 CÁC TRỊ ĐO MẶT ĐẤT ...........................................................................................49 3.1. Véc tơ cạnh GPS và các đặc trưng của véc tơ cạnh ................................. 49 3.1.1. Véc tơ cạnh GPS .............................................................................................49 3.1.2. Các đặc trưng của véc tơ cạnh.........................................................................50 3.2. Các phương trình số hiệu chỉnh trị đo véc tơ cạnh GPS trọng hệ tọa độ vuông góc không gian địa tâm ........................................................................ 52 3.3. Bình sai các đại lượng tương quan theo nguyên lý số bình phương nhỏ nhất .......................................................................................................... 54 3.3.1. Khái niệm chung................................................................................................54 3.3.2. Thuật toán bình sai gián tiếp lưới GNSS trong hệ toạ độ địa tâm ................55 3.4. Các phương trình số hiệu chỉnh trị đo mặt đất trong hệ vuông góc không gian địa tâm ..................................................................................................... 63 3.4.1. Mối liên hệ giữa các hệ tọa độ..........................................................................64 3.4.2. Mối quan hệ vi phân ..........................................................................................68 3.4.3. Các phương trình số hiệu chỉnh trị đo mặt đất ................................................70 3.5. Vấn đề bình sai lưới GPS kết hợp các trị đo mặt đất. .............................. 72 3.5.1. Khái quát chung .................................................................................................72 3.5.2. Các ký hiệu .........................................................................................................73 3.5.3. Các bước bình sai lưới GPS kết hợp các trị đo góc - cạnh ............................73 vii CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN THỰC NGHIỆM BÌNH SAI LƯỚI GPS ................78 KẾT HỢP TRỊ ĐO MẶT ĐẤT TRONG HỆ WGS-84 ..........................................78 4.1. Giới thiệu số liệu thực nghiệm và nội dung tính toán .............................. 78 4.1.1. Khái quát về khu kinh tế Dung Quất ...............................................................78 4.1.2. Mạng lưới trắc địa công trình khu công nghiệp Dung Quất ...................81 4.2. Chương trình máy tính bình sai lưới GPS kết hợp các trị đo góc-cạnh trong hệ tọa độ địa tâm X, Y, Z ...................................................................... 86 4.2.1. Cấu trúc và ngôn ngữ lập trình .........................................................................86 4.2.2. Các phương án bình sai lưới thực nghiệm .................................................87 4.2.3. Khuôn dạng số liệu đầu vào của chương trình ...............................................88 4.3. Kết quả tính toán bình sai lưới thực nghiệm theo các phương án ........... 96 4.4. So sánh và phân tích các kết quả tính toán thực nghiệm ......................... 