- Trang Chủ
- Địa Lý
- Tổng quan về hệ thống định vị toàn cầu GPS và ứng dụng trong quan trắc mái dốc, đập
Xem mẫu
- Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020. ISBN: 978-604-82-3869-8
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU GPS
VÀ ỨNG DỤNG TRONG QUAN TRẮC MÁI DỐC, ĐẬP
Nguyễn Trung Kiên
Bộ môn Địa kỹ thuật, Khoa Công trình, Trường Đại học Thủy lợi
Email: kiennt@tlu.edu.vn
1. GIỚI THIỆU CHUNG từ trái đất. Máy thu tín hiệu tính toán vị trí
tương đối giữa các vệ tinh và nó hình 1. GPS
Quan trắc đóng vai trò quan trọng trong
được ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống
đánh giá ổn định, kiểm tra phương án thiết kế
định vị như hàng không, giao thông, đường
trong quá trình xây dựng và vận hành của công
thủy...
trình. Công tác quan trắc nên được thực hiện tự
Định vị GPS được chia ra làm 2 loại hình
động, liên tục với độ chính xác cao. Hơn nữa,
cơ bản là định vị tuyệt đối và định vị tương
giá thành phải thấp và dễ dàng thực hiện.
đối. Định vị tuyệt đối dùng 1 máy thu GPS
Hệ thống định vị toàn cầu (Global
nhận tín hiệu cùng lúc từ tối thiểu 4 vệ tinh
Positioning System - GPS) được ứng dụng
để xác định tọa độ của nó hình 2a. Do sai số
rộng rãi trong quan trắc chuyển vị công trình.
đồng hồ và các yếu tố môi trường truyền
Nghiên cứu này trình bày tổng quan về hệ
sóng khác nên độ chính xác của định vị tuyệt
thống định vị toàn cầu GPS, các nguồn sai số
đối đạt từ 30 - 100m.
trong kết quả đo và ứng dụng trong quan trắc
chuyển vị mái dốc, đập.
2. HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU
Hệ thống định vị toàn cầu (GPS) được
phát triển bởi Hoa Kỳ. Hệ thống được thiết
lập như là một phương pháp chỉ đường và
khảo sát khu vực rộng lớn.
(a) Định vị tuyệt đối
Hình 1. Tính toán khoảng cách giữa vệ tinh
GPS và máy thu
(b) Định vị tương đối
Ban đầu, hệ thống có 24 vệ tinh quay
quanh quỹ đạo ở khoảng cách hơn 20.000 km Hình 2. Phương pháp định vị GPS
204
- Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020. ISBN: 978-604-82-3869-8
Định vị tương đối dùng 2 máy thu GPS Technologies, Inc. Đây là một hệ thống trạm
nhận tín hiệu cùng lúc từ cùng các vệ tinh GPS quan trắc theo thời gian thực. 3D Tracker
hình 2b. Một máy thu được đặt tại điểm biết cung cấp kết quả quan trắc liên tục và tự động
tọa độ, máy còn lại đặt tại điểm cần xác định đưa cảnh báo khi chuyển vị vượt các ngưỡng
tọa độ. Định vị tương đối cho phép xác định cảnh báo (wwww.condorearth.com).
các chuyển vị với độ chính xác cao và được CODMS: Hệ thống được phát triển ở Đại
ứng dụng rộng rãi trong quan trắc công trình học kỹ thuật Graz, Áo. Hệ thống cung cấp kết
như: mái dốc, đập, cầu, khu mỏ và các cơ sở quả quan trắc gần thời gian thực và được ứng
hạ tầng khác. dụng trong quan trắc nhiều khối trượt tại Áo
Hiện nay, các thiết bị thu nhận tín hiệu GPS (Hartinger và Brunner, 2000).
được phát triển nhanh chóng với các tần số GeoMoS: Leica GeoMoS là một hệ thống
tăng đến 50-100 Hz với các kỹ thuật đo đạc, quan trắc chuyển vị dựa trên GPS. Hệ thống
quan trắc có độ chính xác đến vài millimet được ứng dụng cho quan trắc kết cấu, mái dốc,
(Roberts và nnk, 2004; Shimizu và nnk, 2014). núi lửa, sụt lún (www.leica-geosystems.com).
Tuy nhiên, giá thành của thiết bị và phần mềm Shamen-net: Hệ thống được phát triển bởi
trong một số trường hợp tương đối lớn, làm sự hợp tác giữa Đại học Yamaguchi và Tập
hạn chế việc ứng dụng rộng rãi phương pháp đoàn Kokusai Kogyo, Nhật Bản. Hệ thống
quan trắc này. Do đó, các thiết bị GPS giá rẻ cung cấp kết quả quan trắc theo thời gian
hơn đang được nhiều nhà nghiên cứu thử thực qua website.
nghiệm (Nguyễn Trung Kiên, 2019).
