Nghiên cứu ứng dụng công nghệ định vị động thời gian thực trong thi công công trình nhà cao tầng
- 79 trang
- file .pdf
BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƢỜNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƢỜNG HÀ NỘI
NGUYỄN MẠNH HÙNG
LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ ĐỊNH VỊ
ĐỘNG THỜI GIAN THỰC TRONG THI CÔNG CÔNG
TRÌNH NHÀ CAO TẦNG
Hà Nội - 2018
BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƢỜNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƢỜNG HÀ NỘI
NGUYỄN MẠNH HÙNG
LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ ĐỊNH VỊ
ĐỘNG THỜI GIAN THỰC TRONG THI CÔNG CÔNG
TRÌNH NHÀ CAO TẦNG
Ngành : Kỹ thuật Trắc địa – Bản đồ
Mã ngành : D520503
NGƢỜI HƢỚNG DẪN: TS. ĐINH XUÂN VINH
Hà Nội - 2018
CÔNG TRÌNH ĐƢỢC HOÀN THÀNH TẠI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƢỜNG HÀ NỘI
Cán bộ hƣớng dẫn: TS. Đinh Xuân Vinh
Cán bộ chấm phản biện 1: PGS.TS. Trần Viết Tuấn
Cán bộ chấm phản biện 2: TS. Lê Văn Hùng
Luận văn thạc sĩ đƣợc bảo vệ tại:
HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƢỜNG
ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƢỜNG HÀ NỘI
Ngày 20 tháng 01 năm 2019
i
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan: Luận văn này là công trình nghiên cứu thực sự của
cá nhân, đƣợc thực hiên dƣới sự hƣớng dẫn của Tiến sĩ Đinh Xuân Vinh. Các
số liệu, những kết luận nghiên cứu đƣợc trình bày trong luận văn này là trung
thực và chƣa từng đƣợc công bố dƣới bất kỳ hình thức nào.
Tôi xin chịu trách nhiệm về nghiên cứu của mình.
Hà Nội, ngày 16 tháng 01 năm 2019
TÁC GIẢ LUẬN VĂN
Nguyễn Mạnh Hùng
ii
LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình thực hiện đề tài và hoàn thành luận văn, tác giả đã
nhận đƣợc sự giúp đỡ nhiệt tình của các thầy, cô giáo trong Khoa Trắc địa,
Bản đồ và Thông tin địa lý – trƣờng Đại học Tài nguyên và Môi trƣờng Hà
Nội; cùng với sự giúp đỡ của các bạn bè đồng nghiệp; đặc biệt là TS. Đinh
Xuân Vinh. Xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới các tập thể và cá nhân đã
giúp đỡ tác giả hoàn thành bản Luận văn này.
Tác giả xin dành lời cảm ơn sâu sắc nhất!
Hà Nội, ngày 16 tháng 01 năm 2019
TÁC GIẢ LUẬN VĂN
Nguyễn Mạnh Hùng
iii
TÓM TẮT LUẬN VĂN
+ Họ và tên học viên: Nguyễn Mạnh Hùng
+ Lớp: CH2B.TĐ Khoá: 2
+ Cán bộ hƣớng dẫn: TS. Đinh Xuân Vinh
+ Tên đề tài: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ định vị động thời gian
thực trong thi công công trình nhà cao tầng
+ Tóm tắt: Ban đầu luận văn giới thiệu tổng quan về công nghệ định vị
động thời gian thực (RTK). Tiếp theo tác giả nghiên cứu, rà soát sự thay đổi,
biến động về mặt đo đạc số liệu của Thiết kế kỹ thuật – phƣơng án đo đã đƣợc
phê duyệt so với công nghệ đo bằng máy toàn đạc điện tử. Và cuối cùng tác
giả đƣa ra phƣơng án và kết luận để điều chỉnh Thiết kế kỹ thuật – phƣơng
pháp đo cho phù hợp với những công trình, từ đó đề xuất phƣơng pháp công
nghệ, bổ sung thiết kế - kỹ thuật xây dựng kỹ thuật đo định vị động thời gian
thực (RTK) trong thi công công trình nhà cao tầng.
iii
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................. i
LỜI CẢM ƠN ..................................................................................................ii
TÓM TẮT LUẬN VĂN ................................................................................. iii
MỤC LỤC ....................................................................................................... iii
DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT, KÝ HIỆU TIẾNG ANH .. v
DANH MỤC CÁC BẢNG ............................................................................. vi
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ.......................................................................vii
MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ ĐỊNH VỊ
ĐỘNG THỜI GIAN THỰC TRONG THI CÔNG NHÀ CAO TẦNG ..... 4
1.1. KHÁI QUÁT VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU, TRIỂN KHAI VÀ ỨNG
DỤNG CÔNG NGHỆ GPS TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM ................. 4
1.1.1. Nghiên cứu trên thế giới ................................................................... 4
1.1.2. Nghiên cứu trong nƣớc ..................................................................... 5
1.2. TỔNG QUAN VỀ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GNSS TRONG THI
CÔNG CÔNG TRÌNH NHÀ CAO TẦNG....................................................... 7
1.2.1. Các phƣơng pháp đo chủ yếu ............................................................ 7
1.2.2. Các hệ thống tăng cƣờng độ chính xác vị trí điểm thu GNSS .......... 9
1.3. VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI LUẬN VĂN ........................... 14
CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CÔNG NGHỆ ĐỊNH VỊ ĐỘNG
THỜI GIAN THỰC ...................................................................................... 15
2.1. KHÁI QUÁT CÔNG NGHỆ GNSS (Global Navigation Satellite System)
......................................................................................................................... 15
2.1.1. Khái niệm ........................................................................................ 15
2.1.2. Cấu trúc chung của GNSS .............................................................. 17
2.2. CẤU TRÚC VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA CÔNG NGHỆ
ĐỊNH VỊ ĐỘNG THỜI GIAN THỰC ........................................................... 19
2.2.1. Các quy định khi sử dụng phƣơng pháp RTK GNSS ..................... 22
2.2.2. Ƣu điểm của công nghệ đo RTK trong Trắc địa-Bản đồ................ 30
iv
2.2.3. Phƣơng pháp của công nghệ đo động xử lý tức thời (GPS RTK) .. 30
CHƢƠNG 3: THỰC NGHIỆM ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ RTK GNSS
TRONG THI CÔNG NHÀ CAO TẦNG .................................................... 34
3.1. GIỚI THIỆU KHU VỰC NGHIÊN CỨU ............................................... 34
3.1.1. Vị trí khu đo .................................................................................... 34
3.1.2. Nhiệm vụ triển khai và yêu cầu đạt đƣợc ...................................................... 35
3.2. THIẾT KẾ PHƢƠNG ÁN KỸ THUẬT CÔNG TÁC TRẮC ĐỊA ............ 36
3.2.1. Thiết kế phƣơng án sử dụng RTK GNSS ...................................................... 36
3.2.2. Nâng cao độ chính xác kỹ thuật RTK GNSS ................................. 44
3.3 THỰC NGHIỆM VÀ PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THỰC
NGHIỆM ......................................................................................................... 45
3.3.1. Công tác chuẩn bị đồ dùng ............................................................. 45
3.3.2. Cài đặt phần mềm thiết bị đo RTK ................................................. 46
3.3.3. Ứng dụng SQ-GNSS Config........................................................... 46
3.3.4. Ứng dụng SQ-GNSS Base .............................................................. 48
3.3.5. Ứng dụng SQ-GNSS Rover ............................................................ 49
3.3.6. Đo thử ............................................................................................. 51
3.3.7. Đo chính thức .................................................................................. 52
3.3.8. So sánh số liệu đo máy toàn đạc điện tử và đo định vị động RTK
GPS trong móng cọc khoan nhồi .................................................................... 60
3.3.9. So sánh số liệu đo máy toàn đạc điện tử và đo định vị động RTK
GPS trên sàn tầng cao...................................................................................... 61
3.3.10. Đánh giá kết quả thực nghiệm ...................................................... 62
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................... 64
1. Kết luận ....................................................................................................... 64
2. Kiến nghị ..................................................................................................... 64
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................