97 4.4.1. So sánh phương án 1 với phương án 2 ............................................................97 4.4.2. So sánh phương án 1 với phương án 3 ..........................................................100 4.4.3. So sánh phương án 1 với phương án chỉ sử dụng trị đo GPS .....................103 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ..................................................................................107 TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................109 PHỤ LỤC viii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT STT Chữ viết tắt Tiếng Anh Ý nghĩa Global Positioning System Hệ thống định vị toàn cầu Global Navigation Hệ thống vệ tinh Satellite Systems dẫn đường toàn cầu 1 GPS 2 GNSS 3 Hệ địa tâm 4 Hệ địa diện 5 IGS 6 ITRF 7 NMXM Nhà máy xi măng 8 KCN Khu công nghiệp 9 TĐĐT Toàn đạc điện tử 10 SSTPĐVTS 11 SSTP 12 UTM Universal Transverse Mercator 13 VLBI Very long baseline interferometry Đoạn giao thoa cơ bản rất dài 14 WGS-84 World Geodetic System 84 Hệ thống trắc địa thế giới năm 1984 15 TĐCT Trắc địa công trình Trắc địa công trình Hệ tọa độ vuông góc không gian địa tâm Hệ tọa độ vuông góc không gian địa diện chân trời The International GNSS Service The International Terrestrial Reference Frame Dịch vụ GNSS Quốc tế Hệ quy chiếu trắc địa Quốc tế Sai số trung phương đơn vị trọng số Sai số trung phương Phép chiếu hình trụ ngang đồng góc ix DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1. Bảng so sánh các phương pháp thành lập lưới Trắc địa ................ 5 Bảng 2.1. Giá trị K theo một số giá trị của t và ZA như sau: .......................... 46 Bảng 4.1. Thống kê chỉ tiêu kỹ thuật các véc tơ cạnh GPS sau xử lý. ........... 83 Bảng 4.2. Giá trị các góc đo............................................................................ 85 Bảng 4.3. Giá trị các cạnh đo .......................................................................... 85 Bảng 4.4. So sánh tọa độ x, y, H và sai số trung phương mx, my, mH. ......... 97 Bảng 4.5. So sánh sai số phương vị và sai số tương đối cạnh ........................ 98 Bảng 4.6. So sánh tọa độ x, y, H và sai số trung phương mx, my, mH. ....... 100 Bảng 4.7. So sánh sai số phương vị và sai số tương đối cạnh ...................... 101 Bảng 4.8. So sánh tọa độ x, y, H và sai số trung phương mx, my, mH ........ 103 Bảng 4.9. So sánh sai số phương vị và sai số tương đối cạnh ...................... 104 Bảng 4.10. So sánh các tỷ số K giữa các phương án bình sai....................... 106 x DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1. So sánh sai số đo chiều dài bằng GPS và TĐĐT .............................. 8 Hình 1.2. Quan trắc đập Altynkay…….... ........................................................ 9 Hình 1.3. Quan trắc cầu Wilford………... ..................................................... 11 Hình 1.4. Mốc theo dõi chuyển dịch NMXM Cẩm Phả................................. 14 Hình 2.1. Tính chuyển tọa độ X, Y, Z. ........................................................... 33 Hình 2.2. Hệ toạ độ vuông góc không gian địa tâm ....................................... 39 Hình 2.3. Chiều cao ăng ten máy thu tại các trạm đo M1, M2. ........................ 41 Hình 2.4. Trường hợp l > i ............................................................................. 44 Hình 2.5. Trường hợp l < i .............................................................................. 45 Hình 3.1. Hệ địa tâm (X,Y,Z) và hệ địa diện (N,E,U) .................................... 60 Hình 3.2. Tọa độ trắc địa B,L,H và tọa độ vuông góc địa tâm X,Y,Z ............ 