Tài liệu Giáo trình thực tập địa chính đại cương (trường đh công nghiệp quảng ninh)

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP QUẢNG NINH TS. BÙI NGỌC HÙNG GIÁO TRÌNH THỰC TẬP ĐỊA CHÍNH ĐẠI CƯƠNG DÙNG CHO SINH VIÊN BẬC ĐẠI HỌC (LƯU HÀNH NỘI BỘ) QUẢNG NINH – 2021 1 BÀI 1. GIỚI THIỆU NỘI DUNG THỰC TẬP 1.1. Phổ biến nội dung thực tập Thành lập bản đồ địa chính tỷ lệ 1/500, diện tích đo vẽ dự kiến 3ha. Thời gian thực tập môn học 15 tuần. (Theo đề cương chi tiết học phần) 1.2. Chuẩn bị máy móc, thiết bị - Máy đo (máy thuỷ bình, thước thép, mia, máy toàn đạc điện tử Leica TS 06 plus) - Máy GPS. - Cọc, tiêu, gương - Sổ đo (Sổ đo góc, đo chiều dài, đo độ cao) - Bảng vẽ, bút, compa, thước,…. - Máy tính xách tay - Phần mềm Dpsurvey 3.0 1.3. Khảo sát địa điểm thực tập Trên cơ sở bản đồ địa hình cần thành lập tiến hành khảo sát thực địa khu vực đo vẽ để phục vụ cho việc thiết kế lưới, chôn mốc và đo vẽ chi tiết bản đồ. 2 BÀI 2. THÀNH LẬP LƯỚI KHỐNG CHẾ BẰNG CÔNG NGHỆ GPS 2.1. Thiết kế lưới khống chế Định vị GPS chỉ có thể thực hiện được khi vị trí máy thu được đặt ở những vị trí thuận lợi cho thu tín hiệu từ vệ tinh GPS. Như đã phân tích ở các chương trước, tín hiệu GPS thuộc dải sóng radio cực ngắn, dễ bị che chắn, do vậy cần bảo đảm sự thông thoáng giữa vệ tinh và máy thu. Chọn điểm đo GPS liên quan đến vấn đề thiết kế lưới GPS, ngoài một số yêu cầu về mật độ điểm, về kết cấu hình học của mạng lưới, các điểm GPS cần phải bảo đảm một số yêu cầu riêng mang tính đặc thù của công nghệ GPS. Để thiết kế lưới GPS và chọn điểm phải có được các bản đồ địa hình từ tỷ lệ 1:10000 đến 1:100000. Ngoài ra cũng có thể sử dụng các bản đồ giao thông để phục vụ cho mục đích này. Tất cả các điểm đo dự kiến cần được triển vị trí lên bản đồ cùng với các điểm gốc đã biết. Trong các mạng lưới trắc địa truyền thống sử dụng các trị đo góc - cạnh, thì điều quan trọng khi chọn điểm là phải bảo đảm thông hướng giữa các điểm. Đối với lưới GPS yêu cầu thông hướng giữa một số cặp điểm chỉ cần thiết khi phát triển lưới cấp thấp hơn bằng phương pháp truyền thống. Người chọn điểm GPS phải lưu ý đến điều kiện thông thoáng lên bầu trời, có như vậy các máy thu tín hiệu từ vệ tinh không bị cản trở. Có nhiều nguồn sai số đã được loại bỏ hoặc giảm thiểu khi sử dụng trị đo pha sóng tải để thực hiện phép đo tương đối trong các mạng lưới GPS. Tuy vậy cũng có một số nguồn sai số thường làm giảm độ chính xác kết quả đo có liên quan đến vị trí đặt máy thu GPS, như sai số do các nguồn gây nhiễu tín hiệu, sai số đa đường dẫn vv...Chúng ta có thể xem xét một số nguồn sai số có thể ảnh hưởng đến kết quả đo GPS, và do đó ảnh hưởng đến chất lượng mạng lưới. Hiểu biết rõ về các ảnh hưởng này chúng ta sẽ vận dụng để chọn vị trí điểm đo thích hợp. Trong các nguồn sai số, thì sai số do đa đường dẫn là nguồn sai số chủ yếu đáng quan tâm đối với kết quả định vị GPS. Các tín hiệu đi từ vệ tinh đến máy thu có thể qua nhiều đường dẫn do hiện tượng phản xạ tín hiệu. Hiện tượng đa đường dẫn gây biến dạng tín hiệu điều biến C/A code, P Code và ảnh hưởng đến các trị đo pha sóng tải. Các tín hiệu đa đường dẫn có thời gian phát đi cùng nhau từ vệ tinh, song khi đến máy thu song khi đến máy thu sẽ bị thay đổi Code và pha do hiện tượng phản xạ khác nhau và phụ thuộc vào chiều dài đường truyền tín hiệu. Các tín hiệu đa đường dẫn bao giờ cũng đến máy thu chậm hơn so với tín hiệu đi theo đường thẳng do phải trải qua một quãng đường dài hơn, chính là đường đi của tín hiệu phản xạ. Tổng thể tín hiệu đến anten sẽ được máy thu xử lý. Mối quan hệ hình học giữa các vệ tinh với máy thu và vật phản xạ được lặp lại sau mỗi ngày sao, do đó hiện tượng đa đường dẫn cũng xuất hiện lặp lại vào các ngày liên tiếp nhau. Hiện tượng lặp lại này có thể sử dụng để phát hiện hiện tượng đa đường dẫn bằng cách phân tích các trị đo từ những ngày khác nhau. Sự tác động của tín hiệu đa đường dẫn đến trị đo khoảng cách giả và trị đo pha sóng tải tuỳ thuộc vào các yếu tố khác nhau như cường độ và độ chậm trễ của tín hiệu phản xạ khi so sánh với tín hiệu truyền thẳng, phụ thuộc vào đặc tính làm suy giảm tín hiệu phản xạ của anten và phụ thuộc vào sự tinh xảo của máy thu cùng