v
DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT, KÝ HIỆU TIẾNG ANH
STT Ký hiệu Nghĩa tiếng Anh Nghĩa tiếng Việt
Global Navigation Satellite Hệ thống vệ tinh dẫn
1 GNSS
System đƣờng toàn cầu
Hệ thống định vị toàn cầu
2 GPS Global Positioning System
của Mỹ
Định vị tƣơng đối động
3 RTK Real Time Kinematic
thời gian thực
Universal Transverse Lƣới chiếu hình trụ ngang
4 UTM
Mercator đồng góc
Hệ quy chiếu và hệ tọa độ
quốc gia hiện hành của
5 VN-2000 Việt Nam đƣợc thống nhất
áp dụng trong cả nƣớc từ
ngày 12 tháng 7 năm 2000
6 WGS-84 World Geodetic System 1984 Hệ thống tọa độ thế giới
7 MPQĐ Mặt phẳng quỹ đạo
8 EU European Union Liên minh châu Âu
Navigation Signal Timing Tên gọi thƣờng gọi GPS
9 NAVSTAR GPS and Ranging Global của quân đội Mỹ
Positioning System
Global Orbiting Navigation Hệ thống vệ tinh dẫn
10 GLONASS Satellite System đƣờng quỹ đạo toàn cầu
của Nga
Continuously Operating Hệ thống trạm tham chiếu
11 CORS
Reference Station
vi
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1: Các nguồn sai số trong định vị vệ tinh ........................................... 23
Bảng 2.2: Ảnh hƣởng của tầng điện ly đến khoảng cách................................ 26
Bảng 2.3: Ảnh hƣởng của tầng đối lƣu tới khoảng cách ................................. 27
Bảng 2.4: Nguồn lỗi và các biện pháp khắc phục ........................................... 29
Bảng 3.1: Danh sách phụ kiện trong một bộ thiết bị ...................................... 56
Bảng 3.2: Tọa độ các điểm mốc công trình .................................................... 56
Bảng 3.3: Tọa độ các điểm cọc khoan nhồi đo bằng phƣơng pháp máy toàn
đạc điện tử ....................................................................................................... 57
Bảng 3.4: Tọa độ các điểm cọc khoan nhồi khi trạm chủ đặt tại HQV1 ........ 58
Bảng 3.5: Tọa độ các điểm cọc khoan nhồi khi trạm chủ đặt tại HQV2 ........ 59
Bảng 3.7: Tọa độ lƣới công trình các điểm tim trục ....................................... 61
Bảng 3.6: Số liệu đo điểm tọa độ cọc khoan nhồi........................................... 60
Bảng 3.8: Số liệu điểm lƣới tim trục công trình ............................................. 61
vii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Khảo sát bằng RTK GNSS ................................................................ 9
Hình 1.2. Cấu trúc hệ thống WAAS ............................................................... 12
Hình 1.3. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống GNSS/RTK.................... 13
Hình 2.1. Cấu trúc hệ thống GNSS ................................................................. 18
Hình 2.2. Cấu trúc tín hiệu hệ thống GNSS .................................................... 18
Hình 2.3. Đo động xử lý tức thời .................................................................... 21
Hình 2.4. Các vector cạnh trong đo động xử lý sau ........................................ 22
Hình 2.5. Công tác đo RTK ở trạm động tại thực địa ..................................... 23
Hình 2.6. Sai số ảnh hƣởng của tầng đối lƣu .................................................. 26
Hình 3.1. Khởi động trạm chủ......................................................................... 38
Hình 3.2. Kiểm tra tọa độ trạm động trƣớc khi đo .......................................... 39
Hình 3.3. Máy trạm chủ và phụ kiện ............................................................... 42
Hình 3.4. Máy trạm động và phụ kiện ............................................................ 43
Hình 3.5. Bộ phát Radio Datalink ................................................................... 43
Hình 3.6. Các thiết bị kèm theo....................................................................... 44
Hình 3.7. Bộ nguồn và các thiết bị kèm theo .................................................. 44
Hình 3.8. Phần mềm thiết bị SQ - GNSS trên PlayStore ................................ 46
Hình 3.9. Sơ đồ khi trạm chủ đặt tại HQV1.................................................... 58
Hình 3.10. Sơ đồ khi trạm chủ đặt tại HQV2.................................................. 59
Hình 3.11. Sơ đồ lƣới mặt bằng thi công ........................................................ 61
1
MỞ ĐẦU
1. Cơ sở khoa học và tính thực tiễn của đề tài
Công nghệ định vị động thời gian thực là công nghệ mới sẽ cung cấp khả
năng theo dõi chính xác hơn so với công nghệ GPS hiện nay và cho ph p thu
thập thông tin trên diện rộng và đa thời gian. Công nghệ định vị động thời
gian thực cho ph p tổ chức lƣu trữ, quản lý, cập nhật và phân tích dữ liệu
nhằm phục vụ cho mục đích sử dụng. Công nghệ này đƣợc một nhóm nghiên
cứu ở chính phủ Mỹ cho biết sẽ cung cấp khả năng theo dõi chính xác hơn so
với các công nghệ cũ và các tín hiệu sẽ không biến mất ở các điểm mù và
không bị tắc nghẽn.
Và đặc biệt trong ngành Trắc địa - Bản đồ. Với độ chính xác định vị cỡ
cm và có khả năng lên tới cỡ mm khi áp dụng các phƣơng pháp bình sai với
lƣới tọa độ khống chế của Nhà nƣớc. Công nghệ định vị động thời gian thực
cung cấp cho ngƣời sử dụng trong lĩnh vực đo đạc, trắc địa, xây dựng bản đồ
một giải pháp định vị chính xác toàn diện mang tính mạng lƣới. Từ đó các
giai đoạn của đo đạc và thành lập bản đồ đã đƣợc rút ngắn đi đang kể giúp
giảm bớt chi phí, nhân lực, tăng tiến độ thi công. Và với phƣơng pháp đo
động xử lý tức thời đã định vị độ chính xác cao có thể ứng dụng trong thi
công xây dựng.
Với mục tiêu giải quyết loại bỏ sai số đến mức thấp nhất và tăng tiến độ
thi công trong công trình xây dựng dân dụng đƣợc áp dụng bằng công nghệ
định vị động thời gian thực tôi đã quyết định lựa chọn đề tài: Nghiên cứu ứng
dụng công nghệ định vị động thời gian thực trong thi công công trình nhà cao
tầng. Luận văn thạc sĩ này tôi sẽ trình bày về phƣơng pháp RTK GNSS so với
công nghệ truyền thống trong công trình xây dựng.
2. Mục tiêu của đề tài
- Mục đích của công nghệ định vị động thời gian thực là để giảm thiểu
ảnh hƣởng của sai số phụ thuộc vào khoảng cách và vị trí đƣợc tính toán trong
phạm vi giới hạn của mạng lƣới.
2
- Nghiên cứu ứng dụng công nghệ định vị động thời gian thực để ứng
dụng các thành quả đạt đƣợc trong quá trình xây dựng công trình.
3. Nội dung nghiên cứu
- Tổng quan về công nghệ định vị động thời gian thực (RTK) của hệ
thống dẫn đƣờng toàn cầu và các ứng dụng trong thực tiễn sản xuất Trắc địa -
Bản đồ;
- Nghiên cứu quy trình, biện pháp của công nghệ định vị thời gian
thực trong công tác trắc địa phục vụ cho công trình nhà cao tầng hiện nay ở
Việt Nam;
- Thực nghiệm ứng dụng công nghệ định vị động thời gian thực của hệ
thống dẫn đƣờng toàn cầu xác định ;
- Đánh giá kết quả thực nghiệm.
4. Phƣơng pháp nghiên cứu
- Phƣơng pháp lý thuyết: Nghiên cứu cơ sở khoa học của công nghệ
RTK GNSS và quy trình các công tác trắc địa trong thi công nhà cao tầng.
- Phƣơng pháp tổng hợp và kế thừa: Thu thập các tài liệu liên quan nhƣ
các nghiên cứu ứng dụng về công tác thi công nhà cao tầng đã có từ trƣớc.
Phân tích các kỹ thuật và lựa chọn các phƣơng pháp nghiên cứu phù hợp để
xác định vị trí tim trục trong thi công nhà cao tầng đƣợc thực hiện.
- Phƣơng pháp sử dụng công nghệ RTK GNSS: Cung cấp dữ liệu đầu
vào cho luận văn, tiến hành điều tra thực địa và thực hành đo RTK GNSS để
nhận đƣợc số liệu và kinh nghiệm khảo sát dựa trên tinh thần làm việc nghiêm
túc, cẩn thận tỉ mỉ để có đƣợc sự đảm bảo uy tín và tin cậy.