64 Hình 3.3. Hệ địa tâm và hệ diện chân trời ...................................................... 66 Hình 3.4. Mối liên hệ trị đo A, E, S trong hệ địa diện chân trời..................... 66 Hình 4.1. Vị trí khu kinh tế Dung Quất và nhà máy lọc dầu số 1. ................. 78 Hình 4.2. Bản đồ quy hoạch khu kinh tế Dung Quất-103km2....................... 80 Hình 4.3. Nhà máy lọc dầu Dung Quất. ......................................................... 81 Hình 4.4. Sơ đồ mạng lưới GPS khu công nghiệp Dung Quất (2001)........... 82 xi THÔNG TIN LUẬN VĂN Họ và tên học viên: Nguyễn Xuân Anh Minh Lớp: CH1TĐ Khóa: 1 Cán bộ hướng dẫn: PGS. TS. Đặng Nam Chinh Tên đề tài: Bình sai kết hợp các trị đo véc tơ cạnh GPS với các trị đo mặt đất trong hệ tọa độ vuông góc không gian. Luận văn trình bày cách thực hiện được bình sai kết hợp các trị đo véc tơ cạnh GPS với các trị đo mặt đất (góc - cạnh) trong hệ tọa độ vuông góc không gian địa tâm. Nghiên cứu ảnh hưởng của các giá trị hiệp phương sai trong tính toán trọng số khi bình sai kết hợp GPS và góc - cạnh. Đánh giá ảnh hưởng của các trị đo mặt đất bổ sung đến độ chính xác của mạng lưới GPS. Kết quả nghiên cứu sẽ là những đề xuất góp phần hoàn thiện các quy định kỹ thuật trong công tác lựa chọn hệ tọa độ cũng như phương pháp xử lý số liệu trong công tác trắc địa ở Việt Nam. 1 LỜI MỞ ĐẦU 1. Cơ sở khoa học và tính thực tiễn của đề tài a. Cơ sở khoa học Đặt cơ sở cho việc bình sai kết hợp giữa trị đo GPS với trị đo mặt đất trong hệ tọa độ vuông góc không gian áp dụng cho các mạng lưới Trắc địa yêu cầu độ chính xác cao. Đề xuất sử dụng hệ tọa độ vuông góc không gian địa tâm làm hệ tọa độ cơ sở để bình sai lưới không gian (3D). Hệ tọa độ quốc tế WGS-84 hay hệ tọa độ quốc gia VN-2000 của Việt Nam đều xác định trong hệ không gian địa tâm (3D). Bảy tham số chuyển đổi tọa độ không gian X, Y, Z giữa WGS-84 và VN2000 cũng đã được công bố (2007). Từ tọa độ X, Y, Z sau bình sai của các điểm lưới sẽ được tính đổi về tọa độ trắc địa (B, L, H), từ đó dễ dàng xác định được tọa độ vuông góc phẳng (x, y) theo phép chiếu hình trụ ngang đồng góc UTM vẫn thường sử dụng trong công tác Trắc địa ở nước ta. Lý thuyết và thuật toán bình sai kết hợp GPS và trị đo mặt đất đã được trình bày trong một số tài liệu trong và ngoài nước. Trong tài liệu GPS Satellite Surveying - Orono-Maine, Alfred Leick đã trình bày khái lược thuật toán bình sai lưới GPS và trị đo mặt đất trong hệ tọa độ không gian, tuy nhiên trong đó không có ví dụ tính toán minh họa. Một số phần mềm khác của các công ty viết phần mềm nước ngoài như STAR*NET của Microsurvey (Canada), MOVE-3 của hạng GRONTMIJ (Hà Lan) hay phần mềm COLUMBUS của Công ty BEST FIT Computing (Hoa Kỳ),… cho phép bình sai lưới GNSS, còn việc bình sai kết hợp GNSS với trị đo mặt đất không được nói tới. Trong nước, có một số luận văn thạc sĩ đã nghiên cứu bình sai kết hợp GPS với trị đo mặt đất như luận văn của Dương Thành Trung, Lã Phú Hiến, Lưu Anh Tuấn,… Tuy nhiên, các luận văn này cũng chỉ giải quyết về phương 2 pháp mà chưa đi sâu giải quyết quan hệ trọng số của các loại trị đo khác loại và sản phầm phần mềm cũng chưa phổ biến. Năm 2014, NCS Lê Văn Hùng đã hoàn thành luận án tiến sĩ với đề tài “ Nghiên cứu bình sai kết hợp trị đo GPS và trị đo mặt đất trong hệ tọa độ vuông góc không gian địa diện chân trời áp dụng cho các mạng lưới trắc địa công trình”, tuy