GPS, GNSS là gì? Ý nghĩa của GNSS trong đo đạc trắc địa

GPS là gì? 

GPS là hệ thống định vị toàn cầu do Mỹ phát triển và vận hành. GPS là tên viết tắt của cụm từ “Global Positioning System”. Nó là một hệ thống bao gồm nhiều vệ tinh bay trên quỹ đạo phía trên trái đất ở độ cao 20.200 km.

GPS hoạt động trong mọi điều kiện thời tiết, mọi nơi trên Trái Đất, liên tục suốt 24 giờ và hoàn toàn miễn phí đối với một số dịch vụ.

Đọc thêm: Máy định vị GPS cầm tay Trimble Geo 7x

Nguyên lý hoạt động

Các vệ tinh GPS bay vòng quanh Trái Đất hai lần trong một ngày theo một quỹ đạo rất chính xác và phát tín hiệu có thông tin xuống Trái Đất. Các máy thu GPS nhận thông tin này và bằng phép tính lượng giác tính được chính xác vị trí của người dùng.

Bản chất của GPS là so sánh thời gian tín hiệu được phát đi từ vệ tinh với thời gian nhận được chúng. Độ sai lệch thời gian cho biết máy thu GPS cách vệ tinh bao xa, với nhiều quãng đường đo được tới nhiều vệ tinh máy thu có thể tính được vị trí của người dùng và hiển thị lên bản đồ điện tử của máy.

Để tính ra được vị trí 2 chiều (kinh độ và vĩ độ) thì máy thu phải nhận được tín hiệu ít nhất là 3 vệ tinh, với ít nhất 4 vệ tinh thì có thể tính được vị trí 3 chiều (kinh độ, vĩ độ và độ cao). Một khi vị trí người dùng đã tính được thì máy thu GPS có thể tính các thông tin khác như tốc độ, hướng chuyển động, bám sát di chuyển, khoảng hành trình,...

Khái quát về hệ thống định vị toàn cầu – GNSS

GNSS là gì?

Trong xã hội hiện nay, sóng vệ tinh gần như bao phủ mọi mặt của đời sống. Dễ dàng hình dung nhất chính là tivi và điện thoại. Một chiếc điện thoại có sóng vệ tinh có thể xác định chính xác tọa độ của người đang sử dụng nó. Tọa độ này sẽ được xác định nhờ vào hệ thống GNSS. Vậy GNSS là gì?

GNSS (viết tắt của global navigation satellite system) – nghĩa là Hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu – là tên dùng chung cho tất cả các các hệ thống định vị toàn cầu sử dụng vệ tinh. Hiện nay, trên thế giới có các hệ thống vệ tinh đang ở ngoài không gian và truyền tín hiệu đến các bộ thu tại trái đất như:

• GPS của Mỹ
• Galileo của liên minh châu Âu
• Glonass của NGa
• BeiDou-2 của Trung Quốc
• NavlC của Ấn Độ

Tuy nhiên, hệ thống vệ tinh Beidou02, Galile và NavlC hiện nay chưa được hoạt động và sử dụng đầy đủ

GNSS hoạt động 24/24 và bất chấp điều kiện thời tiết nào. Nó cũng hoạt động mọi nơi trên Trái Đất và chỉ cần một điểm, một vị trí trên Trái Đất có thể xác định được khoảng cách đến 3 vệ tinh GNSS thì chúng ta sẽ tính được tọa độ của vị trí đó.

Đọc thêm: Máy GPS 2 Tần Số RTK CHC Huayi E93

Cơ cấu của một hệ thống GNSS

GNSS là gì? Một hệ thống GNSS gồm 3 thành phần cơ bản:

• Phần không gian: Là các vệ tinh bay trên quỹ đạo ngoài Trái Đất. Các vệ tinh này hoạt động bằng năng lượng Mặt Trời và có tuổi thọ khoảng 10 năm.
• Phần điều khiển: Gồm các trạm quan sát trung tâm và trạm con, có nhiệm vụ phân tích dữ liệu từ vệ tinh.
• Phần người sử dụng: Thiết bị thu vệ tinh là khu vực có phủ sóng vệ tinh. Để có thể sử dụng được các dữ liệu từ GNSS, người dùng cần 1 máy thu GNSS và ăng ten tương ứng (ví dụ truyền hình cần có đầu thu, ăng ten).

Hệ thống GNSS hoạt động như thế nào?

Nguyên lý hoạt động của hệ thống GNSS khá phức tạp về mặt kỹ thuật, nhưng lại rất dễ dàng giải thích ở mức tổng quát, dễ hiểu hơn:

Đầu tiên, các vệ tinh được phóng lên quỹ đạo, bay vòng quanh trái đất với thời gian bay là 11 giờ, 58 phút và 2 giây. 