- Phƣơng pháp tích hợp thông tin trong công nghệ RTK GNSS: Tìm hiểu
và nghiên cứu công nghệ thông tin tích hợp trong phần mềm xử lý số liệu đo
- Phƣơng pháp tin học: Sử dụng các phần mềm xử lý số liệu có sẵn hiện
nay nhƣ phần mềm soạn thảo văn bản và tính toán số liệu của Microsoft
Office, phần mềm hiển thị đồ họa nhƣ Auto CAD, phần mềm xử
lý dữ liệu đo GNSS,...
3
5. Cấu trúc đồ án
Chƣơng 1: Tổng quan về ứng dụng công nghệ định vị động thời gian
thực trong thi công nhà cao tầng
Chƣơng 2: Cơ sở lý thuyết công nghệ định vị động thời gian thực
Chƣơng 3: Thực nghiệm ứng dụng công nghệ RTK GNSS trong thi công
nhà cao tầng
4
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ ĐỊNH VỊ
ĐỘNG THỜI GIAN THỰC TRONG THI CÔNG NHÀ CAO TẦNG
1.1. KHÁI QUÁT VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU, TRIỂN KHAI VÀ
ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GPS TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM
1.1.1. Nghiên cứu trên thế giới
Năm 1983 bằng công nghệ GPS ngƣời ta xây dựng mạng lƣới trắc địa ở
Eifel (CHLB Đức). Tiếp theo đó nhiều mạng lƣới cũng đƣợc xây dựng ở
Montgomery Country, Pennsylvani (Mỹ)… Ƣu điểm chủ yếu và quan trọng
nhất của công nghệ GPS là có thể xác định đƣợc các v c tơ cạnh giữa các
điểm trắc địa với độ chính xác cao mà không đòi hỏi sự thông hƣớng giữa các
điểm đó. Ngay từ những năm 90 của thế kỷ XX, khi hiểu đƣợc lợi thế của
GPS ngƣời ta đã nói rằng, công nghệ GPS đã đƣa các phƣơng pháp xây dựng
lƣới trắc địa truyền thống thành “Những con khủng long thời tiền sử”. Để
hƣớng dẫn thành lập lƣới GPS tiểu ban lƣới trắc địa (FGCS) của hiệp hội trắc
địa quốc tế đã nghiên cứu và xuất bản “Tiêu chuẩn độ chính xác trắc địa hình
học và hƣớng dẫn sử dụng kỹ thuật định vị GPS tƣơng đối” (Geometric
Geodetic Accuracy Standards and Specification for using GPS Relative
Positioning Techniques) và tài liệu “Các tiêu chuẩn và hƣớng dẫn đối với lƣới
khống chế trắc địa” (Standards Standards and Specification for Geodetic
Contron Networks). Cho đến nay nhiều nƣớc trên thế giới đã coi GPS là
phƣơng pháp chủ yếu trong xây dựng các mạng lƣới trắc địa.
Bằng kỹ thuật đo tƣơng đối tĩnh, ngƣời ta có thể xây dựng đƣợc các
mạng lƣới có cạnh dài đến hàng nghìn km. Khung tọa độ quốc tế ITRF
(International Celestial Reference Frame) thực chất là mạng lƣới có cạnh dài
nhƣ vậy. Bằng công nghệ GPS các nƣớc châu Âu đã cùng nhau xây dựng
khung tọa độ châu Âu gọi là EUREF (European Referance Frame). Từ khi
GPS đƣợc sử dụng trong trắc địa, một số quy tắc và tiêu chuẩn phân cấp lƣới
tọa độ trƣớc đây đã bị thay đổi.
Từ khi có công nghệ GPS,ngƣời ta đã đƣa các khái niệm mới đối với
5
lƣới trắc địa đó là các mạng lƣới tĩnh (Pasive control networks) và các mạng
lƣới động (Active control networks)
Các mạng lƣới tĩnh là các mạng có các mốc cố định trên mặt đất đƣợc đo
với độ chính xác cao và là cơ sở trắc địa trải rộng liên tục trên 1 mục đích
nhất định. Các số liệu của các điểm trong mạng lƣới đƣợc gọi là không đổi và
không có sai số. Các mạng lƣới này thƣờng có độ chính xác đo chiều dài cạnh
cỡ 1:250000 và đo độ cao cỡ một vài mm trên 1km. Có thể thấy rằng các
mạng lƣới này thuộc hệ thống lƣới tọa độ và độ cao Nhà nƣớc.
Các mạng lƣới động là các mạng lƣới gồm một số điểm cố định có vai
trò là các trạm theo dõi (Moniter Stations) làm cơ sở để xác định tọa độ cho
nhiều điểm khác. Các điểm cần xác định tọa độ cũng có thể là các điểm
chuyển động cần xác định tọa độ tức thời. Với ý tƣởng này từ nguyên tắc đo
GPS vi phân (DGPS) ngƣời ta đã xây dựng hệ định vị vi phân diện rộng
WADGPS (Wide – Area diferentital GPS). Hệ thống ACS của Canada
(Canadian Active coltrol System ) là một ví dụ về loại lƣới này . Mạng ACS
đƣợc xây dựng bắt đầu năm 1985 , bao gồm 20 trạm theo dõi bố trí đều có
Trạm chủ đặt tại Ottawa. Hiện nay một số nƣớc đã phát triển kỹ thuật
định vị động với các trạm tham chiếu vào VRS (Virtual Reference Station).
1.1.2. Nghiên cứu trong nước
Năm 1990, cục đo đạc và bản đồ Nhà nƣớc đã quyết định ứng dụng công
nghệ GPS để đổi mới công nghệ xây dựng lƣới tọa độ. Sau khi thử nghiệm
thành công, công nghệ GPS đƣợc áp dụng ngay vào sản xuất để thi công lƣới
tọa độ cạnh ngắn Minh Hải, Sông B và Tây Nguyên gồm 117 điểm. Đây là
những địa bàn còn lại chƣa có lƣới tọa độ vì không đủ điều kiện để thi công
theo công nghệ đo đạc truyền thống.
Năm 1991, công nghệ GPS khoảng cách dài đƣợc thử nghiệm thành
công, từ năm 1991 – 1992 chúng ta đã sử dụng công nghệ GPS để xây dựng
một số mạng lƣới hạng II ở những vùng khó khăn (Minh Hải, Tây Nguyên...).
Sử dụng GPS để xây dựng lƣới trắc địa biển gồm 36 điểm đo nối
6
tất cả các đảo, quần đảo lớn với đất liền trong đó có 23 điểm trên quần đảo
Trƣờng Sa, kết nối đất liền với hải đảo xa trong một hệ thống tọa độ chung.
Năm 1995, tổng cục địa chính đã quyết định xây dựng lƣới tọa độ cấp
“0” bằng công nghệ GPS cạnh dài (bằng máy 2 tần) với chiều dài cạnh trung
bình khoảng 120 km gồm 71 điểm trong đó có 56 điểm trùng các điểm tọa độ
hạng I, hạng II đã đo; Trong số các điểm mới đo có một điểm gốc mới ở Hà
Nội. Lƣới tọa độ cấp “0” đóng vai trò kiểm tra chất lƣợng các lƣới tọa độ
hạng I, hạng II đã xây dựng, kết nối thống nhất và tăng cƣờng độ chính xác
cao, làm cơ sở đo lƣới tọa độ với các lƣới quốc tế.
Hệ quy chiếu và hệ tọa độ Quốc Gia là cơ sở toán học của công tác trắc
địa mà bản đồ mà mỗi quốc gia nhất thiết phải xác lập để thể hiện độ chính
xác và thống nhất các dữ liệu đo đạc và bản đồ. Hệ quy chiếu và hệ tọa độ
Quốc gia HN-72 đến giai đoạn này không còn đáp ứng đƣợc yêu cầu kỹ thuật
mà thực tế đòi hỏi. Do đó việc lựa chọn một hệ quy chiếu Quốc Gia mới phù
hợp và chính xác là nhiệm vụ bức xúc đƣợc Tổng cục địa chính đặc biệt quan
tâm. Công nghệ GPS đã đóng góp đáng kể trong việc thực hiện nhiệm vụ trên.