nhiên luận án chỉ mới giải quyết thuật toán cho lưới GPS cạnh ngắn và bình sai kết hợp trong hệ địa diện chân trời. Hiện nay các phần mềm xử lý số liệu lưới GPS (hay GNSS) chủ yếu là phần mềm nhập ngoại. Các hãng chế tạo máy thu GPS thường bán phần mềm cùng với máy thu với giá tiền không ít. Giao diện các phần mềm thường là tiếng Anh, chưa được Việt hóa. Các Modul bình sai lưới GPS có thể cho phép bình sai kết hợp trị đo GPS với trị đo mặt đất như phần mềm GPSurvey 2.35, TGO của hãng Trimble... Tuy nhiên, các phần mềm này hiện nay đã không còn được phép sử dụng ở Việt Nam. Một số phần mềm khác thay thế các phần mềm trên lại không có hoặc không dễ dàng khai thác chức năng bình sai kết hợp GPS và trị đo mặt đất. Chính vì thế, việc nghiên cứu cơ sở lý thuyết làm nền tảng cho việc xây dựng chương trình máy tính bình sai lưới GPS nói chung hay bình sai GPS kết hợp trị đo mặt đất nói riêng là cần thiết. Các phần mềm này được coi là phần xử lý tiếp theo cho các phần mềm xử lý véc tơ cạnh trong định vị tương đối, vốn khá phổ biến ở nước ta. Ưu điểm của phần mềm bình sai tự xây dựng này là kết quả sẽ xuất ra các bảng biểu được giải thích bằng tiếng Việt, tiện cho người sử dụng và phù hợp với khuôn dạng quy định của Cục Đo đạc và Bản đồ Việt nam. b. Tính thực tiễn Lựa chọn hệ tọa độ có thể sử dụng trong giới hạn nhất định để làm hệ tọa độ cơ sở cho công tác trắc địa cùng với nghiên cứu thuật toán và xây dựng 3 quy trình bình sai lưới GPS có sử dụng thêm các trị đo mặt đất là hết sức cần thiết trong điều kiện chúng ta chưa chủ động xây dựng được phần mềm xử lý số liệu GPS. Kết quả nghiên cứu sẽ là những đề xuất góp phần hoàn thiện các quy định kỹ thuật trong công tác lựa chọn hệ tọa độ cũng như phương pháp xử lý số liệu trong công tác trắc địa ở Việt Nam. 2. Mục tiêu của đề tài Thực hiện được bình sai kết hợp các trị đo véc tơ cạnh GPS với các trị đo mặt đất (góc - cạnh) trong hệ tọa độ vuông góc không gian địa tâm. Nghiên cứu ảnh hưởng của các giá trị hiệp phương sai trong tính toán trọng số khi bình sai kết hợp GPS và góc - cạnh. Đánh giá ảnh hưởng của các trị đo mặt đất bổ sung đến độ chính xác của mạng lưới GPS. 3. Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp thống kê: Thu thập, tổng hợp, xử lý các số liệu liên quan. - Phương pháp phân tích: Sử dụng các phương tiện và các tiện ích, phân tích có logic các tư liệu, số liệu làm cơ sở để giải quyết các vấn đề đặt ra. - Phương pháp so sánh: Tổng hợp kết quả, so sánh đánh giá và đưa ra các kết luận về các vấn đề đặt ra. - Phương pháp tổng hợp: Tập hợp các kết quả nghiên cứu, đánh giá kiểm chứng độ xác thực của các công thức và quy trình đưa ra. - Phương pháp ứng dụng công nghệ thông tin, hoàn thiện thuật toán và quy trình bình sai phục vụ cho xây dựng chương trình máy tính. 4. Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu tổng quan công nghệ GPS và các trị đo mặt đất để thành lập lưới khống chế trắc địa. - Nghiên cứu hệ tọa độ vuông góc không gian, tính đổi tọa độ giữa hệ tọa độ vuông góc không gian với hệ tọa độ trắc địa và hệ tọa độ vuông góc phẳng theo phép chiếu UTM. 4 - Vấn đề tính trọng số trị đo tương quan trong bình sai lưới GPS. - Nghiên cứu về bình sai lưới GPS trong hệ tọa độ vuông góc không gian địa tâm (X, Y, Z). - Nghiên cứu về bình sai kết hợp GPS với các trị đo mặt đất (góc, cạnh) trong hệ tọa độ vuông góc không gian địa tâm. Cách