Các vệ tinh này được vận hành, theo dõi bởi các trạm điều khiển mặt đất. Các trạm điều khiển này sẽ gửi tín hiệu về thời gian, vị trí một cách chính xác cho vệ tinh.

Các vệ tinh này nhận tín hiệu từ các trạm điều khiển mặt đất và sẽ biết được chính xác vị trí của chúng.

Khi đã biết được vị trí chính xác của mình, các vệ tinh sẽ gửi các tín hiệu xuống trái đất cho các máy thu GNSS.

Máy thu GNSS sẽ nhận tín hiệu, tính toán được chính xác vị trí của mình khi nhận được tín hiệu của ít nhất 3 vệ tinh.

Vậy GPS và GNSS khác nhau như nào?

Thực tế không có sự khác nhau giữa GPS và GNSS. Vởi vì hệ thống vệ tinh GPS của Hoa Kỳ là hệ thống vệ tinh đầu tiên, nên người ta mỗi khi nghĩ về các tín hiệu vệ tinh thường nghĩ ngay đến GPS. Ngày nay, như các bạn đã biết, có đến 5 hệ thống vệ tinh (GNSS) được phát triển, và GPS là một trong 5 hệ thống đó.

Hiệu suất làm việc của hệ thống vệ tinh được đánh giá theo tiêu chí nào?

Hiệu suất của GNSS được đánh giá bằng bốn tiêu chí:

• Độ chính xác: Đánh giá bằng sai số giữa kết qua đo được của máy thu và vị trí thật sự của nó, tốc độ hoặc thời gian đo.
• Tính toàn vẹn: Khả năng của hệ thống để cung cấp ngưỡng tin cậy và, trong trường hợp có sự bất thường trong dữ liệu định vị.
• Tính liên tục: Một hệ thống có khả năng hoạt động mà không bị gián đoạn
• Tính khả dụng: Phần trăm thời gian tín hiệu đáp ứng các tiêu chí chính xác, toàn vẹn và liên tục ở trên

Ngày nay, GNSS được ứng dụng rộng rãi trong cuộc sống hàng ngày như giải trí, đặc biệt đem lại độ chính xác cao trong công tác đo đạc, trắc địa khi kết hợp với trạm cors hoặc máy GPS 2 tần trong phép đo rtk.

Một số ứng dụng của GNSS

Ngày nay, GNSS đã được ứng dụng rộng rãi trong đời sống hàng ngày. Có thể kể đến những ứng dụng tuyệt vời từ hệ thống định vị GNSS như sau:

• Hệ thống dẫn đường tự động cho máy bay.
• Hệ thống dẫn đường ô tô.
• Ứng dụng trong ngành đo đạc bản đồ, tuyệt đối chính xác mà không phụ thuộc vào các yếu tố thời tiết, khoảng cách, địa hình.
• Công tác hàng hải, cứu hộ biển.
• Thám hiểm không gian.
• Hiển thị các vụ nổ hạt nhân.
• Kiểm lâm, cứu nạn.
• Truyền hình vệ tinh…

Hiệu suất làm việc của hệ thống vệ tinh được đánh giá theo tiêu chí nào?

Hiệu suất GNSS là gì? Hệ thống vệ tinh GNSS khác nhau sẽ có hiệu suất làm việc khác nhau. Hiệu suất làm việc này sẽ được đánh giá với 4 tiêu chí cơ bản:

• Độ chính xác của vệ tinh.
• Tính toàn vẹn của vệ tinh
• Tính liên tục của vệ tinh.
• Tính khả dụng của vệ tinh.

Ý nghĩa của GNSS trong ngành đo đạc trắc địa bản đồ

Ngành đo đạc, trắc địa bản đồ là ngành tiên phong trong lĩnh vực xây dựng, khảo sát, thiết kế. Các kỹ sư luôn là người tiền trạm, người mở đường để vẽ ra một bức tranh chi tiết về địa hình, qua đó thể hiện lên bản đồ để làm các công đoạn tiếp theo như: Theo dõi tài nguyên môi trường, tính toán khối lượng đào đắp, thiết kế chi tiết….

Từ khi các máy thu tín hiệu GNSS receiver ra đời, công tác xác định tọa độ điểm được tiến hành nhanh hơn, đỡ vất vả hơn, giảm thiểu rủi ro tai nạn nghề nghiệp và vẫn đảm bảo độ chính xác. Điều này góp phần không nhỏ đến sự phát triển chung của ngành.