Công trình tính toán xác định hệ quy chiếu hợp lý cho Việt Nam, bình
sai hệ thống lƣới tọa độ Nhà Nƣớc để thống nhất hệ tọa độ Quốc Gia đƣợc bắt
đầu từ năm 1992. Năm 1998, Tổng cục địa chính đo đạc bổ sung, tích hợp
lƣới tọa độ cấp “0” , định vị hệ quy chiếu bằng trị đo GPS –thủy chuẩn, xây
dựng mô hình Geoid, kết nối với các lƣới quốc tế, bình sai hỗn hợp lƣới vệ
tinh - mặt đất để xác định Hệ quy chiếu và Hệ tọa độ Quốc Gia.
Từ năm 1995, để phục vụ cho công tác đo đạc lập bản đồ địa chính ở địa
phƣơng, Tổng cục địa chính bắt đầu triển khai xây dựng lƣới địa chính cơ sở
(tƣơng đƣơng lƣới tọa độ Quốc Gia hạng III), việc tính toán bình sai tổng thể
mạng lƣới đã hoàn thành vào năm 2004. Bộ Tài Nguyên và Môi trƣờng đã kết
thúc công tác xây dựng mạng lƣới địa chính cơ sở và chính thức công bố hoàn
thành (gồm 13.836 điểm). Toàn bộ lƣới tọa độ này đƣợc đo đac bằng công
nghệ GPS.
7
Hiện nay cục đo đạc và Bản đồ Việt Nam đã đƣợc đầu tƣ xây dựng 6
trạm GPS cố định: Đồ Sơn, Vũng Tàu, Lai Châu, Hà Giang, Cao Bằng,
Quảng Nam cung cấp số liệu cải chỉnh phân sai cho đo tọa độ bằng công nghệ
GPS trong đo vẽ bản đồ, điều tra Tài nguyên, phân giới cắm mốc và phục vụ
an ninh quốc phòng.
Ở nƣớc ta công nghệ GPS đã và đang đƣợc ứng dụng rộng rãi trong công
tác xây dựng lƣới địa chính và lƣới khống chế đo vẽ để thành lập bản đồ địa
chính các tỷ lệ tại một số địa phƣơng. Qua thực tế thấy rằng công nghệ này có
chiều hƣớng phát triển tốt, khẳ năng ứng dụng cao, đem lại hiệu quả về cả kỹ
thuật và kinh tế. Các chỉ tiêu thành lập lƣới địa chính bằng công nghệ GPS đã
đƣợc quy định tại Quyết định số 08/2008/QĐ-BTNMT ngày 10 tháng 11 năm
2008 của Bộ Tài Nguyên Môi Trƣờng.
1.2. TỔNG QUAN VỀ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GNSS TRONG
THI CÔNG CÔNG TRÌNH NHÀ CAO TẦNG
Các ứng dụng của công nghệ GNSS trong kỹ thuật Trắc địa – Bản đồ có
rất nhiều. Trƣớc tiên phải kể đến các ứng dụng trong xây dựng lƣới khống chế
trắc địa. Nơi áp dụng đầu tiên công nghệ GNSS vào xây dựng mạng lƣới
khống chế trắc địa phải kể đến tỉnh Eiffel thuộc một bang miền tây Cộng hòa
Liên bang Đức vào năm 1983. Tiếp theo là các ứng dụng trắc thành lập bản
đồ và mặt cắt địa hình. Trong trắc địa công trình, GNSS đƣợc ứng dụng khi
chuyển thiết kế thi công ra thực địa, hay còn gọi là Stake out hoặc Setting out.
Trong truyền độ cao thi công, tƣơng đƣơng thủy chuẩn kỹ thuật hoặc thủy
chuẩn hạng IV, công nghệ GNSS cũng đƣợc sử dụng rất nhiều vì sự tiện lợi
và nhanh chóng.
1.2.1. Các phương pháp đo chủ yếu
a/ Đo tĩnh (Static).
Đây là phƣơng pháp phổ biến để thành lập lƣới khống chế trắc địa. Điều
kiện thông thƣờng là có vài máy thu GNSS cùng thu tín hiệu trong một
khoảng thời gian. Tọa độ điểm khống chế trong lƣới đƣợc tính từ tọa độ điểm
8
gốc. Phƣơng pháp này cho độ chính xác vị trí điểm cao nhất trong các phƣơng
pháp thu GNSS, cỡ 1 mm.
b/ Đo tĩnh nhanh (Fast Static).
Đối với xây dựng lƣới khống chế trắc địa cấp thấp, độ chính xác yêu cầu
cỡ cm so với điểm gốc, có thể áp dụng phƣơng pháp này vì sự tiện lợi của nó.
Thời gian thu tín hiệu rút ngắn còn dƣới 10 phút. Khoảng cách giữa điểm
khống chế gốc với điểm phát triển thêm có thể 15 đến 20 km.
Phƣơng pháp này hiệu dụng khi tăng dày và phát triển mạng lƣới trắc
địa. Số liệu đo đƣợc xử lý hậu kỳ.
c/ Đo động (Kinematic).
Phƣơng pháp phổ biến đo chi tiết thành lập bản đồ thƣờng là Động Dừng
Tiến (Stop and Go) hoặc Động Liên tục (Continuous). Yêu cầu số lƣợng vệ
tinh phải lớn hơn 4 đối với mỗi máy tham gia. Có một máy chủ (Base) và
nhiều máy di động (Rove). Cũng có trƣờng hợp 2 máy chủ nhằm nâng cao độ
chính xác điểm trạm động. Mỗi phƣơng pháp đo cụ thể phải đƣợc thiết kế và
lên kế hoạch đo từ trƣớc, tránh hiện tƣợng mất tín hiệu trên đƣờng đo. Phƣơng
pháp động liên tục phù hợp điểm đo có dạng tuyến liên tục, có thể tuyến thẳng
hoặc cong. Phƣơng pháp động dừng tiến phù hợp điểm đo có dạng điểm đặc
trƣng địa hình địa vật. Khoảng cách từ điểm trạm chủ đến các điểm động có
thể tới 5 km. Độ chính xác đạt đƣợc cỡ cm.
d/ Đo RTK GNSS
Đo bằng RTK GNSS là sử dụng kỹ thuật định vị tƣơng đối dựa trên pha
sóng tải từ máy thu. Ngƣời đo cần nhiều hơn hai máy thu tín hiệu vệ tinh,
trong đó một máy đƣợc cố định tại điểm đã biết tọa độ, nhằm trao đổi thông
tin tức thời tới máy thu di động, với khoảng cách tới 15 km. Bởi vì phƣơng
thức truyền thông tin tiện lợi nên phƣơng pháp này ngày nay đƣợc sử dụng
rộng rãi.
9
Hình 1.1. Khảo sát bằng RTK GNSS
Phƣơng pháp đo này dựa trên thông tin đã biết từ trạm cố định (Base)
đƣợc truyền tới máy thu di động (Rove) thông qua tín hiệu truyền thông
(radio, SMS, 3G), hình 2.4. Tƣơng tự nhƣ kỹ thuật đo động GNSS, tần số lấy
mẫu trong máy thƣờng đặt ở 1 giây. Một phần mềm tích hợp với máy di động
và xử lý các trị đo GNSS đƣợc lựa chọn tại cả hai trạm chủ và động để giải ra
vị trí điểm động với độ chính xác cỡ cm.
Các tham số ƣớc lƣợng về pha sóng tải đƣợc giải gần nhƣ ngay lập tức
bằng cách sử dụng kỹ thuật đƣợc gọi là ON THE FLY. Việc ƣớc lƣợng số
nguyên lần bƣớc sóng đƣợc cố định giá trị và máy thu di động sẽ đƣa ra tọa
độ đúng tại nơi đặt máy. Không có quá trình xử lý hậu kỳ nào. Mỗi điểm động
dừng khoảng 30 giây để cho ph p tính ra trung bình vị trí điểm. Trị đo đƣợc
lƣu trữ trong máy và có thể kết nối với tính để phun điểm lên màn hình thông
qua phần mềm CAD. Phƣơng pháp này đƣợc sử dụng phổ biến, điều kiện thực
hiện với máy thu hai tần số.