kỹ thuật xử lý số liệu. 3 Thông thường, vật phản xạ cục bộ sẽ thể hiện rõ tín hiệu đa đường dẫn. Nói chung, hiện tượng đa đường dẫn tác động một cách ngẫu nhiên đối với tín hiệu tần số thấp và tần số cao. Các tín hiệu có thể bị phản xạ bởi vệ tinh (đa dường dẫn vệ tinh) và bởi các vật xung quanh máy thu (đa đường dẫn máy thu). Ảnh hưởng đa đường dẫn vệ tinh, rất có thể được loại bỏ trong hiệu pha bậc nhất của các trị đo đối với cạnh ngắn. Tín hiệu phản xạ thường bị suy yếu do vật phản xạ. Mức độ suy yếu này phụ thuộc vào chất liệu của vật phản xạ, phụ thuộc vào góc tới và góc tán xạ. Nói chung, các tín hiệu phản xạ với góc tới rất thấp, trên thực tế hầu như không bị suy yếu. Điều này đã giải thích tại sao các vệ tinh có góc cao thấp thường gây ra nhiễu đa đường dẫn có cường độ mạnh. Các đỉnh toà nhà xung quanh điểm đặt máy thu cũng là một môi trường gây nên hiện tượng đa đường dẫn đáng kể. Đối với một anten chuyển động trong phương pháp đo động, ảnh hưởng của đa đường dẫn thay đổi nhanh (liên tục) do sự thay đổi quan hệ hình học giữa anten và các vật phản xạ xung quanh. Một phần nhiễu đa đường dẫn có thể bị anten từ chối tiếp nhận do hình dạng của anten. Đáng lưu ý các nhiễu đa đường dẫn đến từ phía dưới máy thu. Dựa vào dạng của anten sử dụng ta phải lưu ý đến bề mặt đất phía dưới máy thu. Thông thường mặt dưới là bề mặt kim loại có dạng hình tròn hoặc hình vuông. Để giảm được nhiễu đa đường dẫn thì tốt nhất nó có cấu tạo dạng các hình xuyến ghép lại. Đó là các vòng kim loại nằm ngang với khoảng rộng cỡ 1,5 bước sóng tải. Bề mặt phản xạ Tín hiệu truyền thẳng Tín hiệu phản xạ Các đài phát sóng cũng gây nhiễu khi máy thu tín hiệu từ vệ tinh GPS. Nếu máy thu đặt quá gần các trạm phát sóng như đài phát thanh, truyền hình, rađa v.v...kết quả đo sẽ chịu ảnh hưởng của các nguồn tín hiệu đó. Các đường dây điện cao áp cũng gây ảnh hưởng đến tín hiệu vệ tinh trước khi vào máy thu nếu máy thu đặt ngay dưới các đường dây điện cao áp. Theo quy trình kỹ thuật đo GPS của Trung Quốc [ 11], máy thu nên đặt xa các đài phát sóng trên 200 m và xa đường tải điện cao áp trên 50 m. Nếu đặt máy thu GPS dưới các rặng cây hoặc dưới các tán cây, tín hiệu vệ tinh sẽ bị gián đoạn, đương nhiên sẽ ảnh hưởng đến độ chính xác của kết quả đo. 4 Qua những phân tích trên, chúng ta thấy rằng người làm công tác chọn điểm lưới GPS phải lưu ý tới những khả năng làm giảm chất lượng trị đo GPS do các nguồn sai số gây nên. Tốt nhất nên bố trí điểm đo sao cho góc mở lên bầu trời (dạng hình nón) không nhỏ hơn 1500 hoặc 1400. 1500 Máy thu GPS Khi chọn điểm cần tránh tạo thành các cạnh bị che chắn đối xứng. Trong những trường hợp này, khả năng quan sát cùng số vệ tinh là rất khó thực hiện và rất bất lợi cho giai đoạn xử lý số liệu. Khi thiết kế và chọn điểm GPS cần lưu ý tới 3 điều cơ bản sau : - Các vật cản xung quanh điểm đo có góc cao không quá 150 (hoặc có thể là 200) để tránh cản tín hiệu GPS. - Không quá gần các bề mặt phản xạ như cấu kiện kim loại, các hàng rào, mặt nước ..vv., vì chúng có thể gây hiện tượng đa đường dẫn. - Không quá gần các thiết bị điện (như trạm phát sóng, đường dây cao áp..) có thể gây nhiễu tín hiệu. Những điều nêu trên là những yêu cầu quan trọng nhất, ngoài ra còn lưu ý bố trí điểm gần các đường giao thông để dễ đi lại, rút ngắn thời gian đo đạc lưới. Thêm vào đó nên lưu ý bố trí điểm GPS ở những vị trí có nền đất ổn định và tránh khả năng nhầm lẫn mốc. Điểm GPS nên bố trí nơi thông thoáng lên thiên đỉnh và có nơi đỗ xe nếu cần thiết. Một lưới GPS xác định trong hệ toạ độ nhà nước, tốt nhất cần kết nối ít nhất với 3 điểm của lưới nhà nước. 2.2. Chôn mốc lưới khống chế Tùy từng cấp hạng của lưới GPS mà có những quy định về kích thước và cách thức chôn mốc phù hợp. 5 500 400 Hình 12. Thiên cầu 20 12 90 600 700 150 150 700 a. Dấu mốc GPS bằng sứ b. Dấu mốc GPS bằng sắt 150 600 Hình 1-2. Thiên cầu 200 200 300 600 c. Dấu mốc GPS cấp I, cấp II d. Dấu mốc GPS gắn vào núi đá 2.3. Thiết kế ca đo Thiết kế ca đo (session đo) là khâu quan trọng để thi công lưới đạt được các yêu cầu kinh tế - kỹ thuật. Với số lượng điểm đã xác định (bao gồm các điểm gốc và các điểm cần xác định) và tùy thuộc vào số lượng