lập các phương trình trị đo góc ngang và trị đo khoảng cách nghiêng. - Vấn đề quy chuyển véc tơ cạnh GPS và khoảng cách nghiêng về tâm mốc trắc địa. Số cải chính quy chuyển góc ngang từ mặt đất lên Ellipssoid. - Nghiên cứu hoàn thiện thuật toán và quy trình bình sai phục vụ cho xây dựng chương trình máy tính để xử lý số liệu. 5 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Các phương pháp thành lập lưới trắc địa Lưới khống chế trắc địa thường được xây dựng theo các phương pháp truyền thống như phương pháp tam giác (đo góc, đo cạnh hoặc đo góc - cạnh), phương pháp đường chuyền (đa giác), phương pháp giao hội, phương pháp đo bằng GPS... Các thế hệ máy TĐĐT với các cấp độ chính xác khác nhau đang có mặt ở nước ta cho phép thành lập lưới trắc địa một cách thuận tiện và linh hoạt với độ chính xác cần thiết. Trong điều kiện hiện nay, có thể sử dụng 2 phương pháp chủ yếu để thành lập các mạng lưới trắc địa mặt bằng nói chung cũng như lưới trắc địa, đó là phương pháp sử dụng các trị đo mặt đất (truyền thống) và phương pháp vệ tinh (GNSS). Mỗi phương pháp đều có những ưu nhược điểm nhất định và đòi hỏi những điều kiện áp dụng khi đo đạc thành lập lưới. Bảng 1.1. Bảng so sánh các phương pháp thành lập lưới Trắc địa Phương Pháp Ưu điểm Nhược điểm Truyền Thống - Phù hợp với điều kiện, hoàn cảnh của nước ta thời điểm trước - Có nhiều trị đo Không Gian - Thời gian thi công nhanh - Ít phụ thuộc vào thời tiết - Không cần thông hướng trên cạnh đo - Không cần dựng cột tiêu - Có khả năng đo khoảng cách lớn - Đo được các đối tượng có độ chính xác cao - Tự động hóa cao - Thời gian đo đạc lâu - Các điểm đo đòi hỏi sự thông - Phụ thuộc nhiều vào thoáng trên bầu trời thời tiết - Thiết bị đo đạc đắt tiền - Cần thông hướng trên cạnh đo - Tốn kém chi phí xây dựng cột tiêu - Khoảng cách đo ngắn - Không có khả năng tự động hóa - Quy trình phức tạp 6 1.1.1 Nhóm các phương pháp đo mặt đất a . Lưới tam giác đo góc Trước khi có sự xuất hiện của các máy đo dài điện quang thì phương pháp lưới tam giác đo góc vẫn là phương pháp chủ yếu áp dụng để lập lưới khống chế trắc địa mặt bằng nói chung. Nhưng ngày nay, phương pháp này ít được sử dụng trong sản xuất. b. Lưới tam giác đo cạnh Việc áp dụng các máy đo dài điện quang đã mở ra một khả năng xây dựng lưới khống chế trắc địa bằng phương pháp lưới tam giác đo cạnh. Ảnh hưởng của chiết quang ngang có thể được làm giảm một cách rõ rệt, thậm chí có thể được loại trừ bằng cách thay thế lưới tam giác đo góc bằng lưới tam giác đo toàn cạnh. Tuy nhiên, nhược điểm của phương pháp tam giác đo cạnh là có ít trị đo dư. c. Lưới tam giác đo góc cạnh kết hợp Để khắc phục những nhược điểm của hai phương pháp lưới tam giác đo góc và lưới tam giác đo cạnh thì cách tốt nhất là sử dụng các máy TĐĐT để đo lưới theo phương pháp đo góc cạnh kết hợp. d. Lưới đường chuyền Trong phương pháp này, người ta đo trực tiếp chiều dài các cạnh và các góc ngoặt, rồi dựa vào phương vị gốc và toạ độ gốc để tính ra toạ độ các điểm còn lại. Đối với lưới đường chuyền việc chọn điểm và phát triển lưới trong khu vực đông dân cư hay thành phố là rất dễ dàng. e. Nhận xét Trong những năm vừa qua, để thành lập các mạng lưới trắc địa, chúng ta vẫn chủ yếu sử dụng các loại máy TĐĐT. Nhiều thế hệ máy TĐĐT với các cấp độ chính xác khác nhau đang có mặt trên thị trường Việt Nam cho phép đo đạc lưới nhanh, đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật cần thiết, rất tiện lợi ở những vùng địa hình có tầm thông hướng mặt đất tốt. Khả năng thực hiện 2 loại trị 7 đo góc và cạnh ngay trên cùng một phương tiện và trên cùng một trạm máy đã cho phép nâng cao độ tin cậy cũng như độ chính xác của mạng lưới. Tuy nhiên, đối với những khu vực có địa hình phức tạp, tầm thông hướng mặt đất kém thì phương pháp này tỏ ra kém hiệu quả. Một hạn chế nữa khi áp dụng phương pháp đo mặt đất là phải chọn thời tiết và thời gian đo thích hợp để tránh ảnh hưởng của các yếu tố thời tiết và khí tượng tới các kết quả đo. Hệ quả là phải kéo dài thời gian đo lưới, ảnh hưởng tới tiến độ thi công cũng như tiến trình quan trắc. 1.1.2. Phương pháp đo GPS Phương pháp đo GPS (với kỹ thuật đo tương đối tĩnh để thành lập lưới khống chế) sử dụng tín hiệu thu được từ các vệ tinh trong hệ thống định vị toàn cầu GPS. Kết quả là xác định được các véc tơ cạnh (baselines) trong hệ tọa độ trắc địa quốc tế WGS-84. Độ chính xác đo cạnh bằng GPS với các tham số độ chính xác a, b phổ biến với các máy thu GPS hiện nay là: a = 5mm và b = 1ppm (1 phần triệu chiều dài cạnh). Nếu so sánh với độ chính xác đo chiều dài cạnh bằng máy TĐĐT phổ biến hiện nay là a = 3mm và b = 2ppm, thì có thể thấy công nghệ GPS có ưu thế ở khoảng cách dài, còn ở khoảng cách ngắn, máy TĐĐT có ưu thế hơn, tuy nhiên để đo bằng TĐĐT thì cần phải thông hướng. Dựa vào các tham số a, b đặc trưng nêu trên của máy GPS và TĐĐT, tiến hành vẽ đồ thị (hình 1.1) để so sánh một cách trực quan giữa độ chính xác đo chiều dài cạnh bằng GPS (mD-GPS) và độ chính xác đo cạnh bằng TĐĐT (mD-TD). Theo đồ thị trên có thể thấy rằng, ở khoảng cách D < 2,3 km thì sai số đo cạnh bằng GPS lớn hơn sai số đo bằng TĐĐT [2]. Ưu điểm nổi bật của công nghệ GPS là không đòi hỏi sự thông hướng mặt đất giữa các điểm đo cũng như ít chịu ảnh hưởng của các điều kiện thời tiết và khí hậu. Vì vậy, nó có thể được áp dụng một cách hiệu quả ở những khu vực có tầm thông hướng mặt đất kém. 8 Hình 1.1. So sánh sai số đo chiều dài bằng GPS và TĐĐT Nhược điểm của phương pháp này là đòi hỏi sự thông thoáng bầu trời tại các điểm đặt máy thu GPS. Vì vậy, nó không thể áp dụng được ở những khu vực có độ che phủ lớn như khu đô thị nhiều nhà cao tầng hoặc trong rừng rậm có tán cây dày che phủ phía trên. Ngoài ra, phương pháp này còn chịu ảnh hưởng đáng kể của các nguồn gây nhiễu tín hiệu như các trạm phát sóng, các đường dây tải điện và các tín hiệu điện từ khác. 1.1.3. Kết hợp giữa phương pháp đo GPS và phương pháp đo mặt đất Đối với những lưới khống chế thường yêu cầu độ chính xác cao, lại có những yêu cầu riêng về thiết kế chọn điểm cũng như thời gian thi công lưới. Nếu chỉ áp dụng một phương pháp duy nhất để thành lập lưới (hoặc là chỉ đo mặt đất, hoặc là chỉ đo bằng công nghệ GPS) sẽ gặp phải những khó khăn vì phương pháp nào cũng đều có những nhược điểm và hạn chế nhất định. Đối với những trường hợp các điểm lưới có khả năng thông hướng với nhau, người ta thường đo thêm chiều dài cạnh hoặc góc ngang bằng TĐĐT và xử lý cùng với các trị đo GPS để nhận được một kết cấu lưới vững chắc, cho độ chính xác và độ tin cậy cao về vị trí tương hỗ giữa các điểm trong lưới. Ngoài ra có trường hợp, một số điểm trong lưới không thuận tiện cho đo GPS, trong trường hợp này cần đo thêm chiều dài cạnh và góc để xác định được tọa độ của các điểm đó. Có trường hợp cần kết nối