1.2.2. Các hệ thống tăng cường độ chính xác vị trí điểm thu
GNSS a/ Hệ thống tăng cƣờng cơ sở mặt đất:
Hệ thống tăng cƣờng độ chính xác vị trí điểm thu tín hiệu GNSS dựa trên
cơ sở kỹ thuật RTK và thƣờng đƣợc gọi là Định vị vi phân, nhƣng có điểm
TRƢỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƢỜNG HÀ NỘI
NGUYỄN MẠNH HÙNG
LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ ĐỊNH VỊ
ĐỘNG THỜI GIAN THỰC TRONG THI CÔNG CÔNG
TRÌNH NHÀ CAO TẦNG
Hà Nội - 2018
BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƢỜNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƢỜNG HÀ NỘI
NGUYỄN MẠNH HÙNG
LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ ĐỊNH VỊ
ĐỘNG THỜI GIAN THỰC TRONG THI CÔNG CÔNG
TRÌNH NHÀ CAO TẦNG
Ngành : Kỹ thuật Trắc địa – Bản đồ
Mã ngành : D520503
NGƢỜI HƢỚNG DẪN: TS. ĐINH XUÂN VINH
Hà Nội - 2018
CÔNG TRÌNH ĐƢỢC HOÀN THÀNH TẠI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƢỜNG HÀ NỘI
Cán bộ hƣớng dẫn: TS. Đinh Xuân Vinh
Cán bộ chấm phản biện 1: PGS.TS. Trần Viết Tuấn
Cán bộ chấm phản biện 2: TS. Lê Văn Hùng
Luận văn thạc sĩ đƣợc bảo vệ tại:
HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƢỜNG
ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƢỜNG HÀ NỘI
Ngày 20 tháng 01 năm 2019
i
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan: Luận văn này là công trình nghiên cứu thực sự của
cá nhân, đƣợc thực hiên dƣới sự hƣớng dẫn của Tiến sĩ Đinh Xuân Vinh. Các
số liệu, những kết luận nghiên cứu đƣợc trình bày trong luận văn này là trung
thực và chƣa từng đƣợc công bố dƣới bất kỳ hình thức nào.
Tôi xin chịu trách nhiệm về nghiên cứu của mình.
Hà Nội, ngày 16 tháng 01 năm 2019
TÁC GIẢ LUẬN VĂN
Nguyễn Mạnh Hùng
ii
LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình thực hiện đề tài và hoàn thành luận văn, tác giả đã
nhận đƣợc sự giúp đỡ nhiệt tình của các thầy, cô giáo trong Khoa Trắc địa,
Bản đồ và Thông tin địa lý – trƣờng Đại học Tài nguyên và Môi trƣờng Hà
Nội; cùng với sự giúp đỡ của các bạn bè đồng nghiệp; đặc biệt là TS. Đinh
Xuân Vinh. Xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới các tập thể và cá nhân đã
giúp đỡ tác giả hoàn thành bản Luận văn này.
Tác giả xin dành lời cảm ơn sâu sắc nhất!
Hà Nội, ngày 16 tháng 01 năm 2019
TÁC GIẢ LUẬN VĂN
Nguyễn Mạnh Hùng
iii
TÓM TẮT LUẬN VĂN
+ Họ và tên học viên: Nguyễn Mạnh Hùng
+ Lớp: CH2B.TĐ Khoá: 2
+ Cán bộ hƣớng dẫn: TS. Đinh Xuân Vinh
+ Tên đề tài: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ định vị động thời gian
thực trong thi công công trình nhà cao tầng
+ Tóm tắt: Ban đầu luận văn giới thiệu tổng quan về công nghệ định vị
động thời gian thực (RTK). Tiếp theo tác giả nghiên cứu, rà soát sự thay đổi,
biến động về mặt đo đạc số liệu của Thiết kế kỹ thuật – phƣơng án đo đã đƣợc
phê duyệt so với công nghệ đo bằng máy toàn đạc điện tử. Và cuối cùng tác
giả đƣa ra phƣơng án và kết luận để điều chỉnh Thiết kế kỹ thuật – phƣơng
pháp đo cho phù hợp với những công trình, từ đó đề xuất phƣơng pháp công
nghệ, bổ sung thiết kế - kỹ thuật xây dựng kỹ thuật đo định vị động thời gian
thực (RTK) trong thi công công trình nhà cao tầng.
iii
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................. i
LỜI CẢM ƠN ..................................................................................................ii
TÓM TẮT LUẬN VĂN ................................................................................. iii
MỤC LỤC ....................................................................................................... iii
DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT, KÝ HIỆU TIẾNG ANH .. v
DANH MỤC CÁC BẢNG ............................................................................. vi
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ.......................................................................vii
MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ ĐỊNH VỊ
ĐỘNG THỜI GIAN THỰC TRONG THI CÔNG NHÀ CAO TẦNG ..... 4
1.1. KHÁI QUÁT VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU, TRIỂN KHAI VÀ ỨNG
DỤNG CÔNG NGHỆ GPS TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM ................. 4
1.1.1. Nghiên cứu trên thế giới ................................................................... 4
1.1.2. Nghiên cứu trong nƣớc ..................................................................... 5
1.2. TỔNG QUAN VỀ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GNSS TRONG THI
CÔNG CÔNG TRÌNH NHÀ CAO TẦNG....................................................... 7
1.2.1. Các phƣơng pháp đo chủ yếu ............................................................ 7
1.2.2. Các hệ thống tăng cƣờng độ chính xác vị trí điểm thu GNSS .......... 9
1.3. VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI LUẬN VĂN ........................... 14
CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CÔNG NGHỆ ĐỊNH VỊ ĐỘNG
THỜI GIAN THỰC ...................................................................................... 15
2.1. KHÁI QUÁT CÔNG NGHỆ GNSS (Global Navigation Satellite System)
......................................................................................................................... 15
2.1.1. Khái niệm ........................................................................................ 15
2.1.2. Cấu trúc chung của GNSS .............................................................. 17
2.2. CẤU TRÚC VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA CÔNG NGHỆ
ĐỊNH VỊ ĐỘNG THỜI GIAN THỰC ........................................................... 19
2.2.1. Các quy định khi sử dụng phƣơng pháp RTK GNSS ..................... 22
2.2.2. Ƣu điểm của công nghệ đo RTK trong Trắc địa-Bản đồ................ 30
iv
2.2.3. Phƣơng pháp của công nghệ đo động xử lý tức thời (GPS RTK) .. 30
CHƢƠNG 3: THỰC NGHIỆM ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ RTK GNSS
TRONG THI CÔNG NHÀ CAO TẦNG .................................................... 34
3.1. GIỚI THIỆU KHU VỰC NGHIÊN CỨU ............................................... 34
3.1.1. Vị trí khu đo .................................................................................... 34
3.1.2. Nhiệm vụ triển khai và yêu cầu đạt đƣợc ...................................................... 35
3.2. THIẾT KẾ PHƢƠNG ÁN KỸ THUẬT CÔNG TÁC TRẮC ĐỊA ............ 36
3.2.1. Thiết kế phƣơng án sử dụng RTK GNSS ...................................................... 36
3.2.2. Nâng cao độ chính xác kỹ thuật RTK GNSS ................................. 44
3.3 THỰC NGHIỆM VÀ PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THỰC
NGHIỆM ......................................................................................................... 45
3.3.1. Công tác chuẩn bị đồ dùng ............................................................. 45
3.3.2. Cài đặt phần mềm thiết bị đo RTK ................................................. 46
3.3.3. Ứng dụng SQ-GNSS Config........................................................... 46
3.3.4. Ứng dụng SQ-GNSS Base .............................................................. 48
3.3.5. Ứng dụng SQ-GNSS Rover ............................................................ 49
3.3.6. Đo thử ............................................................................................. 51
3.3.7. Đo chính thức .................................................................................. 52
3.3.8. So sánh số liệu đo máy toàn đạc điện tử và đo định vị động RTK
GPS trong móng cọc khoan nhồi .................................................................... 60
3.3.9. So sánh số liệu đo máy toàn đạc điện tử và đo định vị động RTK
GPS trên sàn tầng cao...................................................................................... 61
3.3.10. Đánh giá kết quả thực nghiệm ...................................................... 62
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................... 64
1. Kết luận ....................................................................................................... 64
2. Kiến nghị ..................................................................................................... 64
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................