máy thu GPS sử dụng, có thể tạo ra các ca đo phù hợp. Có thể thiết kế ca đo trên bản đồ hoặc trên sơ đồ đã có vị trí sơ bộ của các mốc. 6 2.3.1. Khái niệm ca đo Ca đo là khái niệm chỉ việc máy thu đồng thời thu tín hiệu vệ tinh trong một khoảng thời gian nào đó. Ca đo có thể tạo thành bởi hai máy thu trở lên. Để phát hiện sai số thô trong kết quả đo lưới đồng thời tăng độ tin cậy và độ chính xác của mạng lưới thông thường có thêm các ca đo dư. 2.3.2. Tốc độ ghi và độ dài ca đo a. Tốc độ ghi Một đặc điểm của đo GPS là các trị đo được thực hiện tự động, đều đặn sau những khoảng thời gian nhất định. Tất cả các trị đo đó sẽ được ghi lại trong bộ nhớ của máy thu theo thời gian trong hệ thống giờ GPS. Khoảng thời gian đều đặn đó được gọi là tốc độ ghi. Khoảng thời gian này do người đo cài đặt khi lựa chọn các tham số trước khi đo. Khi định vị tương đối tĩnh, và tĩnh nhanh, người ta thường sử dụng tốc độ ghi trong khoảng 5s đến 60s. Nếu đặt tốc độ ghi quá dầy thì bộ nhớ của máy thu sẽ nhanh đầy và thời gian xử lý sẽ dài hơn. Ngược lại, nếu đặt tốc độ ghi quá thưa sẽ nhận được ít trị đo. Trong đo tĩnh, tốc độ ghi số liệu hợp lý thường từ 15s đến 30s; trong đó tĩnh nhanh nên trong khoảng từ 5s đến 15s. b. Độ dài ca đo Độ dài ca đo là khoảng thời gian các máy thu trong ca đo cùng thu tín hiệu hay chính là khoảng thời gian chung từ khi bật máy đến khi tắt máy của các máy thu. Độ dài ca đo phụ thuộc vào các yếu tố: - Độ chính xác yêu cầu khi xác định cạnh đo, đo càng lâu thì càng chính xác và ngược lại. - Số lượng vệ tinh quan sát được, số vệ tinh ít thì phải đo lâu và ngược lại. - Chiều dài của cạnh đo, cạnh càng dài thì phải đo càng lâu và ngược lại. - Máy thu 1 tần hay 2 tần. - Tình trạng che chắn tại các điểm đo. Bảng kiến nghị khoảng thời gian đo hợp lý cho trường hợp quan trắc từ 4 vệ tinh trở lên trong điều kiện khí tượng bình thường. Độ dài ca đo theo chiều dài cạnh Chiều dài cạnh (km) Độ dài ca đo (phút) 0-1 1-5 5 - 10 10 - 20 10 - 30 30 - 60 60 - 90 90 - 120 2.3.3. Thiết kế ca đo 7 Việc thiết kế ca đo phải được thực hiện trước khi đo đạc và phải xác định được máy thu nào đặt tại điểm nào, thời gian bật máy, tắt máy. Thiết kế ca đo phụ thuộc vào các yếu tố sau: - Quy định của quy phạm - Đồ hình của lưới - Số lượng máy thu sử dụng - Khả năng di chuyển giữa các điểm trong lưới - Kết quả lập lịch đo Số lượng ca đo tối thiểu trong lưới được xác định theo công thức: sq n r q trong đó: s là tổng số điểm trong lưới r là số máy thu sử dụng q là số lần đặt máy trung bình tại mỗi điểm đo Nếu kí hiệu m là số lần đặt máy lặp lại tại mỗi điểm, thì số lượng ca đo được xác định theo công thức: n m.s r Việc thiết kế ca đo theo số máy thu sử dụng được tiến hành lần lượt theo từng ca. Mỗi ca sẽ liên kết được r điểm, trong đó cần đảm bảo có ít nhất 2 điểm gối. Cần thiết kế sao cho các cạnh của các đo khác nhau không cắt chéo nhau. Thiết kế ca đo liên tiếp nhau và từ ngoài vào trong. Càng vào trong số lượng điểm gối càng nhiều. Ví dụ: Cho lưới GPS như hình 4-7, các cạnh đo kết nối với nhau theo đồ hình dạng tam giác hoặc đa giác, sử dụng 4 máy thu. GPS-03 GPS-02 GPS-04 GPS-11 GPS-09 GPS-01 GPS-10 GPS-06 GPS-08 GPS-07 Sơ đồ thiết kế ca đo Số lượng ca đo tối thiểu của mạng lưới trên: 8 GPS-05 n s  q 11  1   3.3 r  q 4 1 Vậy n = 4 ca đo Sau khi thiết kế trên sơ đồ lưới, ta lập bảng thiết kế ca đo như sau: Bảng kết quả thiết kế ca đo Ca đo Máy thu 1 Máy thu 2 Máy thu 3 Máy thu 4 1 GPS-01 GPS-02 GPS-08 2 GPS-03 GPS-02 3 GPS-06 4 GPS-05 Thời gian Bật máy Tắt máy GPS-09 t1 t1' GPS-04 GPS-10 t2 t2' GPS-05 GPS-04 GPS-11 t3 t3' GPS-08 GPS-07 GPS-10 t4 t4' 2.4. Đo đạc thực địa 2.4.1. Các yêu cầu kỹ thuật cơ bản Yêu cầu kỹ thuật cơ bản khi đo GPS các cấp phải phù hợp với quy định được nêu trong bảng. Bảng Yêu cầu kỹ thuật cơ bản khi đo GPS các cấp Hạng mục Cấp hạng Hạng III Hạng IV Cấp 1 Cấp 2 Phương pháp đo Hạng II Góc cao của vệ tinh (0) Đo tĩnh tĩnh nhanh  15 Số lượng vệ tinh quan trắc dùng được Đo tĩnh tĩnh nhanh 4 Số lần đo lặp trung bình tại trạm Đo tĩnh tĩnh nhanh 2  15 4 5 2 2  15 4 5  1.6  1.6  15 4 5  1.6  1.6  15 4 5  1.6  1.6  90  60  20  45  15  45  15  45  15 1060 1060 1060 1060 1060 Thời gian