3. CÁC NGUỒN SAI SỐ TRONG KẾT
QUẢ ĐO GPS
Việc định vị bằng hệ thống GPS chịu ảnh
hưởng của nhiều yếu tố sai số khác nhau:
- Sai số do đồng hồ;
- Sai số quỹ đạo vệ tinh;
- Sai số do ảnh hưởng của tầng Ion; Hình 3. Hệ thống Shamen-net quan trắc
- Sai số do ảnh hưởng của tầng đối lưu; chuyển vị dùng GPS (Shimizu và nnk, 2014)
- Sai số do tầm nhìn vệ tinh và sự trượt
chu kỳ; 5. ỨNG DỤNG GPS TRONG QUAN
- Sai số do hiện tượng đa tuyến; TRẮC MÁI DỐC, ĐẬP
- Sai số do sự suy giảm độ chính xác 5.1. Mái dốc
(DOPs) do đồ hình các vệ tính;
- Tâm pha của Anten.
Do các sai số ảnh hưởng đến độ chính xác
của phép đo, các phương pháp hiệu chỉnh sai
số cần được áp dụng để giảm thiểu sai số
(Shimizu và nnk, 2014).
4. MỘT SỐ HỆ THỐNG QUAN TRẮC
CHUYỂN VỊ DÙNG GPS
Nhiều hệ thống quan trắc công trình dùng
GPS được phát triển bởi các nhà sản xuất,
các trường Đại học và các nhóm nghiên cứu
trên thế giới.
3D TRACKER: Hệ thống là một sản phẩm Hình 4. Ứng dụng GPS trong quan trắc
của sự hợp tác giữa Trimble và Condor Earth chuyển vị mái dốc
205
- Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020. ISBN: 978-604-82-3869-8
(Hình 4) chỉ ra ứng dụng GPS trong quan Hệ thống GPS được ứng dụng để quan trắc
trắc chuyển vị mái dốc. Quan trắc chuyển vị chuyển vị của đập Ishibuchi, Nhật Bản.
liên tục được thực hiện từ 11/3/2013 dùng hệ Chuyển vị liên tục được quan trắc và hệ
thống Shamen-net. Việc thu nhận dữ liệu, phân thống ghi nhận được những chuyển vị do
tích kết quả, hiệu chỉnh sai số và cung cấp kết động đất mạnh xảy ra.
quả chuyển vị được thực hiện tự động. Kết quả chỉ ra chấn động chính gây ra
Hệ thống cho phép quan trắc liên tục chuyển vị khoảng 10 mm theo hướng hạ lưu,
chuyển vị theo 3 phương với độ chính xác 3 mm theo hướng vai phải và 10 mm độ lún
cao. Hệ thống có thể ghi nhận được kết quả tại G-9. Dư chấn lớn nhất gây ra chuyển vị
chuyển vị từ vài mm/tháng trong mùa khô từ khoảng 2 mm về phía hạ lưu và khoảng 2
tháng 3 - 6/2013 đến vài chục mm/tháng (44 mm độ lún (Kobori và nnk, 2014).
mm/tháng) trong mùa mưa từ giữa tháng 6-
9/2013 (Nguyễn Trung Kiên, 2019) (hình 5). 6. KẾT LUẬN
Hệ thống định vị toàn cầu GPS được ứng
dụng rộng rãi trong quan trắc công trình. Độ
chính xác của phép đo chịu ảnh hưởng của
nhiều yếu tố, độ chính xác cao đến millimet thu
được khi áp dụng các phép hiệu chỉnh sai số.
Nghiên cứu này trình bày ví dụ về ứng
dụng của hệ thống quan trắc chuyển vị dùng
GPS ở mái dốc và đập đá đổ. Kết quả chỉ ra
hệ thống cho phép ghi nhận các chuyển vị
từ vài mm/tháng đến vài chục mm/tháng.
Hơn nữa, hệ thống cũng ghi nhận được các
chuyển vị do ảnh hưởng của động đất mạnh
gây ra.
7. TÀI LIỆU THAM KHẢO
Hình 5. Kết quả chuyển vị theo 3 phương [1] Hartiger, H. và Brunner, F.K. 2000. Phát
(Nguyễn Trung Kiên, 2019) triển hệ thống quan trắc trượt lở dùng GPS.
5.2. Đập đá đổ Kỷ yếu Hội nghị lần thứ 9 về quan trắc biến
dạng, FIG, 29-38.
[2] Kobori, T., Yamaguchi, Y., Nakashima, S.,
Shimizu, N. 2014. Quan trắc chuyển vị của
đập đá đổ trước, trong và sau khi động đất
mạnh tại Nhật Bản dùng GPS. Kỷ yếu Hội
nghị Hội Cơ học đá thế giới 2014 – Hội
nghị Cơ học đá châu Á lần thứ 8 (ARMS8),
930-938.
[3] Nguyễn Trung Kiên 2019. Quan trắc
chuyển vị liên tục dùng GPS và ứng dụng
cho mái dốc lớn. Luận án tiến sĩ. Đại học
Yamaguchi, Nhật Bản.
[4] Roberts, G. W., Meng, X., Dodson, A. H.
2004. Tích hợp hệ thống định vị toàn cầu và
máy đo gia tốc để quan trắc độ võng của cầu.
Tạp chí Kỹ thuật khảo sát, 130(2), 65-72.
Hình 6. Kết quả chuyển vị của điểm G-4, G-9
và G-14 (Kobori và nnk, 2014)
206
nguon tai.lieu . vn