v
DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT, KÝ HIỆU TIẾNG ANH
STT Ký hiệu Nghĩa tiếng Anh Nghĩa tiếng Việt
Global Navigation Satellite Hệ thống vệ tinh dẫn
1 GNSS
System đƣờng toàn cầu
Hệ thống định vị toàn cầu
2 GPS Global Positioning System
của Mỹ
Định vị tƣơng đối động
3 RTK Real Time Kinematic
thời gian thực
Universal Transverse Lƣới chiếu hình trụ ngang
4 UTM
Mercator đồng góc
Hệ quy chiếu và hệ tọa độ
quốc gia hiện hành của
5 VN-2000 Việt Nam đƣợc thống nhất
áp dụng trong cả nƣớc từ
ngày 12 tháng 7 năm 2000
6 WGS-84 World Geodetic System 1984 Hệ thống tọa độ thế giới
7 MPQĐ Mặt phẳng quỹ đạo
8 EU European Union Liên minh châu Âu
Navigation Signal Timing Tên gọi thƣờng gọi GPS
9 NAVSTAR GPS and Ranging Global của quân đội Mỹ
Positioning System
Global Orbiting Navigation Hệ thống vệ tinh dẫn
10 GLONASS Satellite System đƣờng quỹ đạo toàn cầu
của Nga
Continuously Operating Hệ thống trạm tham chiếu
11 CORS
Reference Station
vi
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1: Các nguồn sai số trong định vị vệ tinh ........................................... 23
Bảng 2.2: Ảnh hƣởng của tầng điện ly đến khoảng cách................................ 26
Bảng 2.3: Ảnh hƣởng của tầng đối lƣu tới khoảng cách ................................. 27
Bảng 2.4: Nguồn lỗi và các biện pháp khắc phục ........................................... 29
Bảng 3.1: Danh sách phụ kiện trong một bộ thiết bị ...................................... 56
Bảng 3.2: Tọa độ các điểm mốc công trình .................................................... 56
Bảng 3.3: Tọa độ các điểm cọc khoan nhồi đo bằng phƣơng pháp máy toàn
đạc điện tử ....................................................................................................... 57
Bảng 3.4: Tọa độ các điểm cọc khoan nhồi khi trạm chủ đặt tại HQV1 ........ 58
Bảng 3.5: Tọa độ các điểm cọc khoan nhồi khi trạm chủ đặt tại HQV2 ........ 59
Bảng 3.7: Tọa độ lƣới công trình các điểm tim trục ....................................... 61
Bảng 3.6: Số liệu đo điểm tọa độ cọc khoan nhồi........................................... 60
Bảng 3.8: Số liệu điểm lƣới tim trục công trình ............................................. 61
vii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Khảo sát bằng RTK GNSS ................................................................ 9
Hình 1.2. Cấu trúc hệ thống WAAS ............................................................... 12
Hình 1.3. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống GNSS/RTK.................... 13
Hình 2.1. Cấu trúc hệ thống GNSS ................................................................. 18
Hình 2.2. Cấu trúc tín hiệu hệ thống GNSS .................................................... 18
Hình 2.3. Đo động xử lý tức thời .................................................................... 21
Hình 2.4. Các vector cạnh trong đo động xử lý sau ........................................ 22
Hình 2.5. Công tác đo RTK ở trạm động tại thực địa ..................................... 23
Hình 2.6. Sai số ảnh hƣởng của tầng đối lƣu .................................................. 26
Hình 3.1. Khởi động trạm chủ......................................................................... 38
Hình 3.2. Kiểm tra tọa độ trạm động trƣớc khi đo .......................................... 39
Hình 3.3. Máy trạm chủ và phụ kiện ............................................................... 42
Hình 3.4. Máy trạm động và phụ kiện ............................................................ 43
Hình 3.5. Bộ phát Radio Datalink ................................................................... 43
Hình 3.6. Các thiết bị kèm theo....................................................................... 44
Hình 3.7. Bộ nguồn và các thiết bị kèm theo .................................................. 44
Hình 3.8. Phần mềm thiết bị SQ - GNSS trên PlayStore ................................ 46
Hình 3.9. Sơ đồ khi trạm chủ đặt tại HQV1.................................................... 58
Hình 3.10. Sơ đồ khi trạm chủ đặt tại HQV2.................................................. 59
Hình 3.11. Sơ đồ lƣới mặt bằng thi công ........................................................ 61
1
MỞ ĐẦU
1. Cơ sở khoa học và tính thực tiễn của đề tài
Công nghệ định vị động thời gian thực là công nghệ mới sẽ cung cấp khả
năng theo dõi chính xác hơn so với công nghệ GPS hiện nay và cho ph p thu
thập thông tin trên diện rộng và đa thời gian. Công nghệ định vị động thời
gian thực cho ph p tổ chức lƣu trữ, quản lý, cập nhật và phân tích dữ liệu
nhằm phục vụ cho mục đích sử dụng. Công nghệ này đƣợc một nhóm nghiên
cứu ở chính phủ Mỹ cho biết sẽ cung cấp khả năng theo dõi chính xác hơn so
với các công nghệ cũ và các tín hiệu sẽ không biến mất ở các điểm mù và
không bị tắc nghẽn.
Và đặc biệt trong ngành Trắc địa - Bản đồ. Với độ chính xác định vị cỡ
cm và có khả năng lên tới cỡ mm khi áp dụng các phƣơng pháp bình sai với
lƣới tọa độ khống chế của Nhà nƣớc. Công nghệ định vị động thời gian thực
cung cấp cho ngƣời sử dụng trong lĩnh vực đo đạc, trắc địa, xây dựng bản đồ
một giải pháp định vị chính xác toàn diện mang tính mạng lƣới. Từ đó các
giai đoạn của đo đạc và thành lập bản đồ đã đƣợc rút ngắn đi đang kể giúp
giảm bớt chi phí, nhân lực, tăng tiến độ thi công. Và với phƣơng pháp đo
động xử lý tức thời đã định vị độ chính xác cao có thể ứng dụng trong thi
công xây dựng.
Với mục tiêu giải quyết loại bỏ sai số đến mức thấp nhất và tăng tiến độ
thi công trong công trình xây dựng dân dụng đƣợc áp dụng bằng công nghệ
định vị động thời gian thực tôi đã quyết định lựa chọn đề tài: Nghiên cứu ứng
dụng công nghệ định vị động thời gian thực trong thi công công trình nhà cao
tầng. Luận văn thạc sĩ này tôi sẽ trình bày về phƣơng pháp RTK GNSS so với
công nghệ truyền thống trong công trình xây dựng.
2. Mục tiêu của đề tài
- Mục đích của công nghệ định vị động thời gian thực là để giảm thiểu
ảnh hƣởng của sai số phụ thuộc vào khoảng cách và vị trí đƣợc tính toán trong
phạm vi giới hạn của mạng lƣới.
2
- Nghiên cứu ứng dụng công nghệ định vị động thời gian thực để ứng
dụng các thành quả đạt đƣợc trong quá trình xây dựng công trình.
3. Nội dung nghiên cứu
- Tổng quan về công nghệ định vị động thời gian thực (RTK) của hệ
thống dẫn đƣờng toàn cầu và các ứng dụng trong thực tiễn sản xuất Trắc địa -
Bản đồ;
- Nghiên cứu quy trình, biện pháp của công nghệ định vị thời gian
thực trong công tác trắc địa phục vụ cho công trình nhà cao tầng hiện nay ở
Việt Nam;
- Thực nghiệm ứng dụng công nghệ định vị động thời gian thực của hệ
thống dẫn đƣờng toàn cầu xác định ;
- Đánh giá kết quả thực nghiệm.
4. Phƣơng pháp nghiên cứu
- Phƣơng pháp lý thuyết: Nghiên cứu cơ sở khoa học của công nghệ
RTK GNSS và quy trình các công tác trắc địa trong thi công nhà cao tầng.
- Phƣơng pháp tổng hợp và kế thừa: Thu thập các tài liệu liên quan nhƣ
các nghiên cứu ứng dụng về công tác thi công nhà cao tầng đã có từ trƣớc.
Phân tích các kỹ thuật và lựa chọn các phƣơng pháp nghiên cứu phù hợp để
xác định vị trí tim trục trong thi công nhà cao tầng đƣợc thực hiện.
- Phƣơng pháp sử dụng công nghệ RTK GNSS: Cung cấp dữ liệu đầu
vào cho luận văn, tiến hành điều tra thực địa và thực hành đo RTK GNSS để
nhận đƣợc số liệu và kinh nghiệm khảo sát dựa trên tinh thần làm việc nghiêm
túc, cẩn thận tỉ mỉ để có đƣợc sự đảm bảo uy tín và tin cậy.