quan trắc: Độ dài thời gian thu tín Đo tĩnh tĩnh nhanh hiệu ngắn nhất (phút) Tần suất thu tín hiệu (s) Đo tĩnh tĩnh nhanh 2.4.2. Công tác chuẩn bị Công tác chuẩn bị bao gồm các nội dung sau: - Trước khi đo cần kiểm tra các máy thu GPS và các thiết bị đi kèm theo (chân máy, định tâm quang học, ốc nối, thước đo độ cao anten). - Chuẩn bị nguồn điện đảm bảo máy thu đủ hoạt động. - Kiểm tra bộ nhớ của máy đủ để lưu dữ liệu. 9 - Cài đặt các tham số đo phù hợp như góc ngưỡng, tốc độ ghi, v.v... - Chuẩn bị phương tiện liên lạc như bộ đàm hoặc điện thoại di động. - Chuẩn bị phương tiện đi lại để di chuyển máy theo đúng lịch đo. - Chuẩn bị sổ đo, bút ghi chép, sơ đồ lưới và lịch đo đã lập. - Chuẩn bị đồng hồ bấm thời gian. - Chuẩn bị một số vật dụng khác như áo mưa, ô, v.v... 2.4.3. Các thao tác tại trạm đo Đo đạc trong lưới GPS là việc sử dụng máy thu GPS thu tín hiệu vệ tinh tại các điểm lưới theo các ca đo đã thiết kế. Máy thu GPS là thiết bị điện tử hiện đại, tự động thu và ghi số liệu. Công việc của người đo tương đối đơn giản, cụ thể làm các công việc sau: a. Lắp anten vào máy thu b. Định tâm và cân bằng máy Người đo đặt chân máy lên điểm đo, dọi điểm định tâm đế máy nhờ bộ phận định tâm quang học gắn trên đế máy. Dựa vào bọt thủy gắn trên đế máy, tiến hành cân bằng máy. c. Bố trí máy Sau khi đã định tâm và cân bằng đế máy đặt máy thu lên đế máy, rồi cố định máy thu trên đế máy bằng ốc nối. Để khắc phục sai số do lệch tâm pha anten khi đặt máy cần chú ý quay lôgo của máy về hướng Bắc (sai số khoảng 50). d. Đo cao anten Sử dụng thước chuyên dụng đo độ cao anten. Cần nắm vững các phương pháp đo cao anten đối với từng loại máy thu. Thông thường không đo được chiều cao thực của máy thu (chính là khoảng cách từ tâm pha anten đến tâm mốc) mà phải đo cạnh huyền (Hình 4-8), và khai báo đúng kiểu đo để phần mềm tính ra độ cao thực. Độ cao thực của anten có tác dụng chuyển các trị đo (gia số tọa độ) tính từ tâm pha anten về tâm mốc, do đó cần đo chính xác đến mm. r d h l mốc Đo cao anten Thông thường đo cạnh huyền của tam giác tính từ mấu đo cao hoặc mép ngoài anten đến tâm mốc, độ cao thực của anten (h) được tính theo công thức: 10 h  l2  r2  d trong đó: d, r là các yếu tố kích thước của máy thu. e. Khởi động máy thu Bật máy thu GPS để máy thu khởi động. Khi máy thu thu được số vệ tinh cần thiết, bắt đầu tiến hành đo. f. Thực hiện quan trắc Căn cứ vào thời gian đo đã thiết kế, các máy thu đồng thời tiến hành đo. Hầu hết đều sử dụng chế độ đo tự động nên sự can thiệp của con người hầu như không cần thiết. Trong quá trình đo, người đo cần theo dõi số lượng vệ tinh thu được, dung lượng pin, dung lượng bộ nhớ và ghi chép lại những bất thường xảy ra. Trong một số trường hợp cần đạt độ chính xác cao, tại các điểm đo, người ta phải quan trắc cả các yếu tố khí tượng như: nhiệt độ, độ ẩm, áp suất v.v...Cần dừng đo khi có cơn giông bão, có sấm chớp, trong trường hợp này cần tắt máy và tháo anten ra khỏi máy. Sau khoảng thời gian đo đã thiết kế, người đo dừng đo. Có thể dừng đo bằng cách tắt máy thu hoặc dừng thu tín hiệu. Trước khi thu máy tiến hành đo lại độ cao anten, ghi vào sổ đo. Cuối cùng, tháo máy thu, tháo anten, thu xếp máy và thiết bị kèm theo vào hòm máy, kiểm tra kỹ trước khi di chuyển máy sang trạm khác. Đối với máy thu không di chuyển ở ca tiếp theo, có thể tắt máy đợi các máy khác di chuyển. Khi đo đạc cần chú ý các máy thu phải phối hợp với nhau để bật máy và tắt máy đồng thời vì chỉ có những khoảng thời gian chung mới có ý nghĩa xử lý cạnh và phải bảo quản máy thu trong suốt quá trình đo. 2.4.4. Ghi sổ đo ngoại nghiệp Sau khi kết thúc đo tại trạm nên kiểm tra lại chiều cao anten lần cuối trước khi thu máy. Các máy thu loại cũ, có thiết bị ghi ngoài cần xem lại số hiệu của các tệp số liệu đã ghi. Kiểm tra lại sổ đo, đặc biệt là những trạm đo lặp lại cần ghi đủ tất cả các ca đo cho đến kết thúc. Mẫu sổ đo GPS Tên người đo: ............................................. Tọa độ gần đúng của điểm Độ kinh E:.......................... Độ vĩ N:............................ Độ cao (m):........................ Thời gian bắt đầu:.............. Máy đo số:......................... Độ cao ăngten (m): 1.............2..............3............ Ngày đo: Ca đo: ...................................... ..................................... Thuyết minh điểm Điểm mới Điểm khống chế Nhà nước cấp:.............................. Điểm thủy chuẩn cấp:.............................................. Thời gian kết thúc:...................... Ăngten số:................................... Độ cao ăngten kiểm tra sau khi đo xong:.................... Trung bình:........................................... 11 Sơ đồ đo độ cao ăng ten Lược đồ điểm đo và tình hình che khuất Ghi chú về tình hình đo 1. Điện áp của pin 2. Thu tín hiệu của vệ tinh 3. Tỷ số độ nhiễu tín hiệu SNR 4. Các sự cố 5. Ghi chú khác Thêm vào đó cần vẽ sơ hoạ vị trí mốc hoặc chụp ảnh mốc và kiểm tra lại ghi chú điểm đã có từ trước. 2.4.5. Lập bảng tổng hợp kết quả đo GPS Sau khi đo, người phụ trách đội đo căn cứ vào các quyển sổ đo của các máy thu, tiến hành lập bảng tổng hợp các ca đo theo mẫu sau: Tổng hợp số liệu ghi chép ngoại nghiệp các ca đo TT Ca đo Máy thu 1 Điểm đo Cao anten Máy thu 2 Máy thu 3 Máy thu 4 Thời gian đo Điểm đo Cao anten Điểm đo Cao anten Điểm đo Cao anten Bắt đầu Kết thúc 1 1200 GPS01 1.500 GPS02 1.864 GPS08 1.200 GPS09 1.234 8h00 9h00 2 1201 GPS03 1.452 GPS02 1.864 GPS04 1.345 GPS10 1.450 9h30 10h30 3 1202 GPS06 1.280 GPS05 1.378 GPS04 1.345 GPS11 1.300 11h00 12h00 ... ... ... ... ... ... 4 ... ... ... ... ... Mẫu tổng hợp trên là cho 4 máy thu, có thể làm sổ tổng hợp cho nhiều hoặc ít máy thu hơn. Số liệu trong bảng này sẽ giúp cho người xử lý kiểm tra số liệu ghi chép ngoại nghiệp, tránh các nhầm lẫn khi thực hiện xử lý tính toán mạng lưới. 2.5. Xử lý kết quả đo lưới khống chế 2.5.1. Trút số liệu Các máy thu GPS loại mới hiện đại nhất hiện nay đều chứa số liệu quan trắc vào bộ nhớ trong, trong khi các máy thu cũ hơn lại ghi số liệu vào đĩa mềm hoặc băng từ. Bước đầu tiên trong công đoạn xử lý là trút số liệu từ máy thu vào ổ đĩa cứng của máy vi tính. Việc trút số liệu được thực hiện nhờ phần mềm của hãng chế tạo máy thu cung cấp. Một số máy thu GPS cũ, có cáp trút số liệu giao tiếp với máy tính qua cổng COM, còn các máy thu thế hệ mới có cổng giao diện là cổng USB. 12 Các tệp số liệu quan trắc đối với mỗi ca đo chứa các trị quan trắc pha và trị quan trắc khác, đó là tệp chính, thêm vào đó là tệp lịch vệ tinh quảng bá và tệp số liệu điểm đo bao gồm số hiệu điểm, độ cao anten, và có thể có cả vị trí đạo hàng (toạ độ gần đúng của điểm). Khi thao tác trút số liệu cần vào chính xác tên trạm đo và độ cao của anten. Độ cao anten có thể nhập là độ cao đúng và cũng có thể nhập vào độ cao đo phù hợp với chủng loại anten và cách đo đã quy định. Cần nhớ rằng, khi đo cao anten chúng ta đã đo chính xác đến 1mm, nhưng nếu nhập sai chủng loại anten hoặc sai kiểu đo cao anten thì sẽ phạm sai số cỡ vài cm hoặc lớn hơn trong kết quả cuối cùng. Khi trút số liệu cần có bảng tổng hợp số liệu ghi chép ngoại nghiệp các ca đo để người xử lý vào số liệu ghi chép ngoại nghiệp (độ cao anten, tên điểm…) hoặc kiểm tra lại các số liệu do người đo đã nhập vào máy thu. Cũng có trường hợp người đo vào không đúng tên điểm theo quy định. Trong trường hợp này cần sửa lại ngay trước khi xử lý số liệu đo. Khi vào số liệu, ta còn có thể căn cứ vào thời gian bắt đầu, thời gian kết thúc và cả toạ độ địa lý của điểm đo để phát hiện những nhầm lẫn về tên điểm. Số liệu sau khi trút mỗi máy thu sẽ có một bộ số liệu tương ứng với số ca đo. Tùy từng loại máy thu mà file số liệu có tên và đuôi khác nhau. Khi đó, căn cứ vào sổ đo ngoại nghiệp ta loại bỏ những dữ liệu không phù hợp trước khi đưa vào xử lý tiếp. 2.5.2. Xử lý cạnh Xử lý cạnh là việc dùng các phần mềm chuyên dụng lập các hiệu trị đo pha, tính toán để giải ra tọa độ tương đối giữa các điểm đặt máy, ma trận hiệp phương sai và các yếu tố đánh giá độ chính xác của cạnh đo. Việc xử lý để tính cạnh sẽ được thực hiện dựa trên cơ sở thời gian chung và vệ tinh chung đối với hai máy thu. Khoảng thời gian chung khi đo tĩnh được thể hiện trên hình. T3 T2 T1 T4 T3 t(1-2) Máy thu 1 Máy thu 2 t1 t2 Nguyên tắc tính thời gian chung Trên hình vẽ (4-9), thể hiện khoảng thời gian thu tín hiệu của máy thu 1 và