1. Giới thiệu
Các máy thu GPS 1 tần số hiện đang được sử dụng rộng rãi tại Việt Nam vì giá thành rẻ, trong khi vẫn đáp ứng được độ chính xác yêu cầu. Máy thu hai tần số có ưu điểm hơn máy thu một tần số là khả năng khử đi ảnh hưởng của tầng điện ly, bằng cách kết hợp các trị đo pha trên hai tần số (L1 và L2) để tạo thành trị đo L3 không chứa độ trễ điện ly. Đối với các đường đáy ngắn, ảnh hưởng của tầng điện ly vào tín hiệu đến 2 máy thu ở hai đầu rất tương tự nhau. Vì vậy việc lấy hiệu trị đo khoảng cách giữa hai máy thu đến cùng một vệ tinh sẽ khử đi phần lớn ảnh hưởng này. Tuy nhiên ảnh hưởng điện ly sẽ không còn tương tự đối các máy thu cách xa nhau, khi đó phần dư của độ trễ điện ly trong trị đo hiệu đơn giữa các máy thu sẽ trở nên đáng kể và không thể bỏ qua. Chính vì điều này mà một số nghiên cứu đề nghị chỉ sử dụng máy thu một tần số cho những đường đáy ngắn chỉ vài chục km.
Họat động của tầng điện ly xảy ra vào ban ngày mạnh hơn nhiều so với ban đêm, đặc biệt xung quanh thời điểm 14h – là thời điểm thường xảy ra các hoạt động đo GPS. Việt Nam nằm trong vùng vành đai xích đạo – lại là nơi bị ảnh hưởng của tầng đối lưu nặng nhất. Vì vậy ở khía cạnh người đo đạc, chúng ta có thể đặt ra câu hỏi là “sử dụng các máy thu GPS một tần số ở TP Hồ Chí Minh nói riêng và Việt Nam nói chung để đo các đường đáy dài bao nhiêu là an toàn?”.Để trả lời câu hỏi trên, chúng tôi đã tiến hành một nghiên cứu mà kết quả của nó sẽ được trình bày trong bài báo này.
2. Thiết kế bãi đo thực nghiệm và quá trình thu thập dữ liệu
Để tìm ra cự ly giới hạn của đường đáy, chúng tôi đã thiết kế một số các đường đáy (baseline) có chiều dài tăng dần theo kinh độ (hướng Đông) và vĩ độ (hướng Bắc) từ 10 km đến 50 km. Vị trí các điểm đo được thiết kế dựa trên Bản đồ giao thông Tp.Hồ Chí Minh và các tỉnh lân cận và bằng chương trình Google Earth trên Internet để có thể chọn các điểm có các đường đáy tương đối chính xác phục vụ đúng theo yêu cầu mục đích nghiên cứu. Trong công tác thu thập số liệu ngoài thực địa, chúng tôi sử dụng hai loại bộ máy thu GPS 2 tần số là Leica SR530 và Topcon Legacy E. Các ca đo được bố trí theo bảng 1. Các đường đáy dài từ 10km đến 35km được đo bằng máy Topcon Legacy E với thời gian thu tín hiệu là 2h30’. Còn các đường đáy dài 40 – 50 km, chúng tôi đo bằng máy GPS 2 tần số Leica SR530 với thời gian thu tín hiệu là 3h. Tốc độ thu dữ liệu là 15 giây. Góc ngưỡng vệ tinh được cài là 10°.
3. Xử lý dữ liệu đo:
Toàn bộ số liệu đo sau khi thu thập được xử lý bằng phần mềm Pinnacle. Để so sánh, chúng tôi tiến hành xử lý dữ liệu theo 2 cách riêng biệt: dùng trị đo L3 và dùng trị đo L1. Các chỉ số độ chính xác của việc xử lý được tổng hợp các bảng 2 và 3. Bảng 4 và 5 thể hiện độ lệch của các thành phần đường đáy của L1 so với L3.