- Phƣơng pháp tích hợp thông tin trong công nghệ RTK GNSS: Tìm hiểu
và nghiên cứu công nghệ thông tin tích hợp trong phần mềm xử lý số liệu đo
- Phƣơng pháp tin học: Sử dụng các phần mềm xử lý số liệu có sẵn hiện
nay nhƣ phần mềm soạn thảo văn bản và tính toán số liệu của Microsoft
Office, phần mềm hiển thị đồ họa nhƣ Auto CAD, phần mềm xử
lý dữ liệu đo GNSS,...
3
5. Cấu trúc đồ án
Chƣơng 1: Tổng quan về ứng dụng công nghệ định vị động thời gian
thực trong thi công nhà cao tầng
Chƣơng 2: Cơ sở lý thuyết công nghệ định vị động thời gian thực
Chƣơng 3: Thực nghiệm ứng dụng công nghệ RTK GNSS trong thi công
nhà cao tầng
4
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ ĐỊNH VỊ
ĐỘNG THỜI GIAN THỰC TRONG THI CÔNG NHÀ CAO TẦNG
1.1. KHÁI QUÁT VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU, TRIỂN KHAI VÀ
ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GPS TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM
1.1.1. Nghiên cứu trên thế giới
Năm 1983 bằng công nghệ GPS ngƣời ta xây dựng mạng lƣới trắc địa ở
Eifel (CHLB Đức). Tiếp theo đó nhiều mạng lƣới cũng đƣợc xây dựng ở
Montgomery Country, Pennsylvani (Mỹ)… Ƣu điểm chủ yếu và quan trọng
nhất của công nghệ GPS là có thể xác định đƣợc các v c tơ cạnh giữa các
điểm trắc địa với độ chính xác cao mà không đòi hỏi sự thông hƣớng giữa các
điểm đó. Ngay từ những năm 90 của thế kỷ XX, khi hiểu đƣợc lợi thế của
GPS ngƣời ta đã nói rằng, công nghệ GPS đã đƣa các phƣơng pháp xây dựng
lƣới trắc địa truyền thống thành “Những con khủng long thời tiền sử”. Để
hƣớng dẫn thành lập lƣới GPS tiểu ban lƣới trắc địa (FGCS) của hiệp hội trắc
địa quốc tế đã nghiên cứu và xuất bản “Tiêu chuẩn độ chính xác trắc địa hình
học và hƣớng dẫn sử dụng kỹ thuật định vị GPS tƣơng đối” (Geometric
Geodetic Accuracy Standards and Specification for using GPS Relative
Positioning Techniques) và tài liệu “Các tiêu chuẩn và hƣớng dẫn đối với lƣới
khống chế trắc địa” (Standards Standards and Specification for Geodetic
Contron Networks). Cho đến nay nhiều nƣớc trên thế giới đã coi GPS là
phƣơng pháp chủ yếu trong xây dựng các mạng lƣới trắc địa.
Bằng kỹ thuật đo tƣơng đối tĩnh, ngƣời ta có thể xây dựng đƣợc các
mạng lƣới có cạnh dài đến hàng nghìn km. Khung tọa độ quốc tế ITRF
(International Celestial Reference Frame) thực chất là mạng lƣới có cạnh dài
nhƣ vậy. Bằng công nghệ GPS các nƣớc châu Âu đã cùng nhau xây dựng
khung tọa độ châu Âu gọi là EUREF (European Referance Frame). Từ khi
GPS đƣợc sử dụng trong trắc địa, một số quy tắc và tiêu chuẩn phân cấp lƣới
tọa độ trƣớc đây đã bị thay đổi.
Từ khi có công nghệ GPS,ngƣời ta đã đƣa các khái niệm mới đối với
5
lƣới trắc địa đó là các mạng lƣới tĩnh (Pasive control networks) và các mạng
lƣới động (Active control networks)
Các mạng lƣới tĩnh là các mạng có các mốc cố định trên mặt đất đƣợc đo
với độ chính xác cao và là cơ sở trắc địa trải rộng liên tục trên 1 mục đích
nhất định. Các số liệu của các điểm trong mạng lƣới đƣợc gọi là không đổi và
không có sai số. Các mạng lƣới này thƣờng có độ chính xác đo chiều dài cạnh
cỡ 1:250000 và đo độ cao cỡ một vài mm trên 1km. Có thể thấy rằng các
mạng lƣới này thuộc hệ thống lƣới tọa độ và độ cao Nhà nƣớc.
Các mạng lƣới động là các mạng lƣới gồm một số điểm cố định có vai
trò là các trạm theo dõi (Moniter Stations) làm cơ sở để xác định tọa độ cho
nhiều điểm khác. Các điểm cần xác định tọa độ cũng có thể là các điểm
chuyển động cần xác định tọa độ tức thời. Với ý tƣởng này từ nguyên tắc đo
GPS vi phân (DGPS) ngƣời ta đã xây dựng hệ định vị vi phân diện rộng
WADGPS (Wide – Area diferentital GPS). Hệ thống ACS của Canada
(Canadian Active coltrol System ) là một ví dụ về loại lƣới này . Mạng ACS
đƣợc xây dựng bắt đầu năm 1985 , bao gồm 20 trạm theo dõi bố trí đều có
Trạm chủ đặt tại Ottawa. Hiện nay một số nƣớc đã phát triển kỹ thuật
định vị động với các trạm tham chiếu vào VRS (Virtual Reference Station).
1.1.2. Nghiên cứu trong nước
Năm 1990, cục đo đạc và bản đồ Nhà nƣớc đã quyết định ứng dụng công
nghệ GPS để đổi mới công nghệ xây dựng lƣới tọa độ. Sau khi thử nghiệm
thành công, công nghệ GPS đƣợc áp dụng ngay vào sản xuất để thi công lƣới
tọa độ cạnh ngắn Minh Hải, Sông B và Tây Nguyên gồm 117 điểm. Đây là
những địa bàn còn lại chƣa có lƣới tọa độ vì không đủ điều kiện để thi công
theo công nghệ đo đạc truyền thống.
Năm 1991, công nghệ GPS khoảng cách dài đƣợc thử nghiệm thành
công, từ năm 1991 – 1992 chúng ta đã sử dụng công nghệ GPS để xây dựng
một số mạng lƣới hạng II ở những vùng khó khăn (Minh Hải, Tây Nguyên...).
Sử dụng GPS để xây dựng lƣới trắc địa biển gồm 36 điểm đo nối
6
tất cả các đảo, quần đảo lớn với đất liền trong đó có 23 điểm trên quần đảo
Trƣờng Sa, kết nối đất liền với hải đảo xa trong một hệ thống tọa độ chung.
Năm 1995, tổng cục địa chính đã quyết định xây dựng lƣới tọa độ cấp
“0” bằng công nghệ GPS cạnh dài (bằng máy 2 tần) với chiều dài cạnh trung
bình khoảng 120 km gồm 71 điểm trong đó có 56 điểm trùng các điểm tọa độ
hạng I, hạng II đã đo; Trong số các điểm mới đo có một điểm gốc mới ở Hà
Nội. Lƣới tọa độ cấp “0” đóng vai trò kiểm tra chất lƣợng các lƣới tọa độ
hạng I, hạng II đã xây dựng, kết nối thống nhất và tăng cƣờng độ chính xác
cao, làm cơ sở đo lƣới tọa độ với các lƣới quốc tế.
Hệ quy chiếu và hệ tọa độ Quốc Gia là cơ sở toán học của công tác trắc
địa mà bản đồ mà mỗi quốc gia nhất thiết phải xác lập để thể hiện độ chính
xác và thống nhất các dữ liệu đo đạc và bản đồ. Hệ quy chiếu và hệ tọa độ
Quốc gia HN-72 đến giai đoạn này không còn đáp ứng đƣợc yêu cầu kỹ thuật
mà thực tế đòi hỏi. Do đó việc lựa chọn một hệ quy chiếu Quốc Gia mới phù
hợp và chính xác là nhiệm vụ bức xúc đƣợc Tổng cục địa chính đặc biệt quan
tâm. Công nghệ GPS đã đóng góp đáng kể trong việc thực hiện nhiệm vụ trên.