máy thu 2 là t1 và t2, trong đó: t1 = T4 -T2 ; t2 = T3 - T1 T1 và T3 là các thời điểm bật và tắt máy thu 2 T2 và T4 là các thời điểm bật và tắt máy thu 1 Thời gian chung, được sử dụng để tính cạnh là : t(1-2) = T3 - T2 Thời gian chung sẽ tính từ thời điểm của máy thu bật sau đến thời điểm máy thu tắt trước của hai máy thu trong cùng ca đo. Khoảng thời gian đo thêm của máy tắt sau hay máy bật trước đều không có giá trị tham gia tính cạnh. Như vậy trong khi thu tín hiệu nên đồng thời bật máy và đồng thời tắt máy trong ca đo. Khi tính cạnh, chỉ có những vệ tinh có số liệu ghi trong hai tệp của hai máy cùng ca đo mới có giá trị tham gia tính cạnh. Số vệ tinh chung được mô tả trên hình. Trong trường hợp 13 này, tại máy thu 1 nhận được tín hiệu của 8 vệ tinh (1,2,3,4,5,6,7,8), còn máy thu 2 nhận được tín hiệu của 7 vệ tinh (3,4,5,6,7,8,9). Số lượng vệ tinh chung tham gia tính cạnh sẽ là 6, gồm các vệ tinh sau 3,4,5,6,7,8 . Các vệ tinh được quan trắc tại máy 1 3 5 1 4 6 Các vệ tinh được quan trắc tại máy 2 9 2 7 8 Số vệ tinh chung tham gia tính cạnh Từ thực tế trên, cần phải lưu ý sao cho các máy thu trong ca đo cùng quan sát số vệ tinh như nhau. Để bảo đảm điều kiện trên cần lưu ý tới tình trạng che chắn tại các trạm máy. Khi chiều dài cạnh càng lớn (cỡ hàng trăm, hàng ngàn km) thì số vệ tinh chung càng ít. Các phần mềm hiện đại cho phép xử lý nhiều tệp số liệu đo đồng thời để tính cạnh. Thường thường số liệu đo của một ngày được ghi vào một thư mục trong ổ đĩa cứng. Còn phần mềm xử lý lại để trong thư mục khác và có đường dẫn để chương trình nhận và xử lý. Có hai dạng phần mềm xử lý, đó là: 1- từng vectơ, 2- các lời giải cho nhiều điểm. Phần mềm xử lý từng vectơ cạnh đơn lẻ trước đây được sử dụng rộng rãi, song hiện nay người ta lại thường sử dụng phần mềm xử lý nhiều điểm. Có một số trường hợp, một trong các điểm trong ca đo khi quan trắc bị hỏng số liệu và tất các các điểm được xử lý đồng thời, các sai số từ điểm hỏng sẽ nằm trong tất cả các véctơ và sai số sẽ được giữ lại. Phần mềm xử lý vectơ đơn lẻ cho phép kiểm tra tốt hơn những cạnh sai hay điểm sai. Điểm sai có thể dễ dàng phát hiện nhờ số liệu thống kê như sai số trung phương đơn vị trọng số, sai số tiêu chuẩn bằng cách đối chiếu tham số của các cạnh được coi là chuẩn với các cạnh khác. Thêm vào đó, có thể lấy tổng gia số toạ độ theo một tuyến của ca đo, nếu như tổng giá trị số gia toạ độ theo vòng khép không nhỏ thì chứng tỏ một trong các điểm của ca đo có điều kiện đo kém. Việc xử lý bằng phần mềm cho từng vectơ được thực hiện theo trình tự sau: 1. Tạo các tệp quỹ đạo 2. Tính giá trị tốt nhất vị trí điểm theo phương pháp giả khoảng cách 3. Đọc pha sóng tải để tạo số liệu pha (không hiệu số) và số liệu quỹ đạo vệ tinh. 4. Tạo hiệu pha và tính các hiệu chỉnh khác 5. Tính giá trị ước lượng véctơ sử dụng hiệu pha bậc 3. Phương pháp này cho phép phát hiện và bù lại hiện tượng trượt chu kỳ để nhận được kết quả tốt nhất . 6. Tính toán lời giải hiệu pha bậc 2 xác định véc tơ và giá trị (thực) của pha. 7. Ước lượng số nguyên đa trị của pha đã tính được từ bước trước, và có thể tiếp tục tính tiếp số nguyên đa trị chính xác. 14 8. Tính toán sai số lời giải dựa vào số nguyên đa trị chính xác nhất đã được tính ở bước trước. 9. Tính toán tiếp một số kết quả khác sử dụng số nguyên đa trị khác đi một chút ( khác đi 1) từ các giá trị đã chọn. 10. Tính tỷ số phương sai RATIO theo tiêu chuẩn thống kê giữa lời giải xác định tốt nhất đã có với lời giải tốt kế tiếp. Tỷ số Ratio này phải ít nhất đạt giá trị 2 hoặc 3 , chứng tỏ lời giải chấp nhận tốt hơn 2 hoặc 3 lần so với các lời giải khác, có như vậy mới có đủ độ tin cậy đối với kết quả cuối cùng. Để nhận được kết quả tốt, người làm công tác xử lý số liệu thường thực hiện qua 2 bước sau: Bước 1. Xử lý theo các tham số mặc định của phần mềm . Trong bước này, sẽ sử dụng toàn bộ trị đo trong thời gian quan trắc ca đo, sử dụng tất cả số liệu của các vệ tinh quan sát để giải cạnh. Thông thường qua bước xử lý này đa số các cạnh đã cho kết quả tốt, trừ những trường hợp tại trạm đo có vấn đề, như bị che chắn, có các tác động nhiễu, đa đường dẫn .vv… Bước 2. Đối với những cạnh không đạt trong bước 