Cột trạng thái trong bảng 2 và 3 chỉ định kết quả nhận được ứng với quá trình giải đa trị. Nếu 100% tham số được giảitanhận được nghiệm fix – là nghiệm có độ chính xác cao nhất. Nếu phần lớn các tham số đa trị được giải ta có nghiệm partial. Và nếu quá trình giải đa trị thất bại ta sẽ nhận được nghiệm float – là nghiệm có độ chính xác thấp nhất. Theo đó đường đáy có cự ly 25 km theo hướng Đông không cho nghiệm chính xác. Điều này xảy ra là do ca đo này được tiến hành trong khoảng thời gian ngắn (chỉ có 1h20’) và lại tiến hành vào buổi trưa nên kết quả giải đa trị gặp thất bại đối với máy thu GPS một tần số.
4. Phân tích và đánh giá kết quả
Nhìn vào bảng 2 và 3, ta nhận thấy kết quả xử lý khi dùng trị đo L3 thường cho sai số trung phương nhỏ hơn L1, đặc biệt đối với các cạnh dài. Mặt khác L3 luôn cho trạng thái fix ở tất cả các đường đáy, còn L1 có hai trường hợp không nhận được nghiệm fix đều tập trung ở hướng Đông. Điều này nói lên tính chất ưu việt và ổn định của trị đo L3 đối với ảnh hưởng tầng điện ly.
Nếu giả sử các kết quả nhận được từ việc xử lý L3 (XL3) là chính xác và tin cậy, thì tính hợp lệ của kết quả từ L1 (XL1) có thể được kiểm tra bằng điều kiện sau:
|XL1 – XL3| < t×mXL3 (1)
Trong đó mXL3 là sai số trung phương xác định XL3, còn t có thể nhận các giá trị 2.0 hay 3.0 tương ứng với xác suất 95% và 99%. Dùng các kết quả đã cho ở bảng 2-5, ta vẽ được đồ thị độ lệch mặt bằng và độ cao, cùng với giá trị giới hạn (ứng với xác suất 99%) theo khoảng cách.
Theo hình 2 ta thấy rằng thành phần độ cao của L1 ở tất cả các cự ly đều hợp lệ vì nó luôn luôn nằm giữa các đường giới hạn. Đối với thành phần mặt bằng, đa số các đường đáy hướng Bắc cho kết quả hợp lệ. Ngược lại, các đường đáy hướng Đông thường vượt mức giới hạn, ngay cả ở đường đáy 10-15 km. Vì vậy chúng tôi kết luận rằng ảnh hưởng của tầng điện ly vào các đường đáy phân bố theo hướng Đông – Tây rõ ràng hơn so với hướng Bắc – Nam. Cũng theo hình 2, ta thấy độ lệch tọa độ và sai số trung phương có xu hướng gia tăng theo cự ly đường đáy. Điều này không phải chỉ do ảnh hưởng tầng điện ly, mà còn những nguồn sai số khác như đa đường, ảnh hưởng tầng đối lưu cũng có xu hướng tăng theo chiều dài đường đáy.
5. Tóm tắt và kết luận
Chúng tôi đã dùng các máy thu GPS hai tần số để đo kiểm tra một đường đáy có cự ly từ 10 – 50 km phân bố theo hai hướng Bắc – Nam và Đông – Tây tại thành phố Hồ Chí Minh. Việc xử lý dữ liệu này theo trị đo L3 và L1 cho phép chúng tôi kiểm tra tính hợp lệ của việc dùng các máy thu một tần số dưới ảnh hưởng của tầng điện ly. Ảnh hưởng của tầng điện ly vào các đường đáy theo hướng Đông – Tây rõ rệt hơn các đường đáy hướng Bắc – Nam. Và mặc dù với thời gian ca đo tương đối dài (2h30 -3h) đã hỗ trợ tốt cho quá trình giải đa trị, nhưng ảnh hưởng điện ly vẫn làm cho kết quả xử lý đường đáy bằng trị đo L1 vượt khỏi giới hạn cho phép về độ chính xác mặt bằng. Điều này có thể xảy ra ngay ở cự ly 10 km. Hiện nay người ta thường sử dụng GPS để khai thác chủ yếu thành phần mặt bằng. Vì vậy chúng tôi kiến nghị rằng, các máy thu đo pha một tần số nên sử dụng cho các cự ly <10 km là an toàn. Ngoài ra cần chú ý kéo dài thời gian đo đối với những đường đáy phân bố theo hướng Đông – Tây, và tránh lập ca đo xung quanh thời điểm 14h.