Công trình tính toán xác định hệ quy chiếu hợp lý cho Việt Nam, bình
sai hệ thống lƣới tọa độ Nhà Nƣớc để thống nhất hệ tọa độ Quốc Gia đƣợc bắt
đầu từ năm 1992. Năm 1998, Tổng cục địa chính đo đạc bổ sung, tích hợp
lƣới tọa độ cấp “0” , định vị hệ quy chiếu bằng trị đo GPS –thủy chuẩn, xây
dựng mô hình Geoid, kết nối với các lƣới quốc tế, bình sai hỗn hợp lƣới vệ
tinh - mặt đất để xác định Hệ quy chiếu và Hệ tọa độ Quốc Gia.
Từ năm 1995, để phục vụ cho công tác đo đạc lập bản đồ địa chính ở địa
phƣơng, Tổng cục địa chính bắt đầu triển khai xây dựng lƣới địa chính cơ sở
(tƣơng đƣơng lƣới tọa độ Quốc Gia hạng III), việc tính toán bình sai tổng thể
mạng lƣới đã hoàn thành vào năm 2004. Bộ Tài Nguyên và Môi trƣờng đã kết
thúc công tác xây dựng mạng lƣới địa chính cơ sở và chính thức công bố hoàn
thành (gồm 13.836 điểm). Toàn bộ lƣới tọa độ này đƣợc đo đac bằng công
nghệ GPS.
7
Hiện nay cục đo đạc và Bản đồ Việt Nam đã đƣợc đầu tƣ xây dựng 6
trạm GPS cố định: Đồ Sơn, Vũng Tàu, Lai Châu, Hà Giang, Cao Bằng,
Quảng Nam cung cấp số liệu cải chỉnh phân sai cho đo tọa độ bằng công nghệ
GPS trong đo vẽ bản đồ, điều tra Tài nguyên, phân giới cắm mốc và phục vụ
an ninh quốc phòng.
Ở nƣớc ta công nghệ GPS đã và đang đƣợc ứng dụng rộng rãi trong công
tác xây dựng lƣới địa chính và lƣới khống chế đo vẽ để thành lập bản đồ địa
chính các tỷ lệ tại một số địa phƣơng. Qua thực tế thấy rằng công nghệ này có
chiều hƣớng phát triển tốt, khẳ năng ứng dụng cao, đem lại hiệu quả về cả kỹ
thuật và kinh tế. Các chỉ tiêu thành lập lƣới địa chính bằng công nghệ GPS đã
đƣợc quy định tại Quyết định số 08/2008/QĐ-BTNMT ngày 10 tháng 11 năm
2008 của Bộ Tài Nguyên Môi Trƣờng.
1.2. TỔNG QUAN VỀ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GNSS TRONG
THI CÔNG CÔNG TRÌNH NHÀ CAO TẦNG
Các ứng dụng của công nghệ GNSS trong kỹ thuật Trắc địa – Bản đồ có
rất nhiều. Trƣớc tiên phải kể đến các ứng dụng trong xây dựng lƣới khống chế
trắc địa. Nơi áp dụng đầu tiên công nghệ GNSS vào xây dựng mạng lƣới
khống chế trắc địa phải kể đến tỉnh Eiffel thuộc một bang miền tây Cộng hòa
Liên bang Đức vào năm 1983. Tiếp theo là các ứng dụng trắc thành lập bản
đồ và mặt cắt địa hình. Trong trắc địa công trình, GNSS đƣợc ứng dụng khi
chuyển thiết kế thi công ra thực địa, hay còn gọi là Stake out hoặc Setting out.
Trong truyền độ cao thi công, tƣơng đƣơng thủy chuẩn kỹ thuật hoặc thủy
chuẩn hạng IV, công nghệ GNSS cũng đƣợc sử dụng rất nhiều vì sự tiện lợi
và nhanh chóng.
1.2.1. Các phương pháp đo chủ yếu
a/ Đo tĩnh (Static).
Đây là phƣơng pháp phổ biến để thành lập lƣới khống chế trắc địa. Điều
kiện thông thƣờng là có vài máy thu GNSS cùng thu tín hiệu trong một
khoảng thời gian. Tọa độ điểm khống chế trong lƣới đƣợc tính từ tọa độ điểm
8
gốc. Phƣơng pháp này cho độ chính xác vị trí điểm cao nhất trong các phƣơng
pháp thu GNSS, cỡ 1 mm.
b/ Đo tĩnh nhanh (Fast Static).
Đối với xây dựng lƣới khống chế trắc địa cấp thấp, độ chính xác yêu cầu
cỡ cm so với điểm gốc, có thể áp dụng phƣơng pháp này vì sự tiện lợi của nó.
Thời gian thu tín hiệu rút ngắn còn dƣới 10 phút. Khoảng cách giữa điểm
khống chế gốc với điểm phát triển thêm có thể 15 đến 20 km.
Phƣơng pháp này hiệu dụng khi tăng dày và phát triển mạng lƣới trắc
địa. Số liệu đo đƣợc xử lý hậu kỳ.
c/ Đo động (Kinematic).
Phƣơng pháp phổ biến đo chi tiết thành lập bản đồ thƣờng là Động Dừng
Tiến (Stop and Go) hoặc Động Liên tục (Continuous). Yêu cầu số lƣợng vệ
tinh phải lớn hơn 4 đối với mỗi máy tham gia. Có một máy chủ (Base) và
nhiều máy di động (Rove). Cũng có trƣờng hợp 2 máy chủ nhằm nâng cao độ
chính xác điểm trạm động. Mỗi phƣơng pháp đo cụ thể phải đƣợc thiết kế và
lên kế hoạch đo từ trƣớc, tránh hiện tƣợng mất tín hiệu trên đƣờng đo. Phƣơng
pháp động liên tục phù hợp điểm đo có dạng tuyến liên tục, có thể tuyến thẳng
hoặc cong. Phƣơng pháp động dừng tiến phù hợp điểm đo có dạng điểm đặc
trƣng địa hình địa vật. Khoảng cách từ điểm trạm chủ đến các điểm động có
thể tới 5 km. Độ chính xác đạt đƣợc cỡ cm.
d/ Đo RTK GNSS
Đo bằng RTK GNSS là sử dụng kỹ thuật định vị tƣơng đối dựa trên pha
sóng tải từ máy thu. Ngƣời đo cần nhiều hơn hai máy thu tín hiệu vệ tinh,
trong đó một máy đƣợc cố định tại điểm đã biết tọa độ, nhằm trao đổi thông
tin tức thời tới máy thu di động, với khoảng cách tới 15 km. Bởi vì phƣơng
thức truyền thông tin tiện lợi nên phƣơng pháp này ngày nay đƣợc sử dụng
rộng rãi.
9
Hình 1.1. Khảo sát bằng RTK GNSS
Phƣơng pháp đo này dựa trên thông tin đã biết từ trạm cố định (Base)
đƣợc truyền tới máy thu di động (Rove) thông qua tín hiệu truyền thông
(radio, SMS, 3G), hình 2.4. Tƣơng tự nhƣ kỹ thuật đo động GNSS, tần số lấy
mẫu trong máy thƣờng đặt ở 1 giây. Một phần mềm tích hợp với máy di động
và xử lý các trị đo GNSS đƣợc lựa chọn tại cả hai trạm chủ và động để giải ra
vị trí điểm động với độ chính xác cỡ cm.
Các tham số ƣớc lƣợng về pha sóng tải đƣợc giải gần nhƣ ngay lập tức
bằng cách sử dụng kỹ thuật đƣợc gọi là ON THE FLY. Việc ƣớc lƣợng số
nguyên lần bƣớc sóng đƣợc cố định giá trị và máy thu di động sẽ đƣa ra tọa
độ đúng tại nơi đặt máy. Không có quá trình xử lý hậu kỳ nào. Mỗi điểm động
dừng khoảng 30 giây để cho ph p tính ra trung bình vị trí điểm. Trị đo đƣợc
lƣu trữ trong máy và có thể kết nối với tính để phun điểm lên màn hình thông
qua phần mềm CAD. Phƣơng pháp này đƣợc sử dụng phổ biến, điều kiện thực
hiện với máy thu hai tần số.
1.2.2. Các hệ thống tăng cường độ chính xác vị trí điểm thu
GNSS a/ Hệ thống tăng cƣờng cơ sở mặt đất:
Hệ thống tăng cƣờng độ chính xác vị trí điểm thu tín hiệu GNSS dựa trên
cơ sở kỹ thuật RTK và thƣờng đƣợc gọi là Định vị vi phân, nhƣng có điểm