1, cần xử lại ở chế độ can thiệp. Trong bước này, người xử lý có thể cắt bỏ những vệ tinh có dấu hiệu “xấu”, điều này có thể nhận biết sau khi xem kết quả giải cạnh ở bước 1. Cũng có thể cắt bỏ thời gian đầu hoặc cuối, thay đổi lại các tham số mặc định .vv.. 2.5.3. Kiểm tra kết quả đo Sau khi tính Baseline cần phải kiểm tra chất lượng trị đo. Việc kiểm tra có thể thực hiện trên 2 nội dung: 1. Khử lỗi và kiểm tra chất lượng vectơ cạnh riêng rẽ Chúng ta có thể đánh giá chất lượng cạnh theo các chỉ tiêu sau : - Dạng lời giải (Solution type) - Tỷ số phương sai (Ratio) - Phương sai chuẩn (Reference variance) - Biểu đồ tín hiệu của vệ tinh đã thu được (S V residual plots ) a. Dạng lời giải Các phần mềm xử lý số liệu sẽ nhận số liệu quan sát và tiến hành tính cạnh theo trình tự xác định, trình tự đó dựa trên dạng số liệu quan trắc và cài đặt chế độ cùng các tham số tính toán. Việc tính toán thường được bắt đầu từ lời giải Code , tiếp theo là lời giải sai phân bậc ba và sai phân bậc hai của pha sóng tải. Dựa trên số liệu đo và chế độ cài đặt, chương trình sẽ đưa ra lời giải tốt nhất. Những cạnh đạt dạng lời giải là Fixed là những cạnh đã đạt, còn những cạnh đạt dạng lời giải Float là những cạnh chưa đạt. Nếu gặp những dạng lời giải này phải xử lý lại hoặc đo lại ngoại nghiệp. b. Giá trị tỷ số RATIO Giá trị RATIO là tỷ số của phương sai lời giải được chọn là tốt thứ hai và lời giải tốt nhất. Giá trị mặc định của RATIO là 1.5, nếu tỷ số đó nhỏ hơn 1.5 chứng tỏ sự khác biệt về 15 độ tin cậy giữa các lời giải không nhiều, khi đó sẽ không có lời giải FIXED mà chỉ cho lời giải FLOAT. Nếu tỷ số RATIO lớn hơn 1.5 tức là độ tin cậy của lời giải tốt nhất đã được khẳng định, khi đó lời giải tốt nhất sẽ là lời giải FIXED . RATIO càng lớn càng thể hiện lời giải tốt nhất có độ tin cậy cao . Có thể đặt lại giá trị mặc định của RATIO (1.5) bằng giá trị nhỏ hơn, như vậy sẽ không tốt vì có thể kết quả sẽ đưa ra lời giải FIXED không chuẩn, không đáng tin cậy. Trong trường hợp này ta đã hạ thấp tiêu chuẩn lựa chọn lời giải FIXED . c. Phương sai chuẩn Phương sai chuẩn (Variance) là sai số trung phương trọng số đơn vị của lời giải. Trường hợp lý tưởng phương sai chuẩn bằng 1, phương sai chuẩn càng lớn thì chất lượng lời giải càng kém. Phương sai chuẩn cũng là cơ sở quan trọng để đánh giá chất lượng lời giải. Đó là sai số trung phương đơn vị trọng số, nó không có thứ nguyên. Trường hợp lý tưởng là giá trị phương sai xấp xỉ 1 . Đối với máy thu một tần số có thể chấp nhận phương sai trong khoảng từ 1 đến 8 hoặc 9. Thông thường cạnh càng dài thì giá trị phương sai chuẩn càng lớn. Trong trường hợp đo động (chỉ có ít nhất hai lần ghi số liệu) có thể chấp nhận phương sai lớn hơn, khoảng 5.0 hoặc 6.0 . Nếu phương sai quá lớn, có thể đã bị những sai số như : - Số liệu bị nhiễu (do cây, vật cản che chắn tín hiệu hoặc vệ tinh quá thấp) - Có dấu hiệu của sai số số nguyên đa trị - Có sai số hệ thống do sử dụng máy thu một tần trên khoảng cách dài, khi đó chịu ảnh hưởng của tầng ion . - Chọn cài đặt lời giải FIXED không đúng . d. Biểu đồ tín hiệu của vệ tinh đã thu được Biểu đồ tín hiệu cũng cho ta nhận xét về chất lượng đo GPS, nếu tín hiệu của quá nhiều vệ tinh có tình trạng bị gián đoạn thì chất lượng lời giải thường không tốt. Trên hình 4-11 thể hiện tín hiệu vệ tinh thu được liên tục, còn trên hình 4-12, thể hiện tín hiệu vệ tinh bị gián đoạn hai lần trong thời gian thu. Hình 7.8. Tín hiệu vệ tinh liên tục Hình 4-11. Tín hiệu vệ tinh liên tục 16 Tín hiệu vệ tinh bị gián đoạn Theo kinh nghiệm, các vectơ cạnh có chất lượng xấu thường là bị ảnh hưởng của các tín hiệu nhiễu, bị lẫn tín hiệu đa đường dẫn, bị hiện tượng gián đoạn tín hiệu quá dài vv... Vấn đề là phải phát hiện và loại bỏ các vệ tinh tham gia mang theo tín hiệu chất lượng tồi. Khi xử lý, có thể xử lý ở chế độ can thiệp như sau: - Cắt bỏ vệ tinh có nhiều thời gian bị gián đoạn tín hiệu - Cắt bỏ vệ tinh có góc cao nhỏ (thấp) - Cắt bỏ thời gian đầu hoặc cuối ca đo khi cần thiết Một vectơ cạnh đạt yêu cầu là phải bảo đảm một số chỉ tiêu cần thiết như: - Dạng lời giải: Với cạnh ngắn, tốt nhất là lời giải FIXED - Tỷ số phương sai: Càng lớn càng tốt - Phương sai chuẩn: Càng nhỏ càng tốt. - Sai số khoảng cách (RMS) : càng nhỏ càng tốt .vv.. 2. Kiểm tra chất lượng đo lưới GPS Lưới GPS được tạo thành từ nhiều vectơ cạnh. Nếu tất cả các cạnh đều đạt chỉ tiêu của chất lượng cạnh riêng rẽ thì thông thường toàn bộ lưới sẽ đạt yêu cầu. Như đã nói ở phần trước, trong lưới GPS, các vectơ cạnh thường được đo khép kín (có thể là các vectơ cùng ca đo, hoặc khác ca đo). Dựa vào đặc điểm kết cấu hình học này chúng ta có thể kiểm tra lần cuối chất lượng đo của các vectơ cạnh trong mạng lưới nhờ tính toán các sai số khép hình. Tương tự như sai số khép hình trong mạng lưới tam giác đo góc, các sai số khép hình trong lưới GPS cũng mang tính chất của sai số thực của hàm các trị đo (độc lập hoặc phụ thuộc). Sai số khép tổng hợp tương đối đặc trưng cho độ chính xác của lưới trước khi bình sai. Mỗi cấp lưới sẽ có quy định về sai số này. Dựa vào các hình khép kín chúng ta sẽ tính được sai số khép hình theo các cạnh đã đo. Nếu các cạnh được xác định trong 1 ca đo thì sẽ tính được sai số khép cùng ca đo. Nếu các cạnh khác ca đo thì sẽ tính được sai số khép khác ca đo. Sai số khép cùng ca đo thường nhỏ hơn sai số khép khác ca đo. 17 Thông thường việc kiểm tra sai số khép hình trong lưới GPS được thực hiện tự động nhờ chức năng sẵn có của phần mềm xử lý số liệu GPS. 2.5.4. Bình sai lưới GPS Khi kiểm tra thấy các baseline và các sai số khép vòng đạt yêu cầu thì tiến hành bình sai lưới GPS. Lưới GPS là lưới không gian nên bình sai lưới GPS là bình sai lưới không gian. Việc bình sai được thực hiện bằng phần mềm, gồm các công việc sau: - Bình sai lưới GPS trong hệ tọa độ WGS-84. Kết quả của bước bình sai này tọa độ vuông góc không gian (X, Y, Z) hoặc tọa độ trắc địa (B, L, H) trong hệ WGS-84. - Bình sai trên hệ tọa độ địa phương (VN-2000) hoặc (HN-72). Kết quả của bước này là tọa độ vuông góc phẳng (x, y) trong hệ tọa độ địa phương mà ta lựa chọn và độ cao trắc địa của các điểm lưới. Trong bước này phải chọn Ellipxoid và khai bào phép chiếu tương ứng với hệ tọa độ đã chọn. - Bình sai kết hợp với mô hình Goeid. Kết quả của bước này tà tọa độ phẳng (x, y) trong hệ tọa độ địa phương và độ cao thường h của các điểm. Lưới GPS là lưới không gian nên bình sai lưới GPS là bình sai lưới không gian. Trị đo trong lưới GPS là Baseline, mỗi baseline lại gồm 3 trị đo thành phần là X, Y, Z. Các trị đo này lại không độc lập với nhau mà tương quan với nhau thể hiện ở ma trận hiệp phương sai. Vì vậy, bình sai lưới GPS là bình sai lưới có trị đo tương quan, nghĩa là ma trận trọng số không phải là ma trận đường chéo mà là ma trận có các thành phần ngoài đường chéo khác không. * Quy trình xử lý số liệu lưới GPS bằng phần mềm Trimble Total Control Dưới đây sẽ trình bày trình tự xử lý số liệu GPS được đo bằng máy Hiper Gb của hãng Topcon (Nhật Bản) và máy Leica của Thụy Sĩ. Do không cùng hãng máy thu nên trước khi xử lý số liệu đo phải được chuyển sang định dạng chuẩn RINEX. 1. Trút số liệu Để trút số liệu đo tùy thuộc vào từng loại máy thu ta sử dụng phần mềm trút số liệu phù hợp. Ví dụ đối với máy thu Hiber Gb ta sử dụng phần mểm PCCDU để trút số liệu. tiến hành trút số liệu của từng máy thu. Mỗi máy thu được lưu trữ trong một file số liệu riêng. Quy trình trút số liệu thực hiện như sau: 1. Kết nối máy thu GPS và máy tính bằng cáp trút USB. 2. Khởi động phần mềm PCCDU 18 3. Kết nối máy thu và máy tính - Vào File>>Connect. Khi đó máy thu và máy tính được kết nối với nhau. 4. Lựa chọn cổng trút số liệu Tùy thuộc vào cáp trút sử dụng ta lựa chọn cổng trút bằng cách: 19 Tại Port lựa chọn cổng trút số liệu (ví dụ Com 3, hoặc USB) 5. Trút dữ liệu - Lựa chọn file cần trút - Lựa chọn đường dẫn đến thư mục cần lưu file - Kích chọn Load để trút dữ liệu. File dữ liệu sau khi trút sẽ hiển thị màu xanh. Đối với máy thu Hiper Gb file trút có dạng file.tps. Ví dụ: log0224b.tps. 2. Chuyển dữ liệu đo sạng định dạng chuẩn RINEX Sử dụng phần mềm Topcon Link V7.2.3. Mỗi file sau khi chuyển sang định dạng RINEX sẽ tạo thành 2 file dữ liệu dạng file.14N và file.14O. 1. Khởi động phần mềm Topcon Link - Vào Start >> Programs >> Topcon >> Topcon Link V7.2.3 2. Chuyển định dạng dữ liệu - Vào File>>Convert file 20